JP2000271729A

JP2000271729A - 圧延用複合ロール

Info

Publication number: JP2000271729A
Application number: JP11087353A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Matsuda; 馨松田; Hiroyuki Kimura; 広之木村; Hiroaki Katayama; 博彰片山
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】硬質リングとロール本体との残留応力の発生
を防止し、硬質リングとロール本体を安定した係合状態
での操業を確保できる圧延用複合ロールを提供する。【解決手段】側面及び／又は内周面に段差形状の係合
部１４が形成された硬質リング１２を鋳ぐるみ金属溶湯
でくるみ、硬質リング１２の係合部１４と係合するよう
に鋳ぐるみ金属を凝固させて、鋳ぐるみ金属の凝固した
部分をロール本体１０となし、該ロール本体１０と硬質
リング１２とを一体回転可能とした圧延用複合ロールに
おいて、ロール作製時に硬質リング１２とロール本体１
０との間に発生する応力を小さくするために、硬質リン
グ１２には、鋳ぐるみ金属によって鋳ぐるまれる面に、
鋳ぐるみ金属よりも熱膨張率の大きな金属を溶射又はメ
ッキして形成される緩衝層１６を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼線材、棒材な
どの圧延に使用される複合ロールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】線材、棒材などの圧延に用いられるロー
ル(20)として、図５に示すように、強靱性にすぐれるダ
クタイル鋳鉄又は黒鉛鋼のロール本体(10)の外周に、耐
摩耗性にすぐれる超硬合金又はハイス系鋳鉄材を環状に
形成した硬質リング(12)を装着した複合構造のものがあ
る。これは、硬質リングをダクタイル鋳鉄又は黒鉛鋼な
どの鋳ぐるみ金属溶湯で鋳ぐるんで凝固させ、凝固部分
をロール本体(10)となすものであり、鋳造凝固後、硬質
リング(12)及びロール本体(10)に適宜機械加工が施さ
れ、所望の形状及び寸法に仕上げられる。

【０００３】ロール本体(10)と硬質リング(12)は一体回
転させる必要があるため、鋳ぐるみ金属と超硬合金又は
ハイス系鋳鉄材を溶着させて、ロール本体と硬質リング
は固定されていた。しかしながら、超硬合金の熱膨張率
は約６×１０^-6／℃、ハイス系鋳鉄材の熱膨張率は約１
０×１０^-6／℃であるのに対し、鋳ぐるみ金属の熱膨張
率は約１２×１０^-6／℃と大きく、鋳造工程での冷却過
程における熱収縮によって、鋳ぐるみ金属に引張残留応
力、硬質リングに圧縮残留応力が発生する。それゆえ、
機械加工時や圧延使用時において、硬質リングに大きな
衝撃荷重が作用すると、硬質リングと鋳ぐるみ金属との
界面にクラックが発生し易くなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような残留応力の
発生を防止するために、出願人は以前に、硬質リング(1
2)と溶着しない温度に調節された溶湯金属で硬質リング
(12)を鋳ぐるみ凝固させた複合ロール(20)を提案した。
ロール本体(10)と硬質リング(12)は溶着していないか
ら、ロール本体(10)と硬質リング(12)との空回りを防止
するため、図５に示すように、硬質リング(12)の側面に
凹み形状の係合部(14)を形成し、該係合部(14)をロール
本体(10)と係合して一体回転可能となるようにしてい
る。

【０００５】しかしながら、硬質リングの係合部(14)
は、直接ロール本体(10)と接しているため、圧延使用時
に受ける昇温によってロール本体(10)及び硬質リング(1
2)が熱膨張すると係合部(14)に大きな応力が加わり、ま
た降温時には応力が残留する。この結果、係合部(14)が
折損、破損することがあり、ロール本体(10)と硬質リン
グ(12)の係合が不十分になることがあった。

【０００６】本発明の目的は、硬質リングとロール本体
との残留応力の発生を防止し、硬質リングとロール本体
を安定した係合状態での操業を確保できる圧延用複合ロ
ールを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の圧延用複合ロール(20)は、側面及び／又は
内周面に段差形状の係合部(14)が形成された硬質リング
(12)を鋳ぐるみ金属溶湯でくるみ、硬質リング(12)の係
合部(14)と係合するように鋳ぐるみ金属を凝固させて、
鋳ぐるみ金属の凝固した部分をロール本体(10)となし、
該ロール本体(10)と硬質リング(12)とを一体回転可能と
した圧延用複合ロールにおいて、ロール作製時に硬質リ
ング(12)とロール本体(10)との間に発生する応力を小さ
くするために、硬質リング(12)には、鋳ぐるみ金属によ
って鋳ぐるまれる面に、鋳ぐるみ金属よりも熱膨張率の
大きな金属を溶射又はメッキして形成される緩衝層(16)
を設けたものである。

【０００８】本発明の圧延用複合ロール(20)は、係合部
(14)の形成された硬質リング(12)の表面に、鋳ぐるみ金
属よりも熱膨張率の大きな金属を溶射又はメッキするこ
とによって緩衝層(16)を形成し、該緩衝層(16)の設けら
れた硬質リング(12)を鋳型に固定し、該鋳型に鋳ぐるみ
金属溶湯を流し込んで、鋳ぐるみ金属を緩衝層(16)を介
在させた状態で硬質リング(12)の係合部(14)と係合する
ように凝固させることによって作製することができる。

【０００９】硬質リング(12)に形成される緩衝層(16)
は、係合部(14)の破損を防止するために、少なくともロ
ール本体(10)との係合部(14)に設ければ十分であるが、
必要に応じて、鋳ぐるみ金属によって鋳ぐるまれる面の
全体に設けてもよい。ダクタイル鋳鉄を鋳ぐるみ金属と
して用いる場合、ダクタイル鋳鉄の熱膨張率は約１２×
１０^-6／℃であるから、緩衝層(16)を形成する材料とし
て、熱膨張率が約１６.８×１０^-6／℃の銅を例示する
ことができる。

【００１０】緩衝層(16)の厚さは、鋳ぐるみ金属と硬質
リング(12)との熱膨張差、硬質リング(12)の厚さなどの
種々条件に応じて適宜調節すればよいが、望ましくは、
ロール本体(10)の胴長さをＬ、係合部(14)の段差長さを
ｄとしたときに、緩衝層(16)の厚さｔは、０.００１Ｌ
≦ｔ≦０.６ｄとなるように形成する。緩衝層(16)の厚
さｔが０.００１Ｌよりも薄いと緩衝層(16)の効果が十
分に発揮されないことがあり、逆に緩衝層(16)の厚さｔ
が０.６ｄよりも厚いと、ロール本体(10)と硬質リング
(12)との係合が不十分になることがある。

【００１１】

【作用及び効果】緩衝層(16)を形成した硬質リング(12)
を鋳ぐるみ金属溶湯で鋳込むと、緩衝層(16)の金属は昇
温して熱膨張する。硬質リング(12)を鋳ぐるんだ後、鋳
ぐるみ金属を凝固させると、温度の降下に伴い、熱膨張
した緩衝層(16)の金属が熱収縮する。この際、緩衝層(1
6)は、鋳ぐるみ金属よりも大きく収縮するため、鋳ぐる
み金属の収縮時に硬質リング(12)との間で生ずる応力が
緩衝層(16)の金属の収縮によって吸収され、応力の残留
が小さくなる。この結果、鋳ぐるみ金属の割れを防ぐこ
とができる。

【００１２】本発明の圧延用複合ロール(20)は、ロール
作製時に残留応力が小さいため、圧延に使用した場合で
も、ロール本体(10)と硬質リング(12)との間、特にロー
ル本体(10)と硬質リング(12)の係合部(14)との間に応力
はほとんど生じない。このため、これらの応力発生によ
る折損、破損を防止できる。また、ロール本体(10)と硬
質リング(12)の係合が不十分になることもない。

【００１３】緩衝層(16)をメッキ又は溶射によって形成
することにより、所望の厚さに形成することができる。
なお、緩衝層(16)の厚さは、鋳ぐるみ金属、硬質リング
及び緩衝層の金属の熱膨張率に応じて適宜決められる。

【００１４】硬質リング(12)が厚肉になるほど、ロール
本体と硬質リング(12)との熱膨張差による応力は大きく
なるが、本発明は、緩衝層(16)の存在により、ロール本
体(10)と硬質リング(12)との間に応力がほとんど発生し
ないから、厚肉の硬質リング(12)の場合に特に適してい
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。硬質リング(12)は、機械加工性の点でハイス
系鋳鉄材から形成することが好ましく、図２及び図３に
示すように、環状に形成される。この種ハイス系鋳鉄材
として、重量％にてＣ：１.６〜５.０％、Ｓｉ：０.２
〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｃｒ：４.０〜１
５.０％、Ｍｏ＋Ｗ：５.０〜３０.０％、Ｖ：４.５〜２
０.０％、残部実質的にＦｅ及び不可避的に混入する不
純物(例えばＰ、Ｓなど)からなる材料を挙げることがで
きる。Ｐ、Ｓは原料より不可避的に混入するが、材質を
脆くするので少ない程好ましく、Ｐ：０.１％以下、
Ｓ：０.１％以下にするのがよい。なお、硬質リング(1
2)は、前記ハイス系鋳鉄材の他に、超硬合金、サーメッ
ト、セラミックスなどの材料から形成することもでき
る。

【００１６】ハイス系鋳鉄材を用いる硬質リングを作製
する場合、通常は、静置鋳造法が用いられる。静置鋳造
法では、主型を構成する金型と中子を構成する砂型(図
示せず)との間に形成された環状空間に鋳ぐるみ金属溶
湯を注いで鋳造し、得られた環状体を適宜幅寸法で切断
することによって作ることができる。この場合、係合部
は、所定幅寸法に切断された硬質リングに機械加工を適
宜行なえばよい。なお、係合部(14)は、硬質リング(12)
を鋳造する際に一体に形成してもよい。

【００１７】係合部(14)の形状として、図２に示すよう
な凹み(18)、図３に示すような突起(19)を例示すること
ができる。なお、ロール本体(10)と硬質リング(12)を一
体回転可能に係合することができれば、係合部(14)の形
状は、これら形状に限定されるものではない。また、図
では、係合部(14)を硬質リング(12)の両側面に設けてい
るが、片側の面だけに設けてもよいし、硬質リングの内
周面に設けてもよい。

【００１８】係合部(14)を設けた硬質リング(12)の表面
に、図２及び図３に示すように緩衝層(16)を形成する。
緩衝層(16)は、ロール本体(10)となる鋳ぐるみ金属より
も熱膨張率の大きな金属を硬質リング(12)の表面に溶射
又はメッキすることによって形成することができる。緩
衝層(16)は、硬質リング(12)においてロール本体(10)に
鋳ぐるまれる部分の全体に形成することが望ましいが、
少なくとも係合部(14)の表面に形成すればよい。緩衝層
(16)は、図１に示すように、ロール本体(10)の胴長さを
Ｌ、係合部(14)の段差長さをｄとしたときに、緩衝層(1
6)の厚さｔは、０.００１Ｌ≦ｔ≦０.６ｄとなるように
形成することが望ましい。

【００１９】緩衝層(16)を形成した硬質リング(12)は、
図４に示す鋳型に固定され、ロール本体(10)となる鋳鉄
溶湯に鋳込まれる。鋳型は、図４に示すように、２段構
造の金型(34)の上下部分に砂型(36)(37)が配備され、下
側の砂型(37)には鋳鉄溶湯(32)を供給する給湯口(38)が
連通している。組み立てられた金型(34)(35)の内周に
は、硬質リング(12)の外周部を受ける凹所(39)が形成さ
れている。硬質リング(12)を金型(34)(35)の凹所(39)に
嵌め込んだ後、給湯口(38)から所定成分の鋳鉄溶湯を供
給する。なお、硬質リング(12)は、鋳込み時の割れを防
止するために予熱しておくことが望ましい。鋳ぐるみ金
属溶湯(32)は、硬質リング(12)と溶着しない温度に調節
され、鋳型に流し込まれる。流し込まれた溶湯によっ
て、緩衝層(16)の金属は昇温して膨張する。緩衝層(16)
の金属の熱膨張率は、鋳ぐるみ金属の熱膨張率よりも大
きく、降温時の収縮率も鋳ぐるみ金属よりも大きい。そ
の結果、鋳ぐるみ金属と硬質リング(12)との間に生ずる
応力は小さくなる。凝固完了後、図１に示すように、ロ
ール本体(10)と硬質リング(12)が、緩衝層(16)を介して
係合した圧延用複合ロール(20)が作製される。圧延用複
合ロール(20)には、必要に応じて、適宜熱処理が施され
た後、ロール本体(10)及び硬質リング(12)に適宜機械加
工が施され、所望の形状及び寸法に仕上げられる。

【００２０】作製された複合ロール(20)の係合部(14)の
周辺を拡大した断面図を、図１中に併せて示している。
ロール本体(10)は、硬質リング(12)に直接接触しておら
ず、また係合部(14)は緩衝層(16)を介してロール本体(1
0)と係合し、一体回転可能となっている。例えば、係合
部(14)として図２に示すように凹み(18)を設けた場合
は、該凹み部分に鋳ぐるみ金属が流れ込み、ロール本体
(10)が緩衝層(16)を介して凹み(18)に嵌まった状態で係
合する(図１参照)。また、図３に示す突起(19)を係合部
(14)として形成した硬質リング(12)の場合、ロール本体
は、緩衝層を介して係合部をくるんだ状態で係合する
(図示せず)。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の圧延用複合ロール(20)の具体
的な作製例について説明する。硬質リング重量％にて、Ｃ：１.８２％、Ｓｉ：０.９２％、Ｍｎ：
０.７６％、Ｐ：０.０４％、Ｓ：０.０２％、Ｃｒ：６.
０２％、Ｍｏ：２.０８％、Ｗ：４.０６％、Ｖ：５.５
％、残部実質的にＦｅからなるハイス系鋳鉄材を使用し
た。該ハイス系鋳鉄材の鋳ぐるみ金属を静置鋳造法で鋳
込み、外径３５０ｍｍ×内径２１０ｍｍ×幅２００ｍｍ
の管体を鋳造し、得られた管体の引け巣部分を切断して
外径３５０ｍｍ×内径２１０ｍｍ×幅１５０ｍｍとし
て、７５０℃の温度で軟化熱処理を施した後、側面及び
内面に機械加工を施し、外径３３０ｍｍ×内径２３０ｍ
ｍ×幅１３０ｍｍの硬質リング(12)を作製した。作製さ
れた硬質リング(12)の両側面に、リング中心を中心とす
る直径２８０ｍｍの仮想円上に、直径２０ｍｍ×深さ
ｄ：５ｍｍの凹み(18)を等間隔に８つ開設し、係合部(1
4)とした。

【００２２】緩衝層係合部(14)の形成された硬質リング(12)の表面に、銅を
厚さ１ｍｍとなるように溶射して、緩衝層(16)とした。

【００２３】鋳ぐるみ金属(ロール本体)の成分重量％にて、Ｃ：３.３５％、Ｓｉ：２.２８％、Ｍｎ：
０.５１％、Ｎｉ：０.６４％、Ｃｒ：０.２３％、Ｍ
ｇ：０.０５％、残部実質的にＦｅからなるダクタイル
鋳鉄を使用した。

【００２４】複合ロールの作製２５０℃に予熱した硬質リング(12)を金型(34)の凹所(3
9)にはめ込み、１３００℃の温度で前記成分のダクタイ
ル鋳鉄溶湯を鋳込み、凝固部分をロール本体(10)とする
複合ロール(20)を作製した。

【００２５】複合ロールの熱処理得られた複合ロール(20)を９５０℃の温度に加熱保持し
た後、３００〜４００(℃／Ｈ)の冷却速度で焼き入れ
し、さらに５５０℃の温度で１０時間焼戻し処理を３回
実施した。

【００２６】最終機械仕上加工得られた複合ロール(20)の外径部分に機械加工を施し、
外径３３０ｍｍ、胴長さＬ：５００ｍｍの複合ロールを
作製した。

【００２７】最終機械仕上加工後、超音波探傷試験によ
り硬質リング(12)の表面状態を調べたところ、クラック
などの発生は認められなかった。これは、鋳込み時の緩
衝層(16)の熱膨張及び収縮によって、鋳ぐるみ金属凝固
時に生ずる応力が吸収され、緩和されたためである。複
合ロール(20)を切断して観察したところ、ロール本体(1
0)と硬質リング(12)は、緩衝層(16)を介して一体回転可
能に支持されていた。

【００２８】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧延用複合ロールの断面図である。

【図２】本発明の硬質リングの断面図である。

【図３】本発明の硬質リングの異なる実施例を示す断面
図である。

【図４】圧延用複合ロールを作製する鋳型の説明図であ
る。

【図５】従来の圧延用複合ロールの断面図である。

【符号の説明】

(10) ロール本体 (12) 硬質リング (14) 係合部 (16) 緩衝層 (20) 圧延用複合ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片山博彰兵庫県尼崎市西向島町64番地株式会社クボタ尼崎工場内Ｆターム(参考） 4E016 AA04 AA05 DA03 FA03 FA12 FA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】側面及び／又は内周面に段差形状の係合
部(14)が形成された硬質リング(12)を鋳ぐるみ金属溶湯
でくるみ、硬質リング(12)の係合部(14)と係合するよう
に鋳ぐるみ金属を凝固させて、鋳ぐるみ金属の凝固した
部分をロール本体(10)となし、該ロール本体(10)と硬質
リング(12)とを一体回転可能とした圧延用複合ロールに
おいて、ロール作製時に硬質リング(12)とロール本体(10)との間
に発生する応力を小さくするために、硬質リング(12)に
は、鋳ぐるみ金属によって鋳ぐるまれる面に、鋳ぐるみ
金属よりも熱膨張率の大きな金属を溶射又はメッキして
形成される緩衝層(16)を有していることを特徴とする圧
延用複合ロール。
【請求項２】緩衝層(16)は、少なくとも硬質リング(1
2)の係合部(14)に設けられる請求項１に記載の圧延用複
合ロール。
【請求項３】緩衝層(16)は、銅を溶射又はメッキして
形成される請求項１又は請求項２に記載の圧延用複合ロ
ール。
【請求項４】ロール本体(10)の胴長さをＬ、係合部(1
4)の段差長さをｄとしたときに、緩衝層(16)の厚さｔ
は、０.００１Ｌ≦ｔ≦０.６ｄとなるように形成される
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の圧延用複合ロー
ル。