JPH04220105A - 金属圧延用複合ロール及びその製造法と圧延機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は新規な金属圧延機用複合
ロール及びその製造法と圧延システムに係り、特に、金
属冷間圧延に好適な軸強度の高いシフトタイプ６段圧延
機用作業ロールとその製造法及び圧延システムに関する
。

【０００２】

【従来の技術】金属圧延機用ロールでは、圧延中にロー
ルと被圧延材間に発生するスリップ，ロールに被圧延材
が巻き付く圧延事故等により、ロールの表面に熱衝撃が
加わり、著しい場合には、クラックが発生する。

【０００３】作業ロールにはこの熱衝撃に対する耐性に
加え、良好な圧延を維持するため、優れた耐摩耗性が要
求されている。

【０００４】耐熱衝撃性を向上させるには、ロール自身
の焼もどし抵抗性を改善し、より高温で焼もどしを行う
ことが有効である。

【０００５】従来の作業ロールは特開昭６３−６０２５
８　号明細書に記載の如く、Ｃ１．２〜２．５％，Ｓｉ
０．８　〜３．０　％，Ｍｎ≦１％，Ｃｒ３．０　〜６
．０％，Ｍｏ０．２％以下よりなるロール素材を焼入の
後、焼もどしを行っていたが、Ｈｓ９３以上のかたさを
得るためには、焼もどし温度を１６０℃以下とするもの
であった。

【０００６】更に、特開昭５３−８０３５１　号公報に
は、エレクトロスラグ溶接によって芯材にＣ１．０　〜
３．０　％，Ｓｉ０．５　〜１．５　％，Ｍｎ０．５　
〜１．５％，Ｃｒ３．０　〜６．０　％，Ｗ＋１／２Ｍ
ｏ１０〜２０％，Ｍｏ≦１０％，Ｗ≦１８．０　％，Ｃ
ｏ≦５．０　％，Ｖ０．５　〜５％，残部が実質的にＦ
ｅよりなる溶着金属を５〜１００ｍｍ形成させ、Ｈｓ８
０以上の硬さとする熱間圧延用ロールを製造することが
開示されている。

【０００７】また、従来の冷間圧延用作業ロールは、例
えば特公昭５０−７５２９号公報に記載されるＣ：０．
７　〜１．１　％，Ｃｒ：１．５　〜６％他にＭｏ，Ｖ
等を添加した鋼系材質もしくは冷間ダイズ鋼ＪＩＳ　　
ＳＫＤ−１１に類似の１０％Ｃｒ鋼系材質等による一体
型鍛鋼ロールが主流であった。更に他の従来技術として
特開昭６２−１４８００４号公報が挙げられる。

【０００８】近年の冷間圧延法においては、省エネルギ
ー，生産性向上，鋼材品質の向上等の立場から、高圧下
圧延や高形状制御圧延等の施策がなされつつある。これ
らの圧延に使用される圧延機として、従来の４段圧延機
に替わり、６段圧延機あるいはクラスタータイプの多段
圧延機が普及しつつある。これらに使用される作業ロー
ルの共通点として、ロール直径が小さく、また、高形状
制御のため、大きな曲げが付与されることが挙げられる
。そのため、ロールとしては従来ロールよりも優れた耐
摩耗性や耐肌荒性と、胴内部及びネック部における強靭
性が要求される。更に近年はユーザーにおける圧延材の
品質要求水準がますます高度化し、ロール表面性状に起
因する圧延材表面の微小な表面疵も大きな問題となる。 このため、ロールにはより一層の耐摩耗性，耐肌荒性の
向上が要求される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来は耐摩耗性及び耐
肌荒性の充分な作業ロールはなかった。鉄鋼切削用に開
発された高速度鋼は耐摩耗性には極めて優れたものがあ
り、センジミアミル，ローンミル等の多段圧延機用作業
ロールとして使用され、耐摩耗性，耐肌荒性に優れた性
能を示している。しかしながら、靭性に劣るため、大き
な曲げのかかる作業ロールとしては一体型ロールでは使
用に耐えない問題があった。また、前記従来の一体型鍛
鋼ロールでは耐摩耗性，耐肌荒性の点で長期使用が困難
な状況にある。そのため芯材に低合金鋼を使用し、外層
にそれより硬さの高い高合金鋼をエレクトロスラグ溶解
によって設ける方法があるが、肉盛層を芯材に対して均
一に形成できない問題があった。

【００１０】本発明の目的は、ロール芯材に対して偏肉
が少なく均一な厚さを有する外層を備えた金属圧延用複
合ロール及びその製造法とそれを用いた圧延機及び圧延
システムを提供するにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、芯材の外周を
外層材で覆った金属圧延用複合ロールにおいて、前記芯
材はショア硬さが３５以上及び真円度が１０ｍｍ以下で
前記外層材より低い硬さを有する低合金鋼よりなり、前
記外層材はショア硬さが８０以上及び残留オーステナイ
ト量が１５体積％以下のマルテンサイト組織で、最外表
面での残留応力が１０ｋｇ／ｍｍ２　以上の圧縮応力を
有するし、ロール軸方向に凝固した高合金鋼からなるこ
とを特徴とする金属圧延用複合ロールにある。

【００１２】本発明は、重量で、Ｃ０．５　〜１．５　
％，Ｓｉ０．５〜３．０％，Ｍｎ１．５　％以下，Ｃｒ
２〜１０％，Ｖ０．５　〜２．０　％，Ｗ１〜２０％以
下を含有し、ロール軸方向に凝固した高合金鋼を外層と
し、低合金鋼を芯材としその真円度を１０ｍｍ以下とし
たことを特徴とする。

【００１３】本発明は芯材として重量でＣ０．５　〜１
．０　％，Ｓｉ１％以下，Ｍｎ１％以下，Ｃｒ１〜５％
，Ｍｏ０．５％以下を含み前記外層材より低い硬さを有
する真円度が１０ｍｍ以下である低合金鋼よりなり、前
記外層材は重量でＣ０．５〜１．５％，Ｓｉ０．５　〜
３．０　％，Ｍｎ１．５％以下，Ｃｒ２〜１０％，Ｍｏ
１〜１０　％，Ｖ０．５　〜２．０　％，Ｗ１〜２０％
以下を含む高合金鋼からなりロール軸方向に凝固した溶
着層よりなることを特徴とする。

【００１４】また、本発明は上述の外層にＮｉ５％以下
又はＣｏ１〜１５％を含有する高合金鋼からなる。

【００１５】本発明は、低合金鋼よりなる芯材に該芯材
より硬さの高い高合金鋼よりなる外層を有する金属圧延
用複合ロールにおいて、前記芯材の真円度が１０ｍｍ以
下で、前記外層が軸方向の凝固組織を有する等軸晶であ
ることを特徴とする金属圧延用複合ロールにある。

【００１６】本発明は低合金鋼の軸材と同心で配置され
た冷却モールドとの間に形成される空隙に前記軸材より
も硬さの高い外層を形成する高合金鋼から成る消耗電極
を挿入する工程と、軸材及び冷却モールドを円周方向に
回転してスラグ浴の下で前記消耗電極及び軸材に対し各
々複数の個所より交流電流を供給して消耗電極を溶解さ
せて溶湯にする工程と、冷却モールドを軸材の軸線方向
に移動させて溶湯を凝固させて外層を軸材に一体に溶着
させる工程と、を含む金属圧延用複合ロールの製造方法
にある。

【００１７】本発明は低合金鋼よりなる芯材の外周に該
低合金鋼より硬さの高い高合金鋼よりなる外層材をロー
ル軸方向に凝固溶着させる金属圧延用複合ロールの製造
法において、前記芯材の真円度が１０ｍｍ以下となるよ
うに前記外層材を形成した後、実質的に前記外層材をオ
ーステナイト変態点以上の温度に漸進加熱しながら該加
熱部分に液体又は気体冷媒を噴射する漸進焼入を施す焼
入工程及び該焼入後前記外層材の残留オーステナイト相
を１５体積％以下とする高温焼戻し処理を施す工程を含
むことを特徴とする金属圧延用複合ロールの製造法にあ
る。

【００１８】本発明は、前述の高合金鋼をロール軸方向
に凝固溶着させて外層材とし、該外層材より低い硬さの
低合金鋼を芯材としその真円度が１０ｍｍ以下であるロ
ール素材の表層部を変態点以上の温度に加熱し、焼入を
行った後、３００〜５５０℃の温度で焼もどしを行うこ
とを特徴とする。

【００１９】本発明は、前記外層材の焼入工程前に熱間
鍛造を施すこと、前記焼入工程後で焼戻し処理前にサブ
ゼロ処理を施すことである。

【００２０】本発明は、ワークロールと、該ワークロー
ルを支持するバックアップロールとを備えた圧延機にお
いて、前記ワークロールは低合金鋼よりなり真円度が１
０ｍｍ以下である芯材外周に該芯材より高い硬さを有し
、ショア硬さが８０以上である高合金鋼よりなる外層材
がロール軸方向に凝固した複合ロールからなることを特
徴とする圧延機にある。

【００２１】本発明は、ワークロールと、該ワークロー
ルと接触させて支持するバックアップロールを備えた圧
延機がタンデムに多段に連結されている圧延システムに
おいて、前記圧延機の少なくとも初段及び２段スタンド
の前記ワークロールが低合金鋼よりなる芯材に該芯材よ
り硬さが高い高合金鋼よりなる外層を有する複合ロール
によって構成され、前記初段の表面あらさが最終段の表
面あらさより粗くなっており、前記ワークロールの外径
が２５０ｍｍ以上で、外層の厚さが３０ｍｍ以上である
ことを特徴とする。

【００２２】ワークロールとバックアップロールとの間
に中間ロールを有することができ、初段から最終段にか
けてワークロール径が同じか又は小さくすることができ
る。前述の圧延システムにおいて、前記圧延機の全部の
ワークロールが低合金鋼よりなる芯材に該芯材より硬さ
が高い高合金鋼よりなる外層を有する複合ロールによっ
て構成され、初段スタンドのワークロール直径は少なく
とも最終段スタンドのワークロール直径より大きいこと
を特徴とする。少なくとも最終段で直径２５０ｍｍ以上
とすることができる。

【００２３】本発明は、ワークロールと、該ワークロー
ルと接触して支持する中間ロールと、該中間ロールを支
持するバックアップロールとを備えた圧延機がタンデム
に多段に連結されている圧延システムにおいて、少なく
とも初段スタンドの前記ワークロールが低合金鋼よりな
る芯材に該芯材より硬さが高い高合金鋼よりなる外層を
有する複合ロールによって構成されていることを特徴と
する。

【００２４】中間ロール自身も１部のスタンド又は全ス
タンドに対して複合ロールを用いることができ、ワーク
ロールより硬さを低くしたものにする。

【００２５】本発明は、ワークロールと、該ワークロー
ルを支持するバックアップロールを備えた圧延機がタン
デムに多段に連結されている圧延システムにおいて、前
記ワークロールの１回の研削でコイル本数３本以上圧延
するとともに、前記ワークロールの全部の摩耗量を軟鋼
の圧延に換算して１コイル当り１．５　ｍｍ以下であり
、前記ワークロールの全部が直径２５０ｍｍ以上である
ことを特徴とする。

【００２６】本発明におけるワークロールの硬さはＨｓ
９０〜１００で、バックアップロールのＨｓは６０〜７
０及び中間ロールは７０〜８０とするのが好ましい。

【００２７】ワークロールには被圧延材をより平坦化さ
せるため曲げを与えて回転させることができ、更に中間
ロールにおいても曲げを加えて回転させることができる
。中間ロールは左右にスライドさせることができ、圧延
幅に応じてロール端部を被圧延材に近いようにして圧延
させることができる。

【００２８】上記外層材で一体化したロールとした場合
、焼入時の熱応力により内部からの割損の危険があり、
また、軸部の靭性に劣るため、使用中のネック折損に対
して不利となる。そのため、ロールは表層部を上記材料
とし、芯材は靭性の高い合金鋼から成る複合構造とした
。

【００２９】また、低合金鋼材製芯軸の外周に、これよ
り硬さの高い高速度工具鋼等の高合金鋼材から成る外層
を設けた後、該外層に含まれる炭化物を分散させるとと
もに組織を均一化するために、外層に対して熱間鍛造処
理を施すことは好ましいことである。

【００３０】本発明の複合ロールは芯軸と、これを覆う
外層とから成る複合ロールであるが、仮に、前記高速度
工具鋼でロール全体を形成した場合（すなわち、高速度
工具鋼による一体型ロールとした場合）には、焼入れを
行う際に発生する熱応力により内部からの割損（割れ発
生）の危険があること、および軸部の靭性に劣ることに
より、使用中にロールネック部の折損が生じ易い。その
ため、前記のような複合ロール構造を採用したのである
。

【００３１】焼入れ処理は衝風冷却、または油冷却でも
行うことができるが、表面層の圧縮残留応力をより高く
し、焼入れ処理の後、温度３００℃〜５５０℃で焼戻し
処理を行った場合、Ｈｓ９３以上の硬さを得る本発明方
法において、ガス噴射又は噴水冷却によって焼入れを行
うことが好ましい。ガス噴射には空気が用いられる。本
発明における焼戻し温度は、３００℃〜５５０℃であり
、４５０℃〜５５０℃が好ましく、５００℃〜５５０℃
が更に好ましい。なお、冷間圧延ロールの場合、表面硬
度は概ねＨｓ９０以上が必要であるとされており、熱間
圧延ロールの場合、表面硬度は概ねＨｓ８０〜８５のも
のが使用されている。

【００３２】本発明におけるがごとく外層部のみ変態点
以上に加熱し、急速冷却による焼入れ処理を施した場合
の残留応力は、熱応力による残留応力と、変態応力によ
る残留応力とが重畳されたものとなる。外層部が急冷さ
れた場合、その体積収縮により内部の塑性変形温度域の
部分に圧縮塑性歪みを生じる。その結果、内外部の温度
が同一になるまで冷却されると外層部に圧縮残留応力が
、内部に引張り残留応力が生じる。これが熱応力による
残留応力である。また、変態によって外層部に生じるマ
ルテンサイトは相対的に比容積が大きいから、芯軸部の
比容積との違いによって、芯軸部に引張り残留応力が、
硬化外層部に圧縮残留応力が、それぞれ生じる。このよ
うに熱応力と変態応力によって生じる残留応力は、マル
テンサイト変態のみによって生じる残留応力（通常−２
０ｋｇ／ｍｍ２　程度である）に比してかなり大きく、
セミハイス系では、噴水冷却によれば圧縮残留応力−７
０ｋｇ／ｍｍ２　〜−１２０ｋｇ／ｍｍ２　（サブゼロ
処理を施した場合）を得ることができる。ハイス系では
ガス噴射冷却により−１０ｋｇ／ｍｍ２　以上の圧縮残
留応力を得ることができる。

【００３３】また、焼入れ処理のみでは、約４０％のオ
ーステナイトが残留しており、この残留オーステナイト
の分解を促進させるために温度−５０℃以下のサブゼロ
処理が行われる。サブゼロ処理は、縦型サブゼロ処理槽
内にロールを吊し、これを回転させながらロール表面に
液体窒素を噴射させることによって行われる。サブゼロ
処理後の残留オーステナイト量は、概ね１５％以下であ
る。

【００３４】この後、温度３００℃〜５５０℃での焼戻
し処理を行うと、残留オーステナイト量は前記値約１５
％から１〜５％程度に低下する。最終的に残留したオー
ステナイトは、ロールを使用する間において、ロール表
面の熱膨張・収縮を緩和するバッファとなり、ロール表
面のクラック発生を防止する機能を発揮する。また、高
温でロールの焼戻し処理を行っておけば、熱間圧延用と
して該ロールが使用される場合、仮に事故発生によって
高温の鋼板がロールに巻き付いてロール温度が上昇して
も、ロール表面における残留オーステナイトの分解等に
よるクラック発生が効果的に防止される。

【００３５】一般に、焼戻し処理を高温で行えば、それ
だけ焼入れによる歪みが解放（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）
され易く、残留応力の低下量が大きくなることが知られ
ている。しかしながら、本発明で使用される高速度工具
鋼は、焼戻し抵抗性を高める合金元素であるＳｉ，Ｃｒ
，Ｍｏ，Ｖ等を多量に含んでいるため、一般の低合金鋼
と比較すると、温度５００℃程度の焼戻しでは歪みの解
放が少なく、高い残留応力を維持することができる。

【００３６】なお、本発明における芯材は、引張り強さ
６０ｋｇ／ｍｍ２　以上，衝撃値１．５　ｋｇ−ｍ／ｃ
ｍ２以上の低合金鋼が好ましく、特に、重量％でＣ０．
５　〜１．０％，Ｓｉ１％以下，Ｍｎ１％以下，Ｃｒ１
〜５％，Ｍｏ０．５　％以下を含有する鍛鋼が好ましい
。

【００３７】

【作用】上記の構成による金属圧延用作業ロールは、大
きな曲げが加わる圧延に使用されてもより高合金化して
硬さを高めることができるので、耐摩耗性，耐肌荒性，
強靭性の点で十分耐用できるものとなる。特に、エレク
トロスラグ再溶解による特定の製法によって外層を軸材
に溶着させたロールであるため、芯材の真円度が１０ｍ
ｍ以下と小さく、更に溶湯から晶出する炭化物は浮揚，
沈殿，偏析することなく急速凝固するので、外層中に微
細かつ均等に分散したものとなる。これらにより、圧延
材の高圧下，高形状制御が健全に行えるとともに圧延材
の表面性状に関する品質が向上する。このように、本発
明の如く、より高合金化した外層を設けるには芯材の真
円度が特に問題である。真円度は外層材の厚さに左右し
、そのため焼入れ及び焼戻しにおいて不均衡な圧縮残留
応力を形成させ、使用中に折損する恐れがある。

【００３８】本発明者らは従来技術の問題点を解決し、
上記目的を達成するため、実験追求を行って以下の知見
を得た。

【００３９】外層は耐摩耗性と耐肌荒性を確保するため
、より高合金化とするとともに、熱処理を施しＨｓ９０
以上の硬さを保持させる必要がある。

【００４０】外層の化学成分の特定は次の理由による。

【００４１】Ｃは耐摩耗性向上のための炭化物の形成及
び基地硬さ確保に必要である。その量が０．５　％未満
の場合、炭化物量が少なく、耐摩耗性の点で十分でない
。 一方Ｃが１．５　％を超えると、粒界に析出する網目状
炭化物が増加し耐肌荒性及び強靭性の点で劣るようにな
る。特に、０．８　〜１．２　％が好ましい。

【００４２】Ｓｉは脱酸剤として必要な元素であり、０
．５　％以上有し、また焼戻し抵抗性を高める。しかし
、その量が３．０　％を超えると脆化が生じやすくなる
。特に、１〜３％が好ましく、１．５　〜２．５　％が
より好ましい。

【００４３】Ｍｎは脱酸作用とともに不純物であるＳを
ＭｎＳとして固定する作用があるが、その量が１．５　
％を超えると残留オーステナイトが増え安定して十分な
硬さを維持できないとともに、靭性が低下する。特に、
０．２　〜１．０　％が好ましく、０．２　〜０．５　
％がより好ましい。

【００４４】Ｃｒは２％未満では焼き入れ性に劣り、１
０％を超えるとＣｒ系炭化物が過多となるため不都合で
ある。特に、３〜７％が好ましく、３．５〜５％がより
好ましい。

【００４５】ＭｏおよびＷはそれぞれＣと結合してＭ２
Ｃ　あるいはＭ５Ｃ　系炭化物を生成させ、かつ基地中
にも固溶して基地を強化し耐摩耗性や焼戻し抵抗性を向
上させる。しかし、過剰になるとＭ６Ｃ　系炭化物が増
加し靭性及び耐肌荒性が低下する。Ｍｏ及びＷの上限は
それぞれ１２％及び２０％であり、Ｗ及びＭｏの下限は
１％以上とすべきである。Ｍｏはセミハイス鋼が１．５
　〜４．５　％又はハイス鋼が７〜１０％が好ましく、
また、Ｗはセミハイス鋼が０．１　〜１％又はハイス鋼
が０．５　〜５％が好ましい。

【００４６】ＶはＭＣ系炭化物を形成し耐摩耗性向上に
寄与するが、０．５　％未満では十分な効果がなく、５
％を超えると、研削性を著しく阻害する。特に、０．７
〜２．０％が好ましい。

【００４７】Ｃｏは基地に固溶し高温焼戻して高硬度を
得るための元素であるが、５％未満でその効果は不十分
である。１５％を越えると靭性が低下する。特に６〜１
０％が好ましい。

【００４８】特に、外層としてセミハイスは前述のＣ，
Ｓｉ，Ｍｎ及びＣｒを含み、Ｗ０．１〜１％，Ｖ０．５
　〜２．０　％及びＭｏ１〜５％又はハイスはＷ０．５
　〜３％，５〜１１％又は１２〜２０％，Ｍｏ４〜１２
％，Ｖ０．５　〜１．５　％又は１．５　〜５％と、又
はこれらの組合わせにＣｏ４〜２０％含むことができる
。Ｈｏｔを基準に考えた組成では炭化物量が耐摩耗性と
耐焼付性を考えるので、炭化物量が多くなっている。そ
して、この炭化物量が多いほど研削で仕上げしづらくな
り、靭性も低く、冷間作業ロールのように高い局部圧力
に耐えられなくなる。そのため、冷間作業ロールの合金
組成としては耐摩耗性を損なわない程度まで炭化物量（
炭素量）を少なくし、マトリックスの強化（マルテンサ
イト特に焼戻しマルテンサイト）で局部圧（圧延圧力）
に耐えるようにしている。このマトリックス強化として
Ｃｏは有効であり、高い硬度が得られる。

【００４９】なお、本発明の外層に用いる高合金鋼は上
記元素のほかにＮｉを含有することができる。Ｎｉは焼
き入れ性を向上する作用を有するため、５％以下の量添
加することができる。それを超えると残留オーステナイ
トの増加を招き、硬度低下や耐肌荒性の低下を来す。特
に、１％以下が好ましく、０．１　〜０．５　％がより
好ましい。

【００５０】また、本発明においては、芯軸用材料とし
てＨｓ３５以上を有する鍛鋼を使用することが好ましい
。すなわち、本発明のロールに公称応力として１０ｋｇ
／ｍｍ２　　のネット応力が加えられた場合、寸法効果
係数０．８　，表面効果係数０．９　，切欠き係数２．
０　として、必要な疲れ限度は、３６ｋｇ／ｍｍ２　と
なり、それを得るためには硬さとしてＨｓ３５以上がよ
い。

【００５１】芯軸上に外層を設ける方法としては、特公
昭４４−４９０３号に開示されている。高周波加熱を利
用した連続肉盛方法，特開昭４７−２８５１号公報他に
開示されている粉末冶金法を利用して熱間等方加圧によ
り外層を形成する方法，特開昭５７−２８６２号公報に
開示されているエレクトロスラグ再溶解法を利用した肉
盛方法等がある。エレクトロスラグ再溶解肉盛方法が特
に好ましい。

【００５２】すなわち、軸材と同心的に配置されたモー
ルドとの間に形成される空隙に高速度鋼等の高合金鋼か
ら成る消耗電極を挿入し、軸材及び冷却モールドを円周
方向に好ましくは１ｒｐｍ　以上で回転しスラグ浴の下
で消耗電極及び軸材に対し複数の個所より交流電流を供
給して消耗電極を溶解させるとともに、冷却モールドを
軸材に対し同軸的に上方へ移動させて溶湯を冷却モール
ドに接触させ凝固させることにより形成した外層を軸材
に溶着させるものである。回転は軸材と消耗電極とて相
対的であればよい。電流と熱を各部に均等に流れるよう
にすることにより芯材の偏心をなくすことができる。

【００５３】本発明の複合ロールは熱間又は冷間作業ロ
ールとして使用でき、特に曲げを与えて圧延するのに使
用できる。そして、スケジュールフリー用ロールとして
使用できる。炭素鋼の圧延において従来のロール寿命は
４〜５時間程度であったが、本発明ロールはセミハイス
ロールで２〜５倍又はハイスロールで５〜１０倍の寿命
が得られ、従って１回の研摩工程で８時間〜２５時間又
は２０時間から５０時間の寿命が得られ、研摩回数が著
しく少なくできる。

【００５４】本発明によれば、従来ハイスよりなる一体
ロールでは高々直径１００ｍｍ程度のものしか製造でき
なかったが、本発明では直径２５０〜７５０ｍｍのもの
が製造でき、従来の圧延機にそのまま使用できる。

【００５５】

【実施例】実施例１ 胴径７５０ｍｍ，胴長１４８０ｍｍのロールを直径６６
５ｍｍの軸材を用いて次のようにエレクトロ再溶解法に
て複合ロール用インゴットとして外径８５０ｍｍのもの
を製造した。

【００５６】図８は、エレクトロスラグ肉盛法による複
合ロールを製造する装置の概略図である。この装置は、
溶接機９，増幅器１７，通電用配線１２，カーボンブラ
シ１２ａ，測温用熱電対１３，直流モータ１８およびマ
ニュピュレータ１９を含む。マニュピュレータ１９が、
直流モータ１８によって動かされ、マニュピュレータの
腕１２ａによって支えられた高速度工具鋼から成る消耗
電極である管状消耗電極８が、上方へ動かされるように
なっている。低合金鋼材製芯軸７が回転定盤１１上に設
置されている。この芯軸７と同心的に水冷モールド１０
が設置されており、両者の間隔部において、環状点火板
（すなわち、モールド底）１６が芯軸７の下端部に近く
設置されている。芯軸７および水冷モールド１０は、円
周方向に５ｒｐｍ　回転させた。マニュピュレータ１９
によって支えられた管状電極８が、芯軸７と水冷モール
ド１０とで画成される前記間隔部、すなわち溶解室内に
差し込まれ、配線１２を介して芯軸７は管状電極８との
間に供給される交流電流により、管状電極８が溶融消耗
する。定盤１１にはカーボンブラシ１２ｂが周囲に５ケ
均等に配置し、管状電極にも配線を複数に配置し、各部
に均等に電流が流れるようにして通電によってアークが
発生すると、スラグ１５がその抵抗発熱により溶融する
とともに、溶融金属１４が形成され、水冷モールド１０
との接触で冷却されて凝固し、芯軸７の表面に均一な肉
盛層１３が形成される。この間、水冷モールド１０は芯
軸７に対して同軸的に上方へ移動せしめられる。スラグ
１５は、常時厚さ５０〜６０ｍｍに調整される。また、
溶融金属１４は環状底板１６によって下方への滴下が防
止される。電流電圧は一定に保持されるようにコントロ
ールしながら溶解され、肉盛層の厚さと芯材への溶け込
み深さが一定になるようにコントロールされる。

【００５７】かくして、得られた複合ロールの肉盛層に
１１００℃で鍛造が施され、外径７８０ｍｍ、外層の厚
さを４２．５ｍｍ　とした。更に該肉盛層に焼入れ焼戻
し熱処理が施され、もって肉盛層の表面硬さＨｓ９０以
上を得ることができる。

【００５８】熱処理後、切削加工及び研摩によって仕上
げ外径７５０ｍｍとなるように直径で約２〜３ｍｍで切
削研摩した。平均表面あらさを約０．５μｍ　となるよ
うに砥石によって研削した。

【００５９】外層材質の化学成分を第１表（重量％）に
示す。残部はＦｅである。このロールは更に１０００℃
〜１２００℃からの焼入れ及び１２０℃〜５２０℃、１
０〜２０時間の焼戻しの熱処理を施した。比較のため従
来の５％Ｃｒ鍛鋼材についても同一寸法のロールを製造
した。この材質についても化学成分を表１に示す。熱処
理はこの材質に適した熱処理を施した。なお、本発明ロ
ールの軸材にはＣ０．９５％，３％Ｃｒ鍛鋼を用い、そ
の硬さはＨｓ４０であった。

【００６０】

【表１】

【００６１】図８は、噴水又はガス噴射焼入れの手法を
示している。ロール２０の肉盛層である外層２１が焼入
れされる部分である。垂直に設定されたロール２０の外
層２１を包囲して、低周波誘導子である誘導コイル２２
と冷媒噴射筒２３とを含む環状装置該設定されている。 誘導コイル２２に低周波電流が流された状態で、ロール
２０が回転させられつつ下方へ動かされる。外層２１は
、発生した誘導電流によって加熱されながら、冷媒噴射
筒２３から噴射される冷媒によって連続的に冷却，焼入
する漸進焼入される。その結果、冷却速度として１℃〜
１０℃／ｓｅｃ以上の急冷が達成される。冷却速度は噴
射冷媒の量と噴射速度等によってコントロールすること
ができる。

【００６２】焼入れ温度への加熱は実質的に外層２１の
みとし、芯材との境界部はオーステナイト変態点以下と
なるように行った。その結果、境界部での芯材の靭性を
高く保つことができる。

【００６３】図１は焼戻し温度と硬さとの関係を、図２
は焼戻し温度と残留応力との関係をそれぞれ示している
。本発明例１および２の場合、焼入れ温度は１０６０℃
であり、図８に示されるような手法により、外層部のみ
の低周波誘導加熱と、引き続く噴水冷却により１０℃／
ｓｅｃ　の速度の漸進焼入れを行った。その後、−５０
℃でのサブゼロ処理を施し、各温度で焼戻しを行った。 このときの冷却速度は約１５℃／ｓｅｃ　であった。

【００６４】図１と図２とを対比すれば、残留応力が焼
戻し後のロール表面の硬さに寄与していることがよく判
る。従来のロールでは、Ｈｓ９３の硬さが得られる焼戻
しは、１６０℃であるが、本発明例１の場合、５２０℃
であり、従来ロールに比較して同一硬さを得られる焼戻
し温度が大幅に上昇していることが判る。また、焼戻し
温度５００℃における本発明のＮｏ．１および２のロー
ル表面の残留応力が、−７０ｋｇ／ｍｍ２　よりも大き
いのに対し、従来ロールでは、ロール表面の残留応力が
約−３０ｋｇ／ｍｍ２　であり、本発明によって大きな
残留応力を確保できることが判る。

【００６５】Ｎｏ．１及び２の残留オーステナイト量は
１０〜１５体積であった。

【００６６】Ｎｏ．２の場合は５００℃で戻もどしを行
った後のかたさはＨｓ８８であり、Ｓｉ添加の効果が如
実に認められる。

【００６７】図２はＮｏ．１と従来ロールとの耐熱衝撃
性比較を示す。試験は鍛造後のロール素材表面から材料
を採取し加工の後、焼入れを行い、Ｎｏ．１は５２０℃
、従来ロールは１６０℃で、それぞれ、焼もどしを施し
、試験を行った。試験方法は直径８０ｍｍ厚さ４０ｍｍ
の試験片を１４２０ｒｐｍ　で回転させ、２０ｍｍ角の
軟鋼材を５００ｇ／ｍｍの荷重で試験片に押し付けなが
ら水冷を行った。

【００６８】図２の縦軸のクラック長さは試験片表面に
発生したクラックの長さの合計であるが、従来材のクラ
ック長さが５４ｍｍであるのに対し、Ｎｏ．１の場合、
２３ｍｍと従来材の半分以下となっており、高温焼もど
しの有効性が明らかである。

【００６９】図３は耐摩耗性の比較を示す。試験は摺動
面が直径１８ｍｍの試験片に同様な熱処理を施し、＃１
００エメリーペーパー上で５００ｇの荷重を加えて摺動
させた。従来ロールの摩耗量が２３０ｍｇであるのに対
し、Ｎｏ．１の場合、１２０ｍｇと耐摩耗性にも優れて
いることがわかる。

【００７０】Ｎｏ．１のロールとして、図４の形状とし
、これを用い図５に示す圧延機を用い、タンデムにＦ１
〜Ｆ７の７段スタンドに図１０に示すように配置し、サ
ブｍｍの厚さ、特に２００μｍ以下の厚さのステンレス
鋼箔、薄板ブリキ用鋼板の冷間圧延を行った結果、従来
の一体型ロールにくらべ５倍以上の耐摩耗性が得られる
ことが確認された。１は被圧延材、２は本実施例に係る
ワークロールを初段スタンドに組込んだもの、３は中間
ロール、４はバックアップロール、５は外層、６は芯材
である。中間ロール３は左右にシフトすることができる
。

【００７１】本発明の複合ロールを複数個に切断し、断
面の真円度を数個所測定した結果、いずれも真円度を５
〜６ｍｍであった。また、外層材と芯材との境界をはさ
んで引張試験を行った結果いずれの試験でも芯材部で破
断した。焼入れ硬化層の厚さは４０ｍｍ以上で、少なく
とも４０ｍｍにおいて約４０ｋｇ／ｍｍ２　以上の圧縮
残留応力が形成されていた。

【００７２】図５中、Ｆｗ　及びＦＩ　ロールには曲げ
が矢印の方向にかけられ、被圧延材のエッヂ部の曲率を
より大きくなるようにした。Ｆ１〜Ｆ３スタンドが図５
（ａ）、Ｆ４　及びＦ５　が図５（ｂ）、Ｆ６　及びＦ
７　が図５（ｃ）のロール配置とした。

【００７３】本実施例によれば、表面硬度を従来ロール
と同一にしても、３００℃以上の高温で焼もどしを行う
ことができるため、圧延時のスリップ，事故等により発
生する熱衝撃に対する耐性を従来ロールに劣らない耐摩
耗性を維持したまま著しく高くすることができる。

【００７４】図７はロール表面からの硬さ及び残留応力
と深さとの関係を示す線図である。σｚ　は軸方向及び
σｔ　は円周方向の残留応力である。

【００７５】実施例２ 胴径４２５ｍｍ及び７５０ｍｍ、胴長１１００ｍｍのロ
ールを直径３４０ｍｍ及び６６５ｍｍ長さ３７００ｍｍ
の軸材を用いて実施例１と同様に図８に示す装置にてほ
ぼ同様に製造した。この時の前者のロール外層材の化学
成分を第２表に示す。また、後者は同じ電極を用いてい
るので特に分析はしなかった。このロールは更に誘導加
熱により表層部のみ１１００〜１２００℃で加熱し、連
続的に空気噴射冷却により１℃／ｓｅｃ　の速度の焼入
れを行った後、ロール全体を５００〜５５０℃で加熱し
焼戻しの熱処理を施した。比較のため従来の３％Ｃｒ鍛
鋼材についても同一寸法のロールを製造した。この材質
についても化学成分を第２表に示す。熱処理はこの材質
に適した熱処理を施した。いずれの表面部の硬さはＨｓ
９０以上の９５であった。なお、本発明ロールの軸材に
は重量で、０．９％Ｃ　，３％Ｃｒ及び０．２　％Ｍｏ
を含み、Ｓｉ０．３％，Ｍｎ０．７％の鍛鋼を用い、そ
の硬さはＨｓ４０であった。前述の後者のロールは熱処
理前に鍛造を施した。これらのロールについて断面の顕
微鏡組織を観察した結果、本発明のロール胴端余長部で
調査した外層と軸材の接合部に異常は認められなかった
。各々の平均表面あらさは前者が約０．１　μｍ、後者
が０．５μｍ　であり、Ｈｓ９０以上の硬化層はいずれ
も約５０ｍｍであった。

【００７６】これらの結果から明らかなように、本発明
ロールは表面、接合部とも健全であるとともに要求特性
を満たすものである。各ロールの肉盛層の厚さは超音波
によって正確に測定された結果、約４０ｍｍのほぼ均一
な厚さであった。

【００７７】本実施例により得られたロールを用い、実
施例１と同様に普通鋼の冷間圧延を行った。前者のロー
ルは最終段、後者のロールは初段に用い各ロールの圧延
コイル本数とロール表面粗度の関係を調らべた。初段ロ
ールの結果を図９に示す。これらの圧延において、本発
明ロールは粗度低下がほとんどなく、優れた耐摩耗性を
示している。また、本発明ロールに胴部のクラック発生
事故やネック部の折損事故はなかった。コイル１本の長
さは約４０ｋｍである。最終段のロールについても大き
な差は見られなかった。

【００７８】また、ロールを複数個に切断し、断面の真
円度を測定した結果、いずれのロールのいずれの部分も
５〜６ｍｍであった。外層の残留オーステナイト量は約
１５体積％であった。

【００７９】

【表２】

【００８０】本実施例によれば、外層材に耐摩耗性，耐
肌荒性に優れた高速度鋼の如く鋼を用い、軸材に靭性に
優れた鋼を使用した冷間圧延用作業ロールであるため、
耐摩耗性，耐肌荒性さらに靭性に優れたロールとするこ
とができる。これにより、本発明は、冷間圧延における
生産性並びに品質向上に貢献するところ多大なものがあ
る。

【００８１】本実施例の製造方法によれば、外層材に耐
摩耗性，耐肌荒性に優れた高速度鋼の如く鋼を用い、軸
材に靭性な優れた鋼を使用したロールを凝固むらの発生
なく簡単に製造できる。

【００８２】実施例１と同様に高周波加熱後水噴霧焼入
れを施し、次いで−７０℃でサブゼロ処理を施した結果
、残留オーステナイト組織がマルテンサイトに変態し、
残留オーステナイト量はさらに低下し、硬さは若干高く
なるとともに高い圧縮残留応力が得られた。

【００８３】実施例３ 実施例１によって得られた複合ロールを図１０に示すＦ
１〜Ｆ３のワークロールに使用し、更に実施例１によっ
て得られた複合ロールを若干細径にしてＦ４　及びＦ５
　のワークロールに使用、また実施例２によって得られ
た細径のものをＦ６　及びＦ７　のワークロールにそれ
ぞれ用い、中間ロールにＨｓ８０〜８５の冷間タイス鋼
からなる一体のロールを用いて、前述と同様に軟鋼の圧
延を行った。この圧延システムで１回の研摩で５本のコ
イルを圧延したが、ほとんど問題なく圧延でき、１コイ
ル当りの摩耗量は０．１５ｍｍ　以下であった。バック
アップロールは３％Ｃｒ鋼の鍛鋼を用いた。１本のコイ
ルの重量は約５００ｔである。

【００８４】実施例４ 実施例１で得られた複合ロールを最終段の中間ロールに
使用し、実施例２で得られた細径ロールをワークロール
を使用し、実施例３と他の点は同じ配置として同様に軟
鋼の圧延を行った。この中間ロールの表面あらさはワー
クロールとほぼ同じ表面あらさとし、中間ロールの表面
硬さをほぼＨｓ９０とし、ワークロールの硬さをＨｓ９
５として使用した。この圧延においても特に異常な摩耗
は見られず、良好な圧延結果が得られた。

【００８５】このようなことから、全スタンドに対して
特にワークロールを全部又はこれに中間ロールの１部又
は全部とに硬さを調整した複合ロールを用いることがで
き、これまで圧延による摩耗が大きかったためにコイル
１本の圧延を行うごとに研削しながら圧延スケジュール
に合せて圧延していたものを１回の研削で多量の圧延で
きることからスケジュールを特に組まないスケジュール
フリーの圧延が可能となることが分った。

【００８６】本発明の複合ロールは冷間圧延において特
に効果があるが、熱間圧延にも使用可能である。

【００８７】

【発明の効果】上記の構成による金属圧延用作業ロール
は、大きな曲げが加わる圧延に使用されても耐摩耗性，
耐肌荒性，強靭性の点で十分耐用できるものとなる。特
に、エレクトロスラグ再溶解により外層を軸材に溶着さ
せたロールであるため、溶湯から晶出する炭化物は浮揚
，沈殿，偏析することなく急速凝固するので、外層中に
微細かつ均等に分散したものとなる。これらにより、圧
延材の高圧下、高形状制御が健全に行えるとともに圧延
材の表面性状に関する品質が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明例ロールと従来ロールの焼戻し温度と硬
さの関係を示すグラフ。

【図２】本発明例ロールと従来ロールとの耐熱衝撃性を
比較したグラフ。

【図３】本発明によるロールと従来ロールとの耐摩耗性
を比較したグラフ。

【図４】本発明によるワークロールの要部断面図。

【図５】本発明によるワークロールを用いたストリップ
冷間圧延機（ｃｏｌｄｓｔｒｉｐ　ｍｉｌｌ）の要部正
面図。

【図６】本発明例ロールと従来ロールの焼戻し温度と残
留応力の関係を示すグラフ。

【図７】表面からの硬さ及び残留応力と深さとの関係を
示す線図。

【図８】エレクトロスラグ肉盛法による複合ロール製造
装置の概略図。

【図９】圧延ロールの焼入れ法を示す概略図。

【図１０】圧延によるコイル本数とロール粗度との関係
を示す線図。

【図１１】圧延機の配置図。

【符号の説明】

１…被圧延材、２…ワークロール、３…中間ロール、４
…バックアップロール、５…外層、６…芯材。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】芯材の外周を外層材で覆った金属圧延用複
   合ロールにおいて、前記芯材はショア硬さが３５以上及
   び真円度が１０ｍｍ以下で前記外層材より低い硬さを有
   する低合金鋼よりなり、前記外層材はショア硬さが８０
   以上及び残留オーステナイト量が１５体積％以下のマル
   テンサイト組織で、最外表面での残留応力が１０ｋｇ／
   ｍｍ２　以上の圧縮応力を有するし、ロール軸方向に凝
   固した高合金鋼からなることを特徴とする金属圧延用複
   合ロール。
2. 【請求項２】重量で、Ｃ０．５　〜１．５　％，Ｓｉ０
   ．５　〜３．０　％，Ｍｎ１．５　％以下，Ｃｒ２〜１
   ０％，Ｖ０．５　〜２．０　％，Ｗ０．１　〜２０％以
   下を含有し、ロール軸方向に凝固した高合金鋼を外層と
   し、低合金鋼を芯材としその真円度を１０ｍｍ以下とし
   たことを特徴とする金属圧延用複合ロール。
3. 【請求項３】芯材の外周を外層材で覆った金属圧延用複
   合ロールにおいて、前記芯材は重量でＣ０．５　〜１．
   ０　％，Ｓｉ１％以下，Ｍｎ１％以下，Ｃｒ１〜５％，
   Ｍｏ０．５％以下を含み前記外層材より低い硬さを有す
   る真円度が１０ｍｍ以下である低合金鋼よりなり、前記
   外層材は重量で、Ｃ０．５　〜１．５　％，Ｓｉ０．５
   　〜３．０％，Ｍｎ１．５　％以下，Ｃｒ２〜１０％，
   Ｍｏ１〜１２％，Ｖ０．５　〜２．０　％，Ｗ０．１　
   〜２０％以下を含む高合金鋼からなりロール軸方向に凝
   固した溶着層よりなることを特徴とする金属圧延用複合
   ロール。
4. 【請求項４】重量で、Ｃ０．５　〜１．５　％，Ｓｉ０
   ．５　〜３．０　％，Ｍｎ１．５　％以下，Ｃｒ２〜１
   ０％，Ｖ０．５　〜２．０　％，Ｗ１〜２０％及びＮｉ
   ５％以下を含有する高合金鋼からなるロール軸方向に凝
   固した溶着層を外層とし、該外層より低い硬さを有する
   低合金鋼を芯材としその真円度が１０ｍｍ以下であるこ
   とを特徴とする金属圧延用複合ロール。
5. 【請求項５】重量で、Ｃ０．５　〜１．５　％，Ｓｉ０
   ．５　〜３．０　％，Ｍｎ２％以下，Ｃｒ２〜１０％，
   Ｖ０．５　〜２．０　％，Ｗ１〜２０％及びＣｏ１〜１
   ５％を含有する高合金鋼からなる溶着層を外層とし、該
   外層より低い硬さを有する低合金鋼を芯材としその真円
   度が１０ｍｍ以下であることを特徴とする金属圧延用複
   合ロール。
6. 【請求項６】低合金鋼よりなる芯材に、該芯材より硬さ
   の高い高合金鋼よりなる外層を有する金属圧延用複合ロ
   ールにおいて、前記芯材の真円度が１０ｍｍ以下で、前
   記外層が軸方向の凝固組織を有する等軸晶であることを
   特徴とする金属圧延用複合ロール。
7. 【請求項７】低合金鋼の軸材と同心で配置された冷却モ
   ールドとの間に形成される空隙に前記軸材よりも硬さの
   高い外層を形成する高合金鋼から成る消耗電極を挿入す
   る工程と、軸材及び冷却モールドを円周方向に回転して
   スラグ浴の下で前記消耗電極及び軸材に対し各々複数の
   個所より交流電流を供給して消耗電極を溶解させて溶湯
   にする工程と、冷却モールドを軸材の軸線方向に移動さ
   せて溶湯を凝固させて外層を軸材に一体に溶着させる工
   程と、を含む金属圧延用複合ロールの製造方法。
8. 【請求項８】低合金鋼よりなる芯材の外周に該低合金鋼
   より硬さの高い高合金鋼よりなる外層材をロール軸方向
   に凝固溶着させる金属圧延用複合ロールの製造法におい
   て、前記芯材の真円度が１０ｍｍ以下となるように前記
   外層材を形成した後、実質的に前記外層材をオーステナ
   イト変態点以上の温度に漸進加熱しながら該加熱部分に
   液体又は気体冷媒を噴射する漸進焼入を施す焼入工程及
   び該焼入後前記外層材の残留オーステナイト相を１５体
   積％以下とする高温焼戻し処理を施す工程を含むことを
   特徴とする金属圧延用複合ロールの製造法。
9. 【請求項９】重量で、Ｃ０．７　〜１．５　％，Ｓｉ０
   ．５　〜３．０　％，Ｍｎ１．５　％以下，Ｃｒ２．０
   　〜７．０　％，Ｍｏ１〜５％，Ｖ０．５　〜２．０　
   ％，Ｗ２０％以下を含有する高合金鋼をロール軸方向に
   凝固溶着させて外層材とし、該外層材より低い硬さの低
   合金鋼を芯材としその真円度が１０ｍｍ以下であるロー
   ル素材の表層部を変態点以上の温度に加熱し、焼入を行
   った後、３００℃以上の温度で焼もどしを行うことを特
   徴とする金属圧延用複合ロールの製造法。
10. 【請求項１０】請求項８又は９において、前記外層材の
    焼入工程前に熱間鍛造を施す金属圧延用複合ロールの製
    造法。
11. 【請求項１１】請求項７〜１０のいずれかにおいて、前
    記焼入工程後で焼戻し処理前にサブゼロ処理を施す金属
    圧延用複合ロールの製造法。
12. 【請求項１２】ワークロールと、該ワークロールと接触
    させて支持するバックアップロールとを備えた圧延機に
    おいて、前記ワークロールは低合金鋼よりなり真円度が
    １０ｍｍ以下である芯材外周に該芯材より高い硬さを有
    し、ショア硬さが８０以上である高合金鋼よりなる外層
    材がロール軸方向に凝固した複合ロールからなることを
    特徴とする圧延機。
13. 【請求項１３】ワークロールと、該ワークロールと接触
    させて支持するバックアップロールを備えた圧延機がタ
    ンデムに多段に連結されている圧延システムにおいて、
    前記圧延機の少なくとも初段及び２段スタンドの前記ワ
    ークロールが低合金鋼よりなる芯材に該芯材より硬さが
    高い高合金鋼よりなる外層を有する複合ロールによって
    構成され、前記初段の表面あらさが最終段の表面あらさ
    より粗くなっており、前記ワークロールの外径が２５０
    ｍｍ以上で、外層の厚さが３０ｍｍ以上であることを特
    徴とする圧延システム。
14. 【請求項１４】ワークロールと、該ワークロールと接触
    させて支持するバックアップロールを備えた圧延機がタ
    ンデムに多段に連結されている圧延システムにおいて、
    前記圧延機の全部のワークロールが低合金鋼よりなる芯
    材に該芯材より硬さが高い高合金鋼よりなる外層を有す
    る複合ロールによって構成され、初段スタンドのワーク
    ロール直径は少なくとも最終段スタンドのワークロール
    直径より大きいことを特徴とする圧延システム。
15. 【請求項１５】ワークロールと、該ワークロールと接触
    して支持する中間ロールと、該中間ロールを支持するバ
    ックアップロールとを備えた圧延機がタンデムに多段に
    連結されている圧延システムにおいて、少なくとも初段
    スタンドのワークロールが低合金鋼よりなる芯材に該芯
    材より硬さが高い高合金鋼よりなる外層を有する複合ロ
    ールによって構成されていることを特徴とする圧延シス
    テム。
16. 【請求項１６】ワークロールと、該ワークロールを支持
    するバックアップロールを備えた圧延機がタンデムに多
    段に連結されている圧延システムにおいて、前記ワーク
    ロールの１回の研削でコイル本数３本以上圧延するとと
    もに、前記ワークロールの全部の摩耗量を軟鋼の圧延に
    換算して１コイル当り０．１５　ｍｍ以下であり、前記
    ワークロールの全部が直径２５０ｍｍ以上であることを
    特徴とする圧延システム。