JPH0599823A - 摩擦試験方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧延ロールと工具１との間で被圧延材２を圧
延し、この圧延時に検出した圧延方向に垂直に作用する
力と、圧延方向と平行に工具に作用する力とから工具１
と被圧延材２との界面における摩擦特性を評価する摩擦
試験法において、加工新生面下の滑り摩擦を受ける工
具、その中でも特に、被圧延材２の移動に伴い新しい工
具面が連続的に供給される工具１に対しても、実機使用
下に近い評価を下す。 【構成】 工具１をシリンダー５により圧延方向または
圧延方向とは異なる任意の方向に変位あるいは移動させ
ながら被圧延材２を圧延する。これにより、工具面の摩
擦摺動部が圧延中に更新される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼や非鉄金属等の圧
延に用いられる工具と被加工材との間の摩耗、摩擦、焼
付などを、実際の加工条件に近い状態でシミュレートし
て、工具や潤滑剤の性能を評価するための摩擦試験方法
および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の摩耗試験は、シリンダーブ
ロック式摩耗試験機や、ピニーディスク式摩耗試験機等
のような摺動状態における材料の表面状態、潤滑の特性
を回転または往復動によって調査する試験機によって実
施されるのが主であった。これは、実機工具使用条件と
異なり、変形抵抗相当の面圧が供されにくく、加工新生
面下における摩耗条件も与えられていない。そのため、
板、管などを製造している実機での変形抵抗相当の面圧
での加工新生面発生下の摩耗は再現できず、圧延ミルで
の工具および潤滑剤の性能評価用試験としては不十分で
あった。

【０００３】従来の摩耗試験における上記の如き不備を
補うため、１対のロールを用いて被圧延材を圧延するこ
とによりロール材の摩擦試験を行うに際し、前記圧延材
に前方張力をかけ、かつ一方のロールのみを駆動し、他
方のロールが従動するようにすることにより非対称圧延
を行うロール材の摩耗試験方法は、特開平１−２１０８
４８号公報に開示されている。また、回転する圧延ロー
ルと固定した板状の工具の間で板状の被加工材を圧延
し、圧延方向に垂直に働く作用力と、圧延方向と平行に
工具に働く作用力とを共に検出し、塑性加工における工
具と被加工材との界面における摩擦特性を評価する摩擦
潤滑試験方法は、特開昭６３−７３１３４号公報に開示
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、実機のミ
ル、特に製管圧延機の工具の中には、ピアサー、エロン
ゲーター、リーラーなどの傾斜ロール式圧延機が具備す
るプレートガイドシューのように、加工新生面下の滑り
摩擦を受ける工具や、マンドレルミルのマンドレルバー
のように、加工摺動部が常に更新され、工具面上に塗布
された潤滑剤と共に新しい工具面が連続的に供給される
ような加工新生面下の滑り摩擦を受ける工具、さらに
は、製管用ロール（プラグミルロール、マンドレルミル
ロール、サイザーロール、レデューサーロール）のよう
に圧延方向にだけでなく、周方向にも大きく加工新生面
下の滑り摩擦を受ける工具などがある。これらの工具お
よび潤滑剤に対する耐摩耗性評価、耐焼付性評価の必要
性は、品質向上、コスト合理化のために最近とみに増大
している。

【０００５】ところが、上記の新しい摩耗試験方法のう
ち、特開平１−２１０８４８号公報に開示の方法によれ
ば、板のロール圧延に近い圧延条件を得ることは可能と
なるが、ロール以外に所定の工具を用いることを必須と
する継目無鋼管の製造用圧延機の工具、特に傾斜ロール
式圧延機の工具であるディスクガイドシュー、マンドレ
ルミルのマンドレルバー等の工具を用いた圧延のよう
に、加工新生面下における滑り摩擦を工具の摺動面全面
に与えることは不可能である。

【０００６】これに対し、特開昭６３−７３１３４号公
報に開示の方法による場合は、加工新生面下の滑り摩擦
を工具摺動面に与えることは可能となる。しかし、例え
ば、前記マンドレルミルのマンドレルバーの場合は、被
加工材が圧延方向に移動すると共に、工具も圧延方向に
移動することにより、加工摺動部が常に更新され、圧延
中に工具面上に塗布された潤滑剤と共に新しい工具面が
連続的に供給される。このような摩擦条件下での評価に
対しては、この方法でも不十分であった。更に、このこ
とに伴い、評価試験中に焼付き等が早期に生じ、圧延時
間、圧延長さを大きくすることが困難なため、実機との
条件差が一層大きくなるという問題もあった。

【０００７】このため、製管圧延機の工具の多くは、新
しい工具材質、工具用潤滑剤が試作されても、実機を使
ってテストする方法しかなく、多大なコスト、大きなリ
スクを負うことになっていた。

【０００８】本発明の目的は、加工新生面下の滑り摩擦
を受ける工具、その中の特に被圧延材の移動に伴い、新
しい工具面が連続的に供給される工具に対しても、実機
使用条件下に近い評価を下すことができる摩擦試験方法
および装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の摩擦試験方法
は、圧延ロールと工具との間で被圧延材を圧延し、この
圧延時に検出した圧延方向に垂直に作用する力と、圧延
方向と平行に工具に作用する力とから工具と被圧延材と
の界面における摩擦特性を評価する摩擦試験法におい
て、前記工具を圧延方向または圧延方向とは異なる任意
の方向に変位あるいは移動させながら被圧延材を圧延す
ることを特徴としてなる。

【００１０】本発明の摩擦試験装置は、少なくとも、上
下１対の圧延ロールあるいは１個の圧延ロールと、前記
１対の圧延ロール間あるいは１個の圧延ロールに対向す
る位置に配置された工具とを具備する摩擦試験装置にお
いて、前記工具を圧延方向または圧延方向とは異なる任
意の方向に移動させる工具移動手段を有することを特徴
としてなる。

【００１１】

【作用】本発明の摩耗試験方法および装置では、圧延ロ
ールと工具との間で被圧延材が圧延されるときに、その
工具が圧延方向または圧延方向とは異なる任意の方向に
変位あるいは移動される。工具が固定されたままであれ
ば、被圧延材との摩擦摺動部となる工具表面や工具表面
に塗布された潤滑剤は、摩擦がある場所のみで進行する
だけであるが、工具が圧延方向または圧延方向とは異な
る任意の方向に変位または移動されることにより、工具
表面の摩擦摺動部が圧延中に更新されるので、マンドレ
ルミルやアッセルミルのように、圧延方向に工具がある
速度で移動し、摺動部が変化して工具表面および潤滑剤
の塗布面が常に更新される圧延においても、実機使用条
件に沿った正確な評価を下すことができる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１３】図１は本発明の一実施態様を示す模式図
で、マンドレルミルを想定したものである。

【００１４】マンドレル材からなる板状の工具１を挟ん
だコ字状の被圧延材２を２−Ｈｉのテスト圧延機３によ
り圧延する。このとき、工具１を圧延方向または圧延方
向とは逆の方向に、ロードセル４を介してシリンダー５
（工具移動手段）により移動させる。ロードセル４の出
力から、圧延方向と平行に工具に作用する力Ｆを検出
し、圧延荷重Ｐから、圧延方向に垂直に作用する力２Ｐ
を検出する。摩擦係数μはμ＝Ｆ／２Ｐにより求まる。
工具１の材質をダクタイル鋳鉄、被圧延材２の材質を２
２Ｃｒ鋼、低炭素鋼の２種類とし、工具１との被圧延材
２との間に介在させる潤滑剤を黒鉛−ホウ酸系、酸化鉄
系の２種類とした場合の工具１の移動が、摩擦係数の測
定値に与える影響を図３に示す。工具１の移動速度は圧
延ロール周速に対する比率（圧延速度比）で表わした。
圧延速度比を変化させると摩擦係数が変化する。また、
工具は一定場所では摩擦せず、圧延中に摺動したところ
全体で摩擦、焼付の評価が実施される。これらは実機の
マンドレルミルのバーの場合と同様である。

【００１５】図２は本発明の他の実施態様を示す模式図
で、やはりマンドレルミルを想定したものである。

【００１６】２−Ｈｉのテスト圧延機の下側ロールをブ
ロック状の工具６に換え、コイル７から引き出される板
状の被圧延材８を、テスト圧延機の上側ロール９と工具
６との間で圧延する。このとき、図１の試験と同様に工
具６を圧延方向または圧延方向とは逆の方向に、ロード
セル４を介してシリンダー５（工具移動手段）により移
動させる。摩擦係数μはμ＝Ｐ／Ｆにより測定される。
潤滑剤として酸化鉄系のものを使用し、不使用の場合も
含め、図１の試験と同様に工具６の移動が摩擦係数の測
定値に与える影響を調査した結果を図４に示す。図１の
試験と同様、圧延速度比により摩擦係数が変化する。こ
れは、圧延中の被圧延材と工具との間の焼付発生が、工
具試験片が移動することによりおこりにくくなっている
ことを示す。このような工具移動が実際に実機でおこる
マンドレルミルのような圧延での工具材評価が、これに
よって可能となる。なお、被圧延材は切板とすることが
でき、その方式は下記実施例に採用されている。

【００１７】図５は下記条件で本発明を実施した場合の
ロール荷重Ｐ、テスト荷重Ｆおよび摩擦係数μ＝Ｆ／Ｐ
の経時変化を、工具移動のない場合と比較して示したも
のである。

【００１８】（１）圧延方式…２−Ｈｉミルでの片側ロ
ール・切板方式 （２）圧延材…２２Ｃｒ鋼（１０mm×２９mm×２５０m
m） （３）工具材…ガイドシュー用ダクタイル鋳鉄（１００
mm×１００mm×２０mm） （４）潤滑剤…酸化鉄系（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ６０％−Ｎａ₂Ｓ
ｉＯ₃ ４０％）炉入れ前塗布 （５）圧延条件… 加熱温度１０００℃（窒素雰囲気
（Ｏ₂ ＝0.６％），圧延時１５０℃以下） 圧下率１０％（圧延荷重約５TON ） 圧延速度 0.１５ｍ／ｓ（圧延方向と同一） 工具材移動速度 0.０７５ｍ／ｓ（圧延方向と同
一）

【００１９】工具移動のない従来例では、圧延中に潤滑
剤が存在するにもかかわらず焼付が発生し、被圧延材が
圧延方向に前進できなくなり途中止めとなった。これに
対して、工具を移動させる本発明実施例では、焼付の発
生は見られず、被圧延材の噛み込み時以外は、荷重、摩
擦係数が安定している。すなわち、工具の移動により、
焼付き発生防止および安定圧延下での再現試験が可能と
なり、正確な評価を下すことが可能である。

【００２０】以上は本発明の代表的な実施例である。本
発明は下記の点を考慮することにより種々の摩擦試験に
適用できる。

【００２１】(1) 圧下率，面圧 板圧延、管圧延などに用いられる工具と被圧延材との界
面は、被圧延材が加工されるため新生面となる。新生面
を工具表面に供出させるため、被圧延材の圧下率は0.5
％以上必要になる。このとき、被圧延材は塑性変形を受
けるので、工具面が受ける面圧は、被圧延材の変形抵抗
相当の面圧となる。例えば、材料温度が１２７３°Ｋ
（１０００℃）のとき、普通鋼では約８０Ｎ／ｍｍ² 、
ステンレス鋼では約１２０Ｎ／ｍｍ² である。

【００２２】(2) 温度 本発明で評価する工具材、潤滑剤は、冷間加工用、熱間
加工用どちらでもよい。従って、被圧延材の温度は、常
温〜１５７３°Ｋ付近である。工具材、潤滑剤の温度
は、摩擦摺動面での摩擦熱、被圧延材自身の熱および加
工発熱分からの熱伝導により上昇し、例えば普通鋼圧延
材（加熱温度１２７３℃）で約３７３°Ｋ〜１２７３°
Ｋと圧延段取、圧延時間により変動する。

【００２３】(3) 工具の移動 加工摺動部を更新させるため、工具は圧延方向または圧
延方向とは異なる任意な方向に移動または変位される。
具体的には、油圧シリンダーなどの工具移動手段により
工具位置および速度が制御される。移動速度は任意に設
定する。例えば、被加工材が圧延速度0.５ｍ／ｓで圧延
されるとき、ロールとは別にロール間に配置された工具
が圧延方向と同一または逆方向に0.１〜1.０ｍ／ｓで移
動する方法などがある。この速度は一定でもよいし、あ
る程度パターンをもって加減速制御されてもよい。ま
た、工具を間欠移動、すなわち変位させる方法であって
もよい。

【００２４】(4) 被圧延材の形状、材質 被圧延材の形状は、ロールが平面状であれば板、孔型状
であれば中実丸棒または管となる。被圧延材の長さは評
価する工具、潤滑剤の評価基準内容により任意とし、例
えば長さが１００ｍｍｌ程度の切断材から１０００００
ｍｍのコイルまたはワイヤーまで適宜選択できる。コイ
ルまたはワイヤーの場合、ロールを設置しているミルの
入側にアンコイラー、リールを加熱炉内に設置し、ミル
の出側には被圧延材を冷却するための水冷槽、コイル、
ワイヤーの張力調節位置、さらには巻取機を設置する。
被圧延材の材質は、実機圧延材相当の低炭素鋼、高炭素
鋼、合金鋼、ステンレス鋼、高合金鋼、チタン、チタン
合金、ならびに銅、アルミなどの非鉄金属など金属一般
または無機化合物、有機化合物を適宜選択できる。

【００２５】(5) 工具の形状、材質および潤滑剤 工具は、１対のロールまたは１つのロールに沿う位置で
設置するので、被圧延材が板状の場合は板状、管の場合
は管、棒状、棒の場合は棒状のものを用いる。工具の材
質は、特に、限定するものではなく、例えば、特に滑り
摩擦状態を受けている熱間製管ラインでのマンドレルミ
ルバーに使用されているＳＫＤ６系、ディスク式ピアサ
ーガイドシューに使用されている高Ｃｒ−高Ｎｉ系合
金、さらにはユジーン式プレス機にダイスとして使用さ
れる低合金などを適宜使用する。また、これらの工具の
表面にＣｒメッキ窒化処理などの表面処理を施したもの
を使用してもよい。潤滑剤は、工具表面に試験前に予め
塗布しておくものが一般的であり、固体潤滑が主とな
る。例えば、前述のマンドレルミルバー用の黒鉛系潤滑
剤、ガイドシュー潤滑用の酸化鉄、珪酸ソーダ系の潤滑
剤などを適宜用い、油脂等のものも可能である。

【００２６】

【発明の効果】本発明の摩擦試験方法および装置は、工
具の変位または移動により、従来試験では正確な評価が
困難であったピアサー、エロンゲーター、リーラーなど
傾斜ロール式圧延機が具備するプレートガイドシューの
ように加工新生面下の滑り摩擦を受ける工具は勿論のこ
と、マンドレルミルのマンドレルバーのように、加工摺
動部が常に更新され、工具面に塗布された潤滑剤と共に
新しい工具面が連続的に供給されるような加工新生面下
の滑り摩擦を受ける工具、さらには、製管用ロール（プ
ラグミルロール、マンドレルミルロール、サイザーロー
ル、レデューサーロール）のように圧延方向にだけでな
く、周方向にも大きく加工新生面下の滑り摩擦を受ける
工具およびその工具用潤滑剤に対しても耐摩耗性、耐焼
付性を実機圧延に近い条件で正しく評価し得る。従っ
て、特に、これら工具および潤滑剤に対する摩擦試験精
度が向上し、実機テストが不用になることにより、試験
コストの低減および迅速化が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を示す模式図である。

【図２】本発明の他の実施態様を示す模式図である。

【図３】工具移動が摩擦係数測定値に与える影響を示す
グラフである。

【図４】工具移動が摩擦係数測定値に与える影響を示す
グラフである。

【図５】本発明の実施効果を示す荷重および摩擦係数の
タイムチャートである。

【符号の説明】

１，６ 工具 ２，８ 被圧延材 ４ ロードセル ５ シリンダー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧延ロールと工具との間で被圧延材を圧
   延し、この圧延時に検出した圧延方向に垂直に作用する
   力と、圧延方向と平行に工具に作用する力とから工具と
   被圧延材との界面における摩擦特性を評価する摩擦試験
   法において、前記工具を圧延方向または圧延方向とは異
   なる任意の方向に変位あるいは移動させながら被圧延材
   を圧延することを特徴とする摩擦試験方法。
2. 【請求項２】 少なくとも、上下１対の圧延ロールある
   いは１個の圧延ロールと、前記１対の圧延ロール間ある
   いは１個の圧延ロールに対向する位置に配置された工具
   とを具備する摩擦試験装置において、前記工具を圧延方
   向または圧延方向とは異なる任意の方向に移動させる工
   具移動手段を有することを特徴とする摩擦試験装置。