JPH07100666A

JPH07100666A - 成形用ロール

Info

Publication number: JPH07100666A
Application number: JP5250853A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Amano; 正彦天野; Naoki Takasugi; 直樹高杉
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-10-06
Filing date: 1993-10-06
Publication date: 1995-04-18

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、電気溶接管製造機に装備される成
形用ロールであって、材料の帯鋼溶接部通材時の衝撃を
繰り返し受けても割損、クラック発生が回避できる成形
用ロールを提供する。【構成】０．０１５kgfm／cm²以上のシャルピー衝撃
値を有する、窒化珪素、酸化ジルコニウム、サイアロン
の何れか一種が主成分で、残部に焼結助剤を２５重量％
未満含有する成形用ロール。【効果】電気溶接管製造機に装備され、優れた節電効
果と軸受けの電食防止効果を持ち、材料の帯鋼溶接部通
材時の機械的衝撃を繰り返し受けても損傷せず、大幅に
ロール寿命を延ばすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶接管製造機等に使用さ
れる成形用ロールに係わり、特に運転時における割損、
クラック発生を大幅に低減し、安定した操業を行うこと
ができる成形用ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の呼び径が比較的小さい電縫管等の
小径の管材は例えば、図２及び図３に示すような高周波
溶接管製造機によって製造される。この高周波溶接管製
造機は、所定寸法の帯鋼１を所定方向に加圧して円筒状
のオープンパイプ２を形成する複数の成形用ロール３
ａ，３ｂ，・・・と、高周波溶接器４とからなり、高周
波溶接器４はオープンパイプ２の溶接点Ｐの直前でパイ
プ外周に沿って配置されたワークコイル５と、ワークコ
イル５に高周波電流を供給する電源６とから成る。

【０００３】材料である帯鋼は端部を溶接により他の帯
鋼と繋ぎ、連続的に投入され、図示しない複数の成形用
ロールによって加圧されて徐々に円筒状のオープンパイ
プ２に形成される。そしてオープンパイプ２が高周波溶
接器のワークコイル５を通過する際に、オープンパイプ
２内に加熱用電流が誘起され、図３に示す電流経路９に
沿って流れる。オープンパイプ２に形成されたＶ字形の
突き合わせ部７ａ，７ｂをそれぞれ流れる電流はほぼ平
行で逆方向に流れるため、いわゆる高周波電流の近接効
果によって、電流は７ａ，７ｂに集中する。その結果、
突き合わせ部７ａ，７ｂは電流によるジュール熱で高温
に加熱される。そして、オープンパイプ２は、高周波溶
接器４の直後に配設した成形用ロール（スクイズロー
ル）３ａ，３ｂによって横方向から加圧されて、オープ
ンパイプ２の突き合わせ部７ａ，７ｂが一体に接合され
溶接管８となる。溶接管８は必要に応じて溶接部に後熱
処理を施され、さらに冷却後にサンプリング工程に送ら
れ規定寸法に加工され製品となる。

【０００４】この高周波溶接管の製造において、金属製
あるいは超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）製成形用ロールを用い
ると、高周波溶接器から迷走電流や漏洩電流が導電性で
あるこれらのロール及び軸受けを通り、外部へ漏洩し、
消費電力が増大する。また、この漏洩電流等により、軸
受けの内外輪のボール転送面およびボール表面に電食作
用を受け、短期間にて軸受け部が損傷し、成形用ロール
に異常振動が生じ、製品に不良が発生しやすくなるとい
う問題があった。

【０００５】これに対し、特開平４−７１７２６号公報
にてロール素材が窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジ
ルコニウムのいずれかからなる非導電性成形用ロールが
提案されている。前記公報に記載されている、曲げ強度
２０kg／cm²以上、熱衝撃温度差２００℃以上のセラミ
ック素材製の非導電性成形用ロールを用いることによ
り、大きな節電効果が達成される。また軸受けの電食に
よる成形用ロールの異常振動が抑制され、異常振動に起
因してロールに加わる周期的な衝撃力および熱衝撃も低
減でき、ロールの表面性状悪化とこれによる製品疵の発
生を抑制することが可能となった。

【０００６】前記公報にて、ロール素材である窒化珪
素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムは、曲げ強度
２０kg／cm²以上、熱衝撃温度差２００℃以上の特性が
必要とされている。市販の窒化珪素、酸化ジルコニウム
は全て、この必要特性を満足している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら本発明者
らは、長時間連続で溶接管を製造するため、材料である
帯鋼の端部を溶接により他の帯鋼と繋ぎ、各種窒化珪
素、酸化ジルコニウム製ロールおよびサイアロン製ロー
ルに実際に連続的に投入し、ロール寿命を調べた。この
結果、材料である帯鋼の溶接部突起が成形用ロールへ噛
み込んだ時に、一部のセラミック成形用ロールにて、ク
ラックが発生したり、割損したりし、長期安定使用に耐
えず、また、再使用が不可能なため、さらなる改善の要
望があった。

【０００８】本発明の目的は、これらの問題点を解決
し、材料の帯鋼溶接部通材時の衝撃を繰り返し受けても
割損、クラック発生が回避でき、長寿命で、溶接管の効
率的製造を長期間保証することが可能であり、かつ、ロ
ールの割損、クラック発生がなく、摩耗により寿命をむ
かえるため、研磨することで再使用ができるロールコス
ト低減可能なロールを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題点を
改善すべくなされたもので、鋼板を成形用ロールにて加圧し管状にするとともに、
突き合わせ部を電気溶接して溶接管を製造する電気溶接
管製造機に装備される成形用ロールにおいて、シャルピ
ー衝撃値が０．０１５kgfm／cm²以上であることを特徴
とする。成形用ロールは、主成分が窒化珪素、サイアロン、酸
化ジルコニウムのいずれか一種で、残部が焼結助剤を２
５重量％未満含有することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明者らは、材料鋼材（帯鋼）の継ぎ目溶接
部噛み込み時に、一部のセラミック製成形用ロールにて
発生するクラック、割損の発生原因を検討した。成形用
ロールのセラミック化により軸受け部の電食が防止さ
れ、これにより操業中のロールのガタが小さくなる。こ
のため、帯鋼間の溶接部突起が成形用ロールへ噛み込む
時にロールへ加わる機械的衝撃は、ガタによる吸収が小
さくなるため増大し、この衝撃を繰り返し受けると耐機
械的衝撃性に劣るセラミック製成形用ロールを使用した
場合、クラック、割損が発生することを明かにした。

【００１１】本発明者らは、素材の耐機械的衝撃性を表
す指標であるシャルピー衝撃値に着目し、詳細に損傷が
発生するロールと発生しないロールについて調査、実験
を行い本発明に至った。図１で示すようにシャルピー衝
撃値が、本発明の０．０１５kgfm／cm²以上である成形
用ロールでは、帯鋼溶接部噛み込み時の機械的衝撃を繰
り返し受けても、クラック、割損の発生を完全に防止で
きた。

【００１２】さらに、本発明者らが成形用ロールについ
て種々解析を行った結果、本発明である主成分として窒
化珪素、酸化ジルコニウム、サイアロンのいずれかを７
５重量％以上含有し、残部が焼結助剤にて構成される成
形用ロールが０．０１５kgfm／cm²以上のシャルピー衝
撃値を持ち、帯鋼溶接部噛み込み時の機械的衝撃を繰り
返し受けても、クラック、割損の発生を完全に防止でき
た。

【００１３】すなわち、本発明に係わる成形用ロール
は、材料鋼板（帯鋼）を成形用ロールにて加圧して管状
にするとともに、突き合わせ部を電気溶接して溶接管を
製造する電気溶接管製造機に装備される成形用ロールで
あり、０．０１５kgfm／cm²以上のシャルピー衝撃値を
持つ、焼結体製造過程での添加剤を２５重量％未満含有
する窒化珪素、酸化ジルコニウム、サイアロンで成形さ
れることを特徴とする。

【００１４】非導電性である市販の窒化珪素、酸化ジル
コニウム、サイアロンから作製した成形用ロールを使用
することで、迷走電流や漏洩電流を効果的に防止でき運
転時の節電効果が十分に得られ、またこれら迷走電流や
漏洩電流による電食損傷とこれに伴うロールのガタつき
起因でのパイプ品質劣化、ロール損傷が防げ、ロールの
保守管理の簡素化、溶接管の効率的な製造が可能とな
る。

【００１５】さらに本発明の成形用ロールを使用するこ
とにより、溶接管を連続的に長時間連続して製造する際
に必要な、溶接により繋いだ材料帯鋼を通材しても、そ
の溶接部の通過によりロールへ加わる機械的衝撃によっ
てロールにクラックが発生したり、割損したりすること
なく、安定して操業でき、溶接管の効率的な製造を長時
間安定して実現できることが可能となった。加えて、本
発明の成形用ロールは摩耗による通材面形状不良により
寿命にいたるため、通材面の再研磨により再使用が可能
であり、ロールコストの大幅削減が可能となった。

【００１６】なお、本発明ロールに用いるロール素材で
あるセラミックの曲げ強度は、ロールの耐久性に大きく
影響するので、２０００ Kg/cm²〜３０００ Kg/cm²に
あることが望ましい。

【００１７】本発明のロール素材である窒化硅素（Ｓｉ
₃Ｎ₄）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、サイアロン
（ＳｉＡｌＯＮ）は、多結晶焼結体である。窒化硅素、
サイアロンは、焼結体中の気孔率を低くする、結晶
粒度を小さくする等により、シャルピー衝撃値が０．０
１５kgfm／cm²以上の耐機械的衝撃性に優れたものとな
る。即ち、機械的衝撃が加わった際に、クラックや割損
の起点となる気孔の量（気孔率）を低く抑えることが耐
機械的衝撃性向上に有効である。また、機械的衝撃が加
わった際に、組織の弾性変形により発生する応力を小さ
くし、クラックや割損発生を防止するためには、セラミ
ック焼結体中の結晶粒度を小さくし、結晶粒相互の拘束
力を高めることが有効である。

【００１８】本発明窒化硅素、サイアロン製成形用ロー
ルは具体的には気孔率を５％以下および結晶粒径を１０
０μm 以下にすることで、シャルピー衝撃値が０．０１
５kgfm／cm²以上の焼結体を得ることができる。この窒
化硅素、サイアロン焼結体を得るためには、焼結体製造
過程にてＡｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，Ｙ₂Ｏ₃，ＭｇＯ，Ｚｒ
ＳｉＯ₄等の焼結助剤を０．１〜２５重量％添加するこ
とが必要である。窒化硅素、サイアロン焼結体製造過程
での、さらに望ましい焼結助剤添加量は、１〜１５重量
％である。

【００１９】酸化ジルコニウムは、焼結中の相変態
（単斜晶→正方晶、立方晶）を防ぐ、焼結体中の気孔
率を低くする等により、シャルピー衝撃値が０．０１５
kgfm／cm²以上の耐機械的衝撃性に優れたものとなる。
即ち、機械的衝撃が加わった際に、クラックや割損の起
点となる、相変態や焼結ムラにより生成する気孔の量
（気孔率）を抑えることが耐機械的衝撃性向上に有効で
ある。

【００２０】本発明酸化ジルコニウム製成形用ロールは
具体的には、焼結中の相変態、焼結ムラを防ぎ、気孔率
を５％以下に制御することで、シャルピー衝撃値が０．
０１５kgfm／cm²以上の焼結体を得ることができる。こ
の酸化ジルコニウム焼結体を得るためには、焼結体製造
過程にてＹ₂Ｏ₃，ＭｇＯ，ＣａＯ，ＣｅＯ₂等の焼結
助剤（結晶形態安定化剤）を０．１２〜２５重量％添加
することが必要である。酸化ジルコニウム焼結体製造過
程での、さらに望ましい焼結助剤添加量は、１〜１５重
量％である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
この実施例は本発明を図１に示した電気溶接により溶接
管を製造する電気溶接管製造機に装備される成形用ロー
ルに適用した例を示す。

【００２２】原料粉末に焼結助剤を表１に示す量混合し
た後、加圧成形、焼成、機械研磨加工を行い、表１に示
すシャルピー衝撃値、気孔率、最大結晶粒径、曲げ強
度、熱衝撃温度差、電気抵抗を持つ図２に示す形状の窒
化珪素、酸化ジルコニウム、サイアロン製成形用ロール
３ａ，３ｂを作製した。次にこれらの各種窒化珪素、酸
化ジルコニウム、サイアロン製成形用ロール３ａ，３ｂ
をそれぞれ図２に示した電気溶接管製造機の回転軸１０
にセットした。各成形用ロール３ａ，３ｂは、回転軸１
０、軸受けを介しフレームに回転自在に保持されてい
る。この状態の電気溶接管製造機へ、厚さ２．６mm、幅
１５８．０mm、長さ１０２０ｍのＳＵＳ３０４製帯鋼を
溶接により繋ぎ、材料として連続的に供給し、外径５
０．３mmの電縫管８を製造した。そして、各成形用ロー
ルでの割損、クラック発生あるいは著しい摩耗により不
良品が発生するまで電気溶接管製造機を連続的に稼動し
えた時間（稼動時間）を、実施例１〜８および比較例１
〜６として測定し、表２の結果が得られた。また、この
際に、単位時間当たりの溶接用電力の消費量についても
測定し、表２の結果が得られた。

【００２３】さらに、比較例７として導電性の従来材Ｗ
Ｃ−Ｃｏ系超硬合金を使用して実施例１〜８、比較例１
〜６と同様にその物性値を測定するとともに、成形用ロ
ールとして溶接管製造機に実装して稼動時間、溶接用消
費電力を測定した。なお、溶接用電力消費量は、超硬合
金で形成した比較例７の成形用ロールを使用した場合を
基準にして相対値（溶接用電力消費量比）として求め
た。

【００２４】表２で評価として、軸受けが電食を受けた
り、ロールがクラック発生や割損等の損傷を受けること
なく１００００hr以上使用することができ、さらに研磨
により再使用可能な状態で寿命をむかえたものを○と
し、ロールにクラックや割損が生じたり、軸受けに電食
が生じたものを×として示した。

【００２５】表２に示す結果から明らかなように本発明
に係わる実施例１〜８の成形用ロールは、絶縁性に優れ
たセラミック材で形成されているため、比較例７の従来
の導電性成形用ロールと比較して、溶接用電力が１０％
程度低減できる節電効果を、比較例１〜６の耐機械的衝
撃性の低いセラミック製成形用ロール同様、発揮する。

【００２６】また、漏洩電流等による軸受けの電食によ
る損傷もないため、比較例１〜６のセラミック製成形用
ロールと同様に、実施例１〜８の成形用ロールは、比較
例７の従来導電性成形用ロールに対し、１０倍以上の長
期間にわたり安定して溶接管を製造できる。

【００２７】さらに、比較例１〜６のセラミック製ロー
ルは、帯鋼溶接部通材時の機械的衝撃を繰り返し受ける
ことにより、割損あるいはクラックが発生し、溶接管製
造不可能となるのに対し、耐機械的衝撃性に優れる実施
例１〜８のセラミックロールは、割損、クラック発生が
無く、摩耗による使用限界まで使用でき、１０倍以上の
寿命を持つ。

【００２８】これに加え、実施例１〜８のセラミックロ
ールは、表２に示す稼働時間経過後の摩耗率（摩耗深さ
／ロール直径）が０．３％以下で耐摩耗性にも優れてお
り、また、通材をさらに継続し通材面の摩耗が進行して
も、通材面を再研磨することにより再使用が可能であ
り、ロールコストの低減が可能となった。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【発明の効果】以上の通り、本発明に係わる成形用ロー
ルによれば、絶縁性を持つため漏洩電流、迷走電流の低
減による、優れた節電効果と軸受けの電食防止効果を維
持しつつ、耐機械的衝撃性を高めることにより、材料の
帯鋼溶接部通材時の衝撃を繰り返し受けても割損、クラ
ック発生が回避でき、大幅にロール寿命を延ばすことが
でき長時間連続して溶接管を効率的かつ高精度に製造す
ることが可能となる。

【００３２】また、ロールの割損、クラック発生がな
く、摩耗により寿命をむかえるため、研磨することで再
使用が可能となりロールコストを低減することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シャルピー衝撃値と成形用ロールの割損、クラ
ック発生状況との関係を表す図である。

【図２】本発明に係わる成形用ロールを組み込んだ溶接
管製造機の要部を示す断面図である。

【図３】成形用ロールを組み込んだ溶接管製造機の要部
を示す側面図である。

【符号の説明】

１帯鋼２オープンパイプ３ａ，３ｂ成形用ロール４高周波溶接器５ワークコイル６電源７ａ，７ｂ突き合わせ部８溶接管９電流経路１０回転軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 35/584 35/599 Ｃ０４Ｂ 35/58 ３０２Ｙ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼板を成形用ロールにて加圧し管状にす
るとともに、突き合わせ部を電気溶接して溶接管を製造
する電気溶接管製造機に装備される成形用ロールにおい
て、シャルピー衝撃値が０．０１５kgfm／cm²以上であ
ることを特徴とする成形用ロール。
【請求項２】成形用ロールは、主成分が窒化珪素、サ
イアロン、酸化ジルコニウムのいずれか一種で、残部が
焼結助剤を２５重量％未満含有することを特徴とする請
求項１記載の成形用ロール。