JPH0849089A - ロールとその製造方法ならびに多段冷間圧延機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐クラック性および耐久性に優れたクロムめ
っきロールおよびその製造方法ならびにそのクロムめっ
きロールを含んで構成される多段冷間圧延機を提供す
る。 【構成】 多段冷間圧延機２４は、ワークロール２１
と、ワークロール２１を支持する第１中間ロール２２ａ
と、第１中間ロール２２ａを支持する第２中間ロール２
２ｂと、第２中間ロール２２ｂを支持する分割補強ロー
ル２３とを含んで構成される。第２中間ロール２２ｂ
は、表面にクロムめっき層２２ｃを有するクロムめっき
ロールであり、吸蔵水素量を低減させるための熱処理が
施されている。吸蔵水素量の低い第２中間ロール２２ｂ
は、水素脆性によるロール表面の脆化割れが生じないの
で、耐クラック性および耐久性が大幅に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐クラック性および耐
久性に優れたクロムめっきロールおよびその製造方法な
らびに前記クロムめっきロールを含んで構成される多段
冷間圧延機に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷間圧延工場においては、種々の設備で
様々なロールが使用されている。従来から冷間圧延工場
で用いられるロールとしては、非メッキ鍛造焼入れロー
ルが一般に採用されている。しかしながら近年硬質クロ
ムめっきを施したロールが多量に用いられるようになっ
てきている。硬質クロムめっきロールは耐摩耗性が優れ
ており、かつ金属帯の表面を美麗に仕上げることができ
るので、冷間圧延機、調質圧延機、テンションレベラー
等のロールに適用範囲が拡大している。また特開平３−
２３００４号公報などに開示されているように、多段冷
間圧延機の中間ロールにクロムめっきロールが用いられ
ている例もある。前記クロムめっきロールは、多段冷間
圧延機の分割補強ロールに起因するロールマークを防止
するために使用されている。

【０００３】図４は、従来から一般的に行われているク
ロムめっき方法を簡略化して示す模式図である。ロール
１と鉛製の不溶性電極２と直流電源６とは、めっき液３
を介して電気回路を形成する。クロムめっきは、ロール
１をカソードに不溶性電極２をアノードにして行われ
る。めっき液は、硫酸を含むクロム酸水溶液である。通
電開始後カソードでは、次式（１），（２）の反応によ
って水素ガスが発生するとともに、ロール１の表面にク
ロムが電析し、クロムめっき層４が形成される。

【０００４】 ２Ｈ⁺ ＋２ｅ→Ｈ₂ …（１） Ｃｒ⁺⁶＋６ｅ→Ｃｒ …（２） クロムめっきの場合水素ガスの発生が激しいので、電流
効率は一般に非常に低い。発生した水素ガスは、大部分
外部に放散するけれども、一部はクロムめっき層ならび
にロール母材表面に吸蔵される。一方アノードでは、鉛
の酸化が生じ、過酸化鉛５が形成されるとともに、酸素
ガスが発生する。このように表面にクロムめっき層４の
形成されたロール１は、肌理が細かく光沢があって美麗
であり、摩擦係数が小さく、耐摩耗性が優れており、さ
らに大気中で非常に安定であり、加熱した場合でも外観
変化が生じない等、優れた特性を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、表面に
クロムめっき層を形成したロールは、優れた特性を有し
ているけれども、クロムめっき層ならびにロール母材表
面に水素を吸蔵している。吸蔵水素はクロムめっき層な
らびにロール母材表面に水素脆性を生じさせる。このた
め従来技術によるクロムめっき層を表面に形成したロー
ルは、非めっきロールに比べて比較的短期間の使用や一
寸苛酷な条件下での使用でもって表面にクラックが発生
し、耐クラック性および耐久性が劣るという問題点を有
している。また前記特開平３−２３００４号公報に開示
されているクロムめっきを施した中間ロールを含む多段
冷間圧延機は、分割補強ロールに起因するロールマーク
は有効に防止できるけれども、ロールの表面クラックに
起因する表面欠陥が新たに発生するという問題点を有し
ている。さらに表面にクラックが発生したクロムめっき
ロールは、その都度再研削加工および再めっき加工を行
わねばならないので、非めっきロールよりも非常に高価
なロールの保有本数を増してより多量に保管管理せねば
ならない上に、ロールコストが大幅に高くなるという問
題点を有している。

【０００６】クロムめっき時に吸蔵水素量を低減する方
法としては、めっき液中の水素イオン濃度を低減する方
法および電流密度を低くする方法等が提案されている。
しかしながらこれらの方法は、吸蔵水素低減量が小さく
期待するほどのものではないので、ロールの耐クラック
性および耐久性はほとんど向上しない。

【０００７】本発明の目的は、前記問題点を解決し、耐
クラック性および耐久性に優れたクロムめっきロールお
よびその製造方法ならびに前記クロムめっきロールを含
んで構成される多段冷間圧延機を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、母材の表面に
クロムめっき層を形成するロールにおいて、クロムめっ
き後に、母材表面の吸蔵水素量を低減させるための熱処
理が施されていることを特徴とするロールである。また
本発明は、母材の表面にクロムめっき層を形成し、クロ
ムめっき後に、母材表面の吸蔵水素量を低減させるため
の熱処理を施すことを特徴とするロールの製造方法であ
る。また本発明は、クロムめっきを施したロールの使用
後に、クロムめっき層を含む表面を研削し、その後クロ
ムめっき層を形成して母材表面の吸蔵水素量を低減させ
るための熱処理を施すことを特徴とするロールの製造方
法である。さらに本発明の前記熱処理は、温度１５０〜
３５０℃の範囲で３０〜９００分の時間行うことを特徴
とする。さらに本発明は、母材の表面にクロムめっき層
を形成し、クロムめっき後に、母材表面の吸蔵水素量を
低減させるための熱処理を施した中間ロールを含むこと
を特徴とする多段冷間圧延機である。

【０００９】

【作用】本発明に従えば、クロムめっきロールの母材表
面吸蔵水素量は熱処理が施されているために低水準であ
る。吸蔵水素量の少ないクロムめっきロールは、水素脆
性によるロール表面の脆化割れが生じないので、クロム
めっきロールの耐クラック性および耐久性が大幅に向上
する。

【００１０】また本発明に従えば、ロールはクロムめっ
き後に熱処理を施される。熱処理によって、母材表面の
吸蔵水素量が確実に低減できるので、水素に起因するロ
ール表面の脆化割れが防止される。このためクロムめっ
きロールの耐クラック性および耐久性が大幅に向上す
る。

【００１１】また本発明に従えば、クロムめっきロール
は使用後に、クロムめっき層を含む表面が研削され、そ
の後クロムめっきが施され、さらに母材表面の吸蔵水素
量を低減させるための熱処理が施される。これによって
吸蔵水素量の少ない耐クラック性および耐久性の優れた
クロムめっきロールを繰り返し使用することができるの
で、１本のロールによる総処理量が大幅に増大し、高価
なクロムめっきロールの在庫本数を減少することができ
る。また再研削加工および再めっき加工を行うこともな
く総処理量が増大するので、大幅なロールコスト低減が
可能となる。

【００１２】また本発明に従えば、前記熱処理は、温度
１５０〜３５０℃の範囲で３０〜９００分の時間行われ
る。熱処理が低温で長時間行われるので、めっき層およ
び母材の強度低下やクロムめっき層の外観変化を招くこ
となく吸蔵水素量を低減することができる。

【００１３】また本発明に従えば、多段冷間圧延機は、
クロムめっき後に母材表面の吸蔵水素量を低減させるた
めの熱処理を施した中間ロールを含んで構成される。吸
蔵水素量の少ないクロムめっき中間ロールは水素に起因
するロール表面の脆化割れが生じないので、中間ロール
の耐クラック性および耐久性は大幅に向上する。このた
め分割バックアップロールに起因するロールマークなら
びにロールクラックに起因する表面欠陥は完全に防止さ
れ、表面品質の優れた金属帯を冷間圧延することができ
る。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明に係るロールの製造工程を示
す説明図である。出発ロールとして新規ロールを使用す
る場合、鋳造、鍛造および焼入れ工程を経て製造された
新規ロールは、研削工程１１に投入される。ロールの鋼
種は熱間ダイス鋼、たとえば、ＳＫＤ６１（０.３５Ｃ
−５.０Ｃｒ−１.２Ｍｏ−１.０Ｖ）であり、焼入れ硬
さはビッカース硬さ６５０〜７５０である。研削工程１
１では、ロール研削盤を用いて新規ロールを所定の寸法
および粗度に研削する。研削後、浸透液探傷法いわゆる
カラーチェックによりロールクラックの検出検査が行わ
れる。ロールクラックの検出検査は渦流探傷法によって
行ってもよい。ロールクラックの検出検査後、ロールは
前処理工程１２に投入される。前処理工程１２では脱
脂、洗浄、陽極電解処理等によりめっき前処理が行われ
る。陽極電解処理は、硫酸水溶液中で行われる。ロール
は、前処理工程１２に引き続きクロムめっき工程１３に
投入される。クロムめっき工程１３では、前記図４に示
す方法でクロムめっきが行われる。めっき液の成分およ
び濃度は、たとえばＣｒＯ₃濃度２００〜２５０ｇ／
ｌ、硫酸濃度２.０〜２.５ｇ／ｌ、三価クロムイオン濃
度３〜６ｇ／ｌであり、めっき条件は、たとえば液温４
０℃、電流密度１０〜１５Ａ／ｄｍ²である。前記めっ
き液の成分および濃度ならびにめっき条件は一般的な条
件である。クロムめっき層は５〜１０μｍの厚さに形成
される。また形成されたクロムめっき層の硬さは大略ビ
ッカース硬さ１０００である。

【００１５】ロールは、クロムめっき工程１３に引き続
き熱処理工程１４に投入される。熱処理工程１４では、
クロムめっき工程１３においてクロムめっき層およびロ
ール母材表面に吸蔵された水素をロール表面外へ放散除
去させるための熱処理が行われる。熱処理は大気開放型
の電気炉で行われる。表１に本発明者らの調査した熱処
理条件と吸蔵水素量との関係を示す。表１の調査に用い
たロールは、２０段ゼンジミアミルの中間ロールであ
り、表面に厚さ５μｍのクロムめっき層を有している。
クロムめっき層の硬さは、ビッカース硬さ１０００であ
る。吸蔵水素量の分析は、ＪＩＳＺ２６１４に規定され
ている分析方法で行った。前記分析方法は、試料を黒鉛
るつぼに投入してアルゴン気流中で融解させ、試料中の
水素を抽出した後、この水素を熱伝導度セルに導き、水
素による熱伝導度の変化から水素量を求める方法であ
る。水素分析用試料は、クロムめっき中間ロールの表面
から５００μｍ内部までの試料を採取した。

【００１６】熱処理条件は、表１に示すように加熱温度
を１５０〜３５０℃、加熱処理時間を３０〜９００分の
範囲で変化させた。表１から、クロムめっき後吸蔵水素
量がクロムめっき前の２．５倍に増加していること、加
熱処理温度が高いほど短時間で吸蔵水素量が減少してい
ることがわかる。吸蔵水素量がクロムめっき前の水準ま
で減少する加熱処理時間は、加熱処理温度により異な
り、３５０℃では１２０分、２００℃では９００分であ
る。加熱処理温度１５０℃、加熱処理時間９００分の熱
処理条件では、吸蔵水素量はクロムめっき前の水準まで
減少していないけれども、水素に起因するロール表面の
脆化割れを防止できる水準まで減少している。また加熱
処理温度３００〜３５０℃、加熱処理時間３０分の熱処
理条件においても、吸蔵水素量は水素に起因するロール
表面の脆化割れを防止できる水準まで減少している。ま
た表１に示す熱処理条件範囲では、めっき層の硬さの低
下はそれほど認められないけれども、加熱処理温度が３
５０℃を超えるとロール母材およびめっき層が軟化する
おそれがある。本発明において、前記熱処理条件を加熱
処理温度を１５０〜３５０℃、加熱処理時間を３０〜９
００分に限定したのは上記理由によるものである。熱処
理終了後、ロールは使用可能ロールとして保管ラックに
収納される。以上述べたように本発明法により製造した
クロムめっきロールは、吸蔵水素量が低減されているの
で、水素脆性によるロール表面の脆化割れが生じない。
このため本発明のクロムめっきロールの耐クラック性お
よび耐久性は極めて優れている。

【００１７】

【表１】

【００１８】出発ロールとして、使用済みクロムめっき
ロールを使用する場合、ロールは前記新規ロールと同様
研削工程１１に投入される。研削工程１１では、残存ク
ロムめっき層とロール母材の疲労層とが研削除去され
る。研削量は、たとえば直径当たり２００μｍである。
研削工程１１以降の工程および条件は、前記新規ロール
の場合と全く同一である。また出発ロールとして使用済
み非メッキロールを使用することもできる。この場合に
は、前記使用済みクロムめっきロールの場合と全く同一
の工程ならびに条件でロールが製造される。

【００１９】図２は、本発明にかかわる多段冷間圧延機
の一実施例の構成を簡略化して示す側面図であり、図３
は図２における切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図
である。

【００２０】多段冷間圧延機２４は、被圧延金属帯２５
に当接するワークロール２１と、ワークロール２１を支
持する２本の第１中間ロール２２ａと、第１中間ロール
２２ａを支持する３本の第２中間ロール２２ｂと、第２
中間ロール２２ｂを支持する４本の分割補強ロール２３
とを含んで構成される。前記ロール配列は、被圧延金属
帯２５を挟んで上下対称に配設されている。前記第２中
間ロール２２ｂは、表面にクロムめっき層２２ｃを有す
るクロムめっきロールであり、前記吸蔵水素を低減させ
るための熱処理が施されている。クロムめっき層２２ｃ
は、その厚さが余りに薄いと短時間で摩耗消滅してしま
うので好ましくなく、また厚過ぎると割れや剥離が生じ
易いので、５〜１０μｍの厚さを有していることが好ま
しい。なお図２では、説明の便宜上、かなり厚く表現し
ている。またクロムめっき層２２ｃの硬さは分割補強ロ
ール２３の硬さがビッカース硬さで通常６５０〜７５０
であるから、この値よりも大きい８００以上であること
が好ましい。前記第２中間ロール２２ｂは、全ロールと
もクロムめっきロールであることが好ましいけれども、
一部のロールのみクロムめっきロールであってもよい。

【００２１】分割補強ロール２３は、図３に示すように
第２中間ロール２２ｂを支持し、ロール軸線方向に間隔
２３ｃを保って分割された複数個の補強ロール２３ａと
共通ロール軸２３ｂとから構成されている。複数個の補
強ロール２３ａは、それぞれ独立してロール軸線方向と
直角な方向に図示を省略する偏芯機構によって任意量だ
け変位することができる。これによって冷間圧延中に被
圧延金属帯２５への押圧力を強制的に変化させることが
できるので、分割補強ロール２３は被圧延金属帯２５の
形状制御を行うことができる。しかしながら従来の多段
冷間圧延機においては、被圧延金属帯２５を冷間圧延す
る場合、被圧延金属帯２５の表面に分割補強ロール２３
の補強ロール２３ａに対応する部分と、間隔２３ｃに対
応する部分とに帯状の光沢差を有する光沢むら、いわゆ
るロールマークが生ずることがある。分割補強ロール２
３によって支持される第２中間ロール２２ｂには、補強
ロール２３ａに対応する当接部分と間隔２３ｃに対応す
る非当接部分とが存在する。このため、圧延中第２中間
ロール２２ｂの表面粗さがロール軸線方向に不均一とな
る。前記ロールマークは、第２中間ロール２２ｂのロー
ル軸線方向の不均一粗さが金属摩耗粉、酸化物および圧
延油の不均一付着を招き、ワークロール２１を介して被
圧延金属帯２５に転写して生じるものである。前記特開
平３−２３００４号公報に開示されているように前記ロ
ールマークは、第２中間ロール２２ｂの表面に分割補強
ロール２３よりも硬質なクロムめっき層２２ｃを形成す
ることによって防止される。しかしながら、前述のよう
にクロムめっきロールは水素を吸蔵しているので、水素
脆性によるロール表面クラックが発生するという新たな
問題点を有している。本発明の多段冷間圧延機２４は吸
蔵水素を熱処理によって低減したクロムめっき第２中間
ロール２２ｂを含んで構成されているので、水素に起因
するロール表面のクラック発生が防止される。このため
前記多段冷間圧延機２４は、分割補強ロール２３に起因
するロールマークならびにロール表面クラックに起因す
る表面欠陥をともに防止することのできる優れた多段冷
間圧延機である。

【００２２】以下に本発明の優れた特性を実施例により
説明する。図２に示す本発明の多段冷間圧延機２４を用
いてステンレス鋼帯の冷間圧延を実施した。表２に本発
明の条件を満たす第２中間ロール２２ｂを用いた実施例
と、本発明の条件から外れる第２中間ロール２２ｂを用
いた比較例の圧延結果を示す。クロムめっき層２２ｃの
厚みは実施例、比較例とも同一の５μｍとした。また、
クロムめっき層２２ｃの硬さはいずれもビッカース硬さ
１０００であった。冷間圧延は、クロムめっき層２２ｃ
が摩耗消滅するためロール組替えを実施する３６０時間
を限度として、クラック発生が認められるまで行った。
表２からクロムめっき後、吸蔵水素を低減するための熱
処理を施した実施例は、３６０時間圧延後においても表
面クラックが発生していないことがわかる。また実施例
は、ロールマークの発生も認められない。一方クロムめ
っき後、吸蔵水素を低減するための熱処理が施されてい
ない比較例１は、ロールマークの発生は認められないけ
れども、２５０時間圧延後に表面クラックの発生が認め
られた。さらに非めっきロールを用いた比較例２は、３
６０時間圧延後においても、表面クラックの発生が認め
られないけれども、ステンレス鋼帯の表面にロールマー
クの発生が認められた。以上述べたように本発明の実施
例は従来法の比較例に比べ、ロールの耐クラック性およ
び耐久性ならびに被圧延金属帯の表面性状とも極めて優
れている。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、クロムめ
っきロールの母材表面吸蔵水素量は低水準であるので、
クロムめっきロールの耐クラック性および耐久性が大幅
に向上する。これによって、クロムめっきロールの本来
有する耐摩耗性や金属帯の表面を美麗に仕上げることが
できる特性が充分発揮されるので、製品表面品質の安定
化を図ることができる。また、ロール研削加工回数およ
びめっき加工回数が低減されるので、ロールコストが大
幅に低減される。

【００２５】また本発明によれば、ロールはクロムめっ
き後に熱処理を施されるので、母材表面の吸蔵水素量は
確実に低減される。これによってクロムめっきロールの
耐クラック性および耐久性が大幅に向上するので、クロ
ムめっき層が摩耗消滅するまでロールを使用することが
できる。したがって、ロールの使用寿命を延長すること
ができる。

【００２６】また本発明によれば、クロムめっきロール
は使用後に、クロムめっき層を含む表面が研削され、そ
の後再クロムめっき加工および再熱処理加工が施され
る。これによって、長寿命のクロムめっきロールを繰り
返し使用することができるので、１本のロールによる総
処理量が大幅に増大し、高価なクロムめっきロールの在
庫本数を減少することができる。このため保管置場面積
を減少させることができ、スペースの有効利用が可能と
なる。

【００２７】また本発明によれば、前記熱処理は低温で
長時間行われるので、めっき層および母材の強度低下や
クロムめっき層の外観変化を招くことなく、吸蔵水素量
を低減することができる。

【００２８】また本発明によれば、多段冷間圧延機は吸
蔵水素量を低減したクロムめっき中間ロールを含んで構
成される。該中間ロールは、水素に起因するロール表面
の脆化割れが生じないので、耐クラック性および耐久性
が大幅に向上する。このため、ロールクラックに起因す
る表面欠陥の発生が完全に防止され、優れた表面性状を
有する金属帯を製造することができる。また、本発明に
係るロールは、前記多段冷間圧延機に用いられるだけで
なく、前述の如き調質圧延機のロール、テンションレベ
ラーのロール、各種設備や装置に使用されるデフレクタ
ロールなど、硬質クロムめっきを施したロールであれば
ロールや場所を選ぶことなく用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかわるロールの製造工程を示す説明
図である。

【図２】本発明にかかわる多段冷間圧延機の一実施例の
構成を簡略化して示す側面図である。

【図３】図２における切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た
断面図である。

【図４】従来から一般的に行われているクロムめっき方
法を簡略化して示す模式図である。

【符号の説明】

１ ロール ２ 不溶性電極 ３ めっき液 ４，２２ｃ クロムめっき層 １１ 研削工程 １２ 前処理工程 １３ クロムめっき工程 １４ 熱処理工程 ２１ ワークロール ２２ａ 第１中間ロール ２２ｂ 第２中間ロール ２３ 分割補強ロール ２４ 多段冷間圧延機

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母材の表面にクロムめっき層を形成する
   ロールにおいて、 クロムめっき後に、母材表面の吸蔵水素量を低減させる
   ための熱処理が施されていることを特徴とするロール。
2. 【請求項２】 母材の表面にクロムめっき層を形成し、 クロムめっき後に、母材表面の吸蔵水素量を低減させる
   ための熱処理を施すことを特徴とするロールの製造方
   法。
3. 【請求項３】 クロムめっきを施したロールの使用後
   に、クロムめっき層を含む表面を研削し、 その後クロムめっき層を形成して母材表面の吸蔵水素量
   を低減させるための熱処理を施すことを特徴とするロー
   ルの製造方法。
4. 【請求項４】 前記熱処理は、温度１５０〜３５０℃の
   範囲で３０〜９００分の時間行うことを特徴とする請求
   項２または３記載のロールの製造方法。
5. 【請求項５】 母材の表面にクロムめっき層を形成し、
   クロムめっき後に、母材表面の吸蔵水素量を低減させる
   ための熱処理を施した中間ロールを含むことを特徴とす
   る多段冷間圧延機。