JPH10296309A - 圧延ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２層スリーブの圧延ロールにおいて、内層ス
リーブの線膨張率のサーマルクラウンにおよぼす影響を
除去し、サーマルクラウンの発生抑制効果の大きいロー
ルを提供する。 【解決手段】 ロールバレル部（６）が２層のスリーブ
（１）、（２）からなり、内層スリーブ（２）は外層ス
リーブ（１）より熱伝導性に優れた金属からなり、その
肉厚をロール幅方向中央部で最も薄く、中央部からバレ
ル端部に向うにしたがい厚くすることにより、内層スリ
ーブの径方向の膨張によるサーマルクラウンへの影響を
なくした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板等の板材を圧
延するのに使用される圧延ロールに係わり、さらに詳し
くは圧延時に形成されるロールのサーマルクラウンを抑
制することのできる圧延ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鋼板等の板材の圧延には冷間か
ら熱間に到るまで圧延ロールが用いられている。圧延ロ
ールの圧延中の問題として、ロール自体がたわむこと、
および圧延に際して、被圧延材の温度の影響によるロー
ルの温度上昇に起因するサーマルクラウンが発生するこ
とである。図２は、圧延途中における被圧延材と圧延ロ
ールとの形状変化を誇張して描いた模式図である。

【０００３】図２に示すように、ロール４が荷重を受け
てたわみが生ずると、板幅方向で圧下量が異なってくる
ため、被圧延材５の断面は矩形にならず板クラウンが生
じる。また、極薄板では板幅エッジ部の圧下が最も強く
なるため、耳波と呼ばれる形状不良もしくは絞り込みが
発生して圧延することができなくなる。そのため、圧延
ロールを逆方向に曲げてたわみをキャンセルさせるロー
ルベンダー等のアクチュエータ（図示せず）が圧延機に
設置されており、圧延荷重が変動しても圧延ロールを一
定のプロフィールに保つ技術が確立されている。従っ
て、問題となるのは、下述する圧延ロールに発生するサ
ーマルクラウンである。

【０００４】図３は、圧延ロールの熱膨張の様子を示す
模式図である。熱間圧延の場合は当然であるが、冷間圧
延でも加工熱により被圧延材５の温度はロール温度に比
べて高くなる。そうすると、ロール４の温度は被圧延材
５が接触する部分が他の部分よりも高くなり、ロール４
が局部的に熱膨張する。図３は、この熱膨張部１０を誇
張して示した図である。かかる熱膨張部１０の存在がサ
ーマルクラウンと呼ばれているものである。

【０００５】このサーマルクラウンにより、前述のロー
ルのたわみの場合と同様に板クラウンあるいは形状不良
が発生する。クラウン量は圧延スケジュール、板幅、板
温度により大きく変動する。また、サーマルクラウンに
よるロール変形は、たわみ変形と異なるため、例えばベ
ンダーのようなアクチュエータでは完全に変形をキャン
セルすることはできない。従来から、かかるサーマルク
ラウンを抑制するために次のような手段が採用されてい
る。

【０００６】１）圧延ロールを強冷して熱膨張を抑制す
る方法、２）圧延スケジュールを制限してロールプロフ
ィールの変動を抑制する方法。 しかしながら、１）の方法では、圧延ロールのみならず
被圧延材も冷却され、特に熱間圧延では材料の温度低下
により十分な圧下や目的とする冶金的組織が得られな
い。また、２）の方法では、圧延板幅が任意に設定でき
ないことや、圧延を中断してロールを冷却する時間を要
するなど、生産性の著しい低下を招いている。

【０００７】また、サーマルクラウンによる圧延ロール
変形もベンダーのようなアクチュエータでキャンセルす
ることも考えられるが、そのようにしてロール変形をキ
ャンセルするには、圧延機に多数のアクチュエータが必
要となり、設備コストの多大な増加も招くことになる。
しかも、すでに述べたように完全には変形をキャンセル
できないという問題がある。特に、最近に至り、例えば
熱間圧延でも数十μｍという寸法精度が要求されるよう
になり、サーマルクラウン抑制は重要な課題となってき
ている。

【０００８】このような問題を解決する手段として、例
えば特開平５−２２８５１７号公報にロールバレル部が
スリーブとその内側に嵌合された円筒状または中実円柱
体の金属よりなり、この金属がスリーブより熱伝導率が
大きいことを特徴としたサーマルクラウン抑制圧延ロー
ルが開示されている。図４は、そのロール構造を示す縦
断面である。ロール軸部３に内層スリーブ２が嵌合され
ており、その外周に外層スリーブ１が嵌合さている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示すような圧延ロールによるサーマルクラウン抑制方法
には次のような問題がある。

【００１０】図４に示す圧延ロールの外層スリーブ１に
は、例えば一般に熱間圧延用ロールに用いられる鋼を、
また内層スリーブ２には熱伝導性の良い銅を用いること
が考えられる。この銅製の内層スリーブ２が、被圧延材
から入熱した熱をロール幅方向に効率よく伝導し、ロー
ル幅方向の温度差を低減することにより通常の圧延ロー
ルに比べてサーマルクラウンの発生はかなり抑制され
る。しかし、ロールの幅方向の温度分布を完全に均一に
することはできなく、内層スリーブの熱膨張もサーマル
クラウンの大きさに影響する。特に内層スリーブとして
好適な銅の線膨張率は鋼よりも大きいため、内層スリー
ブのサーマルクラウンへの影響度も比較的大きくなる。
したがって、内層スリーブの熱膨張により、内層スリー
ブのロール幅方向の温度差低減によるサーマルクラウン
低減効果を抑制することになり、十分にサーマルクラウ
ンの発生を抑制することができない場合が生じる。この
対策として、外層スリーブ１の材料として銅と線膨張率
がほぼ等しいステンレス鋼を用いることが考えられる
が、被圧延材との焼き付き等の問題が生じやすく好まし
くない。また逆に熱伝導性の良好な内層スリーブ２の材
料として鋼と線膨張率のほぼ等しいものを選出するのも
困難である。

【００１１】本発明の課題は、図４に示したような２層
スリーブの圧延ロールにおいて、内層スリーブの熱膨張
のサーマルクラウンにおよぼす影響を除去し、サーマル
クラウンの発生抑制効果の大きいロールを提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、熱伝導性の
良好な内層スリーブを有する２層スリーブの圧延ロール
において、線膨張率の大きな内層スリーブの厚さがロー
ル半径方向の膨張量に大きく影響することに注目し、こ
の線膨張率の大きな内層スリーブ厚さをロール幅方向で
変化させることにより、サーマルクラウン抑制効果を一
層高めることができるとの知見を得、本発明を完成させ
るに到った。本発明はこのような知見に基づきなされた
もので、その要旨は以下の通りである。

【００１３】（１）バレル部が、ロール軸に嵌合された
内層スリーブと、内層スリーブの外周に嵌合された外層
スリーブとからなり、内層スリーブは外層スリーブより
熱伝導性に優れた金属からなり、内層スリーブの肉厚が
バレル幅方向中央部で最も薄く、中央部からバレル端部
に向うにしたがい厚くなっていることを特徴とする圧延
ロール。

【００１４】（２）上記（１）の圧延ロールにおいて、
ロール軸の外周面と内層スリーブとの間に断熱層を有す
ることを特徴とする圧延ロール。

【００１５】（３）バレル部が、内層スリーブと、内層
スリーブの外周に嵌合した外層スリーブとからなる中空
の圧延ロールであって、内層スリーブは外層スリーブよ
り熱伝導性に優れた金属からなり、内層スリーブの肉厚
がバレル幅方向中央部で最も薄く、中央部からバレル端
部に向うにしたがい厚くなっており、内層スリーブの両
端面に断熱層を備えていることを特徴とする延ロール。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について以下に説明する。図１（ａ）〜
（ｄ）は、本発明の各種圧延ロールの縦断面図である。

【００１７】図１（ａ）に示すように、本発明の圧延ロ
ールはロールバレル部６がロール軸部３に嵌合された内
層スリーブ２と、さらにその内層スリーブ２の外周に嵌
合された外層スリーブ１からなっている。この内層スリ
ーブは外層スリーブよりも熱伝導性に優れた金属からな
り、その肉厚がロール幅中央部８で最も薄く、中央部か
らロールバレル６の端部９ａ、９ｂに向かうにしたがい
厚くなっている。

【００１８】外層スリーブ１の材質は、Ｎｉグレン鋼、
高クロム鋼、ステンレス鋼等でよく、通常熱間圧延ロー
ル材として用いられるＮｉグレン鋼が好適である。ま
た、内層スリーブ２には熱伝導に優れた銅、銅合金、ア
ルミニュウム、アルミニュウム合金等を用いることがで
きる。Ｎｉグレン鋼と銅の組み合わせが好適である。２
層構造のスリーブとし、内層スリーブとして、外層スリ
ーブより熱伝導性に優れた金属を用いるのは下記の理由
による。

【００１９】一般に、被圧延材との接触により入熱され
るロールバレル中央部は、そのバレル端部に比べて高温
となるため、半径方向の膨張量もバレル端部より大きく
なり、サーマルクラウンが生じることになる。そこで、
外層スリーブに内接して外層スリーブよりも熱伝導性に
優れた内層スリーブを設けると、外層スリーブの中央部
の熱は内層スリーブに伝わり、熱伝導性に優れた内層ス
リーブにより速やかにロール幅方向に熱が伝導され、外
層スリーブの幅方向の温度分布が均一化される。したが
って、発生するサーマルクラウン量も少なくなる。

【００２０】このような理由により、スリーブを２層に
し、内層スリーブに外層スリーブよりも熱伝導性に優れ
た金属を用いるのである。次に、内層スリーブの肉厚を
ロール幅方向中央部で最も薄く、中央部からバレル端部
に向うにしたがい厚くする理由は以下の通りである。

【００２１】前記したようにロールのバレル部ではその
中央部で温度が高くなり、サーマルクラウンも大きくな
る。そこで、内層スリーブの径方向の膨張量を幅方向中
央部で低減させるとサーマルクラウンの発生が抑制され
ることになる。特に内層スリーブに銅を用いる場合線膨
張率が大きいので、サーマルクラウン抑制効果は大き
い。このような理由により、内層スリーブの肉厚をロー
ル幅方向で変化させる。内層スリーブ厚さは、ロール幅
方向中央部で最も薄く、バレル端部に向かうにしたがい
厚くしておけばよく、その厚さ分布は、板幅、板温度等
の圧延条件から熱伝導解析および熱応力解析等によりシ
ミュレーションし、最適寸法を決定するのが好ましい。
図１（ａ) に示すのようにロールバレル部６の中央部８
から端部まで直線的に厚さが増大するようにしても十分
な効果が得られる。

【００２２】図１（ｂ) は、図１（ａ) のロールとは内
層スリーブの板厚分布が異なる本発明の圧延ロールの縦
断面図である。このように縦断面で曲線的な分布とした
内層スリーブ２は、ロールバレル部６の中央部８の肉厚
の薄い範囲が増加するので、ロールバレル部６の中央部
８でのサーマルクラウン発生域が広い場合、すなわち、
広幅の板を圧延する場合に適している。

【００２３】図１（ｃ) は、内層スリーブ２とロール軸
部３との間に断熱層７を設けた本発明の圧延ロールの縦
断面図である。内層スリーブ２とロール軸部３との間の
断熱層７は、アルミナ等のセラミックスを用いることが
できる。断熱層７を設けるのは、被圧延材からの熱は内
層スリーブに伝わるがその熱がロール軸に伝わるのを防
止するためである。このように断熱層を設けると、内層
スリーブによりロール幅方向の熱伝導がさらに促進され
温度が均一化される。また、半径方向のロール膨張量
は、ロール軸の膨張がほとんどなくなるため、内層スリ
ーブ厚さ変化の効果が得られやすい。

【００２４】図１（ｄ) は、内層スリーブの内側を中空
とした本発明の別の態様における圧延ロールの縦断面図
である。このロールは、中空であり、内層スリーブ２の
両端部に断熱層１１を設けている。中空部からなるこの
断熱層１１を設けるのは、内層スリーブ２の熱がロール
軸３に伝わるのを防止し、ロール軸の膨張によるサーマ
ルクラウン発生におよぼす影響を除去するためである。
断熱層１１は、図示例のように単に中空にするのみでも
よいが、この中空部にセラミックスのような断熱材を設
けてもよい。このような構造にしても良好なサーマルク
ラウン抑制効果が得られるが、中空構造のためロール剛
性、耐荷重性の点で強圧下率での圧延用ロールとしては
不向きであり、調質圧延のような軽圧下率用のロールと
して適している。

【００２５】なお、図１（ａ) 〜（ｃ) に示したロール
を製作するには、ロール軸に内層スリーブを焼きばめ等
で嵌合するのが難しいが、例えば図１（ａ）におけるロ
ール軸３のように、ロール軸方向の中央部で直径が最大
となり、そこからそれぞれロールの両端に向かうに従い
直径が除々に小さくなるようにロール軸を機械加工で成
形しておき、そのロール軸に銅を肉盛り溶接して内層ス
リーブとし、その内層スリーブに外層スリーブを焼きば
めする方法がある。また、熱間静水圧プレスにより内外
層スリーブ、ロール軸を拡散接合して一体化する等の方
法で製作することができる。

【００２６】

【実施例】本発明の圧延ロールのサーマルクラウン抑制
効果を実施例により説明する。

【００２７】本発明例として、図１（ａ）、図１（ｃ）
に示す構造のロールを、また比較例として図４に示す２
層スリーブのロールおよびスリーブのない一体ロールを
製作した。図１（ａ) に示した構造の圧延ロールの寸法
は以下の通りとした。

【００２８】ロール外径 ： ２６０ｍｍ ロールバレル幅 ： １５００ｍｍ 外層スリーブ厚さ： ２５ｍｍ 内層スリーブのバレル中央部の厚さ： ５ｍｍ 内層スリーブのバレル端部の厚さ ： ４０ｍｍ 内層スリーブの厚さの変化は、図１（ａ）に示すように
直線的に厚みを変化させた。外層スリーブおよびロール
軸部の材質は高速度鋼、内層スリーブの材質は銅とし
た。図１（ｃ) に示した構造のロールは、寸法は上記と
同じとし、断熱層はアルミナ溶射により形成し、約１ｍ
ｍの厚さの断熱層を設けた。

【００２９】また、図４に示す従来方式のサーマルクラ
ウン抑制圧延ロールは、ロール直径、ロールバレル幅、
外層スリーブ厚さは上記と同様とし、内層スリーブ厚さ
をバレル幅方向に均一に４０ｍｍとした。また材質も上
記本発明の圧延ロールと同様とした。

【００３０】また、従来の一体型ロールとして、ロール
外径とバレル幅を上記本発明のロールと同じとしたロー
ル全体を高速度鋼で製作した。このような４種類の圧延
ロールを用い、低炭素鋼の板厚１ｍｍ、幅８００ｍｍの
鋼帯を加熱して、圧延温度５００℃で３０分間、６０分
間および９０分間の圧延をおこなった。各時間での圧延
終了後各ロールに生じたサーマルクラウン量を、ロール
全幅でのサーマルクラウンと、鋼帯幅相当のロール幅で
のサーマルクラウンとの２種の測定をおこなった。

【００３１】図５は、サーマルクラウンの測定位置を説
明するためのロール断面図である。この図は、圧延後の
サーマルクラウンが発生した圧延ロール４を示し、斜線
部は鋼帯５の幅方向の断面を示す。前記ロール全幅での
サーマルクラウンとは、図５に示すようにロール端部と
端部を結んだ線Ｘ１を基準に凸部（クラウン）の頂点の
高さＨであり、また板幅相当のロール幅でのサーマルク
ラウンとは、鋼帯５の両エッジが通過した位置を結ぶ線
Ｘ２を基準に測定した高さｈをいう。表１に測定結果の
サーマルクラウン量を示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】同表から明らかなように、板幅相当部で比
較した場合、サーマルクラウン量は本発明のロールで
は、従来の２層スリーブロールに比べて、圧延時間３０
分、６０分とも１／２以下になった。また、９０分の場
合も約１／２である。

【００３４】図６は、表１のなかの圧延６０分後の幅方
向中央から半分のロールプロフィールを示す図である。
なお、バレル中央を基準（クラウン量０）として表し
た。曲線Ａは、図１（ｄ）に示した本発明のロールのプ
ロフィールを、曲線Ｂは、図１（ａ）に示した本発明の
ロールのプロフィールを、曲線Ｃは図４に示した従来の
２層スリーブのロールのプロフィールを、および曲線Ｄ
は従来の一体型ロールのプロフィールをそれぞれ示す。

【００３５】同図から明らかなように本発明のロールプ
ロフィールＡ、Ｂは、従来の２層スリーブのロールのプ
ロフィールＣに比べサーマルクラウン量がロール軸方向
のどの箇所でも大きく低減している。

【００３６】

【発明の効果】本発明の圧延ロールによれば、圧延ロー
ルのサーマルクラウンの発生を大幅に抑制することが可
能であり、それにより板クラウン、形状不良の生じない
安定した圧延を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧延ロールの縦断面図である。

【図２】圧延ロールのたわみの様子を示す模式図であ
る。

【図３】ロールに生じたサーマルクラウンの状態を示す
模式図である。

【図４】従来の２層スリーブのロールの縦断面図であ
る。

【図５】サーマルクラウンの測定位置の説明図である。

【図６】圧延後のロールプロフィールを示す図である。

【符号の説明】

１ 外層スリーブ ５ 被圧延材 ２ 内層スリーブ ６ ロールバレル部 ３ ロール軸部 10 熱膨張部 ４ 圧延ロール １１ 断熱層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バレル部が、ロール軸に嵌合された内層
   スリーブと、内層スリーブの外周に嵌合された外層スリ
   ーブとからなり、内層スリーブは外層スリーブより熱伝
   導性に優れた金属からなり、内層スリーブの肉厚がバレ
   ル幅方向中央部で最も薄く、中央部からバレル端部に向
   うにしたがい厚くなっていることを特徴とする圧延ロー
   ル。
2. 【請求項２】 請求項１記載の圧延ロールにおいて、ロ
   ール軸の外周面と内層スリーブとの間に断熱層を有する
   ことを特徴とする圧延ロール。
3. 【請求項３】 バレル部が、内層スリーブと、内層スリ
   ーブの外周に嵌合した外層スリーブとからなる中空の圧
   延ロールであって、内層スリーブは外層スリーブより熱
   伝導性に優れた金属からなり、内層スリーブの肉厚がバ
   レル幅方向中央部で最も薄く、中央部からバレル端部に
   向うにしたがい厚くなっており、内層スリーブの両端面
   に断熱層を備えていることを特徴とする延ロール。