JPH11226722A - 圧延用複合ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロール製造時において硬質リングとロール本
体との間で発生する残留応力を緩和すると共に、硬質リ
ングとロール本体を安定した状態で係合させた圧延用複
合ロールを提供する。 【解決手段】 硬質リング１２を溶湯でくるみ、溶湯を
凝固させて溶湯をロール本体１０とする圧延用複合ロー
ルにおいて、硬質リング１２には、ロール本体１０で鋳
ぐるまれる部分に、硬質リング及び鋳ぐるみ金属よりも
変形抵抗の小さい材料からなる係合部材１４を設け、該
係合部材１４を鋳ぐるまれたロール本体１０に係合させ
て、硬質リング１２をロール本体１０に対して一体回転
可能ならしめるようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼線材、棒鋼、
形鋼などの圧延に使用される複合ロールに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】線材、棒材などの圧延に用いられるロー
ル(20)として、図９に示すように、強靱性にすぐれるダ
クタイル鋳鉄又は黒鉛鋼のロール本体(10)の外周に、耐
摩耗性にすぐれる超硬合金を環状に形成した硬質リング
(12)を装着した複合構造のものがある。これは、超硬合
金の硬質リングをダクタイル鋳鉄又は黒鉛鋼の溶湯で鋳
ぐるんで凝固させ、凝固部分をロール本体(10)となすも
のであり、鋳造凝固後、硬質リング(12)及びロール本体
(10)に適宜機械加工が施され、所望の形状及び寸法に仕
上げられる。

【０００３】ロール本体と硬質リングは一体回転させる
必要があるため、鋳ぐるみ金属と超硬合金を溶着させ
て、ロール本体と硬質リングは固定されていた。しかし
ながら、鋳ぐるみ金属は、超硬合金に比べて熱膨張率が
大きいため、鋳造工程での冷却過程における熱収縮差に
よって、鋳ぐるみ金属に引張残留応力、超硬リングに圧
縮残留応力が発生する。それゆえ、機械加工時や圧延使
用時において、超硬リングに大きな衝撃荷重が作用する
と、超硬リングと鋳ぐるみ金属との界面にクラックが発
生し易くなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような残留応力の
発生を防止するために、出願人は、超硬合金と溶着しな
い温度に調節された金属溶湯で硬質リングを鋳ぐるみ凝
固させた複合ロールを以前に提案した。ロール本体と硬
質リングは溶着していないから、ロール本体と硬質リン
グとの空回りを防止するため、硬質リングの側面にロー
ル本体と係合する突起を形成し、該突起をロール本体に
係合させて一体回転可能となるようにしている。硬質リ
ングは、超硬金属を焼結して作製されており、係合用の
突起は焼結の際に一体に形成されるか、或は焼結後に機
械加工を施すことにより形成されていた。

【０００５】しかしながら、超硬材料は硬くて脆いた
め、焼結後の機械加工時や、複合ロールの回転、停止な
どの際に係合用突起にロール本体と硬質リングから荷重
や衝撃が加わって、係合用突起が欠けたり割れてしま
い、ロール本体と硬質リングとの係合が不十分になるこ
とがあった。

【０００６】本発明の目的は、硬質リングとロール本体
との間で発生する残留応力を緩和すると共に、硬質リン
グとロール本体を安定した状態で係合させた圧延用複合
ロールを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、硬質リング(12)を溶湯でくるみ、溶湯を
凝固させてロール本体(10)とする圧延用複合ロールにお
いて、硬質リング(12)は、ロール本体(10)で鋳ぐるまれ
る部分に、硬質リング及び鋳ぐるみ金属よりも変形抵抗
の小さい材料からなる係合部材(14)を設け、該係合部材
(14)を、鋳ぐるまれたロール本体(10)と係合させて、硬
質リング(12)をロール本体(10)に対して一体回転可能な
らしめるようにしたものである。「変形抵抗」とは、熱
的及び機械的の如何を問わず、材料の変形の生じ難さを
表す。従って、「硬質リング及び鋳ぐるみ金属よりも変
形抵抗の小さい材料」とは、硬質リング及び鋳ぐるみ金
属よりも変形し易い材料を意味し、具体的には、硬質リ
ング及び鋳ぐるみ金属よりも、耐力が小さい材料、引張
強度が低い材料、又は硬度が低い材料であることを意味
する。なお、硬質リング(12)と係合部材(14)との間、及
び鋳ぐるみ金属と係合部材(14)との間の溶着の有無は問
わない。

【０００８】また、ロール本体(10)と硬質リング(12)と
の間は溶着していないことが望ましい。これは、鋳ぐる
み金属が冷却する際の体積変化によって、残留応力が生
じないようにするためである。従って、鋳ぐるみ金属溶
湯の温度は、硬質リングに溶着しない温度に調節する。
なお、係合部材(14)には、硬質リング(12)と鋳ぐるみ金
属の熱膨張差等による熱応力が発生するが、前述のよう
に、係合部材(14)は硬質リングと鋳ぐるみ金属よりも変
形抵抗の小さい材料を用いるから、前記熱応力は係合部
材(14)の塑性変形によって緩和され、大きな残留応力は
残らない。

【０００９】係合部材(14)は、硬質リング(12)がロール
本体(10)に鋳ぐるまれる部分に設ければよく、硬質リン
グ(12)の片方の側面又は両側面に設けられる。係合部材
(14)は、ロール本体(10)と係合可能であれば、その形状
はとくに限定されるものではない。係合部材(14)の形状
として、硬質リングから突出する形状(例えば突起、突
条など)を挙げることができる。係合部材(14)の硬質リ
ング(12)への取付方法も、特に限定されるものではな
い。取付方法として、例えば、すきまばめ、焼きばめ、
溶接などを挙げることができる。或いは硬質リング作製
時(溶解時)に係合部材を予め金属学的に接合(溶着)させ
ておいてもよい。

【００１０】

【作用及び効果】本発明の圧延用複合ロール(20)は、ロ
ール本体(10)が硬質リング(12)に溶着していないから、
ロール製作時に応力は殆んど残留しない。また、硬質リ
ング(12)とロール本体(10)との接点である係合部材(14)
は、大きな熱応力が作用すると塑性変形してその応力を
緩和するため、硬質リングとロール本体には残留応力が
殆ど発生しない。従って、その後の機械加工時や使用時
に、残留応力に起因するクラックの発生する虞れはな
い。また、係合部材(14)は、硬質リング(12)及び鋳ぐる
み金属よりも変形抵抗の小さい材料で形成されているか
ら、複合ロール(20)の回転開始、回転停止などの際に、
係合部材(14)がロール本体(10)と硬質リング(12)から荷
重や衝撃などの大きな機械的応力を受けた場合にも、係
合部材(14)は、弾性変形又は塑性変形することによりそ
れら荷重や衝撃を吸収することができるため、係合部材
(14)に欠けや割れを生じ難く、ロール本体(10)と硬質リ
ング(12)との係合が不十分となることもない。

【００１１】

【発明の実施の形態】硬質リング(12)は、機械加工性の
点でハイス系鋳鉄材から形成することが好ましく、図１
乃至図５に示すように、環状に形成される。この種ハイ
ス系鋳鉄材として、重量％にてＣ：２.０〜５.０％、Ｓ
ｉ：０.２〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｃｒ：
４.０〜１５.０％、２Ｍｏ＋Ｗ：５.０〜３０.０％、
Ｖ：７.０〜２０.０％、残部実質的にＦｅ及び不可避的
に混入する不純物(例えばＰ、Ｓなど)からなる材料を挙
げることができる。Ｐ、Ｓは原料より不可避的に混入す
るが、材質を脆くするので少ない程好ましく、Ｐ：０.
１％以下、Ｓ：０.１％以下にするのがよい。なお、硬
質リング(12)は、前記ハイス系鋳鉄材の他に、超硬合
金、サーメット、セラミックスなどの材料から形成でき
ることは勿論である。ハイス系鋳鉄材を用いる硬質リン
グを作製する場合、通常は、静置鋳造法が用いられる。
静置鋳造法では、主型を構成する金型と中子を構成する
砂型(図示せず)との間に形成された環状空間に溶湯を注
いで鋳造し、得られた環状体を適宜幅寸法で切断するこ
とによって作ることができる。なお、後述する係合部材
の取付けに、溝、穴などを設ける必要がある場合には、
所定幅寸法に切断された硬質リングに機械加工を適宜行
なえばよい。

【００１２】ロール本体(10)となる鋳ぐるみ金属は、ダ
クタイル鋳鉄から形成することが好ましく、ダクタイル
鋳鉄として、Ｃ：２.５〜４.０％(重量％、以下同じ)、
Ｓｉ：１.３〜３.５％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：
０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：３.０％以下、
Ｃｒ：２.０％以下、Ｍｏ：２.０％以下、Ｍｇ：０.０
２〜０.１％を含有し、残部実質的にＦｅからなるも
の、又は必要に応じて、Ｗ、Ｖ、Ｎｂのうち少なくとも
一種を合計で４％以下をさらに含有するものを挙げるこ
とができる。

【００１３】係合部材(14)は、硬質リング(12)及び鋳ぐ
るみ金属よりも変形抵抗の小さい材料(硬度の低い材
料、引張強度の小さい材料又は耐力が小さい材料)から
構成され、硬質リング(12)がロール本体(10)に鋳ぐるま
れる部分に設けられる。硬質リング(12)としてハイス系
鋳鉄材を用いる場合でも、その硬度で通常ＨＳ(ショア
ー硬さ)約７０以上、引張強度は約５００ＭＰａ以上で
あり、鋳ぐるみ金属としてはダクタイル鋳鉄などが用い
られるが、圧延用ロールとしての必要硬度は通常約ＨＳ
３５以上、引張強度は約３５０ＭＰａ以上である。従っ
て、係合部材(14)を構成する材料は、硬質リング及び鋳
ぐるみ金属よりも、硬度が低く、引張強度又は耐力が小
さくなるようにするため、Ｃの含有量が約０.８以下、
好ましくは約０.５％以下、より好ましくは約０.２５％
以下の鋼材(例えば、軟鋼材、構造用合金鋼など)が用い
られる。

【００１４】係合部材(14)は、硬質リング(12)から突出
した形状とすることが望ましく、その実施形態として、
図１及び図２に示すように、硬質リングの側面に複数の
有底穴(16)を開設し、該有底穴(16)に若干の隙間が存す
るように夫々棒状の係合部材(14)を嵌め込んだ例、図３
に示すように、硬質リング(12)を幅方向に貫通する孔(1
7)を複数開設し、該貫通孔(17)に硬質リングの幅よりも
長い棒状の係合部材(14)を両端が夫々硬質リング(12)の
側面から突出するように嵌め込んだ例を挙げることがで
きる。また、他の実施形態として、図４及び図５に示す
ように、周面に凹み(18)を設けた環状の薄板を係合部材
(14)として用いた例を挙げることができる。該係合部材
(14)は、環状薄板の一方の面に複数のピン(19)が突設さ
れ、環状リング(12)の対応位置に開設された有底穴(16)
にピン(19)を嵌めて取り付けられる。

【００１５】係合部材を取り付けた硬質リングは、図６
に示す鋳型に固定され、ロール本体となる鋳鉄溶湯に鋳
込まれる。鋳型は、図６に示すように、３段構造の金型
(34)の上下部分に砂型(36)(37)が配備され、下側の砂型
(37)には鋳鉄溶湯(32)を供給する押湯(38)が連通してい
る。組み立てられた金型(34)の内周には、硬質リング(1
2)の外周部を受ける凹所(39)が上下方向の２箇所に形成
されている。硬質リング(12)を金型(34)の凹所(39)に嵌
め込んだ後、押湯(38)から所定成分の鋳鉄溶湯を供給す
る。なお、硬質リング(12)は、溶湯鋳込み時の割れを防
止するために、約５０〜１００℃程度に予熱しておくこ
とが望ましい。予熱温度を高くしすぎると、硬質リング
(12)と鋳ぐるみ金属が溶着してしまう虞れがある。鋳鉄
溶湯(32)は、硬質リング(12)及び係合部材(14)と溶着し
ない温度に調節され、係合部材(14)を取り付けた硬質リ
ング(12)をくるんだ状態で凝固し、ロール本体(10)を形
成する。凝固完了後、金型(34)及び砂型(36)(37)を取り
外すことによって、図７に示す圧延用複合ロール(20)が
作製される。必要に応じて、適宜熱処理が施された後、
ロール本体(10)及び硬質リング(12)に適宜機械加工が施
され、所望の形状及び寸法に仕上げられる。ただし、熱
処理では、硬質リング(12)と鋳ぐるみ金属との界面の酸
化防止のため、雰囲気制御炉や真空熱処理炉を使用する
ことが望ましい。

【００１６】図８は、作製された複合ロール(20)の係合
部材(14)の周辺を拡大した断面図である。ロール本体(1
0)は、硬質リング(12)に溶着しておらず、係合部材(14)
によって硬質リング(12)に係合されて、ロール本体(10)
と硬質リング(12)は一体回転可能となっている。ロール
本体が、硬質リングと溶着していないから、残留応力も
生じない。係合部材(14)の周辺に生ずる応力は、塑性変
形により緩和される。例えば、図２及び図３に示す棒状
の突起を係合部材(14)として形成した硬質リング(12)の
場合、ロール本体(10)は、係合部材(14)をくるんだ状態
で係合する。また、図５に示すように凹み(18)を設けた
場合は、該凹み(18)部分に溶湯が流れ込み、ロール本体
(10)が凹み(18)に嵌まった状態で係合する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の圧延用複合ロール(20)の具体
的な作製例について説明する。硬質リング 重量％にて、Ｃ：３.６５％、Ｓｉ：０.６２％、Ｍｎ：
０.７０％、Ｐ：０.０２７％、Ｓ：０.０１５％、Ｃ
ｒ：１０．６％、Ｍｏ：４．４８％、Ｗ：５．１７％、
Ｖ：１０．８％、残部実質的にＦｅからなるハイス系鋳
鉄材を使用した。該ハイス系鋳鉄材の溶湯を静置鋳造法
で鋳込み、外径３７５ｍｍ×内径２１０ｍｍ×幅２７０
ｍｍの管体を鋳造し、得られた管体の引け巣部分を切断
して外径３７５ｍｍ×内径２１０ｍｍ×幅２００ｍｍと
して、７５０℃の温度で軟化熱処理を施した後、幅方向
で２分割し、さらに側面及び内面に機械加工を施し、外
径３７５ｍｍ×内径２１５ｍｍ×幅９５ｍｍの硬質リン
グ(12)を２個作製した。作製された各硬質リング(12)の
一方の側面に、リング中心を中心とする直径２５０ｍｍ
の仮想円上に、直径５ｍｍ×深さ１５ｍｍの係合部材取
付用の有底穴(16)を等間隔に９つ開設した。

【００１８】係合部材 直径５ｍｍ×長さ２５ｍｍの炭素鋼(Ｓ１０Ｃ)製の棒材
を準備し、硬質リング(12)の係合部材取付用の有底穴(1
6)にすきまばめによって取り付けた。

【００１９】鋳ぐるみ金属(ロール本体)の成分 重量％にて、Ｃ：３.４１％、Ｓｉ：２.２５％、Ｍｎ：
０.４１％、Ｐ：０.０３２％、Ｓ：０.０１６％、Ｎ
ｉ：０.４５％、Ｃｒ：０.２１％、Ｍｏ：０.１０％、
Ｍｇ：０.０５％、残部実質的にＦｅからなるダクタイ
ル鋳鉄を使用した。

【００２０】複合ロールの作製 ５５℃に予熱した２個の硬質リング(12)(12)を、係合部
材(14)の取り付けられた面を上側に向けた状態で、金型
(34)の凹所(39)(39)にはめ込み、１３８０℃の温度で前
記成分のダクタイル鋳鉄溶湯を鋳込み、凝固部分をロー
ル本体とする複合ロール(20)を作製した。

【００２１】複合ロールの熱処理 得られた複合ロール(20)を不活性ガス雰囲気の中で９８
０℃の温度にて加熱保持した後、３００〜４００(℃／
Ｈ)の冷却速度で焼き入れし、さらに５５０℃の温度で
１０時間焼戻し処理を３回実施した。

【００２２】最終機械仕上加工 得られた複合ロール(20)の外径部分に機械加工を施し、
外径３６０ｍｍ、軸長さ６５０ｍｍの複合ロールを作製
した。

【００２３】最終機械仕上加工後、超音波探傷試験によ
り硬質リング(12)の表面状態を調べたところ、クラック
などの発生は認められなかった。さらに、複合ロール(2
0)のロール本体(10)と、硬質リング(12)及び係合部材(1
4)とのを切断して観察したところ、ロール本体(10)は、
硬質リング(12)及び係合部材(14)の何れにも溶着してい
なかった。また、硬質リング(12)は、係合部材(14)とロ
ール本体(10)との係合によってロール本体(10)に対して
一体回転可能に支持されていた。硬質リング、ロール本
体及び係合部材の硬度等を測定したところ、硬質リング
が、硬度ＨＳ８５、引張強度７３０ＭＰａであり、ロー
ル本体が、硬度ＨＳ４０、耐力(０.２％耐力)４２０Ｍ
Ｐａであり、係合部材は、硬度ＨＳ２０，降伏点は２０
０ＭＰａであった。

【００２４】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の硬質リングの斜視図である。

【図２】図１の硬質リングの断面図である。

【図３】本発明の硬質リングの他の実施例を示す断面図
である。

【図４】本発明の硬質リングの他のさらなる実施例を示
す斜視図である。

【図５】図４の硬質リングの断面図である。

【図６】複合ロールを作製する鋳型の説明図である。

【図７】本発明の複合ロールの断面図である。

【図８】係合部材とロール本体の係合状態を示す断面図
である。

【図９】従来の複合ロールの断面図である。

【符号の説明】

(10) ロール本体 (12) 硬質リング (14) 係合部材 (20) 複合ロール

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硬質リング(12)を溶湯でくるみ、溶湯を
   凝固させてロール本体(10)とする圧延用複合ロールにお
   いて、 硬質リング(12)は、ロール本体(10)で鋳ぐるまれる部分
   に、硬質リング及び鋳ぐるみ金属よりも変形抵抗の小さ
   い材料からなる係合部材(14)が設けられており、該係合
   部材(14)は、鋳ぐるまれたロール本体(10)と係合して、
   硬質リング(12)をロール本体(10)に対して一体回転可能
   ならしめることを特徴とする圧延用複合ロール。
2. 【請求項２】 係合部材(14)は、硬質リング(12)の側面
   に設けられる請求項１に記載の圧延用複合ロール。
3. 【請求項３】 係合部材(14)は、Ｃの含有量が０.８重
   量％以下の鋼材から形成される請求項１又は請求項２に
   記載の圧延用複合ロール。