JPS63230824A - スリ−ブロ−ルの熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は形鋼の熱間圧延に使用されるスリーブの組立ロ
ールの素材の熱処理方法に関する。

〔従来の技術〕

近年熱間圧延用ロールとしては、アーバーを繰り返し使
用することができる組立式ロールが多くなってきており
、特に形鋼圧延用ロールとしては組ケ式にすることが一
般的になっている。

さらに最近では耐摩耗性向上の見地からロール表面の硬
度を上げることが要求されており、外殻層の高合金アダ
マイト化等の材質変更または熱処理工程での焼入速度の
迅速化が行われている。

しかしながら外殻層の高合金アダマイトによる方法は高
価なりロム、ニッケル、モリブデンを多く使用すること
となり不経済である。

また、熱処理工程での焼入速度上昇により高硬度化を図
る方法は、焼入中または焼戻し工程中にロールの割損水
散が多発するという問題点があった。

このような割損水散が多発するという問題点を解決する
方法として従来、特公昭５７−４８６２５号公報、特開
昭６１−７９７２７号公報等の方法が提案されている。

しかしながら、前記各公報に記依されている方法は誘導
加熱による方法と焼入後に徐冷ボックスに入れて応力を
軽減する方法であり、次の問題点があった。

誘導加熱による方法は、誘導加熱により１→部表面のみ
を焼入温度に加熱した後、焼入を行う熱処理法で、一般
的に硬度深度５０ｍｍ以ヒを要求される形鋼圧延用ロー
ルには不向きであり、また装置が高価である茅の問題点
がある。

また焼入れ後に徐冷ボックスに入れて応力を軽減する方
法は、ロールを外気から遮断するようにして収納する徐
冷ボックスを用いて、焼入後のロール内外層の温度分布
差を少なくするように徐冷する方法であり、焼入後の細
かい温度管理を心安とする。またロールを徐冷ボックス
に出し入れするために、多くのロールを一度で熱処理す
る時は、焼入後の工程が煩雑となることが避けられない
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、上述の問題点を解決するためになされ
たもので、焼入中および焼戻し工程中の割損事故を防止
し、さらに咲来より焼入速度を増すことを可能にして熱
処理のみで従来よりも高い硬度のロールが（−リられる
方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、拡散焼Ｍ後、焼入れ処理を施すスリーブロー
ルの熱処理方法において。

（１）前記拡散焼鈍後、５００℃から７５０℃の間で内
外層の温度が等しくなるまで保持すること （２）その後、急速加熱してロール外層のみ８３０℃〜
９５０℃に昇温した後、焼入れ処理すること を特徴的な技術手段とするものである。

〔作用〕

先ず、外殻層をアダマイトで製造された形鋼圧延用スリ
ーブロール素材の熱処理において、焼入開始より焼戻し
工程の初期までの温度推移と１１，１損との関係につい
て未発１！１者が得た知見について説明する。

ロールはまず、加熱炉において焼入温度まで加熱され、
その焼入温度でロール全体が均一になるように保持され
る。その後焼入れのため炉よりロールを抽出し、高い硬
度を要求されるスリーブ外表面にミストまたは衝風を吹
き付けて強制冷却を行い、外表面の温度が４００〜５８
０℃になった所でミストまたは衝風の量を加減し、ロー
ル表面が復熱しないように上記の温度４００〜５８０℃
で保持し、基地組織をベイナイト変速させる。

それ以降は大気中で自然放冷し、外表面温度が４００〜
４６０℃に低下した時点で焼戻し処理のため、再び炉内
に装入する。その後、内外面温度が均一になる時まで雰
囲気温度を外表面と同じ温度で保持し、その後焼戻しす
る。

以上の焼入工程中のロールの内外面の温度推移を示すと
第３図の如くなる。

第３図において、ロールは塑性域より、弾性域に移り変
わる遷移温度（約５００〜７００℃）において大！！な
温度差が生じている。この温度差の状態でロール全体が
弾性域になり、かつ大気放冷後温度差が縮少した場合に
は、ロール内面がロール外面に比べ温度収縮が大きいた
め、内面に引張応力、外面に圧縮応力が働く、さらに炉
に装入し、焼戻しのために炉の温度を上げた場合には、
ざらに熱応力が加算され、ロール内面表層の母材強度（
４０〜４５　ｋ　ｇ／ｍｒｒ＋′）を上回り一１１損に
至るものと推定される。

従って、ロールが塑性域より弾性域へ移り変わる遷移時
期において、ロール全体の温度差を縮少する方法を確立
することができれば、ロール全体が弾性域になった時の
応力が縮少され、残留応力が軽減されることとなる。

以上の観点より種々検討を重ねた結果、本発明を完成す
るに至ったものである。

すなわちこの発Ｉ３１の形鋼圧延用組立ロール素材の応
力軽減方法は、ロールが塑性域より弾性域へ移り変わる
遷移時期において、ロール全体の温度差を縮少する方法
であり、用いた手段は以下の通りである。

外層がアダマイトからなる形鋼圧延用スリーブ組立ロー
ルのスリーブロール素材に対する熱処理工程において、
拡散焼鈍後、焼入加熱の途中で、５００℃から７５０℃
の間で内外層の温度が等しくなるまで保持し、その後炉
の雰囲気温度を急速加熱し、ロールの外殻層は８５０℃
〜９５０℃にし、かつ強靭性の必要な内層部はより低温
になるように内外面に温度差をつけ、さらに焼入過程の
５００℃から７００℃の範囲において内面および外面の
温度が均一になるように冷却する方法である。

なお、焼入加熱途中での保持温度を５００℃〜７５０℃
にしたのは、以下の理由からである。

急速加熱前の保持温度を５００℃〜７５０℃に限定した
のは、５００℃未満であるとロール全体が弾性域である
ため、急速加熱時の熱応力で割れるからであり、７５０
℃を越えると、遷移時期においてロールの肉厚方向の中
央部の温度が高くなり、ロール全体の温度差が拡大し、
従来と同様の温度差となるからである。

ロールの外殻層の焼入温度を８３０℃〜９５０℃に限定
したのは、８３０℃未満であるとオーステナイトへのセ
メンタイトの固溶が進まず、オーステナイト域が少ない
ので焼入効果がなくなるからであり、９５０℃を越える
と結晶粒が粗大化し、焼入時に割れ発生の危険が高くな
るから制限される。

通常アダマイトを外層とする形鋼圧延用スリーブロール
素材の熱処理は、一般的に先ず、１０００℃以りの高温
に加熱保持する高温拡散処理を行った後、一旦、Ａｒ１
点以下に冷却し、その後Ａｃ１点以上に加熱する。その
加熱過程の途中で、塑性域内の低い温度または遷移域の
温度に−・ｌ保持して内外面の温度を灼熱化し、そのあ
と炉の雰囲気温度を急速加熱する。

炉の雰囲気温度を急速加熱する以降の温度遷移を第１図
により説明する。ロールを均熱した後に、炉の雰囲気温
度を急速加熱すると、炉壁および燃焼ガスからの輻射熱
に゛よりまずロールの外表面が加熱される。ロールの内
表面は、炉壁および燃焼ガスからの輻射熱が少ないため
に、温度り昇がロール外表面より遅くなる。この状態で
スリーブロール素材の肉厚方向の廃却径５（第２図参照
）の部分が焼入温度になる時まで急速加熱を行う。

その後ロール１を炉より出し、第２図（ａ）、（ｂ）に
示すような強制冷却装置のローラ２上にセットする。モ
してローラ２を回転させると同時ニロールｌの外表面は
ノズル３より、ロール１（７）内表面はノズル４より高
圧空気で霧状にした冷却水（ミスト）の吹き付けを開始
する。このミスト冷却は、ロール外表面は４５０℃〜５
２０℃に達するまで、ロール内表面も同じく４５０〜５
２０℃に達するまで連続的に行う。

ロールｌの外表面温度が４５０〜５２０℃に達した時点
でミスト冷却を停止し、第４図に示すように内部からの
熱伝導によってロール外表面が５２０〜５８０℃に復温
するまで放置し、それ以上の温度上昇を防止するため１
表面を衝風冷却しながら上記５２０〜５８０℃の範囲で
、衝風を止めても温度が上昇しない時まで保持する。

その後ロール１をローラ２より降して大気放冷し、ロー
ル外表面の温度が４００〜４６０℃まで低下した時点で
、焼戻し処理のため、再び炉内に装入する。

その後内外面温度が均一になる時まで雰囲気温度を外表
面と同じ温度で保持し、その後焼戻しする。

ロールを炉より出してから以降の温度推移を以ドに記す
。

焼入開始時は、第１図に示すようにロール外表面は焼入
温度の９００℃以上まで加熱され、ロール内表面は、ロ
ール外表面からの熱伝導に時間がかかり、また輻射熱量
が少ないため、６７５℃前後の温度となっている。この
状態で焼入のためロール内外面を冷却すると、ロール全
体が冷却され、ロールの肉厚方向の中心部も、第１図に
示すようにロール内外面の温度降下に伴って冷却され、
遷移域におけるロール全体の温度差が縮少される。その
後のロール外表面の復温期、保持期においても、ロール
全体の温度差は拡大されず、弾性域へ移行していく、従
って、ロール全体の温度が均一化し、弾性域になった時
の温度収縮が少ないため残留応力が少なくなる。

よって本発明方法を採用すれば、残留応力が少なくなる
ので、焼入後の大気放冷期、焼戻し炉内保温期および焼
戻しのための昇熱中におけるロールの割損事故が皆無と
なる。

〔実施例〕

次に本発明の具体的な実施例を説明する。

ロール外層をアダマイトとした外径１５２０ｍｍφ、内
径７６０ｍｍφ、長さ２０００ｍｍの形鋼圧延用スリー
ゾロール素材を、拡散焼鈍後５５０℃に均熱後、炉の雰
囲気温度を２２０℃／Ｈで昇温し、その後１１００℃に
４５分保持し、その後ロール外面は６００℃まで平均冷
却速度３５℃／分、５１０℃まで平均冷却速度４．５℃
／分、ロール内面を５１０℃まで平均冷却速度９℃／分
で冷却する。

その後、ロール外表面は５５０℃まで復熱させ、その温
度以とに上がらぬように保持した後、大気放冷し、ロー
ル内表面も同様に５６０℃まで復熱させて、その温度以
上に上がらぬように保持した後、大気放冷させた場合の
温度推移を第１図に示す。

第１図において、残留応力発生原因となる遷移時期の温
度分布の代表例として中間点を取り、その時の゛ト径方
向の温度分布を第４図に示す、従来の第３図による焼入
を行った場合を第６図に示しであるが、それと比較して
、ロール全体の温度差が縮少していることが分る。

また、第４図の温度分布の場合を応力零と仮定し、ロー
ル全体が弾性域となり、温度が均一化した場合の残留応
力分布を第５図に示す、従来の第６図の温度分布の場合
を応力零と仮定して、ロール全体が弾性域となり、温度
が均一化した場合の残留応力を第７図に示しであるが、
それと比較して残留応力が著しく軽減していることが分
る。

なお、本実施例では、急速加熱時にスリーブ内面に詰め
物を入れなかったが、スリーブの寸法によっては、スリ
ーブ内面に断熱性詰め物を挿入し、スリーブ内層の温度
をより低くする方が好ましいときがある。このときの詰
め物としては、セラミック性ウール材などが作業性の上
からも好適である。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、外ｆｌｔ層をアダマイトとする形
鋼圧延用スリーブロール素材の熱処理において、焼入よ
り焼戻し期までの内外面の温度差を従来法に比べて著し
く少なくすることができ、その結果、焼入時の熱応力お
よび焼戻しに入る直前の残留応力を著しく低減すること
ができる。

従って、本発明方法を適用すれば、熱処理時の割損事故
が皆無となり、外面の焼入速度を従来より速くすること
が回部であるので、高価なＣｒ。

Ｎｉ、Ｍｏ等の合金元素を減らして、高い硬度の外Ｒ層
を得ることが可俺となる。

さらに後工程の焼戻し過程において、残留応力が少ない
ので歪取りに要する時間が短縮され、また、焼嵌時のロ
ール内面の応力（焼嵌め応力＋引張残留応力）が小さく
なるので、圧延に供した時のロール内面からの割損事故
が少なくなり、さらに焼嵌め応力を高くできるので焼嵌
代を多くすることができ、ロールのスリップ事故も少な
くなる。

さらに、本発明ではロール外表面の必要な外殻層のみ焼
入温度にするだけであり、従来のように灼熱時間が不必
要であるので、省エネルギーになっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本９．１Ｊ］における温度推移を示すグラフ、
第２図（ａ）はこの発明方法の実施に用いる強制冷却装
置の一例を示す乎面図、第２図（ｂ）はその側面図、第
３図は従来法におけるロール内外面の温度推移を示すグ
ラフ、第４図は本発明における遷移蒔期中ｆｉｌ１点に
おけるロールの温度分布を示すグラフ、第５図は第４図
の温度分布の場合を応力Ｏとしてロール全体が弾性域と
なり温度が均一化した場合の残留応力分布を示すグラフ
、第６図は従来法における遷移時期中間点におけるロー
ルの温度分布を示すグラフ、第７図は第６図の温度分布
の場合を応力０としてロール全体が弾性域となり温度が
均一化した場合の残留応力分布を示すグラフである。 １・・・形鋼圧延用スリーブロール素材２・・・ローラ ３・・・外面冷却用噴霧ノズル ４・・・内面冷却用噴霧ノズル ５・・・廃却径

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　拡散焼鈍後、焼入れ処理を施すスリーブロールの熱
   処理方法において、 前記拡散焼鈍後、５００℃から７５０℃の 間で内外層の温度が等しくなるまで保持し、その後、急
   速加熱してロール外層のみ８３０℃〜９５０℃に昇温し
   た後、焼入れ処理することを特徴とするスリーブロール
   の熱処理方法。