JP2000009136A - 圧延設備のロール支持装置 - Google Patents

圧延設備のロール支持装置

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JP2000009136A
JP2000009136A JP10177558A JP17755898A JP2000009136A JP 2000009136 A JP2000009136 A JP 2000009136A JP 10177558 A JP10177558 A JP 10177558A JP 17755898 A JP17755898 A JP 17755898A JP 2000009136 A JP2000009136 A JP 2000009136A
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喜久男 前田
Shinobu Nasu
忍 那須
Eiji Nishiwaki
英司 西脇
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロール支持装置の保守点検期間の長期化、保
守点検費用の削減 【解決手段】 内輪５ａ、外輪５ｂ・５ｃ、および円す
いころ５ｄは、それぞれ炭素含有量０．１２〜０．４０
％、好ましくは０．１２〜０．３５％の浸炭鋼（ＳＮＣ
Ｍ８１５、ＳＮＣＭ４２０、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４３
５、ＳＣＭ４３５等）で形成され、これら部品の表面に
炭素含有量０．８０％以上、ロックウエル硬さＨＲＣ５
８以上、残留オーステナイト量２５〜３５容量％の浸炭
窒化層Ａが形成されている。浸炭窒化層Ａにおける残留
オーステナイトの組織の大きさは１０μｍ以下、残留炭
化物量は１０％以下とするのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板圧延ラインの
圧延機等の設備において、ロールを回転自在に支持する
支持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、精錬を終了した溶鋼は連続鋳造
法でスラブに鋳造された後、ホットストリップミル（熱
間圧延機）によってストリップ（帯鋼）に圧延加工され
る。スラブは圧延に先立って加熱炉で圧延温度まで加熱
され、ホットストリップの粗仕上げストランドから仕上
げストランドへと連続的に送られて所定の肉厚に熱間圧
延される。そして、ホットストリップミルの仕上ストラ
ンドを出たストリップ（帯鋼）は、走行せん断機で定尺
に切断されるか、あるいは、コイラーでコイル状に巻き
取られ、コイラーで巻き取られたものは、例えば、酸洗
い等の処理を経た後、コールドストリップミル（冷間圧
延機）によって冷間圧延される。
【０００３】上記のような鋼板圧延設備の圧延機には、
２段圧延機、３段圧延機、４段圧延機、多段圧延機、ス
テッケル圧延機など、多くの種類があるが、例えば、４
段圧延機では、直径の比較的小さな一対のワークロール
によって材料の圧延を行い、その上下に直径の比較的大
きなバックアップロールを配設して、ワークロールの圧
延荷重による撓みを防止する構造になっている。各ロー
ルはそれぞれ複列ころ軸受でハウジングに対して回転自
在に支持され、ハウジングはロールスタンドに支持され
る。この種のロール支持装置は、荷重条件、周囲温度、
冷却水、水蒸気、スケール等の異物の存在などの影響
で、ころ軸受内部の潤滑条件が厳しく、長寿命化のため
の設計が重要な課題の一つになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本出願人は、長年の軸
受損傷解析により、この種のロール支持装置に組み込ま
れる大型軸受の損傷の殆どが、異物噛み込みによる圧痕
を起点とする剥離、潤滑油膜が不十分なために生じるピ
ーリングやスミアリング、及びこれらを起点とする割れ
であり、これらの表面を基点とする損傷（表面起点型損
傷）に対する強度を高めることが、長寿命化につながる
ことを確認している。
【０００５】本発明は、上記の観点から、この種のロー
ル支持装置、特に軸受部の長寿命化を図り、保守点検期
間の長期化、保守点検費用の削減に寄与することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ロールを複列ころ軸受でハウジングに対
して回転自在に支持した圧延設備のロール支持装置にお
いて、複列ころ軸受の軌道輪及びころの表面に、炭素含
有量０．８０％以上でロックウエル硬さＨＲＣ５８以上
の浸炭窒化層を形成し、かつ、その浸炭窒化層の残留オ
ーステナイト量を２５〜３５容量％とした構成を提供す
る。「ＨＲＣ」はロックウェル硬さのＣスケールを表し
ている。
【０００７】軌道輪及びころの接触面に浸炭窒化層を形
成したのは次の理由による。通常の浸炭により得られる
浸炭層の残留オーステナイトは、き裂の発生や進展を抑
え、また使用中に加工硬化（強化）するので、これを適
度に含むことで強靭な材質にすることができるが、熱に
対しては不安定である。これに対し、適切な条件での窒
素を複合させると、窒素の侵入により残留オーステナイ
トや母材（マトリックス）のマルテンサイトが熱に対し
て安定となり、変化しにくい材質になると共に、適当量
の炭化物が析出し、割れ強度を下げることなく、疲労強
度を高めることができる。
【０００８】残留オーステナイト量を２５〜３５容量％
にしたのは、浸炭窒化層に適度の靭性を付与して、潤滑
剤に混入した異物の表面圧入による塑性変形に対して応
力発生を緩衝させるためである。残留オーステナイト量
が２５％未満であると、塑性変形による応力発生を緩衝
させるのに十分でなく、残留オーステナイト量が３５％
を超えると、表面硬度が低下することにより、塑性変形
が大きく表面粗さの劣化を招く。
【０００９】残留オーステナイト組織の大きさは１０μ
ｍ以下とするのが好ましい。ここでの残留オーステナイ
ト組織の大きさは、顕微鏡観察下での試料研磨エッチン
グ面のオーステナイト組織１個の面積に等価な面積を有
する円の直径に代表される大きさであるが、この大きさ
を１０μｍ以下とする理由は、微小な異物の混入に対処
するため、異物圧痕内に含まれる残留オーステナイト相
の数を確保して、異物の圧入応力を緩和して表層のき裂
発生を防止することにある。
【００１０】上記ころ軸受の軌道輪及びころは、例えば
炭素含有量０．１２〜０．４０％の浸炭鋼で形成するこ
とができ、また、上記浸炭窒化層中の残留炭化物量は１
０％以下とするのが好ましい。
【００１１】残留炭化物は、主に、焼入れ加熱時にオー
ステナイト相中に溶解しなかった炭化物の焼入れ後の残
留物であるが、残留炭化物量は顕微鏡観察下での試料断
面の占有面積％で示し、この残留炭化物量を１０％以下
に規制する理由は、固溶炭素量を高め、マトリックスの
強度を高めて異物の圧下の表層内部に及ぼす塑性変形の
影響を軽減し、かつ、使用中の温度上昇による硬化層の
軟化を防止して、過酷な使用条件での耐疲労寿命を確保
することにある。
【００１２】上記のような浸炭窒化層の組織は、浸炭後
の浸炭窒化処理により形成する。浸炭雰囲気中のカーボ
ンポテンシャルを０．８Ｃ％以上にして所定時間加熱し
た後（通常、拡散処理を伴う）、油中冷却の焼入れを行
う（浸炭焼入れ）。そして、浸炭工程で形成された浸炭
層に対して浸炭窒化処理を行い、その後直ちに焼入れす
る。尚、浸炭窒化処理は、浸炭工程中に同時に行うこと
もできる。
【００１３】浸炭層の窒素増加は、固溶炭素量を増加さ
せるので、残留炭化物量が低下するが、オーステナイト
を安定させるので、浸炭窒化後の焼入れ温度を８００〜
８４０°Ｃに低下させて、焼入れ後の残留オーステナイ
トの組織の大きさとその量を上記所定範囲に調整する。
このように、オーステナイト化温度を８００〜８４０°
Ｃに低下させても、浸炭層の窒素増加は、オーステナイ
ト中の固溶炭素量を増加させ、残留炭化物量が低下する
ので、残留炭化物量を１０％以下に規制することができ
る。尚、残留オーステナイト量を調整する方法として、
サブゼロ処理や高温焼戻しを行っても良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。
【００１５】図１は、４段熱間圧延機の構造モデルを例
示している。この４段熱間圧延機は例えば、ホットスト
リップミルの仕上げストランドを構成するもので（熱間
圧延ラインに沿って複数台配設される。）、ワークＷの
圧延を直径の比較的小さな一対のワークロール１によっ
て行ない、その上下に直径の比較的大きなバックアップ
ロール２を配設して、ワークロール１の圧延荷重Ｆｗに
よる撓みを防止する構造になっている。バックアップロ
ール２には油圧装置等の加圧装置３によって押圧力Ｆｒ
を与え、また、上下のワークロール１間に油圧装置等の
加圧装置４を介装し、加圧装置４の押圧力によってワー
クロール１に曲げ変形を与えて、ワークＷの幅方向の肉
厚制御を行う。
【００１６】各ロール１、２の軸端部１ａ、２ａはそれ
ぞれ複列ころ軸受５、６でハウジング７、８に対して回
転自在に支持され、ハウジング７、８はそれぞれロール
スタンドＳに支持される。この実施形態では、ワークロ
ール１の軸端部１ａを支持する複列ころ軸受５として４
列円すいころ軸受を使用し、バックアップロール２の軸
端部２ａを支持する複列ころ軸受６として４列円筒ころ
軸受を使用している。また、バックアップロール２に作
用する比較的小さなアキシャル荷重を支持するため、一
方の軸端部２ａの４列円筒ころ軸受６の側方に円錐角の
比較的大きな２列円すいころ軸受９を配置している。各
ロール支持装置の両端部はそれぞれシール機構によって
密封し、支持装置の軸受部に冷却水、水蒸気、スケール
等の異物が侵入するのを防止している。
【００１７】図２は、ワークロール１の軸端部１ａをハ
ウジング７に対して回転自在に支持する４列円すいころ
軸受５の一形態を例示している。この円すいころ軸受５
は、２列の軌道面５ａ１を有する一対の内輪５ａと、単
列の軌道面５ｂ１を有する一対の外輪５ｂ、及び、２列
の軌道面５ｃ１を有する１つの外輪５ｃと、内輪５ａの
軌道面５ａ１と外輪５ｂ・５ｃの軌道面５ｂ１・５ｃ１
との間に転動自在に配された４列の円すいころ５ｄと、
円すいころ５ｄを円周所定間隔に保持する保持器５ｅと
を備えている。各内輪５ａの中央部に大つば５ａ２が設
けられ、軸受使用時、円すいころ５ｄは大つば５ａ２に
接触案内されながら軌道面上を転動する。尚、外輪５ｂ
と外輪５ｃとの間には、それぞれ、給脂部材を兼ねる間
座５ｆが介装される。
【００１８】内輪５ａ、外輪５ｂ・５ｃ、および円すい
ころ５ｄは、それぞれ炭素含有量０．１２〜０．４０
％、好ましくは０．１２〜０．３５％の浸炭鋼（ＳＮＣ
Ｍ８１５、ＳＮＣＭ４２０、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４３
５、ＳＣＭ４３５等）で形成され、これら部品の表面に
炭素含有量０．８０％以上、ロックウエル硬さＨＲＣ５
８以上、残留オーステナイト量２５〜３５容量％の浸炭
窒化層Ａが形成されている（図２鎖線円内）。浸炭窒化
層Ａにおける残留オーステナイトの組織の大きさは１０
μｍ以下、残留炭化物量は１０％以下とするのが好まし
い。また、浸炭窒化層Ａの深さは、円すいころ５ｄの平
均直径（大径側直径と小径側直径の平均）に対して、内
輪５ａ、外輪５ｂ・５ｃ、および円すいころ５ｄについ
て、それぞれ０．０２以上とし、また、芯部Ｂの硬度は
材料の適度な靭性を確保すると共に、表面層に圧縮応力
を形成するために、ロックウェル硬さＨＲＣ５８未満、
好ましくはＨＲＣ５０以下とするのが良い。尚、浸炭窒
化層Ａは、少なくとも摩擦を生ずる接触面、即ち内輪５
ａの軌道面５ａ１および大つば５ａ２のつば面、外輪５
ｂ・５ｃの軌道面５ｂ１・５ｃ１、円すいころ５ｄの転
動面および大端面に形成されていれば良い。
【００１９】図３は、バックアップロール２の軸端部２
ａをハウジング８に対して回転自在に支持する４列円筒
ころ軸受６の一形態を例示している。この円筒ころ軸受
６は、４列の軌道面６ａ１を有する内輪６ａと、４列の
軌道面６ｂ１を有する外輪４ｂと、内輪６ａの軌道面６
ａ１と外輪６ｂの軌道面６ｂ１との間に転動自在に配さ
れた４列の円すいころ６ｃと、円すいころ６ｃを円周所
定間隔に保持する保持器６ｄとを備えている。
【００２０】内輪６ａ、外輪６ｂ、および円筒ころ６ｃ
は、それぞれ炭素含有量０．１２〜０．４０％、好まし
くは０．１２〜０．３５％の浸炭鋼（ＳＮＣＭ８１５、
ＳＮＣＭ４２０、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４３５、ＳＣＭ
４３５等）で形成され、これら部品の表面に炭素含有量
０．８０％以上、ロックウエル硬さＨＲＣ５８以上、残
留オーステナイト量２５〜３５容量％の浸炭窒化層Ａが
形成されている（図３鎖線円内）。その他の事項は上述
した円すいころ軸受５と同様であるので、重複する説明
を省略する。
【００２１】上記のような浸炭窒化層Ａを形成したこと
による効果、及び、浸炭窒化層Ａの残留オーステナイト
量を２５〜３５容量％としたことによる効果を評価する
ために、下記の試験方法で寿命試験を行った。 ［試験方法］ 試験軸受：円すいころ軸受（浸炭窒化品） 内径φ３０ｍｍ、外径φ６２ｍｍ 内輪、外輪、ころ→浸炭鋼（ＳＣＲ４３５）＋浸炭窒化層Ａ 浸炭窒化層Ａの残留オーステナイト量（容量％）が２０以下、 ２２、２５、２８、３０、３２、３５、４０、４６のものを各種 製作 円すいころ軸受（標準浸炭品） 内径φ３０ｍｍ、外径φ６２ｍｍ 内輪、外輪、ころ→浸炭鋼（ＳＣＲ４３５）＋浸炭層 浸炭層の残留オーステナイト量（容量％）は２８％ 試験条件：荷重 ； ラジアル荷重１７．６４ＫＮ 回転数； ２０００ｒｐｍ 潤滑油； タービンＶＧ５６ 油浴 異物 ； 粒径１００〜１８０μｍ 硬度ＨＶ７００〜８００ ガスアトマイズ粉 混入量１ｇ／ｌｉｔ 試験方法：各種の試験軸受について、複数個をそれぞれ上記試験条件下で運転 し、その内の９０％が表面起点型損傷を起こさずに回転できる時間 を寿命とした（Ｌ10寿命）。 ［試験結果］試験結果を表１にまとめて示す。尚、表１
における寿命比は、上記の試験軸受（標準浸炭品：残
留オーステナイト量２８容量％）のＬ10寿命を１とし
て、上記の試験軸受のＬ10寿命を比率で表したもので
ある。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１に示すように、浸炭窒化層Ａを形成し
た試験軸受は、残留オーステナイト量の大小に関係な
く、標準浸炭品に比べて寿命が増大することが認めら
れた。特に、残留オーステナイト量が２５〜３５容量％
の領域では、標準浸炭品に比べて寿命が３倍以上に向
上しており、顕著な効果が得られた。
【００２４】上記試験結果より、この種のロール支持装
置、特に軸受部の長寿命化を図る上で、浸炭窒化層Ａの
残留オーステナイト量を２５〜３５容量％の範囲にする
のが、特に有効であることが理解できる。
【００２５】尚、複列ころ軸受の形態は、図２、図３に
示すものに限定されず、例えば、両端部にシール体を装
着した密封型のものであっても良い。また、複列ころ軸
受は自動調心ころ軸受であっても良い。さらに、本発明
は、熱間圧延機に限らず、冷間圧延機やその他の圧延機
等のロール支持装置に広く適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複列ころ軸受の軌道輪及びころの表面に、炭素含有量
０．８０％以上でロックウエル硬さＨＲＣ５８以上の浸
炭窒化層を形成し、かつ、その浸炭窒化層の残留オース
テナイト量を２５〜３５容量％としたので、軌道輪やこ
ろの接触面の表面起点型損傷に対する強度が向上し、こ
の種のロール支持装置、特に軸受部の長寿命化が達成さ
れ、保守点検期間の長期化、保守点検費用の削減に寄与
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】４段熱間圧延機の構造モデル図（断面図）であ
る。
【図２】４列円すいころ軸受の一形態を示す断面図であ
る。
【図３】４列円筒ころ軸受の一形態を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
１ ワークロール ２ バックアップロール ５ ４列円すいころ軸受 ６ ４列円筒ころ軸受 ７ ハウジング ８ ハウジング Ａ 浸炭窒化層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西脇 英司 三重県桑名市大字東方字尾弓田3066 エヌ ティエヌ株式会社内 Ｆターム(参考） 3J101 AA12 AA32 AA43 AA62 BA02 BA10 BA55 BA70 DA02 EA04 FA31 FA48 GA36

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ロールを複列ころ軸受でハウジングに対
    して回転自在に支持した圧延設備のロール支持装置にお
    いて、 上記複列ころ軸受の軌道輪及びころの表面に、炭素含有
    量０．８０％以上でロックウエル硬さＨＲＣ５８以上の
    浸炭窒化層を形成し、かつ、その浸炭窒化層の残留オー
    ステナイト量を２５〜３５容量％としたことを特徴とす
    る圧延設備のロール支持装置。
  2. 【請求項２】 上記複列ころ軸受が４列ころ軸受である
    請求項１記載の圧延設備のロール支持装置。
  3. 【請求項３】 上記複列ころ軸受が円すいころ軸受であ
    る請求項１記載の圧延設備のロール支持装置。
  4. 【請求項４】 上記複列ころ軸受が円筒ころ軸受である
    請求項１記載の圧延設備のロール支持装置。
  5. 【請求項５】 上記複列ころ軸受が自動調心ころ軸受で
    ある請求項１記載の圧延設備のロール支持装置。
JP10177558A 1998-06-24 1998-06-24 圧延設備のロール支持装置 Pending JP2000009136A (ja)

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