JP2000088727A

JP2000088727A - 熱間ロール摩耗・熱衝撃兼用試験装置

Info

Publication number: JP2000088727A
Application number: JP10254868A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ichino; 健司市野; Takeo Ohira; 丈夫大平; Manabu Yamada; 学山田; Katsuji Tamura; 勝司田村; Yukihiro Kawai; 幸博河合
Original assignee: Kawasaki Steel Corp; JT Tohsi Inc
Current assignee: JFE Steel Corp; JT Tohsi Inc
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】熱間圧延ロールの摩耗・肌荒れ現象および
「絞り圧延」により発生する熱負荷を、安定して再現で
きる熱間ロール摩耗・熱衝撃兼用試験装置を提案する。【解決手段】円盤状の試験片と相手片とバックアップ
ローラとを有する３円盤方式として、さらに相手片荷重
負荷装置と、相手片加熱装置と、バックアップローラ荷
重負荷装置と試験片を冷却する冷却装置とにより試験片
に負荷される荷重と温度を制御して相互に転動する摩耗
試験を可能とし、一方、円盤状の試験片とバックアップ
ローラに代えて、板状の試験片と、ハウジングに取り外
し自在に固設され試験片を水平に固定する試験片台とを
用いて、さらに相手片荷重負荷装置と、相手片加熱装置
と試験片を冷却する冷却装置とにより回転し荷重と温度
を制御された相手片を試験片に圧接後急冷する方式とす
る熱衝撃試験が可能とする。なお、相手片荷重負荷装置
はレバー方式の荷重負荷装置とし、弾性体を介して荷重
負荷手段を接続し、さらに荷重負荷方向に振動吸収手段
を付設し、転動時に発生する振動を吸収する構造とす
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、熱間圧延ロールの
損耗に係り、とくに熱間圧延ロールが使用中に受ける荷
重および熱負荷をシュミレートし、熱間圧延ロール材料
の耐摩耗性および耐熱亀裂性の評価を可能とする熱間ロ
ール摩耗・熱衝撃兼用試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高温に加熱された被圧延材を圧下する熱
間圧延ロールは、近年負荷応力も高くなり、厳しい使用
条件に耐えなければならない。そのため、熱間圧延ロー
ルには、強靱性、耐肌荒れ性、耐摩耗性、耐熱亀裂性な
どが優れていることが要求されている。なかでも、作業
ロールの耐摩耗性と耐肌荒れ性は、製品鋼板の表面性状
や、ロール研削頻度に影響して生産効率、生産コストに
直接影響するため、特に優れていることが強く要求され
ている特性である。例えば、作業ロールは、被圧延材を
圧延する際に、被圧延材との接触による急熱、高温にお
ける被圧延材とのすべり、バックアップロールとの転
動、ロール冷却水による急冷等の負荷を受け、摩耗・肌
荒れを起こし損耗する。また、熱間圧延の仕上げ後段に
おいては、圧延材後端のエッジが折れ曲がった状態で圧
延される「絞り圧延」が、頻度高く発生する。このた
め、熱間圧延作業ロールにおいては、耐熱亀裂性が耐摩
耗性とともに重要な特性となっている。このため、耐摩
耗性と耐肌荒れ性、耐熱亀裂性に優れた作業ロールを開
発すべく、各種の検討がなされている。

【０００３】従来、熱間圧延作業ロールの耐摩耗性・耐
肌荒れ性の検討は、図７に模式的に示す２円盤転がり滑
り方式の熱間摩耗試験装置、あるいは図８に模式的に示
すような被圧延材を実際に圧延する小型ミル方式の熱間
摩耗試験装置等で実施されていた。図７に示す２円盤転
がり滑り方式の熱間摩耗試験装置では、作業ロールに相
当する試験材である試験片１に、高周波加熱コイル14に
より加熱された被圧延材に相当する相手片２を、油圧シ
リンダー18により荷重を負荷して押付けながら転動させ
て、試験片１の摩耗・肌荒れを測定する。

【０００４】一方、図８に示す小型ミル方式の熱間摩耗
試験装置では、実機の熱間圧延と同じように、加熱炉28
で所定の温度に加熱された被圧延材26を、バックアップ
ロール27、27と高圧接触した作業ロールに相当する試験
ロール25、25により実際に圧下し、試験ロール25、25の
摩耗・肌荒れ状況を調査する。なお、圧下された被圧延
材26は試験ロール25で圧下されたのち、水槽29中で冷却
され巻き取られる。なお、より実機圧延に近づけるよう
に被圧延材26には張力調整機24で張力を付加することも
できる。

【０００５】一方、熱間圧延ロールの耐熱亀裂性の評価
は、従来から例えば、図９、図10に示すような試験装置
で行われてきた。図９に示す試験装置では、ラック19と
ピニオン20を噛み合わせ、重錘22の落下によりラック19
を垂直方向に急速に移動させて、噛込み材21を固着させ
ピニオン20を回転させて、試験片23に噛込み材21を衝撃
的に摩擦する。この試験片23と噛込み材21との衝撃的摩
擦による発熱で、試験片23に熱亀裂を発生させようとす
るものである。また、図10に示す試験装置では、室温で
回転する金属製のロール（相手片）２を試験片1bに圧接
したのち水冷して、圧接時の摩擦発熱とその後の急冷に
より熱亀裂を試験片に発生させようとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図７に示す方式の摩耗
試験装置では、試験片、相手片とも小型円盤でよく、試
験材料も少なくてすみ、しかも、軽量で取扱が簡単で、
実験の実施が容易であるという利点がある。さらに、相
手片２の温度、試験片１と相手片２の回転数、すべり
率、負荷荷重を自由に選択できるなどの利点もある。
しかしながら、図７に示す方式の摩耗試験装置では、相
手片２の温度を700 ℃以上の高温とすると、高荷重負荷
に際し相手片２が変形し、高ヘルツ応力での摩耗試験が
できないという問題を残していた。低いヘルツ応力での
試験では、試験片１表面での摩耗量が少なくなり、実機
ロールの摩耗挙動を推定することが困難となる。

【０００７】また、さらにこの方式の摩耗試験装置で
は、試験材は被圧延材である相手リングとの転動のみ
で、実機作業ロールで常に発生するバックアップロール
による転動疲労を再現することができないという問題
と、転動の振動が直接ロードセルへ入力され、負荷荷重
がハンチング等振動するという問題があった。一方、図
８に示す方式の摩耗試験装置では、バックアップロール
27との転動もあり、実機圧延に近い状態で試験ロール25
の損耗を測定でき、実機ロールの損耗現象を推定しやす
い。しかしながら、実際に鋼板を圧延するため、実機ロ
ールに近い損耗現象を再現するには、被圧延材26を多量
に圧延する必要があり、簡単には試験が実施できないと
いう問題を残していた。また、被圧延材26を圧延するた
め試験ロール25との摩擦条件の選択の自由度が少ないと
いう問題もある。

【０００８】また、図９に示す試験装置では、試験片と
噛込み材との摩擦で発生する熱量が少なく、実機圧延で
ロールに発生するような深い亀裂が試験片に生成されな
い。また、図10に示す試験装置でも同様に、金属製ロー
ルと試験片との摩擦で発生する熱量が少なく、試験片に
実圧延ロールに発生する熱亀裂を再現できていないので
ある。また、図９、図10に示す方法は、いずれも噛込み
材、金属製ロール等の相手材が室温であり、実圧延にお
ける相手材が有する熱、スケール等の表面状況が無視さ
れている。

【０００９】「絞り圧延」に際し発生する衝撃的な熱負
荷では、ロール表面に数mm程度の深さを有する亀裂が生
成される場合が多い。従来の試験装置では、実圧延にお
ける「絞り圧延」によりロールに発生する熱負荷を十分
に再現できていないため、熱間圧延ロール用材料の耐熱
亀裂性を十分に評価できていないという問題が残されて
いた。

【００１０】「絞り圧延」の熱負荷によりロール表面に
亀裂が発生すると、その後のバックアップロールとの高
圧繰返し接触により、亀裂が伝播しロールのスポーリン
グに発展する危険がある。さらに、従来は、１本の作業
ロールに発生する摩耗・肌荒れ・熱亀裂を再現するため
に、それぞれ別の試験装置を準備する必要があり、試験
の簡便さや設備コスト上の問題があった。

【００１１】本発明は、上記した既存の摩耗試験装置
や、熱衝撃試験装置の問題点を有利に解決し、熱間圧延
における作業ロール等熱間圧延ロールの摩耗・肌荒れ現
象と、さらに実圧延における「絞り圧延」により作業ロ
ールに発生する熱亀裂を、１台で安定してしかも簡便に
再現できる熱間ロール摩耗・熱衝撃兼用試験装置を提案
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、熱間圧延
作業ロールの摩耗・肌荒れによる損耗挙動について調査
した結果、作業ロールは、圧延材を熱間圧延するに際
し、バックアップロールとの高圧転動、圧延材と冷却水
とによる繰返し加熱冷却、および圧延材との高温高圧下
すべり等による転動疲労、熱疲労、すべり摩耗、あるい
は腐食を受け、塑性流動、摩耗、亀裂が発生し、そして
それらが連結し欠落ち（図６参照）となるなど摩耗・肌
荒れが進行して損耗していくことを知見し、熱間圧延ロ
ールの損耗挙動を安定して簡易に再現するためには、３
円盤方式とするのがもっとも良いことに想到した。さら
に、本発明者らは、熱間圧延ロール表面に相当する試験
片に深い初期亀裂を発生させる熱負荷を再現するため
に、鋭意検討し、その結果、静止状態の試験片に相手片
を回転しながら摩擦接触させ急冷する方式が「絞り圧
延」の熱負荷を再現するのにもっとも適しているという
知見を得た。そして、さらに相手片を所定の温度以上に
加熱して摩擦接触させるのがもっとも良いことに想到し
た。こうすることにより、摩耗・肌荒れの再現と、熱亀
裂の再現は、試験片形状を変更するだけで簡易に達成で
き、他の部品は共用できることに気がついたのである。

【００１３】本発明は、上記した知見に基づいて構成さ
れたものである。すなわち、本発明は、ハウジングと、
円盤状の相手片と、試験片と、転動可能に配設されたバ
ックアップロールを有する熱間ロール摩耗・熱衝撃兼用
試験装置であって、前記ハウジングに固設された軸受を
介し回転自在に配設され前記試験片に回転駆動を伝達す
る試験片回転軸と、該試験片回転軸を回転駆動する試験
片回転駆動装置と、前記ハウジングに上下方向に移動自
在のガイド機構をもって配設された軸受を介し回転自在
に配設され前記相手片に回転駆動を伝達する相手片回転
軸と、該相手片回転軸を回転駆動させる相手片回転駆動
装置と、前記ガイド機構をもって配設された軸受を荷重
点とし前記相手片を介し前記相手片と前記試験片との転
動または圧接時に荷重を負荷する相手片荷重負荷装置
と、前記相手片を所定の加熱温度に加熱保持する相手片
加熱装置と、前記試験片を冷却する冷却装置と、前記バ
ックアップローラを介して転動荷重を負荷するバックア
ップローラ荷重負荷装置と、前記円盤状の相手片と前記
試験片との圧接時の接触時間を制御する制御装置と、熱
衝撃試験時に前記バックアップローラおよび前記試験片
回転軸と離隔され、前記ハウジングに取り替え可能に固
設され、板状の試験片を取り替え自在に固定する試験片
台とを有し、熱間ロール摩耗試験時には、前記試験片を
円盤状の試験片とし、前記円盤状の試験片は、前記試験
片回転軸の一端に、前記円盤状の相手片と円周面で接
し、さらに前記円盤状の相手片の反対側で前記バックア
ップローラと円周面で接するように配設され、前記円盤
状の相手片および前記バックアップローラを介し荷重負
荷されながら転動可能とされ、一方、熱間ロール熱衝撃
試験時には、前記試験片を板状の試験片とし、前記板状
の試験片は、前記試験片台に取り替え自在に固定され、
回転し加熱された前記円盤状の相手片を圧接可能とされ
ることを特徴とする熱間ロール摩耗・熱衝撃兼用試験装
置である。

【００１４】また、本発明では、前記相手片荷重負荷装
置を、レバー方式、詳しくはてこ機構の片持ちレバー方
式の荷重負荷装置とし、負荷レバーは前記ハウジングに
支点を有し、力点として、前記負荷レバーの先端部には
弾性体を介して荷重負荷手段が接続され、あるいはさら
に荷重負荷方向に振動吸収手段が付設されるのが好まし
く、また、前記荷重負荷手段をねじ式荷重負荷手段とす
るのが好ましく、また、前記弾性体をばねとし、前記振
動吸収手段を油圧ダンパーとするのが好ましく、また、
前記バックアップローラ荷重負荷装置を油圧シリンダー
とするのが好ましい。また、本発明では、前記バックア
ップローラは、上下方向に移動自在に配設されるのが好
ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】まず、本発明の装置による熱間ロ
ール摩耗試験および熱間ロール熱衝撃試験の概略につい
て図１に基づいて説明する。本発明の熱間ロール摩耗・
熱衝撃兼用試験装置は、ハウジングと、円盤状の相手片
２と、試験片１ａまたは１ｂと、転動可能に配設された
バックアップローラ３とを有する。

【００１６】熱間ロール摩耗試験時に使用する試験片
は、円盤状の試験片とする。熱間ロール摩耗試験時に
は、図１（ａ）に示すように、試験片を円盤状の試験片
１ａとする３円盤方式とし、試験片１ａは、試験片１ａ
上方で相手片２と、試験片１ａ下方で試験片１ａを挟ん
で相手片２と反対側でバックアップローラ３と、それぞ
れ円周面で接し転動する。相手片２は、相手片加熱装置
の加熱コイル14により所定の温度に加熱され、かつ一定
速度で回転駆動されて試験片１ａと接触する。試験片１
ａは、所定の速度で回転駆動させられるとともに、相手
片２およびバックアップローラ３を介し荷重が負荷さ
れ、実熱間圧延における作業ロールに発生する転動疲労
をシミュレートすることが可能となる。また、試験片１
ａには、図１（ａ）に示すように、相手片との接触の入
側および／または出側で試験片１ａを、冷却する冷却装
置17が付設され、試験片１ａを冷却する。これにより熱
間圧延作業ロールに発生する熱疲労をシミュレートする
ことが可能となる。

【００１７】熱間ロール摩耗試験時に使用する試験片
は、板状の試験片とする。一方、熱間ロール熱衝撃試験
時には、図１（ｂ）に示すように、試験片は板状の試験
片１ｂとし、試験片台30をハウジング（図示せず）にネ
ジ31で取り外し可能に固設し、板状の試験片１ｂを板面
を水平面として試験片台30に取り替え可能に固定され
る。相手片２を所定の温度に加熱し、一定速度で回転駆
動させ、回転したまま、相手片２の円周面を試験片１ｂ
の板面表面に上方から、荷重を負荷しながら摩擦接触さ
せる。接触は所定時間継続させるのが好ましい。所定時
間接触させたのち、相手片２は引上げられ、試験片１ｂ
から離反させる。相手片２を引き上げたのち、直ちに冷
却装置17から冷却水を噴射し試験片１ｂを冷却する。相
手片２との摩擦により発熱し高温となった試験片１ｂ
は、冷却装置17からの冷却水により急冷され、急熱急冷
の熱負荷を与えられる。この熱負荷により、耐熱亀裂性
の劣る材料は亀裂を発生する。

【００１８】本発明の１実施例である、熱間ロール摩耗
・熱衝撃兼用試験装置の概略を模式的に図２、図３に示
す。図２は熱間ロール摩耗試験時の場合であり、図３は
熱間ロール熱衝撃試験時の場合である。摩耗試験時に使
用する試験片は円盤状の試験片１ａとする。円盤状の試
験片１ａは、軸受41を介し回転自在に配設された試験片
回転軸４の一方の端部に、試験片回転軸４の回転と同期
するようにナット止め、ピン止め、あるいはそれらの両
方で固定されるのが好ましく、試験が終了したら取り外
される。

【００１９】試験片回転軸４は、試験片回転軸駆動装置
6aからの回転駆動を試験片１ａに伝達する。試験片回転
軸駆動装置6aは、モータ６と、モータ６の回転を減速す
る減速機61a とを有する。なお、試験片回転軸４を支持
する軸受41は、ハウジング13に固設され、これにより試
験片の位置を固定する。また、図２、図３においては、
１台の減速機61a と１個の電磁クラッチ62a が図示され
ているが、これに限定されるものではない。また、試験
片に付加されるトルクを測定するために、試験片回転軸
５の適当な箇所にトルクメータ64a を配設するのが好ま
しい。その他カップリング等適宜設置できることは言う
までもない。

【００２０】本発明の試験片回転駆動装置6aにおいて
は、モータ、変速機、減速機および電磁クラッチ等から
なる駆動系を複数系統配設し、これらの組合せにより、
モータの回転駆動を、高速から低速域まで適宜選択可能
とし、試験片１ａの回転数を任意の回転数に変更可能と
することができる。また、試験片１ａに付加されるトル
クを測定するため、試験片回転軸４の適当な箇所にトル
クメーター64a を配設するのが好ましい。その他カップ
リング等は適宜設置できるのは言うまでもない。なお、
熱衝撃試験時には試験片の回転駆動を必要としないた
め、試験片回転駆動装置6aは使用されない。

【００２１】熱間ロール熱衝撃試験時に使用する試験片
は板状の試験片１ｂとする。試験片１ｂは、板面を水平
面として試験片台30に取り替え可能に固定される。図１
（ｂ）に示すように、熱衝撃試験時に取付け使用される
試験片台30は、ハウジング13に取り外し自在にネジ31で
固設される。しかも、図１（ｂ）に示すように、熱間ロ
ール摩耗試験時に使用するバックアップローラ３および
熱間ロール摩耗試験時に試験片に回転駆動を与える試験
片回転軸４とそれぞれ離隔され、何の干渉もないように
配設される。このため、熱間ロール摩耗試験から熱間ロ
ール熱衝撃試験への切換は、円盤状の試験片１ａを取り
外し、ハウジングに試験片台30を取り付け、試験片台30
に試験片１ｂをセットするだけでよい。

【００２２】また、試験片１ａ、１ｂには、図１
（ａ）、（ｂ）に示すように、相手片との接触の入側お
よび／または出側で試験片１ａ、１ｂを、冷却する冷却
装置17が付設される。冷却剤は、水、水溶性潤滑剤、あ
るいは油とするのが好ましい。試験片１ａ、１ｂを冷却
することにより、熱間圧延作業ロールに発生する熱疲
労、あるいは耐熱亀裂性の低い材料には亀裂が発生し耐
絞りクラック性をシミュレートすることが可能となる。

【００２３】また、相手片２の温度を測定するための測
温計16を付設するのが好ましい。なお、摩耗試験時に
は、試験片１ａの温度を測定するため測温計16を設置す
るのが好ましい。測温計16は、放射温度計等非接触方式
の測温計とするのが好ましい。なお、測温計16の出力信
号にもとづいて冷却装置17を作動させるように冷却装置
17の制御手段を付設してもよい。

【００２４】また、熱衝撃試験時には、相手片２と試験
片１ｂとの回転接触が終了後直ちに試験片１ｂに冷却水
を噴射するため、相手片２の引上げのタイミングと連動
して冷却水を噴射するのが好ましい。また、本装置で
は、相手片２と試験片１ｂとの接触時間を制御する制御
装置が配設され、試験片１ｂに加えられる熱負荷を調整
することができる。

【００２５】相手片２は、相手片回転軸軸受51を介し回
転自在に配設された相手片回転軸５の１方の端部に取り
付けられ、相手片回転軸５の回転と同期するようにナッ
ト止め、ピン止めあるいはそれらの両方で固定されるの
が好ましく、摩耗したら取り外され、新しい相手片と交
換する。なお、熱間ロール熱衝撃試験時は、１回の試験
が終了したら取り外され、新しい相手片と交換される。

【００２６】相手片回転軸５は、相手片回転軸軸受51に
支持され相手片回転軸駆動装置6bの回転駆動を相手片２
に伝達する。試験片回転軸駆動装置6aとは別の回転駆動
装置としているため、摩耗試験時には、試験片１ａとは
異なる回転数を相手片２に付与することもできる。摩耗
試験時には、相手片２の回転数を試験片１ａの回転数と
異なる回転数とすることにより試験片１ａにすべりを伴
う摩耗を与えることができる。また、試験片１ａの外径
と、相手片２の外径をかえることで周速差を与えてもよ
い。さらに相手片２を介し負荷される荷重により、実圧
延と同様に試験片１ａに塑性流動を与えることもでき
る。また、相手片に付加されるトルクを測定するため
に、相手片回転軸５の適当な箇所にトルクメータ64b を
配設するのが好ましい。その他カップリング等適宜設置
できることは言うまでもない。

【００２７】相手片回転軸駆動装置6bは、モータ６と、
モータ６の回転を減速する減速機61b と電磁クラッチ62
b を有する。図２、図３には、１台の減速機61b と電磁
クラッチ62b が図示されているが、これに限定されるも
のはない。相手片の回転数を試験片と独立して、任意の
回転数に設定するために、変速機、減速機、電磁クラッ
チは適宜複数台設置できるのは言うまでもない。これら
の組合わにより高速から低速域まで任意に回転数を変更
できる。

【００２８】相手片回転軸５を支持する相手片回転軸軸
受51は、ハウジング13に上下方向に移動自在のガイド機
構をもって配設される。この相手片回転軸軸受51には、
相手片荷重負荷装置の荷重点が接続され、この相手片回
転軸軸受51を介し相手片に荷重を負荷することができ
る。また、相手片回転軸軸受51は上下方向に移動自在で
あり、相手片の上下方向の移動が簡便にでき、試験片や
相手片の交換が容易となる。

【００２９】相手片２は、図２、図３に示すように相手
片加熱装置15により所定の温度に加熱される。加熱方式
はとくに限定されないが、温度制御性の観点からは高周
波誘導加熱方式が好ましく、図１に示すように相手片２
に沿って付設された加熱コイル14を介し相手片加熱装置
15により加熱されるのが好ましい。相手片の加熱は、測
温計16により測定され、その出力信号により所定の温度
に制御される。相手片２は、熱間圧延材の加熱温度に加
熱されることにより、実機熱間圧延作業ロールに相当す
る試験片１ａに実圧延相当の熱的負荷を与えることが可
能となる。

【００３０】相手片２には、相手片回転軸軸受51を介し
相手片荷重負荷装置12から、転動時に転動荷重が、ある
いは接触時に圧接荷重が負荷され、相手片２は、回転し
ながら、回転する試験片１ａまたは静止した試験片１ｂ
に圧接される。相手片荷重負荷装置12からの荷重は、負
荷レバーの荷重点12d から軸受51を介し相手片２に負荷
される。

【００３１】本発明では、相手片荷重負荷装置12は、レ
バー方式、詳しくはてこ機構の片持ちレバー方式の荷重
負荷装置とするのが好ましい。図４に、相手片荷重負荷
装置の一例を示す。負荷レバーは、レバー12a とレバー
の各位置に支点12b と荷重点12d と力点12c と、バラン
スウェイト12e を有し、荷重点に圧縮力が負荷されるよ
うに設定される。支点12b はハウジング13の天板に接続
され、一方、荷重点12d にはロード等を介し相手片回転
軸軸受51が接続される。負荷レバーの荷重点から、相手
片回転軸軸受に圧縮荷重が伝達され、相手片回転軸と相
手片を介し、転動時に試験片に転動荷重が、接触時に試
験片に圧接荷重が負荷される。なお、レバー方式の荷重
負荷装置とすることにより、試験片と相手片との転動時
の振動が、荷重検出器であるロードセル11に直接伝達さ
れにくくなり、安定した摩耗試験、熱衝撃試験が実施で
きる。

【００３２】また、負荷レバーの力点12c にはロッド等
が接続され、ロッド等には弾性体10を介して荷重負荷手
段９が接続され、あるいはさらに荷重負荷方向に振動吸
収手段８が付設されるのが好ましい。荷重負荷手段９と
しては、ねじ式荷重負荷手段とするのが好ましく、とく
に、サーボモータ9bとボールネジ9aとの組み合わせ方式
が好適である。荷重負荷手段９と負荷レバーとの間には
荷重検出用のロードセル11を組み込むのが好ましい。荷
重の制御は、ロードセルフィードバックによるクローズ
ドループ方式とするのが好ましい。

【００３３】図４に示すように、弾性体10を介し、荷重
負荷手段９のボールネジ9aを回転させて荷重を負荷する
と、まず弾性体10が圧縮され、これによって生じる反発
力によりレバー12に荷重が伝達され、さらに荷重負荷手
段９のボールネジ9aを回転させて荷重を負荷することに
より、レバー12a 、相手片回転軸軸受51、相手片２を介
し試験片１ａに圧縮荷重が負荷されることになる。図４
では、摩耗試験について図示しているが、荷重負荷は、
熱衝撃試験の場合においても何ら変わることはない。

【００３４】荷重負荷手段９に弾性体10、あるいはさら
に振動吸収手段８を配設するのは、試験片と相手片との
転動時等に発生する振動を吸収し、ハンチングを防止し
て、試験片に一定荷重を負荷することができるようにす
るためである。弾性体10は波長の長い振動を吸収し、振
動吸収手段８は波長の短い振動を吸収する。弾性体10
は、ばね、ゴム、ばね特性を持たせた加工部品等とする
のが好ましい。また、振動吸収手段８としては、油圧ダ
ンパ、エアダンパ等とするのが好ましい。

【００３５】本発明の試験装置では、摩耗試験時に、試
験片１ａに転動荷重を負荷する目的でバックアップロー
ラ３を配設する。バックアップローラ３は、試験片１ａ
を挟んで相手片２の反対側で該試験片１ａの円周面に接
し転動可能に配設される。バックアップローラには回転
駆動装置を付設する必要はない。試験片の回転に従い転
動可能であればよい。

【００３６】バックアップローラ３には、バックアップ
ローラ荷重負荷装置７が付設される。バックアップロー
ラ３を下方から試験片に接触させ、負荷荷重を加えなが
ら転動させることにより、熱間圧延作業ローラと同様に
転動疲労が加味された摩耗試験を実施できる。バックア
ップローラ荷重負荷装置７は油圧シリンダーとするのが
好ましい。バックアップローラ３とバックアップローラ
荷重負荷装置７との間には荷重検出用ロードセル11が配
設されるのが好ましい。荷重の制御はバックアップロー
ラ荷重負荷装置をロードセルフィードバックによるクロ
ーズドループ方式とするのが好ましい。なお、バックア
ップローラは、試験片の交換等を容易にするため、上下
方向に移動自在に配設されるのが好ましい。なお、熱衝
撃試験時は、試験片台30が、バックアップローラ３と離
隔され何の干渉も生じないように固設される。

【００３７】本発明の試験装置の構成とすることによ
り、加熱された相手片との接触面で高温すべりが、また
バックアップロールとの接触面で高圧転動が再現され、
実圧延における作業ロール等熱間圧延ロールの使用環境
に近似した条件でロール摩耗試験が実施でき、ロール材
料の正確な性能評価が可能となる。さらに、試験片台を
取り外し可能に固設し、円盤状の試験片に代えて、板状
の試験片とするだけで、他の構成は同一で、試験片に高
温加熱と急冷の熱負荷が再現され、実熱間圧延における
「絞り圧延」時の作業ロールの熱衝撃状況に近似した条
件で試験が実施でき、ロール材料の耐熱亀裂性の正確な
評価が可能となる。

【００３８】

【実施例】（実施例１）試験片を円盤状の試験片とし
て、３円盤式の熱間摩耗試験を実施した。試験片はハイ
ス系ロール材とした。試験片の形状は、外径60mmφ×10
mm厚、相手片（ S45C 製）の形状は、外径190 mmφ×15
mm厚、バックアップロール（ S45C 製）の形状は外径
70mmφ×50mm厚とした。摩耗試験は、試験片の回転数を
300rpmとし、相手片を800 ℃あるいは900 ℃に加熱し、
相手片と試験片とのすべり率を10％、試験片と相手片と
の間の負荷荷重を100kg （相手片温度800 ℃の場合) 、
あるいは70kg（相手片温度900 ℃の場合) とした。ま
た、バックアップロールは試験片の回転に従う転動と
し、負荷荷重を500kg とした。なお、相手片は、試験片
の累積回転数が21000 回到達後毎に更新した。

【００３９】また、従来例として、同一ハイス系ロール
材について、図７に示す従来の２円盤式熱間摩耗試験を
用いて摩耗試験を実施した。摩耗試験条件は、試験片の
回転数を700 rpm 、相手片を800 ℃に加熱し、相手片と
試験片とのすべり率を10％、試験片と相手片との間の負
荷荷重を100kg とした。なお、相手片は、試験片の累積
回転数が21000 回到達毎に更新した。それらの結果を比
較して表１に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１から、本発明の装置を用いた本発明例
では、２円盤式の摩耗試験装置で行った比較例の場合に
くらべ、摩耗量が増加していることがわかる。また試験
片の肌荒れも大きくなり、実機ロールの損傷状況に近づ
くことが確認された。さらに、図５に示すように、本発
明の熱間ロール摩耗試験装置での負荷荷重は、試験中一
定であったのに対し、従来例では、負荷荷重が微小振動
を含んでおり、試験中一定となっていなかった。（実施例２）図１（ｂ）に示すように、円盤状の試験片
に代えて、試験片台をハウジングにネジで取り付け、そ
の試験片台に板状の試験片を取り替え可能に固定し、２
種のハイス系ロール材の熱衝撃試験を実施した。

【００４２】試験片は、25mm厚×60mm×30mmの板状試
片、相手片（ S45C 製）は、外径190mmφ×15mm厚の円
盤状試片を用いた。熱衝撃試験は、相手片を800 ℃また
は900 ℃に加熱し、回転数を250 rpm として、回転させ
ながら、負荷荷重を100kg として、試験片に圧接した。
30s 間圧接後、相手片を引上げると同時に冷却装置から
冷却水を噴射した。試験後、試験片の断面を観察し、亀
裂の有無を観察した。その結果、ハイス系ロール材Ａで
は相手片を900 ℃に加熱した場合に亀裂が発生し、800
℃に加熱した場合にはハイス系ロール材Ｂには亀裂の発
生は認められなかった。一方、ハイス系ロール材Ｂで
は、相手片の加熱温度が800 ℃、900 ℃のいずれの場合
にも亀裂の発生は認められなかった。この傾向は、実圧
延における、各ロールの熱亀裂発生傾向に一致した。

【００４３】また、比較例として、同一のハイス系ロー
ル材Ａ、Ｂについて、図10に示す試験装置を用いて熱衝
撃試験を実施した。試験条件は、相手片の回転数を100
rpm、相手片を常温とし、負荷荷重を100kg とし、試験
片に接触させた。30s 間圧接後、相手片を引上げ、直に
冷却装置から冷却水を噴射した。試験後、試験片の断面
を観察し、亀裂の有無を観察した。その結果、いずれの
ロール材にも亀裂の発生は認められなった。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、転動疲労、熱疲労、高
温すべり等熱間圧延ロールに発生する摩耗・肌あれを試
験片に再現よく発生することが可能であり、熱間圧延ロ
ールの損耗状況を従来にくらべ忠実にしかも安定して再
現することができ、また、「絞り圧延」時、熱間圧延作
業ロールに発生する熱亀裂を再現よく発生することが可
能であり、熱間圧延ロール材の性能評価を正確にしかも
簡便に行うことができ、熱間圧延ロール材の開発を促進
するという産業上格段の効果を奏する。しかも試験条件
の選択も自由であり、少ない材料で試験実施が可能で、
研究開発コストの低減に寄与できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱間ロール摩耗・熱衝撃試験の概要を
模式的に示す概略説明図である。

【図２】本発明の１実施例を示す概略説明図である。

【図３】本発明の１実施例を示す概略説明図である。

【図４】相手片荷重負荷装置と試験片への荷重負荷状況
を示す説明図である。

【図５】本発明の装置（ａ）および従来の装置（ｂ）に
おける負荷荷重の変化状況を示すグラフである。

【図６】熱間圧延作業ロールに発生する損耗状況の１例
を示す断面図である。

【図７】従来の熱間摩耗試験装置の概略を示す説明図で
ある。

【図８】従来の熱間摩耗試験装置の概略を示す説明図で
ある。

【図９】従来の熱衝撃試験装置の概略を示す説明図であ
る。

【図１０】従来の熱衝撃試験装置の概略を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１試験片１ａ円盤状の試験片１ｂ板状の試験片２相手片３バックアップローラ 30 試験片台 31 ネジ４試験片回転軸 41 試験片回転軸軸受５相手片回転軸 51 試験片回転軸軸受６モータ６a 試験片回転軸駆動装置６b 相手片回転軸駆動装置 61a 、61b 減速機 62a 、62b 電磁クラッチ 63 軸受 64a 、64b トルクメータ 65 ジョイント７バックアップローラ荷重負荷装置８振動吸収手段９荷重負荷手段 9a ボールネジ 9b サーボモータ 10 弾性体（ばね） 11 ロードセル 12 相手片荷重負荷装置 12a レバー 12b 支点 12c 力点 12d 荷重点 12e バランスウェイト 13 ハウジング 14 高周波加熱コイル 15 相手片加熱装置 16 測温計 17 冷却装置 18 油圧シリンダー 19 ラック 20 ピニオン 21 噛込み材 22 重錘 23 試験片 24 張力調整機 25 試験ロール 26 被圧延材 27 バックアップロール 28 加熱炉 29 水槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大平丈夫愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者山田学愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者田村勝司愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者河合幸博愛知県豊橋市北島町字北島202 ジェイティトーシ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングと、円盤状の相手片と、試験
片と、転動可能に配設されたバックアップローラを有す
る熱間ロール摩耗・熱衝撃兼用試験装置であって、前記
ハウジングに固設された軸受を介し回転自在に配設され
前記試験片に回転駆動を伝達する試験片回転軸と、該試
験片回転軸を回転駆動する試験片回転駆動装置と、前記
ハウジングに上下方向に移動自在のガイド機構をもって
配設された軸受を介し回転自在に配設され前記相手片に
回転駆動を伝達する相手片回転軸と、該相手片回転軸を
回転駆動させる相手片回転駆動装置と、前記ガイド機構
をもって配設された軸受を荷重点とし前記相手片を介し
前記相手片と前記試験片との転動または圧接時に荷重を
負荷する相手片荷重負荷装置と、前記相手片を所定の加
熱温度に加熱保持する相手片加熱装置と、前記試験片を
冷却する冷却装置と、前記バックアップローラを介して
転動荷重を負荷するバックアップローラ荷重負荷装置
と、前記円盤状の相手片と前記試験片との圧接時の接触
時間を制御する制御装置と、熱衝撃試験時に前記バック
アップローラおよび前記試験片回転軸と離隔され、前記
ハウジングに取り替え可能に固設され、板状の試験片を
取り替え自在に固定する試験片台とを有し、熱間ロール摩耗試験時には、前記試験片を円盤状の試験
片とし、前記円盤状の試験片は、前記試験片回転軸の一
端に、前記円盤状の相手片と円周面で接し、さらに前記
円盤状の相手片の反対側で前記バックアップローラと円
周面で接するように配設され、前記円盤状の相手片およ
び前記バックアップローラを介し荷重負荷されながら転
動可能とされ、一方、熱間ロール熱衝撃試験時には、前記試験片を板状
の試験片とし、前記板状の試験片は、前記試験片台に取
り替え自在に固定され、回転し加熱された前記円盤状の
相手片を圧接可能とされることを特徴とする熱間ロール
摩耗・熱衝撃兼用試験装置。
【請求項２】前記相手片荷重負荷装置は、レバー方式
の荷重負荷装置とし、負荷レバーは前記ハウジングに支
点を有し、力点として、該負荷レバーの先端部には弾性
体を介して荷重負荷手段が接続され、あるいはさらに荷
重負荷方向に振動吸収手段が付設されることを特徴とす
る請求項１に記載の熱間ロール摩耗・熱衝撃兼用試験装
置。
【請求項３】前記荷重負荷手段は、ねじ式荷重負荷手
段であることを特徴とする請求項２に記載の熱間ロール
摩耗・熱衝撃兼用試験装置。
【請求項４】前記弾性体がばねで、前記振動吸収手段
が油圧ダンパーであることを特徴とする請求項２または
３に記載の熱間ロール摩耗・熱衝撃兼用試験装置。
【請求項５】前記バックアップローラ荷重負荷装置
は、油圧シリンダーであることを特徴とする請求項１な
いし４のいずれかに記載の熱間ロール摩耗・熱衝撃兼用
試験装置。