JP2000088728A

JP2000088728A - 熱間ロール摩耗試験装置

Info

Publication number: JP2000088728A
Application number: JP10254869A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ichino; 健司市野; Takeo Ohira; 丈夫大平; Manabu Yamada; 学山田; 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
Anticipated expiration: 2018-09-09
Also published as: JP3572334B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱間圧延ロールの摩耗・肌荒れ現象を、安定
して再現できる熱間ロール摩耗試験装置を提案する。【解決手段】円盤状の試験片と、該試験片と円周面で
接し転動可能に配設された円盤状の相手片と、試験片を
挟んで該相手片の反対側で該試験片と円周面で接し転動
可能に配設されたバックアップローラを有する３円盤方
式とする。試験片を冷却する冷却装置と、試験片との転
動時に相手材に転動荷重を負荷する相手片荷重負荷装置
と、相手片を加熱保持する相手片加熱装置と、バックア
ップローラに転動荷重を負荷するバックアップローラ荷
重負荷装置とを有する。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。また、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。

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
摩耗に係り、とくに熱間圧延ロールが使用中に受ける負
荷をシュミレートし、熱間圧延ロール材料の耐摩耗性の
評価を可能とする熱間ロール摩耗試験装置に関する。

【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、バックアップローラとの転
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。このため、耐摩耗性と耐肌荒れ
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、より実機圧延に近ずけるよう
に被圧延材26には張力調整機30で張力を付加することも
できる。

【０００５】

【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、
試験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。

【０００６】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。

【０００７】本発明は、上記した既存の摩耗試験装置の
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・肌荒れ現象を、安定して再現で
きる熱間ロール摩耗試験装置を提案することを目的とす
る。

【０００８】

【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た。

【０００９】このような知見をもとに、本発明者らは、
熱間圧延ロールの損耗挙動を安定して簡易に再現できる
ロール摩耗試験装置として、３円盤方式の熱間ロール摩
耗試験装置に想到した。すなわち、本発明は、ハウジン
グと、円盤状の試験片と、該試験片の上方で該試験片と
円周面で接し転動可能に配設された円盤状の相手片と、
前記試験片を挟んで該相手片の反対側で該試験片の円周
面に接し転動可能に配設されたバックアップロールを有
する３円盤方式の熱間ロール摩耗試験装置であって、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軸駆動装置と、
前記試験片を前記相手片との接触の入側および／または
出側で冷却する冷却装置と、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する相手片回
転軸駆動装置と、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材を介し前記相手片と前記試験
片との転動時に転動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、前記試験片と前記バックアップローラとの
転動時に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を有すること
を特徴とする３円盤方式の熱間ロール摩耗試験装置であ
る。

【００１０】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るとともに、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い。
また、前記荷重負荷手段はねじ式荷重負荷手段とするの
が好ましく、また、前記弾性体はばねとし、前記振動吸
収手段は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は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。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の熱間摩耗試験装置は、３
円盤方式とし、ハウジングと、円盤状の試験片と、円盤
状の相手片と、バックアップローラとを有する。本発明
の１実施例である、熱間ロール摩耗試験装置の概略を模
式的に図２に示す。

【００１２】試験片１は、試験片１上方で相手片２と、
試験片１下方で試験片１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可能
とされる。試験片１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。

【００１３】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１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
変速機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においては、１台の変
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。

【００１４】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１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１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。

【００１５】試験片１には、図１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１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
材、あるいは油とするのが好ましい。試験片１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を
シミュレートすることが可能となる。また、試験片１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。

【００１６】相手片２は、試験片１の上方で試験片１と
円周面で接触転動する。相手片２は、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。

【００１７】相手片回転軸５は、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、試験片１
とは独立して異なる回転数を相手片２に付与することも
できる。相手片２の回転数を試験片１の回転数と異なる
回転数とすることにより試験片１にすべりを伴う摩耗を
与えることができる。また、試験片１の外径と、相手片
２の外径を変えることで周速差を与えてもよい。さらに
相手片を介し負荷される荷重により、実圧延と同様に試
験片に塑性流動を与えこともできる。

【００１８】相手片回転軸駆動装置6bは、モータ６の回
転を減速する減速機61b と電磁クラッチ62a を有する。
図２には、１台の減速機61b と電磁クラッチ62a が図示
されているが、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、図２に限定されるもので
はなく、変速機、減速機、電磁クラックは適宜複数台設
置できるのは言うまでもない。

【００１９】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。この軸受51には、相手片荷重負
荷量の荷重点が接続され、この軸受51を介し相手片に荷
重を負荷することができる。また、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。

【００２０】相手片２は、図２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１に実圧延相当の熱的負荷を与えることが可能とな
る。

【００２１】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負荷さ
れ、相手片２は回転しながら、回転する試験片１に荷重
を圧接する。相手片荷重負荷装置12からの荷重は、荷重
点12d から軸受51を介し相手片２に負荷される。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。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 にはロッ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負荷される。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に直接伝
達されにくくなり、安定した摩耗試験が実施できる。

【００２２】また、力点12c として負荷レバーの先端部
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。

【００２３】図３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12a 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１に圧縮荷重が負荷されることになる。

【００２４】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。

【００２５】本発明の試験装置では、試験片に転動荷重
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１を挟んで相手片２の反
対側で該試験片１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。
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、熱間圧延作業ロール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II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。

【００２６】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。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
プローラ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。

【００２７】

【実施例】図２に示す構成の３円盤式熱間摩耗試験装置
を用いて、高速度鋼系ロール材の摩耗試験を実施した。
試験片は、外径60mmφ×10mm幅、相手片（ S45C 製）
は、外径 190mmφ×15mm幅、バックアップローラ（ SKD
6 ）は、外径70mmφ×50mm幅、の円盤状試片を用いた。
摩耗試験は、試験片の回転数を 300rpm とし、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。ま
た、バックアップローラは試験片の回転に従う転動と
し、負荷荷重を500kg とした。

【００２８】また、従来例として、同一高速度鋼系ロー
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、実施例
と同じとし、試験片の回転数を 700rpm 、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。それらの
結果を比較して図４に示す。

【００２９】図４から、本発明の熱間摩耗試験装置を用
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
い。

【００３０】

【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、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試験装置の概要を模式
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】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４】摩耗量と回転数との関係を示すグラフである。

【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
をしめす断面図である。

【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。

【符号の説明】

１試験片２相手片３バックアップローラ４試験片回転軸 41 試験片回転軸軸受５相手片回転軸 51 相手片回転軸軸受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 変速機 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 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 25 試験ロール 26 被圧延材 27 バックアップローラ 28 加熱炉 29 水槽 30 張力調整機

───────────────────────────────────────────────────── 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、円盤状の試験片と、該試
験片の上方で該試験片と円周面で接し転動可能に配設さ
れた円盤状の相手片と、前記試験片を挟んで該相手片の
反対側で該試験片の円周面に接し転動可能に配設された
バックアップローラを有する３円盤方式の熱間ロール摩
耗試験装置であって、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、前記試験片を前記相手片との接触
の入側および／または出側で冷却する冷却装置と、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
回転駆動す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材を介し前
記相手片と前記試験片との転動時に転動荷重を負荷する
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、前記試験片と前記バッ
クアップローラとの転動時に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
装置とを有することを特徴とする３円盤方式の熱間ロー
ル摩耗試験装置。
【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試験装置。