JP2000297328A - 耐熱亀裂性に優れた溶接肉盛ロールの熱処理装置 - Google Patents

耐熱亀裂性に優れた溶接肉盛ロールの熱処理装置

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JP2000297328A
JP2000297328A JP11105307A JP10530799A JP2000297328A JP 2000297328 A JP2000297328 A JP 2000297328A JP 11105307 A JP11105307 A JP 11105307A JP 10530799 A JP10530799 A JP 10530799A JP 2000297328 A JP2000297328 A JP 2000297328A
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heating
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cooling
heat
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JP11105307A
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Yuichi Ishimori
裕一 石森
Keiichiro Ono
圭一郎 大野
Yasunori Miyamoto
泰憲 宮本
Yukihisa Hino
幸久 日野
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Nippon Steel Corp
Nippon Steel Hardfacing Corp
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Nippon Steel Corp
Nippon Steel Hardfacing Corp
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    • Y02P10/25Process efficiency

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  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱亀裂性に優れた溶接肉盛ロールを製造す
るための金属組織の変態を起こさないで焼き入れするこ
とができる熱処理装置を提供する。 【解決手段】 溶接肉盛したロールの一部分を円周状に
加熱しその円周状の加熱部分を一定速度でロール軸方向
に連続して移動させ、焼き入れ処理を行う溶接肉盛ロー
ルの熱処理装置において、加熱部の後端から加熱完了部
全体に渡ってロール表面を冷却する冷却機構を設けるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、製鉄の鋳造プロセ
ス(特に連続鋳造プロセス)に代表される様な高温のワ
ークに接触し、ワークからの機械的な力と熱負荷を繰り
返し受ける溶接肉盛ロール熱処理技術に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、ロールは肉盛、溶射に代表され
る表面被覆や焼き入れ・焼き戻しに代表される熱処理を
施したりする表面処理により、ロール表面の耐熱性や耐
摩耗性を改善している。特に、赤熱した鋳片やストリッ
プなどをワークとして取り扱う場合には、ワークに接触
する部分だけで局部的に熱をうけ高温になると同時にワ
ークの自重やワークからの反力を受けることで、ロール
表面近傍は熱的応力、および、曲げなどの機械的応力が
回転とともに繰り返し発生する。その結果、ロール表面
にクラックが発生し、そのクラックが進展しロールの折
損に至る場合もある。通常、折損に至る前にクラック部
分を一端除去し、除去した部分に溶接肉盛などにより再
度補修し再生使用される。こうしたロールにおいてロー
ル表面近傍を構成する材質の機械特性は、ロール折損に
至る寿命の善し悪しを大きく左右する。
【0003】前述の熱亀裂の対策として熱処理、特に焼
き入れ焼き戻しによる特性の改善は有効とされており、
特願平10−66056号にあるような、C:0.04
〜0.22%、Si:0.10〜0.70%、Mn:
0.25〜1.60%、Cr:10〜14.5%、N
i:0.3〜1.6%、Mo:0.3〜1.8%残りF
eからなる材料に910〜1050℃に加熱、2分以上
保定し常温まで一旦急冷したのち560〜780℃に加
熱して組織を微細で一様な焼き戻しマルテンサイト組織
とした耐熱亀裂性、耐摩耗性に優れたロールが提案され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、実際のロー
ル構造体への熱処理には、処理温度、その保定時間、冷
却速度が、所定の材料および処理範囲に対して精度よく
実現されることが必要である。しかしながら、従来の方
法、すなわち炉によるロール全部を加熱し空気中、水
中、または油中に放置し冷却する方法、あるいは、リン
グ式バーナーや誘導加熱によるロールの一部を加熱し加
熱部を移動させ、その後方で水や空気の噴霧により冷却
する方法などでは、材料の焼き入れ特性によっては次の
2つの問題を抱え、十分な焼き入れ熱処理を実現するこ
とが出来なかった。
【0005】1つは、ロール自身が大量に蓄熱すること
によって、その熱慣性によりロール表層の所望する一定
深さの範囲で焼き入れ温度から臨界冷却速度(これ以下
の遅い冷却速度ではフェライトヘの変態が起こり十分な
焼き入れにならない)以上で冷却できない問題であり、
もう1つは、特にリングバーナーや誘導加熱コイルを用
いてロール軸方向に順次加熱帯を移動させて処理する方
法では、一旦、焼き入れされた部分が加熱部からロール
自身を伝わってくる漏洩熱により再度温度上昇し、ロー
ルの処理時間中に変態を起こすに至る問題である。
【0006】本発明は、耐熱亀裂性に優れた金属組織を
ロール表面近傍に実現するため、リング式バーナーや誘
導加熱による熱処理装置において、焼き入れ冷却速度の
向上、漏洩熱による温度上昇防止といった課題を改善し
た熱処理装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち、溶接肉盛した
ロールの一部分を円周状に加熱し、その円周状の加熱部
分を一定速度でロール軸方向に連続して移動させ、該溶
接肉盛ロール表面の耐熱亀裂性の改善を目的とした焼き
入れ処理を行う溶接肉盛ロールの熱処理装置において、
前記加熱部分の移動にともない、前記加熱部分後端から
加熱完了部分全体に渡って溶接肉盛ロール表面を冷却す
る冷却機構を設けたことを特徴とする溶接肉盛ロールの
熱処理装置である。さらに、前記冷却機構を、前記加熱
部分の移動速度と溶接肉盛材質の変態特性に応じて、冷
却能力を調整できるようにしたことを特徴とする溶接肉
盛ロールの熱処理装置である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明によるロール表面近傍の熱
処理温度パターンを図1に示す。これは、熱処理の事前
にロールに熱電対を表面近傍に埋設し測定したものであ
る。また、材料の変態特性の一例として概ねCr:13
%、Ni:2%からなる材料のTTT線図を図2に示
す。図1中のT1は焼き入れ温度、T2は図2に示すよ
うにこの材料において最も短時間で変態の起きる温度で
ある。T3は一旦急冷後、熱処理中に上昇した温度を示
している。
【0009】焼き入れ時の急冷の際には、冷却開始から
T2に至るまでの時間、すなわち図1のtcが図2のt
c(cr)以上になるとフェライトなどの変態が起こ
り、焼き戻した際に組織が不均一かつ粗雑となってしま
い、このtc(cr)における温度変化の時間勾配は臨
界冷却速度として知られている。また、臨界冷却速度以
上で一旦急冷し、再度温度が上昇して長時間その温度に
置かれた場合、臨界冷却速度以下で冷却した場合と同じ
ように、フェライトなどの変態が起こり不完全な焼き入
れとなってしまう。
【0010】従来の方法、特にリングバーナーや誘導加
熱で加熱部を移動させ加熱部分直後だけを冷却する方法
では、図1に示す様にロールの熱処理中にT3にいたる
温度上昇が起きる。このT3の温度が図2に示すような
高い温度にある場合には、ロールの熱処理が図2で示さ
れる10000秒(=約2時間40分)以内に終わらな
い場合、前述した不必要な組織変態が起こり、焼き戻し
た際に組織が不均一かつ粗雑となってしまう。本発明で
は、このT3の温度をロールの処理時間内に変態に至ら
ない温度まで常に冷却しつづける機構をもつことを特徴
とする装置である。
【0011】
【実施例】本発明による熱処理装置の実施例の構成を図
3及び図4に示す。実施例1(図3)では、ロール1は
熱処理時の曲がりなどを防止するため、回転機構2に接
続するとともにタイヤ3により支持され、熱処理中は回
転している。ロール表層付近の加熱には周状に加熱する
加熱リングを用いるが、温度をロール表面近傍に集中さ
せることが出来る加熱方式が望ましいことから、本実施
例ではリング状の誘導加熱コイル4を用いた。
【0012】誘導加熱コイル4は、ボールネジ機構によ
る軸方向移動機構5に取り付けられており、焼き入れの
際、材質に応じた保定時間に見合う様、誘導加熱コイル
4の軸方向の加熱幅に応じて、移動速度を変えることが
出来る構造としている。ロール1および誘導加熱コイル
4の周囲には冷却液6をロール全周表面に噴霧供給する
ノズル7が、ロール1の回転中心に向かってロール全周
を囲む様に配置されており、誘導加熱コイル4がロール
表面近傍を加熱し移動した直後に冷却液が加熱部に接触
して熱を奪い、急冷できるようになっている。また、急
冷後も継続して冷却液6を適量噴霧しつづけることでロ
ール表面近傍の温度上昇を防いでいる。
【0013】ノズル7は、誘導加熱コイル4の通過前で
は、加熱効率を上げるために、ある程度焼き入れ温度に
いたる昇温を補助すべくロールを冷却しない方が良いた
め、誘導加熱コイル通過前で噴霧を停止し、通過直後で
噴霧開始できる構造とするため、ロール軸方向でいくつ
かのセクションに分割し、各セクション毎に噴霧のオン
/オフ可能とした。また、急冷後の温度上昇防止の際に
は、冷却液6の噴霧供給量を各セクション毎に適量調整
できる機能を有している。
【0014】次に、実施例2(図4)は、冷却液6を噴
霧によらず直接冷却液中に加熱部を浸漬させた装置であ
る。冷却液はロールの冷却に必要な量を供給ポンプ9に
より供給し、冷却液排液口での温度が一定になるよう供
給量を可変とする構造である。ここでは、ロール1およ
び誘導加熱コイル4支持タイヤ3は冷却液槽8の中に配
置している。実施例1と同様、誘導過熱コイル4の通過
直後に冷却液が加熱部に供給され接触することで熱を奪
い、急冷する。一旦急冷した部分はその後も冷却液に接
し連続して冷却される。
【0015】誘導加熱コイル4の前方では、加熱効率を
上げるため、ある程度焼き入れ温度にいたる昇温を補助
すべく、冷却液の進入を防止する冷却液シール機構10
を設けており、コイルの進行方向のみ冷却液の進入を防
いでいる。このシール機構10は誘導加熱コイル4に取
り付けられており、誘導加熱コイル4の移動とともに移
動し、常にコイル進行方向の冷却を防いでいる。シール
機構10により形成されるロール表面とシール間の空間
には、冷却液6の進入を防止するため、窒素などの不活
性なシールガス11を冷却液の圧力に抗する圧力で供給
している、シールガス11は、ロールとシールの境界を
通過し冷却液中に放出される。
【0016】図5は実施例1の方式の装置によって熱処
理し焼き戻した後のロールの熱処理部分の一部を切り出
し、シャルピー値を従来方式(一旦焼き入れ後に温度上
昇し長時間置かれたもの)と比較したものである。従来
方式に比べ、本発明による装置で処理したロールはその
靭性が大きく改善されていることから、ロール表面で金
属組織的な改善が行われたことが見受けられる。
【0017】また、図6には、実施例1の方式による装
置で熱処理を施し焼き戻した試験ロールに熱および機械
負荷を同時に繰り返しかけることが出来る熱亀裂特性評
価試験装置を示す。ここでは、φ120の試験ロールに
曲げ応力45kgf/cm2 をかけながら、誘導加熱コイルに
よりロール上部を700℃まで加熱した後180°回転
させ、水槽に加熱部を浸漬させ20℃まで冷却する繰り
返しを行っている。従来方法は移動式加熱の後に1つの
リング式水噴霧スプレーによってのみ冷却したものであ
り、一旦冷却後ロールの熱処理が終わるまでに温度上昇
が確認された熱処理を行い焼き房したものである。
【0018】試験機による加熱、冷却、曲げの繰り返し
数とクラックが発生しロール中心に向かって進展してい
く様子を各繰り返し数におけるクラック深さとしてプロ
ットしたのが図7である。従来の焼き入れ装置で処理し
たロールに対して、本発明の装置で処理したロールは、
溶接肉盛材質が同じ成分組成であっても大幅な亀裂抑制
効果が得られた。
【0019】
【発明の効果】従来の熱処理装置、すなわち急冷後の冷
却を行わない装置でも急冷後の温度上昇の影響が少ない
材質を選定することで実用に耐えるとされてきた。しか
し、特に耐熱亀裂性を耐食性などと合わせて溶接肉盛層
の特性を付加しようとした場合には、材料の熱処理性に
制約されにくい高性能な熱処理装置が強く望まれてい
た。その意味で、本発明は従来になく溶接肉盛材質の選
択の幅を広げるとともに、従来より使われてきた材質で
あっても、従来装置で処理したもの以上の耐熱亀裂性な
どの特性を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】熱処理ヒートパターンの解説図。
【図2】熱処理ヒートパターン解説図(TTT線図)。
【図3】本発明に係るロール熱処理装置の実施例1の説
明図。
【図4】本発明に係るロール熱処理装置の実施例2の説
明図。
【図5】本発明の効果を示す図(シャルピー試験結
果)。
【図6】熱亀裂評価試験装置の解説図。
【図7】熱亀裂評価結果の図。
【符号の説明】
1 ロール 2 ロール回転機構 3 ロール支持タイヤ 4 誘導加熱コイル 5 加熱コイル移動機構(ボールねじ) 6 冷却液 7 冷却液噴霧ノズル 8 冷却液槽 9 冷却液供給ポンプ 10 冷却液シール 11 シールガス 12 誘導加熱電源&トランス 13 試験ロール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大野 圭一郎 千葉県君津市君津1番地 新日本製鐵株式 会社君津製鐵所内 (72)発明者 宮本 泰憲 千葉県君津市君津1番地 新日本製鐵株式 会社君津製鐵所内 (72)発明者 日野 幸久 千葉県君津市君津1番地 日鉄ハード株式 会社内 Fターム(参考) 3J103 AA02 EA06 EA12 FA01 FA15 GA02 4E016 BA10 CA10 DA02 EA09 FA14 4K042 AA20 BA01 BA02 BA03 BA04 DA01 DA02 DB01 DD04 DF02 EA01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶接肉盛したロールの一部分を円周状に
    加熱し、その円周状の加熱部分を一定速度でロール軸方
    向に連続して移動させ、該溶接肉盛ロール表面の耐熱亀
    裂性の改善を目的とした焼き入れ処理を行う溶接肉盛ロ
    ールの熱処理装置において、前記加熱部分の移動にとも
    ない、前記加熱部分後端から加熱完了部分全体に渡って
    溶接肉盛ロール表面を冷却する冷却機構を設けたことを
    特徴とする溶接肉盛ロールの熱処理装置。
  2. 【請求項2】 前記冷却機構を、前記加熱部分の移動速
    度と溶接肉盛材質の変態特性に応じて、冷却能力を調整
    できるようにしたことを特徴とする請求項1記載の溶接
    肉盛ロールの熱処理装置。
JP11105307A 1999-04-13 1999-04-13 耐熱亀裂性に優れた溶接肉盛ロールの熱処理装置 Withdrawn JP2000297328A (ja)

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