JP2006142323A - ロールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 芯材の外周の酸化を抑制し、芯材と溶湯との密着性を良好にして、安定した品質のロールを製造することが可能なロールの製造方法を提供する。
【解決手段】 電磁誘導加熱コイル１０を備えた耐火性加熱型１９の下部に冷却型２０が一体的に配置された組み合わせモールド１１の内部に、芯材１２を同心垂直に挿入し、芯材１２の周囲の環状空隙部２３に溶湯１３を注入して芯材１２を降下させ、芯材１２の外周に、溶湯１３を溶着させながら凝固させて鋳掛け肉盛層１４を形成するロールの製造方法において、芯材１２の外周に、融点が予熱された芯材１２の表面温度より高く、しかも溶湯１３にする金属の液相線温度より低い酸化防止コーティング材１５を予め被覆する。
【選択図】 図１

Description

例えば、製鉄圧延設備における圧延用ロール及び矯正用ロールに使用可能なロールの製造方法に関する。

従来、製鉄圧延設備においては、圧延用及び矯正用の各ロールが使用され、鋼板の圧延及び矯正が行われている。
このロールの製造方法としては、電磁誘導加熱コイルを備えた耐火性加熱型の下部に、冷却型を一体的に配置した組み合わせモールドを用い、この組み合わせモールドの内部に鋼製の芯材を挿入し、芯材の周囲の環状隙間部に別途準備した溶湯を注入した後、芯材を降下させ芯材表面に溶湯を溶着させながら鋳掛け肉盛層（以下、単に肉盛層ともいう）を形成する方法が開示されている。このロールの製造方法は、ＣＰＣ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｏｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｃｌａｄｄｉｎｇ：連続注入クラッド）法とも呼ばれている（例えば、特許文献１参照）。
これにより、芯材の外周に肉盛層を一層で形成できるので、芯材に対する熱の集中度を極めて小さくでき、従来の溶接肉盛法では不可能であった材質、例えば、過共晶材の肉盛層を形成することができる。

特開平１０−２５８３３７号公報

しかしながら、前記従来のロールの製造方法には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
芯材は、溶湯を溶着させる寸前に加熱コイルを使用して加熱されているので、芯材の表層部のみが目的の温度まで加熱され、芯材の内部が十分に加熱されていない。このため、芯材の中心部と表層部との温度差が大きくなり、加熱コイルによる加熱が終了した表層部には、急激な温度低下が生じるので、溶湯を溶着させるための芯材表層部の温度が不十分な場合があり、溶湯の組成によっては、溶湯を芯材に溶着させることができない恐れがあった。
そこで、芯材の表層部と中心部との温度差を小さくできるように、芯材を長時間高温度で予熱することも考えられるが、芯材の外周に形成する従来使用していたガラスコーティング材では、長時間の高温度には耐えられず、ガラスコーティング材が芯材外周から剥がれ落ち、芯材外周が酸化され、芯材に溶湯を安定して溶着させることができない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、芯材の外周の酸化を抑制し、芯材と溶湯との密着性を良好にして、安定した品質のロールを製造することが可能なロールの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係るロールの製造方法は、電磁誘導加熱コイルを備えた耐火性加熱型の下部に冷却型が一体的に配置された組み合わせモールドの内部に、芯材を同心垂直に挿入し、該芯材の周囲の環状空隙部に溶湯を注入して前記芯材を降下させ、該芯材の外周に、前記溶湯を溶着させながら凝固させて鋳掛け肉盛層を形成するロールの製造方法において、
前記芯材の外周に、融点が予熱された該芯材の表面温度より高く、しかも前記溶湯にする金属の液相線温度より低い酸化防止コーティング材を予め被覆する。

本発明のロールの製造方法は、芯材の外周に、融点が予熱された芯材の表面温度より高く、しかも溶湯にする金属の液相線温度より低い酸化防止コーティング材を予め被覆するので、芯材を長時間高温度の雰囲気中に曝しても、酸化防止コーティング材が芯材から剥がれることなく、芯材を安定に予熱できる。従って、芯材に対する溶湯の溶着性を高めることができ、安定した品質のロールを製造できる。

ここで、酸化防止コーティング材として自溶合金を使用した場合には、自溶合金が芯材と鋳掛け肉盛層との結合材として機能するので、芯材と鋳掛け肉盛層との密着性を高めることができ、安定した品質のロールを製造できる。

また、自溶合金として、ニッケル基自溶合金又はコバルト基自溶合金を使用する場合は、その組成を規定することで、例えば、予熱温度を考慮した組成の酸化防止コーティング材を芯材の外周に被覆できるので、より安定した品質のロールを製造できる。

更に、酸化防止コーティング材を、芯材の外周に、吹き付け、塗布、浸漬、及び溶射のいずれか１又は２以上により被覆する場合には、酸化防止コーティング材の被覆作業を短時間に作業性良く実施できる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係るロールの製造方法の説明図である。

本発明の一実施の形態に係るロールの製造方法は、図１に示すように、電磁誘導加熱コイル１０を有する組み合わせモールド１１の内部に芯材１２を挿入し、芯材１２の外周に溶湯１３を溶着し凝固させて鋳掛け肉盛層（以下、単に肉盛層ともいう）１４を形成する（即ちＣＰＣ法による）ロールの製造方法において、芯材１２の外周に、酸化防止コーティング材１５を被覆している。以下、詳しく説明する。

使用する芯材（母材ともいう）１２は、例えば、直径が５０ｍｍ以上６５０ｍｍ以下で、長さが最長８０００ｍｍ程度のものであり、芯材１２の両側に軸部１６、１７が設けられた中実のものである。なお、芯材としては、芯材の片側のみに軸部が設けられた中実のもの、また円筒状となった中空のものを使用することもできる。この芯材１２の材質は、例えば、クロム−モリブデン鋼（ＳＣＭ材）、一般構造用圧延鋼（ＳＳ材）、０．３５％炭素鋼（Ｓ３５Ｃ）、又は０．４５％炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）である。

酸化防止コーティング材１５としては、その融点（固相線温度又は液相線温度）が、予熱された芯材１２の表面温度より高く、しかも溶湯１３にする金属（以下、溶湯金属ともいう）の液相線温度より低い自溶合金を使用でき、例えば、ニッケル基自溶合金及びコバルト基自溶合金を使用できる。
ここで、ニッケル基自溶合金としては、Ｎｉを主成分とし、Ｃｒ：０又は０を超え２５質量％以下、Ｂ：０．５質量％以上５．５質量％以下、及びＳｉ：１．０質量％以上１０質量％以下を含み、更に必要に応じて、例えば、Ｃ及びＦｅを含むものである。また、コバルト基自溶合金としては、Ｃｏを主成分とし、Ｃｒ：１０質量％以上３０質量％以下、Ｂ：０．５質量％以上５．５質量％以下、及びＳｉ：１．０質量％以上１０質量％以下を含み、更に必要に応じて、例えば、Ｃ及びＦｅを含むものである。
このニッケル基自溶合金とコバルト基自溶合金の一例を表１に示す。

表１に示すニッケル基自溶合金（ＪＩＳ ＳＦＮｉ１ 〜 ＪＩＳ ＳＦＮｉ５）及びコバルト基自溶合金（ＪＩＳ ＳＦＣｏ１ 及び ＪＩＳ ＳＦＣｏ２）は、前記した範囲を満たすＪＩＳに規定されたものである。また、ニッケル基自溶合金は、例えば、固相線温度が９５０℃で液相線温度が１１００℃のものであり、コバルト基自溶合金は、例えば、固相線温度が１０５０℃で液相線温度が１１５０℃のものである。
なお、使用するニッケル基自溶合金及びコバルト基自溶合金は、それぞれを構成する化学成分量が、前記した範囲内であれば、表１に示すものに限定されるものではない。

芯材１２に酸化防止コーティング材１５を被覆する方法としては、酸化防止コーティング材１５として自溶合金を使用していることから、溶射法を使用することが好ましいが、吹き付け、塗布、及び浸漬のいずれか１を使用することも、また吹き付け、塗布、浸漬、及び溶射のいずれか２以上を組み合わせることもできる。
このように、酸化防止コーティング材１５が被覆された芯材１２を予熱炉内に装入し、芯材１２の大きさ、形状、及び材質に応じて、例えば６時間放置して、芯材１２の表面温度が例えば８００℃になるまで予熱を行う。なお、芯材１２の予熱は、芯材１２の中心部と表層部との温度差が、１００℃以内になるまで加熱すればよいが、芯材１２全体が略均一な温度になるまで行うことが好ましい。
このように予熱された芯材１２の外周に鋳掛け肉盛層１４を形成して、ロールを製造する。

ロールは、例えば、前記した特許文献１に開示された方法を使用して製造できる。
ロール製造装置としては、図１に示すように、電磁誘導加熱コイル１０が内部に配置された中空環状の耐火枠１８を備えた耐火性加熱型１９と、耐火性加熱型１９の下部に配置され、これと同軸の内孔を有する冷却型２０とを、一体的に配置した組み合わせモールド１１を使用する。なお、組み合わせモールド１１の下部には、油圧シリンダーなどの昇降手段（図示しない）によって上下させることができ、上部に配置された芯材１２を徐々に降下させる昇降装置２１を備えている。

この組み合わせモールド１１を用いてロールを製造する場合は、芯出し装置２２を用いて、組み合わせモールド１１の内部中央に、酸化防止コーティング材１５が被覆され、予熱された芯材１２を同心垂直に挿入する。そして、別途溶解炉にて準備した鋳掛け肉盛層１４になる溶湯１３を、芯材１２と組み合わせモールド１１との環状空隙部２３に、電磁誘導加熱コイル１０に電流を流しながら注入し、芯材１２を断続的に降下させる。
なお、芯材１２の外周には、酸化防止コーティング材１５で構成される合金皮膜（合金被膜）が形成されているので、この合金皮膜を介して、芯材１２の表面に溶湯１３が溶着する。ここで、図１中の２４は溶融部、２５は溶融フラックスを示す。

溶湯金属としては、溶湯金属の液相線温度が芯材の固相線温度Ｔｓよりも低い、例えば、液相線温度が１２５０℃以上１３５０℃以下のＦｅ−Ｃｒ系合金、高速度鋼（例えば、高速度鋼系多合金白鋳鉄）、及びＮｉ−Ｃｒ系合金のように、従来使用しているものを使用できる。しかし、芯材１２の予熱を行っているため、溶湯金属の液相線温度が芯材１２の固相線温度Ｔｓ以上のものを選んで使用することも勿論可能である。
芯材１２は、組み合わせモールド１１の上に配置された加熱コイル２６によって、その表層部が、例えば１０００℃程度まで加熱された後、更に溶湯１３に接触することで、酸化防止コーティング材１５の一部又は全部が軟化状態、更には溶融状態になる。

これにより、溶湯１３を酸化防止コーティング材１５を介して芯材１２の表面に溶着させながら、冷却型２０によって順次冷却して凝固され、鋳掛け肉盛層１４が形成される。
なお、従来芯材の外周の酸化を防止するために使用していたガラスコーティング材は、芯材と鋳掛け肉盛層との間にＳｉＯ₂ として介在することが欠陥になっていた。しかし、酸化防止コーティング材１５は、芯材１２と肉盛層１４との結合材として機能するため、ロールの品質を高めることができる。

上記した方法により、肉盛層１４が形成された芯材１２を製造した後は、これを仕上げ状態に近い状態まで加工装置を用いて粗加工し、更に調質処理、即ち所定の焼入れ及び焼戻しの熱処理を行う。そして、調質処理されたロールを、圧延用ロール又は矯正用ロールに使用可能な製品形状に機械加工して、製品ロールを製造する。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
まず、芯材の予熱前に、芯材の外周にニッケル基自溶合金を溶射した。このニッケル基自溶合金は、芯材とニッケル基自溶合金との境界部における芯材へのＢ及びＣの拡散による割れを懸念して、Ｂ量及びＣ量を低減したものであり、その化学組成は、Ｎｉを主成分とし、Ｂ：０．９２質量％、Ｓｉ：２．１質量％、及びＣ：０．０４質量％を含み、更にＦｅ及びＣｕを含んでいる。なお、Ｃｒは含まれていない（０質量％）。

このニッケル基自溶合金が被覆された芯材を、炉内温度８００℃の加熱炉内に６時間放置して、芯材の対酸化抵抗性について検討した。なお、比較材として、従来行ってきたガラスコーティングを施した芯材を使用した。
その結果、ガラスコーティングを施した芯材には、ガラス層の垂れ流れが発生しており、、しかも芯材からのガラス層の剥離も確認された。このため、芯材の表面に酸化した部分が発生し、溶湯の芯材への溶着性が悪くなり、ロールの品質低下を招くことを確認できた。

一方、ニッケル基自溶合金を使用することで、外周に合金皮膜が形成された芯材は、合金皮膜をハンマーで叩いても、合金皮膜の芯材からの剥離が無く、しかも芯材と合金皮膜との界面部分における酸化現象も観察されなかった。また、芯材の周囲に形成した合金皮膜をアセチレンバーナを用いてヒュージング（合金皮膜を溶融させて芯材に溶着）したが、芯材からの合金皮膜の剥離、及び合金皮膜での亀裂を発生させることなく、合金皮膜を芯材に溶着させることができた。
このため、溶湯の芯材への溶着性が良好であり、ロールの品質を従来よりも向上できることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のロールの製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、芯材及び酸化防止コーティング材について、特定の材質について説明したが、本発明はこれらの材質に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の材質も含むものである。

本発明の一実施の形態に係るロールの製造方法の説明図である。

符号の説明

１０：電磁誘導加熱コイル、１１：組み合わせモールド、１２：芯材、１３：溶湯、１４：鋳掛け肉盛層、１５：酸化防止コーティング材、１６、１７：軸部、１８：耐火枠、１９：耐火性加熱型、２０：冷却型、２１：昇降装置、２２：芯出し装置、２３：環状空隙部、２４：溶融部、２５：溶融フラックス、２６：加熱コイル

Claims (6)

1. 電磁誘導加熱コイルを備えた耐火性加熱型の下部に冷却型が一体的に配置された組み合わせモールドの内部に、芯材を同心垂直に挿入し、該芯材の周囲の環状空隙部に溶湯を注入して前記芯材を降下させ、該芯材の外周に、前記溶湯を溶着させながら凝固させて鋳掛け肉盛層を形成するロールの製造方法において、
   前記芯材の外周に、融点が予熱された該芯材の表面温度より高く、しかも前記溶湯にする金属の液相線温度より低い酸化防止コーティング材を予め被覆することを特徴とするロールの製造方法。
2. 請求項１記載のロールの製造方法において、前記酸化防止コーティング材は自溶合金であることを特徴とするロールの製造方法。
3. 請求項２記載のロールの製造方法において、前記自溶合金は、前記芯材と前記鋳掛け肉盛層との結合材であることを特徴とするロールの製造方法。
4. 請求項２及び３のいずれか１項に記載のロールの製造方法において、前記自溶合金はニッケル基自溶合金であり、Ｃｒ：０又は０を超え２５質量％以下、Ｂ：０．５質量％以上５．５質量％以下、及びＳｉ：１．０質量％以上１０質量％以下を含むことを特徴とするロールの製造方法。
5. 請求項２及び３のいずれか１項に記載のロールの製造方法において、前記自溶合金はコバルト基自溶合金であり、Ｃｒ：１０質量％以上３０質量％以下、Ｂ：０．５質量％以上５．５質量％以下、及びＳｉ：１．０質量％以上１０質量％以下を含むことを特徴とするロールの製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のロールの製造方法において、前記酸化防止コーティング材は、前記芯材の外周に、吹き付け、塗布、浸漬、及び溶射のいずれか１又は２以上により被覆されることを特徴とするロールの製造方法。

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