JP2012213780A - 圧延用複合ロール及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動機構に連繋される駆動軸側の強度を高め、圧延機により受ける曲げ応力、ねじり応力に対処することのできる圧延用複合ロールを提供する。
【解決手段】外層30と、該外層が周面に形成される胴部22と、該胴部の回転軸方向の一端に駆動機構に連繋される駆動軸24、他端に非駆動側機構に連繋される従動軸26が突設された軸芯20と、を具える圧延用複合ロールにおいて、前記軸芯は、駆動軸が従動軸よりも引張強度を５０ＭＰａ以上高くした。
【選択図】 図１
【解決手段】外層30と、該外層が周面に形成される胴部22と、該胴部の回転軸方向の一端に駆動機構に連繋される駆動軸24、他端に非駆動側機構に連繋される従動軸26が突設された軸芯20と、を具える圧延用複合ロールにおいて、前記軸芯は、駆動軸が従動軸よりも引張強度を５０ＭＰａ以上高くした。
【選択図】 図１
Description
本発明は、圧延用複合ロールに関するものであり、より具体的には、一端を圧延機の駆動機構に連繋し、他端を非駆動側機構に連繋して使用される圧延用複合ロールに関するものである。
鋼板などの熱間圧延又は冷間圧延に用いられる圧延用複合ロールは、圧延機に連繋される軸芯の胴部外周に圧延面となる外層を形成して構成される。
例えば、特許文献１では、軸芯を形成した後、軸芯の外周にハイス系鋳鉄材を肉盛溶接により溶着し、圧延用複合ロールを得ている。
例えば、特許文献１では、軸芯を形成した後、軸芯の外周にハイス系鋳鉄材を肉盛溶接により溶着し、圧延用複合ロールを得ている。
軸芯は、胴部の一端に圧延機の駆動機構に連繋される駆動軸が突設され、胴部の他端に駆動機構を有さない軸受などの非駆動側機構に連繋される従動軸が突設されており、圧延用複合ロールは、駆動軸がモータ等の駆動機構から駆動力を得て回転可能となっている。
従って、軸芯は、駆動軸側で強い曲げ応力に加えて、ねじり応力を受ける。
しかしながら、従来、軸芯は、全体的に均一な強度となるように製造されているから、上記応力に耐え得るために全体的に高強度とする必要があった。
軸芯を全体的に高強度とするには、軸芯の材料としてニッケル等のレアメタルを多量に含有したり、鋳造時の条件を軸芯の全長に亘って均一化する等の必要があり、コスト増等に繋がっている。
従って、軸芯は、駆動軸側で強い曲げ応力に加えて、ねじり応力を受ける。
しかしながら、従来、軸芯は、全体的に均一な強度となるように製造されているから、上記応力に耐え得るために全体的に高強度とする必要があった。
軸芯を全体的に高強度とするには、軸芯の材料としてニッケル等のレアメタルを多量に含有したり、鋳造時の条件を軸芯の全長に亘って均一化する等の必要があり、コスト増等に繋がっている。
発明者らは、軸芯を全体的に高強度とするのではなく、実際に曲げ応力やねじり応力が強く作用する駆動軸側の強度を高めることで、コスト増を回避できるのではないかと考え本発明に至った。
本発明の目的は、駆動機構に連繋される駆動軸側の強度を高め、圧延機により受ける曲げ応力、ねじり応力に対処することのできる圧延用複合ロールを提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の圧延用複合ロールは、
外層と、
該外層が周面に形成される胴部と、該胴部の回転軸方向の一端に駆動機構に連繋される駆動軸、他端に非駆動側機構に連繋される従動軸が突設された軸芯と、
を具える圧延用複合ロールにおいて、
前記軸芯は、駆動軸が従動軸よりも引張強度が５０ＭＰａ以上高いことを特徴とする。
外層と、
該外層が周面に形成される胴部と、該胴部の回転軸方向の一端に駆動機構に連繋される駆動軸、他端に非駆動側機構に連繋される従動軸が突設された軸芯と、
を具える圧延用複合ロールにおいて、
前記軸芯は、駆動軸が従動軸よりも引張強度が５０ＭＰａ以上高いことを特徴とする。
上記圧延用複合ロールは、前記軸芯を静置鋳造によって形成することができ、軸芯の静置鋳造は、前記駆動軸が下側、従動軸が上側となるように鋳込まれ、下側の鋳込み温度と上側の鋳込み温度に差を設けることが望ましい。
また、上記圧延用複合ロールは、前記軸芯を静置鋳造によって形成することができ、軸芯の静置鋳造は、鋳込み速度が１００ｋｇ／ｓ以下となるように行なわれることが望ましい。
本発明の圧延用複合ロールは、軸芯の駆動軸側が従動軸側に比して高い引張り強度を有する構造とすることで、駆動軸側に作用する曲げ応力やねじり応力に対応することができ、圧延用複合ロールのすぐれた耐事故性を得ることができる。
また、駆動軸側と従動軸側で強度差を持たせることで、全体的に均一な強度とした場合に比べて、製造に係るコストを低減することができる。
さらに、従動軸側は、駆動軸側に比して強度が低いから、従動軸を機械加工し易いという利点がある。
さらに、従動軸側は、駆動軸側に比して強度が低いから、従動軸を機械加工し易いという利点がある。
以下、本発明の圧延用複合ロール(10)について、その具体的実施形態を説明する。
図１は、本発明の圧延用複合ロール(10)の軸方向に沿う断面図及び各部位の軸方向に垂直な断面図を示している。図に示すように、圧延用複合ロール(10)は、軸芯(20)と該軸芯(20)の外周に形成された外層(30)を冶金学的又は機械的に一体化して形成される。
図１は、本発明の圧延用複合ロール(10)の軸方向に沿う断面図及び各部位の軸方向に垂直な断面図を示している。図に示すように、圧延用複合ロール(10)は、軸芯(20)と該軸芯(20)の外周に形成された外層(30)を冶金学的又は機械的に一体化して形成される。
軸芯(20)は、周面に外層(30)が形成された円柱状の胴部(22)と、該胴部(22)の一端から突設され、圧延機の駆動機構(図示せず)に連繋される駆動軸(24)と、胴部の他端から突設され、圧延機の非駆動側となる軸受(図示せず)に連繋される従動軸(26)を有する。駆動軸(24)は、圧延機の駆動機構と滑りなく連結するために、図示のように断面俵状や断面矩形に機械加工することができる。また、従動軸(26)は、軸受と滑らかに係合するために、断面円形に機械加工することができる。
外層(30)は、円筒状に形成されており、外周面が圧延面となっている。外層(30)を構成する材料としてハイス系鋳鉄材を例示できる。
外層(30)は、例えば遠心鋳造により中空円筒状に作製することができる。より具体的には、回転する横型遠心鋳造用金型又は縦型遠心鋳造用金型の中に所定成分の溶湯材料を鋳込んで中空状に形成される。得られた外層(30)には、適宜熱処理や機械加工が施される。
外層(30)は、例えば遠心鋳造により中空円筒状に作製することができる。より具体的には、回転する横型遠心鋳造用金型又は縦型遠心鋳造用金型の中に所定成分の溶湯材料を鋳込んで中空状に形成される。得られた外層(30)には、適宜熱処理や機械加工が施される。
なお、外層(30)の内側には、図示はしていないが、必要に応じて、１又は複数の中間層を形成してもよい。これにより、軸芯(20)と外層(30)との溶着性を向上させることができる。
外層(30)又は中間層を有する外層(30)は、図２に示すような静置鋳造(50)に供され、軸芯(20)となる溶湯を鋳込むことで作製することができる。
勿論、外層(30)と軸芯(20)を夫々別に作製し、焼き嵌めすることもできるし、軸芯(20)を予め作製し、肉盛り等により外層(30)を形成することができる。
勿論、外層(30)と軸芯(20)を夫々別に作製し、焼き嵌めすることもできるし、軸芯(20)を予め作製し、肉盛り等により外層(30)を形成することができる。
静置鋳造(50)は、下型(52)と上型(54)との間に予め作製された外層(30)を配置して行なわれる。上型(54)から軸芯(20)の溶湯材料(60)を注入することで、溶湯材料(60)が外層(30)と冶金学的に一体化しつつ凝固して軸芯(20)となり、圧延用複合ロール(10)が作製される。
本発明は、軸芯(20)は、駆動軸(24)側の強度を、従動軸(26)側に比して高くすることで、圧延時に軸芯(20)が受ける曲げ応力やねじり応力に対する耐性を高めるものである。これら応力に対する耐性を高めるには、軸芯(20)の駆動軸(24)側の強度と従動軸(26)側の強度の差は、５０ＭＰａ以上とすることが望ましい。
静置鋳造に際し、駆動軸(24)の冷却速度を速くすることで、従動軸(26)よりも高強度の軸芯(20)を作製することができる。
具体的実施形態として、下型(52)を耐火材が塗布された金型から作製し、上型(54)を砂型から作製することで、下型(52)の冷却速度を上型(54)に比して速くすることができる。これにより、冷却速度の速い下型(52)では緻密な組織を得ることができ、高強度を得ることができる。より具体的には、最初に溶湯材料(60)が鋳造充填される部分を下型(52)として、下側の冷却速度を速くすることで凝固組織の緻密化を図ることができ、高強度を得ることができる。なお、上側の冷却を早くすることもできるが、押し湯効果が期待できなくなるから、鋳造された軸芯(20)の上型(54)側に巣が発生してしまい、高強度を得られないことがある。
その他、緻密な組織を得る方法として、下型(52)側の鋳込み温度と上型(54)側の鋳込み温度を変えてもよい。具体的には、下型(52)側の鋳込み温度を、上型(54)側に比べて低くする。望ましくは、鋳込み温度の差を２０℃以上とする。
例えば、下側の鋳込み温度が１３３０℃以下とし、上側の鋳込み温度を１３５０℃以上とする。これにより、上記と同様の理由により、冷却を速く受ける下型(52)側の強度を高くすることができる。
また、一般的な要領により作製された軸芯(20)に対し、駆動軸(24)に熱処理を施すことで高強度化を図ることができる。具体的には、軸芯(20)の駆動軸(24)側を７５０℃以上に加熱し、急冷する等により、駆動軸(24)側のフェライト組織を低減させることにより、高強度化が達成される。
さらに、胴部(22)について、駆動軸(24)側の外径を、従動軸(26)側の外径に比して太くすることで、駆動軸(24)側が受けるねじり応力に対して有利に働く。
胴部(22)の駆動軸(24)側と従動軸(26)側の軸芯(20)の外径差は、以下の方法で設けることができる。
例えば、静置鋳造の際に、鋳込み速度を遅くし、軸芯(20)の全長に対する鋳込み温度に差を設ける。具体的には、鋳込み速度は１００ｋｇ／ｓ以下とすると、駆動軸(24)側の外層(30)又は中間層に対する溶け込み量を多くすることができ、胴部(22)において相対的に駆動軸(24)側の軸芯(20)を太くできる。これにより得られる胴部(22)は、駆動軸(24)側の外径と従動軸(26)側の軸芯(20)の外径差として、１０ｍｍから２０ｍｍが例示できる。
例えば、静置鋳造の際に、鋳込み速度を遅くし、軸芯(20)の全長に対する鋳込み温度に差を設ける。具体的には、鋳込み速度は１００ｋｇ／ｓ以下とすると、駆動軸(24)側の外層(30)又は中間層に対する溶け込み量を多くすることができ、胴部(22)において相対的に駆動軸(24)側の軸芯(20)を太くできる。これにより得られる胴部(22)は、駆動軸(24)側の外径と従動軸(26)側の軸芯(20)の外径差として、１０ｍｍから２０ｍｍが例示できる。
上記により得られた圧延用複合ロール(10)は、駆動軸(24)及び従動軸(26)に機械加工が施される。従動軸(26)側は、駆動軸(24)側に比して高強度ではないため、容易に機械加工を施すことができる。
作製された圧延用複合ロール(10)は、駆動軸(24)を圧延機の駆動機構に連繋し、従動軸(26)を非駆動側機構に連繋して、鋼板等の圧延に用いることができる。
以下の条件にて、圧延用複合ロール(10)を作製し、駆動軸(24)と従動軸(26)の端面における強度を測定した。
＜外層(30)＞
内径７４０ｍｍ、長さ２４００ｍｍの鋼製の遠心鋳造金型に、高合金グレン鋳鉄の溶湯を９０ｍｍの厚さになるまで鋳込み、続けて、中間層としてダクタイル鋳鉄の溶湯を厚さ２０ｍｍ分、遠心鋳造により鋳造した。
内径７４０ｍｍ、長さ２４００ｍｍの鋼製の遠心鋳造金型に、高合金グレン鋳鉄の溶湯を９０ｍｍの厚さになるまで鋳込み、続けて、中間層としてダクタイル鋳鉄の溶湯を厚さ２０ｍｍ分、遠心鋳造により鋳造した。
＜軸芯(20)＞
図２に示すように、駆動軸(24)側となる下型(52)に耐火材を塗布した金型、従動軸(26)側となる上型(54)に砂型を用い、下型(52)と上型(54)との間に、上記により得られた外層(30)を設置した。
溶湯材料(60)として１３５０℃のダクタイル鋳鉄を用い、鋳込み速度を６５ｋｇ／ｓ一定として静置鋳造(50)を行なった。
図２に示すように、駆動軸(24)側となる下型(52)に耐火材を塗布した金型、従動軸(26)側となる上型(54)に砂型を用い、下型(52)と上型(54)との間に、上記により得られた外層(30)を設置した。
溶湯材料(60)として１３５０℃のダクタイル鋳鉄を用い、鋳込み速度を６５ｋｇ／ｓ一定として静置鋳造(50)を行なった。
＜圧延用複合ロール(10)＞
上記要領により外層(30)に軸芯(20)を鋳込んだ圧延用複合ロール(10)を得た。
作製された圧延用複合ロール(10)に対し、駆動軸(24)と従動軸(26)の端面における引っ張り強さを測定したところ、駆動軸(24)は５５０ＭＰａ、従動軸(26)は３８０ＭＰａであり、５０ＭＰａ以上の強度差を達成することができた。
また、得られた圧延用複合ロール(10)を回転軸方向に沿って断面し、軸芯(20)の胴部(22)の外径を測定したところ、胴部(22)の駆動軸(24)側の端部は５４６ｍｍ、胴部(22)の従動軸(26)側の端部は５３２ｍｍであり、駆動軸(24)側の軸芯(20)の胴部(22)の外径が１４ｍｍ大きいことが確認できた。
上記要領により外層(30)に軸芯(20)を鋳込んだ圧延用複合ロール(10)を得た。
作製された圧延用複合ロール(10)に対し、駆動軸(24)と従動軸(26)の端面における引っ張り強さを測定したところ、駆動軸(24)は５５０ＭＰａ、従動軸(26)は３８０ＭＰａであり、５０ＭＰａ以上の強度差を達成することができた。
また、得られた圧延用複合ロール(10)を回転軸方向に沿って断面し、軸芯(20)の胴部(22)の外径を測定したところ、胴部(22)の駆動軸(24)側の端部は５４６ｍｍ、胴部(22)の従動軸(26)側の端部は５３２ｍｍであり、駆動軸(24)側の軸芯(20)の胴部(22)の外径が１４ｍｍ大きいことが確認できた。
本発明は、駆動軸側が従動軸側に比して強度の高い軸芯を有する圧延用複合ロールとして好適である。
(10) 圧延用複合ロール
(20) 軸芯
(22) 胴部
(24) 駆動軸
(26) 従動軸
(30) 外層
(20) 軸芯
(22) 胴部
(24) 駆動軸
(26) 従動軸
(30) 外層
Claims (7)
- 外層と、
該外層が周面に形成される胴部と、該胴部の回転軸方向の一端に駆動機構に連繋される駆動軸、他端に非駆動側機構に連繋される従動軸が突設された軸芯と、
を具える圧延用複合ロールにおいて、
前記軸芯は、駆動軸が従動軸よりも引張強度が５０ＭＰａ以上高いことを特徴とする圧延用複合ロール。 - 前記軸芯は、ダクタイル鋳鉄、ねずみ鋳鉄、黒鉛鋼、又は、２.０％以下のＣを含有する鋳鋼の何れかからなる請求項１に記載の圧延用複合ロール。
- 前記外層は遠心鋳造によって形成され、前記軸芯は静置鋳造によって形成される請求項１又は請求項２に記載の圧延用複合ロール。
- 前記胴部と外層との間には、１又は複数の中間層を有する請求項１乃至請求項３の何れかに記載の圧延用複合ロール。
- 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の圧延用複合ロールの製造方法であって、
前記軸芯は、静置鋳造によって形成され、
軸芯の静置鋳造は、前記駆動軸が下側、従動軸が上側となるように鋳込まれ、下側の鋳込み温度と上側の鋳込み温度に差を設けることを特徴とする圧延用複合ロールの製造方法。 - 前記下側の鋳込み温度は、上側の鋳込み温度に比して２０℃以上低い請求項５に記載の圧延用複合ロールの製造方法。
- 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の圧延用複合ロールの製造方法であって、
前記軸芯は、静置鋳造によって形成され、
軸芯の静置鋳造は、鋳込み速度が１００ｋｇ／ｓ以下となるように行なわれることを特徴とする圧延用複合ロールの製造方法。
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2011
- 2011-03-31 JP JP2011079413A patent/JP2012213780A/ja active Pending
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