JP2930881B2

JP2930881B2 - 熱間圧延用ワークロール

Info

Publication number: JP2930881B2
Application number: JP28325294A
Authority: JP
Inventors: 協後藤; 重男片岡; 昇古田
Original assignee: YODOGAWA SEIKOSHO KK
Current assignee: YODOGAWA SEIKOSHO KK
Priority date: 1994-11-17
Filing date: 1994-11-17
Publication date: 1999-08-09
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JPH08141608A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属板の熱間圧延に用い
られるワークロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延用ワークロールは、周知のよう
に、圧延材と直接接触するロール胴部においては耐摩耗
性、耐肌荒性および耐クラック性（耐割損性）が要求さ
れ、軸心部には靭性が要求される。この種の熱間圧延用
ワークロールの製造方法としては、遠心鋳造法や鋳かけ
肉盛法等でロール胴部と軸心部を冶金的に一体形成した
複合ロールに製造する方法と、遠心鋳造法で製造したス
リーブをアーバーに焼ばめして組立てる方法がある。後
者の焼ばめによる方法によればスリーブとアーバ−を異
材質で形成することができ、即ちスリーブに耐摩耗性等
のある合金材料を、またアーバーに靭性のある鋼系材料
をそれぞれ用いることができて性能の良いワークロール
が得られ、さらにスリーブを廃却径まで使用した後はア
ーバーを再利用することができるなどの点で前者の製造
方法よりも有利な面を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スリーブをア
ーバーに焼ばめして組み立てたワークロールは、上記利
点を有する反面、圧延時の熱応力、圧延荷重による応力
のほかに、焼ばめによる応力が発生し、焼ばめ面から割
損する事故の発生が多い。この対策案として、スリーブ
は、高合金鋳鋼等の高耐摩耗性のある高硬度の外層と、
靭性のある黒鉛鋳鋼の内層との二層構造にすることによ
り、上記応力に耐えられるようにしたものが提案されて
いる。この場合のスリーブは遠心鋳造で内層と外層を冶
金的に一体に製造している。

【０００４】しかしながら、このようにスリーブを内外
二層構造にしたうえでこれをアーバーに焼ばめする改良
案においても、特にスリーブの肉厚が薄い仕上げスタン
ド側のワークロールには適していないことを知見した。
すなわち、鋼板の熱間圧延の場合、粗スタンド側に用い
られるワークロールの外径は９００〜１２００ｍｍ位
で、仕上げスタンド側に用いられるワークロールの外径
は６５０〜８００ｍｍ位のものが普通である。ロールの
胴長さは１５００〜２５００ｍｍである。仕上げスタン
ド側のワークロールは、アーバーの外径を強度上あまり
小さくできないので（５５０〜６１０ｍｍ位）、スリー
ブの肉厚が粗スタンド側のワークロールに比べて薄い。
したがって、このようなスリーブが薄目であるワークロ
ールは、上記した後者の焼ばめによる方法で製造すると
強度的に耐えられなくて、やはりスリーブの割損の恐れ
があり、このため現状では前者の遠心鋳造法等でロール
胴部と軸心部を冶金的に一体に製造している。そこで本
発明は、スリーブが薄目のワークロールにおいても上記
利点を有する焼ばめ方式による製造方法を採用すること
ができ、割損の恐れの少ない熱間圧延用ワークロールを
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、アーバーが鋼
系材で構成されていること、外層がハイス材や高クロー
ム鋳鉄材等の高合金鋳鉄又は高合金鋳鋼で構成され、内
層が引張強さ８０Ｋｇ／ｍｍ²以上のクロムモリブデン
鋼やニッケルクロムモリブデン鋼等の合金鋼系材で構成
されて両層が溶着一体化されているスリーブを前記アー
バーに焼ばめしていること、前記アーバーとスリーブの
端部における境界において凹凸又はキーによって周方向
に係合させていることを特徴とする。

【０００６】

【作用】鋼系材で構成されたアーバーは靭性に富み、ス
リーブの高合金鋳鉄又は高合金鋳鋼で構成された外層は
耐摩耗性に優れる。前述した従来の焼ばめ方式のスリー
ブの内層は黒鉛鋳鋼で引張強さが６０Ｋｇ／ｍｍ²程度
であるが、本発明ではスリーブの内層に、引張強さ８０
Ｋｇ／ｍｍ²以上のクロムモリブデン鋼やニッケルクロ
ムモリブデン鋼等の合金鋼系材を用いるので、強度のあ
るスリーブとなり、圧延時の割損を防止できる。

【０００７】スリーブの内層をこのように引張強さ８０
Ｋｇ／ｍｍ²以上の合金鋼系材で構成した場合は強度を
確保できて有利である反面、熱伝導率が高いため、熱間
圧延開始時にこの内層とアーバーとの間に熱膨張差が生
じ、この膨張差によりアーバーとの間でスリップが発生
しやすいという難点が生じるのであり、凹凸又はキーに
よる係合手段はこのような難点を補って熱間圧延開始時
のスリップ発生を防止する働きをする。

【０００８】もともと焼ばめされたスリーブとアーバー
は異材質の別部材であるので、スリーブ側からアーバー
側に熱が伝わりにくく、両者の境界部で温度差が生じる
のであり、上記の内層材は従来のものに比べて熱伝導率
が高いため早く昇温しやすく、この温度差が更に大きく
なりやすい。これに関して更に言及すると、引張強さ８
０Ｋｇ／ｍｍ²以上の合金鋼系材（例えばクロムモリブ
デン鋼）からなる内層は熱伝導率（０．１０２Ｃａｌ／
ｃｍ・ｓｅｃ・°Ｃ）が、従来の黒鉛鋳鋼の熱伝導率
（０．０６０Ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・°Ｃ）よりも高い
ので、圧延開始時に圧延材の熱をロール表面から吸収し
て早く昇温しやすい。したがって、熱間圧延の開始時に
は、図５に示すように従来のものに比べ、アーバーより
スリーブの方が熱膨張が大きく先行する時間帯が生じ、
この間に焼ばめ力が弱まり、両者がスリップする恐れが
生じる。

【０００９】この現象を計算値ではあるが、図５に基づ
いて説明する。鋼板の連続熱間圧延では、圧延材を１２
５０°Ｃ前後に加熱して粗圧延を行い、８００〜９００
°Ｃで仕上げ圧延を行って、５００〜７００°Ｃで巻き
取る。したがって、ワークロールのスリーブは図５に示
すように圧延を開始すると間もなく１２０°Ｃ位に急上
昇する一方、アーバー側はそれより緩やかに徐々に温度
上昇する。焼ばめロールの場合、この温度差が、スリー
ブとアーバーとの膨張差となってあらわれる。スリーブ
の内層とアーバーの材質をクロムモリブデン鋼とし、焼
ばめ部の径を６１０ｍｍと想定して計算し、膨張値の差
を図６に示す。焼ばめ率は圧延トルクに耐えられる１／
１０００を設定値とする。すなわち、焼ばめ率を１／１
０００とすると、締め代が６１０μ位であるので、膨張
差が５００μを越える時間帯にスリップ発生の危険があ
る。しかし、本発明ではアーバーとスリーブをその境界
において凹凸又はキーによって周方向に係合させている
ので、圧延開始時にもその間でのスリップ発生を防止で
きることになる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の熱間圧延用ワークロールを示
す縦断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図、
図３は図１におけるＢ−Ｂ線拡大断面図であり、１はア
ーバー、２はアーバー１の外周に焼ばめされたスリーブ
であり、スリーブ２は内層３と外層４の二層構造からな
る。アーバー１の材質はクロムモリブデン鋼や鍛鋼等の
鋼系材であって、ＳＣＭ４４０が強度上好ましい。アー
バー１の焼ばめする部分の外径は６１０ｍｍとした。ア
ーバー１の軸方向一端側においてその周方向の少なくと
も１箇所に係合凸部５を設ける。係合凸部５を２箇所設
ける場合、その係合凸部５の寸法は軸方向長さＬを１２
０ｍｍ、幅Ｗを５６ｍｍ、高さＨ１を１８ｍｍ位にす
る。アーバー１の軸方向他端側においてはその周方向の
少なくとも１箇所にキー溝６を設ける。そのキー溝６に
打ち込むキー７の材質はクロムモリブデン鋼とし、キー
溝６が２箇所の場合、その軸方向長さＬは１２０ｍｍ、
幅Ｗを５６ｍｍ、高さＨ２は３２ｍｍ位とする。

【００１１】スリーブ２の外層４および内層３のそれぞ
れの材質は以下の通りである。内層３はクロムモリブデ
ン鋼やニッケルクロムモリブデン鋼等の引張強さ８０Ｋ
ｇ／ｍｍ²以上の材料からなる。例えば、ＳＣＭ４４０
は引張強さ１００Ｋｇ／ｍｍ²位であるので好ましい。
内層３の軸方向一端側の内周一部に、上記アーバー１の
キー溝６に対応するキー溝８を設け、軸方向他端側の内
周一部に上記係合凸部５の嵌合する凹部９を設けてい
る。

【００１２】外層４は、重量％において、Ｃ：１．５〜
２．５％、Ｓｉ：０．３〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜
２．０％、Ｃｒ：４．０〜１０．０％、Ｍｏ：４．０〜
１０．０％、Ｖ：３．０〜１０．０％、Ｗ：１．０〜
５．０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなる高炭素
系ハイス材が、硬度がＨｓ８０〜８５と高くて耐摩耗性
に優れるので好ましい。尚、その他Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉを
適宜配合してもよい。

【００１３】Ｃは、Ｃｒ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ等と結合して硬
度の高い炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させるために
必要な元素である。したがって、その含有量が１．５％
未満の場合は炭化物の量が少なくて耐摩耗性の向上が望
めない。Ｃが２．５％を越えると炭化物の量が多くな
り、靭性が低くなって耐熱クラック性が低下する。Ｓｉ
は脱酸剤として必要な元素である。その含有量が０．３
％未満ではその脱酸効果が少なく、２．０％を越えると
ぜい化しやすくなる。

【００１４】Ｍｎは、脱酸作用とともに不純物であるＳ
をＭｎＳとして固定するために必要な元素である。その
含有量が０．３％未満ではその効果が少なく、２．０％
を越えると残留オーステナイトが生じやすく、十分な硬
度が得られない。ＣｒはＣと結合して炭化物を形成し、
耐摩耗性の向上に寄与する元素である。その含有量が
４．０％未満ではその効果が少なく、１０．０％を越え
ると粗大な炭化物の量が多くなり、靭性が低下するとと
もに、粗大炭化物の欠落により耐肌荒性を劣化させる。

【００１５】ＭｏはＣと結合して炭化物を形成し、耐摩
耗性に寄与する元素である。その含有量が４．０％未満
では焼き入れ性の向上が望めず、かつ炭化物の量が少な
いため耐摩耗性に劣る。１０．０％を越えると過飽和と
なり、残留オーステナイトを安定化させて十分な硬度を
得ることができない。

【００１６】ＶはＣと結合して炭化物を形成し、耐摩耗
性に寄与する元素である。その含有量が３．０％未満で
はその効果が少なく、１０．０％を越えると炭化物の量
が多くなり過ぎて靭性が低下する。Ｗは、Ｃと結合して
高硬度の炭化物を形成し、耐摩耗性の向上および高温強
度の向上に寄与する元素である。その含有量が１．０％
未満ではその効果が少なく、５．０％を越えると炭化物
の量が多くなり、靭性が低下する。このほか高合金グレ
ン材、高クローム鋳鉄材、工具用高速度鋼材も用いられ
る。

【００１７】スリーブ２は、外層４と内層３の材質が上
記のように大きく異なるので、従来のように遠心鋳造法
では製造不可能である。遠心鋳造法でスリーブを製造し
ていた従来のものでは、外層に耐摩耗性に優れるハイス
材を採用しにくかった。その理由はＷやＶが遠心力で径
方向に偏る傾向になり、材質が補償できないからであ
る。内層については、外層との境界に材質を悪化させる
混合層が形成してはならないので、外層と材質的にかけ
離れた材料を採用することができなかった。そこで、本
発明では、スリーブ２の外層４にハイス材を採用できる
し、また内層３をそれとは大きく異なる上記材質で構成
する場合もその製造を可能にする鋳かけ肉盛り溶接法を
採用する。

【００１８】この鋳かけ肉盛り溶接に際しては、予め内
層３をクロムモリブデン鋼でパイプ状（内径５５０ｍ
ｍ、外径６９０ｍｍ）に鍛造し、しかる後この内層３の
外周に外層４を鋳かけ肉盛り溶接法で一体に溶着させ
る。この溶接法に使用する鋳かけ肉盛り溶接製造装置を
図４に示し、この図４に基づき更に詳しく説明する。こ
の装置は架台（図示せず）に垂直にセットされたパイプ
状の内層３の外周に外層４の厚みを得るのに必要な所定
の間隔をおいて円環状の水冷型１０が配設される。この
水冷型１０の上部に黒鉛系耐火材からなる緩衝型１１お
よび磁界遮断水冷銅板１２を介して勾配の異なるテーパ
状の周壁を有する耐火枠１６がセットされる。その耐火
枠１６の外周には円環状の高周波加熱用コイル１４が同
軸的に配置され、この高周波加熱用コイル１４はその周
囲を耐火材１３によって保護されるとともに、その肉厚
内にはコイル冷却用通水路１５が内外二重構造にして円
環状に配置される。以上の水冷型型１０，緩衝型１１，
耐火材１３、及び耐火枠１６をもって鋳かけ肉盛り溶接
用の組合わせ鋳型が構成されている。尚、図４中の１７
は初期の溶湯流出防止用の受け板である。

【００１９】この製造装置を用いて内層３の外周に外層
４を溶着するには、まず内層３を上記組合わせ鋳型内に
垂直かつ同軸的にセットするとともに、その下端部に昇
降機構（図示せず）を装着する。次に、高周波加熱用コ
イル１４に通電し、通水路１５に冷却水を流通させた状
態で、耐火枠１６と内層３とにより形成される空間内
に、外層４を形成すべき溶湯１８を注入する。この溶湯
１８の表面は断熱および酸化防止のため溶融フラックス
１９により被覆するとともに、高周波加熱用コイル１４
により加熱攪拌して溶湯１８が凝固しないようにする。
この状態で、上記昇降機構を介して内層３を矢印Ｙ方向
に断続的に降下させると、溶湯１８も連動して降下し、
緩衝型１１、水冷型１０に至って、漸次凝固が開始され
る。一方、内層３の表面は溶湯１８の熱により一部溶解
し、それが溶湯１８と混合しながら、溶湯１８の漸次凝
固により外層４と完全に溶着一体化される。そして、溶
湯１８の表面の降下につれて、新たに溶湯１８を補給し
てその表面を一定の水準に保持することによって、スリ
ーブ２を連続的に製造することができる。

【００２０】このようにして得たスリーブ２は、その後
熱処理し、内径加工、係合溝加工等の機械加工をするこ
とにより外径仕上がり寸法を７６０ｍｍに、その長さを
１８００ｍｍに仕上げたうえで、２００°Ｃ位に加熱し
てアーバー１に焼ばめする。この場合、焼ばめ率は１／
１０００で、焼ばめ代は６１０μである。焼ばめ率は、
用途に応じて１／１５００〜１／５００の範囲で圧延ト
ルクに耐えられる数値を選択することがよい。最後に、
キー溝６，８にキー７を打ち込む。尚、キー７は打ち込
み後、万一抜け出ることのないようにアーバー１に溶接
することが好ましい。

【００２１】アーバー１とスリーブ２の境界において係
合凹凸部９，５又はキー７で周方向に係合させる手段と
して、上記実施例ではその軸方向一端を係合凹凸部９，
５で係合させ、他端にキー７を打ち込んであるが、これ
に限定されるものではなく、そのほかに、例えば、係合
凹凸部９，５又はキー７の一方のみでもよく、また軸方
向両端共に係合凹凸部９，５で係合させるか、又は軸方
向両端共にキー７を打ち込むようにするもよい。これら
係合凹凸部９，５又はキー７は圧延開始時の僅かな時間
帯におけるスリップ防止のためであるから、軸方向全長
にわたるものでなくて、軸方向両端のみ又は一端のみで
あっても充分に所期の目的を達成できるからである。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、スリーブ
の外層はハイス材や高クローム鋳鉄材等の高合金鋳鉄又
は高合金鋳鋼で構成し、内層は引張強さ８０Ｋｇ／ｍｍ
2 以上のクロムモリブデン鋼やニッケルクロムモリブデ
ン鋼等の合金鋼系材で構成するとともに、そのスリーブ
とアーバーとの境界において凹凸又はキーによって周方
向に係合させているので、圧延時のスリーブのスリップ
を防止でき、特に仕上げスタンド側に用いられるスリー
ブが薄目のワークロールを焼ばめ方式で製造しても割損
発生の恐れのない耐久性に優れるワークロールとして極
めて有用な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱間圧延用ワークロールの縦断面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図である。

【図３】図１におけるＢ−Ｂ線拡大断面図である。

【図４】スリーブの鋳かけ肉盛り溶接製造装置の縦断面
図である。

【図５】熱間圧延開始時におけるアーバーとスリーブの
温度上昇と圧延時間の関係を示す図である。

【図６】熱間圧延開始時におけるアーバーとスリーブの
膨張差を示す図である。

【符号の説明】

１アーバー２スリーブ３内層４外層５係合凸部６キー溝７キー

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ１６Ｂ 3/00 Ｆ１６Ｂ 3/00 Ｆ１６Ｃ 13/00 Ｆ１６Ｃ 13/00 Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21B 27/03 B21B 27/00 C22C 37/00 C22C 38/22 F16B 3/00 F16C 13/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アーバーが鋼系材で構成されているこ
と、外層がハイス材や高クローム鋳鉄材等の高合金鋳鉄又は
高合金鋳鋼で構成され、内層が引張り強さ８０Ｋｇ／ｍ
ｍ²以上のクロムモリブデン鋼やニッケルクロムモリブ
デン鋼等の合金鋼系材で構成されて両層が溶着一体化さ
れているスリーブを前記アーバーに焼ばめしているこ
と、前記アーバーとスリーブの端部における境界において凹
凸又はキーによって周方向に係合させていることを特徴
とする熱間圧延用ワークロール。