JP3755757B2

JP3755757B2 - Composite roll for sheet rolling

Info

Publication number: JP3755757B2
Application number: JP2002063440A
Authority: JP
Inventors: 敏幸服部; 弘哉伊藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: JP2003260502A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間薄板圧延、冷間薄板圧延等に用いられる板圧延用ロールに関し、特に靭性に優れる鋼または鉄系材料からなる内層あるいは軸材の外周に、超硬合金からなる外層を形成した超硬合金製板圧延用複合ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間、冷間の板圧延の分野では、肌品質の向上、耐摩耗性の向上の要求から高品質な圧延用ロールの使用が進んでいる。熱間圧延の分野では、高合金グレンロールや高クロムロールからハイス系ロールに替わりつつある。冷間圧延の分野では、鍛鋼ロールの分野での高性能化が進むと同時に耐摩耗性の要求が非常に強い分野では、肉盛法によるハイス、セミハイス系ロールが使用されているところもある。
【０００３】
冷間圧延の分野では、さらに超硬合金を用いたロールも開示されている。例えば特開平１０−２６３６２８号公報には、鋼と超硬合金の中間的なヤング率を得るために、外層を超硬合金とし芯材を鋼系の材料とした複合ロールが記載されている。また、特開平８−７１６０３号公報には、ステンレス冷延鋼帯において、ＷＣ系超硬合金を使用することにより優れた表面光沢を得られることが記載されている。
【０００４】
冷間、熱間両方の用途共に表面肌の向上、耐摩耗性の向上に対する要求は高い。冷間圧延で既に一部使用されている超硬合金ロールは、耐摩耗性が非常に高く、両用途に対し、最適な材質のひとつと言える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
熱間、冷間の板圧延において、絞込みと言われる圧延トラブルが共通の問題点である。これは圧延途中、圧延材が２重あるいは３重になってロールギャップ間に噛みこむ現象であり、このような事故が発生すると、ロールに局部的に過大な応力がかかり、噛み込んだ部分にしばしば被圧延材がロール表面に焼き付くものである。
【０００６】
このような負荷を受けたロール表面部は、急激な温度上昇と、その後の急冷により、殆ど例外なくロール表面にヒートクラックが発生する。このようなヒートクラックは、ロール内部応力および圧延応力により、ロール内部に進展しスポーリングと呼ばれる大きなロール破壊事故を引き起こす可能性があるため、圧延使用前に完全に旋削あるいは研削加工によって除去されなければならない。超硬合金の場合、クラック進展に対する抵抗は弱いので、圧延事故時のクラック発生を極力避けなければならない。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、ロール外層を耐摩耗性などに優れた超硬合金で形成するとともに、クラックの発生を抑えることができる板圧延用複合ロールを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の板圧延用複合ロールは、超硬合金からなる外層と鋼または鉄系材料からなる内層を熱間静水圧プレス法にて接合してなり、該超硬合金は黒鉛を含有することを特徴とする。また、本発明の第２形態の板圧延用複合ロールは、超硬合金からなる外層と鋼または鉄系材料からなる内層を熱間静水圧プレス法にて接合した複合スリーブロールを、鋼または鉄系材料からなるシャフトに嵌合してなり、該超硬合金は黒鉛を含有することを特徴とする。
【０００９】
本発明において、超硬合金からなる外層と、鋼または鉄系材料からなる内層との間に超硬合金または金属で形成された中間層を１層以上介在させることが好ましい。
【００１０】
【作用】
絞込みによる圧延事故が起こると、被圧延材が強圧でロール表面に焼き付き、摩擦熱と圧延材自身が持つ熱がロール表面に加わり、その後の冷却水による急冷によって熱衝撃を受けヒートクラックが発生する。従って、この被圧延材の焼き付きを防止できれば、耐クラック性を改善することが可能となる。
【００１１】
そこで、本発明者は超硬合金に固体潤滑材として黒鉛を含有させることにより、被圧延材との摩擦を低減し、さらに焼き付き性を改善することに着目した。超硬合金は、硬質の炭化物である炭化タングステン（ＷＣ）を重量比率で７０％以上含有し、金属との焼き付き性は、鋼等の金属系材質に対して優れる。これに黒鉛を含有させれば、更に耐焼き付き性を改善することが可能となりしかも金属との摩擦を低減することができる。超硬合金に黒鉛を含有させることにより被圧延材との耐焼き付き性を改善し、更に絞込み等の事故時に圧延材との間に発生する摩擦熱も低減させ、ロール表面への熱衝撃を和らげて耐クラック性の改善が可能となる。
【００１２】
冷間、熱間板圧延用超硬ロールとしては、例えば、特開平１０−５８２３号公報に開示された複合スリーブロールや、特開平１０−５８２４号公報に開示された複合中実ロールを用いることが考えられる。これらは、超硬合金を外層とし、内層を鋼等の靭性のある材質とした複合ロールであり、耐摩耗性と靭性を兼ね備えた複合ロールである。板圧延は、圧延材の形状制御のため、圧延中にロールに曲げを加えることが一般的であり、このような靭性の高い複合ロールが必要となる。
【００１３】
本発明は、このような複合ロールの外層を黒鉛を含有する超硬合金により構成するものであり、このようなロールの製造方法として、内層に鉄あるいは鋼を用いて熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）法により超硬合金からなる外層を接合させるものである。また、本発明のロールの構造は、鋼等の内層（軸材）の外周に超硬合金の外層を接合した中実の複合ロールでもよく、中空円筒状の鋼等からなる内層の外周に超硬合金の外層を接合した複合スリーブロールを鋼等のシャフトに焼嵌めて組み立てたものでも良い。
【００１４】
超硬合金からなる外層と、鋼または鉄系材料からなる内層との接合にあたっては、両者の接合強度を十分に確保するため、外層と内層との間に、超硬合金または金属からなる中間層を介在させるのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
外径２２０ｍｍ、長さ３５００ｍｍの鍛鋼からなる内層のまわりに、外径３８０ｍｍ、長さ１８００ｍｍの鋼で形成したＨＩＰ缶を設置し、内層の外面とＨＩＰ缶の内面との間に形成された空隙に、重量比でＷＣ粉末８５％、Ｃｏ粉末１３％、黒鉛粉末２％の混合粉末を充填した。次いで、ＨＩＰ缶を鋼の蓋で溶接密封した後、７００℃にて真空ポンプで脱気処理を行なった。ＨＩＰ缶にリークが生じていないことを確認した後、１３００℃、１４００気圧にてＨＩＰ処理を行なった。冷却後、ＨＩＰ缶を加工除去し、超音波探傷検査にて、外層と内層の接合が健全であり、外層および内層に欠陥がなく健全であることを確認した。また、ロール外層の組織を調査した結果、超硬合金の組織中に面積率で１％の黒鉛が含有していることを確認した。
【００１６】
（実施例２）
外径７５０ｍｍ、長さ２８００ｍｍの鋼で形成されたＨＩＰ缶に、外径４５０ｍｍ、内径３００ｍｍ、長さ２８００ｍｍの中空円筒状の鍛鋼からなる内層を設置し、内層の外面とＨＩＰ缶の内面との間に形成された空隙に、重量比でＷＣ粉末８５％、Ｃｏ粉末１３％、黒鉛粉末２％の混合粉末を充填した。次いで、ＨＩＰ缶を鋼の蓋で溶接密封した後、７００℃にて真空ポンプで脱気処理を行なった。ＨＩＰ缶にリークが生じていないことを確認した後、１３００℃、１４００気圧にてＨＩＰ処理を行なった。冷却後、ＨＩＰ缶を加工除去し、超音波探傷検査にて、外層と内層の接合が健全であり、外層および内層に欠陥がなく健全であることを確認した。また、ロール外層の組織を調査した結果、超硬合金の組織中に面積率で１％の黒鉛が含有していることを確認した。このように作製した複合スリーブロールの内径を加工した後、複合スリーブロールをクロムモリブデン鋼からなるシャフト材（アーバー）の外周に焼嵌め、組み立て式のロールを完成させた。
【００１７】
（実施例３）
外径７５０ｍｍ、長さ２８００ｍｍの鋼で形成されたＨＩＰ缶に、外径４５０ｍｍ、内径３００ｍｍ、長さ２８００ｍｍの中空円筒状の鍛鋼からなる内層を設置し、この内層材の周囲に内径４７０ｍｍ、厚み２ｍｍの鋼管からなる仕切り部材を配置した。ＨＩＰ缶の内面と仕切り部材の外面との間の空隙に重量比でＷＣ粉末８５％、Ｃｏ粉末１３％、黒鉛粉末２％の混合粉末を充填した。また、仕切り部材の内面と内層の外面との間の空隙に中間層となるＷＣ粉末３０％、Ｃｏ粉末３０％の混合粉末を充填した。充填後、仕切り部材を引き抜き、次いで、ＨＩＰ缶を鋼の蓋で溶接密封した後、７００℃にて真空ポンプで脱気処理を行なった。ＨＩＰ缶にリークが生じていないことを確認した後、１３００℃、１４００気圧にてＨＩＰ処理を行なった。冷却後、ＨＩＰ缶を加工除去し、超音波探傷検査にて、外層と内層の接合が健全であり、外層および内層に欠陥がなく健全であることを確認した。また、ロール外層の組織を調査した結果、超硬合金の組織中に面積率で１％の黒鉛が含有していることを確認した。このように作製した複合スリーブロールの内径を加工した後、複合スリーブロールをクロムモリブデン鋼からなるシャフト材（アーバー）の外周に焼嵌め、組み立て式のロールを完成させた。
【００１８】
（実施例４）
絞り込み時のロール表面クラック発生の発生程度を評価するため、図1に示す摩擦熱衝撃試験装置で摩擦熱衝撃試験を実施した。図１において、この装置はラック１４に錘１３を落下させることによりピニオン１５を回転させ、試験材１１に軟鋼材１２を強く噛み込ませ、試験材１１の噛み込み面に発生した焼き付き状況とクラックの発生状況を評価する試験機である。試験後、試験材表面の軟鋼材の焼き付き面積、クラック深さを測定し、ロール材質の耐焼き付き性、耐クラック性を評価した。表１に本発明のロールの外層材と、比較例として従来ロール材の試験結果を示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１から、超硬合金に固体潤滑材として黒鉛を含有させた本発明例（試料Ｎｏ．１、試料Ｎｏ．２）は、黒鉛を含有しない超硬合金からなる比較例（試料Ｎｏ．３、試料Ｎｏ．４）に比べて、試験材表面の焼き付き面積率が少なく、耐焼き付き性に優れる。また、比較例は試験材表面にクラックが発生したが、本発明例は黒鉛の含有によりクラックが発生せず耐クラック性に優れることが確認できた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、ロール外層を耐摩耗性に優れた超硬合金に黒鉛を含有させることにより、板圧延用ロールとして用いることで、絞り込み等の圧延事故時の焼き付きを抑制することができ、クラックによるロール損失を減少し、ロール原単位を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】摩擦熱衝撃試験装置の概略図を示す。
【符号の説明】
１１試験材、１２軟鋼材、１３錘、１４ラック、１５ピニオン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a roll for sheet rolling used in hot sheet rolling, cold sheet rolling, etc., and in particular, an outer layer made of cemented carbide is formed on the outer layer of a steel or iron-based material or shaft material having excellent toughness. The present invention relates to a composite roll for rolling a cemented carbide sheet.
[0002]
[Prior art]
In the field of hot and cold plate rolling, the use of high-quality rolling rolls is progressing due to demands for improved skin quality and improved wear resistance. In the field of hot rolling, high alloy grain rolls and high chromium rolls are being replaced by high speed rolls. In the field of cold rolling, high-speed and semi-high-speed rolls based on the overlaying method are used in fields where the demand for wear resistance is extremely strong at the same time as the improvement in performance in the field of forged steel rolls.
[0003]
In the field of cold rolling, rolls using cemented carbide are also disclosed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-263628 describes a composite roll in which an outer layer is a cemented carbide and a core material is a steel-based material in order to obtain an intermediate Young's modulus between steel and cemented carbide. JP-A-8-71603 describes that excellent surface gloss can be obtained by using a WC cemented carbide in a stainless cold-rolled steel strip.
[0004]
For both cold and hot applications, there is a high demand for improved surface skin and improved wear resistance. Cemented carbide rolls that are already partly used in cold rolling have very high wear resistance and can be said to be one of the most suitable materials for both applications.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In hot and cold plate rolling, a rolling trouble called narrowing is a common problem. This is a phenomenon in which the rolled material becomes double or triple in the middle of rolling and is caught between the roll gaps. When such an accident occurs, excessive stress is locally applied to the roll, and the part caught Often, the material to be rolled is baked onto the roll surface.
[0006]
The roll surface portion subjected to such a load generates heat cracks on the roll surface almost without exception due to a rapid temperature rise and subsequent rapid cooling. Such heat cracks can propagate inside the roll due to the internal stress and rolling stress of the roll and cause a large roll breakage accident called spalling, and must be completely removed by turning or grinding before rolling. I must. In the case of cemented carbide, the resistance to crack propagation is weak, so the occurrence of cracks during rolling accidents must be avoided as much as possible.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a composite roll for plate rolling in which the outer layer of the roll is formed of a cemented carbide excellent in wear resistance and the like, and generation of cracks can be suppressed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The composite roll for sheet rolling of the present invention is formed by joining an outer layer made of cemented carbide and an inner layer made of steel or iron-based material by a hot isostatic pressing method, and the cemented carbide contains graphite. Features. Further, the composite roll for sheet rolling according to the second embodiment of the present invention comprises a composite sleeve roll in which an outer layer made of cemented carbide and an inner layer made of steel or iron-based material are joined by a hot isostatic pressing method. The cemented carbide is fitted to a shaft made of a system material, and the cemented carbide contains graphite.
[0009]
In the present invention, it is preferable that one or more intermediate layers made of cemented carbide or metal are interposed between an outer layer made of cemented carbide and an inner layer made of steel or an iron-based material.
[0010]
[Action]
When a rolling accident occurs due to narrowing, the material to be rolled is seized onto the roll surface with high pressure, frictional heat and the heat of the rolled material itself are applied to the roll surface, and heat cracks occur due to thermal shock due to the subsequent rapid cooling with cooling water. . Therefore, if the seizure of the material to be rolled can be prevented, the crack resistance can be improved.
[0011]
Therefore, the present inventor has paid attention to reducing the friction with the material to be rolled and further improving the seizure property by adding cement as a solid lubricant to the cemented carbide. The cemented carbide contains tungsten carbide (WC), which is a hard carbide, in a weight ratio of 70% or more, and the seizure property with a metal is superior to a metal-based material such as steel. If graphite is contained in this, it becomes possible to further improve the seizure resistance and reduce friction with the metal. By including graphite in the cemented carbide, the seizure resistance with the material to be rolled is improved, and the frictional heat generated between the rolled material at the time of an accident such as narrowing is reduced, and the thermal shock on the roll surface is reduced. Thus, the crack resistance can be improved.
[0012]
As a cemented carbide roll for cold and hot plate rolling, for example, a composite sleeve roll disclosed in JP-A-10-5823 or a composite solid roll disclosed in JP-A-10-5824 is used. Can be considered. These are composite rolls in which a cemented carbide alloy is used as the outer layer and the inner layer is made of a tough material such as steel, and is a composite roll having both wear resistance and toughness. In plate rolling, in order to control the shape of the rolled material, it is common to bend the roll during rolling, and such a tough composite roll is required.
[0013]
In the present invention, the outer layer of such a composite roll is made of a cemented carbide containing graphite. As a method for producing such a roll, hot isostatic pressing (HIP) using iron or steel as the inner layer is performed. ) Method to join the outer layer made of cemented carbide. The roll structure of the present invention may be a solid composite roll in which an outer layer of cemented carbide is joined to the outer periphery of an inner layer (shaft material) such as steel. A composite sleeve roll joined with a hard alloy outer layer may be assembled by shrink fitting on a shaft of steel or the like.
[0014]
In joining the outer layer made of cemented carbide and the inner layer made of steel or iron-based material, an intermediate layer made of cemented carbide or metal is provided between the outer layer and the inner layer in order to ensure sufficient bonding strength between them. It is preferable to intervene.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Example 1
A HIP can formed of steel having an outer diameter of 380 mm and a length of 1800 mm is installed around an inner layer made of forged steel having an outer diameter of 220 mm and a length of 3500 mm, and a gap formed between the outer surface of the inner layer and the inner surface of the HIP can Further, a mixed powder of 85% WC powder, 13% Co powder, and 2% graphite powder was filled in a weight ratio. Next, the HIP can was hermetically sealed with a steel lid, and then degassed with a vacuum pump at 700 ° C. After confirming that no leak occurred in the HIP can, the HIP treatment was performed at 1300 ° C. and 1400 atm. After cooling, the HIP can was processed and removed, and it was confirmed by ultrasonic flaw detection that the bonding between the outer layer and the inner layer was sound, and the outer layer and the inner layer were sound without defects. Moreover, as a result of investigating the structure of the outer layer of the roll, it was confirmed that 1% of graphite by area ratio was contained in the structure of the cemented carbide.
[0016]
(Example 2)
An HIP can formed of steel having an outer diameter of 750 mm and a length of 2800 mm is provided with an inner layer made of hollow cylindrical forged steel having an outer diameter of 450 mm, an inner diameter of 300 mm and a length of 2800 mm, and the outer surface of the inner layer and the inner surface of the HIP can The voids formed therebetween were filled with a mixed powder of 85% WC powder, 13% Co powder, and 2% graphite powder by weight. Next, the HIP can was hermetically sealed with a steel lid, and then degassed with a vacuum pump at 700 ° C. After confirming that no leak occurred in the HIP can, the HIP treatment was performed at 1300 ° C. and 1400 atm. After cooling, the HIP can was processed and removed, and it was confirmed by ultrasonic flaw detection that the bonding between the outer layer and the inner layer was sound, and the outer layer and the inner layer were sound without defects. Moreover, as a result of investigating the structure of the outer layer of the roll, it was confirmed that 1% of graphite by area ratio was contained in the structure of the cemented carbide. After processing the inner diameter of the composite sleeve roll produced in this way, the composite sleeve roll was shrink-fitted onto the outer periphery of a shaft material (arbor) made of chromium molybdenum steel to complete an assembly-type roll.
[0017]
Example 3
An HIP can made of steel having an outer diameter of 750 mm and a length of 2800 mm is provided with an inner layer made of hollow cylindrical forged steel having an outer diameter of 450 mm, an inner diameter of 300 mm and a length of 2800 mm, and an inner diameter of 470 mm and a thickness around the inner layer material. A partition member made of a 2 mm steel pipe was disposed. A gap between the inner surface of the HIP can and the outer surface of the partition member was filled with a mixed powder of 85% WC powder, 13% Co powder, and 2% graphite powder in a weight ratio. Further, a gap between the inner surface of the partition member and the outer surface of the inner layer was filled with a mixed powder of 30% WC powder and 30% Co powder serving as an intermediate layer. After filling, the partition member was pulled out, and then the HIP can was welded and sealed with a steel lid, followed by deaeration with a vacuum pump at 700 ° C. After confirming that no leak occurred in the HIP can, the HIP treatment was performed at 1300 ° C. and 1400 atm. After cooling, the HIP can was processed and removed, and it was confirmed by ultrasonic flaw detection that the bonding between the outer layer and the inner layer was sound, and the outer layer and the inner layer were sound without defects. Moreover, as a result of investigating the structure of the outer layer of the roll, it was confirmed that 1% of graphite by area ratio was contained in the structure of the cemented carbide. After processing the inner diameter of the composite sleeve roll produced in this way, the composite sleeve roll was shrink-fitted onto the outer periphery of a shaft material (arbor) made of chromium molybdenum steel to complete an assembly-type roll.
[0018]
(Example 4)
In order to evaluate the degree of occurrence of roll surface cracks during narrowing, a frictional thermal shock test was conducted with the frictional thermal shock test apparatus shown in FIG. In FIG. 1, this apparatus rotates a pinion 15 by dropping a weight 13 on a rack 14, causing a mild steel material 12 to be strongly bitten into a test material 11, and a seizure situation and cracks generated on the biting surface of the test material 11. It is a testing machine that evaluates the occurrence status of After the test, the seizure area and crack depth of the mild steel material on the surface of the test material were measured, and the seizure resistance and crack resistance of the roll material were evaluated. Table 1 shows the outer layer material of the roll of the present invention and a test result of a conventional roll material as a comparative example.
[0019]
[Table 1]

[0020]
From Table 1, the present invention example (sample No. 1 and sample No. 2) containing cemented carbide in a solid lubricant as a solid lubricant is a comparative example (sample No. 3, sample no. 3) made of cemented carbide not containing graphite. Compared to sample No. 4), the area ratio of seizure on the surface of the test material is small and the seizure resistance is excellent. Moreover, although the crack generate | occur | produced on the test material surface in the comparative example, it was confirmed that the inventive example was excellent in crack resistance without cracking due to the inclusion of graphite.
[0021]
【The invention's effect】
The present invention can suppress the seizure at the time of rolling accident such as squeezing by using graphite as a roll for sheet rolling by adding the outer layer of the roll to a cemented carbide excellent in wear resistance, and due to cracks. Roll loss can be reduced and roll unit consumption can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a schematic view of a frictional thermal shock test apparatus.
[Explanation of symbols]
11 test materials, 12 mild steel materials, 13 spindles, 14 racks, 15 pinions

Claims

A composite roll for sheet rolling, wherein an outer layer made of a cemented carbide and an inner layer made of a steel or iron-based material are joined by a hot isostatic pressing method, and the cemented carbide contains graphite.

A composite sleeve roll in which an outer layer made of cemented carbide and an inner layer made of steel or iron-based material are joined by a hot isostatic pressing method is fitted to a shaft made of steel or iron-based material. Is a composite roll for sheet rolling characterized by containing graphite.

The composite roll for plate rolling according to claim 1 or 2, wherein one or more intermediate layers are provided between the outer layer and the inner layer.

The said intermediate | middle layer is a cemented carbide or a metal, The composite roll for plate rolling in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.