JP3782960B2 - ロール胴体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板処理ライン等に用いられるロールにおいて、通板材と転動接触する作用部を構成する中空状のロール胴体に関し、詳しくは、板巻き法によって製造されたロール胴体の溶接部に生じ、焼入硬度ムラ等の原因になる、初析フェライトバンドを消去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空ロールの胴体は、通常、リング鍛造法，遠心鋳造法，板巻き法のいずれかによって製造される。これらの製造法には夫々一長一短があるが、厚手の鋼板をＣ字状に巻き、Ｃ字の開口部を溶接で閉じて円筒にする板巻き法が、低コストで製造できる上、ピンホール欠陥と無縁であるという強味によって優位にある。但し、板巻き法で製造されたロール胴体には溶接部が存在するから、溶接線に沿って生じる初析フェライトバンドが胴体外周面に焼入硬度ムラをもたらさないよう、種々の対策が講じられてきた。因に、上記硬度ムラは、裸ロールは無論のこと、胴体外周面にCrメッキやサーメット溶射被覆を施したロールの外周面にあっても、硬度ムラないしは他の表面特性ムラ（微小な研磨段差など）として大なり小なり露呈し、通板材にロールマークが生じる原因になることがある。ついては、裸ロールの段階で上記初析フェライトバンドを消去しておくことが望ましい。
【０００３】
上記初析フェライトバンドを消去する手段として、特開平５−６９１２６号公報に開示された技術を挙げることができる。この技術は、板巻き法で製造されたロール胴体の溶接部の、初析フェライトバンドが生じている部分をレーザー等によって再溶融することで初析フェライトバンドを消滅させるという簡便なものである。しかしながら、難なく再溶融させることのできる深さは３mm足らずであるため、浅い焼入れを施すロールには好適であるが、３mm前後あるいはそれ以上の深さの焼入を施すロールには不満足である。ついては、所望の深さに亘って初析フェライトバンドを消去できる簡便な技術が切望されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、板巻き法で製造された中空ロール胴体において、溶接線に沿った初析フェライトバンドを所望の深さに亘って消去することのできる簡便な技術の提供を課題とした。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべくなされた本発明の要旨は、鋼板をＣ字状に巻き、Ｃ字の開口部を溶接で閉じて円筒にしたロール胴体であって、その溶接部の構造を、サブマージドアーク溶接法，炭酸ガス溶接法，エレクトロスラグ溶接法のいずれかの溶接法による大入熱溶接部を母体とし、該大入熱溶接部のボンド部を含む溶接線沿いの細巾帯状部分を溝状に削り 込み、形成した溝を粉体溶加材あるいは棒状溶加材を用いた電子ビーム溶接法，レーザー溶接法，プラズマ移行アーク溶接法のいずれかの溶接法を用いて低入熱溶接による溶接金属で埋め戻し、ロール胴体外周面側の所望深さに亘って置換した構造としたことを特徴とするロール胴体である。すなわち、板巻き法で製造されたロール胴体に対して、初析フェライトバンドが生じている溶接ボンド部を含む溶接線沿いの細巾帯状部分を機械的な手段などで溝状に削り込み、この溝を、初析フェライトバンドの生成が実質的に無視できるような低入熱溶接による溶接金属で埋め戻すという材質置換処置を所望深さに亘って施すだけで、初析フェライトバンドが、たとえば焼入深さレベルまで除去されたロール胴体が得られるところとなって、前記本発明の課題が解決されたのである。
【０００６】
なお、ロールの胴体部分を対象とした上記本発明技術は、この技術を胴体部材に適用した後、その胴体にロール軸部材を取付けるとい形で実施されてもよく、また、既に軸部材の取付けられた胴体部材に適用するという形で実施されてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明ロール胴体の一実施例を模式的に示す図であって、１はロール胴体、２はＣ字状に巻かれた鋼板（溶接時に溶融した部分は含まれない）、３は溶接部である。溶接部３は、大入熱溶接部４を母体とする溶接部であって、５は、低入熱溶接の溶接金属で置換された置換溶接部、４は大入熱溶接されたまゝの部分である。
【０００８】
図２は、上記本発明ロール胴体１の上記置換溶接部５を形成する前の仕掛り段階の態様を模式的に示す図であって、ロール胴体１における溶接されたままの大入熱溶接部４は、その一部が低入熱溶接の溶接金属で置換されて図１の置換溶接部５となり、残る大部分が図１の溶接部４として持越される。上記大入熱溶接部４には溶接金属4a，ボンド部4b，熱影響部4cが含まれる。溶接金属4aは溶加材起源の溶着金属と、溶接時に鋼板が溶融して加わった金属とから成る。ボンド部4bは溶接金属4aと鋼板２との接合界面であり、初析フェライトバンド4aaは、ボンド部4bに接する形で溶接金属4a内に生じている。熱影響部4cは、鋼板２内の、溶接の熱で粗粒化した部分である。
【０００９】
大入熱溶接部４は、サブマージドアーク溶接法，炭酸ガス溶接法，エレクトロスラグ溶接法などによって形成する。大入熱溶接によるのは、ボリュームの大きい貫通溶接部を、経済的に成り立つ高能率で施工するためである（この点は通常の溶接と同じである。そして、上記高能率の代償として、上記大ボリュームないし大入熱起因の、無視できないフェライトバンドが生じるのである）。
【００１０】
置換溶接部５は、図２の溶接部４のボンド部4b部分とその近傍を、置換溶接部を形成しようとする深さ（図１に符号Ｌで図示）まで溝状に削り取って、図１に点線で示す形状の溝Ｇを形成し、この溝Ｇを、電子ビーム溶接法，レーザー溶接法，プラズマ移行アーク溶接法（粉体溶加材あるいは棒状溶加材を使用）などによる低入熱溶接の溶接金属で埋め戻して形成する。低入熱溶接によるのは、新たな初析フェライトバンドや熱影響部を無視できないレベルで生じさせないためである。上記溶接法の中では、プラズマ移行アーク溶接法が、大がゝりな設備造作や段取り・施工手数を要せず、また、左右２条の同時施工も容易であって、経済性の点で好ましい。なお、上記の溝Ｇは、シェーパーなどの通常手段によって形成すればよい。
【００１１】
上記置換溶接部５の形成深さは、初析フェライトバンドを消去する目的に応じた所望値に設定される。たとえば、ロール胴部外周面の焼入硬度ムラの解消が目的である場合には、置換溶接部５の深さを焼入深さ以上とすることが望ましい。こうすることにより、ロールの再研磨使用に際して、焼入層に係る研磨代が未だ残存している深さで初析フェライトバンド起因の硬度ムラが露呈して、残る研磨代が無駄になるという事態が避けられる。
【００１２】
置換溶接部５（ついては前記削溝）は、初析フェライトバンドが確実に除去される位置取りと巾（３〜４mm前後）を以て形成する。更には、熱影響部もカバーする位置取りと巾（８〜１０mm前後）にして、焼入硬度等の均一性をより高度にすることが望ましい。
【００１３】
以上、板巻き法ロール胴体の溶接部に係る、初析フェライトバンドないしは熱影響部の除去による、胴体外周面特性（焼入感受性など）の均一化について述べたが、この他、溶接金属の材質も、本発明の均一化指向に照らして重要である。先ず、置換溶接部５については、これを形成するための電子ビーム，レーザー，プラズマ移行アークの各溶接法共に、溶接金属の材質を母材（鋼板）の材質と略同等にすることが容易である。次に、大入熱溶接部４ついては、これをエレクトロスラグ溶接法によって形成することが望ましい。これは、この溶接法が、サブマージドアーク溶接法あるいは炭酸ガス溶接法と比べて、段取手数や施工能率の点で若干劣るものの、母材材質と同材質ないしは溶接時消耗成分を富化した補償材質の鋼板や鋼棒を溶加材として用いて、夾雑物や欠陥の少ない健全な溶接部を容易に形成できるため、母材と略同材質で、しかも圧延製造された鋼板並みにピンホール等の欠陥が少ない溶接部が形成できて、溶接部に係る材質的な不均一性が皆無に近くなるからである。
【００１４】
なお、本発明ロール胴体の製造に当っては、各溶接工程の前後において、補助的な予熱あるいは熱処理を必要に応じて施すことが望ましい。たとえば、大入熱溶接後の900℃前後の熱処理は、大入熱溶接されたまゝの形で残される部分の、粗粒化溶接金属の細粒化とフェライトバンドの減少とに有効である。また、低入熱溶接前の200〜300℃の予熱あるいは低入熱溶接後の600〜900℃の熱処理は、いずれも、残留歪の低減ならびに溶接部の延性や靱性の向上に寄与する。
【００１５】
（実施例）
本発明ロール胴体を製作し、その外周面に焼入を施して本発明例試験体（図３の右側上の図参照）とした。諸元は次の通りである。また、比較例試験体（図３の右側下の図参照）として、置換溶接部を形成せず、他の諸元は同一としたものを製作した。
【００１６】
＜寸法（mm）＞
外径：５００，肉厚４０
＜母材鋼板材質＞
ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ
＜大入熱溶接部＞
溶接法：エレクトロスラグ法
溶加材：ＪＩＳ Ｓ５５Ｃ系 棒材
開先巾：３５mm
＜置換溶接部＞
溶接法：プラズマ移行アーク法
溶接材料：ＪＩＳ Ｓ５０Ｃ系粉体
開先深さ：４mm
開先巾：８mm
（初析フェライトバンド部，熱影響部を共にカバー）
＜焼入＞
方式：高周波焼入
温度：９３０℃（焼戻しは２００℃）
深さ：３mm
【００１７】
上記試験体を研磨仕上し、焼入層に関する溶接線を横切る方向の硬度分布を測定した。結果は図３に示す通りであって本発明の効果が明らかである。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、金属板処理ライン等に多用される中空ロールの、板巻き法によって製造されるロール胴体を、その溶接部に係る外周面の特性ムラが解消された形で提供したものである。すなわち、本発明ロール胴体にあっては、大入熱溶接部に生じた初析フェライトバンド等を実用上満足なレベルまで除去すべく、上記初析フェライトバンドを擁する部分を必要深さに亘って溝削し、この溝を、実質的に初析フェライトバンドの生成が無視できる低入熱溶接の溶接金属で埋め戻すという材質置換処置を施すことで、必要深さに亘る初析フェライトバンド除去を実現できた。その結果、３mm前後あるいはそれ以上の深さに及ぶ焼入を施すことの多いロール胴体にあって、焼入硬さムラを焼入層の有効焼入深さに亘って解消できるところとなった。これは、上記処理ラインに通板される金属板のロールマーク不具合を減少させ、あるいは、ロールの再研磨使用回数を増加させる効果を通じて、ロールに関するコストパフォーマンスを大巾に向上させるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明ロール胴体の一実施例を模式的に示す図。
【図２】 図１の本発明ロール胴体における置換溶接部を形成する前の仕掛り段階の態様を模式的に示す図。
【図３】 本発明例試験体と比較例試験体におけるそれぞれの硬度分布の測定結果を示した線図。
【符号の説明】
１ ロール胴体
２ Ｃ状に巻かれた鋼板
３ 溶接部
４ 大入熱溶接部
4a 溶接金属
4aa 初析フェライトバンド
4b ボンド部
4c 熱影響部
５ 置換溶接部

Claims (2)

1. 鋼板をＣ字状に巻き、Ｃ字の開口部を溶接で閉じて円筒にしたロール胴体であって、その溶接部の構造を、サブマージドアーク溶接法，炭酸ガス溶接法，エレクトロスラグ溶接法のいずれかの溶接法による大入熱溶接部を母体とし、該大入熱溶接部のボンド部を含む溶接線沿いの細巾帯状部分を溝状に削り込み、形成した溝を粉体溶加材あるいは棒状溶加材を用いた電子ビーム溶接法，レーザー溶接法，プラズマ移行アーク溶接法のいずれかの溶接法を用いて低入熱溶接による溶接金属で埋め戻し、ロール胴体外周面側の所望深さに亘って置換した構造としたことを特徴とするロール胴体。
2. 前記低入熱溶接による溶接金属で置換する深さを、ロール胴体外周面側に施す焼入の深さと同等以上にした、請求項１に記載のロール胴体。

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