JP5057416B2 - Annealing sleeve roll - Google Patents

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Description

本発明は、主として薄板焼鈍ラインで使用されるカーボンロールに関するものである。   The present invention relates to a carbon roll mainly used in a sheet annealing line.

金属の焼鈍、例えば冷延鋼板の連続焼鈍で使用される炉内のハースロールは、炉の雰囲気温度が高く接触する鋼板が雰囲気温度より低温の場合、ロールの中央部は温度が低くロールのエッジの方が高温になり、ロール軸方向に温度分布がつく。この温度分布に応じて、ロールのプロフィールは、熱膨張により中央がへこみエッジが高い凹型のロールクラウンを生じる。逆に、炉の雰囲気温度より高温の鋼板と接触する場合は、凸型のロールクラウンが生じる。このような状態では、鋼板にも温度分布がつきやすく、形状が悪化して耳波等が発生しやすくなったり、鋼板の蛇行が生じたりする。   The hearth roll in the furnace used in metal annealing, for example, continuous annealing of cold-rolled steel sheet, has a low temperature in the center of the roll when the steel sheet in contact with the furnace has a high ambient temperature and lower than the ambient temperature. The temperature becomes higher and the temperature distribution is in the roll axis direction. Depending on this temperature distribution, the roll profile produces a concave roll crown with a dent at the center and a high edge due to thermal expansion. Conversely, when it comes into contact with a steel plate having a temperature higher than the atmospheric temperature of the furnace, a convex roll crown is produced. In such a state, the steel plate is likely to have a temperature distribution, the shape is deteriorated and an ear wave or the like is easily generated, or the steel plate is meandered.

そこで、金属材との接触や、雰囲気温度によりロールに温度分布が生じるのを抑制すると共に、仮に温度分布が生じた場合でも膨張しないようなロールとするため、ロール胴部の材質を検討し、熱拡散しやすく、熱膨張しない材質、即ち、熱伝導性が良く、熱膨張しにくいという両方の性質を合わせもつ材料として、カーボンがある。カーボンは通常、鉄の2〜3倍の熱伝導率を示す。又、熱変形量を示す指標である線膨張係数は鉄の1/2〜1/10であり、仮に温度分布がついても、熱膨張量は小さく、ロールプロフィールは、変化しにくいという利点がある。このように、カーボンはサーマルクラウンに強いという特性をもつ反面、鉄に比較して、柔らかく、強度も低いので、ハースロールのように鋼板の搬送に使われるロールには、大きな荷重がかかり、カーボン単体で構造材として使用することは難しい。そこで通常、鋼製のロール軸に、スリーブ状にした、カーボン材をロール胴長部に嵌合した、スリーブロールが使われ、これを一般的にカーボンロールとよんでいる。   Therefore, in order to suppress the temperature distribution in the roll due to contact with the metal material and the atmospheric temperature, and to make the roll that does not expand even if the temperature distribution occurs, consider the material of the roll body, Carbon is an example of a material that easily diffuses and does not thermally expand, that is, a material having both the properties of good thermal conductivity and resistance to thermal expansion. Carbon usually exhibits a thermal conductivity 2 to 3 times that of iron. In addition, the coefficient of linear expansion, which is an index indicating the amount of thermal deformation, is 1/2 to 1/10 that of iron. Even if a temperature distribution is present, the amount of thermal expansion is small, and the roll profile has an advantage that it does not easily change. . In this way, while carbon has the property of being strong against thermal crowns, it is softer and less strong than iron. Therefore, rolls used for transporting steel sheets, such as hearth rolls, are subject to large loads, and carbon It is difficult to use it alone as a structural material. Therefore, a sleeve roll is generally used in which a steel roll shaft is formed into a sleeve shape, and a carbon material is fitted to the roll body length, and this is generally called a carbon roll.

ハースロールは、700〜1100℃の高温に長時間晒されることから、ロール全体が大きく変形する場合があるので、ロールの冷却方法として、特許文献1や特許文献2に開示されるように、スリーブの内側やロール軸の外面側に、輪環状や螺旋状の溝を設けて冷却水を通すようになっている。   Since the hearth roll is exposed to a high temperature of 700 to 1100 ° C. for a long time, the whole roll may be greatly deformed. As a roll cooling method, as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, a sleeve is used. An annular or spiral groove is provided on the inner surface of the roller or on the outer surface side of the roll shaft so that the cooling water can pass therethrough.

しかし、カーボンロール特有の変形問題として、浸炭という問題がある。
これは、スリーブ部分にカーボン材が使われ、軸材として鋼材が使われており、軸材である鋼製のロール軸はスリーブであるカーボン材と、常に接触しているので、炉内で長時間高温に晒されると、鋼製のロール軸に浸炭現象が生じる。ハースロールのロール周方向、ロール軸方向とも温度分布は均一でないので、浸炭は不均一に発生し、また、浸炭した部分は体積膨張するので鋼製のロール軸の表面部位で位置による体積差が生じる。これにより、ロール軸の胴長部に歪みが生じる。この歪みによりロール軸が変形し、スリーブを構成するカーボン材の許容変形量を超えると、スリーブに割れが発生することとなる。
However, there is a problem of carburization as a deformation problem peculiar to the carbon roll.
This is because carbon material is used for the sleeve part and steel material is used as the shaft material, and the steel roll shaft that is the shaft material is always in contact with the carbon material that is the sleeve. When exposed to high temperatures for a long time, carburization occurs on the steel roll shaft. Since the temperature distribution is not uniform in both the circumferential direction and the roll axis direction of the hearth roll, carburization occurs unevenly, and the carburized portion expands in volume, so there is a volume difference depending on the position on the surface part of the steel roll shaft. Arise. Thereby, distortion arises in the trunk length part of a roll axis. When the roll shaft is deformed by this distortion and exceeds the allowable deformation amount of the carbon material constituting the sleeve, the sleeve is cracked.


特公昭56−41321号公報Japanese Patent Publication No. 56-41321 特開昭60−30562号公報JP 60-30562 A

そこで、一般的には、ロール軸には、比較的浸炭し難い、NiやCrを多量に合金化した耐熱鋼が使用されるが、このように、浸炭し難いとされる耐熱鋼をロール軸として使用しても、1000℃以上の高温雰囲気で、連続的にカーボン材料と長時間接触しているので、浸炭が徐々に進み、6ケ月から1年程度でロール軸材に曲がりが生じて、ハースローとして使用できなくなるという問題があった。 Therefore, in general, the roll shaft is made of a heat resistant steel that is relatively difficult to carburize and that is made of a large amount of Ni or Cr. Even if it is used as, since it is continuously in contact with the carbon material for a long time in a high temperature atmosphere of 1000 ° C. or more, carburization gradually proceeds, and the roll shaft material is bent in about 6 months to 1 year. there is a problem that can not be used as Hasuro Lumpur.

本発明は、前記問題点を解決したロール軸材の胴部外表面に溝加工を施すことで、表面に発生する浸炭による体積膨張によって生じる応力を緩和して、ロール軸方向への曲がり変形量を、大幅に削減する技術を提供するものである。   The present invention reduces the stress caused by volume expansion due to carburization generated on the surface by grooving the outer surface of the body portion of the roll shaft material that solves the above problems, and the amount of bending deformation in the roll axis direction The technology to greatly reduce

本発明は、鋼製のロール軸の外周に、少なくとも一端部をロール軸と固定された、カーボンスリーブを被せた焼鈍用スリーブロールであって、ロール軸材胴部外表面に、応力緩和用の輪環状凹溝をカーボンスリーブ装着範囲の全長に渡って複数設けたことを特徴とする。 The present invention is an annealing sleeve roll covered with a carbon sleeve, at least one end of which is fixed to a roll shaft on the outer periphery of a steel roll shaft. A plurality of annular grooves are provided over the entire length of the carbon sleeve mounting range .

本発明のカーボンロールは、ロール軸材の胴部外表面に溝を設けたので、表面に発生する、浸炭による体積膨張によって生じる応力を緩和して、ロール軸方向への曲がり変形量を、大幅に削減する事が可能となった。
Since the carbon roll of the present invention is provided with grooves on the outer surface of the body portion of the roll shaft material, the stress generated by the volume expansion due to carburization generated on the surface is relieved, and the amount of bending deformation in the roll axis direction is greatly increased. It has become possible to reduce it.

本発明の実施の形態を図1から図4に基づいて説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

発明者等はカーボンロールの軸材が長期間の高温下での使用により、軸方向に変形する現象を種々調査研究し、その変形が、カーボンスリーブから耐熱鋼のロール軸材への、カーボンの浸炭により、ロール軸材が不均一に膨張変形し、それにより発生した応力が、ロール軸材の降伏応力を超えることで、ロール軸の変形が生じ、その変形が大きくなると、カーボンスリーブの破損に繋がることを知見して、本発明をなしたものである。 The inventors have investigated and studied various phenomena in which the shaft material of the carbon roll is deformed in the axial direction due to the use at a high temperature for a long time, and the deformation is caused by the carbon from the carbon sleeve to the roll shaft material made of heat resistant steel . As a result of the carburization of the roll shaft, the roll shaft material expands and deforms unevenly, and the stress generated thereby exceeds the yield stress of the roll shaft material, resulting in deformation of the roll shaft. The present invention has been made by knowing that it leads to the above.

発明完成の途中過程では、ロール軸の胴部外表面に浸炭防止材等の市販の表面処理材を塗布してみたが、雰囲気温度が1000℃以上あること、常にカーボンと接触していることより、効果が薄かった。又ロール軸表面にNiメッキを施すことは効果があるがロール製作コストが上昇し、現実的でなかった。
図1は本発明のカーボンロールの全体形状を示す図である。ロール軸はNi,Crを含む耐熱鋼を使用し、鋳造または鍛造加工により、熱処理を施してある。カーボンスリーブと嵌合する胴部は、軟質なカーボンを傷つけ無いように、切削加工後、サンド仕上げにより鏡面加工されている。さらに、ロール軸胴部外表面には、本願発明に係る複数の応力緩和用の輪環状凹溝が、所要間隔おきに加工されている。カーボン材はロール軸材のロール胴長部を覆うようにスリーブ形状をしており、ロール軸に嵌合されている。スリーブは回転止め用の固定キーにより、ロール軸に固定されている。固定キーはロールの大きさにより、ロール軸胴部の両端部または片端部に固定される。カーボンスリーブの素材は通常のカーボン素材であればよく、WC、TiC、TiNやセラミクスを添加して耐摩耗性や導電性を改善した材料であってもよい。
In the process of completing the invention, a commercially available surface treatment material such as a carburizing prevention material was applied to the outer surface of the body part of the roll shaft. The effect was thin. Moreover, although it is effective to apply Ni plating to the surface of the roll shaft, the roll manufacturing cost is increased, which is not practical.
FIG. 1 is a diagram showing the overall shape of the carbon roll of the present invention. The roll shaft is made of heat-resistant steel containing Ni and Cr, and is heat-treated by casting or forging. The body part to be fitted with the carbon sleeve is mirror-finished by sand finishing after cutting so as not to damage the soft carbon. Furthermore, a plurality of annular grooves for stress relaxation according to the present invention are machined on the outer surface of the roll shaft body at required intervals. The carbon material has a sleeve shape so as to cover the roll trunk length of the roll shaft material, and is fitted to the roll shaft. The sleeve is fixed to the roll shaft by a fixed key for preventing rotation. The fixed key is fixed to both ends or one end of the roll shaft body depending on the size of the roll. The material of the carbon sleeve may be an ordinary carbon material, and may be a material in which WC, TiC, TiN, or ceramic is added to improve wear resistance and conductivity.

図2はカーボンスリーブを装着する、ロール軸材の外観形状を示す図である。ロール全長は2500mm、ロール胴部全長は1800mm、カーボンスリーブ装着範囲は1500mmである。ロール胴部に矢印で示した範囲にカーボンスリーブが装着される。そして、本範囲に輪環状凹溝が50mmピッチでロール軸の外周面に加工されている。図中のA部を拡大した図面が、図3である。図3には、輪環状凹溝の詳細寸法が表示されている。   FIG. 2 is a view showing the external shape of a roll shaft member to which a carbon sleeve is attached. The roll total length is 2500 mm, the roll body total length is 1800 mm, and the carbon sleeve mounting range is 1500 mm. A carbon sleeve is attached to the roll body in the range indicated by the arrow. In this range, the annular groove is processed on the outer peripheral surface of the roll shaft at a pitch of 50 mm. FIG. 3 is an enlarged view of part A in the figure. FIG. 3 shows the detailed dimensions of the annular groove.

輪環状凹溝は、溝深さ3mm、幅1.0mmで溝先端部は応力集中を緩和するためにR0.5mmが取られている。溝は50mmピッチでカーボンスリーブ装着範囲である1500mmの全長に渡って設けてある。   The annular groove has a groove depth of 3 mm and a width of 1.0 mm, and the groove tip portion is R0.5 mm in order to relieve stress concentration. The grooves are provided over the entire length of 1500 mm, which is the carbon sleeve mounting range, at a pitch of 50 mm.

次に、本発明ロールを、薄板焼鈍ラインのハースロールに使用した結果を図4に示す。図4にカーボンロールの軸胴部に溝加工を施した場合(本発明ロール)と溝加工しなかった場合(比較例)についてロールの使用月数とロール軸の偏芯量の関係を示す。
本発明は、カーボンロールの軸材の胴部外表面に輪環状凹溝を設けたので浸炭による曲がり変形が、大幅に抑制されるようになった。これによりカーボンロールの割損が減少し、カーボンロールの取替え周期も従来6ケ月から1年であったものが、2年以上使用可能となった。
Next, the result of using this invention roll for the hearth roll of a thin-plate annealing line is shown in FIG. FIG. 4 shows the relationship between the number of months the roll is used and the amount of eccentricity of the roll shaft when the groove is formed on the shaft body of the carbon roll (the roll of the present invention) and when the groove is not formed (comparative example).
In the present invention, since the annular groove is provided on the outer surface of the body portion of the shaft member of the carbon roll, bending deformation due to carburization is greatly suppressed. As a result, the breakage of the carbon rolls was reduced, and the carbon roll replacement period, which was previously 6 months to 1 year, can be used for 2 years or longer.

本発明はカーボンロールの寿命が大幅に伸びるので、高温環境下で使われる各種搬送ロールの用途に適用できる。   Since the life of the carbon roll is greatly extended, the present invention can be applied to various uses of transport rolls used in a high temperature environment.

カーボンロールの外観形状を示す図面である。It is drawing which shows the external appearance shape of a carbon roll. カーボンロールのロール軸構造を示す図面である。It is drawing which shows the roll axis | shaft structure of a carbon roll. 溝形状を説明する図2のA部を拡大した図面である。It is drawing which expanded the A section of FIG. 2 explaining groove | channel shape. カーボンロールの使用月数とロール軸の偏芯量との関係を示す図面である。It is drawing which shows the relationship between the usage month of a carbon roll, and the eccentric amount of a roll axis | shaft.

符号の説明Explanation of symbols

1 カーボンロール軸材
2 カーボンスリーブ固定キー
3 カーボンスリーブ
1 Carbon roll shaft material 2 Carbon sleeve fixing key 3 Carbon sleeve

Claims (1)

鋼製のロール軸の外周に、少なくとも一端部をロール軸と固定された、カーボンスリーブを被せた焼鈍用スリーブロールであって、ロール軸材胴部外表面に、応力緩和用の輪環状凹溝をカーボンスリーブ装着範囲の全長に渡って複数設けたことを特徴とする焼鈍用スリーブロールAn annealing sleeve roll covered with a carbon sleeve, at least one end fixed to the roll shaft on the outer periphery of a steel roll shaft, and an annular groove for stress relaxation on the outer surface of the roll shaft body An annealing sleeve roll characterized in that a plurality of carbon steel sleeves are provided over the entire length of the carbon sleeve mounting range.
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