JP5756889B2 - 圧延ロールの製造方法及び圧延ロール並びに圧延ロールの製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、製鉄圧延設備に使用する圧延ロールの製造方法及び圧延ロール並びに圧延ロールの製造装置に関する。
従来、例えば、形鋼の圧延において、圧延材の高品質化と省力及び省エネルギー化を図るため、より過酷な圧延条件に耐え、かつ、長寿命の圧延ロールが求められてきた。
このため、例えば、特許文献1に示すように、ロール胴部材の表層部が硬質の金属(例えば、高速度鋼系多合金白鋳鉄)で構成された圧延ロール等が使用されている。この圧延ロールは、芯材の外周に硬質の金属層を形成したロール用素材から、ロール胴部材とその軸方向両側に設けられた軸材とが一体となった圧延ロールを削り出すことで製造されていた。
このため、例えば、特許文献1に示すように、ロール胴部材の表層部が硬質の金属(例えば、高速度鋼系多合金白鋳鉄)で構成された圧延ロール等が使用されている。この圧延ロールは、芯材の外周に硬質の金属層を形成したロール用素材から、ロール胴部材とその軸方向両側に設けられた軸材とが一体となった圧延ロールを削り出すことで製造されていた。
しかし、ロール用素材から軸材が長い圧延ロールを削り出す場合、削り出し時における余分な削り代が多くなり、製造時間を短縮することができず、また、削り刃のランニングコストがかかり不経済であった。更に、1つのロール用素材から複数本の圧延ロールを製造することができなくなるため、例えば、新たにロール用素材を準備する必要があり、圧延ロールの納期短縮や製造コストの削減を図ることが難しかった。
そこで、例えば、特許文献2のように、ロール胴部材の両側に、それぞれ開先を設けて軸材を配置し、この各開先を溶接して、ロール胴部材と軸材とを接合する方法が提案されていた。
そこで、例えば、特許文献2のように、ロール胴部材の両側に、それぞれ開先を設けて軸材を配置し、この各開先を溶接して、ロール胴部材と軸材とを接合する方法が提案されていた。
しかしながら、圧延ロールは、大きな荷重がかかる製鉄圧延設備で使用するため、ロール胴部材と軸材を接合する場合、その接合部分が損傷し易く、更なる寿命の延長を図ることが難しかった。
また、特許文献2記載の技術においては、ロール胴部材に対して軸材が偏心又は曲がって溶接され易く、溶接後の歪取りを必要とし、歪取りを完全に行うのは、困難であるので、多少太めの軸材を使用する必要があった。
また、特許文献2記載の技術においては、ロール胴部材に対して軸材が偏心又は曲がって溶接され易く、溶接後の歪取りを必要とし、歪取りを完全に行うのは、困難であるので、多少太めの軸材を使用する必要があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、短工期で安価に製造でき、従来よりも長寿命化が図れる圧延ロールの製造方法及び圧延ロール並びに圧延ロールの製造装置を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第1の発明に係る圧延ロールの製造方法は、クロム−モリブデン鋼又は炭素鋼からなる円柱状の芯材の外周に、硬質の鋳掛け肉盛層が形成されたロール胴部材と、クロム−モリブデン鋼からなり、前記芯材の軸方向両側にそれぞれ設けられた軸材とを備える圧延ロールの製造方法において、
前記軸材の接合端部の直径を前記芯材の直径より小さくし、
前記ロール胴部材及び前記軸材のいずれか一方又は双方の少なくとも接合端部を、予め設定した温度に予熱する予熱工程と、
前記芯材の軸心に前記軸材の軸心を合わせた状態で、前記軸材を前記芯材に押圧しながら回転させて前記芯材及び前記軸材の接合端部を摩擦加熱した後、前記芯材に前記軸材を強圧して接合する摩擦圧接工程とを有し、前記芯材は前記ロール胴部材の端部から突出している。
前記軸材の接合端部の直径を前記芯材の直径より小さくし、
前記ロール胴部材及び前記軸材のいずれか一方又は双方の少なくとも接合端部を、予め設定した温度に予熱する予熱工程と、
前記芯材の軸心に前記軸材の軸心を合わせた状態で、前記軸材を前記芯材に押圧しながら回転させて前記芯材及び前記軸材の接合端部を摩擦加熱した後、前記芯材に前記軸材を強圧して接合する摩擦圧接工程とを有し、前記芯材は前記ロール胴部材の端部から突出している。
第1の発明に係る圧延ロールの製造方法において、前記軸材の接合端部の直径は前記芯材の直径の0.86倍以上0.96倍以下にできる。
第1の発明に係る圧延ロールの製造方法は、前記芯材が前記ロール胴部材の端部から突出している。
この場合の突出量は1〜10mmあれば十分であるが、本発明はこの数値に限定されない。
この場合の突出量は1〜10mmあれば十分であるが、本発明はこの数値に限定されない。
第1の発明に係る圧延ロールの製造方法において、前記摩擦圧接工程の後に、前記ロール胴部材と前記軸材の接合部分に機械加工して金属面を露出させ、前記接合部分の円周溶接を行うことが好ましい。
第1の発明に係る圧延ロールの製造方法において、前記予熱工程における前記接合端部の予熱温度は、500℃以上、前記軸材の融点以下であるのがよい。
第1の発明に係る圧延ロールの製造方法において、前記ロール胴部材に、その外周に新たな前記鋳掛け肉盛層が形成された使用済みのロールを用いることができる。
第1の発明に係る圧延ロールの製造方法において、前記使用済みのロールは、焼鈍後、外周の鋳掛け肉盛層が機械加工によって一部又は全部が除去されていることが好ましい。
第1の発明に係る圧延ロールの製造方法において、前記軸材は使用済みのロールから切断分離された軸材を使用することもできる。
前記目的に沿う第2の発明に係る圧延ロールは、第1の発明に係る圧延ロールの製造方法によって製造されている。
前記目的に沿う第3の発明に係る圧延ロールの製造装置は、第1の発明に係る圧延ロールの製造方法に用いる製造装置であって、
前記ロール胴部材を水平又は垂直に把持する第1の把持手段と、
前記軸材を前記ロール胴部材の軸心に合わせて把持する第2の把持手段と、
前記第2の把持手段に設けられ、前記軸材をその軸心を中心として回転させる回転手段と、
前記第1の把持手段又は前記第2の把持手段に設けられ、前記芯材と前記軸材の接合面同士を突き合わせ、前記芯材と前記軸材とを軸方向に押圧する押圧手段と、
前記ロール胴部材及び前記軸材の双方の接合端部を予熱する予熱手段とを有し、
前記予熱手段は、間隔を有して対向配置された前記ロール胴部材と前記軸材の各接合端部にそれぞれ向かい合って配置される複数のバーナで構成され、かつ前記接合端部に向かい合って配置される複数の前記バーナは、前記接合端部の周縁部よりも中央部の方が密に配置されている。
前記ロール胴部材を水平又は垂直に把持する第1の把持手段と、
前記軸材を前記ロール胴部材の軸心に合わせて把持する第2の把持手段と、
前記第2の把持手段に設けられ、前記軸材をその軸心を中心として回転させる回転手段と、
前記第1の把持手段又は前記第2の把持手段に設けられ、前記芯材と前記軸材の接合面同士を突き合わせ、前記芯材と前記軸材とを軸方向に押圧する押圧手段と、
前記ロール胴部材及び前記軸材の双方の接合端部を予熱する予熱手段とを有し、
前記予熱手段は、間隔を有して対向配置された前記ロール胴部材と前記軸材の各接合端部にそれぞれ向かい合って配置される複数のバーナで構成され、かつ前記接合端部に向かい合って配置される複数の前記バーナは、前記接合端部の周縁部よりも中央部の方が密に配置されている。
第3の発明に係る圧延ロールの製造装置において、複数の前記バーナの火炎噴出口側には、耐熱部材が設けられているのがよい。
第3の発明に係る圧延ロールの製造装置において、複数の前記バーナには、水冷手段が設けられているのがよい。
第3の発明に係る圧延ロールの製造装置において、前記予熱手段は、前記ロール胴部材と前記軸材の接合端部を予熱する予熱位置と、該予熱位置の側方に位置する非予熱位置との間を移動可能な移動手段に設けることもできる。
第4の発明に係る圧延ロールの製造装置は、第1の発明に係る圧延ロールの製造方法に用いる製造装置であって、
前記ロール胴部材を水平又は垂直に把持する第1の把持手段と、
前記軸材を前記ロール胴部材の軸心に合わせて把持する第2の把持手段と、
前記第2の把持手段に設けられ、前記軸材をその軸心を中心として回転させる回転手段と、
前記第1の把持手段又は前記第2の把持手段に設けられ、前記芯材と前記軸材の接合面同士を突き合わせ、前記芯材と前記軸材とを軸方向に押圧する押圧手段と、
前記ロール胴部材及び前記軸材の双方の接合端部を予熱する予熱手段とを有し、
前記予熱手段は、前記ロール胴部材及び前記軸材の接合端部を同時に又は順次加熱するバーナと、先部に前記バーナが取付けられたロボットアームとを有し、前記ロボットアームによって前記バーナの向き及び移動軌跡を決める。
前記ロール胴部材を水平又は垂直に把持する第1の把持手段と、
前記軸材を前記ロール胴部材の軸心に合わせて把持する第2の把持手段と、
前記第2の把持手段に設けられ、前記軸材をその軸心を中心として回転させる回転手段と、
前記第1の把持手段又は前記第2の把持手段に設けられ、前記芯材と前記軸材の接合面同士を突き合わせ、前記芯材と前記軸材とを軸方向に押圧する押圧手段と、
前記ロール胴部材及び前記軸材の双方の接合端部を予熱する予熱手段とを有し、
前記予熱手段は、前記ロール胴部材及び前記軸材の接合端部を同時に又は順次加熱するバーナと、先部に前記バーナが取付けられたロボットアームとを有し、前記ロボットアームによって前記バーナの向き及び移動軌跡を決める。
第4の発明に係る圧延ロールの製造装置において、前記バーナは、前記ロール胴部材の接合端部を予熱する第1のバーナと、前記軸材の接合端部を予熱する第2のバーナを有して構成されているのが好ましい。
本発明に係る圧延ロールの製造方法及び圧延ロール並びに圧延ロールの製造装置は、予熱工程と摩擦圧接工程により、ロール胴部材と軸材との接合を行うので、短工期で安価に製造でき、従来よりも長寿命化が図れる。
また、軸材の接合端部の直径を芯材の直径より小さくしているので、クロム−モリブデン鋼又は炭素鋼からなる芯材と、クロム−モリブデン鋼からなる軸材が確実に軸心を合わせて当接して溶接(摩擦圧接)することができる。そして、ロール胴部材の外側の硬質の鋳掛け肉盛層が軸材とは接しないので、圧延ロールとして十分な接合強度を有する捩れや歪の少ない摩擦圧接が確実に行える。
特に、ロール胴部材から芯材を突出させるので、更に、軸材がロール胴部材の硬質の鋳掛け肉盛層に接することがなく、摩擦圧接が確実に行える。
また、本発明に係る圧延ロールの製造装置において、ロール胴部材と軸材の接合端部を予熱する予熱手段として、ロボットアームの先部に設けられたバーナを用いる場合は、ロボットアームを制御することによって、ロール胴部材と軸材の任意の箇所を任意の時期にバーナで加熱することができる。そして、ロボットアームのプログラムを変更することによって、任意の直径のロール胴部材及び軸材に合わせて加熱領域を変えることができる。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。
まず、図1を参照しながら、本発明の一実施例に係る圧延ロール10について説明する。
まず、図1を参照しながら、本発明の一実施例に係る圧延ロール10について説明する。
圧延ロール10は、鉄鋼の圧延において、特に、薄板、棒鋼、線材、又は形鋼の熱間圧延作業や冷間圧延作業(圧延や矯正)に用いられるロールであり、使用目的に応じた所定の加工処理が施されたロールである。
この圧延ロール10は、円柱状の芯材11の外周に鋳掛け肉盛層12が形成されたロール胴部材13と、芯材11の軸方向両側にそれぞれ設けられた軸材14、15とを備える。なお、圧延ロール10の寸法は、ロール胴部材13の外径(胴径)Dが、例えば、300〜900mm程度であり、幅(胴長)Wが、例えば、1500〜2500mm程度であり、軸材14、15も含めた全長Lが、例えば、4000〜7000mm程度である。
この圧延ロール10は、円柱状の芯材11の外周に鋳掛け肉盛層12が形成されたロール胴部材13と、芯材11の軸方向両側にそれぞれ設けられた軸材14、15とを備える。なお、圧延ロール10の寸法は、ロール胴部材13の外径(胴径)Dが、例えば、300〜900mm程度であり、幅(胴長)Wが、例えば、1500〜2500mm程度であり、軸材14、15も含めた全長Lが、例えば、4000〜7000mm程度である。
ここで、ロール胴部材13の芯材11は、クロム−モリブデン(Cr−Mo)鋼又は炭素鋼からなり、軸材14、15はクロム−モリブデン(Cr−Mo)鋼からなる。
芯材11の外周に形成された鋳掛け肉盛層12は、例えば、日本国特開2012−110968号公報に記載された鉄系外層材(ショアー硬さ(HS)が70〜100程度)や、高速度鋼系多合金白鋳鉄(高速度鋼の一例)等の硬質の材料からなる。なお、鋳掛け肉盛層12の厚みは、使用目的に応じて種々変更できるが、例えば、50〜150mm程度である。
このロール胴部材13は、例えば、日本国特開2000−158020号公報に開示された方法等で製造できるため、ここでは、説明を省略する。
芯材11の外周に形成された鋳掛け肉盛層12は、例えば、日本国特開2012−110968号公報に記載された鉄系外層材(ショアー硬さ(HS)が70〜100程度)や、高速度鋼系多合金白鋳鉄(高速度鋼の一例)等の硬質の材料からなる。なお、鋳掛け肉盛層12の厚みは、使用目的に応じて種々変更できるが、例えば、50〜150mm程度である。
このロール胴部材13は、例えば、日本国特開2000−158020号公報に開示された方法等で製造できるため、ここでは、説明を省略する。
上記した圧延ロール10は、ロール胴部材13と軸材14、15とを別個に形成し、ロール胴部材13の芯材11の一方側の接合端部16と、一方側の軸材14の接合端部17とを摩擦接合し、芯材11の他方側の接合端部18と、他方側の軸材15の接合端部19とを摩擦接合したものである。
しかし、必要に応じて、芯材の一方側の軸材のみを、機械加工によって芯材と一体的に形成し、芯材の他方側の軸材のみを、芯材とは別個に形成し、芯材と軸材の接合端部を摩擦接合することもできる。
しかし、必要に応じて、芯材の一方側の軸材のみを、機械加工によって芯材と一体的に形成し、芯材の他方側の軸材のみを、芯材とは別個に形成し、芯材と軸材の接合端部を摩擦接合することもできる。
このように、軸材14、15はロール胴部材13に摩擦接合するため、芯材11と軸材14、15との接合が良好な状態で行われるように、軸材14、15の接合端部17、19の直径(外径)を、芯材11の直径より小さくしている。具体的には、軸材14、15の接合端部17、19の直径を、芯材11の直径の0.86倍以上0.96倍以下にするのがよい。
なお、ロール胴部材13と軸材14、15の接合部分(周方向の境界部分)には、更に円周溶接(肉盛溶接)を行い、補強することが好ましい。この溶接には、例えば、高張力鋼(ハイテン)等の溶加材を使用したMIG法又はTIG法が適用できる。
なお、ロール胴部材13と軸材14、15の接合部分(周方向の境界部分)には、更に円周溶接(肉盛溶接)を行い、補強することが好ましい。この溶接には、例えば、高張力鋼(ハイテン)等の溶加材を使用したMIG法又はTIG法が適用できる。
ここで、ロール胴部材13は、未使用のロール胴部材(未使用品)を使用できるが、使用済みのロールのロール胴部材(使用済み品)を使用することもできる。なお、使用済み品を使用する場合は、使用済みのロールの軸方向両側(又は片側)の軸材を切断して除去した後、得られたロール胴部材の外周に、必要であれば機械加工後、上記した構成の新たな鋳掛け肉盛層を形成する。
また、軸材14、15も、未使用の軸材(未使用品)を使用できるが、使用済みのロールの軸材(使用済み品)を使用することもできる。なお、使用済み品を使用する場合は、使用済みのロールから切断分離された軸材を、必要に応じて機械加工(縮径)する。
また、軸材14、15も、未使用の軸材(未使用品)を使用できるが、使用済みのロールの軸材(使用済み品)を使用することもできる。なお、使用済み品を使用する場合は、使用済みのロールから切断分離された軸材を、必要に応じて機械加工(縮径)する。
次に、図1〜図4を参照しながら、本発明の第1の実施例に係る圧延ロールの製造装置(以下、単に製造装置ともいう)20について説明する。
圧延ロールの製造装置20は、ベース台21と、このベース台21上に設けられ、ロール胴部材13を把持する複数(ここでは3個)のクランプ22と、軸材14(又は軸材15、以下同様)を把持するチャック(第2の把持手段の一例)23と、複数のクランプ22で把持されたロール胴部材13をその軸方向に押圧する油圧シリンダ(押圧手段の一例)24とを有している。
圧延ロールの製造装置20は、ベース台21と、このベース台21上に設けられ、ロール胴部材13を把持する複数(ここでは3個)のクランプ22と、軸材14(又は軸材15、以下同様)を把持するチャック(第2の把持手段の一例)23と、複数のクランプ22で把持されたロール胴部材13をその軸方向に押圧する油圧シリンダ(押圧手段の一例)24とを有している。
ベース台21の長手方向一方側(ロール胴部材13側)端部には、油圧シリンダ24が設けられた第1の支持台25が取り付け固定され、長手方向他方側(軸材14側)端部には、チャック23が設けられた第2の支持台26が取り付け固定されている。
チャック23は、軸材14が水平状態となるように、軸材14の基側を把持するものである。なお、このチャック23には、軸材14の軸心を中心として回転させる回転手段の一例である減速機及びモータ(図示しない)が設けられている。また、チャック23の前方(軸材14の先側)には、チャック23に把持された軸材14の軸心位置が、軸材14の回転時に振れることを抑制、更には防止するための振れ止め手段27が配置されている。
チャック23は、軸材14が水平状態となるように、軸材14の基側を把持するものである。なお、このチャック23には、軸材14の軸心を中心として回転させる回転手段の一例である減速機及びモータ(図示しない)が設けられている。また、チャック23の前方(軸材14の先側)には、チャック23に把持された軸材14の軸心位置が、軸材14の回転時に振れることを抑制、更には防止するための振れ止め手段27が配置されている。
ベース台21の長手方向両側端部にそれぞれ配置された支持台25と支持台26の間には、ベース台21の長手方向に沿って移動可能となったテーブル28が配置されている。このテーブル28上には、複数のクランプ22が、ベース台21の長手方向に間隔を有して取り付け固定されている。
これにより、ロール胴部材13と軸材14とを、その軸心を合わせてベース台21上に水平配置できる。
これにより、ロール胴部材13と軸材14とを、その軸心を合わせてベース台21上に水平配置できる。
なお、ここでは、クランプ22とテーブル28を有して第1の把持手段29が構成される。また、テーブル28の長手方向一方側端部に油圧シリンダ24が接触しているため、油圧シリンダ24は第1の把持手段29に設けられていることになる。
これにより、油圧シリンダ24を用いることで、第1の把持手段29を介して、ロール胴部材13を軸材14に対して押圧することができる。このとき、押圧力により、支持台25と支持台26の上部の間隔が開くおそれがあるが、これは、支持台25と支持台26の下部がベース台21で連結され、上部が連結ロッド30で連結しているため防止できる。
これにより、油圧シリンダ24を用いることで、第1の把持手段29を介して、ロール胴部材13を軸材14に対して押圧することができる。このとき、押圧力により、支持台25と支持台26の上部の間隔が開くおそれがあるが、これは、支持台25と支持台26の下部がベース台21で連結され、上部が連結ロッド30で連結しているため防止できる。
上記したように、ここでは、第1の把持手段29に設けられた油圧シリンダ24により、ロール胴部材13を軸材14側に押圧した場合について説明した。しかし、ロール胴部材13の重量や長さ等を考慮すれば、ロール胴部材13の設置位置を固定し(移動させることなく)、ベース台21の長手方向に沿って移動可能となったテーブルにチャック(更には振れ止め手段)を取り付け、更に、このチャックに油圧シリンダ(押圧手段の一例)を設けて、軸材14をロール胴部材13側に押圧することが好ましい。
なお、押圧手段は、芯材11と軸材14とを軸方向に押圧できるものであれば、油圧シリンダに限定されるものではなく、空圧シリンダ、電動シリンダ等であってもよい。
なお、押圧手段は、芯材11と軸材14とを軸方向に押圧できるものであれば、油圧シリンダに限定されるものではなく、空圧シリンダ、電動シリンダ等であってもよい。
図2、図3(A)、(B)、図4に示すように、チャック23とクランプ22の間には、予熱手段31が設けられている。
予熱手段31は、クランプ22とチャック23にそれぞれ把持され、間隔を有して対向配置されたロール胴部材13と軸材14(軸材15も同様)の各接合端部16、17にそれぞれ向かい合って配置される複数のバーナ32で構成されており、ロール胴部材13の接合端部16と軸材14の接合端部17の双方を、予め設定した温度に予熱するものである。
予熱手段31は、クランプ22とチャック23にそれぞれ把持され、間隔を有して対向配置されたロール胴部材13と軸材14(軸材15も同様)の各接合端部16、17にそれぞれ向かい合って配置される複数のバーナ32で構成されており、ロール胴部材13の接合端部16と軸材14の接合端部17の双方を、予め設定した温度に予熱するものである。
図3(A)、(B)に示すように、予熱手段31には水冷手段33が設けられている。
水冷手段33は、ロール胴部材13の芯材11の接合面に間隔を有して対向配置される円盤状の水冷ジャケット34と、軸材14の接合面に間隔を有して対向配置される円盤状の水冷ジャケット35とを有している。この水冷ジャケット34と水冷ジャケット35は、その軸心を合わせて、取り付け台36の厚み方向両側に取り付け固定され、この水冷ジャケット34、35に複数のバーナ32がそれぞれ取り付け固定されている。
水冷ジャケット34、35の上部及び下部には、水冷ジャケット34、35への送水と、水冷ジャケット34、35からの排水を行う配管37、38が接続されている。
水冷手段33は、ロール胴部材13の芯材11の接合面に間隔を有して対向配置される円盤状の水冷ジャケット34と、軸材14の接合面に間隔を有して対向配置される円盤状の水冷ジャケット35とを有している。この水冷ジャケット34と水冷ジャケット35は、その軸心を合わせて、取り付け台36の厚み方向両側に取り付け固定され、この水冷ジャケット34、35に複数のバーナ32がそれぞれ取り付け固定されている。
水冷ジャケット34、35の上部及び下部には、水冷ジャケット34、35への送水と、水冷ジャケット34、35からの排水を行う配管37、38が接続されている。
また、各水冷ジャケット34、35の表面側、即ち、複数のバーナ32の火炎噴出口側(ロール胴部材13の接合面との対向面側と芯材11の接合面との対向面側)には、セラミックス製(例えば、アルミナ)の耐熱板(耐熱部材の一例)39、40が、それぞれ設けられている。なお、耐熱板39、40には、各バーナ32の火炎噴出口の位置に応じて、開口部41が形成されている。
一方、各水冷ジャケット34、35の裏面側には、ガス供給管42から送られたガスを各バーナ32へ供給するためのガス供給室43、44が、それぞれ設けられている。
一方、各水冷ジャケット34、35の裏面側には、ガス供給管42から送られたガスを各バーナ32へ供給するためのガス供給室43、44が、それぞれ設けられている。
このように、複数のバーナ32に水冷手段33と耐熱板39、40を設けることで、複数のバーナ32でロール胴部材13の接合端部16と軸材14の接合端部17の双方を予熱している最中に、バーナ32の炎が各接合面で跳ね返り、バーナ32の取り付け部分が高温になって変形、更には溶融することを抑制、更には防止できる。
なお、ここでは、複数のバーナ32に、水冷手段33と耐熱板39、40の双方を設けた場合について説明したが、バーナ32の使用状況(予熱温度等)に応じて、これらを使用することなく、また、水冷手段33と耐熱板39、40のいずれか一方のみを使用することもできる。
なお、ここでは、複数のバーナ32に、水冷手段33と耐熱板39、40の双方を設けた場合について説明したが、バーナ32の使用状況(予熱温度等)に応じて、これらを使用することなく、また、水冷手段33と耐熱板39、40のいずれか一方のみを使用することもできる。
図3(B)、図4に示すように、複数のバーナ32は、水冷ジャケット34(水冷ジャケット35も同様)の軸心位置及びその軸心位置を中心とした同心円上に配置されている。特に、本実施例では、軸材14(軸材15も同様)をロール胴部材13に摩擦接合するため、芯材11と軸材14との接合が良好な状態で行われるように、各接合端部16、17に向かい合って配置される複数のバーナ32は、接合端部16、17(水冷ジャケット34、35)の周縁部よりも中央部(軸心部)の方が密に配置されている。
これにより、各接合端部16、17の中央部の温度を、その周縁部よりも上昇できる。
なお、ここでは、予熱手段31として、複数のバーナ32を使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、電磁誘導加熱コイル等を使用することもできる。
これにより、各接合端部16、17の中央部の温度を、その周縁部よりも上昇できる。
なお、ここでは、予熱手段31として、複数のバーナ32を使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、電磁誘導加熱コイル等を使用することもできる。
図4に示すように、予熱手段31は、ロール胴部材13と軸材14(軸材15も同様)の接合端部16、17を予熱する予熱位置45(図4中の予熱手段31の二点鎖線位置)と、この予熱位置45の側方に位置する非予熱位置46(図4中の予熱手段31の実線位置、即ち、待機位置)との間を移動可能にする移動手段47に設けられている。
移動手段47は、予熱位置45と非予熱位置46との間に渡って配置されるガイドレール48と、このガイドレール48上を走行可能で、予熱手段31の取り付け台36の下端部が取り付け固定された搬送台49とを有している。
これにより、予熱手段31を、予熱位置45と非予熱位置46との間で往復移動させることができる。
移動手段47は、予熱位置45と非予熱位置46との間に渡って配置されるガイドレール48と、このガイドレール48上を走行可能で、予熱手段31の取り付け台36の下端部が取り付け固定された搬送台49とを有している。
これにより、予熱手段31を、予熱位置45と非予熱位置46との間で往復移動させることができる。
また、移動手段47には、予熱手段31のバーナ32にガスを供給するガス供給用ホース50が設けられている。
ガス供給用ホース50の先側端部は、搬送台49に接続され、搬送台49に接続されたガス供給管42へ、ガスを供給可能な構成となっている。一方、ガス供給用ホース50の基側端部は、ベース台21の側方を、ベース台21と平行に走行可能とした台車51に接続されている。
また、予熱手段31が、予熱位置45と非予熱位置46との間で往復移動するに際しては、ガス供給用ホース50をガイドローラ52によって支持すると共にガイドし(ルーパ機構)、ガス供給用ホース50が床面53に接触することを防止している。
ガス供給用ホース50の先側端部は、搬送台49に接続され、搬送台49に接続されたガス供給管42へ、ガスを供給可能な構成となっている。一方、ガス供給用ホース50の基側端部は、ベース台21の側方を、ベース台21と平行に走行可能とした台車51に接続されている。
また、予熱手段31が、予熱位置45と非予熱位置46との間で往復移動するに際しては、ガス供給用ホース50をガイドローラ52によって支持すると共にガイドし(ルーパ機構)、ガス供給用ホース50が床面53に接触することを防止している。
なお、圧延ロールの製造装置20には、更に、予熱されたロール胴部材13及び軸材14の温度を測定する温度計や、芯材11と軸材14との押圧時のトルクを検出するトルク検出器、更には、押圧時にかかる圧力を測定する圧力計等も設けられている。
上記したモータ、油圧シリンダ24、及び予熱手段31の各動作は、制御装置(図示しない)により制御できる。なお、制御装置は、温度計、トルク検出器、及び圧力計の各計測値も管理しており、これらの測定値に基づいて、モータ、油圧シリンダ24、及び予熱手段31の各動作を制御できる。
上記したモータ、油圧シリンダ24、及び予熱手段31の各動作は、制御装置(図示しない)により制御できる。なお、制御装置は、温度計、トルク検出器、及び圧力計の各計測値も管理しており、これらの測定値に基づいて、モータ、油圧シリンダ24、及び予熱手段31の各動作を制御できる。
これにより、予熱された芯材11の軸心に予熱された軸材14、15の軸心を合わせた状態で、芯材11と軸材14、15の接合面同士を突き合わせ、油圧シリンダ24により芯材11を軸材14、15に押圧しながら、モータによりチャック23(軸材14、15)を回転させて、芯材11及び軸材14、15の接合端部16〜19を摩擦加熱した後、油圧シリンダ24により芯材11を軸材14、15に強圧して接合できる。なお、強圧は油圧シリンダ24以外で行ってもよい。
次に、図1、図5を参照しながら、本発明の第2の実施例に係る圧延ロールの製造装置(以下、単に製造装置ともいう)60について説明する。
圧延ロールの製造装置60は、ベース台61と、このベース台61上に設けられ、ロール胴部材13を把持するクランプ(第1の把持手段の一例)62と、軸材14(又は軸材15、以下同様)を把持するチャック(第2の把持手段の一例)63とを有している。
このクランプ62は、ロール胴部材13を、芯材11の軸心が垂直方向となるように把持するものである。また、チャック63は、把持した軸材14の軸心が、芯材11の軸心に合うように(即ち、軸材14の軸心が垂直方向となるように)、クランプ62の上方に配置されている。
圧延ロールの製造装置60は、ベース台61と、このベース台61上に設けられ、ロール胴部材13を把持するクランプ(第1の把持手段の一例)62と、軸材14(又は軸材15、以下同様)を把持するチャック(第2の把持手段の一例)63とを有している。
このクランプ62は、ロール胴部材13を、芯材11の軸心が垂直方向となるように把持するものである。また、チャック63は、把持した軸材14の軸心が、芯材11の軸心に合うように(即ち、軸材14の軸心が垂直方向となるように)、クランプ62の上方に配置されている。
上記したチャック63には、このチャック63に把持された軸材14を、その軸心を中心として回転させる回転手段の一例であるモータ(図示しない)が設けられている。
このチャック63には、更に、チャック63に把持された軸材14を、クランプ62に把持されたロール胴部材13に対して上下動させ、芯材11と軸材14、15とを、その接合面同士を突き合わせて軸方向に押圧する図示しない押圧手段(例えば、油圧シリンダ等)が設けられている。なお、押圧手段は、クランプ側に設けることもできる。
チャック63とクランプ62の間には、予熱手段(図示しない)が設けられている。この予熱手段には、前記した予熱手段31と同様の機能を有するものを使用できる。
このチャック63には、更に、チャック63に把持された軸材14を、クランプ62に把持されたロール胴部材13に対して上下動させ、芯材11と軸材14、15とを、その接合面同士を突き合わせて軸方向に押圧する図示しない押圧手段(例えば、油圧シリンダ等)が設けられている。なお、押圧手段は、クランプ側に設けることもできる。
チャック63とクランプ62の間には、予熱手段(図示しない)が設けられている。この予熱手段には、前記した予熱手段31と同様の機能を有するものを使用できる。
なお、圧延ロールの製造装置60には、更に、前記した圧延ロールの製造装置20と同様、温度計やトルク検出器、更には、圧力計等も設けられている。
また、上記したモータ、押圧手段、及び予熱手段の各動作は、制御装置(図示しない)により制御できる。なお、制御装置は、温度計、トルク検出器、及び圧力計の各計測値も管理しており、これらの測定値に基づいて、モータ、押圧手段、及び予熱手段の各動作を制御できる。
これにより、予熱された芯材11の軸心に軸材14、15の軸心を合わせた状態で、芯材11と軸材14、15の接合面同士を突き合わせ、押圧手段により軸材14、15を芯材11に押圧しながら、モータによりチャック63(軸材14、15)を回転させて、芯材11及び軸材14、15の接合端部16〜19を摩擦加熱した後、押圧手段により芯材11に軸材14、15を強圧して接合できる。
また、上記したモータ、押圧手段、及び予熱手段の各動作は、制御装置(図示しない)により制御できる。なお、制御装置は、温度計、トルク検出器、及び圧力計の各計測値も管理しており、これらの測定値に基づいて、モータ、押圧手段、及び予熱手段の各動作を制御できる。
これにより、予熱された芯材11の軸心に軸材14、15の軸心を合わせた状態で、芯材11と軸材14、15の接合面同士を突き合わせ、押圧手段により軸材14、15を芯材11に押圧しながら、モータによりチャック63(軸材14、15)を回転させて、芯材11及び軸材14、15の接合端部16〜19を摩擦加熱した後、押圧手段により芯材11に軸材14、15を強圧して接合できる。
続いて、図1〜図4を参照しながら、本発明の第1の実施例に係る圧延ロールの製造方法について説明する。
圧延ロールの製造方法は、準備工程、予熱工程、摩擦圧接工程、及び仕上げ工程を有している。
圧延ロールの製造方法は、準備工程、予熱工程、摩擦圧接工程、及び仕上げ工程を有している。
まず、準備工程について説明する。
この準備工程では、ロール胴部材13と軸材14、15を準備する。
ロール胴部材13として、未使用のロール胴部材(未使用品)を使用する場合、まず、長尺のロール用素材(Cr−Mo鋼又は炭素鋼)を機械加工して、芯材11と同径の長尺芯材(芯材11の複数本分の長さを有する芯材)を製造する。次に、製造した長尺芯材の外周に、鋳掛け肉盛層12を形成した後、この長尺芯材を切断してロール胴部材13を得る。
なお、ロール用素材から、芯材の一方側の軸材のみを、機械加工によって芯材と一体的に形成してもよい。
この準備工程では、ロール胴部材13と軸材14、15を準備する。
ロール胴部材13として、未使用のロール胴部材(未使用品)を使用する場合、まず、長尺のロール用素材(Cr−Mo鋼又は炭素鋼)を機械加工して、芯材11と同径の長尺芯材(芯材11の複数本分の長さを有する芯材)を製造する。次に、製造した長尺芯材の外周に、鋳掛け肉盛層12を形成した後、この長尺芯材を切断してロール胴部材13を得る。
なお、ロール用素材から、芯材の一方側の軸材のみを、機械加工によって芯材と一体的に形成してもよい。
このロール胴部材13として、使用済みのロールのロール胴部材(使用済み品)を使用する場合、使用済みのロールの軸方向両側の軸材を切断して除去した後、得られたロール胴部材の外周に、新たな鋳掛け肉盛層12を形成する。この新たな鋳掛け肉盛層12の形成は、使用済みのロールの軸方向両側の軸材を切断して除去したロール胴部材を焼鈍した後、機械加工により、外周の既存の鋳掛け肉盛層の一部又は全部を除去して(残厚を0又は0を超え30mm以下程度にして)行うのがよい。
なお、使用済みのロールからの軸材の切断は、圧延ロールの一方側の軸材についてのみ行ってもよい。
ここで、上記したロール胴部材13(芯材11)の軸材14、15との接合端部16、18には、軸材14、15と同一径又は大径の突出部(軸心方向の突出量:例えば、1〜100mm程度、より好ましくは、2〜10mm)を形成しておくことが好ましい。
なお、使用済みのロールからの軸材の切断は、圧延ロールの一方側の軸材についてのみ行ってもよい。
ここで、上記したロール胴部材13(芯材11)の軸材14、15との接合端部16、18には、軸材14、15と同一径又は大径の突出部(軸心方向の突出量:例えば、1〜100mm程度、より好ましくは、2〜10mm)を形成しておくことが好ましい。
また、軸材14(軸材15も同様)として、未使用の軸材(未使用品)を使用する場合、ロール用素材(Cr−Mo鋼)を機械加工・切断(機械加工や切断)して、接合端部17端面が平面な軸材14を得る。
なお、使用済みのロールの軸材(使用済み品)を使用する場合、使用済みのロールから切断分離された軸材を、必要に応じて機械加工(縮径)する。この場合も、上記した使用済みのロールのロール胴部材と同様、機械加工前に予め焼鈍するのがよい。
ここで、軸材14の接合端部17の直径は、芯材11の直径よりも小さくしておく(芯材11の直径の0.86〜0.96倍)。
なお、使用済みのロールの軸材(使用済み品)を使用する場合、使用済みのロールから切断分離された軸材を、必要に応じて機械加工(縮径)する。この場合も、上記した使用済みのロールのロール胴部材と同様、機械加工前に予め焼鈍するのがよい。
ここで、軸材14の接合端部17の直径は、芯材11の直径よりも小さくしておく(芯材11の直径の0.86〜0.96倍)。
上記した方法で得られたロール胴部材13と軸材14、15を、圧延ロールの製造装置20まで搬送し、クランプ22にロール胴部材13を把持させ、チャック23に軸材14(軸材15も同様)を把持させる。
このとき、ロール胴部材13の芯材11の軸心と、軸材14の軸心とが一致するように、クランプ22とチャック23との相対位置も調整する。
このとき、ロール胴部材13の芯材11の軸心と、軸材14の軸心とが一致するように、クランプ22とチャック23との相対位置も調整する。
次に、予熱工程について説明する。
この予熱工程では、前記した予熱手段31により、ロール胴部材13の接合端部16と軸材14(又は軸材15、以下同様)の接合端部17を、予め設定した温度に予熱する。
まず、移動手段47の搬送台49を動かし、非予熱位置46に位置していた予熱手段31を、予熱位置45(ロール胴部材13と軸材14の各接合端部16、17にそれぞれ向かい合って配置される位置)まで移動させる。
次に、接合端部16、17が、上記した温度となるように予熱を行う。
この予熱工程では、前記した予熱手段31により、ロール胴部材13の接合端部16と軸材14(又は軸材15、以下同様)の接合端部17を、予め設定した温度に予熱する。
まず、移動手段47の搬送台49を動かし、非予熱位置46に位置していた予熱手段31を、予熱位置45(ロール胴部材13と軸材14の各接合端部16、17にそれぞれ向かい合って配置される位置)まで移動させる。
次に、接合端部16、17が、上記した温度となるように予熱を行う。
この予熱を行うに際しては、前記した予熱手段31を使用するため、芯材11と軸材14の各接合端部16、17の中央部の温度が、その周縁部よりも上昇する(例えば、中央部の温度を周縁部よりも50℃以上150℃以下の範囲で高くする)。これにより、芯材11と軸材14の各接合端部16、17の中央部における軸心方向の突出量は、各接合端部16、17の周縁部よりも大きくなる。
なお、予熱は、少なくともロール胴部材13の接合端部16と軸材14の接合端部17に対して行えばよいため、接合端部16を含むロール胴部材13の一部又は全部、また、接合端部17を含む軸材14の一部又は全部に対して行ってもよい。
また、予熱は、必要に応じて、ロール胴部材13の接合端部16のみ、又は、軸材14の接合端部17のみに対して行ってもよい。
更に、芯材11と軸材14の各接合端部16、17の少なくとも一方の端面を、予め中央部における他の部分(中央部を除く部分)に対する軸心方向の突出量が0.1mm〜数mm突出した略円弧形状、山形状、凸形状等に、機械加工しておいてもよい。この場合、接合端部を略均一に加熱できる加熱手段を用いてもよい。
なお、予熱は、少なくともロール胴部材13の接合端部16と軸材14の接合端部17に対して行えばよいため、接合端部16を含むロール胴部材13の一部又は全部、また、接合端部17を含む軸材14の一部又は全部に対して行ってもよい。
また、予熱は、必要に応じて、ロール胴部材13の接合端部16のみ、又は、軸材14の接合端部17のみに対して行ってもよい。
更に、芯材11と軸材14の各接合端部16、17の少なくとも一方の端面を、予め中央部における他の部分(中央部を除く部分)に対する軸心方向の突出量が0.1mm〜数mm突出した略円弧形状、山形状、凸形状等に、機械加工しておいてもよい。この場合、接合端部を略均一に加熱できる加熱手段を用いてもよい。
ここで、予熱温度(芯材11と軸材14の各接合端部16、17の中央部の温度)は、ロール胴部材13と軸材14との接合が良好に行われる温度であれば、特に限定されるものではないが、特に、500℃以上、軸材14の融点以下で行うのがよい。
予熱温度が500℃未満の場合、温度が低過ぎて、ロール胴部材と軸材との接合強度が十分に高められない恐れがある。一方、予熱温度が軸材の融点を超える場合、例えば、軸材が軟化し、また、金属組織が変化し、軸材として使用できなくなる恐れがある。
従って、予熱温度を、500℃以上、軸材14の融点以下としたが、下限を550℃、更には600℃とすることが好ましく、上限を「軸材14の融点−50℃」、更には「軸材14の融点−100℃」とすることが好ましい。
このように、予熱が終了した後は、移動手段47の搬送台49を動かし、予熱位置45に位置していた予熱手段31を、非予熱位置46まで移動させる。
予熱温度が500℃未満の場合、温度が低過ぎて、ロール胴部材と軸材との接合強度が十分に高められない恐れがある。一方、予熱温度が軸材の融点を超える場合、例えば、軸材が軟化し、また、金属組織が変化し、軸材として使用できなくなる恐れがある。
従って、予熱温度を、500℃以上、軸材14の融点以下としたが、下限を550℃、更には600℃とすることが好ましく、上限を「軸材14の融点−50℃」、更には「軸材14の融点−100℃」とすることが好ましい。
このように、予熱が終了した後は、移動手段47の搬送台49を動かし、予熱位置45に位置していた予熱手段31を、非予熱位置46まで移動させる。
続いて、摩擦圧接工程について説明する。
この摩擦圧接工程では、ロール胴部材13に軸材14を接合する。
まず、上記した予熱工程で予熱された芯材11の軸心に軸材14の軸心を合わせた状態で、モータによりチャック23(軸材14、15)を回転させながら、油圧シリンダ24により芯材11を軸材14に押圧して、芯材11及び軸材14の接合端部16、17を摩擦加熱する。
この摩擦圧接工程では、ロール胴部材13に軸材14を接合する。
まず、上記した予熱工程で予熱された芯材11の軸心に軸材14の軸心を合わせた状態で、モータによりチャック23(軸材14、15)を回転させながら、油圧シリンダ24により芯材11を軸材14に押圧して、芯材11及び軸材14の接合端部16、17を摩擦加熱する。
ここで、芯材11の押圧力と軸材14の回転速度は、十分な摩擦加熱を実施できれば、特に限定されるものではないが、押圧力は、例えば、10MPa以上40MPa以下(好ましくは、下限値が15MPa、上限値が30MPa)程度であり、回転速度は、例えば、100rpm(回/分)以上500rpm以下(好ましくは、下限値が150rpm、上限値が300rpm)程度である。
これにより、芯材11と軸材14は、その中央部からまず接触して摩擦加熱・溶融(摩擦加熱して溶融)し、続いて、周縁部が接触して摩擦溶融するので、芯材11と軸材14の各接合端部16、17は、その全面にわたって溶融する。このように、中央部から周縁部に向けて徐々に摩擦加熱が生じること、及び溶融した金属がいわば潤滑剤的な役割を果たすことにより、芯材11と軸材14との間の摩擦トルクが小さくてすみ、接合端部16、17の径が太くても、パワーが小さなモータを使用できる。
これにより、芯材11と軸材14は、その中央部からまず接触して摩擦加熱・溶融(摩擦加熱して溶融)し、続いて、周縁部が接触して摩擦溶融するので、芯材11と軸材14の各接合端部16、17は、その全面にわたって溶融する。このように、中央部から周縁部に向けて徐々に摩擦加熱が生じること、及び溶融した金属がいわば潤滑剤的な役割を果たすことにより、芯材11と軸材14との間の摩擦トルクが小さくてすみ、接合端部16、17の径が太くても、パワーが小さなモータを使用できる。
上記したように、芯材11及び軸材14の接合端部16、17を摩擦加熱・溶融した後、油圧シリンダ24によって芯材11を軸材14に強圧し、軸材14の回転を停止して接合する(アプセット)。即ち、芯材11と軸材14の接合端部16、17の摩擦加熱で溶融した金属同士が冷却・固化(冷却し固化)することで、芯材11と軸材14とが強固に接合するのである。
ここで、摩擦加熱後の芯材11の軸材14への強圧は、芯材11と軸材14との接合強度を、充分に高めることができれば、特に限定されるものではないが、強圧力は、上記した摩擦加熱時の押圧力よりも高く、例えば、20MPa以上80MPa以下(好ましくは、下限値が30MPa、上限値が60MPa)程度である。
また、軸材14の回転を停止するタイミングは、芯材11及び軸材14の接合端部16、17を摩擦加熱したときに、この接合端部16、17が軟化(溶融)することによる変形量で設定できるが、芯材11を軸材14に強圧する強圧開始のタイミングからの時間(例えば、5秒以下)で設定することもできる。
また、軸材14の回転を停止するタイミングは、芯材11及び軸材14の接合端部16、17を摩擦加熱したときに、この接合端部16、17が軟化(溶融)することによる変形量で設定できるが、芯材11を軸材14に強圧する強圧開始のタイミングからの時間(例えば、5秒以下)で設定することもできる。
最後に、仕上げ工程について説明する。
この仕上げ工程では、摩擦接合した圧延ロールを仕上げ加工する。
まず、摩擦接合した圧延ロールを、仕上げ状態に近い状態まで粗加工し、更に、調質処理、即ち所定の焼入れ、焼戻し等の熱処理を行う。そして、調質処理された圧延ロールを、使用用途に応じた製品形状に機械加工して、圧延ロール10とする。
なお、前記した摩擦圧接工程の後に、ロール胴部材13と軸材14の接合部分に機械加工して金属面を露出させ、この接合部分に円周溶接(肉盛溶接)を行うことが好ましい。
また、上記したように、ロール胴部材13と軸材14の接合部分の金属面を露出させた後、この接合部分に対して超音波検査を行い、ロール胴部材13と軸材14との接合が良好に行われているか否かを検査することが好ましい(品質検査)。
この仕上げ工程では、摩擦接合した圧延ロールを仕上げ加工する。
まず、摩擦接合した圧延ロールを、仕上げ状態に近い状態まで粗加工し、更に、調質処理、即ち所定の焼入れ、焼戻し等の熱処理を行う。そして、調質処理された圧延ロールを、使用用途に応じた製品形状に機械加工して、圧延ロール10とする。
なお、前記した摩擦圧接工程の後に、ロール胴部材13と軸材14の接合部分に機械加工して金属面を露出させ、この接合部分に円周溶接(肉盛溶接)を行うことが好ましい。
また、上記したように、ロール胴部材13と軸材14の接合部分の金属面を露出させた後、この接合部分に対して超音波検査を行い、ロール胴部材13と軸材14との接合が良好に行われているか否かを検査することが好ましい(品質検査)。
続いて、図1、図5を参照しながら、本発明の第2の実施例に係る圧延ロールの製造方法について説明するが、本方法は、前記した本発明の第1の実施例に係る圧延ロールの製造方法とは、圧延ロールの製造装置60の使用方法以外、略同じであるため、異なる部分についてのみ説明する。
まず、準備工程について説明する。
前記した第1の実施例に係る圧延ロールの製造方法で準備したロール胴部材13と軸材14、15を、圧延ロールの製造装置60まで搬送し、クランプ62にロール胴部材13を把持させ、チャック63に軸材14(軸材15も同様)を把持させる。
そして、ロール胴部材13の芯材11の軸心と、軸材14の軸心とが一致するように、クランプ62とチャック63との相対位置を調整する。
前記した第1の実施例に係る圧延ロールの製造方法で準備したロール胴部材13と軸材14、15を、圧延ロールの製造装置60まで搬送し、クランプ62にロール胴部材13を把持させ、チャック63に軸材14(軸材15も同様)を把持させる。
そして、ロール胴部材13の芯材11の軸心と、軸材14の軸心とが一致するように、クランプ62とチャック63との相対位置を調整する。
次に、予熱工程について説明する。
この予熱工程では、前記した予熱手段により、ロール胴部材13の接合端部16と軸材14(又は軸材15、以下同様)の接合端部17を、前記した第1の実施例に係る圧延ロールの製造方法で示したように、予め設定した温度に予熱する。
この予熱工程では、前記した予熱手段により、ロール胴部材13の接合端部16と軸材14(又は軸材15、以下同様)の接合端部17を、前記した第1の実施例に係る圧延ロールの製造方法で示したように、予め設定した温度に予熱する。
続いて、摩擦圧接工程について説明する。
まず、上記した予熱工程で予熱された芯材11の軸心に軸材14の軸心を合わせた状態で、押圧手段により軸材14を芯材11に押圧しながら、モータによりチャック63(軸材14、15)を回転させて、芯材11及び軸材14の接合端部16、17を摩擦加熱する。なお、軸材14の押圧力は、前記した第1の実施例に係る圧延ロールの製造方法で示した芯材11の押圧力を適用できる。
上記したように、芯材11及び軸材14の接合端部16、17を摩擦加熱した後、押圧手段によって軸材14を芯材11に強圧し、軸材14の回転を停止して接合する。なお、軸材14の強圧力は、前記した第1の実施例に係る圧延ロールの製造方法で示した芯材11の強圧力を適用できる。
まず、上記した予熱工程で予熱された芯材11の軸心に軸材14の軸心を合わせた状態で、押圧手段により軸材14を芯材11に押圧しながら、モータによりチャック63(軸材14、15)を回転させて、芯材11及び軸材14の接合端部16、17を摩擦加熱する。なお、軸材14の押圧力は、前記した第1の実施例に係る圧延ロールの製造方法で示した芯材11の押圧力を適用できる。
上記したように、芯材11及び軸材14の接合端部16、17を摩擦加熱した後、押圧手段によって軸材14を芯材11に強圧し、軸材14の回転を停止して接合する。なお、軸材14の強圧力は、前記した第1の実施例に係る圧延ロールの製造方法で示した芯材11の強圧力を適用できる。
最後に、仕上げ工程について説明する。
前記した第1の実施例に係る圧延ロールの製造方法で示した方法で、摩擦接合した圧延ロールを仕上げ加工して、圧延ロール10とする。なお、前記した摩擦圧接工程の後に、ロール胴部材13と軸材14の接合部分に機械加工して金属面を露出させ、この接合部分に円周溶接(肉盛溶接)を行うことが好ましく、また、接合部分の金属面を露出させた後、この接合部分に対して超音波検査を行い、ロール胴部材13と軸材14との接合が良好に行われているか否かを検査することが好ましい(品質検査)。
前記した第1の実施例に係る圧延ロールの製造方法で示した方法で、摩擦接合した圧延ロールを仕上げ加工して、圧延ロール10とする。なお、前記した摩擦圧接工程の後に、ロール胴部材13と軸材14の接合部分に機械加工して金属面を露出させ、この接合部分に円周溶接(肉盛溶接)を行うことが好ましく、また、接合部分の金属面を露出させた後、この接合部分に対して超音波検査を行い、ロール胴部材13と軸材14との接合が良好に行われているか否かを検査することが好ましい(品質検査)。
続いて、図6(A)〜(C)、図7を参照しながら、予熱工程で使用する予熱手段の別の例について説明する。この予熱手段においては、周知構造のロボットアーム(6軸多関節ロボットを使用するのが好ましい)65と、ロボットアーム65のアーム66の先部に取付けられたバーナ67とを有している。ロボットアーム65は図示しない制御部を有し、制御部に入力されたプログラムに従い、バーナ67の向き及び移動軌跡を決めて、バーナ67を任意の位置に任意の方向に向けて配置できる。なお、バーナ67は水冷構造となって、バーナ67自体が発する熱によって加熱されないようになっている。ロボットアーム65のアーム66も必要によって水冷することができる。
従って、ロボットアーム65を操作し、通常はバーナ67を待機位置に配置しておくが、ロール胴部材13の接合端部16(18も同様)及び軸材14(15も同様)の接合端部17(19も同様)を予熱する場合は、ロール胴部材13の接合端部16と軸材14の接合端部17との間に十分な隙間を設け、この隙間の間の中央位置にバーナ67を配置する。そして、バーナ67に可燃ガス(例えば、LPG、LNG)と酸素(又は空気)とを送って、着火する。なお、69はウォータジャケットを示す。
次に、ロボットアーム65を操作して、バーナ67を接合端部16に向け、バーナ67の火炎が渦巻き状に接合端部16を加熱するようにする。この接合端部16の加熱が終えた後、バーナ67を180度回転させて、接合端部17を渦巻き状に加熱するようにする。なお、バーナ67の渦巻き運動は、図6(B)のAからBに(即ち、外周から中心側に)移動してもよいし、図6(B)のBからAに向かうように渦巻き移動をしてもよい。
なお、図6(C)のD→C、又はC→Dに示すように、異なる径の円上を移動することも可能である。
なお、図6(C)のD→C、又はC→Dに示すように、異なる径の円上を移動することも可能である。
また、一つのバーナ67を用いると、一方の接合端部16から他方の接合端部17にバーナ67の火炎吹き出し方向を、短時間のうちに変えることが必要であるので、図7に示すように、バーナを構成する第1、第2のバーナ71、72を背向かい(180度異なる角度)に配置し、両方の第1、第2のバーナ71、72から火炎を発して、接合端部16、17の両方を同時に加熱することもできる。
ここで、接合端部16、17の直径が異なる場合は、両方の第1、第2のバーナ71、72のバルブ73、74を設けるのがよい。小径の接合端部17に対して第2のバーナ72を一部不使用とする場合は、バルブ74をオフにして非加熱とすることもできる。なお、この第1、第2のバーナ71、72は図示しないロボットアームのアームの先に設けられている。
以上に示した本発明の圧延ロールの製造方法を用いることで、圧延ロールを短工期で安価に製造でき、従来よりも長寿命化が図れる。
以上、本発明を、実施例を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施例に記載の構成に限定されるものではなく、請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施例や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施例や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の圧延ロールの製造方法及び圧延ロール並びに圧延ロールの製造装置を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
本発明に係る圧延ロールの製造方法及び圧延ロール並びに圧延ロールの製造装置は、予熱工程と摩擦圧接工程により、ロール胴部材と軸材との接合を行うので、材料費を節約でき、従来よりも簡単な方法で、より精度の高い圧延ロールを製造できる。
10:圧延ロール、11:芯材、12:鋳掛け肉盛層、13:ロール胴部材、14、15:軸材、16〜19:接合端部、20:圧延ロールの製造装置、21:ベース台、22:クランプ、23:チャック(第2の把持手段)、24:油圧シリンダ(押圧手段)、25、26:支持台、27:振れ止め手段、28:テーブル、29:第1の把持手段、30:連結ロッド、31:予熱手段、32:バーナ、33:水冷手段、34、35:水冷ジャケット、36:取り付け台、37、38:配管、39、40:耐熱板(耐熱部材)、41:開口部、42:ガス供給管、43、44:ガス供給室、45:予熱位置、46:非予熱位置、47:移動手段、48:ガイドレール、49:搬送台、50:ガス供給用ホース、51:台車、52:ガイドローラ、53:床面、60:圧延ロールの製造装置、61:ベース台、62:クランプ(第1の把持手段)、63:チャック(第2の把持手段)、65:ロボットアーム、66:アーム、67:バーナ、69:ウォータジャケット、71、72:バーナ、73、74:バルブ
Claims (14)
- クロム−モリブデン鋼又は炭素鋼からなる円柱状の芯材の外周に、硬質の鋳掛け肉盛層が形成されたロール胴部材と、クロム−モリブデン鋼からなり、前記芯材の軸方向両側にそれぞれ設けられた軸材とを備える圧延ロールの製造方法において、
前記軸材の接合端部の直径を前記芯材の直径より小さくし、
前記ロール胴部材及び前記軸材のいずれか一方又は双方の少なくとも接合端部を、予め設定した温度に予熱する予熱工程と、
前記芯材の軸心に前記軸材の軸心を合わせた状態で、前記軸材を前記芯材に押圧しながら回転させて前記芯材及び前記軸材の接合端部を摩擦加熱した後、前記芯材に前記軸材を強圧して接合する摩擦圧接工程とを有し、前記芯材は前記ロール胴部材の端部から突出していることを特徴とする圧延ロールの製造方法。 - 請求項1記載の圧延ロールの製造方法において、前記軸材の接合端部の直径は前記芯材の直径の0.86倍以上0.96倍以下であることを特徴とする圧延ロールの製造方法。
- 請求項1又は2記載の圧延ロールの製造方法において、前記摩擦圧接工程の後に、前記ロール胴部材と前記軸材の接合部分に機械加工して金属面を露出させ、前記接合部分の円周溶接を行うことを特徴とする圧延ロールの製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧延ロールの製造方法において、前記予熱工程における前記接合端部の予熱温度は、500℃以上、前記軸材の融点以下であることを特徴とする圧延ロールの製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧延ロールの製造方法において、前記ロール胴部材は、その外周に新たな前記鋳掛け肉盛層が形成された使用済みのロールを用いることを特徴とする圧延ロールの製造方法。
- 請求項5記載の圧延ロールの製造方法において、前記使用済みのロールは、焼鈍後、外周の鋳掛け肉盛層が機械加工によって一部又は全部が除去されていることを特徴とする圧延ロールの製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧延ロールの製造方法において、前記軸材は使用済みのロールから切断分離された軸材を使用することを特徴とする圧延ロールの製造方法。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の圧延ロールの製造方法によって製造されたことを特徴とする圧延ロール。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の圧延ロールの製造方法に用いる製造装置であって、
前記ロール胴部材を水平又は垂直に把持する第1の把持手段と、
前記軸材を前記ロール胴部材の軸心に合わせて把持する第2の把持手段と、
前記第2の把持手段に設けられ、前記軸材をその軸心を中心として回転させる回転手段と、
前記第1の把持手段又は前記第2の把持手段に設けられ、前記芯材と前記軸材の接合面同士を突き合わせ、前記芯材と前記軸材とを軸方向に押圧する押圧手段と、
前記ロール胴部材及び前記軸材の双方の接合端部を予熱する予熱手段とを有し、
前記予熱手段は、間隔を有して対向配置された前記ロール胴部材と前記軸材の各接合端部にそれぞれ向かい合って配置される複数のバーナで構成され、かつ前記接合端部に向かい合って配置される複数の前記バーナは、前記接合端部の周縁部よりも中央部の方が密に配置されていることを特徴とする圧延ロールの製造装置。 - 請求項9記載の圧延ロールの製造装置において、複数の前記バーナの火炎噴出口側には、耐熱部材が設けられていることを特徴とする圧延ロールの製造装置。
- 請求項9又は10記載の圧延ロールの製造装置において、複数の前記バーナには、水冷手段が設けられていることを特徴とする圧延ロールの製造装置。
- 請求項9〜11のいずれか1項に記載の圧延ロールの製造装置において、前記予熱手段は、前記ロール胴部材と前記軸材の接合端部を予熱する予熱位置と、該予熱位置の側方に位置する非予熱位置との間を移動可能な移動手段に設けられていることを特徴とする圧延ロールの製造装置。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の圧延ロールの製造方法に用いる製造装置であって、
前記ロール胴部材を水平又は垂直に把持する第1の把持手段と、
前記軸材を前記ロール胴部材の軸心に合わせて把持する第2の把持手段と、
前記第2の把持手段に設けられ、前記軸材をその軸心を中心として回転させる回転手段と、
前記第1の把持手段又は前記第2の把持手段に設けられ、前記芯材と前記軸材の接合面同士を突き合わせ、前記芯材と前記軸材とを軸方向に押圧する押圧手段と、
前記ロール胴部材及び前記軸材の双方の接合端部を予熱する予熱手段とを有し、
前記予熱手段は、前記ロール胴部材及び前記軸材の接合端部を同時に又は順次加熱するバーナと、先部に前記バーナが取付けられたロボットアームとを有し、前記ロボットアームによって前記バーナの向き及び移動軌跡を決めることを特徴とする圧延ロールの製造装置。 - 請求項13記載の圧延ロールの製造装置において、前記バーナは、前記ロール胴部材の接合端部を予熱する第1のバーナと、前記軸材の接合端部を予熱する第2のバーナを有して構成されていることを特徴とする圧延ロールの製造装置。
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