JP5852295B1 - スケールブレーカー用ワークロール及びスケールブレーカー用ワークロールの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、胴部の耐摩耗性が高いだけでなく、軸部の折損が起こりにくく、安定した寿命を確保できるとともに、信頼性の高いスケールブレーカー用ワークロールを提供することを課題としており、本発明では、胴部２がハイス鋼又はセミハイス鋼で形成されたスケールブレーカー用ワークロールであって、該胴部２の両端側平面２１に開けられた嵌め込み穴２２に、該胴部２のハイス鋼又はセミハイス鋼より靱性の大きい材質で形成された軸部材３の一部を嵌め込んで軸入部３１を構成して、該胴部２と該軸入部３１とを一体化してなることを特徴とするスケールブレーカー用ワークロールによって上記課題を解決した。

Description

本発明は、スケールブレーカー用ワークロールに関し、更に詳しくは、胴部と軸部にそれぞれの必要な特性を持った材料を使用することによって、信頼性と寿命が大幅に改善されたスケールブレーカー用ワークロール（以下、単に「ワークロール」と記述する場合がある。）に関する。

鋼板の圧延加工の際には、空気酸化により、鋼板表面に酸化鉄の被膜（スケール）が生じる。このような被膜（スケール）は、鋼板に繰返し曲げ加工を施すことにより亀裂を生じさせることで除去される（スケールブレーキング）。スケールブレーキングの際は、スケールを除去すると同時に、板の平坦度を向上させる処理を行うためのテンションレベラー式スケールブレーカーが使用されることが多い。

テンションレベラー式スケールブレーカーは、多数のロールから構成されており、通板時に鋼板と接触してスケールを物理的に除去し、かつ、鋼板を平坦化させるためのワークロール、ワークロールの撓みを防止するためのバックアップロール等からなる。テンションレベラー式スケールブレーカーにおいて、ワークロール、バックアップロール等のロールは、一組のロール群が上下互い違いに多数設置され、鋼板はロールの間を走行する際に曲げ伸ばされる。

ワークロールは、走行する鋼板と接触したり、鋼板の進行方向の大きな引張応力を受けたりするために摩耗されやすく、スケール除去や平坦化の性能の低下につながる。このため、時折、鋼板との接触部位（胴部）表面を研磨することで性能を回復させたり、ロール自体を新しいものに交換したりする必要性が生じ、研磨・交換時のラインの停止に起因する生産性の低下や、ロール交換に要するコストが問題となる。

摩耗に強く、研磨や交換の頻度を低減させることができるロールの素材として、耐摩耗性の高いハイス鋼（高速度工具鋼）を使用する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
また、特許文献２には、鋼系軸材の外周部に、ハイス系材料の粉末を液相焼結して形成した耐摩耗材層を有するロール、すなわち、鋼板との接触部位（胴部）のみをハイス系材料で形成したロールが提案されている。

一方、ワークロールは、中央部の胴部と両先端部の径の細い軸部からなる。胴部は鋼板と接触してスケールを除去し平坦化させるための部分であり、軸部はロールの回転運動を制御するための軸受（ベアリング）が組み込まれる部分である。
通常、ワークロールは、稼働中に通板材の進行方向に強く引っ張られることになり、中央部分は進行方向に曲がるため、ワークロールの軸部には非常に大きな負荷がかかる。

上記したハイス鋼やセミハイス鋼は、耐摩耗性が高く、走行する鋼板と接触することによる摩耗を低減することができ、胴部の表面にハイス鋼等を使用することにより、胴部の摩耗に起因する胴部の研磨やロールの交換の頻度を減少させることができる。
しかしながら、ハイス鋼やセミハイス鋼は靱性が十分ではないという欠点があるため、特許文献１のロールのような、全体がハイス鋼で形成されたロールでは、径の細い軸部に負荷が集中することにより、稼働条件によっては、胴部の摩耗によりロールが使用できなくなるよりも先に、軸部が折損することによりロールが使用できなくなる場合があった。
また、特許文献２のようなロールにしても、ハイス系材料粉末の焼結は１３００℃程度の高温で行われるため、焼結の際に軸部も加熱されてしまい、この加熱の影響で軸部に損傷を与える場合があった。

運転（稼働）によりワークロールの軸部が折損した場合に、軸部を修理して再使用することは不可能であり、軸部が折損したロールは必ず廃棄することになる。
その際、ハイス鋼は鋼材費が高く、ハイス鋼を素材としたロールを、胴部の摩耗により研磨不能な廃却径となるより前に軸部の折損により廃棄することは材料費の面から無駄が多く、コスト的に甚大な損害となる。

また、通常、ワークロールの状態は、２週間に一度程度の頻度で装置を停止して定期的に点検する。胴部の摩耗が激しい場合、研磨で性能を回復させるか、ワークロールを交換することになる。軸部の折損は、新品のワークロールの使用開始から２週間経過する前に起こる場合もあり、また、軸部の折損は予期せず突然発生し、装置を停止せざるを得なくなるため、生産性の低下による損害も甚大である。

このため、ハイス鋼を胴部の素材として適用することで胴部の摩耗の問題を解決できても、軸部の折損が原因となり、かえって生産性の低下やコストの増大という問題が生じており、ワークロールの材質について、更なる改善の余地があった。

特開平５−１６９２１６号公報 特開２００４−２５０７３１号公報

本発明は上記背景技術に鑑みてなされたものであり、その課題は、鋼板と接触する胴部の耐摩耗性が高いだけでなく、軸部の折損が起こりにくく、安定した寿命を確保でき、信頼性が高く、コストの削減が可能なスケールブレーカー用ワークロールを提供することにある。

本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、胴部と軸部にそれぞれ必要な特性を持った鋼材を使用したハイブリッド型ワークロールを使用することにより、上記の課題を解決できることを見出した。
具体的には、耐摩耗性の高いハイス鋼又はセミハイス鋼で胴部を形成し、靱性の大きい材質で軸部を形成したワークロールを使用することにより、胴部の摩耗による問題のみならず、軸部の折損による問題も解決することができ、寿命が長く、信頼性の向上やコストの低減が可能であることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、胴部がハイス鋼又はセミハイス鋼で形成されたスケールブレーカー用ワークロールであって、該胴部の両端側平面に開けられた嵌め込み穴に、該胴部のハイス鋼又はセミハイス鋼より靱性の大きい材質で形成された軸部材の一部を嵌め込んで軸入部を構成して、該胴部と該軸入部とを一体化してなることを特徴とするスケールブレーカー用ワークロールを提供するものである。

本発明によれば、前記問題点と上記課題を解決し、胴部の摩耗や軸部の折損による故障が少なく、寿命が長く、安定性に優れたスケールブレーカー用ワークロールを提供することができる。

ワークロールの軸部が折損した場合、胴部が使用可能であっても、ワークロールを廃却しなければならなかったり、装置の停止による生産性の低下が問題となったりすることから、従来技術は、耐摩耗性が高いというハイス鋼の長所を十分に生かすことができていなかった。
本発明のワークロールは、胴部の素材として摩耗に強いハイス鋼又はセミハイス鋼を採用しつつ、軸部を折損しにくくしたものである。
このため、従来技術のように、胴部の摩耗による廃却径となる以前に軸部の折損によりワークロールを廃却せざるを得ないといったことが無くなり、炭素鋼、低合金鋼、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）等と比較して、鋼材費が数倍も高い反面、摩擦の激しい胴部の素材として優れる、というハイス鋼又はセミハイス鋼の長所を存分に生かすことができる。
すなわち、軸部の折損がネックとならないので、胴部の摩耗が進んで廃却径となるまで、何度も研磨を繰り返すことでワークロールを使用することができ、また、ワークロールの交換の頻度の減少により生産性も大幅に向上する。

通常の鋼材は、焼き入れにより硬度が上がり靭性が下がった後に、焼き戻しを行うことである程度硬度を下げる代わりに靭性を上げることができる（調質処理）。ハイス鋼がロールの素材として採用される以前に使用されていた、炭素鋼、低合金鋼、ＳＵＪ２等のロールは、調質処理により軸部の強度と靱性を向上させることが可能であった。
しかしながら、ハイス鋼やセミハイス鋼等の工具鋼は、調質処理の高温焼き戻し温度においても、高硬度を保ち靱性が向上しにくい（二次硬化現象）という性質を持つため、ハイス鋼やセミハイス鋼を軸部の素材として採用した場合、調質処理によって軸部の靱性を向上させ、折損しにくくすることはできない。
このため、鋼板の進行方向に強く引っ張られることにより、特に軸受（ベアリング）が組み込まれる軸部に負荷が集中し、軸部の折損が起こってしまう。

本発明では、胴部をハイス鋼又はセミハイス鋼で形成し、軸部材をハイス鋼又はセミハイス鋼よりも靱性の大きい材質で形成し、両者を一体化することで、軸部は折損に強く、胴部は耐摩耗性に優れたハイブリッド型ワークロールを提供することができる。

特に、本発明では、胴部と軸部材の一体化の方法として、胴部の表面を１５０〜４００℃程度にして行う焼き嵌めが適している。この焼き嵌め温度は、胴部を形成するハイス鋼又はセミハイス鋼の焼き戻し温度（５００〜６００℃）よりも低いため、焼き嵌めによる加熱の影響が胴部に及ばない。
すなわち、胴部の焼き戻しの際の温度と胴部と軸部材の一体化の際の温度が、それらの温度差の点でたまたまマッチングしていることから、胴部と軸部に、それぞれに必要な性能が両立したワークロールを提供することが可能となる。

以上のように、本発明では、ワークロールの胴部のハイス鋼又はセミハイス鋼の耐摩耗性を保ちつつ、軸部の折損がほとんど起こらないため、耐摩耗性が高く、研磨・交換の頻度が少なくて済むというハイス鋼又はセミハイス鋼の長所を十分に生かすことができ、高価な鋼材であるハイス鋼又はセミハイス鋼を、廃却径になるまで研磨して再使用することができ、材料コストの無駄が少ない。また、軸の折損による突然の装置の停止も防止でき、生産性・信頼性が大幅に向上する。

胴部と軸部材とを一体化する前の状態（嵌め込み部分の直径３１Ｄと突き出し部分の直径３２Ｄの差は誇張して描かれている）を示す模式図である。 胴部と軸部材とを一体化して形成した、本発明のスケールブレーカー用ロールを示す模式図（嵌め込み部分の直径と突き出し部分の直径の差は誇張して描かれている）である。

以下、本発明について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、任意に変形して実施することができる。

本発明のスケールブレーカー用ワークロール１は、別々の材質で形成された胴部２と軸部材３を一体化してなるハイブリッド型ワークロールである。

図１は、胴部２と軸部材３を一体化する前の状態を模式的に示したものである。胴部２の周壁には、環状の窪みや環状の突起が存在する場合があるが、これらは図では省略している。
胴部２はハイス鋼又はセミハイス鋼で形成されており、胴部２の両端側平面２１には、それぞれ中央部に円筒状の嵌め込み穴２２が開けられている。
軸部材３は、胴部を形成するハイス鋼又はセミハイス鋼より靱性の大きい材質で形成されており、嵌め込み部分３１と突き出し部分３２からなる。嵌め込み部分３１は、胴部２の嵌め込み穴２２に嵌め込まれ、軸入部３１として機能する部分である。突き出し部分３２は、嵌め込み穴２２に嵌め込まれず、露出したままの状態となっている部分であり、ワークロール１を使用する際に、軸受（ベアリング）が組み込まれた軸部３２として機能する部分である。

図２に模式的に示したように、胴部２の嵌め込み穴２２に軸部材３の嵌め込み部分（軸入部）３１が嵌め込まれた状態で、焼き嵌め等の操作を行うことにより、胴部２と軸入部３１が一体化され、本発明のスケールブレーカー用ワークロール１が完成する。

＜胴部＞
本発明のワークロールにおける胴部２は、ハイス鋼又はセミハイス鋼で形成されている。ハイス鋼やセミハイス鋼は、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）といった特殊金属成分が多量に添加されているという特徴がある。これら特殊金属成分の炭化物の存在により、ハイス鋼やセミハイス鋼は、焼き入れにより硬くなり、耐摩耗性や耐食性に優れる。このため、ハイス鋼やセミハイス鋼は、鋼板と直接接触することで摩耗が起こる胴部の材質として適する。

ハイス鋼は、日本工業規格（ＪＩＳ）のＪＩＳ Ｇ４４０３に規格化されている記号ＳＫＨの高速度工具鋼である。

このうち、重量％で、Ｃ：０．８〜１．３％、Ｃｒ：３〜５％、Ｍｏ：４〜７％、Ｗ：４〜１１％、Ｖ：１〜５％を含有するハイス鋼が特に本発明に適している。
また、これらの金属成分に加えて、本発明に用いられるハイス鋼は、コバルト（Ｃｏ）を含有していてもよい。

本発明に適したハイス鋼として、具体的には、ＪＩＳ Ｇ４４０３のＳＫＨ５１、ＳＫＨ５２、ＳＫＨ５３、ＳＫＨ５５、ＳＫＨ５６等が挙げられる。

セミハイス鋼（マトリックスハイス鋼）は、ハイス鋼よりも炭素（Ｃ）の含有量が少なく、他の合金成分はハイス鋼と同様である。セミハイス鋼は、ハイス鋼に比べて靱性が大きいという特徴がある。

胴部２の寸法は、ワークロールが使用されるスケールブレーカー装置の種類に応じて適宜定められる。
胴部２の長さは、限定はないが、通常１００ｃｍ〜４００ｃｍ、好ましくは１５０ｃｍ〜１９５ｃｍである。
胴部２の直径は、限定はないが、通常６０ｍｍ〜１００ｍｍ、好ましくは７０ｍｍ〜９０ｍｍである。

胴部２の両側に存在する両端側平面２１の中央部には、軸部材３の一部（嵌め込み部分３１）が嵌め込まれる円柱状の嵌め込み穴２２が開けられている。

嵌め込み穴の深さ２２Ｌは、４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下が好ましく、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下がより好ましく、５５ｍｍ以上７０ｍｍ以下が特に好ましい。
浅すぎると、胴部２と軸入部３１の接合強度が弱く、接合部の境界において割れが発生する場合がある。
深すぎると、軸部材３の全長が長くなり、切削加工の手間が増えるだけであり、胴部２と軸入部３１の接合強度がより強くなるわけではない。

特に、焼き嵌めで胴部２と軸部材３を一体化する場合、収縮の際の変形を考慮して嵌め込み穴２２を精密に作成することが必要となるが、嵌め込み穴の深さ２２Ｌが深すぎると、精密な加工がより困難となるため、必要以上に深くすることは好ましくない。
更には、嵌め込み穴の深さ２２Ｌが深すぎる場合、嵌め込み穴２２の周辺を均一に加熱するのが困難な上、軸入部３１の挿入中に冷えて縮径し、途中までしか挿入できなくなる恐れも大きくなる。
上記した問題は、嵌め込み穴の深さ２２Ｌが深すぎて、両端からの嵌め込み穴が貫通している場合にもあてはまる。

嵌め込み穴の直径２２Ｄは、対応する軸部材３の嵌め込み部分の直径３１Ｄに応じて適宜定められるが、１５ｍｍ以上４０ｍｍ以下が好ましく、２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下がより好ましい。

嵌め込み穴２２の作製方法に特に限定は無く、公知の方法を用いることができる。嵌め込み穴２２の作製は、胴部２の焼き入れ・焼き戻し処理をした後で行うことが好ましい。

ハイス鋼又はセミハイス鋼で形成されている胴部は、焼き入れ処理され、その後、焼き戻し処理を施される。

焼き入れ処理の際には、胴部２の少なくとも表面２０を焼き入れし、焼き入れ後に、胴部２を５００℃以上６００℃以下で焼き戻しした後、嵌め込み穴２２に軸部材３を嵌め込んで軸入部３１を構成して、胴部２と軸入部３１とを一体化することが好ましく、また、高周波焼き入れにより胴部の表面のみを焼き入れすることが特に好ましい。

胴部２がハイス鋼の場合、焼き入れ温度は１０００℃以上１３５０℃以下が好ましく、１１５０℃以上１２５０℃以下が特に好ましい。
胴部２がセミハイス鋼の場合、焼き入れ温度は１０００℃以上１３５０℃以下が好ましく、１０５０℃以上１１５０℃以下が特に好ましい。
ハイス鋼やセミハイス鋼は、上記温度範囲で焼き入れすることにより、非常に硬くなり、耐摩耗性が向上する。

胴部２の焼き入れの方法について、特に限定は無いが、高周波焼き入れにより、胴部の表面２０のみを焼き入れすることが好ましい。
高周波焼き入れは、高周波の電磁波による電磁誘導を起こし、表面を加熱させて行う焼き入れの手法であり、鋼材の表面のみを硬化させ、内部は靱性をある程度保ったままの状態にすることができる焼き入れ手法である。
胴部２の表面は被処理物である鋼板と接触するため、可能な限り硬度が高いことが好ましい。

一方、焼き入れ後に嵌め込み穴２２の作製をする場合に、内部の硬度は低いままの方が穿孔（作製）しやすい。また、焼き嵌め等により胴部２と軸部材３１を一体化する際の変形の影響を小さくし、割れ発生のリスクを抑えるため、胴部の内部はある程度靱性を保っていた方がよい。
以上のような理由から、表面は硬度が上がり（靱性が下がり）、内部は硬度があまり上がらない（靱性があまり下がらない）方法である、高周波焼き入れは、本発明における胴部２の焼き入れの手法として適した方法である。

胴部２を焼き入れした後は、焼き戻し処理を行う。焼き戻し温度は、５００℃以上６００℃以下が好ましく、５３０℃以上５７０℃以下がより好ましい。

胴部２の焼き戻しの方法について、特に限定はなく、通常用いられる加熱炉において焼き戻しが行われる。

ハイス鋼やセミハイス鋼で形成された胴部２の焼き戻しは、上記のような高温で行われる。一般の鋼材では、焼き戻しを行うと、焼き入れによって低下した靱性をある程度回復させる代わりに硬度が低下するところ、ハイス鋼やセミハイス鋼はＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖを多く含有するため、上記のような高温で焼き戻しを行うことにより、安定な炭化物を形成し、硬度が上昇する（二次硬化現象）。
しかし、その一方で、ハイス鋼やセミハイス鋼は、高温焼き戻しで靱性が向上しないため、ハイス鋼やセミハイス鋼を軸部の素材とした場合、折損防止のために軸部を強化することができない。本発明によれば、このようなハイス鋼やセミハイス鋼の欠点を取り除くことができる。

＜軸部材＞
本発明のワークロールにおける軸部材３は、胴部２のハイス鋼又はセミハイス鋼より靱性の大きい材質で形成されている。
軸部材３は、嵌め込み部分３１と突き出し部分３２とからなる。嵌め込み部分３１は、胴部２の嵌め込み穴２２に嵌め込まれる部分であり、軸入部３１として機能し、胴部２と一体化する。突き出し部分３２は、胴部２に嵌め込まれないで軸部を構成する部分、すなわち、ワークロールを使用する際に軸受（ベアリング）が組み込まれる部分である。

ワークロールは、スケールブレーカー装置の稼働中は、走行する鋼板の進行方向に強く引っ張られるため、径の細い軸部に負荷が集中し、このためハイス鋼のような靱性の小さい材質では、軸部の折損が発生する場合がある。
本発明のワークロールでは、軸部の折損防止のために、軸部材３（特に、胴部との一体化後に軸部として機能する突き出し部分３２）を、胴部２のハイス鋼又はセミハイス鋼より靱性の大きい材質で形成している。

軸部材３の材質は、胴部２のハイス鋼又はセミハイス鋼より靱性の大きい材質であることが必須である。靱性は大きいほど軸部材３の材質として好ましく、鋼材コストや入手の容易さ等も考慮して軸部材３の材質は選択される。

軸部材３の具体例としては、クロムモリブデン鋼、炭素鋼、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）、ニッケルクロムモリブデン鋼等が好ましい。
また、焼入れ及び焼き戻し等の強靭化させる調質処理が施されたものが、より好ましい。

クロムモリブデン鋼は、ＪＩＳ Ｇ４０５３に規格化されている記号ＳＣＭの機械構造用炭素鋼鋼材である。
クロムモリブデン鋼は焼き入れ性に優れ、かつ、焼き戻しの際に靱性の低下が起こりにくいため、クランクシャフト等、脆性破壊のリスクの大きい部材に使用されることが多く、折損のリスクの大きいワークロールの軸部に使用される材質として適している。

十分な焼き入れ効果を得るために、クロムモリブデン鋼の中でも、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０、ＳＣＭ４４５といった炭素含有率の大きい鋼材が好ましい。

炭素鋼は、Ｃ以外の含有元素の量が合金鋼に分類されない量の鋼材である。十分な焼き入れの効果を得るために、重量％で、Ｃが０．４％以上のものが軸部材３の材質として適している。
そのような炭素鋼の具体例として、ＪＩＳ Ｇ４０５１に規格化されている機械構造用炭素鋼鋼材のうち、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ等が挙げられる。

ニッケルクロムモリブデン鋼は、ＪＩＳ Ｇ４０５３に規格化されている記号ＳＮＣＭの機械構造用炭素鋼鋼材であり、クロムモリブデン鋼よりも更に靱性を高めるために、高価なニッケル（Ｎｉ）が添加されている。

十分な焼き入れ効果を得るために、ニッケルクロムモリブデン鋼の中でも、ＳＮＣＭ２４０、ＳＮＣＭ４３９、ＳＮＣＭ４４７といった炭素含有率の大きい鋼材が好ましい。

ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）は、軸受（ベアリング）等に使用されることの多い素材であり、価格が安い。ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）は、ハイス鋼が採用される以前に、ロールの素材として使用されていた鋼材の一つである。

軸部材３の嵌め込み部分の直径３１Ｄと突き出し部分の直径３２Ｄは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。すなわち、胴部２と一体化する前に、嵌め込み部分３１と突き出し部分３２の境界３３が視認できても視認できなくてもよい。
図１では、嵌め込み部分の直径３１Ｄが、突き出し部分の直径３２Ｄより大きくなっているケースを例示している。このようになっていることで、胴部２と軸入部３１とを一体化した後に、軸入部３１と突き出し部分３２との境界部分に段差が発生しにくくなり、境界部分で応力集中による破壊が発生しにくくなる。
なお、図１は、嵌め込み部分の直径３１Ｄと突き出し部分の直径３２Ｄの差を誇張して描いたものである。両者の差（３２Ｄ−３１Ｄ）は、具体的には、０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下がより好ましい。

更に、嵌め込み部分の直径３１Ｄと突き出し部分の直径３２Ｄが異なる場合（境界３３の存在をはっきりと確認できる場合）、境界３３は、滑らかなテーパー状又は径の大きな円弧状となっていると、一体化した後により一層段差が発生しにくくなる。

嵌め込み部分の直径３１Ｄは、嵌め込み穴の直径２２Ｄとほぼ同一で、１５ｍｍ以上４０ｍｍ以下が好ましく、２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下がより好ましい。
嵌め込み部分の長さ３１Ｌは、嵌め込み穴の深さ２２Ｌとほぼ同一で、４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下が好ましく、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下がより好ましく、５５ｍｍ以上７０ｍｍ以下が特に好ましい。
なお、嵌め込み穴の奥の突きあたり部分には、応力集中低減のため、面取り加工を施すことが好ましく、Ｒ面取り加工を施すことが特に好ましい。

突き出し部分の直径３２Ｄは、嵌め込み部分の直径３１Ｄとほぼ同一で、１５ｍｍ以上４０ｍｍ以下が好ましく、２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下がより好ましい。
突き出し部分の長さ３２Ｌは、３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、４０ｍｍ以上８０ｍｍ以下がより好ましく、５０ｍｍ以上６０ｍｍ以下が特に好ましい。

嵌め込み部分の長さ３１Ｌと突き出し部分の長さ３２Ｌの比である３１Ｌ：３２Ｌは、４：１〜１：２が好ましく、２：１〜１：１がより好ましい。

＜胴部と軸部材の一体化＞
嵌め込み穴２２に軸部材３の一部を嵌め込んで胴部２と軸部材３（の軸入部３１）とを一体化する操作としては、焼き嵌め、溶接、ろう付け、ねじ込み等が挙げられる。
しかしながら、ねじ込みのような方法では、応力集中により、ねじ山が折れたり、境界３３付近において軸部が折損したりする場合がある。また、溶接、ろう付け等の方法では、軸部が高温になって靱性が下がり軸部の折損の原因となったり、接合強度が低かったりする場合がある。

このため、嵌め込み穴２２に軸部材３の一部を嵌め込んで胴部２と軸入部３（の軸入部３１）とを一体化する操作が焼き嵌めであり、嵌め込み穴２２の周辺の温度を１５０℃以上４００℃以下にして焼き嵌めすることにより胴部２と軸入部３（の軸入部３１）を一体化することが好ましい。
嵌め込み穴２２の周辺の温度は、２００℃以上３５０℃以下がより好ましく、２５０℃以上３００℃以下が特に好ましい。このような温度範囲とすることで、十分に胴部２と軸入部３を一体化することができる。
焼き嵌めは、上記のような比較的低温で行うことができるため、加熱時に軸部が高温に晒されることがなく、また、ねじ山のような局所的に強度の弱い部分ができることもないため、折損が起こりにくい。

また、上記温度範囲は、ハイス鋼又はセミハイス鋼の焼き戻し温度（５００〜６００℃）よりも低いため、焼き嵌めによる加熱の影響が胴部２に及ばず、胴部２の耐摩擦性が低下しない。
上記した通り、焼き嵌めによって胴部２と軸部材３を一体化する場合、ハイス鋼やセミハイス鋼の焼き戻し温度よりも低い温度で一体化することができる。すなわち、一体化の方法として焼き嵌めを採用する場合、胴部の焼き戻しの際の温度と胴部と軸部材の一体化の際の温度がたまたまマッチングしていることから、焼き嵌めが胴部の性質に影響を及ぼすことがなく、胴部と軸部にそれぞれに必要な性能が保たれたワークロールを提供するという本発明の効果が発揮される。

焼き嵌めにより胴部２と軸入部３１とを一体化する場合、焼き嵌め代（嵌め込み部分の直径３１Ｄと嵌め込み穴の直径２２Ｄの差）を、嵌め込み部分の直径３１Ｄで除した値で定義される焼き嵌め率は、０．５／１０００以上２／１０００以下が好ましく、０．６／１０００以上１．８／１０００以下がより好ましく、０．７／１０００以上１．５／１０００以下が特に好ましい。
焼き嵌め率の下限が上記以上であると、締め付けが十分となり、軸部材３を構成していた部分が脱落することがない。
焼き嵌め率の上限が上記以下であると、過剰な締め付けによる歪みが生じないので、破損のおそれがない。また、焼き嵌めは必然的にある程度の温度に加熱して行わざるを得ないが、焼き嵌め率の上限が上記以下であれば、焼き嵌め温度はハイス鋼又はセミハイス鋼の焼き戻し温度（５００〜６００℃）よりも低い温度となり、一体化の際の加熱の影響が胴部に及ばず本発明の効果が発揮される。

また、焼き嵌めの場合、膨張・収縮時の体積変化を考慮して嵌め込み穴２２や軸入部３１の形状を予め設計しておくことにより、胴部２と軸入部３１とを一体化した後に、軸入部３１と突き出し部分３２との境界部分の段差等の変形の起こりにくい構造とすることが容易であり、更に折損が起こりにくい形状とすることができる。
具体的には、図１に示すように、嵌め込み部分（軸入部）３１の先端に面取り部３１ａを設けたり、嵌め込み穴２２の入り口に面取り部２２ａを設けたりすることによって、加熱時（膨張時）に若干の隙間が生じるような構造とすることで、収縮の際の変形を抑えることができる。

本発明のスケールブレーカー用ワークロールは、胴部の耐摩耗性が高く、かつ、軸部の靱性も高いため、寿命が長く、ラインの停止に伴う生産性の低下を防止できる。これは、胴部と軸部材を別々の材質で形成し、胴部と軸部材とを一体化する操作として、前記操作を採用したことによるものである。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限りこれらの実施例及び比較例に限定されるものではない。

［比較例１］
胴部と軸部とを含む全体がハイス鋼で形成された胴部の直径８０ｍｍのワークロール（第一高周波工業株式会社、ＤＨＨ−５１１）２本を、テンションレベラー式スケールブレーカー装置に取り付け、鋼板のスケールブレーキング処理を連続運転で行った。

［実施例１］
比較例１で用いたハイス鋼と同一の組成を持つ円筒状の部材を、１２００℃で焼き入れし、その後、５５０℃で焼き戻しした。この円筒状の部材の両端側平面に直径２６ｍｍ、深さ８０ｍｍの穴を開け胴部とした。
クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４４０）で軸部材を作製した。軸部材の嵌め込み部分は、直径２６．０５ｍｍ、長さ８０ｍｍであり、突き出し部分は、直径２５ｍｍ、長さ５５ｍｍとした。嵌め込み部分と突き出し部分の境界は、滑らかなテーパー状とした。

胴部の嵌め込み穴の周辺の温度を３００℃にして、軸部材の軸入部を胴部の嵌め込み穴に焼き嵌めし、胴部と軸部材を一体化することで、胴部と軸部が別々の材質で形成されたワークロールを作製した。焼き嵌め率は１．９／１０００であり、胴部と軸部の境界に段差が無いことを目視で確認した。

作製したワークロールの全体としての形状は、比較例１で使用したワークロールとほぼ同一であった。
作製したワークロールを比較例１と同様にテンションレベラー式スケールブレーカー装置に取り付け、比較例１と同一の条件で鋼板のスケールブレーキング処理を連続運転で行った。

［実施例２］
クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４４０）を炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）に変更した以外は、実施例１と同様にして、胴部と軸部が別々の材質で形成されたワークロールを作製し、鋼板のスケールブレーキング処理を連続運転で行った。

＜実施例と比較例の結果＞
比較例１では、運転開始から８５時間後、ワークロールのうちの一本の軸部が根元で折損し、運転を停止した。ワークロールの胴部は多少の傷を目視で確認したものの、少なくとも研磨を行なえばまだ使用可能な状態であったが、軸部が折損したため、新しいワークロールに交換せざるを得なくなった。

一方、実施例１及び実施例２では、軸部の折損は起こらず、順調にスケールブレーキング処理が行われた。運転開始から２週間後、定期点検として、ワークロールの状態を確認したところ、軸部には何の異常も見られなかった。胴部は、多少の傷を確認したが、使用可能な状態であった。このため、再び運転を開始した。

実施例１及び実施例２では、その後も、２週間おきに定期点検でワークロールの状態を確認したが、軸部には異常は見られなかった。
胴部にスポーリングや剥離の跡を確認した場合は、胴部の表面を研磨することにより、再び同じワークロールを使用することができた。胴部の研磨を繰り返し、胴部の径が廃却径である７０ｍｍになるまで約１年使用したが、軸部の折損は全く起こらなかった。

本発明のスケールブレーカー用ワークロールは、寿命が長く、生産性に優れるため、製鉄所やコイルセンター等における鋼板の圧延加工等に広く利用されるものである。

１ スケールブレーカー用ワークロール
２ 胴部
２０ 胴部の表面
２１ 胴部の両端側平面
２２ 嵌め込み穴
２２ａ 嵌め込み穴の面取り部
２２Ｌ 嵌め込み穴の深さ
２２Ｄ 嵌め込み穴の直径
３ 軸部材
３１ 嵌め込み部分（軸入部）
３１ａ 嵌め込み部分の面取り部
３１Ｌ 嵌め込み部分の長さ
３１Ｄ 嵌め込み部分の直径
３２ 突き出し部分（軸部）
３２Ｌ 突き出し部分の長さ
３２Ｄ 突き出し部分の直径
３３ 嵌め込み部分と突き出し部分の境界

Claims (8)

1. 胴部がハイス鋼又はセミハイス鋼で形成され、軸部を持つスケールブレーカー用ワークロールであって、軸部材は該胴部のハイス鋼又はセミハイス鋼より靱性の大きい材質で形成され、該軸部材の一部が軸入部として、該胴部の両端側平面に開けられた嵌め込み穴に嵌め込まれた状態で該胴部と一体化していることを特徴とするスケールブレーカー用ワークロール。
2. 上記軸部材がクロムモリブデン鋼、炭素鋼、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）又はニッケルクロムモリブデン鋼で形成されたものである請求項１に記載のスケールブレーカー用ワークロール。
3. 上記軸部材の一部が嵌め込まれる嵌め込み穴の深さが４０ｍｍ以上である請求項１又は請求項２に記載のスケールブレーカー用ワークロール。
4. 上記軸部材のうち、嵌め込み穴に嵌め込まれる嵌め込み部分の直径が、嵌め込み穴に嵌め込まれないで軸部を構成する突き出し部分の直径より大きくなっており、胴部と軸入部とを一体化した後に、上記軸部材の嵌め込み部分と突き出し部分との境界に段差が発生しにくいようになっている請求項１ないし請求項３の何れかの請求項に記載のスケールブレーカー用ワークロール。
5. 胴部がハイス鋼又はセミハイス鋼で形成されたスケールブレーカー用ワークロールの製造方法であって、該胴部の両端側平面に開けられた嵌め込み穴に、該胴部のハイス鋼又はセミハイス鋼より靱性の大きい材質で形成された軸部材の一部を嵌め込んで軸入部を構成して、該胴部と該軸入部とを一体化することを特徴とするスケールブレーカー用ワークロールの製造方法。
6. 上記嵌め込み穴に上記軸部材の一部を嵌め込んで胴部と軸入部とを一体化する操作が焼き嵌めであり、該嵌め込み穴の周辺の温度を１５０℃以上４００℃以下にして焼き嵌めすることにより胴部と軸入部とを一体化する請求項５に記載のスケールブレーカー用ワークロールの製造方法。
7. 上記胴部の少なくとも表面を焼き入れし、該焼き入れ後に、該胴部を５００℃以上６００℃以下で焼き戻しした後、上記嵌め込み穴に上記軸部材を嵌め込んで軸入部を構成して、該胴部と該軸入部とを一体化する請求項５又は請求項６に記載のスケールブレーカー用ワークロールの製造方法。
8. 高周波焼き入れにより上記胴部の表面のみを焼き入れする請求項７に記載のスケールブレーカー用ワークロールの製造方法。

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