JPH01127109A - 圧延ロール用複合スリーブの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は圧延機用複合ロールのためのスリーブ、特に、
耐摩耗、耐スポール性の良好な複合スリーブとその製造
方法に関するものである。

［従来の技術］ 近年の圧延機は、圧延製品に極薄で均一厚さを持たせ且
つ高光沢性を持たせるという要求にともない、ますます
高圧下で圧延する傾向にある。そのため、ロールは小径
で偏平変形の少ないものであることが要求され、且つ、
ロール胴部に、対しては耐スポール及び耐摩耗性が、ロ
ール軸部に対して高強度及び強靭性が要求されて来てい
る。このような相反する特性を同時に兼ね備えた圧延用
ロールを得るためにはロールの高合金化あるいは複合化
が考えられている。

熱間、冷間を問わず圧延用ロールにとっては、基地中の
炭化物の量と分布状況がロール特性を左右する重要な因
子の一つである。

従来の溶製材からなる高合金化した圧延ロールでは、基
地に巨大炭化物及び粗大デンドライトが生成するため、
圧延時には耐スポール及び耐摩耗性、特に偏摩耗が問題
となり、また、製造時には熱処理や鍛造性が著しく難か
しいという問題がある。これは溶製材にとって宿命的な
欠点であり、製法及び成分に対する制約要因となってい
る。溶製材のスリーブを芯材に接合した複合ロールにお
いても、スリーブの製作に溶解−凝固過程を経るため、
上記従来の溶製材からなるロールと同様の問題がある上
、鍛造することが困難なため強度や靭性を向上させるこ
とが困難であり、しかもスポーリング及び剥離の現象が
しばしば発生している。

そこで、この解決手段として、急、冷凝固法により作り
出された金属粉末からＨＩＰ法（熱間静水圧法）でスリ
ーブを成形し、その成形時、内側のキャニング材と粉末
ＨＩＰ材を拡散接合し、このスリーブのキャニング材を
アーパー材と中型りにて冶金的に溶融結合して複合ロー
ルを作る方法（特開昭６ｌ−１４０４）がある。しかし
ながら、この技術はＨＩＰ層部の組織の均質化及びアー
バー材（芯材）−キャニング材−ＨＩＰ材層間のたとえ
ば熱膨張率や弾性係数のちがいによる各々の境界層の接
合の強化についての配慮がされておらず、亀裂の発生が
誘発され、圧延用ロールとしては問題があった。

すなわち、この方法により製造された複合ロールはその
性能上から変形抵抗は外層（ＨＩＰ材）〉中間層（キャ
ニング材）〉芯材（肉盛りアーバー材）である、これを
第２図（ａ）〜　（ｄ）に示したように一体加熱したの
ち、タップあるいはプレス鍛造を行うと、内層（芯材）
及び中間層（キャニング材）の方が優先的に鍛伸され、
肝心の外層部の組織の均質化及び中間層材との接合強度
が不十分となる上、中間層材及び芯材の真円度や同心円
度がそこなわれ、使用中に曲がり、ねじれ、時には亀裂
の発生をみるという問題を有している。また、ＨＩＰ及
びＥＳＲ（エレクトロスラグ再溶解）法を採用している
ため、アーバー材の再利用が困難（スリーブからアーバ
ー材を抜き出すことが困難）な上、コスト高となる。

更に二種の金属粉末を焼結してスリーブを作り、アーバ
ー材と接合した複合ロール（特公昭６ｌ−２６６１０８
）が提案されている。しかし、この複合ロールでは二種
の金属粉末層間での材料特性のちがいによる影響を考慮
していないため亀裂発生や二層間の接合ずれ等の問題を
誘発することがしばしばある。

また、アーバー材表面の溶射肉盛を施した複合ロールが
知られているが（特開昭５５−１４９７１０　”ｒ、開
開５２−８８５２６号）、必要な溶射量が多くなり、そ
の上、アーバーと溶射層の拘束が大きいので熱処理後の
残留応力が大きく、製造中または使用中に割れが発生し
易く、またアーバー材の再利用が容易でない。

［発明が解決しようとする問題点１ 以上のように、従来の圧延機用複合ロールは、境界層部
の接合強度が不十分であること、残留応力が大といこと
、亀裂や剥離が生じ易いこと、スリーブ部のみの鍛造が
困難で組織の均質化が難しいこと、又は、アーバー材の
再利用が困難であること等の問題があった。

本発明の発明の目的は、組織の均質化・緻密化が良好で
、残留応力が小さく、境界層部の接合強度が良好であり
、亀裂や剥離が発生し難く、アーバー材の再利用が可能
な、耐スポール性・耐摩耗性に優れた圧延機ロール用複
合スリーブおよびその製造方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、高強度および高靭性を有する円筒の外周部
に耐摩耗性および耐スポール性を有する高合金鋼粉末を
溶射した後、該溶射層の厚さおよび円筒の外周部より若
干の深さまでに亙る部分を拘束鍛造に適した温度にし他
の部分をそれより低い温度にするように勾配加熱をした
上で拘束鍛造を行うことにより達成される。

［実施例］ 第４図に示すように、高強度・高靭性の円筒６（アーバ
ーと同材質とするのが好ましい）の外周に、ロールの小
径化および高圧下圧延に対処できる耐スポール性および
耐摩耗性を有し上記円筒材６より変形抵抗および弾性率
の高い高合金鋼粉末を減圧溶射して溶射層５を形成し、
必要に応じて円筒６と溶射層５との接合強化のための拡
散焼結を施して、第４図に示すような複合スリーブ素材
を作る。この複合スリーブ素材に、第１図に示すように
、勾配加熱および拘束鍛造を行なうことにより、円筒６
を実質的に塑性変形させることなく溶射層５のみを効果
的に鍛造し、その後、機械加工を行なって複合スリーブ
となす。このようにして作った複合スリーブを焼ばめ法
等によりアーバー材に接合して圧延機用複合ロールを得
る。

第３図は上記の勾配加熱および拘束鍛造に用いる装置概
要図であり、７は冷却水供給口１２および排水口１３を
介して内部を水で冷却される冷却兼鍛造治具、８は圧力
回転継手、９は回転円盤である。１０は誘導加熱装置、
１１は拘束鍛造機で、矢印のように上下動および左右動
できる。

１５はスリーブ受台である。前記の複合スリーブ素材を
第３図のように冷却兼鍛造治具７に嵌めてスリーブ受台
で支持し、誘導加熱装置１０による加熱と冷却兼鍛造治
具フによる内面冷却との制御により第１図（ａ）および
第３図中の部分拡大図に示すように、溶射層５の厚みＤ
ｌおよび円筒６の外周部の若干の深さｔに亙る部分は拘
束鍛造に適した温度になり、他の部分はそれ以下の下降
した温度になるような温度分布４にする（これが勾配加
熱である）。このように勾配加熱された複合スリーブ素
材に対して拘束鍛造機１１で周囲から拘束鍛造を行なう
（なお勾配加熱および拘束鍛造は複合スリーブ素材を回
わしながら行なう）。これにより、円筒６の実質的塑性
変形なしに溶射層５のみが効果的に鍛造される。

上記の装置を用いると、加熱中に温度勾配がつけ易く、
溶射層５及び溶射層５と円筒６との接合部のみを効率よ
く鍛錬し得る上、残留応力も低減できる。

以上のような勾配加熱および拘束鍛造を行うことにより
、溶射層５内の空孔が圧着されると同時に組織が均質化
される上、円筒６と溶射層５との接合も強化され、従来
の複合ロールに比べて高合金鋼粉末の性能を十分発揮で
きる。アーバーに溶射肉盛を施した従来の一体構造の複
合ロールでは溶射量が多くなるばかりでなく、アーパー
と溶射層の拘束も大きいため熱処理後の残留応力が大き
く、製造または使用中の割れの発生の原因となるのに対
し、本発明により得られた複合ロールではスリーブによ
って残留応力を分断することができ、それだけ信頼性が
向上し、また、アーバーの再利用が可能となる。

本発明の実施例を具体的に以下説明する。１％Ｃ−３％
Ｃｒ−０．３％Ｍｏ−残Ｆｅの成分組成を有する外径４
００＋ｎｍ　、内径３４０ｍｍ　、長さ１４００ｍｍの
円筒（鍛造材）の外周に、３．０％Ｃ−２０％Ｃｒ　−
３％Ｍｏ　−残Ｆｅの成分組成を有する高炭素−高クロ
ム鋼の粉末を減圧中で２５ｍｍの厚みに溶射（電流８０
０Ａ。

電圧７０Ｖ、減圧度２００Ｔｏｒｒ　）　Ｌ／た後、１
Ｏ−３Ｔｏｒｒの真空中で１０５０℃×１０ｈ加熱し、
円筒材と溶射層部の拡散接合を施した。上記の溶射は、
特開昭６０−１５８９０６　（特願昭５９−１４８４８
）に記載されたのと同様にして、円筒の表面での該円筒
に近い成分組成から表層部における硬い成分組成まで次
第に変化させるように、溶射粉末の成分組成を逐次変え
、表層部２０ｍｍが上記の高炭素−高クロム鋼になるよ
うに溶射した。このようにして作った円筒６と溶射層５
とからなる複合スリーブ素材（第４図）について、第３
図の装置を用いて、第１図の如く勾配加熱−拘束鍛造を
行なった後、機械加工を施して、内径３４０ｍｍ　１外
径４４０ｍｍ　、長さ１４００ｍｍの複合スリーブを作
った。上記の勾配加熱においては第３図中に示す（Ｄ、
＋ｔ）の部分の温度が１１５０℃になるように加熱し、
また、上記拘束鍛造は四面のタップ鍛造機により複合ス
リーブ素材を回わしながら行なった。このようにして作
った複合スリーブを焼ばめ法によりアーバー材（鍛造材
）と接合して所定の処理を行ない、複合ロールを作った
。この複合ロールと、従来法（特公昭６ｌ−１４０４）
で製造した同材質の複合ロールとを、ステンレス鋼板を
圧延する実機にて比較使用した。

その結果、従来法で作った複合ロールではしばしばみら
れた円筒側からの亀裂の発生及び剥離は上記の本発明実
施例の複合ロールではほとんどみられなかった。これは
第５図に示したザクス法で測定した残留応力を測定結果
より説明出来る。すなわち、従来法のものはスリーブ中
の外層と内層（キャニング材）との境界近傍に残留応力
が集中しており、これが亀裂の発生を誘発していること
が判った。これに対し本発明実施例では前記のように溶
射成分組成を逐次変えたことにより残留応力が緩和され
ていた。

又、本発明実施例の複合ロールは鍛造の効果が顕著にあ
られれ、従来法で作った複合ロールに比し、１．５〜２
．０倍の耐スポール性の向上および被圧延材の面精度及
び性質の向上を確認した。更に従来問題となっていたア
ーバーとの接合性の問題もなくなった。

なお、溶射Ｆ１５の厚み（Ｄｌ）と円筒６の厚み（Ｄ２
）との比（Ｄ　ｌ／　Ｄ　２）の最適値は、０．２５〜
１．５であることを実験的に確認した。すなわち、Ｄ１
／Ｄ２が大きいと溶射層の鍛造性が悪くなり、Ｄ＋／Ｄ
２が１．５以上であると前記勾配加熱にもかかわらず、
円筒６も塑性変形するようになり、限られた変位内で溶
射層５の鍛造効果が減少し、不溶着に起因する空孔が第
６図に示すごとく多くなる。

従ってＤＩ／Ｄ２は１．５以下でなければならず、望ま
しくは１．２以下がよい。また、ＤＩ／Ｄ２が小さいと
鍛造効果は良くなるが必要な溶射層が得られないばかり
でなく、溶射層内の残留応力の勾配が急になり、溶射層
内でのマクロクラックの発生原因となる。また溶射層と
円筒との境界での剥離をおこす危険性が生じ、実験結果
からＤＩ／Ｄ２の下限は０．２５であることがわかった
。

本発明による複合ロールは熱間、冷間並びに作業及び補
強ロールのいずれにも使用することが出来、寿命ものび
る。

第７図〜第１０図は本発明により得られる複合ロールの
他の例であって線材、ダイヤボックス、型鋼等の孔型圧
延用のものを示す。いずれも従来のものより寿命が１．
２〜２．５倍程度にのび、しかも取り付けが容易でアー
バーを何度も再使用でき、前述した種々の効果があるこ
とは同様である。

［発明の効果］ 溶射層およびそれと円筒との接合部のみを鍛錬でき、溶
射層の鍛錬効果を高めることができるので、溶射層の空
孔の圧着、組織の緻密化、均質化が達成され、耐スポー
ル性、耐摩耗性が向上すると共に、溶射層と円筒との接
合が強固になり、残留応力も低減され、亀裂や剥離の発
生が殆んどなくなる。またアーバーの再利用が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）は
本発明による複合スリーブの製造プロセスを示す図、第
２図（ａ）　、　（ｂ）　。 （ｃ）　、　（ｄ）は従来法による複合ロールの製造プ
ロセスを示す図、第３図は勾配加熱および拘束鍛造を行
うのに用いる装置の例示図、第４図は本発明における複
合スリーブ素材の斜視図、第５図は残留応力の測定結果
を示す図、第６図は溶射層の厚さと円筒の厚さの比と空
孔率との関係を示す図、第７図ないし第１０図は本発明
により得られた孔型圧延用複合ロールを例示した断面図
である。 １・・・ＨＩＰ材層　　　　　２・・・キャニング材３
・・・芯材　　　　　　　４，４゛・・・温度分布曲線
５・・・溶射［６・・・円筒 ）・・・冷却兼鍛造治具　　９・・・回転円盤１０・・
・８導加熱装置　　　１１・・・拘束鍛造機１２・・・
冷却水供給口　　　１３・・・排水口１５・・・スリー
ブ受台１６・・・アーハー第３図 ＼＼−−−／／ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高強度および高靭性を有する円筒の外周部に、耐摩
   耗性および耐スポール性を有する高合金鋼粉末の鍛錬さ
   れた溶射層が形成されていることを特徴とする圧延ロー
   ル用複合スリーブ。 ２、高合金鋼粉末の溶射層の厚みＤ＿１と円筒の厚みＤ
   ＿２との比Ｄ＿１／Ｄ＿２が０．２５〜１．５である特
   許請求の範囲第１項記載の圧延ロール用複合スリーブ。 ３、高強度および高靭性を有する円筒の外周部に、耐摩
   耗性および耐スポール性を有する高合金鋼粉末を溶射し
   た後、該溶射層の厚さおよび円筒の外周部より若干内部
   までの深さに亙る部分を拘束鍛造に適した温度にし他の
   部分をそれより低い温度にするように勾配加熱をした上
   で拘束鍛造を行うことを特徴とする圧延ロール用複合ス
   リーブの製造方法。