JPH0143802B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は熱間静水圧プレス法（以下HIP法とい
う）を利用したロールの製造方法に関する。

（従来の技術） 従来圧延用ロールを製造する方法としては通常
鋳造若しくは鍛造による一体型で所要の熱処理に
より所望の特性を付与する方法が採用されている
が、最近ロールの使用層である表層部を粉末焼結
層として形成した複合型のロールとして製造する
方法が注目されており、例えば特開昭47−2851号
公報や、特開昭56−69304号公報に開示されてい
て公知である。

前者の製造方法は、ロール全体を金属カプセル
で被覆し、ロール表面層となる部分に所定の金属
粉末を充填して、ロール全体をHIP炉に装入し、
HIP処理を施こすものであり、後者は中実ロール
芯材の外周部に金属粉末充填層となる環状空間を
形成する如く金属カプセルを取り付け、該環状空
間内に金属粉末を充填して密封した後、HIP炉に
装入してHIP処理を施こして前記粉末を緻密に焼
結し、続いて前記カプセルを除去すると共に前記
中実ロール芯材の両端部にロール支持部を冶金的
あるいは機械的に接合してロールを製造するもの
である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前者の製造方法はロール全体を
HIP炉に装入するため、大型ロールにあつてはそ
れ相当の大型HIP炉内空間を占める要HIP処理部
はロール本体の表面層のみであるから、HIP処理
効率は極めて悪く、要HIP処理部単位重量当りの
エネルギーコスト及び雰囲気ガスコストは極めて
高くなり実用的でない。従つてこの方法により製
造し得るロールは極めて小型のロールに限定され
ることになる。これに対し後者の製造方法は、ロ
ールをHIP処理するに要する本体部分と、その処
理を要しないロール支持部とに分け、ロール本体
部分のみHIP処理した後、両者を溶接により一体
化することにより、前者の欠点を解消し、HIP処
理効率が高くなつたものとしてそれなりの効果が
ある。しかしながらこの後者の製造方法にあつて
もHIP設備の寸法によつて、製造できるロールの
胴長は制限される。すなわちHIP設備より大きい
胴長のロールは製造できない。又複合構造を有す
るロールでは、焼入れの際、外殻層と軸芯材の境
界で残留応力を発生し、圧延に供したときの境界
の信頼性を低下させてしまう。

更にロール支持部（ロール軸）の接合方法につ
いても冶金外に接合する方法、特にエレクトロス
ラグあるいはエレクトロガス溶接法としており、
又接合時期について焼結層表面の研摩あるいは焼
入れ、焼戻し等の所定の加工及び熱処理後として
いる。前記溶接法は大入熱溶接であるため溶接金
属は粗粒となるため、調質のために焼きならし→
焼戻し熱処理もしくは溶接後熱処理を施さなけれ
ばならないため、ロール胴部を焼入れ焼戻しをし
た後では、その処理は局部的なものとなり、大き
な残留応力を発生し、圧延時の信頼性を低下させ
てしまう。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の点に鑑み、圧延時の信頼性の高
いロールを安価に製造する方法を提供することを
目的とし、更にHIP設備より大きい胴長のロール
を容易に製造する方法を提供することを目的と
し、この目的を達成する手段として、金属カプセ
ル内の両端に低合金鋼等からなる鍛造もしくは鋳
造の軸材を配置すると共に該軸材間に実質金属粉
末からなる金属粉末体を充填し、それらを高温高
圧ガス雰囲気下において熱間静水圧プレス処理し
て前記粉末体を緻密に焼結することにより該粉末
体と軸材を冶金的に結合一体化させたロール基材
を得、次に該ロール基材を加工手段により所定の
ロール形状に形成する構成を採用し、更に前記加
工手段として特許請求の範囲第２項乃至第９項記
載の各種手段を採用したものである。

（実施例） 以下、本発明方法の実施例を図面を参照しつつ
詳述する。

第１図は本発明のロール基材５を作成するため
のHIP処理の準備工程の完了した組立体４の断面
図を示したもので、１は底部、胴部及び蓋部より
なる円筒状の金属カプセルであり、このカプセル
１の片側（図示では底部）にロール支持部となる
軸材２を挿入あるいは取付けて位置させ、その上
に金属粉末体３を充填した後、金属粉末体３の上
に更にもう一方のロール支持部となる軸材２′を
挿入あるいは取付け、次いで蓋体を固着した後、
該カプセル１内を脱気密封する。前記軸材２，
２′はの外径はカプセル１の内径と同径であり、
その肉厚は後にロール支持部となるに充分な容積
となるべく計算により設計される。そしてその材
質は低合金鋼等のロール支持部（ロール軸）とし
ての要求特性が満足できる材料が好ましく、後述
するように、更に延長軸材を溶接する実施態様の
場合は、溶接可能な材質が必要である。一方、前
記金属粉末体３は、金属粉末のみを使用する場合
と、この金属粉末と略同等の成分を有する粉末焼
結材３′を添加して使用する場合とがあり、前者
の金属粉末は高Ｃ高Cr系工具鋼、高速度鋼の如
くロール胴部に要求される特性を満足する材料が
好ましい。また後者の粉末焼結材は径小廃却径と
なつた同材質の粉末焼結ロール材を芯材として使
用すればコスト的な面から好ましい。

なお、前記カプセル１内の脱気は、胴部に設け
た脱気管１′より行なうが、脱気しないで密封す
る場合もある。

以上のようにして準備工程の完了したカプセル
組立体４を次にHIP炉に装入し、高温高圧ガス雰
囲気の下、好ましくは900〜1200℃、700Kg／cm²以
上の条件にてHIP処理（熱間静水圧処理）を施こ
すことにより、前記金属粉末体３とその両側に配
置された軸材２，２′とを冶金的に接合して一体
化したロール基材５が得られる。

このロール基材５は第２図に示した通りで、同
図はカプセル１を適宜手段で除去した状態を示し
ている。

すなわち金属粉末体３部分は緻密な粉末焼結体
３ａとなり、その外径は径小となると共に長さも
縮少されるが、軸材２，２′には変形は見られず、
該軸材２，２′と粉末焼結体３ａとの境界６，６
は冶金的に強固に接合して一体化されている。

本発明では上記のようにして得られたロール基
材５は下記実施態様に示される加工手段によつて
所定のロール形状に形成される。

第３図、第４図に示すものは、加工手段として
ロール基材５を所定形状に鍛造後、外形を精整す
るものである。即ち、ロール基材５を鍛伸成形し
てロール形状としたものであり、７はロール胴部
を、８，８′はロール支持部を示す。なおこゝで
胴部７とは図示のＡ部分を、ロール支持部８，
８′はＢ部分を便宜的に指称するが、これは厳密
な意味でなく、第３図では境界６，６がロール支
持部８，８′側に位置し、第４図では境界６，６
がロール胴部７側に位置したものを示している。

第５図は加工手段としてロール基材を所定の形
状に切削後、外形を精整するものである。この場
合はロール基材５の両端に配置結合一体化した軸
材２，２′はロール支持部８，８′が形成されるに
充分な厚さ（軸方向長さ）を有するものが必要で
あり、切削後の形状は図示点線で示したものとな
る。

第６図は加工手段としてロール基材５の両端に
低合金鋼等からなるロール支持部径よりやゝ小径
の延長軸材９，９′を溶接１０，１０′により接合
し、全体を点線で示す如く所定の形状に切削後、
外形を精整するものである。従つてこの方法によ
ればロール支持部８，８′は軸材２，９、同２′，
９′により形成されたものとなる。

第７図は、加工手段としてロール基材５の両端
に低合金鋼等からなる軸材２，２′と同径の延長
軸材９，９′を溶接１０，１０′により接合し（第
７図Ａ）、次いで第７図Ｂの如く全体を所定の形
状に延伸鍛造後、外形を精整するものである。

第８図は加工手段としてロール基材５を所定の
条件に鍛造後、その両端に軸材２，２′の鍛造後
と同径の低合金鋼等からなる延長軸材９，９′を
溶接１０，１０′により接合し、しかる後外形を
精整するものである。なお、第３図、第４図のロ
ール支持部８，８′の両端に延長軸材９，９′を溶
接すれば、この方法と同一になる。

第９図は加工手段としてロール基材５を所定形
状に切削後、その両端に低合金鋼等からなる延長
軸材９，９′を溶接接合し、しかる後外形を精整
するものである。

第１０図は加工手段としてロール基材５を所定
の形状に鍛造後、即ち第３図、第４図と同様のも
のを形成し、その両端に鋼材若しくは鋳鉄材から
なる延長軸材９，９′を鋳継ぎ１１，１１′により
接合し、しかる後外形を精整するものである。

第１１図は加工手段としてロール基材５を所定
の形状に切削後、即ち第５図と同様のものを形成
し、その両端に鋼材若しくは鋳鉄材からなる延長
軸材９，９′を鋳継ぎ１１，１１′により接合し、
しかる後外形を精製するものである。

以上の如く第３図〜第１１図に示した本発明の
各実施例において、その外形を精整する前又は／
及び後、或いは延長軸材９，９′の接合以前等に
おいて、ロール支持部８，８′に対し或いは胴部
７に対し、適宜調質処理、焼入れ、焼戻し処理を
施こし、ロールに要求される特性を付与すること
は勿論である。なお、実施例において鍛造手段に
ついて詳細な説明はされていないが、熱間或いは
冷間による周知の方法を用いる。

以下、本発明方法のより具体的な実施例を説明
する。

実施例 １ 内寸法が450φ×1200（mm）の円筒状金属カ
プセル内に、450φ×50t（mm）の円板状軸材を挿
入し、その上にＣ：２％、Cr：18％、Mo：２
％、Ｖ：１％及び残部鉄の工具鋼粉末（金属粉末
体）を充填させ、該粉末体の上に前記と同様の
450φ×50t（mm）の円板状軸材を挿入セツトして
上蓋を溶接し、真空脱気して組立体を構成した
後、高温高圧ガス雰囲気下でHIP処理した。尚挿
入した軸材は機械加工した後、脱脂処理したもの
である。

この処理によつて、金属粉末体は緻密に焼結さ
れると共に両軸材とはその境界において冶金的に
一体化されたロール基材を得、これを鍛造により
胴部が340φmmになるまで鍛伸成形した後、軸材
を対象として調質処理を施し、焼入れ焼戻し処理
した延長軸材を更に前記軸材の両端に溶接して一
体化することにより、胴径340φ、胴長1500、
全長3700（mm）のロール素材を製造できた。

更にこのロール素材に対し、誘導焼入れと焼戻
し処理及び精整処理を施して、高硬度でかつ耐摩
耗性、耐事故性、耐肌荒性の優れた胴径320φ、
胴長1420、全長3500（mm）のワークロールが
製造できた。

実施例 ２ 内寸法が450φ×1500（mm）の円筒状金属カ
プセル内に、450φ×200の低合金鋼から成る軸
材を挿入し、その上に、実施例１と同成分を有す
る工具鋼粉末と、同成分を有する粉末焼結材から
なる芯材（第１図の符号３′号参照）を充填し、
該粉末および焼結材の上に前記と同様の450φ×
200（mm）の軸材を挿入セツトして、上蓋を溶
接し、真空脱気して、組立体を構成した後、高温
高圧ガス雰囲気下でHIP処理した。尚、挿入軸材
および粉末焼結材は、機械加工した後、脱脂処理
したものである。

この処理により、粉末体と粉末焼結材は完全に
冶金的に一体化、および緻密に焼結されると共
に、両軸材とはその境界において冶金的に一体化
されたロール基材を得、これを鍛造により胴部が
320φ、軸部が220mmφまで鍛伸成形した後、軸材
を対象として、調質処理を施し、胴径320φ、胴
長1500、全長3100のロール素材を製造でき
た。

更に、このロール素材に対し、誘導焼入れと、
焼戻し処理および精整処理を施して、高硬度でか
つ耐摩耗性、耐事故性、耐肌荒性の優れた胴径
300φ、胴長1420全長2800のワークロールが
製造できた。

（発明の効果） 本発明は、HIP手段により緻密に焼結された金
属粉末体による胴部と、胴部の両側に冶金的に一
体結合された軸材からなるロール基材を得、これ
を適宜加工手段により所定のロール形状に形成す
るものであるから、圧延時の信頼性の高いロール
を安価に製造できる。

特に本発明では胴部が焼結粉末体のみで形成さ
れているので、冒頭で例示した従来の複合境界を
有する複合ロールでは困難であつた鍛造成形が容
易であり、従つてHIP設備の寸法的制約を受け難
いため、径小で胴長の長いロールの製造に適す
る。

また、難溶接（若しくは難融着）である金属粉
末体のロール胴部材と、溶接（融着）可能な軸材
をHIP処理により、冶金的に接合一体化した後、
更にこの軸材に延長軸材を溶接（鋳継ぎ）等によ
り接合できるため、小さなHIP設備で大きなロー
ルを製造出来る。

また、従来のような複合ロールのような複合境
界が無いので胴部焼入れ時にAC₁変態点以上に加
熱される深さの制約が小さくなるため、操業が容
易になると共に、胴内部品質が向上する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法の実施例を示し、第１図は本
発明のロール基材を作成するためのHIP処理の準
備工程の完了した組立体断面図、第２図はHIP処
理後に得られた本発明のロール基材の側断面図、
第３図乃至第１１図はロール基材を各種加工手段
によつて加工する場合の説明図を兼ね、それによ
つて得られたロールの側断面図を夫々示したもの
である。 １……金属カプセル、２，２′……軸材、３…
…金属粉末体、４……組立体、５……ロール基
材、７……胴部、８，８′……ロール支持部、９，
９′……延長軸材、１０，１０′……溶接部分、１
１，１１′……鋳継ぎ部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属カプセル内の両端に低合金鋼等からなる
   鍛造もしくは鋳造の軸材を配置すると共に該軸材
   間に実質金属粉末からなる金属粉末体を充填し、
   それらを高温高圧ガス雰囲気下において熱間静水
   圧プレス処理して前記粉末体を緻密に焼結するこ
   とにより該粉末体と軸材を冶金的に結合一体化さ
   せたロール基材を得、次に該ロール基材を加工手
   段により所定のロール形状に形成することを特徴
   とするロールの製造方法。 ２ 加工手段としてロール基材を所定の形状に鍛
   造後、外形を精整することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のロールの製造方法。 ３ 加工手段としてロール基材を所定の形状に切
   削後、外形を精整することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のロールの製造方法。 ４ 加工手段としてロール基材の両端に低合金鋼
   等からなる延長軸材を溶接接合し、全体を所定の
   形状に切削後、外形を精整することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のロールの製造方法。 ５ 加工手段としてロール基材の両端に低合金鋼
   等からなる延長軸材を溶接接合し、全体を所定の
   形状に鍛造後、外形を精整することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のロールの製造方法。 ６ 加工手段としてロール基材を所定の形状に鍛
   造後、その両端に低合金鋼等からなる延長軸材を
   溶接接合し、しかる後外形を精整することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のロールの製造
   方法。 ７ 加工手段としてロール基材を所定の形状に切
   削後、その両端に低合金鋼等からなる延長軸材を
   溶接接合し、しかる後外形を精整することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のロールの製造
   方法。 ８ 加工手段としてロール基材を所定の形状に鍛
   造後、その両端に鋼材若しくは鋳鉄材からなる延
   長軸材を鋳継ぎにより接合し、しかる後外形を精
   整することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のロールの製造方法。 ９ 加工手段としてロール基材を所定の形状に切
   削後、その両端に鋼材若しくは鋳鉄材からなる延
   長軸材を鋳継ぎにより接合し、しかる後外形を精
   整することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のロールの製造方法。 １０ 金属粉末体は、高Ｃ高Cr系工具鋼、高速
   度鋼等のロール胴部に要求される特性を満足でき
   る金属粉末と、該粉末と同等の成分を有する粉末
   焼結材とからなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項〜第１０項から選ばれた１つの項に記載
   のロールの製造方法。