JPH0225205A - 熱間圧延用作業ロール及びその圧延方法 - 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〕 本発明は耐摩耗性、耐肌荒性に富み、且つ胴部に水平方
向の曲げを加える圧延に使用しても耐用性を有する熱間
圧延用作業ロール及びその圧延方法に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来から一般に、熱間圧延用の作業ロールとしては遠心
鋳造法により裏通した鋳鉄製の複合ロールが広く用いら
れている。このロールは外層に耐摩耗性の大きい炭化物
を多く品出させた合金鋳鉄系材質を用い、軸材に靭性の
あるねずみ鋳鉄もしくはダクタイル鋳鉄を配した複合ロ
ールである。

近年の熱間圧延法においては、省エネルギー生産性向上
、鋼材品質の向上等の立場から、低温高圧下圧延や高形
状制御圧延等の施策がなされつつある。この一つの手法
として１例えば実開昭６２Ｍ　１３１７０５号公報に記
載された圧延機を用いる方法がある。この圧延機のロー
ル構成は第４図に示すように、上作業ロール１、下作業
ロール２、上及び下の補強ロール３が配置されている。

そして、上下作業ロールのいずれか一方、同図では上作
業ロール１を小径に形成して圧延材進行方向（矢印Ａ）
にオフセットするとともに、上作業ロール１と接する中
間ロール４、支えロール５、水平曲げ装置６を設け、水
平曲げ装置６の操作により支えロール５を中間ロール４
を介して上作業ロールを押しつけて上作業ロール１に水
平曲げを与え、この水平曲げによって圧延材の幅方向の
クラウンを調整するようになっている。上作業ロール１
の状態は平面図で示すと圧延材進行方向Ａに対して第２
図のような曲率半径Ｒの曲がりが加えられた状態になっ
ている。このような状態で使用される上作業ロール１に
対しては、ロール直径が小さく設計されているため、従
来ロールよりも優れた耐摩耗性や耐肌荒性と、胴部に水
平方向の曲げが加わっているため胴中央部及びネック部
における強靭な軸材とが一般的に要求される。更に、近
年は需要家における圧延材の品質要求水準がますます高
度化し、ロール表面性状に起因する圧延材表面の微少な
表面疵も大きな問題となる。このためロールにはより一
層の耐肌荒性の向上が要求される。

これらの要求に対して、前記従来の遠心鋳造法により製
造した鋳鉄製の作業ロールは外層材質及び軸材材質の適
用に制限があり、耐摩耗性、耐肌荒れ性、強靭性の点で
使用に耐えない状況にある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは上述の通り耐摩耗性と耐肌荒性に優れ、し
かも軸材が強靭で胴部に水平方向の曲げが加えられても
十分に坩用できる作業ロール及びその作業ロールを用い
た圧延方法を提供するためになされたものである。

Ｖ等の合金元素が形成する炭化物は硬さが大であり、外
層材としてこれらの炭化物を含有する鉄基合金はロール
の耐摩耗性の向上に有効であるが、炭化物を含有する外
層と軸材とを溶着した作業ロールを遠心鋳造法により製
造するのは現実には不可能である。その理由は、これら
の元素が形成する炭化物は溶湯との比重が異なるため、
鋳造中にいわゆる遠心分離の作用により偏析を起こし易
いことである。また、■の場合は酸化傾向が強く、多量
になると大気中での溶解鋳造、軸材との溶着等が困難と
なってくる。

また、軸材をねずみ鋳鉄又はダクタイル鋳鉄とした場合
その引張り強さは５５ｋｇ　／　ａ＋＋＋＋”程度が限
界である。これ以上の値を得ようとすると軸材に鋼糸の
材質を用いる必要があるが、これも遠心鋳造法では困難
である。その理由は、軸材のほうが外層より高融点とな
るため、軸材を鋳込んだ時に外層が溶けて混合状態とな
った境界部分が最終凝固部となり、この境界部に鋳造欠
陥が発生し易いためである。

従って、上記のような元素の炭化物を外層に含有すると
ともに外層と軸材が健全に溶着し、軸材の引張り強さが
５５ｋｇ／ｍ＋ｍ２以上の作業ロールを遠心鋳造法によ
り製造するのは不可能であった。

以上の状況において、あらかじめ形成したｔ４　’ｂ’
ｌｔ又は堰鋼からなる軸材の周囲に外層材の溶湯を凝固
させることにより複合ロールを製造するいわゆる連続肉
盛方法が注目され、特開昭６０−１８０６０８号公報、
特開昭６０−１８０６６０号公報、特開昭６２−１２７
１０８号公報等に各種外層材を用いた複合ロールが開示
されている。これらのロールは軸材を強靭化する点に関
しては本発明の目的を満たすが、外層材質が高クロム鋳
鉄、アダマイト材質１金金鋳鉄等であるので、同公報に
おける従来ロールに比べて良好な特性を有するものの、
本要求レベルの耐摩耗性、耐肌荒性を満たすには必ずし
も十分ではない。また、本用途のロールのように水平方
向に曲げながら使用するという圧延条件に対する考慮は
開示されていない。更に、上記公報と同様にして軸材を
強靭化した複合ロールとして特開昭６０−２２１１０４
号公報には胴部に圧縮残留応力を付与した複合ロールが
開示されている。しかし、同公報においては具体的に水
平方向に曲げが加わって用いられることに関しては開示
されていない。また、高クロム鋳鉄やアダマイト材質に
ついて記載されており、上記同様耐摩耗性の点で十分と
は言えない。

更に、耐摩耗性を十分に考慮した材質として、特開昭５
８−８７２４９号公報には、特定範囲のＣｒ、　Ｍｏ、
Ｗ、ｖ等の合金元素を含有するＣ２．４〜３．５％の鉄
基合金が開示されている。しかし、熱間圧延用ロールに
適用することは記載されているが強靭な軸材を配した複
合ロールにする旨の開示はない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は上記従来技術の問題点を解決するため実験追
究を行って以下の知見を得た。

基本的には、中間ロール及び支えロールを介して水平曲
げ装置により胴部に曲げを加えながら用いる熱間圧延用
の作業ロールにおいて、硬さがＨＳ７０以上で化学成分
が重量比で０１．５〜３．５％、ＳＬｏ、３〜３．０％
、Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｃｒ２〜７％、Ｍｏ９％以下
、Ｗ２０％以下、Ｖ３〜１５％、残部実質的にＦｅから
なるＭＣ系の炭化物を含有する鉄基合金の外層を軸材に
接合し、胴部に曲率半径５５０ｍ以下の曲げを加えて用
いる熱間圧延用作業ロールを要旨とするものである。こ
こにおいて、外層は耐摩耗性と耐肌荒性を確保するため
ＭＣ系炭化物を含有させるとともにＨＳ７０以上の硬さ
を保持させる必要がある。

なお、良好な耐肌性を得るためには炭化物の大きさは小
さいほうが好ましい。また、鉄基合金の化学成分の特定
は次の理由による。

Ｃは甜摩耗性向上のための炭化物の形成に必要である。

その量が１．５％未満の場合、晶出炭化物量が少なく、
耐摩耗性の点で十分でない。またＶとのバランスにおい
て、下限値未満では炭化物が粒界に網目状に析出して靭
性及び耐肌荒性においても本発明の目的を達成できない
。一方、Ｃが３．５％を越えるとＶとのバランスがくず
れＶＣが均一に分布した組織形態がくずれ、１尉肌荒性
及び強靭性の点で劣るようになる。

Ｓｉは脱凌剤として必要な元素であり、またＭＧＣ炭化
物中に固溶してＷｌＭｏ等の高価な元素を置換し、節減
するのに有効である。その１が０．３％未満の場合脱酸
効果がなく、鋳造欠陥を生じやすい。また３、０％を越
えると脆化が生じやすくなる。

Ｍｎは説准作用とともに不純物であるＳをＭｎＳとして
固定する作用がある。その量が０．３％未満では説は性
に乏しい。しかし、１．５％を趣えると残留オーステナ
イトが生じやすくなり、安定して十分な硬さを維持でき
ない。

Ｃｒは２％未満では焼入れ性に劣り、７％を越えるとＣ
ｒ系炭化物が過多となるため不都合である。即ち、Ｃｒ
系炭化物例えばＭ２３Ｃ，はＭＣ，Ｍ２０．。

Ｍ、Ｃ，Ｍ２Ｃと比較して硬さが低く、耐摩耗性を低下
させる。

Ｍｏ及びＷはそれぞれＣと結合してＭ、Ｃ或いはＭ、Ｃ
系炭化物を生成させ、かつ基地中にも固溶して基地を強
化するので耐摩耗性や高温硬さを高めるとともに、焼戻
軟化抵抗性向上に寄与する。

しかし、過剰になるとＣとＶとのバランスにおいてＭＧ
Ｃ系炭化物が増加し、靭性及び耐肌荒性の点で好ましく
ない。Ｍｏ及びＷの上限はそれぞれ９％及び２０％であ
る。

■は耐摩耗性の向上に効果のあるＭＣ系炭化物を形成す
るための必須元素である。従って、５％未満では十分な
効果がなく、１５％より多いと上記Ｃ範囲とのバランス
でＭＣ系炭化物が均一に分布しにくくなる。

本発明の外層に用いる鉄基合金は上記元素の他にＮｉ、
　Ｃｏ、　Ｎｂを単独で又は複合して含有することがで
きる。Ｎｉは焼入れ性を向上する作用を有する。

従って、５％以下の量添加することができる。それより
多いと残留オーステナイトの増加を招き、割れや圧延中
の肌荒等の問題が生ずるので最大５％まで含有する。ｃ
ｏは焼戻し軟化抵抗と二次硬化の点で有用な元素である
が、５％を越えると焼入れ性が悪くなる。　ＮｂはＶと
同様にＭＣ系炭化物を形成し耐摩耗性向上の作用を有す
るが、５％を越えると酸化が激しくなり大気中での溶解
が困難とな 挙る。これらＮｉ、　Ｃｏ、　Ｎｂはそれぞれ単独で添
加することができるが、２つ以上組合せて添加すること
もできる。

上記元素以外、鉄基合金は不純物を除いて実質的にＦｅ
からなる。不純物として主なものはＰ及びＳであるが、
Ｐは脆化防止のため０．１％以下であり、Ｓは同様に０
．０８％以下であるのがよい。

通常の四重式熱間圧延機におけるオフセット量は１０ｍ
ｍ程度が一般的である０本発明対象の圧延機においでは
、オフセット量を１０〜５０ｍｍとし、ロールに加えら
れる曲げ量は第２図にて示す両ネック部の支点７を基準
にした全体的な曲率半径Ｒで示すと５５０ｍ以下とする
のが好ましい。５５０ｍを越えるとロールの曲がりが少
なくなって圧延材の幅方向のクラウン調整効果が得られ
なくなる。

次に、本発明においては引張強さが５５ｋｇ／ｍｍ２以
上のｔ４ｔ１４又は鍛鋼からなる軸材を用い、胴部外層
の軸方向に２０ｋｇ／−ｍ”以上の圧縮残留応力を付与
することを要旨とす。即ち、本発明ロールは曲率半径５
５０＋ａ以下の水平方向の曲げを加えて使用される。こ
のときネック部に発生する曲げ応力は２０ｋｇ／ｌｌ１
ｏ＋”程度であるので、軸材としては少なくとも５５ｋ
ｇ／ｍｕ”以上の引張強さが必要である。また、ロール
の胴部表面の軸方向には２０ｋｇ／ａ＋ｍ”以上の引張
・圧縮の繰り返し応力が作用する。ロール表面には使用
中にヒートクラック等の微細なりラックが発生するが、
このような状態のときに引張応力が作用するとクラック
は更に進展して、ロール表面におけるクラック部の欠損
事故或は胴部折損事故となる危険がある。従って、この
引張応力を打消すためにロール胴部の外層には少なくと
も２０ｋｇ／−ｍ”以上の圧縮残留応力を付与しておく
必要がある。

次に１本発明における外層と内層とを接合させる方法と
しては、基本的には特公昭４４−４９０３号公報ほかに
開示されている高周波加熱を利用した連続肉盛方法、基
本的には特開昭４７−２８５１号公報ほかに開示されて
いる粉末冶金法を利用して熱間等方圧加圧により外層を
形成する方法、特開昭５７−２８６２号公報に開示され
ているエレクトロスラグ溶解を利用した肉盛方法等があ
る。

このうち、本発明においては次の要旨の連続肉感法によ
り実施例ロールを製造した。すなわち、誘導加熱コイル
で包囲された耐大枠とその枠の下に同軸的に設置された
冷却型とからなる組合わせモールドの内側に設けられた
空間に鋳鋼又は鍛鋼からなる軸材を同軸的に遊嵌させ、
軸材とモールドとの間に形成された空隙に鉄基合金の溶
湯を注入するとともに溶湯表面をフラックスでシールし
、軸材をモールドに対して同軸的に下方へ移動させて溶
湯を冷却型に接触させて凝固させることにより形成した
外層を軸材に溶着させるのである。

第３図は本発明の方法を実施するのに使用し得る装置の
一例を示す０本装置はテーパ一部及び並行部の周壁を有
するロート状の耐火枠８と、その下に同軸的に設置され
た冷却型９とからなる組合せモールド１０を有する。耐
火枠８には、この外周を包囲するように環状の誘導加熱
用コイル１１が配置されており、またその下部に同軸的
に耐火枠８の下部と同径の内径を有する環状の暖衝型１
２が設けられている。またその下方の冷却型９は暖衝型
１２とほぼ同じ内径を有し、かつ同軸的である。冷却型
９の入口１３から冷却水が型内に導入され、出口１４か
ら排出される。

以上の構成の組合せモールド１０の内側にロールの軸材
１５をセットする。軸材１５の下端又は必要に応じて下
端から適宜はなれた位置に注入外層の外径とほぼ同じ外
径を有する閉止部材（図示せず）を固定し、さらにその
下部は軸材１５の昇降機構（図示せず）を取付ける。軸
材１５と耐火枠８との間の空隙に外層材の溶湯１６を注
入し、溶湯表面はフラックス１７で空気に触れないよう
にシールする。モして溶湯１６が凝固しないように加熱
コイル１１で加熱攪拌する。溶湯１６は図中の矢印Ｂで
示す方向に流動し攪拌運動を起こす。

次に軸材１５に固定された閉止部材を軸材とともに逐次
降下させる。軸材及び閉止部材の降下と連動して溶湯１
６も降下し、暖衝型１２及び冷却型９の部分で溶湯１６
の凝固が始まる。この凝固のとき軸材１５と外層１８と
は完全に金属的に接合される。湯だまりの溶湯の表面も
軸材及び閉止部材の降下に併せて低下してくるが、新し
い溶湯を適宜注入して溶湯面をある水準に保持する。そ
して、降下と注入を順次くり返して溶湯を下方から逐次
凝固させて外層１８の形成を行う。

このようにして得られた作業ロールは、更に焼入れ、焼
戻し等の熱処理を施すことにより、Ｈ３７０以上の外層
硬さと軸方向に２０ｋｇ／ａ＋ａ２以上の圧縮残留応力
とを得る。

更に本発明においては、上記作業ロールを用いて得られ
る圧延方法として、中間ロール及び支えロールを介して
水平曲げ装置により作業ロールの胴部に曲げを加えなが
ら熱間圧延する方法において、硬さがＨ８７０以上のＭ
Ｃ系の炭化物を含有する鉄基合金の外層を引張強さが５
５ｋｇ／ｍ＋ｍ”以上の鋳鋼又は鍛鋼からなる軸材に接
合し、胴部外層の軸方向に２０ｋｇ／ａｍ”以上の圧縮
残留応力を付与した作業ロールを用い１作業ロールの胴
部に曲率半径５５０ｍ＋以下の曲げを加えながら圧延す
る方法をも要旨とする。

〔作　用〕

上記の構成による作業ロールは水平方向に曲げが加わっ
た圧延に使用されても耐摩耗性、耐肌荒性１強靭性の点
で十分耐用できるものとなる。特に、連続肉盛法により
外層と軸材を接合したロールであるため、溶湯は高周波
コイルによって加熱攪拌され、溶湯から晶出する炭化物
は浮揚、沈殿。

偏析することなく凝固するので外層中に均等に分散した
ものとなる。また、外層には圧縮残留応力が付与されて
おり、クラック進展に起因するロール事故が防止される
。そして、これらにより圧延材のクラウン調整が健全に
行えるとともに圧延材の表面性状に関する品質が向上す
る。

〔実施例〕

叉展剪よ 胴径３３５ＩＩＩＩ１１、胴長１４４２ｍ＋ａのロール
を直径２６０ｍｍ、長さ３８００ｍｍの軸材を用いて第
３図にて示す装置にて製作した。このときの外層材質の
化学成分を第１表に示す。これらのロールはさらに１０
００〜１１００°Ｃからの焼入れ及び５００〜５５０℃
での焼戻しの熱処理を施した。比較のため従来の高合金
ｔＪＩ鉄材質（Ｎｏ、４）及び高クロム鋳鉄材質（Ｎｏ
、５）についても同一寸法のロールを製造した。但し、
高合金鋳鉄材質については従来の遠心鋳造法によって製
作し、オフセント量を少なくするとともに曲げを加えな
いで試験使用することを前提として、軸材はダクタイル
鋳鉄とした。高クロム鋳鉄材質については本発明ロール
と同様に第３図に示す装置を用いて製作した。これらの
材質についても化学成分を第１表に示す、熱処理はこれ
らの材質に適応した熱処理を施した。なお、高合金鋳鉄
材質（Ｎｏ、４）のロールを除いて軸材はいずれもＳＣ
Ｍ４４０の圧延により鍛造された棒鋼を使用し、軸端余
長部から採取した試片による引張強さは７３〜７８ｋｇ
／ｍｍ”であった。

得られた各ロールの外層表面硬さＨ８を第１表に併せて
示す。また、外層表面の軸方向圧縮残留応力は胴端余長
部の端面から２５０ｎｍ位置にて１表面開放法により測
定した。この値も第１表に示す。

これらのロールについて顕微鏡組織調査をしたが、その
例として本発明ロールＮ００２を第１図に、比較例ロー
ルＮｏ、４を第５図に示す。また、ロール胴端部と中央
部、ならびに余長部で調査したロール表層部と内部とで
は炭化物の偏析等の組織むらは認められなかった。更に
、外層と軸材との接合部も健全であった。

これらの結果から明らかなように、本発明のロールはい
ずれも健全であるとともに要求特性を満たすものである
。炭化物も第１図から明らかなように粒状のＭＣ系炭化
物とやや大きいＭ２Ｏ＋　Ｍ。

Ｃ，＋ＭＪＣ系炭化物とで構成されている。一方、第５
図の従来の高合金鋳鉄系材質はＭ、Ｃ系主体の大きな炭
化物で構成されている。

失凰剪裟 実施例１にて得られたロールを用い、圧延量として圧延
長さが３０〜６０ｋｍの普通鋼圧延において圧延試験を
した。Ｎｏ、４の高合金鋳鉄系材質のロールには曲げを
加えなかったが、ＳＣＭ４４０を軸材とする他のロール
にはいずれも曲率半径Ｒ＝５５０〜１００ｍの曲げを加
えながら圧延した。

各ロールの圧延量、摩耗量、圧延後のロール表面粗度等
を第２表に示す、なお１表面粗度は触針式表面あらさ計
にて測定したものであって、その測定プロフィール例を
第６図に示す。同図（ａ・）は本発明ロールＮｏ、２、
（ｂ）は従来の高合金鋳鉄ロールＮｏ、４である。

これらの圧延において、本発明ロールは胴部のクラック
発生事故や折損事故、ネック部の折損事故の発生はなか
った。さらに継続して圧延量累計４２００）ｍ　（４Ｘ
　１０’回のロール回転）以上使用したが、何ら問題も
なく順調に使用された。

耐摩耗性に関しても第２表にて示すように、本発明ロー
ルの耐摩耗性は従来ロールの４〜５倍であり格段に優れ
ていることが明らかとなった。また、耐肌荒性に関して
も本発明ロールは炭化物が小さいので、きわめて滑らか
なロール肌を呈し、耐摩耗性と同様に優れていることが
明らかとなった。

〔発明の効果〕

本発明は次の効果を有する。これらにより、本発明は熱
間圧延における生産性ならびに効率性向上に貢献すると
ころ多大なものがある。

（１）外Ｍ材に本発明特定の鉄基合金を用いることによ
り従来材質に比べて格段に優れた耐摩耗性、耐肌荒性を
有する水平方向に曲げを加えながら使用される作業ロー
ルを実現させた。

（２）高強度の鋼糸の軸材を用いるとともに外層には圧
縮残留応力を付与した耐摩耗材を配したので、耐摩耗性
、耐肌荒性のほかに耐事故性、強靭性の点で従来存在し
得なかった水平方向に曲げを加えながら使用される作業
ロールを実現させた。

（３）連続肉感法を用いることにより外ｍと軸材とが健
全に接合され、かつ外層材における炭化物等の偏析のな
い作業ロールを提供した。

（４）上記作業ロールを用いることにより水平方向に曲
げを加えながら効率良く熱間圧延する方法を実現させた
。

湯　　１７：フラックス 胴部曲率半径 １８：外層 Ｒ： 特許出願人　　日立金属株式会社 特許出願人　　新日本製鐵株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）中間ロール及び支えロールを介して水平曲げ装置
   により胴部に曲げを加えながら用いる熱間圧延用の作業
   ロールにおいて、硬さがＨＳ７０以上で化学成分が重量
   比でＣ１．５〜３．５％、Ｓｉ０．３〜３．０％、Ｍｎ
   ０．３〜１．５％、Ｃｒ２〜７％、Ｍｏ９％以下、Ｗ２
   ０％以下、Ｖ３〜１５％、残部実質的にＦｅからなるＭ
   Ｃ系の炭化物を含有する鉄基合金の外層を軸材に接合し
   、胴部に曲率半径５５０ｍ以下の曲げを加えて用いるこ
   とを特徴とする熱間圧延用作業ロール。
2. （２）引張強さが５５ｋｇ／ｍｍ＾２以上の鋳鋼又は鍛
   鋼からなる軸材を用い、胴部の軸方向に２０ｋｇ／ｍｍ
   ＾２以上の圧縮残留応力を付与したことを特徴とする請
   求項１記載の熱間圧延用作業ロール。
3. （３）誘導加熱コイルで包囲された耐火枠とその枠の下
   に同軸的に設置された冷却型とからなる組合わせモール
   ドの内側に設けられた空間に鋳鋼又は鍛鋼からなる軸材
   を同軸的に遊嵌させ、軸材とモールドとの間に形成され
   た空隙に鉄基合金の溶湯を注入するとともに溶湯表面を
   フラックスでシールし、軸材をモールドに対して同軸的
   に下方へ移動させて溶湯を冷却型に接触させて凝固させ
   ることにより形成した外層を軸材に溶着させて製造した
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の熱間圧延用作業
   ロール。
4. （４）中間ロール及び支えロールを介して水平曲げ装置
   により作業ロールの胴部に曲げを加えながら熱間圧延す
   る方法において、硬さがＨＳ７０以上のＭＣ系炭化物を
   含有する鉄基合金の外層を引張強さが５５ｋｇ／ｍｍ＾
   ２以上の鋳鋼又は鍛鋼からなる軸材に接合し、胴部外層
   の軸方向に２０ｋｇ／ｍｍ＾２以上の圧縮残留応力を付
   与した作業ロールを用い、作業ロールの胴部に曲率半径
   ５５０ｍ以下の曲げを加えながら圧延することを特徴と
   する圧延方法。