JPH03268809A - 圧延ロール - 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、圧延ロールに係り、特に、薄板の高精度圧延
に好適なセラミックス環の圧延ロールに関する。

〔従来の技術〕

セラミックスが本質的に備えている高弾性、高硬度、低
膨張、耐熱性などの特性を利用して、圧延機用ロールへ
の適用が試みられている。

例えば、特開昭４９−４３８６２号公報には、圧延機用
ロールを三層構造の複合体とし、最外層をセラミックス
製リングで形成することが記載されている。また、米国
特許第３５７７６１９号には、圧延機のワークロールを
コアーとスリーブとからなる複合ロールとし、スリーブ
をセラミックスで形成することが記載されている。更に
、特開昭５９−１９７３０７号公報には、ロール全体を
セラミックスによって形成した圧延機用ロールについて
記載されている。

〔発明が解決しようとする１１題〕 上記の従来技術（特開昭４９−４３８６２号公報、米国
特許第３５７７６１９号）には、セラミックスの具体的
な材質や組成及び製法についても記載されていないため
、セラミックスとしてどのような材料が使えるのか、或
いは、セラミックス製のリングやスリーブをどのように
して作るかについても明らかにされていない。また、特
開昭５９−１９７３０７号公報では、一般的なセラミッ
クスとそれらの特性について記載されているが、必ずし
も薄板の高精度圧延に適した圧延ロールの特性、性能を
満たすものではない。

本発明の目的は、薄板の高精度圧延を適したセラミック
ス製の圧延ロール及びその製造法、更にはその圧延ロー
ルを用いた圧延機を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するためには、セラミックス焼結体中に
残存する気孔を小さくすることにより、均質、ｍ密化を
図り、光沢度の優れた鏡面が得られることが必須の条件
であり、得られた光沢度の永続性が必要となる。そのた
めには被圧延材を特性に応じて適切なセラミックス材質
の選定や原料粉の高純度化、添加物（焼結助剤、粘結剤
２分散解膠剤、可塑性など）の種類や量の選定、成形や
焼成作業の最適化により達成される。

セラミックス材としては、Ｓ　ｉＣ，ＷＣ，ＶＣ。

ＢａＣ、ＨｆＣ，ＮｂＣに代表される炭化物。

ＡＱ２０ａ、　Ｂｅｄ、　ＣａＯ，ＭｇＯ，５ｉＯｚに
代表される酸化物及び５ｉｓＮ４．ＡＱＮ、ＴｉＮ。

ｚｒＮ、ＺｒＢｚなどに代表される窒化物や硼化物、更
には、５ｉＡＲＯＮのような酸・窒化物、または、これ
らの複合セラミックスから所要の特性をもつものが選ば
れる。圧延ロールは全セラミックス製のもの、セラミッ
クス製のスリーブやリングを金！ｉＸ製アームに組立て
たもの、金属ロールの表面にのみセラミックスの層を形
成したものや、更には、材料の特性が少しずつ異なるも
のを複数の層に積み上げ形成したものなど圧延ロールに
要求される特性により、セラミックスの材質や構造は適
切なものが採用される。

原料粉はセラミックス材の種類により種々の方法で製造
されているが不純物を多く含むと欠陥の原因となるばか
りでなく、被圧延材とのメカノケミカル的な反応により
、ロールと被圧延材間の摩擦係数を大きくしたり、製品
の表面性状を損なう危険性があるので高純度のものを選
ぶ必要がある。

また、原料粉の形や粒径、及び、その分布も成形性や焼
結性に影響するので適切なものを選定する必要がある。

添加物のうち、粘結剤９分散解膠剤。

可塑剤は健全な成形体を得るのに必要なものであり、種
々のものが開発・市販されている。従って、セラミック
ス材の種類に応して適切なものが適量添加されなければ
ならず、これらは成形法によっても異なる。焼結助剤は
、セラミックスの焼結を促進するために、少量添加する
ものであり、セラミックス材の種類や焼成法に応じて適
当量添加する必要がある。

成形法としては機械プレス成形、静水圧成形。

鋳込成形、押出成形、射出成形など各種の方法があり、
セラミックス材と製品の寸法や形状により最適なものが
採用される。圧延ロールのように長尺・肉厚品で形状の
単純なものには静水圧プレス成形法が一般的に適してい
る。しかし、形状によって機械プレス法も採用すること
が出来、振動を与えながら成形すれば、より高密度の成
形体が得られ、圧延ロールにとって好都合である。

焼成法は常圧焼成、ガス圧焼成、熱間プレス焼成、熱間
静水圧プレス焼成法などが一般的であるが、ロールの形
状や寸法から熱間プレス焼成法は不適である。その他の
方法のうち、経済性からは常圧焼成が良いが、品質的に
はガス圧焼成や熱間静水圧プレス焼成の方が優れている
。また、焼結体中の気孔と微小化するのに常圧焼成を行
ったのち、熱間静水圧プレスを用いて欠陥の冶癒処理を
行うのも有効な手段である。

［作用〕 薄板の高精度圧延に要求される圧延ロールの特性として （１）ヤング率が大きく、変形しにくいこと、（２）硬
度が高く、摩耗し難いこと、 （３）金属と凝着し難く、表面光沢の優れた圧延製品が
得られること、 （４）焼結性に優れ、高密度が得られること、などがあ
げられる。しかし、これらの特性をすべて満足するセラ
ミックスは得難いので、圧延製品の種類や要求特性によ
り、最適なセラミックス材の選定や製造法が採用される
。

〔実施例〕

〈実施例１〉 本発明の第一の目的は、光沢度の優れた圧延品を得るに
必要なロールを提供することにあり、そのためには、光
沢度の良いロール、即ち、ＩＩｋ密でしかも、表面粗さ
を小さくする必要がある。第１図は、冷間圧延を行った
オーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４）鋼板の表
面粗さと光沢度の関係を示したものである。第１図より
、表面粗さが小さいほど光沢度は高くなっていることが
わかる。−般に、みがき鋼板のうち、光沢性の要求され
るものは大略５５％以上の光沢度が必要であるので、鋼
板表面の中心線平均粗さは０．０４μｍ以下でなければ
ならない。一方、ロールの表面粗さは圧延時に鋼板に７
５〜８０％転写されることが実験により確認されたので
、ロール表面の中心線粗さはＯ，ＯＳμｍ以下としてお
くことが必要となる。

〈実施例２〉 種々の製法により製造されたアルミナ、ジルコニア、炭
化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニウム
、マイカなど市販のセラミックスについて＃４００．＃
１５００．＄５０００のダイヤモンド固定砥粒を用いて
研削したのち、粒径３μｍのダイヤモンドペーストを用
いて研摩した。

夫々の試料の気孔の大きさと中心線平均粗さの関係を調
査した。その結果を第２図に示した。気孔の形状は円、
楕円、多角形状のものなど種々あったので、それらを真
円に換算して整理した。第２図より、０．０５μｍ以下
の中心線平均粗さを得るためには、ロール表面の気孔の
大きさは直径１５μｍ以下にしなければならないことが
わかった。

〈実施例３〉 薄板の高精度圧延を達成するためには、ロールは変形や
摩耗が少なく、被圧延材は塑性変形しやすく、また５優
れた表面状態が継続することが必要となる。従って、こ
れらの支配する共通の材料特性としてヤング率（Ｅ）と
かたさ（Ｈ）が考えられる。

先ず、実験に使用したセラミックス製ロールについて、
材質別にＥとＨを示す第１表のようである。

第１表 次に、圧延実験に用いた被圧延材のＥとＨを示すと第２
表のようである。

第 ２ 表 第３表は、第１表に示したロールで第２表に示した材料
を圧延した結果である。

圧延実験に用いたミルは、基本的には四段式であるが、
作業ロールの前後に作業ロールの位置ずれを防止するた
めに、支持ロールを配した。作業ロールの寸法は直径２
０■、長さ２００閣であり、被圧延材は厚さ２００〜２
５０μｍのものを約１５μｍまで数バスで圧延すること
を試みた。

Ｑ印は圧延が容易でロールの摩耗が少なかった組合せ、
Δ印は圧延が難かしかったか、または。

ロールの摩耗が多かった組合せ、Ｘは圧延性が悪いか、
または、ロールの摩耗が激しかった組合せを示した。

第３表に示した圧延結果を第１表及び第２表の材料特性
を用いて整理すると下記のようになる。

すなわち、ロールのヤング率をＥｘ、被圧延材のヤング
率をＥ２とすると、その比Ｅｓ／Ｅｘは１．３以上ない
と圧延に適さない。また、ロールのビッカースかたさを
Ｈｌ、被圧延材のビッカースかたさをＨ２とすると、そ
の比Ｈｒ　／　Ｈｚは３．０以上でないと薄板の高精度
圧延に適さないことも確認できた。

〈実施例４〉 次に、ジルコニアセラミックロールの製法とジルコニア
セラミックロールを用いて銅箔を圧延した結果について
述べる・ 原料粉はジルコニアに部分安定化剤として５．３重量％
のイツトリアとバインダとして１．５重量％のポリビニ
ールアルコールを添加し、コロイドプロセスで製造され
たものをスプレードライ法により造粒して使用した。原
料粉の結晶粒子径は３４０人、造粒後の平均粒子径は６
０μｍである。

造粒粉を冷間静水圧プレスにより１５０ＭＰａの圧力を
一回与えたものと、二回、五回及び十回繰返し与えた直
径が約３０閣、長さが約３００ｍの成形体を四本作った
。次に、成形体を５００℃に四時間加熱してバインダを
取除いたのち、　１０５０℃の大気中で一時間の仮焼成
を行い、所定の寸法に機械加工した。次いで、１５００
℃の大気中で二時間の焼成を行い１機械加工により、直
径２２閣、長さ２２０ｍ＋に仕上げた。仕上げ加工はラ
ッピングにより、表面を鏡面とし、密度の測定と光学顕
微鏡を用いて表面を観察し、気孔の大きさを求めた。更
に、焼結体を温度１４５０℃、圧力１８０ＭＰａのアル
ゴンガス雰囲気中で熱間静水圧プレス処理を行ったのち
、機械加工により、直径２０　ｍ　、長さ２００■のロ
ールに鏡面仕上げをし、密度及び表面の気孔の大きさを
調べた。以上の結果をまとめて第４表に示す。

これにより、同一の成形圧力であっても、それを繰返し
与えることにより成形体の密度が上昇すること、焼結体
の密度は成形体の密度が大きいものほど大きく、また、
気孔率が少なく気孔の寸法も小さくなることがわかった
。更に、焼成形に熱間静水圧プレスを行うことにより、
密度が増大し、気孔寸法が減少し、最良の条件で製作し
たロールの気孔率はＯに近く、気孔寸法は約２μｍであ
ることがわかった。以上の結果から、成形は複数回の加
減圧を繰返すことにより、密充填が促進されること、及
び焼成後に熱間静水圧プレスにより気孔をなくする効果
があることを確認した。熱間静水圧処理後のロールを研
摩した結果、いずれも表面を中心線平均粗さで０．０２
μｍ以下に仕上げることが出来た。特に、ＣＩＰ成形で
十回の加減圧を繰返したものは、中心線平均粗さで０．
００６μ−の鏡面を得ることが出来た。このロールを用
いて銅箔を約４０Ｋｍ圧延したが、製品の光沢度は圧延
初期のものと変らず、従来の鋼製ロールと比較して二十
倍以上の圧延量を連続圧延できることが明らかとなった
。

〈実施例５〉 次に、サイアロンセラミックスにより１本発明の効果を
確認した結果について述べる。サイアロンセラミックス
は、５ｉｓｚＡＲｚ○ｚ　Ｎ　ａ□なる化学式で表わさ
れ、２はＯ〜４．２の間で任意のものが製造可能であり
、βサイアロンと呼ばれている６本実施例ではｚ　＝０
．５　の組成のものを用い、少量のバインダを添加した
のち、メタノール中で湿式混練し、スプレードライ法に
より造粒した。

造粒粉を冷間静水圧プレスにより２００ＭＰａの圧力を
与えて成形した。成形体の寸法は外径が約７０−１内径
が４０■、長さが約４００■であった１次番こ、成形体
を５００℃に四時間加熱してバインダを除去し、１２０
０℃の温度に二時間保持して仮焼成した。仮焼結体を旋
盤を用いて外径６８閣、内径４０■、長さ６８■に加工
した０次いで、１７５０℃の窒素ガス雰囲気下で二時間
の焼成を行い、研削加工及び研摩加工により外径５５飄
、内径３３．２鵬、長さ５５閣のスリーブを得た。スリ
ーブの表面を光学顕微鏡を用いて観察し、気孔の大きさ
を求めた。その結果、気孔の大きさは最大のものでも１
１μｍであり、また、表面の粗さは中心線平均粗さで０
．０４μｍであった。

本スリーブを鋼製のアーバに組立てた。組立てに際して
スリーブ内面とアーバ外面は非接触とし、スリーブ端面
をアーバの軸力により拘束し、スリーブに引張応力が作
用しないように考慮した。

このロールを用いてステンレス鋼の圧延を行った結果、
圧延初期における製品の光沢度は約５８％であった。ま
た、約５Ｋｍ圧延後にも製品の光沢度は変らず、サイア
ロンロールは耐摩耗性に優れていることが実証された。

〔発明の効果〕

本発明によれば、被圧延材の種類に応じて、適切な特性
をもつセラミックロール材と製法を選べるので、高精度
圧延に適したセラミックロールを提供することが８来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ステンレス鋼板の表面粗さと光沢度の関係を
示す特性図、第２図は、セラミックロー第１図 中１１ｊ　　護１（うヒｔダ４す１２　　　（、μカｔ
〕第２図 気ＪＬ　　ｈ大　５　コ　　（ｊ径ン　　　　ｒμカ【
）６８−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被圧延材に、直接、接触する部分が炭化物、酸化物
   、窒化物または硼化物から選ばれた少なくとも一種類の
   セラミックスを主成分とする焼結体からなり、前記焼結
   体の有効使用深さ内に存在する複数の気孔の面積の総計
   を真円に換算して、直径１５μｍ以下にしたことを特徴
   とする圧延ロール。 ２、請求項１において、ロール表面の粗さを中心線平均
   粗さで０．０５μｍ以下に仕上げた圧延ロール。 ３、セラミックス製ロールを用いて金属を圧延するに際
   して、圧延時のロールのヤング率（Ｅ＿１）と被圧延材
   のヤング率（Ｅ＿２）の比（Ｅ＿１／Ｅ＿２）を１．３
   以上にしたことを特徴とする圧延ロール。 ４、セラミックス製ロールを用いて金属を圧延するに際
   して、圧延時におけるロールのビッカースかたさ（Ｈ＿
   １）と被圧延材にビッカースかたさ（Ｈ＿２）の比（Ｈ
   ＿１／Ｈ＿２）を３．０以上にしたことを特徴とする圧
   延ロール。 ５、請求項１または２において、冷間静水圧プレスを用
   いて複数回の加減圧を繰返すことにより成形した圧延ロ
   ール。 ６、請求項１または２において、焼成後に熱間静水圧プ
   レスを用いて気孔を冶癒した圧延ロール。 ７、請求項１、２、３、４、５または６において前記圧
   延ロールを備えた圧延機。