JPH0390270A - 熱間圧延用作業ロールの製造法及び圧延方法 - 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〕 本発明は胴表層部が耐摩耗性、耐肌荒れ性に優れ、且つ
胴部に水平方向の曲げを加える圧延にも十分使用可能な
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〕

従来の熱間圧延用作業ロールは、外層に耐摩耗性の大き
い炭化物を多く晶出させた合金鋳鉄系材料を用い、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用い
遠心鋳造法により製造した鋳鉄系の複合ロールが主流で
あった。

近年の熱間圧延の分野では、省エネルギー、生産性向上
、鋼材品質向上の立場から熱間圧延用作業ロールの耐摩
耗性、耐肌荒性、耐焼付性などの向上の要求が高まって
いる。これらの要求に対し例えば特願昭５７−７３９４
６号に記載される外層が黒鉛晶出型の高Ｃｒロールが提
案され遠心鋳造法により製造されて使用されている。

しかし、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、厳しい生産性向上要求と相まって低
温高圧下圧延や高形状制御圧延等で新しい熱間圧延法の
開発が行われている。この一つの圧延方法として例えば
実開昭６２−１３１７０５号に記載の圧延機を用いる方
法がある。この圧延機は第１図に示すように上作業ロー
ル１．下作業ロール２．上・下の補強ロール３が配置さ
れたロール構成であり、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！１６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に押しつけて上作
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。

この圧延機で使用される上作業ロール１に対しては、圧
延中に胴部に水平方向の曲げが加わるため胴部及びネッ
ク部に１±この曲げ応力に耐えるだけの強靭性が要求さ
れる。更にはロール直径が小さくなるため従来ロールよ
りも優れた耐摩耗性や耐肌荒性を胴表層部に兼ね備える
ことも要求される。

これらの要求に対しては、前記高Ｃｒロールをはじめと
する従来の遠心鋳造法により製造した作業ロールでは軸
材の靭性の点で問題があり、また外層材質及び軸材材質
の組合せに制限があることから高耐摩耗性、高耐肌荒性
と強靭性を同時に満足させるには限度がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記従来技術の問題点を解決し、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耐用可能な熱間圧延用作業ロー
ル及びその作業ロールを用いた圧延方法を提供すること
を目的になされたものである。

すなわち、ＶやＷ等の合金元素が形成する炭化物は硬さ
が大であり、外層材にこれらの炭化物を含有する鉄基合
金を用いたロールは耐摩耗性を向上させるのに有効であ
るが、これらの元素が形成する炭化物は溶湯との比重が
異なるため遠心鋳造法により製造しようとした場合には
、遠心分離作用により偏析を起こし易いという欠点があ
り製造不可能である。

また、軸材に強靭性を得るため銅系材質を適用した場合
、遠心鋳造法では外層材より軸材の方が高融点であるた
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
界部が最終凝固位置となり、この境界部に鋳造欠陥が発
生し易いという欠点があり、やはり製造不可能である。

このため軸材に従来のねずみ鋳鉄又はダクタイル鋳鉄を
用いることが一慇的であるが、この場合の引張り強さは
５５　ｋｇ／　ｍ”程度が限界である。

従って前記のような炭化物を外層に含有し、且つ軸材の
引張り強さが５５ｋｇ／ｍ”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る。

本発明は以上の状況において、あらかじめ形成した鋳鋼
又は鍛鋼から成る銅系材質の軸材の周囲に溶湯を連続的
に凝固させ、前記のような炭化物を含有する外層材と引
張り強さが５５　ｋｇ／　ｍｍ２の軸材から成る複合ロ
ールを製造する方法に着目した。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記の着目点から上記目的を遠戚するため、実
験追求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方
向の曲げ装置により圧延中に胴部に曲げを加えて用いる
熱間圧延用作業ロールにおいて、硬さがＨ３８０以上で
、化学成分が重量比でＣ：０．５〜１．５％、Ｓｉ：３
．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：２〜６％、Ｍ
ｏ：１０％以下。

Ｗ：２０％以下、Ｖ：１〜５％、Ｃｏ：５〜１３％、残
部実質的にＦｅから成る高速度鋼の外層と、引張り強さ
が５５ｋｇ／１ｍ”以上の鋳鋼又は鍛鋼から成る軸材を
接合した複合構造から成り、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、高速度鋼とするとともに、熱処理を施しＨＳ８０以
上の硬さを保持させる必要がある。

また、外層高速度鋼の化学成分の特定は次の理由による
。

Ｃは耐摩耗性向上のための炭化物の形成及び基地硬さ確
保のために必要がある。その量が０．５％未満の場合、
炭化物量が少なく、耐摩耗性の点で十分でない。一方Ｃ
が１．５％を超えると１粒界に析出する網目状炭化物が
増加し耐肌荒性及び強靭性の点で劣るようになる。０．
７〜１．２％が好ましい。

Ｓｉは脱酸剤として必要な元素であり、また焼戻し抵抗
性を高める。しかし、その量が３．０％を超えると脆化
が生じやすくなる。０．５〜１．０％が好ましい。

Ｍｎは脱酸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が、その量が１．５％を超えると残
留オーステナイトが増え安定して十分な硬さを維持でき
ないとともに、靭性が低下する。０．２〜１．０％が好
ましい。

Ｃｒは２％未満では焼入れ性に劣り、６％を超えると比
較的硬さの低いＣｒ系の炭化物が過多となり耐摩耗性を
低下させる。また耐ヒートクラツク性が劣化する。３〜
５％が好ましい。

Ｍｏ及びＷはそれぞれＣと結合してＭ　ｘ　Ｃあるいは
ＭａＣ系炭化炭化物成させると共に基地中にも固溶して
基地を強化し耐摩耗性を高めると同時に、焼戻し軟化抵
抗を向上させるのに有効である。

しかし、過刺になるとＭ　ａ　Ｃ系炭化物が増加し靭性
及び耐肌荒性が低下する。Ｍｏ及びＷの上限はそれぞれ
１０％及び２０％であり、２Ｍｏ＋Ｗが２０％以下であ
ることが望ましいｅＭｏは５〜１０％、Ｗは０．５〜３
％が好ましい。

Ｖ　＋ｔ　Ｍ　Ｃ系炭化物を形成し耐摩耗性向上に寄与
するが、１％未満では十分な効果がなく、５％を超える
と研削性を著しく阻害する。１〜３％が好ましい。

Ｃｏは基地に固溶し焼戻し軟化抵抗を高めると共に、二
次硬化により高温焼戻しで高硬度を得るのに有効な元素
であるが、５％未満ではその効果が小さく、１３％を超
えると靭性が低下する。６〜９％が好ましい。

なお、本発明の外層に用いる高速度鋼は上記元素のほか
にＮｉを含有することができるｅ　Ｎ　ｉは焼入れ性を
向上する作用を有するため、５％以下の量を添加するこ
とができる。それを超えると残留オーステナイトの増加
を招き、硬度低下や耐肌荒性の低下を来す。

上記元素以外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であり。

脆化防止のためＰ及びＳとも０．１　　％以下であるこ
とが望ましい。

軸材は引張り強さが５５ｋｇ／ｍ”以上の鋳鋼又は鍛鋼
であることが必要である。引張り強さが５５ｋｇ／閣２
以上である理由は本発明のロールの使われ方に依る。

すなわち本発明対象の圧延機においては、オフセット量
を１０〜５０−とし、ロールに第２図に示す両ネック部
の支点７を基準にした全体的な曲率半径Ｒで示すと５５
０ｒｎ以下の曲げを加えて使用する。なお、曲率半径Ｒ
が５５０ｍを超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。こ
のときネック部に発生する曲げ応力は２０ｋｇ／ｍｍ”
程度であるので、軸材として少なくとも５５　ｋｇ／　
ｍ”以上の引張強さが必要なのである。

次に、本発明における外層と内層とを接合させる方法と
して特公昭４４−４９０３号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、特開昭４７−２８５１
号ほかに開示されている粉末冶金法を利用して熱間等方
加圧により外層を形成する方法、特開昭５８−１９７２
３２号に開示されているエレクトロスラブ再溶解法を利
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エレクトロスラ
ブ再溶解法を利用した肉盛方法により、実施例ロールを
製造した。すなわち、軸材と同志的に配置されたモール
ドとの間に形成される空隙に高速度鋼から成る消耗電極
を挿入し、軸材及び冷却モールドを円周方向に同期的に
回転させなからスラグ浴の下でエレクトロスラグ再溶解
法により消耗電極を溶解させるとともに、溶湯を冷却モ
ールドに接触させ凝固させることにより形成した外層を
軸材に溶着させる方法である。

第３図は、本発明の方法を実施するのに使用可能な装置
の一例を示したものである０本装置は内部を水冷される
冷却モールド８とそれに同志的に配置された軸材９及び
点火板１０と軸材９を乗せる回転定盤１１から成る。冷
却モールド８と軸材９との間に形成される空隙に高速度
鋼から成る消耗電極１２を挿入し、回転定盤１１と消耗
電極１２の間にカーボンブラシ１３を通じて電流を流し
、冷却モールド８．軸材９２点点火板０を同期的に円周
方向に回転させながら、溶融フラグ１４の抵抗熱により
消耗電極１２を溶解する。溶湯は冷却モールド８に接触
凝固し外層１５を形成する。

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、ＨＳ８０以上の硬さを
、得る。

更に本発明では、上記作業ロールを用いた以下の圧延方
法をも要旨とする。すなわち、中間ロール及び支えロー
ルを介して水平方向の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、上記作
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方法であるゆ 〔作用〕 上記の構成による熱間圧延用作業ロールは水平方向に曲
げを加えながら圧延しても耐摩耗性、耐肌荒性に十分優
れ、且つ胴部及びネック部においても曲げ応力に十分耐
えることができるようになる。特にエレクトロスラグ再
溶解により外層を軸材に溶着させたロールであるため、
溶湯から晶出する炭化物は偏析をおこさず外層中に微細
かつ均等に分散したものとなる。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
表面形状に関する品質が向上する。

〔実施例〕

胴径３３５ｍ、胴長１４４２ｍのロールを直径２６５ｍ
、長さ３７００ｍの軸材を用いて第３図に示す装置にて
ａ造した。この時の外層材質の化学成分を第１表に示す
。このロールは更に１１００〜１２００℃からの焼入れ
及び５００−！５５０℃での焼戻しの熱処理を施した。

得られたロールの外層表面かたさＨＳを第１表に併せて
示す、また第４図に本実施例ロールの顕微鏡組織を示す
。尚、本実施例ロールは余長部における調査及び超音波
探傷検査により外層部及び外層と軸材の接合部ともに健
全であることを確認した。

本実施例ロールを用い、第１図の圧延機により試験圧延
を行った。被圧延材は一般冷却材である普通鋼で、圧延
量は４００〜６００　＋ｏｎ／回であつた。比較のため
高合金鋳鉄材質を外層とした従来タイプのロールも用い
て圧延を行った。このロールの外層材質の化学成分及び
胴部表面硬さについて第１表に併せ示す。なお、本発明
の実施例ロールには曲率半径Ｒ＝５５０〜Ｌｏｏｍの曲
げを加えて圧延したが、比較例の従来ロールには曲げを
加えなかった。

この圧延において、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く順調
に使用された。この時のロール摩耗のデータを従来ロー
ルと併せて第５図に示す。

この図から本発明ロールは従来ロールの４〜５倍耐摩耗
性を発揮することが明らかになった。また、耐肌荒性に
ついても本発明ロールは析出炭化物を主体とし欠は落ち
の懸念される大きな炭化物の晶出を抑えたため、きわめ
て滑らかなロール肌を呈し優れていることが明らかにな
った。

（発明の効果〕 本発明は以下に記載されるような効果を奏する。

外層、材に本発明特定の高速度鋼を用いることにより水
平方向に曲げ加えながら使用される熱間圧延用作業ロー
ルにおいて、従来材質に比べて非常に優れた耐摩耗性、
耐肌荒性を付与することができる。また１強靭性の鋼糸
の軸材を用いることにより従来不可能であった水平方向
に曲げを加えながら使用することができる熱間圧延用作
業ロールを製造できるとともに、この作業ロールを用い
て水平方向に曲げを加えながら熱間圧延を行うことによ
り、高品質の圧延材を圧延できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ロールが使用される圧延機のロール配置
を示す概略図、第２図は本発明ロールが使用される状態
を説明するための概略平面図、第３＠１よ本発明を実施
するための連続肉盛装置例の概略図、第４図は本発明の
実施例ロールの金属組織を示す顕微鏡写真、第５図は本
発明の実施例ロール及び従来例ロールの圧延後の摩耗デ
ーターを示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱間圧延用作業ロールにおいて、硬さがＨＳ８０以
   上で、化学成分が重量比でＣ：０．５〜１．５％、Ｓｉ
   ：３．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ２〜６％、
   Ｍｏ：１０％以下、Ｗ：２０％以下、Ｖ：１〜５％、Ｃ
   ｏ：５〜１３％、残部実質的にＦｅから成る高速度鋼の
   外層と、引張り強さが５５ｋｇ／ｍｍ＾２以上の鋳鋼又
   は鍛鋼から成る軸材を接合した複合構造から成 ることを特徴とする熱間圧延用作業ロール。 ２、特許請求の範囲第１項において、軸材と同芯的に配
   置されたモールドとの間に形成される空隙に高速度鋼か
   ら成る消耗電極を挿入し、軸材及び冷却モールドを円周
   方向に同期的に回転させながらスラグ溶の下でエレクト
   ロスラブ再溶解法により消耗電極を溶解させるとともに
   、溶湯を冷却モールドに接触させ凝固させることにより
   形成した外層を軸材に溶着させ製造することを特徴とす
   る熱間圧延用作業ロール。 ３、中間ロール及び支えロールを介して水平方向の曲げ
   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、特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の熱間圧延用作業ロールを用い、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。