JPH05138214A - 冷間圧延ロールの粗面化加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 粗面化加工後直ちに液体窒素の吹付を行うこ
とができ、これによって優れた耐摩耗性を有するロール
を得ることができる冷間圧延ロールの粗面化加工装置を
提供することにある。 【構成】 レーザビーム、電子ビーム等のビーム照射若
しくは放電加工により冷間圧延ロールに粗面化加工を施
す装置であって、ロールを保持し、且つこれを回転させ
るための回転保持機構と、ロール長手方向に沿って移動
可能な移動台と、該移動台上に並列して設けられたビー
ム照射ヘッドまたは放電加工装置および液体窒素吹付装
置とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザビームまたは
電子ビーム等のビーム照射、或いは放電加工により冷間
圧延ロールに粗面化加工を施す装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷間圧延ロールに粗面化加工を施す方法
として、レーザビームや電子ビーム等のビーム照射或い
は放電加工による加工方法が知られている。しかし、こ
れらの方法により得られる粗面は、ビーム照射や放電加
工により生じるクレータ状の凸部の表層近くに、残留オ
ーステナイト量が多く母材に較べ硬度が低い白色層が形
成され、耐摩耗性に劣るという欠点がある。このため、
この種の加工ロールは従来のショットブラスト等による
粗面化加工ロールに較べ、ロール寿命が短いという問題
があった。図１２ないし図１４は、電子ビーム加工（図
１２）、レーザビーム加工（図１３）および放電加工
（図１４）後の各ロールの表層からの硬度分布を示して
いる。

【０００３】このような問題を解決するため、特開昭６
３−２０１９２号や特開昭６３−２０１９３号では、レ
ーザ加工後に液体窒素の吹付等によってロールにサブゼ
ロ処理を施すことによりロールを硬化させ、耐摩耗性を
向上させる方法が提案されている。この提案では、特
に、粗面化加工部表層の残留オーステナイト量が１５〜
３０％となるようにすることが、ロールの耐摩耗性の改
善に有効であるとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一般の鍛鋼ロ
ールの母材の残留オーステナイト量は１１〜１６％の範
囲であって、残留オーステナイト量が少ないほど耐摩耗
性は向上するものであり、本発明者らの実験によって
も、残留オーステナイト量の少ないロールほど硬度が高
く、粗度低下率が小さくなる傾向を示しいる。したがっ
て、上記特開昭６３−２０１９２号等に示されるよう
な、粗面化加工部表層の残留オーステナイト量が、母材
残留オーステナイト量より多い２０％前後で粗度低下率
が最低になるということには疑問がある。

【０００５】さらに、本発明者らの検討によれば、液体
窒素吹き付けによるサブゼロ処理は、その実施のタイミ
ングが重要であり、時期を失して処理を行なっても十分
な耐摩耗性は得られないことが判明した。すなわち、ロ
ール粗面化加工は、例えばロール径６００ｍｍ，ロール
長２１００ｍｍ程度の通常サイズのロールで約１時間を
要するが、このような粗面化加工完了を待ってサブゼロ
処理を実施した場合、十分な耐摩耗性が得られないこと
が判った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記のよ
うな事実に基づきさらに検討を加えた結果、液体窒素の
吹付は粗面化加工後６０分以内に実施しないと、十分な
耐摩耗性が得られず、また、このような処理によって加
工部表層の残留オーステナイト量を２．５〜１６％とす
ることにより、特に優れた耐摩耗性が得られることを見
出した。本発明はこのような知見に基づき、粗面化加工
後直ちに液体窒素の吹付を行うことができ、これによっ
て優れた耐摩耗性を有する冷間圧延ロールを得ることが
できる粗面化加工装置を提供するものである。すなわ
ち、本発明は次のような構成を有する。

【０００７】（１） レーザビーム、電子ビーム等のビ
ーム照射により冷間圧延ロールに粗面化加工を施す装置
において、ロールを保持し、且つこれを回転させるため
の回転保持機構と、ロール長手方向に沿って移動可能な
移動台と、該移動台上に並列して設けられたビーム照射
ヘッドおよび液体窒素吹付装置とからなる冷間圧延ロー
ルの粗面化加工装置。

【０００８】（２） 放電加工により冷間圧延ロールに
粗面化加工を施す装置において、ロールを保持し、且つ
これを回転させるための回転保持機構と、ロール長手方
向に沿って移動可能な移動台と、該移動台上に並列して
設けられた放電加工装置および液体窒素吹付装置とから
なる冷間圧延ロールの粗面化加工装置。

【０００９】

【作用】回転保持機構にはロールがセットされ、これを
所定の回転速度で回転させる。移動台はロールの一端側
からロール長手方向で移動し、移動台上のビーム照射ヘ
ッドまたは放電加工装置により、回転するロールの表面
に対し粗面化加工がなされる。このような粗面化加工
中、液体窒素吹付装置から粗面化加工部に対して液体窒
素が吹き付けられ、冷却処理がなされる。通常、本発明
装置によるロール粗面化加工は、ロール径６００ｍｍ、
ロール長２１００ｍｍ程度のロールで約１時間を要する
が、移動台に設けられた液体窒素吹付装置から液体窒素
を吹き付けることにより、粗面化加工部を加工後数分程
度のうちに冷却処理することができる。

【００１０】また、この液体窒素の吹付流量を調整し、
ロール表面の冷却温度をコントロールして熱処理レベル
を変えることにより、残留オーステナイト量を任意にコ
ントロールすることができ、これにより、所望のロール
表面硬度を確保することができる。

【００１１】粗面化加工後のロール表層の軟らかい部分
は、ビーム照射や放電加工により一旦溶融した金属が大
気中で瞬時に急冷され常温に到ったために、マルテンサ
イトに十分に変態できず、オーステナイト相が残留した
ものである。本発明の装置では、ビーム照射または放電
加工による粗面化加工後、その粗面化加工した部分に対
し、加工後直ちに液体窒素を吹付け、ロール表面温度を
−５０℃以下に低下させる処理を施すことができ、これ
により粗面化加工部表層のオーステナイト相の残留量を
制御することができる。

【００１２】図６は、Ｃ：０．９３ｗｔ％、Ｓｉ：０．
５３ｗｔ％、Ｍｎ：０．８９ｗｔ％、Ｃｒ：５．０８ｗ
ｔ％、Ｍｏ：０．３３ｗｔ％の組成のロール（硬度Ｈｖ
８００）にレーザビーム照射により粗面化加工を施した
後、この粗面化加工部に対し、種々の時間経過後に液体
窒素を吹き付けることにより、ロール表面をそれぞれ−
１９６℃、−１２０℃、−５０℃、−４０℃、−２０
℃、０℃の６水準まで冷却する冷却処理を行ない、ビー
ム照射後上記冷却処理開始までの時間がビーム照射部の
硬度に及ぼす影響を調べたものである。なお、上記冷却
温度の調整は、液体窒素吹付量をコントロールすること
により行った。図７に、−１９６℃に冷却した場合の液
体窒素吹き付け開始からのロール表層近傍の温度変化を
示す。

【００１３】図６によれば、ロール表層の冷却温度が−
５０℃を超えた例えば−４０℃では、加工後ほぼ瞬間的
に冷却を行わないと、母材硬度であるＨｖ８００以上の
硬度が得られず、さらに−４０℃を超える温度では、加
工から冷却開始までの時間の長短に拘らず母材硬度であ
るＨｖ８００以上の硬度が得られない。また、冷却温度
が−５０℃以下であっても、粗面化加工してから液体窒
素吹き付けまでの時間が略６０分を超えると、Ｈｖ８０
０以上の硬度が得られないことが判る。この点、本発明
装置によれば粗面化加工後直ちに液体窒素の吹付を行う
ことができるため、所望の硬度を得ることができる。

【００１４】また、本発明者らは、粗面化加工部表層の
残留オーステナイト量が硬度およびロール粗度低下率に
及ぼす影響について調べた。図８はその結果を示すもの
で、残留オーステナイト量が１６％以下では、表層部硬
度が母材硬度と同等かそれ以上となるため粗面低下率が
減少する傾向があり、ほぼ５〜１０％の範囲で最もロー
ル粗度低下率が減少する。一方、残留オーステナイト量
が２．５％未満では、硬度は高いものの溶融部分が脆く
なるため、粗度低下率が大きい。以上の結果から、上記
冷却処理により、粗面化加工部表層の残留オーステナイ
ト量を２．５〜１６％とすることが好ましい。このよう
な残留オーステナイト量の調整は、液体窒素吹付装置か
らの液体窒素の吹付量を調整し、冷却温度をコントロー
ルすることにより行うことができる。図９に液体窒素吹
付量と残留オーステナイト量との関係を示す。

【００１５】

【実施例】図１および図２に本発明をレーザビーム方式
の粗面化加工装置に適用した場合の一実施例を示す。粗
面化加工装置は、ロールを保持し、且つこれを回転させ
るための回転保持機構１と、ロール長手方向に沿って移
動可能な移動台２と、該移動台上に並列して設けられた
レーザ照射ヘッド３および液体窒素吹付装置４とからな
っている。前記移動台２は、駆動ネジ軸５の回転によ
り、ロールの回転と同期してロール軸線方向と平行に移
動可能となっている。また、前記液体窒素吹付装置４
は、ロール面に対向した液体窒素の噴射ノズル８を有し
ている。なお、その他図面において、６はレーザ発信
器、７は移動台２のガイド軸、９は流量調整弁である。

【００１６】このような粗面化加工装置によれば、上記
回転保持機構１にはロールＡがセットされ、これを所定
の回転速度で回転させる。一方、レーザ発信器６から出
力されたレーザビームは、複数のミラ−を介して、レー
ザ照射ヘッド３からロールＡの表面に略垂直に照射され
る。このレーザ照射ヘッド３は、レーザビームをメカニ
カルチッパによりパルス化して照射することができる。
また、このパルスの周波数と出力、ロール回転数および
レーザ照射ヘッド３の移動速度の設定によって、表面粗
さのパタ−ン深さを制御することができる。なお、通常
この装置によるロール粗面化加工は、ロール径６００ｍ
ｍ、ロール長２１００ｍｍのロールで約１時間を要す
る。

【００１７】上記のようなレーザ照射ヘッド３による粗
面化加工中、液体窒素吹付装置４の噴射ノズル８から粗
面化加工部に対して液体窒素が吹き付けられ、冷却処理
がなされる。このような装置において、例えば、 ロール回転速度：２００ｒｐｍ 移動台の移動速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ レーザ照射部と液体窒素吹付部のロール軸方向距離：４
００ｍｍ クレータのロール軸方向ピッチ：３００μｍ の条件で、上記のようなロール径６００ｍｍ、ロール長
２１００ｍｍのロールの粗面化加工を行った場合、粗面
化加工部に対し、加工直後から略８分以内に液体窒素を
吹付を行うことができる。

【００１８】また、液体窒素の吹付量は流量調整弁９に
より制御される。この液体窒素の流量調整により、ロー
ル表面の冷却温度をコントロールして熱処理レベルを変
えることで、残留オーステナイト量を任意にコントロー
ルすることができ、これにより、所望のロール表面硬度
を確保することができる。

【００１９】図３ないし図５に本発明装置の他の実施例
を示す。この実施例では、基台１３上に移動台２がロー
ル長手方向移動可能に設けられ、この移動台２上にレー
ザ照射ヘッド３と液体窒素吹付装置４とが並列的に設け
られている。移動台２は駆動ネジ軸５の回転により、ロ
ールの回転と同期してロール軸線方向と平行に移動可能
となっている。

【００２０】前記液体窒素吹付装置４は、ロールを外囲
し、且つリングの内周に流体流通用の環状溝１００を有
する保冷リング１０を有している。この保冷リング１０
の内部には、リングの略半周に亘ってノズルヘッダ１１
が設けられ、このノズルヘッダ１１の長手方向に適当な
間隔をおいて噴射ノズル１２が取り付けられ、各噴射ノ
ズル１２は、その先端がロール面に近接するようにし
て、前記環状溝１００内に位置している。前記ノズルヘ
ッダ１１には、液体窒素の供給管１９が接続されてい
る。

【００２１】また、保冷リング１０の内径はロールＡの
外面との間で若干の間隙が形成される程度に構成され、
環状溝１００内での保冷効果を高めるようにしている。
保冷リング１０の内部には、保冷用の断熱材１７が充填
されている。また、保冷リング１０は、その内部にロー
ルを挿通させるため半割構造とし、両半割部が連結金具
１８で脱着可能に連結されている。なお、図示しない
が、本実施例でもロールの回転保持機構やレーザ発信器
等は図１に示す実施例と同様の構成となっている。ま
た、その他図面において、１４は液体窒素の気液分離装
置、１５は流量調整弁、１６は流量計である。

【００２２】なお、上記実施例はいずれもレーザビーム
照射方式の粗面化加工装置の例であるが、電子ビーム照
射方式や放電加工方式の場合にも基本構造は同様であ
り、移動台２上にレーザ照射ヘッド３に代えて電子ビー
ム照射装置或いは放電加工装置を設けるだけでよい。

【００２３】次に、本発明装置により粗面化加工された
ロールと比較例のロールについて、それらの耐摩耗性試
験の結果を示す。ロール径６００ｍｍの調質圧延用ロー
ルを用い、これに本発明装置および比較法により粗面化
加工を施し、ロール表面の摩耗による被圧延ストリップ
の粗度変化を調べた。このロールの成分組成は、Ｃ：
０．９０ｗｔ％、Ｓｉ：０．５０ｗｔ％、Ｍｎ：０．９
０ｗｔ％、Ｃｒ：５．０ｗｔ％、Ｍｏ：０．３０ｗｔ
％、Ｖ：０．０１ｗｔ％であり、通常広く用いられてい
る成分系の鍛鋼ロールである。一般に、この種のロール
は鋳造後鍛造して、焼入、焼戻等の熱処理がなされるも
ので、マルテンサイト素地中に球状炭化物が一様に分布
した健全な組織を有している。

【００２４】〔比較例１〕ロール表面にＣＯ₂ガスレー
ザビーム法によって、以下のレーザビーム照射条件で粗
面化加工を施した。このロールの表層近傍の硬度分布を
図１０に示す。 レーザ出力：１．４ｋＷ パルス周波数：５０ｋＨｚ エネルギー密度：６．０×１０⁶Ｗ／ｃｍ² クレータのピッチ：ロール円周方向、軸方向とも３００
μｍ ロールの粗度：Ｒａ２．０μｍ

【００２５】〔比較例２〕ロールに上記と同様の条件で
レーザビーム照射による粗面化加工を施し、粗面化加工
から２４０分経過後、ロール表面に液体窒素を２００ｇ
／ｍｉｎの吹付量で吹き付けた。このロールの粗面化加
工部表層の残留オーステナイト量は約３０％、表面硬度
はＨｖ６８０であった。

【００２６】〔本発明例〕図３ないし図５に示す装置を
用いて、ロールに上記と同様の条件でレーザビーム照射
による粗面化加工を施すとともに、粗面化加工部に対し
て加工から８分以内に液体窒素を２００ｇ／ｍｉｎの吹
付量で吹き付け、粗面化加工部表層の残留オーステナイ
ト量が約１０％、表面硬度が約１０００Ｈｖのロールを
得た。

【００２７】以上のようにして得られた比較例および本
発明例の各ロールと、ショットブラスト加工して得られ
た従来の粗面化加工ロールとを用い、焼鈍後のＳＰＣＣ
の冷延鋼板（板厚０．７ｍｍ）を圧下率１．０％で調質
圧延（圧延長：５０ｋｍ）し、板表面粗さの低下の程度
（ΔＲａ）を調べた。その結果を図１１に示す。これに
よれば、比較例１や比較例２のロールでは、従来の粗面
化加工ロールに較べて粗度が大きく低下しているのに対
し、本発明装置により粗面化加工したロールでは、従来
の粗面加工ロール以上に粗度低下が抑えられている。

【００２８】

【発明の効果】以上述べた本発明の装置によれば、従来
法により得られるロールに較べ摩耗と粗面低下が少ない
冷間圧延用の粗面化加工ロールを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一実施例を示す正面図

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図

【図３】本発明の他の実施例を示す側面図

【図４】図３に示す装置の一部切欠正面図

【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図

【図６】ロール粗面化加工後、液体窒素吹き付け開始ま
での時間とロール表層の硬度との関係を示す図面

【図７】液体窒素吹き付け開始からのロール表層近傍の
温度変化の一例を示す図面

【図８】ビーム照射によるロール粗面化加工部表層の残
留オーステナイト量とロールの硬度および粗度低下率と
の関係を示す図面

【図９】粗面化加工部への液体窒素吹き付け量と粗面化
加工部表層の残留オーステナイト量との関係を示す図面

【図１０】比較例１のロールの粗面化加工部表層近傍の
硬度分布を示す図面

【図１１】比較例および本発明例の各ロールと従来例の
ロールで鋼板の調質圧延を実施した際の、鋼板表面粗さ
変化を示す図面

【図１２】電子ビームによる粗面化加工部（加工まま）
のロール表層近傍の硬度分布を示す図面

【図１３】レーザビームによる粗面化加工部（加工ま
ま）のロール表層近傍の硬度分布を示す図面

【図１４】放電加工による粗面化加工部（加工まま）の
ロール表層近傍の硬度分布を示す図面

【符号の説明】

１…回転保持機構、２…移動台、３…レーザ照射ヘッ
ド、４…液体窒素吹付装置、５…駆動ネジ軸、６…レー
ザ発信器、８…噴射ノズル、９…流量調整弁、１０…保
冷リング、１１…ノズルヘッダ、１２…噴射ノズル、１
３…基台、１５…流量調整弁、Ａ…ロール

フロントページの続き (72)発明者 福武 諄 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 実川 正治 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 森 俊量 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 西田 正克 栃木県宇都宮市平出工業団地一番地 三菱 製鋼株式会社宇都宮製作所内 (72)発明者 與名本 光 神奈川県川崎市幸区塚越４−320 日本酸 素株式会社内 (72)発明者 沢田 弘幸 神奈川県川崎市幸区塚越４−320 日本酸 素株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビーム、電子ビーム等のビーム照
   射により冷間圧延ロールに粗面化加工を施す装置におい
   て、ロールを保持し、且つこれを回転させるための回転
   保持機構と、ロール長手方向に沿って移動可能な移動台
   と、該移動台上に並列して設けられたビーム照射ヘッド
   および液体窒素吹付装置とからなる冷間圧延ロールの粗
   面化加工装置。
2. 【請求項２】 放電加工により冷間圧延ロールに粗面化
   加工を施す装置において、ロールを保持し、且つこれを
   回転させるための回転保持機構と、ロール長手方向に沿
   って移動可能な移動台と、該移動台上に並列して設けら
   れた放電加工装置および液体窒素吹付装置とからなる冷
   間圧延ロールの粗面化加工装置。