JPH06179005A

JPH06179005A - 複合構造ローラー

Info

Publication number: JPH06179005A
Application number: JP33026892A
Authority: JP
Inventors: Yukihito Ichikawa; 結輝人市川
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1992-12-10
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 1994-06-28

Abstract

(57)【要約】【目的】熱膨張によるセラミックスロールの破損を
防止し、材料コスト及び加工コストの低減した複合構造
ロールを提供する。【構成】セラミックス製のロール本体３に、低膨張
金属製のスリーブ部材５を嵌入して構成される。熱間圧
延ラインに使用する複合構造ロールである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、条鋼、鋼管等を製造す
る熱間圧延ラインに使用されるガイドローラー及び圧延
ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、条鋼、鋼管等を製造する熱間圧延
ラインに使用されるガイドローラー・圧延ロールは、金
属製のものが主流であった。しかし、金属製ローラーは
摩耗が激しく短寿命であり、また、耐熱性も不十分であ
るため被圧延物と接触して焼き付けが発生し易いという
問題があった。更に、重量が重いためローラーの取り付
けや交換作業も容易ではなかった。そこで、近年、セラ
ミックスの有する優れた耐摩耗性、耐熱性、軽量性等の
特性を利用したセラミックス製ローラーの開発が盛んに
行われている。

【０００３】例えば、特開昭６２−１０４６１６号公報
には、少なくとも被圧延材との接触面を気孔率１％以下
の緻密質の窒化珪素質セラミックスで形成し、該接触面
の面粗さを６_S以下としたことを特徴とする圧延用ガイ
ドローラーが開示されている。このローラーは、被圧延
材との接触面の粗さを限定することにより、被圧延材の
ローラーへの付着を防止する等の工夫がなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のセラミックス製ローラーにおいて、上記特開
昭６２−１０４６１６号公報には、ローラーの材料コス
ト及び加工コストを低減すべく、ローラーの外周部のみ
を窒化珪素質セラミックスで構成することが示唆されて
いるが、このセラミックスで包囲される芯部材（スリー
ブ部材）の材質については、なんらの例示もなく、通常
の金属等を用いて芯部材を形成すれば、熱膨張率の差異
からセラミックス製の外周部に応力が負荷され、この外
周部が破損するという問題があった。また、この問題を
回避すべく、常温におけるセラミックス外周部と金属製
芯部材との間隙を増大させると、この両者間のガタツキ
が大きく、ローラーの円滑な回転が妨げられるのみなら
ず、被圧延材の適正な位置決め等も行えないという問題
があった。

【０００５】本発明者らは、このような従来技術の問題
点を解決すべく、鋭意検討したところ、ローラーが被圧
延材と接する部分のみをセラミックス製とし、且つこの
セラミックス製部分に低熱膨張金属製のスリーブ部材を
嵌入することよって、セラミックス製部分を破損せず、
しかもガタツキを抑制してコストを低減できることを見
出した。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によれ
ば、熱間圧延ラインに使用されるガイドローラー又は圧
延ロールであって、平均熱膨張係数が常温〜２００℃に
おいて６×１０^-6／℃以下の金属で構成されるスリーブ
部材を、セラミックス製のローラー本体に嵌入して成る
ことを特徴とする複合構造ローラーが提供される。

【０００７】

【作用】本発明の複合構造ローラーは、低熱膨張金属か
ら成るスリーブ部材をセラミックス製のローラー本体に
嵌入して構成されている。このスリーブ部材とローラー
本体との熱膨張係数は、常温からローラーの使用温度に
おいて近似している必要があり、平均熱膨張係数の差△
αは、△α＝１×１０^-6〜３×１０^-6／℃であるのが好
ましい。具体的には、ローラー本体が窒化珪素製の場合
に、低熱膨張金属は常温〜２００℃で６×１０^-6／℃以
下の平均熱膨張係数を有するのが好ましい。このよう
に、ローラー本体とスリーブ部材との熱膨張係数を近似
させることとしたため、本発明の複合構造ローラーで
は、熱膨張に起因する応力がローラー本体にほとんど負
荷されることがなく、ローラー本体の破損等を回避でき
る。

【０００８】以下、本発明の複合構造ローラーについて
詳細に説明する。本発明の複合構造ローラーのスリーブ
部材に用いる低熱膨張金属は、ローラー本体の材質に応
じて適宜変更することができるが、例えば、Ｆｅ基鋳造
合金、Ｆｅ基鍛造合金又はＦｅ基圧延合金を例示するこ
とができる。また、これらＦｅ基合金の組成としては、
Ｃ分０．３〜２．０重量％、Ｎｉ分２５〜３２重量％、
Ｃｏ分１２〜２０重量％、Ｓｉ分０．３〜２．０重量
％、Ｎｂ分０．２〜０．８重量％、Ｍｇ又はＣａ分０．
０１〜０．２重量％、Ｍｎ分１．０重量％以下で残部が
Ｆｅ及び不可避不純物の場合を挙げることができる。

【０００９】次に、本発明の複合構造ローラーのローラ
ー本体に用いるセラミックスとしては、窒化珪素、サイ
アロンを例示でき、このうち窒化珪素が好ましい。この
ローラー本体は、優れた耐摩耗性及び耐熱性を有し、被
圧延物との接触による焼き付けを回避できるとともに、
強度にも優れ長期間使用しても破損し難いものであるの
が好ましい。ここで、「強度」とは、ＪＩＳ-Ｒ１６０
１に準じて行った抗折試験により測定された抗折強度
（曲げ強度）をいう。ローラー本体の強度は、焼成後所
定の形状精度に仕上加工したローラー本体を、更に大気
中にて熱処理し、表面状態を改良することにより向上さ
せることができる。例えば、表面粗さをＲ_max５〜６μ
ｍに仕上加工した窒化珪素製セラミックローラーの場合
では、大気中での熱処理により処理前の約２倍の強度が
得られる。

【００１０】また、ローラー本体は、その外周面の表面
粗さをＲ_max３μｍ以下に仕上加工するのが好ましい。
従来のように大気中熱処理を施さない場合、Ｒ_max３μ
ｍ程度のセラミックローラーの強度は６０kgf／mm²程度
であるが、これに大気中での熱処理を施すことにより、
強度１００kgf／mm²程度で表面粗さＲ_max０．８の場合
と同等の強度まで向上できる。ローラーが破損しないた
めに必要な強度は８０kgf／mm²以上であり、上記熱処理
後のローラーであれば十分実用に耐え得る。

【００１１】仕上げ加工にて外周面の表面粗さをＲ_max
５〜６μｍとしたものでも大気中熱処理により強度８０
kgf／mm²程度まで向上可能であり、これによりローラー
破損の可能性は低くなるが、表面粗さが粗いため外周面
が局所摩耗して被圧延材表面に凹凸ができ易く、被圧延
材の品質低下を招くので、長期間の使用には適さない。
また、Ｒ_max１μｍ以下に仕上加工したものは、大気
中熱処理せずとも良好な表面状態を有していて十分な強
度を持ち、熱処理を施してもそれ以上の強度向上はほと
んど見られない。したがって、最も効果的な実施態様は
Ｒ_max２〜３μｍ程度に仕上加工した後に大気中熱処理
を施したものである。

【００１２】更に、ローラー本体は、その材料特性が、
破壊靭性値Ｋ_IC７ＭＰａｍ^1/2以上、硬度Ｈv１４００以
上、強度８０kgf／mm²以上であることが好ましい。破壊
靭性値Ｋ_IC７ＭＰａｍ^1/2未満ではローラーが短時間で
破損し、また、硬度Ｈv１４００未満では短時間で異常
摩耗が生じる。また、強度８０kgf／mm²未満ではローラ
ー破損の恐れがある。大気中熱処理の条件としては、８
００〜１１００℃で１時間程度の処理を行うのがよい。

【００１３】次に、本発明の複合構造ローラーの製造方
法の一例について説明する。まず、セラミックス原料粉
末をラバープレス法等により、円筒形状に成形する。得
られた成形体には、それぞれガイドローラー又は圧延ロ
ールの用途に応じて外周部に溝部を設けてもよい。この
成形体を焼成してローラー本体を得ることができる。な
お、得られたローラー本体を、切削加工して最終形状寸
法に仕上げた後、大気中８００〜１１００℃で１時間程
度熱処理し、強度を向上させるのが好ましい。

【００１４】次いで、低熱膨張金属製のスリーブ部材
を、上述のようにして得られたローラー本体に嵌入す
る。この際、スリーブ部材側のはめあい公差をｆ₆〜ｆ₈
とし、ローラー本体側のはめあい公差をＨ₆〜Ｈ₈とする
のが好ましい。なお、ローラーの用途に応じて、上記嵌
入後に、円筒状をなすスリーブ部材の上部及び／又は下
部に、環状部材をフランジ状に溶接又はネジ止めして接
合し、ローラー本体とスリーブ部材との接合性を向上さ
せてもよい。次に、所要に応じて、スリーブ部材の内周
部を研削してベアリング装填部を形成し、また、上記環
状部材（フランジ部）とローラー本体上部とに亘ってピ
ンを設置し、スリーブ部材とローラー本体との回り止め
を行って、本発明の複合構造ローラーを得ることができ
る。また、回り止めは、ローラー本体とスリーブ部材と
の嵌合部にキーを設置することによっても行うことがで
きる。なお、スリーブ部材の内周部を研削するに当たっ
ては、低熱膨張金属で構成されているため、ローラー全
体がセラミックス製の場合と比較して加工が容易であ
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。（実施例１）ラバープレス成形により、窒化珪素粉末を
円筒形状に成形した。得られた円筒体を旋盤を用いて切
削加工し、図１に示すように溝部３ａを設けた。この
際、溝部３ａを含めた最終形状に焼成収縮及び焼成後の
切削加工代を見込んだニアネット形状に加工した。次い
で、この成形体を焼成してローラー本体３を得た。次
に、低熱膨張金属製の円筒状スリーブ部材５を、スリー
ブ部材５側のはめあい公差ｆ₇及びローラー本体３側の
はめあい公差Ｈ₇の条件下、ローラー本体３に嵌入し
た。次いで、スリーブ部材５と同一組成の低熱膨張金属
から成る環状部材を、スリーブ部材５の上部及び下部に
溶接した。

【００１６】次いで、スリーブ部材５の内周部を内面研
削盤で研削加工してベアリング装填部５ａを設け、ま
た、回り止めピン７をスリーブ部材５の上部及びローラ
ー本体３の上部に貫通させて設け、更に、ローラー本体
３の外周部から溝部３ａにかけてはＮＣプロファイル加
工機により切削加工して、最終製品形状寸法に加工し
た。そして、砥石粒度を種々変更して溝部３ａの仕上げ
加工を行い、溝部３ａの表面粗さ（Ｒ_max）が異なる複
合構造ローラー（ガイドローラー）を作製した。なお、
得られた複合構造ローラーの寸法は、ローラー本体３の
外径１２０ｍｍφ、高さ８０ｍｍ、ローラー本体３とス
リーブ部材５との嵌合面直径８０ｍｍφ、スリーブ部材
３の内径５５ｍｍφである。得られた複合構造ローラー
のローラー本体３及びスリーブ部材５について、熱膨張
試験を行い、得られた結果を表１に示した。

【００１７】（実施例２）複合構造ローラーの寸法を、
ローラー本体の外径２００ｍｍφ、高さ９０ｍｍ、嵌合
面直径１２０ｍｍφ、スリーブ部材の内径８０ｍｍφと
した以外は、実施例１と同様の操作を繰返し、得られた
結果を表２に示した。（比較例１）スリーブ部材３をＳ４５Ｃ（炭素鋼）で作
製した以外は、実施例１と同様にして複合構造ローラー
を得た。得られたローラーにつき実施例１と同様の熱膨
張試験を行い、得られた結果を表１に示した。（比較例２）スリーブ部材３をＳ４５Ｃで作製した以外
は、実施例２と同様の操作を繰返し、得られた結果を表
２に示した。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】表１から、本発明の複合構造ローラーで
は、ローラー本体とスリーブ部材との熱膨張に対する接
合性（整合性）が良好であり、クリアランスもマイナス
の値をとらず、ローラーの使用温度（２００℃）におい
ても、ローラー本体にはスリーブ部材の熱膨張に起因す
る応力が負荷されていないことがわかる。また、表１及
び表２から、炭素鋼では、ローラー寸法が大きいほど締
代が大きくなるので、低膨張金属を用いる本発明の効果
が顕著になる。従って、本発明の複合構造ローラーは、
熱膨張に対して安定であり、ローラー本体の破損を回避
することができる。

【００２１】（実施例３）実施例１で得られた複合構造
ローラー（ガイドローラー）を、炭素鋼の熱間圧延ライ
ンに設置し、実際の使用条件下で評価試験を行い、その
結果を表３に示した。また、実施例１における溝部仕上
加工後、大気中において８００〜１１００℃で１時間保
持の条件で熱処理を行った複合構造ローラーについて、
同様に評価試験を行い、その結果を表４に示した。

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】

【００２４】（実施例４）実施例１及び３で作製した大
気中熱処理無し及び大気中熱処理有りのローラーの研削
加工面強度を抗折試験片（ＪＩＳーＢ１６０１）で評価
し、結果をグラフ化して図２に示した。この結果、大気
中熱処理を施すことにより、Ｒ_max５〜６μｍのローラ
ーの強度は２倍以上向上し、Ｒ_max２〜３μｍのローラ
ーの強度はＲ_max１μｍ以下のローラーと同等の強度ま
で向上したことがわかる。

【００２５】（実施例５）破壊靭性値と硬度を変えた窒
化珪素材料でローラー本体を試作し、実施例３と同様に
して評価試験を行った。なお、これらのローラーはいず
れも大気中熱処理を施したものであり、溝部の表面粗さ
はＲ_max１μｍである。結果を表５及び表６に示す。

【００２６】

【表５】

【００２７】

【表６】

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の複合構造
ローラーによれば、ローラー本体のみをセラミックス製
とし、且つこのローラー本体に低熱膨張金属製のスリー
ブ部材を嵌入することにしたため、セラミックス製のロ
ーラー本体を破損せず、しかもガタツキを抑制すること
ができる。また、ベアリング装填部は金属製スリーブに
設けるので、セラミックス材に設けるよりも加工コスト
を低減することができる。更に、ローラーに用いるセラ
ミックスの肉厚を薄くすることができるので、セラミッ
クスの材料コストを低減することができる。更にまた、
従来の金属製ローラーの場合には、被圧延材と接触する
溝の摩耗が進行すると、研削し直して再使用する必要が
あるが、セラミックス材を用いることにより摩耗を低減
できるので、肉厚化する必要がなく、複合構造とするこ
とによりセラミックス材の肉薄化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合構造ローラーの一例を示す断面図
である。

【図２】大気中熱処理の有無と研削加工面強度との関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１複合構造ローラー３ローラー本体３ａ溝部５スリーブ部材５ａベアリング装填部７回り止めピン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱間圧延ラインに使用されるガイドロー
ラー又は圧延ロールであって、平均熱膨張係数が常温〜
２００℃において６×１０^-6／℃以下の金属で構成され
るスリーブ部材を、セラミックス製のローラー本体に嵌
入して成ることを特徴とする複合構造ローラー。