JPH0699776B2 - 複合ロールリング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセメンテッドカーバイドの１又は複数のリング
に鋳鉄等の鋳造用鉄基合金を鋳込んで一体化した複合品
を作る技術に関する。得られた製品は１個片から成るセ
メンテッドカーバイドと鋳鉄が金属結合した複合ロール
リングである。この製品の鋳鉄部には、例えば、トルク
伝達駆動装置を装着する。

〔従来の技術〕

熱間（ホット）圧延用や冷間（コールド）圧延用のセメ
ンテッドカーバイド（超硬合金）のロールリングを使用
すると、これは駆動スピンドルからのトルクをセメンテ
ッドカーバイド製ロールリングに深刻な引張応力を生起
せしめずに伝達するのに支障をきたすという問題があ
る。セメンテッドカーバイドは脆性材料のグループに属
し、キーウェイボトムやその他の駆動溝等の内側コーナ
やセメンテッドカーバイドリングと一体成形の駆動ラグ
の根元において特別のノッチに対して敏感であって限定
された張力を有している。なお、セメンテッドカーバイ
ドは、TiやＷ等の金属の炭化物を焼結したもので、こゝ
では超硬合金と称す。

従来のジョイントに基づく方法は満足に機能していな
い。トルク伝達（トランスミッション）のもう１つの方
法はセメンテッドカーバイド製リングの孔面での摩擦力
を利用するものである。しかしながら、この面に働く半
径方向の力がセメンテッドカーバイドのリングにその内
径上で最大となる接線方向の引張応力を生ぜしめる。こ
の引張応力がロールの使用中に生じるその他の引張応力
に重畳される。

ホット或いはコールド圧延用のロールで用いる超硬合金
リングに鉄合金のケーシングを（カスト）成形すること
自体は公知である（参照スウェーデン特許第7100170−
５号、公告番号371114）。

超硬質合金の作業部品との合金に焼結されて金属結合し
ている金属或いは合金のケーシングから成る複合ロール
リングの製造も公知である（参照USP3,609,849）。

前者の例では、鋳造温度から冷却して行く間にケーシン
グは超硬合金リングよりも縮小してリングに対し半径内
方向の力を発生する。この力はリングの外面で軸方向の
引張応力を発生せしめる。この応力が圧延中にロール面
に生じるミクロクラックに直角に作用する。この引張応
力の影響下でミクロクラックは深く伝播してロール破壊
の原因となったり、それを回避するには過剰な研磨量を
必要とすることになりロールの全圧延能力を制約するこ
とになる。

後者の例では、低硬度と低降伏強度に特徴のあるケーシ
ング材か、超硬合金のいづれかの脆性材料が使用され
る。必要なトルク伝達カップリングには特に適していな
い。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題を解消したロールリングを提供するこ
とにある。

〔発明の構成、効果〕

本発明によれば、如何るグルードの超硬合金もロールリ
ングに使用し得る。しかし、延性鉄と超硬合金（低膨張
性）との線形熱膨張の相違が超硬合金のバインダ相含量
の減少に従って大きくなる。熱間圧延用ロールでは、コ
バルト、ニッケル及びクロムの種々の組合せになるバイ
ンダ相を15w.t.％有する超硬合金グレードが有利である
ことが判明したので、本発明ではこれを複合ロールリン
グに使用する。

本発明によって得られた複合ロールリングでは、有害な
引張応力が消滅しているが減じられている。これは、上
記超硬合金をスウェーデン特許第7601289−７号（公告3
9911）に開示の方法でカーボン当量に調整された組成の
実質的に黒鉛化した鋳鉄を鋳込むことによって達成され
る。この鋳鉄の組成は超硬合金との適宜の金属結合、ト
ルクの伝達に必要な強度、タフネス及び硬度及び工作性
を考えて選定される。この鋳造用合金はフェロ−シリコ
ン−マグネシウム及び／或いはニッケル−マグネシウム
の添加により、0.02〜0.10w.t.％、好ましくは0.04〜0.
07w.t.％のマグネシウムを含有する。フェロ−シリコン
の接種により、鋳造用合金は1.9〜2.8w.t.％、好ましく
は2.1〜2.5w.t.％のシリコンを含有する。このようにし
て、球形の黒鉛の分散した延性鉄が得られる。この延性
鉄は用途のためによくバランスのとれた硬度−タフネス
−強度を有している。熱処理により、ブリネル硬度を25
0〜350にする。更に、この延性鉄をニッケル、モリブデ
ン、マンガン、クロム等のオーステナイト生成合金元素
（通常ニッケルを３〜10w.t.％、好ましくは４〜8w.t.
％及びモリブデンを3w.t.％まで、好ましくは0.1〜1.5
w.t.％）で以って合金化し、鋳造後に特定量の、即ち５
〜30w.t.％、好ましくは10〜25w.t.％、或いは15〜20w.
t.％の残留オーステナイトになるようにする。

本発明によれば１又は複数工程の熱処理により、適宜量
の残留オーステナイトを体積の増大をもたらすベイナイ
トに変成される。この体積増大は、鋳造温度から室温に
冷却して行く間に複合ロールリングに生じる差異のある
収縮が全面的又は部分的に消滅するように調整され得
る。この熱処理の方法は超硬合金のグレード、鉄の組成
及びロール用途に応じて調整される。この熱処理は800
〜1000℃へ加熱、維持し、400〜550℃の温度に冷却、維
持し、そして室温に冷却する工程を含む。加熱温度800
〜1000℃の工程でタフネスを増大させる。通常用いる合
金元素の３〜6w.t.％、好ましくは４〜5w.t.％のニッケ
ル及び0.5〜1.5w.t.％のモリブデンを添加した場合に
は、この熱処理は500〜650℃に加熱、維持し、それから
室温に冷却させる。

超硬合金のリングに鋳鉄を鋳込む方法は概して通常の鋳
造技法に従って行う。しかし、超硬合金と鋳鉄間の完璧
な金属結合の要望及び鋳鉄の必要な特定の特性の要望は
なかんづく下記の事項（１）〜（４）を含む鋳造技術の
正確な制御を必要とする。

（１）クラドル中の鉄の極端に過剰な温度 （２）サンド（砂）モールドに収めた超硬合金リングの
表面層の時間をかけた加熱溶融のために鉄メルトの量と
流量の制御された流れ （３）ロールリングのスペースに充填した後に特定余分
量の鉄がメルト状態で維持されるようにするために、こ
のロールリングスペースに亘って用意された充分な空間
に保留してある発熱材料を発火させる。

（４）クラドルとモールドに注入 鋳造された複合ロールリング中の延性鉄及び、超硬合金
と延性鉄の結合は超音波法によって点検される。

本発明の複合ロールリングは一般に、このリングのノッ
チ敏感性に著しく乏しい鉄部に配置した従来式キージョ
イント、スプライン、クラッチ或いは公知の類似トルク
伝達ジョイントを介してトルクを受ける。このリングか
らトルクは超硬合金と鋳鉄間の金属結合を通じてリング
に伝達される。なお、ロールリング孔中の摩擦駆動のみ
を許容するロールリングミルもある。

超硬合金リングでは複合境界部分を分離させようとする
力がリング孔に対してスピンドルからの半径方向力によ
って反作用を受け、分離を阻止される。超硬合金がスチ
ールや鋳鉄の２〜３倍のヤング率を有しているので、分
離させようとする力はリング孔中のリング支持材料を弾
性変形させる。その結果、超硬合金に弾性変形が生じ、
リング孔において最大となる接線方向の引張応力が発生
する。

本発明の複合ロールリングでは、超硬合金リングの両側
に配した鋳鉄が分離させようとする力の一部を支え、そ
の分だけ引張応力が減じる。

本発明の複合ロールリングの超硬合金リングの半径方向
壁厚は分離させようとする力から引張応力に上記制約が
生じることのお蔭で減少させ得る。更に、従来式キージ
ョイント或いは類似機素によるトルク伝達は接線方向の
引張応力に加わらない。またリング孔の摩擦によって駆
動するとき、或いはリングとスピンドルをその間のカシ
メ（プレスフィット）で以って装着するとき、複合超硬
合金リングに生じる引張応力は超硬合金のみの（非複
合）ロールリングのものに較べ、相対的に制限される。

リング面内にキーウェイやラグを具備した超硬合金のみ
のロールリング（非複合）に較べ、本発明の複合ロール
リング中の超硬合金リングそれ自体は鋳鉄リングに駆動
機器を配置することによりもっと狭まくすることが出来
る。

本発明の複合ロールリングでは、非複合超硬合金ロール
リングより寸法が小さい超硬合金であり得ることにより
低コストになるという特長がある。更に、超硬合金リン
グは外面のみを工作するが、多くの場合施削により工作
するだけでよいこと；リング材が20w.t.％又はそれ以上
のバインダ相を含有した超硬合金グレードのものでよい
こと；及びリング孔とリング面及び駆動機器の工作を、
鋳鉄製であるが故にカーバイドに較べずい分容易に工作
することが出来ることの結果として低コストになるとい
うことも本発明ロールリングの特長である。

トルク伝達に必要な溝はリング孔やリング面に形成し得
る。１又は複数の複合ロールリングをジャーナルが両端
に配設されたロール本体（軸体）に装着し得る。このジ
ャーナルはリング溝に適合した部品であり、これにより
軸体のスピンドルからトルクを直接或いは中間スリーブ
を介して伝達される。

次に本発明を実施例により説明する。

第１図は、軸体のスピンドル１の中間部分３に固定さ
れ、且つ複合ロールリングのキーウェイ４に嵌合したキ
ー２を介してスピンドル１から複合ロールリングの延性
鉄部（内層ロールリング）５へ、次いで金属結合部分Ａ
を介して複合ロールリングの超硬合金リング部（外層ロ
ールリング）６にトルクが伝達されるようにした斯ゝる
ロールを示している。このロールリングはネジ９とナッ
ト８によりスリーブを介して固定されている。

第２図は、トルクがキー２を介してスピンドル１からス
リーブ３に伝達され、スリーブの溝５に嵌合した駆動ラ
グ４がこのトルクを複合ロールリングの延性鉄部６へ伝
達し、次いで超硬合金リング部７へ金属結合部分Ａを介
して伝達される、斯ゝるロールを示している。ロールリ
ングの相対的軸方向の位置はスリーブ３により定まり、
ネジ10とナット９によってスリーブ８を介して固定され
る。

第３図は、トルクがキーウェイ３の中のキー２を介して
スピンドル１から複合ロールリングの延性鉄へ伝達さ
れ、次いで金属結合部分Ａを介して超硬合金リング部５
へ伝達される、斯ゝるロールを示している。複合ロール
リングはネジ８とナット７によりスリーブ６を介して固
定されている。

第４図は、複合ロールリングがスピンドル自由端に装着
されているロール事例を示している。この場合、ロール
スピンドルはロールリングの一端にベアリングを有して
いない。トルクは、スピンドル１のテーパ部において駆
動されるテーパスリーブ２によって生じたロールリング
孔の摩擦によりロールリングの延性鉄部３へ伝達され、
次いで金属結合部分Ａを介してカーバイドリング部４へ
伝達される。

超硬合金部に対し延性鉄部が鋳込まれて成る複合ロール
リングはロール本体に両端又は自由スピンドル端にジャ
ーナルと共に装着されている状態にあり、これが仕上品
と中間品のロッドミルにおいてテストされた。これは、
更に圧延補強バー、チューブ用のロールとして及びピン
チローラとしてテストされた。この性能は1965年以来の
超硬合金熱間ロールの経験に合った良好なものであっ
た。100〜500mm、好ましくは200〜450mmの直径の超硬合
金リングと延性鉄内の駆動機器による駆動はバーミルで
の利用が開かれている。500mmまでの直径の超硬合金リ
ングは冷間圧延ミルとその他のロール用途での利用が可
能である。

実施例 13％Co、15％Ni及び２％Crから成るバインダ相と70％WC
を含む焼結セメンテッドカーバイド、即ち超硬合金、製
の外層リングをブラスト処理による付着物の取り除きに
よってその表面を清浄化した。このリングの外径は340m
m、内径は270mm、幅は85mmである。この超硬合金リング
の周囲に砂のリングを形成し、この状態のリングを、鉄
のメルトのために必要なチャネルとオーバフローボック
スを具備した適宜形状と寸法のモールドの底フラスコに
挿置した。発熱材のリングをモールドの頂フラスコに挿
置し、両フラスコを一体にして強固にロックした。

3.7％Ｃ、2.3％Si、0.3Mn、5.4％Ni、0.2％Mo、0.05％M
g及び残部Feの組成になる1550℃の鉄メルトをモールド
に注入した。鉄メルトは超硬合金表面が適当なメルト状
態になるような適当な量と流速で以ってモールドに注入
した。鉄メルトが発熱材のところまで充填されて上昇し
て来ると、この発熱材が燃焼して鉄に熱を与えた。モー
ルドをじょじょに室温にまで冷却させ、その後にロール
リングの複合成形品をモールドから取り出した。それか
ら過剰分の鉄を成形品から取り除き、成形品の表面を仕
上げた。鉄の結合品質と欠陥の有無を超音波法により検
査した。このロールリング成形品は、次に900℃に加熱
処理して残留オーステナイトをベイナイトに変質させて
６時間その温度を維持し、次いで450℃に温度を低下せ
しめてその温度を４時間維持し、それから室温に低下さ
せた。最後に、ロールリングを最終形状と寸法になるよ
うに施削加工した。即ち255mmのリング孔内径と120mmの
リング幅に加工した。

【図面の簡単な説明】

第1A図は本発明に係わる複合ロールリングを装備した圧
延ロールの一例を示す部分断面側面説明図、第1B図は第
1A図におけるロールリングの局部拡大断面説明図、第1C
図は第1A図におけるロールの局部拡大斜視説明図、第2A
図は第1A図に対応した本発明に係わる複合ロールリング
を装備した圧延ロールのもう１つの例を示す部分断面側
面説明図、第2B図は第2A図におけるIIB−IIB線の切断面
図、第2C図はロールリングの局部拡大断面説明図、第2D
図はロールの局部拡大斜視説明図、第3A図〜第3D図は第
2A図〜第2D図に夫々対応した本発明に係わる複合ロール
リングを装備した圧延ロールのもう１つの例を示す説明
図、第4A図は本発明に係わる複合ロールリングを装備し
た圧延ロールのもう１つの例を示す部分断面側面説明図
及び第4B図は第4A図におけるロールリングの局部拡大断
面説明図である。 第１図において： １…スピンドル（軸体）、 ２…キー、 ４…キーウェイ、 ５…延性鉄部（内層ロールリング）、 ６…超硬合金リング部（外層ロールリング）、 ７…スリーブ、 ８…ナット、 ９…ネジ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超硬合金製の外層リング（６）と、これに
   鉄基合金を鋳込むことにより一体化された鋳造内層リン
   グ（５）とから成り、ロール軸体（１）に装着されるこ
   とによりロールを構成することになる複合ロールリング
   において、 鋳込まれた該鉄基合金が鋳造冷却工程後に５−30w.t.％
   のオーステナイトを含有している実質的に黒鉛鋳鉄であ
   って、該内層リング（５）の熱処理により当該オーステ
   ナイトを主として体積を増大させるベイナイトに変成
   し、それにより該鋳造冷却工程後に生じた該外層、内層
   リング（6,5）の収縮差が低減されるようにしたことを
   特徴とする複合ロールリング。