JPH0717930B2 - 複合ロールの製造方法 - Google Patents

複合ロールの製造方法

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JPH0717930B2
JPH0717930B2 JP2168519A JP16851990A JPH0717930B2 JP H0717930 B2 JPH0717930 B2 JP H0717930B2 JP 2168519 A JP2168519 A JP 2168519A JP 16851990 A JP16851990 A JP 16851990A JP H0717930 B2 JPH0717930 B2 JP H0717930B2
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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B27/00Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は粉末冶金法にもとづく熱間静水圧プレス処理
(HIP処理)による成形焼結を適用した複合ロールの製
造方法に関する。
〔従来の技術〕
最近の圧延の傾向として圧延材に対する形状寸法精度の
厳格化および表面品質の高清浄化の要求の高まりにつれ
て圧延ロールの使用条件が一段と苛酷になってきてい
る。このためにロールに大きな力が加わり、外層材が耐
摩耗鋳鉄、内層材が鋳鉄から形状される従来タイプの鋳
造ロールでは内層材の強度と靱性不足および外層材の耐
摩耗性不足から使用に耐えられなくなっている。
一方、鋳造法で外層材を耐摩耗性鋳鉄とし、内層材を鋳
鋼(外層材の融点≪内層材の融点)として鋳造した場
合、凝固に際し外、内層の境界に収縮巣を生じ不都合で
ある。
以上のような背景からロール軸材となる芯材を鋼とし、
外層材を粉末焼結層として形成する複合ロールの製造方
法として、例えば特開昭47−2851号公報がある。
第3図に示めすようにこの製造方法はロール全体2を金
属カプセル1内に収めてロール外層となる芯材の外周部
に所定の金属粉末3を充填してロール全体を高温、高圧
下でHIP処理するものである。しかしこの製造方法は、H
IP処理設備に制約され、HIP処理設備を超える長さのロ
ールは製造できない。
上記に説明した問題点を解決するものとして特開昭56-6
9304号公報がある。第4図に示めすようにこの製造方法
は、中実ロール芯材2の外周部に環状空間を形成する如
くカプセル1を取り付け該環状空間内に金属粉末3を充
填して密封した後、HIP処理を施して前記粉末3を焼結
4し、続いて前記カプセル1を除去するとともに前記中
実ロール芯材2の両端部にロール支持部を冶金的あるい
は機械的に接合してロールを製造するものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしこの製造方法では接続部の境界は、冶金的あるい
は機械的に接合しているために信頼性に乏しい。したが
って圧延中ロール軸、特にロール支持部に近いこの接合
部に発生する過酷な衝撃力や曲げ応力によりこの接合部
から破壊する可能性がある。
本発明はHIP処理設備の長さを超える長尺ロールで且つ
圧延時の大きな荷重に対しても有効な複合ロールの製造
方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この目的を達成するために、本発明は中実ロール芯材2
の外周面に金属粉末4の焼結層を有する複合ロールの製
造方法において、前記複合ロールの胴部に相当する前記
中実ロール芯材2の外周部に環状凹部を形成すると共に
該中実ロール芯材2の回りに金属カプセル1を取付け、
前記環状凹部と金属カプセル1との間に環状空間3を形
成し、該環状空間3内に金属粉末4を充填し、脱気後密
封し、高温高圧ガス雰囲気下で熱間静水圧プレス処理を
施すことにより、前記金属粉末4を焼結するとともに中
実ロール芯材2に冶金的に接合させ、続いて前記金属カ
プセル1を加熱して前記中実ロール芯材2の両端部2a,2
bを所定の形状に鍛造後金属カプセル1を除去してロー
ル素材7を得、次いで、該ロール素材7に加工を施し、
所定のロール形状に成形するものである。
〔作用及び実施例〕
添付図面により本発明方法の実施例を説明する。第1図
は本発明のロール素材を製造するための実施例を示すも
ので、カプセル1は胴1a、底蓋1bおよび上蓋1cで構成さ
れる円筒状の金属容器で胴1aの下端にカプセル底蓋1bを
溶接々合し、このカプセルの中心に両端部2a,2bが金属
カプセル1の内径に近似した中実ロール芯材2を配置し
てあり、この中実ロール芯材2の中間部外周に設けた環
状空間3内にカプセル1上端内面と中実ロール芯材2上
端の空隙5から所定の金属粉末4を充填する。
前記中実ロール芯材2の両端部2a,2bの長さは後にロー
ル軸部となるに充分な容積になるように設計する。
次いで上蓋1cを胴1aに溶接々合し、上蓋1cに設けた脱気
孔6よりカプセル1内を脱気放出して脱気孔6を封止す
る。
以上の準備を終了した全属粉末充填カプセル1をHIP処
理炉に装入して高温高圧ガス雰囲気下で前記金属粉末4
を焼結するとともに中実ロール芯材2に冶金的に接合さ
せる。
成形焼結後、減圧して冷却し、次いで加熱炉内で所定の
温度に加熱して前記カプセル1中央の金属粉末充填部3
を除く両端部2a,2bを鍛伸成形2−1後カプセル1を除
去して第2図に示すようなロール素材7を得る。
上記のようにして得られたロール素材7に熱処理を施し
た後、機械加工により所定のロール形状に成形する。
実施例1 内径が330mm深さが1315mmの軟鋼カプセルの管内に下部
直径が330mm長さが300mm、上部直径が325mm、長さが320
mm、中間部の直径が215mm、長さが655mmで全長が1300mm
のSCM440の中実ロール芯材を取付けた。
次いでカプセルと中実ロール芯材上部の隙間から重量比
でC:2.2%,Cr:4.5%,Mo,V:各6%,W:5%残部Feの高速度
鋼の組成の粉末をカプセル内の中実ロール芯材の上端ま
で充填した。次いで中実ロール芯材の上端と粉末の上に
軟鋼製の上蓋を溶接々合し、この上蓋に取付けた脱気孔
からカプセル内をガス抜きして密封し、次いで1150℃ま
で加熱し、同時に加圧媒体としてアルゴンガスを用いて
1800kg/cm2の圧力下でHIP処理を施し、理論密度の99.9
%以上まで焼結させるとともに、中実ロール芯材に冶金
的に接合させた。
これを加熱鍛造加工により、中実ロール芯材直径330mm
のカプセル下部と中実ロール芯材直径325mmのカプセル
上部を直径220〜190mmまで鍛伸成形後カプセルを除去し
てこの部分がロール軸材に相当するロール素材を得た。
次いでロール素材を焼入れ、焼戻し熱処理の後機械加工
を施して信頼性が高く、耐摩耗性、耐肌荒れ性の優れた
胴径292mm、胴長610mm、全長1670mmの線材圧延ロールが
製造できた。
実施例2 HIP処理炉の大きさにより、ロール支持部の長さが制約
される場合の実施例を次に示めす。
内径が384mm、深さが2395mmの軟鋼カプセルの管内に下
部直径が384mm、長さが410mm、上部直径が380mm、長さ
が200mm、中間部の直径が260mm、長さが1750mmで全長が
2400mmのSCM440の中実ロール芯材を取付けた。
次いでカプセルと中実ロール芯材上部の隙間から重量比
でC:2.1%,Cr:14%,Ni:1%,Mo:1.5%,TiN6%、残部Feの
高クロム鋼の組成の粉末をカプセル内の中実ロール芯材
の上端まで充填した。次いで中実ロール芯材の上端と粉
末の上に軟鋼製の上蓋を溶接し、この上蓋に取付けた脱
気孔からカプセル内をガス抜きして、密封し次いで1170
℃まで加熱し同時に加圧媒体としてアルゴンガスを用い
て1800kg/cm2の圧力下でHIP処理を施し、理論密度の99.
8%まで焼結させるとともに、中実ロール芯材に冶金的
に接合させた。
これを加熱鍛造加工により中実ロール芯材径384mmのカ
プセル下部と芯材径380mmのカプセル上部を直径240mmま
で鍛伸成形後カプセルを除去してこの部分がロール軸材
に相当するロール素材を得た。次いで、ロール素材の外
径を切削加工して焼入れ、焼戻し熱処理を施し、ロール
素材の両端部ロール軸受の外側の位置にSCM440の延長軸
材を溶接により接合して機械加工を施して圧延時の信頼
性が高く、耐摩耗性、耐肌荒れ性の優れた胴径330、胴
長1440mm、全長3550mmの熱延用ワークロールが製造でき
た。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明に係るHIP処理によるロール
の製造方法はHIP処理設備の長さより長い複合ロールの
製造において、従来のHIP処理体の芯材と軸延長材との
機械的または冶金的接合部に比べて過酷なロール荷重に
対しても信頼性の高い耐摩耗性、耐肌荒れ性に優れたロ
ールが得られるという大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の複合ロールを製造するための実施例を
示す断面図、第2図はカプセル両端を鍛伸後、カプセル
を除去して得られる、ロール素材の断面図、第3図は従
来法による複合ロールの製造方法を示す断面図、第4図
は他の従来法による複合ロールの製造方法を示す断面図
である。 1…金属カプセル、1a…胴、1b…底蓋、1c…上蓋、2…
中実ロール芯材、2a,2b…両端部、3…環状空間、4…
金属粉末、5…空隙、6…脱気孔、7…ロール素材、8
…ロール支持部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B30B 11/00 H 9347−4E (56)参考文献 特開 昭52−122248(JP,A) 特開 昭56−69304(JP,A) 特開 昭47−2851(JP,A) 特公 平1−43802(JP,B2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中実ロール芯材(2)の外周面に金属粉末
    (4)の焼結層を有する複合ロールの製造方法におい
    て、前記複合ロールの胴部に相当する前記中実ロール芯
    材(2)の外周部に環状凹部を形成すると共に該中実ロ
    ール芯材(2)の回りに金属カプセル(1)を取付け、
    前記環状凹部と金属カプセル(1)との間に環状空間
    (3)を形成し、該環状空間(3)内に金属粉末(4)
    を充填し、脱気後密封し、高温高圧ガス雰囲気下で熱間
    静水圧プレス処理を施すことにより、前記金属粉末
    (4)を焼結するとともに中実ロール芯材(2)に冶金
    的に接合させ、続いて前記金属カプセル(1)を加熱し
    て前記中実ロール芯材(2)の両端部(2a),(2b)を
    所定の形状に鍛造後金属カプセル(1)を除去してロー
    ル素材(7)を得、次いで、該ロール素材(7)に加工
    を施し、所定のロール形状に成形することを特徴とする
    複合ロールの製造方法。
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