JPH08109434A

JPH08109434A - 鋼板移送用高硬度ロール

Info

Publication number: JPH08109434A
Application number: JP24790094A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Katayama; 博彰片山; Suejiro Yoshino; 末次郎吉野; Takashi Shikata; 敬志方; Yoshito Seto; 良登瀬戸
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1994-10-13
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】表面粗さの低下し難い、長寿命のＨｓ＞７０
を有する鋼板移送用高硬度ロールを提供する。【構成】化学組成が重量％で、Ｃ：２．５〜３．５
％、Ｓｉ：０．３〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．
０％、Ｎｉ：２．０〜５．０％、Ｃｒ：２．０％以下、
Ｍｏ：２．０％以下、Ｖ：０．１〜１．０％、及
び残部が実質的にＦｅからなる外層１と強靱性鉄鋼材か
らなる内層２とが遠心力鋳造により溶着されたスリーブ
３と、該スリーブ３の両端部に固着されたハブ４と、該
ハブ４の軸心に固着された回転軸５とを備えている。前
記外層１の横断面積を前記スリーブ３の横断面積で割っ
た値は、０．１以上かつ０．６以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、亜鉛めっき等の溶融金
属めっきラインにおいて、めっき鋼板を支持して走行さ
せる他、鋼板にある程度の張力をかけながら連続的に移
送するための鋼板移送用高硬度ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板（鋼帯）に張力を付与しながら走行
させ、亜鉛等の溶融金属に浸漬して、金属めっきを施す
溶融金属めっきラインにおいて、前記鋼板は移送用ロー
ルに回転状態で支持される。従来、該移送用ロールとし
ては、ダクタイル鋳鉄ロールや鍛鋼ロールが使用されて
きた。また、軽量化のために、外周部が鋼板で形成され
た中空ロールも使用されたきた。しかし、これらのロー
ルは、めっき用金属との接触により腐食されやすく、摩
耗が生じやすい。摩耗により、ロール表面粗さが低下す
ると、鋼板がスリップするようになり、鋼板表面に疵が
付く。

【０００３】このため、ロール表面に硬質Ｃｒめっきが
施されたり、特開平３−５３０５５号公報や特開平４−
２３５２６９号公報に開示されているように、ロール表
面にタングステン炭化物系、クロム炭化物系等のセラミ
ックス溶射層をライニングすることが行われている。か
かる硬質耐食性ライニング層を形成することにより、表
面硬度や溶融金属に対する耐食性が向上し、長寿命化が
図られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、硬質耐
食性ライニング層の層厚は１５０μｍ以下と非常に薄い
ため、長寿命化にも限度があり、またロール本体表面に
ピンホール等のわずかな欠陥が存在すると、その欠陥を
起点として局部的な摩耗、剥離が生じ、所期の延命効果
が得られない、という問題がある。

【０００５】本発明は係る問題に鑑みなされたもので、
表面粗さの低下し難い、長寿命の鋼板移送用高硬度ロー
ルを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の鋼板移送用高硬
度ロールは、化学組成がwt％で、Ｃ：2.5 〜3.5 ％、
Ｓｉ：0.3 〜2.0 ％、Ｍｎ：0.1 〜2.0 ％、Ｎｉ：
2.0 〜5.0 ％、Ｃｒ：2.0 ％以下、Ｍｏ：2.0 ％
以下、Ｖ：0.1 〜1.0 ％、及び残部が実質的にＦｅか
らなる外層と強靱性鉄鋼材からなる内層とが遠心力鋳造
により溶着されたスリーブと、該スリーブの両端部に固
着されたハブと、該ハブに固着された回転軸とを備えて
いる。また、外層の横断面積をスリーブの横断面積で割
った値が、０．１以上で、かつ、０．６以下が良い。ま
た、内層材としては、ダクタイル鋳鉄を用いることが好
ましい。

【０００７】

【作用】本発明ロールの外層は、所定の組成により基地
中に多量のＭ₃Ｃ型の高硬度炭化物と、黒鉛とが生成し
た組織を有するため、Ｈｓ７０以上の高硬度を有するも
のとなり、高硬度炭化物による耐摩耗性と、炭化物及び
黒鉛によってめっき用金属に対する耐腐食性、耐付着性
を向上させることができ、めっき用金属に接触する外層
表面の摩耗を防止することができる。また、内層を溶着
する際、外層内面に鋳込まれた内層材溶湯に外層の内面
が再溶解されて混入しても、内層材の靱性を劣化させな
いような組成に特定しているので、外層内面に溶着され
る内層の肉厚を薄くすることができ、引いては薄肉のス
リーブを得ることができる。

【０００８】また、一方、外層の内面には強靱性鉄鋼材
により形成された内層が遠心力鋳造により溶着されてい
るので、外層組成の特定と相まって、健全性に優れた薄
肉のスリーブが容易に得られ、スリーブの内面に焼嵌め
等の機械的手段によりハブを容易に固着することがで
き、中空構造の軽量なロールを容易に得ることができ、
良好な駆動性が得られる。

【０００９】また、外層と内層の横断面積の比が０．６
の場合、内層材として鋼材に比して強度の低いダクタイ
ル鋳鉄を用いても、内層内面の引張応力は、焼嵌め応力
を加えても内層材の引張り強度６００ＭＰａ以下に抑え
られるが、外層と内層の横断面積の比が０．６を越える
と、内層内面の引張応力は内層材の強度の許容範囲を越
え、焼嵌め時に内層材が破損する恐れがある。一方、外
層と内層の横断面積の比を０．１未満にすると、スリー
ブの外径にもよるが、外層の肉厚は３ｍｍ未満となる恐
れがあり、ロール材として使用するには薄くなりすぎ実
用的でない。

【００１０】前記内層は各種の強靱性鉄鋼材により形成
することができるが、特にダクタイル鋳鉄は鋳造性と強
靱性とを兼備しているので、複合構造の薄いスリーブを
鋳造するのに好適である。

【００１１】

【実施例】図１は、実施例にかかる鋼板移送用高硬度ロ
ールを示しており、高硬度炭化物及び黒鉛を有する外層
１と強靱性鉄鋼材で形成された内層２とが遠心力鋳造に
より溶着一体化されたスリーブ３を備えている。該スリ
ーブ３は、その両端開口部に機械構造用炭素鋼や低合金
鋼、ダクタイル鋳鉄材等の強靱材により形成されたハブ
が焼嵌めや溶接等の機械的固着手段により固着されてい
る。また、ロール軸心には、前記ハブの中心部を貫通し
て、前記強靱鋼や鍛鋼により形成された回転軸が焼嵌め
や溶接により固着されている。尚、回転軸がモータ等の
駆動手段により駆動される場合、必要に応じて、ハブと
回転軸との結合部にキーを装着するとよい。

【００１２】前記外層は下記組成を有する黒鉛を有する
高硬度鋳鉄材で形成されている。以下、成分の単位はす
べてwt％である。Ｃ：2.5 〜3.5 ％ＣはＭ₃Ｃ型の高硬度炭化物を形成し、耐摩耗性を確保
するために含有される。炭化物は、ＺｎやＺｎ−Ａｌ等
のめっき用金属に腐食され難いので、耐食性を向上させ
ることができる。2.5 ％未満では耐摩耗性、耐食性の向
上作用が過少であり、一方、3.5 ％を越えると炭化物が
過多となり、材質が脆くなる。

【００１３】Ｓｉ：0.3 〜2.0 ％Ｓｉは湯流れ性の確保及び黒鉛の晶出のために必要な元
素である。黒鉛はめっき用金属に対して良好な耐食性を
有するため、本発明では積極的に生成させる。0.3 ％未
満ではかかる作用が不足し、一方2.0 ％を越えると黒鉛
の晶出が過多となり、材質が脆くなる。

【００１４】Ｍｎ：0.1 〜2.0 ％ＭｎはＳと結合してＭｎＳを生成し、Ｓによる脆化を防
ぐ元素であり、同時に使用原材料から 0.1％程度は不可
避的に含有される。しかし、 2.0％を越えると靭性の低
下を招くため好ましくない。Ｎｉ：2.0 〜5.0 ％Ｎｉは基地中に固溶して基地を強化すると共に前記Ｓｉ
と共に黒鉛の晶出に寄与する。 2.0％未満ではこれらの
作用が過少であり、一方5.0 ％を越えて含有しても前記
作用が飽和するため、コスト面で不利となる。

【００１５】Ｃｒ：2.0 ％以下Ｃｒは基地中に固溶して基地を強化する。しかし、2.0
％を越えて含有されると靱性の低下を招くと共に、内層
を溶着する際に内層材溶湯に混入して、特に内層をダク
タイル鋳鉄等の鋳鉄材で形成した場合、内層の靱性を劣
化させる。尚、基地の強化には、0.3 ％以上の含有が好
ましい。

【００１６】Ｍｏ：2.0 ％以下Ｍｏは、Ｃｒと同様、基地中に固溶して基地を強化す
る。しかし、2.0 ％を越えて含有されると靱性の低下を
招くと共に、内層を溶着する際に内層材溶湯に混入し
て、特に内層を鋳鉄材で形成した場合、内層の靱性を劣
化させる。尚、基地の強化には、0.1 ％以上の含有が好
ましい。

【００１７】Ｖ：0.1 〜1.0 ％Ｖは、0.1 ％以上必要で、凝固時、初晶である基地組織
の微細化に効果を示すと共に、Ｃと結びつきＶＣなる高
硬度炭化物を晶出させ、スリーブの高硬度化に寄与す
る。しかし、1.0 ％を越えて含有されると靱性の低下を
招くと共に、内層を溶着する際に内層材溶湯に混入し
て、特に内層をダクタイル鋳鉄等の鋳鉄材で形成した場
合、内層の靱性を劣化させる。

【００１８】本発明に係る外層材は以上の合金成分のほ
か、残部がＦｅおよび不可避的に混入した不純物で形成
される。尚、Ｐ, Ｓは原料より不可避的に混入するが、
材質を脆くするので少ない程望ましく、Ｐ：0.2 ％以
下、Ｓ：0.1 ％以下に止めておくのがよい。ここで、本
発明外層材のめっき用金属（具体的にはＺｎを用いた）
に対する耐腐食性、耐付着性についての試験結果につい
て説明する。

【００１９】下記表１の組成を有する供試材により製作
したディスク（外径φ１００×幅５０mm、表面粗さＲａ
３．３μm ）と摩擦係数の高いＣｕ製ディスク（外径φ
９９×幅５０mm、表面粗さＲａ３．５μm ）との間に、
めっき側がディスク側になるように、Ｚｎめっきを施し
た金属ベルト（幅４０mm×厚さ０．２mm）を巻き掛け
て、一定のすべり率を付与してディスクを回転させ、供
試材ディスク表面の粗さ変化を調べると共にＺｎ付着性
を観察した。試験条件は、両ディスクを１００ｒｐｍで
回転させることにより、ベルトのすべり率を１％とし
た。また、ベルトの張力を１００kgf ｍに設定した。

【００２０】

【表１】

【００２１】供試材ディスクの粗さ変化の測定結果を下
記表２に示す。表２には、供試材ディスクの表面硬度も
併せて示した。同表から明らかな通り、本発明の外層材
にかかる試料No. １〜２では、粗さ変化が極めて軽微で
あるのに比して、従来材であるダクタイル鋳鉄からなる
試料No. ３では粗度が１／２程度になり、腐食による摩
耗が著しいことが分かる。また、No. １〜２のディスク
表面にはＺｎの付着が皆無であった。

【００２２】

【表２】

【００２３】前記外層の内面に遠心力鋳造により溶着さ
れる内層は、高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼、鋳鋼
等の強靱性を有する鋳造用鉄鋼材により形成されるが、
ダクタイル鋳鉄は鋳造性と強靱性とを兼備しており、薄
い肉厚のスリーブを得るのに好適である。好ましいダク
タイル鋳鉄の組成例を下記に例示する。Ｃ：2.5 〜4.
0 ％、Ｓｉ：1.3 〜3.5 ％、Ｍｎ：0.2 〜1.5 ％、
Ｐ：0.2 ％以下、Ｓ：0.2 ％以下、Ｎ
ｉ：3.0 ％以下、Ｃｒ：2.0 ％以下、Ｍｏ：2.0
％以下、Ｍｇ：0.02〜0.1 ％、残部：実質的にＦｅ次に、スリーブの横断面（スリーブの軸方向と垂直な方
向における断面）における外層の好ましい面積比率につ
いて説明する。

【００２４】外層面積比率は、外層・内層に作用する残
留応力の点から、内層が構造部材として機能させるため
の重要な要素である。外層材が鋳造、熱処理の過程で変
態による膨張が生じると、その結果として内層表面には
円周方向の引張残留応力が生じる。スリーブ横断面にお
ける外層面積が５０％の場合、内層表面には外層に作用
する圧縮残留応力と同じ絶対値の引張残留応力が作用し
てバランスされる。即ち、外層表面に作用する残留応力
をＲｏ、スリーブ横断面における外層断面積をＳｏ、内
面に作用する残留応力をＲｉ、スリーブ横断面における
内層断面積をＳｉ、スリーブの断面積をＳｔとすると、
下記の関係式が成立する。

【００２５】Ｒｏ×Ｓｏ＝−Ｒｉ×Ｓｉ＝−Ｒｉ×（Ｓｔ−Ｓｏ）本発明においては、外層材は膨張変態によりＨｓ７０以
上の硬度を有する材料であり、本発明の外層材組成範囲
においては表面残留圧縮応力は２００ＭＰａ程度を示
す。このことからＳｏ／Ｓｔが０．６の場合、スリーブ
内面（内層内面）には約３００ＭＰａの引張残留応力が
作用することになる。スリーブにハブを焼嵌めた場合、
円周方向には１００ＭＰａ程度の焼嵌め応力が作用す
る。従って、組立て状態でスリーブ内面に作用する円周
方向の引張応力は４００ＭＰａ程度と算定される。一
方、ダクタイル鋳鉄の引張強度は通常６００ＭＰａ以上
あるので、安全率を考慮してもスリーブ内面での強度は
許容範囲内となる。勿論、Ｓｏ／Ｓｔの比が０．６未満
では、内層に作用する応力は低下するようになる。この
ため、Ｓｏ／Ｓｔの比は０．６以下に設定するのが好ま
しい。尚、内層材を鋳鋼等の鉄鋼材で形成した場合、鉄
鋼材の引張り強さはダクタイル鋳鉄の引張り強さより高
いので、内層の許容応力はより向上する。

【００２６】一方、外層の使用肉厚は３mm程度は必要で
ある。Ｓｏ／Ｓｔ＝０．１とした場合、実用的な寸法と
して、スリーブ肉厚を４０mm、ロール径をφ６００mmと
すると、外層肉厚は３．７mmとなる。また、スリーブ肉
厚を４０mm、ロール径をφ１０００mmとすると外層肉厚
は３．８mmとなり、実用的には十分な外層肉厚を確保す
ることができる。従って、Ｓｏ／Ｓｔの比は０．１以上
に設定するのが好ましい。

【００２７】次に本発明の具体的実施例を掲げる。下記
の外層鋳鉄材及び内層ダクタイル鋳鉄材を用いて、外径
φ１０００mm、肉厚４０mm（外層肉厚１０mm、内層肉厚
３０mm）、長さ２０００mmの複合スリーブを遠心力鋳造
した。該スリーブの表面硬度を測定したところ、Ｈｓ８
１であった。・外層材Ｃ：３．２１％、Ｓｉ：０．９３％、Ｍｎ：
０．６５％、Ｐ：０．０１８％、Ｓ：０．００９
％、Ｎｉ：４．１５％、Ｃｒ：１．３５％、Ｍ
ｏ：０．２５％、Ｖ：０．５１％、残部：実質的
にＦｅ・内層材Ｃ：３．４７％、Ｓｉ：２．１１％、Ｍｎ：
０．４５％、Ｐ：０．０２３％、Ｓ：０．０１０
％、Ｎｉ：１．１８％、Ｃｒ：０．１８％、Ｍ
ｏ：０．０３％、Ｍｇ：０．０６３％残部：実質的にＦｅこのスリーブを用いて、図１に示すように、回転軸（材
質：Ｓ４５Ｃ材）が焼嵌められたハブ（材質：ダクタイ
ル鋳鉄材）を焼嵌めにより固着して、鋼板移送用高硬度
ロールを製作した。ロールの表面粗度をＲａ３．４に加
工して、該ロールを溶融亜鉛めっき鋼板処理ラインに用
い、亜鉛の付着性、表面粗度の経年変化を調べた。その
結果、実施例にかかるロールは、亜鉛粉の付着は皆無で
あり、表面粗度の経年変化についても、使用前のＲａ
３．４が、１０時間経過後にＲａ３．４、１００時間経
過後にＲａ３．３となったが、１００時間で０．１μｍ
であり、極めて耐亜鉛粉付着性に優れることが確認され
た。

【００２８】

【発明の効果】本発明の鋼板移送用高硬度ロールは、外
周部を構成するスリーブを、二層構造とし、外層を特定
組成の黒鉛晶出高硬度材で形成したので、メッキ用金属
粉等が付着し難く、又、耐摩耗性に優れるため、長寿命
である。しかも、内層の靱性を劣化させるような成分の
含有量を規制しているので、外層の内面に強靱性鉄鋼材
からなる内層を遠心力鋳造により溶着しても内層強度が
劣化し難く、内層の薄肉化引いてはスリーブの薄肉化を
達成することができる。また、内層が強靱性に優れるた
めハブを固着することにより、中空構造とすることがで
き、軽量化引いては駆動性に優れる。また、内層と外層
の横断面積の比を特定の範囲内にすることにより、内層
材としてダクタイル鋳鉄を用いた場合でも、内層の焼嵌
め面に作用する応力を内層内面が破損しない範囲内に収
めることができ、かつ実用的な外層の肉厚が確保でき
る。また、内層をダクタイル鋳鉄で形成することによ
り、優れた強靱性と鋳造性とによって、内層の薄肉化、
軽量化を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例にかかる鋼板移送用高硬度ロール
の断面図である。

【符号の説明】

１外層２内層３スリーブ４ハブ５回転軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者瀬戸良登兵庫県尼崎市西向島町64番地株式会社クボタ尼崎工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学組成がwt％で、Ｃ：2.5 〜3.5 ％、Ｓｉ：0.3 〜2.0 ％、Ｍｎ：
0.1 〜2.0 ％、Ｎｉ：2.0 〜5.0 ％、Ｃｒ：2.0 ％以下、Ｍｏ：
2.0 ％以下、Ｖ：0.1 〜1.0 ％、及び残部が実質的にＦｅからなるＨｓ＞７０の外層と強
靱性鉄鋼材からなる内層とが遠心力鋳造により溶着され
たスリーブと、該スリーブの両端部に固着されたハブ
と、該ハブに固着された回転軸とを備えた鋼板移送用高
硬度ロール。
【請求項２】外層の横断面積をスリーブの横断面積で
割った値が、０．１以上で、かつ、０．６以下である請
求項１に記載したＨｓ＞７０を有する鋼板移送用高硬度
ロール。
【請求項３】内層がダクタイル鋳鉄により形成されて
いる請求項１又は２に記載した鋼板移送用高硬度ロー
ル。