JPS5823888B2 - 高温摩耗試験方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱間圧延ロールのように、高温下において摩
擦による摩耗が生じると共に、急熱急冷の反復による熱
衝撃が加えられるような部材において、その材質の最適
な選定や開発に役立ち、又実際の供用以前にその耐用寿
命を予測することも可能となる新しい高温摩耗試験方法
とその装置の提供に関する。

熱間圧延間ロールは、高温の圧延材に接して摩耗やヒー
トクラックを発生する。

このため圧延材に接するロール表面は、高温における耐
摩耗性が要求されると共に、圧延前後において加熱と冷
却が反復されることになるので、熱衝撃にも充分に耐え
ることが要求される。

実際の圧延作業では、第１図に例示するように上下１対
の圧延ロール１゜２間で圧延材は塑性変形され、そのさ
いロール表面にまず図中５の接触位置で急速に加熱され
、その後圧延直後の図中６の位置で水冷パイプ４からの
冷却水によって急冷される熱履歴が反復されることにな
る。

しかしてこのような実際の圧延条件を実験室的に再現し
、熱間圧延に適したロール材質を開発する目的で、実際
の圧延に供試する以前に、その耐用寿命を予測すること
には困難な点が多い。

従来このような目的と要求のために、その高温摩耗試験
方法として、第２図に示す如き方法が採られている。

すなわち、図示のように圧延ロール材に相当する円板状
の試験片７と、高周波加熱リング９によって表面が圧延
材に相当する温度に加熱される同じく円板状の加熱片８
とを、互いにその外周面で接触させ、かつ両者を外力に
よって押し付けて、両者に矢印のように回転を与え、そ
の接触面において適当なスリップを与えつつ摩擦による
摩耗を生じさせると共に、水冷パイプ１０からの冷却水
を試験片７に浴びせて冷却することにより、急熱急冷に
よる熱衝撃を加えて、試験片７の摩耗状態等を観測する
方法である。

しかしこの方法では、円板状の試験片７と加熱片８とが
外接状態で接触するため、その接触面積が狭少となるこ
と、加熱片８から試験片７への入熱が少なくなること、
さらに試験片７が圧延ロール製品とは別体に製作したも
のであること等に起因して、再現性に乏しい難点がある
。

本発明は、上記従来方法、装置の欠点を除き、実際の熱
間圧延ロール等の使用状態を忠実に再現することのでき
る高温摩耗試験方法およびその装置を提供する目的でな
されたものであり、この種高温下のかつ急熱急冷の反復
による熱衝撃下に生じる材料の摩耗、ヒートクラック状
態の的確なる予測を可能ならしめるものである。

以下図示の実施例について本発明を具体的に述べる。

まず第３図は本発明に供する試験材リングの採取例を示
し、第４図は本発明方法の原理を、又第５図はその実施
例を示す説明図であり、第６図は本発明に係る試験装置
の全体図を示している。

しかして本発明を実施するに当っては、その試験材リン
グとして、例えば試験対象製品が熱間圧延ロールである
場合、実際に製作されたロール製品より試験材を直接採
取するのが好適である。

すなわち、この場合遠心力鋳造法等により鋳造された鋳
放し素材１２より圧延ロール製品１１を得るにさいし、
第３図に示す如く、その胴端部余長部１２ａからリング
状の試験材１３として切り出し採取するのである。

この試験材リング１３はロール製品胴部と同一条件で製
作された部分であるだめ、これにもとづく試験結果は圧
延ロール製品の摩耗なり、熱衝撃の影響や耐用寿命の予
測等に対して、より信頼性のあることはいうまでもない
。

このようにして採取した試験材リング１３は、第４図に
示す如く、目的とする高温摩耗試験に付される。

即ち同図において、１４は試験材リング１３が圧接され
る大径のリングであって、同リング１４はその周側一部
に配設したバーナー等の加熱装置１６によって高温に加
熱される。

１５は第３図で示しだ小径の試験材リング１３であって
、ここではテストリング試料１５として表示する。

この小径のテストリング試料１５はその外周面を大径の
加熱リング１４の内周面に図示のように内接状態で接触
させ、かつ両者を圧接してこの内外接触部分１８に実際
の圧延時に受ける応力に相当する接触圧分布を生じさせ
る。

又、とのさい同時に加熱リング１４よりテストリング試
料１５へ熱の伝達を行なわせ、この接触部分１８の比較
的近傍位置において、テストリング試料１５に水冷パイ
プ乃至ノズル１７によって冷却水を浴びせることにより
試料１５表面を急冷させ、ここに急熱・急冷による熱衝
撃を試料１５に加える。

そして加熱リング１４とテストリング試料１５とは図示
矢印のように同方向の回転を与え、とのさい両者の回転
数を適当に設定することにより、接触部分１８において
必要なスリップを発生させる。

かくして両者の接触部分１８には、摩擦による摩耗と先
に述べだ熱衝撃の付与と相まって、実際の熱間圧延作業
において熱間圧延ロールに生じる高温下の摩耗状態が、
略忠実に再現できることになり、このさいのテストリン
グ試料１５に生じる結果は圧延ロール表面のそれにその
まま移して考えることができる。

すなわち、本発明の試験方法では加熱リング１４に対す
るテストリング試料１５の接触が、実際の圧延状態に近
い内接状態で行なわれること並びに回転スリップが与え
られることが、大きな特徴である。

第５図は前記本発明方法の具体的な実施例構造を示した
もので、同図■は正面図、同図■は側断面図であるが、
図示のようにテストリング試料１５は固定円盤２８の外
周に嵌支されて、同円盤２８を介し軸２３に取付けられ
、加熱リング１４は支持円盤２１にその外面側が保持さ
れて、同円盤２１を介して軸２２に取付けられ、このさ
い加熱リング１４の開放されている内面にテストリング
試料１５の外面を、後述するように適当な接触圧下に圧
接されるようにする。

この接触部分の外方に当る加熱リング１４の外面位置に
は、バックアップを行なう支承ロール２０を図示のよう
に設ける。

又前記軸２２．２３の回転によって、加熱リング１４テ
ストリング試料１５に回転を与えるようにするのである
。

このさい１６は加熱リング１４に対するバーナー等によ
る加熱装置、１７は接触部近傍でテストリング試料１５
の外側に配設される水冷ノズル等の冷却装置であり、又
接触部における加熱リング１４からの熱伝達によって、
テストリング試料１５の表面温度上昇が不充分の場合に
は、リング試料１５０表面を追加的に加熱するため、図
のように別位置にバーナー等による補助加熱装置１９が
、リング試料１５に向って設けられる。

第６図は前記第３図乃至第５図に示しだ各趣旨を包含し
て、実際的に用いられる本発明の高温摩耗試験装置の全
体図を示しだものであって、ベース３０上に軸受３１，
３１及びモータ２７を介して可回動に設けられた軸２２
の先端に支持円盤２１を固設し、同円盤２１のリング状
内周面に加熱リング１４を固定状に嵌設し、テストリン
グ試料１５との接触部に対応するリング状外周面位置に
はバックアップ用の支承ロール２０を、固定ブラケット
３２等を介して接支させ、これと対応して同じくベース
３０上には夫々軸受３３を含む固定ガイ乏ドフレーム２
５、可動ガイドフレーム２９によって軸２３を可回動か
つ上下方向に移動可能に設け、可動ガイドフレーム２９
には上下移動用並びに接触圧付加用のシリンダ装置２４
を設け、軸２３の可動ガイドフレーム２９より突出した
先端に取付Ｓけた固定円盤２８の外周にテストリング試
料１５を嵌設し、前記シリンダ装置２４を介する軸２３
の固定ガイドフレーム２５を支点とする軸２３の上方枢
動を介して試料１５の外面を所要の接触圧のもとに加熱
リング１４の内面に圧接させるので；あり、この接触圧
を前記支承ロール２０で受けることになる。

この軸２３は、自在継手軸３４を介してモータ２６側に
連結されることによって、回転が与えられる。

上記試験装置によるテストリング試料１５の高温摩耗試
験は、以下のようにして行なわれる。

即ち今までの説明でも明らかなように、モータ２６゜２
７によって軸２３．２２に一定のスリップが生じる程度
の回転数設定の下に回転を与えることにより、テストリ
ング試料はその外周面が加熱リンづグ１４の内周面にシ
リンダ装置２４による所要接触圧の下に圧接されつつ回
動し、同時に加熱装置１６により高温に加熱された加熱
リング１４の熱は、前記接触部分を介してテストリング
試料１５の表面に伝達されて高温化すると共に、前記接
触部を過ぎてテストリング試料１５表面に冷却装置１７
によって加えられる冷却により、試料１５には急熱急冷
による熱衝撃が反復して与えられることになる。

従ってここに接触部分においては高温下かつ熱衝撃の反
復下の摩擦による摩耗が逐次発生するのであり、これに
よって熱間圧延ロールの場合、同ロールが第１図で例示
しだ実際の熱間圧延作業によって受ける高温下・熱衝撃
下の摩耗状；態が、忠実に再現されることになる。

このさい、試料１５として実際の圧延ロール１１より直
接採取した試料を用いることにより、材料としても同一
性の再現が得られ、ここに高温摩耗試験が実際の稼動状
態と同様に実験室的に行なわれ、熱間圧１延ロール材質
としての適否や新材質の開発、改善、また耐用寿命の予
測等に対して正確なデータを高い信頼性の下に提供でき
ることになる。

なおテストリング試料１５０表面に加える接触圧、急熱
急冷による熱衝撃の内容、又回転数によるスリップの大
小等の条件は、広範囲に変更、設定でき広汎な試験内容
が可能である。

次に具体的な試験実施例の１つを下記に示す。

〈実施例〉 ４５０φｘ ９００ｔのアダマイトロールを製造し、胴
端余長部にて外径４５０φ、内径３９０φ（厚さ３０ｍ
ｍ）、巾５０朋のリング試料を採取した。

試料の成分は次の通りである。

ＣＳｉＭｎ Ｐ Ｓ Ｎｉ ＣｒＭｏＦ
”ｅｌ、８１０，４９０，８８０．０３１０．０２６０
．９５１．１８０．６１残相手の大径加熱リングは耐熱
鋼を用いてバーナー加熱により８００〜９００°Ｃに加
熱し、リング試料面が５００〜５５０℃になるようにし
た。

両者の接触面において１０％のスリップが発生するよう
に、両軸の回転数を調整した。

この条件で１時間連続テストをした結果、リング試料表
面には実際の圧延に供されたロール表面と同様に微細な
ヒートクラックが発生し、一部酸化スケールの付着もみ
られ、圧延条件の再現が可能であることが証明された。

テスト試料表面のクラックの発生状態を、参考図（写真
）で示す。

本発明は以上のように、高温摩耗試験方法として、従来
の不正確な試験手段に比し、その試料の内容、又該試料
に対する実際の使用条件と略同等の条件を忠実に再現し
、信頼性の高いデータを提供できる。

例えば圧延用ロールの耐摩耗性、耐肌荒性、耐クラツク
性のテストを始めとして、高温条件下で使用される各種
製品、更には高温と熱衝撃下で使用される各種製品に対
するテストが好適に行なえる。

又加熱と冷却を行なわなければ、常温下の摩耗試験、例
えば冷間圧延ロールその他のテストにも利用できるので
あり、各種摩耗テストに汎用できるものとして、装置と
共に優れたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱間圧延ロールの圧延作業説明図、第２図は従
来の高温摩耗試験装置例の説明図、第３図は本発明方法
におけるテスト試料採取側説明図、第４図は本発明方法
の原理説明図、第５図は本発明方法実施例の説明図、第
６図は本発明装置実施例の一部切欠正面図である。 １．２・・・・・・圧延ロール、３・・・・・・圧延材
、１３・・・小径試験材リング、１４・・・・・・大径
加熱リング、１５・・・・・・テストリング試料、１６
・・・・・・加熱装置、１７・・・・・・冷却装置、２
０・・・・・・バックアップ支承ロール、２１・・・・
・・支持円板、２２，２３・・・・・・軸、２４・・・
・・・シリンダ装置、２８・・・・・・固定円盤、２６
．２７・・・モータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温に加熱された大径のリング内周面に小径の試験
   材リング外周面を内装させると共に、両者を圧接しかつ
   回転スリップさせる条件のもとに試験材リングに摩耗を
   与えることを特徴とする高温摩耗試験方法。 ２ 高温に加熱された大径のリング内周面に小径の試験
   材リング外周面を内接させると共に、両者を圧接しかつ
   回転スリップさせ、さらに試験材リングを上記高温加熱
   リングと接触後直ちに冷却させる条件のもとに、該試験
   材リングに摩耗及び反復熱衝撃を与えることを特徴とす
   る高温摩耗試験方法。 ３ 試験材リングとして、試験対象製品より直接採取し
   たものを用いる特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の高温摩耗試験方法。 ４ 基礎に保持された回転軸に連結されて可回動である
   と共に加熱リングの内周面を開放状に保持し、かつバッ
   クアップ部材を含む処の加熱リング保持部分と、移動可
   能な回転軸に連結されて可回動かつ前記加熱リング内周
   面に試験材リングの外周面を圧接可能に保持する試験材
   リング保持部分と、前記加熱リングの加熱装置と前記試
   験材リングの冷却装置とから成ることを特徴とする高温
   摩耗試験装置。