JPS5886913A - 圧延用スリ−ブロ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧延用スリーブロールに係り、特にスリーブの
軸・方向の移動を拘束するのに好適な圧延用スリーブロ
ールに関する。

従来、圧延用ロールには主として鋳造または鍛造に・よ
って製造される中実の１体ロールが使用されている。し
かし近年高精度、高圧下圧延に耐え得るロール材として
高合金鋼が望まれているが。

高合金鋼で１体ロールを製造することは不経済であり、
また成型も困難である。このため、軸材を低合金鋼で作
製し、その軸材に耐摩耗性等に優れた高合金鋼からなる
スリーブを嵌合した圧延用スリーブロールが使用されて
いる。

しかし、胴径／胴長比０．５以下の冷間作業ロール、熱
間作業ロールおよび６重圧延機用中間ロールでは一般に
高合金・高硬度のスリーブを適用しなければならないこ
とおよび使用環境が悪い、すなわち圧延ロールではロー
ル表面にファイヤークツツクが形成され、また冷延作業
ロール又は６重圧延機用中間ロールでは絞り込み、スリ
ップなどの圧延事故によりロール表面にクラックが発生
し。

ロール表面に微細なりラックが残された状態でしばしば
ロールが使用されることが予想される。従ってこれらの
クラックの進展を極力防止するために、燐源めによる円
周方向の引張り応力を押えることが必要条件である。

燐源めによる円周方向応力は燐源め代を減少させれば解
決出来るが、燐源め代の減少により、接触圧力も減少し
スリーブとアーバの拘束の効果が半減する。

本発明の目的は、クラックの発生を防止した状態で軸材
に嵌合されたスリーブの軸方向の移動を拘束することが
できる圧延用スリーブロールな提供することにある。

本発明は、軸受部と胴端部との間に余長部を有する圧延
用スリーブロールにおいて、前記余長部に、一端側の局
面がスリーブの端面に当接するようにしてリングを嵌合
させたことを特徴とするものであって、特に胴径／胴長
比０．５以下の圧延用スリーブロールに有効である。

以下、添付図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図〜第５図は本発明の一例を示し、軸受部と胴端部
との間の余長部に半割型の２個のリングを嵌合し、これ
らのリング間を溶接固定して、スリーブの軸方向の移動
を拘束したものである。

第１図は本実施例が適用可能な圧延用ロールの形状を示
す。

第１図において、１は軸受部、２は胴部、３゜４は余長
部を示し、ａは軸受部の長さ、Ｃは胴長、ｂ、ｄは余長
部の長さを示している。

胴スリーブの燐源めを併用しない場合の余長部の長さｂ
は 余長部の長さｄは を満足する必要がある。

ここに　Ｐ　・・・スラスト荷重 τＷ１・・・軸材の剪断疲労強さ τＷ２・・・リング材の剪断疲労強さ ｒｌ・・・スリーブ内半径 （第２図ｄ４の１／２） ｒｆｉ・・・ｄ部段付部半径 （第２図ｄ４の１／２） 製造したロールの寸法はロール胴径φ２５０■、胴長５
６０日従って胴径／胴長比０．４５である。

スラスト荷重Ｐは一般に圧延荷重の約３０％と考え設計
されている。圧延荷重については圧下量圧延材の種類に
より異なるが、一般の板圧延用ロールでは胴長１ｓｍに
対して最大線圧力は約２０００Ｋ　ｇ　／ｗａ程度とな
ることが普通である。従って胴長５６０ＩＩＩＩ＋の圧
延機では最大１１２０）ンの圧延荷重が予想される。従
ってスラスト方向の荷重としてはこの値の３０％、すな
わち３４０トン程度を考えれば良い仁とになる。

スリーブの内径を９２００５ｍ＋とし、軸材の剪制疲労
強さはショアーかたさ４０〜４５度に規準された鍛鋼品
を用いるものとすると約４ｏＫｇ／■２である。相剰効
果、荷重変動を考え安全率を４にとり余長部すの必要長
さを求めると５４ｍとなる。

本ロールの形状はｂの部分の長さが８５簡あるので１強
度的に安全である。

余長部ｄの必要長さについてはリングを軸材と同質の材
料を使うものとし、ｒ；＝ｒ１として近似値な計算を行
なうと余長部ｄの長さは余長部すの２倍の長さが必要な
ことになる。本ロールの余長部の長さは２４５ｍあった
ので本発明による方式が採用可能であることが確認され
た。

軸材はＳＣＭ−５相当品を適用し、電気炉で熔製右、６
０００）ンブレスで素寸法に鍛造した。焼鈍後、素材は
径方向にφ４１１ＩＩ１１長さ方向１０ｍ＋の駄肉をつ
け、規準熱処却ヲ行ない全体のかたさをショアーかたさ
４０〜４５度に調整した。

軸径ｄ４はｄ２；φ２２０關、軸受部径φ１８０■の中
間としφ２００十０．０５＋４に加工した。またｄ、に
ついては強度的な問題から軸受部径よりは若干太くしφ
１８６順とした。ｔ、の長さは５４■あれば充分である
がｂ部の長さと同様に８５ｍｍとした。本実施例におい
てはリングの材質も軸材と同等のものを使用したので強
度的にはｔ８も５４ｍ＋以上あれば充分であるがｄの長
さが本ロールでは２４５ｍ＋あったので２４５ｍ＋から
ｔ２を差引いた１６０ｍ＋＋とじた。

第３図に示す胴スリーブはエレクトロスラグリメルトで
製造した中空イ・ノゴットを使用し、鍛造は行なわなか
った。鍛造を行なったスリーブでは靭性があるために０
．３〜０．８／１００ＯＸスリーブ内径の燐源め代で嵌
合することも可能であるため円周方向のすべりに対して
は燐源め面岸擦力のみですべりを拘束することができる
。鋳造状態のエレクトロスラグリメルト素材あるいは焼
結合金製スリーブでは靭性が劣るために円周方向のすべ
りを防止するために、第２図および第３図に示すように
軸材余長部４の端面とスリーブ５の端面にそれぞれ丸味
を帯びた凹凸をつけ、これを嵌め合わせることにより拘
束した。適用したスリーブ５の材質は耐摩耗性と耐スポ
ール性を考慮してＣ：０．７５．Ｓｔ　：１．０１％、
Ｍ、：０．４５％、Ｃｒ：５．０２％、Ｍ、：１．１４
％、Ｕ：０．５２％他若干量の合金成分と不純物および
ｐｅからなる鋼を適用し、熱処理に工す胴スリーブ表面
かたさをシコアーかたさで８２〜８５ｖ、に調製したも
のを使用した。スリーブ内径を２００±０．０５＋ｏ＋
に研磨機で最終仕上を行ない、全体を２００′ｃに加熱
して第３図のスリーブ５を第２図の軸部６に嵌合させた
。

胴スリーブ嵌合後、２分割された第４図に示すリング７
を余長部３に嵌め合せ、リング７の中央部を軟鋼棒で溶
接し固定させた。第５図はリング７を溶接固定した状態
を示す。溶接時温度により胴部スリーブの温度が上昇す
ることを防ぐために溶接は胴スリーブ端から６０節離れ
た位置から施行した。リング７を固定後、ロール全体の
振れを研削盤で修理し、その後、リング外径をφ４聰削
り、所定の寸法であるφ２２０簡に仕上げた。

本ロールは軟鋼および炭素鋼板圧延用ロールとして使用
されたが、ロール胴部の耐摩耗性は良好であり、φ２０
ｍ＋まで使用することが出来た。

また、余長部３の長さｄが充分長い場合には。

リング７として溶接性の良い低合金鋼を使用することも
可能であるが、この場合にはベアリング端面と接するリ
ング７の端面に耐摩耗性に優れた材質でステライト肉盛
、ステンレスの肉盛を設けることが望ましい。

本実施例によって、胴径／胴長比０．５以下の板圧延用
スリーブロールのスリーブの軸方向に移動を拘束し、安
定した操業が可能となる。

第６図は現行圧延機の胴径／胴長比を示すが。

平均的な値０．３５と仮定した場合、２０００ｍの胴長
に対し胴径はφ７００ｆｉとなる。また、胴径と軸受部
の比は従来の圧延機では設計、機構上の問題から０．５
５〜０．６５の範囲に人っている。従ってここでは０．
６とする軸受部径はφ４２０■となる。胴スリーブの内
径を決定するとき軸受部径よシも小さくすることは一般
に不可能であるためここでは最大に近い値をとり、φ４
３０鶏と仮定して計算を行なった。

ここで圧延分離力については、圧下量、圧延機の種類に
よって異なるが比較的苛酷な条件下ではロール胴長ＩＷ
当り、２．（ｌンの線圧が負荷するものと考えられてい
る。従って、ここにロール胴長２０００■の圧延機を考
えると圧延分離力は４０００ｔｏｎ　　となり、これに
よる軸方向のスラスト荷重は３０％掛けの１２００ｔｏ
ｎの荷重が働くことになる。

しだがってｈ　１２００ｔｏｎのスラスト荷重を燐源め
による接触面圧で拘束するためには次式の値を満足する
必要がある。

ここに；ｐ、−２：接触面圧ＣＫｇ／ｍ２）Ｐ　ニスラ
スト荷重（１２００ｔｏｎ）ｒ１ニスリーブ内半径（＋
ｍ） Ｕ　：静止摩擦係数（０，３） Ｌ　：ロール胴長（２０００鰭） Ｚ　：燐源め効率（０，８） 以上の数値を代入すると必要最小接触面圧は１０Ｋ　ｇ
／ｗｎ　２と計算される。

第７図からスリーブ内半径／スリーブ外半径の比はφ４
３０／φ７００＝０．６２．接触面圧、１゜１．９Ｋｇ
／ｍ２以上、円周方向引張り応力δｔ＝＝５Ｋｇ／ｗ２
以下を満足する点を求めると、燐源め代２δ＝０．３４
　Ｘ　１０−”が求め−られる。しかし一般にこのサイ
ズのロールではロール使用径が１００■以上あり、従っ
て廃却時にはφ６００■程度になることが予想される。

従って廃却時のスリーブ内半径／スリーブ外半径比は０
．７２となる。ことに、燐源め代２δＴｈＯ，３４ｘ　
１０−’で作業した場合には接触面圧Ｐ１−２　　は１
．６Ｋｇ／ｍ”程度に減少し、円周方向応力δｔは５Ｋ
ｇ／ｍ”以上となり。

廃却時にはロールの割損あるいは軸方向のすべり事故が
発生することになる。

以上の検討は計算上のものであるが、実際の作業に於い
ては胴長２０００ｍ、内径φ４３０■長尺スリーブの内
面の加工精度を出すことはむすかしく、一般的な加工方
法では燐源め代の値として±０．０４０−程度のばらつ
きは避けがたいものである。従って円周方向応力δ、を
５＊ｇ／ｗｘ”以下を守るために、は燐源め代２　（ｒ
、−ｒ、）＝Ｑ、３４ＸＩＱ−’Ｘ４３０＝０．１４６
１−最大値とすると目標は０．１０６にせねばならず、
この加工精度がマイナス脩にはずれた場合には０．０６
６になることを予想しなければならない。この値は２δ
では０．１６５ｘｌＯ−”となり、第７図から廃却時の
スリーブ内半径ｒ／スリーブ外半径ｒ２比０．７２で考
えると接触面圧力はＩＫｇ／ｍ　２以下となってしまい
、ロール軸方向のスラスト荷重を燐源め応力のみでもた
せることは出来ない。

第８図に示す実施例では軸受部と胴端部との間の長い余
長部にリング（固定用スリーブ）を燐源めして、胴部に
嵌合されたスリーブの軸方向の移動を拘束するものであ
る。すなわち第８図において、軸受部８と胴部９との間
の余長部１ｏに段付加工を行い、この余長部１０の端面
でスリーブ１１の軸方向（第８図の右側方向）の移動を
拘束する。

ここで、余長部１０の必要長さｔ２は下記で決定される
。

ここにτ、二フロール軸材表面剪断疲労強度（Ｋｇ／／
ｌｌｌｌ２） ロール軸材の剪断疲労強さτ１はショアーかたさ４０〜
４５度に調整された鋼では約４０　Ｋｇ／、＊”程度あ
る。ここでは安全率を２にとり、　２０Ｋｇ／ｓｍ”と
して検討してみた。

胴長２（ＪＯＯＩＤＩＩのロールで胴スリーブの燐源め
面圧を零と考えた場合にはｔ、は約１５０＋ａ＋必要で
あり、胴スリーブの接触面圧力ｆ　Ｉ　Ｋｇ／＋ａ＋”
とした場合にはｔ８の長さは６８■必要である。

固定用スリーブ１２については、内径がスＩＪ　−ブ１
１内半径ｒ１よりも若干径小であることが作業上有利で
あるが、ここではｒｌと同一として検討した。また固定
用スリーブ１２の外径は、ロールの廃却までの利用径と
軸受ベアリングの厚さによって決定され石ものであるが
、ここでは利用径φ１００ｍとし、固定用スリーブの外
径をφ６００簡とした。

固定用スリーブの必要長さｔ、は次式で求められる。

固定用スリーブ１２は胴部スリーブ１１とは異なり、圧
延中の応力および熱的影響も少ないこと。

また表面にクラックが残されて使用される危険性がない
ので円周方向の燐源め許容応力は大きな値を採用するこ
とができる。すなわちショアーかたさ４５度程に調整さ
れた鋼の引張り強さは１２０Ｋ　ｇ／ｌａｉ、　”程度
あるので、安全率３にとっても４０Ｋ　ｇ／ｍｕ　２程
度の許容応力が得られる。

許容応力δ、と固定用スリーブ内面の接触面圧との関係
は次式で表わすことが出来る。

ここに、δｔ　：許容円周方向応力４０　Ｋ　ｇ／ｗＩ
１２ｒ２　：固定用スリーブ外半径φ３００ｒ１　：固
定用スリーブ内半径φ２１５許容応力δｔを４０　Ｋｇ
／ｍ２とした場合の接触面圧力Ｐ３−４　は６．６　Ｋ
　ｇ／ｍｍ　２となる。

胴スリーブの燐源め面圧力を零と考えだ場合のｔ２の必
要長さは５６１ｍｍであり、胴スリーブの燐源め面圧力
をＩ　Ｋｇ／ｍｍ２とした場合にはｔ、は２５８ｍあれ
ば１２００ｔｏｎのスラスト荷重を押えることが可能で
ある。

次に胴スリーブの円周方向のすべりに対しては次式によ
り簡易的に求められる。

ここに、Δｈ：圧下量（ｍ） 従来通り、胴長２０００ｍ、圧延線圧２．０　ｔｏｎ／
ｍ。

焼嵌め面半径φ２１５％ロール胴外半径は廃却時として
φ３００を採用すると上式は次式で表わせる。

Ｐ、２：　０．１２４ｖ”３下一 作業ロールで一番大きな圧下量となる熱延仕上前段作業
ロールを例にとると圧下量Δｈは約１゜厘である。従っ
てＰｌ−６は０．３のＫ　ｇ／ｗｍ　”程度あれば充分
である。ただし、熱間作業ロールのように圧延中にスリ
ーブ全体の温度が上昇する場合にはこれＫより、焼嵌め
代が減少し、円周方向にすべることも考えられる。

第８図に示子実施例では、余長部の胴部側端面に凹凸状
の段部１３を設け、この段部にスリーブ１１を嵌合して
いるので、スリーブ１１の円周方向のすべりがより、完
全に防止される。また熱延ロールの場合には胴スリーブ
の熱膨張が考えられるので胴ｘリーブ１１と固定用スリ
ーブ１２と（Ｄ間に熱膨張代を設けておくことも有効で
ある。さらに第８図において、余長部１ｏに段差（例え
ば０．５〜２．０　ｔｅａ　）が設けられているので、
この段差を含む余長部１ｏに固定用スリーブ１２′ｆｔ
：ｌ１合することによって固定スリーブ１２の軸方向の
ずれをより完全に防止することができる。

第９図は本発明のさらに他の例を示し、軸受部と胴端部
との間の余長部にリング（固定用スリーブ）を嵌合させ
、このリングの胴スリーブの端面と当接する面とは反対
側に溶接肉盛部を設け、胴スリーブの軸方向の移動を拘
束するものである。

本実施例に用いたロールの寸法は、胴長５６０■、胴径
φ２５０ｍ、第９図に示す余長部１４の長さは８５闘、
余長部１５の長さくリングと肉盛溶接部との合計長さ）
は２４５ｍである。また余長部１４の直径はφ２２０ｍ
％余長部１５のりフグ嵌合後の直径はφ２２０■１軸受
部１６の直径はφ１８（ｌａ＋である。

スリーブ１７の内径は強度的および機構的に軸受部の径
よりも小さくすることが出来ないので。

φ１８５■とじた。

軸材はＳＣＭ−５相当品を適用し、電気炉で熔製後、鍛
造機により素寸法に鍛造した。焼鈍後。

素材は径方向にφ２ｗａｘの駄肉をつけ、第９図の１６
に相当する部分の軸径は胴部軸径φ１８５■よりもφ４
ｍ径小とし、φ１８１■とした。その後、この１６に相
当する部分を軟鋼棒で溶接肉盛しφ１９０ｍとした。溶
接後、素材は９５０Ｃまで加熱し油槽に入れることによ
り規準を行ない、５５０Ｃの焼戻し′ｆ：２回行なうこ
とにより、溶接部を除く他の軸部のかたさをショアーか
たさ４５度にした。熱処理終了後、胴部を嵌合する部分
および肉感溶接を施す部分に相当する軸部をφ１８５±
０．０５■に加工し、最終的には研磨機により仕上げを
行なった。

肉盛溶接を施す部分の軸方向の長さ決定にあっては１本
圧延機の最大圧延荷重が５００トンであり、ロール軸方
向のスラスト荷重としては圧延荷重め約３０％、すなわ
ち１５０トン程度の負荷が予想される。

従って、肉盛溶接部１８で１５０トンの荷重に耐え得る
ように設吐−した。

肉盛溶接部１８の必要長さｔは次式で示される。

ｔ≧□□ ２πｒ・τ。

ここに　ｒ　ニスリーブ内半径 Ｐ　ニスラスト荷重 τ、：溶接部の剪断疲労強度 肉盛溶接部１８の剪断疲労強度゛は軟鋼肉盛部で９Ｋｇ
／＋ｍ２程度であることが実験的に得られている。ここ
では衝撃的な荷重および疲労強度のばらつきを考慮し安
全率を３にとり、許容剪断応力を３Ｋｇ／１ＩＩＩ２と
して設計した。その結果、肉盛溶接部１８の必要長さｔ
は計算上では８６ｍ以上となったので、この部分の長さ
を実機では９０ｍとした。ここに、余長部１５の長さは
２４５■であるので９０簡を差引いた１５５■に相当す
る部分にリングを嵌合することにした。

軸部に嵌合するだめの胴部スリーブ１７は鋳鉄、鋳鋼、
鍛鋼又は焼結合金のいずれも適用可能であるが、ここで
は耐摩耗性を重視し、化学組織を重量比でＣ；２．５％
、Ｃ１二８％、Ｍ、；５％、Ｗ；５％、ｖ；２％、その
他、不純物とＦ、から成る。高速度鋼系統の焼結合金材
のスリーブを使用した。鍛鋼製スリーブのように強靭性
を持った材料では胴部スリーブの燐源めと溶接止めを併
用することが可能であるが、ここでは伸びが少ない焼結
合金を用いるので燐源めは行なわなかった。すなわち、
燐源め代零を狙いスリーブ内径を軸径同様φ１８５十０
．０５ｍｇに加工した。嵌合はスＩＪ−プを２００Ｃに
予熱した。

胴スリーブ１７を軸部に嵌合する際、余長部１４の胴部
側には凹凸状の段部が形成されているので、胴スリーブ
１７を燐源めすることなくして円周方向のずれを防止で
きる。

胴スリーブ１７を軸部に嵌合後、この胴部ＩＪ　−プ１
７に当接するようにしてリング１９を嵌合した。リング
１９についても燐源め代を設け、胴スリーブ１７の軸方
向のずれを拘束することも可能であるが、余長部１５の
長さが十分あり、肉盛溶接のみで胴スリーブのずれを拘
束することができる。そこでリング１９の内径をφ１８
５±０．５ａｏ＊と燐源めの効果を期待しないこととし
た。

胴スリーブ１７およびリング１９を嵌合後、ただちに余
長部１５の部分に対し常温下で軟鋼棒を使用して余長部
径がφ２４０咽になるまで肉盛りを行い、肉盛溶接部１
ｓｔ−形成した。肉盛終了３日後、ロール全体を旋盤加
工、研磨機加工を行ない仕上げた。

上記方法で製造されたロールはステンレス板圧延用ロー
ルとして実機で使用されたが、胴スリーブ１７がずれる
ことなく、使用することが出来た。

一定期間、使用後、本ロールは廃却されたが。

軸部についてはスリーブ抜取り後、余長部１５の部分に
残された軟鋼肉盛り下地を利用し、再びスリーブ、リン
グを作製し、上記と同様の工程により新らたなスリーブ
組立てロールを製造した。

なお、軸受の端面が接触する肉盛溶接部の軸受側端面で
は溶接材自体では耐摩耗性が劣るのでステライト肉盛、
高合金材溶接肉感などを施すことが望ましい。

本発明によれば、軸部に嵌合されたスリーブの軸方向の
移動を拘束することができるので、スリーブに高台金、
高硬度の耐摩耗性に優れた材料をクラックの発生を防止
した状態で燐源めすることが可能となり、このため軸材
比は曲げおよびこのロールを駆動する場合には高いトル
クに対して耐え得る剪断強度を持った材料を適用するこ
とができる。また粉末冶金からなるスリーブを割損を生
じさせることなく軸部に嵌合することが容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される圧延用ロールの形状の一例
を示す側面図、第２図は本発明における軸部の一例を示
す側面図、第３図は第２図の軸部に嵌合される胴スリー
ブを一部断面で示す側面図。 第４図は第２図の全長部に嵌合される分割リングを示す
説明図、第５図は分割リングを用いた本発明の一例を示
す説明図、第６図は現行圧延機の胴径／胴長比から求め
られる単独燐源め方式によるスリーブロールの寸法的限
界値を示す図、第７図はスリーブ内面に発生するスリー
ブのずれを拘束するに必要な面圧力とスリーブ外面に発
生する円周方向引張応力の関係を示す図、第８図は本発
明が適用される圧延用ロールの形状の他の例を示す図、
第９図は本発明の他の例を示す説明図である。 １・・・軸受部、２・・・胴部、３，４・・・余長部、
５・・・スリーブ、６・・・軸部、７・・・リング、８
・・・軸受部、９・・・胴部、１０・・・余長部、１１
・・・スリーブ、１２・・・固定用スリーブ、１３・・
・段部、１４．１５・・・余長部、１６・・・軸受部、
１７・・・スリーブ、１８・・・肉盛早　　６　　図 第　　７　　目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、軸受部と胴端部との間に余長部を有する圧延用スリ
   ーブロールにおいて、前記余長部に、一端側の局面がス
   リーブの端面に当接するようにしてリングを嵌合させた
   ことを特徴とする圧延用スリーブロール。 ２、前記余長部に分割型の２個以上のリングを嵌合し、
   これらのリング間を溶接固定した特許請求の範囲第１項
   記載の圧延用スリーブロール。 ３、前記全長部にリングを燐源めした特許請求の範囲第
   １項記載の圧延用スリーブロール。 ４、　前記リングのスリーブの端面と当接する面と反対
   側に溶接肉盛部を設けた特許請求の範囲第１項記載の圧
   延用スリーブロール。