JPS5930484B2 - 複合スリ−ブ焼嵌めロ−ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主として圧延用ワークロールに見る胴部と軸段
部及び軸受部との段差の小さな形状のロールにおいて、
胴部を取替可能な複合スリーブで形成したものに関する
。

鉄鋼圧延用ロールは直接圧延材と接する胴部とロール軸
部とは要求される性質が異なり、そのため胴部は耐摩耗
性、耐熱亀裂性の優れた材料とし、ロール軸部を強靭性
に富んだ材料とするいわゆる複合ロールが多く使われて
いる。

又、胴部が廃却径まで摩耗したり、クランクが発生した
場合、ロール全体を廃却すると不経済であり、このため
胴部な取替可能なスリーブとするスリーブ組立ロールも
採用されている。

即ち、胴部表面に要求される性質に適した材料から成る
スリーブを、強靭材から成るロール軸に焼嵌めし、スリ
ーブが廃却径にな′れば捨ててしまい、新しいスリーブ
を再組立て使用に供するのであり経済的である。

例えば、ホットストリップミル仕上げスタンドや祖スタ
ンドのワークロールには、外層を高合金グレン材、芯材
を高級鋳鉄やダクタイル鋳鉄とした上記複合ロールが多
く用いられている。

一方、これらワークロールの形状は第１図に示すように
、その胴部新品径ａと軸段部径す及び軸受部径Ｃとの差
が小さく、その比率はｂ ／ ａ ＝ ０．６〜０．８
２ｃ／ａ＝０．５５〜０．６５となる場合が多い。

斯る形状のロールにおいて、胴部のみをスリーブで組立
ると、この胴部スリーブの肉厚が小さくなり、焼嵌め法
にて組立てることが困難となる。

これを説明すると、一般に焼嵌めによりスリーブをロー
ル軸に外嵌固定する場合には、焼嵌めによる締付力によ
って圧延に必要なトルクをロール軸からスリーブに伝達
するのであるが、伝達トルクを大きくするためには焼嵌
めによる締付力を大きく、つまり焼嵌め代を大きくする
必要がある。

又胴部スリーブは圧延時に（特に熱間圧延時）熱により
膨張するのであり、この温度弛緩による焼嵌め締付力の
低下を考慮して、その分だけ余分に焼嵌め代を大きくす
る必要がある。

従って常時円滑にロール軸からの必要なトルクが伝達さ
れるためには胴部スリーブに要求される焼嵌め代は相当
大きなものとなる。

これに伴い、胴部スリーブ内面には接線方向に大きな引
張応力が発生し、スリーブ自体の強度が不足するとスリ
ーブが破壊することになり、胴部スリーブの材質の選定
には強度の制限が付加される。

一方、胴部スリーブはその使用目的から本来耐摩耗性の
優れた高硬度の材料であることが望ましいが、硬い材料
は強度面で劣る傾向があり、従って、胴部スリーブに耐
摩耗性の優れた材料を選定することには限界がある。

特に上記の如くスリーブ厚さを大きくとれない場合では
スリーブに充分大きな強靭性が要求され、単一材質から
成るスリーブを焼嵌め法により組立てることは実質的に
不可能であった。

本発明はこのような事実に基づいて、胴部径と軸段部径
及び軸受部径との差の小さい形状のロールにおいても、
スリーブ組立方式が有効に導入で叡 しかもスリーブの
寿命が長いものとなるような複合スリーブを使用するも
のであり、その特徴とする処は、胴部の片肉使用厚さＬ
３が胴部新品径ａの４．０〜７５％である圧延用ロール
において、全体の厚さｔｌ が胴部新品径ａの９．０〜
２０．０％で、且つ胴部新品径ａの４．５〜１０．０％
の厚さｔ２の高合金グレン材、高合金チルド材等の高合
金鋳鉄から成る外層と、アゲマイト材、鋳鋼材等の鋼系
材から成る内層を有すると共に、９００℃以上の温度で
高温拡散熱処理した後、８０℃／ｈｒ〜２００℃／ｈｒ
の冷却速度で焼準し焼戻された複合スリーブがロール
の胴部に焼嵌めにて組立てられた点にある。

以下本発明を詳細に述べる。

一般に４重圧延機のワークロールの形状は胴部径と軸段
部径及び軸受部径との差が小さく、第１図にお（・て、
胴部新品径ａを１とすると、 軸段部径ｂ ＝ ０．６〜０．８２ 軸受部径ｃ ＝０．５５〜０．６５ 廃却径ｄ＝０．８５〜０．９５ である。

従って第２図において胴部片肉使用厚さｔ３は ｔｓ ： （ａ ｄ ）／ ２ ＝０．０４〜０．
０７５即ち胴部新品径ａの４０〜７．５％となる。

一方、胴部のみにスリーブを組込む場合には、この胴部
スリーブの内径ｅは軸段部径すよりも大きくなり、胴部
スリーブ厚さｔｌ は ｔ、：（ａ ｅ）／２≦（ａ−ｂ）／２＝０．０９〜０
．２即ち胴部新品径ａの９．０〜２０．０％となり、廃
却径ｄになったときのスリーブ厚さく １．−１３）は
ｔ、−ｔ３： （０，０９−００７５）〜（０，２−０
，０４）＝０．０１５〜０．１６となるが、実際には胴
径の大きいロールでは胴部片肉使用厚さｔ３がより大き
く、又胴部新品径ａと軸段部径すの段差の犬ぎいロール
ではｔ３が犬きく、この段差の小さいロールではｔ３が
小さくなるので、一般的には廃却時のスリーブ残り厚さ
くｔｌ−ｔ３）は ｔ、−ｔ３； （０，０９−０，０４）〜（０，２−０
，０７５）＝０．０５〜０．１２５となる計算の場合が
多い。

本発明では、廃却時のスリーブ残り厚さく１゜−ｔ３）
が胴部新品径ａの５．０〜１２．５％となる場合につい
て述べる。

従来ワークロールでその胴部表面部に主に用いられてい
る材料としては以表のものがある。

上表の高合金鋳鉄材で胴部スリーブを形成した場合、廃
却径ｄとなったときにスリーブ残り厚さく１ｌ−１３）
が胴部新品径ａの５．０〜１２．５％しかないと、圧延
圧力に耐えないばかりか、焼嵌めによってスリーブを組
立ると、・焼嵌め時にスリーブ内面に発生する引張応力
に耐えず破壊することになる。

即ち、これらの高合金鋳鉄は高硬度で耐摩耗性には優れ
ているが、強度的には比較的弱いものであり、従って、
スリーブ残り厚さくｔｌ−１３）がこのように小さい場
合には、少なくともスリーブ内層が上記のものであって
は不適である。

この対策として、胴部スＩＪ −、−ブは単一材ではな
く、外層は高硬度の耐摩耗材、内層は強靭材とする複合
スリーブを使用すると良い。

ところで一般に複合ロールにおいては、外層を高台金グ
レン材や高合金チルド材等の耐摩耗性鋳鉄材とすると、
芯材は高級鋳鉄やダクタイル鋳鉄とする場合が多いが、
これは外層の高合金鋳鉄材は鋳造歪取熱処理のみによっ
て所望の組織及び硬度が得られ、これと同時に芯材も熱
処理を受けるので、芯材としてはこの熱処理でその材料
としての十分な強度の得られる利点のある高級鋳鉄やダ
クタイル鋳鉄とするのである。

しかしこの場合芯材の強度としては、 高 級 鋳 鉄：引張強度 １５〜３０ｋｇ／ｍｄダ
クタイル鋳鉄： ｔｔ ３０〜６ ｏｋｇ
／ｍｍとなる。

しかるに前述の如き形状のロー次に用いる複合スリーブ
の場合では、焼嵌め法によりスリーブをロール軸に固定
すると、使用時の大きな熱影響によってスリーブが膨張
するので一定以上の焼嵌め締付力も維持するためには焼
嵌め代を大きくする必要があり、これに伴いスリーブ内
面には大きな引張応力が発生する。

又ロールの形状とそれによるスリーブ使用厚さｔ３の制
限から廃却時のスリーブ残り厚さく１．−１３）が少な
いので、大きな圧延圧力に耐えるべくスリーブ内層は充
分な強度が必要である。

更に片肉使用厚さｔ３だげスＩＪ−ブが摩耗しても、ス
リーブ外層（耐摩耗性材を使用）の厚さｔ２に余裕がな
げれば、圧延圧力に耐えきれず、スポーリング等の事故
を起す惧れがある。

即ち、廃却時の外層残り厚さく１２−１３）には余裕が
必要で、結果として、内層厚さくｔｌ−ｔ２）は益々薄
くなり、この薄い内層で上記目的の強度を確保するため
には内層材として高級鋳鉄やダクタイル鋳鉄では矢張り
強度が不足するのである。

即ち、薄い内層厚さくｔｌ−ｔ２）でも大きい焼嵌め代
に耐え圧延圧力に耐えるためには、内層材として上記ダ
クタイル鋳鉄の引張強度６０ｋｇ／ｌｎ１？ｔを超える
ものである必要がある。

而して、本発明では外層は耐摩耗性の優れた高硬度の高
合金グレン材、高合金チルド材等の高合金鋳鉄材とする
一方、内層材としては高い強靭性の得られるアダマイト
材、鋳鋼材等の銅系材を用いるのである。

この場合、複合スリーブ全体の厚さｔｌ としては前
述のように胴部新品径ａの９０〜２００％であり、その
外層厚さｔ２は、その廃却時においても充分余裕のある
残り厚さくｔ２−ｔ３ ）が得られる４、５〜１０．０
％とする。

以下本発明の複合スリーブの熱処理について述べる。

外層の高合金グレン材或いは高合金チルド材は３００°
Ｃ〜５００℃の鋳造歪取熱処理で所望の組織、硬度が得
られるが、内層のＣ：２．０％以下のアダマイト材或い
は鋳鋼材では、所望の強靭性を得るためにはこのような
低温の熱処理では効果がなく、９００℃以上の高温拡散
熱処理及び粒状化熱処理を実施しなければならない。

しかるにこの複合スリーブでは勿論鋳造によって内層材
と外層材とが一体に結合しているものであり、内層材の
ために高温熱処理すれば当然外層材も高温熱処理される
ことになる。

本発明では本来高温熱処理しない外層の高合金鋳鉄材も
内層の鋼系材と同時に高温熱処理し、外層には耐摩耗性
、耐熱亀裂性を、内層にはダクタイル鋳鉄以上の強靭性
を付与するものである。

従って、遠心力鋳造法等より鋳造した複合スリーブは９
００°Ｃ〜１０５０℃の高温拡散熱処理された後、少な
くとも９００℃〜４００℃の温度までは８０℃／ｈｒ〜
２００℃／ｈｒの冷却速度で急冷焼型し、しかる後４０
０℃〜５００℃程度の温度で焼戻し熱処理を実施する。

この際、９００℃〜１０５０℃の拡散熱処理時間として
は、外層の高合金鋳鉄が黒鉛化する場合もあるので、目
標とする黒鉛量及び成分によって適宜選定する必要があ
る。

９００℃からの冷却速度が遅すぎると外層の基地組織が
軟かくなりすぎ、逆に速すぎると割れを発生する危険が
あり、８０℃／ｈｒ〜２００℃／ｈｒの範囲の冷却速度
とする。

そして歪取温度は外層材の成分や必要とする硬度に応じ
て選定するのである。

尚、複合スリーブを９００℃から急冷する場合、内層の
鋼系材が焼入れ組織となるのを防ぎ、靭性が確保できる
よう内層の冷却速度は遅い方が望ましいので、例えばス
リーブの両端開口部を閉塞し、スリーブ内面からの冷却
を防止するようなカバーを付設する等の手段を講じると
良い。

上記の外層を高合金鋳鉄、内層をｃ：２．０％以下の鋼
系材とした複合スリーブの製造法としては、遠心力鋳造
法で２段鋳造すれば良℃・。

この場合内層材の方が凝固温度が高し・ため、内層鋳込
時に外層材が溶損する慣れがあるが、内層の鋳込温度及
び鋳型の回転数を適宜選定すれば問題なく、所望の複合
スリーブが容易に製造できる。

而して、斯くの如き複合スリーブは強靭なロール軸に計
算された炉液め代にて炉液めされ、本発明の複合スリー
ブ焼嵌めロールが製造される。

本発明の具体的実施例を挙げれば以下に示す通りである
。

実施例 ロール胴部新品径ａ ： ７５０關 ロール胴部長さ寸法：１７２７關 ロールの廃却径ｄ：６７０ｍｍ 胴部の片肉使用厚さｔ３ ：４０ｍｍ（胴部新品径ａの
５３％） のロールにおいて、複合スリーブとして スリーブ内径ｅ：５５０ｍｍ スリーブ全体厚さｔ、 ： １００ｍｍ（胴部新品径
ａの１３．３％） スリーブ外層厚さｔ２ ：５０ｍｍ（胴部新品径ａの６
．６％） スリーブ内層厚さく ｔｌ−ｔ２） ： ５０ｍｍ廃却
時の外層残り厚さく ｔ２− ｔ３ ） ： １０ｍｍ
であり、成分として下表のものを使用した。

この複合スリーブを９５０℃で８ ｈｒ拡散熱処理した
後、９００℃から１２５℃／ｈｒの速度で急冷し、４０
０℃で３０ ｈｒ歪取り及び調質熱処理を行なった。

その結果、外層の硬度はＨｓ ７７となり、耐摩耗性に
優れた高合金グレン組織となった。

一方内層は硬度Ｈｓ４３、引張強度７０〜７７に９／ｍ
ｍとなり、当初の目標とする強度が得られた。

この複合スリーブは炉液め代δ＝０．４ｍｍ（半径）に
て高級鋳鉄材から成るロール軸に炉液め組立てられた。

これによって、廃却時にはスリーブ内面に１２．２ ｋ
ｇ／、、ｊの引張応力が発生するのであるが、上記強度
の内層材では十分な安全率が確保され、使用条件から考
えて、目標とする品質の複合スリーブ焼嵌め組立ロール
が提供できた。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、胴部をス
リーブ組立式とした場合に廃却時のスリーブ残り厚さが
小さくて、実質的に炉液めによるスリーブ組立方式の採
用が不可能であったロールにおいても、外層は耐摩耗性
、耐熱亀裂性に優れた高合金鋳鉄材とし、内層は高い強
靭性の得られる鋼系材とすることにより、スリーブ自体
の寿命が長いと共に、耐事故性に富んだ高性能の複合ス
リーブ炉液めロールが得られたのであって、従って４重
圧延機のワークロール等に見る胴部径と軸段部径及び軸
受部径の差が小さく、しかも、スリーブ厚さが充分大き
くとれない形状のロールにおいても有効にスリーブ組立
方式が導入でき、これによる経済性の改良効果は著しい
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はワークロールの形状説明図であり、第２図はそ
の要部拡大図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 胴部の片肉使用厚さｔ３が胴部新品径ａの４．０〜
   ７５％である圧延用ロールにおいて、全体の厚さｔｌ
   が胴部新品径ａの９．０〜２０．０％で、且つ胴部新品
   径ａの４．５〜１０．０％の厚さｔ２の高合金グレン材
   、高合金チルド材等の高合金鋳鉄材から成る外層と、ア
   ダマイト材、鋳鋼材等の鋼系材から成る内層を有すると
   共に、９００℃以上の温度で高温拡散熱処理した後、８
   ０℃、／ｈｒ〜２００℃／ｈｒの冷却速度で焼準し焼戻
   された複合スリーブがロールの胴部に焼嵌めて組立てら
   れたことを特徴とする複合スリーブ焼嵌めロール。