JPS6113895B2 - - Google Patents
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Description
本発明はスラブ連続鋳造用のピンチロール、ガ
イドロール等に用いられる組立式ロールに関する
ものであり、ロール材料とロール構造の両面から
その耐用寿命を延長することを目的としている。 従来、この種ロールとして用いられているもの
は、第1図のようなスリーブロールと第2図のよ
うなソリツドロールに大別される。スリーブロー
ルは、ロール軸2′の外周にスパイラル状の水冷
溝9を設けて、これにスリーブ1′を嵌め込んで
溶接固定4により一体化したものであり、ロール
軸2′は普通鋼で形成され、スリーブ1′はCr−
Mo系低合金鋼で形成されるのが普通である。一
方ソリツドロール2″は、ロール全体がCr−Mo
系低合金鋼で形成され、主にその鍛造品が使用さ
れる。(第2図中3は軸心部の冷却水孔を示す)
しかるに、上記のような従来ロールにあつては、
構造的にも材質的にも次のような欠点がある。 すなわち、スリーブロールでは、第1図のよう
にスリーブ内面は水冷され外面は高温スラブと接
触しその温度勾配が大となり、発生する熱応力に
よるクラツクの発生・進展が著しくなり、その結
果寿命が短縮されることが多い。またロールに負
荷される力により曲げ応力も大となるが、この場
合スリーブ1′とロール軸2′とが全長に亘り密着
状態にあれば曲げ応力の集中が起り難いが、実際
にはそのスパイラル溝凸部10とスリーブ内面と
は接しておらず、また長時間の使用で凸部10が
腐食を受けてその間隙が更に大きくなる傾向にあ
り、このギヤツプが大きくなるとスリーブ1′の
軸方向中央部に応力集中を起し、スリーブ1′に
クラツクが発生しそれが早期に進展してついには
破断を起し、冷却水の噴き出し事故を発生する。
この場合、勿論連鋳作業は中断を予儀なくされ
る。そして又、この種スリーブロールでは、使用
中にそのスパイラル水冷溝9に腐食生成物や水垢
などが堆積して冷却水が流れなくなることも起り
易く、この場合にはその水洩れ防止リング11よ
り冷却水が噴き出したり、スリーブ1′の温度が
上昇する等の問題をきたす。 一方ソリツドロールの場合では、その表面が高
温スラブと接触して加熱され、次の瞬間には水冷
されるという苛酷な繰返しの加熱−冷却を受ける
ためヒートクラツクを発生し、そこに曲げ応力が
集中するとクラツクが急速に進展してついにはロ
ール折損事故を起し、やはり連鋳作業の中断を予
儀なくされることの多い欠点がある。そこで、よ
り耐ヒートクラツク性に優れた高級材料を使用す
ることも提案されるが、この場合にはロール全体
を高級材料で形成しなければならず、採算的に引
合わないものとなる。またロールの材料特性を高
めるためには焼入、焼戻し処理を行なわなければ
ならないが、この場合にはロール全体にこの熱処
理を施すことが困難であり、十分な材料特性を確
保出来ないのが実情である。 従来ロールは以上のような主として構造上の問
題の他、ロール材料についても改善すべき点があ
る。すなわち、上記スリーブロール又はソリツド
ロールでは、そのスリーブ又はロール全体にCr
−Mo系低合金鋼(例えば1%Cr−0.3%Mo鋼)
が主として使用されているが、これは普通鋼に比
較するとより優れたロール材質ではあるものの、
この種連鋳ロールに要求される特性特に耐ヒート
クラツク性の点についてみると、なお不十分なも
のである。 以上のような欠点乃至問題点に鑑みて、本発明
はロール材料とロール構造の両面からこの種連鋳
用ロールの耐用寿命を延長することのできる新規
の組立式ロールを提供せんとするものである。 本発明で使用するロール材料即ちスリーブ用合
金についてから述べると、その特徴とする化学組
成は次の通りである。 第1発明については、 C:0.01〜0.20% Si:0.1〜2.0% Mn:0.1〜2.0% Cr:10〜14% N:0.02〜0.20%かつC+N:0.03〜0.35
% 残部は不純物を除き実質的にFe。 第2発明については、 C:0.01〜0.20% Si:0.1〜2.0% Mn:0.1〜2.0% Cr:10〜14% N:0.02〜0.20%かつC+N:0.03〜0.35
% なる第1発明合金の主要成分に、その性質を一
層改良するため、 Ni:0.1〜5.0% Mo:0.1〜2.0% V:0.01〜0.3% W:0.1〜2.0% のうち1種又は2種以上を含み、残部は不純物
を除き実質的にFe。(以上の各成分は重量%を意
味する) 本発明合金はスラブ連鋳ロール用合金として特
に優れた性質を発揮するよう上記の如く構成した
ものであるが、その各成分範囲の限定理由につい
て下記に説明する。 すなわち、本発明のロールはそのロール構造
上、後述のようにその負荷応力が専らロール軸に
よつて充分耐え得るように工夫して設計されるも
のであるため、スリーブに要求される最大の要因
は、繰返しの加熱・冷却を受けてもヒートクラツ
クが発生し難いことである。また、ロール表面は
高温スラブと接触し高温酸化も受ける上に、冷却
水による水の腐食も重なり、これらの要因も重要
であつて、合金組成は特にこれらの点に基づいて
選定される。 Cは耐ヒートクラツク性の点からは低い程望ま
しいが、通常の大気溶解では0.01%以下にするの
が困難であり、このため0.01%をその下限とす
る。Cは高くなると強度や硬度を増大し、負荷荷
重の支持力が強化されたり耐摩耗性が向上される
という利点があるものの、靭性が低下する上に耐
ヒートクラツク性が著しく低下して好ましくな
く、その上限を0.2%とする。 Si,Mnは共に脱酸元素として作用し、0.1%程
度は必然的に含まれるものであるが、2.0%以上
添加してもその効果がなく、特にSiの場合では靭
性低下を招き有害であつて、共に0.1〜2.0%が適
当な範囲である。 Crは本発明のスリーブ合金において最も有効
な元素である。耐熱性、耐食性に加えて耐ヒート
クラツク性という重要なる要因を同時に満足させ
るためには、10%以上のCrを含むことが必要で
ある。しかし、14%を越えると靭性の低下が生
じ、耐ヒートクラツク性が低下すると共に発生し
たクラツクの成長進展も容易となつて好ましくな
い。 Nは上記スリーブ合金の基本成分(C,Si,
Mn,Cr)に少量添加されて一段とその特性を向
上させるのに有効な元素である。即ち、0.02%以
上含まれると合金の強度と靭性を向上させる上
に、連鋳用ロールとして最も重要な耐ヒートクラ
ツクを大巾に向上させ、極めて有効に作用するも
のである。しかし乍ら、0.20%を越えて加えられ
ると、スリーブ品質に対して好ましくないピンホ
ールのようなガス欠陥が発生し易くなり、更には
靭性低下も著しくなるので、逆に耐ヒートクラツ
ク性も低下してくる。 なお、Nはその適当範囲ではCと類似した作用
を果す元素であり、従つて両者共にその上限近く
まで含まれる時には耐ヒートクラツク性の確保の
上で好ましくない結果も生じ易く、かかる点によ
りCとNとの総和C+Nを0.03〜0.35%の範囲に
抑えるようにする必要がある。 スリーブ合金として用いられる第1発明合金は
以上の成分組成により十分優れた性能を発揮し得
るものとなるのであるが、第2発明合金はこの主
要成分に、Ni,Mo,V,Wの合金元素を単独又
は複合して添加し、一層優れた耐ヒートクラツク
性を具備せしめるようにしたものであり、その各
成分範囲限定理由は次の通りである。 Niは0.1%以上でその添加効果が明らかとなり
優れた耐ヒートクラツク特性を示すが、5%を越
えるとその添加の効果も飽和し、むしろ熱膨張率
が大きくなりスリーブ材料として好ましくなくな
り、また高価なNiを多量に使用することは経済
的にも不利である。 Mo,WもNiと同様耐ヒートクラツク性の向上
に有効な元素で、各0.1%以上の添加でその効果
を発揮するが、2%を越えると逆に靭性を低下さ
せる傾向があり、且つ高価であるため両元素共こ
れ以上添加量を増加することは経済的にも好まし
くない。 Vもやはり耐ヒートクラツク性を向上させる有
効な元素で、0.01%以上の添加でその効果を発揮
するが、0.3%を越えるとその効果も飽和し、同
じく高価な元素であつてこれ以上の添加は経済的
にも好ましくない。 以上に述べた第1発明合金又は第2発明合金
は、後に詳しく説明するような構造の組立式ロー
ルにおけるスリーブ材料として用いられるのであ
るが、このような合金組成のものを経済的に且つ
高品質に所定のスリーブ材料とするためには、遠
心力鋳造によりスリーブを製造するのが最も適し
ている。また、この合金材料スリーブは、その耐
熱性、耐食性、耐摩耗性及び耐ヒートクラツク性
を更に十分満足できる状態に高めるため、鋳造
後、950〜1080℃に加熱保持後焼入し(水冷、油
冷、空冷のいずれの焼入れも可)、次いで600〜
750℃に再加熱して焼戻しする熱処理を施すこと
が有効である。 次に本発明組立式ロールのロール構造について
述べる。上記のようなスリーブ材料として優れた
特性を有するものを採用しても、そのロール構造
が適しなければその材料特性を十分に活用するこ
とができないことに注意すべきである。しかし
て、本発明の組立式ロールでは、従来のスリーブ
ロールやスリツドロールとは異なり、第3図又は
第4図に示す如く、そロール軸2とこれを外包す
るスリーブ1とから成り、スリーブ1をロール軸
2に密着状態の下に焼嵌めて組立られるものであ
る。すなわち、スリーブ1がロール軸2に密着状
態に焼嵌めされて成るロール構造では、ロールに
かかる負荷をスリーブ2とロール軸1の両方で負
担することができるので、スリーブ表面にヒート
クラツクが発生してもその進展が遅く、また万一
クラツクが進展してスリーブ1が折損してもクラ
ツクはそのスリーブ1内に留まり、ロール軸2に
までクラツクが連続することはないので、連鋳作
業が中断されることもなく、水洩れを生じるおそ
れもない構造上の利点が得られる。この場合、ス
リーブ1はその耐用寿命により定期的に取替られ
るが、ロール軸2は半永久的に使用でき、しかも
スリーブのように高級材料を必要とせず、単なる
構造用材料として普通鋼もしくは低合金鋼の使用
で十分となる。そして、ロール軸2に冷却水の通
路を設ける場合では、従来のスリーブロールのよ
うな複雑なスパイラル水冷溝は勿論不要で、その
軸心部にのみ水冷孔3を有するものとすれば良
い。 なお、第3図に示す構造は、焼嵌め後スリーブ
1の片端部5を溶接固定4し、他方を自由端部6
とした場合であり、一方第4図に示す構造はその
両端部を自由端部6,6とした場合を示してい
る。ただし、第4図の構造では、図示されていな
いが、スリーブ1のズレを防止するためその片端
又は両端において、ロール軸外面とスリーブ内面
に軸方向の溝を切り、この溝に割ピンを係入する
などしてスリーブ1のズレを防止する対策を講ず
る必要がある。 さて、スリーブ1をロール軸2に焼嵌めて組立
ロールを製作するに当つては、次のような問題に
ついて考慮すべきである。すなわち、組立ロール
では連鋳された高温スラブと接しながら長時間運
転使用されると、スリーブ1だけが加熱されて軸
方向に伸びようとする。この際、第3図のように
片端固定の場合では、その片端部5は固定4され
ていて、他方の自由端部6で伸びなければならな
いが、この自由端部6はほとんど加熱されない
(通常スラブは中央部で接し、端部側では接触し
ない)ため、この自由端部6でキツク焼嵌め固定
されているとスリーブ1が軸方向に伸長できず、
これがためスリーブ1にフクレ変形を来たすこと
がある。これは第4図のような両端自由の場合で
も、やはりその両自由端部6,6の固定がキツイ
と同様に生じる現象である。 また次のような問題についても考慮する必要が
ある。すなわち、連続鋳造に使用されている状態
でのスリーブ1の温度分布は、高温スラブ7との
接触によつて、第5図のように中央部が高く両端
部が低いクラウン型の温度分布になるものと考え
られる。しかるに、スリーブ1とロール軸2との
焼嵌めが一様で常に密着状態に保持されれば問題
ないが、連鋳作業が幾チヤージも連続されたり、
製品スラブを冷却する冷却水がロールにかからな
い場合あるいはロール軸軸心部の水冷孔3の水量
が不十分である場合には、第5図のようなクラウ
ン型の温度分布に応じてスリーブ径が拡大(熱膨
張)し、スリーブ1とロール軸2とが離れてその
間に隙間を生じる(この場合も両端部においては
熱膨張によるフクレがなく、焼嵌め固定力が作用
してスリーブの移動が阻止される)。すると、こ
の部分ではロール軸2からの冷却作用が伝わらな
くなり、益々その温度が上昇して問題を来たす。
そして、この際スラブ7からスリーブ1に大きな
負荷を受けると、無理にその片端側でズレを起す
場合もあり、この場合には連鋳作業が終了した時
に、スリーブ1が元の寸法に収縮できず割れを発
生することにもなる。 このような問題点に対応すべく、本発明ではス
リーブ1をロール軸2に焼嵌めるに当つて、次の
ようにその焼嵌め代を工夫することを提案する。
すなわち、第3図のような片端固定の場合では、
スリーブ1の中央部8および固定片端部5は、
0.2〜1.0mmの大きな焼嵌め代とし、強い締結力で
軸2に固定するようにし、一方その自由端部6の
近傍(端から500mm程度以上)は、0〜0.2mmの小
さな焼嵌め代とし、弱い締結力で軸2に固定する
ようにするのである。また、第4図のような両端
自由の場合でも、やはり同様の趣旨で、その中央
部8は0.2〜1.0mmの大きな焼嵌め代とし、一方そ
の両自由端6,6近傍(端から100〜500mm程度の
長さ)は0〜0.2mmの小さな焼嵌め代とするもの
である。 このようにすると、いずれの場合もスリーブ1
の熱膨張による伸びをその自由端6で解放するこ
とができ、同時にスリーブ1とロール軸2との間
にギヤツプを生じることなく常時密着状態が確保
され、スリーブ1のフクレ変形や異常加熱をよく
防止することができ、その使用寿命の短縮につな
がる割れの発生・進展や摩耗を抑えることができ
る。 スリーブ1を部分的に異なる焼嵌め代でロール
軸2に焼嵌めするためには、予めロール軸2の外
径を、各部分において所定の焼嵌め代が得られる
ように加工しておくことが必要であり、最も理想
的には第6図に示すように、ロール外周面(スリ
ーブ焼嵌め面)を、第5図の使用状態におけるス
リーブ温度分布に応じてクラウン型Cに加工形成
することが提唱できる。 なお、スリーブ1の焼嵌め組立構造として、片
端固定の場合と両端自由の場合とを比較すると、
後者の場合では前者の場合よりもその自由端6,
6におけるスリーブ1の伸縮を半分以下とするこ
とが可能であつて、スリーブ1のフクレ変形や割
れ防止にはより有効なものであると云える。 以下本発明の実施例について述べる。 〈実施例〉 〔供試料〕各供試料は高周波溶解炉で溶解さ
れ、金型遠心力鋳造により外径160mm〓×28mmt×
220mmlの寸法の試験体に鋳造され、鋳造後1030℃
から油焼入し、680℃で焼戻しする熱処理を施し
た。次いで、外径150mm〓×23mmt×70mmlのリング
試験材に加工され、ヒートクラツク試験用材料と
した。 〔ヒートクラツク試験法〕供試料の外周表面を
100KC高周波加熱し、表面温度が550℃になると
同時に加熱を中止し、加熱面を水冷する。この加
熱・水冷を連続的に繰返し、供試料の表面にヒー
トクラツクが発生するまで続行した。つまり、こ
の試験法によれば、耐ヒートクラツク性に優れた
材料ほどクラツク発生までに多数回の加熱・水冷
の反復回数を要することになる。 第1表に各供試料の化学組成を示す、第2表に
はそのヒートクラツク試験結果を示す。 試験結果について説明すると、供試料No.1は普
通鋼、No.2,3は低合金鋼であるが、いずれもヒ
ートクラツクの発生は早い。No.4,5はCr元素
のみが本発明合金の範囲に属しないものである
が、この合金もヒートクラツクの発生は早い。No.
6はNを添加していないものであるが、その耐ヒ
ートクラツク性は不十分であることが判る。No.7
は逆にNが所定範囲を越えて多量に含まれ、しか
もそのN+C量も超過しているため、耐ヒートク
ラツク性の低下が認められる。またNo.8は各元素
がいずれも所定範囲内にあるものであるが、C+
N=0.37%と0.35%を越えているため、やはり耐
ヒートクラツク性に低下が認められる。これに対
し、本発明の第1発明合金又は第2発明合金に該
当するNo.9〜17のものでは、いずれも優れた耐ヒ
ートクラツク性を有することが確認される。
イドロール等に用いられる組立式ロールに関する
ものであり、ロール材料とロール構造の両面から
その耐用寿命を延長することを目的としている。 従来、この種ロールとして用いられているもの
は、第1図のようなスリーブロールと第2図のよ
うなソリツドロールに大別される。スリーブロー
ルは、ロール軸2′の外周にスパイラル状の水冷
溝9を設けて、これにスリーブ1′を嵌め込んで
溶接固定4により一体化したものであり、ロール
軸2′は普通鋼で形成され、スリーブ1′はCr−
Mo系低合金鋼で形成されるのが普通である。一
方ソリツドロール2″は、ロール全体がCr−Mo
系低合金鋼で形成され、主にその鍛造品が使用さ
れる。(第2図中3は軸心部の冷却水孔を示す)
しかるに、上記のような従来ロールにあつては、
構造的にも材質的にも次のような欠点がある。 すなわち、スリーブロールでは、第1図のよう
にスリーブ内面は水冷され外面は高温スラブと接
触しその温度勾配が大となり、発生する熱応力に
よるクラツクの発生・進展が著しくなり、その結
果寿命が短縮されることが多い。またロールに負
荷される力により曲げ応力も大となるが、この場
合スリーブ1′とロール軸2′とが全長に亘り密着
状態にあれば曲げ応力の集中が起り難いが、実際
にはそのスパイラル溝凸部10とスリーブ内面と
は接しておらず、また長時間の使用で凸部10が
腐食を受けてその間隙が更に大きくなる傾向にあ
り、このギヤツプが大きくなるとスリーブ1′の
軸方向中央部に応力集中を起し、スリーブ1′に
クラツクが発生しそれが早期に進展してついには
破断を起し、冷却水の噴き出し事故を発生する。
この場合、勿論連鋳作業は中断を予儀なくされ
る。そして又、この種スリーブロールでは、使用
中にそのスパイラル水冷溝9に腐食生成物や水垢
などが堆積して冷却水が流れなくなることも起り
易く、この場合にはその水洩れ防止リング11よ
り冷却水が噴き出したり、スリーブ1′の温度が
上昇する等の問題をきたす。 一方ソリツドロールの場合では、その表面が高
温スラブと接触して加熱され、次の瞬間には水冷
されるという苛酷な繰返しの加熱−冷却を受ける
ためヒートクラツクを発生し、そこに曲げ応力が
集中するとクラツクが急速に進展してついにはロ
ール折損事故を起し、やはり連鋳作業の中断を予
儀なくされることの多い欠点がある。そこで、よ
り耐ヒートクラツク性に優れた高級材料を使用す
ることも提案されるが、この場合にはロール全体
を高級材料で形成しなければならず、採算的に引
合わないものとなる。またロールの材料特性を高
めるためには焼入、焼戻し処理を行なわなければ
ならないが、この場合にはロール全体にこの熱処
理を施すことが困難であり、十分な材料特性を確
保出来ないのが実情である。 従来ロールは以上のような主として構造上の問
題の他、ロール材料についても改善すべき点があ
る。すなわち、上記スリーブロール又はソリツド
ロールでは、そのスリーブ又はロール全体にCr
−Mo系低合金鋼(例えば1%Cr−0.3%Mo鋼)
が主として使用されているが、これは普通鋼に比
較するとより優れたロール材質ではあるものの、
この種連鋳ロールに要求される特性特に耐ヒート
クラツク性の点についてみると、なお不十分なも
のである。 以上のような欠点乃至問題点に鑑みて、本発明
はロール材料とロール構造の両面からこの種連鋳
用ロールの耐用寿命を延長することのできる新規
の組立式ロールを提供せんとするものである。 本発明で使用するロール材料即ちスリーブ用合
金についてから述べると、その特徴とする化学組
成は次の通りである。 第1発明については、 C:0.01〜0.20% Si:0.1〜2.0% Mn:0.1〜2.0% Cr:10〜14% N:0.02〜0.20%かつC+N:0.03〜0.35
% 残部は不純物を除き実質的にFe。 第2発明については、 C:0.01〜0.20% Si:0.1〜2.0% Mn:0.1〜2.0% Cr:10〜14% N:0.02〜0.20%かつC+N:0.03〜0.35
% なる第1発明合金の主要成分に、その性質を一
層改良するため、 Ni:0.1〜5.0% Mo:0.1〜2.0% V:0.01〜0.3% W:0.1〜2.0% のうち1種又は2種以上を含み、残部は不純物
を除き実質的にFe。(以上の各成分は重量%を意
味する) 本発明合金はスラブ連鋳ロール用合金として特
に優れた性質を発揮するよう上記の如く構成した
ものであるが、その各成分範囲の限定理由につい
て下記に説明する。 すなわち、本発明のロールはそのロール構造
上、後述のようにその負荷応力が専らロール軸に
よつて充分耐え得るように工夫して設計されるも
のであるため、スリーブに要求される最大の要因
は、繰返しの加熱・冷却を受けてもヒートクラツ
クが発生し難いことである。また、ロール表面は
高温スラブと接触し高温酸化も受ける上に、冷却
水による水の腐食も重なり、これらの要因も重要
であつて、合金組成は特にこれらの点に基づいて
選定される。 Cは耐ヒートクラツク性の点からは低い程望ま
しいが、通常の大気溶解では0.01%以下にするの
が困難であり、このため0.01%をその下限とす
る。Cは高くなると強度や硬度を増大し、負荷荷
重の支持力が強化されたり耐摩耗性が向上される
という利点があるものの、靭性が低下する上に耐
ヒートクラツク性が著しく低下して好ましくな
く、その上限を0.2%とする。 Si,Mnは共に脱酸元素として作用し、0.1%程
度は必然的に含まれるものであるが、2.0%以上
添加してもその効果がなく、特にSiの場合では靭
性低下を招き有害であつて、共に0.1〜2.0%が適
当な範囲である。 Crは本発明のスリーブ合金において最も有効
な元素である。耐熱性、耐食性に加えて耐ヒート
クラツク性という重要なる要因を同時に満足させ
るためには、10%以上のCrを含むことが必要で
ある。しかし、14%を越えると靭性の低下が生
じ、耐ヒートクラツク性が低下すると共に発生し
たクラツクの成長進展も容易となつて好ましくな
い。 Nは上記スリーブ合金の基本成分(C,Si,
Mn,Cr)に少量添加されて一段とその特性を向
上させるのに有効な元素である。即ち、0.02%以
上含まれると合金の強度と靭性を向上させる上
に、連鋳用ロールとして最も重要な耐ヒートクラ
ツクを大巾に向上させ、極めて有効に作用するも
のである。しかし乍ら、0.20%を越えて加えられ
ると、スリーブ品質に対して好ましくないピンホ
ールのようなガス欠陥が発生し易くなり、更には
靭性低下も著しくなるので、逆に耐ヒートクラツ
ク性も低下してくる。 なお、Nはその適当範囲ではCと類似した作用
を果す元素であり、従つて両者共にその上限近く
まで含まれる時には耐ヒートクラツク性の確保の
上で好ましくない結果も生じ易く、かかる点によ
りCとNとの総和C+Nを0.03〜0.35%の範囲に
抑えるようにする必要がある。 スリーブ合金として用いられる第1発明合金は
以上の成分組成により十分優れた性能を発揮し得
るものとなるのであるが、第2発明合金はこの主
要成分に、Ni,Mo,V,Wの合金元素を単独又
は複合して添加し、一層優れた耐ヒートクラツク
性を具備せしめるようにしたものであり、その各
成分範囲限定理由は次の通りである。 Niは0.1%以上でその添加効果が明らかとなり
優れた耐ヒートクラツク特性を示すが、5%を越
えるとその添加の効果も飽和し、むしろ熱膨張率
が大きくなりスリーブ材料として好ましくなくな
り、また高価なNiを多量に使用することは経済
的にも不利である。 Mo,WもNiと同様耐ヒートクラツク性の向上
に有効な元素で、各0.1%以上の添加でその効果
を発揮するが、2%を越えると逆に靭性を低下さ
せる傾向があり、且つ高価であるため両元素共こ
れ以上添加量を増加することは経済的にも好まし
くない。 Vもやはり耐ヒートクラツク性を向上させる有
効な元素で、0.01%以上の添加でその効果を発揮
するが、0.3%を越えるとその効果も飽和し、同
じく高価な元素であつてこれ以上の添加は経済的
にも好ましくない。 以上に述べた第1発明合金又は第2発明合金
は、後に詳しく説明するような構造の組立式ロー
ルにおけるスリーブ材料として用いられるのであ
るが、このような合金組成のものを経済的に且つ
高品質に所定のスリーブ材料とするためには、遠
心力鋳造によりスリーブを製造するのが最も適し
ている。また、この合金材料スリーブは、その耐
熱性、耐食性、耐摩耗性及び耐ヒートクラツク性
を更に十分満足できる状態に高めるため、鋳造
後、950〜1080℃に加熱保持後焼入し(水冷、油
冷、空冷のいずれの焼入れも可)、次いで600〜
750℃に再加熱して焼戻しする熱処理を施すこと
が有効である。 次に本発明組立式ロールのロール構造について
述べる。上記のようなスリーブ材料として優れた
特性を有するものを採用しても、そのロール構造
が適しなければその材料特性を十分に活用するこ
とができないことに注意すべきである。しかし
て、本発明の組立式ロールでは、従来のスリーブ
ロールやスリツドロールとは異なり、第3図又は
第4図に示す如く、そロール軸2とこれを外包す
るスリーブ1とから成り、スリーブ1をロール軸
2に密着状態の下に焼嵌めて組立られるものであ
る。すなわち、スリーブ1がロール軸2に密着状
態に焼嵌めされて成るロール構造では、ロールに
かかる負荷をスリーブ2とロール軸1の両方で負
担することができるので、スリーブ表面にヒート
クラツクが発生してもその進展が遅く、また万一
クラツクが進展してスリーブ1が折損してもクラ
ツクはそのスリーブ1内に留まり、ロール軸2に
までクラツクが連続することはないので、連鋳作
業が中断されることもなく、水洩れを生じるおそ
れもない構造上の利点が得られる。この場合、ス
リーブ1はその耐用寿命により定期的に取替られ
るが、ロール軸2は半永久的に使用でき、しかも
スリーブのように高級材料を必要とせず、単なる
構造用材料として普通鋼もしくは低合金鋼の使用
で十分となる。そして、ロール軸2に冷却水の通
路を設ける場合では、従来のスリーブロールのよ
うな複雑なスパイラル水冷溝は勿論不要で、その
軸心部にのみ水冷孔3を有するものとすれば良
い。 なお、第3図に示す構造は、焼嵌め後スリーブ
1の片端部5を溶接固定4し、他方を自由端部6
とした場合であり、一方第4図に示す構造はその
両端部を自由端部6,6とした場合を示してい
る。ただし、第4図の構造では、図示されていな
いが、スリーブ1のズレを防止するためその片端
又は両端において、ロール軸外面とスリーブ内面
に軸方向の溝を切り、この溝に割ピンを係入する
などしてスリーブ1のズレを防止する対策を講ず
る必要がある。 さて、スリーブ1をロール軸2に焼嵌めて組立
ロールを製作するに当つては、次のような問題に
ついて考慮すべきである。すなわち、組立ロール
では連鋳された高温スラブと接しながら長時間運
転使用されると、スリーブ1だけが加熱されて軸
方向に伸びようとする。この際、第3図のように
片端固定の場合では、その片端部5は固定4され
ていて、他方の自由端部6で伸びなければならな
いが、この自由端部6はほとんど加熱されない
(通常スラブは中央部で接し、端部側では接触し
ない)ため、この自由端部6でキツク焼嵌め固定
されているとスリーブ1が軸方向に伸長できず、
これがためスリーブ1にフクレ変形を来たすこと
がある。これは第4図のような両端自由の場合で
も、やはりその両自由端部6,6の固定がキツイ
と同様に生じる現象である。 また次のような問題についても考慮する必要が
ある。すなわち、連続鋳造に使用されている状態
でのスリーブ1の温度分布は、高温スラブ7との
接触によつて、第5図のように中央部が高く両端
部が低いクラウン型の温度分布になるものと考え
られる。しかるに、スリーブ1とロール軸2との
焼嵌めが一様で常に密着状態に保持されれば問題
ないが、連鋳作業が幾チヤージも連続されたり、
製品スラブを冷却する冷却水がロールにかからな
い場合あるいはロール軸軸心部の水冷孔3の水量
が不十分である場合には、第5図のようなクラウ
ン型の温度分布に応じてスリーブ径が拡大(熱膨
張)し、スリーブ1とロール軸2とが離れてその
間に隙間を生じる(この場合も両端部においては
熱膨張によるフクレがなく、焼嵌め固定力が作用
してスリーブの移動が阻止される)。すると、こ
の部分ではロール軸2からの冷却作用が伝わらな
くなり、益々その温度が上昇して問題を来たす。
そして、この際スラブ7からスリーブ1に大きな
負荷を受けると、無理にその片端側でズレを起す
場合もあり、この場合には連鋳作業が終了した時
に、スリーブ1が元の寸法に収縮できず割れを発
生することにもなる。 このような問題点に対応すべく、本発明ではス
リーブ1をロール軸2に焼嵌めるに当つて、次の
ようにその焼嵌め代を工夫することを提案する。
すなわち、第3図のような片端固定の場合では、
スリーブ1の中央部8および固定片端部5は、
0.2〜1.0mmの大きな焼嵌め代とし、強い締結力で
軸2に固定するようにし、一方その自由端部6の
近傍(端から500mm程度以上)は、0〜0.2mmの小
さな焼嵌め代とし、弱い締結力で軸2に固定する
ようにするのである。また、第4図のような両端
自由の場合でも、やはり同様の趣旨で、その中央
部8は0.2〜1.0mmの大きな焼嵌め代とし、一方そ
の両自由端6,6近傍(端から100〜500mm程度の
長さ)は0〜0.2mmの小さな焼嵌め代とするもの
である。 このようにすると、いずれの場合もスリーブ1
の熱膨張による伸びをその自由端6で解放するこ
とができ、同時にスリーブ1とロール軸2との間
にギヤツプを生じることなく常時密着状態が確保
され、スリーブ1のフクレ変形や異常加熱をよく
防止することができ、その使用寿命の短縮につな
がる割れの発生・進展や摩耗を抑えることができ
る。 スリーブ1を部分的に異なる焼嵌め代でロール
軸2に焼嵌めするためには、予めロール軸2の外
径を、各部分において所定の焼嵌め代が得られる
ように加工しておくことが必要であり、最も理想
的には第6図に示すように、ロール外周面(スリ
ーブ焼嵌め面)を、第5図の使用状態におけるス
リーブ温度分布に応じてクラウン型Cに加工形成
することが提唱できる。 なお、スリーブ1の焼嵌め組立構造として、片
端固定の場合と両端自由の場合とを比較すると、
後者の場合では前者の場合よりもその自由端6,
6におけるスリーブ1の伸縮を半分以下とするこ
とが可能であつて、スリーブ1のフクレ変形や割
れ防止にはより有効なものであると云える。 以下本発明の実施例について述べる。 〈実施例〉 〔供試料〕各供試料は高周波溶解炉で溶解さ
れ、金型遠心力鋳造により外径160mm〓×28mmt×
220mmlの寸法の試験体に鋳造され、鋳造後1030℃
から油焼入し、680℃で焼戻しする熱処理を施し
た。次いで、外径150mm〓×23mmt×70mmlのリング
試験材に加工され、ヒートクラツク試験用材料と
した。 〔ヒートクラツク試験法〕供試料の外周表面を
100KC高周波加熱し、表面温度が550℃になると
同時に加熱を中止し、加熱面を水冷する。この加
熱・水冷を連続的に繰返し、供試料の表面にヒー
トクラツクが発生するまで続行した。つまり、こ
の試験法によれば、耐ヒートクラツク性に優れた
材料ほどクラツク発生までに多数回の加熱・水冷
の反復回数を要することになる。 第1表に各供試料の化学組成を示す、第2表に
はそのヒートクラツク試験結果を示す。 試験結果について説明すると、供試料No.1は普
通鋼、No.2,3は低合金鋼であるが、いずれもヒ
ートクラツクの発生は早い。No.4,5はCr元素
のみが本発明合金の範囲に属しないものである
が、この合金もヒートクラツクの発生は早い。No.
6はNを添加していないものであるが、その耐ヒ
ートクラツク性は不十分であることが判る。No.7
は逆にNが所定範囲を越えて多量に含まれ、しか
もそのN+C量も超過しているため、耐ヒートク
ラツク性の低下が認められる。またNo.8は各元素
がいずれも所定範囲内にあるものであるが、C+
N=0.37%と0.35%を越えているため、やはり耐
ヒートクラツク性に低下が認められる。これに対
し、本発明の第1発明合金又は第2発明合金に該
当するNo.9〜17のものでは、いずれも優れた耐ヒ
ートクラツク性を有することが確認される。
【表】
【表】
【表】
〈ロール組立鋳物例〉
広巾スラブ連続鋳造用480mm〓ピンチロールの
実施例について、その製作工程順に下記に説明す
る。 (1) スリーブの製作 金型遠心力鋳造法によつて鋳造した後、外径
480mm〓×内径360mm〓×長さ2300mmlの寸法に
機械加工仕上げを行なつた。スリーブの成分
(重量%)は次の通りである。 C Si Mn Cr 0.08 0.41 0.87 12.65 N Ni Mo V 0.08 0.82 0.41 0.05 また熱処理については、1000℃×6Hr→油焼
入れの後、680℃×10Hr→放冷する焼入焼戻し
を行なつた。 (2) ロール軸の製作 普通鋼から成るロール軸を、スリーブ自由端
部側の焼嵌め代が小さくなるように加工した。
ロール軸の加工寸法は第7図に示す通りであ
る。(図中、D:スリーブ内径) (3) 組立 スリーブを400℃に加熱してロール軸に焼嵌
め一体化した。なお、第7図中A側を自由端部
とし、B側を溶接してスリーブとロール軸とを
固定した。 (4) 実用結果 従来このピンチロールの用いられる部分で
は、低合金鋼のソリツドロールが使用されてい
るが、約5000チヤージ(約1年間)で30mm程度
の深さのクラツクが入り取換えられており、そ
の際ロール径も6mm以上減径しているのが普通
である。これに対して本実施例ロールを使用し
た場合では、20000チヤージ(約4年間)経過
しているが、なお20mm程度の最大深さのクラツ
クが生じているだけで実用上問題なく使用され
続けており、ロール径の減少量も最大1.5mm程
度の減径しか生じていない。従つて、従来ロー
ルの4倍以上の耐用寿命が得られることが確認
される。 以上に述べた本発明ロールを従来ロールと比較
してその特長を要約すると次の通りである。 スリーブロールとの比較 () ロール軸の加工が単純である(スパイラ
ル加工の如きもの不要)。 () 冷却水はロール軸軸心部水冷孔を通され
るので、スパイラル溝のように冷却水がつまる
問題を生じない。 () スリーブの温度勾配はソリツドロールの
場合と同様であり、熱応力による割れのおそれ
がない。 () スリーブが万一折損しても、ロールとし
て支障なく使え、連鋳作業がそのまま続行でき
る(スリーブロールでは冷却水が噴出する)。 () スリーブとロール軸との間での水洩れの
おそれがない。 () スリーブのロール軸に対する焼嵌め代を
ロール軸方向中央部と自由端部近傍とで所定の
差を設け、中央部をキツク焼嵌め固定するの
で、スリーブの熱膨張による伸びをその自由端
で解放することができると共に、スリーブとロ
ール軸との間にギヤツプを生じることなく常時
密着状態が確保され、スリーブのフクレ変形や
異常加熱をよく防止することができ、割れの発
生・進展や摩耗を抑えることができる。 ソリツドロールとの比較 () スリーブが万一折損しても、ロールとし
て支障なく使え、連鋳作業がそのまま続行でき
る(ソリツドロールでは作業中断となり、早い
段階で取換えなければならない)。 () スリーブのみを高級材料(本発明合金)
で形成すれば良く経済的(ソリツドロールでは
全体を高級材料としなければならない)。 () スリーブのみの取換え(ロール軸は半永
久的に使用)で、ロールを新作することができ
経済的である。 () 本発明の合金材料は熱処理で焼入される
が、スリーブのみであるため問題ない(ソリツ
ドロールでは全体を焼入れる必要があり無理で
ある)。 以上詳細に説明したように、本発明の組立式ロ
ールは従前のスリーブロールやソリツドロールを
そのロール材料とロール構造の両面から改良した
ものであつて、特にスラブ連続鋳造用のピンチロ
ール、ガイドロール等の用途に適合し、その苛酷
な使用環境において耐用寿命を大巾に延長するこ
とができ、しかも経済的なものを提供することが
できる。なお、本発明の組立式ロールは、ビレツ
ト、ブルーム連鋳用のロールにも同様に適用され
得ることは勿論のこと、例えば厚板搬送ロールー
の如く、高温かつ高負荷のかかる用途にも適用の
余地がある。
実施例について、その製作工程順に下記に説明す
る。 (1) スリーブの製作 金型遠心力鋳造法によつて鋳造した後、外径
480mm〓×内径360mm〓×長さ2300mmlの寸法に
機械加工仕上げを行なつた。スリーブの成分
(重量%)は次の通りである。 C Si Mn Cr 0.08 0.41 0.87 12.65 N Ni Mo V 0.08 0.82 0.41 0.05 また熱処理については、1000℃×6Hr→油焼
入れの後、680℃×10Hr→放冷する焼入焼戻し
を行なつた。 (2) ロール軸の製作 普通鋼から成るロール軸を、スリーブ自由端
部側の焼嵌め代が小さくなるように加工した。
ロール軸の加工寸法は第7図に示す通りであ
る。(図中、D:スリーブ内径) (3) 組立 スリーブを400℃に加熱してロール軸に焼嵌
め一体化した。なお、第7図中A側を自由端部
とし、B側を溶接してスリーブとロール軸とを
固定した。 (4) 実用結果 従来このピンチロールの用いられる部分で
は、低合金鋼のソリツドロールが使用されてい
るが、約5000チヤージ(約1年間)で30mm程度
の深さのクラツクが入り取換えられており、そ
の際ロール径も6mm以上減径しているのが普通
である。これに対して本実施例ロールを使用し
た場合では、20000チヤージ(約4年間)経過
しているが、なお20mm程度の最大深さのクラツ
クが生じているだけで実用上問題なく使用され
続けており、ロール径の減少量も最大1.5mm程
度の減径しか生じていない。従つて、従来ロー
ルの4倍以上の耐用寿命が得られることが確認
される。 以上に述べた本発明ロールを従来ロールと比較
してその特長を要約すると次の通りである。 スリーブロールとの比較 () ロール軸の加工が単純である(スパイラ
ル加工の如きもの不要)。 () 冷却水はロール軸軸心部水冷孔を通され
るので、スパイラル溝のように冷却水がつまる
問題を生じない。 () スリーブの温度勾配はソリツドロールの
場合と同様であり、熱応力による割れのおそれ
がない。 () スリーブが万一折損しても、ロールとし
て支障なく使え、連鋳作業がそのまま続行でき
る(スリーブロールでは冷却水が噴出する)。 () スリーブとロール軸との間での水洩れの
おそれがない。 () スリーブのロール軸に対する焼嵌め代を
ロール軸方向中央部と自由端部近傍とで所定の
差を設け、中央部をキツク焼嵌め固定するの
で、スリーブの熱膨張による伸びをその自由端
で解放することができると共に、スリーブとロ
ール軸との間にギヤツプを生じることなく常時
密着状態が確保され、スリーブのフクレ変形や
異常加熱をよく防止することができ、割れの発
生・進展や摩耗を抑えることができる。 ソリツドロールとの比較 () スリーブが万一折損しても、ロールとし
て支障なく使え、連鋳作業がそのまま続行でき
る(ソリツドロールでは作業中断となり、早い
段階で取換えなければならない)。 () スリーブのみを高級材料(本発明合金)
で形成すれば良く経済的(ソリツドロールでは
全体を高級材料としなければならない)。 () スリーブのみの取換え(ロール軸は半永
久的に使用)で、ロールを新作することができ
経済的である。 () 本発明の合金材料は熱処理で焼入される
が、スリーブのみであるため問題ない(ソリツ
ドロールでは全体を焼入れる必要があり無理で
ある)。 以上詳細に説明したように、本発明の組立式ロ
ールは従前のスリーブロールやソリツドロールを
そのロール材料とロール構造の両面から改良した
ものであつて、特にスラブ連続鋳造用のピンチロ
ール、ガイドロール等の用途に適合し、その苛酷
な使用環境において耐用寿命を大巾に延長するこ
とができ、しかも経済的なものを提供することが
できる。なお、本発明の組立式ロールは、ビレツ
ト、ブルーム連鋳用のロールにも同様に適用され
得ることは勿論のこと、例えば厚板搬送ロールー
の如く、高温かつ高負荷のかかる用途にも適用の
余地がある。
第1図と第2図は従来ロールを示すもので、第
1図a,bはスリーブの一部断面図とその要部拡
大図であり、第2図はソリツドロールの一部断面
図である。第3図と第4図は本発明の組立式ロー
ルの構造を示し、第3図はスリーブ片端部固定の
場合を表わす一部断面図であり、第4図はスリー
ブ両端自由の場合を表わす一部断面図である。第
5図は組立式ロールの使用状態における温度分布
を示す説明図である。第6図はロール軸の望まし
い形状を表わす一部断面図である。第7図は実施
例で用いたロール軸の形状寸法を表わす説明図で
ある。 1……スリーブ、2……ロール軸、3……冷却
水孔、4……溶接固定、5……片端部、6……自
由端部、7……スラブ、8……中央部。
1図a,bはスリーブの一部断面図とその要部拡
大図であり、第2図はソリツドロールの一部断面
図である。第3図と第4図は本発明の組立式ロー
ルの構造を示し、第3図はスリーブ片端部固定の
場合を表わす一部断面図であり、第4図はスリー
ブ両端自由の場合を表わす一部断面図である。第
5図は組立式ロールの使用状態における温度分布
を示す説明図である。第6図はロール軸の望まし
い形状を表わす一部断面図である。第7図は実施
例で用いたロール軸の形状寸法を表わす説明図で
ある。 1……スリーブ、2……ロール軸、3……冷却
水孔、4……溶接固定、5……片端部、6……自
由端部、7……スラブ、8……中央部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 ロール軸とこれを外包するスリーブとからな
る組立ロールであつて、該スリーブの合金化学組
成が、C:0.01〜0.20%、Si:0.1〜2.0%、Mn:
0.1〜2.0%、Cr:10〜14%、N:0.02〜0.20%か
つC+N:0.03〜0.35%、残部は不純物を除き実
質的にFeであり、前記スリーブをロール軸に密
着状態の下に焼嵌めして成り、スリーブのロール
軸に対する焼嵌め代が、ロール軸方向中央部では
0.2〜1.0mmであり、一方その自由端部近傍では0
〜0.2mmであることを特徴とするスラブ連続鋳造
用組立式ロール。 2 ロール軸とこれを外包するスリーブとからな
る組立ロールであつて、該スリーブの合金化学組
成が、C:0.01〜0.20%、Si:0.1〜2.0%、Mn:
0.1〜2.0%、Cr:10〜14%、N:0.02〜0.20%か
つC+N:0.03〜0.35%と、Ni:0.1〜5.0%、
Mo:0.1〜2.0%、V:0.01〜0.3%、W:0.1〜2.0
%のうち1種又は2種以上を含み、残部は不純物
を除き実質的にFeであり、前記スリーブをロー
ル軸に密着状態の下に焼嵌めして成り、スリーブ
のロール軸に対する焼嵌め代が、ロール軸方向中
央部では0.2〜1.0mmであり、一方その自由端部近
傍では0〜0.2mmであることを特徴とするスラブ
連続鋳造用組立式ロール。 3 スリーブが遠心力鋳造によりつくら、かつ鋳
造後に950〜1080℃から焼入し、600〜750℃で焼
戻しする熱処理を施して成ることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の組立式ロール。 4 スリーブが遠心力鋳造によりつくられ、かつ
鋳造後に950〜1080℃から焼入し、600〜750℃で
焼戻しする熱処理を施して成ることを特徴とする
特許請求の範囲第2項記載の組立式ロール。
Priority Applications (11)
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