JPS646842B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は細長いネツク形状を有し、ネツク端部
に特に強靭性の要求される圧延用ロールおよびそ
の製造法に係り、前記ネツク端部の材質を強靭な
鋼材とし、これをネツク中間部に固相接合して一
体化したネツク部の強靭な圧延用ロールおよびそ
の製造法に関するものである。 一般に、圧延用ロールは、胴部とネツク部で要
求される性質が異なるため、ロールの胴外殻部
と、胴芯部及びネツク部を異なつた材質で形成し
た複合ロールを用いる場合が多い。即ち、圧延材
と接する胴外殻部は耐摩耗性、耐肌荒性、耐クラ
ツク性等が必要とされる。これに適する材料とし
て、アダマイト材、高クロム材、高合金グレン材
が用いられている。一方、胴芯部は前記胴外殻部
で要求される性質とは異なり、靭性が要求され
る。また、ネツク部も胴芯部と同様、靭性が要求
されるのであるが、その軸方向部分で要求特性が
異なり、胴部に近い部分即ち軸受部では、単なる
靭性のほか軸受との摩擦に対する耐摩耗性が更に
要求される。前記胴芯部及びネツク部に要求され
る性質を満し、更に胴外殻部の高合金鋳鉄との溶
着性を考慮した場合、その材料として、高級鋳
鉄、ダクタイル鋳鉄が用られている。 前記複合ロールに用いられている材料の化学成
分並びに諸性質を掲げれば次の通りである。

【表】 ところで、近年鋼板圧延用のホツトストリツプ
ミルでは、鋼板の形状制御のため新しい形式のも
のが出現している。例えば、ワークロールを軸方
向にシフト（移動）させる方式、ワークロールを
強制的にベンデイングさせる方式、２本のワーク
ロールをバツクアツプロールの軸線に対してクロ
ス（交叉）させる方式等を挙げることができる。 この場合、これらの圧延方式に供するワークロ
ールでは、その胴部直径が小さくなる傾向があ
り、更に圧延機の型式より、ネツク部の長さが従
来のロールのそれより長くする必要があり、更に
又、ネツク部の直径も小さくされる。これに加え
て、この種のロールでは、ネツク部に従来よりも
大きな応力が発生し、特に強靭性が要求されるも
のとなる。 今、従来の一般的な形状のロールを第１図に、
上記新圧延方式に供する特殊形状ロールを第２図
に対比して示すと共に、その形状寸法等の具体的
な差異を総括すると次の通りである。

【表】 上記の通り、この新しい圧延方式に供するロー
ルでは、大概ネツク長と胴長の比l_N／l_Bが0.8〜1.2
又はネツク長とネツク径の比l_N／D_Nが3.8〜13.0の
範囲にある細長いネツク形状を有しているのが特
徴である。 また、この特殊形状ロールでは、第３図に見る
ように、ネツク端部２ｂには部分的にネツク径
D_Nよりも径が細い部分Ｓがある上、圧延方式に
よつては、作業側Ｗで大きなスラスト応力が発生
したり、駆動側Ｄで大きな捩り応力が発生するな
どネツク端部２ｂには特に優れた強靭性が要求さ
れる。 しかし乍ら、前記特殊形状ロールを従来のロー
ルの材質で作成したのでは強度が不足し、前述し
たネツク端部２ｂの性能を満足させることができ
ない。従来ロールの胴芯部及びネツク部を構成す
る材料の内、ダクタイル鋳鉄はその機械的性質が
他のものより良好なのであるが、それでも尚、前
述した通り、特殊形状ロールの軸受部２ａ及びネ
ツク端部２ｂの用途にはやはり靭性が不足がちで
あつた。 そこで、本発明者等は、上述のネツク端部２ｂ
の性能を満足するネツク部２の強靭な圧延用ロー
ルおよびその製造法を、先に特願昭57−69133号
において提案した。これは、胴外殻を遠心鋳造法
により形成した後、これを基に静置鋳造用鋳造を
構成し胴芯部及びネツク部を鋳込み形成する方法
であるが、この際ネツク部末端に予め強靭性を有
する鋼材を配置しておき、該鋼材を前記ネツク部
を鋳込む時同時に鋳ぐるんで溶着一体化させ、ネ
ツク端部を強靭な鋼材で構成させる方法である。
しかし、該方法においても、前記鋳込み時、前記
鋼材との接合部が急冷凝固によりチル化が起こり
強度不足となりがちであつた。また、ネツク部に
鋼材を溶接接合する方法においても、接合に際し
て、ネツク部を形成する鋳鉄材の溶解が起こり、
前記と同様、急冷によるチル化のため、これ又強
度不足を呈した。 本発明は上述の問題点を鑑みなされたもので、
特殊形状ロールであつても、その軸受部が耐摩耗
性及び靭性に優れ、また、ネツク端部が、ロール
使用中に発生する種々の応力に十分耐えることが
できるネツク部の強靭な圧延用ロール、及び、そ
の製造が比較的簡単でしかも確実に前記性能が得
られる前記ロールの製造法を提供することを目的
とし、その要旨とするところは、ネツク長と胴長
の比l_N／l_Bが0.8〜1.2、又は、ネツク長とネツク径
の比l_N／D_Nが3.8〜13.0の細長いネツク形状で、ネ
ツク端部が特に強靭性の要求されるロールにおい
て、胴外殻部をアダマイト材もしくは合金鋳鉄
材、胴芯部並びに該胴芯部から連続してある軸受
部、該軸受部に続くネツク中間部を硬度H_S40〜
50、引張強さ40〜55Kg／mm²、伸び0.5〜1.5％を有
する球状黒鉛鋳鉄材、ネツク端部の片方又は両方
を硬度H_S35〜45、引張り強さ55Kg／mm²、伸び1.5
％以上の鋼材とし、前記胴外殻部と前記胴芯部と
を溶着一体化し、前記ネツク中間部と前記鋼材を
固相接合して強靭なネツク端部を形成した点にあ
る。 以下、本発明について詳述する。 本発明の複合ロールの一例を第４図に示す。該
ロールの胴外殻部１ａの材料は、従来ロールと同
様、前に掲げたアダマイト材、高合金グレン材な
どから、使用される用途により、最適な材料を選
定する。、一方、胴芯部１ｂ、軸受部２ａ、該軸
受部２ａとネツク端部２ｂの間のネツク中間部２
ｃを形成する材料については、各々従来使用して
いた高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄よりも硬度、強
度、伸び等において優れたものを使用する。特
に、軸受部２ａは、強靭性の他に耐摩耗性も要求
され、硬度H_S40〜50、引張強さ40〜55Kg／mm²、
伸び0.5〜1.5％を満足する材料であることが必要
である。これに対し、ネツク端部２ｂについて
は、耐摩耗性よりも靭性が特に優れていることが
必要で、硬度についてはH_S30〜45と低い目に押
え、強度は逆に55Kg／mm²以上、望ましくは65Kg／
mm²以上とし、伸びは1.5％以上とした靭性の優れ
た鋼材料で形成する。 前記胴芯部１ｂ、軸受部２ａ、ネツク中間部２
ｃのすべての要求性能を満足する材料として、下
記化学成分を有するダクタイル鋳鉄材を挙げるこ
とができる。

【表】 ここで胴芯部１ｂ及び軸受部２ａ及びネツク中
間部２ｃを形成する上記ダクタイル鋳鉄材の成分
限定理由について述べる。 ＣはSi量とのバランスで黒鉛量及び炭化物量を
決定し、3.0％未満では黒鉛化不足し、3.8％を越
えると黒鉛化過剰で脆い材質となるためである。 Siは1.5％未満では黒鉛化の不足を来たし、2.5
％を越えるとやはり黒鉛化過剰となつて好ましく
ないためである。なおSi含有量は胴外殻材が一般
的にSi含有量の低い材料で形成されているため、
その内面が再溶解されて芯材に混入されるとSi含
有量が溶湯成分よりも低下することを考慮する必
要がある。 Mnは基地及び炭化物状態に影響し、あまり含
有量が多いと硬化して強度不足となるため1.0％
を上限とする。なお好ましくは0.4％未満に押え
るのがよいが、溶製成分調整の難から0.4％以上
含有してもよい。 Niは主として基地の硬化作用を果すが、本材
の場合、胴外殻部を形成する高合金グレン材等か
らも混入されるため2.0％以下で必要十分である。 Crは炭化物形成元素であり、1.0％を越えると
硬くなり靭性が不足し、0.1％未満では軸受部の
硬度が低下しすぎるためである。 Moは本来含有を要しないが、胴外殻部からの
混入によつて含まれる。0.2％を越えると材質的
に硬くなり靭性不足を来たすためである。 Mgは黒鉛球状化のために0.03％以上必要であ
る。 一方ネツク端部２ｂを形成する鋼材材料につい
ては、少なくとも従来の高級鋳鉄を上回る強靭性
を備えたもの、即ち既述のように硬度については
比較的低いH_S30〜45とし乍らも、特に引張強さ
と伸びについては、55Kg／mm²以上望ましくは65
Kg／mm²以上と1.5％以上を満足するものであるこ
とが必要とされる。このような目的に合致するも
のの具体例としては、例えばS40C、S45Cあるい
はSF55等の各種炭素鋼材料を用いることが挙げ
られる。また経済性を考慮しなければ、SCM材
の如き合金鋼材料を用いてもよい。 そして、ネツク中間部２ｃと鋼材をもつて形成
するネツク端部２ｂとの固相接合位置３は、第４
図に示すように軸受部２ａから急激に外径が細く
なり、ネツク端部２ｂへと続くネツク中間部２ｃ
の直線部に選ぶ。その理由は、ネツクの軸方向に
大きい引張り応力が発生するのは、ネツク中間部
２ｃより直径の小さくなつたネツク端部２ｂであ
るし、軸受部２ａとネツク中間部２ｃとの直径が
急激に変化する段部で接合した場合、その段差が
あるため、曲げ応力に対し、部材の安全率が低下
するためである。また、後述する製造法から、接
合部３の断面積が小さい方が有利であり、更に、
加熱手段から接合部材と被接合部材とが略同径の
方が作業性も良い。 ところで第４図では、ネツク端部２ｂをロール
の作業側Ｗに形成した場合を示すが、これと反対
側つまり駆動側Ｄにも強靭な鋼材からなるネツク
端部を形成してもよいことは勿論である。 尚、前記ネツク中間部２ｃにおけるネツク端部
２ｂの接合は、固相接合により完全に一体化され
ていることが肝要である。 次に本発明に係わる複合ロールの製造法につい
て説明する。 先ず胴外殻部１ａを前述したアダマイト材、高
合金グレン材等を用いて、従来と同様、遠心鋳造
機で鋳造する。次に、第５図に示すように、該胴
外殻部１ａを内有する遠心鋳造用鋳型４と、別途
準備された下型５及び上型６、その他、溶湯注入
用の堰鉢７等を垂直方向に組立接続して静置鋳造
用鋳型を構成し、該鋳型内に胴芯部１ｂ、軸受部
２ａ、ネツク中間部２ｃを形成する前述したダク
タイル鋳鉄材の溶湯を鋳込んで複合ロールを鋳造
する。次いで、該複合ロールを荒加工し、更に固
相接合を行うネツク中間部２ｃの接合部分をロー
ル軸に垂直な面で切断し、該切断面を機械加工で
平滑面に仕上げる。 一方、ネツク端部を形成するべき強靭性のある
前述の鋼材は接合作業の容易さから、前記ネツク
中間部２ｃと略同径のものを選び、そして、その
接合端を前記ネツク中間部２ｃの接合端と同様、
平滑面に仕上げておく。 次に、第６図を参照して、ネツク端部２ｂの固
相接合する方法について述べる。尚、第６図は、
ロールの作業側（Ｗ側）のみに固相接合する例を
示す。 前記接合端面が加工された複合ロールの軸受部
２ａをロール支持台８，８で支持し、該ロールを
水平状態に設置する。そして、接合すべき側と反
対側のネツク中間部２ｃの末端（この場合、ネツ
ク中間部の末端はネツク部の末端でもある。）を
固定台９にて固定後、接合すべき面に、ネツク端
部２ｂとなるべき前記鋼材１０の平滑面を接触さ
せ、該鋼材１０の他端を軸線方向に0.5〜10Kg／
mm²の圧力で加圧する。この場合、図示の如く、鋼
材１０を、その軸線方向に遊動可能な押圧案内部
１１を通して、加圧シリンダ（図示省略）と連動
する押圧棒１２を介して、前記鋼材１０の接合反
対側より、軸線方向に加圧するとよい。この様に
すれば、鋼材１０を加圧する際、ネツク中間部２
ｃ側との軸合せが非常に簡単にでき、作業性もよ
い。 尚、後述するように前記接触面は加熱される
が、このとき両材料が接触面で若干ふくれる程度
に変形する程度に、加圧力を設定することが望ま
しい。 次に、前記接触面の外周に配置された加熱熱コ
イル１３に交流電流を通電し、前記接触面を加圧
しながら加熱する。加熱温度は、600〜1000℃と
し、両材料の溶融点以下の温度とする。その理由
は、両材料が固相接合するためには、金属原子が
ある程度活発に拡散しなければならないが、この
ような拡散を行わせるには、600℃程度の温度が
必要であり、逆に、溶融点以上では、材料の一部
に溶解が起こり、凝固時に急冷されることになる
のでダクタイル鋳鉄側にチル化が起り、接合部３
の強度が低下するからである。 ところで、第６図では、加熱方式がコイルによ
る通電誘導加熱法の例を示したが、バーナー等に
よる熱焼加熱でもよい。尚、両材料の接触部は、
先に加圧することが、加熱による酸化防止の点か
ら必要であり、また、誘導加熱の場合、Arガス、
H₂ガスなどを接合部に吹き付けることにより一
層酸化防止することができ、熱焼加熱の場合でも
還元性炎を用いることにより同様の効果を期待で
きる。 更に、より完全な固相接合をするためには、加
圧下で、加熱、放冷の順に、該工程を数回繰り返
すことが望ましい。 以上の様にして、鋼材１０が固相接合された複
合ロールを、必要な部分に熱処理を施し、最後に
仕上加工を行ない、所望の複合ロールを得る。 また、本発明による固相接合の方法は、ロール
胴部が複合材料でない単体ロールの場合について
も、そのネツク端部に同様に適用できることは勿
論である。 次に、本発明の具体的な実施例を掲げて説明す
る。 実施例 胴外殻成分、胴芯部及び軸受部及びネツク中間
部の成分が下記の複合ロールを鋳造し、粗加工
し、ネツク中間部にSCM−４材290〓×1200を
固相接合した後、仕上加工を行ない胴径D_B600〓、
胴長l_B1700、ネツク長l_N1825（Ｗ側）、ネツク
中間部径280〓、ネツク端部に直径の小さくなつた
部分を有する複合ロールを得た。

【表】 前記固相接合における諸条件は以下の通りであ
る。圧力が５〜７Kg／mm²の下で、温度を880〜950
℃に10分間加熱し、放冷する工程を、３回繰り返
し行なつた。 上記のネツク端部が形成された複合ロールから
軸受部と接合部の間でネツク中間部を切断し、引
張試験片を採取し、テストした結果、引張強さ
50.1〜52.5Kg／mm²、伸び0.95〜1.03％の値を示し、
所望の性能を満していることが確認された。尚、
このときの破断位置は、接合部からダクタイル鋳
鉄側へ20mm離れたところであつた。 第７図は、上記接合部の軸方向断面の組織を示
す顕微鏡写真であり、左半部はダクタイル鋳鉄
側、右半部はSCM材側である。本写真より、両
材は固体接合により完全に一体となつていること
が確認された。 以上のように本発明により、胴外殻部、胴芯部
並びに軸受部及びネツク中間部、ネツク端部の片
方又は両方を、既述の各々異なる材料で形成し、
胴外殻部と胴芯部とを溶着一体化し、胴芯部から
連続してある軸受部に続くネツク中間部とネツク
端部とを固相接合して一体化せしめて複合ロール
を作成したので、従来の複合ロールでは対応でき
なかつたところのネツク部が細長くかつ又ネツク
端部に大きな応力が発生する新しい形式のロール
に対しても、各部に悉く所望の性能を満足させる
ことのできる複合ロールを提供でき、又、その製
造法も非常に優れており、特にネツク端部の接合
は、簡単且つ確実に行うことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来圧延用ロールの形状例を示す側
面図、第２図は、本発明の対象とする圧延用ロー
ルの形状例を示す側面図、第３図は本発明の対象
とする圧延用ロールの部分拡大側面図、第４図
は、本発明に係わる圧延用ロールの構造例を示す
部分縦断面図、第５図は、本発明に係わる複合ロ
ールの胴外殻部と胴芯部とを溶着一体化する方法
の概略を示す鋳型の縦断面図、第６図は、本発明
による固相接合の方法の概略を示す説明図、第７
図は、本発明による固相接合により得られた接合
部の断面組織を示す顕微鏡写真（×50）を示す。 １……胴部、１ａ……胴外殻部、１ｂ……胴芯
部、２……ネツク部、２ａ……軸受部、２ｂ……
ネツク端部、２ｃ……ネツク中間部、３……接合
部、４……遠心鋳造用金型、５，６……下型、上
型、８……ロール支持台、９……固定台、１０…
…鋼材、１１……押圧案内部、１２……押圧棒、
１３……加熱コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ネツク長と胴長の比l_N／l_Bが0.8〜1.2、又はネ
   ツク長とネツク径の比l_N／D_Nが3.8〜13.0の細長い
   ネツク形状で、ネツク端部が特に強靭性の要求さ
   れるロールにおいて、胴外殻部をアダマイト材も
   しくは合金鋳鉄材、胴芯部並びに該胴芯部の両側
   に連続してある軸受部、該軸受部に続くネツク中
   間部を硬度Hs40〜50、引張強さ40〜55Kg／mm²、
   伸び0.5〜1.5％を有する球状黒鉛鋳鉄材、ネツク
   端部の片方又は両方を硬度Hs35〜45、引張強さ
   55Kg／mm²以上、伸び1.5％以上の鋼材とし、前記
   胴外殻部と前記胴芯部とを溶着一体化し、前記ネ
   ツク中間部と前記鋼材とを固相接合して強靭なネ
   ツク端部を形成したことを特徴とするネツク部の
   強靭な圧延用ロール。 ２ 胴芯部並びに軸受部及びネツク中間部を形成
   する球状黒鉛鋳鉄は、重量％でC3.0〜3.8％、
   si1.5〜2.5％、Mn0.4〜1.0％、Ni2.0％以下、
   Cr0.1〜1.0％、Mo0.2％以下、Mg0.03％以上、残
   部Fe及び不純物からなる特許請求の範囲第１項
   記載の圧延用ロール。 ３ アダマイト材もしくは合金鋳鉄材の胴外殻部
   を遠心鋳造により作成した後、この胴外殻部を内
   有した遠心鋳造用鋳型と、別途準備されたる下型
   及び上型とを接続して静置鋳造用鋳型を構成し、
   該鋳型内に、凝固後の機械的性質が硬度Hs40〜
   50、引張強さ40〜55Kg／mm²、伸び0.5〜1.5％とな
   る球状黒鉛鋳鉄の溶湯を鋳込んで胴芯部並びに該
   胴芯部の両側に連続してある軸受部、該軸受部に
   続くネツク中間部を形成し、粗加工後、必要なネ
   ツク中間部の末端に、硬度Hs35〜45、引張強さ
   55Kg／mm²以上、伸び1.5％以上の鋼材を接触させ、
   軸方向より加圧し、両材料の溶融点以下の温度で
   加熱し、固相接合させた後放冷することを特徴と
   するネツク部の強靭な圧延用ロールの製造法。