(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロールを複列ころ軸受でハウジングに対して回転自在に支持した圧延設備のロール支持装置において、
上記複列ころ軸受の軌道輪及びころの表面に、炭素含有量０．８０％以上、ロックウエル硬さＨＲＣ５８以上、残留オーステナイト量２５〜３５％の浸炭窒化層と、その浸炭窒化層の上層の燐酸塩処理被膜とを有することを特徴とする圧延設備のロール支持装置。
【請求項２】
上記軌道輪及びころが炭素含有量０．１２〜０．４０％の浸炭鋼で形成され、上記浸炭窒化層が残留オーステナイト量２５〜３５％、残留オーステナイトの組織の大きさ１０μｍ以下、かつ、残留炭化物量１０％以下である請求項１記載の圧延設備のロール支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板圧延ラインの圧延機やコイラー等の設備において、ロールを回転自在に支持する支持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鋼板圧延ラインにおいて、ホットストリップミルの仕上スタンドを出たストリップ（帯鋼）は、走行せん断機で定尺に切断されるか、あるいは、コイラーでコイル状に巻き取られる。いずれの場合も、ストリップの温度が製品の性質に関係するので、隣接するホットラインテーブル上で冷却水を散布してその温度を調節し、さらに、コイラーで巻き取る場合は、巻き取り温度を調節するため、巻き取り中もストリップに冷却水を散布する。
【０００３】
ストリップの巻き取りに使用されるコイラーには、アップコイラー、エキスパンディング型のダウンコイラー、マンドレル型のダウンコイラー等があるが、高い巻き取り速度と扱い易いコイル形状が得られることから、特に大型のホットストリップの巻き取りには後二者のダウンコイラーが用いられる場合が多い。
【０００４】
エキスパンディング型のダウンコイラーを例にとると、ホットラインテーブル上を走ってきたストリップは、ピンチロールによってガイドロールのあるスロートに送られ、次いで円形に配列されたラッパーロール群に入り込む。そして、ラッパーロールの回転によって、ラッパーロール群の内側に形成される円に沿って送られ、コイル状に巻き取られてゆく。ラッパーロールの周速はストリップの走行速度よりも大きく、ストリップは適度の巻き取り張力を付与されながら密に巻き取られる。また、コイルの径はラッパーロール群で形成される円によって決まり、コイルの外周を押さえているラッパーロールを巻き取りの進行に伴って外径側に徐々に後退させて、コイルの巻き取り径を制御している。
【０００５】
上記のようなダウンコイラーのラッパーロールにおいて、ロールはころ軸受でハウジングに対して回転自在に支持される。また、ストリップの巻き取り前および巻き取り中に冷却水が散布されるので、冷却水やその他異物がころ軸受の内部に侵入しないよう、異物侵入経路にシール部材を配置して軸受内部をシールしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ラッパーロールのロール支持装置は水密性に配慮された構造になっているが、冷却水の侵入を完全に防止することは困難であり、ころ軸受の内・外輪の軌道面やころの表面にさび（黒さび）の発生が認められる場合があった。また、荷重条件、雰囲気温度（１００°Ｃ前後）、水分等の混入による潤滑剤の劣化等の影響で、ころ軸受内部の潤滑条件が厳しく、潤滑油膜の形成が不充分になり易い。そのため、軌道面等の接触面にピーリングやスミアリング、及びこれらを起点とする割れ（表面起点損傷）が発生しやすい傾向にある。
【０００７】
本発明は、水やその他異物が軸受内部に侵入し易く、潤滑油膜の形成が不充分になり易い条件下で使用されるこの種のロール支持装置において、ころ軸受の軌道輪およびころの接触面等の発錆を防止すると共に、ピーリングやスミアリングに対する強度を向上させ、それによってころ軸受の寿命増大を図り、ロール支持装置の保守点検期間の長期化、保守点検費用の削減に寄与することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、ロールを複列ころ軸受でハウジングに対して回転自在に支持した圧延設備のロール支持装置において、複列ころ軸受の軌道輪及びころの表面に、炭素含有量０．８０％以上、ロックウエル硬さＨＲＣ５８以上、残留オーステナイト量２５〜３５％の浸炭窒化層と、その浸炭窒化層の上層の燐酸塩処理被膜とを有する構成を提供する。「ＨＲＣ」はロックウェル硬さのＣスケールを表している。
【０００９】
化成処理は、金属表面に処理液を適当な方法で接触させ、化学反応によって表面に化合物被膜を形成する処理法であり、その化合物被膜が「化成処理被膜」である。本発明では、浸炭窒化層の上層に化成処理被膜として燐酸塩処理被膜を形成する。これにより、ころ軸受の軌道輪及びころの接触面の発錆を防止すると同時に、耐スミアリング強度を高めることができる。
【００１０】
軌道輪及びころの接触面に浸炭窒化層を形成したのは次の理由による。通常の浸炭により得られる浸炭層の残留オーステナイトは、き裂の発生や進展を抑え、また使用中に加工硬化（強化）するので、これを適度に含むことで強靭な材質にすることができるが、熱に対しては不安定である。これに対し、適切な条件での窒素を複合させると、窒素の侵入により残留オーステナイトや母材（マトリックス）のマルテンサイトが熱に対して安定となり、変化しにくい材質になると共に、適当量の炭化物が析出し、割れ強度を下げることなく、疲労強度を高めることができる。
【００１１】
上記ころ軸受の軌道輪及びころを炭素含有量０．１２〜０．４０％の浸炭鋼で形成し、上記浸炭窒化層を残留オーステナイト量２５〜３５％、残留オーステナイトの組織の大きさ１０μｍ以下、かつ、残留炭化物量１０％以下である組織構造にすることができる。
【００１２】
残留オーステナイト量を２５〜３５％（体積％）にしたのは、浸炭窒化層に適度の靭性を付与して、潤滑剤に混入した異物の表面圧入による塑性変形に対して応力発生を緩衝させるためである。残留オーステナイト量が２５％未満であると、塑性変形による応力発生を緩衝させるのに十分でなく、残留オーステナイト量が３５％を超えると、塑性変形が大きく表面粗さの劣化を招く。
【００１３】
残留オーステナイト組織の大きさは、顕微鏡観察下での試料研磨エッチング面のオーステナイト組織１個の面積に等価な面積を有する円の直径に代表される大きさであるが、この大きさを１０μｍ以下とした理由は、微小な異物の混入に対処するため、異物圧痕内に含まれる残留オーステナイト相の数を確保して、異物の圧入応力を緩和して表層のき裂発生を防止することにある。
【００１４】
残留炭化物は、主に、焼入れ加熱時にオーステナイト相中に溶解しなかった炭化物の焼入れ後の残留物であるが、残留炭化物は顕微鏡観察下での試料断面の占有面積％で示し、この残留炭化物量を１０％以下に規制した理由は、固溶炭素量を高め、マトリックスの強度を高めて異物の圧下の表層内部に及ぼす塑性変形の影響を軽減し、かつ、使用中の温度上昇による硬化層の軟化を防止して、過酷な使用条件での耐疲労寿命を確保することにある。
【００１５】
上記のような浸炭窒化層の組織は、浸炭後の浸炭窒化処理により形成する。浸炭雰囲気中のカーボンポテンシャルを０．８Ｃ％以上にして所定時間加熱した後（通常、拡散処理を伴う）、油中冷却の焼入れを行う（浸炭焼入れ）。そして、浸炭工程で形成された浸炭層に対して浸炭窒化処理を行い、その後直ちに焼入れする。尚、浸炭窒化処理は、浸炭工程中に同時に行うこともできる。
【００１６】
浸炭層の窒素増加は、固溶炭素量を増加させるので、残留炭化物量が低下するが、オーステナイトを安定させるので、浸炭窒化後の焼入れ温度を８００〜８４０°Ｃに低下させて、焼入れ後の残留オーステナイトの組織の大きさとその量を上記所定範囲に調整する。このように、オーステナイト化温度を８００〜８４０°Ｃに低下させても、浸炭層の窒素増加は、オーステナイト中の固溶炭素量を増加させ、残留炭化物量が低下するので、残留炭化物量を１０％以下に規制することができる。尚、残留オーステナイト量を調整する方法として、サブゼロ処理や高温焼戻しを行っても良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、ダウンコイラーのラッパロールを例示している。ロール１はその一方の軸端（図１では左側の軸端）を図示されていない自在継手を介して回転駆動軸に連結され、回転駆動源の作動によって所定の回転速度で回転してストリップに適度の巻き取り張力を付与しつつ送りをかけると同時に、ストリップの外周を押さえつつ巻き取りの進行に伴って外径側に移動して、ストリップを所定径のコイル状に密に巻き取るものである。ロール１の両軸端は、それぞれ、複列ころ軸受２でハウジング３に対して回転自在に支持される。また、ストリップの巻き取り前および巻き取り中に冷却水が散布されるので、冷却水やその他異物が複列ころ軸受２の内部に侵入しないよう、複列ころ軸受２の両端側にそれぞれシール部材４、５を配置して軸受内部をシールしている。
【００１９】
図２は、ロール１の軸端をハウジング３に対して回転自在に支持する複列ころ軸受２を示し、この実施形態では、複列ころ軸受として複列自動調心ころ軸受を使用している。この複列自動調心ころ軸受２は、球面状の軌道面２ａ１を有する外輪２ａと、複列の軌道面２ｂ１を有する内輪２ｂと、外輪２ａの軌道面２ａ１と内輪２ｂの軌道面２ｂ１との間に転動自在に配された複列の球面ころ２ｃと、球面ころ２ｃを円周所定間隔に保持する保持器２ｄとを備えている。内輪２ｂの中央部に中つば２ｂ２、両端部に外つば２ｂ３が設けられ、軸受使用時、球面ころ２ｃはその端面２ｃ１を中つば２ｂ２に接触案内されながら軌道面上を転動する。内輪２ｂの内径は、例えばφ１７０ｍｍである。
【００２０】
外輪２ａ、内輪２ｂ、および球面ころ２ｃは、それぞれ炭素含有量０．１２〜０．４０％、好ましくは０．１２〜０．３０％の浸炭鋼（ＳＮＣＭ８１５、ＳＮＣＭ４２０、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４３５、ＳＣＭ４３５等）で形成され、これら部品の表面に炭素含有量０．８０％以上かつロックウエル硬さＨＲＣ５８以上の浸炭窒化層Ａが形成され、さらにその上層に化成処理被膜としての燐酸塩処理被膜Ｂが形成されている（図２鎖線円内）。浸炭窒化層Ａは、残留オーステナイト量２５〜３５％、残留オーステナイトの組織の大きさ１０μｍ以下、かつ、残留炭化物量１０％以下の組織構造を有するものである。浸炭窒化層Ａの深さは、球面ころ２ｃの直径に対して、外輪２ａ、内輪２ｂ、および球面ころ２ｃについて、それぞれ０．０２以上とし、また、芯部Ｃの硬度は材料の適度な靭性を確保すると共に、表面層に圧縮応力を形成するために、ロックウェル硬さＨＲＣ５８未満、好ましくはＨＲＣ５０以下とするのが良い。尚、浸炭窒化層Ａおよび燐酸塩処理被膜Ｂは、少なくとも摩擦を生ずる接触面、即ち外輪２ａの軌道面２ａ１、内輪２ｂの軌道面２ｂ１および中つば２ｂ２の表面、球面ころ２ｃの転動面２ｃ２および端面２ｃ１に形成されていれば良い。
【００２１】
ころ軸受２の外輪２ａ、内輪２ｂ、および球面ころ２ｃを上記材料で形成したことによる効果を評価するため、ピーリング試験、スミアリング試験を行った。ピーリングは接触面における潤滑油膜の形成が不十分な場合に生じる浅層剥離であり、スミアリングは接触面に生ずる部分的な微小焼付の集成によって生じる表面の損傷（すべり痕）であり、それぞれ下記の試験方法、試験条件で試験を行った。
0003645416.tif 000002
【００２２】
試験片を挟んで上下にそれぞれ相手試片を配置し、上ロールと下ロールとで加圧して、試験片の外周面と相手試片の外周面とを所定の接触応力で接触させる。同時に、試験片および相手試片を支持ロールで側方から支持し、反対側の側方から駆動ロールを相手試片の外周面に加  圧しつつ回転駆動させて、試験片および相手試片を回転させる。回転時、転動接触部分には潤滑油を供給する。
【００２３】
0003645416.tif 000003
【００２４】
フェルトに潤滑剤を塗布又は浸し、試験片の外周面に軽く押し付ける。
【００２５】
一定荷重をかけて、変速側試験片の外周面と定速側試験片の外周面とを接触させる。変速側試験片を２００ｒｐｍ（相対滑りなし）で３分間回転させた後、３０秒ごとに１００ｒｐｍづつ段階的に回転数を上げて行き、スミアリングが発生したときの回転数と時間を記録する。
【００２６】
潤滑剤には水を混入させ、所定時間経過後の表面の発錆状況も観察した。
【００２７】
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【００２８】
【表１】
0003645416.tif 000005
【００２９】
＊従来のロール支持装置に用いるころ軸受の形成材を１として示す。
【００３０】
上記試験結果より、実施例材は従来材に比べて、ピーリングに対する強度が３倍、スミアリングに対する強度が１．６倍程度に向上することが確認された。また、表面の発錆も防止されることが確認された。
【００３１】
従って、本実施形態のロール支持装置のころ軸受２は、接触面に錆が発生しにくく、また、ピーリングやスミアリング、およびこれらを起点とする割れ（表面起点損傷）が生じにくく、高い耐久寿命を有する。
【００３２】
尚、本発明は、マンドレル型ダウンコイラーのラッパーロール支持装置や、その他圧延機のロール支持装置にも同様に適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
浸炭窒化層の上層に化成処理被膜としての燐酸塩処理被膜を形成することによって、ころ軸受の軌道輪及びころの接触面の発錆を防止することができると同時に、耐スミアリング強度を向上させることができ、また、浸炭窒化層の炭素含有量、表面硬度、残留オーステナイト量、残留オーステナイトの組織の大きさ、残留炭化物量を以上説明した範囲に規定することによって、ころ軸受の軌道輪及びころの接触面の耐ピーリング強度を向上させることができる。従って、ころ軸受は、接触面に錆が発生しにくく、また、ピーリングやスミアリング、およびこれらを起点とする割れ（表面起点損傷）が生じにくく、高い耐久寿命を有する。
【００３４】
以上により、本発明は、水やその他異物が軸受内部に侵入し易く、潤滑油膜の形成が不充分になり易い条件下で使用されるこの種のロール支持装置における、保守点検期間の長期化、保守点検費用の削減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダウンコイラーのラッパロールを示す断面図である。
【図２】ロール支持装置の複列自動調心ころ軸受を示す断面図である。
【符号の説明】
１    ロール
２    複列自動調心ころ軸受
２ａ  外輪
２ｂ  内輪
２ｃ  球面ころ
３    ハウジング
Ａ    浸炭窒化層
Ｂ    燐酸塩処理被膜
【図１】
0003645416.tif 000006
【図２】
0003645416.tif 000007