(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下の孔形ロール同士の摺動面に固形潤滑剤を供給し、該摺動面において該孔形ロール同士の間を潤滑しながら圧延することを特徴とする固形潤滑による孔形圧延方法。
【請求項２】
前記固形潤滑剤の融点が、該固形潤滑剤を供給するワークロールの圧延中の最高温度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の固形潤滑による孔形圧延方法。
【請求項３】
前記固形潤滑剤に水をかけながらワークロールに供給することを特徴とする請求項１または２に記載の固形潤滑による孔形圧延方法。
【請求項４】
前記固形潤滑剤のワークロールへの押し付け圧力を、０．０１kgf/cm2 以上とすることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の固形潤滑による孔形圧延方法。
【請求項５】
前記固形潤滑剤は、ワックス系固形潤滑剤またはワックス系固形潤滑剤に固体潤滑剤を添加して成ることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の固形潤滑による孔形圧延方法。
【請求項６】
前記固形潤滑剤は、前記固体潤滑剤を１０〜９０wt％含有し、残部が前記ワックス系固形潤滑剤から成ることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の固形潤滑による孔形圧延方法。
【請求項７】
前記ワックス系固形潤滑剤は、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、エステル、脂肪酸アミド、硬化油、硬化脂肪酸、金属石鹸、アルキルベンゼンスルホン酸ソーダ、アルコールサルフェート、アルキルメチルタウライド、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリエチレンワックス、パラフィン系炭化水素系ワックス、カルナウバワックス、キャンデリラワックス、マイクロクリスタリンワックス、α−オレフィン、白蝋、牛脂硬化油、ステアリン酸、およびフーローワックスから成る群から選択された一種または二種以上の常温固形物質から成ることを特徴とする請求項５または６に記載の固形潤滑による孔形圧延方法。
【請求項８】
前記固体潤滑剤は、黒鉛、二硫化モリブデン、天然雲母、合成雲母、炭酸カルシウム、二酸化珪素、燐酸カルシウム、窒化硼素、タングステン酸化合物、燐酸化合物、カルボン酸化合物、炭酸ナトリウム、およびガラスから成る群から選択された一種または二種以上の固体粉末状物質から成ることを特徴とする請求項５から７までのいずれか１項に記載の固形潤滑による孔形圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軌条やＨ形鋼に代表される条鋼や鋼管等のような金属形材の孔形圧延方法に関する。特に上下ロールが接触して圧延される部分の潤滑圧延方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な板材、帯材の圧延では、被圧延材の断面形状が単純な直線であり、断面輪郭線が実質的に直線（但し、クラウンによる曲率がついているが、ここでは無視している）の断面形状である。
【０００３】
これに対して、条鋼あるいは鋼管などの孔形圧延で用いられるロールは、断面輪郭線が外方に張り出した凸部と内方に入り込んだ凹部とが組合わさった複雑な凹凸型の断面形状を有する。そのため、孔形圧延では一般の板材、帯材などの圧延には無い特有の問題が発生する。
【０００４】
特に、図１に示したように、圧延材の横断面輪郭のコーナー部を成形する孔形部位では、コーナー部の輪郭線を連続させるために、上下の孔形ロールのロール回転軸に垂直なロール面同士が摺動する部分（スラストカラー部と呼ぶ）が存在する場合がある。スラストカラー部では、硬いロール同士が摩擦し合うためロールの摩耗が激しく、摩耗量が大きくなると圧延製品の寸法や形状に直接影響を及ぼす。従来は、これを避けるために、ロール交換（組み換え）を頻繁に行っていた。すなわち、スラストカラー部以外の孔形部位がまだ十分に健全な状態であっても、スラストカラー部の摩耗量が管理基準値を超えたらロール交換（組み換え）する必要がある。その結果、ロールコストが必然的に嵩むだけでなく、ロール組み換え時の圧延ラインの停止によって生産性が阻害されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、孔形ロールのスラストカラー部における摩耗を軽減するための孔形圧延方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、上下の孔形ロール同士の摺動面に相当するロール部位に固形潤滑剤を供給し、該摺動面において該孔形ロール同士の間を固形潤滑剤によって潤滑しながら圧延することを特徴とする固形潤滑による孔形圧延方法が提供される。
【０００７】
従来、上下ロール同士の摺動部であるスラストカラー部の潤滑については、本発明者の知る限りにおいて、特別に配慮された技術は見当たらない。
本発明においては、孔形全体のうち特にスラストカラー部を選択的に固形潤滑することにより、他の孔形部位を不必要に潤滑してロール／被圧延材間のスリップ等の不具合を発生させる恐れもなく、スラストカラー部の摩耗を大幅に軽減することができる。
【０００８】
前記固形潤滑剤の融点が、該固形潤滑剤を供給するワークロールの圧延中の最高温度よりも高いことが望ましい。
前記固形潤滑剤に水をかけながらワークロールに供給することが望ましい。
前記固形潤滑剤のワークロールへの押し付け圧力を、０．０１kgf/cm2 以上とすることが望ましい。
前記固形潤滑剤は、典型的には、ワックス系固形潤滑剤またはワックス系固形潤滑剤に固体潤滑剤を添加して成る。
【０００９】
前記固形潤滑剤は、前記固体潤滑剤を１０〜９０wt％含有し、残部が前記ワックス系固形潤滑剤から成ることが望ましい。
前記ワックス系固形潤滑剤は、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、エステル、脂肪酸アミド、硬化油、硬化脂肪酸、金属石鹸、アルキルベンゼンスルホン酸ソーダ、アルコールサルフェート、アルキルメチルタウライド、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリエチレンワックス、パラフィン系炭化水素系ワックス、カルナウバワックス、キャンデリラワックス、マイクロクリスタリンワックス、α−オレフィン、白蝋、牛脂硬化油、ステアリン酸、およびフーローワックスから成る群から選択された一種または二種以上の常温固形物質から成ることが望ましい。
前記固体潤滑剤は、黒鉛、二硫化モリブデン、天然雲母、合成雲母、炭酸カルシウム、二酸化珪素、燐酸カルシウム、窒化硼素、タングステン酸化合物、燐酸化合物、カルボン酸化合物、炭酸ナトリウム、およびガラスから成る群から選択された一種または二種以上の固体粉末状物質から成ることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者は、孔形ロールのスラストカラー部を潤滑することを着想した際に、先ず最も一般的な鉱油系潤滑油やグリース系潤滑油を用いて実験を行った。しかし、スラストカラー部は上下ロールがほぼ平面で接し合っているため、かつ、ロール同士の相対速度から、いわゆるくさび効果による流体の引き込み効果が期待できず、液状潤滑剤がほとんどスラストカラー部に導入されずに流れ落ちてしまい、潤滑効果が得られないことがわかった。
【００１１】
これに対して、ワックス系固形潤滑剤等の固形潤滑剤を上下ロールの摺動面に相当するロール部位に直接押し付けて供給すると、潤滑剤が摺動面上に強固に付着して担持され、スラストカラー部の潤滑が有効に行われることを見出した。
【００１２】
また、従来の鉱油系潤滑油やグリース系潤滑油では、流動性が高いため、例えスラストカラー部である程度の潤滑効果が得られたとしても、不必要な部位にまで潤滑剤が広がることが避けられないため、圧延スリップや咬込みスリップが発生して圧延に支障を来す。
【００１３】
本発明は、固形潤滑剤を孔形ロールのスラストカラー部のみに限定的に潤滑剤供給を行うことが確実にできる。また、押し付け力、固形潤滑剤の硬さおよび融点の最適化により、供給量を容易に制御できる。必要な押し付け力、潤滑剤の硬さおよび融点は、孔形圧延の操業条件（被圧延材温度、ロール温度等）に応じて設定する。
【００１４】
スラストカラー部への固形潤滑剤の供給態様は、圧延開始前に上下ロールのスラストカラー部に固形潤滑剤を押し付けて塗布し潤滑剤膜を形成し、圧延中も固形潤滑剤の押し付けを継続して行うことが基本的な供給態様であるが、スラストカラー部の摩耗は余り早期には発生しないので圧延開始後に押し付け塗布してもよいし、必要な潤滑剤膜が圧延中に維持される限りにおいて圧延中の押し付けを行わなくてもよいし、あるいは継続的ではなく断続的に行ってもよい。
【００１５】
発明者らは実験により、現状考え得る圧延の操業条件に対して、コストおよび作業効率上、最も好ましい固形潤滑剤の融点および押し付け圧力の条件を検討した。その結果、少なくとも固形潤滑剤の融点が、固形潤滑剤を供給する部位のロール表面の圧延中の最高温度よりも高い融点の固形潤滑剤を用いないと、ロールの熱によって固形潤滑剤の消耗速度が速くなることを見いだした。一般に、固形潤滑剤の融点は、その構成成分であるワックス系固形潤滑剤の融点と一致する。
【００１６】
さらに、固形潤滑剤の効果を引き出すのに必要な最低限の押し付け圧力条件として、０．０１kgf/cm2 以上が望ましいことも発見した。押し付け圧力が０．０１kgf/cm2 未満では、ロールへの固形潤滑剤の付着量が少なく、ロール肌荒れ( ロール焼付きも含む) 抑制やロール摩耗低減などの効果が十分に得られない。
【００１７】
また、固形潤滑剤を使用するにあたって、固形潤滑剤自体に水をかけながら使用する必要がある。通常、ロール冷却水をかけながら操業されているが、このロール冷却水をワックス潤滑剤にかけならが供給しても差し支えない。つまり、ロール冷却水をかけているところで、固形潤滑剤をロールに供給しても良い。もちろん、固形潤滑剤専用の配管を配して水を直接かけるようにしてもよい。
【００１８】
固形潤滑剤を使用するにあたって水をかけながら使用することが望ましい理由は、水がないロール表面に固形潤滑剤を押し付けると固形潤滑剤とロールとが焼付きに近い状態で転着し、消耗速度が非常に大きくなるためである。従って、従来の油系の潤滑油を使用する場合には、ロール表面の水を水切り装置で取り除いてから潤滑油を供給するが、固形潤滑剤はロール表面に水が存在する状態で供給した方が好ましく、言い換えれば、従来の水切り装置が不要になる利点もあり、設備メンテナンスの労力がさらに低減する効果も期待できる。
【００１９】
本発明に用いる固形潤滑剤は、常温で固体であって、容器に入れなくとも自立的に一定の形状を保持しているものである。
【００２０】
一般に、固形潤滑剤の形状は棒状とし、その一端を孔形ロールに押し付けて被孔形ロール表面に固形潤滑剤を付着させる形で供給する。棒状固形潤滑剤の断面寸法・形状は、スラストカラー部の寸法・形状に基づいて決める。
【００２１】
所定の潤滑剤供給量を安定して得るために、固形潤滑剤として重要な特性は硬さと融点であり、孔形圧延の操業条件に応じて、押し付け力と、固形潤滑剤の硬さおよび融点とを適宜組み合わせる。
【００２２】
具体的には、スラストカラー部にかかるスラスト荷重の大きさに応じて、固形潤滑剤の成分や固体潤滑剤の添加の有無あるいは添加量を決めればよい。
【００２３】
本発明の固形潤滑剤としては、ワックス系固形潤滑剤またはワックス系固形潤滑剤に固体潤滑剤等の添加物を混合したものを用いる。
【００２４】
ワックス系固形潤滑剤としては、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、エステル、脂肪酸アミド、硬化油、硬化脂肪酸、金属石鹸、アルキルベンゼンスルホン酸ソーダ、アルコールサルフェート、アルキルメチルタウライド、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリエチレンワックス、パラフィン系炭化水素系ワックス、カルナウバワックス、キャンデリラワックス、マイクロクリスタリンワックス、α−オレフィン、白蝋、牛脂硬化油、ステアリン酸、およびフーローワックスから成る群から選択された一種または二種以上の常温固形物質を用いることができる。
【００２５】
これらのワックス系固形潤滑剤に添加する固体潤滑剤としては、黒鉛、二硫化モリブデン、天然雲母、合成雲母、炭酸カルシウム、二酸化珪素、燐酸カルシウム、窒化硼素、タングステン酸化合物、燐酸化合物、カルボン酸化合物、炭酸ナトリウム、およびガラスから成る群から選択された一種または二種以上の固体粉末状物質を用いることができる。
【００２６】
固形潤滑剤中の固体潤滑剤の添加量の調整によって、スラストカラー部のスラスト荷重等に応じた最適の潤滑状態を得ることができる。また、ワックス系固形潤滑剤に固体潤滑剤粉末を均一に分散させた固形潤滑剤は容易に製造できるので、棒状固形潤滑剤の横断面内および長さ方向に関して均一な潤滑性能を確保でき、それによりスラストカラー部内の位置および経過時間に対して安定した潤滑を確保できる。
【００２７】
固形潤滑剤中の固体潤滑剤の添加量は１０wt％〜９０wt％とすることが望ましい。固体潤滑剤の添加による効果が事実上得られるのは添加量１０wt％以上であり、添加量が９０wt％を超えると結合材としてのワックス系固形潤滑剤が少なくなり過ぎて、複合材料である棒状固形潤滑剤の強度が不十分になり、押し付けにより固形潤滑剤が折れやすくなる。
【００２８】
【実施例】
［実施例１］
本発明の固形潤滑による孔形圧延方法を、軌条粗圧延機の孔形ロールのスラストカラー部に適用した。本発明による固形潤滑剤として、融点１３０℃のワックス系固形潤滑剤に黒鉛粉末を３０wt％混入したものを用いた。
【００２９】
スラストカラー部への固形潤滑剤の供給は、図２に示す固形潤滑剤供給装置を上ロールの上部に設置して行った。
【００３０】
この供給装置は、図２に示したように、架台に固定されており、エアーシリンダーにより往復駆動されるピストンの先端にあるチャックに棒状のワックス系固形潤滑剤の一端を把持し、他端を孔形ロールの所定部位に押し付ける。エアーシリンダー・ピストン系は空圧回路（図示せず）により駆動制御されている。一端をチャックに把持された棒状固形潤滑剤は、孔形ロールへの押し付け側の箇所をガイドで案内されており、確実にロール表面の所定部位に押し付けられる。ガイドは更に、長い棒状固形潤滑剤がロール回転による曲げ荷重で折れないように保護する役割も果たす。なお図２では、潤滑剤を押し付ける前の状態を示したが、実際の圧延実施時にはピストンを作動させて潤滑剤を押し出し、ロール表面に押し付ける。
【００３１】
上記の供給装置により、圧延開始前から圧延中継続的に固形潤滑を行った。
【００３２】
これと比較のため、固形潤滑は行わない以外は上記と同じ条件にて、従来の無潤滑圧延および液状潤滑圧延を行った。
【００３３】
液状潤滑圧延には、図３に示した従来の孔形圧延以外の一般の圧延に用いられている液状潤滑剤の供給装置を用いた。図示した供給装置は、熱間圧延および冷間圧延のいずれでも用いられている代表的な形式である。同図の供給装置は、ヘッダーに配列されたノズルから液状の潤滑剤（油のみ、あるいは水と油のエマルジョン等）をワークロール表面に噴射する。液状潤滑剤は噴射されたワークロール部位に留まらず、周囲へ広がるため、潤滑部位を厳密に制御することができないし、必要部位への潤滑剤供給量も厳密に制御できない。本実施例では、液状潤滑剤として市販の鉱油系潤滑油（粘度：５０cSt)を濃度１００％で用いた。
【００３４】
上記の各圧延の結果、従来の無潤滑圧延では、４７０トン圧延した時点でスラストカラー部の摩耗深さは２．１ｍｍであった。
【００３５】
また、液状潤滑圧延では、５１０トン圧延した時点でスラストカラー部の摩耗深さは２．０ｍｍであった。
【００３６】
これに対して本発明の固形潤滑圧延を行った場合は、４９０トン圧延した時点でスラストカラー部の摩耗深さは０．５ｍｍであった。
【００３７】
このように、従来の無潤滑圧延に対して本発明の固形潤滑圧延はスラストカラー部の摩耗を大幅に軽減できる。液体潤滑でも、無潤滑に比べれば若干の摩耗軽減効果は認められるものの、大幅な改善効果は得られない。
【００３８】
［実施例２］
軌条圧延ラインの粗ミルのスラストカラー部の上ロールのほぼ直上にエアーシリンダーを用いた固形潤滑剤の供給装置を設置し、固形潤滑剤の融点、押し付け圧力、および固形潤滑剤への水かけの有無が、ロール焼付きの発生に与える影響を調査した。その結果、本発明にある条件で固形潤滑剤を用いると、表１に示したように、ロール肌荒れ( 焼付き) の発生が十分に抑制可能で、数ロット無研削( ロール手入れ無し) で使用可能であることが明らかになった。
【００３９】
【表１】
0003694427.tif 000002
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固形潤滑によれば、孔形圧延において孔形ロールのスラストカラー部における摩耗を大幅に軽減できる。
【００４１】
それにより、ロール寿命が実質的に向上するので、ロールコストが低減される上、ロール組み換え回数の低減により圧延ラインの生産性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、孔形圧延において上下の孔形ロールの側面同士が摺動するスラストカラー部を示す、上下ロール軸を含む面での断面図である。
【図２】図２は、本発明による固形潤滑方法に用いる固形潤滑剤供給装置の構造例を示す断面図である。
【図３】図３は、従来の液体潤滑方法に用いる潤滑剤供給装置の代表例を示す断面図である。
【図１】
0003694427.tif 000003
【図２】
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【図３】
0003694427.tif 000005