(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール本体(１)の外周面に硬質リング(２)を装着した圧延用リングロールであって、硬質リング(２)は、外層(３)は超硬合金、内層(4)は鋳鋼又は鋳鉄にて形成された２層構造であって、外層(３)と内層(４)は軸方向に同一長さであり、内層(４)の鋳鋼又は鋳鉄は、600〜700℃でパーライト変態し、且つ外層(３)と内層(４)は室温から600℃までの平均熱膨張率の差が、Δα＝７×１０-6（℃-1）であり、外層(３)の超硬合金のヤング率Ｅ１は500(GPa）、内層(４)の鋳鋼又は鋳鉄のヤング率Ｅ２は210(GPa)であり、硬質リングの軸心を含み軸心に沿う断面において、硬質リング内層(４)の断面積は硬質リングの全断面積の１０〜３０％であることを特徴とする圧延用リングロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、鉄鋼線材、棒材等の圧延に使用されるリングロールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
線材、棒材等の圧延に用いられるロールとして、超硬合金を環状に形成した硬質リングをロール本体に嵌めて機械的に組み立てたリングロールが実施されている。
【０００３】
ところが硬質リング全体を超硬合金で製作することは以下の問題がある。
(1)超硬合金製リングは高価であり、コスト高を招く。
(2)超硬合金製リングは重量が嵩み、ロール本体への装着作業性が悪い。
(3)超硬合金製リングは靭性がないために、耐衝撃性に乏しく、使用中の破損事故を招く。
(4)超硬合金製リングは焼嵌めによるロール本体への取付けができない。
そこで、硬質リングを、外層は超硬合金、内層は鋳鋼又は鋳鉄にて形成された２層構造とすることにより、上記問題を解決できる圧延用リングロールが提案されている（例えば特開平２−２４３７３６号，同８−１５８００４号公報）。
この２層構造の硬質リングは、外層を構成する超硬合金の熱膨張率は、内層を構成する鋳鋼の熱膨張率の約半分であるため、硬質リングを鋳造した際、これを室温まで冷却するときに、外層と内層の熱膨張率の差によって外層に熱応力が生じ、クラックなどのトラブルを発生する問題が生じた。従来は、熱応力によるトラブル解決の手段として、内層の金属組織をベイナイトにし、又は内層の合金成分にニッケルを含有させて、内層の熱膨張率を外層のそれに近づけ、外層と内層の熱膨張率の差を減少させることによってクラック発生を防止していた。
【０００４】
【課題を解決する為の手段】
本発明の圧延用リングロールは、ロール本体(１)の外周面に硬質リング(２)を装着した圧延用リングロールであって、硬質リング(２)は、外層(３)はヤング率Ｅ1は500(GPa)の超硬合金、内層(４)はヤング率Ｅ2は210(GPa)の鋳鋼又は鋳鉄にて形成された２層構造であって、外層(３)と内層(４)は軸方向に同一長さであり、内層(４)の鋳鋼又は鋳鉄は、600〜700℃でパーライト変態し、且つ外層(３)と内層(４)は室温から600℃までの平均熱膨張率の差が、Δα＝7×10-6(℃-1)であり、硬質リングの軸心を含み軸心に沿う断面において、硬質リング内層(４)の断面積は硬質リングの全断面積の１０〜３０％であることを特徴とする。
【０００５】
【作用及び効果】
硬質リングは、圧延材と接しないリング内層(４)が超硬合金よりも安価な鋳鋼又は鋳鉄にて形成されているため、リング全体を超硬合金にて形成したものよりも安価に製造でき、リングロール全体の製造コストを低減できる。
鋳鋼又は鋳鉄は超硬合金よりも軽量であるため、リング全体を超硬合金にて形成したものより軽量にでき、ロール本体(１)への装着作業性を向上できる。
鋳鋼又は鋳鉄は超硬合金に比べると靭性があり、リングに対する耐衝撃性を向上でき、使用中の破損事故を防止できる。
リング内層(４)は、室温から600℃までの平均熱膨張率が14×10-6(℃-1)という制約は加わるが通常の合金成分の鋳鋼又は鋳鉄であるから、焼嵌めによるロール本体(１)への組込が可能となる。
【０００６】
尚、リング外層(３)の超硬合金は内層(４)の鋳鋼又は鋳鉄に比べて熱膨張率が小さいため、超硬合金を鋳込んでリングを製造する際、冷却工程中に、外層(３)及び内層(４)は軸方向に収縮する。外層(３)と内層(４)は熱膨張率に差があるため境界部に軸方向の剪断応力が発生し、内層(４)と外層(３)の境界部から外層(３)に割れが生じる。
【０００７】
本発明では、硬質リング(２)の軸心を含み軸心に沿う断面において、リング内層(４)の断面積はリングの全断面積の３０％以下とすることにより、内層(４)と外層(３)の境界部に発生する剪断応力を外層(３)の破壊強度以下にでき、以てリングの割れ防止を実現できた。
リング内層(４)の断面積がリングの全断面積の１０％以下となると、前記経済効果、軽量化等の効果が生じ難い。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例につき、図面に沿って詳述する。
図１は、ロール本体(１)の外周に複数の硬質リング(２)を嵌め込み機械的に固定したリングロールの一例を示している。
図２は、硬質リング(２)の軸心を含み軸心に沿う断面を示している。
【０００９】
本発明は、硬質リング(２)は、外層(３)と内層(４)の２層構造であり、外層(３)は室温から600℃までの平均熱膨張率が7×10-6(℃-1)の超硬合金、内層(４)は600〜700℃でパーライト変態し室温から600℃までの平均熱膨張率が14×10-6(℃-1)の鋳鋼又は鋳鉄によって形成され、外層(３)と内層(４)は室温から600℃までの平均熱膨張率の差が、Δα＝7×10-6(℃-1)であり、図２の断面において、硬質リング内層(４)の断面積は硬質リングの全断面積の１０〜３０％である。
【００１０】
【実施例】
［硬質リング］
寸法：外径φ210mm、内径φ120mm、幅長さ72mm
重量：22kg
製造条件：
(1) 外層(超硬合金製リング部材)に厚み10〜20μmのＮｉメッキを施す(予熱加熱時の酸化防止のため)。
(2) 外層を650℃に予備加熱する(溶湯鋳造時の熱衝撃による外層の割れ防止のため)。
(3) 外層の内側に対して溶融内層材料を鋳込んで静置鋳造し、外層と内層を複合一体化、溶湯鋳込み温度は1660℃(外層の超硬合金は1320℃付近で液相が発生するため、外層との溶着のためには鋳込み温度は1400℃程度は必要)。
(4) 外層と内層が複合一体化したリングを焼入れ温度980℃、焼戻し温度570℃で熱処理し、徐冷。
【００１１】
［リング外層］
成分：ＷＣ75重量％＋バインダー金属25重量％
バインダー金属組成：Ｃo 12重量％、Ｎi 12重量％、Ｃr 1重量％
寸法：外径φ210mm、内径φ140mm
熱膨張率：7×10-6(℃-1) 但し室温から600℃までの平均熱膨張率
引張強度：538MPa(圧裂試験)
重量：19.5kg
【００１２】
［リング内層］
寸法：外径φ140mm、内径φ120mm
成分：Ｃ      Ｓｉ    Ｍｎ    Ｐ       Ｓ
0.5     0.4     0.5    0.015    0.006
(単位；重量％)
熱膨張率：14×10-6(℃-1)  但し室温から600℃までの平均熱膨張率
引張強度：679MPa
靭性伸び：18％
重量：2.5kg
【００１３】
【参考例】
硬質リングを全て上記超硬合金にて形成した場合
引張強度：538MPa
重量：23.5kg
【００１４】
然して、硬質リングは、圧延材と接しないリング内層(４)が超硬合金よりも安価な鋳鋼又は鋳鉄にて形成されているため、リング全体を超硬合金にて形成したものよりも安価に製造でき、リングロール全体の製造コストを低減できる。
鋳鋼又は鋳鉄は超硬合金よりも軽量であるため、リング全体を超硬合金にて形成したものより軽量にでき、ロール本体(１)への装着作業性を向上できる。
鋳鋼又は鋳鉄は超硬合金に比べると靭性があり、リングに対する耐衝撃性を向上でき、使用中の破損事故を防止できる。
リング内層(４)は、鋳鋼又は鋳鉄であるから焼嵌めによるロール本体(１)への組込が可能となる。
【００１５】
尚、リング外層(３)の超硬合金は内層(４)の鋳鋼又は鋳鉄に比べて熱膨張率が小さいため、超硬合金を鋳込んでリングを製造する際、冷却工程中に、外層(３)及び内層(４)は軸方向に収縮するが、外層(３)と内層(４)の熱膨張率に差があるため境界部に軸方向の剪断応力が発生し、通常ならば内層(４)と外層(３)の境界部から外層(３)に割れが生じる。
【００１６】
本発明では、以下の計算によって上記応力を求め、硬質リング(２)の軸心を含み軸心に沿う断面において、リング内層(４)の断面積はリングの全断面積の３０％以下とすることにより、内層(４)と外層(３)の境界部に発生する剪断応力を外層(３)の破壊強度以下にでき、以てリングの割れを防止できるものである。
【００１７】
［超硬合金と鋳鋼材の複合化に伴う応力発生の計算］
超硬合金と鋳鋼材を高温で複合一体化した後、熱膨張差により冷却中に発生する応力を計算する。
超硬合金よりも鋳鋼材の方が熱膨張率が大きいため、冷却過程で超硬合金には圧縮、鋳鋼材には引張りの応力が発生する。
【００１８】
鋳鋼材は600〜700℃でパーライト変態に伴う膨張があるため、600℃以下での超硬合金と鋳鋼材との熱膨張差が問題となる。
ここで温度差ΔＴ＝600℃とする。
超硬合金と鋳鋼材の常温から600℃の間の平均熱膨張率の差を
Δα＝7×10-6(℃-1)とすると
全歪み量は
ε＝Δα・ΔＴ＝0.42％となる。
【００１９】
今、軸方向の応力を求める。図３に示す様に、常温になった時点での超硬合金および鋳鋼材に発生する軸方向の応力をσ1，σ2
(σ1は圧縮応力，σ2は引張応力)
超硬合金側および鋳鋼側の歪み量をε1，ε2
超硬合金および鋳鋼材のヤング率をＥ1，Ｅ2
超硬合金および鋳鋼材の断面積をＳ1，Ｓ2とすると、
軸方向の応力は、内層(３)及び外層(４)の断面全体に生じているが、軸方向断面内での応力のつり合いを検討すれば十分である。
【００２０】
【数１】
0003698829.tif 000002
【００２１】
剪断応力τが超硬合金の材料強度を超えないようにするための鋳鋼材の断面積比率を求める。
図４、図５に示す如く、ｎ(Ｓ1／Ｓ2)が２.３以上、即ち内層(４)の断面積Ｓ2が、全体の断面積Ｓ1＋Ｓ2の３０％以下のとき、超硬合金の外層と鋳鋼の内層との境界部に発生する剪断応力が超硬合金の材料強度538MPa以下となり、破壊しない。
【００２２】
リング内層(４)の断面積がリングの全断面積の１０％以下となると、前記経済効果、軽量化等の効果が生じ難い。
本発明は上記実施例の構成に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載の範囲で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】リングロールの一部を断面で表した正面図である。
【図２】硬質リングの断面図である。
【図３】硬質リング内層と外層の間に発生する応力計算の説明図である。
【図４】硬質リング内層と外層の断面積比率による剪断応力の計算表である。
【図５】同上のグラフである。
【符号の説明】
(１) ロール本体
(２) 硬質リング
(３) 外層
(４) 内層
【図１】
0003698829.tif 000003
【図２】
0003698829.tif 000004
【図３】
0003698829.tif 000005
【図４】
0003698829.tif 000006
【図５】
0003698829.tif 000007