(57)【要約】【課題】  例えば，耐摩耗性，耐ヒートクラック性，耐焼き付き性，耐肌荒れ性，強靱性などに優れたＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールを，低コストで容易に製造すること。【解決手段】  まず，ハイス系成分からなる溶湯を用いて，遠心鋳造法により円筒状中空素材を鋳造する。次いで，上記円筒状中空素材に対し，スリーブロールの使用面となる径方向外周部分のみを，当該円筒状中空素材の軸方向に表層鍛造する。さらに，上記表層鍛造後の円筒状中空素材に対し，上記スリーブロールの使用面となる径方向外周部分のみを，当該円筒状中空素材の軸方向に型鍛造する。これにより，鍛造効果を当該スリーブロールの使用面に重点的に付与して，硬質の炭化物および樹枝状晶を十分に破壊して微細均一化することができる。このため，上記機械的性質に優れた圧延用スリーブロールを安価かつ容易に提供できる。【選択図】  図２Ｃ
2006297427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｈ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法であって：
ハイス系成分からなる溶湯を用いて，遠心鋳造法により円筒状中空素材を鋳造する鋳造工程と；
前記円筒状中空素材に対し，前記スリーブロールの使用面となる径方向外周部分のみを，当該円筒状中空素材の軸方向に表層鍛造する表層鍛造工程と；
前記表層鍛造後の円筒状中空素材に対し，前記スリーブロールの使用面となる径方向外周部分のみを，当該円筒状中空素材の軸方向に型鍛造する型鍛造工程と；
を含むことを特徴とする，Ｈ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法。
【請求項２】
前記鋳造工程は，
前記ハイス系成分からなる溶湯で鋳造された円筒状中空素材の内周面に，黒鉛鋳鋼またはダクタイル鋳鉄からなる溶湯を遠心鋳造して溶着させ，複合円筒状中空素材を形成する工程を含むことを特徴とする，請求項１に記載のＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法。
【請求項３】
前記鋳造工程後に，前記鋳造された円筒状中空素材を当該円筒状中空素材の軸に対して垂直方向に切断し，当該軸方向に所定の長さとする切断工程をさらに含み，
前記表層鍛造工程では，前記切断された円筒状中空素材を表層鍛造することを特徴とする，請求項１または２に記載のＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法。
【請求項４】
前記表層鍛造工程では，
前記円筒状中空素材の前記径方向外周部分を，周方向に沿って一部重複しながら順次，部分的に表層鍛造することを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載のＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法。
【請求項５】
前記ハイス系成分からなる溶湯は，質量％で，
Ｃ：１．０〜３．５％，
Ｓｉ：０．２〜２．４％，
Ｍｎ：０．２〜２．０％，
Ｃｒ：３．０〜１０．０％，
Ｖ：４．５〜１０．０％，及び，
Ｍｏ，Ｗの１種以上：０．２〜１０．０％
を含有し，
残部がＦｅからなることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載のＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，Ｈ型鋼等の被圧延材の圧延に用いられるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｈ型鋼圧延用スリーブロールとしては，遠心鋳造法により製造したもの，または，鋼塊から鍛造により成型したものがある。これらのＨ型鋼圧延用スリーブロールは共に，耐摩耗性が十分でなかったり，焼き付いたりすることが原因で，使用期間に制限があるという問題があった。かかる問題の対処として，ロール使用面にハイス（高速度鋼，ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ｓｔｅｅｌ；ＨＳＳ）系材質を適用することによって，耐摩耗性に関しては改善がなされてきたが，耐ヒートクラック性，耐焼き付き性の改善までには至っていなかった。
【０００３】
そこで，かかる改善策としてハイス系鍛造スリーブロールが適用されており，特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載の技術内容は，ハイス系成分からなる溶湯を用いて遠心鋳造方法により成形した単層スリーブ素材または複合スリーブ素材に対し，外内両面方から半径方向に，さらに軸方向からも鍛造を実施し，スリーブロールを形成するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００‐２８８７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，例えば，Ｈ型鋼圧延用スリーブロール，特に，小サイズのＨ型鋼圧延用スリーブロールは，図１に示す如く，圧延部３２の幅以上の袴部３４を有している。このような袴部３４を有するＨ型鋼用圧延スリーブロール３０を，上記特許文献１に開示されている技術内容で製造するには，図４に示すように，半径方向ｙ及び軸方向ｚの鍛造により形成された円筒状中空素材１５０から，上記スリーブロール３０の袴部３２を形成するために，両肩にある余肉部１５２（ドットハッチングを付した部分）を機械加工により除去することが必要である。ところが，当該除去された余肉部１５２は，上記鍛造により塑性変形の多い鍛錬効果が大なる部分である。従って，かかる鍛錬効果が高い余肉部１５２を機械加工により除去してしまうと，当該除去により形成される使用部１５４（上記圧延部３２に相当する）の機械的性質（例えば，耐摩耗性，耐ヒートクラック性，耐焼き付き性，耐肌荒れ性，強靱性など）が，低いものとなってしまうという問題があった。
【０００６】
また，Ｈ型鋼用圧延スリーブロール３０の別の製造方法としては，遠心鋳造された円筒形中空素材を型鍛造により，一度に鍛造，成形する方法がある。しかし，この方法では，大容量のプレス設備が必要であり，且つその成形・加工費も増大するという問題があった。
【０００７】
そこで，本発明は，上記問題に鑑みてなされたものであり，本発明の目的とするところは，機械的性質，例えば，耐摩耗性，耐ヒートクラック性，耐焼き付き性，耐肌荒れ性，強靱性などに優れたＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールを，低コストで容易に製造することが可能な，新規かつ改良されたＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，Ｈ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法が提供される。この製造方法は，ハイス系成分からなる溶湯を用いて，遠心鋳造法により円筒状中空素材を鋳造する鋳造工程と；上記円筒状中空素材に対し，上記スリーブロールの使用面となる径方向外周部分のみを，当該円筒状中空素材の軸方向に表層鍛造する表層鍛造工程と；上記表層鍛造後の円筒状中空素材に対し，上記スリーブロールの使用面となる径方向外周部分のみを，当該円筒状中空素材の軸方向に型鍛造する型鍛造工程と；を含むことを特徴とする。
【０００９】
このように，ハイス系成分から鋳造された円筒中空素材を部分的に鍛造成形することにより，硬質の炭化物および樹枝状晶を十分に破壊して微細均一化することができる。このため，例えば，耐摩耗性，耐ヒートクラック性，耐焼き付き性，耐肌荒れ性，強靱性などの機械的性質が向上されたハイス系鍛造スリーブロールを提供できる。さらに，表層部分鍛造及び型鍛造工程を導入することで，鍛造効果を当該スリーブロールの使用面に重点的に付与することができる。加えて，遠心鋳造された円筒形中空素材を型鍛造により一度に鍛造する方法と比べて，プレス設備が小容量で済み，成形・加工費を低減できる。
【００１０】
また，上記鋳造工程は，上記ハイス系成分からなる溶湯で鋳造された円筒状中空素材の内周面に，黒鉛鋳鋼またはダクタイル鋳鉄からなる溶湯を遠心鋳造して溶着させ，複合円筒状中空素材を形成する工程を含むようにしてもよい。これにより，上記機械特性に優れた複合スリーブロールを容易かつ安価に製造できる。
【００１１】
また，上記鋳造工程後に，上記鋳造された円筒状中空素材を当該円筒状中空素材の軸に対して垂直方向に切断し，当該軸方向に所定の長さとする切断工程をさらに含み，上記表層鍛造工程では，上記切断された円筒状中空素材を表層鍛造するようにしてもよい。これにより，鋳造された円筒状中空素材から，所望のスリーブロールの形状に応じた円筒状中空素材を容易に成形して，鍛造工程に供することができる。
【００１２】
また，上記表層鍛造工程では，上記円筒状中空素材の上記径方向外周部分を，周方向に沿って一部重複しながら順次，部分的に表層鍛造するようにしてもよい。これにより，円筒状中空素材のうちスリーブロールの使用面に相当する外周部分のみを，好適に軽鍛造することができる。
【００１３】
また，上記ハイス系成分からなる溶湯は，質量％で，Ｃ：１．０〜３．５％，Ｓｉ：０．２〜２．４％，Ｍｎ：０．２〜２．０％，Ｃｒ：３．０〜１０．０％，Ｖ：４．５〜１０．０％，及び，Ｍｏ，Ｗの１種以上：０．２〜１０．０％を含有し，残部がＦｅからなるようにしてもよい。
【００１４】
また，上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，上述したＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法によって製造されたＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールが提供される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば，耐摩耗性，耐ヒートクラック性，耐焼き付き性，耐肌荒れ性，強靱性等の物理的性質に優れた高性能のＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールを，低コストで容易に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
（第１の実施形態）
まず，本発明の第１の実施形態にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの化学成分について説明する。本実施形態にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール（以下，単に「スリーブロール」または「ロール」という場合もある。）は，例えば，外層材と内層材とからなる二層構造の複合圧延スリーブロールとすることができる。このＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの外層材は，例えば，特許文献２（特開平１０‐８１９１８号公報）に開示されているようなハイス系成分からなる。このハイス系成分は，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ等を多量に含有した高速度鋼（白鋳鉄等）の素材となる成分である。以下に，その代表的な各成分について，その成分含有量および成分限定理由について説明する。なお，以下の各成分の含有比率は，質量％である。
【００１８】
Ｃ：１．０〜３．５％
炭素Ｃは，ロールの性能に直接影響するロール硬さを得るための，重要な元素である。Ｃ含有量が１．０％より少ないと，耐摩耗性及び耐肌荒れ性を向上させるために有効な硬い炭化物の晶出が少なく，さらに，基地に固溶するＣ量が不足し，焼き入れによっても十分な基地硬さが得られないだけでなく，合金添加物としての効果を発揮できない。
【００１９】
一方，Ｃ含有量が３．５％を越えると，硬いが脆い炭化物が粗大化し，且つその晶出量も過大となり，ロールの強度が損なわれる。このため，ロールの使用中に割損や表層剥離等が生じ，使用に耐えられない。従って，３．５％をＣ含有量の上限とした。
【００２０】
Ｓｉ：０．２〜２．４％
ケイ素Ｓｉは，脱酸作用を目的として添加される。Ｓｉ含有量が０．２％未満であると，脱酸効果が不十分であり，一方，２％を超えると，靭性を低下させる。また，鋳造時の流動性を確保するため，Ｓｉ含有量の範囲を０．２〜２．４％とする。
【００２１】
Ｍｎ：０．２〜２．０％
マンガンＭｎは，脱酸，脱硫作用を目的として添加される。Ｍｎ含有量が０．２％未満であると，脱酸，脱硫効果が不十分であり，一方，２．０％を超えると，靭性を低下させる。このため，Ｍｎ含有量の範囲を０．２〜２．４％とする。
【００２２】
Ｃｒ：３．０〜１０．０％
クロムＣｒは，Ｃと結合して，主にＭ７Ｃ３型等の硬い炭化物を結晶粒界に晶出生成し，耐摩耗性を向上させる。Ｍ７Ｃ３炭化物は，遠心鋳造時にも比較的偏析し難いが，網目状に大きく凝集して晶出する。Ｃｒ添加量が少ないと，炭化物が少なくその効果が十分確保できず，一方，Ｃｒ添加量が多すぎると，炭化物の晶出量が過大となり，前述のとおり強度が損なわれる。
【００２３】
この晶出する炭化物は，鍛造時に破壊され，微細化されることにより，悪影響を軽減することができる。しかし，組織中の炭化物量としては変化せず，過度な晶出は，やはり悪影響を及ぼすため，Ｃｒ含有量の適正な範囲を３．０％以上１０．０％以下とした。
【００２４】
Ｖ：４．５〜１０．０％
バナジウムＶは，優先的にＣと結合して，極めて硬く粒状のＭＣ型炭化物，即ち，ＶＣ炭化物を形成し，耐摩耗性を向上させるために極めて有用な元素である。しかし，Ｖ含有量が４．５％未満であると，炭化物量が不十分となり耐摩耗性が確保できず，一方，１０．０％を超えると，ＶＣ炭化物は，比重が小さいため遠心鋳造時に内面側に重量偏析しやすくなってしまう。このため，偏析の抑制と強度を損なわない範囲として，Ｖ含有量を４．５〜１０．０％とした。
【００２５】
Ｍｏ，Ｗ：１種以上を０．２〜１０．０％
モリブデンＭｏ，タングステンＷは，上記Ｃｒと同様に，マトリックス中に固溶されて基地を強化すると共に，Ｃと結合して炭化物を形成する。基地強化のためには，最低０．２％以上の含有が必要であるが，１０．０％を超えると，粗大炭化物が形成され靭性が低下する。また，遠心鋳造法で１０．０％を超えた場合，層状偏析が発生する。そこで，Ｍｏ及び／又はＷ含有量を０．２〜１０．０％とした。
【００２６】
本実施形態にかかるスリーブロールの外層材の基本成分は，上記のとおりであるが，適用対象となるロールのサイズ，要求されるロールの使用特性等により，上記化学成分に加えて，以下のようなＮｉ，Ｃｏ，Ｎｂを適宜添加してもよい。
【００２７】
Ｎｉ：０．１〜３．０％
ニッケルＮｉは，基地の焼入れ性を向上させ，硬度を高くする効果がある。焼入れ性を向上させるためには，０．１％以上のＮｉ含有量が必要である。しかし，Ｎｉ含有量が３．０％を超えると，残留オーステナイトが増え硬度低下するため，上限を３．０％とした。
【００２８】
Ｃｏ：０．５〜１０．０％
コバルトＣｏは，高温での硬さと強度を向上させる効果がある。高温での耐摩耗性および熱亀裂性が要求されるような圧延条件で使用されるロールを製造する場合に効果がある。Ｃｏを０．５％以上添加すると効果があるが，経済性の観点からその含有量の上限を１０．０％以下とした。
【００２９】
Ｎｂ：０．１〜３．０％
ニオブＮｂは，Ｖと同様，Ｃと結合し硬いＭＣ炭化物を生成し，耐摩耗性を向上させる。Ｎｂは，上記Ｖと共に添加するため，その含有量が０．１％以上ないとその効果はなく，一方，３．０％を超えて添加すると，ＭＣ炭化物が増加して，基地硬度を低下させてしまう。
【００３０】
さらに，上記外層材の各成分以外の残部は，Ｆｅと不可避的不純物とからなる。一方，スリーブロールの内層材は，例えば，黒鉛鋳鋼またはダクタイル鋳鉄などを素材としている。
【００３１】
次に，本実施形態にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法について説明する。本実施形態にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法の特徴は，上述したハイス系成分からなる溶湯を用いて鋳造された円筒中空素材に対し，ロール使用面となる部分にのみ，部分的に表層鍛造及び型鍛造を施す点にある。
【００３２】
まず，図１に基づいて，このような鍛造を施す理由について説明する。図１は，本実施形態にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０を用いたＨ型鋼１０の圧延状態を示す断面図である。
【００３３】
図１に示すように，ロール軸２０にＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０が挿通・固定された状態で，圧延機（図示せず。）に対して一体に組み込まれる。このとき，スリーブロール３０内に挿通されたロール軸２０が例えば水平となるように配置される。かかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０およびロール軸２０は，例えば上下方向（圧下方向ｙ）に対向するように一対配設されている。図１では，下水平ロールとなるスリーブロール３０を実線で示し，上水平ロールとなるスリーブロール３０を一点鎖線で示してあり，双方のスリーブロール３０は，例えば，同一形状，同一サイズである。
【００３４】
また，Ｈ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０は，ロール外周側に位置する圧延部３２と，ロール内周側に位置する袴部３４とからなる。圧延部３２のロール軸方向ｚの幅は，袴部３４のロール軸方向ｚの幅よりも狭くなっている。このため，スリーブロール３０の両側面には，圧延部３２と袴部３４との間に段差が生じている。
【００３５】
このような一対のＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０によって，上下方向を圧下方向ｙとしてＨ型鋼１０が圧延される。この圧延状態において，圧延されるＨ型鋼１０と，下水平ロールであるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０とは，下記（１），（２）の部分にて接触しており，当該接触によりＨ型鋼１０が圧延，搬送されている。
【００３６】
（１）Ｈ型鋼１０のフランジ１４の両内側面１４ａと，当該スリーブロール３０の圧延部３２の両側面３２ａとの接触部であるＡ面
（２）Ｈ型鋼１０のウェブ１２の下面１２ａと当該スリーブロール３０の圧延部３２の外周面３２ｂとの接触部であるＢ面
【００３７】
また，上水平ロールであるスリーブロール３０も，上記下水平ロールと同様にしてＨ型鋼１０に接触している。
【００３８】
このようなＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０を用いてＨ型鋼１０を圧延する際，Ｈ型鋼１０の圧延に必要な搬送力は，以下の（ａ）（ｂ）の摩擦力によるところが大きい。
【００３９】
（ａ）Ｈ型鋼１０と，スリーブロール３０の外周面３２ｂとの接触部であるＢ面における摩擦力
（ｂ）Ｈ型鋼１０の圧延において，通常，該Ｈ型鋼１０の左右両側に配設される一対の竪ロール（図示せず。）と，Ｈ型鋼１０のフランジ外側面１４ｂとの接触部における摩擦力
このような搬送力を発揮する接触部では，圧延されるＨ型鋼１０とスリーブロール３０とのスリップは生じにくい。
【００４０】
一方，上記図１に示すＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０のＡ面は，ロール軸２０の軸芯からの距離が，上記Ｂ面より小さい。このため，上記Ａ，Ｂ両面における角速度は同じでも，Ｈ型鋼１０の圧延・搬送方向の速度に差が生じる。従って，スリーブロール３０のＡ面（即ち，圧延部３２の両側面３２ａ），特に，Ｈ型鋼１０の足先部１４ｂに近い箇所において，上記Ｂ面よりも大なる摩耗，ヒートクラック，焼き付き，肌荒れが生ずる問題がある。そこで，この問題を解決するべく，本発明は，Ｈ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０における解決すべき主要な箇所，即ち，使用面として，上記図１に示すＡ面（以下，「使用面Ａ」という。）の鍛造効果を計ろうとするものである。
【００４１】
次に，図２に基づいて，本実施形態にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法の工程フローについて詳細に説明する。
【００４２】
本実施形態にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法は，（１）上記ハイス系成分からなる溶湯を用いて，遠心鋳造法により円筒中空素材を鋳造する鋳造工程と，（２）当該鋳造された円筒中空素材を軸方向の所定の長さで切断する切断工程と，（３）当該切断された円筒状中空素材のうちスリーブロール３０の使用面Ａに相当する径方向外周部分のみを，部分的に表層鍛造する表層鍛造工程と，（４）当該表層鍛造された円筒状中空素材の上記使用面Ａに相当する径方向外周部分のみを型鍛造する型鍛造工程と，（５）仕上工程と，を含む。以下に，かかる各工程について詳述する。
【００４３】
（鋳造工程）
最初に，鋳造工程について説明する。鋳造工程では，まず，上述したハイス系成分からなる溶湯を用いて，遠心鋳造法により，図２Ａに示すような円筒状中空素材５０を鋳造する。このような遠心鋳造により，スリーブ形状の円筒状中空素材５０を比較的安価かつ容易に製造することができる。
【００４４】
次いで，本実施形態では，複合スリーブロールを製造するために，上記のように鋳造された円筒状中空素材５０の内周面に，黒鉛鋳鋼またはダクタイル鋳鉄等の溶湯を遠心鋳造して溶着させ，複合円筒状中空素材５０を形成する。これにより，円筒状中空素材５０は，上記ハイス系成分からなる外層材と，上記黒鉛鋳鋼またはダクタイル鋳鉄等からなる内層材との二層構造となる。なお，上記ハイス系成分からなる単層スリーブロールを製造する場合には，上記黒鉛鋳鋼等を溶着させるための２段階目の遠心鋳造工程を省略することができる。
【００４５】
さらに，このように鋳造された円筒状中空素材５０は，焼純熱処理される。
【００４６】
（切断工程）
次いで，切断工程では，上記鋳造工程で鋳造された円筒状中空素材５０を，図２Ｂに示すように，軸方向ｚに所定の長さＬとなるように，軸直角方向（ロール径方向ｘｙ）に切断する。つまり，上記のように鋳造された円筒状中空素材５０の軸方向ｚの長さ（高さ）は，最終製品であるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０の軸方向ｚの長さよりも長い。そこで，本切断工程では，円筒状中空素材５０を切断して，Ｈ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０の長さに対応した所定の長さＬの円筒状中空素材５０−１，２，…を成形する。ここで，「所定の長さＬ」とは，最終製品であるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０の軸方向の長さより，機械加工による仕上げ代として例えば２０〜３０ｍｍ程度余分な長さである。
【００４７】
このように円筒状中空素材５０を切断して，複数の円筒状中空素材５０−１，２，…を成形することにより，一回の鋳造工程で製造された円筒状中空素材５０から，複数の円筒状中空素材５０−１，２，…を成形できるので，製造効率が高まり製造コストを低減できる。
【００４８】
しかし，かかる例に限定されず，当該切断工程では，上記鋳造された円筒状中空素材５０を長さ調整のために切断して，上記所定の長さＬの円筒状中空素材５０−１を１つだけ成形するようにしてもよい。また，上記鋳造工程で予め，上記所定の長さＬの円筒状中空素材５０を鋳造するようにしてもよく，この場合には，上記切断工程を省略することができる。なお，以下では説明の便宜上，上記切断によって製造された所定の長さＬの円筒状中空素材５０−１，２，…を，円筒状中空素材５０と表記して説明する。
【００４９】
（表層鍛造工程）
表層鍛造工程（軽鍛造工程）では，例えば大型自由鍛造機（図示せず。）によって，図２Ｃに示すように，上記円筒状中空素材５０のうち上記スリーブロール３０の使用面Ａとなる径方向外周部分５２のみを，円筒状中空素材５０の軸方向ｚ（スリーブ幅方向）に圧下する部分表層鍛造を行う。なお，「表層鍛造」とは，被鍛造材の鍛造方向の表層部のみを，アンビル等を使用して部分的に圧下し，塑性変形せしめる鍛造方法である。
【００５０】
具体的には，まず，上記大型自由鍛造機の台座６２上に，上記切断後の円筒状中空素材５０を，軸方向が上下方向となるように載置・固定する。この台座６２の上面には，平面形状が円形の凹部６４が形成されており，この凹部６４の径は，円筒状中空素材５０の外径より小さく，上記図１のスリーブロール３０の袴部３４の外径と略同一である。
【００５１】
次いで，例えば表層鍛造用アンビル６６を用いて，当該載置された円筒状中空素材５０のうち，上記スリーブロール３０の使用面Ａとなる径方向外周部分５２のみを，当該円筒状中空素材５０の軸方向に圧下するようにして部分的に表層鍛造する。このとき，所定の表層塑性変形量になるように押し込み量が選定される。さらに，当該表層鍛造では，上記スリーブロール３０の使用面Ａとなる円筒状中空素材５０の外周部分５２を，周方向全体に一部重複して順次，表層鍛造する。より詳細には，円筒状中空素材５０の外周部分５２に対して，表層鍛造用アンビル６６を図２Ｃ（ａ）に示すＰ，Ｑ，…の如く，周方向に沿って一部重複するように順次，部分的に作用させて，表層鍛造していく。
【００５２】
さらに，図２Ｃ（ｂ）に示すように，円筒状中空素材５０の上下を反転させた後，上記と同様にして，スリーブロール３０の使用面Ａとなる円筒状中空素材５０の外周部分５２のみを，周方向に沿って部分的に表層鍛造する。
【００５３】
以上のような表層鍛造によって，上記鋳造工程における遠心鋳造により晶出した炭化物および樹枝状晶を破壊し，微細化するとともに，円筒状中空素材５０の外周部分５２に対して，軸方向ｚに例えば２０〜５０ｍｍ深さまで塑性加工を施すことができる。これにより，円筒状中空素材５０の強度，耐ヒートクラック性，および耐焼き付き性等を向上させることができる。
【００５４】
（型鍛造工程）
その後，型鍛造工程では，例えばプレス機（図示せず。）によって，金型を用いて，上記表層鍛造された円筒状中空素材５０を型鍛造して，スリーブロール３０が成型される。具体的には，図２Ｄに示すように，最終製品たるスリーブロール３０のスリーブ形状に応じた形状の金型７０を用いて，上記円筒状中空素材５０の外周部分５２のみを，当該円筒状中空素材５０の軸方向ｚに圧下して一気に部分据え込み鍛造する。これによって，当該円筒状中空素材５０が型鍛造され，図１に示した形状のスリーブロール３０が成型される。
【００５５】
この型鍛造工程で用いられる金型７０の中央には，平面形状が円形の凹部７４が形成されており，この凹部７４の径は，上記図１のスリーブロール３０の袴部３４の外径に相当する。このような金型７０を用いることにより，図２Ｄに示すように，円筒状中空素材５０の外周部分５２のみを型鍛造して，袴部３４を有するスリーブロール３０を成型することができる。以上のような型鍛造工程により，製品形状に近いニアネットシェープ成型で，円筒状中空素材５０の鍛錬効果を得ることができる。
【００５６】
ここで，炭化物および偏析を十分に破壊し，ポーラスな組織体に鍛接効果を付与することで材料強度を向上させるためには，上記円筒状中空素材５０の型鍛造における鍛錬比（断面積比）を１．５以上にする必要がある。一方，鍛錬比が３を超えるとその鍛錬効果による強度向上率が減少し，また，鍛錬比を上げることは大きくコストに影響するので，鍛錬比の上限を３とすることが好ましい。
【００５７】
（仕上げ工程）
最後に，上記のように型鍛造された円筒状中空素材５０に対して，鍛造黒皮及び仕上げ加工を施して，最終的に図１に示したようなＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０が製造される。具体的に説明すると，上記型鍛造された円筒状中空素材５０は，型鍛造による加熱により，素材の表面に酸化膜である黒皮が形成されており，さらに，上記鍛造の余裕代としての余肉を含んでいる。従って，本仕上げ工程では，上記型鍛造された円筒状中空素材５０の例えば全面（内周面，外周面，両端面）を機械加工により切削し，所定のロール寸法に仕上げる。
【実施例】
【００５８】
以下に，本発明の実施例について説明する。本発明の実施例および比較例の作用・効果を確認するため，以下の表１，２ように，本発明の３種の実施例，および６種の比較例にかかる試験材を作成し，さらに，当該各試験材の機械的性質を測定する各種の試験を実施した。表１は，各試験材の化学組成，鍛造の有無，鍛錬比を示し，表２は，当該各試験材に関する引張試験，磨耗試験，ヒートクラック試験，焼き付き試験の試験結果を示す。
【００５９】
【表１】
2006297427.tif 000003
【００６０】
【表２】
2006297427.tif 000004
【００６１】
なお，上記表１及び表２において，試験Ｎｏ．１，４，７は本発明の実施例にかかる試験材を表し，試験Ｎｏ．２，５，８は比較例１にかかる試験材を表し，試験Ｎｏ．３，６，９は比較例２にかかる試験材を表す。
【００６２】
＜＜試験材の製造方法＞＞
まず，上記各試験材１〜９の製造方法について説明する。
【００６３】
＜本発明の実施例＞表１及び表２の試験Ｎｏ．１，４，７
外径５５０ｍｍ，内径４８０ｍｍ，長さ６００ｍｍの円筒金型を遠心鋳造試験機で高速回転させながら，上記表１に記載している各々の化学成分の素材を周波誘導炉にて溶解した溶湯を，当該金型内に注入し，外径４５０ｍｍ，肉厚１００ｍｍ，長さ３００ｍｍのスリーブ素材（上記実施形態の円筒中空素材５０に相当する。）を製造した。その後，当該スリーブ素材を軸直角方向に切断し，長さ２５０ｍｍのスリーブ素材を製造した。さらに，当該切断されたスリーブ素材に対して炉内焼鈍を施した後，３００ｔプレスを用いて，表層鍛造（上記表層鍛造工程），および据え込み鍛錬比を変えた金型鍛造（上記型鍛造工程）を実施した。その後，鍛造後のスリーブ素材に対して，１０００℃の焼き入れ，５６０℃の焼き戻しを行う熱処理を施し，硬度をＨｓ７５前後まで硬化させて，試験材を最終製造した。このように，本発明の実施例は，上記表層鍛造と型鍛造の双方を実施するものである。
【００６４】
＜比較例１＞表１及び表２の試験Ｎｏ．２，５，８
上記表１に記載している各々の化学成分の溶湯を用いて，上記本発明の実施例と同様の製法で，同サイズのスリーブ素材を製造した。その後，図１，３に示すスリーブロール３０の袴部３４を形成するために，図４に示すように機械加工により当該スリーブ素材１５０の余肉部１５２を除去した。さらに，余肉部１５２が除去されたスリーブ素材に対して，上記本発明の実施例と同様の熱処理を施して，比較例１にかかる試験材を製造した。この比較例１は，全く鍛造を実施しないものである。
【００６５】
＜比較例２＞表１及び表２の試験Ｎｏ．３，６，９
上記表１に記載している各々の化学成分の溶湯を用いて，上記本発明の実施例と同様の製法で，同サイズのスリーブ素材を製造した。その後，当該スリーブ素材に全面据え込み鍛造（全面１回プレス）を実施した。さらに，当該鍛造後のスリーブ素材に対し，上記本発明の実施例と同様の熱処理を施して，比較例２にかかる試験材を製造した。このように，比較例２は，表層鍛造を実施せずに，型鍛造のみを実施するものである。
【００６６】
＜＜試験片採取位置＞＞
次に，上記のように製造された各種のスリーブロール３０の試験材における試験片採取位置について説明する。試験片採取位置は，図３に示すように，スリーブロール３０の圧延部３２の両側面であるロール使用面Ａ（円周方向）に相当する箇所である。この箇所から，後述する引張試験，摩耗試験，焼き付き性試験における種々の試験片を採取して，当該各試験を実施した。
【００６７】
＜＜試験方法＞＞
以下に，上記試験材に対する各種の試験方法について説明する。
【００６８】
＜引張試験＞
ＪＩＳ４号試験片を採取して引張試験を実施し，当該試験片の引張強度を測定した。
【００６９】
＜摩耗試験＞
熱間転動摩耗試験機を使用して，試験片の磨耗量を測定した。この磨耗試験における試験条件は，次の表３の通りである。
【００７０】
【表３】
2006297427.tif 000005
【００７１】
＜ヒートクラック試験＞
φ８０×１０ｍｍ長の円柱形状で，表層鍛造面を含むロール使用面Ａ（即ち，スリーブロール３０の圧延部３２の側面３２ａ）を２００℃に加熱保持し，その後，「誘導加熱により表面を４００℃に加熱，水冷により２００℃まで冷却」する処理を１０回繰り返して，ヒートクラックの有無を観察した。さらに，当該１０回の繰り返しにおいて，ヒートクラックが生じない場合には，同様の繰り返しパターンで，加熱温度を５０℃ずつ上昇していき（加熱保持温度の２００℃，及び水冷による冷却温度２００℃は，一定），ヒートクラックが発生した温度と回数を測定した。
【００７２】
＜焼き付き性試験＞
試験片３０×２０×１０ｔ（ｍｍ）のプレートに軟鋼を機械的に押し付けて，目視により，その焼き付き具合を観察した。観察結果は次の通りである。
「焼き付き無し」：摩擦熱によるテンパーカラーが見られるが，摩擦面は滑らかである。
「良好」        ：テンパーカラーが見られ，摩擦面に細かい引っ掻き傷がはいる。
「良」          ：テンパーカラー部の一部に，相手材である軟鋼の付着が見られる。
「不良」        ：テンパーカラー部の全面にわたり，軟鋼の付着が見られる。
【００７３】
＜＜試験結果の評価＞＞
以下に，上記本発明の実施例と比較例１，２の試験材に関する試験結果について，説明する。
【００７４】
＜比較例１＞  表１及び表２の試験Ｎｏ．２，５，８
比較例１の試験材は，いずれも遠心鋳造後に，鍛造を全く実施していないものである。従って，比較例１の試験材は，その結晶粒が粗大であるので，引張強度は低く（平均引張強度；８０９ＭＰａ），摩耗量も多い（平均磨耗量；４６ｍｇ）。また，ヒートクラック試験においては，低温度（４００〜４５０℃）でクラックが生じ，さらに，焼き付き性試験においては，耐焼き付き性に劣る試験結果（不良若しくは良）となっている。
【００７５】
＜比較例２＞  表１及び表２の試験Ｎｏ．３，６，９
比較例２の試験材は，いずれも遠心鋳造後に，鍛造として全面据え込み鍛造（全面１回プレス）のみを実施したものである。この比較例２の試験材は，上記鍛造を全く実施していない比較例１と比べて，特に，引張強度，耐摩耗性の点で良好な結果（平均引張強度；約１１２８ＭＰａ，平均磨耗量；約４２．７ｍｇ）となっている。
【００７６】
しかしながら，ヒートクラック試験では，低温度（４５０〜５００℃）でクラックが生じており，耐ヒートクラック性に劣る試験結果を示している。また，焼き付き性試験においても，耐焼き付き性に劣る試験結果（不良）の場合もあった。これらの原因は，比較例２の試験材は，全面据え込み鍛造（全面１回プレス）のみを実施したものであって，本発明の実施例のように表層鍛造を実施していないので，前工程である遠心鋳造により晶出した炭化物および樹枝状晶を，鍛造により十分に破壊しきれていない点にあると判断される。
【００７７】
＜本発明の実施例＞  表１及び表２の試験Ｎｏ．１，４，７
本発明の実施例の試験材は，いずれも，上記比較例１，２と比較して，引張強度，耐摩耗性，耐ヒートクラック性，耐焼き付き性に優れた結果となっている。
【００７８】
より具体的に検討すると，まず，引張強度に関しては，本実施例の試験材の平均引張強度は，宅１１６８ＭＰａであり，比較例１と比べて約１．４４倍，比較例２と比べて約１．０４倍の高い強度となっている。このように，本実施例の試験材は，比較例１，２の試験材と比べて，引張強度に優れていることが分かる。
【００７９】
また，耐磨耗性に関しては，本実施例の試験材の平均磨耗量は約４１．７ｍｇであり，比較例１と比べて約９０．７％，比較例２と比べて約９７．７％の低い磨耗量となっている。このように，本実施例の試験材は，比較例１，２の試験材と比べて，耐磨耗性に優れていることが分かる。
【００８０】
さらに，耐ヒートクラック性に関しては，本実施例の試験材は，６００〜６５０℃という高い温度までクラックが生じなかった。従って，４００〜５００℃でクラックが生じた比較例１，２と比べて，耐ヒートクラック性が大幅に向上されているといえる。
【００８１】
加えて，耐焼き付き性に関しては，本実施例の試験材では，いずれにも焼き付きが全く観察されなかった。このように，本実施例の試験材は，不良な焼き付きが観察された比較例１，２の試験材と比べて，耐焼き付き性が向上されているといえる。
【００８２】
（実用化されたＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール）
次に，本発明の実施例として，実用に供されたＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０の特性について説明する。
【００８３】
高周波誘導炉にて溶解された上記表１の試験Ｎｏ．４からなる化学成分の溶湯を，遠心鋳造試験機で高速回転されている円筒金型内に注入して，遠心鋳造法によりスリーブ素材（円筒状中空材５０）を製造した。さらに，当該スリーブ素材に対して炉内焼鈍を施した後，３００ｔプレスを使用して３０ｍｍの表層鍛造を施し，さらに，据え込み鍛錬比２で金型鍛造を施した。その後，当該鍛造により成型されたスリーブロール３０に対して，１０００℃の焼き入れ，５６０℃の焼き戻しを２回実施し，その後，仕上げ加工を行った。これにより，スリーブロール３０は，硬度がＨｓ７５前後となるまで硬化した。この場合のスリーブロール３０のサイズは，図３に示すように，外径Ｄ＝１２００ｍｍ，高さＨ（袴部３４の幅）＝４００，高さｈ（圧延部３２の幅）＝２００ｍｍであった。その後，超音波深傷を行い，欠陥のない健全なロールであることを確認した。
【００８４】
このようにして製造されたＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０を，Ｈ型鋼用圧延機に組み込んで，実際にＨ型鋼１０の圧延に供した。現在のところ，上記組み込み後４ヶ月間の圧延作業に継続して使用されているが，当該スリーブロール３０のロール面Ａ，Ｂを切削することなく，圧延作業に良好に使用されている。
【００８５】
なお，このように実用化されているＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０は，外部に対して公開されておらず秘密状態に管理されており，本発明の新規性及び進歩性を否定する公知技術となるものではない。
【００８６】
以上，本発明の実施形態及び実施例にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法と，これによって製造されたＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロール３０について詳細に説明した。
【００８７】
上述したように，上記ハイス系成分からなる円筒中空素材を部分鍛造成形して，Ｈ型鋼圧延用鍛造スリーブロールを製造することにより，硬質のＭＣ炭化物の微細均一化により，機械的性質，例えば，耐摩耗性，耐ヒートクラック性，耐焼き付き性，耐肌荒れ性，強靱性などが向上されたハイス系鍛造スリーブロールを提供できる。さらに，円筒中空素材の外周部分のみを表層部分鍛造及び型鍛造工程することにより，鍛造効果をスリーブロールの使用面に重点的に付与することができる。また，
また，図１に示すスリーブロール３０の袴部３４を形成するために，図４に示す従来方法のように鍛造効果の高い余肉部１５２を機械的に除去するのではなく，図２に示すように圧延部３２を部分鍛造により成型して，鍛造効果の高い箇所を残存させてロール使用面Ａとした。このため，ロール品質を大幅に向上させることができる。
【００８８】
さらに，遠心鋳造された円筒形中空素材を型鍛造により一度に鍛造，成形する従来方法とは異なり，大容量のプレス設備が不要であるので，成形・加工費を低減できる。従って，型製作を加えても，所定数量のロール製造がなされれば，これまで以上のコストダウン効果も期待できる。
【００８９】
以上のように，本実施形態にかかる製造方法によれば，優れた耐摩耗性，耐ヒートクラック性，耐焼き付き性，耐肌荒れ性，強靱性等を兼備した高性能ロールを，安価かつ容易に供給することができる。また，ロール性能の向上により，Ｈ型鋼１０等の圧延製品の品質改善に大幅に寄与する効果もある。
【００９０】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９１】
例えば，上記実施形態では，外層と内層とからなる複合スリーブロールを製造する例について説明したが，本発明は，かかる例に限定されず，上記ハイス形成分からなる単層スリーブロールを製造する場合にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は，Ｈ型鋼等の被圧延材の圧延に用いられる圧延用スリーブロールの製造方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールを用いたＨ型鋼の圧延状態を示す断面図である。
【図２Ａ】同実施形態にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法の鋳造工程を示す工程図である。
【図２Ｂ】同実施形態にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法の切断工程を示す工程図である。
【図２Ｃ】同実施形態にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法の表層鍛造工程を示す工程図である。
【図２Ｄ】同実施形態にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの製造方法の型鍛造工程を示す工程図である。
【図３】本発明の実施例にかかるＨ型鋼圧延用鍛造スリーブロールを示す平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図４】従来の圧延用スリーブロールの製造方法において圧延用スリーブロールの余肉部を除去する態様を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０  Ｈ型鋼
１２  ウェブ
１４  フランジ
１４ａ  フランジ内側面
１４ｂ  フランジ外側面
２０  ロール軸
３０  Ｈ型鋼圧延用鍛造スリーブロール
３２  圧延部
３２ａ  圧延部側面
３２ｂ  圧延部外周面
３４  袴部
５０  円筒状中空素材の
５２  円筒状中空素材の外周部分
６２  台座
６４  台座の凹部
６６  表層鍛造用アンビル
７０  金型
７４  金型の凹部
Ａ  Ｈ型鋼圧延用鍛造スリーブロールの使用面
【図１】
2006297427.tif 000006
【図２Ａ】
2006297427.tif 000007
【図２Ｂ】
2006297427.tif 000008
【図２Ｃ】
2006297427.tif 000009
【図２Ｄ】
2006297427.tif 000010
【図３】
2006297427.tif 000011
【図４】
2006297427.tif 000012