(57)【要約】【課題】限られた水圧や水量の冷却水でも冷却効率を確保することができ、圧延時のクラックや割損の発生を抑えることが可能な圧延ロールを提供する。【解決手段】超硬合金よりなる円筒状のロール本体１の外周面２に凹溝状をなすカリバー部３が外周面２を周回するように形成されており、ロール本体１の外周面２のうち少なくともカリバー部３がなす凹溝の溝面３ａとの交差稜線部４側の部分と、この溝面３ａのうち少なくとも外周面２との交差稜線部４側の部分とには、親水性プラズマ処理によって親水性領域５が交差稜線部４を介して連続するように形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金よりなる円筒状のロール本体の外周面に凹溝状をなすカリバー部が上記外周面を周回するように形成されており、上記ロール本体の外周面のうち少なくとも上記カリバー部がなす凹溝の溝面との交差稜線部側の部分と、この溝面のうち少なくとも上記外周面との上記交差稜線部側の部分とには、親水性プラズマ処理によって親水性領域が上記交差稜線部を介して連続するように形成されていることを特徴とする圧延ロール。
【請求項２】
上記ロール本体の外周面のうち上記親水性領域に隣接する部分には、撥水性プラズマ処理によって撥水性領域が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧延ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超硬合金よりなるロール本体を有して例えば棒鋼材の圧延加工を行う圧延ロールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
主に鉄などの金属の熱間圧延加工を行う際には、耐摩耗性に優れた超硬合金よりなるロール本体を有する圧延ロールが用いられており、このような圧延ロールは圧延時に約１０００℃のワークに接触して数十トンもの荷重でワークを変形させ、棒鋼材に成形する。こうした高温、高圧下での圧延加工においては、圧延ロールの温度上昇を抑えるため、圧延時にロール本体外周面の圧延加工を行う凹溝状のカリバー部に冷却水を供給するようにしている。
【０００３】
しかしながら、このように冷却水を供給する場合でも、冷却水の水圧や水量、あるいは冷却水の供給の仕方によって冷却効率は変化し、冷却効率が低下するとロール本体の外周面の表面温度が上昇して内周側の温度との温度差から引っ張り応力が作用する。そして、このような引っ張り応力が作用すると、上述のような圧延時の負荷と相俟って、靱性に乏しい超硬合金よりなるロール本体にクラックや割損が発生するおそれがあることが、例えば特許文献１などにおいて指摘されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２０６８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に、近年ではカリバー部の大型化によって単位面積当たりの冷却効率が低下したり、圧延速度の低速化によってワークとロール本体との連続接触時間が長くなったり、あるいは低温圧延によって圧延温度は低下するもののワークの変形抵抗は増加したりしているために、圧延効率が向上して生産性は高められているにも関わらず、冷却設備の更新は顧みられてはいない。
【０００６】
従って、このように圧延効率の向上に対して十分な冷却効率を確保できずにクラックが発生してカリバー部に寸法不良が生じると、ワークから圧延された棒鋼材にも表面粗さの劣化などを招き、また割損が生じるとその時点で高価な超硬合金よりなるロール本体が寿命となる。そして、上述のようなクラックや割損は、とりわけカリバー部の大型化に伴い冷却効果が著しく低下するロール本体の外周面とカリバー部がなす凹溝の溝面との交差稜線部周辺（カリバー部の肩部）で顕著となる。
【０００７】
本発明は、このような背景の下になされたもので、限られた水圧や水量の冷却水でも冷却効率を確保することができ、圧延時のクラックや割損の発生を抑えることが可能な圧延ロールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、超硬合金よりなる円筒状のロール本体の外周面に凹溝状をなすカリバー部が上記外周面を周回するように形成されており、上記ロール本体の外周面のうち少なくとも上記カリバー部がなす凹溝の溝面との交差稜線部側の部分と、この溝面のうち少なくとも上記外周面との上記交差稜線部側の部分とには、親水性プラズマ処理によって親水性領域が上記交差稜線部を介して連続するように形成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記親水性プラズマ処理においては、例えば酸素と窒素を含有する処理ガス中において被処理物（ロール本体）に大気圧プラズマ処理を施すことにより、処理ガス中の酸素によって被処理物表面に酸素の親水基が生成される。また、プラズマ処理によって活性種イオンが被処理物表面に高速で衝突することによって被処理物表面の汚染物が分解されて洗浄効果が得られ、これらにより親水性領域が形成される。
【００１０】
このような親水性領域では、水滴を滴下したときの接触角が未処理の場合よりも小さくなり、すなわち濡れ性が高くなるため、同じ水量の冷却水を供給したときでも薄い膜となって広がる。そして、これに伴い、冷却水とロール本体の上記親水性領域との接触面積が増加して冷却水が蒸発し易くなるので、蒸発の際の気化熱による冷却効率の向上を図ることができる。
【００１１】
従って、このような親水性領域を、特にクラックや割損が生じ易いロール本体の外周面とカリバー部との交差稜線部の周辺のカリバー部の肩部、すなわちロール本体外周面のうち少なくとも上記交差稜線部側の部分と、カリバー部がなす凹溝の溝面と上記外周面との上記交差稜線部側の部分とに、この交差稜線部を介して連続するように形成することにより、上記構成の圧延ロールによれば、限られた水圧や水量の冷却水であってもクラックや割損の発生を抑制することができる。
【００１２】
ここで、このような親水性領域は、ロール本体の外周面の全体に形成されていてもよいが、例えばカリバー部がなす凹溝の溝面のうち上記交差稜線部側の部分の間の部分、すなわち該凹溝の溝底部分は、ワークとの接触によって早期に親水性領域が摩滅するため、親水性領域は形成されていなくてもよい。
【００１３】
また、上記ロール本体の外周面のうちの上記親水性領域に隣接する部分も、圧延時の高温、高圧下に晒されることがないため、未処理のままでも構わないが、このような親水性領域に隣接する部分には、撥水性プラズマ処理によって撥水性領域を形成するのが望ましい。この撥水性プラズマ処理においては、例えばフッ素と窒素を含有する処理ガス中において被処理物（ロール本体）に大気圧プラズマ処理を施すことにより、いわゆるフッ素コーティングによって被処理物表面に撥水性を付与する。
【００１４】
従って、このような撥水性領域では、親水性領域とは逆に水滴を滴下したときの接触角が未処理の場合よりも大きくなり、供給された冷却水が弾かれることによって隣接する親水性領域に供給される。このため、より多くの冷却水を親水性領域に供給することが可能となって、ロール本体の冷却効率の一層の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、圧延時のロール本体の冷却効率の向上を図ることができ、特にカリバー部の肩部におけるクラックの発生を抑制して、圧延された棒鋼材の寸法不良や表面粗さの劣化を防ぐことができるとともに、ロール本体のカリバー部における摩耗やクラックによる割損も抑えてロール寿命の延長を促すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す実施形態のカリバー部の拡大側面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示すカリバー部の拡大側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１および図２は、本発明の第１の実施形態を示すものである。本実施形態において、ロール本体１は、超硬合金により軸線Ｏを中心とした円筒状に形成されており、その内周部に圧延装置の回転軸が挿通されて該圧延装置に取り付けられ、軸線Ｏ回りに回転させられる。このような圧延ロールは、一対の圧延ロールが互いの軸線Ｏを平行にするとともに外周面２同士を対向させるように支持されて該軸線Ｏ方向視に逆向きに回転させられ、これらの外周面２に形成されたカリバー部３に冷却水を供給しつつワークを通過させることにより棒鋼材に圧延加工する。
【００１８】
カリバー部３は、ロール本体１の外周面２を軸線Ｏ回りに周回する凹溝状に形成されており、その断面は圧延加工する棒鋼材の断面形状に応じた形状をなしていて、本実施形態では軸線Ｏに対する半径方向に偏平した断面円弧状に形成されている。また、本実施形態では、同形同大のこのようなカリバー部３が軸線Ｏ方向に間隔をあけて複数条（２条）形成されている。さらに、このカリバー部３以外のロール本体１の外周面２は、軸線Ｏを中心とした円筒面状とされている。
【００１９】
そして、このようなロール本体１の外周面２のうち少なくともカリバー部３がなす凹溝の溝面３ａとの交差稜線部４側の部分と、このカリバー部３の溝面３ａのうち少なくとも上記外周面２との上記交差稜線部４側の部分とには、親水性プラズマ処理によって親水性領域５が、上記交差稜線部４を介して連続するように形成されている。本実施形態では、図２に網掛け線で示したように、上記交差稜線部４から軸線Ｏ方向にそれぞれ所定の長さの範囲の外周面２と溝面３ａとに親水性領域５が形成されている。また、それ以外の部分の外周面２と溝面３ａには親水性領域５が形成されず、ロール本体１の超硬合金母材が露出したままとなっている。
【００２０】
このような親水性領域５を形成する親水性プラズマ処理は、例えば酸素と窒素を含有する大気圧下の処理ガス中においてロール本体１にプラズマを照射する大気圧プラズマ処理を施すことによって行われる。このとき、親水性領域５を形成しない部分にはマスキングを施す。このような親水性プラズマ処理を施すことにより、処理ガス中の酸素によって親水性領域５に酸素の親水基が生成されるとともに、プラズマ照射によって活性種イオンが高速で衝突することによって汚染物が分解されて洗浄され、これらにより親水性領域５が形成される。
【００２１】
このように構成された圧延ロールにおいては、親水性領域５が形成された部分において濡れ性が向上し、例えば水滴を滴下したときの接触角が未処理の場合よりも小さくなる。例えば、表面粗さがＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１における最大高さ粗さＲｚ０．２−Ｇであるバインダー１０ｗｔ％のＷＣ系超硬合金に、大気圧プラズマ照射装置（株式会社イー・スクエア製：Ｄｒｙ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  １１０）により、出力０．７５ｋＷ、処理速度１７ｍｍ／ｓで酸素と窒素を含有する処理ガス中において大気圧プラズマ処理を行ったところ、未処理の超硬合金では接触角が４５．２°であったのが処理後の超硬合金では接触角が１２°にまで小さくなった。
【００２２】
従って、このような親水性領域５が形成された部分では、同じ水量の冷却水を供給した場合でも冷却水は薄い膜となって広がり、冷却水とロール本体１の親水性領域５との接触面積が増加して冷却水が蒸発し易くなる。そして、これにより、蒸発した冷却水の気化熱による冷却効率の向上を図ることができる。
【００２３】
このように、上記構成の圧延ロールによれば、限られた水圧や水量の冷却水であっても冷却効率が向上することにより、ロール本体１の外周面２と内周部との温度差による引っ張り応力を低減することができ、このような引っ張り応力によるクラックの発生を抑制することができる。このため、圧延された棒鋼材の寸法精度や表面粗さがクラックによって劣化するのを防ぐことができるとともに、このようなクラックに起因するロール本体１の割損やカリバー部３の摩耗も抑えることができるので、圧延ロールの寿命を延長することが可能となる。
【００２４】
また、本実施形態では、このような親水性領域５が、特にクラックや割損が生じ易いロール本体１の外周面２とカリバー部３との交差稜線部４の周辺、すなわちロール本体１の外周面２のうち交差稜線部４側の部分と、カリバー部３がなす凹溝の溝面３ａと外周面２との交差稜線部４側の部分とに、この交差稜線部４を介して連続するように形成されている。このため、上述のように冷却水の水圧や水量が限られていても、特にクラック等が生じ易い部分に集中して冷却水を保持することができ、一層効率的なロール本体１の冷却を促すことが可能となる。
【００２５】
ただし、このように本実施形態では、親水性領域５がロール本体１の外周面２のうちカリバー部３との交差稜線部４側の部分と、カリバー部３がなす凹溝の溝面３ａの外周面２との交差稜線部４側の部分とにのみ形成されているが、例えばカリバー部３の溝面３ａには全面に親水性領域５を形成したり、ロール本体１の外周面２のうち隣接するカリバー部３との上記交差稜線部４の間の部分や軸線Ｏ方向両端の交差稜線部４とロール本体１の両端面との間には全面に親水性領域５を形成したり、あるいはカリバー部３の溝面３ａ全面を含めたロール本体１の外周面２の全体に親水性領域５を形成したりしてもよい。
【００２６】
次に、図３は本発明の第２の実施形態を示すものであり、図１および図２に示した第１の実施形態と共通する部分には同一の符号を配してある。第１の実施形態では、上述のようにロール本体１の外周面２のうち上記交差稜線部４から軸線Ｏ方向にそれぞれ所定の長さの範囲に親水性領域５が形成されていて、それ以外の部分はロール本体１の超硬合金母材が露出したままとなっているのに対し、第２の実施形態では、この超硬合金母材が露出したロール本体１の外周面２のうち親水性領域５に隣接する部分に、図３にハッチングで示すように撥水性プラズマ処理によって撥水性領域６が形成されている。
【００２７】
この撥水性プラズマ処理は、例えばフッ素と窒素を含有する大気圧下の処理ガス中においてロール本体１の外周面２にプラズマを照射して大気圧プラズマ処理を施すものであり、これにより外周面２はいわゆるフッ素コーティングされて、親水性領域５とは逆に撥水性を有する撥水性領域６が形成される。なお、外周面２の親水性領域５が形成された部分とカリバー部３の溝面３ａ全体にはマスキングが施されて撥水性領域６は形成されず、１つのカリバー部３の溝面３ａのうちの親水性領域５が形成された部分の間の溝底部分には、ロール本体１の超硬合金母材が露出している。
【００２８】
このような第２の実施形態の圧延ロールでは、第１の実施形態と同様にロール本体１の外周面２のうちカリバー部３との交差稜線部４側の部分と、カリバー部３がなす凹溝の溝面３ａの外周面２との交差稜線部４側の部分とに形成された親水性領域５により冷却効率の向上を図ることができるのは勿論、外周面２の親水性領域５に隣接した部分に形成された撥水性領域６によって多くの冷却水を親水性領域５に供給することができる。
【００２９】
すなわち、上記撥水性領域６においては、親水性領域５とは逆に水滴を滴下したときの接触角が未処理の場合よりも大きくなるため、撥水性領域６に供給された冷却水は弾かれるようにして隣接する親水性領域５に供給されることになる。このため、限られた水量の冷却水をより多く親水性領域５に供給してロール本体１の冷却効率をより高めることができ、圧延加工された棒鋼材の寸法精度や表面粗さの一層の向上を図るとともに、さらにロール寿命を延長することができる。
【実施例】
【００３０】
次に、本発明の実施例を挙げて、本発明の効果について実証する。本実施例では、バインダーとしてＣｏ：８ｗｔ％、Ｎｉ：４ｗｔ％、Ｃｒ：１ｗｔ％を含有するＷＣ基超硬合金により、外径１５８．７５ｍｍ、内径８７．３１３ｍｍ、軸線Ｏ方向の厚さ６９．８５ｍｍの３つの圧延ロールを製造した。これらの圧延ロールにおいて、カリバー部３は、軸線Ｏ方向の幅１３．７４ｍｍ、外周面２からの深さ２．４１ｍｍ、軸線Ｏを含む平面による溝面３ａの断面が半径１１ｍｍの円弧状をなすものであり、このようなカリバー部３がロール本体１の両端面から軸線Ｏ方向内側に２２．２２５ｍｍの間隔をあけて２条形成されている。
【００３１】
次いで、これら３つの圧延ロールのうちの１つには、上記第１の実施形態に基づいて、ロール本体１の外周面２と各カリバー部３の溝面３ａとの交差稜線部４から軸線Ｏ方向にそれぞれ２ｍｍの幅で、外周面２と溝面３ａとに親水性プラズマ処理によって親水性領域５を形成した。このときの処理条件は、上記と同じく株式会社イー・スクエア製：Ｄｒｙ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  １１０の大気圧プラズマ照射装置により、酸素と窒素を含有する処理ガス中において出力０．７５ｋＷ、処理速度１７ｍｍ／ｓで大気圧プラズマ処理を行ったものである。これを実施例１とする。
【００３２】
また、残りの２つの圧延ロールのうちの１つには、上記第２の実施形態に基づいて、上記実施例１と同じく親水性領域５を形成した上で、溝面３ａ全体と外周面２のうちの親水性領域５を形成した部分にマスキングを施してから、残りの外周面２の全体に撥水性プラズマ処理によって撥水性領域６を形成した。なお、このときの処理条件も、上記と同じく株式会社イー・スクエア製：Ｄｒｙ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  １１０の大気圧プラズマ照射装置により出力０．７５ｋＷ、処理速度１７ｍｍ／ｓで、ただしフッ素と窒素を含有する処理ガス中において大気圧プラズマ処理を行ったものである。これを実施例２とする。
【００３３】
そして、これら実施例１、２と、比較例として親水性プラズマ処理も撥水性プラズマ処理も施されていない未処理のままの残りの１つの圧延ロールとで、冷却水を供給しつつ所定量のワークの圧延加工を行い、加工後の圧延ロールのカリバー部３の摩耗とクラックの数、およびロール温度を測定するとともに、最後に圧延加工されて製造された棒鋼材の表面粗さを測定した。このときの圧延条件は、ワーク材質は合金鋼で処理量は７００ｔ、圧延温度は９５０℃であり、また冷却水は水温３０℃、ＰＨ７．０のものを水圧０．５ＭＰａで１つのロール本体１に対して１６０ｌ／ｍｉｎで供給した。
【００３４】
その結果、比較例ではカリバー部３の摩耗量が０．１２ｍｍ、クラックはロール本体１の周方向のものが１５本、軸線Ｏ方向のものが３８本、圧延後のロール本体１の温度が４２℃で、棒鋼材の表面粗さはＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１における算術平均粗さＲａ５．５であったものが、実施例１では摩耗量が０．１ｍｍ、ロール本体１周方向のクラックが４本、軸線Ｏ方向のクラックは１４本、圧延後のロール本体１温度が４０℃で、棒鋼材の表面粗さは同算術平均粗さＲａ３．５に向上し、さらに実施例２では摩耗量が０．０９ｍｍ、周方向クラックが３本、軸線Ｏ方向クラックは１２本、圧延後のロール本体１温度が４０℃で、棒鋼材の表面粗さは同算術平均粗さＲａ３．０に向上していたのを確認することができた。
【符号の説明】
【００３５】
１  ロール本体
２  ロール本体１の外周面
３  カリバー部
３ａ  カリバー部３の溝面
４  ロール本体１の外周面２とカリバー部３の溝面３ａとの交差稜線部
５  親水性領域
６  撥水性領域
Ｏ  ロール本体１の軸線
【図１】
2015188895.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015188895.tif 000005