(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な金属製品の熱間又は冷間圧延用のロール（１）を製造するための方法であって、前記ロール（１）が、耐摩耗層（13）でコーティングされたバレル部（６）と、該バレル部（６）に対して同軸状に配向された２個のジャーナルとを備え、該ジャーナルが、前記バレル部（６）における各端面に形成され、
ａ）本体ブランク（3，3a，3b，3c，3d）を設けるステップであって、前記本体ブランク（3，3a，3b，3c，3d）が、（i）伸長した円筒状の基本形態を有すると共に、本体材料よりなる前記バレル部（６）と、（ii）２個のブランクジャーナル部（4，5）とを含み、該ブランクジャーナル部（4，5）が、前記バレル部（６）の前記各端面に形成されると共にバレル部よりも大きな直径（dZ）を有し、前記ブランクジャーナル部（4，5）の材料容積が、前記各端面に割り当てられた前記完成ロール（１）における前記ジャーナル（7，8）の容積以上である、ステップと、
ｂ）チューブ状の第１のジャケット（９）で前記バレル部（６）を覆うステップであって、前記ブランクジャーナル部（4，5）に割り当てられた前記第１のジャケット（９）のエッジ領域が、前記ブランクジャーナル部（4，5）の各端面（10，11）に結合され、前記バレル部（６）を包囲するキャビティ（12）が、前記第１のジャケット（９）及び前記バレル部（６）の間に形成される、ステップと、
ｃ）前記キャビティ（12）に第１の合金粉末（М）を充填するステップと、
ｄ）圧縮及び焼結により前記第１の合金粉末（М）から、前記バレル部（６）を覆うと共に材料結合を生じる耐摩耗層（13）を形成するために、前記第１の合金粉末（М）を熱間等方圧加圧するステップと、
ｅ）前記第１のジャケット（９）を前記バレル部（６）から除去するステップと、
ｆ）前記ブランクジャーナル部（4，5）を前記ジャーナル（7，8）に形成するステップと、
ｇ）前記バレル部（６）及び前記ジャーナル（7，8）を仕上げるステップとを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記バレル部（６）及び前記ブランクジャーナル部（4，5）を含む前記本体ブランク（3，3a，3b，3c，3d）を、一次成形法により、一体的に形成することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記バレル部（６）及び前記ブランクジャーナル部（4，5）を含む前記本体ブランク（3，3a，3b，3c，3d）を、鋳造ブランクの鍛造により、一体に形成することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記本体ブランク（3，3a，3b，3c，3d）における前記バレル部（６）及び前記ブランクジャーナル部（4，5）を、異なる工程で製造した後、互いに分離不可能に結合させることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記本体ブランク（3，3a，3b，3c，3d）における前記バレル部（６）の前記端面の少なくとも１つにジャーナルスタブ（20，21）を保持させること、
そして前記ジャーナルスタブ（20，21）を、第２の合金粉末が充填された第２のジャケットで包囲すると共に、前記ジャーナルスタブ（20，21）を包囲する前記第２の合金粉末を、熱間等方圧加圧により圧縮及び焼結して特定の特性を有する表面層を形成し、これにより前記表面層が、前記ジャーナルスタブ（20，21）と材料結合を生じると共に、前記ジャーナルスタブ（20，21）と一緒に前記端面に前記ブランクジャーナル部（4，5）を形成することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記ジャーナルスタブ（21）の直径（dS"）が、前記バレル部（６）の直径（dB）よりも大きいことを特徴とする方法。
【請求項７】
平坦な金属製品の熱間又は冷間圧延用のロール（１）を製造するための方法であって、前記ロール（１）が、耐摩耗層（13）でコーティングされたバレル部（６）と、該バレル部（６）に対して同軸状に配向された２個のジャーナルであって、該２個のジャーナルの少なくとも一方が特定の特性を有する表面層でコーティングされている、ジャーナルとを備え、該ジャーナルが、前記バレル部（６）における各端面に形成され、
ａ）本体ブランク（3，3a，3b，3c，3d）を設けるステップであって、前記本体ブランク（3，3a，3b，3c，3d）が、（i）伸長した円筒状の基本形態を有すると共に、本体材料よりなる前記バレル部（６）と、（ii）該バレル部（６）の端面の一方に保持されたジャーナルスタブ（21）および前記端面の他方に保持されたブランクジャーナル部（4）とを含むか、あるいは前記バレル部（６）の両端面に保持された２つのジャーナルスタブ（20，21）とを含み、前記ブランクジャーナル部（4）が前記バレル部（６）よりも大きな直径（dZ）を有し、前記ジャーナルスタブ（20，21）が前記バレル部（６）よりも大きな直径（dS’’）を有する、ステップと、
ａ’）前記ジャーナルスタブ（20，21）を、第２の合金粉末が充填された第２のジャケットで包囲すると共に、前記ジャーナルスタブ（20，21）を包囲する前記第２の合金粉末を、熱間等方圧加圧により圧縮及び焼結して前記表面層を形成し、これにより前記表面層が前記ジャーナルスタブ（20，21）と材料結合を生じると共に、前記ジャーナルスタブ（20，21）と一緒に前記端面にブランクジャーナル部（4，5）を形成するステップと、
ｂ）チューブ状の第１のジャケット（９）で前記バレル部（６）を覆うステップであって、前記ブランクジャーナル部（4）に割り当てられた前記第１のジャケット（９）のエッジ領域が、前記ブランクジャーナル部（4）の端面に結合され、前記ジャーナルスタブ（20，21）に割り当てられた前記第１のジャケット（９）のエッジ領域が前記ジャーナルスタブ（20，21）の端面に結合され、前記バレル部（６）を包囲するキャビティ（12）が、前記第１のジャケット（９）及び前記バレル部（６）の間に形成される、ステップと、
ｃ）前記キャビティ（12）に第１の合金粉末（М）を充填するステップと、
ｄ）圧縮及び焼結により前記第１の合金粉末（М）から、前記バレル部（６）を覆うと共に材料結合を生じる耐摩耗層（13）を形成するために、前記第１の合金粉末（М）を熱間等方圧加圧するステップと、
ｅ）前記第２のジャケットを前記ジャーナルスタブ（20，21）から除去するとともに、前記第１のジャケット（９）を前記バレル部（６）から除去するステップと、
ｆ）前記ブランクジャーナル部（4，5）を前記ジャーナル（7，8）に形成するステップと、
ｇ）前記バレル部（６）及び前記ジャーナル（7，8）を仕上げるステップとを含み、
前記ブランクジャーナル部（4，5）の材料容積が、前記各端面に割り当てられた前記完成ロール（１）における前記ジャーナル（7，8）の容積以上であり、
前記第１の合金粉末に対する熱間等方圧加圧と、前記第２の合金粉末に対する熱間等方圧加圧とを同時に行うことを特徴とする方法。
【請求項８】
平坦な金属製品の熱間又は冷間圧延用のロール（１）を製造するための方法であって、前記ロール（１）が、耐摩耗層（13）でコーティングされたバレル部（６）と、該バレル部（６）に対して同軸状に配向された２個のジャーナルであって、該２個のジャーナルの少なくとも一方が特定の特性を有する表面層でコーティングされている、ジャーナルとを備え、該ジャーナルが、前記バレル部（６）における各端面に形成され、
ａ）本体ブランク（3，3a，3b，3c，3d）を設けるステップであって、前記本体ブランク（3，3a，3b，3c，3d）が、（i）伸長した円筒状の基本形態を有すると共に、本体材料よりなる前記バレル部（６）と、（ii）該バレル部（６）の端面の一方に保持されたジャーナルスタブ（21）および前記端面の他方に保持されたブランクジャーナル部（4）とを含むか、あるいは前記バレル部（６）の両端面に保持された２つのジャーナルスタブ（20，21）とを含み、前記ブランクジャーナル部（4）が前記バレル部（６）よりも大きな直径（dZ）を有し、前記ジャーナルスタブ（20，21）が前記バレル部（６）よりも小さな直径（dS’）を有する、ステップと、
ａ’）前記ジャーナルスタブ（20，21）を、第２の合金粉末が充填された第２のジャケットで包囲すると共に、前記ジャーナルスタブ（20，21）を包囲する前記第２の合金粉末を、熱間等方圧加圧により圧縮及び焼結して前記表面層を形成し、これにより前記表面層が前記ジャーナルスタブ（20，21）と材料結合を生じると共に、前記ジャーナルスタブ（20，21）と一緒に前記端面にブランクジャーナル部（4，5）を形成するステップと、
ｂ）チューブ状の第１のジャケット（９）で前記バレル部（６）を覆うステップであって、前記ブランクジャーナル部（4）に割り当てられた前記第１のジャケット（９）のエッジ領域が、前記ブランクジャーナル部（4）の端面に結合され、前記ジャーナルスタブ（20，21）に割り当てられた前記第１のジャケット（９）のエッジ領域が前記第２のジャケットに結合され、前記バレル部（６）を包囲するキャビティ（12）が、前記第１のジャケット（９）及び前記バレル部（６）の間に形成される、ステップと、
ｃ）前記キャビティ（12）に第１の合金粉末（М）を充填するステップと、
ｄ）圧縮及び焼結により前記第１の合金粉末（М）から、前記バレル部（６）を覆うと共に材料結合を生じる耐摩耗層（13）を形成するために、前記第１の合金粉末（М）を熱間等方圧加圧するステップと、
ｅ）前記第２のジャケットを前記ジャーナルスタブ（20，21）から除去するとともに、前記第１のジャケット（９）を前記バレル部（６）から除去するステップと、
ｆ）前記ブランクジャーナル部（4，5）を前記ジャーナル（7，8）に形成するステップと、
ｇ）前記バレル部（６）及び前記ジャーナル（7，8）を仕上げるステップとを含み、
前記ブランクジャーナル部（4，5）の材料容積が、前記各端面に割り当てられた前記完成ロール（１）における前記ジャーナル（7，8）の容積以上であり、
前記第１の合金粉末に対する熱間等方圧加圧と、前記第２の合金粉末に対する熱間等方圧加圧とを同時に行うことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか一項に記載の方法であって、前記第１の合金粉末が前記第２の合金粉末とは異なることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、前記本体ブランク（3，3a，3b，3c，3d）における前記バレル部（６）の前記端面の少なくとも１つにジャーナルスタブ（20，21）を保持させること、
そして前記ジャーナルスタブ（20，21）上に、該ジャーナルスタブ（20，21）と一緒に前記ブランクジャーナル部（4，5）を構成するリング（22，23）を固定することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法であって、前記バレル部（６）を包囲する前記キャビティ（12）を、前記ブランクジャーナル部（4，5）の一方に形成された開口（15）を介して充填することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平坦な金属製品の熱間又は冷間圧延用のロールと、該ロールを製造するための方法に関する。本発明に係るロールは、耐摩耗層でコーティングされたバレル部と、該バレル部と同軸状に配向された２個のジャーナルを備え、これらジャーナルが、バレル部における各端面に形成される。
【背景技術】
【０００２】
このようなロールを使用して冷間又は熱間圧延された平坦な金属製品は通常、鋼又は非鉄金属で構成されたストリップ、シート、又はストリップ及びシートから切断された製品を含む。
【０００３】
平坦な金属製品に使用されるロールは、一方では、圧延時に生じる圧延力によって大きな動的な力に晒され、他方では、被圧延材料と接触する周面領域が大きな摩耗を被る。
【０００４】
熱間鋼帯の熱間圧延に使用される作業ロールの耐用年数を延ばすため、特許文献１には、熱間鋼帯を仕上げるための熱間圧延用スタンドに使用される作業ロールに、熱間等方圧加圧法（技術専門用語では「HIP」とも称される）を適用して粉末金属材料よりなる耐摩耗層を設けることが開示されている。同様の技術は、特許文献２に開示されている。この場合、やはり熱間圧延に使用される作業ロールの耐摩耗性を高めるため、該作業ロールにはHIP法によりコーティングされた層が設けられている。
【０００５】
このような作業ロールの製造においては、鋳造又は鍛造により、鋳鉄又は適切な鋼で構成された本体が先に製造される。本体は、被圧延材料と接触するバレル領域と、ロールスタンド内で支持される支持ジャーナルを含む。これにより、本体の材料は、使用時に生じる力負荷に最適に適合された機械的特性を有する。
【０００６】
このようにして予め製造された本体は、シート金属状のカプセルで覆われる。この場合、カプセルの寸法は、カプセルの内周面とバレル部の周面との間に本体を包囲するキャビティが形成されるものとする。キャビティ内には、合金粉末が充填される。次いで、シート金属状のカプセルがシールされて気密化される。その後、高圧及び高温下で、全面に亘って圧縮が行われる。これにより、圧力及び温度は、粉末が圧縮されると共に焼結されるよう調整される。このように、個々の粉末粒子が互いに焼結されるだけでなく本体とも焼結され完全に緻密な層が本体上に形成されるため、均一な複合体が得られる。熱間等方圧加圧の終了後、シート金属状のカプセルが除去される。最後に、複合ロールに要求される機械的特性を付与するために熱的な後処理を施すことができる。基本的には、要求される寸法精度を保証するために機械的な最終処理も施される。
【０００７】
加工される被圧延材料の幅との関連において、現在のロール列に対する要件はますます高まっている。従って、より大きな幅を確実に得るために、より長いロールが提供される必要がある。この場合の問題点は、HIP法によって、長いロールにコーティングを施すことが極めて複雑だということである。そのため、例えば、熱間等方圧加圧法に必要な設備は、ロールの長さの増加に比例して複雑になる。従って、HIP法に使用される既存の設備の長さは限定されており、ロール列に求められる要件を満たす寸法を有するロールの処理において、既存の設備を使用することがもはや不可能になっている。
【０００８】
この問題点を解決するため、特許文献３（国際公開第2014/001024号パンフレット）には、平坦な金属製品の冷間又は熱間圧延用のロールの製造方法が開示されている。この場合、ロールにおけるバレル領域に亘ってのみ延びている本体を先に製造し、次いで熱間等方圧加圧法により本体を耐摩耗層でコーティングし、その後にロールをスタンド内で回転可能に支持するために必要なジャーナルを本体に溶接する。この方法に従って、熱間等方圧加圧の終了後にジャーナルを溶接すれば、HIP法に使用される既存の設備の全長で、バレル領域におけるHIP法コーティングに対応することができる。これに対して、従来のアプローチにおいては、バレル領域のみならず、本体におけるバレル領域に形成されたジャーナルもHIP法に使用される設備に収容しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許公開第102009037278号明細書
【特許文献２】欧州特許第1365869号明細書
【特許文献３】国際公開第2014/001024号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した背景事情に鑑み、本発明の目的は、平坦な金属製品の熱間又は冷間圧延に適し、最大長さを有し、最適化された機械的特性及び耐摩耗性を有するロールを経済的に製造するための方法を提供することである。
【００１１】
更に、本発明の目的は、平坦な金属製品の熱間又は冷間圧延に使用され、かつ上述した特性を有するロールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る方法に関する課題は、冷間又は熱間圧延用のロールの製造時に、請求項１に記載のステップに従うことにより解決される。
【００１３】
本発明に係るロールに関する課題は、本発明によれば、ロールが請求項11に記載の特徴を有することにより解決される。
【００１４】
本発明に係る有利な実施形態は従属請求項に記載したとおりであり、本発明の趣旨と共に以下に詳述する。
【００１５】
上述したように、本発明に係る方法は、平坦な金属製品の熱間又は冷間圧延用のロールを製造するために利用される。本発明に係るロールは、耐摩耗層でコーティングされたバレル部と、該バレル部と同軸状に配向された２個のジャーナルを備え、これらジャーナルが、バレル部における各端面に形成される。本発明によれば、このようなロールなら、以下に記載する作業ステップに従えば、大きな長さを有するよう製造可能であり、信頼性高く使用可能であり、更には既存の設備技術が最適に利用可能である。本発明に係る方法における作業ステップは、
ａ）本体ブランクを設けるステップであって、該本体ブランクが、（i）伸長した円筒状の基本形態を有すると共に、本体材料よりなるバレル部と、（ii）２個のブランクジャーナル部とを含み、該ブランクジャーナル部がバレル部の各端面に形成されると共にバレル部よりも大きな直径を有し、ブランクジャーナル部の材料容積が、各端面に割り当てられた完成ロールにおけるジャーナルの容積と少なくとも等しい、ステップと、
ｂ）チューブ状のジャケットでバレル部を覆うステップであって、ブランクジャーナル部に割り当てられたジャケットのエッジ領域が、ブランクジャーナル部の各端面に結合され、バレル部を包囲するキャビティが、ジャケット及びバレル部の間に形成される、ステップと、
ｃ)キャビティに合金粉末を充填するステップと、
ｄ）圧縮及び焼結により合金粉末から、バレル部を覆うと共に物質間結合を生じる耐摩耗層を形成するために、合金粉末を熱間等方圧加圧するステップと、
ｅ）ジャケットをバレル部から除去するステップと、
ｆ）ブランクジャーナル部をジャーナルに形成するステップと、
ｇ）バレル部及びジャーナルを仕上げるステップとを含む。
【００１６】
本発明に係る方法においては、バレル部のみならず、後続する作業ステップでロールのジャーナルに形成されるブランクジャーナル部が既に設けられた本体ブランクを最初に準備する。この手順における大きな利点は、完成ロールにおいて、本体が一体的に形成されているため、本体が継手ゾーン、熱影響ゾーンなど、クラックを引き起こす要素を有さない点にある。むしろ本発明に係る方法に従って製造したロールにおいて、ジャーナル及びバレル部は、各ジャーナル及びバレル部の端面が互いに当接する断面の全領域に亘って互いに物質間結合を生じる。更に、バレル部のコーティングが終了した後にブランクジャーナル部を加工すれば、ジャーナルがその全断面及び全長に亘って示す特性のパラメータ曲線により、ロールの動作時に生じる力負荷が特に効果的に吸収されるという利点がある。各ブランクジャーナル部の加工は、好適には、鍛造により行うことができる。
【００１７】
本発明に係る本体ブランクに設けられたブランクジャーナル部の容積は、ブランクジャーナル部が如何にして形成されたかに関わらず、完成ロールにおける（ブランクジャーナル部から加工される）ジャーナルの容積に少なくとも対応するよう規定される。この場合、理想的には、ブランクジャーナル部の容積は、仕上げジャーナルの容積に比べて、ある程度大きくすることにより、機械仕上げ時における材料を十分に確保することができる。
【００１８】
ブランクジャーナル部の容積は、ジャーナルの容積に比べて、大幅に大きな直径に亘って分布しているため、ブランクジャーナル部の長さは、ロール及び本体ブランクの長手方向軸線に見て、（ブランクジャーナル部から加工される）ジャーナルよりも大幅に小さい。従って、ジャーナルに加工するために必要であると共に、「抑制された」本体ブランクの長さは、バレル部に加えておくことができる。これにより、本発明においては、熱間等方圧加圧に使用される既存の設備の大きさを利用し、熱間又は冷間圧延用のロールにおける粉末合金よりなる耐摩耗層でコーティングされたバレル部を、従来技術におけるよりも大幅に長く形成することができる。更に、本発明に従って製造されると共に仕上げられるロールは、使用時に最適な特性を示す。なぜなら、本体におけるバレル部及びジャーナルの仕上げ状態において、部材の弱体化をもたらす溶接又は他の対策を講じることなく、材料に関して一体的なユニットが構成されているからである。
【００１９】
この場合、本発明に従って本体ブランクに設けられるブランクジャーナル部の直径は、製造されるロール又は本体ブランクの長手方向軸に関連して規定されるため、本発明に係る方法の作業ステップｂ）で、本体におけるバレル部周りを覆うジャケットを、その端部領域により、ブランクジャーナル部の各端面に当接させることができる。これにより、ジャケットによる簡略的な気密化が可能である。ジャケットは通常シート金属材料で構成されるため、ジャケットによる簡略的な気密化は、ジャケットにおける端部領域を、各ブランクジャーナル部に割り当てられた端面に溶接すれば実現することができる。
【００２０】
バレル部がジャケットで覆われた後に、ジャケット及び本体ブランクにおけるバレル部の間に形成されるキャビティは、適切な合金粉末で充填される。この場合に充填されるのは通常、材料番号1.3394又は1.3292で標準化された合金粉末である。合金粉末の充填は、任意の適切なやり方で行うことができる。従って、例えば、ジャケットを通過する管を介して粉末をキャビティ内に導入することができる。更に、このような充填管を複数個設けることも勿論可能である。この場合に充填管は、必要があれば、合金粉末の噴流を異なる角度でキャビティ内に向けるようにすれば、均一な充填が保証される。これに加えて、ブランクジャーナル部を通過する供給管を介して、バレル部を包囲するキャビティを充填することもできる。
【００２１】
バレル部を包囲するキャビティ内に充填された合金粉末に対する熱間等方圧加圧においては、既知の方法、即ち例えば100〜200バールの十分な圧力が加えられ、かつ粉末がバレル部と共に1500℃まで昇温されるのに十分な温度が供給される。この場合の目的は、合金粉末を圧縮及び焼結することにより、バレル部と物質間結合を生じる耐摩耗層を該バレル部に形成することである。
【００２２】
熱間等方圧加圧の終了後にジャケットが除去され、本体におけるバレル部に形成された耐摩耗層が露出される。
【００２３】
その後、上述した方法により、ブランクジャーナル部をジャーナルに加工することができる。
【００２４】
最後に、バレル部及びジャーナルの仕上げが行われる。この場合、必要があれば、ジャーナル又はバレル部に対して、機械的特性を調整するためのオーステナイト化及びアニーリングを含む熱処理が行われると共に、表面品質及び寸法精度に関する要件を満たすための機械加工が行われる。
【００２５】
通常、本明細書に記載のタイプのロールにおける本体は、鋼又は鋳鉄で製造される。この場合に適切な材料は、材料番号1.2602で標準化されている。
【００２６】
この場合も、バレル部及びブランクジャーナル部を含む本体ブランクは、一次成形法、特に鋳造により、一体的に形成することができる。
【００２７】
更に、ビレット状の鋳造ブランクを先に鋳造し、その後、鋳造ブランクを鍛造により本体ブランクに形成してもよい。この場合も、バレル部及びブランクジャーナル部は、鋳造ブランクから一体的に形成することができる。
【００２８】
これに加えて、本体ブランクは、バレル部及びブランクジャーナル部を互いに異なる工程で製造した後、互いに分離不可能に結合させて製造することもできる。この分離不可能な結合は、例えば、対応する凹部に係合するピンによってブランクジャーナル部及びバレル部を互いに結合させることにより、熱間等方圧加圧時に固体拡散に起因する加熱に基づいてブランクジャーナル部及びバレル部が材料結合を生じることで実現される。
【００２９】
本体ブランクが如何にして製造されるかに関わらず、本体ブランクは通常、熱間等方圧加圧前に機械加工されるため、ロールの寸法精度に求められる厳格な要件を満たすための最適な前提条件が得られる。
【００３０】
本発明に係るロールにおいて、特定の特性を有する表面層、例えば耐摩耗性を高めた層をジャーナル領域にも形成することは、以下の作業ステップにより実現することができる。即ちこの場合、本体ブランクにおけるバレル部の端面の少なくとも１つにジャーナルスタブを保持させ、ジャーナルスタブを、合金粉末が充填されたジャケットで包囲すると共に、ジャーナルスタブを包囲する合金粉末を、熱間等方圧加圧により圧縮及び焼結し、これにより合金粉末が、ジャーナルスタブと物質間結合を生じると共に、ジャーナルスタブと一緒に端面にブランクジャーナル部が形成される。
【００３１】
基本的に、各ジャーナルスタブの直径は、バレル部よりも小さくすることができる。この場合、ブランクジャーナル部を形成するために、ジャーナルスタブには、ブランクジャーナル部の形状に対応すると共に、バレル部のジャケットに対してシールされたシート金属でよりなる被覆部が設けられる。ただし、ジャーナルにおける表面層の厚さが小さく限定される場合、ジャーナルの直径は、バレル部よりも大きくすることができる。この変形例には、ジャーナルスタブの固体材料に対してバレル部のジャケットをシールできるという付加的な利点がある。
【００３２】
ジャーナルスタブ及びバレル部のコーティングに使用される合金粉末は調整することができるため、該合金粉末によりジャーナル及びバレル部の各領域に形成される層によって、ロールの適用要件が最適に満たされる。この場合、ジャーナル及びバレル部のコーティングに使用される合金粉末の組成は異ならせるのが好適であり得る。ジャーナルに層を形成するのに適した合金粉末の例としては、材料番号1.3344又は1.3394で標準化された粉末がある。
【００３３】
同様の方法において、本体ブランクにおけるブランクジャーナル部の少なくとも１個は、本体ブランクにおけるバレル部の端面の少なくとも１つにジャーナルスタブを保持させ、ジャーナルスタブ上に、該ジャーナルスタブと一緒にブランクジャーナル部を構成するリングを固定することにより形成することができる。
【００３４】
以上述べてきたように、平坦な金属製品の冷間又は熱間圧延用に使用され、かつ熱間等方圧加圧により形成された耐摩耗層でコーティング済みのバレル部と、該バレル部の端面に形成されたジャーナルとを含む本体を備える本発明に係るロールは、耐摩耗層のコーティング後にブランクジャーナル部が鍛造によりジャーナルに加工され、その後に機械的に仕上げられることによって特徴付けられる。
【００３５】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて詳述する。なお、各図面は略図であり、原寸を反映しているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】鍛造済みの鋳造ブランクを示す斜視図である。
【図２】鋳造ブランクの鍛造により形成された本体ブランクを示す斜視図である。
【図３】機械加工後の本体ブランクを示す斜視図である。
【図４ａ】バレル部がシート鋼よりなるジャケットで覆われた本体を示す斜視図である。
【図４ｂ】図４ａに係る本体における端部領域の一方を示す長手方向断面図である。
【図５ａ】熱間等方圧加圧後及びジャケット除去後の本体を示す斜視図である。
【図５ｂ】図５ａに係る本体における端部領域の一方を示す長手方向断面図である。
【図６】図５ａ及び図５ｂに係る本体から形成されたロールを示す斜視図である。
【図７】熱間等方圧加圧をするために準備された更なる本体ブランクを示す長手方向断面図である。
【図８】熱間等方圧加圧をするために準備された第３の本体ブランクを示す長手方向断面図である。
【図９】熱間等方圧加圧をするために準備された第４の本体ブランクを示す長手方向断面図である。
【図１０】熱間等方圧加圧をするために準備された第５の本体ブランクを示す長手方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図６に示す本発明に係るロール１を製造するため、材料番号1.7225で標準化された組成で合金化された鋼溶融物を鋳造してビレット状の鋳造ブランク２が形成された後、該鋳造ブランク２が既知の鍛造法により図１に示す形状に形成される。
【００３８】
鋳造ブランク２はその後、やはり鍛造により、ダンベル状の本体ブランク３に形成される。本体ブランク３における分銅は、ブランクジャーナル部4，5として形成され、また本体ブランク３におけるバーは、ブランクジャーナル部4，5を一体的に接続するバレル部６として形成される（図２参照）。
【００３９】
鍛造の終了後、本体ブランク３の形状は、機械加工により最適化される。この最適化された状態において、一方では、ロールを後に使用するために必要な直径をバレル部６が有し、他方では、ディスク状のブランクジャーナル部4，5の材料容積が、後にブランクジャーナル部4，5から形成されるロール１におけるジャーナル7，8の材料容積に比べて、ある程度大きく規定される（図３参照）。
【００４０】
次の作業ステップにおいては、シート金属よりなるジャケット９でバレル部６が覆われる。ジャケット９は、本体ブランク３の長手方向軸線Ｌと同軸状に配向されたチューブを構成するものである。この場合、ジャケット９は、ブランクジャーナル部4，5に割り当てられた端面10，11の間で延びている。ブランクジャーナル部4，5の直径dZは、バレル部６の直径dBに比べてある程度大きいため、バレル部６の外周面及びジャケット９の内周面の間に、バレル部６を包囲するキャビティ12が形成される。この場合、ジャケット９のエッジは、ブランクジャーナル部4，5に割り当てられた端面10，11に対して当接しており、これら端面10、11の直径dZは、ジャケット９の直径dMに比べてやはり大きい。当接部領域において、ジャケット９のエッジは、各端面10，11と密着するよう溶接される（図4a，図4b参照）。
【００４１】
図4a及び図4bにおいては、材料番号1.3394で標準化された合金組成に対応する合金粉末Мが、供給管を介してキャビティ12内に充填される（図示せず）。
【００４２】
その後、本体ブランク３は、HIP法に使用される設備内に配置される。この設備内においては、合金粉末Мがキャビティ内12にて、約100 MPaの圧力及び900℃〜1200℃の温度で圧縮されて焼結されることにより緻密層13が形成される。この場合、固体拡散が生じるため、緻密層13は、本体ブランク３におけるバレル部６と物質間結合を生じる。熱間等方圧加圧の終了後、ジャケット９が本体ブランク３から分離される。その際、周方向スロット14が形成され、そのスロット14により、層13もブランクジャーナル部4，5から分離される（図5a，5b参照）。
【００４３】
次の作業ステップにおいては、ブランクジャーナル部4，5が、既知の方法により再度鍛造されてロール１のジャーナル7，8が形成される。これらジャーナル7，8はその後、機械仕上げされ、必要があれば、機械的特性を調整するために熱処理が施される。
【００４４】
このように、完成後のロール１は、出発材料により、ジャーナル7，8及びバレル部６が一体的に形成された本体を備える。この場合、ジャーナル7，8は、耐摩耗層13を構成する粉末金属のコーティングの終了後に、鍛造及びその後の仕上げにより形成される。
【００４５】
図７〜図10は、熱間等方圧加圧をするために準備された本体ブランクの変形例3a，3b，3c，3dを示す。
【００４６】
図７の変形例において、ブランクジャーナル部4，5の各容積Ｖは、式V＝dZ2（π/4）に従って規定されるため、付加的な加工をすれば、ブランクジャーナル部4，5から形成されるロール１におけるジャーナル7，8の容積に対応する。図示のIZは、長手方向軸線Ｌ方向に測定したブランク円筒状部4，5の長さを表しているのに対して、dZは、加工と、利用可能なHIP設備とを考慮した場合に、ブランクジャーナル部4，5に関して実現可能な最大外径を表している。バレル部の長さ及びバレル部の直径dBも、HIP設備及び顧客の仕様に応じて規定される。適切な寸法を有する本体ブランク３が上述したように形成された後、本体ブランク３がシート鋼よりなるジャケット９で覆われる。この場合のジャケット９の直径dMは、合金粉末Ｍの充填密度及び収縮を考慮しつつ、HIPの終了後にロール１における仕上げコーティング済みかつ所望のバレル部６の直径dBfが得られるよう規定される。図示の実施形態において、鋼シートは、互いに気密に溶接され、その気密性が試験され、ジャケット９又はブランク円筒状部4，5を通過する充填管15を介して粉末で充填され、排気され、更にシールされる。その後に本体ブランク３は、HIP設備内に導入され、圧力、温度及び保持時間により、粉末の密度が100％になるよう処理される。HIPの終了後、ブランクジャーナル部4，5は、バレル部６に影響を及ぼすことなく、自由鍛造により所望のジャーナル長に形成される。その後、ジャーナル7，8が正しい寸法に研削され、硬化され、必要な箇所が再度研削される。
【００４７】
図８に示す本体ブランク3bにおいて、ブランクジャーナル部4，5の容積は、上述した実施形態と同様に規定される。ただしこの場合、バレル部６に割り当てられたブランクジャーナル部4，5の端面10，11に、バレル部６周りに延びている溝16が形成され、その溝16にジャケット９が押し込まれている。従って、図示の本体ブランク3bにおいては、ブランク円筒状部4，5の容積及びバレル部６の容積が溝16の深さだけ重なり合っている。これにより、バレル部６が更に効果的に伸長可能であり、又はブランク円筒状部4，5の直径dZが縮小可能である。他の点については、図示の本体ブランク3bにおける作業ステップは、上述した本体ブランク3aにおける作業ステップと同じである。
【００４８】
図９に示す本体ブランク3cにおいて、ブランクジャーナル部4，5及びバレル部６は、互いに異なる作業ステップで個別部品として予め製造される。この場合、ブランクジャーナル部4，5は、バレル部６に割り当てられた端面10，11の中央部に配置された突起17a，17bを保持し、これら突起17a，17bが、バレル部６の端面に形成された凹部18，19内に係合している。この場合、突起及び凹部の間の遊びは、0.1 mm〜0.5 mmである。ブランク円筒状部4，5及びバレル部６が組み付けられて本体ブランク3cが形成された後、バレル部６が上述したようにジャケット９で覆われる。その後、上述した熱間等方圧加圧が行われる。その際、耐摩耗層13がバレル部６上に形成されるだけでなく、ブランク円筒状部4，5及びバレル部6もその接触面領域、特に突起17a，17b領域にて、固体拡散により互いに結合される。HIPの終了後、本体ブランク3cは、やはり上述の作業ステップを経て完成ロールに形成される。
【００４９】
更に、図10の変形例は、本体ブランク3dのバレル部６がジャーナルスタブ20，21を有するよう、ブランク円筒状部4，5を形成することもできることを示す。この場合、ジャーナルスタブ20の直径dS'はバレル部６に比べてより小さいのに対して、ジャーナルスタブ21の直径dS”はバレル部６の直径dBに比べてより大きい。ただしジャーナルスタブ20，21が有する材料容積は何れも、構成されるロールにおけるジャーナル7，8を形成するには不十分である。ジャーナルスタブ20，21上には、リング22，23が装着されており、その外径は、ブランク円筒状部4，5に関して上述した必要な直径dZにやはり対応している。ジャーナルスタブ20，21上におけるこれらリング22，23の確実な支持は、焼嵌めによって保証することができる。代替的又は付加的に、形状係合的な結合、例えばねじ又はタング・溝結合により保証することもできる。
【００５０】
最終的な鍛造中にリング22，23及びジャーナルスタブ20，21が互いに物質間結合を生じることを保証するため、本体ブランク3dは、鋼カプセルにより気密に覆われると共に、排気管を介して少なくとも４時間に亘って排気することができる。その後、排気管による気密状態での圧縮と、ロール１を製造するためのブランクに対する鍛造とが行われる。これにより、ジャーナルスタブ20，21及びリング22，23の間の結合ギャップに、物質間結合を妨げる酸化物の形成が回避される。
【符号の説明】
【００５１】
1  ロール
2  鋳造ブランク
3，3a，3b，3c，3d  本体ブランク
4，5  ブランクジャーナル部
6  バレル部
7，8  ロールにおけるジャーナル
9  ジャケット
10，11  ブランクジャーナル部の端面
12  周方向キャビティ
13  耐摩耗層
14  周方向スロット
15  充填管
16  周方向溝
17a，17b  突起
18，19  凹部
20，21  ジャーナルスタブ
22，23  リング
dB  バレル部の直径
dBf  仕上げコーティング済みのバレル部の直径
dM  ジャケットの直径
dS'，dS”  ジャーナルスタブの直径
dZ  ブランクジャーナル部の直径
L  本体ブランクにおける長手方向軸線
IZ  ブランク円筒状部4，5の長さ
M  合金粉末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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