(57)【要約】【課題】圧延に使用される外層を超硬合金で形成するとともに、圧延使用条件の異なる複数種のカリバーを配置する場合でも、各々のカリバーの使用条件に応じた性能を十分発揮し得る超硬合金製複合ロールを提供することである。【解決手段】本発明の超硬合金製複合ロールは、鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に超硬合金からなる外層が金属接合してなり、外層がロール軸方向で少なくとも２種類以上の異なる材質からなることを特徴とする。また、外層の表面にカリバーを設けてなることを特徴とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に超硬合金からなる外層が金属接合してなり、外層がロール軸方向で少なくとも２種類以上の異なる材質からなることを特徴とする超硬合金製複合ロール。
【請求項２】
前記外層の表面にカリバーを設けたロールであることを特徴とする請求項１に記載の超硬合金製複合ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼など金属製の棒材、線材、平材等の圧延に用いられ、鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に超硬合金からなる外層が金属接合してなる複合ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼など金属製の棒材、線材、平材等の圧延において、中間スタンドから仕上スタンドでは、ロール胴部の軸方向に圧延製品を成形するための孔型（カリバー）を数個から十数個設けた耐摩耗性、耐肌あれ性に優れた超硬ロールが広く使用されている。
【０００３】
例えば、特公昭５８−３９９０６号には、ＷＣ−Ｃｏ−Ｎｉ−ＣｒのＷＣ系超硬合金で構成した線材圧延用ロールが記載されている。この線材圧延用ロールは、超硬合金単体を焼結した小型のスリーブロールであり、靭性に優れた鋼製のロール軸材に０．１／１０００程度の焼嵌め率で嵌合し、そのスリーブロールの側面を固定リング、スペーサーリングなどにより押圧固定して機械的に組立てたものである。この種の超硬合金製スリーブロールの寸法は、外径が１００〜５００ｍｍ、回転軸方向の長さが１０〜３００ｍｍ程度の比較的短尺なものである。
【０００４】
このように超硬合金製スリーブをロール軸材に嵌合したロールの場合、固定リング、スぺーサーリング、皿バネ、ナットなど多くの部材が必要で組立て構造が複雑であり、かつ高い組立て精度を要求されるので組立てに係わる工数や費用がかかるという問題がある。また、ロール胴部の長さに対して、超硬合金の占める部分つまり圧延に使用できる部分が半分以下であり効率的でない問題がある。
【０００５】
さらに、超硬合金は熱伝導率が高いため、圧延使用時に超硬合金の温度が上昇しやすく、その熱が鋼製のロール軸材に伝わりやすく、ロール軸材が大きく膨張する。そこで、超硬合金の熱膨張係数は鋼より小さいので、超硬合金製スリーブには半径方向および軸方向に引張り応力が付与される。焼嵌め時の締め代が大きい場合、半径方向の引張り応力が高くなり過ぎると、超硬合金製スリーブの内面から割れを引き起こすおそれがある。また、逆にこのような割れを懸念するあまり焼嵌め時の締め代が小さい場合、圧延中に超硬合金製スリーブが滑るおそれがある。
【０００６】
また、超硬合金単体では、焼結時に自重の影響により成形体に大きな変形が生じやすいため大型長尺のスリーブロールが製造できない問題がある。
【０００７】
このような組立式超硬ロールの欠点を克服するため、例えば特開平１０−８２１２号には超硬合金と鋼材を金属的に接合した複合ロールが提案されている。これは鋼材からなる内層を形成するスリーブの外周に、周期律表のＩＶａ〜ＶＩａ族元素の炭化物、窒化物および炭窒化物の硬質粒子の少なくとも１種または２種以上を６０〜９０重量％と、残部実質的にＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＷの少なくとも１種または２種以上の金属粉末とからなる混合粉末を焼結すると同時に拡散接合させた超硬合金製の外層を有し、外層表面に１００ＭＰａ以上の円周方向の圧縮残留応力を付与した複合スリーブを、ロール軸材に嵌合固定したものである。また、特開平１０−８２１３号には超硬合金と鋼製の中実軸材を金属的に接合した中実構造の複合ロールも提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この種の超硬合金製複合ロールは、従来の組立式超硬ロールにおける固定リング、皿バネ、ナットなどが不要であり、ロール胴部長さの全表面を外層で構成するため圧延に使用できる部分を拡大できる。このため、従来に比べロール胴部表面にカリバーを数多く、しかも配置場所の制限がなく設けることができる。
【０００９】
そこで、圧延量や操業条件に応じて、様々な種類のカリバーを同一のロール胴部表面に設けることができるが、実際上、カリバーの種類によって圧延温度、圧延速度などの負荷条件が異なるので、これに対応した最適なロール材質も異なってくる。しかしながら、従来の超硬合金製複合ロールでは、圧延に使用される外層を形成する超硬合金部全体が１種類の材質であるので、カリバー毎に最適な材質とすることができないため、各種のカリバーを配置した用途には適さないという問題点がある。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、圧延に使用される外層を超硬合金で形成するとともに、圧延使用条件の異なる複数種のカリバーを配置する場合でも、各々のカリバーの使用条件に応じた性能を十分発揮し得る超硬合金製複合ロールを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の超硬合金製複合ロールは、鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に超硬合金からなる外層が金属接合してなり、外層がロール軸方向で少なくとも２種類以上の異なる材質からなることを特徴とする。また、本発明の複合ロールは、外層の表面にカリバーを設けてなることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明は、鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に超硬合金からなる外層を金属接合することにより、ロール胴部すなわち外層全体が圧延に使用でき、カリバーを設ける場合、カリバー数を多くとれるばかりでなく、配置位置に制約がなく任意の位置に設けることができる。
【００１３】
また、ロールの外層を形成する超硬合金が、ロール軸方向で少なくとも２種類以上異なるように構成するため、カリバーを設ける場合、カリバーを圧延使用条件毎に最適な材質で形成できる。つまり、ロール軸方向に異なるスタンド用のカリバーを設け、複数スタンド兼用ロールとして使用することができる。したがって、本発明によれば、ロール１本当たりの可能圧延量を増加でき、またロール保有本数を軽減でき資産の圧縮やロール置き場の減少を図れる。
【００１４】
本発明において、超硬合金からなる外層と、鋼系または鉄系材料からなる内層との金属接合にあたっては、両者の接合強度を確保するため、外層と内層との間に、超硬合金または金属からなる中間層を少なくとも１層以上介在させて接合してもよい。
【００１５】
外層となる超硬合金をロール軸方向に異なる材質で製造する方法は、鋼で構成されるＨＩＰ缶の中に鋼系または鉄系材料からなる内層を設置し、両者の間に各目標組成の超硬粉末を、焼結後所定の位置になるように順次充填し、ＨＩＰ缶を溶接封入後、ＨＩＰ処理により焼結一体化させればよい。また別の方法として、予め各目標組成の超硬合金の中空成形体を所定の長さで複数個作製しておき、これらを鋼系または鉄系材料からなる内層の周囲に嵌める形で積み重ねた後、焼結一体化するか、あるいは全体をＨＩＰ缶に封入しＨＩＰ処理により一体化してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
外径３００ｍｍ、内径１８０ｍｍ、長さ７００ｍｍの中空円筒状の鍛鋼製の内層の周りに、外径３８０ｍｍ、長さ６００ｍｍの鋼で構成されるＨＩＰ缶を設置し、内層の外面とＨＩＰ缶の内面との間に形成された空隙に、まず第１の外層用の超硬合金粉末として、重量比で平均粒径５μｍのＷＣ粉末８５％、平均粒径２μｍのＣｏ粉末１５％の混合粉末を１５０Ｋｇ充填した。次に、充填した第１の外層用の超硬合金粉末の上方から、第２の外層用の超硬合金粉末として、重量比で平均粒径７μｍのＷＣ粉末７５％、平均粒径２μｍのＣｏ粉末２５％の混合粉末を１５０Ｋｇ充填した。すなわち、ロール軸方向において、第１の外層用の超硬合金粉末および第２の外層用の超硬合金粉末は隣接した状態である。
【００１７】
充填後、ＨＩＰ缶を鋼の蓋で溶接密封した後、７００℃にて真空ポンプで脱気処理を行なった。ＨＩＰ缶にリークが生じていないことを確認した後、１３００℃、１０００気圧にてＨＩＰ処理を行なった。冷却後、ＨＩＰ缶を加工除去し、超音波探傷検査にて、第１の外層および第２の外層で構成される外層と、内層の接合が健全であることを確認した。また、ロール外層の組織を調査し、第１の外層と第２の外層がロール軸方向に健全に接合していることを確認した。
【００１８】
このようにして得られた本発明のスリーブロールを図１に示す。図１において、１は第１の外層、２は第２の外層、３は内層である。ロール軸方向において、第１の外層１と第２の外層２は接合されている。なお、便宜上、第１の外層１と第２の外層２との間の接合境界を線描したが、実際のロールでは明瞭な線は現れない。
【００１９】
次いで、本発明のスリーブロールの内径を加工し、クロムモリブデン鋼の軸材に焼嵌め、第１の外層には仕上前スタンド用のオーバルカリバー、第２の外層には中間スタンド用のオーバルカリバーをそれぞれ複数個加工して設け、本発明の超硬合金製複合ロールを完成させた。
【００２０】
（実施例２）
まず、第１の外層用として、組成がＷＣ８５重量％、Ｃｏ１５重量％である超硬合金の焼結体からなる外径３５８ｍｍ、内径２５６ｍｍ、長さ３５０ｍｍの中空スリーブを、また第２の外層用として、組成がＷＣ７５重量％、Ｃｏ２５重量％である超硬合金の焼結体からなる外径３５８ｍｍ、内径２５６ｍｍ、長さ３５０ｍｍの中空スリーブを作製した。
【００２１】
次いで、外径２５０ｍｍ、内径１５０ｍｍ、長さ７３０ｍｍの中空円筒状の鍛鋼製の内層の周りに、外径３６０ｍｍ、長さ７００ｍｍの鋼で構成されるＨＩＰ缶を設置し、内層の外面とＨＩＰ缶の内面との間に形成された空隙に、第１の外層用の中空スリーブを挿入し、さらにその直上に第２の外層用の中空スリーブを積み重ねて挿入した。
【００２２】
その後、ＨＩＰ缶を鋼の蓋で溶接密封した後、７００℃にて真空ポンプで脱気処理を行なった。ＨＩＰ缶にリークが生じていないことを確認した後、１３００℃、１０００気圧にてＨＩＰ処理を行なった。冷却後、ＨＩＰ缶を加工除去し、超音波探傷検査にて、第１の外層および第２の外層で構成される外層と、内層の接合が健全であることを確認した。また、ロール外層の組織を調査し、第１の外層と第２の外層がロール軸方向に健全に接合していることを確認した。
【００２３】
このようにして得られた本発明のスリーブロールの内径を加工し、クロムモリブデン鋼の軸材に焼嵌め、第１の外層には仕上前スタンド用のオーバルカリバー、第２の外層には中間スタンド用のオーバルカリバーをそれぞれ複数個加工して設け、本発明の超硬合金製複合ロールを完成させた。
【００２４】
（実施例３）
まず、第１の外層用として、組成がＷＣ８５重量％、Ｃｏ１５重量％である超硬合金の仮焼結体（９００℃で仮焼結した）からなる外径３８０ｍｍ、内径３００ｍｍ、長さ２７０ｍｍの中空スリーブを、また第２の外層用として、組成がＷＣ７５重量％、Ｃｏ２５重量％である超硬合金の仮焼結体（９００℃で仮焼結した）からなる外径３８０ｍｍ、内径３００ｍｍ、長さ２７０ｍｍの中空スリーブを、さらに第３の外層用として、組成がＷＣ７０重量％、Ｃｏ３０重量％である超硬合金の仮焼結体（９００℃で仮焼結した）からなる外径３８０ｍｍ、内径３００ｍｍ、長さ２７０ｍｍの中空スリーブを作製した。
【００２５】
外径２５０ｍｍ、内径１５０ｍｍ、長さ７３０ｍｍの中空円筒状の内層となる鍛鋼の外周に、第１の外層用の中空スリーブを嵌めて挿入し、ついで第１の外層用の中空スリーブの直上に第２の外層用の中空スリーブを挿入して積み重ね、さらに第２の外層用の中空スリーブの直上に第３の外層用の中空スリーブを挿入して積み重ねた後、真空焼結炉中１３２０℃で焼結した。
【００２６】
冷却後、超音波探傷検査にて、第１の外層、第２の外層および第３の外層で構成される外層と、内層の接合が健全であることを確認した。また、ロールの外層の組織を調査し、第１の外層、第２の外層および第３の外層がロール軸方向に健全に接合していることを確認した。
【００２７】
このようにして得られた本発明のスリーブロールの内径を加工し、クロムモリブデン鋼の軸材に焼嵌め、第１の外層には仕上前スタンド用のオーバルカリバー、第２の外層には中間スタンド用のオーバルカリバー、第３の外層には中間スタンド用のオーバルカリバーをそれぞれ複数個加工して設け、本発明の超硬合金製複合ロールを完成させた。
【００２８】
【発明の効果】
ロール外層を形成する超硬合金が、ロール軸方向で少なくとも２種類以上異なるように構成するため、カリバーを設ける場合、カリバーを圧延使用条件毎に最適な材質で形成できる。したがって、ロール１本当たりの可能圧延量を増加でき、またロール保有本数を軽減でき資産の圧縮やロール置き場の減少を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスリーブロールの概略断面図である。
【符号の説明】
１　第１の外層、　２　第２の外層、　３　内層
【図１】
2004066242.tif 000003