(57)【要約】【課題】  従来よりもロールの製造時間を短縮でき、納期短縮や製造コストの削減を図ることが可能なロールの製造方法を提供する。【解決手段】  母材１０の外周に硬質の鋳掛け肉盛層１１が形成されたロール胴部１２と、ロール胴部１２の両側部にそれぞれ設けられた軸部１３、１４とを有するロール１５の製造方法であって、ロール胴部１２の両側部にそれぞれ開先１６、１７を設けて軸部１３、１４を配置し、この各開先１６、１７を溶接してロール胴部１２と軸部１３、１４とを接合する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の外周に硬質の鋳掛け肉盛層が形成されたロール胴部と、該ロール胴部の両側部にそれぞれ設けられた軸部とを有するロールの製造方法であって、
前記ロール胴部の両側部にそれぞれ開先を設けて前記軸部を配置し、この各開先を溶接して前記ロール胴部と前記軸部とを接合することを特徴とするロールの製造方法。
【請求項２】
母材の外周に硬質の鋳掛け肉盛層が形成されたロール胴部と、該ロール胴部の両側部にそれぞれ設けられた軸部とを有するロールの製造方法であって、
前記ロール胴部の一側部に開先を設けて前記軸部を配置し、この開先を溶接して前記ロール胴部と前記軸部とを接合することを特徴とするロールの製造方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載のロールの製造方法において、前記ロール胴部は、電磁誘導加熱コイルを備えた耐火性加熱型の下部に、冷却型を一体的に配置した組み合わせモールドを使用し、該組み合わせモールドの内部に、前記母材となる中実又は中空の芯材を同心垂直に挿入し、該芯材の外周の環状空隙部に溶湯を注入して前記芯材を断続的に降下させ、該芯材の外周に硬質の鋳掛け肉盛層を形成したロール用素材から複数切り出されることを特徴とするロールの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のロールの製造方法において、前記ロール胴部の軸方向端部中心に凹部を形成し、前記軸部の軸方向端部中心に凸部を形成して、前記ロール胴部の前記凹部に前記軸部の前記凸部を挿入し、前記ロール胴部に対する前記軸部の位置決めを行った後、前記ロール胴部と前記軸部との間に形成される前記開先を溶接することを特徴とするロールの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のロールの製造方法において、前記開先の溶接は、溶接トーチに対し、前記ロール胴部及び前記軸部をその軸心を中心として回転させながら行うことを特徴とするロールの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のロールの製造方法において、前記開先の溶接はアーク溶接で行われ、前記溶接トーチが該溶接トーチの周方向に高速回転され、該溶接トーチの偏心位置に溶接ワイヤが供給されることを特徴とするロールの製造方法。
【請求項７】
請求項６記載のロールの製造方法において、前記溶接トーチは、溶接時に検出される溶接電流及びアーク電圧のいずれか一方又は双方により、前記開先に対する溶接位置の修正を自動的に行うことを特徴とするロールの製造方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載のロールの製造方法において、前記開先の溶接は、前記ロール胴部と前記軸部との接合金属上に生成するスラグを除去しながら行われることを特徴とするロールの製造方法。
【請求項９】
請求項８記載のロールの製造方法において、前記スラグの除去は、一方側に前記接合金属の上面に当接するスラグ除去部が設けられ、他方側に錘が設けられたてこ部材と、該てこ部材を上下方向に回動可能に支持する支持部材とを有するスラグ除去装置を用い、前記スラグ除去部を前記接合金属の表面に連続的に当接させながら、前記スラグ除去部を半径方向外側に移動させて行われることを特徴とするロールの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のロールの製造方法において、前記開先の溶接は、前記ロール胴部と前記軸部とをシールドして行われることを特徴とするロールの製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のロールの製造方法において、前記母材の外周に形成される硬質の鋳掛け肉盛層は高速度鋼からなることを特徴とするロールの製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のロールの製造方法において、前記母材及び前記軸部はクロム−モリブデン鋼からなり、前記ロール胴部と前記軸部とを接合する金属は高張力鋼からなることを特徴とするロールの製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のロールの製造方法において、前記ロール胴部と前記軸部とを接合して製造したロールを、粗加工して調質処理を施し、更に仕上げ加工を施して製品ロールにすることを特徴とするロールの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載のロールの製造方法において、前記調質処理後の前記ロール胴部と前記軸部との接合部は、耐力が５８０〜６２０Ｎ／ｍｍ2 、伸びが１２〜２２％、及び絞りが５２〜６２％であることを特徴とするロールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、製鉄圧延設備における圧延用ロール、矯正用ロール等に使用するロールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、形鋼圧延において、圧延材の高品質化と省力及び省エネルギー化を図るため、より過酷な圧延条件に耐え、且つ長寿命の製品ロールが求められてきた。
そこで、例えば、特許文献１のように、ロール胴部の表層部が硬質の金属（高速度鋼系多合金白鋳鉄）で構成された製品ロールが開示されている。この製品ロールは、芯材の外周に硬質の金属層を形成したロール用素材から、ロール胴部とこのロール胴部の軸方向両側部に設けられる軸部とが一体となったロールを削り出した後、このロールを所定の調質処理及び加工処理を施すことで製造されている。
これにより、従来使用したダクタイル鋳鉄やアダマイト鋳鉄で構成される製品ロールと比較して、耐摩耗性、耐肌荒れ性に優れ、数倍の寿命を有する製品ロールとして、製造される圧延材の品質や生産性の向上に大きく寄与している。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１５８０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来のロールの製造方法には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
例えば、ロール用素材から軸部が長いロールを削り出す場合、削り出し時における余分な削り代が多くなり、製造時間を現状より短縮することが困難であった。また、削り代の増加に伴って削り刃等のランニングコストがかかるため経済的でなかった。
また、このようにロールの軸部が長い場合、１つのロール用素材から複数本のロールを取り出すことが困難になるため、例えば、複数本のロールを製造する必要がある場合は、新たにロール用素材を製造する必要があり、製品ロールの納期短縮や製造コストの削減を図ることが難しかった。
【０００５】
このような問題を解消するため、製品ロールの外観形状と略同一形状となったロール本体を予め製造し、従来の溶接肉盛法を用いて、ロール本体のロール胴部に相当する部分の外周に硬質の肉盛層を形成することも考えられる。しかし、この場合、金属成分によっては肉盛不可能なものもあるため、使用目的に応じた製品ロールを製造できない場合がある。また、例え溶接肉盛できたとしても、製造コストがかかり経済的でなく、しかも肉盛部の表面にビードマークが発生し、外観性が悪くなる問題もある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来よりもロールの製造時間を短縮でき、納期短縮や製造コストの削減を図ることが可能なロールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的に沿う請求項１記載のロールの製造方法は、母材の外周に硬質の鋳掛け肉盛層が形成されたロール胴部と、該ロール胴部の両側部にそれぞれ設けられた軸部とを有するロールの製造方法であって、
前記ロール胴部の両側部にそれぞれ開先を設けて前記軸部を配置し、この各開先を溶接して前記ロール胴部と前記軸部とを接合する。
請求項１記載のロールの製造方法において、製造されたロールは、使用目的に応じた所定の加工処理が施された後、例えば、製鉄圧延設備における圧延用ロール、矯正用ロール等の製品ロールに使用されるものである。
また、ロール胴部の両側部に設けられる各開先は、例えば、Ｈ形となっている。
【０００８】
前記目的に沿う請求項２記載のロールの製造方法は、母材の外周に硬質の鋳掛け肉盛層が形成されたロール胴部と、該ロール胴部の両側部にそれぞれ設けられた軸部とを有するロールの製造方法であって、
前記ロール胴部の一側部に開先を設けて前記軸部を配置し、この開先を溶接して前記ロール胴部と前記軸部とを接合する。
請求項２記載のロールの製造方法において、ロール胴部の両側部にそれぞれ設けられる各軸部は、その一方側が溶接して接合され、他方側が例えば従来の方法を用いてロール胴部と一体的に削り出される。このような製造方法を適用する場合としては、例えば、一方側の軸部の長さと比較して他方側の軸部の長さが短い（例えば、長さの長い軸部の１／５〜３／４倍程度）場合等がある。なお、長さの長い軸部をロール胴部に接合し、長さの短い軸部をロール胴部と一体的に削り出すことが好ましい。
【０００９】
請求項３記載のロールの製造方法は、請求項１及び２記載のロールの製造方法において、前記ロール胴部は、電磁誘導加熱コイルを備えた耐火性加熱型の下部に、冷却型を一体的に配置した組み合わせモールドを使用し、該組み合わせモールドの内部に、前記母材となる中実又は中空の芯材を同心垂直に挿入し、該芯材の外周の環状空隙部に溶湯を注入して前記芯材を断続的に降下させ、該芯材の外周に硬質の鋳掛け肉盛層を形成したロール用素材から複数切り出される。
請求項３記載のロールの製造方法において、ロール用素材は、例えば、上記した連続注入クラッド法とも呼ばれるＣＰＣ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐｏｕｒｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｃｌａｄｄｉｎｇ）法により製造されるので、熱の集中度が極めて小さく、従来の溶接肉盛法では溶接不可能な材質、例えば、過共晶材等で構成される鋳掛け肉盛層の形成が可能になる。
【００１０】
請求項４記載のロールの製造方法は、請求項１〜３記載のロールの製造方法において、前記ロール胴部の軸方向端部中心に凹部を形成し、前記軸部の軸方向端部中心に凸部を形成して、前記ロール胴部の前記凹部に前記軸部の前記凸部を挿入し、前記ロール胴部に対する前記軸部の位置決めを行った後、前記ロール胴部と前記軸部との間に形成される前記開先を溶接する。
請求項４記載のロールの製造方法において、凸部は凹部内に挿入可能な形状となっており、例えば、軸方向に観て円形、多角形等にできるが、特に多角形とすることで、凸部と凹部との係合が容易になるほか、軸心を中心とした回転方向のずれを防止できる。
【００１１】
請求項５記載のロールの製造方法は、請求項１〜４記載のロールの製造方法において、前記開先の溶接は、溶接トーチに対し、前記ロール胴部及び前記軸部をその軸心を中心として回転させながら行う。
請求項５記載のロールの製造方法において、ロール胴部及び軸部の回転速度は、溶接トーチによる溶接速度に対応させた速度に設定する。
【００１２】
請求項６記載のロールの製造方法は、請求項５記載のロールの製造方法において、前記開先の溶接はアーク溶接で行われ、前記溶接トーチが該溶接トーチの周方向に高速回転され、該溶接トーチの偏心位置に溶接ワイヤが供給される。
請求項６記載のロールの製造方法において、アーク溶接は、例えば、シールドガスを流して溶接部を周囲の大気から保護するガスシールドアーク溶接等を使用できる。
また、溶接トーチの高速回転は、溶接トーチの周方向に行われればよく、例えば、溶接トーチの軸心を中心として高速回転させたり、また溶接トーチの軸心上の点を中心として、すりこぎ状に高速回転させることも可能である。
そして、溶接トーチの高速回転とは、例えば、５０〜７０Ｈｚ程度である。
【００１３】
請求項７記載のロールの製造方法は、請求項６記載のロールの製造方法において、前記溶接トーチは、溶接時に検出される溶接電流及びアーク電圧のいずれか一方又は双方により、前記開先に対する溶接位置の修正を自動的に行う。
請求項７記載のロールの製造方法において、例えば、定電圧特性を用い、溶接時に溶接トーチと開先との距離が変化した場合、溶接電流に変化が生じ、この変化に対応したリサージュ波形が現れる。このリサージュ波形が、対称性を有するずれのない波形になるように、開先に対する溶接トーチの軸を移動させ修正することによって、自動的に溶接線倣いを行うことができる。
【００１４】
請求項８記載のロールの製造方法は、請求項５〜７記載のロールの製造方法において、前記開先の溶接は、前記ロール胴部と前記軸部との接合金属上に生成するスラグを除去しながら行われる。
請求項８記載のロールの製造方法において、接合金属上に生成するスラグの除去方法としては、回転するロール胴部及び軸部に対して、例えば、接合金属上に板材を傾斜した状態で当接させ、この板材でスラグを削り取る方法等を使用できる。
【００１５】
請求項９記載のロールの製造方法は、請求項８記載のロールの製造方法において、前記スラグの除去は、一方側に前記接合金属の上面に当接するスラグ除去部が設けられ、他方側に錘が設けられたてこ部材と、該てこ部材を上下方向に回動可能に支持する支持部材とを有するスラグ除去装置を用い、前記スラグ除去部を前記接合金属の表面に連続的に当接させながら、前記スラグ除去部を半径方向外側に移動させて行われる。
請求項９記載のロールの製造方法において、スラグ除去部は他方側に錘が配置されたてこ部材に設けられているので、スラグ除去部が錘によって接合金属の表面に所定の押圧力で接触した状態を維持できる。また、開先の溶接の進行に伴って、接合金属の厚みが増加していくため、スラグ除去部もロールの半径方向外側に移動しながら、接合金属上に生成したスラグを除去できる。
【００１６】
請求項１０記載のロールの製造方法は、請求項１〜９記載のロールの製造方法において、前記開先の溶接は、前記ロール胴部と前記軸部とをシールドして行われる。
請求項１０記載のロールの製造方法において、ロール胴部と軸部とをシールドすることで、接合部分への外気（酸素）の侵入を防止した状態で溶接できる。
【００１７】
請求項１１記載のロールの製造方法は、請求項１〜１０記載のロールの製造方法において、前記母材の外周に形成される硬質の鋳掛け肉盛層は高速度鋼からなる。
請求項１１記載のロールの製造方法において、高速度鋼としては、従来公知の多合金系白鋳鉄等を使用できる。
【００１８】
請求項１２記載のロールの製造方法は、請求項１〜１１記載のロールの製造方法において、前記母材及び前記軸部はクロム−モリブデン鋼からなり、前記ロール胴部と前記軸部とを接合する金属は高張力鋼からなる。
請求項１２記載のロールの製造方法において、母材及び軸部を構成するクロム−モリブデン鋼は、ＳＣＭ材とも呼ばれ、モリブデンの添加によってクロム鋼よりも焼入れ性が向上すると共に焼戻し抵抗が大きく、且つ焼戻し脆性の少ない強靱鋼であり、高温加工性及び溶接性が良好な材質である。
また、ロール胴部と軸部とを接合する高張力鋼は、ハイテンとも呼ばれ、引張強さを向上させると共に溶接性にも優れ、接合部の強度を高めることが可能な材質である。
【００１９】
請求項１３記載のロールの製造方法は、請求項１〜１２記載のロールの製造方法において、前記ロール胴部と前記軸部とを接合して製造したロールを、粗加工して調質処理を施し、更に仕上げ加工を施して製品ロールにする。
請求項１３記載のロールの製造方法において、調質処理は、溶接を行った部分の組織を安定化させるために行う焼入れ、焼戻し等の熱処理である。
【００２０】
請求項１４記載のロールの製造方法は、請求項１３記載のロールの製造方法において、前記調質処理後の前記ロール胴部と前記軸部との接合部は、耐力が５８０〜６２０Ｎ／ｍｍ2 、伸びが１２〜２２％、及び絞りが５２〜６２％である。
請求項１４記載のロールの製造方法において、ロール胴部と軸部との接合部の耐力が５８０Ｎ／ｍｍ2 未満、伸びが１２％未満、又は絞りが５２％未満の場合、製造されたロールの品質が低下する。一方、接合部の耐力、伸び、又は絞りが高くなれば、ロールの品質を更に高めることができるが、必要以上に高めればロールの製造コストがかかり不経済である。
従って、ロール胴部と軸部との接合部の耐力の下限を５８０Ｎ／ｍｍ2 、好ましくは５９０Ｎ／ｍｍ2 にし、上限を６２０Ｎ／ｍｍ2 、好ましくは６１０Ｎ／ｍｍ2 にする。また、接合部の伸びの下限を１２％、好ましくは１５％にし、上限を２２％、好ましくは１９％にする。そして、接合部の絞りの下限を５２％、好ましくは５５％にし、上限を６２％、好ましくは５９％にする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１及びこれに従属する請求項３〜１４記載のロールの製造方法は、ロール胴部とロール胴部の両側部に設けられる各軸部とを接合してロールを製造するので、例えば、ロール胴部と各軸部とを一体型でロール用素材から切り出す場合における余分な削り代を無くすことができ、ロールを経済的に製造できる。
また、ロール胴部と各軸部とを接合してロールを製造するので、ロールの使用目的に応じて、ロール胴部と軸部とを同一材質又は異材質で構成することができる。
【００２２】
請求項２及びこれに従属する請求項３〜１４記載のロールの製造方法は、ロール胴部とロール胴部の一側部に設けられる軸部とを接合してロールを製造するので、従来のように、例えば、ロール胴部と各軸部とを一体型でロール用素材から切り出す場合よりも、余分な削り代を減少させることができ、ロールを経済的に製造できる。また、例えば、長さの長い軸部をロール胴部に接合し、長さの短い軸部をロール胴部と一体的に削り出すことで、溶接と削り出しにかかる製造コストを比較考慮しながら、経済的にロールを製造することが可能になる。これは、軸部が短い場合は、溶接よりも削り出しの方が製造コストが安くなることに起因する。
【００２３】
特に、請求項３記載のロールの製造方法は、ロール用素材から複数のロール胴部を切り出すので、軸部の長さに影響されることなく、ロール用素材から最大限多くのロール胴部を切り出すことができ、軸部の長さが長い場合における余分な削り代を無くしてロールを経済的に製造できる。
また、例えば、複数本のロールが必要な場合でも、従来のように、新たにロール用素材を製造することなくロールを製造できるので、納期短縮や製造コストの削減を図ることができる。
【００２４】
請求項４記載のロールの製造方法は、溶接前に、予めロール胴部に対して軸部の位置決めを行うので、ロール胴部に対する軸部の位置ずれがなく、溶接時における作業性が良好になる。
また、ロール胴部に軸部の一部を挿入しておくことで、接合部分の曲げに対する強度を高めることができる。
【００２５】
請求項５記載のロールの製造方法は、ロール胴部と軸部とを回転させながら、溶接トーチによって開先の溶接を行うので、開先の周囲に溶接トーチを移動させながら接合する必要がなくなり、接合時における作業性が良好になる。
【００２６】
請求項６記載のロールの製造方法は、高速回転される溶接トーチの偏心位置に溶接ワイヤが供給されるので、遠心力で溶接時におけるアークの範囲が広がると共に、溶融金属の飛散が可能となり、ビード表面が平滑化され、ビード幅も増加でき、欠陥の少ない溶接を実施することが可能になる。
【００２７】
請求項７記載のロールの製造方法は、溶接時に検出される溶接電流及びアーク電圧のいずれか一方又は双方により、開先に対する溶接位置の修正を自動的に行うので、例えば、開先位置の検出器（距離センサ、視覚センサなど）を別個に設けることなく、溶接トーチの周囲を簡素化でき、しかもアーク直下の溶接時における情報を常時検出することが可能になる。
【００２８】
請求項８記載のロールの製造方法は、開先の溶接をスラグを除去しながら行うので、溶接部内へのスラグの巻き込みを低減でき、品質を高めたロールを製造できる。
【００２９】
請求項９記載のロールの製造方法は、スラグの除去を、ロール胴部と軸部とを接合する溶接金属の上面に、連続的に当接しながら移動するスラグ除去装置により行うので、簡単な構成で容易に実施できる。
【００３０】
請求項１０記載のロールの製造方法は、ロール胴部と軸部とをシールドするので、接合部分への外気の侵入を防止でき、安定した状態で溶接作業を実施できる。
【００３１】
請求項１１記載のロールの製造方法は、母材の外周に形成される硬質の鋳掛け肉盛層が高速度鋼からなるので、耐摩耗性、耐肌荒れ性に優れ、例えば圧延材の品質や生産性の向上に寄与することができる。
【００３２】
請求項１２記載のロールの製造方法は、クロム−モリブデン鋼で構成される母材と軸部とを高張力鋼で接合するので、母材及び軸部の接合強度を高めることができる。
【００３３】
請求項１３記載のロールの製造方法は、ロール胴部と軸部とを接合して製造したロールを、粗加工して調質処理を施し、更に仕上げ加工を施して製品ロールにするので、例えば、加工によって生じたロールの歪みをなくし、接合部分及び接合部分近傍の金属組織を良好な組織に戻すことができる。
【００３４】
請求項１４記載のロールの製造方法は、調質処理後のロール胴部と軸部との接合部分の耐力、伸び、及び絞りの各数値範囲を規定することで、従来使用されている製品ロールと略同等の強度（曲げ強度）を有する製品ロールを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係るロールの製造方法を使用して製造したロール及び製品ロールの説明図、図２（Ａ）は同ロールの製造方法に使用されるロール用素材製造用の組み合わせモールドの説明図、（Ｂ）はロール用素材の説明図、図３は同ロールの製造方法で使用する溶接装置の説明図、図４は同ロールの製造方法の説明図、図５は同ロールの製造方法に使用するスラグ除去装置の説明図である。
【００３６】
図１、図２（Ｂ）、図４に示すように、本発明の一実施の形態に係るロールの製造方法は、母材１０の外周に硬質の鋳掛け肉盛層１１が形成されたロール胴部１２と、このロール胴部１２の両側部にそれぞれ設けられた軸部１３、１４とを有するロール１５の製造方法であって、ロール胴部１２の両側部にそれぞれ開先１６、１７を設けて軸部１３、１４を配置し、この各開先１６、１７を溶接してロール胴部１２と軸部１３、１４とを接合する方法である。なお、製造されたロール１５は、使用目的に応じた所定の加工処理が施された後、例えば、製鉄圧延設備における圧延用ロール、矯正用ロール等に使用されるものである。以下、詳しく説明する。
【００３７】
まず、図２（Ａ）に示すように、複数のロール胴部１２を切り出すためのロール用素材１８を製造する。
ロール用素材１８は、例えば、特開２０００−１５８０２０号公報に開示された方法等で製造できる。
この方法は、図２（Ａ）に示すように、電磁誘導加熱コイル１９が内部に配置された中空環状の耐火枠２０を備えた耐火性加熱型２１と、耐火性加熱型２１の下部に配置され、これと同軸の内孔を有する冷却型２２とを、一体的に配置した組み合わせモールド２３を使用する。なお、組み合わせモールド２３の下部には、油圧シリンダーなどの昇降手段（図示しない）によって上下させることができ、上部に配置された中実又は中空の芯材２４を徐々に降下させる昇降装置２５を備えている。
【００３８】
これを用いてロール用素材１８を製造する場合は、芯出し装置２６を用いて、組み合わせモールド２３の内部中央に、芯材２４を同心垂直に挿入する。そして、別途溶解炉にて準備した外層になる鋳掛け肉盛り材の溶湯２７を、芯材２４と組み合わせモールド２３との環状空隙部２８に、電磁誘導加熱コイル１９に電流を流しながら注入し、芯材２４を断続的に降下させる。なお、芯材２４の外周には、予めガラス層の被膜２９が形成されている。また、図２中の３０は溶融部、３１は溶融フラックスを示す。
【００３９】
これにより、組み合わせモールド２３の上に配置された予熱用電磁誘導加熱コイル３２によって、芯材２４を予熱すると共に被膜２９が溶融焼成され、芯材２４の表面を清浄な状態に保つと共に、溶湯２７を芯材２４の表面に溶着させながら、冷却型２２によって順次冷却凝固され、硬質の鋳掛け肉盛層３３が形成される。
なお、芯材２４はクロム−モリブデン鋼からなり、溶湯２７は高速度鋼系多合金白鋳鉄（高速度鋼の一例）で構成されている。
これにより、図２（Ｂ）に示すようなロール用素材１８が製造される。
【００４０】
次に、このロール用素材１８から、図示しない切断手段等を用いて、目的とする長さのロール胴部１２を複数本（本実施の形態では３本）切り出す（図２（Ｂ）の二点鎖線参照）。従って、ロール用素材１８の芯材２４から切り出された部分（図２（Ｂ）の芯材２４と二点鎖線とで囲まれた部分）がロール胴部１２の母材１０になる。
そして、機械加工によって、ロール胴部１２の軸方向両端部に、その軸方向に突出し、軸方向に観て円形となる接合部３４、３５を形成する。
また、このロール胴部１２の軸方向両端部に設ける軸部１３、１４も、クロム−モリブデン鋼からなる軸部用素材（図示しない）を機械加工によって研削し、製品形状よりも外形を大きく造った後、更に軸部１３、１４の軸方向一端部に、ロール胴部１２の接合部３４、３５と同一形状となった接合部３６、３７を形成する。
【００４１】
なお、ロール胴部１２の軸方向両端部に設けられた接合部３４、３５には、軸方向に観てその中心に円形となった凹部３８、３９がそれぞれ形成されている。また、軸部１３、１４の軸方向一端部に設けられた接合部３６、３７には、ロール胴部１２の凹部３８、３９に僅少の隙間（例えば、０．５〜３ｍｍ程度）を配して挿入可能で、その中心に軸方向に観て円形となる凸部４０、４１が形成されている。
これにより、ロール胴部１２の各凹部３８、３９に、軸部１３、１４の凸部４０、４１をそれぞれ挿入し、ロール胴部１２に対する軸部１３、１４の位置決めを行う。このとき、ロール胴部１２の接合部３４、３６と軸部１３、１４の接合部３５、３７によってＨ形の開先１６、１７（例えば、深さが７０〜１５０ｍｍ程度）が形成される。なお、この開先１６、１７の隙間（例えば、最大拡幅部が１０〜３０ｍｍ程度）は、ロール１５の軸心から外周方向へ向かって拡幅している。
【００４２】
次に、軸部１３、１４が嵌め込まれたロール胴部１２を、その軸心を中心として回転可能に載置する載置台（図示しない）にセットし、これを、例えば、２５０℃以上（好ましくは３００℃以上）に加熱した後、ロール胴部１２及び軸部１３、１４をその軸心を中心として回転させながら、各開先１６、１７をガスシールドアーク溶接（アーク溶接の一例）する。この溶接速度は、例えば、２００〜３００ｍｍ／分程度である。
この溶接には、例えば、図３に示す溶接装置４２を使用できる。
溶接装置４２は、溶接ワイヤ４３を案内すると共に溶接電流を供給するコンタクトチップ４４が先側に設けられた溶接トーチ（溶接ノズルともいう）４５を有している。この溶接トーチ４５の外径は、例えば、５〜１０ｍｍ程度（本実施の形態では８ｍｍ）、長さは、例えば、２００〜３００ｍｍ程度（本実施の形態では２５０ｍｍ）となっており、比較的長尺なものである。
【００４３】
溶接トーチ４５は、ベアリング（図示しない）を介して軸受けで支持され、電動モータ４６で同一方向に高速回転可能な構成となっており、その基側端部には、溶接電流を溶接トーチ４５へ給電するための摺動式カーボンブラシ４７が配置されている。なお、溶接トーチ４５内部には、溶接トーチ４５の基側中心から溶接ワイヤ４３が送給され、この溶接ワイヤ４３が、コンタクトチップ４４の偏心位置に設けられた偏心孔４８（例えば、孔径が２〜２．５ｍｍ程度）を通って、溶接トーチ４５の軸心と異なる位置へ送給される。
また、溶接装置４２は、溶接ワイヤ４３が溶融した溶融池付近に配置される２本の偏平ノズル（図示しない）と、開先１６、１７上方に配置されるボックス型ノズル（図示しない）を有し、各ノズルからアルゴンや炭酸ガス等のシールドガスを流して、溶接部を周囲の大気から保護している。
【００４４】
これにより、各ノズルを介してシールドガスを流しながら摺動式カーボンブラシ４７に通電し、溶接トーチ４５を高速回転（例えば、５０〜７０Ｈｚ程度）させながら、コンタクトチップ４４の前方にアーク４９を発生させ、溶接トーチ４５の前方へ供給される溶接ワイヤ４３を溶融して開先１６、１７を溶接する。なお、溶接ワイヤ４３を構成する溶接金属としては高張力鋼（例えば、引張り強さが７８０Ｎ／ｍｍ2 以上）を使用する。
このとき、溶接トーチ４５は、溶接時に検出される溶接電流及びアーク電圧のいずれか一方又は双方により、開先１６、１７と溶接トーチ４５の揺動中心とのずれが検出される。このため、例えば、モニターなどによって溶接電流の変化に対応したリサージュ波形を検出し、このリサージュ波形が対称性を有するずれのない波形になるように、開先１６、１７に対する溶接トーチ４５の軸を移動させ修正して、自動的に溶接線倣いを行う。
【００４５】
ここで、溶接ワイヤ４３を偏心回転させない場合、開先１６、１７が中央集中型の溶け込み形状になるが、溶接ワイヤ４３を偏心回転させることで、開先１６、１７が周辺分散型の溶け込みに変わる。また、溶融池に作用する実効的なアーク圧力が、作用面の分散により減少するため、ビード表面が平滑化され、ビード幅も増加する。これにより、ビード形成現象を良好な状態にできる。
そして、アーク４９の高速回転は、溶接ワイヤ４３先端の溶滴に回転遠心力が働いて横方向に飛ぶと共に、アーク４９もそれに引きずられる形で横に広がり、その結果、開先１６、１７の溶け込み形成能力を増すことができる。これにより、ワイヤ溶融現象を良好な状態にできる。
【００４６】
このように、アーク４９の高速回転は、アーク４９の物理的効果を周辺に分散させ、溶接ワイヤ４３のビード形成現象、ワイヤ溶融現象を良好な状態にできる。
なお、溶接時には、図４に示すように、ロール胴部１２と軸部１３、１４とを枠材５０によってシールドしているので、溶接部分への外気（酸素）の侵入を抑制、更には防止した状態で、溶接を実施できる。
また、溶接時には、ロール胴部１２と軸部１３、１４との接合金属５１上に生成するスラグを除去しながら行う。
【００４７】
このスラグの除去は、図４、図５に示すスラグ除去装置５３を用いて行うことができる。
スラグ除去装置５３は、一方側に接合金属５１の上面に当接するスラグ除去部５４が設けられ、他方側に錘５５が設けられたてこ部材５６と、てこ部材５６を上下方向に回動可能に支持する支持部材５７とを有している。
支持部材５７の下端部には、支持部材５７に対して所定の角度θ（例えば、３０〜５０度の範囲内、好ましくは３５〜４５度の範囲内）に傾斜した状態でガイド部５８が設けられ、このガイド部５８に、先部にスラグ除去部５４が設置されたスライド部５９が設けられている。なお、ガイド部５８の側部には長手方向に２個の突起部６０、６１が設けられ、スライド部５９にはこの２個の突起部６０、６１がそれぞれ装入可能で、スライド部５９の長手方向に設けられた２個の長孔６２、６３が設けられている。
これにより、ガイド部５８の長手方向に渡ってスライド部５９を往復移動、即ちガイド部５８及びスライド部５９の全体の長さを伸縮させることができる。
【００４８】
また、支持部材５７の上部には、実質的にＬ字状となったてこ部材５６の角部が、回動可能に支持されている。このてこ部材５６の一方側の腕部６４端部には、てこ部材５６の腕部６４の長手方向に向かって長孔６５が設けられ、この長孔６５にスライド部５９の側部に設けられた突起部６６が装入されている。なお、てこ部材５６の他方側の腕部６７端部には、自由状態では、ガイド部５８の各突起部６０、６１が、スライド部５９の各長孔６２、６３の端部（本実施の形態では上端部）方向に位置するような荷重となった錘５５が設けられている。
【００４９】
このように構成することで、ガイド部５８及びスライド部５９の全体の長さが短くなる方向、即ちスラグ除去部５４が下降する場合は、てこ部材５６の長孔６５の上端部に、スライド部５９の側部の突起部６６が移動し、また、ガイド部５８及びスライド部５９の全体の長さが長くなる方向、即ちスラグ除去部５４が上昇する場合は、てこ部材５６の長孔６５の下端部に、スライド部５９の側部の突起部６６が移動する。
これにより、スラグ除去部５４を接合金属５１の表面に連続的に当接させながら、接合金属５１の厚みの増加に伴って、自動的にスラグ除去部５４をロール１５の半径方向外側に移動させて、スラグの除去を行うことができる。従って、接合金属にスラグを巻き込ませることを抑制、更には防止することができる。
【００５０】
上記した方法により、各開先１６、１７を溶接して、ロール胴部１２と軸部１３、１４とを接合してロール１５を製造した後は、これを仕上げ状態に近い状態まで加工装置を用いて粗加工し、更に調質処理、即ち所定の焼入れ、焼戻し等の熱処理を行う。これにより、調質処理後のロール胴部１２と軸部１３、１４との接合部は、耐力を５８０〜６２０Ｎ／ｍｍ2 、伸びを１２〜２２％、及び絞りを５２〜６２％に設定できる。
そして、調質処理されたロール１５を、圧延用ロール、矯正用ロール等に使用可能な製品形状（図１の二点鎖線）に機械加工（仕上げ加工）して、製品ロール６８を製造する。
【実施例】
【００５１】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
製品ロールの使用時においては、ロール胴部と軸部との接合部分の耐久性が問題となるため、継手の評価試験「ＪＩＳ  Ｚ  ３０４０」に基づき、接合部分の健全性についての評価試験を行った。なお、引張試験は「ＪＩＳ  Ｚ  ３１２１」の４号試験片を適用し、表曲げ試験は「ＪＩＳ  Ｚ  ３１２２」の突合わせ溶接継手の曲げ試験方法を適用して評価した。
【００５２】
まず、引張試験について説明する。
引張試験は、本発明の実施例として、高張力鋼（７８０Ｎ／ｍｍ2 級）で溶接したものと、従来例として、現状使用している溶接による接合がないものとを用いて行った。この結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
2005324204.tif 000003
【００５４】
表１から明らかなように、実施例は、耐力、引張強さ、伸び、及び絞りのいずれについても、現状使用されている溶接していないものと略同程度の結果が得られた。なお、実施例で使用した試験片は、溶接時において僅かに欠陥が生じていたが、この欠陥に影響されるれることなく、従来例と略同程度の結果が得られることを確認できた。
なお、上記したように、溶接により接合した部分には欠陥が生じ易い。そこで、この欠陥の影響について、表曲げ試験を用いて説明する。
【００５５】
表曲げ試験は、本発明の実施例１〜８として、２つの板状となったクロム−モリブデン鋼（ＳＣＭ−４４０）を高張力鋼（７８０Ｎ／ｍｍ2 級）で溶接し接合した場合、比較例１〜８として、板状となったクロム−モリブデン鋼（ＳＣＭ−４４０）をそのまま使用した場合について行った。なお、実施例１〜４は、溶接中央部に１〜２０％の面積率となった疑似欠陥を形成したものであり、この比較の対象が比較例１〜４である。また、実施例５〜８は、溶接−母材熱影響部に１〜２０％の面積率となった疑似欠陥を形成したものであり、この比較の対象が比較例５〜８である。この比較例１〜８は、溶接部が設けられていないため、実施例１〜４の溶接中央部に相当する位置、及び実施例５〜８の溶接−母材熱影響部に相当する位置に、疑似欠陥をそれぞれ形成している。
この結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】
2005324204.tif 000004
【００５７】
表２から明らかなように、溶接中央部及び溶接−母材熱影響部に疑似欠陥を設けた実施例１〜８の破断荷重は、比較例１〜８の破断荷重と略同等の数値を達成できる結果が得られた。
以上のことから、ロール胴部と軸部とを溶接し接合したロールから製造された製品ロールは、耐荷重性の面において、従来の一体型の製品ロールと比較しても問題ない品質を備えるという結果が得られた。
【００５８】
以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のロールの製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、ロール胴部と、このロール胴部の軸方向両側部にそれぞれ設けられる軸部とを、溶接により接合した場合について説明した。しかし、ロール胴部の軸方向の一側部に設けられる軸部のみを溶接により接合し、他方側の軸部を従来の削り出しにより、ロール胴部と一体的に製造することもできる。
そして、前記実施の形態においては、ロール用素材を、組み合わせモールドを使用して製造した場合について説明したが、ロール用素材を他の方法、例えば、従来公知の他の鋳掛け肉盛法によって形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るロールの製造方法を使用して製造したロール及び製品ロールの説明図である。
【図２】（Ａ）は同ロールの製造方法に使用されるロール用素材製造用の組み合わせモールドの説明図、（Ｂ）はロール用素材の説明図である。
【図３】同ロールの製造方法で使用する溶接装置の説明図である。
【図４】同ロールの製造方法の説明図である。
【図５】同ロールの製造方法に使用するスラグ除去装置の説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０：母材、１１：硬質の鋳掛け肉盛層、１２：ロール胴部、１３、１４：軸部、１５：ロール、１６、１７：開先、１８：ロール用素材、１９：電磁誘導加熱コイル、２０：耐火枠、２１：耐火性加熱型、２２：冷却型、２３：組み合わせモールド、２４：芯材、２５：昇降装置、２６：芯出し装置、２７：溶湯、２８：環状空隙部、２９：被膜、３０：溶融部、３１：溶融フラックス、３２：予熱用電磁誘導加熱コイル、３３：硬質の鋳掛け肉盛層、３４〜３７：接合部、３８、３９：凹部、４０、４１：凸部、４２：溶接装置、４３：溶接ワイヤ、４４：コンタクトチップ、４５：溶接トーチ、４６：電動モータ、４７：摺動式カーボンブラシ、４８：偏心孔、４９：アーク、５０：枠材、５１：接合金属、５３：スラグ除去装置、５４：スラグ除去部、５５：錘、５６：てこ部材、５７：支持部材、５８：ガイド部、５９：スライド部、６０、６１：突起部、６２、６３：長孔、６４：腕部、６５：長孔、６６：突起部、６７：腕部、６８：製品ロール
【図１】
2005324204.tif 000005
【図２】
2005324204.tif 000006
【図３】
2005324204.tif 000007
【図４】
2005324204.tif 000008
【図５】
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