(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造機内で凝固する金属スラブを収容及び支持するための耐食キャスター・ロールを製造する方法であって、
（ａ）ロール本体の外表面を覆うようにステンレス鋼のクラッディング材からなる少なくとも１つのビードを溶接することによりロール本体をクラッディングする工程と、
（ｂ）クラッディングの表面が一様で平滑となるようにクラッディングを形成する工程と、工程（ｂ）はクラッディングを機械加工することにより実行されることと、
（ｃ）腐食しやすい鋭敏な箇所をクラッディングから除去するため、工程（ａ）にて凝結したクロム・カーバイドがクラッディング材内に溶解するのに約８７０℃から約１２６０℃の間の温度で１秒から６０秒の間にわたってクラッディングを加熱する工程と、工程（ｃ）はコイルをロール本体の周りに配置し、コイルとロール本体とを相対移動させ、かつ、コイルに交流電流を供給することにより、ロール本体の所定深さを流れる誘導電流によってロール本体のクラッディングを加熱することにより、下側にあるロール本体をその半径全体にわたり焼戻ししても機械特性が変化しないよう、下側にあるロール本体への熱の侵入を０．１ｃｍから２．５ｃｍの深さに制限するように実行されることと、工程（ｂ）及び工程（ｃ）は特定の順序で実行されないことと、
（ｄ）クラッディングを冷却する工程とを含む方法。
【請求項２】
工程（ａ）は４１０ステンレス、４１４ステンレス、４２０ステンレス、４２３ステンレスからなる群から選択されたステンレス鋼材を使用して実行される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
連続鋳造機内で凝固する金属スラブを収容及び支持するためのクラッディングされたキャスター・ロールを製造する方法であって、
（ａ）ロール本体の外表面を覆うようにステンレス鋼のクラッディング材からなる少なくとも１つのビードを溶接することによりロール本体をクラッディングする工程と、前記クラッディング材はマルテンサイト相微細構造を有することと、
（ｂ）クラッディングの相微細構造がオーステナイトとなるのに十分で、かつ工程（ａ）にて凝結したクロム・カーバイドがクラッディング材内に溶解するのに十分であるものの、下側にあるロール本体をその半径全体にわたり焼戻ししても機械特性が変化しないよう、下側にあるロール本体に熱が侵入しないように、約８７０℃から約１２６０℃の間の温度で１秒から６０秒の間にわたってクラッディングを加熱する工程と、工程（ｂ）はコイルをロール本体の周りに配置し、コイルとロール本体とを相対移動させ、かつ、コイルに交流電流を供給することにより、ロール本体の所定深さを流れる誘導電流によってロール本体のクラッディングを加熱することにより実行され、下側にあるロール本体への熱侵入は０．１ｃｍから２．５ｃｍの深さに制限されることと、
（ｃ）クラッディングがマルテンサイト相微細構造を得るよう、クラッディングを冷却する工程とを含む方法。
【請求項４】
工程（ａ）は４１０ステンレス、４１４ステンレス、４２０ステンレス、４２３ステンレスからなる群から選択されたステンレス鋼材を使用して実行される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
連続鋳造機内で凝固する金属スラブを収容及び支持するためのキャスター・ロールを修復する方法であって、
（ａ）下側にあるロール本体を露出させるよう使用済みキャスター・ロールから品質の低下したクラッディングを除去する工程と、
（ｂ）ロール本体の外表面を覆うようにステンレス鋼のクラッディング材からなる少なくとも１つのビードを溶接することによりロール本体をクラッディングする工程と、
（ｃ）クラッディングの表面が一様で平滑となるようにクラッディングを形成する工程と、工程（ｃ）はクラッディングを機械加工することにより実行されることと、
（ｄ）腐食しやすい鋭敏な箇所をクラッディングから除去するため、工程（ａ）にて凝結したクロム・カーバイドがクラッディング材内に溶解するのに十分な温度でクラッディングを加熱する工程と、工程（ｄ）はコイルをロール本体の周りに配置し、コイルとロール本体とを相対移動させ、かつ、コイルに交流電流を供給することにより、ロール本体の所定深さを流れる誘導電流によってロール本体のクラッディングを、６０秒以下の時間の間、加熱することにより実行され、よって、下側にあるロール本体をその半径全体にわたり焼戻ししても機械特性が変化しないよう、下側にあるロール本体への熱の侵入を０．１ｃｍから２．５ｃｍの深さに制限するように実行されることと、工程（ｃ）及び工程（ｄ）は特定の順序で実行されないことと、
（ｅ）クラッディングを冷却する工程とを含む方法。
【請求項６】
連続鋳造機内で凝固する金属スラブを収容及び支持するためのキャスター・ロールを修復する方法であって、
（ａ）連続鋳造機からキャスター・ロールを取り除く工程と、
（ｂ）腐食しやすい鋭敏な箇所をクラッディングから除去するため、連続鋳造機内で使用される際に凝結したクロム・カーバイドがクラッディング材内に溶解するのに十分な温度でキャスター・ロールの外側クラッディングを加熱する工程と、工程（ｂ）はコイルをロール本体の周りに配置し、コイルとロール本体とを相対移動させ、かつ、コイルに交流電流を供給することにより、ロール本体の所定深さを流れる誘導電流によってロール本体のクラッディングを、６０秒以下の時間の間、加熱することにより実行され、よって、下側にあるロール本体をその半径全体にわたり焼戻ししても機械特性が変化しないよう、下側にあるロール本体への熱の侵入を０．１ｃｍから２．５ｃｍの深さに制限するように実行されることと、
（ｃ）クラッディングを冷却する工程と、
（ｄ）連続鋳造機にキャスター・ロールを戻す工程とを含む方法。
【請求項７】
連続鋳造機内で凝固する金属スラブを収容及び支持するためのクラッディングされたキャスター・ロールを修復する方法であって、
（ａ）連続鋳造機からキャスター・ロールを取り除く工程と、
（ｂ）クラッディングの相微細構造がオーステナイトとなるのに十分で、かつ使用により起きる軟化に対抗すべくクラッディングを改良するのに十分であるものの、下側にあるロール本体をその半径全体にわたり焼戻ししても機械特性が変化しないよう、下側にあるロール本体に熱が侵入しない温度及び時間でキャスター・ロールのクラッディングを加熱する工程と、工程（ｂ）はコイルをロール本体の周りに配置し、コイルとロール本体とを相対移動させ、かつ、コイルに交流電流を供給することにより、ロール本体の所定深さを流れる誘導電流によってロール本体のクラッディングを、６０秒以下の時間の間、加熱することにより実行され、下側にあるロール本体への熱侵入は０．１ｃｍから２．５ｃｍの深さに制限されることと、
（ｃ）クラッディングがマルテンサイト相微細構造を得て硬化するよう、クラッディングを冷却する工程と、
（ｄ）連続鋳造機にキャスター・ロールを戻す工程とを含む方法。
【請求項８】
連続鋳造機内で凝固する金属スラブを収容及び支持するためのキャスター・ロールを修復する方法であって、
（ａ）連続鋳造機からキャスター・ロールを取り除く工程と、
（ｂ）キャスター・ロールの外側クラッディングの品質が低下した部分を取り除く工程と、
（ｃ）腐食しやすい鋭敏な箇所をクラッディングから除去するため、連続鋳造機内で使用される際に凝結したクロム・カーバイドがクラッディング材内に溶解するのに十分な温度でキャスター・ロールの外側クラッディングから露出したその下側部分を加熱する工程と、工程（ｃ）は下側にあるロール本体をその半径全体にわたり焼戻ししても機械特性が変化しないよう、下側にあるロール本体への熱の侵入を制限するように実行されることと、工程（ｃ）はコイルをロール本体の周りに配置し、コイルとロール本体とを相対移動させ、かつ、コイルに交流電流を供給することにより、ロール本体の所定深さを流れる誘導電流によってロール本体のクラッディングを連続的に、６０秒以下の時間の間、加熱することにより実行され、下側にあるロール本体への熱侵入は０．１ｃｍから２．５ｃｍの深さに制限されることと、
（ｃ）クラッディングを冷却する工程と、
（ｄ）連続鋳造機にキャスター・ロールを戻す工程とを含む方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はキャスター・ロール、より詳細には、同キャスター・ロールのクラッディングを施した外面に関する。
発明の背景
“キャスター・ロール”と称されるロールは溶融金属（湯）の鋳造に使用される。複数のキャスター・ロールは連続配置された複数の格納ロール（Containment rolls）、即ちローラーであり、同格納ロールは凝固段階にある金属スラブを包み、かつ支持し、さらには同金属スラブを通路に沿って搬送する。溶融金属を連続鋳造鋳型から流出させる際、同溶融金属は複数のキャスター・ロールによって支持される。キャスター・ロールは溶融リボンを水平位置へ“折り曲げ”、かつ同溶融リボンを完全に凝固したテーブルへ搬送する。
キャスター・ロールは厳しい敵対的な実用環境でのオペレーションに必要とされ、同実用環境は周期的熱衝撃、熱応力、機械的曲げ応力及び高温摩耗をロールに対して加える。第１のキャスター・ロール上に配置された凝固段階にあるスラブの温度は１２０４℃を超え得る。更に、凝固段階にあるスラブは複数のキャスター・ロール間を移動する間に急冷され、急激なサーマル・エクスカーションを同複数のロール内に形成する。前記の全ての作用はロールを冷却水からなる腐食性の高い水性環境内に浸漬している間に発生し、同冷却水はフラックス及び水処理化学物質に由来する酸及び／または塩基を含有する。更に、ロールが凝固段階にあるスラブに接触している間、同ロールは接触位置において延伸される。この結果、ロールはテンション−コンプレッション・サイクルを連続的に繰り返す。
一般的に、ロールは１５〜４８ｃｍの外径と、２５〜２３０ｃｍの本体長さとを有する。ロールは常には中空であり、かつローラー・ベアリングを水冷するための中心ボアを有する。
前記の厳しい実用環境でのキャスター・ロールの寿命を延ばすべく、キャスター・ロール本体の作用面は合金によってサーフェーシングまたはクラッディングされており、同合金は合金鋼からなるロール基材より優れた耐性を実用環境の有害作用に対して示す。換言するならば、キャスター・ロールは約０．１〜２．５ｃｍの厚さの外側保護クラッディング、即ち連続した外側作用面を有する。従って、ロールはコンポジット構造、即ちバイメタル構造をなす。スラブ厚及び凝固を制御するために必要とされる狭い公差に起因して、ロール直径は約０．０５ｃｍを越す変化を示してはならない。摩耗、熱衝撃または腐食が僅かな変化をロール表面に形成しただけでも、鋳造オペレーションを中断する必要がある。そして、複数のロールからなる組立体（各セグメントは８〜１６本のロールを有する）を取り外し、さらには影響を受けたロールを再機械加工及び／または再サーフェーシングする。
キャスター・ロールのサーフェーシングはニッケル・ベース、コバルト・ベース、鉄ベース及びステンレス鋼タイプの合金を用いて行われる。最も一般的には、クラッディングはマルテンサイト系ステンレス鋼である。当業者が予測するように、ステンレス鋼合金及び他の材料の微細構造は表面クラッディング・プロセスに付随する入熱及び冷却速度によって悪影響を受ける。これは以下に詳述する実用性能に影響を及ぼす微細構造の変化、偏析及び溶着金属不均一領域を招来する。
ロール表面劣化の要因は亀裂であり、同亀裂はビード間領域（Weld interbead areas）に隣接する再加熱領域内に選択的に存在する核生成位置（“孔食”と称される）から広がる。
より詳細には、クラッディングは連続した材料ビードをロール本体の周縁に沿って溶接することと、長手方向ビードをロール本体に沿って溶接することのいずれか一方によって常には形成される。最初に、ロールを約２６０〜３７０℃へ加熱する。ビードを加えた際、同ビードは冷却され、かつロール表面（ロールは常には熱処理鍛造鋼である）へ結合する。当業者が予測するように、第１のビードをロールに外接させた後、新たなビードを前の回転（Revolution）によって形成された凝固済みビードに僅かに重ねるべく、溶接トーチの次の回転を第１のビードの一方の側部から僅かに離間させる。各ビードは約１．３〜７．６ｃｍの幅を常には有する。この材料の溶着はロールの全表面が被覆されるまで均一な厚さ、即ち深度で継続される。ビードの複数の層が常には溶着される。例えば、約０．６ｃｍの深度を有する完成品クラッディングを形成するために３つの完全な溶接層が必要とされる。更に、各溶接層の組成的特徴は変化し得る。
ビードを溶着した後、微細構造トランスフォーメーションを促進すべく表面材を室温まで冷却し、肉盛りを軟化すべくロールを焼き戻し、さらには応力を解放し、次いで、滑らかで均一な表面を形成すべく溶接面を機械加工する。分析結果は再加熱領域がクロム・カーバイドを含むことを示しており、同クロム・カーバイドは前のオーステナイト・グレイン境界面に形成されている。即ち、溶融ビードを凝固済み結合材に重ねた際、固溶体である炭素及びクロムがカーバイド析出物として溶液から析出し、クロム減損領域（Chromium depleted zone）を形成する。更に、ビードの第２の層を第１の層に重ねた際、別の析出／減損領域が形成される。この結果、周方向に沿って平行に延びる複数のクロム減損面がクラッディング全体にわたって形成される。このプロセスは鋭敏化（Sensitization）と称される。クロム減損領域は陽極領域の形成を招来し、同陽極領域は腐食攻撃及びパッシベーションの損失を被りやすい。
各種特性を改善するための各種金属の熱処理は過去数世紀にわたって使用されている。特に、熱を制御しながら加え（例：炉）、かつ冷却速度を制御（例：水中での急冷による）すべく、熱処理は冶金学及び金属加工の技術の一部を長期間にわたって構成している。これらのプロセスは効果的特性を増大すべく、加工中の金属または合金の微細構造を変化させることが知られている。効果的な構造物を形成すべく、材料の微細構造は前記の熱処理によって変更される。
一般的に、意図する用途に使用した際に特定の摩耗に露出される加工物の表面領域をケース・ハードニング（ハダ焼）する手段として、熱処理が実施される。熱処理は予測される摩耗を抑制すべく加工物の領域を硬化する一方で、処理領域を脆弱にする傾向がある。更に、熱処理は加工物の形状をその初期形状から歪曲することによって、後加工の必要性を増大させる。この結果、加工物は寸法公差を満たせなくなる。
１９２７年に圧延処理に導入されて以来、クラッディングされていない冷間圧延用鍛造鋼ロールの作用面は誘導加熱処理によって表面硬化されている（約２．５ｃｍの深度まで）。今日、この方法は世界中で広く使用されている。更に、誘導炉ハードニング及び酸素−燃料炉ハードニング（Induction and oxy-fuel furnace hardening）の両方によって、ハダ焼及び鍛造鋼加工ロール（Cast and forged steel work rolls）と、バックアップ・ロールとは７．５ｃｍの深度まで表面硬化または差別硬化されている。しかし、本願出願人の知る限りにおいて、これらのプロセスは本発明が提供するクラッディングを施したキャスター・ロールには使用されていない。
誘導加熱処理は機械装置の重要部品の耐摩耗性を増大させるために多くの産業において広く使用されている汎用エンジニアリング・ツールであることが証明されている。誘導加熱処理は経時変化する磁界が電界を誘起するという基本事実（ファラデーの法則）を使用している。加工物等の導体を電界内に配置した際、電界の強度に直接比例し、かつ導体の電気抵抗に反比例した電流が電界の方向に沿って導体内を流れる（クーロン及びオームの法則）。電流に対する加工物の抵抗は加工物の加熱を招来することによって、所望の熱処理効果を形成する。
本発明はステンレス鋼表面クラッディングをロール上へ溶体化処理し、かつ冷却速度を制御すべく、制御された時間、温度及び深度での誘導加熱の特徴的な使用に焦点をあてる。この結果、カーバイドの形成物及び析出物は構造物のマトリックス全体にわたって均一に分散され、これによって、前のオーステナイト・グレイン境界面におけるクロム・カーバイドの形成を防止する。
発明の概要及び目的
一態様において、本発明は、クラッディングが鋭敏化領域を実質的に含まない、クラッディングされたロールを提供する。
別の態様において、本発明は、ロールのローリング面上に溶接クラッディングを形成する工程と、同クラッディングが複数のクロム減損領域を有することと、同溶接クラッディングをカーバイド形成物を溶融してオーステナイト溶液にするとともにカーバイド形成物とクロム減損領域とを除去するのに十分な温度に加熱する工程と、鋭敏化領域の数が非常に少ない微細構造を形成するために、同クラッディングを急冷及び／又は制御冷却する工程とを含むクラッディングされたロールを形成する方法を提供する。
更に別の態様において、本発明の加熱処理は、クラッディングの一部分のみを選択的に加熱するためにクラッディング面を横切って誘導コイルを走査した後に、選択的に加熱されたクラッディング領域を急冷及び／又は制御冷却をすることによって実施される。
従って、本発明の第一の目的は、クラッディングされたロール表面上において溶接ビード間領域に隣接する再加熱領域において鋭敏化された微細構造を除去あるいは最少化することにある。
別の目的は、ロール・ボディの全長を横切る誘導加熱を用いて、実質的に鋭敏化されていないクラッディングを提供することにある。
本発明の更に別の目的は、仕上加工されたロールの寸法の精密さに好ましくない影響を与えることなく、実質的に鋭敏化されていないロールのクラッディングを提供することにある。
本発明の別の目的は、作用面を再加熱処理する必要なく、直径の減少値が１．３ｃｍを超えない、非常に小さな値となるような十分な深さまで、実質的に鋭敏化されていないロールのクラッディングを提供することにある。
本発明の別の目的は、表面のクラッディングと基底のロール材料との間にある溶融領域の下部に存在する熱影響域（ＨＡＺ）の強度及び靱性が、低サイクル疲労及び高曲げ応力を含む意図された適用に対して最適化されるのに十分な深さを有する実質的に鋭敏化されていないロールのクラッディングを提供することにある。
本発明の別の目的は、実用おいて実施される高温が微細構造の不安定性及び起こりうる鋭敏化を引き起こした場合の使用後のキャスター・ロール面の加熱処理に対する方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、実用において高温にさらされることにより、ロール作用面の軟化を引き起こした場合の使用後のキャスター・ロール面の加熱処理に対する方法、即ち、早期摩耗を避けるためにロール面を再硬化する方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、クラッディングが緊張状態よりはむしろ圧縮状態にあり、それにより、疲労荷重下においてき裂核形成及び伝ぱんに対してより抵抗性のあるロールの作用面を形成するように、実質的に鋭敏化されていないロールのクラッディングを提供することにある。
本発明の別の目的は、ロール・ボディを加熱処理することにより、同ロール・ボディに対する熱的影響を除くとともに軸受ジャーナルの仕上加工面上におけるスケールの形成及び脱炭を回避するような鋭敏化されていないロールのクラッディングを形成する方法を提供することにある。
図面の記載
図１は、本発明に従うビード溶接されたロールの、中間段階における斜視図である。
図２は、ビード溶接されたロールの斜視図である。
図３は、本発明に従って、誘導加熱によりキャスター・ロールの表面のクラッディングを加熱処理するために使用される装置の典型的な配置を示す模式図である。
発明の好適な実施形態の詳細な説明
図面の図１を参照すると、連続した円筒面２２を有するキャスター・ロール２０が示されている。面２２の一部に溶着されるビード溶接部２４が工程の途中段階にて示されている。本発明は、連続鋳造鋳型から流出する鋼鉄のような金属の固化を支持するこの種のキャスター・ロールを用いた使用に特に適してはいるものの、テーブル・ロール、テンション・ロール、ピンチ・ロール並びに熱間及び冷間加工ロールのような他のロールも本発明において使用され得る。ロール２０は、典型的に、１５〜４８センチメートルの直径及び約２５〜２３０センチメートルの長さを有する。既に記載したように、ロール２０は、典型的には中空であり、主としてベアリングを冷却するために一つあるいはそれ以上の冷却液通路を含んでいる。ビード２４はロール２０の円周の周りの表面２２を連続的に延びており、サブマージアーク、開放アーク、ガスシールド、エレクトロスラグ、電子ビームあるいはレーザのような方法を用いて（溶着順序の）前進法を用いて適用される。個々の横方向ビード面２６（即ち、各ビード）は、典型的には約１．３ｃｍ〜７．６ｃｍの幅（各ビード間の距離）であり、表面２２から外向きに測定された厚み、即ち深さは約０．１３ｃｍ〜約０．３２ｃｍである。表面２２は、典型的には、加熱処理された鍛造鋼であり、表面２２を形成するロール２０の壁は、典型的には約７．６ｃｍ〜２１．６ｃｍの厚みを有する。ロール２０が第１の溶接ビード２８によって外接された後、第２のビードの円、即ちビード３０との重なり領域が約０．３ｃｍ〜約１．３ｃｍとなるように、僅かにビード２８に重なるように連続溶接機をシフトする。溶接ビード２６は表面２２に接触したほぼ直後に固化することを理解されたい。この方法は、図面の図２に最適に示されるように、ロール面２０全体が溶接ビード層３２にて覆われるまで均一の速度及び厚みにて続けられる。その他のクラッディング法も適切であり得る。
種々の例において、適切な厚みの最終的なクラッディング層を形成するために、連続的なビード溶接操作は、第２及び、可能性としては第３のビード溶接面の、一方が他方の上部に適用されるように、その後も繰り返される。ビード溶接２６としては種々の合金を使用することができ、例えば、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、ステンレス鋼タイプの合金等が使用され得る。本発明において使用される最も好ましいものは、４１０、４１４、４２０あるいは４２３ＳＳのようなステンレス鋼合金である。ある適用においては、クラッディングの材料の使用及び表面特性を最適化するために、複数の溶接ビード層の組成を変更すること、即ち、第１、第２及び第３のビード溶接層に対して異なる合金を使用することが望ましい。ほとんどの適用において、ビード溶接層、即ち溶接クラッディング３２は、約０．２５ｃｍ〜約１．３０ｃｍの表面２２上の厚みとなるように形成される。以下においてより完全に記載するように、表面３２の一部は操作の引き続く段階にて加工により除去される。
溶融ビード溶接部が既に固化されたビード溶接部と接触して再加熱されると、固溶体中のクロムが炭化物を形成するために沈澱して、クロム減損領域が形成される。これらのクロム減損領域は本明細書では「鋭敏化された」領域、即ち部分と称される。従って、クラッディング３２は、鋭敏化された、従って、腐食性物質による攻撃を受けやすく、材料の損失しやすい外周領域を含む種々の領域を備える。本明細書にて使用される限り、「実質的に鋭敏化されていない領域」等とは、クラッディング工程に由来するクロム減損領域の存在しない、マトリックス全体にわたってカーバイド形成物が安定化されかつ均一に分配された微細構造を意味する。
図面の図３を参照すると、ロール４０が示されており、同ロール４０は、溶接ビードクラッディングの外面であり、その縁部が部分４４にて示される表面４２を有する。既に記載したように、溶接ビードクラッディング４４は、好ましくは約０．１３ｃｍ〜約１．３０ｃｍの厚みである。溶接クラッディング層４４を加熱処理する前に、クラッディング４４は従来の金属成形法を用いて均一の滑らかな表面に加工されるか、あるいはクラッディング層４４の直径が公差±０．３２ｃｍ以内の均一なものであれば、加熱処理は、堆積された状態にて（即ち、加工する必要なく）クラッディング４４に実施される。
ロール４０は、クラッディング４４を加熱処理する前に、予め約２０℃〜約３７０℃に加熱しておくことが好ましく、同加熱により、クラッディング４４の加熱及び冷却速度の制御が容易となり、クラッディング４４の熱衝撃が回避されるとともに応力が低減する。ロール４０は、ジャーナル４６に軸支されており、端部４８は可変速度回転駆動部５０に装着されている。ジャーナル５１の端部５２は駆動しない心押台５４に装着されている。ロール４０の相対運動を生ずるための種々の手段が当業者によって理解されるであろう。即ち、熱源、ローラあるいはこれら両者は、相対運動を生ずるように移動可能である。
本発明において、クラッディング層４４は、既に述べたようにビード溶接部の形成によって生ずる鋭敏化領域を除去するために加熱処理される。例えば、酸素／燃料バーナ、レーザ、プラズマあるいは電子ビームのような種々の熱源がこの目的にて使用され得る。最も好ましいのは誘導加熱の使用であり、従って、クラッディング層４４を前進的に誘導加熱するために、交流電流を受領する誘導コイル５６が示されている。より詳細に述べると、本発明の好適な実施形態において、クラッディング層４４の表面は、矢印Ｂの方向に回転すると、矢印Ａの方向に走査される。従って、矢印Ａの方向に、トラクト６０に沿って移動するキャリジ５８が提供される。キャリジ５８が移動すると、コイル５６も移動する。コイル５６は単一の巻回あるいは複数の巻回のコイルを含み得、銅製の巻線を含み得ると好ましい。コイル５６はロール４０の中心軸のまわりに配置された状態にて支持されている。キャリジ５８は、表面走査、即ち加熱処理の面積及び速度を制御するために、ロール４０の全長に沿って種々の速度にて移動可能である。
ロール（roll）４０に沿った走査速度（scanning rate）はプロセス制御装置（process controller）６１によってプリセットされる。ロール４０の両端部に近い部分では「end of body effect（端部効果）」が起こる。つまり、端部に近い部分の入熱および熱損失の特性は他の部分と異なる。この熱特性の違いを補正するために両端部付近の走査速度を変更してもよい。
最も好ましいのは、クエンチヘッド６２をコイル５６に隣接して配置するか、コイル５６と一体的に設けることである。クエンチヘッド６２は焼入剤をクラッディング層（cladding layer）４４の表面４２に供給する。これにより表面４２はコイル５６により加熱された直後に適切に焼き入れされる。焼入剤としては水、空気、水と空気の組み合わせまたは他の種類の冷媒を使用することができる。焼入剤は所定のミクロ構造の形成と炭化物形成の制御に必要な冷却速度を実現する。これにより鋭敏化熱処理領域（sensitization region）に含まれない安定したミクロ構造が得られる。
マルテンサイト系ステンレス鋼の時間温度変化（TTT）特性を考慮すると、オーステナイトをマルテンサイトに変化させるには、溶液焼き鈍し温度から１０００秒で７０４℃以下まで冷却するのが適切な冷却速度である。従って、これらの材料は「airhardenable（空気焼入れ可能）」な合金に分類され、前述した焼入れは一般に（制止状態または流動している）気体媒体内で行われる。変態曲線（transformation curve）は合金元素により変化する。つまり、合金元素が変わると所定の変態に到達するのに要する時間が増加したり減少したりする。キャスタロールの場合、断面質量は重ねられた表面が自己焼入れ（self-quenching）するのに十分である。
クエンチヘッド６２に隣接して焼戻しコイル６４が設けられる。焼戻しコイル６４は単巻あるいは多重巻の誘導コイルでコントローラ６１によって制御される。焼戻しコイル６４は誘導コイル５４とクエンチヘッド６２による熱処理に続いて層４４を焼き戻す。焼戻しコイル６４は省略が可能であり、その場合はコイル５６が層４４の初期熱処理と引き続く焼戻しの両方に使用される。
コイル５６（及びコイル６４）は割りリングコイルであってもよい。コイル５６（及びコイル６４）はロール４０をコイルの中心に持ち、コイル４０から所定間隔離間された単巻コイルであるのが好ましい。
後述するように表面４２とコイルの間隔は重要であるため、それぞれのコイル直径に別個のコイルを設けても良い。つまり、ロールを収容するのに十分な内径を持った誘導コイルが用いられても良い。適切な内径を有する互換性のある誘導コイルが速やかに取付けられるようコイルキャリッジ６８を形成するのが最も好ましい。
本発明の方法では、キャスターロール４０には例えば図２に示すような適切な材質がクラッディングされる。次にクラッディングは概ね８７０℃を超える温度、好ましくは８７０℃から１２６０℃の間の温度に熱せられる。ビード溶接層４４を有するロール４０の位置は、図３に記載の誘導コイル５６等の熱源とロール４０の表面４２の相対移動が可能になるようにするのが最も好ましい。
この相対移動は様々な装置により実現されうる。好ましくは、相対移動はロール４０の長手方向に沿った走査だけでなく回転動作も含むべきである。いずれの場合も本発明では鋭敏化熱処理領域を縮小するのに十分な熱を表面４２の全体にわたって供給することが重要である。分割的手法、つまり、ロール４０の外周に沿って約１．３ｃｍから７．６ｃｍの幅を有する複数の領域を同時に加熱し焼入れする方法が好ましい。しかしながら、最も好ましいのは１２２から３９０平方センチメートルの範囲を増分表面加熱することである。
熱源が図３に示すような誘導コイルである場合、約３００Ｈｚから約５ＫＨｚの周波数で約０．５ＫＷ／ｃｍ2から約２．０ＫＷ／ｃｍ2の電力を有する交流電流を誘導コイル５６に供給することで層４４を約８７０℃から１２６０℃の間に加熱する。これにより、層４４がその厚みの全体にわたって所定の温度範囲に熱せられる。下層ロール、つまり下層４４の加熱は０．１ｃｍから２．５ｃｍの深さに限られる。約１秒から６０秒後、誘導コイル５６によって電磁的に加熱された層４４の領域をクエンチヘッド６２が焼入れする。空気が焼入剤として使用される場合、層４４は５秒から３６０秒の間室温にさらされ、その温度は３１５℃から６４８℃に下げられる。このようにしてロール４０の表面皮膜は所定深さを流れる円周方向の誘導電流によって熱処理される。層４４は十分な時間適切な温度で溶液なましされる。従って、適切な冷却速度では層４４のミクロ構造の大部分は増感されない。特に、ビード間の表面皮膜に隣接する再加熱領域や重なった部分の増感が防がれる。これにより表面４２の腐食作用への感受性や腐食に伴う亀裂の伝播への感受性が大幅に低減される。ロール表面の熱処理は誘導コイルをロールの長手方向に沿って走査させることで連続的に行うのが最も好ましい。ステンレス鋼の場合、マルテンサイトのマイクロ構造がもっとも好ましい。
本発明の方法は仕上げ削りされたロールの寸法精度に悪影響を及ぼすことはない。被膜はロール表面が仕上げ加工により小さくなることを許容するのに十分な深さを持つのが最も好ましい。一般にはロールの直径が１．３ｃｍ減少しても作動面の再熱処理が不必要な深さの被膜が最も好ましい。ローラ被膜は、溶融域の下で表面被膜とベースロール材の間に位置する熱変質部（ＨＡＺ）の強度と靭性が最大になるような深さを持つべきである。これによってローラ被膜は低サイクル疲労および高い曲げ応力が必要とされる用途に使用することができる。
本発明はまた使用されたキャスターロールの表面処理に適用されてもよい。つまり使用中の高温によってミクロ構造が不安定になったり増感されたりしたロール表面や、使用中の高温にさらされて作動面が軟化したロール表面などに適用されてもよい。これらの場合、本発明はロール表面を再硬化し、早期摩耗を防ぐ。
本発明で形成された被膜は圧縮された状態であり、引っ張られた状態ではない。従って、疲労の蓄積による亀裂の核形成と伝播とに対するロール作動面の耐性が向上される。
本発明の方法による熱処理はローラ体に対する熱の影響を防ぎ、ベアリングジャーナルの仕上げ加工された表面の脱炭やスケールの形成を防ぐ。
上記の目的、意図及び効果を完全に満たす方法と装置が本発明に従って詳述された。発明は特定の実施例との関連で記載されているが、当業者には多数の代替例、改良例、変更例が前述の記載から明らかになるであろう。また、どの実施例も、必要に応じて他の実施例と組合せて用いられることができる。従って、付属のクレームの精神と広い範囲に含まれる代替例、改良例、変更例のすべてがここに包含される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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