(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部の外周に、超硬合金の外層と鋼材の内層を金属的に接合した複合スリーブにてなる胴部を嵌合し、胴部の回転軸方向の圧延部の幅に対応する軸部内部の位置に回転軸と同軸の内部穴を設け、回転軸と同軸で軸部の端面から内部穴へ通じる貫通穴により内部穴へ冷媒を供給するとともに排出するようにし、かつ軸部の外周に複合スリーブを嵌合するのに、軸部の外周面と複合スリーブ内周面との接触を、圧延部の幅に対応する部分は金属接触させ、残りの胴端部に対応する部分は断熱的に接触させたことを特徴とする超硬合金を用いた組立式圧延ロール。
【請求項２】
胴部の回転軸方向の中央部に対応する位置の軸部の内部穴の内周に、円周方向に沿って凹部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の超硬合金を用いた組立式圧延ロール。
【請求項３】
内部穴へ冷媒を供給するのに、貫通穴を通して内部穴へ挿入した供給管の側面から内部穴の内表面に向けて冷媒を噴射するようにした供給管を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の超硬合金を用いた組立式圧延ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超硬合金の外層と鋼材の内層を金属的に接合した複合スリーブを軸部に嵌合固定した組立式圧延ロールに関し、特に圧延部の幅が広い板材の圧延に好適なロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超硬合金単体からなるスリーブは、例えばブロックミルのような特殊な圧延機による線材、棒鋼、鋼管圧延等の分野で、古くから用いられている。近年は、超硬合金を一般的な線材、棒鋼、平鋼等の圧延機に適用する様々な試みがなされ、一部の用途では実用化され、優れた耐摩耗性能を発揮している。
【０００３】
例えば、耐摩耗性に優れた超硬合金を外層とし、靱性に優れた鋼材を内層として、両者を熱間等方圧加圧（以下「ＨＩＰ」と略記する）処理により、焼結と同時に拡散接合した複合材質構造のスリーブを用いた組立式圧延ロールがある。一例として、特開平10-8211号公報には、各種ハイス又は超硬合金の外層を鋳鋼又は鍛鋼又は黒鉛鋳鋼からなる内層の外周に設けた複合スリーブを軸部に嵌合固定する組立式圧延ロールが開示され、複合スリーブの胴端部を同公報記載の特定形状にすることで、圧延に供しても胴端部の破損が防止できるとされている。
【０００４】
圧延ロールは、圧延による塑性加工熱、摩擦熱、加熱昇温された圧延材の熱等がロールに伝わって、ロールの温度が上昇する。特に、板材圧延のように圧延部の幅が広い場合、その圧延部の幅に対応する位置のロールの温度が高くなる。ロールの温度上昇を防ぐため、一般的には、ロールの表面に高圧の冷却水を吹き付けて冷却する。この冷却により、ロールの温度上昇は抑制されるが、ロールの回転軸方向の温度分布は不均一で、圧延部の幅に対応する位置の温度が高くなる。圧延材と接触しない胴端部は、表面からの冷却が良く効くとともに、圧延材から直接に熱の伝達がなく、また軸首側への熱拡散があるので、温度上昇が少ない。回転軸方向の温度分布が不均一であると、熱膨張によりロールの直径が不均一となり、温度が高い圧延部の幅に対応する位置が膨らんだ形状となる。
【０００５】
このように変形する形状を制御するため、ロール内部に回転軸と同軸的に中空穴を設け、ロール内部から冷却水により冷却する種々の手段が開示されている。例えば、実開昭57-127302号公報には、冷間圧延用ワークロールの軸心方向に穿設したロール径よりも充分に小さい冷却水の導孔内に、流路変更用ガイドを挿入して、サーマルクラウンコントロールをする冷間圧延用ワークロールが開示されている。ガイドにより、流路内における冷却水の単純な流れが乱流状態となり、効率の高い冷却が行なわれるとされている。
【０００６】
また、実開平3-57405号公報には、要約すると、ロール本体の軸心に沿って反駆動側シャフト端から駆動側のバレル端下まで達する円筒状中空部を形成し、円筒状中空部内部のバレル範囲に間隙を持って両端が解放した固定パイプを設け、さらに固定パイプの反駆動側に軸方向往復動自在の可動パイプを挿通し、可動パイプの位置を制御することによりロール本体の軸方向の内部水冷を均等化するようにした圧延用作業ロールの冷却構造が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
圧延ロールには、圧延による摩耗や肌あれの進行が少なく、かつ圧延に伴う加熱がロールへおよぼす熱サイクル、咬み止め（圧延停止）のような圧延不具合等に起因する熱き裂に対する強さが求められる。超硬合金を用いたロールにおいては、その優れた耐摩耗性と耐肌あれ性を活かして、弱点である耐熱き裂性を向上させたロールが望まれる。この一例として、前記段落番号0003のように、内層を鋼材とする複合スリーブにして、超硬合金の外層へ圧縮残留応力を付与し、軸部へ嵌合固定した組立式圧延ロールが提案されている。
【０００８】
超硬合金を用いた組立式圧延ロールにおいても、前記段落番号0004のように、ロール温度上昇に伴う熱膨張により、ロール形状が変形するという問題点がある。さらにこれ以外の大きな問題点として、超硬合金の外層にき裂が発生し易くなる。若しくは、き裂が発生進展してロールが破損する。即ち、ＷＣ 80重量％程度を含有する超硬合金の熱膨張率は概略7×10−６／℃、鋼材の熱膨張率は概略12×10−６／℃であるが、この大きな熱膨張率の違いにより、圧延中のロール温度上昇に伴い、鋼材の内層及び軸部のほうが大きく膨張する結果、超硬合金の外層に引張応力が作用する。そして、折角付与されていた圧縮応力を打消して、き裂が発生し易くなる。若しくは、引張応力が過大となってき裂が発生して破損する。この傾向は、特に温度上昇し易い圧延部の幅が広い板材の圧延の場合に顕著となる。本発明は、これらの問題点を解消し、安全に使用できる超硬合金を用いた組立式圧延ロールの提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明は、軸部の外周に、超硬合金の外層と鋼材の内層を金属的に接合した複合スリーブにてなる胴部を嵌合し、胴部の回転軸方向の圧延部の幅に対応する軸部内部のおよその位置に回転軸と同軸の内部穴を設け、回転軸と同軸で軸部の端面から内部穴へ通じる貫通穴により内部穴へ冷媒を供給するとともに排出するようにし、かつ軸部の外周に複合スリーブを嵌合するのに、軸部の外周面と複合スリーブ内周面との接触を、圧延部の幅に対応する部分は金属接触させ、残りの胴端部に対応する部分は断熱的に接触させた超硬合金を用いた組立式圧延ロールである。
【００１０】
第２発明は、第１発明の組立式圧延ロールの、胴部の回転軸方向の中央部に対応する軸部の内部穴の内周に、円周方向に沿って凹部を設けた超硬合金を用いた組立式圧延ロールである。
【００１２】
第３発明は、第１発明乃至第２発明の組立式圧延ロールの内部穴へ冷媒を供給するのに、貫通穴を通して内部穴へ挿入した供給管の側面から内部穴の内表面に向けて冷媒を噴射するようにした供給管を用いる超硬合金を用いた組立式圧延ロールである。
【００１３】
図１は本発明の第１発明、第３発明実施例の回転軸方向の断面図である。図２は同じく第１発明、第２発明実施例の回転軸方向の断面図である。これら両図の下方には、ロール胴部の回転軸方向の位置関係を補助的に付記した。本発明の超硬合金を用いた組立式圧延ロールは、軸部１の外周に、超硬合金の外層３と鋼材の内層４とが金属的に接合された複合スリーブ２を嵌合して、胴部を構成する。胴部の回転軸方向の圧延部の幅Ｒに対応する軸部１内部のおよその位置に回転軸と同軸の内部穴５を設け、回転軸と同軸で軸首部１ｂの端面から内部穴５へ通じる貫通穴６により内部穴５へ冷媒を供給するとともに排出するようにしてある。
【００１４】
圧延材と接触する圧延部の幅Ｒの部分の温度上昇を抑制するため、第１発明においては、内部穴５を設けて冷媒により内面から冷却する。この冷却効率を高めるため、第２発明により、内部穴５の内表面１０に円周方向に沿って凹部７を設ける。さらに第３発明により、嵌合面８における圧延部の幅Ｒに対応するおよその部分は金属接触させ、内部への熱伝達を良くして内部から冷却し、もともと温度上昇が少ない胴端部Ｅに対応するおよその部分は断熱的に接触させることにより、回転軸方向の温度分布の均一化をはかる。
【００１５】
本発明ロールの内部からの冷却は、貫通穴６を通して内部穴５へ挿入した供給管９により矢印Ａの方向から冷媒を供給し、貫通穴６と供給管９との間隙から矢印Ｂのように排出して行なう。供給管９は、ロール回転軸と同軸的に挿入し、円筒部材１ｃの内側に配置した支持部材１１によりロール回転に対して自在に支持するのが好ましい。この場合、支持部材１１には排出する冷媒の通路が設けてある。冷媒は供給管９の先端から回転軸方向に向けて噴射するとともに、第４発明により、先端部９ａの側方に向けた噴射口９ｂにより内部穴５の内表面１０へ向けて噴射するのが好ましい。遠心力により内表面１０に付着した冷媒の層に強い流れが起こり、冷却効率が高まる。なお、図１において、供給管９の冷媒供給装置との結合側の部分は省略した。また、図２において、供給管９は省略したが、図１と同様に配置するのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明ロールの軸部１は、鍛造又は鋳造により製造した炭素工具鋼、合金工具鋼等組成の鋼材を用い、例えば実施例の図１又は図２のようにして製作する。先ず、駆動側ＤＳ軸首部１ａ、胴部、操作側ＷＳ軸首部１ｂが一体にてなる軸部１に内面穴加工を施す。次に、操作側ＷＳ軸首部１ｂから胴部にかけて、貫通穴６となる中空穴を有する円筒部材１ｃをしまりばめにより嵌入固定し、内部穴５を形成して完成する。胴部から駆動側ＤＳ軸首部１ａにかけての内部を中空にするのは、熱容量的に操作側ＷＳとなるべく均等化をはかるためである。
【００１７】
複合スリーブ２は、鍛造、鋳造、圧延等により製造した炭素鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼等の中空円筒状内層４素材の外周に、ＷＣ 50〜90重量％を含有する ＷＣ系超硬合金の外層３をＨＩＰ処理により形成する。軸部１と複合スリーブ２とは、しまりばめ等により嵌合固定して、本発明の超硬合金を用いた組立式圧延ロールにする。
【００１８】
嵌合面８は金属接触とするが、第３発明のように、圧延部の幅Ｒに対応するおよその位置を金属接触とし、胴端部Ｅに対応するおよその位置を断熱的接触としてもよい。断熱的接触にする手段は、嵌合面粗度を粗くするか、若しくは断熱材を被覆して嵌合する。本発明ロールの内部の冷却は、供給管９に単なる直管を用いて冷媒を内部穴５へ送り込んでもよいが、第４発明のように、内表面１０へ向けて冷媒を噴射するのが好ましい。冷媒には水又は圧延油を含む水を用いる。
【００１９】
【実施例】
実施例１
図１に示す態様の帯鋼仕上前圧延機用の組立式圧延ロールを試作した。胴部の寸法は外径 310ｍｍ、長さ 500ｍｍ、操作側ＷＳ軸首部１ｂの寸法は外径 170ｍｍ、長さ 668ｍｍ、駆動側ＤＳ軸首部１ａの寸法は操作側ＷＳと略同じである。胴部は外径 310ｍｍ、内径 250ｍｍ、長さ 500ｍｍの複合スリーブ２を軸部１の外径 250ｍｍ、長さ 500ｍｍの胴部対応部分へ焼嵌率 0.8／1000の焼嵌めにより嵌合固定した。
【００２０】
複合スリーブ２は、重量比でＷＣ 82％、Ｃｏ 8％、Ｎｉ 8％、Ｃｒ 2％の外 層３とJIS SCM 440の鍛造鋼材の内層４とからなる。外層３は内層４の外周へ、ＨＩＰ処理により、焼結と同時に拡散接合して形成し、外層３と内層４との接合境界の位置は直径で275ｍｍ位置にした。軸部１は、JIS SCM 440鍛造鋼材を機械加工して、駆動側ＤＳ軸首部１ａ、胴部、操作側ＷＳ軸首部１ｂを形成した。軸部１内部の、胴部から駆動側ＤＳ軸首部１ａにかけては内径 90ｍｍの中空穴加 工を施し、胴部及び操作側ＷＳ軸首部１ｂには内径 130ｍｍの内面穴加工の後、内径 90ｍｍの中空穴を有する円筒部材１ｃをしまりばめにより嵌入固定した。 こうして、内部穴５から駆動側ＤＳ軸首部１ａにかけては内径 90ｍｍの中空穴 を、胴部には内径 130ｍｍ、回転軸方向長さ 300ｍｍの内部穴５を、内部穴５から操作側ＷＳ軸首部１ｂにかけては内径 90ｍｍの貫通穴６を形成した。
【００２１】
実施例２
実施例１にて試作した本発明ロールを帯鋼仕上スタンドの下ロールとして組込んで試験使用した。表面からの冷却以外に、直径 38.1ｍｍのSGP鋼管製の供給管９に冷却水を供給して、内部から冷却した。成品幅 250ｍｍの帯鋼を110ｔｏｎ圧延してみたが、割れ又は割れの原因となるようなき裂の発生は認められなかった。そして、摩耗が殆どないのは勿論、圧延肌が美しく、圧延中に通板の乱れもなく、さらに継続使用して問題ないことが判明した。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の超硬合金を用いた組立式圧延ロールは、軸部及び内層の温度上昇が少ないので、超硬合金の外層へおよぼす引張応力の作用が小さくなり、問題点であったき裂発生に起因する破損の危険性がなく、安全に使用できる。また、ロール回転軸方向の温度分布が均等化傾向になり、圧延材板幅に対応する部分のサーマルクラウンが小さいので、圧延の経過による通板の乱れがなく、板材の圧延に使用して好適である。これらにより、超硬合金の優れた耐摩耗性能、耐肌あれ性能を十分に発揮させることができ、ロール組替えやロール改削等の手間が省け、圧延工程における工数と経費の節減に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１発明、第３発明、第４発明実施例の回転軸方向の断面図である。
【図２】本発明第１発明、第２発明、第３発明実施例の回転軸方向の断面図である。
【符号の説明】
１；軸部                          １ａ；駆動側軸首部
１ｂ；操作側軸首部                  １ｃ；円筒部材
２；複合スリーブ                    ３；超硬合金の外層
４；鋼材の内層                      ５；内部穴
６；貫通穴                          ７；凹部
８；嵌合面                          ９；供給管
９ａ：先端部                        ９ｂ；噴射口
１０；内部穴の内表面                １１；支持部材
矢印Ａ；冷媒の供給方向              矢印Ｂ；冷媒の排出方向
ＤＳ；駆動側                        ＷＳ；操作側
Ｒ；圧延部の幅                      Ｅ；胴端部
【図１】
0004207138.tif 000002
【図２】
0004207138.tif 000003