(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金からなる外層と鋼または鉄系材料からなる内層を熱間静水圧プレス法にて接合してなり、該超硬合金は黒鉛を含有することを特徴とする板圧延用複合ロール。
【請求項２】
超硬合金からなる外層と鋼または鉄系材料からなる内層を熱間静水圧プレス法にて接合した複合スリーブロールを、鋼または鉄系材料からなるシャフトに嵌合してなり、該超硬合金は黒鉛を含有することを特徴とする板圧延用複合ロール。
【請求項３】
前記外層と内層との間に１層以上の中間層を有することを特徴とする請求項１または２に記載の板圧延用複合ロール。
【請求項４】
前記中間層が超硬合金または金属であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の板圧延用複合ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間薄板圧延、冷間薄板圧延等に用いられる板圧延用ロールに関し、特に靭性に優れる鋼または鉄系材料からなる内層あるいは軸材の外周に、超硬合金からなる外層を形成した超硬合金製板圧延用複合ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間、冷間の板圧延の分野では、肌品質の向上、耐摩耗性の向上の要求から高品質な圧延用ロールの使用が進んでいる。熱間圧延の分野では、高合金グレンロールや高クロムロールからハイス系ロールに替わりつつある。冷間圧延の分野では、鍛鋼ロールの分野での高性能化が進むと同時に耐摩耗性の要求が非常に強い分野では、肉盛法によるハイス、セミハイス系ロールが使用されているところもある。
【０００３】
冷間圧延の分野では、さらに超硬合金を用いたロールも開示されている。例えば特開平１０−２６３６２８号公報には、鋼と超硬合金の中間的なヤング率を得るために、外層を超硬合金とし芯材を鋼系の材料とした複合ロールが記載されている。また、特開平８−７１６０３号公報には、ステンレス冷延鋼帯において、ＷＣ系超硬合金を使用することにより優れた表面光沢を得られることが記載されている。
【０００４】
冷間、熱間両方の用途共に表面肌の向上、耐摩耗性の向上に対する要求は高い。冷間圧延で既に一部使用されている超硬合金ロールは、耐摩耗性が非常に高く、両用途に対し、最適な材質のひとつと言える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
熱間、冷間の板圧延において、絞込みと言われる圧延トラブルが共通の問題点である。これは圧延途中、圧延材が２重あるいは３重になってロールギャップ間に噛みこむ現象であり、このような事故が発生すると、ロールに局部的に過大な応力がかかり、噛み込んだ部分にしばしば被圧延材がロール表面に焼き付くものである。
【０００６】
このような負荷を受けたロール表面部は、急激な温度上昇と、その後の急冷により、殆ど例外なくロール表面にヒートクラックが発生する。このようなヒートクラックは、ロール内部応力および圧延応力により、ロール内部に進展しスポーリングと呼ばれる大きなロール破壊事故を引き起こす可能性があるため、圧延使用前に完全に旋削あるいは研削加工によって除去されなければならない。超硬合金の場合、クラック進展に対する抵抗は弱いので、圧延事故時のクラック発生を極力避けなければならない。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、ロール外層を耐摩耗性などに優れた超硬合金で形成するとともに、クラックの発生を抑えることができる板圧延用複合ロールを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の板圧延用複合ロールは、超硬合金からなる外層と鋼または鉄系材料からなる内層を熱間静水圧プレス法にて接合してなり、該超硬合金は黒鉛を含有することを特徴とする。また、本発明の第２形態の板圧延用複合ロールは、超硬合金からなる外層と鋼または鉄系材料からなる内層を熱間静水圧プレス法にて接合した複合スリーブロールを、鋼または鉄系材料からなるシャフトに嵌合してなり、該超硬合金は黒鉛を含有することを特徴とする。
【０００９】
本発明において、超硬合金からなる外層と、鋼または鉄系材料からなる内層との間に超硬合金または金属で形成された中間層を１層以上介在させることが好ましい。
【００１０】
【作用】
絞込みによる圧延事故が起こると、被圧延材が強圧でロール表面に焼き付き、摩擦熱と圧延材自身が持つ熱がロール表面に加わり、その後の冷却水による急冷によって熱衝撃を受けヒートクラックが発生する。従って、この被圧延材の焼き付きを防止できれば、耐クラック性を改善することが可能となる。
【００１１】
そこで、本発明者は超硬合金に固体潤滑材として黒鉛を含有させることにより、被圧延材との摩擦を低減し、さらに焼き付き性を改善することに着目した。超硬合金は、硬質の炭化物である炭化タングステン（ＷＣ）を重量比率で７０％以上含有し、金属との焼き付き性は、鋼等の金属系材質に対して優れる。これに黒鉛を含有させれば、更に耐焼き付き性を改善することが可能となりしかも金属との摩擦を低減することができる。超硬合金に黒鉛を含有させることにより被圧延材との耐焼き付き性を改善し、更に絞込み等の事故時に圧延材との間に発生する摩擦熱も低減させ、ロール表面への熱衝撃を和らげて耐クラック性の改善が可能となる。
【００１２】
冷間、熱間板圧延用超硬ロールとしては、例えば、特開平１０−５８２３号公報に開示された複合スリーブロールや、特開平１０−５８２４号公報に開示された複合中実ロールを用いることが考えられる。これらは、超硬合金を外層とし、内層を鋼等の靭性のある材質とした複合ロールであり、耐摩耗性と靭性を兼ね備えた複合ロールである。板圧延は、圧延材の形状制御のため、圧延中にロールに曲げを加えることが一般的であり、このような靭性の高い複合ロールが必要となる。
【００１３】
本発明は、このような複合ロールの外層を黒鉛を含有する超硬合金により構成するものであり、このようなロールの製造方法として、内層に鉄あるいは鋼を用いて熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）法により超硬合金からなる外層を接合させるものである。また、本発明のロールの構造は、鋼等の内層（軸材）の外周に超硬合金の外層を接合した中実の複合ロールでもよく、中空円筒状の鋼等からなる内層の外周に超硬合金の外層を接合した複合スリーブロールを鋼等のシャフトに焼嵌めて組み立てたものでも良い。
【００１４】
超硬合金からなる外層と、鋼または鉄系材料からなる内層との接合にあたっては、両者の接合強度を十分に確保するため、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介在させるのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
外径２２０ｍｍ、長さ３５００ｍｍの鍛鋼からなる内層のまわりに、外径３８０ｍｍ、長さ１８００ｍｍの鋼で形成した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、重量比でＷＣ粉末８５％、Ｃｏ粉末１３％、黒鉛粉末２％の混合粉末を充填した。次いで、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℃、１４００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、外層と内層の接合が健全であり、外層および内層に欠陥がなく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た結果、超硬合金の組織中に面積率で１％の黒鉛が含有していることを確認した。
【００１６】
（実施例２）
外径７５０ｍｍ、長さ２８００ｍｍの鋼で形成されたＨＩＰ缶に、外径４５０ｍｍ、内径３００ｍｍ、長さ２８００ｍｍの中空円筒状の鍛鋼からなる内層を設置し、内層の外面とＨＩＰ缶の内面との間に形成された空隙に、重量比でＷＣ粉末８５％、Ｃｏ粉末１３％、黒鉛粉末２％の混合粉末を充填した。次いで、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℃、１４００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、外層と内層の接合が健全であり、外層および内層に欠陥がなく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た結果、超硬合金の組織中に面積率で１％の黒鉛が含有していることを確認した。このように作製した複合スリーブロールの内径を加工した後、複合スリーブロールをクロムモリブデン鋼からなるシャフト材（アーバー）の外周に焼嵌め、組み立て式のロールを完成させた。
【００１７】
（実施例３）
外径７５０ｍｍ、長さ２８００ｍｍの鋼で形成されたＨＩＰ缶に、外径４５０ｍｍ、内径３００ｍｍ、長さ２８００ｍｍの中空円筒状の鍛鋼からなる内層を設置し、この内層材の周囲に内径４７０ｍｍ、厚み２ｍｍの鋼管からなる仕切り部材を配置した。ＨＩＰ缶の内面と仕切り部材の外面との間の空隙に重量比でＷＣ粉末８５％、Ｃｏ粉末１３％、黒鉛粉末２％の混合粉末を充填した。また、仕切り部材の内面と内層の外面との間の空隙に中間層となるＷＣ粉末３０％、Ｃｏ粉末３０％の混合粉末を充填した。充填後、仕切り部材を引き抜き、次いで、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℃、１４００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、外層と内層の接合が健全であり、外層および内層に欠陥がなく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た結果、超硬合金の組織中に面積率で１％の黒鉛が含有していることを確認した。このように作製した複合スリーブロールの内径を加工した後、複合スリーブロールをクロムモリブデン鋼からなるシャフト材（アーバー）の外周に焼嵌め、組み立て式のロールを完成させた。
【００１８】
（実施例４）
絞り込み時のロール表面クラック発生の発生程度を評価するため、図1に示す摩擦熱衝撃試験装置で摩擦熱衝撃試験を実施した。図１において、この装置はラック１４に錘１３を落下させることによりピニオン１５を回転させ、試験材１１に軟鋼材１２を強く噛み込ませ、試験材１１の噛み込み面に発生した焼き付き状況とクラックの発生状況を評価する試験機である。試験後、試験材表面の軟鋼材の焼き付き面積、クラック深さを測定し、ロール材質の耐焼き付き性、耐クラック性を評価した。表１に本発明のロールの外層材と、比較例として従来ロール材の試験結果を示す。
【００１９】
【表１】
0003755757.tif 000002
【００２０】
表１から、超硬合金に固体潤滑材として黒鉛を含有させた本発明例（試料Ｎｏ．１、試料Ｎｏ．２）は、黒鉛を含有しない超硬合金からなる比較例（試料Ｎｏ．３、試料Ｎｏ．４）に比べて、試験材表面の焼き付き面積率が少なく、耐焼き付き性に優れる。また、比較例は試験材表面にクラックが発生したが、本発明例は黒鉛の含有によりクラックが発生せず耐クラック性に優れることが確認できた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、ロール外層を耐摩耗性に優れた超硬合金に黒鉛を含有させることにより、板圧延用ロールとして用いることで、絞り込み等の圧延事故時の焼き付きを抑制することができ、クラックによるロール損失を減少し、ロール原単位を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  摩擦熱衝撃試験装置の概略図を示す。
【符号の説明】
１１  試験材、  １２  軟鋼材、  １３  錘、  １４  ラック、  １５  ピニオン
【図１】
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