(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール本体(１)の外周面に硬質リング(２)を装着した圧延用リングロールであって、硬質リング(２)は、外層(３)は超硬合金、内層(４)は６００〜７００℃でパーライト変態する鋳鋼又は鋳鉄にて形成された２層構造であって、内層(４)は硬質リング（２）の軸心を含み軸心に沿う断面において、硬質リングの全断面積の１０〜３０％であり、内層(４)及び外層(３)は同一幅長さであり、且つ内層(４)は、鋳鋼又は鋳鉄がパーライト変態温度から常温まで冷却する６００℃の温度変化による硬質リングの全歪みに伴って内層(４)に発生する応力が、外層(３)の破壊強度以下となる鋳鋼材又は鋳鉄材によって形成されていることを特徴とする圧延用リングロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、鉄鋼線材、棒材等の圧延に使用されるリングロールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
線材、棒材等の圧延に用いられるロールとして、超硬合金を環状に形成した硬質リングをロール本体に嵌めて機械的に組み立てたリングロールが実施されている。
【０００３】
硬質リング全体を超硬合金で製作することは以下の問題がある。
（１）超硬合金製リングは高価であり、コスト高を招来する。
（２）超硬合金製リングは重量が嵩み、ロール本体への装着作業性が悪い。
（３）超硬合金製リングは靭性がないために、耐衝撃性に乏しく、使用中の破損事故を招来する。
（４）超硬合金製リングは焼嵌めによるロール本体への取付けができない。
本発明は、内層材として一般的な鋳鋼又は鋳鉄を用いるが、そのパーライト変態温度から常温までの冷却に伴って発生する応力を外層材の破壊強度以下に設定し、内層(４)の軸心を含む軸心に沿う断面と硬質リングの全断面積の比を所定範囲に選定することによって、従来の問題を解決するものである。
【０００４】
【課題を解決する為の手段】
本発明の圧延用リングロールは、ロール本体(１)の外周面に硬質リング(２)を装着した圧延用リングロールであって、硬質リング(２)は、外層(３)は超硬合金、内層(４)は６００〜７００℃でパーライト変態する鋳鋼又は鋳鉄にて形成された２層構造であって、内層(４)は硬質リング(２)の軸心を含み軸心に沿う断面において、硬質リングの全断面積の１０〜３０％であり、内層(４)及び外層(３)は同一幅長さであり、且つ内層(４)は、鋳鋼又は鋳鉄がパーライト変態温度から常温まで冷却する６００℃の温度変化による硬質リングの全歪みに伴って内層(４)に発生する応力が、外層(３)の破壊強度以下となる鋳鋼材又は鋳鉄材によって形成されていることを特徴とする。
【０００５】
【作用及び効果】
硬質リングは、被圧延材には接しないリング内層(４)が、超硬合金よりも安価な鋳鋼又は鋳鉄にて形成されているため、リング全体を超硬合金にて形成したものよりも安価に製造でき、リングロール全体の製造コストを低減できる。
鋳鋼又は鋳鉄は超硬合金よりも軽量であるため、リング全体を超硬合金にて形成したものより軽量化が画られ、ロール本体(１)への装着作業性を向上できる。
鋳鋼又は鋳鉄は超硬合金に比べると靭性があり、リングに対する耐衝撃性を向上でき、使用中の破損事故を防止できる。
リング内層(４)は、鋳鋼又は鋳鉄であるから、焼嵌めによるロール本体(１)への組込が可能となる。
【０００６】
内層(４)の断面積を硬質リング(２)の全断面積の３０％以下としたのは、鋳鋼又は鋳鉄のパーライト変態温度から常温まで温度変化したときの硬質リングの全歪みに伴った内層(４)に発生する応力が超硬合金の破壊強度以下になる鋳鋼材又は鋳鉄材にて内層(４)を形成することにより、内層(４)と外層(３)の境界部に発生する剪断応力を外層(３)の破壊強度以下にでき、以てリングの割れを防止できるためである。
尚、リング外層(３)の超硬合金は、内層(４)の鋳鋼又は鋳鉄に比べて熱膨張率が小さいため、超硬合金に鋳鋼又は鋳鉄を鋳込んでリングを製造する際、冷却工程中に、外層(３)と内層(４)の熱膨張率の差によって応力が発生し、内層(４)と外層(３)の境界部から外層(３)に割れが生じる。
例えば、硬質リング(２)の軸心を含み軸心に沿う断面において、超硬合金製のリング外層(３)と鋳鋼製のリング内層(４)の断面積が、５０％づつとすると、境界部に発生する剪断応力は約620MPa(後記する計算式及び図４の表を参照)となる。
超硬合金の強度は538MPa程度であるため、この発生応力では超硬合金製のリング外層(３)は破壊してしまう。
【０００７】
本発明では、硬質リング(２)の軸心を含み軸心に沿う断面において、リング内層(４)の断面積は前記理由によりリングの全断面積の１０〜３０％とし、外層(３)と内層(４)の熱膨張率の差から得た、硬質リングの全歪み量に対応する内層(４)のパーライト変態温度から常温までの温度変化による発生応力が外層(３)の超硬合金の材料強度を超えない様に、内層(４)の材質を選択することにより、リングの破壊を防止できた。
リング内層(４)の断面積がリングの全断面積の１０％以下となると、前記経済効果、軽量化等の効果が生じ難い。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例につき、図面に沿って詳述する。
図１は、ロール本体(１)の外周に複数の硬質リング(２)を嵌込み機械的に固定したリングロールの一例を示している。
図２は、硬質リング(２)の軸心を含み軸心に沿う断面を示している。
【０００９】
本発明の硬質リング(２)は、外層(３)と内層(４)の２層構造であり、外層(３)は超硬合金にて形成され、図２の断面において、内層(４)は硬質リングの全断面積の１０〜３０％であり、600〜700℃にてパーライト変態する一般の鋳鋼又は鋳鉄によって形成され、鋳鋼又は鋳鉄がパーライト変態温度から常温まで冷却する600℃の温度変化による硬質リングの全歪みに伴って内層(４)に発生する応力が、外層(３)の超硬合金の破壊強度以下になる鋳鋼材又は鋳鉄材にて形成されている。
【００１０】
【実施例】
［硬質リング］
寸法：外径φ210mm、内径φ120mm、幅長さ72mm
重量：19.5kg
製造条件：
（１） 外層(超硬合金製リング部材)に厚み10〜20μmのＮｉメッキを施す(予熱加熱    時の酸化防止のため)。
（２） 外層を650℃に予備加熱する(溶湯鋳造時の熱衝撃による外層の割れ防止のため)。（３） 外層の内側に対して溶融内層材料を鋳込んで静置鋳造し、外層と内層を軸方向に
同一長さに複合一体化する。溶湯鋳込み温度は1640℃である(外層の超硬合金は1320℃付近で液相が発生するため、外層との溶着のためには鋳込み温度は1400℃程度は必要)。
【００１１】
［リング外層］
成分：ＷＣ75％＋バインダー金属25％
バインダー金属組成：Ｃo 12％、Ｎi 12％、Ｃr 1％ (単位；重量％)
寸法：外径φ210mm、内径φ160mm
熱膨張率：7×10-6(℃-1) 但し常温から600℃までの平均熱膨張率
引張強度：538MPa(圧裂試験)
重量：14.5kg
【００１２】
［リング内層］
寸法：外径φ160mm、内径φ120mm
材質：600〜700℃でパーライト変態する鋳鋼又は鋳鉄
成分：Ｃ      Ｓｉ    Ｍｎ    Ｐ      Ｓ
0.5     1.7     0.3    0.007   0.009
(単位；重量％)
熱膨張率：14×10-6(℃-1) 但し常温から600℃までの平均熱膨張率
引張強度：551MPa
塑性伸び：1.3％
硬質リングの全歪みに伴った発生応力：415MPa
重量：5kg
【００１３】
【参考例】
硬質リングを全て上記超硬合金にて形成した場合
引張強度：538MPa
重量：23.5kg
【００１４】
リング外層(３)の超硬合金は内層(４)の鋳鋼又は鋳鉄に比べて熱膨張率が小さいため、超硬合金を鋳込んでリングを製造する際、冷却工程中に、外層(３)と内層(４)の熱膨張率の差によって応力が発生し、内層(４)と外層(３)の境界部から外層(３)に割れが生じる。
【００１５】
本発明では、硬質リング(２)の軸心を含み軸心に沿う断面において、リング内層(４)の断面積はリングの全断面積の１０〜３０％とし、鋳鋼又は鋳鉄のパーライト変態温度から常温まで温度変化したときの硬質リングの全歪みに伴った内層(４)に発生する応力が超硬合金の破壊強度以下になる鋳鋼材又は鋳鉄材にて内層(４)を形成することにより、内層(４)と外層(３)の境界部に発生する剪断応力を外層(３)の破壊強度以下にでき、以てリングの割れを防止できるものである。
【００１６】
［超硬合金と鋳鋼材の複合化に伴う応力発生の計算］
超硬合金と鋳鋼材を高温で複合一体化した後、冷却中に熱膨張率の差により発生する応力を求める。
超硬合金よりも鋳鋼材の方が熱膨張率が大きいため、冷却過程で超硬合金には圧縮、鋳鋼材には引張りの応力が発生する。
【００１７】
鋳鋼材は600〜700℃でパーライト変態に伴う膨張があるため、パーライト変態温度以下での超硬合金と鋳鋼材との熱膨張率の差が問題となる。
ここで温度変化ΔＴ＝600℃とする。
超硬合金と鋳鋼材の常温から鋳鋼材がパーライト変態するまでの温度変化600℃の間の平均熱膨張率の差を
Δα＝7×10-6(℃-1)とすると
硬質リングの全歪み量は
ε＝Δα・ΔＴ＝0.42％ (これが内層の材質に引張応力が発生する根拠となる。）
【００１８】
今、軸方向の応力を求める。図３に示す様に、常温になった時点での超硬合金および鋳鋼材に発生する応力をσ1，σ2
(σ1は圧縮応力，σ2は引張応力)
超硬合金側および鋳鋼側の歪み量をε1，ε2
(ε1は圧縮歪み，ε2は引張歪み)
超硬合金および鋳鋼材のヤング率をＥ1，Ｅ2
超硬合金および鋳鋼材の断面積をＳ1，Ｓ2とすると、
【００１９】
【数１】
0003862787.tif 000002
【００２０】
上記の如く、本発明の圧延用リングロールの硬質リングは、被圧延材と接しないリング内層(４)が、超硬合金よりも安価な鋳鋼又は鋳鉄にて形成されているため、リング全体を超硬合金にて形成したものよりも安価に製造でき、リングロール全体の製造コストを低減できる。
鋳鋼又は鋳鉄は超硬合金よりも軽量であるため、リング全体を超硬合金にて形成したものより軽量にでき、ロール本体(１)への装着作業性を向上できる。
鋳鋼又は鋳鉄は超硬合金に比べると靭性があり、リングに対する耐衝撃性を向上でき、使用中の破損事故を防止できる。
リング内層(４)は、鋳鋼又は鋳鉄であるから焼嵌めによるロール本体(１)への組込みが可能となる。
本発明は、上記実施例の構成に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載の範囲で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】    リングロールの一部を断面で表した正面図である。
【図２】    硬質リングの断面図である。
【図３】    硬質リング内層と外層に発生する応力計算の説明図である。
【図４】    硬質リング内層と外層の断面積比率による剪断応力の計算表である。
【符号の説明】
(１) ロール本体
(２) 硬質リング
(３) 外層
(４) 内層
【図１】
0003862787.tif 000003
【図２】
0003862787.tif 000004
【図３】
0003862787.tif 000005
【図４】
0003862787.tif 000006