JP2004136296A

JP2004136296A - 圧延用複合ロール

Info

Publication number: JP2004136296A
Application number: JP2002301009A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hattori; 服部　敏幸; Hirochika Tomita; 冨田　弘哉; Kazunori Sugino; 杉野　員規
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】ロール外層を耐摩耗性に優れた超硬合金で形成するとともに、ロール表面に凹み疵が発生することを防止できる圧延用複合ロールを提供する。
【解決手段】鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に耐摩耗性に優れた超硬合金からなる外層が接合してなり、ロール外層表面の押し込み硬さがＨＲＡ８６以上であることを特徴とする。さらに、ロール外層と内層の間に、金属系バインダー相の重量比率が３０％以上の超硬系あるいはサーメット系材質からなる中間層を少なくとも１層以上介在させることを特徴とする。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、靭性に優れる鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に、高硬度の超硬合金からなる外層を形成した圧延用複合ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼を中心とする金属の圧延において、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適用が進んでいる。特に板品質の要求が高いゼンジミア等の冷間板圧延の分野では、高硬度のダイス鋼、ハイス系ロール等が用いられている。
【０００３】
さらに最近では、超硬合金を用いたロールが提案されている。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。このロールは、超硬合金の耐摩耗性を保持するとともに、超硬合金ロールの欠点である高ヤング率に起因する圧延形状制御の困難さを解消しうるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
超硬合金ロールは、ハイス系ロールなどに比べて耐摩耗性が格段に優れる利点を有する。しかしながら、冷間圧延の際、超硬合金ロール（ワークロール）と圧延材との間、あるいはワークロールと中間ロールまたはバックアップロールとの間に頻繁に異物が挟まり、圧延時の強圧力により、異物を挟んだ部分のワークロール表面が局部的にへこみ、凹み疵となって残るという問題があった。
【０００５】
このような凹み疵は、通常凹み深さが１ｍｍ以下で微細であるため、圧延中のインライン検査で検出しづらいものである。圧延中に一旦発生した凹み疵をインライン検査で見逃すと、その後圧延された全ての製品板に凹み疵部の反転した模様が転写されるため、大量の品質不良に繋がる。特に仕上スタンド用ロールでは、製品板に明瞭に転写されて品質を著しく損ない被害が莫大となる。
【０００６】
そこで、この問題に対処して、従来はロール表面に凹み疵が発生したか否かにかかわらず、圧延をある一定量終えると、ロールを交換したり、研磨し直していた。すなわち、ロールの使用方法を基準化することにより、ロールの凹み疵が転写されるのを未然に防止していた。この対処方法は、高品質を維持するには安全であるが、凹み疵が発生しておらず、本来ロールの交換、研磨が不要な場合でもロールの交換、研磨を行なうという無駄な作業を伴うため、生産効率、生産コストの面から不利であった。
【０００７】
したがって、本発明は、ロール外層を耐摩耗性に優れた超硬合金で形成するとともに、ロール表面に凹み疵が発生することを防止できる圧延用複合ロールを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧延用複合ロールは、鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に超硬合金からなる外層が接合してなり、外層表面の押し込み硬さがＨＲＡ８６以上であることを特徴とする。
【０００９】
本発明において、外層表面の押し込み硬さはＨＲＡ８８以上がより好ましい。また、外層と内層の間に超硬合金または金属で形成された中間層を少なくとも１層以上介在させることが望ましい。
【００１０】
【作用】
圧延時の強圧力により異物が押圧されて超硬合金ロール表面に凹み疵が発生する現象を鑑みて、複数の材質の異なる超硬ロール材に対して強制的に凹み疵を付与する実験を行ない検討した。
【００１１】
炭化タングステン粒子の含有率が異なる密度１３．４以上の超硬合金の焼結体を数種類準備した。そして、これらの超硬合金の焼結体から直径３０ｍｍ×厚さ１５ｍｍの円盤状の供試材を複数個作製した。実際のロールの表面性状に合わせるため、供試材の上面および下面を算術平均粗さＲａ３．２μｍに平面研磨した。次いで、炭化タングステン粒子の含有率が同一の２個の供試材１および供試材２を用いて、供試材１と供試材２の同心軸が一致するように両者を上下方向に向き合わせた。そして、供試材１の下面と供試材２の上面との間に、直径５ｍｍ×高さ２ｍｍのステンレス鋼を挟ませて、供試材１の上面から油圧プレスにより実機圧延での押圧力に相当する１００ｋＮの圧力を付与した。
【００１２】
これにより、供試材１および供試材２の表面には塑性変形による凹みが出現する。この凹みの深さを触針式表面粗さ計により測定した。供試材１および供試材２それぞれの凹み深さの最大値のうち、いずれか大きい方を本発明における供試材の凹み量とした。
【００１３】
また、各供試材の押し込み硬さＨＲＡを超硬工具協会規格ＣＩＳ０２７に準拠して測定した。
【００１４】
図１は、各供試材の押し込み硬さＨＲＡと凹み量の関係を示すグラフである。図１から、供試材である超硬合金の押し込み硬さが増大するにしたがい、凹み量は小さくなる。押し込み硬さがＨＲＡ８６以上では凹み量は５μｍ以下であり、ＨＲＡ８８以上では凹み量は３μｍ以下となることが分かった。
【００１５】
前記実験における凹み量を５μｍ以下に抑えられる、すなわち押し込み硬さがＨＲＡ８６以上の超硬合金は、実機圧延でもロール表面の凹み疵の発生を防止することができる。
【００１６】
本発明の複合ロールの製造方法として、鋼系または鉄系材料からなる内層を用いて、真空焼結、加圧焼結ないしは熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）法により超硬合金からなる外層を接合させる。
【００１７】
ロールの構成は、中実の複合ロールでもよく、複合スリーブロールを鋼等の軸材に焼嵌めて組み立てたものでも良い。
【００１８】
また、本発明のロールは複合化により、超硬合金のみから構成される単体超硬ロールでは不可能であった軸材を有する超硬ロールが製造できるとともに、１２〜２０段の多段ミル用ワークロールのような、単体超硬ロールでもロール構成が可能な用途においても、単体超硬ロールではロールの剛性が高すぎるため困難であった被圧延材の形状制御も、鋼との複合化によるロール剛性低下作用により、その制御が容易になるという効果がある。
【００１９】
また、超硬合金からなる外層と、鋼系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少なくとも１層以上介在させることにより、外層と内層との接合強度を高められるので好ましい。この中間層の少なくとも１層については、その組成において、金属系のバインダー相の重量比率が３０％以上の超硬系あるいはサーメット系材質であることが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
まず、外径６２ｍｍ、長さ７００ｍｍの鋼で構成されるＨＩＰ缶の中央に、外径２５ｍｍ、長さ７００ｍｍの中実鍛鋼製の内層を配置し、この内層の周りに、外層として組成がＷＣ粒径２μｍ、ＷＣ８８重量％、Ｃｏ１２重量％の外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍの超硬合金仮焼結体を配置した。
【００２１】
次いで、内層の外面と中空スリーブの外層の内面との間に形成された空隙に、重量比で平均粒径５μｍのＷＣ粉末３０％、平均粒径１μｍのＣｏ粉末７０％の混合粉末を充填した。その後、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ることを確認した。
【００２２】
このようにして得られた超硬合金製複合ロールを、外径４０ｍｍ、全長６００ｍｍに機械加工し、本発明例１の冷間圧延用の多段式圧延機用ワークロールを作製した。
【００２３】
また、本発明例２として、外層にＷＣ粒径２μｍ、ＷＣ８３重量％、Ｃｏ１７重量％の超硬合金製の焼結体からなる中空スリーブを用いて、他は実施例１同様に多段式圧延機用ワークロールを作製した。
【００２４】
また、比較例１として、外層にＷＣ粒径５μｍ、ＷＣ８２重量％、Ｃｏ１８重量％の超硬合金製の焼結体からなる中空スリーブを用いて、他は実施例１同様に多段式圧延機用ワークロールを作製した。
【００２５】
さらに、比較例２として、内層を有しないつまり単体のＷＣ粒径２μｍ、ＷＣ８８重量％、Ｃｏ１２重量％の超硬合金製の焼結体からなる多段式圧延機用ワークロールを用意した。比較例３として、単体のダイス鋼からなる多段式圧延機用ワークロールを用意した。
【００２６】
これらの本発明例および比較例の多段式圧延機用ワークロールを１２段の多段式圧延機に組み込み、鋼板材の実機圧延を行ない、圧延時の凹み疵の発生具合および被圧延材の形状制御性を評価した。また、各々のロール表面の硬さを測定した。表１にこれらの結果を示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
本発明例１では１００コイル以上、本発明例２では２２コイル、圧延してもロール表面に凹み疵が認められなかった。一方、比較例１ではわずか３コイル、比較例３では１コイル圧延しただけで凹み疵が認められた。また、比較例２の単体超硬ロールでは、被圧延材の板形状制御ができず、圧延ができなかった。
【００２９】
また、他形態の方法で、本発明の圧延用複合ロールを製造した例を以下に説明する。
【００３０】
（実施例２）
外径７３０ｍｍ、長さ２３００ｍｍの鋼で構成されるＨＩＰ缶に、外径４８０ｍｍ、内径３００ｍｍ、長さ２５００ｍｍの中空円筒状の内層となる鍛鋼を設置し、内層の外面とＨＩＰ缶の内面との間に形成された空隙に、重量比で平均粒径５μｍのＷＣ粉末９０％、平均粒径１μｍのＣｏ粉末１０％の混合粉末を充填した。ＨＩＰ缶を鋼の蓋で溶接密封した後、５００℃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缶を加工除去して超硬合金製複合スリーブロールを作製した。この複合スリーブロールの内径を加工した後、クロムモリブデン鋼の軸材に焼嵌め、本発明の冷間圧延用組立式ロールを完成した。
【００３１】
（実施例３）
外径７３０ｍｍ、長さ２３００ｍｍの鋼で構成されるＨＩＰ缶に、外径４８０ｍｍ、内径３００ｍｍ、長さ２５００ｍｍの中空円筒状の内層となる鍛鋼を設置し、この内層の周囲に内径４９０ｍｍ、厚み２ｍｍの仕切りとなる鋼管を配置した。ＨＩＰ缶の内面と鋼管の外面との間の空隙に重量比で平均粒径５μｍのＷＣ粉末９２％、平均粒径１μｍのＣｏ粉末８％の混合粉末を充填した。また、鋼管の内面と内層の外面との間の空隙に中間層となる平均粒径７μｍのＷＣ粉末３０％、平均粒径１μｍのＣｏ粉末７０％の混合粉末を充填した。充填後、仕切りの鋼管を引き抜きいた後、次いでＨＩＰ缶を鋼の蓋で溶接密封し、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缶を加工除去して超硬合金製複合スリーブロールを作製した。この複合スリーブロールの内径を加工した後、クロムモリブデン鋼の軸材に焼嵌め、本発明の冷間圧延用組立式ロールを完成した。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、内層の外周に超硬合金からなる外層を接合して、超硬合金の表面の押し込み硬さをＨＲＡ８６以上にすることにより、ロール表面の凹み疵の発生を防止することができる。このため、従来実施していた凹み疵による転写防止のための無駄なロール交換や研磨を省くことができ、生産効率の向上、生産コストの削減を達成できる。また、被圧延材の板形状制御を良好にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超硬合金の各供試材の押し込み硬さＨＲＡと凹み量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】

Claims

鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に超硬合金からなる外層が接合してなり、外層表面の押し込み硬さがＨＲＡ８６以上であることを特徴とする圧延用複合ロール。
前記外層と内層の間に中間層を少なくとも１層以上介在させることを特徴とする請求項１または２に記載の圧延用複合ロール。