JP2006095564A - Composite roll for hot rolling and method for manufacturing the same - Google Patents

Composite roll for hot rolling and method for manufacturing the same Download PDF

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Naosuke Yanagi
修介 柳
Masanori Kobayashi
正宣 小林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a composite roll in a simplified process, wherein the core material and outer layer material can be freely selected depending on required material characteristics and the thermal crown is small and the good flatness can be attained, and to provide the composite roll. <P>SOLUTION: When the composite roll consisting of a sleeve layer and the core material welded to this sleeve layer part integrally is formed by a centrifugal casting method, a casting mold 4 arranged on a turn table 8 is rotated around a first axis 6 of rotation corresponding to the center axis of the composite roll and simultaneously rotated around the second axis 11 of rotation orthogonal to the first axis 6 of rotation in the middle position in the direction of the first axis of rotation of the casting mold 4, the sleeve layer 13 is formed thicker as it becomes apart from the second axis 11 of rotation along the direction of the center axis of the composite roll. Because the sleeve layer 13 in the middle part of the roll barrel is formed thinner than before, the accumulation of heat input caused by contact with a rolled stock is mitigated and the thermal crown is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、耐摩耗性などの表面性状が優れることに加えて、サーマルクラウンが小さく良好な平坦度が得られる熱間圧延用複合ロールの製造方法とこの方法により製造した複合ロールに関する。   The present invention relates to a method for producing a hot-rolling composite roll that has a small thermal crown and good flatness in addition to excellent surface properties such as wear resistance, and a composite roll produced by this method.

鋼板の熱間圧延用ロールには、強靭性、耐肌荒れ性、耐摩耗性、耐熱亀裂性などの特性が要求される。これらの要求特性を単一の材質で満足させることは困難であるため、強靭性を有する材料を芯材に、耐摩耗性、耐熱亀裂性に優れる材料を外層材、即ち外殻層に用いた複合ロールが開発されている。この複合ロールは、遠心鋳造法、連続肉盛り鋳造法またはスリーブの外周に外殻層を金属接合した複合スリーブ組立て法などにより製造される。とくに、遠心鋳造法または連続肉盛り鋳造法によって製造可能となった外殻層に高速度工具鋼に準じた高合金組成のハイス系材料を用い、芯材に強靭性に優れた材料を用いた複合ロールであるハイスロールは、従来の熱間圧延用ロールに比べて数倍の耐摩耗性を有し、仕上げ圧延機の前段スタンドから中・後段スタンドへとその適用範囲が広がっている。このハイスロールの適用により、ロールの耐摩耗性が向上してロールの交換頻度が減り、ロール原単位および生産性の向上への寄与が認められる。   Steel rolls for hot rolling are required to have characteristics such as toughness, rough skin resistance, wear resistance, and heat crack resistance. Since it is difficult to satisfy these required characteristics with a single material, a material having toughness is used for the core material, and a material with excellent wear resistance and heat crack resistance is used for the outer layer material, that is, the outer shell layer. Composite rolls have been developed. This composite roll is manufactured by a centrifugal casting method, a continuous buildup casting method, or a composite sleeve assembling method in which an outer shell layer is metal-bonded to the outer periphery of the sleeve. In particular, a high-speed steel material with a high alloy composition according to high-speed tool steel was used for the outer shell layer that could be manufactured by centrifugal casting or continuous overlay casting, and a material with excellent toughness was used for the core material. The high-speed roll, which is a composite roll, has several times the wear resistance of conventional rolls for hot rolling, and its application range extends from the front stand to the middle / rear stands of the finish rolling mill. By applying this high-speed roll, the wear resistance of the roll is improved, the frequency of roll replacement is reduced, and a contribution to the improvement of the roll basic unit and productivity is recognized.

前記ハイスロールは耐摩耗性に優れる反面、表１に常温での一例を示すように、外殻層のハイス系材料は、芯材に比べて線膨張係数が大きく、また熱伝導率がかなり低いため、圧延材との接触によりロール側に流入する熱量が拡散しにくく、ロールバレル内での圧延材との接触部と非接触部との温度差が大きくなり、しかも、線膨張係数が高いために熱膨張量も大きくなって、大きなサーマルクラウンが発生する。このため、良好な平坦度を得る圧延が難しくなり、従って、ハイスロールを最終スタンドに用いることは困難となり、また平坦度が乱れやすい薄物材の圧延には、仕上げ圧延機列の中段スタンドにおいても、ハイスロールに比べて摩耗量の多い通常の圧延ロールを使用せざるを得ない場合がある。   The high-speed roll is excellent in wear resistance, but as shown in Table 1 as an example at normal temperature, the high-speed material of the outer shell layer has a larger coefficient of linear expansion and a considerably lower thermal conductivity than the core material. For this reason, the amount of heat flowing into the roll side due to contact with the rolled material is difficult to diffuse, the temperature difference between the contact portion and the non-contact portion with the rolled material in the roll barrel becomes large, and the linear expansion coefficient is high. In addition, the amount of thermal expansion increases and a large thermal crown is generated. For this reason, it is difficult to perform rolling to obtain a good flatness, and therefore it is difficult to use a high-speed roll for the final stand. In some cases, a normal rolling roll having a larger amount of wear than a high-speed roll must be used.

Figure 2006095564
Figure 2006095564

従来、外殻層の厚さを胴部軸心方向に亘って変化させ、ロールの剛性を部分的に変化させることにより圧延における形状制御能力の向上に寄与するような複合ロールの製造方法が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１に開示された製造方法では、第１の工程で、胴部チラーの内周面に周凹部または周凸部を有する鋳造用鋳型を配置し、まず、外殻層を鋳造し、次いで芯材を鋳造して、胴部外周面に周凸面または周凹面を有する外殻層が一定でない複合ロール素材を鋳造する。この第１工程での複合ロール素材は、胴部チラーの内周面が曲率を有しない従前の鋳造用鋳型を用いて、通常の複合ロール鋳造法によって、胴部外周面が平坦面でかつ外殻層の厚さが一定の複合ロール鋳物の、外周面を切削加工により周凸面または周凹面にして形成することもできる。そして、第２の工程で、第１工程で得られた複合ロール素材に対して、既知の加工手段である鍛造または回転鍛造により、周凸面または周凹面を有するロール胴部を平坦面にまで加圧成形して、芯材と接合する外殻層の内周面側に元の外周面における周凸面または周凹面と対称的な周凸面または周凹面が形成された複合ロールを得る製造方法である。また、特許文献２に開示された製造方法では、鋳造用鋳型に外殻層を鋳造し、その内周面が凝固した後に、この外殻層内に切削部材を挿入し、外殻層内周面を、軸心方向にわたりその肉厚を変えるように切削した後、芯材を鋳造して軸方向に外殻層厚さが一定でない複合ロールを製造する方法である。   Conventionally, a method of manufacturing a composite roll that contributes to improvement of shape control ability in rolling by changing the thickness of the outer shell layer in the axial direction of the trunk and partially changing the rigidity of the roll is disclosed. (For example, see Patent Documents 1 and 2). In the manufacturing method disclosed in Patent Document 1, in the first step, a casting mold having a circumferential concave portion or a circumferential convex portion is arranged on the inner circumferential surface of the body chiller, first, the outer shell layer is cast, and then the core material And a composite roll material having a constant outer shell layer having a circumferential convex surface or a circumferential concave surface on the outer peripheral surface of the body portion is cast. The composite roll material in the first step is a conventional composite roll casting method using a conventional casting mold in which the inner peripheral surface of the body chiller has no curvature. The composite roll casting having a constant thickness of the shell layer can also be formed with a peripheral convex surface or a peripheral concave surface by cutting. In the second step, the roll body having a circumferential convex surface or a circumferential concave surface is added to the flat surface by forging or rotary forging which is a known processing means for the composite roll material obtained in the first step. It is a manufacturing method for obtaining a composite roll in which a circumferential convex surface or circumferential concave surface symmetrical to the circumferential convex surface or circumferential concave surface of the original outer circumferential surface is formed on the inner circumferential surface side of the outer shell layer to be bonded to the core material by pressure forming . Further, in the manufacturing method disclosed in Patent Document 2, an outer shell layer is cast on a casting mold, and after the inner peripheral surface is solidified, a cutting member is inserted into the outer shell layer, This is a method of manufacturing a composite roll in which the thickness of the outer shell layer is not constant in the axial direction by casting the core after cutting the surface so as to change its thickness in the axial direction.

同様に、芯材（軸材）の熱膨張係数と熱伝導率を適正な範囲に小さくすることにより、サーマルクラウンを低減させ、板平坦度を高水準に確保できる連続肉盛鋳造製複合ロールの製造方法が開示されている（特許文献３）。
特開昭５７−９１８０８（第２頁〜第３頁） 特開昭５７−９１８０９（第１頁〜第２頁） 特開平１０−１９２９１６（［０００５］〜［０００８］） Similarly, by reducing the thermal expansion coefficient and thermal conductivity of the core material (shaft material) to an appropriate range, it is possible to reduce the thermal crown and to ensure a high level of plate flatness. A manufacturing method is disclosed (Patent Document 3).
JP-A-57-91808 (pages 2 to 3) JP-A-57-91809 (first page to second page) JP-A-10-192916 ([0005] to [0008])

しかし、特許文献１に開示された製造方法では、遠心鋳造により、または遠心鋳造後に切削加工を施すことにより、外殻層の周凸面または周凹面を形成した後、外殻層を平坦面にして軸方向に外殻層の厚みを変化させるために、後工程で鍛造または回転鍛造などの塑性加工が必要となり、製造工程が煩雑となる。同様に、特許文献２に開示された製造方法では、切削加工により、軸心方向にわたり外殻層の肉厚を変えるようにしているため、やはり、製造工程が煩雑となる。一方、特許文献３に開示された製造方法では、本来、芯材には強靭性という特性が求められるにも拘わらず、熱膨張係数や熱伝導率の物性値から芯材を規定しているため、必ずしも強靭性に優れる材料を芯材として選択できない虞がある。   However, in the manufacturing method disclosed in Patent Document 1, after forming the circumferential convex surface or the circumferential concave surface of the outer shell layer by centrifugal casting or by performing cutting after centrifugal casting, the outer shell layer is made flat. In order to change the thickness of the outer shell layer in the axial direction, plastic processing such as forging or rotary forging is required in the subsequent process, and the manufacturing process becomes complicated. Similarly, in the manufacturing method disclosed in Patent Document 2, since the thickness of the outer shell layer is changed along the axial direction by cutting, the manufacturing process is also complicated. On the other hand, in the manufacturing method disclosed in Patent Document 3, the core material is originally defined from the physical expansion coefficient and the physical property value of the thermal conductivity, although the core material is required to have toughness characteristics. However, there is a possibility that a material excellent in toughness cannot always be selected as the core material.

そこで、この発明の課題は、芯材および外層材を要求材質特性に応じて自由に選択でき、かつ、サーマルクラウンが小さく良好な平坦度を実現することが可能な複合ロールを簡素化した工程で製造する方法およびこの方法を用いて製造した複合ロールを提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is a process in which a core roll and an outer layer material can be freely selected according to required material characteristics, and a composite roll capable of realizing good flatness with a small thermal crown is simplified. It is to provide a method of manufacturing and a composite roll manufactured using this method.

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。   In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration.

即ち、請求項１に係る複合ロールの製造方法は、遠心鋳造法により形成した外殻層と、この外殻層と一体に溶着した芯材とからなる複合ロールの製造方法であって、前記外殻層を形成する鋳型を、前記複合ロールの中心軸に対応する第１の回転軸の周りに回転させると同時に、前記鋳型の第１の回転軸方向中央の位置で、この第１の回転軸に直交する第２の回転軸の周りに回転させ、前記外殻層の肉厚を、複合ロールの中心軸方向に沿って第２の回転軸から遠ざかるにつれて厚く形成するようにしたことを特徴とする。   That is, the method for producing a composite roll according to claim 1 is a method for producing a composite roll comprising an outer shell layer formed by centrifugal casting and a core material welded integrally with the outer shell layer. The mold for forming the shell layer is rotated around the first rotation axis corresponding to the central axis of the composite roll, and at the same time, the first rotation axis at the center in the first rotation axis direction of the mold. And the thickness of the outer shell layer is increased with increasing distance from the second rotation axis along the central axis direction of the composite roll. To do.

図１に示すように、円筒状の容器１に液体を入れて、その中心軸２の周りに回転させると、液面３の形状は、（１）式に示すように、円筒状容器の中心軸２からの水平距離ρと回転速度・φによって与えられ、容器１の回転に伴う遠心力の作用で放物線状にな
る。なお、図１で液面３に作用する矢印は大気圧を示す。 As shown in FIG. 1, when a liquid is put into a cylindrical container 1 and rotated around its central axis 2, the shape of the liquid surface 3 is the center of the cylindrical container as shown in the equation (1). It is given by the horizontal distance ρ from the shaft 2 and the rotational speed · φ, and becomes parabolic due to the centrifugal force caused by the rotation of the container 1. In addition, the arrow which acts on the liquid level 3 in FIG. 1 shows atmospheric pressure.

Figure 2006095564
ここで、ｇは重力加速度、ｚ（ρ）は前記中心軸２からの水平方向の位置ρにおける液面３の高さを表す。
Figure 2006095564
 Here, g represents gravitational acceleration, and z (ρ) represents the height of the liquid surface 3 at a position ρ in the horizontal direction from the central axis 2.

前記鋳型の第１の回転軸周りの回転により、鋳型の内壁に押し付けられた溶湯は、その凝固過程で、図１および（１）式で説明したように、第２の回転軸に直交する方向、即ちロール中心軸方向の遠心力を受けるため、前述のような、塑性加工などの加工工程を必要とせずに、外殻層の肉厚を、第２の回転軸から、即ち外殻層の中央部から遠ざかるにつれて厚く形成することができる。   The molten metal pressed against the inner wall of the mold by the rotation of the mold around the first rotation axis is a direction orthogonal to the second rotation axis in the solidification process as described with reference to FIGS. 1 and 1. That is, in order to receive the centrifugal force in the roll central axis direction, the thickness of the outer shell layer is reduced from the second rotation axis, that is, the outer shell layer without the need for the processing step such as plastic processing as described above. The thickness can be increased as the distance from the center increases.

請求項２に係る複合ロールは、遠心鋳造法により形成した外殻層と、この外殻層と一体に溶着した芯材とからなる複合ロールであって、前記外殻層を形成する鋳型を、前記複合ロールの中心軸に対応する第１の回転軸の周りに回転させると同時に、前記鋳型の第１の回転軸方向中央の位置で、この第１の回転軸に直交する第２の回転軸の周りに回転させることにより、複合ロールの中心軸方向に沿って第２の回転軸から遠ざかるにつれて肉厚が厚く形成された外殻層を有することを特徴とする。   The composite roll according to claim 2 is a composite roll comprising an outer shell layer formed by a centrifugal casting method and a core material welded integrally with the outer shell layer, and a mold for forming the outer shell layer, At the same time as rotating around the first rotation axis corresponding to the central axis of the composite roll, the second rotation axis orthogonal to the first rotation axis at the center of the mold in the first rotation axis direction. It is characterized by having an outer shell layer whose thickness increases as it moves away from the second rotation axis along the central axis direction of the composite roll.

一般に、複合ロールでは、外殻層には耐摩耗性など表面性状に優れる材質が用いられ、芯材には強靭性など機械的性質に優れる材質が用いられる。このように外殻層の肉厚分布を有するように複合ロールを形成すると、圧延材との接触によるロール側への入熱量の蓄積が緩和される結果として、前述のように、芯材の線膨張係数や熱伝導率などの物性値を規定して材料を選択しなくてもサーマルクラウンを抑制することが可能となる。   In general, in a composite roll, a material having excellent surface properties such as wear resistance is used for the outer shell layer, and a material having excellent mechanical properties such as toughness is used for the core material. As described above, when the composite roll is formed so as to have the thickness distribution of the outer shell layer, the accumulation of heat input on the roll side due to contact with the rolled material is relaxed. It is possible to suppress the thermal crown without specifying physical properties such as an expansion coefficient and thermal conductivity and selecting a material.

請求項３に係る複合ロールは、上記外殻層がハイス系材料からなることを特徴とする。   The composite roll according to claim 3 is characterized in that the outer shell layer is made of a high-speed material.

前記のロール中心軸に沿って肉厚を変化させた外殻層をハイス系材料で形成することにより、耐摩耗性に優れ、しかもサーマルクラウンが抑制される複合ロールが実現され、ハイス系複合ロールを使用した場合の板平坦度が向上する。   By forming the outer shell layer whose thickness is changed along the roll central axis with a high-speed material, a composite roll excellent in wear resistance and suppressing thermal crown is realized. The plate flatness when using is improved.

この発明では、遠心鋳造法により複合ロールの外殻層を形成する際に、鋳型を、ロール中心軸に対応した回転軸（第１の回転軸）の周りに回転させる鋳造操作に加えて、鋳型のロール軸方向の中央部、即ちロールバレルの中央部の位置で、ロール軸と直交する回転軸（第２の回転軸）の周りに回転させるようにしたので、後工程を要せずに、遠心鋳造工程で外殻層の肉厚が、ロールバレルの中央部で薄く、そこから端部にかけて増加した、内面側が凹面状の外殻層が形成される。このように外殻層が肉厚分布を形成した複合ロールでは、外殻層に熱伝導率が低く、線膨張係数が高いハイス系材料を用いても、圧延材との接触によるロール側への入熱量の蓄積が緩和され、サーマルクラウンが抑制されて板平坦度が改善されるため、芯材を線膨張係数や熱伝導率の面から選択する必要もなくなる。それにより、耐摩耗性などの表面性状および強靭性に優れたハイス系複合ロールを、仕上げ圧延機列の最終スタンドまで適用できるようになり、ロール原単位や圧延能率の向上に大きく寄与する。   In the present invention, when the outer shell layer of the composite roll is formed by the centrifugal casting method, in addition to the casting operation in which the mold is rotated around the rotation axis (first rotation axis) corresponding to the roll center axis, the mold In the center of the roll axis direction, that is, at the position of the center of the roll barrel, it is rotated around the rotation axis (second rotation axis) orthogonal to the roll axis, so that no post-process is required, In the centrifugal casting process, the thickness of the outer shell layer is thin at the center of the roll barrel, and the outer shell layer whose inner surface side is concave is formed from the thickness toward the end. Thus, in the composite roll in which the outer shell layer has a wall thickness distribution, even if a high-speed material with a low thermal conductivity and a high linear expansion coefficient is used for the outer shell layer, the roll side due to contact with the rolled material is not affected. Since accumulation of heat input is alleviated, thermal crown is suppressed and plate flatness is improved, it is not necessary to select a core material in terms of linear expansion coefficient and thermal conductivity. As a result, a high-speed composite roll excellent in surface properties such as wear resistance and toughness can be applied to the final stand of the finish rolling mill row, which greatly contributes to improvement in roll basic unit and rolling efficiency.

以下に、この発明の実施形態を添付の図２から図７に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

図２（ａ）、（ｂ）は、実施形態の複合ロールの外殻層を形成するための遠心鋳造装置を模式的に示したものである。鋳型４、および伝達部材５を介して鋳型４を複合ロール中心軸に対応する回転軸、即ち第１の回転軸６の周りに回転させるためのモータ７が、ターンテーブル８の上に配置されている。このターンテーブル８は、伝動ベルト９を介して回転ディスク１０と連結され、この回転ディスク１０は伝達部材５ａを介してモータ７ａによって回転駆動される。前記鋳型４は、図２（ｂ）に示したように、その中心Ｃ１（前記第１の回転軸６上の、鋳型４の長手方向の中央位置）とターンテーブル８の中心Ｃ２とが一致するように配置され、鋳型４が第１の回転軸６の周りに回転すると同時に、この鋳型４の中心Ｃ１を通り、第１の回転軸６に直交する第２の回転軸１１、即ちターンテーブル８の中心Ｃ２を通る中心軸の周りに回転可能となっている。   2A and 2B schematically show a centrifugal casting apparatus for forming the outer shell layer of the composite roll according to the embodiment. A motor 7 for rotating the mold 4 around the rotation axis corresponding to the central axis of the composite roll, that is, the first rotation axis 6 via the transmission member 5 and the transmission member 5 is disposed on the turntable 8. Yes. The turntable 8 is connected to a rotating disk 10 via a transmission belt 9, and the rotating disk 10 is rotationally driven by a motor 7a via a transmission member 5a. As shown in FIG. 2 (b), the center C1 of the mold 4 (the central position of the mold 4 in the longitudinal direction on the first rotating shaft 6) coincides with the center C2 of the turntable 8. The mold 4 rotates around the first rotation axis 6 and simultaneously passes through the center C1 of the mold 4 and is orthogonal to the first rotation axis 6, that is, the second rotation axis 11, that is, the turntable 8 It can be rotated around a central axis passing through the center C2.

遠心鋳造法では、モータ７により、前記第１の回転軸６の周りに回転する鋳型４に注入箱１２から、例えば、ハイス系材料の溶湯が注入されると、遠心力によって溶湯が鋳型４の内面に押し付けられながら凝固し、通常、外殻層１３の内面は図３（ａ）に示すように平坦面に形成され、複合ロールＲＡの外殻層１３の厚みが一定となる。本実施形態では、鋳型４を複合ロールの中心軸に対応する第１の回転軸６の周りに回転させると同時に、モータ７ａによってターンテーブル８を回転させることにより、鋳型４が第２の回転軸１１の周りに回転するため、図４（ａ）に示すように、溶湯には鋳型４の内壁面４ａに垂直な方向の遠心力τ１とともに、この内壁面４ａに平行な方向（鋳型４の端壁面４ｂに垂直な方向）の遠心力τ２が作用する。この遠心力τ２の作用により、図１で説明したように、溶湯が第２の回転軸１１から、即ち外殻層１３のロール軸方向の中央部から鋳型４の端壁面４ｂの方へ押し付けられるため、外殻層１３の中央部では薄く、外殻層１３の端部では厚くなり、図４（ａ）に示したように、凝固後の外殻層１３の内面が凹面状に形成される。そして、外殻層１３の凝固後に、強靭性に優れる、例えば、Ｃｒ、Ｍｏなどの合金元素を含有する鋼材料等の芯材１４を鋳造して外殻層１３と一体に融着させることにより、複合ロールＲＢが形成される。なお、鋳型４の回転数については、第１の回転軸６周りの回転数Ｎ１は、例えば、ハイス系材料について設定した重力倍数Ｇと鋳型４の内径Ｄとから、横型鋳造の場合の既存の関係式（例えば、Ｎ１＝Ａ／Ｄ1/2、Ａ：定数）を用いて算出して設定することができる。また、第２の回転軸１１周りの回転数Ｎ２の概略値は、鋳型４の長さＬと鋳型４の端壁面４ｂにおける外殻層１３の厚みｔEと前記回転軸１１上での外殻層１３の厚みｔcの差Δｔ(=ｔE-ｔc)から、例えば、前述の式（１）を用いて、Ｎ２＝２ｇ・Δｔ／（Ｌ／２）2で算出することができる。前記溶湯は、第１の回転軸６に直交する方向（鋳型４の半径方向）の遠心力によって鋳型４の内壁面４ａに押し付けられているため、実際に必要な、第２の回転軸１１周りの回転数は、前記回転数Ｎ２よりも大きくなる傾向にある。なお、外殻層１３の厚みは、鋳型４の回転数Ｎ１、Ｎ２を制御することに加えて、電磁力を用いることによっても調節可能である。 In the centrifugal casting method, for example, when molten metal of high-speed material is injected from the injection box 12 into the mold 4 rotating around the first rotation shaft 6 by the motor 7, the molten metal is melted into the mold 4 by centrifugal force. The outer shell layer 13 is solidified while being pressed against the inner surface, and the inner surface of the outer shell layer 13 is normally formed as a flat surface as shown in FIG. 3A, and the thickness of the outer shell layer 13 of the composite roll RA is constant. In the present embodiment, the mold 4 is rotated around the first rotation shaft 6 corresponding to the central axis of the composite roll, and at the same time, the turntable 8 is rotated by the motor 7a, whereby the mold 4 is moved to the second rotation shaft. 4, the molten metal has a centrifugal force τ1 in a direction perpendicular to the inner wall surface 4a of the mold 4 and a direction parallel to the inner wall surface 4a (the end of the mold 4) as shown in FIG. A centrifugal force τ2 in a direction perpendicular to the wall surface 4b acts. Due to the action of the centrifugal force τ2, as described in FIG. 1, the molten metal is pressed from the second rotating shaft 11, that is, from the central portion in the roll axis direction of the outer shell layer 13 toward the end wall surface 4b of the mold 4. Therefore, the outer shell layer 13 is thin at the center and thick at the end of the outer shell layer 13, and as shown in FIG. 4A, the inner surface of the outer shell layer 13 after solidification is formed in a concave shape. . Then, after the outer shell layer 13 is solidified, the core material 14 having excellent toughness, for example, a steel material containing an alloy element such as Cr or Mo is cast and fused integrally with the outer shell layer 13. A composite roll RB is formed. As for the number of rotations of the mold 4, the number of rotations N1 around the first rotation axis 6 is determined based on, for example, the existing gravity in the case of horizontal casting from the gravity multiple G set for the high speed material and the inner diameter D of the mold 4. It can be calculated and set using a relational expression (for example, N1 = A / D 1/2 , A: constant). The approximate value of the rotational speed N2 around the second rotation axis 11 is as follows: the length L of the mold 4, the thickness t E of the outer shell layer 13 on the end wall surface 4 b of the mold 4, and the outer shell on the rotation axis 11. From the difference Δt (= t E −t c ) of the thickness t c of the layer 13, for example, N2 = 2g · Δt / (L / 2) 2 can be calculated using the above-described equation (1). Since the molten metal is pressed against the inner wall surface 4a of the mold 4 by the centrifugal force in the direction orthogonal to the first rotation axis 6 (radial direction of the mold 4), the second rotation axis 11 is actually required. The number of rotations tends to be larger than the number of rotations N2. The thickness of the outer shell layer 13 can be adjusted by using electromagnetic force in addition to controlling the rotational speeds N1 and N2 of the mold 4.

次に、上述のような遠心鋳造法によって、外殻層の内面を凹面状に形成した複合ロールの特徴について、数値計算例を用いて説明する。図５および図６は、図３（ａ）に模式的に示した、従来の遠心鋳造法による、外殻層１３の内面が平坦面に形成されたハイス系複合ロールＲＡ（ハイスロール、図３（ｂ））、および、図２および図４（ａ）に模式的に示した、実施形態の遠心鋳造法を用いた製造法による、外殻層１３の内面が凹面状に形成されたハイス系複合ロールＲＢを（ハイスロール、図４（ｂ））、それぞれ熱延ミルの仕上げ圧延機列最終スタンドのワークロールとして用いた場合の、代表的な圧延条件について、ロール表面温度分布および発生したサーマルクラウンを比較してそれぞれ示したものである。従来の複合ロールＲＡ、実施形態の複合ロールＲＢともにロール径はφ８００ｍｍで、従来の複合ロールＲＡの外殻層１３の厚みは５０ｍｍ一様であり、実施形態の複合ロールＲＢの外殻層１３は、その厚みが、外殻層のロール軸方向中央部で３０ｍｍ、同端部で７０ｍｍの凹面状に形成されている。図５から、外殻層１３の厚みが一定である従来の複合ロールでは、熱伝導率が小さいハイス系材料で形成された外殻層１３の中央部（ＷＲセンター、即ちロールバレル中央部）から両側へ広がる、圧延材と接触する領域の温度が高く、この領域にロール側に流入した熱量が蓄積していることがわかる。一方、実施形態の、外殻層１３の内面を凹面状に形成した複合ロールでは、ロールバレル中央部（ＷＲセンター）で外殻層１３が従来の複合ロールよりも薄く形成されているため、ロール半径方向の熱抵抗が小さくなり、ロール側への入熱が芯材１４へ拡散しやすくなる。それにより、圧延材と接触する領域の外殻層での熱量の蓄積が低減して、ロールバレル中央部の表面温度は、外殻層１３の厚みが一定である従来の複合ロールの場合よりも低くなる。これとは逆に、外殻層１３の圧延材と接触しない領域では、とくに、ロールバレル端部域では、熱伝導率の低い外殻層１３の厚みが厚く形成されているため、ロール側への入熱が芯材１４の方へ拡散しにくくなり、外殻層の厚みが一定の従来の複合ロールに比べて蓄積する熱量が増える。それにより、ロールバレル端部域の表面温度は、従来の複合ロールよりもむしろ上昇する傾向を示す。それにより、ロールバレル中央部から端部にかけての温度分布は、従来の複合ロールに比べて小さくなることがわかる。   Next, the characteristics of the composite roll in which the inner surface of the outer shell layer is formed in a concave shape by the centrifugal casting method as described above will be described using numerical calculation examples. FIGS. 5 and 6 schematically illustrate a high-speed composite roll RA (high-speed roll, FIG. 3) in which the inner surface of the outer shell layer 13 is formed as a flat surface by a conventional centrifugal casting method schematically illustrated in FIG. (B)), and a high speed system in which the inner surface of the outer shell layer 13 is formed in a concave shape by the manufacturing method using the centrifugal casting method of the embodiment schematically shown in FIG. 2 and FIG. Regarding the typical rolling conditions when the composite roll RB is used as the work roll of the final stand of the hot rolling mill (high-speed roll, FIG. 4B), the roll surface temperature distribution and the generated thermal The crowns are shown in comparison. The roll diameter of both the conventional composite roll RA and the composite roll RB of the embodiment is 800 mm, and the thickness of the outer shell layer 13 of the conventional composite roll RA is uniform 50 mm. The outer shell layer 13 of the composite roll RB of the embodiment is The thickness of the outer shell layer is 30 mm at the center in the roll axis direction and 70 mm at the same end. From FIG. 5, in the conventional composite roll in which the thickness of the outer shell layer 13 is constant, from the central portion (WR center, that is, the central portion of the roll barrel) of the outer shell layer 13 formed of a high-speed material having a low thermal conductivity. It can be seen that the temperature of the region in contact with the rolled material spreading to both sides is high, and the amount of heat flowing into the roll is accumulated in this region. On the other hand, in the composite roll in which the inner surface of the outer shell layer 13 is formed in a concave shape according to the embodiment, the outer shell layer 13 is formed thinner than the conventional composite roll at the center of the roll barrel (WR center). The heat resistance in the radial direction is reduced, and heat input to the roll side is easily diffused into the core material 14. Thereby, the accumulation of heat in the outer shell layer in the region in contact with the rolled material is reduced, and the surface temperature of the central part of the roll barrel is lower than in the case of the conventional composite roll in which the thickness of the outer shell layer 13 is constant. Lower. On the contrary, in the region where the outer shell layer 13 is not in contact with the rolled material, particularly in the end portion of the roll barrel, the outer shell layer 13 having a low thermal conductivity is formed thick, so that Heat input is less likely to diffuse toward the core material 14, and the amount of heat accumulated is increased compared to a conventional composite roll having a constant thickness of the outer shell layer. Thereby, the surface temperature of the roll barrel end region tends to increase rather than the conventional composite roll. Thereby, it turns out that the temperature distribution from a roll barrel center part to an edge part becomes small compared with the conventional composite roll.

ロールのサーマルクラウン、即ち熱膨張したロールプロファイルは、ロール軸方向（ｚ方向）の熱膨張量Ｕ（ｚ）から求めることができ、この熱膨張量熱膨張量Ｕ（ｚ）は、（１）式から算出することができる。   The thermal crown of the roll, that is, the thermally expanded roll profile, can be obtained from the thermal expansion amount U (z) in the roll axial direction (z direction). This thermal expansion amount U (z) is (1) It can be calculated from the formula.

Figure 2006095564
Figure 2006095564

ここで、Ｒはロール半径を、ｒおよびｚは、ロールの半径方向および軸方向の座標を、αはロールの線膨張係数を、νはポアソン比を、Ｔ（ｒ，ｚ）は、座標（ｒ，ｚ）におけるロール温度をそれぞれ表す。（１）式の右辺の積分値は数値計算により求めることができる。前記複合ロールの場合には、その際、温度Ｔ（ｒ，ｚ）のｒ、即ちロール半径方向の座標が外殻層にある場合には、線膨張係数αは外殻層の線膨張係数α１を、芯材にある場合には芯材の線膨張係数α２を用いる。また、ポアソン比νは、鋼系材料では、ほぼ一定値（ν≒０．３）を用いることができる。   Where R is the roll radius, r and z are the radial and axial coordinates of the roll, α is the linear expansion coefficient of the roll, ν is the Poisson's ratio, and T (r, z) is the coordinate ( r, z) represents the roll temperature. The integral value on the right side of the equation (1) can be obtained by numerical calculation. In the case of the composite roll, when the temperature T (r, z) r, that is, the coordinate in the roll radial direction is in the outer shell layer, the linear expansion coefficient α is equal to the linear expansion coefficient α1 of the outer shell layer. Is used as the core material, the linear expansion coefficient α2 of the core material is used. The Poisson's ratio ν can be a substantially constant value (ν≈0.3) for steel materials.

図６は、実施形態および従来のそれぞれのハイス系複合ロール（ハイスロール）について、（２）式を用いて算出したサーマルクラウンを示したものである。実施形態の複合ロールでは、図５に示したように、従来の複合ロールに比べて、ロールバレル中央部での表面温度が低下し、ロールバレル端部域での表面温度が上昇する結果、ロールバレル全体としては温度分布が小さくなり、ロールバレル中央部の熱膨張量は、従来の複合ロールでは３４０μｍ程度であるのに対して、実施形態の複合ロールでは２５０μｍ程度と２０％以上減少し、サーマルクラウンが抑制される。その結果、図７に示すように、従来の複合ロールでは、ロールベンディング力の設定を下限値にしても中伸びは修正できなかったが、実施形態の複合ロールでは、ロールベンディング力設定値の上下限の範囲内で、中伸びも耳波も発生しない平坦制御を行うことが可能となり、平坦な板材を得ることができる。それにより、熱延ミルの仕上げ圧延機列の最終スタンドまでハイス系複合ロールの使用が可能となる。   FIG. 6 shows thermal crowns calculated using the formula (2) for each of the embodiment and conventional high-speed composite rolls (high-speed rolls). In the composite roll of the embodiment, as shown in FIG. 5, the surface temperature at the center part of the roll barrel decreases and the surface temperature at the end part of the roll barrel increases as compared with the conventional composite roll. The temperature distribution of the barrel as a whole becomes smaller, and the thermal expansion amount at the center of the roll barrel is about 340 μm in the conventional composite roll, whereas it is about 250 μm in the embodiment of the composite roll, which is reduced by 20% or more. Crown is suppressed. As a result, as shown in FIG. 7, in the conventional composite roll, the medium elongation could not be corrected even if the roll bending force was set to the lower limit value. Within the lower limit range, it is possible to perform flatness control that does not generate middle elongation or ear waves, and a flat plate material can be obtained. Thereby, it is possible to use the high-speed composite roll up to the final stand of the finishing rolling mill row of the hot rolling mill.

この発明は、耐摩耗性および強靭性等の材質特性を兼ね備え、サーマルクラウンが低減するハイス系複合ロールの製造に利用することができ、このような複合ロールは、熱延ミルの仕上げ圧延機列の最終スタンドにまで適用可能である。   The present invention has material properties such as wear resistance and toughness, and can be used for the production of a high-speed composite roll in which a thermal crown is reduced. It can be applied to the final stand.

液体を円筒状容器に入れてその中心軸の周りに回転させたときの液面形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a liquid level shape when putting a liquid in a cylindrical container and rotating it around the central axis. 実施形態の複合ロールの製造方法を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the manufacturing method of the composite roll of embodiment. （ａ）従来の遠心鋳造法を模式的に示す説明図である。（ｂ）従来の遠心鋳造法による複合ロールの構造を模式的に示す説明図である。(A) It is explanatory drawing which shows the conventional centrifugal casting method typically. (B) It is explanatory drawing which shows typically the structure of the composite roll by the conventional centrifugal casting method. （ａ）実施形態の、鋳型を２軸の周りにそれぞれ回転させる遠心鋳造法を模式的に示す説明図である。（ｂ）実施形態の遠心鋳造法による複合ロールの構造を模式的に示す説明図である。(A) It is explanatory drawing which shows typically the centrifugal casting method of each rotating a casting_mold | template about 2 axes | shafts of embodiment. (B) It is explanatory drawing which shows typically the structure of the composite roll by the centrifugal casting method of embodiment. 従来および実施形態の複合ロールの、圧延直後の表面温度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the surface temperature distribution immediately after rolling of the composite roll of the past and embodiment. 従来および実施形態の複合ロールのサーマルクラウンの推定結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the estimation result of the thermal crown of the composite roll of the prior art and embodiment. 従来および実施形態の複合ロールを用いた場合の板平坦度の予測結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the prediction result of the plate | board flatness at the time of using the composite roll of the past and embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１・・・容器
２・・・中心軸
３・・・液面
４・・・鋳型
４ａ・・・内壁面
４ｂ・・・端壁面
５、５ａ・・・伝達部材
６・・・第１の回転軸
７、７ａ・・・モータ
８・・・ターンテーブル
９・・・伝動ベルト
１０・・・回転ディスク
１１・・・第２の回転軸
１２・・・注入箱
１３・・・外殻層
１４・・・芯材
ＲＡ・・・複合ロール（従来技術）
ＲＢ・・・複合ロール（実施形態）

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Container 2 ... Center axis 3 ... Liquid level 4 ... Mold 4a ... Inner wall surface 4b ... End wall surface 5, 5a ... Transmission member 6 ... 1st rotation Shaft 7, 7a ... Motor 8 ... Turntable 9 ... Transmission belt 10 ... Rotating disk 11 ... Second rotating shaft 12 ... Injection box 13 ... Outer shell layer 14 ..Core material RA ... Composite roll (conventional technology)
RB ... Composite roll (embodiment)

Claims (3)

遠心鋳造法により形成した外殻層と、この外殻層と一体に溶着した芯材とからなる複合ロールの製造方法であって、前記外殻層を形成する鋳型を、前記複合ロールの中心軸に対応する第１の回転軸の周りに回転させると同時に、前記鋳型の第１の回転軸方向中央の位置で、この第１の回転軸に直交する第２の回転軸の周りに回転させ、前記外殻層の肉厚を、複合ロールの中心軸方向に沿って第２の回転軸から遠ざかるにつれて厚く形成するようにしたことを特徴とする複合ロールの製造方法。   A method of manufacturing a composite roll comprising an outer shell layer formed by a centrifugal casting method and a core material welded integrally with the outer shell layer, wherein the mold forming the outer shell layer is a central axis of the composite roll. At the same time as rotating around the second rotation axis perpendicular to the first rotation axis at the central position in the first rotation axis direction of the mold, A method of manufacturing a composite roll, characterized in that the thickness of the outer shell layer is formed to increase with increasing distance from the second rotation axis along the central axis direction of the composite roll. 遠心鋳造法により形成した外殻層と、この外殻層と一体に溶着した芯材とからなる複合ロールであって、前記外殻層を形成する鋳型を、前記複合ロールの中心軸に対応する第１の回転軸の周りに回転させると同時に、前記鋳型の第１の回転軸方向中央の位置で、この第１の回転軸に直交する第２の回転軸の周りに回転させることにより、複合ロールの中心軸方向に沿って第２の回転軸から遠ざかるにつれて肉厚が厚く形成された外殻層を有することを特徴とする複合ロール。   A composite roll comprising an outer shell layer formed by centrifugal casting and a core material welded integrally with the outer shell layer, and a mold for forming the outer shell layer corresponds to a central axis of the composite roll By rotating around the first rotation axis and at the same time rotating around the second rotation axis perpendicular to the first rotation axis at the center position in the first rotation axis direction of the mold, A composite roll comprising an outer shell layer having a thickness that increases with increasing distance from the second rotation axis along the central axis direction of the roll. 前記外殻層がハイス系材料からなることを特徴とする請求項２に記載の複合ロール。

The composite roll according to claim 2, wherein the outer shell layer is made of a high-speed material.

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