JP2008100271A - 熱間圧延巻取り設備用のロール及びその調整方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼板を熱間圧延する際の巻取り設備に使用されるロールであって、前記ロールの胴部表面には、下地硬化肉盛層3と金属溶射層2とが形成されてなり、金属溶射層2は、母材層と、前記母材層中に分散された炭化物粒子とから構成され、金属溶射層2の表面において前記炭化物粒子の一部が前記母材層の表面よりも突出していることを特徴とする熱間圧延巻取り設備用のロール1を採用する。
【選択図】図1
Description
このような巻取り設備において使用される各種ロールに要求される主な性能には、上記の耐腐食性、耐摩耗性の他にも、鋼板に対する摩擦グリップ力および耐疵つき性(スリップ疵・焼付き疵)等がある。
ピンチロール111、102及びラッパーロール106〜109は、その前後の設備である仕上げ圧延機とコイラー101との間における高温鋼板110の張力調整、搬送、方向転換を行ない、コイラー101での鋼板110の円滑な巻取りおよび巻き形状を整える役割を担っている。
また、ロール交換後、最初の数日間は普通炭素鋼板のみを通板し、その後ステンレス鋼板を通板させても焼付き疵が目立って発生しないことも確認された。
さらに、ロールの溶射材料がNiCrを母相とする場合に焼付き疵の発生が顕著に認められ、Fe基、Co基の場合は特に問題とならなかった。
(1)溶射材の母相としてNiCr合金を使用し、鋼板としてステンレス鋼を用いた場合には、共にNiとCrを多量に含有する類似成分系であるため、焼付きやすい。
(2)ロールの表面が平滑面であると、金属溶射層の母相(たとえばNiCr合金)と、ステンレス鋼が直接接触しやすく、焼付きが多発しやすい。
(3)このロールを一定期間使用すると、軟質な母相(NiCr合金)が優先的に磨耗されて炭化物粒子がロール表面に突出する。そのため、母相とステンレス鋼とが直接接触しないので焼付きが発生しなくなる。
本発明の熱間圧延巻取り設備用のロールは、鋼板を熱間圧延する際の巻取り設備に使用されるロールであって、前記ロールの胴部表面には、下地硬化肉盛層と金属溶射層とが形成されてなり、前記金属溶射層は、母材層と、前記母材層中に分散された炭化物粒子とから構成され、前記金属溶射層の表面において前記炭化物粒子の一部が前記母材層の表面よりも突出していることを特徴とする。
また、本発明の熱間圧延巻取り設備用のロールにおいては、前記母材層がNi基合金、Co基合金、Fe基合金のうちのいずれかであり、前記炭化物粒子が、WC、WmCn、Cr3C2、NbC、VC、MoC、TiC、SiCのうちのいずれか1種以上の炭化物からなることが好ましい。
また上記の熱間圧延巻取り設備用のロールによれば、炭化物粒子がWC、WmCn、Cr3C2等の高硬度材料から構成されるので、鋼板がロールと接触した際にも炭化物粒子自体の摩耗量が少なく、また、焼き付きの発生もなく、これによりロールの長寿命化を図ることができる。
また、上記のロールによれば、ロール表面に金属溶射層が形成されているので、ロールの耐摩耗性、耐腐食性、摩擦グリップ力及び耐疵つき性の向上を図ることができる。
本発明における「研磨」とは、機械研磨、化学研磨、電解研磨に代表される全ての研磨を含む。機械研磨としては、例えばエメリーペーパー、砥石、鋼製ブラシを使う方法、ショットのような噴射加工を施す方法等が挙げられる。本発明の目的が実現可能な研磨であれば、特に限定しないが、特に、エメリーペーパーの使用が、粒度調節の自由度、簡便性、経済性の面で最も好ましい。
また本発明の熱間圧延巻取り設備用のロールの調整方法においては、前記母材層がNi基合金、Co基合金、Fe基合金のうちのいずれかであり、前記炭化物粒子が、WC、WmCn、Cr3C2、NbC、VC、MoC、TiC、SiCのうちのいずれか1種以上の炭化物からなることが好ましい。
また上記の熱間圧延巻取り設備用のロールの調整方法によれば、炭化物粒子がWC、WmCn、Cr3C2等の高硬度材料から構成されるので、鋼板がロールと接触した際にも炭化物粒子自体の摩耗量が少なく、これによりロールの長寿命化を図ることができる。
また、炭化物粒子の一部を母材層の表面より突出させる手段として、エメリーペーパーによる研磨法を採用することで、母材層の表面が炭化物粒子よりも比較的優先的に研磨され、金属溶射層の表面が平坦面に形成される虞が少なく、炭化物粒子の一部を母材層の表面より突出させた仕上げ面を容易に形成させることができる。
図1(a)には、本実施形態の熱間圧延巻取り設備用のロール(以下、ロールと表記する)の模式図を示し、図1(b)には、図1(a)の符号Aに示す部分の拡大断面模式図を示す。
本実施形態のロール1は、鋼板の熱間圧延工場の巻取り設備に備えられるピッチロールまたはラッパーロールのいずれか一方または両方に適用されるものであって、図1に示すように、ロール胴部を構成するロール本体部4と、ロール本体部4に積層された下地硬化肉盛層3と、下地硬化肉盛層3に積層された金属溶射層2とから概略構成されている。
また、下地硬化肉盛層3は、例えば、ショアー硬度Hs50以上の比較的低炭素な鋼から構成されている。この下地硬化肉盛層3は、組織をマルテンサイト化するための高Cr、Mo、V等を含有した溶接材料を使用して肉盛溶接することで形成される。
下地硬化肉盛層3のショアー硬度Hsが50未満であると、ロール1に対する負荷荷重、走行通過材である鋼板の衝撃によるロール1表面の凹み変形、曲げ歪みに対する耐久性が得られない。ショアー硬度Hsを50以上にするには、下地硬化肉盛層3の形成後に、全体熱処理を行えばよい。
また、下地硬化肉盛層3の厚さは、片肉3mm以上とすることが好ましい。片肉3mm未満ではロール1に対する負荷荷重、走行通過材である鋼板の衝撃によるロール1表面の凹み変形、曲げ歪みに対する耐久性が得られない。
金属溶射層2における炭化物粒子の含有率は3〜60質量%の範囲が好ましい。炭化物粒子の含有率をこの範囲とすることで、ロール1の耐摩耗性を著しく向上させることができる。炭化物粒子の含有率が前記範囲の下限値未満になると、炭化物粒子が少なすぎて耐磨耗性が得られず好ましくない。一方、含有率が前記範囲の上限値を超えると、ロール1の製作コストが高く経済的でないばかりか、金属溶射層2自体の靭性低下によって製作過程で割れ発生が懸念されるので好ましくない。
また、炭化物粒子の粒径は、3μm〜300μmの範囲が好ましく、30μm〜300μmの範囲がより好ましく、50〜100μmの範囲が特に好ましい。炭化物粒子の粒径が前記範囲の下限値未満になると、金属溶射層2内部での炭化物粒子の均一分散が困難となり、偏析を生じて表面硬度が一様ではなくなり偏磨耗の原因となる。一方、炭化物粒子の粒径は、大きいほど耐磨耗性および摩擦係数は向上して好ましくなるが、前記範囲の上限値を超えると、処理後の鋼板の表面に擦り疵が目立つようになり、鋼板の外観品質を損なう結果となるので好ましくない。
また炭化物粒子のビッカース硬度Hvは、1000以上が好ましい。ビッカース硬度Hvが前記の範囲より少ないと、ロール1の耐摩耗性が著しく低下するので好ましくない。
炭化物粒子の材質としては、WC、WmCn、Cr3C2、NbC、VC、MoC、TiC、SiCのうちのいずれか1種以上の炭化物を例示することができる。
耐熱性及び耐衝撃性を備えた材料としては、Ni基合金、Co基合金、Fe基合金のうちのいずれかを例示することができ、具体的にはNiCr合金を例示できる。
また、母材層のビッカース硬度Hvは上述のとおり200以下の範囲が好ましい。母材層のビッカース硬度Hvが前記範囲を超えると、後述するように炭化物粒子の一部を母材層表面よりも突出させることが困難になる。
図2に示すように、金属溶射層2の表面においては、炭化物粒子2aの一部が母材層2bの表面2b1よりも突出した状態になっている。炭化物粒子2aの平均突出高さは2μm〜30μmの範囲とされている。ここで平均突出高さとは、母材層2bの表面2b1から炭化物粒子2aの最頂部までの高さの平均値である。平均突出高さが上記範囲の下限値未満であると、鋼板の焼き付きを防止できなくなるので好ましくない。また、平均突出高さが上記範囲の上限値を超えると、炭化物粒子2aが突出し過ぎて炭化物粒子2aの母材層2bに対する接合力が低下し、炭化物粒子2aが脱落しやすくなるので好ましくない。
また、金属溶射層2の母材層2bの表面2b1における炭化物粒子2aの密度は20個/mm2〜300個/mm2の範囲が好ましい。炭化物粒子2aの密度は、例えば母材層2bの表面2b1の単位面積当たりの炭化物粒子2aの数を、電子顕微鏡等で観察しながら計測することで求めることができる。炭化物粒子2aの密度が前記範囲の下限値未満であると、鋼板に接触する炭化物粒子の数が減少してロール自体の耐摩耗性が低下すると共に、焼き付きが防止できなくなるので好ましくない。また、炭化物粒子2aの密度が前記範囲の上限値を超えると、ロール1の製作コストが高く経済的でないばかりか、金属溶射層2自体の靭性低下によって製作過程で割れ発生が懸念されるので好ましくない。
まず、ロール本体部4に、下地硬化肉盛層3と金属溶射層2とを順次積層させてロールを形成する。
ロール本体部4に下地硬化肉盛層3を積層するには、上述したように、組織をマルテンサイト化するための高Cr、Mo、V等を含有した溶接材料を使用して肉盛溶接することで形成する。下地硬化肉盛層3の厚みは少なくとも3mm以上にすることが好ましい。下地硬化肉盛層3を形成した後には、全体熱処理を行って、下地硬化肉盛層3のショアー硬度Hsを50以上にする。
金属溶射層2の厚みは0.5mm以上あればよい。また、金属溶射層2の表面が平滑面になるように砥石やグラインダー等で研磨を行っても良い。このようにして調製された金属溶射層は、図3に示すように、表面が平滑面となり、母材層2b中には炭化物粒子2aが分散された状態になっている。
このロール1を、熱間圧延工程における巻取設備のピンチロール及びラッパーロールに適用し、この巻取設備を用いて圧延鋼板をコイル状に成形するには、まず、圧延鋼板をピンチロールで挟み込んでから鋼板先端をラッパーロール近傍まで送り出し、ラッパーロールによって鋼板先端をマンドレルに押し付け、圧延鋼板がマンドレルに1周以上巻き付くまでラッパーロールで鋼板を固定し続け、その後、ラッパーロールによる固定を解除することで、圧延鋼板がマンドレルにコイル状に巻き付けられる。
まず、炭素鋼(S45C鋼)からなるロール本体部を用意し、このロール本体部の表面に、C:0.25%、Si:0.3%、Mn:1.2%、Cr:13%、Mo:0.6%、Ni:1.3%及び残部Feからなる厚み9mmの下地硬化肉盛層3を溶接法により形成した。下地硬化肉盛層3の形成後に全体を熱処理して下地硬化肉盛層のショアー硬度HSを50以上にした。
次に、NiCr合金(Ni:57%、Cr:12.3%、残部:30.7%)を母材層とし、WCを炭化物粒子とする厚さ1.5mmの金属溶射層を形成した。尚、WC粒子の粒径は50〜100μmの範囲であり、WC粒子の金属溶射層における含有率は10〜30%であり、母材層のビッカース硬度Hvは200であり、炭化物粒子のHvは1600であった。また、金属溶射層の形成後に、その表面をロールグラインダーによって研削して平滑面とした。
一方、図7に示すように、試験後の実施例1のロール表面には、肉眼で目視できる程度の焼き付き痕は発見されなかった。また、ロール表面のプロファイルを測定したところでは、焼き付きによるものと見られる高さ5μm程度の小さなプロファイルピークが所々に見られたものの、そのピーク幅は非常に狭く、問題になる程度の大きさの焼き付きではなかった。
Claims (5)
- 鋼板を熱間圧延する際の巻取り設備に使用されるロールであって、
前記ロールの胴部表面には、下地硬化肉盛層と金属溶射層とが形成されてなり、
前記金属溶射層は、母材層と、前記母材層中に分散された炭化物粒子とから構成され、前記金属溶射層の表面において前記炭化物粒子の一部が前記母材層の表面よりも突出していることを特徴とする熱間圧延巻取り設備用のロール。 - 前記母材層がNi基合金、Co基合金、Fe基合金のうちのいずれかであり、前記炭化物粒子が、WC、WmCn、Cr3C2、NbC、VC、MoC、TiC、SiCのうちのいずれか1種以上の炭化物からなることを特徴とする請求項1に記載の熱間圧延巻取り設備用のロール。
- 鋼板を熱間圧延する際の巻取り設備に使用されるロールの調整方法であって、
胴部表面に、下地硬化肉盛層と金属溶射層とが形成され、前記金属溶射層は、母材層と、前記母材層中に分散された炭化物粒子とから構成されてなるロールを用意し、
前記ロールの表面を研磨することによって、前記金属溶射層の表面において前記炭化物粒子の一部を前記母材層の表面よりも突出させることを特徴とする熱間圧延巻取り設備用のロールの調整方法。 - 前記母材層がNi基合金、Co基合金、Fe基合金のうちのいずれかであり、前記炭化物粒子が、WC、WmCn、Cr3C2、NbC、VC、MoC、TiC、SiCのうちのいずれか1種以上の炭化物からなることを特徴とする請求項3に記載の熱間圧延巻取り設備用のロールの調整方法。
- 前記ロールの表面を研磨する際に、エメリーペーパーを使用することを特徴とする請求項3に記載の熱間圧延巻取り設備用のロールの調整方法。
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