熱間圧延巻取り設備用のロール及びその調整方法
【課題】鋼板の種類によらずに、焼き付き疵の発生を防止することが可能な熱間圧延巻取り設備用のロール及びその調整方法を提供する。
【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。
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延巻取り設備用のロール及びその調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延工場の巻取り設備で使用されるピンチロールやラッパーロールは、冷却水および９００℃にも及ぶ高温鋼板と接触しており、熾烈な腐食環境に曝されている。また、特にピンチロールは、鋼板との摺動および鋼板突入時の衝撃によって摩耗しやすい状況になる。
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。
【０００３】
巻取り設備の各ロール構成は、図８に示すように、仕上げ圧延機において規定寸法に圧延された４００〜９００℃の高温鋼板１１０を巻取ってコイルに形成する設備において、1基または複数基のコイラー１０１（図８では１基）を備えており、各コイラー１０１の入側に位置する上・下ピンチロール１１１，１０２と、各コイラー１０１のマンドレル１０５周辺に位置する４本のラッパーロール１０６〜１０９で概略構成されている。
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。
【０００４】
図８に示されるピンチロール１１１、１０２の表面は、上ピンチロール１１１の圧下を伴った高温鋼板１１０との接触、摺動および冷却水による腐食により摩耗する。一方、ラッパーロール１０６〜１０９も、同様の過酷な条件下で使用される。前記のピンチロール１１１の摩耗によってピンチロール１１１のロール胴部の形状が変化した場合、高温鋼板１１０に対するピンチ力および圧下力の変動を伴い、巻取り形状の崩れおよび疵発生の原因となることから、各ロール１１１、１０２、１０６〜１０９は通常1ヵ月間程度の短寿命取り替えが行なわれており、設備稼動率および修繕費用面で大きな損失を生じている。また、高温鋼板１１０をピンチおよび搬送するためには、ロール表面の摩擦係数の確保が必要であり、この値が低い場合には、高温鋼板とロール表面間において激しいスリップや焼付きを生じる。特にピンチロール１１１、１０２等の表面に焼付き疵がつくと、後続の鋼板に対してその疵を次々と転写させてしまい、鋼板の外観品質が著しく損なわれて問題視されていた。
【０００５】
従来、これらのロールにおいては表面硬化の目的で、溶接肉盛、鋳かけ、鍛造等の方法が採用されていたが、最近では、下記特許文献１〜５に示すように、鋼製ロールの表面に溶射層を形成させてなるロールが、耐摩耗性及び耐疵付き性の面で非常に優れており、注目されている。
【特許文献１】特開平８−１２１４６４号公報
【特許文献２】特開平９−６７０５４号公報
【特許文献３】特開平１１−２６７７３１号公報
【特許文献４】特開昭５９−１６３０２０号公報
【特許文献５】特開昭６３−３１７２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１〜３に記載された内容によれば、これらの各文献には、タングステンカーバイド等の炭化物粒子が分散された自溶合金溶射層が形成されてなるロールが開示されている。このロールは、普通炭素鋼板を対象とする場合は、先に述べた巻取り設備に求められるロール性能や優れた耐久性を具備しており、何ら問題なく使用することが可能である。ところが、ステンレス鋼板を処理材として通板した場合には、ロールの交換直後から最初の１日目の間に、鋼板に焼付き疵が多発する現象が認められた。そしてこの期間を経過した後は、新たな焼付き疵が発生しないことも確認された。
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。
【０００７】
また、上記特許文献４では、Ｃｒ-Ｍｏ-Ｎｉ合金系のピンチロールを用いてチタンおよびステンレス鋼等の鋼板を巻き取る場合に焼付き疵が発生する問題に対して、ピンチロール表面に耐焼付け性材料を溶射することによって、焼付き疵の発生が防止可能とされている。しかし、先に述べたように、特定条件に限られた初期焼付きに関する開示はなく、この解決手段のみでは本技術課題を解消できない。
【０００８】
更に、上記特許文献５では、ピンチロールの近傍にポリッシャーを配置させ、鋼板がピンチロールにかみこまれる前後から鋼板先端が巻取り機に到達するまでの間に、前記のポリッシャーによってピンチロールを研磨する方法が開示されている。しかし、ポリッシャーをピンチロールの近傍に配置するとともにその動作を制御するには、追加の設備投資が必要であり、現実的ではない。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、鋼板の種類によらずに、焼き付き疵の発生を防止することが可能な熱間圧延巻取り設備用のロール及び熱間圧延巻取り設備用のロールの調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らが鋭意研究を行ったところ、特に初期の焼き付き疵の発生メカニズムとして、以下の３つの事象が考えられることに至った。
（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。
【００１１】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、上記の目的を達成すべく以下の構成を採用した。
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。
【００１２】
上記の熱間圧延巻取り設備用のロールによれば、ロール表面に金属溶射層が形成され、金属溶射層の表面において炭化物粒子の一部が母材層の表面よりも突出しているので、鋼板がロールに接触した際には主に炭化物粒子による突出部が鋼板と接触し、鋼板と母材層との接触が妨げられる。これにより、鋼板の一部がロール側に焼き付くおそれが少なくなり、ロール表面が常にきれいな状態に保たれ、後に続いて供給される鋼板に対して焼き付疵を転写させる虞がない。
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。
【００１３】
次に本発明の熱間圧延巻取り設備用のロールの調整方法は、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。
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。
【００１４】
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、ロール表面の金属溶射層において炭化物粒子の一部を母材層の表面よりも突出させるので、鋼板がロールに接触した際には主に炭化物粒子による突出部が鋼板と接触し、鋼板と母材層との接触が妨げられる。これにより、鋼板の一部がロール側に焼き付く虞が少なくなり、ロール表面が常にきれいな状態に保たれ、後に続いて供給される鋼板に対して焼き付疵を転写させる虞がない。
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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱間圧延巻取り設備におけるロールの初期焼付き現象を極めて簡便な方法で防止することが可能であり、鋼板の外観品質を損なうことなく、ロール交換の頻度を少なくすることが可能である。その結果、熱間圧延工場の設備稼働率および修繕コストを改善することが実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
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。
【００１７】
ロール本体部４は、例えば炭素鋼からなるものであって、内部に空間部を有する中空ロールであっても良く、内部に空間部を有しない中実ロールであっても良い。
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。
【００１８】
次に、金属溶射層２は、母材層と、この母材層中に分散された炭化物粒子とから概略構成されている。
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。
【００１９】
次に、金属溶射層２を構成する母材層は、溶射によって下地硬化肉盛層３上に均一な溶射層を形成可能なものであれば、どのようなものでも良いが、高温の鋼板と接触することから、ある程度の耐熱性と耐衝撃性を備え、かつビッカース硬度Ｈｖが２００以下程度のものが好ましい。
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。
【００２０】
次に、金属溶射層２の厚みは、０．５ｍｍ以上の範囲が好ましく、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲がより好ましい。金属溶射層２の厚みが上記範囲の下限値未満であると、鋼板とロール１との接触による摩耗によって金属溶射層２が早期に摩耗してしまい、ロール１の寿命が大幅に短くなってしまうので好ましくない。また、金属溶射層２の厚みが上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なるので好ましくない。
【００２１】
次に図２には、本実施形態のロール１の金属溶射層の要部を断面模式図で示す。
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。
【００２２】
次に、本実施形態のロール１の調整方法について説明する。
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。
【００２３】
次に、下地硬化肉盛層３の上に、金属溶射層２を溶射法により形成する。溶射の手段としては、自溶合金溶射法、高速ガス溶射法およびプラズマ溶射法等が挙げられるが、巻取設備における各ロールにおいては、圧延鋼板の突入時の衝撃および熱衝撃、圧下による転動疲労に金属溶射層２が耐えうること、ならびに耐ビードマーク性が要求されることから、下地硬化肉盛層３との冶金結合および成分・組織偏析の発生しない施工法が有効であり、従って本実施形態においては自溶合金溶射法を採用することが望ましい。
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。
【００２４】
次に、金属溶射層２の表面に対して、研磨による粗面化処理を行う。この粗面化処理によって、図２に示すように、炭化物粒子２ａの一部を母材層２ｂの表面２ｂ１よりも突出させた状態にする。
【００２５】
研磨による粗面化処理を行う場合には、エメリーペーパーのような、比較的柔軟な基材に砥粒が接着されてなる研磨材を用いて金属溶射層２の表面を粗面化させると良い。こうした研磨材を用いて金属溶射層２を研磨すると、比較的低硬度（Ｈｖ≦２００）な母材層２ｂの表面が研磨され、比較的高硬度（１０００≦Ｈｖ）な炭化物粒子２ａがそのまま残される。研磨を続けることによって、炭化物粒子２ａの平均突出高さが次第に高くなり、ついには平均突出高さが所望の範囲となる。この時点で研磨を止めることで、図２に示すように、炭化物粒子２ａの一部が母材層２ｂの表面２ｂ１よりも突出された状態になる。ここで、エメリーペーパーではなく、硬質の基材に砥粒が接着されてなる研磨材や、砥石等を用いて研磨することも可能であるが、その仕上がりの良否は炭化物粒子の平均直径・密度等に左右されやすく、作業員の熟練度を必要とする。不適切な研磨方法では、研磨の際の摩擦力によって炭化物粒子が脱落してしまい、金属溶射層２の表面に、研磨材を構成する基材や砥石の表面形状が転写された状態になり、炭化物粒子２ａの一部が突出した表面形状を形成できなくなる虞がある。
【００２６】
上記の方法によって調整されたロール１は、ロールの胴部表面に下地硬化肉盛層３と金属溶射層２とが形成され、金属溶射層２の表面において炭化物粒子２ａの一部が母材層２ｂの表面２ｂ１よりも突出されたものとなる。
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。
【００２７】
上記の工程において、最初のピンチロールには、仕上げ圧延機から高速度で送りだされた４００〜９００℃程度の高温の圧延鋼板が衝突し、その一方で冷却のためにピンチロールにはその近傍に設置されたスプレーノズルから冷却水が吹きつけられる。この時、特に金属溶射層の母材層と似た組成の圧延鋼板が供給された場合には、圧延鋼板と金属溶射層の母材層との親和性によって圧延鋼板の一部が金属溶射層に焼き付いてしまう虞があるところ、本実施形態のロール１においては、炭化物粒子２ａが母材層２ｂの表面２ｂ１より突出しているので、圧延鋼板が炭化物粒子２ａのみに接触し、母材層２ｂと接触する可能性が小さく、これによりたとえ鋼板組成と母材層２ｂの組成とが近似していたとしても、圧延鋼板によるロール１への焼き付きが防止される。また、ロール１への焼き付きが防止されることで、後続の圧延鋼板に対して焼き付き疵を転写させることがなく、圧延鋼板の外観品質を高めることができる。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例により本発明について更に詳細に説明する。
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。
【００２９】
次に、エメリーペーパーを用いて金属溶射層の表面を研磨して粗面化した。尚、エメリーペーパーは一般の市販品で差し支えない。その粒度や湿式・乾式の種類は特に限定しないが、炭化物粒子の平均粒径、母材層と炭化物粒子の材質等に応じて適宜選択すると良い。粗面化作業は、炭化物粒子の平均突出高さが５μｍ程度になるまで行った。このようにして、金属溶射層の表面において、炭化物粒子の一部が母材層の表面よりも突出されてなる実施例１のロールを製造した。
【００３０】
また、エメリーペーパーを用いた粗面化処理を行わなかったこと以外は上記実施例１と同様にして、比較例１のロールを製造した。
【００３１】
実施例１及び比較例１のロールについて、金属溶射層の表面を光学顕微鏡により観察すると共に、金属溶射層の表面の凹凸形状のプロファイルをプロファイルメータにより測定した。比較例１の光学顕微鏡写真及びプロファイルデータを図４に示し、実施例１の光学顕微鏡写真及びプロファイルデータを図５に示す。
【００３２】
図４に示すように、比較例１のロール表面は、プロファイルデータのノイズレベルが１０μｍ以下であり、ほとんど平滑面になっているものと考えられる。一方、エメリーペーパーによって粗面化処理を施した実施例１のロール表面は、図５に示すようにＷＣ粒子が所々に突出しており、その突出高さは最大で５μｍ程度であることがわかる。
【００３３】
次に、実施例１及び比較例１のロールを用いて、初期焼き付き試験を行った。図６に初期焼き付きの試験装置を示す。図６に示す試験装置は、回転駆動されるテストロール１１と、テストロール１１上に設置された疑似鋼板１２であるステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）と、疑似鋼板の一端側を支持する回転支点１３と、疑似鋼板１２の他端側において疑似鋼板１２をテストロール１１側に押し付ける荷重印加部１４と、疑似鋼板１２のテストロール１１側とは反対側から疑似鋼板１２を加熱する加熱バーナ１５と、疑似鋼板１２とテストロール１１との接触箇所の温度をモニタする非接触型温度計１６と、により概略構成されている。また、テストロール１１は、疑似鋼板とは反対側の方向から冷却水が吹きつけられている。
【００３４】
上記の試験装置のテストロール１１として、実施例１及び比較例１のロールを使用し、ロール１１表面と疑似鋼板１２の表面との相対速度を０．７９ｍ／秒に設定し、ロール１１と疑似鋼板１２の接触箇所における試験荷重を１３ｋｇｆとし、疑似鋼板１２の温度を８５０℃にして、焼き付き試験を行った。結果を図７に示す。
【００３５】
図７に示すように、試験後の比較例１のロール表面には、線状の焼き付き痕がはっきりと確認された。また、ロール表面のプロファイルを測定したところ、焼き付き痕に対応する箇所に、高さ２０μｍ程度のプロファイルピークが見られた。このように比較例１のロールでは、焼き付きが生じてしまうことが判明した。
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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本実施形態の熱間圧延巻取り設備用のロールを示す図であって、（ａ）はロールの全体を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）における符号Ａに示す部分の拡大断面模式図である。
【図２】図２は、本実施形態の熱間圧延巻取り設備用のロールを構成する金属溶射層の要部を示す断面模式図である。
【図３】図３は、本実施形態の熱間圧延巻取り設備用のロールを構成する金属溶射層の要部を示す図であって、金属溶射層を研磨する前の状態を示す断面模式図である。
【図４】図４は、比較例１のロール表面の光学顕微鏡写真（ａ）及びプロファイルデータ（ｂ）を示す図である。
【図５】図５は、実施例１のロール表面の光学顕微鏡写真（ａ）及びプロファイルデータ（ｂ）を示す図である。
【図６】図６は、初期焼き付きの試験装置を示す模式図である。
【図７】図７は、実施例１及び比較例１のロール表面の光学顕微鏡写真とプロファイルデータとを示す図である。
【図８】図８は、熱間圧延設備における巻取設備の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ロール（熱間圧延巻取り設備用のロール）、２…金属溶射層、２ａ…炭化物粒子、２ｂ…母材層、２ｂ１…母材層の表面、３…下地硬化肉盛層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延巻取り設備用のロール及びその調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延工場の巻取り設備で使用されるピンチロールやラッパーロールは、冷却水および９００℃にも及ぶ高温鋼板と接触しており、熾烈な腐食環境に曝されている。また、特にピンチロールは、鋼板との摺動および鋼板突入時の衝撃によって摩耗しやすい状況になる。
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。
【０００３】
巻取り設備の各ロール構成は、図８に示すように、仕上げ圧延機において規定寸法に圧延された４００〜９００℃の高温鋼板１１０を巻取ってコイルに形成する設備において、1基または複数基のコイラー１０１（図８では１基）を備えており、各コイラー１０１の入側に位置する上・下ピンチロール１１１，１０２と、各コイラー１０１のマンドレル１０５周辺に位置する４本のラッパーロール１０６〜１０９で概略構成されている。
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。
【０００４】
図８に示されるピンチロール１１１、１０２の表面は、上ピンチロール１１１の圧下を伴った高温鋼板１１０との接触、摺動および冷却水による腐食により摩耗する。一方、ラッパーロール１０６〜１０９も、同様の過酷な条件下で使用される。前記のピンチロール１１１の摩耗によってピンチロール１１１のロール胴部の形状が変化した場合、高温鋼板１１０に対するピンチ力および圧下力の変動を伴い、巻取り形状の崩れおよび疵発生の原因となることから、各ロール１１１、１０２、１０６〜１０９は通常1ヵ月間程度の短寿命取り替えが行なわれており、設備稼動率および修繕費用面で大きな損失を生じている。また、高温鋼板１１０をピンチおよび搬送するためには、ロール表面の摩擦係数の確保が必要であり、この値が低い場合には、高温鋼板とロール表面間において激しいスリップや焼付きを生じる。特にピンチロール１１１、１０２等の表面に焼付き疵がつくと、後続の鋼板に対してその疵を次々と転写させてしまい、鋼板の外観品質が著しく損なわれて問題視されていた。
【０００５】
従来、これらのロールにおいては表面硬化の目的で、溶接肉盛、鋳かけ、鍛造等の方法が採用されていたが、最近では、下記特許文献１〜５に示すように、鋼製ロールの表面に溶射層を形成させてなるロールが、耐摩耗性及び耐疵付き性の面で非常に優れており、注目されている。
【特許文献１】特開平８−１２１４６４号公報
【特許文献２】特開平９−６７０５４号公報
【特許文献３】特開平１１−２６７７３１号公報
【特許文献４】特開昭５９−１６３０２０号公報
【特許文献５】特開昭６３−３１７２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１〜３に記載された内容によれば、これらの各文献には、タングステンカーバイド等の炭化物粒子が分散された自溶合金溶射層が形成されてなるロールが開示されている。このロールは、普通炭素鋼板を対象とする場合は、先に述べた巻取り設備に求められるロール性能や優れた耐久性を具備しており、何ら問題なく使用することが可能である。ところが、ステンレス鋼板を処理材として通板した場合には、ロールの交換直後から最初の１日目の間に、鋼板に焼付き疵が多発する現象が認められた。そしてこの期間を経過した後は、新たな焼付き疵が発生しないことも確認された。
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。
【０００７】
また、上記特許文献４では、Ｃｒ-Ｍｏ-Ｎｉ合金系のピンチロールを用いてチタンおよびステンレス鋼等の鋼板を巻き取る場合に焼付き疵が発生する問題に対して、ピンチロール表面に耐焼付け性材料を溶射することによって、焼付き疵の発生が防止可能とされている。しかし、先に述べたように、特定条件に限られた初期焼付きに関する開示はなく、この解決手段のみでは本技術課題を解消できない。
【０００８】
更に、上記特許文献５では、ピンチロールの近傍にポリッシャーを配置させ、鋼板がピンチロールにかみこまれる前後から鋼板先端が巻取り機に到達するまでの間に、前記のポリッシャーによってピンチロールを研磨する方法が開示されている。しかし、ポリッシャーをピンチロールの近傍に配置するとともにその動作を制御するには、追加の設備投資が必要であり、現実的ではない。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、鋼板の種類によらずに、焼き付き疵の発生を防止することが可能な熱間圧延巻取り設備用のロール及び熱間圧延巻取り設備用のロールの調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らが鋭意研究を行ったところ、特に初期の焼き付き疵の発生メカニズムとして、以下の３つの事象が考えられることに至った。
（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。
【００１１】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、上記の目的を達成すべく以下の構成を採用した。
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。
【００１２】
上記の熱間圧延巻取り設備用のロールによれば、ロール表面に金属溶射層が形成され、金属溶射層の表面において炭化物粒子の一部が母材層の表面よりも突出しているので、鋼板がロールに接触した際には主に炭化物粒子による突出部が鋼板と接触し、鋼板と母材層との接触が妨げられる。これにより、鋼板の一部がロール側に焼き付くおそれが少なくなり、ロール表面が常にきれいな状態に保たれ、後に続いて供給される鋼板に対して焼き付疵を転写させる虞がない。
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。
【００１３】
次に本発明の熱間圧延巻取り設備用のロールの調整方法は、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。
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。
【００１４】
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、ロール表面の金属溶射層において炭化物粒子の一部を母材層の表面よりも突出させるので、鋼板がロールに接触した際には主に炭化物粒子による突出部が鋼板と接触し、鋼板と母材層との接触が妨げられる。これにより、鋼板の一部がロール側に焼き付く虞が少なくなり、ロール表面が常にきれいな状態に保たれ、後に続いて供給される鋼板に対して焼き付疵を転写させる虞がない。
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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱間圧延巻取り設備におけるロールの初期焼付き現象を極めて簡便な方法で防止することが可能であり、鋼板の外観品質を損なうことなく、ロール交換の頻度を少なくすることが可能である。その結果、熱間圧延工場の設備稼働率および修繕コストを改善することが実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
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。
【００１７】
ロール本体部４は、例えば炭素鋼からなるものであって、内部に空間部を有する中空ロールであっても良く、内部に空間部を有しない中実ロールであっても良い。
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。
【００１８】
次に、金属溶射層２は、母材層と、この母材層中に分散された炭化物粒子とから概略構成されている。
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。
【００１９】
次に、金属溶射層２を構成する母材層は、溶射によって下地硬化肉盛層３上に均一な溶射層を形成可能なものであれば、どのようなものでも良いが、高温の鋼板と接触することから、ある程度の耐熱性と耐衝撃性を備え、かつビッカース硬度Ｈｖが２００以下程度のものが好ましい。
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。
【００２０】
次に、金属溶射層２の厚みは、０．５ｍｍ以上の範囲が好ましく、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲がより好ましい。金属溶射層２の厚みが上記範囲の下限値未満であると、鋼板とロール１との接触による摩耗によって金属溶射層２が早期に摩耗してしまい、ロール１の寿命が大幅に短くなってしまうので好ましくない。また、金属溶射層２の厚みが上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なるので好ましくない。
【００２１】
次に図２には、本実施形態のロール１の金属溶射層の要部を断面模式図で示す。
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。
【００２２】
次に、本実施形態のロール１の調整方法について説明する。
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。
【００２３】
次に、下地硬化肉盛層３の上に、金属溶射層２を溶射法により形成する。溶射の手段としては、自溶合金溶射法、高速ガス溶射法およびプラズマ溶射法等が挙げられるが、巻取設備における各ロールにおいては、圧延鋼板の突入時の衝撃および熱衝撃、圧下による転動疲労に金属溶射層２が耐えうること、ならびに耐ビードマーク性が要求されることから、下地硬化肉盛層３との冶金結合および成分・組織偏析の発生しない施工法が有効であり、従って本実施形態においては自溶合金溶射法を採用することが望ましい。
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。
【００２４】
次に、金属溶射層２の表面に対して、研磨による粗面化処理を行う。この粗面化処理によって、図２に示すように、炭化物粒子２ａの一部を母材層２ｂの表面２ｂ１よりも突出させた状態にする。
【００２５】
研磨による粗面化処理を行う場合には、エメリーペーパーのような、比較的柔軟な基材に砥粒が接着されてなる研磨材を用いて金属溶射層２の表面を粗面化させると良い。こうした研磨材を用いて金属溶射層２を研磨すると、比較的低硬度（Ｈｖ≦２００）な母材層２ｂの表面が研磨され、比較的高硬度（１０００≦Ｈｖ）な炭化物粒子２ａがそのまま残される。研磨を続けることによって、炭化物粒子２ａの平均突出高さが次第に高くなり、ついには平均突出高さが所望の範囲となる。この時点で研磨を止めることで、図２に示すように、炭化物粒子２ａの一部が母材層２ｂの表面２ｂ１よりも突出された状態になる。ここで、エメリーペーパーではなく、硬質の基材に砥粒が接着されてなる研磨材や、砥石等を用いて研磨することも可能であるが、その仕上がりの良否は炭化物粒子の平均直径・密度等に左右されやすく、作業員の熟練度を必要とする。不適切な研磨方法では、研磨の際の摩擦力によって炭化物粒子が脱落してしまい、金属溶射層２の表面に、研磨材を構成する基材や砥石の表面形状が転写された状態になり、炭化物粒子２ａの一部が突出した表面形状を形成できなくなる虞がある。
【００２６】
上記の方法によって調整されたロール１は、ロールの胴部表面に下地硬化肉盛層３と金属溶射層２とが形成され、金属溶射層２の表面において炭化物粒子２ａの一部が母材層２ｂの表面２ｂ１よりも突出されたものとなる。
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。
【００２７】
上記の工程において、最初のピンチロールには、仕上げ圧延機から高速度で送りだされた４００〜９００℃程度の高温の圧延鋼板が衝突し、その一方で冷却のためにピンチロールにはその近傍に設置されたスプレーノズルから冷却水が吹きつけられる。この時、特に金属溶射層の母材層と似た組成の圧延鋼板が供給された場合には、圧延鋼板と金属溶射層の母材層との親和性によって圧延鋼板の一部が金属溶射層に焼き付いてしまう虞があるところ、本実施形態のロール１においては、炭化物粒子２ａが母材層２ｂの表面２ｂ１より突出しているので、圧延鋼板が炭化物粒子２ａのみに接触し、母材層２ｂと接触する可能性が小さく、これによりたとえ鋼板組成と母材層２ｂの組成とが近似していたとしても、圧延鋼板によるロール１への焼き付きが防止される。また、ロール１への焼き付きが防止されることで、後続の圧延鋼板に対して焼き付き疵を転写させることがなく、圧延鋼板の外観品質を高めることができる。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例により本発明について更に詳細に説明する。
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。
【００２９】
次に、エメリーペーパーを用いて金属溶射層の表面を研磨して粗面化した。尚、エメリーペーパーは一般の市販品で差し支えない。その粒度や湿式・乾式の種類は特に限定しないが、炭化物粒子の平均粒径、母材層と炭化物粒子の材質等に応じて適宜選択すると良い。粗面化作業は、炭化物粒子の平均突出高さが５μｍ程度になるまで行った。このようにして、金属溶射層の表面において、炭化物粒子の一部が母材層の表面よりも突出されてなる実施例１のロールを製造した。
【００３０】
また、エメリーペーパーを用いた粗面化処理を行わなかったこと以外は上記実施例１と同様にして、比較例１のロールを製造した。
【００３１】
実施例１及び比較例１のロールについて、金属溶射層の表面を光学顕微鏡により観察すると共に、金属溶射層の表面の凹凸形状のプロファイルをプロファイルメータにより測定した。比較例１の光学顕微鏡写真及びプロファイルデータを図４に示し、実施例１の光学顕微鏡写真及びプロファイルデータを図５に示す。
【００３２】
図４に示すように、比較例１のロール表面は、プロファイルデータのノイズレベルが１０μｍ以下であり、ほとんど平滑面になっているものと考えられる。一方、エメリーペーパーによって粗面化処理を施した実施例１のロール表面は、図５に示すようにＷＣ粒子が所々に突出しており、その突出高さは最大で５μｍ程度であることがわかる。
【００３３】
次に、実施例１及び比較例１のロールを用いて、初期焼き付き試験を行った。図６に初期焼き付きの試験装置を示す。図６に示す試験装置は、回転駆動されるテストロール１１と、テストロール１１上に設置された疑似鋼板１２であるステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）と、疑似鋼板の一端側を支持する回転支点１３と、疑似鋼板１２の他端側において疑似鋼板１２をテストロール１１側に押し付ける荷重印加部１４と、疑似鋼板１２のテストロール１１側とは反対側から疑似鋼板１２を加熱する加熱バーナ１５と、疑似鋼板１２とテストロール１１との接触箇所の温度をモニタする非接触型温度計１６と、により概略構成されている。また、テストロール１１は、疑似鋼板とは反対側の方向から冷却水が吹きつけられている。
【００３４】
上記の試験装置のテストロール１１として、実施例１及び比較例１のロールを使用し、ロール１１表面と疑似鋼板１２の表面との相対速度を０．７９ｍ／秒に設定し、ロール１１と疑似鋼板１２の接触箇所における試験荷重を１３ｋｇｆとし、疑似鋼板１２の温度を８５０℃にして、焼き付き試験を行った。結果を図７に示す。
【００３５】
図７に示すように、試験後の比較例１のロール表面には、線状の焼き付き痕がはっきりと確認された。また、ロール表面のプロファイルを測定したところ、焼き付き痕に対応する箇所に、高さ２０μｍ程度のプロファイルピークが見られた。このように比較例１のロールでは、焼き付きが生じてしまうことが判明した。
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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本実施形態の熱間圧延巻取り設備用のロールを示す図であって、（ａ）はロールの全体を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）における符号Ａに示す部分の拡大断面模式図である。
【図２】図２は、本実施形態の熱間圧延巻取り設備用のロールを構成する金属溶射層の要部を示す断面模式図である。
【図３】図３は、本実施形態の熱間圧延巻取り設備用のロールを構成する金属溶射層の要部を示す図であって、金属溶射層を研磨する前の状態を示す断面模式図である。
【図４】図４は、比較例１のロール表面の光学顕微鏡写真（ａ）及びプロファイルデータ（ｂ）を示す図である。
【図５】図５は、実施例１のロール表面の光学顕微鏡写真（ａ）及びプロファイルデータ（ｂ）を示す図である。
【図６】図６は、初期焼き付きの試験装置を示す模式図である。
【図７】図７は、実施例１及び比較例１のロール表面の光学顕微鏡写真とプロファイルデータとを示す図である。
【図８】図８は、熱間圧延設備における巻取設備の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ロール（熱間圧延巻取り設備用のロール）、２…金属溶射層、２ａ…炭化物粒子、２ｂ…母材層、２ｂ１…母材層の表面、３…下地硬化肉盛層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１００２７１（Ｐ２００８−１００２７１Ａ）
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８６２４９（Ｐ２００６−２８６２４９）
【出願日】平成１８年１０月２０日（２００６．１０．２０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（３９００３０８２３）日鉄ハード株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２０日（２００６．１０．２０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（３９００３０８２３）日鉄ハード株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]