JP3243181B2

JP3243181B2 - 形状センサーロール

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Publication number: JP3243181B2
Application number: JP17211596A
Authority: JP
Inventors: 信広田添; 肇石井; 秀雄藤田; 善雄片山
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 2002-01-07
Anticipated expiration: 2016-07-02
Also published as: JPH1019551A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧延ライン、特に
熱間圧延ラインの圧延機入側又は出側の少なくとも一方
側に配置され、圧延される圧延材の形状を検出する形状
センサーロールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延ライン中で熱間圧延機にて圧延
される圧延材の形状を均一なものとすることは、製品品
質を確保する上で重要である。この場合、圧延材の走行
中にその形状変化を目視で判定することはできないた
め、走行中の圧延材の形状は、形状検出装置によって検
査される。

【０００３】この形状検出装置は、図７に示す如く、ラ
イン方向に並ぶ仕上げ圧延スタンド(32)(32)間に配備さ
れたルーパーロールに、圧延材(30)の幅方向各部の張力
を検出するようにした検出器を組み込んで形状センサー
ロール(10)としたもので、圧延材(30)の幅方向の張力分
布を計測することにより圧延材の形状が検出される。

【０００４】従来、この形状センサーロールとして、実
公平３−１１６９１号公報に示される如く、中空分割ロ
ール法を採用したものがある。これは、図８及び図９に
示すように、中空の固定軸(40)の外周に、軸線方向に分
割配置した複数のロータ(42)を嵌装し、且つ前記固定軸
(40)の周壁部に、中空部から固定軸(40)とロータ(42)と
の間の隙間へ圧縮空気を供給するノズル(44)を、固定軸
(40)の軸線方向及び周方向に所定間隔で位置するように
穿設し、更に、前記固定軸(40)の周壁部上下位置に、検
出管(46)と連通させた空気圧測定用の検出口(48)を設
け、ロータ(42)が固定軸に対して変位したとき生じる空
気の圧力差を、上下の検出口(48)から検出管(46)を通し
て検出し、検出した空気の圧力差を空電変換器(50)で変
換して、図示しない演算装置で圧延材(30)の幅方向張力
分布を求めるようにしている。

【０００５】また、実公平３−１１６９２号公報に示さ
れる如く、固定軸に代えて回転自在とした軸を用い、該
軸の外周面部に、各ロータに対応させてセンサーを埋設
し、各センサーで検出した値に基づいて圧延材の幅方向
の張力分布を計測できるようにしたものもある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
形状センサーロールの場合、いずれも、ロール表面部の
ロータが軸方向多分割構造としてあるため、圧延材の張
力が高くなると、ロータの分割部分により圧延材に傷を
つける虞れがある。

【０００７】このため、出願人は多分割構造のロータに
代えて、軸方向一体構造のスリーブを用いることを検討
した。この軸方向一体構造のスリーブ(12)を用いた形状
センサーロール(10)は、図２及び図６に示すように、芯
軸(20)の外周の一部に軸心と平行な切欠き部(22)を形成
し、その切欠き部(22)に、芯軸の軸方向に所定の間隔を
あけて、検知部(28)が切欠き部(22)の表面から僅かに臨
出するようにセンサー(26)を配備し、該芯軸(20)の外周
にスリーブ(12)を嵌装し、スリーブ(12)と芯軸(20)の切
欠き部(22)との間で空隙(24)が形成されるようにしたも
のである。スリーブ(12)は、圧延材(30)の荷重を受ける
と空隙(24)の中へ撓むため、そのスリーブの撓み変形量
をセンサー(26)で検出し、圧延材の幅方向の張力分布を
検出することができる。

【０００８】スリーブは、例えば、外径約１９０ｍｍ、
長さ約２０００ｍｍのような中空管体であるが、センサ
ーで所望の感度を得るには、肉厚を薄肉(通常は、約１
０ｍｍ以下)に形成し、適当な撓み変形を生じるように
せねばならない。この薄肉のスリーブを鋳造により作製
すると、鋳造品特有のポロシティの存在により、スリー
ブを焼嵌めにより芯軸に嵌装する際、ポロシティを起点
として割れが発生し易くなる問題があった。

【０００９】また、熱間圧延ラインで使用する形状セン
サーロールの場合、スリーブは、高温の圧延材と接触す
るために、耐熱性、耐摩耗性、耐食性等を具備する材質
で形成せねばならない。ところが、スリーブの芯軸への
嵌装を焼嵌めにより行なうと、スリーブには、焼嵌め後
に大きな残留応力が残るため、スリーブの内面側は、す
ぐれた靱性を具備することが望ましい。

【００１０】しかし、高硬度は、耐摩耗性に対しては望
ましいが、靱性のためにはあまり望ましくない。そこ
で、出願人は、図６に示すように、内層(14)を靱性にす
ぐれるＳＣＭ４４０鋼のパイプとし、内層(14)の外側
に、耐熱性、耐摩耗性等にすぐれるハイス系金属の粉末
をＨＩＰ(熱間静水圧プレス)により外層(18)として被覆
施工した２層構造のスリーブ(12)を提案した(特願平６
−３３７４２５)。このスリーブは、内層は靱性にすぐ
れると共に、ＨＩＰにより形成した外層は、鋳造品のよ
うなポロシティは存在せず緻密であり、さらにハイス系
金属固有の特性としてのすぐれた耐熱性、耐摩耗性、高
強度等を具備している。

【００１１】ところが、スリーブの製造において、ＨＩ
Ｐ焼結後の冷却時、また、ＨＩＰ焼結後に行なう焼入れ
熱処理の冷却時に、スリーブの位置による冷却速度差に
より曲がり変形を生ずるが、そのまま切削加工又は研削
加工を施すと、外層と内層の厚さにバラツキを生ずる不
都合がある。このスリーブの曲がり変形は、スリーブを
加熱炉の中で約７００℃まで加熱した後、炉から取り出
し、治具装置を用いて矯正できるので、通常の場合、Ｈ
ＩＰ焼結後の切削加工前と、焼入れ・焼戻し後の切削
(研削)加工前に、曲がり矯正が行なわれる。しかし、変
形したスリーブを完全な真円に矯正することはできない
から、その矯正が妥当かどうかを確認するために、外層
の厚さのみを非破壊的に測定する必要がある。その測定
手段として、超音波厚さ計が用いられるが、内層と外層
に共通する成分を幾種類も使用しているため、照射した
超音波は管の肉厚部分を透過してしまい、外層のみの厚
さを測定することができなかった。

【００１２】本発明の目的は、内層材を靱性にすぐれる
ＳＣＭ４４０鋼のパイプとし、外層材として、耐熱性、
耐摩耗性等にすぐれるハイス系金属の粉末をＨＩＰ(熱
間静水圧プレス)により被覆施工してなる形状センサー
ロール用複合スリーブにあって、スリーブの外層のみの
厚さを測定できるようにすることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、外周の一部に軸心と平行な切欠き部を有
する芯軸と、該切欠き部に軸方向に所定の間隔をあけて
配備されたセンサーと、前記芯軸に焼嵌めされた円筒状
のスリーブを具えており、圧延材の荷重を受けたスリー
ブが、芯軸の切欠き部との間に形成された空隙の中で生
ずる撓みを、センサーで測定することにより圧延材の形
状を検出する形状センサーロールであって、スリーブ
は、靱性にすぐれる鋼からなる内層の上に、Ｎｉ又はＣ
ｏの中間層を施すようにし、中間層の上に、外層として
ハイス系金属の粉末をＨＩＰにより焼結形成した形状セ
ンサーロールを提供するものである。

【００１４】ハイス系金属粉末は急冷凝固法により調製
されたものが好ましい。その理由は、結晶粒が微細化さ
れているためであり、急冷凝固法として、アトマイズ
法、メルトスピニング法、メルトエキストラクション法
等を挙げることができる。

【００１５】

【作用】上記構成のスリーブにおいて、スリーブの外層
に向けて照射された超音波は、内層と外層との間に形成
されたＮｉまたはＣｏメッキ層で反射する。従って、ス
リーブの曲がり変形の矯正後、外層の厚さのみを非破壊
的に測定することができ、その矯正が妥当かどうかを確
認することができる。焼結後及び熱処理後に生ずるスリ
ーブの曲がり変形を適切に矯正し、その後で切削加工又
は研削加工を施すことにより、全長に亘って外層と内層
の層厚が略均一な薄肉スリーブを得ることができる。靱
性にすぐれる材質の内層が、全長に亘って略均一な厚さ
に設けられていることにより、スリーブの芯軸への焼嵌
めの際に割れ等を発生することなく、芯軸に一体に取り
付けることができ、スリーブの薄型化に十分対応するこ
とができる。また、耐熱性、耐摩耗性、耐食性にすぐれ
高強度を具える材質の外層が、全長に亘って略均一な厚
さに設けられていることにより、形状センサーロールの
長寿命化を図ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の形状センサーロールの実
施例を図１及び図２に示す。形状センサーロール(10)
は、中空状の芯軸(20)が、両軸端部で軸受(図示せず)に
より回転自在に支持されている。芯軸(20)は、外周の一
部に、軸方向と平行な平坦面を有する切欠き部(22)が形
成されている。切欠き部(22)には、所定間隔毎に孔が開
設されており、各孔にはセンサー(26)が埋設されてい
る。使用するセンサーとして、ロードセルを挙げること
ができる。センサー(26)は、検知部(28)を平坦面から僅
かに臨出させており、検知部(32)に力が作用すると、そ
の力に応じて検出値を出力し、検出器に送信することが
できる。センサーにロードセルを用いた場合、力に応じ
た電圧が発生し、検出器にて測定される。スリーブ(12)
は、中空薄肉の円筒体であり、内径が芯軸(20)の外径よ
りも僅かに小さく、芯軸(20)に焼嵌めされて一体とな
り、形状センサーロール(10)を構成する。なお、図示の
芯軸は中空形状であるが、センサー用の配線を通す孔が
あれば中実にすることもできる。

【００１７】スリーブ(12)は、図１に示すように、内層
(14)と、該内層の上に形成されたＮｉ又はＣｏの中間層
(16)と、該中間層の上に形成された外層(18)とから構成
される。内層(14)の材料として、靱性にすぐれるＳＣＭ
４４０鋼製のパイプを使用することができる。パイプの
内径寸法は、センサーロールの芯軸に焼嵌めできるよう
にするため、後述する焼入れ・焼戻し熱処理の完了後の
機械加工仕上げにより、芯軸の外径よりも僅かに小さく
なるように最終的に仕上げられる。ＮｉまたはＣｏの中
間層(16)は、メッキ等により、内層(14)の外周に対して
約０.１〜１ｍｍの厚さ、望ましくは約０.５〜０.７ｍ
ｍの厚さに形成される。外層（18）の材料として、耐熱
性、耐摩耗性、強度等にすぐれるハイス系金属が用いら
れ、公知のＨＩＰ装置により、中間層(16)の上に、ハイ
ス系金属の粉末を焼結して形成される。ＨＩＰ処理は、
典型的には、温度１０００〜１２００℃、ガス圧１００
０〜１２００ｋｇｆ／ｃｍ²、時間２〜３ｈｒの条件で
行なわれる。外層を構成するハイス系金属として、例え
ば、重量％にて、Ｃ：１.０〜２.４％、Ｓｉ：０.６％
以下、Ｍｎ：０.６％以下、Ｃｒ：０.５〜２０％、２Ｍ
ｏ＋Ｗ：１.５〜４５％、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａのうち
一種以上を総計で０.５〜１２％を含むと共に、必要に
応じてＮｉ：３.０％以下を含有し、残部実質的にＦｅ
からなるものを挙げることができる。その他に、Ｃ：
１.４〜２.４％、Ｓｉ：０.２〜１.５％、Ｍｎ：０.２
〜１.０％、Ｃｒ：１０〜１８％、Ｍｏ：０.５〜１.０
％、Ｖ：６％以下、残部実質的にＦｅからなるものを挙
げることができる。

【００１８】ＨＩＰにより焼結されたスリーブは、焼な
まし処理、切削加工、焼入れ・焼戻しの熱処理、研削
(切削)加工を経て所定寸法に仕上げられるが、前述した
ように、ＨＩＰ焼結後の冷却時と、焼入れの冷却時に、
スリーブの位置による冷却速度差により曲がり変形を生
ずるため、切削加工又は研削加工前に、曲がり矯正作業
が行なわれる。

【００１９】曲がり矯正作業は、スリーブを加熱炉の中
で５００〜７００℃に加熱した後、炉から取り出し、治
具装置を用いて行なわれる。曲がり矯正後、スリーブの
外層の層厚が全長に亘って均等になったかどうかは、超
音波厚さ計により測定する。本発明のスリーブは、外層
と内層の間に、Ｎｉ又はＣｏの中間層が設けられている
から、外層の表面に向けて超音波を照射すると、超音波
はＮｉ又はＣｏの中間層で反射し、外層の厚さの測定が
可能となる。外層の層厚が全長に亘って所定の誤差の範
囲を超えている場合、再び曲がり矯正作業が行なわれ
る。

【００２０】このように、曲がり変形を矯正した後、外
層の厚さのみを非破壊的に測定することができるから、
その矯正が妥当かどうかを確認した後で切削加工又は研
削加工を行なうことができ、全長に亘って外層と内層の
層厚が略均一な薄肉スリーブを得ることができる。

【００２１】

【実施例】内層と外層との間にＮｉメッキ層を設けたス
リーブを作製し、硬度、接合状態、外層の層厚寸法を測
定した。スリーブの作製スリーブは、以下の材料及び条件により作製した。内層
となるＳＣＭ４４０鋼の管体の外表面に、中間層となる
Ｎｉメッキを厚さ０.５ｍｍに形成する。なお、管体の
厚さは、切削加工代を見込んだ適当厚さのものが使用さ
れる。ＮｉメッキしたＳＣＭ４４０鋼の管体をＨＩＰ装
置の中に入れ、ハイス系金属(重量％にて、Ｃ１.３％、
Ｓｉ０.３％、Ｍｎ０.３％、Ｃｒ４.０％、Ｍｏ５.０
％、Ｖ４.０％、Ｗ６.０％、Ｆｅ残部)のアトマイズ粉
末を管体周囲に充填した後ＨＩＰし、厚さ８ｍｍの外層
を形成する。ＨＩＰ条件は、１１００℃、１１００ｋｇ
ｆ／ｃｍ²で３時間である。

【００２２】得られたスリーブは、焼なまし処理(８５
０℃×２時間)の後、真空炉で、１１８０℃に２時間加
熱保持の後、４９００Torrの常温窒素ガスを冷媒とした
強制ガス冷却により焼入れし、５２０℃で１０時間加熱
保持して放冷する焼戻しを３回実施した。

【００２３】外層厚測定得られたスリーブの外層厚を測定した。スリーブの外層
の層厚が２〜６ｍｍ(図４参照)となるようにノギスで測
定しながら機械加工した後、超音波厚さ計による非破壊
での外層厚測定を行なった。結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】ノギスによる測定結果と、超音波厚さ計に
よる測定結果を比較して判るとおり、超音波厚さ計によ
りスリーブの外層の厚さは、殆んど誤差がなく測定され
ている。これは、外層と内層との中間層であるＮｉメッ
キ層が超音波を反射しているためである。なお、比較の
ために、Ｎｉメッキなしのスリーブを作製し、同様の形
状に機械加工して、超音波厚さ計による外層の層厚測定
を行なったところ、超音波が外層及び内層を貫通して反
射せず、層厚を測定することはできなかった。

【００２６】硬度測定供試スリーブの半径方向の硬度分布を測定した。なお、
供試スリーブの肉厚部分は、焼入れ・焼戻し後に機械加
工を行なって、外層４ｍｍ、Ｎｉメッキ層０.５ｍｍ、
内層４.５ｍｍの寸法に仕上げられており、硬度測定
は、仕上げ後のスリーブについて実施した。その結果、
図３に示す如く、外層の硬度はＨｓ６７〜７１であり、
内層の硬度はＨｓ３８であった。外層はその高硬度によ
り耐摩耗性にすぐれており、内層はＳＣＭ材固有の特性
として靱性にすぐれている。

【００２７】接合状態観察本発明スリーブの外層とＮｉメッキ層の界面、及びＮｉ
メッキ層と内層との界面の境界部顕微鏡組織観察を行な
ったところ、各界面は完全に溶着接合していることが確
認された。

【００２８】４５度剪断圧縮試験Ｎｉメッキ層の接合強度への影響を調べるために、４５
度剪断圧縮試験を行なった。試験片は次の要領にて作製
した。端面に厚さ０.５ｍｍのＮｉメッキを施したＳＣ
Ｍ４４０(内層材)のブロック(直径５０ｍｍ×長さ５０
ｍｍ)を、カプセル(内径５０ｍｍ×長さ１００ｍｍ)の
中に装入し、Ｎｉメッキ層の上からハイス系金属粉末
(外層材)を充填し、脱気密封した後、前記と同一条件で
ＨＩＰ処理を行なった。得られた焼結体をワイヤーカッ
トで斜めに切り抜いて、図５に示す如く、内層相当材(1
5)と外層相当材(19)の間のＮｉメッキ層(17)が４５度の
傾斜角となるような試験片(外径１０ｍｍ×長さ２０ｍ
ｍ)を準備した。また、比較のために、Ｎｉメッキなし
の比較試験片も同じ要領にて作製した。これらの試験片
に対して軸方向に圧縮荷重を加え、圧縮荷重と試験片の
変形状態を調べた。その結果を表２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２の結果より、４５度の傾斜面にＮｉメ
ッキを施した試験片の方が、外層と内層との間で強固に
接合されていることが判る。これは、Ｎｉメッキ層が圧
力の緩衝的役割を果たし、結果的に試験片全体の強度を
向上させたものと考えられる。このように、外層と内層
の間にＮｉメッキを施すと、接合強度の点でも有利であ
る。

【００３１】

【発明の効果】本発明の形状センサーロールのスリーブ
は、内層と外層の間にＮｉメッキの中間層を設けたこと
により、超音波による外層のみの厚さ測定が可能とな
り、焼結後及び焼入れ後に生ずるスリーブの曲がり変形
の矯正作業において、その矯正が正しく行なわれたこと
を確認することができる。従って、その後の切削加工又
は研削加工を施した際、外層と内層の層厚が全長に亘っ
て略均一な薄肉スリーブを得ることができる、センサー
による圧延材の形状検出に高い信頼性を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の形状センサーロールの断面図である。

【図２】形状センサーロールの斜視図である。

【図３】スリーブの各層の層厚と硬度との関係を示すグ
ラフである。

【図４】外層厚測定に用いるスリーブの拡大断面図であ
る。

【図５】供試試験片の正面図である。

【図６】２層構造のスリーブを用いた形状センサーロー
ルの断面図である。

【図７】圧延スタンドの概略図である。

【図８】従来の形状センサーロールの斜視図である。

【図９】従来の形状センサーロールの断面図である。

【符号の説明】

(10) 形状センサーロール (12) スリーブ (14) 内層 (16) 中間層 (18) 外層 (20) 芯軸

フロントページの続き (72)発明者石井肇神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリングセンター内 (72)発明者藤田秀雄大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号株式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者片山善雄大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号株式会社クボタ枚方製造所内 (56)参考文献特開平８−184429（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−18836（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−85930（ＪＰ，Ａ) 特開平８−83503（ＪＰ，Ａ) 特開平４−166734（ＪＰ，Ａ) 特開平３−59430（ＪＰ，Ａ) 実公平３−11692（ＪＰ，Ｙ２) 実公平３−11691（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 21/20 G01B 7/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外周の一部に軸心と平行な切欠き部(22)
を有する芯軸(20)と、該切欠き部に軸方向に所定の間隔
をあけて配備されたセンサー(26)と、前記芯軸に焼嵌め
された円筒状のスリーブ(12)を具え、スリーブ(12)と芯
軸(20)の切欠き部(22)との間には空隙(24)が形成され、
スリーブ(12)が圧延材(30)の荷重を受けたときに生ずる
撓みをセンサー(26)で測定することにより、圧延材(30)
の形状を検出するようにした形状センサーロールであっ
て、スリーブ(12)は、靱性にすぐれる鋼からなる内層(1
4)の上に、Ｎｉ又はＣｏの中間層(16)が形成され、該中
間層の上に外層(18)としてハイス系金属の粉末が熱間静
水圧プレスにより焼結形成されてなる形状センサーロー
ル。
【請求項２】スリーブ(12)の外層(18)は、急冷凝固法
で調製されたハイス系金属の粉末を熱間静水圧プレスに
より焼結して形成され、外層(18)の硬度はＨｓ６０〜９
５である請求項１に記載の形状センサーロール。