特許 6995931 鍛造ロールベースのヒートパイプロール及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-17

(45)【発行日】2022-01-17

(54)【発明の名称】鍛造ロールベースのヒートパイプロール及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21B 27/08 20060101AFI20220107BHJP

   B21B 27/00 20060101ALI20220107BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20220107BHJP

   C22C 38/44 20060101ALI20220107BHJP

【ＦＩ】

B21B27/08

B21B27/00 A

B21B27/00 C

C22C38/00 301L

C22C38/00 302E

C22C38/44

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020096556

(22)【出願日】2020-06-03

(65)【公開番号】P2021016900

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2020-06-03

(31)【優先権主張番号】10-2019-0085415

(32)【優先日】2019-07-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】592000691

【氏名又は名称】ポスコ

【氏名又は名称原語表記】ＰＯＳＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(72)【発明者】

【氏名】宋 吉 鎬

(72)【発明者】

【氏名】鄭 昌 規

(72)【発明者】

【氏名】任 時 雨

(72)【発明者】

【氏名】鄭 泰 基

【審査官】酒井 英夫

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－００８４６７１（ＫＲ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５０１１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２６３５０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｂ ２７／００，２７／０６－２７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

両端部において軸受に連結されるネック部と、
前記ネック部の間を通過する板材を圧延し、所定の深さに円周方向に沿って複数の挿入孔が形成された圧延部と、
前記圧延部内部の前記挿入孔に挿入され、ロールの軸方向に延長されたヒートパイプと、を含むヒートパイプロールであって、
前記ヒートパイプロールは、重量％で、Ｃ：０．８～１．０％、Ｓｉ：０．８～１．２％、Ｍｎ：０．８～１．２％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｎｉ：０．６～１．０％、Ｃｒ３．０～６．０％、Ｍｏ：０．３～０．７％、残部Ｆｅ及び不可避不純物を含んで組成される鍛造ロールであり、前記ヒートパイプの表面には、熱伝導性のある導電性材料がコーティングされている、鍛造ロールベースのヒートパイプロール。

【請求項2】

前記ネック部と前記圧延部の間において傾斜面として形成されたジャーナル部をさらに含み、傾斜面の前記ジャーナル部に前記挿入孔が形成され、前記ヒートパイプが内蔵される、請求項１に記載の鍛造ロールベースのヒートパイプロール。

【請求項3】

前記ヒートパイプは、ロール軸方向の一側から中央部に延長する複数の第１ヒートパイプと、前記一側の反対方向から中央部に延長する複数の第２ヒートパイプと、を含み、前記第１ヒートパイプ及び前記第２ヒートパイプはロールの円周方向に沿って交互に配置される、請求項１又は２に記載の鍛造ロールベースのヒートパイプロール。

【請求項4】

前記第１ヒートパイプ及び前記第２ヒートパイプはロールの長さ方向中央部において互いに交差する、請求項３に記載の鍛造ロールベースのヒートパイプロール。

【請求項5】

前記導電性材料はＮｉである、請求項１から４のいずれか１項に記載の鍛造ロールベースのヒートパイプロール。

【請求項6】

前記鍛造ロールは、廃棄径に到達した熱延ＢＵＲ（Ｂａｃｋｕｐ Ｒｏｌｌ）又はＷＲ（Ｗｏｒｋ Ｒｏｌｌ）をリサイクルしたものである、請求項１から５のいずれか１項に記載の鍛造ロールベースのヒートパイプロール。

【請求項7】

前記挿入孔の直径と前記ヒートパイプの直径の間の差を１００μｍ以下に管理する、請求項１から６のいずれか１項に記載の鍛造ロールベースのヒートパイプロール。

【請求項8】

前記鍛造ロールベースのヒートパイプロールの初期クラウン量を±０．０５ｍｍ未満の範囲に管理する、請求項１から７のいずれか１項に記載の鍛造ロールベースのヒートパイプロール。

【請求項9】

重量％で、Ｃ：０．８～１．０％、Ｓｉ：０．８～１．２％、Ｍｎ：０．８～１．２％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｎｉ：０．６～１．０％、Ｃｒ３．０～６．０％、Ｍｏ：０．３～０．７％、残部がＦｅ及び不可避不純物を含んで組成され、端部において軸受に連結されるネック部、前記ネック部の間を通過する板材を圧延する圧延部、前記ネック部と前記圧延部の間において傾斜面として形成されたジャーナル部を含む鍛造ロールを設ける段階と、
前記ジャーナル部から円周方向に所定の深さの位置に複数の挿入孔を形成する段階と、
表面に導電性材料がコーティングされたヒートパイプを、真空ポンプを用いて前記挿入孔内に挿入する段階と、を含む、鍛造ロールベースのヒートパイプロールの製造方法。

【請求項10】

前記ヒートパイプは、ロール軸方向の一側から中央部に延長する複数の第１ヒートパイプと、前記一側の反対方向から中央部に延長する複数の第２ヒートパイプと、を含み、前記第１ヒートパイプ及び前記第２ヒートパイプは、ロールの円周方向に沿って交互に配置される、請求項９に記載の鍛造ロールベースのヒートパイプロールの製造方法。

【請求項11】

前記第１ヒートパイプ及び前記第２ヒートパイプは、ロールの長さ方向中央部において互いに交差する、請求項１０に記載の鍛造ロールベースのヒートパイプロールの製造方法。

【請求項12】

前記導電性材料はＮｉである、請求項９から１１のいずれか１項に記載の鍛造ロールベースのヒートパイプロールの製造方法。

【請求項13】

前記鍛造ロールの内部への前記ヒートパイプの挿入後、前記ヒートパイプの膨張のための拡管熱処理を行わない、請求項９から１２のいずれか１項に記載の鍛造ロールベースのヒートパイプロールの製造方法。

【請求項14】

前記挿入孔の直径と前記ヒートパイプの直径の間の差を１００μｍ以下に管理する、請求項９から１３のいずれか１項に記載の鍛造ロールベースのヒートパイプロールの製造方法。

【請求項15】

前記鍛造ロールの初期クラウン量を±０．０５ｍｍ未満の範囲に管理する、請求項９から１４のいずれか１項に記載の鍛造ロールベースのヒートパイプロールの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鍛造ロールベースのヒートパイプロール及びその製造方法に関し、具体的には、熱延スキンパス工程における高強度鋼及びギガスチールの形状矯正能力を向上させるために、ストリップの温度を常温ではなく温間状態（８０～２００℃）で圧延作業するにあたり、ロールの熱クラウン成長なしに連続作業を可能にする鍛造ロールベースのヒートパイプロール及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車産業における環境規制及び衝突特性の向上に対応するために、鋼板は引き続き高強度化する傾向である。そして、鋼板が高強度化するにつれて、熱延板の形状が悪くなり、これを矯正するための熱延ＳＰＭ（Ｓｋｉｎ Ｐａｓｓ Ｍｉｌｌ）工程に負荷がかかっている。ところが、かかる高強度鋼には、素材の降伏強度が高く、形状矯正を行うＳＰＭ工程を経ても、ほとんど延伸されず形状矯正が円滑に行われないという問題がある。

【0003】

これを克服するための方法として、鋼ストリップの温度を上げてＳＰＭ作業をする。ところが、別のロール冷却手段なしに温間作業をすると、ワークロール（ｗｏｒｋ ｒｏｌｌ）がストリップからの熱を受けて熱クラウンが大きく形成され、逆に板の中央部に制御不可能なウェーブ（ｗａｖｅ）を激しく発生させ、製品としての価値が低下する。一方、熱延ＳＰＭの過程において板の表面に形成されていたスケールが多く脱落し、周囲に存在するようになる。この際、ロール冷却をするために冷却水を用いると、スケールが飛散し、２次的な表面欠陥を誘発するため、冷却水を用いることは好ましくない。

【0004】

このような環境下での高強度鋼及びギガスチールの形状矯正のために、従来は８０℃程度の高強度鋼を４～５コイル圧延した後、ロールを冷却するために、常温で一般の鋼を８～１０コイル圧延する過程を繰り返す作業を行っている。しかし、このような方法では、ストリップの温度が比較的低く、形状矯正の限界があるだけでなく、ヤードで待機していたコイルの温度が低下するため、多くのコイルを温間圧延しにくい問題がある。

【0005】

これに対する解決策として、８０～２００℃の鋼ストリップを圧延枚数に関係なく連続的に圧延してもロールバレル方向における温度分布を均一にし、結果として、ロールの熱クラウンの発生を抑制することができるヒートパイプロールの製造技術が開発されている。現在、熱延訂正ＳＰＭにおいて用いられるロールは、遠心鋳造ロール、すなわち、ロールのコア部は、ねずみ鋳鉄又は球状黒鉛鋳鉄であり、シェル（ｓｈｅｌｌ）層は、Ｈｉ－Ｃｒで構成されるロールを用いている。しかし、ヒートパイプ（Ｈｅａｔ ｐｉｐｅ）ロールの製作のために、ロールに孔（ｈｏｌｅ）を加工する部位が降伏強度の低いコア部である関係により、ロールの使用による研磨が進行し、ロール表面と孔の距離が小さくなると、圧延における孔に作用する応力が大きくなってクラックが発生するようになる。

【0006】

この問題を改善させるために、遠心鋳造ロールの代わりに、ＳＣＭ４４０棒をコア（ｃｏｒｅ）部として使用し、ＨＳＳ（Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔｅｅｌ）材質のシェル層を鋳造として製造するＣＰＣ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｏｕｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｃｌａｄｄｉｎｇ）ロールを用いてヒートパイプロールを作製する技術が開発されている。しかし、ＣＰＣロールのコア部に該当するＳＣＭ４４０は、遠心鋳造ロールのコア部に該当するねずみ鋳鉄に比べて機械的特性には優れているが、ロールの価格が高価であり、輸入しなければならないという問題があるため、拡大適用には限界があるのが実情である。そこで、より多くのヒートパイプロールを拡大適用して高強度鋼及びギガスチールの形状矯正をするために、ＣＰＣロールに対する機械的特性がさらに優れ、安価な鍛造ロールベースのヒートパイプロールを開発する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－００８０９３１号公報

【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－００８４６７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解決するためのものであり、熱延訂正２段ＳＰＭだけでなく、４段ＳＰＭ圧延にも適用されて、高強度鋼及びギガスチールの形状矯正能力を最大限にすることで、実収率の向上を図ることができるヒートパイプロール及びその製造方法を提供することである。

【0009】

また、本発明で解決しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に限定されず、言及していないさらに他の技術的課題は、後述する記載により本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が明確に理解することができる。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明は、両端部において軸受に連結されるネック部と、上記ネック部の間を通過する板材を圧延し、所定の深さに円周方向に沿って複数の挿入孔が形成された圧延部と、上記圧延部内部の上記挿入孔に挿入され、ロールの軸方向に延長されたヒートパイプとを含むヒートパイプロールであって、上記ヒートパイプロールは、重量％で、３．０～６．０％Ｃｒを含む鍛造ロールであり、上記ヒートパイプの表面には、熱伝導性のある導電性材料がコーティングされている、鍛造ロールベースのヒートパイプロールに関する。

【0011】

上記ネック部と上記圧延部の間において傾斜面として形成されたジャーナル部をさらに含み、傾斜面の上記ジャーナル部に上記挿入孔が形成され、上記ヒートパイプが内蔵されることができる。

【0012】

上記ヒートパイプは、ロール軸方向の一側から中央部に延長する複数の第１ヒートパイプと、上記一側の反対方向から中央部に延長する複数の第２ヒートパイプと、を含み、上記第１ヒートパイプ及び前記第２ヒートパイプはロールの円周方向に沿って交互に配置されることができる。

【0013】

上記第１ヒートパイプ及び上記第２ヒートパイプはロールの長さ方向中央部において互いに交差することができる。

【0014】

上記導電性材料はＮｉであることができる。

【0015】

また、本発明は、重量％で、３．０～６．０％Ｃｒを含んで組成され、端部において軸受に連結されるネック部、上記ネック部の間を通過する板材を圧延する圧延部、及び上記ネック部と上記圧延部の間において傾斜面として形成されたジャーナル部を含む鍛造ロールを設ける段階と、上記ジャーナル部から円周方向に所定の深さの位置に複数の挿入孔を形成する段階と、表面に導電性材料がコーティングされたヒートパイプを真空ポンプを用いて上記挿入孔内に挿入する段階と、を含む鍛造ロールベースのヒートパイプロールの製造方法に関する。

【0016】

上記ヒートパイプは、ロール軸方向の一側から中央部に延長する複数の第１ヒートパイプと、上記一側の反対方向から中央部に延長する複数の第２ヒートパイプと、を含み、上記第１ヒートパイプ及び前記第２ヒートパイプはロールの円周方向に沿って交互に配置されることができる。

【0017】

上記第１ヒートパイプ及び上記第２ヒートパイプはロールの長さ方向中央部において互いに交差することができる。

【0018】

上記導電性材料はＮｉであることができる。

【0019】

上記ヒートパイプの挿入後に、ヒートパイプの膨張のための加熱処理を行わなくてもよい。

【発明の効果】

【0020】

上記のような構成の本発明は、熱延訂正２段ＳＰＭ又は４段ＳＰＭ工程において、性能をさらに向上させた鍛造ロールベースのヒートパイプロールを用いることにより、高付加価値鋼、すなわち、高炭素鋼、方向性電気鋼板、高強度鋼、及びギガスチールの形状矯正能力を最大限にして形状不良の要因を最小限に抑えることで、高付加価値鋼の実収率を向上させることができる。

【0021】

また、従来の遠心鋳造ロールヒートパイプロールに比べて寿命を２倍以上増加させることができ、高価なヒートパイプロールの製造コストを半分以下に減少させることができる。

【0022】

さらに、常温ではなく高温におけるＳＰＭ処理を可能にすることにより、熱延コイルの冷却のために３～５日程度ヤードで待機する時間を大幅に減らすことで、納期短縮の効果に加え、不足する訂正ヤードスペースの効率的活用が可能であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明のヒートパイプロールを含む高強度鋼形状矯正装置の概略図である。

【図2】本発明のヒートパイプロールの正面図である。

【図3】ヒートパイプロールの側面図である。

【図4】本発明のロールの円周方向に挿入配置されたヒートパイプの配置概念図である。

【図5】（ａ）はヒートパイプの縦断面図であり、（ｂ）はヒートパイプの断面図である。

【図6】従来の遠心鋳造ロールベースのヒートパイプロールの表面に発生したクラックを示す写真である。

【図7】本発明のヒートパイプロールを製作するために、ロールの内部に挿入孔を加工した状態を示す正面図である。

【図8】真空ポンプを用いたヒートパイプをロール内部に挿入する過程を示す写真である。

【図9】本発明のヒートパイプの端部を示す部分斜視図である。

【図10】本発明の鍛造ロールベースのヒートパイプロールの製造条件別のロールバレル方向における温度分布を示すグラフである。

【図11】本発明の鍛造ロールベースのヒートパイプロールの製造条件別のロールの熱クラウン量を示すグラフである。

【図12】従来の遠心鋳造ロールヒートパイプロール及び鍛造ロールベースのヒートパイプロールに対して安全性検討を行うための応力解析のためのモデリングを示す図である。

【図13】図１２の応力解析結果を示すグラフである。

【図14】図１２の応力解析結果に基づいた安定性評価結果を示す図である。

【図15】従来の遠心鋳造ロールヒートパイプロールと鍛造ロールベースの本発明のヒートパイプロールの疲労寿命を比較解析するためのモデリングを示す図である。

【図16】図１５のワークロールが１回転する際の計算応力を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、添付図面を参照して、本発明を詳細に説明する。

【0025】

図１はヒートパイプロール１００を含む高強度鋼形状矯正装置の概略図である。

【0026】

図１に示すように、熱延工程のコイラー３で巻き取られたコイルは、第１移送段階によって温度調節段階２０、すなわち、ヤードに置かれるようになる。温度調節段階２０で巻き取られたコイルは、温度が継続的に測定され、所定の温度、例えば、１５０℃以上の温度を有する状態で形状矯正ラインに第２移送段階によって移送される。

【0027】

形状矯正ラインでは、複数のペイオフリール３０ａ、３０ｂに複数のコイルをかけてコイルを順に解く。ペイオフリール３０ａ、３０ｂを介してコイルから解かれたストリップは、スキンパスミル４０によって形状矯正され、その後、コイラー３５によって再び巻き取られる。

【0028】

この際、スキンパスミル４０は、ヒートパイプロール１００を用いてストリップの形状を矯正するようになる。ここで、ヒートパイプロール１００を用いることにより、例えば、１５０℃以上のストリップがヒートパイプロール１００に進入しても、熱クラウンが一定に維持されることができ、１５０℃以上の温度で高強度鋼ストリップが提供されるため、形状矯正も円滑に行われることができる。

【0029】

本発明のヒートパイプロールは、上述した熱延訂正ＳＰＭラインに一般的に適用することができる鍛造ロールベースのヒートパイプロール１００である。そして、図２及び図３に示すように、本発明の鍛造ロールベースのヒートパイプロール１００は、両端部において軸受に連結されるネック部１０３と、上記ネック部の間を通過する板材を圧延し、所定の深さに円周方向に沿って複数の挿入孔が形成された圧延部１０２と、上記圧延部の内部の上記挿入孔に挿入され、ロールの軸方向に延長されたヒートパイプ１１０とを含んで構成される。

【0030】

具体的には、本発明のヒートパイプロール１００は、一般の形状矯正圧延ロールと類似するが、圧延部１０２とネック部１０３の間のジャーナル部１０４にヒートパイプ１１０が内蔵される点から互いに異なる。

【0031】

好ましくは、図４に示すように、上記ヒートパイプ１１０は、ロール軸方向の一側から中央部に延長する複数の第１ヒートパイプ１１３と、上記一側の反対方向から中央部に延長する複数の第２ヒートパイプ１１５と、を含み、上記第１ヒートパイプ及び前記第２ヒートパイプは、ロールの円周方向に沿って交互に配置されるようする。

【0032】

より好ましくは、上記第１ヒートパイプ１１３及び上記第２ヒートパイプ１１５はロールの長さ方向中央部において互いに交差するようにする。

【0033】

図５（ａ）はヒートパイプの縦断面図であり、図５（ｂ）はヒートパイプの断面図である。

【0034】

本発明において、ヒートパイプロール１００は、ワークロールにヒートパイプ１１０が内蔵されたロールを意味する。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ヒートパイプ１１０は、内部が真空に形成されたパイプ１１１に溝１１２が形成され、上記溝に純水が充填される。ヒートパイプ１１０は、加熱部で熱を受けると、純水が熱によって蒸発し、中央部１１３ａに水蒸気が充填されるようになる。このように中央部１１３ａに形成された水蒸気により、中央部１１３ａの圧力が高くなり、水蒸気が圧力の低い両側に移動し、側面部１１３ｂで冷却されて再び純水に戻るようになる。一方、中央部１１３ａにおいて溝１１２にあった純水が熱によって蒸発すると、溝１１２の毛細管現象により側面部１１３ｂの純水が再び中央部１１３ａに移動するようになる。

【0035】

このように、中央部１１３ａでは蒸発が起こり、側面１１３ｂでは凝縮が起こる。また、中央部１１３ａから側面部１１３ｂには水蒸気、側面１１３ｂから中央部１１３ａには純水が移動する。これにより、ヒートパイプ１１０は、内部の循環により、加熱部における熱を均一に分散する役割を果たす。

【0036】

また、本発明のヒートパイプロール１００は、鍛造ヒートパイプロールであって、従来のヒートパイプロールの遠心鋳造ロール及びＣＰＣヒートパイプロールとは区別される。

【0037】

本発明のヒートパイプロール１００としては、従来の遠心鋳造ロール又はＣＰＣロールの代わりに、３～６％Ｃｒを含む鍛造ロールを用いる。好ましくは、上記鍛造ロールは、重量％で、Ｃ：０．８～１．０％、Ｓｉ：０．８～１．２％、Ｍｎ：０．８～１．２％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｎｉ：０．６～１．０％、Ｃｒ：３．０～６．０％、Ｍｏ：０．３～０．７％、残部Ｆｅ及び不可避不純物を含んで組成されることができる。

【0038】

【表1】

【0039】

上記表１に示すように、５％Ｃｒの鍛造ロールの場合には、遠心鋳造ロール又はＣＰＣロールに対して降伏強度及び疲労強度が格段に優れ、耐クラック（ｃｒａｃｋ）発生を示し、ＣＰＣロールに比べて安価であり、輸入する必要がないという利点を有する。

【0040】

図６は遠心鋳造ロールベースのヒートパイプロールの表面にクラックＣが発生した場合を示す写真である。クラックＣは、一般的なロール寿命の１／２の使用時点において発生しており、高価なヒートパイプロールを廃棄しているのが実情である。

【0041】

一方、本発明の鍛造ロールの場合には、メーカーから供給を受けたり、又は熱延粗圧延に用いられ、廃棄径に到達して廃棄処分の状態にあるＢＵＲ（Ｂａｃｋｕｐ Ｒｏｌｌ）又はＷＲ（Ｗｏｒｋ Ｒｏｌｌ）をリサイクルして用いることができるという利点がある。ＢＵＲ又はＷＲをリサイクルするためには、先ず加工しやすい状態にすべくアニール熱処理をして荒削加工を介して熱延粗圧延で用いたロールを熱延訂正ＳＰＭロールのサイズに変更する。その後、再び焼入れ焼戻し（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ－Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）熱処理、中削加工、低周波熱処理、及び精削加工を介して最終の熱延ＳＰＭ用のＷＲに完成する。

【0042】

一方、従来の遠心鋳造ロールなどの場合にも、ヒートパイプをロールに加工された挿入孔に挿入すると、一般のヒートパイプとロールに加工された挿入孔の間に隙間が存在するようになる。このように隙間が存在するようになると、ヒートパイプの熱伝達性能が低下するため、この隙間を除去する必要がある。従来は、ロールの温度を高めてヒートパイプを膨張させる方法を用いている。具体的には、従来では、ヒートパイプが挿入されたヒートパイプロールを、最大昇温温度２８５℃、昇温速度８．５℃／時間を維持し、内蔵されたヒートパイプを膨張させることで、ロールに加工された孔とヒートパイプの間の隙間を除去している。

【0043】

これに対し、本発明の鍛造ロールの場合には、上記のようなヒートパイプロールに対する拡管熱処理を行うことが好ましくない。なぜなら、従来の遠心鋳造ロール及びＣＰＣロールは、ロールの最終製造過程における焼戻し（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）熱処理温度が３００℃以上であるのに対し、本発明の鍛造ロールの場合には、表面硬度を確保するために、２００℃以下で焼戻し熱処理を行うためである。すなわち、本発明の鍛造ロールの場合にも、ヒートパイプロールの製造過程においてロールに加工された孔とヒートパイプの間の間隔をなくすためにヒートパイプロールを２８５℃まで昇温させると、最終焼戻し熱処理温度が２００℃以下であることから、表面硬度が弱くなり、ロール自体が有する機械的特性が低下するためである。

【0044】

そのため、本発明の鍛造ロールの場合には、ヒートパイプを挿入するために、ロールに加工する挿入孔のサイズを従来の遠心鋳造ロールなどに比べて減少させる必要がある。

【0045】

好ましくは、挿入孔の直径とヒートパイプの直径の間の差を１００μｍ以下に管理する。より好ましくは、上記直径間の差を５０μｍ以下、一層好ましくは、５～５０μｍの範囲に管理する。

【0046】

併せて、本発明のヒートパイプロールに挿入されるヒートパイプの表面には、導電性材料をコーティング（めっき）することが好ましい。この際、形成されためっき層は、上述した挿入孔と挿入されたヒートパイプの間の隙間を調節する役割を果たす。具体的には、その隙間が大きい場合には導電性物質を厚くコーティングし、その間隔が小さい場合には薄くコーティングする。また、熱伝導性に優れるため、ロールに集積された熱をヒートパイプを介して外部に効果的に排出させる役割を果たす。

【0047】

本発明において、上記導電性材料をコーティングする具体的な方法は、特に限定されず、電気めっきなど、様々な方法を用いることができる。

【0048】

また、導電性材料として熱伝導性のある金属材料を用いることができ、例えば、Ｎｉを導電性材料として用いることができる。

【0049】

次に、本発明のヒートパイプが内蔵された鍛造ロールベースのヒートパイプロールの製造方法について説明する。

【0050】

本発明による鍛造ロールベースのヒートパイプロールの製造方法は、重量％で、３．０～６．０％Ｃｒを含んで組成され、端部において軸受に連結されるネック部、上記ネック部の間を通過する板材を圧延する圧延部、及び上記ネック部と上記圧延部の間において傾斜面として形成されたジャーナル部を含む鍛造ロールを設ける段階と、上記ジャーナル部から円周方向に所定の深さの位置に複数の挿入孔を形成する段階と、表面に導電性材料がコーティングされたヒートパイプを、真空ポンプを用いて上記挿入孔内に挿入する段階と、を含む。

【0051】

先ず、本発明では、重量％で、３．０～６．０％Ｃｒを含む鍛造ロールを製造する。かかる鍛造ロールは、公知となっている鍛造工法を用いて製造されることができ、端部において軸受に連結されるネック部と、上記ネック部の間を通過する板材を圧延する圧延部と、上記ネック部と上記圧延部の間において傾斜面として形成されたジャーナル部と、を含んで構成される。

【0052】

本発明では、このような鍛造ロールを直接製造することもできるが、熱延粗圧延で用いられ、廃棄径に到達して廃棄処分の状態にあるＢＵＲ（Ｂａｃｋｕｐ Ｒｏｌｌ）又はＷＲ（Ｗｏｒｋ Ｒｏｌｌ）をリサイクルして用いることができる。

【0053】

次に、本発明では、図７のように、上記ジャーナル部から円周方向に所定の深さの位置に複数の挿入孔１０５、１０６を形成する。本発明では、このような挿入孔を形成する具体的な方法は特に限定されない。

【0054】

かかる挿入孔の加工方法として、第１に、ロールの一方からガンドリルを用いてロールの反対側まで貫通するように加工する方法、第２に、ロールをバレル方向に２等分し、ロールの各側面からそれぞれのロールバレルの１／２ずつを加工する方法、第３に、ロールをバレル方向に２等分し、それぞれの各側面から１／２ずつを加工し、且つ図４のように、両側から加工した孔の先端が中央部において接するように加工せず、互いに一定量だけ重なるように加工する方法を挙げることができる。ロールは繰り返し荷重を受けると、その部分でクラックが生成され、ロールが破断する可能性があるため、両側から加工した挿入孔の先端が正確にロール中央で接することなく少しずれる第３の方法には、事故を防ぐことができるという利点がある。

【0055】

次に、上記形成された挿入孔１０５、１０６の表面に導電性材料がコーティングされたヒートパイプ１１０ａ、１１０ｂを、真空ポンプを用いて上記挿入孔内に挿入する。

【0056】

上述のように、従来の遠心鋳造ロール及びＣＰＣロールは２８５℃まで昇温させ、ロール内部に内蔵されたヒートパイプを膨張させて挿入孔とヒートパイプの間の隙間を除去したが、本発明の場合には、鍛造ロールであって、上述した高温熱処理を行うことが好ましくない。すなわち、本発明は、従来技術とは異なり、上記ヒートパイプ１１０ａ、１１０ｂの挿入後に、ヒートパイプの膨張のための拡管熱処理を行わないことが好ましい。

【0057】

本発明では、ヒートパイプロールとして鍛造ロールを用いることから、上述した挿入孔とヒートパイプの間の隙間を減らすために、挿入孔の直径を減らし、ヒートパイプに導電性材料（Ｎｉ）をコーティングする方法を提案する。但し、この方法には、孔とヒートパイプの間の隙間が減り、挿入孔内部の空気抵抗によってヒートパイプを挿入孔に挿入することが難しくなるという問題がある。

【0058】

そのため、これを解決するために、本発明では、図８に示すように、真空ポンプ１６を用いて加工された孔の内部の空気を外部に放出させてヒートパイプを挿入する方法を提供する。すなわち、導電性材料がめっきされたヒートパイプ２１０と、ヒートパイプロールの挿入孔と接触してヒートパイプ２１０を案内するように構成されるガイド用の吹口２３０と、上記ガイド用の吹口２３０を介して上記ヒートパイプ２１０を挿入孔に挿入できるように、上記挿入孔内部の空気を放出させる真空ポンプ２５０と、を含む挿入装置を用いることで、上述した隙間が小さい場合でも、ヒートパイプを挿入孔の内部に効果的に挿入することができる。図８における図面符号２７０は、その内部に挿入孔を有する構造を有する収容部材であって、挿入孔をヒートパイプロールを模写して示すものである。

【0059】

そして、ヒートパイプ表面の導電性材料の厚さは、上述した作業を繰り返しながら挿入可能な厚さを最終的に決定したものである。

【0060】

図９に示すように、上記ヒートパイプ１１０は、ヒートパイプ１１０の端部を塞ぐように挿入孔１０５、１０６に挿入されるストッパー１０８を含み、挿入孔１０５、１０６とヒートパイプ１１０の隙間の空気を放出できるように、上記ストッパー１０８には孔１０９が形成される。

【0061】

一方、上記のように、挿入孔とヒートパイプの間の隙間を減らし、ロール中央部におけるヒートパイプの重なり長さを増加させ、ヒートパイプの表面に導電性材料を一定の厚さにコーティングした後、真空ポンプを用いてヒートパイプを挿入することにより、鍛造ロールベースのヒートパイプロールを製作することができる。その後、ヒートパイプロールの性能を確認するために、オフライン状態でロール中央部を表面基準１００℃まで加熱した後、ロールバレル方向の温度分布及び熱クラウン量を測定することができる。

【0062】

上述のように、本発明において、挿入孔とヒートパイプの間の隙間を最小限に抑えたが、ヒートパイプロールを加熱炉で２８５℃まで昇温した後、拡管熱処理する従来技術に比べて挿入孔とヒートパイプの間には若干の隙間が引き続き残るようになる。

【0063】

したがって、本発明では、従来技術に比べてロールバレル方向の温度差及び熱クラウン量が若干高いため、これに備えて、最終的にロールの初期クラウン量を従来技術に比べて若干小さくすることが好ましい。例えば、従来技術ではヒートパイプロールの初期クラウン量が５／１００ｍｍであるのに対し、本発明の鍛造ロールベースのヒートパイプロールの場合には、熱クラウン量がさらに多く形成されることを考慮して初期クラウン量を５／１００ｍｍ未満に管理することが好ましく、３／１００ｍｍ以下に低く管理することがより好ましい。この値は、本発明の鍛造ロールベースのヒートパイプロールを対象とするオフラインテストの結果によって得られる熱クラウン量により、最終的に決定されることができる。

【実施例】

【0064】

以下、実施例を挙げて本発明を説明する。

【0065】

（実施例１）
図１０及び図１１は、５％Ｃｒ材質の鍛造ロールに基づいて製作されたヒートパイプロールの中央部をロール表面基準１００℃まで加熱した後、ヒートパイプの挿入がない場合（Ｎｏ ＨＰ）、ヒートパイプをＮｉめっきなしで挿入した場合（ｂａｒｅ ＨＰ）、ヒートパイプにＮｉめっきを施した後、挿入した場合（Ｎｉ ＨＰ）、そして、従来の拡管熱処理したヒートパイプロール（ＥＸ ＨＰ）とのロールバレル方向の温度分布及び熱クラウン量をそれぞれ測定して示すグラフである。

【0066】

図１０及び図１１に示すように、従来の拡管熱処理したヒートパイプロールの場合には、ロールバレル方向の中央部とエッジ部の温度差が１．６℃であるのに対し、ヒートパイプにＮｉめっきを施した場合には、ロールバレル方向の中央部とエッジ部の温度差が４．７℃を示した。この差異は、孔の直径減少、重なり長さの増加、及びロールの初期クラウン量の減少などを介して、さらに減少させることができると判断される。また、熱クラウン量の場合には、従来の拡管熱処理したヒートパイプロールの場合には２μｍ程度であるのに対し、ヒートパイプにＮｉめっきを施した場合には約５μｍ程度と、これも追加の提案技術の適用時に、その差異を減少させることができると判断される。

【0067】

（実施例２）
従来の遠心鋳造ロールヒートパイプロール及び鍛造ロールベースのヒートパイプロールを対象に安全性検討を行った。図１２には応力解析のためのモデリング、図１３には応力解析結果、そして、図１４には安定性の評価結果を示した。

【0068】

ロールの直径６３０ｍｍ、孔の直径１６．５ｍｍ、孔の数４２個、ロール表面から孔の中心線までの距離９１ｍｍである場合を対象に、圧延荷重１０００トン作用の際における孔の周囲の応力を計算し、その応力を材料の降伏強度で割った値（応力比）によって安定性を評価した。応力比が０．３以下の場合には安全、０．３～０．６である場合には条件付き安全、０．６以上である場合には危険を意味する。従来の遠心鋳造ロールの場合には危険レベルを示すのに対し、本発明の鍛造ロールの場合には安全であると評価されることが確認できる。

【0069】

そして、従来の遠心鋳造ロールヒートパイプロールと鍛造ロールベースの本発明のヒートパイプロールの疲労寿命を比較するための解析を行った。

【0070】

図１５は解析のためのモデリングを示し、図１６はワークロールが１回転する際の計算応力を示す。このように計算された応力と孔の加工における表面加工状態を考慮して疲労寿命を計算し、その結果を下記表２に示した。

【0071】

【表2】

【0072】

上記表２に示すように、従来の遠心鋳造ロールヒートパイプロールの場合には、実際の加工における加工表面の条件を考慮した際に、寿命が急激に減少したのに対し、鍛造ロールベースの本発明のヒートパイプロールの場合には、加工の際の表面条件を考慮しても、無限寿命を示すことが確認できる。一方、上記表２におけるｓｕｒｆ．Ｆａｃｔｏｒ １及びｓｕｒｆ．Ｆａｃｔｏｒ ２はそれぞれ、孔の加工における加工マークに現れる程度と加工面が非常に荒い際の表面粗さの条件を示す。

【0073】

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。

【符号の説明】

【0074】

３０ａ、３０ｂ ペイオフリール
４０ スキンパスミル
１００ ヒートパイプロール
１０２ 圧延部
１０３ ネック部
１０４ ジャーナル部
１０５、１０６ 挿入孔
１０８ ストッパー
１０９ 孔
１１０ ヒートパイプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】