研究開発された技術紹介

近年、鉄鋼メーカ－では製品の品質向上や省エネルギーの観点から低温・高圧下で鋼材の圧延を行う傾向が強まっている。このため圧延ロールへの負荷が大きくなり高性能ロールが求められる。連続鋳造法で製造されるロールは他製法のロールに比較して性能が優れるが、軸部の溶接で強度低下が生じる。本研究では、摩擦圧接法を応用した新技術で軸部を接合することで、ロール軸部の高強度化、製造コストの削減、品質の安定化を目指す

ロールの軸部を外部加熱と摩擦加熱を併用した摩擦圧接法で接合する技術を開発する

(新技術)
外部加熱と摩擦加熱を併用した超高速摩擦圧接法によって、圧延ロール軸部を接合し、圧延ロールを製造する

(新技術の特徴)
・圧延ロールの高強度化、高寿命化、低コスト化の達成が可能になる
・併せて摩擦圧接装置の小型化が可能になる

・大径丸鋼材用摩擦圧接装置の開発
‐小径材摩擦圧接試験により見出した適正な摩擦圧接条件を実現する大径丸鋼材用摩擦圧接試験装置を設計・製作した
‐圧接面を最適温度に加熱する外部加熱装置を開発した
・大径丸鋼材の摩擦圧接試験条件の研究
‐摩擦トルクの低減条件・摩擦熱による急速昇温条件を確立した
‐大径丸鋼材の最適なアプセット圧力値と押し付けタイミング、および最適な摩擦圧接面形状を見出した
・圧接部の品質評価
‐健全性を確保できる摩擦圧接条件を確立、接合部の静的・動的強度特性が溶接接合を上回ることを確認した
・長尺丸鋼用の摩擦圧接装置の開発
・ロール軸接合制御自動化の開発
・ロール軸接合試験の実施
‐実サイズ想定の圧延ロール試験で強度、品質目標を達成した
・摩擦圧接で製造したロールの実機検証テストをクリアー

「圧延ロールの製造方法及び圧延ロール並びに圧延ロールの製造装置」（PCT/JP2014/60184、特許第5756889号）

・開発した摩擦圧接法を用いて軸部を接合した圧延ロール
・将来的に本開発技術を活用した大径材同士の接合製品

本技術によって製品化した圧延ロール等の製品は軸接合部に強度的な問題なく使用されている。事業開始以降も各製鉄所殿から取引が継続的に続いている。

圧延工程での不具合が低減し、製品歩留りが向上
・摩擦圧接法による軸接合を実施することで耐久性が高く、高強度な圧延ロールの製造が可能になった
・耐久性が高い圧延ロールの提供が可能になったことで、高負荷の圧延環境においてもロール軸部の破損・折損等による不具合発生が低減した圧延による製品ラインナップの拡大に寄与
・従来技術では、大径材(φ200～350mm)の接合対応ができなかった
・本技術の開発により、高強度かつ高品質な接合部を保った大径材の接合が可能になったことにより、圧延による対応が可能な製品群が増加し、製品ラインナップの増加に寄与することが可能になった

・本事業で研究開発した摩擦圧接法を応用した軸接合技術とCPC(ContinuousPouringprocessforCladding)法を用いて製造した特殊ハイスロールは、溶融溶接による軸接合に比較して高強度化かつ品質向上を達成した
・本提案の圧延ロールは、川下産業のニーズ(高寿命化・高強度化)を反映できることから、今後は国内メーカーへの拡販を実施した
・販売された圧延ロールは問題なく使用されており、継続的な取引が続いている