圧延機ロールの種類、製造、性能ガイド

圧延機ロールとは

あ 圧延機ロール です 回転圧力によって金属の厚さを成形し、薄くする金属圧延装置の主要な作動コンポーネント 。これらの円筒形のツールは、圧延機内にペアまたはグループで取り付けられ、金属ビレット、スラブ、またはストリップを圧縮して、所望の形状および寸法に引き延ばします。圧延機のロールは高温高圧で動作するため、鉄鋼生産、アルミニウム加工、その他の金属成形作業の成功には不可欠です。

圧延機ロールの基本原理は次のとおりです。 2つの二重反転シリンダー間の金属の塑性変形 。金属がギャップ (「ロール ギャップ」または「パス」と呼ばれる) を通過するとき、ロールは圧縮力を適用し、長さを増加させながら厚さを減少させます。最新の圧延機は、数トンの重さの巨大な鋼スラブから、厚さわずか 0.006 mm の薄いアルミニウム箔まで、さまざまな材料を加工できます。

圧延機ロールの種類と用途

ワークロールとバックアップロール

圧延機の構成では、通常、2 つの異なるロール タイプが使用されます。 ワークロールは加工中の金属に直接接触します 、熱的および機械的ストレスの矢面に耐えます。これらのより小さな直径のロール (通常は 300 ～ 800 mm) により、より優れた形状制御と表面仕上げが可能になります。直径に達するバックアップロール 1,200～1,800mm 、特に 4 段および 6 段のミル構成において、ワークロールをサポートし、重荷重時のたわみを防ぎます。

材料ベースの分類

圧延機ロールの製造工程

圧延機ロールの製造には、最適な硬度、耐摩耗性、熱安定性を実現するように設計された高度な冶金プロセスが必要です。製造は通常、次の重要な段階をたどります。

• 材料の選択と溶解 - 高品質の合金組成は、1,600°Cを超える温度の電気アーク炉で溶解されます。
• 鋳造または鍛造 - ロールの種類に応じて、溶融金属は遠心鋳型または静的鋳型で鋳造されるか、10,000 トンの圧力をかけて油圧プレスで鍛造されます。
• 熱処理 - 制御された加熱および冷却サイクルにより、850 ～ 1,050°C の範囲の焼入れ温度で望ましい微細構造が作成されます。
• 機械加工と研削 ・精密研削により表面粗さRa0.2～0.8μm、寸法公差±0.02mm以内を実現
• 表面処理 - 高度なロールには、耐摩耗性を 30 ～ 50% 高めるために、クロムメッキ、レーザー硬化、またはセラミックコーティングが施される場合があります。

冷間圧延で使用されるハイスワークロールの場合、製造サイクルに時間がかかります。 約6～8ヶ月 最初の鋳造から最終納品まで、必要とされる広範な熱処理と品質管理プロセスを反映しています。

重要な性能要素と摩耗メカニズム

熱応力と機械的応力

圧延機のロールは、過酷な運転条件に耐えます。熱間圧延用途では、 表面温度は600～700℃に達することがあります 一方、ロールコアは 100 ～ 150°C に保たれ、厳しい温度勾配が生じます。この加熱と冷却の繰り返しにより熱疲労が発生し、ロール表面にファイアクラックとして現れます。冷間圧延操作では、温度が低いにもかかわらず、次の値を超える接触圧力がかかります。 1,500MPa（メガパスカル） 、表面下の疲労と剥離につながります。

主な装着モード

圧延機ロールの耐用年数は、いくつかの劣化メカニズムによって制限されます。

1. あbrasive wear - 圧延材中のスケール粒子や硬質介在物は切削工具として機能し、熱間圧延では1,000トンあたり0.05～0.15mmの摩耗率を示します。
2. あdhesive wear - 高温高圧では、ロールとワークピースの間で金属の転写が発生し、特にステンレス鋼の圧延で問題になります。
3. 酸化摩耗 - 高温での化学反応により酸化物層が形成され、剥がれ落ち、熱間ロールの総摩耗量の 20 ～ 30% に寄与します。
4. 塑性変形 - ストレスサイクルが繰り返されると、バレル中心のロール直径が増加し、好ましくないロールプロファイルが作成されます。

現代の工場では オンラインロール研削システム 工場を停止することなくロールプロファイルを復元できるため、キャンペーン期間が 15 ～ 25% 延長され、製品の品質の一貫性が向上します。

ロール設計の革新と技術トレンド

クラウンコントロールテクノロジー

ストリップ幅全体にわたって均一な厚さを維持するには、洗練されたロールクラウン設計が必要です。 CVC（連続可変クラウン）ロール 熱膨張と摩耗を補償するために、圧延中に軸方向にシフトできる 3 次多項式曲線プロファイルが特徴です。 SMS グループによって導入されたこの技術は、最新の冷間圧延機で±5 I ユニット (特殊な平面度測定) の平面度公差を達成します。

あlternative systems include:

• ペアクロスローリング - ワークロールは最大 3 度の角度で交差し、有益な応力分布を作り出します
• ワークロール曲げ加工 - 油圧シリンダーはチョックあたり最大 1,500 kN の力を加えてロールのたわみをリアルタイムで修正します
• サーマルクラウンコントロール - 内部冷却チャネルがロール温度プロファイルを±2℃の精度で調整します

あdvanced Coating Systems

ロールの寿命を延ばすためには、表面エンジニアリングが重要になっています。 物理蒸着 (PVD) コーティング 厚さ 2 ～ 5 マイクロメートルの窒化チタンまたは窒化クロム層を適用すると、摩擦係数が 0.3 から 0.15 に減少し、耐摩耗性が最大 300% 向上します。アルミニウム冷間圧延において、PVD コーティングされたワークロールは、 80,000トンを超えるキャンペーン寿命 、コーティングされていないロールの場合は 40,000 トンと比較します。

レーザー表面処理は、深さ 0.5 ～ 2 mm の硬化ゾーンを作成し、硬度が 200 ～ 400 HV 増加します。これは、ロール エッジなどの局所的な摩耗領域に特に効果的です。

メンテナンスとロール管理戦略

効果的なロール管理は、生産効率と製品の品質に直接影響します。大手鉄鋼メーカーが導入 包括的なロールプログラム 次の側面を最適化します。

研削と再研削

ワークロールは毎回再研磨を行っております。 8～24時間稼働 熱間圧延機で、粉砕ごとに 0.3 ～ 0.8 mm の材料を除去します。初期バレル直径が 650 mm の一般的なワークロールは、最小許容直径 550 mm に達するまでに 30 ～ 50 回再研磨できます。精密研削盤は、自動車のボディパネルなどの表面に敏感な用途に重要な円筒度を 0.01 mm 以内に維持し、粗さの仕様を維持します。

予知保全技術

最新の工場では、ロールの状態をリアルタイムで監視するセンサー システムが採用されています。

• 振動解析 ベアリングの劣化やロール偏心を0.001mmの精度で検出
• 熱画像カメラ 0.1℃の温度分解能でホットスポットと冷却システムの故障を特定
• 超音波検査 壊滅的な破損が発生する前に、表面下の亀裂や剥離を明らかにします
• あI-based wear prediction models ロールの残り寿命を 85 ～ 90% の精度で予測し、最適化されたスケジューリングを可能にします

これらのシステムは、計画外のロール交換を削減しました。 40-60% 包括的な予知保全プログラムを導入した施設では、典型的な総合製鉄所の場合、年間 200 万ドルから 500 万ドルの節約になります。

経済的影響とコストの考慮事項

圧延機のロールには多額の操業費用がかかります。 4 段冷間圧延機のワークとバックアップ ロールの完全なセットのコスト 150万～350万ドル 、熱間ストリップミルロールの在庫はこれを超える可能性があります 1,500万～2,000万ドル 年間 300 ～ 500 万トンを生産する施設の場合。

1 トンあたりのロール消費量は用途によって大きく異なります。

• 熱間ストリップミル: 1 トンあたり 0.80 ～ 1.50 ドル ロール製品の
• 冷間圧延機: 1 トンあたり 2.50 ～ 4.00 ドル より高い精度の要件のため
• 特殊品ミル（珪素鋼、ステンレス）： 1 トンあたり 5.00 ～ 8.00 ドル 要求の厳しい材料特性を反映する

最適な研削間隔、適切な潤滑、予防交換に重点を置いた戦略的なロール管理プログラムにより、ロールのコストを削減できます。 15-25% 同時に歩留まりを向上させ、品質欠陥を削減します。年間 200 万トンを生産する中規模の工場の場合、これは年間 60 万～100 万ドルの節約に相当します。