圧延機ロールの種類・材質・選び方ガイド

圧延機ロール 圧延機の中核となる作動部品であり、材料が圧延機の間を通過するときに圧縮力を加えて金属を直接成形します。 適切なロールの材質、硬度、プロファイルを選択することは、製品の品質、ミルの効率、操業コストに影響を与える最も重要な決定の 1 つです。 鋼板、アルミニウム板、銅棒のいずれを加工する場合でも、表面仕上げから寸法精度に至るまでロールの性能がすべてを決定します。

圧延機ロールとは何ですか?

圧延機ロールは、圧延機スタンド内にペアまたはセットで取り付けられる円筒形のツールです。金属ワークが回転ロールの間を通過するとき、ロールパスと呼ばれるロール間のギャップにより、材料の厚さが減少したり、断面が形成されたりします。ロールは、巨大な圧縮応力、熱サイクル、摩耗に同時に耐える必要があります。

標準ロールは 3 つの主要なセクションで構成されます。 バレル (金属と接触する作業面)、 首 (ベアリング接触ゾーン)、および ワブラーまたはドライブエンド （トルクが伝わるところ）。ロールの寸法は、直径 50 mm 未満の小型のクラスター ミル ロールから、熱間圧延機で使用される直径 1,500 mm を超える大型のブレークダウン ロールまで、非常に多様です。

圧延機ロールの主な種類

ロールは、工場内での位置、機能、および処理する製品によって分類されます。これらのカテゴリを理解すると、各アプリケーションに適切なロールを指定するのに役立ちます。

ミル位置別

• ワークロール: 金属に直接触れてください。高い表面硬度 (通常 65 ～ 85 ショア C (HSC)) と滑らかな表面仕上げが必要です。
• バックアップロール: ワークロールをサポートし、転がり荷重時のたわみを防ぎます。直径が大きく、硬度よりも靭性を優先します。
• 中間ロール: 6 高さまたは 20 高さのクラスターミルの作業ロールとバックアップロールの間で使用され、力を伝達し、ストリップの平坦度を制御します。

圧延法による

• 熱間圧延ロール: 900 ～ 1,200°C のストリップ温度で動作します。熱衝撃や酸化スケールに耐える必要があります。
• 冷間圧延ロール: ゲージの精度を維持するには、非常に滑らかなバレル表面 (スキンパス ミルの場合は Ra ≤ 0.1 µm) と一定の硬度が必要です。
• セクションミルロールとロッドミルロール: バー、線材、レール、または構造セクションを成形するための溝付きバレル プロファイルを特徴とします。

ロール素材とその性能特性

圧延機ロールの材質の選択は、摩耗寿命、製品に提供される表面品質、熱疲労や機械疲労に対する耐性に直接影響します。最も一般的なロールの材質を以下にまとめます。

ハイスロールは熱間圧延機の仕上げスタンドの主要な選択肢となっています 従来の ICCI ロールと比較して、キャンペーンごとに最大 3 ～ 5 倍のトン数をロールできるため、ロール交換の頻度と工場のダウンタイムが大幅に削減されます。

ロールの摩耗と故障を引き起こす主な要因

ロールの劣化は避けられませんが、摩耗の速度と状態は管理できます。圧延機ロールの主な摩耗メカニズムは次のとおりです。

• 摩耗: 圧延材に埋め込まれた硬いスケール粒子が原因です。熱間圧延で一般的で、ミルスケールの硬度は 1,200 HV に達することがあります。
• 熱疲労 (火裂): ロール表面の加熱と冷却を繰り返すと、表面に微細な亀裂が生じ、最終的にはスポーリングにつながります。冷却水の流れが不十分であることが主な原因です。
• 機械的疲労: 特にバックアップ ロールでの高い周期的接触応力は、表面下の亀裂の伝播を引き起こします。 大型熱間圧延機バックアップロールの接触応力は 800 MPa を超える場合があります 最大回転荷重下で。
• 付着摩耗（ピックアップ）： 圧延素材の材料がロール表面に付着し、表面品質が低下します。特にアルミニウムの冷間圧延では問題が発生します。
• スポーリング: 大きな表面破片の突然の損失。多くの場合、表面下の欠陥、不適切な研削、または安全な摩耗限界を超えたロールの回転が原因です。

業界データは次のことを示しています ロール関連の故障は、熱間圧延機の計画外ダウンタイムの 15 ～ 25% を占めます により、ロール状態の監視と規律あるロール管理が工場の生産性にとって不可欠になります。

ロール研削: 表面品質とプロファイルの維持

ローリングキャンペーンの合間に、摩耗したロールはロール研削工場で再研削され、表面品質が回復され、バレルプロファイルが修正されます。これは、圧延機において最も重要なメンテナンス作業の 1 つです。

研削代とロール寿命

各ロールには、定義された最小安全直径があります。初期直径が 750 mm の一般的な熱間圧延機ワーク ロールの場合、使用可能な研削代は 75 ～ 100 mm となり、ロールが廃棄されるまでに 30 ～ 50 回の研削サイクルが可能になります。 すべての表面損傷を完全に除去しながら、研削ごとのストック除去を最小限に抑えると、ロールの総寿命が直接延長され、圧延トンあたりのコストが削減されます。

クラウンとプロファイルの制御

ロールバレルプロファイル（クラウン）は、圧延中の弾性たわみと熱膨張を補償するためにワークロールとバックアップロールに意図的に研磨されています。典型的な熱間ストリップミルのワークロールは、幅全体にわたって均一なストリップの平坦性を確保するために、0.1 ～ 0.3 mm のポジティブクラウンで研削される場合があります。不適切なクラウン研削は、ストリップの平坦度の欠陥やエッジの波打ちの主な原因です。

用途に適したロールを選択する方法

ロールの選択は、いくつかの運用変数の構造化された評価に基づいて行う必要があります。次の基準が最も決定的です。

1. 圧延温度: 700°C を超える熱間圧延には、高い耐熱衝撃性を備えた材料 (ICCI、HSS など) が必要です。冷間圧延には、最大の硬度と表面仕上げ能力が必要です。
2. 圧延される材料: 硬質ステンレス鋼には、軟質アルミニウムよりも丈夫なロールが必要です。表面スケールのある研磨材には、より高い耐摩耗性グレードが必要です。
3. 圧延荷重とミルの種類: 高負荷タンデムミルには疲労強度の高いロールが必要です。クラスターミルでは、たわみに耐えるために極度の硬度が必要な小径ロールが使用されます。
4. 製品に必要な表面仕上げ: スキンパスおよびテンパーミルでは、光沢のある仕上げ製品を得るために、Ra 値が 0.1 μm 未満のロールが求められます。テクスチャードロール (EDT またはショットブラスト) は、塗料の接着のために特定の粗さを必要とする自動車用シートに使用されます。
5. キャンペーンの長さとロール変更の頻度: 生産性を高めるために長期間のキャンペーンが必要な場合は、初期コストは高くなりますが、1 トンあたりの総コストが低いため、HSS または高クロム ロールが好まれます。

有用なベンチマーク: 熱間圧延工場では、ICCI から HSS ワークロールに切り替えると、通常、ロールの消費量が 40 ～ 60% 削減されます。 完成したストリップの表面品質が向上し、大量生産における投資の費用対効果が非常に高くなります。

ロール管理のベストプラクティス

規律あるロール管理システムがなければ、最高のロールであってもパフォーマンスが低下します。大手工場が従う主な慣行は次のとおりです。

• ロール履歴を電子的に追跡 - すべてのキャンペーン、研削、検査結果を記録して、摩耗パターンを特定し、研削サイクルを最適化します。
• 超音波検査 (UT) と渦電流検査を使用して、剥離が発生する前に表面下の亀裂を検出します。
• 冷却水の流量と品質を厳密に維持する - 冷却水の汚染または不十分な状態は、熱間圧延における熱疲労亀裂の主な原因となります。
• キャンペーンごとに最大許容摩耗制限を設定し、それを強制することで、安全な摩耗制限を超えてワークロールを実行すると、剥離リスクが飛躍的に増加します。
• ロールを正しくペアリングする: 不均一な荷重分散や片側の摩耗を避けるために、直径と硬度が一致したワーク ロールをペアリングする必要があります。

構造化されたロール管理プログラムを導入している工場は通常、 ロール消費コストの 10 ～ 20% 削減 新しい設備への設備投資をすることなく、製品の表面品質が目に見えて改善されます。

結論

圧延機のロールは精密工具であり、単なる消耗品ではありません。 ロールの材質、硬度プロファイル、研削方法、および運用管理の適切な組み合わせが、工場運用における他のほとんどの変数よりも製品の品質と圧延コストの両方を決定します。 HSS および高クロム アイアンは、その優れた摩耗寿命により、現代の要求の厳しい用途で主流となっていますが、靭性が最重要視される場合には、鍛造鋼は依然として代替不可能です。適切なロール仕様、規律ある研削、体系的なロール追跡への投資は、すぐに利益をもたらします (大量生産の場合は通常数か月以内)。