ハイスロールに溝損傷が発生する理由とその解決方法

ハイスピードスチール（HSS）ロールは 、優れた耐摩耗性、長寿命、優れたコストパフォーマンスにより、熱間圧延機で広く使用されています。リブ付き鋼棒の製造において、HSS ロールは、多くの従来のロール材料よりもはるかに高い圧延出力を実現できます。ただし、実際の圧延機の操業では、ハイスロールの最終的な性能は、材料自体だけでなく、溝の設計、冷却条件、修理方法、操業制御にも依存します。

リブ付きバー製造の実際の事例では、HSS ロールの使用中に 2 つの一般的な故障モードが発生する可能性があることを示しました。それは、隣接する溝の間のロールカラーの破損と、溝の底部での溝の剥離またはシェル化です。これらの問題は製品の品​​質に直接影響し、ロールの耐用年数を短縮し、深刻な場合にはロール事故や予期せぬダウンタイムを引き起こす可能性があります。同論文によると、こうした欠陥はかつて生産において重大な隠れたリスクを生み出し、年間平均不良品率が約0.02%につながっていたという。

技術的な観点から見ると、この種の損傷は本質的に疲労破壊プロセスです。転造中、溝は転がり力、衝撃荷重、高温の材料と冷却水によって生じる繰り返しの熱応力、軸方向の圧縮応力などの複雑な加工条件にさらされます。これらの複合的な変動荷重の下では、微小亀裂が発生し、目に見える亀裂、殻の形成、または局所的な剥離が現れるまで徐々に伝播する可能性があります。

この論文では、被害の背後にあるいくつかの主な理由を特定しています。重要な要因の 1 つは、ロールカラーの強度が不十分だったことです。実際には、硬度が高くなると耐摩耗性は向上しますが、靭性も低下するため、カラー部分が破損しやすくなります。従来の設計経験は、実際の回転条件下ではもはや十分ではありません。もう 1 つの重要な要因は、冷却性能が低いことです。溝のエッジが青色に変色し、表面温度が 80°C を超えることは、冷却効果が不十分であり、亀裂の形成が促進されていることを示しています。さらに、溝の修復代が小さすぎると、旋削後に微小亀裂が残り、ロールを使用に戻したときに急速に亀裂が拡大する可能性があります。この論文では、過剰な K2 パス幅や、異常なガイド接触やロールの巻き付けなどの不適切な操作により、溝の損傷がさらに加速する可能性があるとも指摘しています。

これらの問題を解決するために、いくつかの実践的な対策が講じられました。まず、溝中心距離を長くし、ロールカラー幅を拡大してカラー強度を向上させました。同時に、溝フィレット半径を拡大して応力集中を軽減しました。次に、冷却システムがアップグレードされました。新たに中圧循環水システムを導入し、ロール冷却装置を何度も最適化して冷却効率を向上させました。製造中は冷却水圧力を0.5MPa以上に保ち、圧延停止後は溝表面温度を35℃以下に制御した。第三に、ロールが使用に戻る前に溝底部と溝端のすべての亀裂が完全に除去されるように、修理代が増加しました。最後に、過負荷や偶発的な機械的損傷を避けるために、設計とミルの動作を通過させるためにより厳密な制御が適用されました。

改善の結果は非常に明白でした。これらの是正措置を適用した後、工場ではリブ付きバーの生産においてロールカラーの破損や溝の剥離が繰り返されることはなくなりました。 12 mm リブ付きバー圧延の場合、溝あたりの平均生産量は約 350 トンに達し、ベイナイト ロールよりも約 230 トン高かった。溝寿命が長くなり、ロール交換頻度が減り、生産効率が大幅に向上しました。同紙は、工場の稼働率が平均2.08％向上し、年間生産量が約1万5000トン増加し、多大な経済効果をもたらしたと報告している。

この事例は、HSS ロールの適用の成功は材料の品質だけによって決まるわけではないことを再度示しています。安定した性能と最大のロール寿命を達成するには、適切な溝の設計、十分な冷却、修理中の亀裂の完全な除去、規律ある操作方法がすべて不可欠です。圧延効率の向上とロールの総コスト削減を目指す製鉄所にとって、これらの詳細はロールの材質そのものと同じくらい重要です。