CN105579157B - 离心铸造制复合辊及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种离心铸造制复合辊，是由离心铸造法形成的外层，和由球墨铸铁构成的内层经熔敷一体化而成，外层由Fe基合金构成，所述Fe基合以质量标准计，含有如下：1.3～3.7％的C；0.3～3％的Si；0.1～3％的Mn；1～7％的Cr；1～8％的Mo；2.5～7％的V、0.1～3％的Nb和0.1～5％的W的至少一种(V为必须)；0.01～0.2％的B和/或0.05～0.3％的S，余量实质上由Fe和不可避免的杂质构成，并且外层的组织不含石墨，内层具有熔敷于外层的筒芯部，和从筒芯部的两端一体延伸的驱动侧轴部和从动侧轴部，驱动侧轴部的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量为0.35～2质量％，从动侧轴部的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量为0.15～1.8质量％，前者比后者多0.2质量％以上。

Description

离心铸造制复合辊及其制造方法
技术领域
本发明涉及离心铸造制复合辊及其制造方法，该复合辊具有通过离心铸造法形成的耐磨耗和耐事故性优异的外层、和强韧的内层经熔敷一体化的复合构造。
背景技术
作为热轧用的工作辊，使通过离心铸造法形成的耐磨耗性鉄基合金所构成的外层，和强韧的球墨铸铁所构成的内层熔敷一体化的离心铸造制复合辊被广泛使用。在离心铸造制复合辊中，与轧制材的接触产生的热量和机械的负荷导致在辊外层发生磨耗和表面粗糙等的损伤，成为轧制材的表面品质的劣化的原因。因此，若外层的损伤进行到一定程度，则需要进行辊的交换。从轧机上取下的辊，从外层磨削除去损伤部之后，再装配到轧机上。从辊外层磨削除去损伤部称为“修磨”。工作辊从最初直径被修磨至轧制中可以使用的最小直径(最终直径)后，废弃。从最初直径截止到最终直径称为“轧制有效直径”。若修磨频繁地进行，则由于轧制的中断导致生产率降低，因此轧制有效直径内的外层，为了防止大的损伤而希望具有优异的耐磨耗性、耐事故性和抗表面粗糙性。
如图1所示，复合辊10由与轧制材接触的外层1、和熔敷于外层1的内面的内层2构成。内层2由不同于外层1的材质构成，由熔敷于外层1的筒芯部21，和从筒芯部21一体化地向两侧延伸的驱动侧轴部22及从动侧轴部23构成。在驱动侧轴部22的端部，一体地设有用于驱动扭矩传递的离合器部24。另外在从动侧轴部23的端部，还一体地设有复合辊10的装卸等所需要的凸状部25。离合器部24具有端面24a，和与驱动机构(未图示)啮合的一对平坦的槽口面24b、24b，凸状部25具有端面25a。对于驱动侧轴部22和从动侧轴部23，需要实施机械加工，用于形成轴承部、颈部等。
将复合辊10用于热轧时，为了尽可能延伸修磨的间隔，需要抑制外层1的磨耗、咬合、表面粗糙等的损伤，并且为了扭矩传递，还需要抑制紧固于联接器的驱动侧轴部22的离合器部24的损耗。为此，重要的是由耐磨耗性和耐事故性优异的铁基合金形成外层1，并且使形成内层2的球墨铸铁的耐磨耗性提高。
作为使离合器部的耐磨耗性提高的热轧用复合辊，日本特开平6-304612号公开有一种热轧用复合辊，其具有由高速工具钢构成的外层，和由C：0.2～1.2重量％的碳钢或低合金钢构成的内层及轴部，其中，在轴部的端部，铸接有由球状石墨铸铁构成的离合器部，该球状石墨铸铁，以重量标准计，含有C：2.5～3.5％、Si：1.6～2.8％、Mn：0.3～0.6％、P＜0.05％、S＜0.03％、Ni＜0.5％、Cr＜0.2％、Mo＜0.5％和Mg：0.02～0.05％，余量由Fe和其他不可避的成分构成，石墨面积率为5～15％。但是，该离合器部的耐磨耗性尚不充分。另外，因为在轴部的端部铸接离合器部，所以也有在两者的接合边界容易发生异物咬入等的铸造缺陷这样的问题。此外，因为需要对于铸接的部位进行刨平加工，或在铸接部的周围设置铸模，或熔化和铸造与内层不同的离合器部用球状石墨铸铁的工序，所以也有制造成本上涨这样的问题。
日本特开2012-213780号公开有一种轧制用复合辊，其具有外层、形成于其内面的筒体部、从筒体部的一端延伸的驱动轴、从另一端延伸的从动轴，驱动轴的抗拉强度比从动轴高50MPa以上。作为在驱动轴和从动轴中对抗拉强度赋予差异的方法的例子，日本特开2012-213780号记述有如下方法，即，在使驱动轴处于下侧，从动轴处于上侧的静置铸造中，使用在驱动轴用的下模上涂布有耐火材料的金属模具，从动轴用的上模使用砂模，使下侧的浇注温度比上侧的浇注温度低20℃以上。但是，利用浇注温度的差异，即使能够使驱动轴比从动轴达到更高强度，但仍不能使驱动轴的耐磨耗性比从动轴高。
另外，若为了提高驱动侧轴部22的耐损耗性而提高内层1整体的硬度，则从动侧轴部23的硬度也上升，产生加工性降低这样的问题。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种在维持从动侧轴部的加工性的状态下，改善了驱动侧轴部的耐损耗性的离心铸造制复合辊及其制造方法。
鉴于上述目的而锐意研究的结果，本发明者等发现，在通过离心铸造法形成外层之后，若适当控制浇铸在静置铸造用铸模内的内层用熔液的液面的上升速度，则(a)能够使外层中的Cr、Mo、V、Nb和W相比从动侧轴部而更多地混入驱动侧轴部一方，因此能够使驱动侧轴部达成比从动侧轴部更高的硬度，另外(b)高硬度的驱动侧轴部具有优异的耐损耗性，从动侧轴部具有良好的加工性，从而想到本发明。
即，本发明的离心铸造制复合辊，其特征在于，是由离心铸造法形成的外层，和由球墨铸铁构成的内层经熔敷一体化而成，
所述外层由Fe基合金构成，以质量标准计，其含有如下：1.3～3.7％的C；0.3～3％的Si；0.1～3％的Mn；1～7％的Cr；1～8％的Mo；从2.5～7％的V、0.1～3％的Nb和0.1～5％的W所构成的群中选择的至少一种，其中V是必须的元素；0.01～0.2％的B和/或0.05～0.3％的S，余量实质上由Fe和不可避免的杂质构成，并且所述外层的组织不含石墨，
所述内层具有熔敷于所述外层筒芯部，和从所述筒芯部的两端一体化延伸的驱动侧轴部和从动侧轴部，
所述驱动侧轴部的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量为0.35～2质量％，所述从动侧轴部的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量为0.15～1.8质量％，前者比后者多0.2质量％以上。
所述外层以质量标准计，也可以还含有从0.1～5％的Ni、0.1～10％的Co、0.01～0.5％的Zr、0.005～0.5％的Ti和0.001～0.5％的Al所构成的群中选择的至少一种。
本发明的离心铸造制复合辊的制造方法，其特征在于，具有如下工序：(1)以旋转的离心铸造用圆筒状铸模离心铸造所述外层；(2)使具有所述外层的所述圆筒状铸模竖立，在其上下端设置分别与所述外层连通的所述驱动侧轴部用的下模和所述从动侧轴部用的上模，构成静置铸造用铸模；(3)向由所述上模、所述外层和所述下模构成的模腔中浇注所述内层用的熔液，所述上模内的熔液面的上升速度为100mm/秒以下，比所述下模和所述外层内的熔液面的上升速度小。
所述上模内的熔液面的上升速度，与所述下模和所述外层内的熔液面的上升速度的差优选为50～150mm/秒。
在本发明的离心铸造制复合辊中，因为外层中的Cr、Mo、V、Nb和W相比从动侧轴部而更多地混入到具有离合器部的驱动侧轴部一方，所以驱动侧轴部十分硬而具有优异的耐损耗性，从动侧轴部则不太硬，机械加工容易。因此，本发明的离心铸造制复合辊同时拥有得到大幅改善的耐用寿命和良好加工性。具有这样的特征的本发明的离心铸造制复合辊，在外层的形成后，通过控制浇铸的内层用熔液的液面的上升速度便能够取得，因此其制造方法有效，有助于离心铸造制复合辊的制造成本的大幅削减。
附图说明
图1是表示复合辊的概略剖面图。
图2是表示图1的复合辊的离合器部侧的局部立体图。
图3(a)是表示用于本发明的离心铸造制复合辊的制造的铸模的一例的分解剖面图。
图3(b)是表示用于本发明的离心铸造制复合辊的制造的铸模的一例的剖面图。
图4是表示用于本发明的离心铸造制复合辊的制造的铸模的另一例的剖面图。
具体实施方式
以下详细地说明本发明的实施方式，但本发明并不受其限定，在不脱离本发明的技术思想的范围内也可以进行各种变更。除非特别指出，仅则仅记述为“％”时，意思是“质量％”。
[1]离心铸造制复合辊
(A)外层
外层由Fe基合金构成，以质量标准计，含有如下：1.3～3.7％的C；0.3～3％的Si；0.1～3％的Mn；1～7％的Cr；1～8％的Mo；从2.5～7％的V、0.1～3％的Nb和0.1～5％的W所构成的群中选择的至少一种，其中V是必须的元素；0.01～0.2％的B和/或0.05～0.3％的S，余量实质上由Fe和不可避免的杂质构成。外层也可以还含有从0.1～5％的Ni、0.1～10％的Co、0.01～0.5％的Zr、0.005～0.5％的Ti和0.001～0.5％的Al所构成的群中选择的至少一种。
(1)必须元素
(a)C：1.3～3.7质量％
C与V、Nb、Cr、Mo和W结合而生成硬质碳化物，有助于外层的耐磨耗性的提高。C低于1.3质量％时，硬质碳化物的晶化量过少，有能付与外层以充分的耐磨耗性。另一方面，若C高于3.7质量％，则过剩的碳化物的晶化导致外层的韧性降低，耐裂纹性降低，因此轧制造成的裂纹变深，辊损失增加。C的含量的下限优选为1.5质量％。另外C的含量的上限优选为3.4质量％，更优选为3质量％。
(b)Si：0.3～3质量％
Si通过熔液的脱氧而使氧化物的缺陷减少，并且固溶于基体而使抗咬合性提高，此外使熔液的流动性提高，从而具有防止铸造缺陷的作用。Si低于0.3质量％时，熔液的脱氧作用不充分，熔液的流动性也不足，缺陷发生率高。另一方面，若Si高于3质量％，则合金基体脆化，外层的韧性降低。Si含量的下限优选为0.4质量％，更优选为0.5质量％。Si含量的上限优选为2.7质量％，更优选为2.5质量％。
(c)Mn：0.1～3质量％
Mn除了熔液的脱氧作用以外，还具有将作为杂质的S固定为MnS的作用。MnS具有润滑作用，对于防止轧制材的咬合有效，因此优选含有预期的MnS。Mn低于0.1质量％时，其添加效果不充分。另一方面，即使Mn高于3质量％，也得不到进一步的效果。Mn的含量的下限优选为0.3质量％。Mn的含量的上限优选为2.4质量％，更优选为1.8质量％。
(d)Cr：1～7质量％
Cr使基体成为贝氏体或马氏体而保持硬度，对于维持耐磨耗性是有效的元素。Cr低于1质量％时，溶解到内层中的量不足，离合器部的耐损耗性的提高效果不充分。另一方面，若Cr高于7质量％，则基体组织的韧性降低。Cr的含量的下限优选为1.5质量％，更优选为2.5质量％。Cr含量的上限优选为6.8质量％。
(e)Mo：1～8质量％
Mo与C结合而形成硬质碳化物(M6C，M2C)，使外层的硬度增加，并且使基体的淬火性提高。另外，Mo与V和Nb一起生成强韧且硬质的MC碳化物，使耐磨耗性提高。Mo低于1质量％时，溶解到内层中的量不足，离合器部的耐损耗性的提高效果不充分。另一方面，若Mo高于8质量％，则外层的韧性降低。Mo含量的下限优选为1.5质量％，更优选为2.5质量％。Mo含量的上限优选为7.8质量％，更优选为7.6质量％。
(f)碳化物形成元素
外层中，作为碳化物形成元素，含有从2.5～7质量％的V、0.1～3质量％的Nb和0.1～5质量％的W所构成的群中选择的至少一种，但V是必须元素。
(i)V：2.5～7质量％
V是与C结合而生成硬质的MC碳化物的元素。MC碳化物具有2500～3000的维氏硬度Hv，是碳化物之中最硬的。V低于2.5质量％时，不仅MC碳化物的析出量不充分，而且溶解到内层中的量不足，由此导致离合器部的耐损耗性的提高效果不充分。另一方面，若V高于7质量％，则比重轻的MC碳化物由于离心铸造中的离心力而向外层的内侧稠化，不仅MC碳化物的半径方向偏析变得显著，而且MC碳化物粗大化，合金组织变粗，轧制时容易表面粗糙。V含量的下限优选为2.7质量％，更优选为2.9质量％。V含量的上限优选为6.9质量％，更优选为6.8质量％。
(ii)Nb：0.1～3质量％
与V同样，Nb也与C结合而生成硬质MC碳化物。Nb通过与V和Mo的复合添加，固溶于MC碳化物而使MC碳化物强化，使外层的耐磨耗性提高。NbC系的MC碳化物与VC系的MC碳化物相比，与熔液的密度的差异小，因此使MC碳化物的偏析减轻。Nb含量的下限优选为0.2质量％。Nb含量的上限优选为2.9质量％，更优选为2.8质量％。
(iii)W：0.1～5质量％
W与C结合而生成硬质的M6C等的硬质碳化物，有助于外层的耐磨耗性提高。另外也固溶于MC碳化物中而使其比重增加，具有减轻偏析的作用。但是，若W高于5质量％，则M6C碳化物变多，组织不均质，成为表面粗糙的原因。因引，添加W时，为5质量％以下。另一方面，W低于0.1质量％时，其添加效果不充分。W的含量的上限优选为4质量％，更优选为3质量％。
(g)B和/或S
外层还含有0.01～0.2质量％的B和/或0.05～0.3质量％的S。借助这些元素，外层的抗咬合性提高。热轧中，由于轧制钢板重叠起来的事故(称为绞钢(絞り込み))，高温的钢板与辊表面咬合，辊表面发生剧烈的热裂纹。B和S使具有润滑作用的化合物在外层内生成，使抗咬合性提高。
(i)B：0.01～0.2质量％
B固溶在碳化物中，形成具有润滑作用的碳硼化物，使抗咬合性提高。碳硼化物的润滑作用特别在高温下被显著发挥，因此对于热轧材在咬入时的咬合防止有效。B低于0.01质量％时，得不到充分的润滑作用。另一方面，若B高于0.2质量％，则使外层脆化。B含量的下限优选为0.012质量％，更优选为0.015质量％。另外B含量的上限优选为0.15质量％，更优选为0.1质量％。
(ii)S：0.05～0.3质量％
S通常被作为有害元素对待，但为了利用MnS的润滑性而添加。S低于0.05质量％时，无法充分获得MnS的润滑作用，另外若高于0.3质量％，则发生外层的脆化。S含量的上限优选为0.2质量％，更优选为0.15质量％。
(2)任意元素
外层中以质量标准计，也可以还含有从0.1～5％的Ni、0.1～10％的Co、0.01～0.5％的Zr、0.005～0.5％的Ti和0.001～0.5％的Al所构成的群中选择的至少一种。
(a)Ni：0.1～5质量％
Ni具有使基体的淬火性提高的作用，因此，若在大型的复合辊的情况下添加Ni，则防止冷却中发生珠光体，能够使外层的硬度提高。Ni的添加效果低于0.1质量％时几乎没有，若高于5质量％，则奥氏体过于稳定化，硬度难以提高。Ni含量的上限优选为4质量％，更优选为3.5质量％。
(b)Co：0.1～10质量％
Co在基体中固溶，使基体的热硬度增加，具有改善耐磨耗性和抗表面粗糙性的效果。Co低于0.1质量％时，几乎没有添加效果，另外即使高于10质量％，也得不到进一步的提高。Co含量的下限优选为1质量％。另外Co含量的上限优选为7质量％。
(c)Zr：0.01～0.5质量％
与V和Nb同样，Zr与C结合而生成MC碳化物，使耐磨耗性提高。另外，Zr在熔液中生成氧化物，该氧化物作为结晶核起作用，因此凝固组织变得微细。此外，Zr使MC碳化物的比重增加，对于防止偏析有效。但是，若Zr高于0.5质量％，则成为夹杂物，因此不为优选。Zr含量的上限更优选为0.3质量％。另外，为了得到充分的添加效果，Zr的含量的下限更优选为0.02质量％。
(d)Ti：0.005～0.5质量％
Ti与C和N结合，形成TiC、TiN或TiCN这样的硬质的粒状化合物。其成为MC碳化物的核，因此具有MC碳化物的均质分散效果，有助于耐磨耗性和抗表面粗糙性的提高。但是，若Ti含量高于0.5质量％，熔液的粘性增加，容易发生铸造缺陷。Ti含量的上限更优选为0.3质量％，最优选为0.2质量％。另外，为了得到充分的添加效果，Ti的含量的下限更优选为0.01质量％。
(e)Al：0.001～0.5质量％
Al与氧的亲和性高，因此作为脱氧剂发挥作用。另外，Al与作为石墨化阻碍元素的N和O结合，形成的氧氮化物悬浮在熔液中而成为核，使MC碳化物微细均匀地晶化。但是，若Al高于0.5质量％，则外层变脆。另外，Al低于0.001质量％时，其效果不充分。Al含量的上限更优选为0.3质量％，最优选为0.2质量％。另外，为了得到充分的添加效果，Al的含量的下限更优选为0.01质量％。
(3)不可避的杂质
外层的组成的余量实质上由Fe和不可避免的杂质构成。不可避的杂质之中，P招致机械的性质的劣化，因此优选尽可能少。具体来说，P的含量优选为0.1质量％以下。作为其他的不可避的杂质，Cu、Sb、Te、Ce等的元素合计为0.7质量％以下即可。
(4)组织
外层的组织，构成如下：(a)MC碳化物；(b)M2C和M6C的以Mo为主体的碳化物(Mo系碳化物)或M7C3和M23C6的以Cr为主体的碳化物(Cr系碳化物)；(c)碳硼化物；和(d)基体。碳硼化物一般具有M(C,B)的组成。但是，金属M主要是Fe、Cr、Mo、V、Nb和W的至少一种，金属M、C和B的比例根据组成而变化。本发明的外层的组织以不含石墨为特征。
(B)内层
(1)碳化物形成元素
与所述外层1熔敷一体化的内层2由球墨铸铁构成，具有熔敷于外层1上的筒芯部21，和从筒芯部21的两端一体延伸的驱动侧轴部22和从动侧轴部23。内层2其特征在于，(a)驱动侧轴部22的端部的碳化物形成元素(Cr、Mo、V、Nb和W)的合计量为0.35～2质量％；(b)从动侧轴部23的端部的碳化物形成元素(Cr、Mo、V、Nb和W)的合计量为0.15～1.8质量％；并且(c)驱动侧轴部22的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量比从动侧轴部23的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量多0.2质量％以上。
要件(a)和(b)
若在外层1中添加1～7％的Cr、1～8％的Mo和2.5～7％的V，此外再任意地添加0.1～3％的Nb和0.1～5％的W，则在内层2的形成时，Cr、Mo、V、Nb和W的一部分从外层1混入到内层2，内层2的驱动侧轴部22和从动侧轴部23其Cr、Mo、V、Nb和W的浓度一起上升。在由本发明的方法得到的离心铸造制复合辊中，内层2的驱动侧轴部22的端部的碳化物形成元素(Cr、Mo、V、Nb和W)的合计量为0.35～2质量％，另外从动侧轴部23的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量为0.15～1.8质量％，由于基体组织的固溶强化和碳化物的形成，辊轴部均高强度化和高硬度化。
驱动侧轴部22的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量低于0.35质量％时，驱动侧轴部22的高强度化和高硬度化不充分，特别是离合器部24的耐损耗性不充分。另一方面，若Cr、Mo、V、Nb和W的合计量高于2质量％，则碳化物的生成量过多，驱动侧轴部22有可能发生折损。驱动侧轴部22的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量优选为0.6～1.8质量％。
从动侧轴部23的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量低于0.15质量％时，从动侧轴部23的高强度化不充分。另一方面，若Cr、Mo、V、Nb和W的合计量高于1.8质量％，则碳化物的生成量过多，加工性过度降低。从动侧轴部23的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量优选为0.2～1.5质量％。
端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量，通过从距驱动侧轴部22和从动侧轴部23的端面沿辊轴方向100mm以内的范围提取的试料进行化学分析而求得。还有，距驱动侧轴部22的端面沿辊轴方向100mm以内的范围中的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量如果满足上述条件，则可以说离合器部24具有需要的耐损耗性。另外，距从动侧轴部23的端面沿辊轴方向100mm以内的范围中的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量如果满足上述条件，则可以说从动侧轴部23整体具有充分的加工性。
要件(c)
驱动侧轴部22的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量，比从动侧轴部23的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量多0.2质量％以上。由此，能够进一步提高驱动侧轴部22的离合器部24的耐损耗性，并且能够确保从动侧轴部23的加工性。两轴部22、23的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量的差优选为0.25质量％以上，更优选为0.3质量％以上。
(2)内层的组成
用于形成内层2的球墨铸铁，优选以质量标准计，含有C：2.3～3.6％、Si：1.5～3.5％、Mn：0.2～2％、Cr：0.05～1％、Mo：0.05～1％、V：0.05～1％、Nb：0～0.7％、W：0～0.7％、Ni：0.3～2.5％、和Mg：0.01～0.08％，余量实质上是Fe和不可避免的杂质。当然，Cr、Mo、V、Nb和W的合计量必须满足上述要件(a)和(b)。内层2也可以还含有0.1％以下的Al和0.1～1％的Cu。助熔剂或耐火材混入的B、Ca、Na或Zr的含量优选合计为0.2％以下。另外作为杂质，也可以含有S、P、N和O合计约0.1％以下。
[2]复合辊的制造方法
图3(a)和图3(b)是表示用离心铸造用圆筒状铸模30离心铸造外层1之后，铸造内层2所用的静置铸造用铸模的一例。静置铸造用铸模100，由内面具有外层1的圆筒状铸模30，和设于其上下端的上模40和下模50构成。圆筒状铸模30内的外层1的内面，具有用于形成内层2的筒芯部21的模腔60a，上模40具有用于形成内层2的从动侧轴部23的模腔60b，下模50具有用于形成内层2的驱动侧轴部22的模腔60c。使用圆筒状铸模30的离心铸造法是水平型、倾斜型或垂直型的哪一种都可以。
若在圆筒状铸模30的上下组装上模40和下模50，则外层1内的模腔60a与上模40的模腔60b和下模50的模腔60c连通，构成一体地形成内层2整体的模腔60。圆筒状铸模30内的32和33是砂模。另外，上模40内的42和下模50内的52分别是砂模。还有，在下模50上，设有用于保持内层用熔液的底板53。
如图3(a)和图3(b)所示，在驱动侧轴部22形成用的下模50之上，使离心铸造的圆筒状铸模30竖立而设置外层1，在圆筒状铸模30之上设置从动侧轴部23形成用的上模40，构成内层2形成用的静置铸造用铸模100。
在静置铸造用铸模100中，在由离心铸造法形成的外层在凝固途中或凝固后，随着内层2用的球墨铸铁熔液从上模40的上方开口部43被注入模腔60内，模腔60内的熔液的液面从下模50依次上升至上模40，由驱动侧轴部22、筒芯部21和从动侧轴部23构成的内层2被一体地铸造。这时，由于熔液的热量导致外层1的内面部再熔化，外层1中的Cr、Mo、V、Nb和W混入内层2。
在本发明的方法中，使从动侧轴部23形成用的上模40内的熔液面的上升速度为100mm/秒以下，并且比驱动侧轴部22形成用的下模50和筒芯部21形成用的圆筒状铸模30(外层1)内的熔液面的上升速度小。由此，因浇铸到筒芯部21而再熔化的从外层1出来的Cr、Mo、V、Nb和W，以规定程度停留在驱动侧轴部22和筒芯部21中，混入到由上模40形成的从动侧轴部23的情况受到抑制。
若上模40内的熔液面的上升速度高于100mm/秒，则由于浇铸中的熔液的搅拌，导致下模50和圆筒状铸模30内的熔液与上模40内的熔液混合，驱动侧轴部22和筒芯部21内的Cr、Mo、V、Nb和W混入到从动侧轴部23。其结果是，从动侧轴部23内的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量变得过多，从动侧轴部23的硬度过高。上模40内的熔液面的上升速度优选为10～100mm/秒，更优选为20～90mm/秒。
不仅使上模40内的熔液面的上升速度处于100mm/秒以下，而且比下模50内的熔液面的上升速度和圆筒状铸模30(外层1)内的熔液面的上升速度小，由此能够使外层1内的Cr、Mo、V、Nb和W高效地混入到驱动侧轴部22和筒芯部21中，并且能够有效地抑制混入到驱动侧轴部22和筒芯部21中的Cr、Mo、V、Nb和W，由于熔液的搅拌而再次过多地混入从动侧轴部23。上模40内的熔液面的上升速度，优选比下模50内的熔液面的上升速度和圆筒状铸模30(外层1)内的熔液面的上升速度小50～150mm/秒。另外，下模50内的熔液面的上升速度和圆筒状铸模30(外层1)内的熔液面的上升速度，只要不妨碍浇铸便没有特别限制，但实用上优选为100～200mm/秒。下模50内的熔液面的上升速度，和圆筒状铸模30(外层1)内的熔液面的上升速度也可以相同，另外前者一方也可以大。在此，上模40内的熔液面的上升速度、下模50内的熔液面的上升速度、和圆筒状铸模30(外层1)内的熔液面的上升速度，是各自的平均上升速度。
如上述，通过不仅调整外层1中包含的Cr、Mo、V、Nb和W的含量，而且调整上模40内的熔液面的上升速度、下模50内的熔液面的上升速度、和圆筒状铸模30(外层1)内的熔液面的上升速度，通过控制Cr、Mo、V、Nb和W向驱动侧轴部22和从动侧轴部23的混入量。具体来说，由熔液面的上升速度大的下模50形成的驱动侧轴部22的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量，比由上模40形成的从动侧轴部23的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量多0.2质量％以上。因此，能够提高形成于驱动侧轴部22的端部的离合器部24的耐损耗性。另一方面，从动侧轴部23，因为Cr、Mo、V、Nb和W的合计量少，所以能够比驱动侧轴部22更容易地加工。
图4表示用于本发明的方法的铸模的另一例。该铸模110是如下部分一体成形的铸模：外层1和筒芯部21形成用的相当于圆筒状铸模30的部分71；从动侧轴部23形成用的相当于上模40的部分72；驱动侧轴部22形成用的相当于下模50的部分73。还有，71a、72a、73a表示砂模。如此，铸模110兼任离心铸造用铸模和静置铸造用铸模。使用铸模110离心铸造外层1之后，使将外层1形成于内面的铸模110整体竖立，从上方开口部74浇铸内层2用的球墨铸铁熔液。
出于成分混入的抑制和缓冲层的形成等的目的而形成中间层时，在外层1的内面形成中间层之后，在图3所示的铸模的情况下，使圆筒状铸模30竖立，另外在图4所示的铸模的情况下，使铸模110竖立，由上方开口部浇铸内层2用的球墨铸铁熔液。浇注中间层的熔液时，外层1的内面再熔化，Cr、Mo、V、Nb和W混入中间层。因此，内层2的铸造时因为中间层的内面再熔化，所以Cr、Mo、V、Nb和W也混入内层。
以下，基于本发明的实施例详细地说明，但本发明不受这些实施例限定。
实施例1～3，和比较例1和2
将图3(a)所示的构造的圆筒状铸模30(内径800mm，和长度2500mm)设置于水平型的离心铸造机，使用表1所示的组成(余量是Fe和不可避免的杂质。)的熔液，离心铸造外层1。外层1凝固后，使内面形成有外层1(厚度：90mm)的圆筒状铸模30竖立，在驱动侧轴部22形成用的中空状下模50(内径600mm和长度1500mm)之上立设圆筒状铸模30，在圆筒状铸模30之上立设从动侧轴部23形成用的中空状上模40(内径600mm和长度2000mm)，构成图3(b)所示的静置铸造用铸模100。
在静置铸造用铸模100的模腔60中，从上方开口部43浇铸表1所示的组成(余量是Fe和不可避免的杂质。)的球墨铸铁熔液。球墨铸铁熔液的液面，依次上升至驱动侧轴部22形成用的下模50、筒芯部21形成用的圆筒状铸模30(外层1)和从动侧轴部23形成用的上模40。这样，在外层1的内部，形成由驱动侧轴部22、筒芯部21和从动侧轴部23构成的一体的内层2。
内层2完全凝固后，拆除静置铸造用铸模100而取出复合辊，进行500℃的回火处理。其后，通过机械加工将外层1、驱动侧轴部22和从动侧轴部23加工成规定的形状，形成离合器部24和凸状部25。对于如此得到的各复合辊进行超声波检查，其结果确认到，外层1和内层2健全地熔敷。
实施例4
在外层1的内面形成表1所示的组成(余量是Fe和不可避免的杂质。)的中间层(厚度：20mm)后，除使圆筒状铸模30竖立以外，均与实施例1同样，形成复合辊。进行超声波检查，其结果确认，外层1和中间层和内层2健全地熔敷。
【表1-1】
【表1-2】
注：(1)各化学组成的余量是Fe和不可避免的杂质。
在实施例1～4和比较例1和2中，外层、内层和中间层的浇注温度，和驱动侧轴部22形成用下模50、筒芯部21形成用圆筒状铸模30和从动侧轴部23形成用上模40的内层熔液面的平均上升速度显示在表2中。内层熔液面的平均上升速度，根据内层熔液的重量变化和浇注时间计算。另外，对于从驱动侧轴部22的端面24a和从动侧轴部23的端面25a切下的试料，分析Cr、Mo、V、Nb和W的含量。结果显示在表3中。另外，观察实施例1～4的外层的金属组织的结果，确认不含石墨。
【表2】
【表3】
注：(1)各化学组成中的余量是Fe和不可避免的杂质。
(2)从下模的驱动侧轴部的分析值减去上模的从动侧轴部的分析值而得的值。
(3)Cr、Mo、V、Nb和W的合计量。
在实施例1～4中，从动侧轴部23形成用的上模40内的球墨铸铁的熔液面的上升速度为100mm/秒以下，并且比驱动侧轴部22形成用的下模50内的球墨铸铁的熔液面的上升速度和筒芯部21形成用的圆筒状铸模30(外层1)内的球墨铸铁的熔液面的上升速度小。因此，驱动侧轴部22的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量，和从动侧轴部23的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量均在0.15～2.0质量％的范围内，且前者比后者多0.2质量％以上。
相对于此，在比较例1和2中，上模40内的球墨铸铁的熔液面的上升速度比下模50内的球墨铸铁的熔液面的上升速度和圆筒状铸模30(外层1)内的球墨铸铁的熔液面的上升速度小，但高于100mm/秒。因此，驱动侧轴部22的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量，和从动侧轴部23的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量虽然虽均在0.15～2.0质量％的范围内，但两者的差低于0.2质量％。
若比较驱动侧轴部22的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量相近的实施例2和比较例1，则实施例2一方相比比较例1，驱动侧轴部22的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量与从动侧轴部23的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量的差大。因此，两者在驱动侧轴部22的离合器部24的硬度均充分，但实施例2的从动侧轴部23，因为Cr、Mo、V、Nb和W的混入受到抑制，所以有着良好的加工性，相对于此，比较例1的从动侧轴部23因为Cr、Mo、V、Nb和W的混入多，所以硬，加工时间大幅延伸。
同样，若比较驱动侧轴部22的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量相近的实施例3和比较例2，则两者在驱动侧轴部22的离合器部24的硬度均充分，但实施例3的从动侧轴部23有着良好的加工性，相对于此，比较例2的从动侧轴部23硬，加工时间大幅延伸。
【符号的说明】
10…离心铸造制复合辊
1…外层
2…内层
21…筒芯部
22…驱动侧轴部
23…从动侧轴部
24…驱动侧轴部的离合器部
24a…离合器部的端面
24b…离合器部的槽口面
25…从动侧轴部的凸状部
25a…凸状部的端面
100…静置铸造用铸模
30…离心铸造用圆筒状铸模
32、33、42、52…砂模
40…静置铸造用上模
50…静置铸造用下模
60、60a、60b、60c…模腔

Claims (3)

1.一种离心铸造制复合辊，其特征在于，是由离心铸造法形成的外层、和由球墨铸铁构成的内层经熔敷一体化而成的，
所述外层由Fe基合金构成，其以质量标准计，含有如下：
1.3％～3.7％的C；
0.3％～3％的Si；
0.1％～3％的Mn；
1％～7％的Cr；
1％～8％的Mo；
从2.5％～7％的V、0.1％～3％的Nb和0.1％～5％的W所构成的群中选择的至少一种，其中V是必须的元素；
0.01％～0.2％的B和/或0.05％～0.3％的S，
选择地含有从0.1％～5％的Ni、0.1％～10％的Co、0.01％～0.5％的Zr、0.005％～0.5％的Ti和0.001％～0.5％的Al所构成的群中选择的至少一种，
余量实质上由Fe和不可避免的杂质构成，并且所述外层的组织不含石墨，
所述内层具有熔敷于所述外层的筒芯部、和从所述筒芯部的两端一体延伸的驱动侧轴部和从动侧轴部，
所述驱动侧轴部的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量为0.35质量％～2质量％，所述从动侧轴部的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量为0.15质量％～1.8质量％，所述驱动侧轴部的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量比所述从动侧轴部的端部的Cr、Mo、V、Nb和W的合计量多0.2质量％以上。
2.一种制造权利要求1所述的离心铸造制复合辊的方法，其特征在于，具有如下工序：
(1)以旋转的离心铸造用圆筒状铸模离心铸造所述外层；
(2)使具有所述外层的所述圆筒状铸模竖立，在其上下端设置分别连通所述外层的所述驱动侧轴部用的下模和所述从动侧轴部用的上模，构成静置铸造用铸模；
(3)向所述上模、所述外层和所述下模所构成的模腔中浇注所述内层用的熔液，所述上模内的熔液面的平均上升速度为10mm/秒～100mm/秒，比所述下模和所述外层内的熔液面的平均上升速度小。
3.根据权利要求2所述的离心铸造制复合辊的制造方法，其特征在于，所述上模内的熔液面的平均上升速度，与所述下模和所述外层内的熔液面的平均上升速度的差为50mm/秒～150mm/秒。
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