JP2000160277A - Composite roll - Google Patents

Composite roll

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JP2000160277A
JP2000160277A JP2000008356A JP2000008356A JP2000160277A JP 2000160277 A JP2000160277 A JP 2000160277A JP 2000008356 A JP2000008356 A JP 2000008356A JP 2000008356 A JP2000008356 A JP 2000008356A JP 2000160277 A JP2000160277 A JP 2000160277A
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JP
Japan
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outer layer
layer
less
roll
inner layer
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Application number
JP2000008356A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeru Morikawa
長 森川
Yoshito Seto
良登 瀬戸
Akitoshi Okabayashi
昭利 岡林
Hiroyuki Kimura
広之 木村
Takashi Shikata
敬 志方
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Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite roll which has an outer layer excellent in wear resistance and having uniform material quality capable of preventing the occurrence of uneven wear and uneven surface roughness due to macrosegregation at roll surface. SOLUTION: This composite roll consists of an outer layer 1 formed of wear resistant cast iron material, an intermediate layer 2 welded to the inside peripheral surface of the outer layer 1, and an inner layer 3 welded to the inside peripheral surface of the intermediate layer 2, and the outer layer 1 and the intermediate layer 2 are cast centrifugally. The outer layer 1 has a chemical composition consisting of, by weight, 1.0-3.0% C, 0.1-2.0% Si, 0.1-2.0% Mn, 0.1-4.5% Ni, 3.0-10.0% Cr, 0.1-9.0% Mo, 1.5-10.0% W, 0.01-0.50% Al, 0.5-10.0% Co, 3.0-10.0%, in total, of either or both of V and Nb, and the balance essentially Fe. Further, other than these alloy components, 0.01-0.50% of Ti, Zr, and B can be incorporated into the outer layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は鉄鋼圧延用等の複合ロー
ルに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite roll for rolling steel or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】複合ロールには、耐摩耗材で形成された
圧延使用層たる外層に強靭材によって形成された中実状
内層(軸芯部) を溶着したものや、図1に示すように外
層1 と内層2 との間に中間層3 を介在させたものがあ
る。尚、図2に示すように、円筒形ロールはスリーブロ
ールとも呼ばれ、通常、ロール軸に焼きばめ等により固
着され、組み立てられて圧延に供される。前記中間層3
は、外層1 と内層2 とを直接溶着した場合に生じる、外
層1 から内層2 への高合金元素の混入を防止し、内層の
強靭性劣化防止のために形成されるものである。
2. Description of the Related Art Composite rolls are obtained by welding a solid inner layer (axial portion) formed of a tough material to an outer layer which is a rolling use layer formed of a wear-resistant material, or as shown in FIG. And an inner layer 2 with an intermediate layer 3 interposed. As shown in FIG. 2, the cylindrical roll is also called a sleeve roll, and is usually fixed to a roll shaft by shrink fitting or the like, assembled, and subjected to rolling. The intermediate layer 3
Is formed in order to prevent high alloying elements from being mixed into the inner layer 2 from the outer layer 1 and prevent deterioration of the toughness of the inner layer, which occurs when the outer layer 1 and the inner layer 2 are directly welded.

【0003】従来、耐摩耗性に優れた外層材として、特
公昭58−30382 号公報、特公昭61−16415 号公報に開示
されているように、Crを10〜25%含有した高クロム鋳
鉄や耐焼付性をも改善した黒鉛晶出高クロム鋳鉄が使用
されている。
Hitherto, as disclosed in JP-B-58-30382 and JP-B-61-16415, high chromium cast iron containing 10 to 25% of Cr has been known as an outer layer material having excellent wear resistance. Graphite-crystallized high chromium cast iron with improved seizure resistance is used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】近年、圧延条件が苛酷
になり、より高い耐摩耗性が要求されるようになった。
このため、前記公報に言及されているように、高クロム
鋳鉄や黒鉛晶出高クロム鋳鉄にNb,Vの一種又は二種
を合計で2%以下添加して、その微細炭化物を結晶核と
して生成させ、これによって組織の微細化、緻密化を図
り、もって耐摩耗性の向上が図られている。しかし、耐
摩耗性の向上の要求に十分応えているとはいえないのが
実情である。
In recent years, rolling conditions have become severe, and higher wear resistance has been required.
For this reason, as mentioned in the above publication, one or two types of Nb and V are added in a total of 2% or less to high chromium cast iron or graphite crystallized high chromium cast iron, and the fine carbides are generated as crystal nuclei. As a result, the structure is refined and densified, thereby improving the abrasion resistance. However, in reality, it cannot be said that the demand for improvement in wear resistance is sufficiently satisfied.

【0005】一方、鉄鋼圧延における耐摩耗性を大幅に
改善するには、材質中にWを多量に添加すればよいと考
えられる。しかしながら、複合ロールの外層は、主とし
て遠心力鋳造によって鋳造されることから、Wが比重差
により分離し、周方向に偏析が生じて均一な材質が得難
いという問題がある。そこで、上記の技術背景に鑑み、
複合ロールの外層をCr、Mo、W、V、Nbの所定量
を含有した特殊鋳鉄材で形成すれば、これらの高硬度複
合炭化物の存在により、耐磨耗性を飛躍的に向上させる
ことができ、また鋳造に際しマクロ偏析も生じにくいと
いう効果を本発明者らは知見し、一応の効果を得た。
On the other hand, in order to greatly improve the wear resistance in steel rolling, it is considered that a large amount of W should be added to the material. However, since the outer layer of the composite roll is mainly cast by centrifugal casting, there is a problem that W separates due to a difference in specific gravity, segregation occurs in the circumferential direction, and it is difficult to obtain a uniform material. In view of the above technical background,
If the outer layer of the composite roll is formed of a special cast iron material containing predetermined amounts of Cr, Mo, W, V, and Nb, the presence of these high-hardness composite carbides can dramatically improve wear resistance. The inventors of the present invention have found that such an effect can be obtained, and that macro segregation is unlikely to occur during casting.

【0006】しかし、更に上記外層につき研究を重ねた
ところ、先にも説明したとおり、Cr、Mo、W、V、
Nbを含有した鋳鉄材は高硬度複合炭化物を有し、耐摩
耗性を飛躍的に向上させることができるが、これを、遠
心力鋳造法で製作する際には遠心力鋳造特有のマクロ偏
析が生じてしまい、複合ロールの外層に適用して圧延に
供すると、ロール表面においてマクロ偏析に起因する摩
耗のむら及び表面粗さのむらができるという新たな解決
すべき課題が生じてきた。本発明はかかる問題に鑑みて
なされたもので、耐摩耗性に優れかつ前記問題とされた
課題を解決した均一材質の外層を備えた鉄鋼圧延用等の
複合ロールを提供することを目的とする。
However, when the above outer layer was further studied, as described above, it was found that Cr, Mo, W, V,
Nb-containing cast iron material has a high hardness composite carbide and can dramatically improve wear resistance. However, when it is manufactured by centrifugal casting, macro segregation peculiar to centrifugal casting is performed. If this is applied to the outer layer of the composite roll and rolled, a new problem to be solved arises in that unevenness in wear and unevenness in surface roughness due to macrosegregation on the roll surface has arisen. The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a composite roll for steel rolling and the like having an outer layer of a uniform material which has excellent wear resistance and has solved the above-mentioned problem. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の複合ロールは、
耐摩耗鋳鉄材で形成された外層と、該外層の内周面に溶
着された中間層と、該中間層の内周面に溶着された内層
とからなり、且つ前記外層と中間層が遠心力鋳造されて
なる複合ロールにおいて、前記外層は、化学組成が重量
%で、 C :1.0 〜3.0 %、 Si:0.1 〜2.0 %、 Mn:0.1 〜2.0 %、 Ni:0.1 〜4.5 %、 Cr:3.0 〜10.0%、 Mo:0.1 〜9.0 %、 W :1.5 〜10.0%、 Al:0.01〜0.50%、 Co:0.5 〜10.0%、 V, Nb :一種又は二種の総計で3.0 〜10.0%、 および残部実質的にFeからなることを特徴とする(請
求項1)。
According to the present invention, there is provided a composite roll comprising:
An outer layer formed of a wear-resistant cast iron material, an intermediate layer welded to the inner peripheral surface of the outer layer, and an inner layer welded to the inner peripheral surface of the intermediate layer, and the outer layer and the intermediate layer In the composite roll formed by casting, the outer layer has a chemical composition in weight% of C: 1.0 to 3.0%, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.1 to 2.0%, Ni: 0.1 to 4.5%, Cr: 3.0%. 10.0%, Mo: 0.1 to 9.0%, W: 1.5 to 10.0%, Al: 0.01 to 0.50%, Co: 0.5 to 10.0%, V, Nb: 3.0 to 10.0% in total of one or two types, and the balance It is characterized by being substantially composed of Fe (claim 1).

【0008】また本発明の複合ロールは請求項1の化学
組成におけるFeの一部に代えてTi,Zrの各々0.01
〜0.50%の内の一種又は二種加えたものであり(請求項
2)、また請求項3の発明は、請求項2の化学組成にお
けるFeの一部に代えてさらにB:0.01〜0.50を加えた
ものである。
In the composite roll of the present invention, each of Ti and Zr in each of the chemical composition of claim 1 is replaced with 0.01 or less of Fe.
一種 0.50% is added to one or two of them (claim 2). The invention of claim 3 further comprises B: 0.01 to 0.50 instead of part of Fe in the chemical composition of claim 2. In addition.

【0009】[0009]

【作用】本発明の複合ロールに係る外層は、耐摩耗性の
みならずマクロ偏析の面からも複合ロールの外層として
最適な組成を求めて種々の合金を組み合わせて遠心力鋳
造実験した結果、Cr、Mo、W、V、Nbに加えて、
Al、Ti、Zr、B等の特殊元素を加えることによっ
て、耐摩耗性を飛躍的に向上させ、マクロ偏析がなく均
一な表面性状のロール外層材を得ることができた。ここ
で、本発明の重要な作用の第1の特徴はCr、Mo、
W、V、Nbを含有した鋳鉄材の遠心力鋳造においてこ
れら合金が形成する高硬度複合炭化物によって耐摩耗性
の飛躍的改善が得られる含有量を求めた点であり、作用
の第2の特徴は遠心力鋳造においてもマクロ偏析しない
ようにAlを主体として、Co、Ti、Zr、B等の合
金を加えた点である。
The outer layer of the composite roll according to the present invention was centrifugally cast using various alloys to find the optimum composition for the outer layer of the composite roll from the viewpoint of not only wear resistance but also macrosegregation. , Mo, W, V, Nb,
By adding special elements such as Al, Ti, Zr, and B, the wear resistance was remarkably improved, and a roll outer layer material having uniform surface properties without macrosegregation could be obtained. Here, the first feature of the important operation of the present invention is that Cr, Mo,
A second characteristic feature of the present invention is that, in centrifugal casting of a cast iron material containing W, V, and Nb, the content at which abrasion resistance is dramatically improved by a high hardness composite carbide formed by these alloys is obtained. Is that Al is mainly used and alloys such as Co, Ti, Zr, and B are added so as to prevent macro segregation even in centrifugal casting.

【0010】特に第2の点については、従来は脱酸材と
して、あるいは特殊な材料における組織微細化材として
のみ用いられていたAlを、高合金であるがために遠心
力鋳造においてマクロ偏析を生じ易い鋳鉄材に含有させ
ることにより、下記のメカニズムによってマクロ偏析が
改善されるものである。即ち、Al、Co、Ti、Z
r、Bは溶融中の酸素と結合して酸化物となり、Mo、
W、V、Nbなど本発明の外層の性能に重要な元素のロ
スを防ぐのみならず、更に凝固初期の溶湯中においてこ
れら酸化物を凝固の核としたCr、Mo、W、V、Nb
の高硬度複合炭化物を形成する。この結果、微細に分散
した高硬度複合炭化物が得られ、耐摩耗性が向上する。
Regarding the second point, in particular, Al which has been conventionally used only as a deoxidizing material or as a material for refining the structure of a special material is replaced by macrosegregation in centrifugal casting due to its high alloy. The macro segregation is improved by the following mechanism by containing it in a cast iron material that is easily generated. That is, Al, Co, Ti, Z
r and B combine with oxygen during melting to form an oxide, and Mo,
In addition to preventing loss of elements important for the performance of the outer layer of the present invention, such as W, V, and Nb, Cr, Mo, W, V, and Nb containing these oxides as nuclei for solidification in the molten metal at the early stage of solidification.
To form a high hardness composite carbide. As a result, a finely dispersed high hardness composite carbide is obtained, and the wear resistance is improved.

【0011】一方、高硬度複合炭化物は溶湯の比重より
も小さいため、凝固初期の固相率の低い溶湯中では遠心
力の影響を受け、外層の内面側に移動し、マクロ偏析の
原因となる。溶湯の中を粒子が移動する際には周囲から
その粒子の径の二乗に比例した抵抗を受けるが、粒子に
働く遠心力は粒子の径の三乗に比例するから、Al含有
により、高硬度複合炭化物の粒子の径が小さくなるほ
ど、粒子の表面積Sと体積Vの比S/Vが大きくなっ
て、抵抗が大きくなり遠心力による溶湯中での移動が起
こりにくくなり、遠心力鋳造特有のマクロ偏析が改善さ
れる。
On the other hand, since the high-hardness composite carbide is smaller than the specific gravity of the molten metal, it moves to the inner surface side of the outer layer in the molten metal having a low solid fraction at the early stage of solidification, and causes macrosegregation. . When particles move through the molten metal, they receive resistance from the surroundings that is proportional to the square of the particle diameter, but the centrifugal force acting on the particles is proportional to the cube of the particle diameter. As the diameter of the composite carbide particles becomes smaller, the ratio S / V of the surface area S to the volume V of the particles becomes larger, the resistance becomes larger, the movement in the molten metal by centrifugal force becomes less likely to occur, and the macro is unique to centrifugal casting. Segregation is improved.

【0012】なお、本発明の複合ロールは、例えば後記
する化学組成の高炭素鋳鋼により、外層と内層との間に
中間層を形成してあるので、本発明の特定組成の外層の
高合金成分が内層に混入して、その強靱性を劣化するの
を防止することができる。また、中間層と内層との境界
部は低合金となるので、炭化物層の形成が抑制され、境
界強度の向上を図ることができる。また、本発明の特定
組成の外層のオーステナイト熱処理の際、内層の温度上
昇を防止することができ、内層材質の強靭性劣化を防止
しつつ、外層のみを1100℃以上の高温に加熱することが
できる。また、後記する実施例の如き中間層組成とすれ
ば、外層の焼入れ時にマルテンサイト変態は起こらない
か、起こるとしても僅かな量であるので外層に焼入れ熱
処理を施しても、過大な残留応力が生じることがなく、
耐事故性に優れる。
In the composite roll of the present invention, an intermediate layer is formed between the outer layer and the inner layer by, for example, a high-carbon cast steel having a chemical composition described later. Can be prevented from being mixed into the inner layer and deteriorating its toughness. Further, since the boundary between the intermediate layer and the inner layer is made of a low alloy, the formation of the carbide layer is suppressed, and the boundary strength can be improved. In addition, during the austenite heat treatment of the outer layer of the specific composition of the present invention, it is possible to prevent the temperature of the inner layer from rising, and to prevent the deterioration of the toughness of the inner layer material, while heating only the outer layer to a high temperature of 1100 ° C or more. it can. Also, if the composition of the intermediate layer as in the examples described later, martensitic transformation does not occur at the time of quenching of the outer layer, or even if it occurs in a small amount, even if subjected to a quenching heat treatment to the outer layer, excessive residual stress will occur. Without occurring
Excellent in accident resistance.

【0013】また、後記する実施例の内層を片状黒鉛鋳
鉄、球状黒鉛鋳鉄又は黒鉛鋼すなわち、黒鉛の晶出した
鉄鋼材で形成すれば、ヤング率を 19000kgf/mm2 程度
以下とすることができ、過負荷時にロールの偏平化によ
って負荷を吸収し、耐事故性を向上することができる。
また、低温歪取り焼鈍によって、外層熱処理時の残留応
力を軽減することができる。また、熱伝導性ひいては放
熱性に優れ、圧延時のロールの熱変形を防止することが
できる。又、良好な靭性を有するため、衝撃的な圧延ト
ルクに対しても耐えることができる。
Further, when the inner layer of the embodiment described later is formed of flaky graphite cast iron, spheroidal graphite cast iron or graphite steel, that is, a steel material in which graphite is crystallized, the Young's modulus can be reduced to about 19000 kgf / mm 2 or less. It is possible to absorb the load by flattening the roll at the time of overload, thereby improving the accident resistance.
Further, the residual stress at the time of heat treatment of the outer layer can be reduced by the low-temperature strain relief annealing. In addition, it has excellent heat conductivity and heat dissipation, and can prevent thermal deformation of the roll during rolling. In addition, since it has good toughness, it can withstand a shocking rolling torque.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】まず、本発明の複合ロールの外層
に使用される耐摩耗鋳鉄材の化学組成の限定理由につい
て説明する。以下、成分の単位はすべて重量%である。 C:1.0 〜3.0 % Cは主としてFeおよびCrと結合してM7 3 型の高
硬度複合炭化物を形成すると共に、Cr, Mo, V, N
b, Wと結合してMC型, M6 C型,M2 C型等の高硬
度複合炭化物をも形成する。この高硬度複合炭化物形成
のために、 1.0%以上のC%が必要である。一方、 3.0
%を越えてCが含有されると炭化物量が増すと共に脆く
なり、耐クラック性が劣化するため、 3.0%以下とす
る。 Si:0.1 〜2.0 % Siは本発明材が鋳造合金であるため、湯流れ性の確保
のために必要な元素であり、同時に又、使用原材料から
0.1%程度は不可避的に含有される。しかし、2.0%を
越えると靭性の低下を招くため好ましくない。 Mn:0.1 〜2.0 % Mnは硬化能を増し、また、Sと結合してMnSを生成
し、Sによる脆化を防ぐ元素であり、同時に使用原材料
から 0.1%程度は不可避的に含有される。しかし、 2.0
%を越えると靭性の低下を招くため好ましくない。 Ni:0.1 〜4.5 % Niは基地中に固溶し、連続冷却変態線図(CCT図)
および等温変態線図(TTT図)におけるベーナイト変
態を長時間側に移動させるため、焼入れ性が向上し、焼
入れ時の冷却速度を遅くしても途中でベーナイト変態が
起こらず、多量の残留オーステナイトがマルテンサイト
変態するため、高硬度が得られる。本発明のような複合
ロールの外層材の場合、焼入れ時の外層と内層の熱膨張
差に起因する熱応力が大きく、また重量物である大形ロ
ールの場合、熱容量が大きく、冷却速度を大きくするこ
とが困難であるものについては焼入れ時の冷却速度が遅
くても焼入れ組織が得られることは大変重要である。こ
の際、0.1 %未満ではこのような効果得られず、一方、
4.5 %を越えて含有されると、残留オーステナイトが増
して、高硬度が得難くなる。なお、0.1 %Ni以上では
焼入れ温度から400〜650 ℃までの温度にかけての冷却
速度が100 ℃/Hr以上あれば焼入れ組織が得られる。 Cr:3.0 〜10.0% CrはFe, Mo, V, Nb, Wと共にCと結合して、
高硬度複合炭化物を形成して高温に於ける耐摩耗性の向
上に寄与する。また、一部は基地中に固溶して焼入れ性
および耐摩耗性を改善する。 3.0%未満ではこれらの効
果が少なく、耐摩耗性改善が期待できない。一方、10.0
%を越えて含有されると靭性の劣化を来すため好ましく
ない。 Mo:0.1 〜9.0 % MoはFe, Cr, V, Nb, Wと共にCと容易に結合
して、主としてM7 3 型 M6 C型,M2 C型複合炭
化物を形成し、常温および高温硬度を高めて耐摩耗性の
向上に寄与する。MoはWに比較して少量添加でその効
果を発揮する。このさい、 0.1%未満では所期の耐摩耗
性を得ることができず、一方、 9.0%を越えると靭性の
低下を来し好ましくない。 W:1.5 〜10.0% Wも同様にFe, Cr, Mo,V, Nbと共にCと容易
に結合して複合炭化物を形成し、常温および高温硬度を
高めて耐摩耗性の向上に寄与する。 1.5%未満では所期
の耐摩耗性を得ることができず、一方、10.0%を越える
と靭性の低下を来し、耐ヒートクラック性を悪化させ
る。また、遠心力鋳造の際、マクロ偏析を生成し易くさ
せる。このため10.0%以下とする。 Al:0.01〜0.50% Alは通常は「脱酸剤」として使用されるが、脱酸によ
って、溶湯中のO濃度を低下せしめ、ハイス材溶湯中の
酸化し易い合金元素であるMo,W,Vなどのロスを防
止する。一方、Al酸化物が溶湯中で凝固の核となり微
細組織が得られる。ハイス材の場合はこのAl酸化物を
核として高硬度のMC炭化物が晶出するためにMC型炭
化物が微細分散化され、耐摩耗性に寄与し、また微細分
散化されるため、S/Vが大きくなり遠心力によって移
動しにくくなり、遠心力鋳造下における偏析を軽減す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the outer layer of the composite roll of the present invention
Reasons for limiting the chemical composition of wear-resistant cast iron used for steel
Will be explained. Hereinafter, all units of the components are% by weight. C: 1.0 to 3.0% C mainly combines with Fe and Cr to form M7CThreeMold height
Hard, complex carbides are formed, and Cr, Mo, V, N
b, combined with W, MC type, M6C type, MTwoHigh hardness such as C type
Also forms complex carbides. This high hardness composite carbide formation
Therefore, a C% of 1.0% or more is required. Meanwhile, 3.0
%, The amount of carbide increases and the material becomes brittle.
And the crack resistance deteriorates.
You. Si: 0.1 to 2.0% Since Si of the present invention is a cast alloy, the flowability of the molten metal is ensured.
Element necessary for
 About 0.1% is inevitably contained. But 2.0%
If it exceeds, the toughness is reduced, which is not preferable. Mn: 0.1 to 2.0% Mn increases the hardening ability and combines with S to form MnS.
And is an element that prevents embrittlement due to S.
From about 0.1% is inevitably contained. But 2.0
%, It is not preferable because toughness is reduced. Ni: 0.1-4.5% Ni is dissolved in the matrix, and the continuous cooling transformation diagram (CCT diagram)
And bainite transformation in isothermal transformation diagram (TTT diagram)
The quenching property is improved by moving the
Even if the cooling rate at the time of insertion is reduced, bainite transformation
Does not occur, large amount of retained austenite is martensite
Due to transformation, high hardness is obtained. Composite as in the present invention
In case of outer layer material of roll, thermal expansion of outer layer and inner layer during quenching
The large thermal stress caused by the difference and the heavy
In the case of cooling, a large heat capacity and a high cooling rate
For those that are difficult to cool, the cooling rate during quenching is slow.
It is very important to obtain a hardened structure at least. This
In this case, if less than 0.1%, such effects cannot be obtained, while
If the content exceeds 4.5%, retained austenite increases.
Thus, it becomes difficult to obtain high hardness. In the case of 0.1% Ni or more,
Cooling from quenching temperature to 400-650 ℃
If the rate is 100 ° C./Hr or more, a quenched structure can be obtained. Cr: 3.0-10.0% Cr combines with C together with Fe, Mo, V, Nb, and W,
Abrasion resistance at high temperature by forming high hardness composite carbide
Contribute to the top. Some harden as solid solution in the base
And improve wear resistance. Below 3.0%, these effects
The result is small, and improvement of abrasion resistance cannot be expected. On the other hand, 10.0
% Is preferable because it causes deterioration of toughness.
Absent. Mo: 0.1 to 9.0% Mo easily bonds with C together with Fe, Cr, V, Nb, and W
And mainly M7C ThreeType M6C type, MTwoC-type composite coal
And harden at normal and high temperatures
Contribute to improvement. Mo is less effective than W
Demonstrate fruit. In this case, the expected wear resistance is less than 0.1%
To obtain toughness, while if it exceeds 9.0%, toughness
It is not preferable because it decreases. W: 1.5 to 10.0% W is also easy with C together with Fe, Cr, Mo, V, and Nb.
To form composite carbides, and
It contributes to the improvement of wear resistance. Less than 1.5% is expected
Wear resistance cannot be obtained, while exceeding 10.0%
And lower toughness, worsening heat crack resistance
You. In addition, it tends to generate macro-segregation during centrifugal casting.
Let Therefore, the content is set to 10.0% or less. Al: 0.01 to 0.50% Al is usually used as a "deoxidizer".
Therefore, lower the O concentration in the molten metal,
Prevents loss of easily oxidizable alloy elements such as Mo, W, and V
Stop. On the other hand, Al oxide becomes the core of solidification in the molten metal and
Fine tissue is obtained. In the case of high-speed steel, this Al oxide
MC-type charcoal is used because high-hardness MC carbides are crystallized as nuclei.
Is finely dispersed, which contributes to abrasion resistance and
S / V increases due to dispersion, and transfer due to centrifugal force.
To reduce segregation under centrifugal casting.
You.

【0015】ここで、前記の式中、「S」はMC型炭化
物粒子の表面積を、また「V」は体積を示す。なお、溶
湯中を前記粒子が移動する際に、周囲から、その粒子の
径の二乗に比例する抵抗を受ける。一方、遠心力は粒子
の径の三乗に比例するから、粒子の径が小さくなるほ
ど、遠心力の影響を受けやすくなる。以上の点からAl
は遠心力鋳造特有の年輪状偏析(バンド状偏析)は殆ど
認められないが0.01%未満ではこのような効果は十分で
なく、一方0.50%を越えるも同様である。
Here, in the above formula, "S" indicates the surface area of the MC type carbide particles, and "V" indicates the volume. When the particles move through the molten metal, they receive a resistance from the surroundings that is proportional to the square of the diameter of the particles. On the other hand, since the centrifugal force is proportional to the cube of the particle diameter, the smaller the particle diameter, the more easily the centrifugal force is affected. From the above points, Al
Although almost no annual ring-shaped segregation (band-like segregation) peculiar to centrifugal force casting is recognized, if the content is less than 0.01%, such an effect is not sufficient, while if it exceeds 0.50%, the same is true.

【0016】Co:0.5〜10.0% Coは本発明を特徴づける重要な元素であり、基地を改
善する上で大きな効果がある。CoはCの拡散を抑制す
る特殊な作用があり、炭化物の形成には無関係に基地に
固溶して強靱性を増すと共に、高温硬さと耐摩耗性を向
上する効果がある。また、Coは炭化物生成元素のオー
ステナイト中への固溶量を増大させるため、基地の硬さ
と焼戻し抵抗が増大する。これらの効果を期待するには
0.5%以上の含有が必要であるが、10.0%を超えて添加
してもその効果が飽和し、かつ、高価な元素であるの
で、0.5〜10.0%とする。なお、高合金の鋳鉄材料を遠
心力鋳造によって鋳造し、複合ロールを製作する場合、
炭化物の分布に不均一性ができ易く、鋳造条件の適正化
が必要であるが、本発明のCoを含有する高合金材料の
場合、Coは上述のように炭化物の形成には無関係に基
地に固溶するため、炭化物の不均一性を大きくすること
なく上述の優れた効果を期待できる。
Co: 0.5-10.0% Co is an important element characterizing the present invention, and has a great effect in improving the matrix. Co has a special effect of suppressing the diffusion of C, and has the effect of increasing the toughness by forming a solid solution in the matrix irrespective of the formation of carbides, and also improving the high-temperature hardness and wear resistance. Further, Co increases the solid solution amount of the carbide-forming element in austenite, so that the hardness of the matrix and the tempering resistance increase. To expect these effects
Although the content of 0.5% or more is necessary, even if added over 10.0%, the effect is saturated and it is an expensive element, so the content is made 0.5 to 10.0%. In addition, when casting a high alloy cast iron material by centrifugal force casting and manufacturing a composite roll,
The distribution of carbides is likely to be non-uniform, and it is necessary to optimize the casting conditions.However, in the case of the high alloy material containing Co of the present invention, Co is transferred to the base regardless of carbide formation as described above. Since the solid solution forms, the above-mentioned excellent effects can be expected without increasing the non-uniformity of the carbide.

【0017】Coは溶湯の変化を抑制する効果もあり、
TiあるいはZr等の使用における後述のような溶着性
悪化を改善する。なおCoは遠心力鋳造特有の年輪状偏
析の改善にも効果がある。 V,Nb:一種又は二種の総計で0.3〜10.0% VはNbと同様にFe,Cr,Mo,Wと共にCと容易
に結合して、主としてMC型の複合炭化物を形成し、常
温および高温硬度を高めて耐摩耗性の向上に寄与する。
また、このMC型複合炭化物は厚さ方向に枝状に生成す
るため、基地の塑性変形を仰止し、機械的性質、さらに
は耐クラック性の向上にも寄与する。単独又は二種を複
合して3.0%以上添加しないとかかる効果は現れにく
い。しかし、添加量が10.0%を超えると靱性の低下を招
来すると共に、遠心力鋳造の際、マクロ偏析を生成し易
くなる。このため、10.0%以下とする。
Co also has the effect of suppressing the change of the molten metal,
It improves the deterioration of the weldability as described below when using Ti or Zr. Co is also effective in improving annual ring-shaped segregation peculiar to centrifugal casting. V, Nb: 0.3 to 10.0% in total of one or two kinds V, like Nb, easily combines with C together with Fe, Cr, Mo, and W to form mainly MC type composite carbides, and at room temperature and high temperature. Increases hardness and contributes to improvement of wear resistance.
Further, since the MC-type composite carbide is formed in a branch shape in the thickness direction, it suppresses plastic deformation of the matrix and contributes to improvement of mechanical properties and crack resistance. Such an effect is unlikely to be exhibited unless it is added alone or in combination of two or more and 3.0% or more. However, when the addition amount exceeds 10.0%, the toughness is reduced, and at the time of centrifugal casting, macro segregation is easily generated. Therefore, the content is set to 10.0% or less.

【0018】Ti,Zr各々0.01〜0.50%の内の一種又
は二種 TiもAlも同様に溶湯中で酸化物を形成するために、
凝固組織を微細化し、その結果としてAlと同様に遠心
力鋳造における年輪状偏析を改善する効果があるが、T
iは酸化傾向が強すぎるために、遠心力鋳造前に溶湯表
面が酸化して鋳造性が悪化したり、遠心力鋳造された後
で回転中の外層の内面が酸化して、その後の中間層ある
いは内層との溶着性が悪化する。このため、組織微細化
および年輪状偏析の改善を目的としては、Alと併用す
る必要がある。
One or two kinds of Ti and Zr each of 0.01 to 0.50% Each of Ti and Al similarly forms oxides in the molten metal.
Although it has the effect of refining the solidification structure and consequently improving the annual ring-shaped segregation in centrifugal casting as with Al,
i is too strong in oxidation tendency, so that the surface of the molten metal is oxidized before centrifugal force casting to deteriorate castability, or the inner surface of the rotating outer layer is oxidized after centrifugal force casting, and the intermediate layer Alternatively, the weldability with the inner layer deteriorates. For this reason, it is necessary to use it together with Al for the purpose of refining the structure and improving annual ring segregation.

【0019】ZrもTiと同様であり、Alと併用す
る。以上、Ti、Zrは、上記の効果を発揮するには、
少なくとも各々0.01〜0.50%が必要である。 B:0.01〜0.50% Bは溶湯中の酸素と結合して、脱酸効果を示す。その
他、生成した酸化物を核とする凝固組織の微細化効果が
あり、Alと同様に年輪状偏析の改善に寄与する。加え
て基地中に溶け込んだBによる焼入れ性の増大効果を有
する。圧延ロールのような大質量の鋳物の場合、冷却温
度を速くすることが困難な場合があるが、焼入れ性の増
大によって、焼入れ組織を得易くなる。0.01未満ではこ
のような効果が十分ではなく、一方0.50%を越えると剤
質が脆くなり好ましくない。
Zr is the same as Ti, and is used together with Al. As described above, Ti and Zr are required to exhibit the above effects.
At least 0.01 to 0.50% of each is required. B: 0.01 to 0.50% B combines with oxygen in the molten metal to exhibit a deoxidizing effect. In addition, there is an effect of refining a solidified structure with the generated oxide as a nucleus, and contributes to improvement of annual ring-shaped segregation like Al. In addition, it has an effect of increasing hardenability due to B dissolved in the matrix. In the case of a casting having a large mass such as a rolling roll, it may be difficult to increase the cooling temperature, but a hardened structure is easily obtained due to an increase in hardenability. If it is less than 0.01, such effects are not sufficient, while if it exceeds 0.50%, the agent becomes brittle, which is not preferable.

【0020】本発明外層の耐摩耗鋳鉄材は以上の合金成
分のほか残部がFeおよび不純物で形成される。尚、
P,Sは原料より不可避的に混入するが、材質を脆くす
るので少ない程望ましく、P:0.2 %以下、S:0.1 %
以下に止めておくのがよい。次に本発明複合ロールの内
層材について説明する。内層材としては、下記の理由に
より黒鉛が晶出した材料、具体的には片状黒鉛鋳鉄(F
Cと略記) 、球状黒鉛鋳鉄(DCIと略記) 、黒鉛鋼
(SGSと略記) を用いる。 圧延使用時には、過負荷状態の発生(例えば、2枚
板噛み) は避けられないが、外層材のヤング率は 21000
〜 23000kgf/mm2 と高いため、外層材中に大きな応
力が発生する。中 間層のヤング率は 20000〜 23000kg
f /mm2 であるが、層厚が25〜30mm程度と比較的薄いた
め、複合化する内層材のヤング率が低ければ、過負荷時
には、ロールの偏平化によって内層材の方で負荷を吸収
し得る。このため、内層材のヤング率を低くする方が、
使用時の安全性を増す。20000kgf/mm2 未満のヤング率
とするためには、内層材は、黒鉛の晶出したものでなけ
ればならない。 外層材は特殊合金が含まれており、また、焼戻し2
次硬化現象によって硬化するため、一般に残留応力の除
去がされ難い材料で ある。このため、複合ロールに対
し、外層材の硬化 熱処理すると、外層材の変態による
膨張により、外層には圧縮応力、内層には引張応力が生
じる。内層材の引張応力が過大になると、内層の破損や
中間層 ・内層の境界部での破断が生じ、ロールの破壊
に至る。破壊を防止するには、複合ロールに歪取り焼鈍
を施し、内層材の残留応力を解放すればよい。しか
し、600 ℃を越える高温歪取り焼鈍では外層の硬度低下
を招来する。従って、低温歪取り焼鈍により、内層材の
残留応力を解放する必要がある。このため には、内層
材は黒鉛が晶出したものがよい。尚、本発明の場合、低
温歪取り焼鈍は外層の焼戻し熱処理 によりその目的を
達成することができる。 ロールは使用時に圧延材(1000℃前後) から熱を受
ける。ロールの熱変形を防止、所定形状を維持するには
放熱が良好でなけれ ばならない。従って、内層は熱の
伝導が良くなけれ ばならない。そのため内層材として
黒鉛晶出材が好適である。 ロールのネック部には、ベンディング力とモーター
トルクに耐える強度が必要である。衝撃的な荷重もある
ことから、強度とともに靭性も重要である。黒鉛を晶出
させることにより、靭性を向上させることができる。
In the wear-resistant cast iron material of the outer layer of the present invention, the remainder is formed of Fe and impurities in addition to the above alloy components. still,
P and S are inevitably mixed in from the raw material, but are preferably as small as possible because the material becomes brittle. P: 0.2% or less, S: 0.1%
It is better to stop below. Next, the inner layer material of the composite roll of the present invention will be described. As the inner layer material, a material in which graphite is crystallized for the following reason, specifically, flaky graphite cast iron (F
C), spheroidal graphite cast iron (abbreviated as DCI), and graphite steel (abbreviated as SGS). When using rolling, the occurrence of an overload condition (for example, biting of two plates) is inevitable, but the Young's modulus of the outer layer material is 21000.
Since it is as high as 223000 kgf / mm 2 , a large stress is generated in the outer layer material. Young's modulus of middle class is 20000 ~ 23000kg
It is a f / mm 2, since the layer thickness is relatively thin as about 25 to 30 mm, the lower the Young's modulus of the inner layer material to be complexed, at the time of overload, absorbing the load towards the inner layer member by flattening the roll I can do it. Therefore, it is better to lower the Young's modulus of the inner layer material.
Increase safety during use. In order to obtain a Young's modulus of less than 20000 kgf / mm 2 , the inner layer material must be crystallized graphite. The outer layer material contains a special alloy.
Since it is hardened by the secondary hardening phenomenon, it is generally difficult to remove residual stress. For this reason, when the outer material is cured and heat-treated on the composite roll, a compression stress is generated in the outer layer and a tensile stress is generated in the inner layer due to expansion due to transformation of the outer material. If the tensile stress of the inner layer material is excessive, breakage of the inner layer and breakage at the boundary between the intermediate layer and the inner layer occur, leading to breakage of the roll. To prevent fracture, the composite roll may be subjected to strain relief annealing to release the residual stress of the inner layer material. However, high-temperature strain relief annealing exceeding 600 ° C. causes a decrease in hardness of the outer layer. Therefore, it is necessary to release the residual stress of the inner layer material by low-temperature strain relief annealing. For this purpose, the inner layer material is preferably made of graphite crystallized. In the case of the present invention, the purpose of low-temperature strain relief annealing can be achieved by tempering heat treatment of the outer layer. The roll receives heat from the rolled material (around 1000 ° C) during use. In order to prevent thermal deformation of the rolls and maintain the required shape, the heat radiation must be good. Therefore, the inner layer must have good heat conduction. Therefore, a graphite crystallized material is suitable as the inner layer material. The neck of the roll must be strong enough to withstand the bending force and motor torque. Since there are shocking loads, toughness is important as well as strength. By crystallizing graphite, the toughness can be improved.

【0021】次に、複合ロールの内層を形成する各種内
層材の特徴および好ましい組成(単位wt%) について説
明 する。内層は叙上の通り、黒鉛を含むことが必要で
あるが、外層と内層との溶着時に外層の高合金成分 の
混入が必然的に生じる。この点を考慮して組成を決定す
る必要がある。 (1) FCの場合 FCは鋳造性が良好で、ヤング率が10000 〜15000kgf
/mm2 と低く、又黒鉛の形態が片状であるた め、残留
応力の除去が容易で、熱伝導率も高い。また、加工性も
良好で、中空ロールの内層材として用 いた場合、内面
加工が容易である。もっとも、強度は30kgf/mm2 程度
が限度であるため、圧延荷重の大きな条件下で使用する
複合ロールには適さない。尚、下記組成のFCの固相線
は1130〜1170℃である 。
Next, the characteristics and preferable compositions (unit: wt%) of various inner layer materials forming the inner layer of the composite roll will be described. As described above, the inner layer needs to contain graphite, but when the outer layer and the inner layer are welded together, the incorporation of a high alloy component in the outer layer necessarily occurs. It is necessary to determine the composition in consideration of this point. (1) In case of FC FC has good castability and Young's modulus is 10,000-15000kgf.
/ Mm 2 and the morphology of graphite is easy to remove residual stress and high in thermal conductivity. Also, the workability is good, and when used as the inner layer material of the hollow roll, the inner surface processing is easy. However, since the strength is limited to about 30 kgf / mm 2 , it is not suitable for a composite roll used under the condition of a large rolling load. The solidus of FC having the following composition is 1130 to 1170 ° C.

【0022】以下に好ましい組成例と限定理由を示す。 C:2.5 〜4.0 % Cは黒鉛を晶出させるために必要であり、 2.5%未満で
は黒鉛量が少ない。一方、4.0 %を越えると黒鉛量が過
多となり、強度が低下する。 Si:0.8 〜2.5 % Siは黒鉛晶出を助長する作用をなし、 0.8%未満では
黒鉛化が不充分である。一方、 2.5%を越えると基地が
脆くなる。
Preferred examples of the composition and reasons for the limitation are shown below. C: 2.5 to 4.0% C is necessary for crystallizing graphite, and if less than 2.5%, the amount of graphite is small. On the other hand, if it exceeds 4.0%, the amount of graphite becomes excessive and the strength decreases. Si: 0.8 to 2.5% Si acts to promote crystallization of graphite, and if it is less than 0.8%, graphitization is insufficient. On the other hand, if it exceeds 2.5%, the base becomes brittle.

【0023】Mn:0.2 〜1.5 % Mnは基地の強化と共にSの害を防ぐ作用がある。 0.2
%未満ではその作用がほとんど期待できない。一方、
1.5%を越えると材質が脆くなる。 P, S:各々0.2 %以下 P, Sは不純元素であるため少ない程よく、 0.2 %以
下に止めるのがよい。低濃度のものは高コスト になる
ため、経済性を考慮すると、0.01%程度以上の含有は止
むを得ないであろう。
Mn: 0.2-1.5% Mn has the effect of strengthening the matrix and preventing the harm of S. 0.2
%, The effect is hardly expected. on the other hand,
If it exceeds 1.5%, the material becomes brittle. P, S: each 0.2% or less P and S are impurities, and therefore the smaller the better, the better. Since the low-concentration ones are expensive, the content of about 0.01% or more will be unavoidable in consideration of economy.

【0024】Ni:3.0 %以下 Niは黒鉛化と基地の強化のために有効であるが、 3.0
%を越えると未変態組織が残留し易くなり、強度が劣化
する。 Cr, Mo:各々2.0 %以下 Cr, Moは基地の強化作用があるが、多過ぎる と黒
鉛化を阻害させる。基地強化のためには、 0.1 %以上
含有させることが望ましい。一方、黒鉛化の阻害を防止
するには、外層からの混入量を含めて 2 .0%以下に止
める必要がある。
Ni: 3.0% or less Ni is effective for graphitization and strengthening of the matrix.
%, The untransformed structure tends to remain, and the strength is deteriorated. Cr and Mo: 2.0% or less each Cr and Mo have the effect of strengthening the matrix, but too much inhibits the graphitization. In order to strengthen the base, it is desirable to add 0.1% or more. On the other hand, in order to prevent the inhibition of graphitization, it is necessary to keep the content to 2.0% or less, including the amount mixed from the outer layer.

【0025】W,V,Nbの総計で4.0 %以下 これらの元素は外層から必然的に混入する。W, V,
Nbは内層材質改善作用はない。従って、これ らの元
素は不純物として解釈され、内層材の機械的性質を劣化
させない範囲として、4%まで許容され る。なお、本
発明の外層材にAl, Co,Ti, Z r,Bを含んで
いるが、これらの元素は中間層を介して内層に必然的に
混入するが微量であるため、材 質上ほとんど問題には
ならない。
The total of W, V and Nb is 4.0% or less. These elements are inevitably mixed from the outer layer. W, V,
Nb has no effect of improving the inner layer material. Therefore, these elements are interpreted as impurities and are allowed up to 4% as long as they do not degrade the mechanical properties of the inner layer material. Although the outer layer material of the present invention contains Al, Co, Ti, Zr, and B, these elements are inevitably mixed into the inner layer via the intermediate layer, but are trace amounts. It doesn't matter.

【0026】FCは以上の成分の他、残部実質的にFe
で形成 される。尚、中間層に溶着する前すなわち鋳込
前の 溶湯組成範囲を下記に例示する。溶湯組成は溶着
後に上記内層組成となるように、中間層からの成分混
入量が考慮されて決定される。 C :2.5 〜4.0 %、 Si:0.8 〜2.5 %、 Mn:0.2 〜1.5 %、 P :0.2 %以下、 S :0.2 %以下、 Ni:3.0 %以下、 Cr:2.0 %以下、 Mo:2.0 %以下、 残部実質的にFe (2) DCIの場合 DCIは鋳造性が良好で、ヤング率が15000 〜19 000k
gf/mm2 であり、黒鉛量も多い。更に、その黒 鉛の形
態は、FCと異なり、球状であるため、強度および靭性
も優れている。また、加工性も良好であ る。このため
内層材として好適である。尚、特公昭 59−52930 号公
報、特公昭59−52931 号公報に開示されているように、
フェライト・オーステナイト共 存温度域(780 〜900
℃) に加熱保持後、200 〜80 0 ℃/Hrで急冷し、オ
ーステナイトを微細パーライト化する熱処理により、基
地組織がフェライト・ パーライトの2相混合組織とな
る。この組織はクラ ックの進展、残留応力の除去効果
に特に優れる。前記2相混合組織化の熱処理は、複合ロ
ールの外層の 硬化熱処理の前熱処理として行えばよ
い。尚、下記組成のDCIの固相線は1130〜1170℃であ
る。
FC is, in addition to the above components, substantially the balance of Fe
It is formed by The composition range of the molten metal before welding to the intermediate layer, that is, before casting is shown below. The molten metal composition is mixed with the components from the intermediate layer so that the above-mentioned inner layer composition is obtained after welding.
The amount is determined in consideration of the amount. C: 2.5 to 4.0%, Si: 0.8 to 2.5%, Mn: 0.2 to 1.5%, P: 0.2% or less, S: 0.2% or less, Ni: 3.0% or less, Cr: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less The balance is substantially Fe (2) DCI DCI has good castability and a Young's modulus of 15,000 to 19,000 k.
gf / mm 2 and a large amount of graphite. Furthermore, since the form of the graphite is spherical unlike the FC, the graphite has excellent strength and toughness. Also, the workability is good. Therefore, it is suitable as an inner layer material. As disclosed in JP-B-59-52930 and JP-B-59-52931,
Ferrite-austenite coexistence temperature range (780 to 900
(° C.), rapidly cooled at 200 to 800 ° C./Hr, and heat-treated to make austenite fine pearlite, whereby the matrix structure becomes a two-phase mixed structure of ferrite and pearlite. This structure is particularly excellent in crack growth and in removing residual stress. The heat treatment for forming the two-phase mixed structure may be performed as a heat treatment before the heat treatment for curing the outer layer of the composite roll. The solidus of DCI having the following composition is 1130 to 1170 ° C.

【0027】以下に好ましい組成例と限定理由を示す。 C :2.5 〜4.0 %、 Si:1.3 〜3.5 %、 Mn:0.2 〜1.5 %、 P :0.2 %以下、 S :0.2 %以下、 Ni:3.0 %以下、 Cr:2.0 %以下、 Mo:2.0 %以下、 W,V,Nbの総計で4%以下、 Mg:0.02〜0.1
%、 残部実質的にFe Si, Mg以外の成分限定理由はFCと同様のため、こ
の二成分について説明する。
Preferred examples of the composition and reasons for the limitation are shown below. C: 2.5 to 4.0%, Si: 1.3 to 3.5%, Mn: 0.2 to 1.5%, P: 0.2% or less, S: 0.2% or less, Ni: 3.0% or less, Cr: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less , W, V, Nb: 4% or less in total, Mg: 0.02-0.1
%, And the balance The other components are substantially the same as those of FC except for FeSi and Mg.

【0028】Siは黒鉛化促進元素である。DCIは黒
鉛の球 状化のため、Mgが含有される。Mgは強力な
黒鉛 化阻害元素であるため、Mgの存在下で黒鉛化を
図るには、Si 1.3%以上必要である。一方、 3.5%
を越えると、基地を脆くすると共に、多量のフェライト
を析出させ、強度も低下する。Mgは黒鉛を球状化させ
る作用を有する。その作 用を得るためには0.02%以上
必要である。一方、 0 .1%を越えると、黒鉛化を阻害
し、又鋳造欠陥を発生させ易くする。
Si is a graphitization promoting element. DCI contains Mg for spheroidizing graphite. Since Mg is a strong graphitization inhibiting element, 1.3% or more of Si is required to achieve graphitization in the presence of Mg. Meanwhile, 3.5%
If it exceeds, the matrix becomes brittle, a large amount of ferrite is precipitated, and the strength decreases. Mg has a function of spheroidizing graphite. 0.02% or more is required to obtain the effect. On the other hand, if it exceeds 0.1%, graphitization is inhibited and casting defects are easily generated.

【0029】尚、外層に溶着する前のDCIの好適な溶
湯組成を下記に例示する。 C :2.5 〜4.0 %、 Si:1.3 〜3.5 %、 Mn:0.2 〜1.5 %、 P :0.2 %以下、 S :0.2 %以下、 Ni:3.0 %以下、 Cr:2.0 %以下、 Mo:2.0 %以下、 Mg:0.02〜0.1 %、 残部実質的にFe (3) SGSの場合 SGSはヤング率が17000 〜20000 kgf/mm2 と 高
く、また黒鉛量も少ないため、残留応力は比較的 除去
され難い。また、鋳造性もあまり良好ではなく、大きな
押湯等を必要とする。しかし、強度は40kg f/mm2
上と優れており、また靭性にも優れてい るので、大き
なベンダー荷重等が働く苛酷な使用条件で用いられるロ
ールには最適である。また、固相 線(下記組成のSG
Sの場合) が1170〜1250℃とF C, DCIに比べて高
いので、外層のオーステナイト化熱処理の際に劣化しに
くい利点がある。
A preferred melt composition of DCI before welding to the outer layer is exemplified below. C: 2.5 to 4.0%, Si: 1.3 to 3.5%, Mn: 0.2 to 1.5%, P: 0.2% or less, S: 0.2% or less, Ni: 3.0% or less, Cr: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less Mg: 0.02 to 0.1%, balance substantially in the case of Fe (3) SGS SGS has a high Young's modulus of 17,000 to 20,000 kgf / mm 2 and a small amount of graphite, so that residual stress is relatively difficult to remove. Also, the castability is not very good, and a large feeder or the like is required. However, it has an excellent strength of 40 kgf / mm 2 or more and is excellent in toughness, so it is most suitable for rolls used under severe operating conditions where a large bender load is applied. In addition, solid-phase wire (SG of the following composition)
(In the case of S) is 1170 to 1250 ° C., which is higher than that of FC and DCI.

【0030】以下に好ましい組成例と限定理由を示す。 C :1.0 〜2.3 %、 Si:0.5 〜3.0 %、 Mn:0.2 〜1.5 %、 P :0.2 %以下、 S :0.2 %以下、 Ni:3.0 %以下、 Cr:2.0 %以下、 Mo:2.0 %以下、 W,V,Nbの総計で4.0 %以下、 残部実質的にFe C, Si以外の成分限定理由はFCと同様のため、この
二成分について説明する。
Preferred examples of the composition and reasons for the limitation are shown below. C: 1.0 to 2.3%, Si: 0.5 to 3.0%, Mn: 0.2 to 1.5%, P: 0.2% or less, S: 0.2% or less, Ni: 3.0% or less, Cr: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less , W, V, and Nb are 4.0% or less in total, and the balance is substantially the same as that for FC except for Fe C and Si. Therefore, these two components will be described.

【0031】Cは黒鉛を晶出させるために必要である。
1.0%未満では黒鉛の晶出は生じにくい。一方、 2.3%
を越えると黒鉛形状が崩れて、強度が低下する。Siは
黒鉛化のために必要である。 0.5%未満では黒鉛晶出は
困難となり、一方、 3.0%を越えると基地が脆くなる。
尚、外層に溶着する前のSGSの好適な溶湯組成を下記
に例示する。
C is necessary for crystallizing graphite.
If it is less than 1.0%, crystallization of graphite hardly occurs. Meanwhile, 2.3%
If the ratio exceeds the above, the graphite shape is broken and the strength is reduced. Si is necessary for graphitization. If it is less than 0.5%, graphite crystallization becomes difficult, while if it exceeds 3.0%, the matrix becomes brittle.
A preferred melt composition of SGS before welding to the outer layer is exemplified below.

【0032】 C :1.0 〜2.3 %、 Si:0.5 〜3.0 %、 Mn:0.2 〜1.5 %、 P :0.2 %以下、 S :0.2 %以下、 Ni:3.0 %以下、 Cr:2.0 %以下、 Mo:2.0 %以下、 残部実質的にFe 次に、本発明の実施形態で使用する中間層を例示する。
中間層は、外層の合金成分が内層に混入するのを軽減す
ることを目的の一つとして形成されるが、それ自体も30
kgf/mm2 程度以上の強度が必要である。強度が不足す
ると、外層と中間層との境界部が破断し、外層が剥離す
る。従って、中間層には外層から多量の合金成分が混入
しても高強度な材質とする必要がある。かかる理由か
ら、中間層材としては下記組成の高炭素鋳鋼(ADと略
記) が好適である。以下、本発明の実施形態で使用する
好適な中間層材の組成と限定理由を示す。 C:1.0 〜2.5 % Cは強度向上に寄与するが、1.0 %未満では凝固点が高
くなり、溶着が不充分になり易い。一方、2.5 %を超え
ると炭化物が過多となり、材質が脆くなる。 Si:0.2 〜3.0 % Siは脱ガスの促進作用、湯流れ性の向上作用がある。
0.2%未満ではかかる作用が期待できず、一方、 3.0%
を越えると材質が脆化する。尚、高Si領域ではNi含
有量との関係で黒鉛の晶出が見られる場合があるが、材
質上問題はない。 Mn:0.2 〜1.5 % Mnは内層材のダクタイル鋳鉄と同様の理由によって上
記範囲に限定される。 Ni:4.0 %以下 Niは材質を強化する作用がある。しかし、 4.0%を越
えると作用が飽和すると共に未変態組織が生じ易くな
り、強度が劣化する。 Cr, Mo:各々 4.0%以下 Cr, Moは材質を強化する作用がある。しかし、 4.0
%を越えると機械的性質がかえって劣化するようにな
る。 W,V,Nb:総計で12%以下 これらの元素は中間層の材質を向上する作用はほどんど
ないが、外層からの混入は避けられない。中間層材質の
機械的性質を劣化させない範囲として、12%まで許容さ
れる。尚、本発明の外層にAl,Co,Ti,Zr,B
を含んでいるので、これらの元素も中間層に必然的に入
ってくる。この場合、同様の理由により、これらの元素
を含めて総計で12%以下とする。
C: 1.0 to 2.3%, Si: 0.5 to 3.0%, Mn: 0.2 to 1.5%, P: 0.2% or less, S: 0.2% or less, Ni: 3.0% or less, Cr: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less, balance substantially Fe Next, an intermediate layer used in the embodiment of the present invention will be exemplified.
The intermediate layer is formed for the purpose of reducing the mixing of the alloy components of the outer layer into the inner layer, but the intermediate layer itself has a thickness of 30%.
A strength of about kgf / mm 2 or more is required. If the strength is insufficient, the boundary between the outer layer and the intermediate layer breaks, and the outer layer peels off. Therefore, the intermediate layer needs to be made of a material having high strength even if a large amount of alloy components are mixed in from the outer layer. For this reason, a high carbon cast steel (abbreviated as AD) having the following composition is suitable as the intermediate layer material. Hereinafter, the composition of the intermediate layer material suitable for use in the embodiment of the present invention and the reason for limitation will be described. C: 1.0 to 2.5% C contributes to the improvement of the strength, but if it is less than 1.0%, the freezing point increases, and the welding tends to be insufficient. On the other hand, if it exceeds 2.5%, the amount of carbides becomes excessive and the material becomes brittle. Si: 0.2 to 3.0% Si has a function of accelerating degassing and a function of improving flowability of molten metal.
If it is less than 0.2%, such effects cannot be expected, while 3.0%
If it exceeds, the material becomes brittle. In the high Si region, crystallization of graphite may be observed depending on the Ni content, but there is no problem with the material. Mn: 0.2 to 1.5% Mn is limited to the above range for the same reason as the ductile cast iron as the inner layer material. Ni: 4.0% or less Ni has the effect of strengthening the material. However, when the content exceeds 4.0%, the effect is saturated and an untransformed structure is apt to be generated, and the strength is deteriorated. Cr and Mo: 4.0% or less each Cr and Mo have an effect of strengthening the material. But 4.0
%, The mechanical properties deteriorate rather. W, V, Nb: 12% or less in total These elements have little effect on improving the material of the intermediate layer, but mixing from the outer layer is inevitable. Up to 12% is allowed as long as the mechanical properties of the intermediate layer material are not deteriorated. In addition, Al, Co, Ti, Zr, B
, These elements inevitably also enter the intermediate layer. In this case, for the same reason, the total is 12% or less including these elements.

【0033】中間層材の成分は、以上の他、残部実質的
にFeで形成される。尚、P,Sは不純物であり、材質
を脆くするため少ない程よく、本発明の実施形態におい
ては、内層材と同様、両者とも 0.2%以下に止めるのが
よい。尚、外層に溶着する前の溶湯組成範囲を下記に例
示する。溶湯組成は溶着後に上記中間層組成となるよう
に、外層からの成分混入量が考慮されて決定される。 C :1.0 〜2.5 % 、 Si:0.2 〜3.0 %、 Mn:0.2 〜1.5 % 、 P :0.2 %以下、 S :0.2 %以下、 Ni:4.0 %以下、 Cr:4.0 %以下、 Mo:4.0 %以下、 残部実質的にFe 本発明の実施形態では、外層と内層(軸芯部) との間に
1.0〜2.5 %Cの中間層を設けたので、内層に有害な合
金元素が外層から内層へ、溶着の際に直接混入するのを
大幅に抑制することができるほか、下記の効果を奏す
る。
The components of the intermediate layer material are, in addition to the components described above, the remainder substantially formed of Fe. It should be noted that P and S are impurities and are preferably as small as possible because they make the material brittle. In the embodiment of the present invention, it is preferable that both P and S be 0.2% or less as in the case of the inner layer material. The composition range of the molten metal before welding to the outer layer is exemplified below. The composition of the molten metal is determined in consideration of the amount of components mixed in from the outer layer so that the composition of the intermediate layer is obtained after welding. C: 1.0 to 2.5%, Si: 0.2 to 3.0%, Mn: 0.2 to 1.5%, P: 0.2% or less, S: 0.2% or less, Ni: 4.0% or less, Cr: 4.0% or less, Mo: 4.0% or less In the embodiment of the present invention, the balance is substantially between the outer layer and the inner layer (axial portion).
Since the intermediate layer of 1.0 to 2.5% C is provided, the harmful alloy element in the inner layer can be significantly suppressed from being directly mixed from the outer layer to the inner layer during welding, and the following effects can be obtained.

【0034】外層の焼入れ熱処理の際、オーステナイト
化熱処理のため、外層を1100℃以上に加熱するのがよい
が、外層を1100℃以上に加熱しても内層への伝熱は中間
層を介して行われるため、熱量の調整により内層の温度
を1100℃以下に容易に抑えることができ、内層の溶損を
防止することができる。中間層は外層との溶着によっ
て、Cr, Mo, W, V,Nbの濃度が高くなるが、そ
れでもこれらの元素は外層よりも低く抑えられるので、
外層と内層を直接溶着させた時よりも、外層と中間層を
溶着させた後、中間層と内層を溶着させる方が、内層の
溶着部分の合金濃度は低くできる。このため、中間層を
設けた場合は内層との境界に炭化物層が形成されにく
く、境界強度が改善できる。
In the quenching heat treatment of the outer layer, it is preferable to heat the outer layer to 1100 ° C. or more for austenitizing heat treatment. However, even if the outer layer is heated to 1100 ° C. or more, heat transfer to the inner layer is performed through the intermediate layer. Since the heat treatment is performed, the temperature of the inner layer can be easily suppressed to 1100 ° C. or less by adjusting the amount of heat, and the melting of the inner layer can be prevented. The intermediate layer has a higher concentration of Cr, Mo, W, V, and Nb due to welding with the outer layer, but since these elements are still kept lower than the outer layer,
Welding the intermediate layer and the inner layer after welding the outer layer and the intermediate layer can lower the alloy concentration at the welded portion of the inner layer than when directly welding the outer layer and the inner layer. Therefore, when the intermediate layer is provided, a carbide layer is not easily formed at the boundary with the inner layer, and the boundary strength can be improved.

【0035】また、本発明の実施形態に係る中間層はロ
ールの焼入れ熱処理中にその大半がパーライト変態し、
更に残部がベイナイト変態する。マルテンサイト変態は
起こらないか、起こしてもごくわずかの量である。この
ため、マルテンサイト変態に伴う大きな膨張挙動がな
く、ロールへの残留応力を大きくすることはない。尚マ
ルテンサイト変態を多量に起こすと、外層のマルテンサ
イト変態と合わさって、外層・中間層に大きな圧縮の残
留応力(軸方向)、内層にはそれに見合う大きな引張の
残留応力(軸方向)が働らき、内層が引張・破壊する。
Further, most of the intermediate layer according to the embodiment of the present invention undergoes pearlite transformation during the quenching heat treatment of the roll,
Further, the rest undergoes bainite transformation. No or little martensitic transformation occurs. For this reason, there is no large expansion behavior accompanying the martensitic transformation, and the residual stress on the roll does not increase. When a large amount of martensitic transformation occurs, it is combined with the martensitic transformation of the outer layer, and a large compressive residual stress (axial direction) acts on the outer and intermediate layers, and a correspondingly large residual tensile stress (axial direction) acts on the inner layer. And the inner layer is pulled and broken.

【0036】[0036]

【実施例】本発明の複合ロールは、通常、中実状ロール
の場合、外層および中間層が遠心力鋳造された後、その
内部に内層(軸芯部) が静置鋳造される。また、スリー
ブロールの場合、外層、中間層に引き続いて内層も遠心
力鋳造される。図3は横型遠心力鋳造装置を示してお
り、遠心力鋳造用金型4 は回転ローラ5,5 によって回転
自在に支持されており、溶湯は堰鉢6 から注湯樋7 を介
して金型4 内に鋳込まれる。8は湯止め用砂型である。
中実状の複合ロールを鋳造するには、まず、外層材溶湯
を回転する金型4 に鋳込み、それが凝固した後に、外層
1の内周面に中間層材溶湯を鋳込んで、中間層3 を遠心
力鋳造する。その後、外層1 と中間層3 とを内有した金
型4 を起立させ、その両端に軸芯部形成用の上型、下型
を連設して静置鋳型を構成し、その内部に内層材溶湯を
鋳込めばよい。該横型遠心力鋳造装置においては、金型
内に鋳込まれた溶湯の各部は金型の回転毎に上下動する
ため、Gの変動があり、またローラや金型の偏心や傷に
より振動が発生し易く、鋳込まれた外層材溶湯中の成分
は移動し易い。このため、厚肉の外層を鋳造する場合、
成分の移動により偏析が生じ易くなるので、通常、凝固
開始温度+70℃程度以下として比較的低温で鋳込むのが
よい。もっとも、本発明に係る外層材は高耐摩耗材であ
るために、摩耗しにくく、外層は比較的薄くてもよく、
鋳込厚さで80mm(望ましくは55〜70mm) 程度までは金型
により急冷されるため、前記温度より高温で鋳込んでも
偏析のおそれはほとんどない。尚、製品外層厚さとして
は中間層による溶解代20mm、加工代10mmを考慮すると50
mm(望ましくは25〜40mm) 程度となる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the case of a composite roll of the present invention, in the case of a solid roll, usually, an outer layer and an intermediate layer are subjected to centrifugal casting, and then an inner layer (axial portion) is statically cast therein. In the case of a sleeve roll, the inner layer is also centrifugally cast following the outer layer and the intermediate layer. FIG. 3 shows a horizontal centrifugal casting machine, in which a centrifugal casting mold 4 is rotatably supported by rotating rollers 5,5, and molten metal is fed from a dam 6 via a pouring gutter 7 to a mold. Cast into 4 Numeral 8 denotes a sand mold for hot water.
To cast a solid composite roll, first, the molten outer layer material is cast into a rotating mold 4, and after it has solidified, the outer layer material is cast.
The intermediate layer material melt is cast into the inner peripheral surface of 1 and the intermediate layer 3 is centrifugally cast. Thereafter, a mold 4 having an outer layer 1 and an intermediate layer 3 is erected, and an upper mold and a lower mold for forming a shaft core portion are connected at both ends thereof to form a stationary mold. What is necessary is just to cast a molten metal. In the horizontal centrifugal casting apparatus, since each part of the molten metal cast in the mold moves up and down every time the mold rotates, there is a variation in G, and vibration is caused by eccentricity and scratches of the rollers and the mold. It is easy to occur and the components in the cast outer layer material melt are easy to move. For this reason, when casting a thick outer layer,
Since the segregation is likely to occur due to the movement of the components, it is usually preferable to perform the casting at a relatively low temperature at a solidification starting temperature of about + 70 ° C. or less. However, since the outer layer material according to the present invention is a highly wear-resistant material, it is difficult to wear, and the outer layer may be relatively thin,
Up to a casting thickness of about 80 mm (preferably 55 to 70 mm), it is rapidly cooled by a mold, so that there is almost no risk of segregation even when casting at a temperature higher than the above temperature. The product outer layer thickness is 50
mm (preferably 25 to 40 mm).

【0037】図4は立型遠心力鋳造装置を示しており、
遠心力鋳造用金型11の上下端には上型12、下型13が組み
立てられており、該鋳型は回転する基盤14に同心状に機
械的に固定されている。このため、堰鉢15を介して鋳型
内に鋳込まれ、遠心力の作用で金型11内面に上昇し付着
した外層材溶湯16は、Gの変動や振動を受けにくい。従
って、立型遠心力鋳造すれば、厚肉の外層を鋳造する場
合でも偏析が生じにくいため、より高温で鋳込むことが
でき、作業性の向上や異物の混入による鋳造欠陥の防止
に効果的である。尚、遠心力鋳造用金型11のみ基盤14に
固定し、外層および中間層を鋳造後、上型、下型を組み
立て、軸芯部を静置鋳造してもよいことは勿論である。
FIG. 4 shows a vertical centrifugal casting apparatus.
An upper mold 12 and a lower mold 13 are assembled at the upper and lower ends of a centrifugal casting mold 11, and the mold is mechanically fixed concentrically to a rotating base 14. For this reason, the outer layer material molten metal 16 cast into the mold via the dam 15 and ascending and adhering to the inner surface of the mold 11 by the action of centrifugal force is less susceptible to fluctuations and vibrations of G. Therefore, if vertical centrifugal casting is used, segregation hardly occurs even when casting a thick outer layer, so that casting can be performed at a higher temperature. It is. It is needless to say that only the centrifugal force casting mold 11 may be fixed to the base 14, the outer layer and the intermediate layer may be cast, the upper mold and the lower mold may be assembled, and the shaft portion may be statically cast.

【0038】本発明の外層耐摩耗鋳鉄材は、複合ロール
の外層として鋳造後、ロール全体を焼入れ温度(オース
テナイト化温度) から 400〜 650℃までの温度域を 150
℃/Hr以上の冷却速度で焼入れることにより、良好な
焼入れ組織を得ることができる。焼戻しは 500〜 600℃
の温度で1回ないし数回行なうとよい。本発明に係る外
層材は、オーステナイト化熱処理の際に基地中に固溶し
たMo,W,V,Nb,Ti,Zr等が焼戻し熱処理に
よって微細炭化物として析出し、焼戻し2次硬化現象を
生じるため、高温硬度に優れる。
The outer layer wear-resistant cast iron material of the present invention is cast as an outer layer of a composite roll, and then the entire roll is heated to a temperature range from a quenching temperature (austenitizing temperature) to 400 to 650 ° C.
By quenching at a cooling rate of at least C / Hr, a good quenched structure can be obtained. Tempering 500 ~ 600 ℃
It is good to carry out once or several times at the above temperature. In the outer layer material according to the present invention, Mo, W, V, Nb, Ti, Zr, and the like dissolved in the matrix during the austenitizing heat treatment precipitate as fine carbides by the tempering heat treatment, and the tempering secondary hardening phenomenon occurs. Excellent in high temperature hardness.

【0039】外層の加熱方法としては、ロール全体を加
熱炉に入れて加熱する方法、外層外周面の回りに誘導加
熱コイルや多数のガスバーナを配置しておき、これらに
よって外層のみを急速加熱する方法がある。前者は昇温
に時間がかかり、外層表面に厚い酸化膜ができ、外層の
歩留りが低下する。更に、鋳鉄材質の内層の溶損を回避
して加熱するには1100℃(望ましくは1000℃) 以下の加
熱に止めなければならず、このため炭化物を基地中に十
分固溶させることが難しく、以後の熱処理によっても十
分な硬度が得難いという問題がある。これに対して、外
層のみの加熱方法によれば、中間層の形成と相まって、
外層を1100℃以上に、内層を1100℃未満に確実に止める
ことができるので、内層の部分溶融や、結晶粒の粗大化
による強度低下を防止することができる。また、内層
(軸芯部) の中心に向かうほど低温となるため、オース
テナイト化温度に加熱後、外層の熱を内部へ逃がすこと
ができ、焼入れの際、外層深部の冷却速度を大きくする
ことができる。
As a method for heating the outer layer, a method in which the entire roll is put into a heating furnace to heat, a method in which an induction heating coil and a number of gas burners are arranged around the outer peripheral surface of the outer layer, and only the outer layer is rapidly heated by these. There is. In the former case, it takes time to raise the temperature, a thick oxide film is formed on the surface of the outer layer, and the yield of the outer layer decreases. Furthermore, to avoid melting of the inner layer of the cast iron material and heat it, it is necessary to stop heating at 1100 ° C (preferably 1000 ° C) or less, which makes it difficult to form a solid solution of carbides in the matrix. There is a problem that it is difficult to obtain sufficient hardness by the subsequent heat treatment. On the other hand, according to the heating method of only the outer layer, coupled with the formation of the intermediate layer,
Since the outer layer can be reliably stopped at 1100 ° C. or higher and the inner layer can be stopped at less than 1100 ° C., it is possible to prevent partial melting of the inner layer and reduction in strength due to coarsening of crystal grains. In addition, since the temperature decreases toward the center of the inner layer (axial portion), the heat of the outer layer can be released to the inside after heating to the austenitizing temperature, and the cooling rate of the outer layer deeper can be increased during quenching. it can.

【0040】本発明の複合ロールは熱間圧延、冷間圧延
を問わず、圧延設備の圧延用ロールおよびその付帯設備
のピンチロールあるいは圧延材の搬送用ローラー等の、
耐摩耗性を要求されるロール、ローラーに適用される。
尚、圧延材としては、鉄鋼および非鉄金属のみならず非
金属をも対象とする。 〔具体的実施例〕 (1) 内径φ1040mmの遠心力鋳造用金型に表1の外層材溶
湯を遠心力鋳造し、外層が完全に凝固した後引き続い
て、同表の中間層材溶 湯を遠心力鋳造し、外層と中間
層とを溶着させた。 鋳込量は肉厚で外層70mm、中間層
25mmとした。尚、実施例は試料No.1〜6であり、 No.7
の外層材は耐 摩耗性を改善した高クロム鋳鉄材で、資
料No. 7の 外層材はAlを含有しないものである。表
中の組成の単位は重量%、残部は実質的にFeである。 (2) 中間層が完全に凝固するのを待って、金型の回転を
止め、外層および中間層を内有した金型を垂直に立て
て、両端に上型および下型を連設して、その内部に同表
に併せて示した内層材(軸芯材) 溶湯を鋳込んだ。
The composite roll of the present invention may be any type of hot rolled or cold rolled roll, such as a roll for rolling equipment and a pinch roll for ancillary equipment or a roller for conveying rolled material.
Applied to rolls and rollers that require abrasion resistance.
The rolled material includes not only steel and non-ferrous metals but also non-metals. [Specific Examples] (1) The melt of the outer layer material shown in Table 1 was centrifugally cast in a centrifugal casting mold having an inner diameter of 1040 mm, and after the outer layer was completely solidified, the melt of the intermediate layer material shown in the same table was continuously cast. The outer layer and the intermediate layer were welded by centrifugal casting. Casting thickness is 70mm for outer layer, middle layer
25 mm. In the examples, samples Nos. 1 to 6 and No. 7
The outer layer material of No. 7 is a high chromium cast iron material with improved wear resistance, and the outer layer material of document No. 7 does not contain Al. The composition unit in the table is% by weight, and the balance is substantially Fe. (2) Wait until the intermediate layer is completely solidified, stop the rotation of the mold, stand the mold with the outer layer and the middle layer inside vertically, and connect the upper mold and lower mold at both ends. The inner layer material (shaft core material) shown in the same table was also cast into the interior.

【0041】[0041]

【表1】 [Table 1]

【0042】(3) 鋳造された複合ロールを粗加工した
後、実施例のロールに対しては、 600℃に均一に予熱
後、図5に示すように、ロールを水平 に対向配置され
かつロール軸方向に沿って 250mmピ ッチで平行に列設
されたガスバーナ21間に回転自在に支持し、ロールを回
転させながら、外層の表面を 加熱した。外層表面温度
が1170℃、内層の中心部の 温度が 830℃となったとこ
ろで加熱を止めた。加熱に要した時間は 300分であっ
た。熱伝導の温度デー タより、本例の場合、内層外周
面付近の温度は 960 ℃と推定された。一方、従来のロ
ールに対しては、ロール全体を1050℃で5時間保持して
オーステナイト化した。 (4) 実施例および従来例のロールに対して、加熱停止
後、速やかに噴霧水冷を行い、ロール表面温度を 500℃
に急冷した後、常温まで放冷した。その後、550℃で20
時間保持する焼戻し熱処理を2回繰り返した。熱処理後
の外層表面硬度は、下記表2の通りであった。同表よ
り、実施例の外層は、従来例のそれに比べて、硬度の向
上が著しく、耐摩耗性に優れていることが分かる。尚、
外層表面の酸化状態を観察したところ、酸化層の厚さ
は、実施例では 0.5mm程度であったのに対して、従来例
では3.0mm 程度と著しかった。
(3) After roughing the cast composite roll, the roll of the embodiment was uniformly preheated to 600 ° C., and then, as shown in FIG. It was rotatably supported between gas burners 21 arranged in parallel at 250 mm pitch along the axial direction, and the surface of the outer layer was heated while rotating the roll. Heating was stopped when the outer layer surface temperature reached 1170 ° C and the temperature at the center of the inner layer reached 830 ° C. The time required for heating was 300 minutes. Based on the heat conduction temperature data, in this case, the temperature near the outer peripheral surface of the inner layer was estimated to be 960 ° C. On the other hand, with respect to the conventional roll, the entire roll was kept at 1050 ° C. for 5 hours to austenitize. (4) For the rolls of the examples and the conventional example, after stopping the heating, spray water cooling was immediately performed, and the roll surface temperature was set to 500 ° C.
And then allowed to cool to room temperature. Then at 550 ° C for 20
The tempering heat treatment for keeping the time was repeated twice. The outer layer surface hardness after the heat treatment was as shown in Table 2 below. From the table, it can be seen that the outer layer of the example has remarkably improved hardness and excellent abrasion resistance as compared with that of the conventional example. still,
Observation of the oxidation state of the outer layer surface revealed that the thickness of the oxide layer was about 0.5 mm in the example and about 3.0 mm in the conventional example.

【0043】[0043]

【表2】 [Table 2]

【0044】(5) 胴表面を仕上加工した後、超音波探傷
試験によって溶着状況を確認したところ、いずれのロー
ルについても溶着は良好であった 。次に、ロール胴部
を切断し、外層断面を目視観察 したところ、いずれの
ロールも成分の偏析は認められなかった。又、中間層の
層厚の中央部および内層 (軸芯部) 中心部における成
分を分析した結果を表 3に示す。同表より、実施例お
よび従来例とも内層における外層高合金成分の混入量は
非常に少ないことが分かる。
(5) After finishing the body surface, the welding condition was confirmed by an ultrasonic flaw detection test. As a result, the welding was good for all rolls. Next, when the roll body was cut and the outer layer cross section was visually observed, no segregation of components was observed in any of the rolls. Table 3 shows the results of analyzing the components at the center of the thickness of the intermediate layer and at the center of the inner layer (axial portion). From the table, it can be seen that the mixing amount of the outer layer high alloy component in the inner layer is extremely small in both the example and the conventional example.

【0045】[0045]

【表3】 [Table 3]

【0046】(6) 胴端の余長部から外層材を切り出し
て、基地硬さ(マイクロビッカース硬さ)と高温硬さ
(ビッカース硬さ)を測定した。その結果、表4に示す
ように、従来例に比較して、基地硬さおよび高温硬さの
両方共に優れており、耐摩耗性および耐肌荒れ性の点で
複合ロールの外層材として望ましいことが分かる。特
に、熱負荷が大きい熱間圧延用ロール、中でも鉄鋼業に
おける熱間薄板圧延量ロールの外層材として好適である
ことが判明した。表4は、600 ℃での高温硬さの低下率
〔(600℃での高温硬さ)/常温硬さ×100〕を示
す。
(6) The outer layer material was cut out from the excess length at the trunk end, and the base hardness (micro Vickers hardness) and the high temperature hardness (Vickers hardness) were measured. As a result, as shown in Table 4, both the base hardness and the high-temperature hardness are excellent as compared with the conventional example, and it is desirable that the material is desirable as the outer layer material of the composite roll in terms of abrasion resistance and skin roughness resistance. I understand. In particular, it has been found that the roll is suitable as an outer layer material of a hot rolling roll having a large heat load, particularly a hot thin roll rolling roll in the steel industry. Table 4 shows the reduction rate of the high-temperature hardness at 600 ° C. [(high-temperature hardness at 600 ° C.) / Normal-temperature hardness × 100].

【0047】[0047]

【表4】 [Table 4]

【0048】更に、表5は、大越式摩耗試験における比
摩耗量を高クロム鋳鉄材(試料7)を基準として表した
ものであるが、試料1〜6は良好な耐摩耗性を示してい
る。
Further, Table 5 shows the specific wear amount in the Ogoshi type abrasion test on the basis of the high chromium cast iron material (Sample 7). Samples 1 to 6 show good wear resistance. .

【0049】[0049]

【表5】 [Table 5]

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の複合ロール
はその外層をCr,Mo,W, V, Nb,Coの他Al
等の特殊元素を所定量加えた特定化学組成とした特殊鋳
鉄材で形成したことにより、ロール材として使用して顕
著な効果を発揮したのである。即ち、Cr,Mo,W,
V,Nbを含有した複合ロールの外層鋳鉄材は高硬度複
合炭化物を有し、耐摩耗性を飛躍的に向上させることが
できるが、遠心力鋳造法で製作する際には遠心力鋳造特
有のマクロ偏析が生じてしまい、複合ロールの外層に適
用して圧延に供すると、ロール表面においてマクロ偏析
に起因する摩耗のむら及び表面粗さのむらできるという
問題点を有していたが、本発明では耐摩耗性のみならず
マクロ偏析の面からも複合ロールの外層として最適な組
成を求めて種々の合金を組み合わせて遠心力鋳造実験
し、Al等の特殊元素を加えることによって耐摩耗性が
飛躍的に向上し、マクロ偏析がなく均一な表面性状のロ
ール外層材を提供することができたのである。
As described above, in the composite roll of the present invention, the outer layer is formed of Cr, Mo, W, V, Nb, Co and Al.
By using a special cast iron material having a specific chemical composition obtained by adding a predetermined amount of a special element such as, a remarkable effect was exhibited when used as a roll material. That is, Cr, Mo, W,
The outer layer cast iron material of the composite roll containing V and Nb has a high hardness composite carbide and can dramatically improve wear resistance. However, when manufactured by centrifugal casting, it is unique to centrifugal casting. Macrosegregation occurs, and when applied to the outer layer of the composite roll and subjected to rolling, there is a problem that unevenness in wear and surface roughness due to macrosegregation on the roll surface can be caused. From the viewpoint of not only wear properties but also macro-segregation, the optimum composition as the outer layer of the composite roll is searched for and centrifugal casting experiments are conducted by combining various alloys, and by adding special elements such as Al, the wear resistance is dramatically improved. It was possible to provide a roll outer layer material having improved and uniform surface properties without macro segregation.

【0051】特に本発明の重要な点は、Cr、Mo、
W、V、Nbを含有した鋳鉄材の遠心力鋳造において、
これら合金が形成する高硬度複合炭化物によって耐摩耗
性の飛躍的改善が得られる含有量を求めた点と、及び遠
心力鋳造においてもマクロ偏析しないようにAlを主体
として、Co,Ti、Zr、B等の合金を加えた点で顕
著な効果を奏した。因みに、後者について説明すると、
従来は脱酸材として、あるいは特殊な材料における組織
微細化材としてのみ用いられていたAlを、高合金であ
るがために遠心力鋳造においてマクロ偏析を生じ易い鋳
鉄材に含有させることによりマクロ偏析が改善されるも
のである。
Particularly important points of the present invention are that Cr, Mo,
In centrifugal casting of a cast iron material containing W, V, Nb,
The content in which abrasion resistance was significantly improved by the high hardness composite carbides formed by these alloys was determined, and Co, Ti, Zr, and Al were mainly used to prevent macrosegregation even in centrifugal casting. A remarkable effect was obtained in that an alloy such as B was added. By the way, if we explain the latter,
Macro segregation by including Al, which was conventionally used only as a deoxidizing material or as a material for refining the structure of special materials, in a cast iron material that tends to cause macro segregation in centrifugal casting due to its high alloy. Is improved.

【0052】即ち、Al、Co,Ti、Zr、Bは溶湯
中の酸素と係合して酸化物となり、Mo、W、V、Nb
など本発明の外層の性能に重要な元素のロスを防ぐのみ
ならず、更に凝固初期の溶湯中においてこれら酸化物を
凝固の核としたCr、Mo、W、V、Nbの高硬度複合
炭化物を形成する。この結果、微細に分散した高硬度複
合炭化物が得られ、耐摩耗性が向上する。
That is, Al, Co, Ti, Zr, and B are engaged with oxygen in the molten metal to form oxides, and Mo, W, V, Nb
In addition to preventing the loss of elements important for the performance of the outer layer of the present invention, it is also possible to form a high hardness composite carbide of Cr, Mo, W, V, Nb with these oxides as nuclei of solidification in the molten metal at the early stage of solidification. Form. As a result, a finely dispersed high hardness composite carbide is obtained, and the wear resistance is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る中実状複合ロールの断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a solid composite roll according to the present invention.

【図2】本発明に係るスリーブ状複合ロールの断面図で
ある。
FIG. 2 is a sectional view of a sleeve-shaped composite roll according to the present invention.

【図3】横型遠心力鋳造装置の主要部断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a main part of a horizontal centrifugal casting apparatus.

【図4】立型遠心力鋳造装置の主要部断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a main part of a vertical centrifugal casting apparatus.

【図5】複合ロール外層加熱状態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a composite roll outer layer heating state.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 外層 2 内層 3 中間層 1 outer layer 2 inner layer 3 middle layer

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年2月7日(2000.2.7)[Submission date] February 7, 2000 (2000.2.7)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【書類名】 明細書[Document Name] Statement

【発明の名称】 複合ロール[Title of the Invention] Composite roll

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は鉄鋼圧延用等の複合ロー
ルに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite roll for rolling steel or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】複合ロールには、耐摩耗材で形成された
圧延使用層たる外層に強靭材によって形成された中実状
内層(軸芯部) を溶着したものや、図1に示すように外
層1 と内層2 との間に中間層3 を介在させたものがあ
る。尚、図2に示すように、円筒形ロールはスリーブロ
ールとも呼ばれ、通常、ロール軸に焼きばめ等により固
着され、組み立てられて圧延に供される。前記中間層3
は、外層1 と内層2 とを直接溶着した場合に生じる、外
層1 から内層2 への高合金元素の混入を防止し、内層の
強靭性劣化防止のために形成されるものである。
2. Description of the Related Art Composite rolls are obtained by welding a solid inner layer (axial portion) formed of a tough material to an outer layer which is a rolling use layer formed of a wear-resistant material, or as shown in FIG. And an inner layer 2 with an intermediate layer 3 interposed. As shown in FIG. 2, the cylindrical roll is also called a sleeve roll, and is usually fixed to a roll shaft by shrink fitting or the like, assembled, and subjected to rolling. The intermediate layer 3
Is formed in order to prevent high alloying elements from being mixed into the inner layer 2 from the outer layer 1 and prevent deterioration of the toughness of the inner layer, which occurs when the outer layer 1 and the inner layer 2 are directly welded.

【0003】従来、耐摩耗性に優れた外層材として、特
公昭58−30382 号公報、特公昭61−16415 号公報に開示
されているように、Crを10〜25%含有した高クロム鋳
鉄や耐焼付性をも改善した黒鉛晶出高クロム鋳鉄が使用
されている。
Hitherto, as disclosed in JP-B-58-30382 and JP-B-61-16415, high chromium cast iron containing 10 to 25% of Cr has been known as an outer layer material having excellent wear resistance. Graphite-crystallized high chromium cast iron with improved seizure resistance is used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】近年、圧延条件が苛酷
になり、より高い耐摩耗性が要求されるようになった。
このため、前記公報に言及されているように、高クロム
鋳鉄や黒鉛晶出高クロム鋳鉄にNb,Vの一種又は二種
を合計で2%以下添加して、その微細炭化物を結晶核と
して生成させ、これによって組織の微細化、緻密化を図
り、もって耐摩耗性の向上が図られている。しかし、耐
摩耗性の向上の要求に十分応えているとはいえないのが
実情である。
In recent years, rolling conditions have become severe, and higher wear resistance has been required.
For this reason, as mentioned in the above publication, one or two types of Nb and V are added in a total of 2% or less to high chromium cast iron or graphite crystallized high chromium cast iron, and the fine carbides are generated as crystal nuclei. As a result, the structure is refined and densified, thereby improving the abrasion resistance. However, in reality, it cannot be said that the demand for improvement in wear resistance is sufficiently satisfied.

【0005】一方、鉄鋼圧延における耐摩耗性を大幅に
改善するには、材質中にWを多量に添加すればよいと考
えられる。しかしながら、複合ロールの外層は、主とし
て遠心力鋳造によって鋳造されることから、Wが比重差
により分離し、周方向に偏析が生じて均一な材質が得難
いという問題がある。そこで、上記の技術背景に鑑み、
複合ロールの外層をCr、Mo、W、V、Nbの所定量
を含有した特殊鋳鉄材で形成すれば、これらの高硬度複
合炭化物の存在により、耐摩耗性を飛躍的に向上させる
ことができ、また鋳造に際しマクロ偏析も生じにくいと
いう効果を本発明者らは知見し、一応の効果を得た。
On the other hand, in order to greatly improve the wear resistance in steel rolling, it is considered that a large amount of W should be added to the material. However, since the outer layer of the composite roll is mainly cast by centrifugal casting, there is a problem that W separates due to a difference in specific gravity, segregation occurs in the circumferential direction, and it is difficult to obtain a uniform material. In view of the above technical background,
If the outer layer of the composite roll is formed of a special cast iron material containing predetermined amounts of Cr, Mo, W, V, and Nb, the wear resistance can be drastically improved due to the presence of these high hardness composite carbides. The present inventors have found that macro segregation is less likely to occur during casting, and have obtained a certain effect.

【0006】しかし、更に上記外層につき研究を重ねた
ところ、先にも説明したとおり、Cr、Mo、W、V、
Nbを含有した鋳鉄材は高硬度複合炭化物を有し、耐摩
耗性を飛躍的に向上させることができるが、これを、遠
心力鋳造法で製作する際には遠心力鋳造特有のマクロ偏
析が生じてしまい、複合ロールの外層に適用して圧延に
供すると、ロール表面においてマクロ偏析に起因する摩
耗のむら及び表面粗さのむらができるという新たな解決
すべき課題が生じてきた。本発明はかかる問題に鑑みて
なされたもので、耐摩耗性に優れかつ前記問題とされた
課題を解決した均一材質の外層を備えた鉄鋼圧延用等の
複合ロールを提供することを目的とする。
However, when the above outer layer was further studied, as described above, it was found that Cr, Mo, W, V,
Nb-containing cast iron material has a high hardness composite carbide and can dramatically improve wear resistance. However, when it is manufactured by centrifugal casting, macro segregation peculiar to centrifugal casting is performed. If this is applied to the outer layer of the composite roll and rolled, a new problem to be solved arises in that unevenness in wear and unevenness in surface roughness due to macrosegregation on the roll surface has arisen. The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a composite roll for steel rolling and the like having an outer layer of a uniform material which has excellent wear resistance and has solved the above-mentioned problem. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の複合ロールは、
耐摩耗鋳鉄材で形成された外層と、該外層の内周面に溶
着された中間層と、該中間層の内周面に溶着された内層
とからなり、且つ前記外層と中間層が遠心力鋳造されて
なる複合ロールにおいて、前記外層は、化学組成が重量
%で、 C :1.0 〜3.0 %、 Si:0.1 〜2.0 %、 Mn:0.1 〜2.0 %、 Ni:0.1 〜4.5 %、 Cr:3.0 〜10.0%、 Mo:0.1 〜9.0 %、 W :1.5 〜10.0%、 Al:0.01〜0.50%、 Co:0.5 〜10.0%、 V, Nb :一種又は二種の総計で3.0 〜10.0%、 および残部実質的にFeからなることを特徴とする(請
求項1)。
According to the present invention, there is provided a composite roll comprising:
An outer layer formed of a wear-resistant cast iron material, an intermediate layer welded to the inner peripheral surface of the outer layer, and an inner layer welded to the inner peripheral surface of the intermediate layer, and the outer layer and the intermediate layer In the composite roll formed by casting, the outer layer has a chemical composition in weight% of C: 1.0 to 3.0%, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.1 to 2.0%, Ni: 0.1 to 4.5%, Cr: 3.0%. 10.0%, Mo: 0.1 to 9.0%, W: 1.5 to 10.0%, Al: 0.01 to 0.50%, Co: 0.5 to 10.0%, V, Nb: 3.0 to 10.0% in total of one or two types, and the balance It is characterized by being substantially composed of Fe (claim 1).

【0008】また本発明の複合ロールは請求項1の化学
組成におけるFeの一部に代えてTi,Zrの各々0.01
〜0.50%の内の一種又は二種加えたものであり(請求項
2)、また請求項3の発明は、請求項2の化学組成にお
けるFeの一部に代えてさらにB:0.01〜0.50を加えた
ものである。
In the composite roll of the present invention, each of Ti and Zr in each of the chemical composition of claim 1 is replaced with 0.01 or less of Fe.
一種 0.50% is added to one or two of them (claim 2). The invention of claim 3 further comprises B: 0.01 to 0.50 instead of part of Fe in the chemical composition of claim 2. In addition.

【0009】[0009]

【作用】本発明の複合ロールに係る外層は、耐摩耗性の
みならずマクロ偏析の面からも複合ロールの外層として
最適な組成を求めて種々の合金を組み合わせて遠心力鋳
造実験した結果、Cr、Mo、W、V、Nbに加えて、
Al、Ti、Zr、B等の特殊元素を加えることによっ
て、耐摩耗性を飛躍的に向上させ、マクロ偏析がなく均
一な表面性状のロール外層材を得ることができた。ここ
で、本発明の重要な作用の第1の特徴はCr、Mo、
W、V、Nbを含有した鋳鉄材の遠心力鋳造においてこ
れら合金が形成する高硬度複合炭化物によって耐摩耗性
の飛躍的改善が得られる含有量を求めた点であり、作用
の第2の特徴は遠心力鋳造においてもマクロ偏析しない
ようにAlを主体として、Co、Ti、Zr、B等の合
金を加えた点である。
The outer layer of the composite roll according to the present invention was centrifugally cast using various alloys to find the optimum composition for the outer layer of the composite roll from the viewpoint of not only wear resistance but also macrosegregation. , Mo, W, V, Nb,
By adding special elements such as Al, Ti, Zr, and B, the wear resistance was remarkably improved, and a roll outer layer material having uniform surface properties without macrosegregation could be obtained. Here, the first feature of the important operation of the present invention is that Cr, Mo,
A second characteristic feature of the present invention is that, in centrifugal casting of a cast iron material containing W, V, and Nb, the content at which abrasion resistance is dramatically improved by a high hardness composite carbide formed by these alloys is obtained. Is that Al is mainly used and alloys such as Co, Ti, Zr, and B are added so as to prevent macro segregation even in centrifugal casting.

【0010】特に第2の点については、従来は脱酸材と
して、あるいは特殊な材料における組織微細化材として
のみ用いられていたAlを、高合金であるがために遠心
力鋳造においてマクロ偏析を生じ易い鋳鉄材に含有させ
ることにより、下記のメカニズムによってマクロ偏析が
改善されるものである。即ち、Al、Co、Ti、Z
r、Bは溶融中の酸素と結合して酸化物となり、Mo、
W、V、Nbなど本発明の外層の性能に重要な元素のロ
スを防ぐのみならず、更に凝固初期の溶湯中においてこ
れら酸化物を凝固の核としたCr、Mo、W、V、Nb
の高硬度複合炭化物を形成する。この結果、微細に分散
した高硬度複合炭化物が得られ、耐摩耗性が向上する。
Regarding the second point, in particular, Al which has been conventionally used only as a deoxidizing material or as a material for refining the structure of a special material is replaced by macrosegregation in centrifugal casting due to its high alloy. The macro segregation is improved by the following mechanism by containing it in a cast iron material that is easily generated. That is, Al, Co, Ti, Z
r and B combine with oxygen during melting to form an oxide, and Mo,
In addition to preventing loss of elements important for the performance of the outer layer of the present invention, such as W, V, and Nb, Cr, Mo, W, V, and Nb containing these oxides as nuclei for solidification in the molten metal at the early stage of solidification.
To form a high hardness composite carbide. As a result, a finely dispersed high hardness composite carbide is obtained, and the wear resistance is improved.

【0011】一方、高硬度複合炭化物は溶湯の比重より
も小さいため、凝固初期の固相率の低い溶湯中では遠心
力の影響を受け、外層の内面側に移動し、マクロ偏析の
原因となる。溶湯の中を粒子が移動する際には周囲から
その粒子の径の二乗に比例した抵抗を受けるが、粒子に
働く遠心力は粒子の径の三乗に比例するから、Al含有
により、高硬度複合炭化物の粒子の径が小さくなるほ
ど、粒子の表面積Sと体積Vの比S/Vが大きくなっ
て、抵抗が大きくなり遠心力による溶湯中での移動が起
こりにくくなり、遠心力鋳造特有のマクロ偏析が改善さ
れる。
On the other hand, since the high-hardness composite carbide is smaller than the specific gravity of the molten metal, it moves to the inner surface side of the outer layer in the molten metal having a low solid fraction at the early stage of solidification, and causes macrosegregation. . When particles move through the molten metal, they receive resistance from the surroundings that is proportional to the square of the particle diameter, but the centrifugal force acting on the particles is proportional to the cube of the particle diameter. As the diameter of the composite carbide particles becomes smaller, the ratio S / V of the surface area S to the volume V of the particles becomes larger, the resistance becomes larger, the movement in the molten metal by centrifugal force becomes less likely to occur, and the macro is unique to centrifugal casting. Segregation is improved.

【0012】なお、本発明の複合ロールは、例えば後記
する化学組成の高炭素鋳鋼により、外層と内層との間に
中間層を形成してあるので、本発明の特定組成の外層の
高合金成分が内層に混入して、その強靱性を劣化するの
を防止することができる。また、中間層と内層との境界
部は低合金となるので、炭化物層の形成が抑制され、境
界強度の向上を図ることができる。また、本発明の特定
組成の外層のオーステナイト熱処理の際、内層の温度上
昇を防止することができ、内層材質の強靭性劣化を防止
しつつ、外層のみを1100℃以上の高温に加熱することが
できる。また、後記する実施例の如き中間層組成とすれ
ば、外層の焼入れ時にマルテンサイト変態は起こらない
か、起こるとしても僅かな量であるので外層に焼入れ熱
処理を施しても、過大な残留応力が生じることがなく、
耐事故性に優れる。
In the composite roll of the present invention, an intermediate layer is formed between the outer layer and the inner layer by, for example, a high-carbon cast steel having a chemical composition described later. Can be prevented from being mixed into the inner layer and deteriorating its toughness. Further, since the boundary between the intermediate layer and the inner layer is made of a low alloy, the formation of the carbide layer is suppressed, and the boundary strength can be improved. In addition, during the austenite heat treatment of the outer layer of the specific composition of the present invention, it is possible to prevent the temperature of the inner layer from rising, and to prevent the deterioration of the toughness of the inner layer material, while heating only the outer layer to a high temperature of 1100 ° C or more. it can. Also, if the composition of the intermediate layer as in the examples described later, martensitic transformation does not occur at the time of quenching of the outer layer, or even if it occurs in a small amount, even if subjected to a quenching heat treatment to the outer layer, excessive residual stress will occur. Without occurring
Excellent in accident resistance.

【0013】また、後記する実施例の内層を片状黒鉛鋳
鉄、球状黒鉛鋳鉄又は黒鉛鋼すなわち、黒鉛の晶出した
鉄鋼材で形成すれば、ヤング率を 19000kgf /mm2 程度
以下とすることができ、過負荷時にロールの偏平化によ
って負荷を吸収し、耐事故性を向上することができる。
また、低温歪取り焼鈍によって、外層熱処理時の残留応
力を軽減することができる。また、熱伝導性ひいては放
熱性に優れ、圧延時のロールの熱変形を防止することが
できる。又、良好な靭性を有するため、衝撃的な圧延ト
ルクに対しても耐えることができる。
Further, when the inner layer of the embodiment described later is formed of flaky graphite cast iron, spheroidal graphite cast iron or graphite steel, that is, a steel material in which graphite is crystallized, the Young's modulus can be reduced to about 19000 kgf / mm 2 or less. It is possible to absorb the load by flattening the roll at the time of overload, thereby improving the accident resistance.
Further, the residual stress at the time of heat treatment of the outer layer can be reduced by the low-temperature strain relief annealing. In addition, it has excellent heat conductivity and heat dissipation, and can prevent thermal deformation of the roll during rolling. In addition, since it has good toughness, it can withstand a shocking rolling torque.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】まず、本発明の複合ロールの外層
に使用される耐摩耗鋳鉄材の化学組成の限定理由につい
て説明する。以下、成分の単位はすべて重量%である。 C:1.0 〜3.0 % Cは主としてFeおよびCrと結合してM7 3 型の高
硬度複合炭化物を形成すると共に、Cr, Mo, V, N
b, Wと結合してMC型, M6 C型,M2 C型等の高硬
度複合炭化物をも形成する。この高硬度複合炭化物形成
のために、 1.0%以上のC%が必要である。一方、 3.0
%を越えてCが含有されると炭化物量が増すと共に脆く
なり、耐クラック性が劣化するため、 3.0%以下とす
る。 Si:0.1 〜2.0 % Siは本発明材が鋳造合金であるため、湯流れ性の確保
のために必要な元素であり、同時に又、使用原材料から
0.1%程度は不可避的に含有される。しかし、2.0%を
越えると靭性の低下を招くため好ましくない。 Mn:0.1 〜2.0 % Mnは硬化能を増し、また、Sと結合してMnSを生成
し、Sによる脆化を防ぐ元素であり、同時に使用原材料
から 0.1%程度は不可避的に含有される。しかし、 2.0
%を越えると靭性の低下を招くため好ましくない。 Ni:0.1 〜4.5 % Niは基地中に固溶し、連続冷却変態線図(CCT図)
および等温変態線図(TTT図)におけるベーナイト変
態を長時間側に移動させるため、焼入れ性が向上し、焼
入れ時の冷却速度を遅くしても途中でベーナイト変態が
起こらず、多量の残留オーステナイトがマルテンサイト
変態するため、高硬度が得られる。本発明のような複合
ロールの外層材の場合、焼入れ時の外層と内層の熱膨張
差に起因する熱応力が大きく、また重量物である大形ロ
ールの場合、熱容量が大きく、冷却速度を大きくするこ
とが困難であるものについては焼入れ時の冷却速度が遅
くても焼入れ組織が得られることは大変重要である。こ
の際、0.1 %未満ではこのような効果得られず、一方、
4.5 %を越えて含有されると、残留オーステナイトが増
して、高硬度が得難くなる。なお、0.1 %Ni以上では
焼入れ温度から400 〜650 ℃までの温度にかけての冷却
速度が100 ℃/Hr以上あれば焼入れ組織が得られる。 Cr:3.0 〜10.0% CrはFe, Mo, V, Nb, Wと共にCと結合して、
高硬度複合炭化物を形成して高温に於ける耐摩耗性の向
上に寄与する。また、一部は基地中に固溶して焼入れ性
および耐摩耗性を改善する。 3.0%未満ではこれらの効
果が少なく、耐摩耗性改善が期待できない。一方、10.0
%を越えて含有されると靭性の劣化を来すため好ましく
ない。 Mo:0.1 〜9.0 % MoはFe, Cr, V, Nb, Wと共にCと容易に結合
して、主としてM7 3 型 M6 C型,M2 C型複合炭
化物を形成し、常温および高温硬度を高めて耐摩耗性の
向上に寄与する。MoはWに比較して少量添加でその効
果を発揮する。このさい、 0.1%未満では所期の耐摩耗
性を得ることができず、一方、 9.0%を越えると靭性の
低下を来し好ましくない。 W:1.5 〜10.0% Wも同様にFe, Cr, Mo,V, Nbと共にCと容易
に結合して複合炭化物を形成し、常温および高温硬度を
高めて耐摩耗性の向上に寄与する。 1.5%未満では所期
の耐摩耗性を得ることができず、一方、10.0%を越える
と靭性の低下を来し、耐ヒートクラック性を悪化させ
る。また、遠心力鋳造の際、マクロ偏析を生成し易くさ
せる。このため10.0%以下とする。 Al:0.01〜0.50% Alは通常は「脱酸剤」として使用されるが、脱酸によ
って、溶湯中のO濃度を低下せしめ、ハイス材溶湯中の
酸化し易い合金元素であるMo,W,Vなどのロスを防
止する。一方、Al酸化物が溶湯中で凝固の核となり微
細組織が得られる。ハイス材の場合はこのAl酸化物を
核として高硬度のMC炭化物が晶出するためにMC型炭
化物が微細分散化され、耐摩耗性に寄与し、また微細分
散化されるため、S/Vが大きくなり遠心力によって移
動しにくくなり、遠心力鋳造下における偏析を軽減す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the outer layer of the composite roll of the present invention
Reasons for limiting the chemical composition of wear-resistant cast iron used for steel
Will be explained. Hereinafter, all units of the components are% by weight. C: 1.0 to 3.0% C mainly combines with Fe and Cr to form M7CThreeMold height
Hard, complex carbides are formed, and Cr, Mo, V, N
b, combined with W, MC type, M6C type, MTwoHigh hardness such as C type
Also forms complex carbides. This high hardness composite carbide formation
Therefore, a C% of 1.0% or more is required. Meanwhile, 3.0
%, The amount of carbide increases and the material becomes brittle.
And the crack resistance deteriorates.
You. Si: 0.1 to 2.0% Since Si of the present invention is a cast alloy, the flowability of the molten metal is ensured.
Element necessary for
 About 0.1% is inevitably contained. But 2.0%
If it exceeds, the toughness is reduced, which is not preferable. Mn: 0.1 to 2.0% Mn increases the hardening ability and combines with S to form MnS.
And is an element that prevents embrittlement due to S.
From about 0.1% is inevitably contained. But 2.0
%, It is not preferable because toughness is reduced. Ni: 0.1-4.5% Ni is dissolved in the matrix, and the continuous cooling transformation diagram (CCT diagram)
And bainite transformation in isothermal transformation diagram (TTT diagram)
The quenching property is improved by moving the
Even if the cooling rate at the time of insertion is reduced, bainite transformation
Does not occur, large amount of retained austenite is martensite
Due to transformation, high hardness is obtained. Composite as in the present invention
In case of outer layer material of roll, thermal expansion of outer layer and inner layer during quenching
The large thermal stress caused by the difference and the heavy
In the case of cooling, a large heat capacity and a high cooling rate
For those that are difficult to cool, the cooling rate during quenching is slow.
It is very important to obtain a hardened structure at least. This
In this case, if less than 0.1%, such effects cannot be obtained, while
If the content exceeds 4.5%, retained austenite increases.
Thus, it becomes difficult to obtain high hardness. In the case of 0.1% Ni or more,
Cooling from quenching temperature to 400-650 ° C
If the rate is 100 ° C./Hr or more, a quenched structure can be obtained. Cr: 3.0-10.0% Cr combines with C together with Fe, Mo, V, Nb, and W,
Abrasion resistance at high temperature by forming high hardness composite carbide
Contribute to the top. Some harden as solid solution in the base
And improve wear resistance. Below 3.0%, these effects
The result is small, and improvement of abrasion resistance cannot be expected. On the other hand, 10.0
% Is preferable because it causes deterioration of toughness.
Absent. Mo: 0.1 to 9.0% Mo easily bonds with C together with Fe, Cr, V, Nb, and W
And mainly M7C ThreeType M6C type, MTwoC-type composite coal
And harden at normal and high temperatures
Contribute to improvement. Mo is less effective than W
Demonstrate fruit. In this case, the expected wear resistance is less than 0.1%
To obtain toughness, while if it exceeds 9.0%, toughness
It is not preferable because it decreases. W: 1.5 to 10.0% W is also easy with C together with Fe, Cr, Mo, V, and Nb.
To form composite carbides, and
It contributes to the improvement of wear resistance. Less than 1.5% is expected
Wear resistance cannot be obtained, while exceeding 10.0%
And lower toughness, worsening heat crack resistance
You. In addition, it tends to generate macro-segregation during centrifugal casting.
Let Therefore, the content is set to 10.0% or less. Al: 0.01 to 0.50% Al is usually used as a "deoxidizer".
Therefore, lower the O concentration in the molten metal,
Prevents loss of easily oxidizable alloy elements such as Mo, W, and V
Stop. On the other hand, Al oxide becomes the core of solidification in the molten metal and
Fine tissue is obtained. In the case of high-speed steel, this Al oxide
MC-type charcoal is used because high-hardness MC carbides are crystallized as nuclei.
Is finely dispersed, which contributes to abrasion resistance and
S / V increases due to dispersion, and transfer due to centrifugal force.
To reduce segregation under centrifugal casting.
You.

【0015】ここで、前記の式中、「S」はMC型炭化
物粒子の表面積を、また「V」は体積を示す。なお、溶
湯中を前記粒子が移動する際に、周囲から、その粒子の
径の二乗に比例する抵抗を受ける。一方、遠心力は粒子
の径の三乗に比例するから、粒子の径が小さくなるほ
ど、遠心力の影響を受けやすくなる。以上の点からAl
は遠心力鋳造特有の年輪状偏析(バンド状偏析)は殆ど
認められないが0.01%未満ではこのような効果は十分で
なく、一方0.50%を越えるも同様である。
Here, in the above formula, "S" indicates the surface area of the MC type carbide particles, and "V" indicates the volume. When the particles move through the molten metal, they receive a resistance from the surroundings that is proportional to the square of the diameter of the particles. On the other hand, since the centrifugal force is proportional to the cube of the particle diameter, the smaller the particle diameter, the more easily the centrifugal force is affected. From the above points, Al
Although almost no annual ring-shaped segregation (band-like segregation) peculiar to centrifugal force casting is recognized, if the content is less than 0.01%, such an effect is not sufficient, while if it exceeds 0.50%, the same is true.

【0016】Co:0.5 〜10.0% Coは本発明を特徴づける重要な元素であり、基地を改
善する上で大きな効果がある。CoはCの拡散を抑制す
る特殊な作用があり、炭化物の形成には無関係に基地に
固溶して強靱性を増すと共に、高温硬さと耐摩耗性を向
上する効果がある。また、Coは炭化物生成元素のオー
ステナイト中への固溶量を増大させるため、基地の硬さ
と焼戻し抵抗が増大する。これらの効果を期待するには
0.5 %以上の含有が必要であるが、10.0%を超えて添加
してもその効果が飽和し、かつ、高価な元素であるの
で、0.5 〜10.0%とする。なお、高合金の鋳鉄材料を遠
心力鋳造によって鋳造し、複合ロールを製作する場合、
炭化物の分布に不均一性ができ易く、鋳造条件の適正化
が必要であるが、本発明のCoを含有する高合金材料の
場合、Coは上述のように炭化物の形成には無関係に基
地に固溶するため、炭化物の不均一性を大きくすること
なく上述の優れた効果を期待できる。
Co: 0.5-10.0% Co is an important element characterizing the present invention, and has a great effect in improving the matrix. Co has a special effect of suppressing the diffusion of C, and has the effect of increasing the toughness by forming a solid solution in the matrix irrespective of the formation of carbides, and also improving the high-temperature hardness and wear resistance. Further, Co increases the solid solution amount of the carbide-forming element in austenite, so that the hardness of the matrix and the tempering resistance increase. To expect these effects
Although the content of 0.5% or more is necessary, even if added over 10.0%, the effect is saturated and it is an expensive element. In addition, when casting a high alloy cast iron material by centrifugal force casting and manufacturing a composite roll,
The distribution of carbides is likely to be non-uniform, and it is necessary to optimize the casting conditions.However, in the case of the high alloy material containing Co of the present invention, Co is transferred to the base regardless of carbide formation as described above. Since the solid solution forms, the above-mentioned excellent effects can be expected without increasing the non-uniformity of the carbide.

【0017】Coは溶湯の変化を抑制する効果もあり、
TiあるいはZr等の使用における後述のような溶着性
悪化を改善する。なおCoは遠心力鋳造特有の年輪状偏
析の改善にも効果がある。 V,Nb:一種又は二種の総計で0.3 〜10.0% VはNbと同様にFe,Cr,Mo,Wと共にCと容易
に結合して、主としてMC型の複合炭化物を形成し、常
温および高温硬度を高めて耐摩耗性の向上に寄与する。
また、このMC型複合炭化物は厚さ方向に枝状に生成す
るため、基地の塑性変形を仰止し、機械的性質、さらに
は耐クラック性の向上にも寄与する。単独又は二種を複
合して3.0 %以上添加しないとかかる効果は現れにく
い。しかし、添加量が10.0%を超えると靱性の低下を招
来すると共に、遠心力鋳造の際、マクロ偏析を生成し易
くなる。このため、10.0%以下とする。
Co also has the effect of suppressing the change of the molten metal,
It improves the deterioration of the weldability as described below when using Ti or Zr. Co is also effective in improving annual ring-shaped segregation peculiar to centrifugal casting. V, Nb: 0.3 to 10.0% in total of one or two kinds V, like Nb, easily combines with C together with Fe, Cr, Mo, and W to form mainly MC type composite carbides, and at room temperature and high temperature. Increases hardness and contributes to improvement of wear resistance.
Further, since the MC-type composite carbide is formed in a branch shape in the thickness direction, it suppresses plastic deformation of the matrix and contributes to improvement of mechanical properties and crack resistance. Such an effect is unlikely to appear unless added alone or in combination of two or more to 3.0% or more. However, when the addition amount exceeds 10.0%, the toughness is reduced, and at the time of centrifugal casting, macro segregation is easily generated. Therefore, the content is set to 10.0% or less.

【0018】Ti,Zr各々0.01〜0.50%の内の一種又
は二種 TiもAlも同様に溶湯中で酸化物を形成するために、
凝固組織を微細化し、その結果としてAlと同様に遠心
力鋳造における年輪状偏析を改善する効果があるが、T
iは酸化傾向が強すぎるために、遠心力鋳造前に溶湯表
面が酸化して鋳造性が悪化したり、遠心力鋳造された後
で回転中の外層の内面が酸化して、その後の中間層ある
いは内層との溶着性が悪化する。このため、組織微細化
および年輪状偏析の改善を目的としては、Alと併用す
る必要がある。
One or two kinds of Ti and Zr each of 0.01 to 0.50% Each of Ti and Al similarly forms oxides in the molten metal.
Although it has the effect of refining the solidification structure and consequently improving the annual ring-shaped segregation in centrifugal casting as with Al,
i is too strong in oxidation tendency, so that the surface of the molten metal is oxidized before centrifugal force casting to deteriorate castability, or the inner surface of the rotating outer layer is oxidized after centrifugal force casting, and the intermediate layer Alternatively, the weldability with the inner layer deteriorates. For this reason, it is necessary to use it together with Al for the purpose of refining the structure and improving annual ring segregation.

【0019】ZrもTiと同様であり、Alと併用す
る。以上、Ti、Zrは、上記の効果を発揮するには、
少なくとも各々0.01〜0.50%が必要である。 B:0.01〜0.50% Bは溶湯中の酸素と結合して、脱酸効果を示す。その
他、生成した酸化物を核とする凝固組織の微細化効果が
あり、Alと同様に年輪状偏析の改善に寄与する。加え
て基地中に溶け込んだBによる焼入れ性の増大効果を有
する。圧延ロールのような大質量の鋳物の場合、冷却温
度を速くすることが困難な場合があるが、焼入れ性の増
大によって、焼入れ組織を得易くなる。0.01未満ではこ
のような効果が十分ではなく、一方0.50%を越えると
が脆くなり好ましくない。
Zr is the same as Ti, and is used together with Al. As described above, Ti and Zr are required to exhibit the above effects.
At least 0.01 to 0.50% of each is required. B: 0.01 to 0.50% B combines with oxygen in the molten metal to exhibit a deoxidizing effect. In addition, there is an effect of refining a solidified structure with the generated oxide as a nucleus, and contributes to improvement of annual ring-shaped segregation like Al. In addition, it has an effect of increasing hardenability due to B dissolved in the matrix. In the case of a casting having a large mass such as a rolling roll, it may be difficult to increase the cooling temperature, but a hardened structure is easily obtained due to an increase in hardenability. Such effects are not sufficient at less than 0.01, whereas more than 0.50%, the wood
The quality becomes brittle, which is not preferable.

【0020】本発明外層の耐摩耗鋳鉄材は以上の合金成
分のほか残部がFeおよび不純物で形成される。尚、
P,Sは原料より不可避的に混入するが、材質を脆くす
るので少ない程望ましく、P:0.2 %以下、S:0.1 %
以下に止めておくのがよい。次に本発明複合ロールの内
層材について説明する。内層材としては、下記の理由に
より黒鉛が晶出した材料、具体的には片状黒鉛鋳鉄(F
Cと略記) 、球状黒鉛鋳鉄(DCIと略記) 、黒鉛鋼
(SGSと略記) を用いる。 圧延使用時には、過負荷状態の発生(例えば、2枚
板噛み) は避けられないが、外層材のヤング率は 21000
〜23000kgf/mm2 と高いため、外層材中に大きな応力が
発生する。中間層のヤング率は 20000〜23000kgf/mm2
であるが、層厚が25〜30mm程度と比較的薄いため、複合
化する内層材のヤング率が低ければ、過負荷時には、ロ
ールの偏平化によって内層材の方で負荷を吸収し得る。
このため、内層材のヤング率を低くする方が、使用時の
安全性を増す。20000 kgf /mm2 未満のヤング率とする
ためには、内層材は、黒鉛の晶出したものでなければな
らない。 外層材は特殊合金が含まれており、また、焼戻し2
次硬化現象によって硬化するため、一般に残留応力の除
去がされ難い材料である。このため、複合ロールに対
し、外層材の硬化熱処理すると、外層材の変態による膨
張により、外層には圧縮応力、内層には引張応力が生じ
る。内層材の引張応力が過大になると、内層の破損や中
間層・内層の境界部での破断が生じ、ロールの破壊に至
る。
In the wear-resistant cast iron material of the outer layer of the present invention, the remainder is formed of Fe and impurities in addition to the above alloy components. still,
P and S are inevitably mixed in from the raw material, but are preferably as small as possible because the material becomes brittle. P: 0.2% or less, S: 0.1%
It is better to stop below. Next, the inner layer material of the composite roll of the present invention will be described. As the inner layer material, a material in which graphite is crystallized for the following reason, specifically, flaky graphite cast iron (F
C), spheroidal graphite cast iron (abbreviated as DCI), and graphite steel (abbreviated as SGS). When using rolling, the occurrence of an overload condition (for example, biting of two plates) is inevitable, but the Young's modulus of the outer layer material is 21000.
Since it is as high as 223000 kgf / mm 2 , large stress is generated in the outer layer material. The Young's modulus of the middle layer is 20000-23000kgf / mm 2
However, since the layer thickness is relatively thin, about 25 to 30 mm, if the Young's modulus of the inner layer material to be composited is low, the load can be absorbed by the inner layer material by flattening the roll at the time of overload.
Therefore, lowering the Young's modulus of the inner layer material increases safety during use. For a Young's modulus of less than 20000 kgf / mm 2 , the inner layer material must be crystallized graphite. The outer layer material contains a special alloy.
Since it is cured by the secondary curing phenomenon, it is generally difficult to remove residual stress. Therefore, when the composite roll is subjected to a heat treatment for curing the outer layer material, a compression stress is generated in the outer layer and a tensile stress is generated in the inner layer due to expansion due to transformation of the outer layer material. If the tensile stress of the inner layer material is excessive, breakage of the inner layer and breakage at the boundary between the intermediate layer and the inner layer occur, leading to breakage of the roll.

【0021】破壊を防止するには、複合ロールに歪取り
焼鈍を施し、内層材の残留応力を解放すればよい。しか
し、600 ℃を越える高温歪取り焼鈍では外層の硬度低下
を招来する。従って、低温歪取り焼鈍により、内層材の
残留応力を解放する必要がある。このためには、内層材
は黒鉛が晶出したものがよい。尚、本発明の場合、低温
歪取り焼鈍は外層の焼戻し熱処理によりその目的を達成
することができる。 ロールは使用時に圧延材(1000℃前後) から熱を受
ける。ロールの熱変形を防止、所定形状を維持するには
放熱が良好でなければならない。従って、内層は熱の伝
導が良くなければならない。そのため内層材として黒鉛
晶出材が好適である。 ロールのネック部には、ベンディング力とモーター
トルクに耐える強度が必要である。衝撃的な荷重もある
ことから、強度とともに靭性も重要である。黒鉛を晶出
させることにより、靭性を向上させることができる。
In order to prevent breakage, the composite roll may be subjected to strain relief annealing to release the residual stress of the inner layer material. However, high-temperature strain relief annealing exceeding 600 ° C. causes a decrease in hardness of the outer layer. Therefore, it is necessary to release the residual stress of the inner layer material by low-temperature strain relief annealing. For this purpose, the inner layer material is preferably made of graphite crystallized. In the case of the present invention, the purpose of the low-temperature strain relief annealing can be achieved by tempering heat treatment of the outer layer. The roll receives heat from the rolled material (around 1000 ° C) during use. In order to prevent thermal deformation of the roll and maintain a predetermined shape, the heat radiation must be good. Therefore, the inner layer must have good heat conduction. Therefore, a graphite crystallized material is suitable as the inner layer material. The neck of the roll must be strong enough to withstand the bending force and motor torque. Since there are shocking loads, toughness is important as well as strength. By crystallizing graphite, the toughness can be improved.

【0022】次に、複合ロールの内層を形成する各種内
層材の特徴および好ましい組成(単位wt%) について説
明する。内層は叙上の通り、黒鉛を含むことが必要であ
るが、外層と内層との溶着時に外層の高合金成分の混入
が必然的に生じる。この点を考慮して組成を決定する必
要がある。 (1) FCの場合 FCは鋳造性が良好で、ヤング率が10000 〜15000kgf/
mm2 と低く、又黒鉛の形態が片状であるため、残留応力
の除去が容易で、熱伝導率も高い。また、加工性も良好
で、中空ロールの内層材として用いた場合、内面加工が
容易である。もっとも、強度は30kgf /mm2 程度が限度
であるため、圧延荷重の大きな条件下で使用する複合ロ
ールには適さない。尚、下記組成のFCの固相線は1130
〜1170℃である。
Next, characteristics and preferable compositions (unit: wt%) of various inner layer materials forming the inner layer of the composite roll will be described. As described above, it is necessary that the inner layer contains graphite, but when the outer layer and the inner layer are welded, mixing of a high alloy component of the outer layer necessarily occurs. It is necessary to determine the composition in consideration of this point. (1) In case of FC FC has good castability and Young's modulus of 10,000 to 15,000 kgf /
Since it is as low as 2 mm2 and the morphology of graphite is flaky, removal of residual stress is easy and thermal conductivity is high. Also, the workability is good, and when used as the inner layer material of the hollow roll, the inner surface processing is easy. However, since the strength is limited to about 30 kgf / mm 2 , it is not suitable for a composite roll used under the condition of a large rolling load. The solid phase line of FC having the following composition is 1130
~ 1170 ° C.

【0023】以下に好ましい組成例と限定理由を示す。 C:2.5 〜4.0 % Cは黒鉛を晶出させるために必要であり、 2.5%未満で
は黒鉛量が少ない。一方、4.0 %を越えると黒鉛量が過
多となり、強度が低下する。 Si:0.8 〜2.5 % Siは黒鉛晶出を助長する作用をなし、 0.8%未満では
黒鉛化が不充分である。一方、 2.5%を越えると基地が
脆くなる。
Preferred composition examples and reasons for limitation are shown below. C: 2.5 to 4.0% C is necessary for crystallizing graphite, and if less than 2.5%, the amount of graphite is small. On the other hand, if it exceeds 4.0%, the amount of graphite becomes excessive and the strength decreases. Si: 0.8 to 2.5% Si acts to promote crystallization of graphite, and if it is less than 0.8%, graphitization is insufficient. On the other hand, if it exceeds 2.5%, the base becomes brittle.

【0024】Mn:0.2 〜1.5 % Mnは基地の強化と共にSの害を防ぐ作用がある。 0.2
%未満ではその作用がほとんど期待できない。一方、
1.5%を越えると材質が脆くなる。 P, S:各々0.2 %以下 P, Sは不純元素であるため少ない程よく、 0.2%以下
に止めるのがよい。低度のものは高コストになるため、
経済性を考慮すると、0.01%程度以上の含有は止むを得
ないであろう。
Mn: 0.2-1.5% Mn has the effect of strengthening the matrix and preventing harm of S. 0.2
%, The effect is hardly expected. on the other hand,
If it exceeds 1.5%, the material becomes brittle. P, S: each 0.2% or less P and S are impurities, and therefore, the smaller the better, the better. Since low-grade ones are expensive,
Considering economy, the content of about 0.01% or more will be inevitable.

【0025】Ni:3.0 %以下 Niは黒鉛化と基地の強化のために有効であるが、 3.0
%を越えると未変態組織が残留し易くなり、強度が劣化
する。 Cr, Mo:各々2.0 %以下 Cr, Moは基地の強化作用があるが、多過ぎると黒鉛
化を阻害させる。基地化のためには、 0.1%以上含有さ
せることが望ましい。一方、黒鉛化の阻害を防止するに
は、外層からの混入量を含めて 2.0%以下に止める必要
がある。
Ni: 3.0% or less Ni is effective for graphitization and strengthening of the matrix.
%, The untransformed structure tends to remain, and the strength is deteriorated. Cr and Mo: 2.0% or less each Cr and Mo have a strengthening effect on the matrix, but too much inhibits graphitization. In order to make the base, it is desirable to contain 0.1% or more. On the other hand, in order to prevent the inhibition of graphitization, it is necessary to keep the content to 2.0% or less, including the amount mixed from the outer layer.

【0026】W,V,Nbの総計で4.0 %以下 これらの元素は外層から必然的に混入する。W, V, N
bは内層材質改善作用はない。従って、これらの元素は
不純物として解釈され、内層材の機械的性質を劣化させ
ない範囲として、4%まで許容される。なお、本発明の
外層材にAl, Co,Ti, Zr,Bを含んでいるが、
これらの元素は中間層を介して内層に必然的に混入する
が微量であるため、材質上ほとんど問題にはならない。
The total of W, V and Nb is 4.0% or less. These elements are inevitably mixed from the outer layer. W, V, N
b has no effect of improving the inner layer material. Therefore, these elements are interpreted as impurities and are allowed up to 4% as long as the mechanical properties of the inner layer material are not deteriorated. Although the outer layer material of the present invention contains Al, Co, Ti, Zr, and B,
These elements are inevitably mixed into the inner layer via the intermediate layer, but since they are trace amounts, they hardly cause a problem in the material.

【0027】FCは以上の成分の他、残部実質的にFe
で形成される。尚、中間層に溶着す前すなわち鋳込前の
溶湯組成範囲を下記に例示する。溶湯組成は溶着後に上
記内層組成となるように、中間層からの成分混入量が考
慮されて決定される。 C :2.5 〜4.0 %、 Si:0.8 〜2.5 %、 Mn:0.2 〜1.5 %、 P :0.2 %以下、 S :0.2 %以下、 Ni:3.0 %以下、 Cr:2.0 %以下、 Mo:2.0 %以下、 残部実質的にFe (2) DCIの場合 DCIは鋳造性が良好で、ヤング率が15000 〜19000kgf
/mm2 であり、黒鉛量多い。更に、その黒鉛の形態は、
FCと異なり、球状であるため、強度および靭性も優れ
ている。また、加工性も良好である。このため内層材と
して好適である。尚、特公昭59−52930 号公報、特公昭
59−52931 号公報に開示されているように、フェライト
・オーステナイト共存温度域(780 〜900 ℃) に加熱保
持後、200 〜800 ℃/Hrで急冷し、オーステナイトを
微細パーライト化する熱処理により、基地組織がフェラ
イト・パーライトの2相混合組織となる。
FC is, in addition to the above components, substantially the balance of Fe
Is formed. The composition range of the molten metal before welding to the intermediate layer, that is, before casting is shown below. The composition of the molten metal is determined in consideration of the amount of components mixed in from the intermediate layer so that the inner layer composition is obtained after the welding. C: 2.5 to 4.0%, Si: 0.8 to 2.5%, Mn: 0.2 to 1.5%, P: 0.2% or less, S: 0.2% or less, Ni: 3.0% or less, Cr: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less The balance is substantially Fe (2) DCI DCI has good castability and a Young's modulus of 15,000 to 19000 kgf.
/ Mm 2, which is high in graphite content. Further, the form of the graphite is
Unlike FC, since it is spherical, it has excellent strength and toughness. Also, the workability is good. Therefore, it is suitable as an inner layer material. In addition, Japanese Patent Publication No. 59-52930,
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-52931, after heating and holding in a ferrite-austenite coexisting temperature range (780 to 900 ° C), the steel is rapidly cooled at 200 to 800 ° C / Hr, and a heat treatment for turning austenite into fine pearlite is performed. The structure is a two-phase mixed structure of ferrite and pearlite.

【0028】この組織はクラックの進展、残留応力の除
去効果に特に優れる。前記2相混合組織化の熱処理は、
複合ロールの外層の硬化熱処理の前熱処理として行えば
よい。尚、下記組成のDCIの固相線は1130〜1170℃で
ある。以下に好ましい組成例と限定理由を示す。 C :2.5 〜4.0 %、 Si:1.3 〜3.5 %、 Mn:0.2 〜1.5 %、 P :0.2 %以下、 S :0.2 %以下、 Ni:3.0 %以下、 Cr:2.0 %以下、 Mo:2.0 %以下、 W,V,Nbの総計で4%以下、 Mg:0.02〜0.1
%、 残部実質的にFe Si, Mg以外の成分限定理由はFCと同様のため、こ
の二成分について説明する。
This structure is particularly excellent in the effect of crack propagation and the effect of removing residual stress. The heat treatment of the two-phase mixed texture is as follows:
What is necessary is just to perform as a heat treatment before hardening heat treatment of the outer layer of a composite roll. The solidus of DCI having the following composition is 1130 to 1170 ° C. Preferred examples of the composition and reasons for the limitation are shown below. C: 2.5 to 4.0%, Si: 1.3 to 3.5%, Mn: 0.2 to 1.5%, P: 0.2% or less, S: 0.2% or less, Ni: 3.0% or less, Cr: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less , W, V, Nb: 4% or less in total, Mg: 0.02-0.1
%, And the balance The other components are substantially the same as those of FC except for FeSi and Mg.

【0029】Siは黒鉛化促進元素である。DCIは黒
鉛の球状化のため、Mgが含有され。Mgは強力な黒鉛
化阻害元素であるため、Mgの存在下で黒鉛化を図るに
は、Si 1.3%以上必要である。一方、 3.5%を越える
と、基地を脆くすると共に、多量のフェライトを析出さ
せ、強度も低下する。Mgは黒鉛を球状化させる作用を
有する。その作用を得るためには0.02%以上要である。
一方、 0.1%を越えると、黒鉛化を阻害し、又鋳造欠陥
を発生させ易くする。
Si is a graphitization promoting element. DCI contains Mg for spheroidizing graphite. Since Mg is a strong graphitization inhibiting element, 1.3% or more of Si is required to achieve graphitization in the presence of Mg. On the other hand, if it exceeds 3.5%, the matrix becomes brittle, a large amount of ferrite is precipitated, and the strength decreases. Mg has a function of spheroidizing graphite. 0.02% or more is required to obtain the effect.
On the other hand, if it exceeds 0.1%, graphitization is inhibited and casting defects are easily generated.

【0030】尚、外層に溶着する前のDCIの好適な溶
湯組成を下記に例示する。 C :2.5 〜4.0 %、 Si:1.3 〜3.5 %、 Mn:0.2 〜1.5 %、 P :0.2 %以下、 S :0.2 %以下、 Ni:3.0 %以下、 Cr:2.0 %以下、 Mo:2.0 %以下、 Mg:0.02〜0.1 %、 残部実質的にFe (3) SGSの場合 SGSはヤング率が17000 〜20000 kgf /mm2 と高く、
また黒鉛量も少ないため、残留応力は比較的除去され難
い。また、鋳造性もあまり良好ではなく、大きな押湯等
を必要とする。しかし、強度は40kgf /mm 2以上と優れ
ており、また靭性にも優れているので、大きなベンダー
荷重等が働く苛酷な使用条件で用いられるロールには最
適である。また、固相線(下記組成のSGSの場合) が
1170〜1250℃とFC, DCIに比べて高いので、外層の
オーステナイト化熱処理の際に劣化しにくい利点があ
る。
A preferred melt composition of DCI before welding to the outer layer is described below. C: 2.5 to 4.0%, Si: 1.3 to 3.5%, Mn: 0.2 to 1.5%, P: 0.2% or less, S: 0.2% or less, Ni: 3.0% or less, Cr: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less Mg: 0.02 to 0.1%, balance substantially in the case of Fe (3) SGS SGS has a high Young's modulus of 17,000 to 20,000 kgf / mm 2 ,
Further, since the amount of graphite is small, the residual stress is relatively difficult to remove. Also, the castability is not very good, and a large feeder or the like is required. However, since the strength is as excellent as 40 kgf / mm 2 or more and the toughness is also excellent, it is most suitable for a roll used under severe use conditions in which a large bender load is applied. In addition, the solid phase line (in the case of SGS having the following composition)
Since the temperature is 1170 to 1250 ° C., which is higher than that of FC or DCI, there is an advantage that the outer layer hardly deteriorates in the heat treatment for austenitizing.

【0031】以下に好ましい組成例と限定理由を示す。 C :1.0 〜2.3 %、 Si:0.5 〜3.0 %、 Mn:0.2 〜1.5 %、 P :0.2 %以下、 S :0.2 %以下、 Ni:3.0 %以下、 Cr:2.0 %以下、 Mo:2.0 %以下、 W,V,Nbの総計で4.0 %以下、残部実質的にFe C, Si以外の成分限定理由はFCと同様のため、この
二成分について説明する。
Preferred composition examples and the reasons for limitation are shown below. C: 1.0 to 2.3%, Si: 0.5 to 3.0%, Mn: 0.2 to 1.5%, P: 0.2% or less, S: 0.2% or less, Ni: 3.0% or less, Cr: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less , W, V, and Nb are 4.0% or less in total, and the balance is substantially the same as that of FC except for Fe C and Si.

【0032】Cは黒鉛を晶出させるために必要である。
1.0%未満では黒鉛の晶出は生じにくい。一方、 2.3%
を越えると黒鉛形状が崩れて、強度が低下する。Siは
黒鉛化のために必要である。 0.5%未満では黒鉛晶出は
困難となり、一方、 3.0%を越えると基地が脆くなる。
尚、外層に溶着する前のSGSの好適な溶湯組成を下記
に例示する。 C :1.0 〜2.3 %、 Si:0.5 〜3.0 %、 Mn:0.2 〜1.5 %、 P :0.2 %以下、 S :0.2 %以下、 Ni:3.0 %以下、 Cr:2.0 %以下、 Mo:2.0 %以下、 残部実質的にFe 次に、本発明の実施形態で使用する中間層を例示する。
中間層は、外層の合金成分が内層に混入するのを軽減す
ることを目的の一つとして形成されるが、それ自体も30
kgf /mm2 程度以上の強度が必要である。強度が不足す
ると、外層と中間層との境界部が破断し、外層が剥離す
る。従って、中間層には外層から多量の合金成分が混入
しても高強度な材質とする必要がある。
C is necessary for crystallizing graphite.
If it is less than 1.0%, crystallization of graphite hardly occurs. Meanwhile, 2.3%
If the ratio exceeds the above, the graphite shape is broken and the strength is reduced. Si is necessary for graphitization. If it is less than 0.5%, graphite crystallization becomes difficult, while if it exceeds 3.0%, the matrix becomes brittle.
A preferred melt composition of SGS before welding to the outer layer is exemplified below. C: 1.0 to 2.3%, Si: 0.5 to 3.0%, Mn: 0.2 to 1.5%, P: 0.2% or less, S: 0.2% or less, Ni: 3.0% or less, Cr: 2.0% or less, Mo: 2.0% or less Next, the intermediate layer used in the embodiment of the present invention will be exemplified.
The intermediate layer is formed for the purpose of reducing the mixing of the alloy components of the outer layer into the inner layer, but the intermediate layer itself has a thickness of 30%.
A strength of about kgf / mm 2 or more is required. If the strength is insufficient, the boundary between the outer layer and the intermediate layer breaks, and the outer layer peels off. Therefore, the intermediate layer needs to be made of a material having high strength even if a large amount of alloy components are mixed in from the outer layer.

【0033】かかる理由から、中間層材としては下記組
成の高炭素鋳鋼(ADと略記) が好適である。以下、本
発明の実施形態で使用する好適な中間層材の組成と限定
理由を示す。 C:1.0 〜2.5 % Cは強度向上に寄与するが、1.0 %未満では凝固点が高
くなり、溶着が不充分になり易い。一方、2.5 %を超え
ると炭化物が過多となり、材質が脆くなる。
For this reason, a high carbon cast steel (abbreviated as AD) having the following composition is suitable as the intermediate layer material. Hereinafter, the composition of the intermediate layer material suitable for use in the embodiment of the present invention and the reason for limitation will be described. C: 1.0 to 2.5% C contributes to the improvement of the strength, but if it is less than 1.0%, the freezing point increases, and the welding tends to be insufficient. On the other hand, if it exceeds 2.5%, the amount of carbides becomes excessive and the material becomes brittle.

【0034】Si:0.2 〜3.0 % Siは脱ガスの促進作用、湯流れ性の向上作用がある。
0.2%未満ではかかる作用が期待できず、一方、 3.0%
を越えると材質が脆化する。尚、高Si領域ではNi含
有量との関係で黒鉛の晶出が見られる場合があるが、材
質上問題はない。 Mn:0.2 〜1.5 % Mnは内層材のダクタイル鋳鉄と同様の理由によって上
記範囲に限定される。
Si: 0.2-3.0% Si has a function of accelerating degassing and a function of improving flowability of molten metal.
If it is less than 0.2%, such effects cannot be expected, while 3.0%
If it exceeds, the material becomes brittle. In the high Si region, crystallization of graphite may be observed depending on the Ni content, but there is no problem with the material. Mn: 0.2 to 1.5% Mn is limited to the above range for the same reason as the ductile cast iron as the inner layer material.

【0035】Ni:4.0 %以下 Niは材質を強化する作用がある。しかし、 4.0%を越
えると作用が飽和すると共に未変態組織が生じ易くな
り、強度が劣化する。 Cr, Mo:各々 4.0%以下 Cr, Moは材質を強化する作用がある。しかし、 4.0
%を越えると機械的性質がかえって劣化するようにな
る。 W,V,Nb:総計で12%以下 これらの元素は中間層の材質を向上する作用はほどんど
ないが、外層からの混入は避けられない。中間層材質の
機械的性質を劣化させない範囲として、12%まで許容さ
れる。尚、本発明の外層にAl,Co,Ti,Zr,B
を含んでいるので、これらの元素も中間層に必然的に入
ってくる。この場合、同様の理由により、これらの元素
を含めて総計で12%以下とする。
Ni: 4.0% or less Ni has the effect of strengthening the material. However, when the content exceeds 4.0%, the effect is saturated and an untransformed structure is apt to be generated, and the strength is deteriorated. Cr and Mo: 4.0% or less each Cr and Mo have an effect of strengthening the material. But 4.0
%, The mechanical properties deteriorate rather. W, V, Nb: 12% or less in total These elements have little effect on improving the material of the intermediate layer, but mixing from the outer layer is inevitable. Up to 12% is allowed as long as the mechanical properties of the intermediate layer material are not deteriorated. In addition, Al, Co, Ti, Zr, B
, These elements inevitably also enter the intermediate layer. In this case, for the same reason, the total is 12% or less including these elements.

【0036】中間層材の成分は、以上の他、残部実質的
にFeで形成される。尚、P,Sは不純物であり、材質
を脆くするため少ない程よく、本発明の実施形態におい
ては、内層材と同様、両者とも 0.2%以下に止めるのが
よい。尚、外層に溶着する前の溶湯組成範囲を下記に例
示する。溶湯組成は溶着後に上記中間層組成となるよう
に、外層からの成分混入量が考慮されて決定される。 C :1.0 〜2.5 % 、 Si:0.2 〜3.0 %、 Mn:0.2 〜1.5 % 、 P :0.2 %以下、 S :0.2 %以下、 Ni:4.0 %以下、 Cr:4.0 %以下、 Mo:4.0 %以下、 残部実質的にFe 本発明の実施形態では、外層と内層(軸芯部) との間に
1.0〜2.5 %Cの中間層を設けたので、内層に有害な合
金元素が外層から内層へ、溶着の際に直接混入するのを
大幅に抑制することができるほか、下記の効果を奏す
る。
The components of the intermediate layer material are, in addition to the components described above, the remainder substantially formed of Fe. It should be noted that P and S are impurities and are preferably as small as possible because they make the material brittle. In the embodiment of the present invention, it is preferable that both P and S be 0.2% or less as in the case of the inner layer material. The composition range of the molten metal before welding to the outer layer is exemplified below. The composition of the molten metal is determined in consideration of the amount of components mixed in from the outer layer so that the composition of the intermediate layer is obtained after welding. C: 1.0 to 2.5%, Si: 0.2 to 3.0%, Mn: 0.2 to 1.5%, P: 0.2% or less, S: 0.2% or less, Ni: 4.0% or less, Cr: 4.0% or less, Mo: 4.0% or less In the embodiment of the present invention, the balance is substantially between the outer layer and the inner layer (axial portion).
Since the intermediate layer of 1.0 to 2.5% C is provided, the harmful alloy element in the inner layer can be significantly suppressed from being directly mixed from the outer layer to the inner layer during welding, and the following effects can be obtained.

【0037】外層の焼入れ熱処理の際、オーステナイト
化熱処理のため、外層を1100℃以上に加熱するのがよい
が、外層を1100℃以上に加熱しても内層への伝熱は中間
層を介して行われるため、熱量の調整により内層の温度
を1100℃以下に容易に抑えることができ、内層の溶損を
防止することができる。中間層は外層との溶着によっ
て、Cr, Mo, W, V,Nbの濃度が高くなるが、そ
れでもこれらの元素は外層よりも低く抑えられるので、
外層と内層を直接溶着させた時よりも、外層と中間層を
溶着させた後、中間層と内層を溶着させる方が、内層の
溶着部分の合金濃度は低くできる。このため、中間層を
設けた場合は内層との境界に炭化物層が形成されにく
く、境界強度が改善できる。
At the time of quenching heat treatment of the outer layer, the outer layer is preferably heated to 1100 ° C. or higher for austenitizing heat treatment. Since the heat treatment is performed, the temperature of the inner layer can be easily suppressed to 1100 ° C. or less by adjusting the amount of heat, and the melting of the inner layer can be prevented. The intermediate layer has a higher concentration of Cr, Mo, W, V, and Nb due to welding with the outer layer, but since these elements are still kept lower than the outer layer,
Welding the intermediate layer and the inner layer after welding the outer layer and the intermediate layer can lower the alloy concentration at the welded portion of the inner layer than when directly welding the outer layer and the inner layer. Therefore, when the intermediate layer is provided, a carbide layer is not easily formed at the boundary with the inner layer, and the boundary strength can be improved.

【0038】また、本発明の実施形態に係る中間層はロ
ールの焼入れ熱処理中にその大半がパーライト変態し、
更に残部がベイナイト変態する。マルテンサイト変態は
起こらないか、起こしてもごくわずかの量である。この
ため、マルテンサイト変態に伴う大きな膨張挙動がな
く、ロールへの残留応力を大きくすることはない。尚マ
ルテンサイト変態を多量に起こすと、外層のマルテンサ
イト変態と合わさって、外層・中間層に大きな圧縮の残
留応力(軸方向)、内層にはそれに見合う大きな引張の
残留応力(軸方向)が働らき、内層が引張・破壊する。
Further, most of the intermediate layer according to the embodiment of the present invention undergoes pearlite transformation during the quenching heat treatment of the roll,
Further, the rest undergoes bainite transformation. No or little martensitic transformation occurs. For this reason, there is no large expansion behavior accompanying the martensitic transformation, and the residual stress on the roll does not increase. When a large amount of martensitic transformation occurs, it is combined with the martensitic transformation of the outer layer, and a large compressive residual stress (axial direction) acts on the outer and intermediate layers, and a correspondingly large residual tensile stress (axial direction) acts on the inner layer. And the inner layer is pulled and broken.

【0039】[0039]

【実施例】本発明の複合ロールは、通常、中実状ロール
の場合、外層および中間層が遠心力鋳造された後、その
内部に内層(軸芯部) が静置鋳造される。また、スリー
ブロールの場合、外層、中間層に引き続いて内層も遠心
力鋳造される。図3は横型遠心力鋳造装置を示してお
り、遠心力鋳造用金型4 は回転ローラ5,5 によって回転
自在に支持されており、溶湯は堰鉢6 から注湯樋7 を介
して金型4 内に鋳込まれる。8は湯止め用砂型である。
中実状の複合ロールを鋳造するには、まず、外層材溶湯
を回転する金型4 に鋳込み、それが凝固した後に、外層
1の内周面に中間層材溶湯を鋳込んで、中間層3 を遠心
力鋳造する。その後、外層1 と中間層3 とを内有した金
型4 を起立させ、その両端に軸芯部形成用の上型、下型
を連設して静置鋳型を構成し、その内部に内層材溶湯を
鋳込めばよい。該横型遠心力鋳造装置においては、金型
内に鋳込まれた溶湯の各部は金型の回転毎に上下動する
ため、Gの変動があり、またローラや金型の偏心や傷に
より振動が発生し易く、鋳込まれた外層材溶湯中の成分
は移動し易い。このため、厚肉の外層を鋳造する場合、
成分の移動により偏析が生じ易くなるので、通常、凝固
開始温度+70℃程度以下として比較的低温で鋳込むのが
よい。もっとも、本発明に係る外層材は高耐摩耗材であ
るために、摩耗しにくく、外層は比較的薄くてもよく、
鋳込厚さで80mm(望ましくは55〜70mm) 程度までは金型
により急冷されるため、前記温度より高温で鋳込んでも
偏析のおそれはほとんどない。尚、製品外層厚さとして
は中間層による溶解代20mm、加工代10mmを考慮すると50
mm(望ましくは25〜40mm) 程度となる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the case of a composite roll of the present invention, in the case of a solid roll, usually, an outer layer and an intermediate layer are subjected to centrifugal casting, and then an inner layer (axial portion) is statically cast therein. In the case of a sleeve roll, the inner layer is also centrifugally cast following the outer layer and the intermediate layer. FIG. 3 shows a horizontal centrifugal casting machine, in which a centrifugal casting mold 4 is rotatably supported by rotating rollers 5,5, and molten metal is fed from a dam 6 via a pouring gutter 7 to a mold. Cast into 4 Numeral 8 denotes a sand mold for hot water.
To cast a solid composite roll, first, the molten outer layer material is cast into a rotating mold 4, and after it has solidified, the outer layer material is cast.
The intermediate layer material melt is cast into the inner peripheral surface of 1 and the intermediate layer 3 is centrifugally cast. Thereafter, a mold 4 having an outer layer 1 and an intermediate layer 3 is erected, and an upper mold and a lower mold for forming a shaft core portion are connected at both ends thereof to form a stationary mold. What is necessary is just to cast a molten metal. In the horizontal centrifugal casting apparatus, since each part of the molten metal cast in the mold moves up and down every time the mold rotates, there is a variation in G, and vibration is caused by eccentricity and scratches of the rollers and the mold. It is easy to occur and the components in the cast outer layer material melt are easy to move. For this reason, when casting a thick outer layer,
Since the segregation is likely to occur due to the movement of the components, it is usually preferable to perform the casting at a relatively low temperature at a solidification starting temperature of about + 70 ° C. or less. However, since the outer layer material according to the present invention is a highly wear-resistant material, it is difficult to wear, and the outer layer may be relatively thin,
Up to a casting thickness of about 80 mm (preferably 55 to 70 mm), it is rapidly cooled by a mold, so that there is almost no risk of segregation even when casting at a temperature higher than the above temperature. The product outer layer thickness is 50
mm (preferably 25 to 40 mm).

【0040】図4は立型遠心力鋳造装置を示しており、
遠心力鋳造用金型11の上下端には上型12、下型13が組み
立てられており、該鋳型は回転する基盤14に同心状に機
械的に固定されている。このため、堰鉢15を介して鋳型
内に鋳込まれ、遠心力の作用で金型11内面に上昇し付着
した外層材溶湯16は、Gの変動や振動を受けにくい。従
って、立型遠心力鋳造すれば、厚肉の外層を鋳造する場
合でも偏析が生じにくいため、より高温で鋳込むことが
でき、作業性の向上や異物の混入による鋳造欠陥の防止
に効果的である。尚、遠心力鋳造用金型11のみ基盤14に
固定し、外層および中間層を鋳造後、上型、下型を組み
立て、軸芯部を静置鋳造してもよいことは勿論である。
FIG. 4 shows a vertical centrifugal casting apparatus.
An upper mold 12 and a lower mold 13 are assembled at the upper and lower ends of a centrifugal casting mold 11, and the mold is mechanically fixed concentrically to a rotating base 14. For this reason, the outer layer material molten metal 16 cast into the mold via the dam 15 and ascending and adhering to the inner surface of the mold 11 by the action of centrifugal force is less susceptible to fluctuations and vibrations of G. Therefore, if vertical centrifugal casting is used, segregation hardly occurs even when casting a thick outer layer, so that casting can be performed at a higher temperature. It is. It is needless to say that only the centrifugal force casting mold 11 may be fixed to the base 14, the outer layer and the intermediate layer may be cast, the upper mold and the lower mold may be assembled, and the shaft portion may be statically cast.

【0041】本発明の外層耐摩耗鋳鉄材は、複合ロール
の外層として鋳造後、ロール全体を焼入れ温度(オース
テナイト化温度) から 400〜 650℃までの温度域を 150
℃/Hr以上の冷却速度で焼入れることにより、良好な
焼入れ組織を得ることができる。焼戻しは 500〜 600℃
の温度で1回ないし数回行なうとよい。本発明に係る外
層材は、オーステナイト化熱処理の際に基地中に固溶し
たMo,W,V,Nb,Ti,Zr等が焼戻し熱処理に
よって微細炭化物として析出し、焼戻し2次硬化現象を
生じるため、高温硬度に優れる。
The outer-layer wear-resistant cast iron material of the present invention, after being cast as the outer layer of the composite roll, cools the entire roll from a quenching temperature (austenitizing temperature) to a temperature range of 400 to 650 ° C. by 150.
By quenching at a cooling rate of at least C / Hr, a good quenched structure can be obtained. Tempering 500 ~ 600 ℃
It is good to carry out once or several times at the above temperature. In the outer layer material according to the present invention, Mo, W, V, Nb, Ti, Zr, and the like dissolved in the matrix during the austenitizing heat treatment precipitate as fine carbides by the tempering heat treatment, and the tempering secondary hardening phenomenon occurs. Excellent in high temperature hardness.

【0042】外層の加熱方法としては、ロール全体を加
熱炉に入れて加熱する方法、外層外周面の回りに誘導加
熱コイルや多数のガスバーナを配置しておき、これらに
よって外層のみを急速加熱する方法がある。前者は昇温
に時間がかかり、外層表面に厚い酸化膜ができ、外層の
歩留りが低下する。更に、鋳鉄材質の内層の溶損を回避
して加熱するには1100℃(望ましくは1000℃) 以下の加
熱に止めなければならず、このため炭化物を基地中に十
分固溶させることが難しく、以後の熱処理によっても十
分な硬度が得難いという問題がある。これに対して、外
層のみの加熱方法によれば、中間層の形成と相まって、
外層を1100℃以上に、内層を1100℃未満に確実に止める
ことができるので、内層の部分溶融や、結晶粒の粗大化
による強度低下を防止することができる。また、内層
(軸芯部) の中心に向かうほど低温となるため、オース
テナイト化温度に加熱後、外層の熱を内部へ逃がすこと
ができ、焼入れの際、外層深部の冷却速度を大きくする
ことができる。
As a method for heating the outer layer, a method in which the entire roll is put into a heating furnace to heat, a method in which an induction heating coil and a large number of gas burners are arranged around the outer peripheral surface of the outer layer, and only the outer layer is rapidly heated by these. There is. In the former case, it takes time to raise the temperature, a thick oxide film is formed on the surface of the outer layer, and the yield of the outer layer decreases. Furthermore, to avoid melting of the inner layer of the cast iron material and heat it, it is necessary to stop heating at 1100 ° C (preferably 1000 ° C) or less, which makes it difficult to form a solid solution of carbides in the matrix. There is a problem that it is difficult to obtain sufficient hardness by the subsequent heat treatment. On the other hand, according to the heating method of only the outer layer, coupled with the formation of the intermediate layer,
Since the outer layer can be reliably stopped at 1100 ° C. or higher and the inner layer can be stopped at less than 1100 ° C., it is possible to prevent partial melting of the inner layer and reduction in strength due to coarsening of crystal grains. In addition, since the temperature decreases toward the center of the inner layer (axial portion), the heat of the outer layer can be released to the inside after heating to the austenitizing temperature, and the cooling rate of the outer layer deeper can be increased during quenching. it can.

【0043】本発明の複合ロールは熱間圧延、冷間圧延
を問わず、圧延設備の圧延用ロールおよびその付帯設備
のピンチロールあるいは圧延材の搬送用ローラー等の、
耐摩耗性を要求されるロール、ローラーに適用される。
尚、圧延材としては、鉄鋼および非鉄金属のみならず非
金属をも対象とする。 〔具体的実施例〕 (1) 内径φ1040mmの遠心力鋳造用金型に表1の外層材溶
湯を遠心力鋳造し、外層が完全に凝固した後引き続い
て、同表の中間層材溶湯を遠心力鋳造し、外層と中層と
を溶着させた。鋳込量は肉厚で外層70mm、中間層25mmと
した。尚、実施例は試料No.1〜6であり、 No.7の外層
材は耐摩耗性を改善した高クロム鋳鉄材で、資料No. 7
の外層材はAlを含有しないものである。表中の組成の
単位は重量%、残部は実質的にFeである。 (2) 中間層が完全に凝固するのを待って、金型の回転を
止め、外層および中間層を内有した金型を垂直に立て
て、両端に上型および下型を連設して、その内部に同表
に併せて示した内層材(軸芯材) 溶湯を鋳込んだ。
The composite roll of the present invention may be any of hot rolled and cold rolled rolls, such as a roll for rolling equipment and a pinch roll for ancillary equipment or a roller for conveying rolled material.
Applied to rolls and rollers that require abrasion resistance.
The rolled material includes not only steel and non-ferrous metals but also non-metals. [Specific Examples] (1) The melt of the outer layer material shown in Table 1 was centrifugally cast into a centrifugal casting mold having an inner diameter of 1040 mm, and after the outer layer was completely solidified, the melt of the intermediate layer shown in the table was centrifuged. The outer layer and the middle layer were welded by force casting. The pouring amount was 70 mm for the outer layer and 25 mm for the intermediate layer. The examples are samples Nos. 1 to 6, and the outer layer material of No. 7 is a high chromium cast iron material having improved wear resistance.
The outer layer material does not contain Al. The composition unit in the table is% by weight, and the balance is substantially Fe. (2) Wait until the intermediate layer is completely solidified, stop the rotation of the mold, stand the mold with the outer layer and the middle layer inside vertically, and connect the upper mold and lower mold at both ends. The inner layer material (shaft core material) shown in the same table was also cast into the interior.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】(3) 鋳造された複合ロールを粗加工した
後、実施例のロールに対しては、 600℃に均一に予熱
後、図5に示すように、ロールを水平に対向配置されか
つロール軸方向に沿って 250mmピッチで平行に列設され
たガスバーナ21間に回転自在に支持し、ロールを回転さ
せながら、外層の表面を加熱した。外層表面温度が1170
℃、内層の中心部の温度が 830℃となったところで加熱
を止めた。加熱に要した時間は 300分であった。熱伝導
の温度データより、本例の場合、内層外周面付近の温度
は 960℃と推定された。一方、従来のロールに対して
は、ロール全体を1050℃で5時間保持してオーステナイ
ト化した。 (4) 実施例および従来例のロールに対して、加熱停止
後、速やかに噴霧水冷を行い、ロール表面温度を 500℃
に急冷した後、常温まで放冷した。その後、550℃20時
間保持する焼戻し熱処理を2回繰り返した。熱処理後の
外層表面硬度は、下記表2の通りであった。同表より、
実施例の外層は、従来例のそれに比べて、硬度の向上が
著しく、耐摩耗性に優れていることが分かる。尚、外層
表面の酸化状態を観察したところ、酸化層の厚さは、実
施例では 0.5mm程度であったのに対して、従来例では3.
0mm 程度と著しかった。
(3) After rough processing of the cast composite roll, the roll of the embodiment was uniformly preheated to 600 ° C., and then the roll was placed horizontally opposed to the roll as shown in FIG. It was rotatably supported between gas burners 21 arranged in parallel at a pitch of 250 mm along the axial direction, and the surface of the outer layer was heated while rotating the rolls. Outer layer surface temperature is 1170
Heating was stopped when the temperature of the inner layer reached 830 ° C. The time required for heating was 300 minutes. From the heat conduction temperature data, it was estimated that the temperature near the outer peripheral surface of the inner layer was 960 ° C in this case. On the other hand, with respect to the conventional roll, the entire roll was kept at 1050 ° C. for 5 hours to austenitize. (4) For the rolls of the examples and the conventional example, after stopping the heating, spray water cooling was immediately performed, and the roll surface temperature was set to 500 ° C.
And then allowed to cool to room temperature. Thereafter, tempering heat treatment at 550 ° C. for 20 hours was repeated twice. The outer layer surface hardness after the heat treatment was as shown in Table 2 below. From the table,
It can be seen that the outer layer of the example has a remarkable improvement in hardness and is superior in abrasion resistance as compared with that of the conventional example. When the oxidation state of the outer layer surface was observed, the thickness of the oxide layer was about 0.5 mm in the example, whereas it was 3.
It was remarkable about 0mm.

【0046】[0046]

【表2】 [Table 2]

【0047】(5) 胴表面を仕上加工した後、超音波探傷
試験によって溶着状況を確認したところ、いずれのロー
ルについても溶着は良好であった。次に、ロール胴部を
切断し、外層断面を目視観察したところ、いずれのロー
ルも成分の偏析は認められなかった。又、中間層の層厚
の中央部および内層(軸芯部) 中心部における成分を分
析した結果を表3に示す。同表より、実施例および従来
例とも内層における外層高合金成分の混入量は非常に少
ないことが分かる。
(5) After finishing the body surface, the welding condition was confirmed by an ultrasonic flaw detection test. As a result, the welding was good for all rolls. Next, the roll body was cut and the cross section of the outer layer was visually observed. As a result, no segregation of components was observed in any of the rolls. Table 3 shows the results of analyzing the components at the center of the thickness of the intermediate layer and at the center of the inner layer (axial portion). From the table, it can be seen that the mixing amount of the outer layer high alloy component in the inner layer is extremely small in both the example and the conventional example.

【0048】[0048]

【表3】 [Table 3]

【0049】(6) 胴端の余長部から外層材を切り出し
て、基地硬さ(マイクロビッカース硬さ)と高温硬さ
(ビッカース硬さ)を測定した。その結果、表4に示す
ように、従来例に比較して、基地硬さおよび高温硬さの
両方共に優れており、耐摩耗性および耐肌荒れ性の点で
複合ロールの外層材として望ましいことが分かる。特
に、熱負荷が大きい熱間圧延用ロール、中でも鉄鋼業に
おける熱間薄板圧延量ロールの外層材として好適である
ことが判明した。表4は、600 ℃での高温硬さの低下率
〔(常温硬さ600℃での高温硬さ)/常温硬さ×10
0〕を示す。
(6) The outer layer material was cut out from the excess length of the trunk end, and the base hardness (micro Vickers hardness) and the high temperature hardness (Vickers hardness) were measured. As a result, as shown in Table 4, both the base hardness and the high-temperature hardness are excellent as compared with the conventional example, and it is desirable that the material is desirable as the outer layer material of the composite roll in terms of abrasion resistance and skin roughness resistance. I understand. In particular, it has been found that the roll is suitable as an outer layer material of a hot rolling roll having a large heat load, particularly a hot thin roll rolling roll in the steel industry. Table 4 shows the rate of decrease in high-temperature hardness at 600 ° C. [(normal-temperature hardness at 600 ° C.) / Normal-temperature hardness × 10.
0].

【0050】[0050]

【表4】 [Table 4]

【0051】更に、表5は、大越式摩耗試験における比
摩耗量を高クロム鋳鉄材(試料7)を基準として表した
ものであるが、試料1〜6は良好な耐摩耗性を示してい
る。
Further, Table 5 shows the specific wear amount in the Ogoshi type abrasion test based on the high chromium cast iron material (Sample 7). Samples 1 to 6 show good wear resistance. .

【0052】[0052]

【表5】 [Table 5]

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の複合ロール
はその外層をCr,Mo,W, V, Nb,Coの他Al
等の特殊元素を所定量加えた特定化学組成とした特殊鋳
鉄材で形成したことにより、ロール材として使用して顕
著な効果を発揮したのである。即ち、Cr,Mo,W,
V,Nbを含有した複合ロールの外層鋳鉄材は高硬度複
合炭化物を有し、耐摩耗性を飛躍的に向上させることが
できるが、遠心力鋳造法で製作する際には遠心力鋳造特
有のマクロ偏析が生じてしまい、複合ロールの外層に適
用して圧延に供すると、ロール表面においてマクロ偏析
に起因する摩耗のむら及び表面粗さのむらできるという
問題点を有していたが、本発明では耐摩耗性のみならず
マクロ偏析の面からも複合ロールの外層として最適な組
成を求めて種々の合金を組み合わせて遠心力鋳造実験
し、Al等の特殊元素を加えることによって耐摩耗性が
飛躍的に向上し、マクロ偏析がなく均一な表面性状のロ
ール外層材を提供することができたのである。
As described above, in the composite roll of the present invention, the outer layer is formed of Cr, Mo, W, V, Nb, Co and Al.
By using a special cast iron material having a specific chemical composition obtained by adding a predetermined amount of a special element such as, a remarkable effect was exhibited when used as a roll material. That is, Cr, Mo, W,
The outer layer cast iron material of the composite roll containing V and Nb has a high hardness composite carbide and can dramatically improve wear resistance. However, when manufactured by centrifugal casting, it is unique to centrifugal casting. Macrosegregation occurs, and when applied to the outer layer of the composite roll and subjected to rolling, there is a problem that unevenness in wear and surface roughness due to macrosegregation on the roll surface can be caused. From the viewpoint of not only wear properties but also macro-segregation, the optimum composition as the outer layer of the composite roll is searched for and centrifugal casting experiments are conducted by combining various alloys, and by adding special elements such as Al, the wear resistance is dramatically improved. It was possible to provide a roll outer layer material having improved and uniform surface properties without macro segregation.

【0054】特に本発明の重要な点は、Cr、Mo、
W、V、Nbを含有した鋳鉄材の遠心力鋳造において、
これら合金が形成する高硬度複合炭化物によって耐摩耗
性の飛躍的改善が得られる含有量を求めた点と、及び遠
心力鋳造においてもマクロ偏析しないようにAlを主体
として、Co,Ti、Zr、B等の合金を加えた点で顕
著な効果を奏した。因みに、後者について説明すると、
従来は脱酸材として、あるいは特殊な材料における組織
微細化材としてのみ用いられていたAlを、高合金であ
るがために遠心力鋳造においてマクロ偏析を生じ易い鋳
鉄材に含有させることによりマクロ偏析が改善されるも
のである。
Particularly important points of the present invention are that Cr, Mo,
In centrifugal casting of a cast iron material containing W, V, Nb,
The content in which abrasion resistance was significantly improved by the high hardness composite carbides formed by these alloys was determined, and Co, Ti, Zr, and Al were mainly used to prevent macrosegregation even in centrifugal casting. A remarkable effect was obtained in that an alloy such as B was added. By the way, if we explain the latter,
Macro segregation by including Al, which was conventionally used only as a deoxidizing material or as a material for refining the structure of special materials, in a cast iron material that tends to cause macro segregation in centrifugal casting due to its high alloy. Is improved.

【0055】即ち、Al、Co,Ti、Zr、Bは溶湯
中の酸素と係合して酸化物となり、Mo、W、V、Nb
など本発明の外層の性能に重要な元素のロスを防ぐのみ
ならず、更に凝固初期の溶湯中においてこれら酸化物を
凝固の核としたCr、Mo、W、V、Nbの高硬度複合
炭化物を形成する。この結果、微細に分散した高硬度複
合炭化物が得られ、耐摩耗性が向上する。
That is, Al, Co, Ti, Zr and B engage with oxygen in the molten metal to form oxides, and Mo, W, V, Nb
In addition to preventing the loss of elements important for the performance of the outer layer of the present invention, it is also possible to form a high hardness composite carbide of Cr, Mo, W, V, Nb with these oxides as nuclei of solidification in the molten metal at the early stage of solidification. Form. As a result, a finely dispersed high hardness composite carbide is obtained, and the wear resistance is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る中実状複合ロールの断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a solid composite roll according to the present invention.

【図2】本発明に係るスリーブ状複合ロールの断面図で
ある。
FIG. 2 is a sectional view of a sleeve-shaped composite roll according to the present invention.

【図3】横型遠心力鋳造装置の主要部断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a main part of a horizontal centrifugal casting apparatus.

【図4】立型遠心力鋳造装置の主要部断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a main part of a vertical centrifugal casting apparatus.

【図5】複合ロール外層加熱状態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a composite roll outer layer heating state.

【符号の説明】 1 外層 2 内層 3 中間層[Description of Signs] 1 outer layer 2 inner layer 3 intermediate layer

フロントページの続き (72)発明者 岡林 昭利 兵庫県尼崎市西向島町64番地 株式会社ク ボタ尼崎工場内 (72)発明者 木村 広之 兵庫県尼崎市西向島町64番地 株式会社ク ボタ尼崎工場内 (72)発明者 志方 敬 兵庫県尼崎市西向島町64番地 株式会社ク ボタ尼崎工場内Continuing from the front page (72) Inventor Akira Okabayashi 64, Nishimukaijima-cho, Amagasaki-shi, Hyogo Prefecture Inside Kubota Amagasaki Plant Co., Ltd. Inventor Takashi Shikata 64 Nishimujima-cho, Amagasaki City, Hyogo Prefecture Kubota Amagasaki Plant Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 耐摩耗鋳鉄材で形成された外層と、該外
層の内周面に溶着された中間層と、該中間層の内周面に
溶着された内層とからなり、且つ前記外層と中間層が遠
心力鋳造されてなる複合ロールにおいて、 前記外層は、化学組成が重量%で、 C :1.0 〜3.0 %、 Si:0.1 〜2.0 %、 Mn:0.1 〜2.0 %、 Ni:0.1 〜4.5 %、 Cr:3.0 〜10.0%、 Mo:0.1 〜9.0 %、 W :1.5 〜10.0%、 Al:0.01〜0.50%、 Co:0.5 〜10.0%、 V, Nb :一種又は二種の総計で3.0 〜10.0%、 および残部実質的にFeからなることを特徴とする複合
ロール。
1. An outer layer formed of a wear-resistant cast iron material, an intermediate layer welded to an inner peripheral surface of the outer layer, and an inner layer welded to an inner peripheral surface of the intermediate layer. In the composite roll formed by centrifugal casting of the intermediate layer, the outer layer has a chemical composition of 1.0 to 3.0% by weight, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.1 to 2.0%, Ni: 0.1 to 4.5% by weight. %, Cr: 3.0 to 10.0%, Mo: 0.1 to 9.0%, W: 1.5 to 10.0%, Al: 0.01 to 0.50%, Co: 0.5 to 10.0%, V, Nb: One or two kinds of total 3.0 to 10.0% 10.0%, and the balance substantially consisting of Fe.
【請求項2】 耐摩耗鋳鉄材で形成された外層と、該外
層の内周面に溶着された中間層と、該中間層の内周面に
溶着された内層とからなり、且つ前記外層と中間層が遠
心力鋳造されてなる複合ロールにおいて、 前記外層は、化学組成が重量%で、 C :1.0 〜3.0 %、 Si:0.1 〜2.0 %、 Mn:0.1 〜2.0 %、 Ni:0.1 〜4.5 %、 Cr:3.0 〜10.0%、 Mo:0.1 〜9.0 %、 W :1.5 〜10.0%、 Al:0.01〜0.50%、 Co:0.5 〜10.0 %、 V, Nb:一種又は二種の総計で3.0 〜10.0%、 Ti,Zr:各々0.01〜0.50%の内の一種又は二種、 および残部実質的にFeからなることを特徴とする複合
ロール。
2. An outer layer formed of a wear-resistant cast iron material, an intermediate layer welded to an inner peripheral surface of the outer layer, and an inner layer welded to an inner peripheral surface of the intermediate layer. In the composite roll formed by centrifugal casting of the intermediate layer, the outer layer has a chemical composition of 1.0 to 3.0% by weight, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.1 to 2.0%, Ni: 0.1 to 4.5% by weight. %, Cr: 3.0 to 10.0%, Mo: 0.1 to 9.0%, W: 1.5 to 10.0%, Al: 0.01 to 0.50%, Co: 0.5 to 10.0%, V, Nb: One or two types of total 3.0 to 10.0% 10.0%, Ti, Zr: A composite roll characterized by being composed of one or two of each of 0.01 to 0.50% and the balance substantially of Fe.
【請求項3】 耐摩耗鋳鉄材で形成された外層と、該外
層の内周面に溶着された中間層と、該中間層の内周面に
溶着された内層とからなり、且つ前記外層と中間層が遠
心力鋳造されてなる複合ロールにおいて、 前記外層は、化学組成が重量%で、 C :1.0 〜3.0 %、 Si:0.1 〜2.0 %、 Mn:0.1 〜2.0 %、 Ni:0.1 〜4.5 %、 Cr:3.0 〜10.0%、 Mo:0.1 〜9.0 %、 W :1.5 〜10.0%、 Al:0.01〜0.50%、 Co:0.5 〜10.0 %、 V, Nb :一種又は二種の総計で3.0 〜10.0%、 Ti,Zr:各々0.01〜0.50%の内の一種又は二種、 B:0.01〜0.50% および残部実質的にFeからなることを特徴とする複合
ロール。
3. An outer layer formed of a wear-resistant cast iron material, an intermediate layer welded to an inner peripheral surface of the outer layer, and an inner layer welded to an inner peripheral surface of the intermediate layer. In the composite roll formed by centrifugal casting of the intermediate layer, the outer layer has a chemical composition of 1.0 to 3.0% by weight, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.1 to 2.0%, Ni: 0.1 to 4.5% by weight. %, Cr: 3.0 to 10.0%, Mo: 0.1 to 9.0%, W: 1.5 to 10.0%, Al: 0.01 to 0.50%, Co: 0.5 to 10.0%, V, Nb: One or two kinds of total 3.0 to 10.0%, Ti, Zr: one or two of each 0.01 to 0.50%, B: 0.01 to 0.50% and the balance substantially consisting of Fe.
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