JP2001150005A - 圧延ロール用外層の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 年輪状偏析及び粗大なデンドライトのない均
質な圧延ロール用外層を製造する方法を提供する。 【解決手段】 遠心力鋳造工程において、金型の回転数
を、鋳造外径寸法が２５０mm以上３５０mm未満のとき
は、１０３０rpm以上１５００rpm以下、鋳造外径寸法が
３５０mm以上５００mm未満のときは、８７０rpm以上１
２５０rpm以下、鋳造外径寸法が５００mm以上７００mm
未満のときは、７１０rpm以上１０５０rpm以下、鋳造外
径寸法が７００mm以上９００mm未満のときは、６１０rp
m以上９００rpm以下、鋳造外径寸法が９００mm以上のと
きは、５５０rpm以上８００rpm以下とする条件で鋳込
む。又は、外周部分における重力倍数Ｇナンバーを１５
０Ｇ以上４５０Ｇ以下とする条件で鋳込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間又は冷間圧延
用複合ロールにおける外層の遠心力鋳造方法の改良に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱間又は冷間圧延ロールは、外面側に耐
摩耗性、内部側に強靱性が要求されることから、耐摩耗
性にすぐれるハイス系鋳鉄材を遠心力鋳造により形成し
た外層と、強靱性にすぐれる鋳鉄若しくは鋳鋼又は合金
鋼の内層(又はコア)を、冶金的又は機械的に一体化した
複合構造のロールが従来より使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種ハイス系鋳鉄材
は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ等の炭化物形成元素を相当量含
んでおり、溶湯の凝固過程で炭化物を晶出する。この晶
出炭化物が耐摩耗性の向上に大きく寄与する。ところ
で、このハイス系材料を用いて、遠心力鋳造によりロー
ル外層を作製した場合、炭化物は、均一に分布して晶出
するのではなく、炭化物量の多い層と少ない層とが交互
に同心円状に形成されることが、横断面のミクロ組織観
察によって認められる。この炭化物の濃淡模様は、一般
に、年輪状偏析(又はバンド状偏析)と称されている。

【０００４】この年輪状偏析は、同じハイス系鋳鉄材で
も、横型遠心力鋳造の場合に特に発生し易いことがわか
っている。この理由について検討したところ、横型遠心
力鋳造の場合、図１に示すように、溶湯に対して、上昇
時に重力による減速力、下降時に重力による加速力が働
いて、上部での流速は小さく、下部での流速は大きくな
るためである。この現象から、遠心力鋳造時における年
輪状偏析の発生原因の１つとして、凝固途中の溶湯の回
転速度が変化していることが考えられる。

【０００５】ロールの外層に生ずる年輪状偏析は、完全
な同心円ではないため、ロールの外層表面には炭化物の
多い高硬度領域と炭化物の少ない低硬度領域が存在す
る。それゆえ、実際の圧延作業において、ロール外表面
は、炭化物の多い領域では摩耗が生じ難く、一方炭化物
の少ない領域では摩耗を生じ易いことから、ロールの外
表面に摩耗差が生じ、それが圧延製品に転写されて、品
質に影響を及ぼす。圧延製品の転写模様を回避するに
は、圧延に供されるロール表面の研磨をより頻繁に行わ
ねばならず、また、凹凸が大きいほど研磨１回当たりの
研磨量も多くなる。従って、ロールの表面研磨１回当た
りの圧延量が低下し、またロールの低寿命化を招く。

【０００６】そこで、遠心力鋳造時の金型の回転速度を
速くすることにより、溶湯に作用する重力の影響を小さ
くすることを試みた。金型の回転速度を速くすることに
よって、重力による溶湯の回転速度への影響が小さくな
り、年輪状偏析の発生を抑えることができた。しかしな
がら、金型の回転速度があまり速くなりすぎると、溶湯
に作用する遠心力が過大となり、溶湯が金型にへばり付
いた状態で金型と一体に回転してしまい、静止鋳造の場
合と同様、初晶のデンドライトが成長して粗大化するこ
とがわかった。デンドライトは、炭化物等からなる共晶
組織に比べて、硬度が低く摩耗を生じ易い。このため、
粗大化したデンドライトは、年輪状偏析の場合と同じ様
に、ロールの外周面に摩耗差を生じ、それが圧延製品に
転写する不都合がある。

【０００７】本発明の目的は、ロール外層の遠心力鋳造
に際し、金型の回転数等の鋳造条件を所定範囲に設定し
て鋳込むことにより、年輪状偏析、及び粗大なデンドラ
イトがなく、ほぼ均質な金属組織を有する圧延ロール用
外層を製造する方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、重量％にて、少なくとも、Ｃを１.０〜
４.０％、Ｍｏ及び／又はＷを合計量で１.０〜１６.０
％含有する鋳鉄材からなる圧延用複合ロールの外層を遠
心力鋳造により作製する方法において、鋳造後の外径寸
法が２５０mm以上３５０mm未満のときは、金型の回転数
を１０３０rpm以上１５００rpm以下とする条件で、鋳造
後の外径寸法が３５０mm以上５００mm未満のときは金型
の回転数を８７０rpm以上１２５０rpm以下とする条件
で、鋳造後の外径寸法が５００mm以上７００mm未満のと
きは、金型の回転数を７１０rpm以上１０５０rpm以下と
する条件で、鋳造後の外径寸法が７００mm以上９００mm
未満のときは、金型の回転数を６１０rpm以上９００rpm
以下とする条件で、鋳造後の外径寸法が９００mm以上の
ときは、金型の回転数を５５０rpm以上８００rpm以下と
する条件で鋳込むようにしたものである。外層の鋳造外
径寸法は、厳密には凝固による収縮のため、金型の内径
寸法よりも若干小さくなるが、本願明細書では、この凝
固収縮分は考慮しておらず、鋳造外形寸法と金型の内径
寸法を同じとみなしている。

【０００９】なお、圧延に供される面を形成するため
に、通常は、鋳造欠陥等を含む外周面を機械加工により
削り取るが、削り取られた後の外径仕上がり寸法が、２
３０mm以上３３０mm未満のときは金型の回転数を１０３
０rpm以上１５００rpm以下とする条件で、外径仕上がり
寸法が３３０mm以上４８０mm未満のときは金型の回転数
を８７０rpm以上１２５０rpm以下とする条件で、外径仕
上がり寸法が４８０mm以上６８０mm未満のときは、金型
の回転数を７１０rpm以上１０５０rpm以下とする条件
で、外径仕上がり寸法が６８０mm以上８８０mm未満のと
きは、金型の回転数を６１０rpm以上９００rpm以下とす
る条件で、外径仕上がり寸法が８８０mm以上のときは、
金型の回転数を５５０rpm以上８００rpm以下とする条件
で鋳込むようにすることが望ましい。「外径仕上がり寸
法」とは、圧延用複合ロールとして圧延に使用されると
きの最初の外径寸法を意味する。

【００１０】本発明はまた、重量％にて、少なくとも、
Ｃを１.０〜４.０％、Ｍｏ及び／又はＷを合計量で１.
０〜１６.０％含有する鋳鉄材からなる圧延用複合ロー
ルの外層を遠心力鋳造により作製する方法において、遠
心力鋳造工程は、外周部分における重力倍数Ｇナンバー
を１５０Ｇ以上４５０Ｇ以下とする条件で鋳込むように
したものである。なお、重力倍数Ｇナンバーは、外層の
仕上がり径における位置で１５０Ｇ以上４５０Ｇ以下と
することが望ましい。

【００１１】

【作用及び効果】外層の鋳造外形寸法に応じて金型の回
転数の下限を上述のように設定し、又は重力倍数の下限
を上述のように設定することにより、重力作用による減
速力と加速力に起因する溶湯の速度差を小さくできるの
で、年輪状偏析の生成を抑制できる。また、外層の鋳造
外形寸法に応じて金型の回転数の上限を上述のように設
定し、又は重力倍数の上限を上述のように設定すること
により、溶湯が金型に対して静止した状態で一体に回転
するのを防ぐことができるから、デンドライトが成長し
て粗大化するのを抑制できる。このように、本発明によ
り作製されたロール外層は、年輪状偏析や粗大なデンド
ライトを殆んど有しないので、円周方向全体に亘ってほ
ぼ均一な硬度を有しており、圧延の際、外周の周面に摩
耗差を生ずることはなく、圧延製品の品質が確保され
る。外層の摩耗が一定であるため、ロール表面の研磨頻
度及び研磨量を少なくすることができる。その結果、表
面研磨１回当たりの圧延量を多くすることができ、生産
効率を向上できる。本発明における圧延ロール用外層の
製造方法は、重力作用によって溶湯の回転速度が影響を
受ける全ての遠心力鋳造法に対して好適に適用される
が、金型の回転軸が水平方向の横型の遠心力鋳造装置、
或いは斜め方向の傾斜型の遠心鋳造装置(特に金型の回
転軸の傾斜が３５°以下のもの)を用いた鋳造に対して
より適している。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る圧延ロール用外層の
製造方法にあっては、遠心力鋳造に際して、例えば横型
の遠心力鋳造装置を使用し、外層の鋳造外径寸法に応じ
て、年輪状偏析の発生、及びデンドライトの成長による
粗大化を抑えるために、金型の回転数条件を次のように
規定する。鋳造後の外径寸法が２５０mm以上３５０mm未
満のときは、金型の回転数を１０３０rpm以上１５００r
pm以下とする条件で、鋳造後の外径寸法が３５０mm以上
５００mm未満のときは金型の回転数を８７０rpm以上１
２５０rpm以下とする条件で、鋳造後の外径寸法が５０
０mm以上７００mm未満のときは、金型の回転数を７１０
rpm以上１０５０rpm以下とする条件で、鋳造後の外径寸
法が７００mm以上９００mm未満のときは、金型の回転数
を６１０rpm以上９００rpm以下とする条件で、鋳造後の
外径寸法が９００mm以上のときは、金型の回転数を５５
０rpm以上８００rpm以下とする条件で鋳込むようにす
る。年輪状偏析の発生と、デンドライトの粗大化という
２つの問題をより確実に抑制するために、上記の金型の
回転数の条件は、鋳造後の外径寸法が２５０mm以上３５
０mm未満のときは、１０４０rpm以上１４００rpm以下が
より望ましく、１０６０rpm以上１１９０rpm以下がさら
に望ましく、鋳造後の外径寸法が３５０mm以上５００mm
未満のときは、８８０rpm以上２１００rpm以下がより望
ましく、９００rpm以上１０３０rpm以下がさらに望まし
く、鋳造後の外径寸法が５００mm以上７００mm未満のと
きは、７２０rpm以上１０００rpm以下がより望ましく、
７４０rpm以上８７０rpm以下がさらに望ましく、鋳造後
の外径寸法が７００mm以上９００mm未満のときは、６２
０rpm以上８５０rpm以下がより望ましく、６４０rpm以
上７７０rpm以下がさらに望ましく、鋳造後の外径寸法
が９００mm以上のときは、５６０rpm以上７５０rpm以下
がより望ましく、５８０rpm以上７００rpm以下がさらに
望ましい

【００１３】また、圧延に供される面を形成するため
に、鋳造欠陥等の外周面を機械加工により削り取る場
合、削り取られた後の外径仕上がり寸法が、２３０mm以
上３３０mm未満のときは金型の回転数を１０３０rpm以
上１５００rpm以下とする条件で、外径仕上がり寸法が
３３０mm以上４８０mm未満のときは金型の回転数を８７
０rpm以上１２５０rpm以下とする条件で、外径仕上がり
寸法が４８０mm以上６８０mm未満のときは、金型の回転
数を７１０rpm以上１０５０rpm以下とする条件で、外径
仕上がり寸法が６８０mm以上８８０mm未満のときは、金
型の回転数を６１０rpm以上９００rpm以下とする条件
で、外径仕上がり寸法が８８０mm以上のときは、金型の
回転数を５５０rpm以上８００rpm以下とする条件で鋳込
むようにする。年輪状偏析の発生と、デンドライトの粗
大化という２つの問題をより確実に抑制するために、こ
こでの金型の回転数の条件は、外径仕上がり寸法が２３
０mm以上３３０mm未満のときは、１０４０rpm以上１４
００rpm以下がより望ましく、１０６０rpm以上１１９０
rpm以下がさらに望ましく、外径仕上がり寸法が３３０m
m以上４８０mm未満のときは、８８０rpm以上１２００rp
m以下がより望ましく、９００rpm以上１０３０rpm以下
がさらに望ましく、外径仕上がり寸法が４８０mm以上６
８０mm未満のときは、７２０rpm以上１０００rpm以下が
より望ましく、７４０rpm以上８７０rpm以下がさらに望
ましく、外径仕上がり寸法が６８０mm以上８８０mm未満
のときは、６２０rpm以上８５０rpm以下がより望まし
く、６４０rpm以上７７０rpm以下がさらに望ましく、外
径仕上がり寸法が８８０mm以上のときは、５６０rpm以
上７５０rpm以下がより望ましく、５８０rpm以上７００
rpm以下がさらに望ましい。なお、外周面の削り取り工
程は、外層の鋳造完了後に実施してもよいし、内層と一
体化した後に実施してもよい。

【００１４】なお、溶湯の凝固が進行すると、溶湯部の
回転半径が次第に小さくなり、重力作用の影響も変動す
るが、鋳込み終了時における金型の回転数を、鋳込み開
始時における金型の回転数よりも大きくすることによっ
て、その変動をより小さくすることもできる。例えば、
鋳込み厚さが約５０mmのとき、鋳込み終了時における金
型の回転数を、鋳込み開始時よりも１０〜２０％大きく
することが望ましい。

【００１５】さらに、本発明に係る圧延ロール用外層の
製造方法にあっては、遠心鋳造に際して、例えば横型の
遠心力鋳造装置を使用し、外周部分における重力倍数を
１５０Ｇ以上４５０Ｇ以下、より望ましくは１８０Ｇ以
上３００Ｇ以下とする条件で鋳込むこともできる。ま
た、望ましくは、外層の仕上がり径における重力倍数を
１５０Ｇ以上４５０Ｇ以下、さらに望ましくは１８０Ｇ
以上３００Ｇ以下とする条件で鋳込むことにより、年輪
状偏析の発生と、デンドライトの成長による粗大化をよ
り確実に抑えることができる。

【００１６】重力倍数Ｇナンバーを決定すると、遠心力
鋳造金型の内径を基準として、以下の式に示すように、
鋳造時の金型の回転数が算出される。このとき、凝固が
進行するにつれて、金型回転数を大きくしてもよい。な
お、外層の鋳造外径寸法は、凝固による収縮のため、式
中の金型内径寸法よりも若干小さくなるが、本願明細書
では、この凝固収縮分は考慮しないものとする。外層の
仕上がり径における重力倍数を上記の条件で鋳込む場合
には、次式において「金型内径寸法(mm)」を「外層の仕
上がり径(mm)」として、鋳造時の金型の回転数を算出す
ればよい。

【００１７】

【数１】

【００１８】本発明の圧延ロール用外層の製造方法は、
上記の遠心力鋳造条件にて、所定成分の鋳鉄材溶湯を、
鋳込むことにより行われる。次に、金型の回転を停止
し、金型を直立させて、ロール軸部となる鋳型をセット
し、次に内層溶湯を鋳込むことにより、外層と内層(ロ
ール軸部)が冶金的に一体化された圧延用複合ロールが
形成される。なお、必要に応じて、外層の鋳造時、金型
の回転を停止させる前に、外層の凝固後直ちに中間層溶
湯を鋳込んで外層と中間層を冶金的に一体化させておく
こともできる。この中間層は、外層材と内層材の中間成
分の材質を有し、外層と内層との溶着性改善のために設
けられるものであり、本願明細書では、広義の内層とい
う概念に含まれるものとする。また、圧延用複合ロール
については、遠心力鋳造により形成された中空状外層
を、ロール軸部となる内層に対して焼嵌め等を行なうこ
とにより、外層と内層(ロール軸部)を機械的に一体化す
ることもできる。

【００１９】本発明に係る圧延ロール用外層の製造方法
は、重量％にて、少なくとも、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｍ
ｏ及び／又はＷ：１.０〜１６.０％を含有する鋳鉄材か
らなる外層の製造に適用される。Ｃ：１.０〜４.０％と
するのは、Ｃの含有量が１.０％に満たないと、Ｍｏ、
Ｗ等の炭化物の晶出量が不足し、耐摩耗性が不十分とな
るためであり、Ｃの含有量が４.０％を越えると、内層
を形成するための鋳鉄又は鋳鋼材との凝固点差が過大と
なり、溶着不良が発生しやすくなるためである。また、
ＭｏとＷの含有を規定するのは、ＭｏとＷが炭化物の晶
出と年輪状偏析に最も大きく影響を及ぼす元素だからで
ある。なお、Ｍｏ及び／又はＷの合計量が１.０％に満
たないと、炭化物の晶出量が不足し、１６.０％を越え
ると、靱性の劣化を招く。

【００２０】前記材料として、より具体的には、重量％
にて、Ｃを１.０〜４.０％、Ｓｉを０.２〜３.０％、Ｍ
ｎを０.２〜２.０％、Ｃｒを３.０〜１２.０％、Ｍｏ又
はＷの少なくとも一種を合計量で１.０〜１６.０％、Ｖ
を１.０〜８.０％及び／又はＮｂを３.０％以下、Ｃｏ
を５.０％以下、Ｎｉを４.０％以下、残部実質的にＦｅ
からなるハイス系鋳鉄材を示すことができる。Ｓｉは湯
流れ性の確保、あるいは場合によっては黒鉛を晶出させ
るため、０.２〜３.０％含有させる。Ｍｎは硬化能を増
し、Ｓによる劣化を防ぐために、０.２〜２.０％含有さ
せる。Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及び、Ｖ又はＮｂは、Ｃと結合し
て炭化物を晶出し、耐摩耗性の向上を図るために含有さ
せる。特に、Ｎｂは極めて硬いＭ₁Ｃ₁型の炭化物を形成
し、耐摩耗性を改善させると共に、基地中に入って基地
の強化に寄与する。Ｃｏは基地中に固溶されて基地の強
化に寄与するため、５.０％以下含有させる。Ｎｉは基
地組織を改良するために４.０％以下含有させる。上記
ハイス系鋳鉄材には、さらに、重量％にて、Ａｌ：０.
５％以下、Ｔｉ：１.０％以下、Ｚｒ：１.０％以下、
Ｂ：０.５％以下、Ｔａ：０.５％以下、Ｎ：０.０５％
以下からなる群より選択される少なくとも一種を必要に
応じて含むことができる。Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＢは、
溶湯中で酸化物あるいは窒化物を生成して、溶湯中の酸
素含有量、窒素含有量を低下させ、製品の健全性を向上
させる。生成した酸化物、あるいは窒化物が結晶核とし
て作用するために微細化に効果があり、耐摩耗性も改善
される。これは、ハイス系鋳鉄材の耐摩耗性が、極めて
硬いＭ₁Ｃ₁型炭化物に負うところが大きいためである。
このＭ₁Ｃ₁型炭化物は実質的にはＶ ₁Ｃ₁炭化物、Ｎｂ₁
Ｃ₁炭化物あるいは(Ｖ、Ｎｂ)₁Ｃ₁炭化物であるが、溶
湯の凝固過程においては固相率の小さい段階で晶出する
ため、遠心力鋳造すると、晶出したＭ₁Ｃ₁型炭化物の粒
子と溶湯の平均比重との差異によって、粒子に内面向き
あるいは外面向きの遠心分離力が働き、偏析を助長す
る。粘性流体中(この場合はハイス系鋳鉄材溶湯)での粒
子の移動速度は粒子の径に比例するから、遠心力鋳造さ
れた溶湯中に晶出したＭ₁Ｃ₁型炭化物の粒子が小さいほ
ど、遠心力による移動は抑えられる。Ａｌ、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｂの酸化物あるいは窒化物は、溶湯中で微細に分散
し、Ｍ₁Ｃ₁型炭化物晶出の核となるため、Ｍ₁Ｃ₁型炭化
物を微細・分散化させる効果があり、上記のメカニズム
によって遠心力鋳造における偏析を軽減する効果があ
る。Ｔａは、Ｖ又はＮｂと同様、主としてＣと結合し、
Ｍ₁Ｃ₁型炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与する。
Ｎは、介在物となって溶湯の清浄度を低下させ、含有量
が多くなると鋳造割れ等を生ずる虞れがある。このた
め、これら元素を、上記範囲内で、夫々必要に応じて含
有させることが望ましい。

【００２１】内層材としては、高級鋳鉄、ダクタイル鋳
鉄、黒鉛鋼、鋳鋼等の強靱性を有する材料が好適に使用
される。内層材の高級鋳鉄の好適な組成例として、Ｃ：
２.５〜４.０％(重量％、以下同じ)、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、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを総計で４％以
下、残部実質的にＦｅからなるものを示すことができ
る。内層材のダクタイル鋳鉄の好適な組成例として、
Ｃ：２.５〜４.０％(重量％、以下同じ)、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を総計で４％
以下、Ｍｇ：０.０２〜０.１％、残部実質的にＦｅから
なるものを示すことができる。内層材の黒鉛鋼の好適な
組成例として、Ｃ：１.０〜２.３％(重量％、以下同
じ)、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を総計で４％以下、残部実質的にＦｅからなるもの
を示すことができる。

【００２２】内層と外層との溶着性を改善するために、
中間層を設ける場合、中間層はアダマイト材あるいは黒
鉛鋼等が好適に用いられる。中間層のアダマイト材の好
適な組成として、重量％にてＣ：１.０〜２.５％、Ｓ
ｉ：０.２〜３.０％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.
２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：４.０％以下、Ｃ
ｒ：４.０％以下、Ｍｏ：４.０％以下、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを
総計で１２％以下、残部実質的にＦｅからなるものを示
すことができる。中間層の黒鉛鋼の好適な組成として、
重量％にて、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：４.０％以下、Ｃｒ：４.０％以下、Ｍ
ｏ：４.０％以下、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを総計で１２％以下、
残部実質的にＦｅからなるものを示すことができる。

【００２３】

【実施例】横型遠心力鋳造により、各種鋳鉄材の溶湯
を、８０mmの厚さになるまで鋳込んで供試用ロール外層
(発明例１〜発明例９、比較例１〜比較例４)を作製し
た。溶湯の鋳込み温度は１３８５℃である。凝固完了
後、常温まで冷却して、７００℃で１０時間軟化熱処理
を実施した。金型の内径、金型の回転数、重力倍数及び
外層の組成を表１に記載している。なお、遠心力鋳造用
金型は、内面に耐火材(塗型)が塗布されており、内径５
８７mm、長さ１１５０mmの鋼製のものと、内径７７０m
m、長さ２２００mmの鋼製のものを使用した。この供試
用ロール外層について、炭素の分布状態及び粗大デンド
ライトの有無と、金型の回転数及び重力倍数との関係を
調べた。

【００２４】

【表１】

【００２５】作製された発明例２と比較例１の供試用ロ
ール外層を、ロールの長手方向に切断して、粒度２４０
のサンドペーパーを用いて研磨後、硝酸水溶液のエッチ
ング処理を施し、長手方向に１００mm、径方向に８０mm
の範囲のマクロ組織写真を撮影した。図３は発明例２、
図４は比較例１の組織写真である。図３と図４を比較す
ると、図４では偏析が生じた結果、複数の帯状模様が観
察されたのに対し、図３にはそのような帯状模様は認め
られなかった。

【００２６】次に、図２に示すように、各々の供試用外
層(10)の軸方向中央部から、外層の長手方向に２０mm
(試験片については「幅方向」という)、周方向に１０mm
(試験片については「奥行方向」)という)、径方向に８
０mm(試験片については「高さ方向」という)の試験片(2
0)を切り出した。試験片は、１１５０℃で３０分間オー
ステナイト化熱処理した後焼入れ熱処理を行ない、５５
０℃で１０時間の焼戻し熱処理を２回実施した。熱処理
終了後、各試験片を粒径６μｍのダイヤモンド粒子でバ
フ研磨した。

【００２７】作製されたロール外層(10)は、削り代分を
考慮し、図２に斜線で示すように、外周面から高さ方向
に１０〜５０mmの部分(以下「被測定部分」という)につ
いて、ＥＰＭＡ(Ｘ線マイクロアナライザー)を用いて、
炭素の分布状態を調べた。なお、ＥＰＭＡによる測定
は、外層の端面における部分に対して行なってもよい。

【００２８】各試験片の測定部分の幅１４.９８mmの範
囲に対し、ＥＰＭＡ装置を用いて、加速電圧１５ｋＶ、
ビーム径５０μmの電子線を、高さ方向に７０μm、幅方
向に７０μmのピッチで走査した。炭素の分布状態は、
Ｋα線の波長分散分析による測定数(ｃｐｓ:Count Per
Second)で評価した。

【００２９】測定終了後、各ピッチ毎における測定数
(ｃｐｓ)の平均値を算出した。さらに算出された平均値
について、その最大値をγ₁max、最小値をγ₁minとし、
全測定数の平均値をδ₁としたときに、Ｓ₁＝[(γ₁max−
γ₁min)／δ₁]×１００を、ＥＰＭＡによるＣのバラツ
キ度(％)と規定した。バラツキ度Ｓ₁が大きいほど、炭
素の分布が不均一で炭化物の偏析が多く存在することを
意味し、年輪状偏析が認められる。一方、バラツキ度Ｓ
₁が小さければ、炭素の分布が均一で炭化物の偏析が少
ないことを意味し、年輪状偏析は殆んど認められない。
結果を表２に示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】表２を参照すると、発明例１〜発明例９
は、Ｃのバラツキ度Ｓ₁が比較例１及び比較例３に比べ
て小さく、炭素の分布が均一であることがわかる。ま
た、発明例どうしを比較すると、同一組成では金型の回
転数と重力倍数が大きいほど、Ｃのバラツキ度Ｓ₁が小
さくなっており、炭素の分布がより均一となることを示
している。これは、金型の回転数と重力倍数が大きくな
るにつれて、ロール外層鋳込み時の重力作用の影響がよ
り小さくなったためと考えられる。比較例１及び比較例
３のバラツキ度Ｓ₁が大きいのは、図４に示すように、
ロール外層中に炭化物の年輪状偏析が存在するためであ
る。

【００３２】次に、粗大なデンドライトの有無を調べ
た。なお、デンドライトは、その長さが約４mmを越える
と、圧延に供したときに、そのデンドライト組織が圧延
材に転写されて、圧延材の品質劣化をもたらす。圧延材
の品質劣化等を抑えるには、圧延に供される面に存在す
るデンドライトは、長さ４mm以下のものが全体の９０％
以上を占めることが望ましく、圧延に供される面に存在
するデンドライトの全てが長さ４mm以下であることが最
も望ましい。そこで、各試験片について、周面方向に成
長したデンドライトの大きさを測定し、長さが４mmを越
える粗大なデンドライトの有無を調べた。

【００３３】デンドライトの長さの測定は、ロール外層
周面と平行な任意の面で切断した試験片について、ロー
ル長手方向の中央部における１０mm×１０mmの測定範囲
に対して実施した。測定範囲には、粒度２４０、５００
のサンドペーパーで順に研磨を行なった後、６μmのダ
イヤモンド粒子でバフ研磨し、メチルアルコールによっ
て５％に希釈した硝酸腐食液(ナイタール腐食液)により
エッチングを行なった。各試験片の測定範囲について、
顕微鏡を用いて倍率５０倍のミクロ組織写真を撮影し、
撮影された写真(大きさ２００mm×２８０mm)内に存在す
るデンドライトの長さを測定した。図５は、比較例２に
ついて測定されたミクロ組織写真である。図５中、「デ
ンドライトの長さ」として示したデンドライトは、長さ
約４.４mmの粗大なものであった。各試験片について、
同様の測定を行なって、粗大なデンドライトの有無を調
べた。その結果を表２に示す。表２の「粗大デンドライ
ト」の項中、「なし」は、測定されたデンドライトの９
０％以上が長さ４mm以下、即ち長さ４mmを越えるデンド
ライトが１０％未満であることを意味し、「あり」は、
長さ４mmを越えるデンドライトが１０％以上存在したこ
とを意味する。

【００３４】表２を参照すると、発明例１〜発明例９に
ついては、何れも長さ４mmを越える粗大なデンドライト
の出現率が１０％未満であることがわかる。これは、外
層の遠心力鋳造時における金型の回転数及び重力倍数Ｇ
ナンバーを、前記の範囲内に設定したためである。特
に、発明例１、２、３、４、７及び８については、長さ
４mmを越えるデンドライトは、全く観察されなかった。
同様に、比較例１及び比較例３についても、長さ４mmを
越えるデンドライトは全く観察されなかった。一方、比
較例２及び比較例４については、約４.５mm以上の粗大
なデンドライトの存在が観察され、デンドライトの１０
％以上が長さ４mmを越えるものであった。これは、金型
の回転数及び重力倍数Ｇナンバーを発明例に比べて高く
設定したためであり、その結果、溶湯が金型に対して静
止した状態で凝固し、デンドライトが成長して粗大にな
ったためと考えられる。

【００３５】以上の結果より、金型の回転数と重力倍数
Ｇナンバーが、本発明の範囲よりも低いときは年輪状偏
析が多く発生し(比較例１及び比較例３)、逆に、本発明
の範囲を超えると粗大なデンドライト組織が出現する
(比較例２及び比較例４)ことがわかる。金型の回転数と
重力倍数Ｇナンバーを、本発明の範囲内に設定して遠心
力鋳造を行なうと、年輪状偏析の発生と、デンドライト
の粗大化の両方を抑えることができる。

【００３６】発明例１乃至発明例９について、同じ条件
で作製したロール外層を有する圧延用複合ロールを、実
際の圧延作業に用いたところ、何れについても、ロール
外層表面に摩耗ムラを生じ難く、従来のロールよりも外
層の研磨頻度を少なくすることができた。また、年輪状
偏析及び粗大デンドライトが圧延材へ模様として転写さ
れることもなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】横型遠心力鋳造における溶湯の状態を模式的に
示す図である。

【図２】試験片の説明図である。

【図３】発明例２のロール外層の金属組織の図面代用写
真である。

【図４】比較例１のロール外層の金属組織の図面代用写
真である。

【図５】比較例２のデンドライト組織を示す顕微鏡写真
である。

【符号の説明】

(10) ロール外層 (20) 試験片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 俊雄 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 (72)発明者 濱塚 輝雄 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 (72)発明者 中川 新市 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 (72)発明者 谷 登志夫 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 Ｆターム(参考） 4E016 EA03 FA02

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％にて、少なくとも、Ｃを１.０〜
   ４.０％、Ｍｏ及び／又はＷを合計量で１.０〜１６.０
   ％含有する鋳鉄材からなり、鋳造後の外形寸法が２５０
   mm以上３５０mm未満の圧延用複合ロールの外層を遠心力
   鋳造によって作製する方法において、 遠心力鋳造工程は、金型の回転数を１０３０rpm以上１
   ５００rpm以下とする条件で鋳込むことを特徴とする圧
   延ロール用外層の製造方法。
2. 【請求項２】 重量％にて、少なくとも、Ｃを１.０〜
   ４.０％、Ｍｏ及び／又はＷを合計量で１.０〜１６.０
   ％含有する鋳鉄材からなり、鋳造後の外形寸法が３５０
   mm以上５００mm未満の圧延用複合ロールの外層を遠心力
   鋳造によって作製する方法において、 遠心力鋳造工程は、金型の回転数を８７０rpm以上１２
   ５０rpm以下とする条件で鋳込むことを特徴とする圧延
   ロール用外層の製造方法。
3. 【請求項３】 重量％にて、少なくとも、Ｃを１.０〜
   ４.０％、Ｍｏ及び／又はＷを合計量で１.０〜１６.０
   ％含有する鋳鉄材からなり、鋳造後の外形寸法が５００
   mm以上７００mm未満の圧延用複合ロールの外層を遠心力
   鋳造によって作製する方法において、 遠心力鋳造工程は、金型の回転数を７１０rpm以上１０
   ５０rpm以下とする条件で鋳込むことを特徴とする圧延
   ロール用外層の製造方法。
4. 【請求項４】 重量％にて、少なくとも、Ｃを１.０〜
   ４.０％、Ｍｏ及び／又はＷを合計量で１.０〜１６.０
   ％含有する鋳鉄材からなり、鋳造後の外形寸法が７００
   mm以上９００mm未満の圧延用複合ロールの外層を遠心力
   鋳造によって作製する方法において、 遠心力鋳造工程は、金型の回転数を６１０rpm以上９０
   ０rpm以下とする条件で鋳込むことを特徴とする圧延ロ
   ール用外層の製造方法。
5. 【請求項５】 重量％にて、少なくとも、Ｃを１.０〜
   ４.０％、Ｍｏ及び／又はＷを合計量で１.０〜１６.０
   ％含有する鋳鉄材からなり、鋳造後の外形寸法が９００
   mm以上の圧延用複合ロールの外層を遠心力鋳造によって
   作製する方法において、 外層の遠心力鋳造工程は、金型の回転数を５５０rpm以
   上８００rpm以下とする条件で鋳込むことを特徴とする
   圧延ロール用外層の製造方法。
6. 【請求項６】 遠心力鋳造により、重量％にて、少なく
   とも、Ｃを１.０〜４.０％、Ｍｏ及び／又はＷを合計量
   で１.０〜１６.０％含有する鋳鉄材からなる圧延用複合
   ロールの外層を作製し、圧延に供される面を形成するた
   めに、鋳造された外層の外周面を削り取り、削り取られ
   た後の仕上がり寸法を２３０mm以上３３０mm未満とする
   圧延用複合ロールの外層を製造する方法において、 遠心力鋳造工程は、金型の回転数を１０３０rpm以上１
   ５００rpm以下とする条件で鋳込むことを特徴とする圧
   延ロール用外層の製造方法。
7. 【請求項７】 遠心力鋳造により、重量％にて、少なく
   とも、Ｃを１.０〜４.０％、Ｍｏ及び／又はＷを合計量
   で１.０〜１６.０％含有する鋳鉄材からなる圧延用複合
   ロールの外層を作製し、圧延に供される面を形成するた
   めに、鋳造された外層の外周面を削り取り、削り取られ
   た後の仕上がり寸法を３３０mm以上４８０mm未満とする
   圧延用複合ロールの外層を製造する方法において、 遠心力鋳造工程は、金型の回転数を８７０rpm以上１２
   ５０rpm以下とする条件で鋳込むことを特徴とする圧延
   ロール用外層の製造方法。
8. 【請求項８】 遠心力鋳造により、重量％にて、少なく
   とも、Ｃを１.０〜４.０％、Ｍｏ及び／又はＷを合計量
   で１.０〜１６.０％含有する鋳鉄材からなる圧延用複合
   ロールの外層を作製し、圧延に供される面を形成するた
   めに、鋳造された外層の外周面を削り取り、削り取られ
   た後の仕上がり寸法を５００mm以上７００mm未満とする
   圧延用複合ロールの外層を製造する方法において、 遠心力鋳造工程は、金型の回転数を７１０rpm以上１０
   ５０rpm以下とする条件で鋳込むことを特徴とする圧延
   ロール用外層の製造方法。
9. 【請求項９】 遠心力鋳造により、重量％にて、少なく
   とも、Ｃを１.０〜４.０％、Ｍｏ及び／又はＷを合計量
   で１.０〜１６.０％含有する鋳鉄材からなる圧延用複合
   ロールの外層を作製し、圧延に供される面を形成するた
   めに、鋳造された外層の外周面を削り取り、削り取られ
   た後の仕上がり寸法を７００mm以上９００mm未満とする
   圧延用複合ロールの外層を製造する方法において、 遠心力鋳造工程は、金型の回転数を６１０rpm以上９０
   ０rpm以下とする条件で鋳込むことを特徴とする圧延ロ
   ール用外層の製造方法。
10. 【請求項１０】 遠心力鋳造により、重量％にて、少な
    くとも、Ｃを１.０〜４.０％、Ｍｏ及び／又はＷを合計
    量で１.０〜１６.０％含有する鋳鉄材からなる圧延用複
    合ロールの外層を作製し、圧延に供される面を形成する
    ために、鋳造された外層の外周面を削り取り、削り取ら
    れた後の仕上がり寸法を９００mm以上とする圧延用複合
    ロールの外層を製造する方法において、 外層の遠心力鋳造工程は、金型の回転数を５５０rpm以
    上８００rpm以下とする条件で鋳込むことを特徴とする
    圧延ロール用外層の製造方法。
11. 【請求項１１】 重量％にて、少なくとも、Ｃを１.０
    〜４.０％、Ｍｏ及び／又はＷを合計量で１.０〜１６.
    ０％含有する鋳鉄材からなる圧延用複合ロールの外層を
    遠心力鋳造により作製する方法において、 遠心力鋳造工程は、外周部分における重力倍数Ｇナンバ
    ーを１５０Ｇ以上４５０Ｇ以下とする条件で鋳込むこと
    を特徴とする圧延ロール用外層の製造方法。
12. 【請求項１２】 重力倍数Ｇナンバーは、外層の仕上が
    り径における位置で１５０Ｇ以上４５０Ｇ以下である請
    求項１１に記載の圧延ロール用外層の製造方法。
13. 【請求項１３】 外層と内層を冶金的又は機械的に一体
    化することによって圧延用複合ロールを作製する方法に
    おいて、外層は、請求項１乃至請求項１２の何れかに記
    載の方法により作製されることを特徴とする圧延用複合
    ロールの製造方法。