JP2004181520A

JP2004181520A - 超硬合金製圧延用複合ロール

Info

Publication number: JP2004181520A
Application number: JP2002355025A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyoshi Horiuchi; 満喜堀内; Toshiyuki Hattori; 敏幸服部
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】外層を溶射にて形成するとともに、薄帯材、板材、線材、棒材などの鋼材の圧延に十分耐え得る超硬合金製圧延用複合ロールを提供する。
【解決手段】超硬合金からなる外層を鉄系または鋼系合金からなる内層に少なくとも１ｍｍ以上の厚みで溶射にて形成したことを特徴とし、ロール外層の回転軸方向中央部における円周方向の圧縮残留応力が常温において１００〜５００ＭＰａであり、かつＪＩＳＲ１６０１に準拠した抗折試験において、外層と内層との境界接合部を含む抗折試験片の抗折強度が６００ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄帯材、板材、線材、棒材などの鋼材をはじめとする金属材の圧延に用いられる圧延用ロールに関し、特に靭性に優れる鉄系または鋼系合金材料からなる内層材と、この内層材の外周に超硬合金からなる外層材を備えた超硬合金製圧延用複合ロールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
寸法精度の向上など圧延材に対する高品質化、あるいはロール替え工数減少による生産性向上の要求に応えるため、耐摩耗性、耐肌荒れ性などに優れた炭化タングステン（ＷＣ）系超硬合金が線材、棒鋼、平鋼、帯鋼などの圧延用ロールに適用されている。ＷＣ系超硬合金は公知のごとく、ＷＣをＣｏ、Ｎｉ、Ｃｒなどの金属元素で結合した焼結合金である。
【０００３】
超硬合金を圧延用ロールとして使用するため、靭性に優れた鉄系または鋼系合金からなる内層材と超硬合金からなる外層材が金属接合した複合ロールが開発されている。例えば特許文献１には、溶製の鋼系材からなる軸材の外周に周期律表のＩＶａ〜ＶＩａ族元素の炭化物、窒化物及び炭窒化物の硬質粒子の少なくとも１種または２種以上を６０〜９０重量％と、残部実質的にＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｏ及びＷの少なくとも１種または２種以上の金属粉末とからなる混合粉末を焼結させると同時に拡散接合させた超硬合金製の外層の表面に１００ＭＰａ以上の円周方向の圧縮残留応力を有することを特徴とする超硬合金製複合ロールが開示されている。この超硬合金製複合ロールは、混合粉末を軸材の外周に真空焼結法等の焼結法により拡散接合させることにより形成される。
【０００４】
また、特許文献２にはＷＣ−Ｃｏ系超硬合金を用いたプラズマ溶射による皮膜が、Ｆｅ基のロール側下層より表層にかけてＷＣの重量比を次第に増加させた組成を持つ積層構造とした耐摩耗ロールが開示されている。この方法では、焼結炉を必要としないため、設備的な制約およびまた設備コストも比較的安価ですむメリットがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−５８２４号公報
【特許文献２】
特開平４−１４１５７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示す圧延用ロールは真空焼結法等で製造されるが、真空焼結炉の設備は寸法的に限られているため、圧延用ロールの全長が１ｍを越すようなものは、設備的な制約や設備コストが大きいなどの問題がある。一方、特許文献２に示す圧延用ロールは外層を溶射によって形成するため、ロールの全長が１ｍを超える場合でも設備的な制約を受けないというメリットがある。しかしながら、得られる溶射層の厚みは数μｍ〜数十μｍの皮膜である。薄帯材、板材、線材、棒材などの鋼材をはじめとする金属材の圧延用ロールでは、一般的に数ｍｍ〜数十ｍｍ厚みの外層が要求される。外層の厚みが増えると、それに伴い残留応力が増加しクラック防止効果が低減する。さらに、超硬合金と内層の境界接合部には引張残留応力が発生している上、ロールは圧延中には圧延応力が作用するため、引張残留応力に更なる圧延応力が加わる。このため外層を溶射層で形成する場合、圧延中に境界接合部から割れる可能性がある。
【０００７】
したがって、本発明は、外層を溶射で形成するとともに、薄帯材、板材、線材、棒材などの鋼材の圧延に十分耐え得ることのできる圧延用複合ロールを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の超硬合金製圧延用複合ロールは、溶射によって形成された超硬合金からなる外層と、鉄系または鋼系合金からなる内層とにより構成され、ロール外層の回転軸方向中央部における円周方向の圧縮残留応力が常温において１００〜５００ＭＰａであり、かつＪＩＳＲ１６０１に準拠した抗折試験において、外層と内層との境界接合部を含む抗折試験片の抗折強度が６００ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【０００９】
また前記発明において、外層が２層以上の複層に形成されてなり、外層中のＷＣ含有量が内層側からロールの半径方向の外側にかけて段階的に増加していることを特徴とする。さらに、外層のロール半径方向の厚みが全ての複層を含めて、合計にて１ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
鉄系または鋼系合金からなる内層の外周に、超硬合金からなる外層を溶射で形成するとともに、ロール外層の回転軸方向中央部における円周方向の圧縮残留応力を常温において１００〜５００ＭＰａ付与することによって、超硬合金と内層の境界接合部の引張残留応力を緩和させ圧延に耐えうることができる。
【００１１】
また、外層および内層の組成によっては、外層を形成する超硬合金の主成分である炭化タングステン（ＷＣ）中の炭素（Ｃ）が、内層を形成する鉄系または鋼系材料へ拡散し、境界接合部近傍の炭化タングステン（ＷＣ）よりも靭性の低い複炭化物（（Ｗ，Ｃｏ）_３Ｃ）に変化し、境界接合部の強度を低下させることがあるため、境界接合部の強度を確保しておく必要がある。このため、ＪＩＳＲ１６０１に準拠した抗折試験において、外層と内層との境界接合部を含む抗折試験片の抗折強度が６００ＭＰａ以上必要である。
【００１２】
さらに、外層が２層以上の複層に形成されてなり、外層中のＷＣ含有量が内層側からロールの半径方向の外側にかけて段階的に増加して形成されていることにより、外層と内層の熱膨張差を段階的に縮めることができ、熱膨張差による境界接合部の剥離を一層防止することができる。
【００１３】
また、薄帯材、板材、線材、棒材などの鋼材をはじめとする金属材の圧延用ロールにおいて、一定期間圧延を行うために、外層厚みは数ｍｍ〜数十ｍｍが要求される。よって本発明の超硬合金製圧延用複合ロールを実際の圧延用ロールに供するためには外層の厚みが合計にて１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１４】
従来の焼結法より施工が容易であり、設備的な制約が少なく、設備コストも比較的安価ですむ溶射法を用いる場合においても、薄帯材、板材、線材、棒材などの鋼材の圧延に十分耐え得ることのできる外層圧縮残留応力の制御および境界接合部強度を最適化することにより、圧延用複合ロールを提供できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１に本発明実施例１の圧延用複合ロールの概略断面図を示す。図１において、内径φ５８０ｍｍ、長さ１８００ｍｍの中空円筒状の内層１の外周に、外層２として予め混合した超硬合金粉末を溶射にて厚み５ｍｍ形成させた。内層１はＳＮＣＭ鋼からなり、また外層２の超硬合金粉末の組成は、重量比でＷＣ８０％、Ｃｏ２０％である。なお、図１において右半分部分は対称であるため省略した。
【００１６】
溶射後冷却し、ロール表面を機械加工により除去した後、超音波探傷装置により、外層２と内層１が健全に接合していることを確認した。さらに、ロール端部より外層２と内層１の境界接合部を含む抗折試験片を採取し、ＪＩＳＲ１６０１に準拠した抗折試験を実施したところ、抗折強度は６１１ＭＰａであった。
【００１７】
このように構成した中空円筒状のロールを鋼系の軸に焼嵌にて固定し、これを圧延に供したところ、超硬合金の外層と内層との境界接合部の割れや外層表面の割れなどは発生せず、良好な結果が得られた。また、使用後、歪ゲージにより残留応力を測定したところ、ロール外層の回転軸方向中央部における円周方向の圧縮残留応力は３９２ＭＰａであり、適正な応力が付与されているのを確認できた。
【００１８】
（実施例２）
図２は本発明実施例２の圧延用複合ロールの概略断面図を示す。図２において、内径φ３５０ｍｍ、長さ７００ｍｍの中空円筒状の内層１の外周に、外層として超硬合金層３，４、５を溶射にて厚みを各々１０ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２ｍｍ形成させた。つまり外層の合計の厚みは１０．７ｍｍである。内層１はＳＮＣＭ鋼からなり、超硬合金層３の組成は、重量比でＷＣ８８％、Ｃｏ１２％、超硬合金層４の組成は、重量比でＷＣ５０％、Ｃｏ５０％、超硬合金層５の組成は、重量比でＷＣ３０％、Ｃｏ７０％である。なお、図２において右半分部分は対称であるため省略した。
【００１９】
溶射後冷却し、ロール表面を機械加工により除去した後、超音波探傷装置により、外層３、４、５と内層１が健全に接合していることを確認した。さらに、ロール端部より外層３、４、５と内層１の境界接合部を含む抗折試験片を採取し、ＪＩＳＲ１６０１に準拠した抗折試験を実施したところ、抗折強度は１０３２ＭＰａであった。
【００２０】
このように構成した中空円筒状のロールを鋼系の軸に焼嵌にて固定し、これを圧延に供したところ、超硬合金の外層と内層との境界接合部の割れや外層表面の割れなどは発生せず、良好な結果が得られた。また、使用後、歪ゲージにより残留応力を測定したところ、ロール外層の回転軸方向中央部における円周方向の圧縮残留応力は４８１ＭＰａであり、適正な応力が付与されているのを確認できた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明により、従来の焼結法より施工が容易であり、設備的な制約が少なく、設備コストも比較的安価ですむ溶射法を用い、薄帯材、板材、線材、棒材などの鋼材の圧延に十分耐え得ることのできる外層圧縮残留応力を制御し、境界接合部強度を最適化した超硬合金製圧延用複合ロールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にて得られた超硬合金製圧延用複合ロール概略断面図を示す。
【図２】本発明にて得られた超硬合金製圧延用複合ロール概略断面図を示す。

Claims

溶射によって形成された超硬合金からなる外層と、鉄系または鋼系合金からなる内層とにより構成され、ロール外層の回転軸方向中央部における円周方向の圧縮残留応力が常温において１００〜５００ＭＰａであり、かつＪＩＳＲ１６０１に準拠した抗折試験において、外層と内層との境界接合部を含む抗折試験片の抗折強度が６００ＭＰａ以上であることを特徴とする超硬合金製圧延用複合ロール。
前記外層が２層以上の複層に形成されてなり、外層中のＷＣ含有量が内層側からロールの半径方向の外側にかけて段階的に増加していることを特徴とする請求項１に記載の超硬合金製圧延用複合ロール。
前記外層の厚みが合計にて１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超硬合金製圧延用複合ロール。