JP2546416B2

JP2546416B2 - 形鋼圧延ロール用スリーブとその製造方法

Info

Publication number: JP2546416B2
Application number: JP2182515A
Authority: JP
Inventors: 邦夫後藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1996-10-23
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: JPH0472034A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、形鋼の圧延に使用される耐焼付性、耐摩
耗性、強靭性（耐割損性）に優れたスリーブロール用の
スリーブとその製造方法に関する。

（従来の技術）形鋼は、通常ユニバーサルミルにより圧延されてい
る。このユニバーサルミルにおいて使用される水平ロー
ルや堅ロールは、円筒状のスリーブを焼ばめ等によって
アーバに嵌め込んだスリーブロールである。スリーブロ
ールは、一体ロールに比べスリーブ内面の残留応力が大
きく、さらに焼ばめによる組立の際および圧延に使用す
る際の熱応力や圧延応力が加わるため割損を起こしやす
いという問題がある。

そこで、この問題を解決する手段として圧延材と接す
る外層を耐摩耗性に優れたものとし、内層を強靭性に優
れたものとした遠心鋳造複合スリーブが特開昭59−2456
8号公報に開示されている。さらに上記の内外層の間に
中間層を設けたものも特開昭62−144807号公報に開示さ
れている。

（発明が解決しようとする課題）ユニバーサルミルの水平ロールによるＨ型鋼圧延の場
合、特にフランジとウェブのコーナー部の面圧が高く、
しかも熱負荷も厳しいため、従来材質では焼付が発生す
るほか、摩耗が激しくサイクル圧延量、ロール原単位の
低下や圧延製品品質の劣化を招き大きな問題となってい
る。前記のような複合スリーブ化もその対策の一つであ
るが、スリーブの複合化はロール製造コストの増加を招
き、また各層間の溶着性が不十分であるため、依然とし
て使用中の割損の問題が残っている。

本発明の目的は、形鋼の圧延に使用するスリーブロー
ル用のスリーブであって、耐焼付性、耐摩耗性に優れ、
しかも耐割損性にも優れたスリーブとその製造方法を提
供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明者は、スリーブの複合化に頼らずに、一体型の
スリーブで耐焼付性、耐摩耗性に優れ、しかも割損を生
じにくい材質について検討し、特に組織中の黒鉛と炭化
物について下記のような注目すべき知見を得た。

組織中の炭化物量は、化学組成と鋳造方法の工夫に
よって深さ方向に意図的に変化させることができるこ
と、即ち、炭化物として比重が重く、高硬度のＷ炭化物
（WC）を利用すれば、遠心鋳造法によりWCはスリーブ外
表面付近（圧延の際に被圧延材と接する面付近）に集ま
り、その耐摩耗性を著しく向上させること、 WCを外表面付近に多量に存在させれば、スリーブの
半径方向（深さ方向）にＣの濃度勾配が生じ、晶出する
黒鉛量はスリーブ外表面から内表面に向かうに従い増加
すること。

従って、スリーブの化学組成を適正に定めた上、上記
のようなＷ炭化物と晶出黒鉛の分布制御を行えば、スリ
ーブ外表面付近は高硬度炭化物WCにより優れた耐摩耗性
を有し、かつ少量の黒鉛により耐焼付性も改善される一
方、アーバと接する内表面付近には多量の黒鉛が現出す
ることにより強靭性が改善され、割損を防止することが
できる。

本発明は、下記のおよびを要旨とする。

重量％で、 C :2.3〜3.7％ Si:0.6〜 3.5％ Mn:0.5〜1.5％ Ni:3.0〜10.0％ Cr:1.5〜5.0％ Mo:0.5〜 5.0％ W :0.5〜2.5％残部:Feおよび不可避不純物からなり、Ｗ炭化物と晶出黒鉛とが存在しているスリ
ーブであって、前記Ｗ炭化物の量が内表面から外表面に
向かうに従い増加しており、かつ前記晶出黒鉛の量が外
表面から内表面に向かうに従い増加していることを特徴
とする形鋼圧延ロール用スリーブ。

上記組成の合金を遠心力鋳造により鋳造し、スリ
ーブ内表面から外表面に向かうに従いＷ炭化物を増加さ
せると共に、外表面から内表面に向かうに従い晶出黒鉛
を増加させることを特徴とする形鋼圧延ロール用スリー
ブの製造方法。

なお、ここで外表面とは、スリーブが圧延の際に被圧
延材と接する面をいい、また内表面とは、スリーブがロ
ールのアーバと接する面をいう。

（作用）まず、本発明のスリーブロールの化学組成を前記のよ
うに選定した理由を各成分の作用効果とともに説明す
る。なお、成分含有量についての％は全て重量％を意味
する。

C:2.3〜3.7％Ｃは、Ｗと結合とてMC型高硬度炭化物を形成し、耐摩
耗性を向上させる。また、後述するSi、Ni等の黒鉛化促
進元素によって組織中に黒鉛を晶出させ、耐焼付性、強
靭性（耐割損性）を向上させる作用を有している。

しかし、その含有量が2.3％未満では炭化物が不足し
耐摩耗性が不足し、かつ十分な黒鉛の晶出が得られない
ため、耐焼付性、強靭性（耐割損性）もわるくなる。一
方、3.7％を超えて含有されると、スリーブ外表面付近
においても黒鉛が過剰に現出し、黒鉛欠落による耐摩耗
性劣化を招く。

Si:0.5〜3.5％ Siは、溶湯の脱酸剤となり、また湯流れ性の確保と黒
鉛を晶出させるために不可欠な元素である。0.6％未満
では溶湯の流動性が不足し、また黒鉛の晶出も難しくな
る。一方、Siが3.5％を超えて含有されると、炭化物量
が少なくなり所望の耐摩耗性を確保できない上、焼入性
が阻害されて不完全焼入れ状態となり易く、基地硬度の
低下から機械的性質の劣化、更には耐摩耗性劣化を招く
こととなる。したがってSiの適正含有量は0.6〜3.5％で
ある。

Mn:0.5〜1.5％ Mnは、溶湯の脱酸のためにSiとともに積極的に添加さ
れるが、含有量が0.5％未満では十分な脱酸効果がえら
れず、逆に1.5％を超えて含有されると、機械的性質、
特に靭性を劣化させる。したがってMnは0.5〜1.5％とす
るのがよい。

Ni:3.0〜10.0％ Niは、焼入性を改善するほか、黒鉛を晶出させる作用
があるが、その含有量が3.0％未満ではその効果が不足
し、一方、10.0％を超えて含有させると残留オーステナ
イトが増加してロール材として必要な硬度が得られず耐
摩耗性に問題が生じる。

Cr:1.5〜5.0％ Crは、耐摩耗性と強靭性とを向上させる作用がある
が、1.5％未満ではこの効果が少なく、一方、5.0％を超
えると硬度の低いM₃C型の炭化物がWCよりも優先的に晶
出するようになり、スリーブ表面付近に所望の耐摩耗性
が得られなくなる。即ち、Crの適正含有量は1.5〜5.0％
である。

Mo:0.5〜5.0％ Moは、基地中に固溶し、またMO₂Cとして析出すること
によって高温軟化抵抗をはじめとする高温諸特性を改善
し、析出した炭化物や晶出した黒鉛が高温下で剥落し易
くなるのを防ぐなど高温下での優れた耐摩耗性と耐焼付
性を保証する。

しかし、その含有量が0.5％未満ではこの効果が少な
く、一方、5.0％を超えて含有されると黒鉛の晶出を阻
害するため所望の耐焼付性、強靭性（耐割損性）が得ら
れなくなる。

W:0.5〜2.5％Ｗは、本発明のスリーブにおけるもっとも重要な要素
である。後述する遠心力鋳造を行うことにより比重が重
く高硬度のMC型Ｗ炭化物がスリーブの内表面から外表面
に向かうに従い増加し、その耐摩耗性を飛躍的に向上さ
せる。また、このＷ炭化物がスリーブ外表面付近に偏析
するような形で成形されることによりスリーブ深さ方向
にＣの濃度変化を強制的に生み出し、黒鉛晶出量を表面
部で少なく内部になるほど増加させることができる。し
かし、Ｗ含有量が0.5％未満ではこの効果が少なく、一
方2.5％を超えて含有されると白銑化傾向が強くなり、
黒鉛の晶出が困難になるため、耐焼付性、強靭性（耐割
損性）が劣化する。

本発明のスリーブは上記成分のほか、残部はFeと不可
避的な不純物とからなる。不純物の代表的なものとして
は、ＰとＳであるが、これらは材質の脆化を招くことか
からロール材としては少ないほど望ましい。実際上、許
容上限値は、それぞれ0.1％である。

本発明のスリーブを製造するもっとも実際的な方法は
遠心力鋳造法である。遠心力鋳造法には、もともと鋳造
組織の微細化や硬度低下の抑制という長所があるが、合
金成分の比重差によって偏析が起きやすいことが短所と
されている。しかし、本発明ではこの従来短所とされて
いた偏析を積極的に利用するのである。

遠心力鋳造法としては、竪型、水平型、傾斜型のいず
れの方法も採用できる。WCを所望の程度に偏析させるた
めには、鋳造時の重力倍数（遠心力／重力）を通常の遠
心力鋳造における値（重力倍数、約120〜150）以上とす
るのがよい。

黒鉛晶出量を調整するために、溶湯に接種剤としてFe
−Si合金を添加することが好ましい。この場合、最終成
分が目標範囲内に収まるように、接種剤の添加によって
成分組織が変化する分を予め補正しておく必要がある。
通常、Fe−Si合金は全Si量の0.2〜0.6％程度を目安に添
加すればよい。

このようにして製造される本発明のスリーブは、Ｗ炭
化物が面積率で外表面付近において５〜15％、晶出黒鉛
が面積率で外表面付近において０〜５％、スリーブ最深
部（アーバに接する面）において５〜20％であるのが望
ましい。

本発明のスリーブは、通常の材質、例えば、ダクタイ
ル鋳鉄や鍛鋼で作られたアーバと組み合わせて使用す
る。このスリーブとアーバの組立も従来の焼き嵌め法で
行うことができる。

スリーブには圧延に必要な硬度を与えるための組織安
定化熱処理（焼入れ−焼戻し）と残留応力低減のための
焼なましが施される。スリーブの大きさによって異なる
が、一般的には、焼入れは、900〜1000℃×５時間以
上、焼戻しは500〜600℃×10時間以上、焼なましは350
〜450℃×10時間以上で実施すればよい。

（実施例）次に、実施例により本発明を比較例、従来例と対比し
ながら具体的に説明する。

第１表は、本発明の実施例と比較例および従来例の化
学組成である。従来例の外層アダマイト、内層は黒鉛鋼
であり、遠心力鋳造法により外層と内層とを溶着一体化
してスリーブ素材を鋳造し、組織安定化熱処理と残留応
力低減熱処理を施した後、所定寸法（外径φ1400mm、内
径φ800mm、外層厚300mm、内層厚100mm）の複合スリー
ブに機械加工により仕上げた。

一方、本発明例および比較例は、遠心力鋳造法により
No.1〜５の各化学組成を有する一体物のスリーブ素材と
して鋳造した。なお、鋳込時にはFe−Si合金により0.3
％Si相当分を接種して黒鉛晶出量と黒鉛形状のコントロ
ールを行っている。さらに、組織安定化熱処理（950℃
×10時間−570℃×15時間）および残留応力低減熱処理
（450℃×20時間）を施した後、所定寸法（外径1400m
m、内径800mm）の一体スリーブに機械加工により仕上げ
た。なお、遠心力鋳造は重力倍数を150として行った。

本発明例No.3のスリーブ深さ方向の黒鉛量およびＷ炭
化物（WC）量について調査した結果を第１図と第２図に
示す。

黒鉛晶出量はスリーブ表面付近の面積率２〜３％から
深さ方向へ変化しており、スリーブ内面付近で面積率10
％程度になっていることが確認された。一方、WCはスリ
ーブ表面付近（深さ100mmまで）に集中しており、遠心
鋳造によりWCがスリーブ表面付近に偏析していることが
確認された。なお、図示していないが、本発明例No.2、
３についても上記と同様の結果が得られている。

さらに、得られたスリーブの耐焼付性、耐摩耗性、強
靭性（耐割損性）ついて調べた。

耐焼付性、耐摩耗性スリーブ表面から30mmの位置から厚さ10mm、幅20mm、
長さ20mmの試験片を軸方向に採取し、高温摩擦摩耗試験
装置を用いて、摩耗長さ:150m、被加工材:SS41、無潤滑の試験条件
で、かつ面圧と相対すべり速度を変化させて焼付限界を
求めるとともに、実機圧延条件下（面圧50kgf/mm²、相
対すべり速度0.1m/s）における比摩耗量を求めた。

強靭性（耐割損性）引張試験によりスリーブ表面から250mmの位置におけ
る接続方向の強度と伸びを調べた。

試験結果を第３図と第２表に示す。

第３図は、本発明例、比較例と従来例の面圧と相対す
べり速度に関する焼付限界を示したものであり、各曲線
の右上が焼付発生領域を表しており、この曲線が右上に
なるほど焼付にくくなること、つまり耐焼付性に優れて
いることになる。この結果から、本発明例No.1、２、３
は比較例No、４、５および従来例に比べ焼付限界が格段
に高く耐焼付性に優れていることが明らかである。

第２表に示すとおり、本発明例No1、２、３は比較例N
o.4、５および従来例に比べて、要求される特性をバラ
ンスよく兼備している。即ち、スリーブ表面付近におけ
る耐摩耗性が優れており、一方、スリーブ内部における
引張強度、伸びも高く強靭性（耐割損性）にも優れてい
る。

（発明の効果）本発明のスリーブは、一体スリーブでありながら晶出
黒鉛量と高硬度炭化物（WC）の物理的な濃度分布によ
り、外表面付近は耐焼付性、耐摩耗性に優れ、アーバに
接する内層部は、強靭性（耐割損性）に優れている。し
たがって、スリーブ複合化による製造コストの増大や溶
着部からの割損の心配がない。

本発明のスリーブは、例えば、幅可変水平ロールによ
る外法一定Ｈ形鋼圧延に代表されるような高負荷の圧延
にも十分対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のスリーブにおける表面からの深さと
黒鉛晶出量との関係を示すグラフ、第２図は、同じくスリーブ表面からの深さとWC量との関
係を示すグラフ、第３図は、面圧と相対すべり速度によるロールの焼付限
界を示すグラフ、である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、 C :2.3〜3.7％、 Si:0.6〜 3.5％、 Mn:0.5〜1.5％、 Ni:3.0〜10.0、 Cr:1.5〜5.0％、 Mo:0.5〜 5.0％、 W :0.5〜2.5％、残部:Feおよび不可避不純物からなり、Ｗ炭化物と晶出黒鉛とが存在しているスリー
ブであって、前記Ｗ炭化物の量が内表面から外表面に向
かうに従い増加しており、かつ前記晶出黒鉛の量が外表
面から内表面に向かうに従い増加していることを特徴と
する形鋼圧延ロール用スリーブ。
【請求項２】請求項１に記載の組成の合金を遠心力鋳造
により鋳造し、スリーブ内表面から外表面に向かうに従
いＷ炭化物を増加させると共に、外表面から内表面に向
かうに従い晶出黒鉛を増加させることを特徴とする形鋼
圧延ロール用スリーブの製造方法。