JP2579576B2 - 遠心鋳造製ロールとその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性、耐クラック
性、及び強靱性を兼備し、圧延用ロール等として用いて
好適な遠心鋳造製ロールとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、耐摩耗性が要求される熱間圧延用
ロールは、外層と内層からなる複合ロールとされ、外層
材をセメンタイト系の炭化物が晶出した高Ｃｒ鋳鉄、又
はＮｉグレン鋳鉄、内層材を靱性の良いねずみ鋳鉄、又
はダクタイル鋳鉄として、遠心力鋳造法によって製造さ
れている。

【０００３】然るに、圧延条件の苛酷化及び圧延におけ
る生産性向上の要求等から、より一層の耐摩耗性と耐ク
ラック性を備えた圧延用ロールの提供が要求されてい
る。

【０００４】このような状況から、例えば特開昭60-124
407 号、特開昭61-177355 号には、従来の遠心力鋳造ロ
ールの外層材として高Ｖ鋳鉄を用いることが提案されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、遠心力鋳
造ロールの外層材として高Ｖ鋳鉄を用いる圧延用ロール
では、比重の小さいＶ炭化物が遠心分離により偏析し、
ロール外層内の特性が肉厚方向で不均一になる。この傾
向は大型ロールで外層肉厚が大なるほど著しく、実用ロ
ールとしての使用に耐えることができないという問題点
がある。

【０００６】尚、特開昭58-87249号、特開平1-96355 号
公報には、高速度鋼なみに高合金化した鋳鋼、鋳鉄を適
用したロール材が提案されている。然しながら、特開昭
58-87249号公報には焼嵌め又は組立ロールを対象とした
ものであり、圧延中に生ずる外層と軸材間の滑りが問題
となる。また、特開平1-96355 号公報は特殊な鋳かけ肉
盛法等、遠心力鋳造法以外の特殊な製造手法しか適用で
きず、生産性、経済性の面で問題がある。

【０００７】即ち、圧延用ロールの製造に際し、ロール
外層にＶを多量に含有させることにより、耐摩耗性を著
しく向上させることは可能であるが、複合ロール製造時
に生産性、経済性が最も優れているとして一般に実施さ
れている遠心力鋳造法を採用した場合には、遠心分離に
よる炭化物の偏析を生じ所定の特性を均一に得られない
という問題点がある。

【０００８】また、ＶやＮｂ、Ｃｒ等は極めて窒化し易
いため、ロール外層にそれらを多量に含有させると外層
材の窒素含有量は多くなる。

【０００９】軸芯材にダクタイル鋳鉄を用いると、ダク
タイル鋳鉄は窒素溶解能が低いので外層材との境界近傍
に窒素ガス欠陥が発生し易いという問題点がある。

【００１０】本発明は、外層を形成する合金成分を適正
化し、炭化物組成を限定することにより、遠心力作用下
でも偏析等の生じない耐摩耗性と耐クラック性の均一な
外層材を使用するとともに、軸芯材に鋳鉄系材料で最も
強靱なダクタイル鋳鉄を使用し、外層材と軸芯材を完全
に冶金学的に結合させて一体とした遠心鋳造製ロールを
製造するに際し、軸芯材のダクタイル鋳鉄に窒化物生成
元素を含有させることにより、外層材と軸芯材との境界
近傍に発生し易い窒素ガス欠陥を防止することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、外層材と、該外層材と溶着一体化したダクタイル鋳
鉄の軸芯材とからなる遠心鋳造製ロールであって、該外
層材が、 Ｃ：１．０〜３．５％，Ｓｉ：２．０％以下，Ｍｎ：
２．０％以下， Ｃｒ：３．０〜１２．０％，Ｍｏ：２．０〜８．０％，
Ｖ：３．０〜１０．０％， Ｎｂ：０．６〜７．０％ を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなるととも
に、下記（１）式と（２）式を満足し、 Ｖ＋１．８Ｎｂ≦７．５Ｃ−６．０％ …（１） ０．２≦ Ｎｂ Ｖ ≦０．８ …（２） 該軸芯材が、 Ｃ：２．８〜３．８％，Ｓｉ：２．０〜３．０％，Ｍ
ｎ：０．３〜１．０％， Ｐ：０．１％以下，Ｓ：０．０４％以下，Ｎｉ：０．３
〜２．０％， Ｃｒ：１．５％以下，Ｍｏ：０．０３〜１．０％ 更に、 Ａｌ：０．０２〜０．４０％，Ｔｉ：０．０２〜０．５
０％，Ｚｒ：０．０２〜０．６０％ のうちから選ばれた１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物よりなり、 軸芯への外層混入比が５〜３５
％の範囲に規制されてなるようにしたものである。

【００１２】請求項２に記載の本発明は、外層材と、該
外層材と溶着一体化したダクタイル鋳鉄の軸芯材とから
なる遠心鋳造製ロールであって、該外層材が、 Ｃ：１．０〜３．５％，Ｓｉ：２．０％以下，Ｍｎ：
２．０％以下， Ｃｒ：３．０〜１２．０％，Ｍｏ：２．０〜８．０％，
Ｖ：３．０〜１０．０％， Ｎｂ：０．６〜７．０％ 更にＮｉ：８．０％以下，Ｃｏ：１０．０％以下のうち
から選ばれた１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的
不純物よりなるとともに、下記（１）式と（２）式を満
足し、 Ｖ＋１．８Ｎｂ≦７．５Ｃ−６．０％ …（１） ０．２≦ Ｎｂ Ｖ ≦０．８ …（２） 該軸芯材が、 Ｃ：２．８〜３．８％，Ｓｉ：２．０〜３．０％，Ｍ
ｎ：０．３〜１．０％， Ｐ：０．１％以下，Ｓ：０．０４％以下，Ｎｉ：０．３
〜２．０％， Ｃｒ：１．５％以下，Ｍｏ：０．０３〜１．０％ 更に、 Ａｌ：０．０２〜０．４０％，Ｔｉ：０．０２〜０．５
０％，Ｚｒ：０．０２〜０．６０％ のうちから選ばれた１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物よりなり、 軸芯への外層混入比が５〜３５
％の範囲に規制されてなるようにしたものである。

【００１３】請求項３に記載の本発明は、外層材と、該
外層材と溶着一体化したダクタイル鋳鉄の軸芯材とから
なる遠心鋳造製ロールであって、該外層材が、 Ｃ：１．０〜３．５％，Ｓｉ：２．０％以下，Ｍｎ：
２．０％以下， Ｃｒ：３．０〜１２．０％，Ｍｏ：２．０〜８．０％，
Ｖ：３．０〜１０．０％， Ｎｂ：０．６〜７．０％ 更に Ｎｉ：８．０％以下，Ｃｏ：１０．０％以下，Ｃｕ：
２．０％以下， Ｔｉ：２．０％以下，Ｚｒ：２．０％以下， Ｂ：０．１％以下のうちから選ばれた１種又は２種以上
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなるととも
に、下記（１）式と（２）式を満足し、 Ｖ＋１．８Ｎｂ≦７．５Ｃ−６．０％ …（１） ０．２≦ Ｎｂ Ｖ ≦０．８ …（２） 該軸芯材が、 Ｃ：２．８〜３．８％，Ｓｉ：２．０〜３．０％，Ｍ
ｎ：０．３〜１．０％， Ｐ：０．１％以下，Ｓ：０．０４％以下，Ｎｉ：０．３
〜２．０％， Ｃｒ：１．５％以下，Ｍｏ：０．０３〜１．０％ 更に、 Ａｌ：０．０２〜０．４０％，Ｔｉ：０．０２〜０．５
０％，Ｚｒ：０．０２〜０．６０％ のうちから選ばれた１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物よりなり、 軸芯への外層混入比が５〜３５
％の範囲に規制されてなるようにしたものである。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【作用】

(A) 外層材における合金元素の限定理由

【００１７】Ｃ：1.0 〜3.5 ％ Ｃはロール外層材の耐摩耗性を向上する硬い炭化物を形
成するための必須元素で1.0 ％以上必要であるが、3.5
％を越えると耐クラック性が著しく低下するため上限を
3.5 ％とする。

【００１８】Ｓｉ：2.0 ％以下 Ｓｉは脱酸剤及び鋳造性の確保に必要な元素で添加する
が、2.0 ％を越えると耐クラック性を低下するため上限
を2.0 ％とする。

【００１９】Ｍｎ：2.0 ％以下 Ｍｎも上記Ｓｉと同様必要であるが、2.0 ％を越えると
耐クラック性が低下するため好ましくなく上限を2.0 ％
とする。

【００２０】Ｃｒ：３．０〜１２．０％ Ｃｒは炭化物を形成し、耐摩耗性を向上するための必須
元素で３．０％以上必要であるが、１２．０％を越える
と本発明が対象とするＶ，Ｎｂを添加した場合には耐摩
耗性が劣化するため上限を１２．０％とする。

【００２１】Ｍｏ：２．０〜８．０％ ＭｏはＣｒと同様に炭化物を形成して耐摩耗性を向上す
るための必須元素で２．０％以上必要であるが、基地の
焼入性、焼もどし軟化抵抗を向上し、基地組織の強化に
有効であるが、８．０％を越えると耐クラック性が低下
するため、上限を８．０％をする。

【００２２】Ｎｉ：8.0 ％以下、Ｃｏ：10.0％以下 Ｎｉは焼入れ性を向上し、基地組織を強化するために添
加するが、8.0 ％を越えると残留γの存在等不安定な組
織を形成するため好ましくなく、上限を 8.0％とする。

【００２３】Ｃｏは高温における組織を安定化させるた
めに添加するが、10.0％を越えるとその耐熱性向上効果
が飽和するため経済性の点から上限を10.0％とする。

【００２４】Ｃｕ：２．０％以下 Ｃｕは 基地組織を強化し、高温硬さを向上するため添加
するが、Ｃｕは２．０％を越えるとロールの表面性状を
劣化するとともに耐摩耗性、耐クラック性を低下するた
め上限を２．０％とする。

【００２５】Ｔｉ： 2.0％以下、Ｚｒ：2.0 ％以下、
Ｂ：0.1 ％以下 Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂはともに粗大な共晶炭化物の形成を抑制
し、耐摩耗性、耐クラック性を向上するため添加する
が、ＴｉとＺｒは 2.0％を越えるとＶ，Ｎｂ複合炭化物
の形状を劣化し逆に耐摩耗性を低下するため上限を 2.0
％とし、Ｂは0.1％を越えると粒界に偏析して耐クラッ
ク性を低下するので上限を 0.1％とする。

【００２６】Ｖ：3.0 〜10.0％、Ｎｂ：0.6 〜7.0 ％ Ｖ、Ｎｂは本発明における最も重要な必須元素であり、
これらの複合添加と含有量制限条件が本発明の最大の特
徴である。

【００２７】Ｖは耐摩耗性の向上に最も有効な硬いＭＣ
又はＭ₄ Ｃ₃ 炭化物を形成するための必須元素で、その
効果を発揮するためには3.0 ％以上必要であるが、10.0
％を越えると耐クラック性の低下、製造上の問題を生じ
るため上限を10.0％とする。

【００２８】ＮｂもＶと同様耐摩耗性に有効な硬いＭＣ
型炭化物を形成するが、単独添加では粗大な塊状炭化物
となりその効果が得られないだけでなく耐クラック性が
問題となる。

【００２９】尚、本発明の外層材にあっては、上述のＮ
ｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｂを必ずしも含有す
ることを要しない。

【００３０】更に、本発明の外層材において、ＶとＮｂ
を複合添加した場合の母材硬さに及ぼすＣ量との関係、
及び遠心力鋳造したリング材の炭化物分布に起因する外
層、軸芯間の熱間摩耗比、熱衝撃試験におけるクラック
の最大深さとＮｂ，Ｖの含有量比Ｎｂ／Ｖとの関係を調
べた結果をそれぞれ図１〜図４及び図５〜図８に示す。

【００３１】図１〜図４から耐摩耗熱間圧延用ロールと
して必要な硬さＨs 75以上を得るためには Ｖ＋1.8 Ｎ
ｂ≦7.5 Ｃ−6.0 （％）を満足する必要があることが明
らかとなった。

【００３２】尚、図１の実験は、Ｓｉ：0.5 ％，Ｍｎ：
0.5 ％, Ｃｒ：6.8 ％，Ｍｏ：3.2％ を含有し、Ｃ，
Ｖ，Ｎｂを変化させた溶湯を鋳造した25mmＹ／ブロック
について1000℃焼ならし処理、550 ℃焼もどし処理を施
した試料を用い、図２の実験はＳｉ：0.5 ％、Ｍｎ：0.
5 ％、Ｎｉ： 2.7％，Ｃｒ：7.2 ％，Ｍｏ：3.5 ％を含
有し、Ｃ，Ｖ，Ｎｂを変化させた溶湯を鋳造した25mmＹ
−ブロックについて1000℃焼ならし処理、 550℃焼もど
し処理を施した試料を用い、図３の実験は、Ｓｉ：0.4
％，Ｍｎ：0.4 ％，Ｎｉ： 1.5％，Ｃｒ：5.7 ％，Ｍ
ｏ：2.8 ％、Ｃｏ： 3.2％を含有し、Ｃ，Ｖ，Ｎｂを変
化させた溶湯を鋳造した25mmＹ−ブロックについて1050
℃焼ならし処理、550 ℃焼もどし処理を施した試料を用
い、図４の実験は、Ｓｉ：0.3 ％，Ｍｎ：0.4 ％，Ｃ
ｒ：6.0 ％，Ｍｏ：3.2 ％，Ｃｏ： 4.1％を含有し、
Ｃ，Ｖ，Ｎｂを変化させた溶湯を鋳造した25mmＹ−ブロ
ックについて1050℃焼入れ処理、550 ℃焼もどし処理を
施した試料を用いた。

【００３３】また、図５〜図８から遠心力鋳造法で製造
した場合にも均一な外層材を得ることができ、且つ耐ク
ラック性を損なわないためには 0.2 ≦ Ｎｂ／Ｖ ≦ 0.8 を満足する必要があることが明らかとなった。

【００３４】尚、図５〜図８において、「摩耗比（軸芯
／外層）」は、リング材の軸芯側から採取した試験片の
摩耗量（Ｉｗ）と外層側から採取した試験片の摩耗量
（Ｏｗ）との比（Ｉｗ／Ｏｗ）であり、「熱衝撃クラッ
ク最大深さ」は、熱衝撃試験で発生したクラックの最大
深さである。

【００３５】また、図５の実験は、Ｃ：2.5 ％，Ｓｉ：
0.5 ％，Ｍｎ：0.5 ％，Ｃｒ：6.5％，Ｍｏ：3.5 ％，
Ｖ： 5.4％，Ｎｂ：0 〜8.0 ％を含有する溶湯を遠心力
鋳造（140 Ｇ）して得た肉厚100mm のリングサンプルに
ついて1000℃焼ならし処理、550 ℃焼もどし処理を施し
た試料を用い、図６の実験は、Ｃ：2.7 ％，Ｓｉ：0.6
％，Ｍｎ：0.5 ％，Ｎｉ：3.2 ％，Ｃｒ：7.4 ％，Ｍ
ｏ：3.7 ％，Ｖ： 5.8％，Ｎｂ：0 〜7.5 ％を含有する
溶湯を遠心力鋳造（140 Ｇ）して得た肉厚100mmのリン
グサンプルについて1000℃焼ならし処理、550 ℃焼もど
し処理を施した試料を用い、図７の実験は、Ｃ：2.3
％，Ｓｉ：0.4 ％，Ｍｎ：0.5 ％，Ｎｉ：0.5 ％，Ｃ
ｒ：5.5 ％，Ｍｏ：3.2 ％，Ｖ： 5.4％，Ｃｏ： 5.2
％，Ｎｂ：0 〜7.2 ％を含有する溶湯を遠心力鋳造（14
0 Ｇ）して得た肉厚100mm のリングサンプルについて10
50℃焼ならし処理、550 ℃焼もどし処理を施した試料を
用い、図８の実験は、Ｃ：2.2 ％，Ｓｉ：0.3 ％，Ｍ
ｎ：0.4 ％，Ｃｒ：6.0 ％，Ｍｏ：3.2 ％，Ｖ： 5.1
％，Ｃｏ： 4.1％，Ｎｂ：0 〜6.0 ％を含有する溶湯を
遠心力鋳造（140 Ｇ）して得た肉厚100mm のリングサン
プルについて1050℃焼入れ処理、550 ℃焼もどし処理を
施した試料を用いた。

【００３６】そして、摩耗試験は、φ190 ×15の相手材
とφ50×10の試験材の２円盤のすべり摩耗方式で相手材
を800 ℃に加熱し、荷重100kgfで圧接した状態で試験材
を800rpmで回転させ、すべり率3.9 ％として120 分後の
摩耗減量を測定して行なった。

【００３７】また、熱衝撃試験は、1200rpm で回転して
いるローラーに55×40×15の板状試験片を圧接する方式
で、荷重150kgf、接触時間15ｓの条件で行ない、試験片
に発生したクラック長さを測定した。

【００３８】更に、本発明の外層材に施す熱処理条件と
しては、1000〜1150℃でオーステナイト化した後、冷却
後の組織がベイナイトになるように制御冷却する。従っ
て、対象とするロール材の組成、形状、サイズにより冷
却条件は異なるものとなる。上述の図１〜図４、図５〜
図８の実験では、被熱処理材のサイズが小さいので、焼
きならし（オーステナイト化後空冷）、焼入れ（オース
テナイト化後急冷）の両処理とも可能となっている。
尚、焼もどしは 500〜 600℃の範囲で最適条件を選んで
実施する。

【００３９】(B) 軸芯材における合金元素の限定理由 複合ロールにおいては、外層と軸芯材を冶金的に結合さ
せるために、外層内面側と軸芯材を混合させることが不
可欠である。然しながら、軸芯材の機能である優れた強
靱性を損なうまで過度に外層を混入させてはならない。
このため、鋳造条件を選定し、軸芯材への外層の混入比
（軸芯材中に混入した外層材重量が全軸芯材溶湯重量に
対してなす重量％）を適切な範囲に保つことが極めて重
要である。本発明では、この範囲を5 〜35％に規制する
のが最適であることを見出した。即ち、 5％以下では、
遠心力分離によって外層最内面に形成されたＣ、Ｓｉの
濃厚偏析層が完全に洗われずに残留するため、境界層の
健全性を確保できない。また、35％を越えると、外層成
分のうち、軸芯材の特性を特に劣化させるＣｒ、Ｃが多
量に混入し、凝固後の軸芯材組成が高Ｃ−Ｃｒ系とな
り、軸芯材の黒鉛形状不良及び著しい白銑化を招き、そ
の機能が減退する。

【００４０】従って、外層混入比を、前記5 〜35％の範
囲で規制し、これによる成分上昇を考慮して凝固後の軸
芯材組成が、下記範囲を満足するように溶湯の化学組成
を選択する必要がある。

【００４１】また、外層材に含有している窒素が軸芯材
に混入し、これによる軸芯材の窒素含有量が増量化して
も、軸芯材の窒素溶解能を越えないように、窒化物生成
元素を含有させた軸芯部溶湯の化学組成を選択する必要
がある。

【００４２】Ｃ：2.8 〜3.8 ％ Ｃは2.8 ％未満では黒鉛の量が少なくなり、ダクタイル
鋳鉄としての材質特性を充分に発揮できない。一方、3.
8 ％を越えて含有させると脆弱となるため、2.8 〜3.8
％の範囲に規定する。

【００４３】Ｓｉ：2.0 〜3.0 ％ Ｓｉは2.0 ％未満では黒鉛の量が少なくなりセメンタイ
トが多く析出するために、硬くて脆くなる。一方、3.0
％を越えると、黒鉛量が多くなり過ぎて強度の劣化をき
たすので、2.0 〜3.0 ％の範囲に規定する。

【００４４】Ｍｎ：0.3 〜1.0 ％ ＭｎはＳの害を抑えるのに有効であるが、0.3 ％未満で
はその効果が充分ではなく、また、1.0 ％を越えると、
材質を劣化させるので、0.3 ％〜1.0 ％の範囲に規定す
る。

【００４５】Ｐ：0.1 ％以下 Ｐは溶湯の流動性を増加させるが、材質を脆弱にするた
め、0.1 ％以下とする。

【００４６】Ｓ：0.04％以下 Ｓは黒鉛の球状化を阻害するため低く抑える必要があ
り、0.04％以下とする。

【００４７】Ｎｉ：0.3 〜2.0 ％ Ｎｉは黒鉛化を促進させるが、0.3 ％未満ではその効果
が不充分であり、2.0％を越えて含有されても顕著な効
果がない。よって、0.3 〜2.0 ％の範囲に規定する。

【００４８】Ｃｒ：1.5 ％以下 Ｃｒは外層のＣｒが軸芯材に再溶解拡散し、その含有量
が 1.5％を越えると材質強度が劣化するので、鋳込前の
軸芯材の溶湯でのＣｒ含有量は、1.0 ％未満とし、外層
から再溶解拡散されて入ってくるＣｒ％との合計で結果
的に 1.5％以下とする。

【００４９】Ｍｏ：０．０３〜１．０％ Ｍｏは基地硬度を高める効果を有するが、０．０３％未
満ではその効果が不十分であり、１．０％を越えると脆
くなり、また不経済でもあるので、０．０３〜１．０％
とする。

【００５０】Ａｌ：0.02〜0.40％ Ａｌは、Ｎと化合し、外層と軸芯材との境界近傍に発生
し易い窒素ガス欠陥を防止するが、0.02％未満ではその
効果は不充分であり、0.40％を越えて含有させるとセメ
ンタイト量が多くなり、材質強度が劣化する。よって、
0.02〜0.40％の範囲に規定する。

【００５１】Ｔｉ：0.02％〜0.50％ ＴｉもＮと化合し、外層と軸芯材との境界近傍に発生し
易い窒素ガス欠陥を防止するが、0.02％未満ではその効
果は不充分であり、0.50％を越えて含有させるとセメン
タイト量が多くなり、材質強度が劣化する。よって、0.
02〜0.50％の範囲に規定する。

【００５２】Ｚｒ：0.02〜0.60％ ＺｒもＮと化合し、外層と軸芯材との境界近傍に発生し
易い窒素ガス欠陥を防止するが、0.02％未満ではその効
果は不充分であり、0.60％を越えて含有させるとセメン
タイト量が多くなり、材質強度が劣化する。よって、0.
02〜0.60％の範囲に規定する。

【００５３】凝固後の内層組成が前記範囲を満足するこ
とにより、軸芯材として用いるダクタイル鋳鉄の機能が
得られるが、本発明の場合、外層から混入するＶ及びＮ
ｂの含有により、複合ロール軸芯としての一般のダクタ
イル鋳鉄に比べ、機械的性質が更に向上するという利点
がある。

【００５４】これは、凝固後の軸芯組成を前記範囲に保
つことにより、炭化物の生成が抑制させることに加え、
結晶粒微細化作用を有し、かつ焼入性向上元素であるＶ
及びＮｂが適量含有するため、高温熱処理によって炭化
物の極めて少ない微細なベイナイト基地組織が得られる
ためである。本発明ロールの場合、この効果により、従
来より更に高負荷圧延にも使用可能となる。

【００５５】

【実施例】本発明に係る遠心鋳造製ロールは、前記詳述
した構成を有しているものであり、このロールの製造方
法について図９に示す例によって説明する。先ず、遠心
力鋳造機の上で回転し、内面に耐火材を被覆した金属製
鋳型の中に、外層１を形成すべき溶湯を鋳込んだ後、外
層１が完全に凝固後鋳型を垂直に立てて、上部から軸芯
材２を鋳込み、この外層１、軸芯材２を完全に冶金学的
に結合させて一体のロールとする。尚、外層１が完全に
凝固し終らなくても、内面の一部が未凝固の状態でそれ
らを水平又は傾斜した適当な方法により軸芯材２を鋳込
んでもよい。

【００５６】（実験例１）（表１〜表３参照） 製品胴径φ820mm 、胴長2000mm、全長4800mmのロールを
製造した。

【００５７】(1) 外層として肉厚100mm の溶湯を遠心力
鋳造機上で回転する金型に1500℃の鋳込温度で鋳込ん
だ。

【００５８】(2) 外層を鋳込み始めてから30分後に外層
は完全に凝固する。 (3) その後、鋳型を真直に立て上部から軸芯材としての
ダクタイル鋳鉄を1410℃で鋳込み、鋳型を完全に満た
し、押湯し、保温材でカバーする。

【００５９】(4) 完全に冷却後ロールを鋳型から取出
し、熱処理及び機械加工を行なって、最終製品のロール
とした。

【００６０】ロール胴部の超音波探傷と切断調査の結
果、外層の厚さは軸芯材の鋳込みにより88mmとなってお
り、外層、軸芯材は互いに完全に結合しており組織的な
連続性が認められた。

【００６１】勿論、外層と軸芯材との境界部での鋳造欠
陥は認められなかった。外層、軸芯材の溶湯段階での化
学組成は表１の通りである。

【００６２】

【表１】

【００６３】尚、上記表１の組成で鋳込まれたロールの
外層及び軸芯部の凝固後の化学組成は表２の如くであ
る。

【００６４】

【表２】

【００６５】また、本発明ロールの軸芯の機械的性質を
同一サイズの従来ロールのそれと比較して示せば表３の
如くである。

【００６６】

【表３】

【００６７】表１、表２の組成からなる本発明ロールに
あっては、外層を形成する合金成分を適正化し、炭化物
組成を限定することにより、遠心力作用下でも偏析等の
生じない耐摩耗性と耐クラック性の均一な外層材を使用
するとともに、軸芯材に鋳鉄系材料で最も強靱なダクタ
イル鋳鉄を使用し、外層材と軸芯材を完全に冶金学的に
結合させて一体とした遠心鋳造製ロールを製造するに際
し、軸芯材のダクタイル鋳鉄に窒化物生成元素を含有さ
せることにより、外層材と軸芯材の境界近傍に発生し易
い窒素ガス欠陥を防止することができる。

【００６８】（実験例２）（表４〜表６参照） 製品胴径φ680mm 、胴長1500mm、全長3400mmのロールを
製造した。

【００６９】(1) 外層として肉厚80mmの溶湯を遠心力鋳
造機上で回転する金型に1500℃の鋳込温度で鋳込んだ。

【００７０】(2) 外層を鋳込み始めてから27分後に外層
は完全に凝固する。 (3) その後、鋳型を垂直に立て上部から軸芯材としての
ダクタイル鋳鉄を1410℃で鋳込み、鋳型を完全に満た
し、押湯し、保温材でカバーする。

【００７１】(4) 完全に冷却後ロールを鋳型から取出
し、熱処理及び機械加工を行なって、最終製品のロール
とした。

【００７２】ロール胴部の超音波探傷と切断調査の結
果、外層の厚さは軸芯材の鋳込みにより69mmとなってお
り、外層、軸芯材は互いに完全に結合しており組織的な
連続性が認められた。

【００７３】勿論、外層と軸芯部との境界部での鋳造欠
陥は認められなかった。外層、軸芯材の溶湯段階での化
学組成は表４の通りである。

【００７４】

【表４】

【００７５】尚、上記表４の組成で鋳込まれたロールの
外層、及び軸芯部の凝固後の化学組成は表５の如くであ
る。

【００７６】

【表５】

【００７７】また、本発明ロールの軸芯の機械的性質を
同一サイズの従来ロールのそれと比較して示せば、表６
の如くである。

【００７８】

【表６】

【００７９】表４、表５の組成からなる本発明ロールに
あっては、外層を形成する合金成分を適正化し、炭化物
組成を限定することにより、遠心力作用下でも偏析等の
生じない耐摩耗性と耐クラック性の均一な外層材を使用
するとともに、軸芯材に鋳鉄系材料で最も強靱なダクタ
イル鋳鉄を使用し、外層材と軸芯材を完全に冶金学的に
結合させて一体とした遠心鋳造製ロールを製造するに際
し、軸芯材のダクタイル鋳鉄に窒化物生成元素を含有さ
せることにより、外層材と軸芯材の境界近傍に発生し易
い窒素ガス欠陥を防止することができる。

【００８０】（実験例３）（表７〜表９参照） 製品胴径φ820mm 、胴長2000mm、全長4800mmのロールを
製造した。

【００８１】(1) 外層として肉厚100mm の溶湯を遠心力
鋳造機上で回転する金型に1500℃の鋳込温度で鋳込ん
だ。

【００８２】(2) 外層を鋳込み始めてから30分後に外層
は完全に凝固する。 (3) その後、鋳型を真直に立て上部から軸芯材としての
ダクタイル鋳鉄を1410℃で鋳込み、鋳型を完全に満た
し、押湯し、保温材でカバーする。

【００８３】(4) 完全に冷却後ロールを鋳型から取出
し、熱処理及び機械加工を行なって、最終製品のロール
とした。

【００８４】ロール胴部の超音波探傷と切断調査の結
果、外層の厚さは軸芯材の鋳込みにより89mmとなってお
り、外層、軸芯材は互いに完全に結合しており組織的な
連続性が認められた。

【００８５】勿論、外層と軸芯部との境界部での鋳造欠
陥は認められなかった。外層、軸芯材の溶湯段階での化
学組成は表７の通りである。

【００８６】

【表７】

【００８７】尚、上記表７の組成で鋳込まれたロールの
外層及び軸芯部の凝固後の化学組成は表８の如くであ
る。

【００８８】

【表８】

【００８９】また、本発明ロールの軸芯の機械的性質を
同一サイズの従来ロールのそれと比較して示せば表９の
如くである。

【００９０】

【表９】

【００９１】表７、表８の組成からなる本発明ロールに
あっては、外層を形成する合金成分を適正化し、炭化物
組成を限定することにより、遠心力作用下でも偏析等の
生じない耐摩耗性と耐クラック性の均一な外層材を使用
するとともに、軸芯材に鋳鉄系材料で最も強靱なダクタ
イル鋳鉄を使用し、外層材と軸芯材を完全に冶金学的に
結合させて一体とした遠心鋳造製ロールを製造するに際
し、軸芯材のダクタイル鋳鉄に窒化物生成元素を含有さ
せることにより、外層材と軸芯材の境界近傍に発生し易
い窒素ガス欠陥を防止することができる。

【００９２】（実験例４）（表１０〜表１２参照） 製品胴径φ820mm 、胴長2000mm、全長4800mmのロールを
製造した。

【００９３】(1) 外層として肉厚100mm の溶湯を遠心力
鋳造機上で回転する金型に1510℃の鋳込温度で鋳込ん
だ。

【００９４】(2) 外層を鋳込み始めてから30分後に外層
は完全に凝固する。 (3) その後、鋳型を真直に立て上部から軸芯材としての
ダクタイル鋳鉄を1410℃で鋳込み、鋳型を完全に満た
し、押湯し、保温材でカバーする。

【００９５】(4) 完全に冷却後ロールを鋳型から取出
し、熱処理及び機械加工を行なって、最終製品のロール
とした。

【００９６】ロール胴部の超音波探傷と切断調査の結
果、外層の厚さは軸芯材の鋳込みにより89mmとなってお
り、外層、軸芯材は互いに完全に結合しており組織的な
連続性が認められた。

【００９７】勿論、外層と軸芯部との境界部での鋳造欠
陥は認められなかった。外層、軸芯材の溶湯段階での化
学組成は表１０の通りである。

【００９８】

【表１０】

【００９９】尚、上記表１０の組成で鋳込まれたロール
の外層及び軸芯部の凝固後の化学組成は表１１の如くで
ある。

【０１００】

【表１１】

【０１０１】また、本発明ロールの軸芯の機械的性質を
同一サイズの従来ロールのそれと比較して示せば表１２
の如くである。

【０１０２】

【表１２】

【０１０３】表１０、表１１の組成からなる本発明ロー
ルにあっては、外層を形成する合金成分を適正化し、炭
化物組成を限定することにより、遠心力作用下でも偏析
等の生じない耐摩耗性と耐クラック性の均一な外層材を
使用するとともに、軸芯材に鋳鉄系材料で最も強靱なダ
クタイル鋳鉄を使用し、外層材と軸芯材を完全に冶金学
的に結合させて一体とした遠心鋳造製ロールを製造する
に際し、軸芯材のダクタイル鋳鉄に窒化物生成元素を含
有させることにより、外層材と軸芯材の境界近傍に発生
し易い窒素ガス欠陥を防止することができる。

【０１０４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、外層を形
成する合金成分を適正化し、炭化物組成を限定すること
により、遠心力作用下でも偏析等の生じない耐摩耗性と
耐クラック性の均一な外層材を使用するとともに、軸芯
材に鋳鉄系材料で最も強靱なダクタイル鋳鉄を使用し、
外層材と軸芯材を完全に冶金学的に結合させて一体とし
た遠心鋳造製ロールを製造するに際し、軸芯材のダクタ
イル鋳鉄に窒化物生成元素を含有させることにより、外
層材と軸芯材の境界近傍に発生し易い窒素ガス欠陥を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はＶとＮｂの複合添加量とＣ量とが母材硬
さに及ぼす影響を示す線図である。

【図２】図２はＶとＮｂの複合添加量とＣ量とが母材硬
さに及ぼす影響を示す線図である。

【図３】図３はＶとＮｂの複合添加量とＣ量とが母材硬
さに及ぼす影響を示す線図である。

【図４】図４はＶとＮｂの複合添加量とＣ量とが母材硬
さに及ぼす影響を示す線図である。

【図５】図５は遠心力鋳造したリング材の炭化物分布に
起因する外層と軸芯間の熱間摩耗比と、熱衝撃試験にお
けるクラック最大深さに及ぼすＮｂとＶの含有量比Ｎｂ
／Ｖの影響を示す線図である。

【図６】図６は遠心力鋳造したリング材の炭化物分布に
起因する外層と軸芯間の熱間摩耗比と、熱衝撃試験にお
けるクラック最大深さに及ぼすＮｂとＶの含有量比Ｎｂ
／Ｖの影響を示す線図である。

【図７】図７は遠心力鋳造したリング材の炭化物分布に
起因する外層と軸芯間の熱間摩耗比と、熱衝撃試験にお
けるクラック最大深さに及ぼすＮｂとＶの含有量比Ｎｂ
／Ｖの影響を示す線図である。

【図８】図８は遠心力鋳造したリング材の炭化物分布に
起因する外層と軸芯間の熱間摩耗比と、熱衝撃試験にお
けるクラック最大深さに及ぼすＮｂとＶの含有量比Ｎｂ
／Ｖの影響を示す線図である。

【図９】図９は本発明ロールを示す模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片岡 義弘 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎 製鉄株式会社 技術研究本部内

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外層材と、該外層材と溶着一体化したダ
   クタイル鋳鉄の軸芯材とからなる遠心鋳造製ロールであ
   って、 該外層材が、 Ｃ：１．０〜３．５％，Ｓｉ：２．０％以下，Ｍｎ：
   ２．０％以下， Ｃｒ：３．０〜１２．０％，Ｍｏ：２．０〜８．０％，
   Ｖ：３．０〜１０．０％， Ｎｂ：０．６〜７．０％ を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなるととも
   に、下記（１）式と（２）式を満足し、 Ｖ＋１．８Ｎｂ≦７．５Ｃ−６．０％ …（１） ０．２≦ Ｎｂ Ｖ ≦０．８ …（２） 該軸芯材が、 Ｃ：２．８〜３．８％，Ｓｉ：２．０〜３．０％，Ｍ
   ｎ：０．３〜１．０％， Ｐ：０．１％以下，Ｓ：０．０４％以下，Ｎｉ：０．３
   〜２．０％， Ｃｒ：１．５％以下，Ｍｏ：０．０３〜１．０％ 更に、 Ａｌ：０．０２〜０．４０％，Ｔｉ：０．０２〜０．５
   ０％，Ｚｒ：０．０２〜０．６０％ のうちから選ばれた１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不
   可避的不純物よりなり、 軸芯への外層混入比が５〜３５
   ％の範囲に規制されてなることを特徴とする遠心鋳造製
   ロール。
2. 【請求項２】 外層材と、該外層材と溶着一体化したダ
   クタイル鋳鉄の軸芯材とからなる遠心鋳造製ロールであ
   って、 該外層材が、 Ｃ：１．０〜３．５％，Ｓｉ：２．０％以下，Ｍｎ：
   ２．０％以下， Ｃｒ：３．０〜１２．０％，Ｍｏ：２．０〜８．０％，
   Ｖ：３．０〜１０．０％， Ｎｂ：０．６〜７．０％ 更に Ｎｉ：８．０％以下，Ｃｏ：１０．０％以下のうちから
   選ばれた１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純
   物よりなるとともに、下記（１）式と（２）式を満足
   し、 Ｖ＋１．８Ｎｂ≦７．５Ｃ−６．０％ …（１） ０．２≦ Ｎｂ Ｖ ≦０．８ …（２） 該軸芯材が、 Ｃ：２．８〜３．８％，Ｓｉ：２．０〜３．０％，Ｍ
   ｎ：０．３〜１．０％， Ｐ：０．１％以下，Ｓ：０．０４％以下，Ｎｉ：０．３
   〜２．０％， Ｃｒ：１．５％以下，Ｍｏ：０．０３〜１．０％ 更に、 Ａｌ：０．０２〜０．４０％，Ｔｉ：０．０２〜０．５
   ０％，Ｚｒ：０．０２〜０．６０％ のうちから選ばれた１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不
   可避的不純物よりなり、 軸芯への外層混入比が５〜３５
   ％の範囲に規制されてなることを特徴とする遠心鋳造製
   ロール。
3. 【請求項３】 外層材と、該外層材と溶着一体化したダ
   クタイル鋳鉄の軸芯材とからなる遠心鋳造製ロールであ
   って、 該外層材が、 Ｃ：１．０〜３．５％，Ｓｉ：２．０％以下，Ｍｎ：
   ２．０％以下， Ｃｒ：３．０〜１２．０％，Ｍｏ：２．０〜８．０％，
   Ｖ：３．０〜１０．０％， Ｎｂ：０．６〜７．０％ 更に Ｎｉ：８．０％以下，Ｃｏ：１０．０％以下，Ｃｕ：
   ２．０％以下， Ｔｉ：２．０％以下，Ｚｒ：２．０％以下， Ｂ：０．１％以下のうちから選ばれた１種又は２種以上
   を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなるととも
   に、下記（１）式と（２）式を満足し、 Ｖ＋１．８Ｎｂ≦７．５Ｃ−６．０％ …（１） ０．２≦ Ｎｂ Ｖ ≦０．８ …（２） 該軸芯材が、 Ｃ：２．８〜３．８％，Ｓｉ：２．０〜３．０％，Ｍ
   ｎ：０．３〜１．０％， Ｐ：０．１％以下，Ｓ：０．０４％以下，Ｎｉ：０．３
   〜２．０％， Ｃｒ：１．５％以下，Ｍｏ：０．０３〜１．０％ 更に、 Ａｌ：０．０２〜０．４０％，Ｔｉ：０．０２〜０．５
   ０％，Ｚｒ：０．０２〜０．６０％ のうちから選ばれた１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不
   可避的不純物よりなり、 軸芯への外層混入比が５〜３５
   ％の範囲に規制されてなることを特徴とする遠心鋳造製
   ロール。