JP2672598B2

JP2672598B2 - 耐摩耗性および耐肌荒性に優れた黒鉛晶出高クロム鋳鉄ロール材および圧延用複合ロール

Info

Publication number: JP2672598B2
Application number: JP24887088A
Authority: JP
Inventors: 長森川; 信朗前家; 義弘中川; 隆橋本; 博彰片山
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1997-11-05
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JPH01195260A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、主としてロール材として使用される耐焼付
性、耐摩耗性および耐肌荒性に優れた黒鉛晶出高クロム
鋳鉄材および該高クロム鋳鉄材を圧延使用層たる外層に
有する圧延用複合ロールに関する。

（従来の技術と問題点）高クロム鋳鉄ロール材は、冶金学的には基地組織中に
高硬度のM₇C₃型クロム炭化物を含んでおり、耐摩耗性に
優れるのが特徴である。かかる高クロムロール材によっ
て圧延使用層たる外層が形成された複合ロールは、ホッ
トストリップミル用ワークロール等として普及してい
る。

しかし、高クロム鋳鉄ロール材は、熱伝導率が低く焼
付が生じ易いという問題があった。

そこで、本出願人は、特公昭61−16415号および特公
昭61−16336号において開示した通り、高クロム組織中
に黒鉛を晶出させ、耐焼付性を著しく改善した黒鉛晶出
高クロム鋳鉄材を開発した。この黒鉛晶出高クロム鋳鉄
材を圧延使用層として有する圧延用ロールによって、従
来、焼付が生じ易いとされているステンレス鋼等の特殊
鋼を圧延したところ、焼付の発生も生じず、良好な結果
が得られた。

しかしながら、上記黒鉛晶出高クロム鋳鉄材は、晶出
黒鉛の粒径が80μｍ以上と比較的大きいため、使用用途
によってはロール表面に肌荒れが生じ易く、耐摩耗性お
よび耐肌荒性に劣るという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、耐焼
付性は勿論のこと、耐摩耗性および耐肌荒性にも優れた
黒鉛晶出高クロム鋳鉄ロール材および該ロール材を圧延
使用層として有する圧延用複合ロールを提供することを
目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するためになされた本発明の黒鉛晶出
高クロム鋳鉄ロール材は、化学組成が重量％で、 C:2.0〜3.6％ Ni:2.0〜4.3％ Si:1.5〜2.8％ Cr:5.0〜10％ Mn:0.5〜1.5％ Mo:0.2〜2.0％残部実質的にFeからなり、鋳造のままで組織中に微細黒
鉛が晶出していることを発明の構成とするものであり、
また本発明の圧延用複合ロールは前記特定組成、組織の
黒鉛晶出高クロム鋳鉄ロール材を複合ロールの圧延使用
層たる外層に適用したことを発明の構成とするものであ
る。

（実施例）以下、本発明の黒鉛晶出高クロム鋳鉄ロール材の成分
限定理由について述べると共に、圧延用複合ロールの圧
延使用層への適用について言及する。成分単位はすべて
重量％である。

C:2.0〜3.6％ＣはCrと結合してクロムカーバイドを形成する他、後
述するSi,Niの黒鉛化生成元素により微細な黒鉛を晶出
するものである。しかして、C2.0％未満ではクロムカー
バイドが減少すると共に黒鉛の晶出もなくなり、目的と
する高クロム鋳鉄が得られなくなるためである。一方、
C3.6％を越えるとCr含有量との関係にもよるが、本発明
の場合では、Cr10％以下に抑えられるため、過飽和の炭
素が高いSi,Ni含有量のため黒鉛化し、黒鉛晶出量が過
剰となって耐摩耗性の点で劣化するためである。

Si:1.5〜2.8％ Siは高クロム材質に黒鉛を晶出させるために必要で、
1.5％未満ではこの効果がなく、2.8％を越えると黒鉛晶
出が過多となり耐摩耗性の点で劣化するためである。な
おSiについては鋳込前のSi量を上記成分範囲よりも低目
にしておいて、鋳込時に接種を行い、最終製品の成分で
上記範囲内に調整する方が黒鉛の晶出に有効である。

Mn:0.5〜1.5％ Mnは溶湯の脱酸のためにSiと共に積極的に添加され
る。Mn0.5％未満ではこの効果が不足し、1.5％を越える
と機械的性質特に靭性の点で劣化が著しくなるためであ
る。

Ni:2.0〜4.3％ Niは基地組織の改良と黒鉛晶出の目的で積極的に含有
される。しかしてNi2.0未満では黒鉛の晶出がみられ
ず、一方4.3％を越えるとSiの場合と同様黒鉛過多とな
り、同時に残留オーステナイトが増加して後の熱処理に
よってもオーステナイトが安定で使用時に耐肌荒性の面
で問題となるためである。

Cr:5.0〜10％ CrはＣと結合してCr炭化物を形成するが、5.0％未満
では炭化物が少なく耐摩耗性の点で劣り、一方10％を越
えると上記Ni,Siの成分範囲によっても黒鉛の晶出が得
られないためである。

Mo:0.2〜2.0％ Moは焼入焼戻し抵抗を高めると共に炭化物中に入り、
炭化物硬度を高めると同時に焼戻し軟化抵抗を向上させ
るのに有効であるが、その含有量が0.2％未満ではこの
ような効果が少なく、一方2.0％を越えると白銑化傾向
が強くなって黒鉛の晶出量が少なくなるためである。

本発明の黒鉛晶出高クロム鋳鉄ロール材は以上の成分
のほか残部実質的にFeで形成されるが、ＰおよびＳ（特
にＳ）は材質を脆くするので少ない程望ましく、P:0.1
％以下、S:0.08％以下に止めておくのがよい。また、材
質特性を向上させるためにFeの一部に代えて、Nb,Vを必
要に応じて含有させることができる。すなわち、Nb,Vは
共に鋳造組織の微細化に効果があり、各々単独又は複合
で1.0％以下含有することができる。1.0％を越えると、
炭素と結びついてVC,NbC,Nb₂C等の炭化物を形成し、黒
鉛の晶出を妨げると共にコスト高となるためである。

本発明の黒鉛晶出高クロム鋳鉄ロール材は、以上の通
り、特定の合金成分，範囲で組成されているので、通常
の金型鋳造を行うだけで、鋳造組織の全域にわたって、
鋳造のままで粒子の大きさがほぼ50μｍ以下の黒鉛を面
積率0.5〜7.0％程度で晶出させることができ、Ni含有量
を抑えたことと相まって、耐焼付性のみならず、耐摩耗
性および耐肌荒性の向上に大きく寄与することができ
る。なお、50μｍを越える黒鉛粒は、肌荒れの起点とな
り易く、その量が多いほどロール材質として好ましくな
い。

以上説明した黒鉛晶出高クロム鋳鉄ロール材は、主と
して圧延用複合ロールの圧延使用層である外層の鋳造材
として使用されるが、その内層（軸芯）材としては、高
級鋳造やダクタイル鋳鉄等の強靭性のある鋳鉄材又は黒
鉛鋳鋼等の鋳鋼材が適宜使用される。

尚、ここでいう複合ロールとは、内層が中実状のもの
に限らず、円筒状のものをも含む。後者の複合ロール
（複合スリーブと指称する場合もある。）は、別途準備
されたロール軸に嵌着固定されて組立ロールとして使用
される。また、本発明ロール材は、中空複合ローラの外
層としても使用可能である。

前記中実状複合ロールの製造方法としては、金型遠心
力鋳造法により外層を鋳造した後、外層を内有した遠心
力鋳造用金型を起立させて静置鋳型を構成し、その内部
に内層材溶湯を注湯し、外層と内層とを溶着一体化する
方法があり、簡便であるので一般的に適用されている。

本発明のロール材は、Cr含有量が10％以下と少ないも
ので、該ロール材を複合ロール外層に適用したものは、
外層から内層へのCrの混入、拡散を軽減することがで
き、内層の靭性を向上することができる。

以上のようにして鋳造された複合ロールは、通常、残
留応力の低減および残留オーステナイトの熱的安定相へ
の変態のための熱処理に供される。

前記の熱処理としては、化学組成、必要硬度、圧延条
件等により種々の方法が考えられるが、大別すると、A₁
点以下の比較的高温の焼戻しを数回繰返し、残留オース
テナイトを分解して熱的に安定なパーライトにする方法
と、A₁点以上の高温で、再びオーステナイト領域まで加
熱し、過飽和にとけこんだC,Crを二次カーバイドとして
析出させた後、冷却速度をコントロールした焼入・焼戻
し熱処理により、基地を二次カーバイドとパーライト、
あるいは焼戻しマルテンサイトとパーライトの混合相と
する方法である。このような熱処理方法の組合せにより
基地組織を、パーライトからマルテンサイトまで選択す
ることができる。

本発明のロール材の好適な適用対象としては、ホット
ストリップミル（仕上前段、仕上後段、粗スタンド）ワ
ークロール、ホットランテーブルローラ、トップピンチ
ロール、ボトムピンチロール、各種各鋼圧延用ワークロ
ール、製管ロールを例示することができる。

ところで、黒鉛が晶出した高クロム鋳鉄材として、前
記特許公報の他にBS（英国標準）4844:Part2（1972年）
がある。これらと、本発明のロール材との相違について
言及しておく。

本発明ロール材の特徴は、クロムカーバイドを多量に
含みかつほぼ50μｍ以下の微細な黒鉛が鋳造のままで組
織全域に晶出している点にある。

これに対し、BSでは緩冷部や肉厚部では黒鉛が晶出す
る事もあると開示されているが、Cr％が高すぎるため、
金型によって急冷されたような状態では黒鉛の晶出はな
く、本発明の如く組織全域に黒鉛を微細に晶出させるこ
とはできない。

次に、胴径760mmφ、胴長2000mm、全長4800mmの複合
ロール製造実施例を掲げて説明する。

（１）外層として、下記第１表に示す化学組成の高ク
ロム鋳鉄溶湯を用い、これを遠心力鋳造機上で回転する
鋳型に1350℃の鋳込温度で肉厚85mm（鋳込重量3^T500k
g）鋳込んだ。

（２）鋳込み開始後25分後に外層は完全に凝固した。

（３）その後鋳型を垂直に立てて上部から軸芯材とし
てダクタイル鋳鉄を1380℃で鋳込み、鋳型内を完全に満
たした後、上端を押湯保温材でカバーした。

（４）しかして完全に冷却後、ロールを鋳型から取出
し、下記の熱処理及び機械加工を行って最終製品ロール
を得た。

・熱処理 1000℃×5Hr加熱後大気放冷し、その後引き続いて540
℃×10Hr加熱した後炉冷した。

（５）このようにして製造されたロールの胴部につい
て超音波深傷を行った結果、外層と軸芯材とは完全に結
合しているのが確認された。また、外層高クロム材質に
は、それぞれ第１図〜第３図に示すような黒鉛が晶出し
ている組織が認められた。第１図は実施例１、第２図は
比較例１、第３図は比較例２に対応する。写真倍率は各
々50倍である。又、黒鉛粒子の大きさを測定した結果を
第２表に示す。

（６）以上の複合ロールをホットストリップミル仕上
ロールとして、実際、F4スタンドで使用したところ、い
ずれのロールについても焼付は発生しなかった。また、
耐肌荒性は、実施例１および２は良好な肌を得たが、比
較例１および２は黒鉛の粒子が大きくなるにつれ、ヒー
トクラックと関係し、ピット状の凹部が発生し、芳しく
ない肌となった。そして、耐摩耗性では、外層1mm当り
の圧延Ton数について、実施例１を基準とすると、実施
例２は1.0倍、比較例１は0.9倍、比較例２は0.7倍であ
り、実施例が耐摩耗性の点で、優れている事が確認され
た。

（発明の効果）以上説明した通り、本発明の黒鉛晶出高クロム鋳鉄ロ
ール材は、Si:1.5〜2.8％、Ni:2.0〜4.3％、Cr:5.0〜10
％を有する特定組成の高クロム鋳鉄材質で形成したか
ら、鋳造のままで組織中全域にわたってほぼ50μｍ以下
の微細な黒鉛を晶出させることができ、黒鉛の存在に起
因して耐焼付性および耐クラック性を確保することがで
きるほか、良好な耐摩耗性、耐肌荒性をも兼備させるこ
とができた。

また、圧延用複合ロールの圧延使用層たる外層に上記
ロール材を適用したものは、優れた圧延性能を発揮する
ことができるほか、本発明のロール材のCr含有量が10％
以下と低いため、内層へのCrの混合、拡散を少なくする
ことができ、Cr混入による強靭性劣化を防止することが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１に係る複合ロール外層の金属組織写
真、第２図は比較例１に係る同写真、第３図は比較例２
に係る同写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本隆兵庫県尼崎市西向島町64番地久保田鉄工株式会社尼崎工場内 (72)発明者片山博彰兵庫県尼崎市西向島町64番地久保田鉄工株式会社尼崎工場内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】化学組成が重量％で C:2.0〜3.6％ Ni:2.0〜4.3％ Si:1.5〜2.8％ Cr:5.0〜10％ Mn:0.5〜1.5％ Mo:0.2〜2.0％残部実質的にFeからなり、鋳造のままで組織中に微細黒
鉛が晶出していることを特徴とする耐摩耗性および耐肌
荒性に優れた黒鉛晶出高クロム鋳鉄ロール材。
【請求項２】化学組成が重量％で C:2.0〜3.6％ Ni:2.0〜4.3％ Si:1.5〜2.8％ Cr:5.0〜10％ Mn:0.5〜1.5％ Mo:0.2〜2.0％残部実質的にFeからなり、鋳造のままで組織中に微細黒
鉛が晶出している圧延使用層たる外層を有することを特
徴とする圧延用複合ロール。