JP2781717B2 - 複合２層材料の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遠心鋳造法を適用した
耐熱・耐蝕・耐摩耗複合２層材料の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、圧延用ロール、ローラー、マ
ッドポンプライナー、高温排気管、ボイラーチューブな
ど耐熱・耐蝕・耐摩耗複合管材などの耐熱・耐蝕・耐摩
耗複合材料の製造方法に関し、近年種々の方法が実用化
されてきている。その代表的な方法を例示すると大きく
は、ダブルポア法、遠心成形法、表面改質法があ
げられる。

【０００３】ダブルポア法は、たとえば圧延用ロール、
マッドポンプライナーなどによく使用されており、その
特徴とするところは、外周部に高硬度材料、中心部に高
靭性材料を用いて両者を溶融接合する方法であるため金
属と金属との複合化には、好適な方法である。しかしな
がら金属と非金属との複合化においては、非金属材料の
溶融が難しくそのため高クロム鋳鉄と球状黒鉛鋳鉄の複
合化など実用化に限りがある。

【０００４】遠心成形法は、たとえばセラミックロール
などによく使用されており、その特徴とするところは、
金属または非金属層の非焼結粉体を円筒状に成形するも
のであるため金属と金属および金属と非金属との複合化
には、好適な方法である。しかしながら金属と非金属と
の複合化には、焼結温度が２層の材料において、同一で
ある必要があるが現実に、このような複合材料は、乏し
く、そのため前述のとおりセラミックロールの複合化な
ど実用化に限りがある。

【０００５】表面改質法は、たとえば普通鋼管の外周部
にステンレス鋼を肉盛するなどによく使用されており、
その特徴とするところは、基本的に肉盛であるため金属
と金属との複合化には、好適な方法である。しかしなが
ら母材をまず製造し、その後肉盛材をコーティングする
など、製造工程が多く、その分コスト高、製造期間が多
くなり大物品、量産品などへは適さず、そのため前記の
用途のように適用が限られたものであり、現在幅広く実
用化に至っていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、前記の方法に
おいては、たとえば、圧延搬送用ロール、ローラーなど
大物、量産、且つ過酷な耐熱・耐蝕・耐摩耗の条件を具
備必要とするものにおいては、いずれも適さない。要約
すると、ダブルポア法は、特に金属と非金属との複合化
の点で実用化が難しくまた、遠心成形法は、特に２つの
材料の選定の点で実用化が難しくさらに、表面改質法
は、特に製造コスト、期間の点で実用化が難しい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、回転する鋳型に、溶融した過共晶合金
材料を投入し、前記回転鋳型による遠心力により、前記
過共晶合金材料中の初晶の金属化合物を分離し鋳型の外
壁に形成せしめ、残部の過共晶または共晶合金材料が所
定の肉厚に凝固の後に、前記回転する鋳型に、溶融した
亜共晶合金材料または純金属に近い材料を投入し、内層
に高靭性材料を、外層に高硬度・耐摩耗性材料の２層材
料を形成することを特徴とする。

【０００８】ここで、回転する鋳型に当初投入する溶融
した過共晶合金材料としては、たとえば耐熱・耐蝕・耐
摩耗の特性を有するものであればよく、従って、実施例
の表に示す過共晶系の合金材料などが好ましい。

【０００９】また、次に投入する亜共晶合金材料または
純金属に近い材料としては、たとえば高靭性などの特性
を有するものであればよく、従って、実施例の表に示す
亜共晶系の合金材料などが好ましい。

【００１０】さらに、前記溶融した過共晶合金材料から
晶出する初晶の金属化合物の形成厚みを厚くする場合に
は、後から鋳造する亜共晶合金材料または純金属に近い
材料の鋳造時期を遅らせればよい。また、前記内層、外
層との境界部は、金属同士の混合によるため極めてよい
溶着性を呈す。

【００１１】

【作用】図２および図３に示すように、溶融した過共晶
合金材料は、金型に鋳造されると温度が低下し、初晶と
して、硬い金属の化合物を晶出する。これを金型の回転
に伴う遠心力および非定常流圧により金型の壁側に分離
し外側に硬い金属の化合物の外層が形成される。

【００１２】一方、反壁側に位置する残りの過共晶合金
材料は、そのままでは、脆いため前記溶融した過共晶合
金材料が金型内で所定の肉厚まで凝固した後に、亜共晶
合金材料または、純金属に近い材料を前記金型に鋳造す
る。

【００１３】これにより、前記未凝固の過共晶合金材料
は、亜共晶合金材料または、純金属に近い材料と混合・
希釈され、結果的には、亜共晶または、純金属に近い材
料となり靭性が向上する。従って、外層に硬い金属の化
合物の材料が、内層に靭性の高い材料の２層が形成され
る。また、内外層の境界は、完全に溶着した強度の高い
ものとなる。

【００１４】

【実施例】図１に本発明の製造方法でつくった１例で、
製紙用のロールの断面図を示す。１は、回転する鋳型
で、２は、回転する鋳型に当初に投入する溶融した過共
晶合金材料を示す。

【００１５】略７２０回転／分間する竪型の鋳型に、約
１７００℃の鉄−炭素系の材料からなる溶湯状態の過共
晶合金材料を重量で約３００kgを投入した。その後、約
５分間前記鋳型の回転を続けると、前記溶湯状態の過共
晶合金材料から晶出する金属化合物３が遠心力にて鋳型
の内壁に移動し、略凝固され、残りの過共晶合金材料
は、未だ未凝固であった。

【００１６】その後、直ちに前記の回転する鋳型に、次
の溶湯状態の亜共晶合金材料４である鋼系の材料を約１
７００℃で約３００kg投入し、約１２０分間の回転の
後、鋳型の回転を停止した。その後、約６００分間の冷
却時間の経過の後、鋳型から取り出し円筒状の複合２層
材料を形成した。

【００１７】その後、長手方向の数箇所を円筒状に切断
し、接合状況を目視にてチェックしたところいずれも内
層と外層との接合は、溶け込みが十分で、完全に溶着し
ているのを確認した。また、内層および外層ともに外部
および内部の形状は、巣などのない良好な肌を有してい
た。

【００１８】なお、本実施例においては、製紙用のロー
ルについての実施例を示したが、本発明の適用対象は、
これに限られるものではなく、たとえば表１に示すよう
に等幅広く適用可能である。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【発明の効果】本発明により得られる効果は次の通りで
ある。 大物・量産、且つ耐熱・耐蝕・耐摩耗を有する具備特
性を有する複合２層材を単純な工程で低コストに短時間
で製造できる。 内，外層の材料を適宜選定することにより所用の必要
具備特性を使い分けることができ、低コストで機能面の
すぐれた材料となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法でつくった製紙用ロールの複合２
層材の断面図。

【図２】本発明の方法の実施例。

【図３】本発明の方法の実施例。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−254666（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−195774（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−257960（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 19/16 B22D 13/02 502

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転する鋳型に、溶融した過共晶合金材
   料を投入し、前記回転鋳型による遠心力により、前記過
   共晶合金材料中の初晶の金属化合物を分離し鋳型の外壁
   に形成せしめ、残部の過共晶または共晶合金材料が所定
   の肉厚に凝固の後に、前記回転する鋳型に、溶融した亜
   共晶合金材料または純金属に近い材料を投入し、内層に
   高靭性材料を、外層に高硬度・耐摩耗性材料の２層材料
   を形成することを特徴とする複合２層材料の製造方法。