JP2785139B2 - Composite roll for rolling and manufacturing method thereof - Google Patents

Composite roll for rolling and manufacturing method thereof

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JP2785139B2
JP2785139B2 JP1199307A JP19930789A JP2785139B2 JP 2785139 B2 JP2785139 B2 JP 2785139B2 JP 1199307 A JP1199307 A JP 1199307A JP 19930789 A JP19930789 A JP 19930789A JP 2785139 B2 JP2785139 B2 JP 2785139B2
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雅之 江良
庄吾 森本
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B27/00Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧延用ワークロール及びその製造法に係
り、特に高強度、耐摩耗性の要求される箔用ロールや被
圧延材にデンドライトが転写されないロールに好適な圧
延用複合ロール及びその製造法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a work roll for rolling and a method for manufacturing the same, and in particular, dendrites are used for foil rolls and materials to be rolled which require high strength and abrasion resistance. The present invention relates to a composite roll for rolling suitable for a non-transferred roll and a method for producing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

最近の圧延用ワークロールに対するニーズとして、被
圧延材の高光輝度の持続性やデンドライトが転写されな
いことが重要視されている。これに対処するには、組織
の微細化、均質化及び高合金化等が必要である。又、6
段ミル等の圧延機では、高圧下のもとで圧延する必要が
あるため、ロールの径を小さくする方向に進んでいる。
そのため、ロールに要求される特性としては、ロールの
胴部に対しては耐スポール及び耐摩耗性が、軸部に対し
ては高強度及び強靭性が要求される。
Recent needs for work rolls for rolling have emphasized that the material to be rolled has high light luminance persistence and that dendrites are not transferred. In order to cope with this, it is necessary to refine the structure, homogenize it, and make it highly alloyed. Also, 6
In a rolling mill such as a step mill, since it is necessary to perform rolling under high pressure, the roll diameter has been reduced.
Therefore, as the characteristics required for the roll, spall resistance and abrasion resistance are required for the body portion of the roll, and high strength and toughness are required for the shaft portion.

このような両特性を兼ね備えた圧延用ロールとするた
めには、従来の溶解−鋳造−鍛造によるいわゆる溶製材
では、特にロール胴部の特性向上が限界となっている。
すなわち、溶製材からなる圧延用ワークロールでは、基
地中の炭化物サイズが広範囲に分布する上、特にその中
には、熱処理性・鍛造性及び耐スポール性を著しく劣化
させるという欠点を有する巨大炭化物がある。又、溶製
法では、炭化物含有量に限度があるといった欠点があ
る。さらに、溶製材においては、粗大デンドライト組織
の出現を防止出来ず、被圧延材に転写されたり、ロール
表面が激しい肌荒れを起こすという問題を有している。
これらの欠点は、溶製材にとって宿命的なものであり、
製法及び成分に対して自ら制限されている要因となって
いる。
In order to obtain a roll for rolling having both of these characteristics, in the case of a so-called smelting material by conventional melting-casting-forging, the improvement of the characteristics of the roll body is particularly limited.
In other words, in the work roll for rolling made of ingot, the carbide size in the matrix is widely distributed, and in particular, there is a huge carbide having a disadvantage that heat treatment property, forging property and spall resistance are significantly deteriorated. is there. In addition, the smelting method has a disadvantage that the carbide content is limited. Further, in the ingot material, there is a problem that the appearance of a coarse dendrite structure cannot be prevented, and the material is transferred to a material to be rolled or the roll surface is severely roughened.
These drawbacks are fatal to smelting,
It is a factor that limits itself to the manufacturing method and components.

上記の欠点を解決する技術としては、急冷凝固の効果
を利用して、耐摩耗性及び耐スポール性を有する金属粉
末やサーメット並びにセラミックス粉末から出発する下
記の方法が知られている。
As a technique for solving the above-mentioned drawbacks, the following method is known, which utilizes a rapid solidification effect to start from a metal powder, a cermet, and a ceramic powder having wear resistance and spall resistance.

(1) 熱間静水圧法。(1) Hot isostatic method.

(2) インサート法(スリーブ式)。(2) Insert method (sleeve type).

(3) 液相焼結法。(3) Liquid phase sintering method.

(1)は主に、ガスアトマイズ粉末を冷間成形後に、
熱間静水圧法(HIP)や熱間押し出し法により製造する
方法である(複合加工研究会編:「複合加工技術」:P97
〜128,(S57.10初版))。この方法では原料粉末の粒形
に制約がある上、境界部の拡散層がわずかなため、熱処
理時に応力集中が起こり、割れや剥離を誘発するという
欠点を有している。
(1) mainly after cold-forming gas atomized powder,
Manufacturing method by hot isostatic method (HIP) or hot extrusion method (Composite Machining Study Group: “Composite Machining Technology”: P97
~ 128, (S57.10 first edition)). This method has the drawbacks that the particle shape of the raw material powder is restricted and the diffusion layer at the boundary is small, so that stress concentration occurs during heat treatment, which causes cracking and peeling.

(2)は、いわゆる焼ばめ、冷ばめにより芯材にはめ
こむ方法である(「塑性加工」Vol23,NO261,(1982),1
0月発行 P945〜951)。この方法では、高弾性及び低膨
張の材料を焼ばめすることは無理であり、必然的に冷ば
めを採用しているが、圧延加重が大きくなると接合部が
剥離したり、バックアップロールの損傷を大きくしたり
する欠点がある。
(2) is a method of fitting the core material by so-called shrink fit or cold fit ("Plastic working" Vol23, NO261, (1982), 1
Published in May P945-951). In this method, it is impossible to shrink-fit high elasticity and low expansion materials, and inevitably employs a cold-fitting method. There is a disadvantage that the damage is increased.

(3)は、冶金的に結合させる方法である(日本鉄鋼
協会編:「鉄鋼便覧」P445〜456,S57.10)。この方法で
は、複合ロールの芯材と焼結体との境界部の境界層の厚
みが0.2mm以下のため、残留応力が境界近傍に集中し、
割れや剥離を誘発するという欠点を有している。
(3) is a method of metallurgical bonding (edited by the Iron and Steel Institute of Japan: “Handbook of Steel”, p. 445-456, S57.10). In this method, since the thickness of the boundary layer at the boundary between the core material of the composite roll and the sintered body is 0.2 mm or less, the residual stress is concentrated near the boundary,
It has the disadvantage of inducing cracking and peeling.

最近では、第2図に示すような工程で製造する溶射肉
盛法による複合ロールの製造法が注目されている(特開
昭55−14971号公報、特開昭52−88526号公報)。
2. Description of the Related Art Recently, a method of manufacturing a composite roll by a spray coating method, which is manufactured in a process as shown in FIG. 2, has attracted attention (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 55-14971 and 52-88526).

この方法は、上記の各方法よりも粉末の特性を失うこ
とがほとんどないという利点があるが、溶射前後の熱管
理及び溶射法に問題があるため、第2図のような、HIP
あるいはスウェージングを十分に行う必要がある。今、
HIP処理で芯材と溶射層部との接合性の強化をはかろう
とすると、その処理温度や圧力が高くなるため、溶射層
部の組織が粗くなり、特に炭化物が成長し、粉末の特徴
が半減してしまう。又、スウェージングにより接合性の
強化をはかろうとするには、鍛練比を上げる必要があ
る。
This method has an advantage that the properties of the powder are hardly lost compared to the above-mentioned methods.
Alternatively, it is necessary to perform sufficient swaging. now,
If the bonding temperature between the core material and the sprayed layer is to be enhanced by HIP processing, the processing temperature and pressure will increase, and the structure of the sprayed layer will become coarse, and carbides will grow, and the characteristics of the powder will increase. Will be halved. Further, in order to enhance the bonding property by swaging, it is necessary to increase the forging ratio.

しかし、圧延用複合ロールの胴部は芯材部に比べ、硬
く脆い材料が使われているため、どうしても芯材部の法
が鍛練され不経済であるばかりでなく、芯材の円形がく
ずれたり、十分な接合強度が得られなかったり、時に
は、溶射層部のき裂の発生がみられるという問題があっ
た。更に、溶射作業中にも溶射層端面部にき裂の発生が
生じ、しばしば作業を中断するという問題があった。
However, since the body of the composite roll for rolling is made of a material that is hard and brittle compared to the core, the method of the core is inevitably forged and uneconomical. However, there has been a problem that a sufficient bonding strength cannot be obtained, and sometimes a crack is generated in the sprayed layer portion. Furthermore, during the thermal spraying operation, a crack is generated at the end face of the thermal sprayed layer, and the operation is often interrupted.

粉末の組成としては、特開昭60−158906号公報や特開
昭55−122801号公報等があるが、耐食性もさることなが
ら、焼入硬さや基地の強度及び靭性の点で劣り、十分に
満足すべきものはなかった。
As the composition of the powder, there are JP-A-60-158906 and JP-A-55-122801, etc., but in addition to corrosion resistance, it is inferior in quenching hardness and strength and toughness of the matrix, and is sufficiently satisfactory. Nothing was satisfactory.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術は、耐スポール性及び耐摩耗性を要求さ
れる胴部用の粉末組成としては、焼入性の改善や基地の
強化を、溶射に関しては、溶射前及び後の熱管理の点に
ついて配慮がされておらず、高圧下、高速圧延用の複合
ロール及びその製造法とするには問題があった。
The above-mentioned prior art is to improve the hardenability and strengthen the base as the powder composition for the trunk part where the spall resistance and the wear resistance are required, and regarding the thermal spraying, regarding the thermal management before and after the thermal spraying. No consideration was given, and there was a problem in making a composite roll for high-speed rolling under high pressure and a method for producing the same.

本発明の目的は、耐摩耗性、耐スポール性を付与出来
る胴部用粉末を用い、溶射作業時の前及び後を含めた熱
管理を良好に行って、高圧下、高速圧延用の複合ロール
及びその製造法を提供することにある。
The object of the present invention is to use a powder for the body that can impart abrasion resistance and spall resistance, perform good heat management including before and after during the spraying operation, and under high pressure, a high-speed composite roll. And a method for producing the same.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するために、本発明では、高強度及び
強靭性を有する金属軸部に、該軸部より耐摩耗性の胴部
を有する複合ロールにおいて、胴部は複数層の溶射層か
らなり、各溶射層は内側の粒子サイズが外側のそれより
小さい溶射層部を有することとしたものである。
In order to achieve the above object, in the present invention, a metal roll having high strength and toughness, in a composite roll having a body that is more wear-resistant than the shaft, the body comprises a plurality of sprayed layers. Each of the sprayed layers has a sprayed layer portion having a smaller particle size on the inner side than that on the outer side.

また、本発明では、高強度及び強靭性を有する金属軸
部に、該軸より耐摩耗性の胴部を有する複合ロールの製
造法において、金属軸部を予熱し、該軸部に各溶射層が
その内側の粒子サイズが外側のそれより小さくなるよう
に胴部溶射層部を形成することとしたものであり、更
に、前記複合ロールの製造法において、胴部溶射層部
は、金属軸部を垂直にし、回転させ、初層から最終層ま
での各層を下部から上部の一方向にプラズマトーチを移
動させて溶射して所定の厚みとすることにより形成する
こととしたものである。
Further, in the present invention, in a method for producing a composite roll having a body portion having higher wear resistance than a metal shaft portion having high strength and toughness, the metal shaft portion is preheated, and each sprayed layer is formed on the shaft portion. Is to form the body sprayed layer portion so that the inner particle size is smaller than that of the outside, further, in the method of manufacturing a composite roll, the body sprayed layer portion, the metal shaft portion Is vertically rotated, and each layer from the first layer to the last layer is formed by moving the plasma torch in one direction from the lower part to the upper part and spraying it to have a predetermined thickness.

前記本発明の、強度や靭性にすぐれている軸部の胴部
に耐摩耗性、耐スポール性及び耐酸化性を有する粉末を
溶射してなる複合ロール及びその製造法において、使用
する粉末の組成として、C:1.5〜4.5%、Si:1〜3%、、
Cr:12〜35%、Mo:1〜6%、W:1〜6%、V:1〜6%、残F
e、あるいは上記組成にNi又はCoを3〜10%含有させた
ものを用いるのが良い。
A composite roll obtained by spraying a powder having abrasion resistance, spall resistance and oxidation resistance on a body of a shaft part having excellent strength and toughness according to the present invention, and a composition of a powder used in a method for producing the composite roll. As: C: 1.5-4.5%, Si: 1-3%,
Cr: 12 to 35%, Mo: 1 to 6%, W: 1 to 6%, V: 1 to 6%, remaining F
It is preferable to use e or the above composition containing 3 to 10% of Ni or Co.

更に、本発明は、軸部−溶射層の境界部の接合の不十
分や溶射層端部のき裂発生は、溶射後単に減圧下でキャ
ニング材をコーティングしただけでは不十分であり、溶
射前の軸部の予熱、溶射後の後熱と溶射法に着目した点
である。
Furthermore, in the present invention, the insufficient bonding at the boundary between the shaft portion and the sprayed layer and the occurrence of cracks at the end of the sprayed layer are not sufficient simply by coating the canning material under reduced pressure after the spraying. The focus is on the preheating of the shaft portion, the post-heating after thermal spraying, and the thermal spraying method.

すなわち、軸部の予熱温度は、溶射層部の重量と軸部
の重量比をfとし、fが0.01≦f≦3.5の時は、予熱温
度T(C)はT=1000−170f以上、fがf>3.5の時は4
00℃以上で、かつ、いずれも1200℃以下で行う。そし
て、溶射後の後熱は、250℃/時以下の冷却速度で行う
ことである。
That is, the preheating temperature of the shaft portion is defined as f, where f is the weight ratio of the sprayed layer portion to the shaft portion, and when f is 0.01 ≦ f ≦ 3.5, the preheating temperature T (C) is T = 1000-170f or more, and f Is 4 when f> 3.5
The treatment is performed at a temperature of 00 ° C. or more and 1200 ° C. or less. The post-heating after the thermal spraying is performed at a cooling rate of 250 ° C./hour or less.

上部の条件を満足するような熱管理を行い、溶射を第
3図に示すように、溶射初期層23、溶射中間層24、最終
溶射層25と溶射範囲を逐次、狭めて行くようにしたもの
である。
Thermal management is performed so as to satisfy the upper condition, and the thermal spraying is performed such that the thermal spraying range is gradually narrowed as shown in FIG. 3, and the thermal spray initial layer 23, thermal spray intermediate layer 24, and final thermal spray layer 25 are sequentially reduced. It is.

上記のような溶射法を採ることにより、本発明の複合
ロールは第1図に示すような断面を有する。第1図にお
いて、高強度、高靭性を有する軸部9の胴部22の表面
に、本発明の組成を有する材料の耐摩耗性を有する高炭
素高クロム系鋼系の急冷凝固粉末をブラズマ溶射するこ
とにより、厚肉溶射層10を形成し、特に溶射層の端部の
角度(θ)をθ≦70とし、境界層部21を形成している。
By employing the above thermal spraying method, the composite roll of the present invention has a cross section as shown in FIG. In FIG. 1, plasma-sprayed rapidly solidified powder of a high-carbon high-chromium steel system having wear resistance of a material having the composition of the present invention is applied to the surface of the body 22 of the shaft 9 having high strength and high toughness. By doing so, the thick sprayed layer 10 is formed, and in particular, the angle (θ) of the end of the sprayed layer is set to θ ≦ 70, and the boundary layer portion 21 is formed.

また、上記の溶射に用いる溶射材料は、粒度が150メ
ッシュ以下で、かつ炭化物の粒度は2.0μm以下の粉末
を用いる。そして、溶射して得られた溶射層は、粒形が
2〜10μmで、面積率で15〜55%の炭化物からなる。
Further, as the thermal spray material used for the thermal spraying, powder having a particle size of 150 mesh or less and a carbide particle size of 2.0 μm or less is used. The thermal sprayed layer obtained by thermal spraying has a grain shape of 2 to 10 μm and is made of carbide having an area ratio of 15 to 55%.

前記の溶射において、溶射中のガンの移動は、軸部の
下部から上部へと一方向にのみ行うことが肝要である。
それは、第7図に示すように、フレーム中の粉末は、粗
粒7、中粒6、細粒5に分布しているため、下部からの
み溶射を行えば、第8図に示すように均質な溶射層部を
形成させることと、常に細粒が先に溶射されるため、接
合性が強化される。
In the above thermal spraying, it is important that the movement of the gun during thermal spraying be performed only in one direction from the lower portion to the upper portion of the shaft portion.
As shown in FIG. 7, the powder in the frame is distributed in coarse grains 7, medium grains 6, and fine grains 5, so if spraying is performed only from the lower part, the uniformity is obtained as shown in FIG. Since a fine spray layer portion is formed and fine particles are always sprayed first, the bondability is enhanced.

なお、第7図において、粗大粒8と微細粒4はフレー
ム外に飛散してしまうため、溶射部の形成には寄与しな
い。
In FIG. 7, the coarse grains 8 and the fine grains 4 are scattered outside the frame, and do not contribute to the formation of the thermal spray portion.

このように本発明に係る圧延用複合ロールは、第9図
に示すように高強度、高靭性を有する軸部9を矢印a方
向に回転させると共に目的温度に予熱した後、下部から
上部に向かって溶射を行い所定の肉厚にする。
As described above, the composite roll for rolling according to the present invention rotates the shaft 9 having high strength and high toughness in the direction of arrow a and preheats the shaft to the target temperature as shown in FIG. To achieve a predetermined thickness.

この際の溶射は軸部の芯材に近い材料から本発明の材
料に逐次変化させた境界層21をもうけ、先の第3図に示
したように溶射距離を逐次狭めて行く、これにより、軸
部と溶射層部の接合性が強化され、かつ、溶射中の溶射
層端面部のき裂の発生を防止出来る。又、溶射は下部か
ら上部への一方向のみとすることにより、溶射層部の均
質化と溶射層部端面部のき裂の発生を防止することが出
来る。
The thermal spraying at this time has a boundary layer 21 which is sequentially changed from a material close to the core material of the shaft portion to the material of the present invention, and the thermal spraying distance is gradually narrowed as shown in FIG. The joint between the shaft portion and the sprayed layer portion is strengthened, and the occurrence of cracks at the end face of the sprayed layer during spraying can be prevented. Further, by performing the thermal spraying only in one direction from the lower portion to the upper portion, it is possible to homogenize the thermal sprayed layer portion and to prevent the generation of a crack at the end surface portion of the thermal sprayed layer portion.

溶射後は250℃/hr以下で冷却することにより、冷却過
程での境界部の剥離や溶射層部のき裂の発生がなくな
る。
By cooling at 250 ° C./hr or less after thermal spraying, peeling of the boundary portion and generation of cracks in the thermal sprayed layer during the cooling process are eliminated.

〔作 用〕(Operation)

粉末の組成でC,Cr,Ni,Si,W及びVについて検討した結
果をまとめると次のようになる。
The results of studies on C, Cr, Ni, Si, W and V in the composition of the powder are summarized as follows.

CはCr,W,V,Fe等と結合して複炭化物を形成し、さら
に基地中にも固溶し強度を与える元素であるが1.5%未
満では耐摩耗性か劣り、4.5%を超えた添加されても硬
さは上らずむしろ低下することがあるので1.5〜4.5%と
した。
C is an element that combines with Cr, W, V, Fe, etc. to form a double carbide and further forms a solid solution in the matrix to give strength. However, if it is less than 1.5%, its wear resistance is inferior, and it exceeds 4.5%. Even if added, the hardness may not be increased but rather may be lowered.

Siは、耐酸化性と流動性が向上する元素であるが、1
%未満では流動性が悪くなり、3%を超えると靭性の低
下をみるので1.0〜3%とした。
Si is an element that improves oxidation resistance and fluidity.
If it is less than 3%, the fluidity is poor, and if it exceeds 3%, the toughness is reduced.

Crは、Cと共に炭化物を作り硬さを上昇し、耐摩耗性
が向上すると共に耐酸化性も向上する元素であるが、12
%未満ではその向上が十分でなく、35%を超えると添加
量ほど耐摩耗性の向上はみられない。
Cr is an element that forms carbides with C to increase hardness, thereby improving wear resistance and oxidation resistance.
If it is less than 35%, the improvement is not sufficient.

Niはオーステナイトの安定化元素であり殆んどがマト
リックスに固溶し、耐食性、靭性及び耐摩耗性を向上さ
せる性質がある。通常は2%以下の含有量で十分である
が、マトリックスを焼戻しマルテンサイトにし、耐摩耗
性を向上させるには3%以上必要であり、10%を超えて
もその効果は少ない。
Ni is an element for stabilizing austenite, and most of it is dissolved in the matrix to improve corrosion resistance, toughness, and wear resistance. Normally, a content of 2% or less is sufficient, but 3% or more is required to convert the matrix into tempered martensite and improve abrasion resistance, and even if it exceeds 10%, the effect is small.

Coは高価なものであるがオーステナイト基質強化元素
があり、耐摩耗性を向上させるのに効果があるが、1%
未満ではその効果は少なく、6%を超えてもその添加量
の増加ほどの効果はない。
Co is expensive but has an austenitic matrix strengthening element and is effective in improving wear resistance, but 1%
If it is less than 6%, the effect is small, and if it exceeds 6%, it is not as effective as an increase in the added amount.

WはCrと共存して特殊炭化物を形成し、非常に硬さを
上げ耐摩耗性を向上させる元素であるが、1%未満では
それほど効果はなく、この元素は非常に重いため、6%
以上になると偏析をおこし、溶解−精練の作業性を悪く
するため均一組成の粉末を得にくい。
W is an element that forms a special carbide in coexistence with Cr and increases the hardness and abrasion resistance very much. However, if it is less than 1%, it is not so effective. Since this element is very heavy, it is 6%.
When the amount is more than the above, segregation occurs, and the workability of dissolving and refining is deteriorated, so that it is difficult to obtain a powder having a uniform composition.

VはWと同様な性質を有する元素であるが、Wと反対
に軽い元素であるため、6%以上になると偏析をおこ
し、溶解−精練の作業性を悪くするし、1%未満ではそ
の効果は小さい。
V is an element having the same properties as W, but is a light element contrary to W, so that segregation occurs at 6% or more and the workability of dissolving and scouring is deteriorated. Is small.

次に予熱温度につき述べる。複合ロールとして圧延に
供されるためには、軸部と溶射層部の接合を十分に行わ
しめる必要がある。これは、圧延中に軸部と溶射層部と
の接合境界が引張及び圧縮応力を交互に受け、もしも接
合が十分でない場合には界面が剥離するためである。接
合の良否に及ぼす軸部予熱の影響を明らかにするために
発明者等は数多くの実験を行った。
Next, the preheating temperature will be described. In order to be subjected to rolling as a composite roll, it is necessary to sufficiently bond the shaft portion and the sprayed layer portion. This is because the joining boundary between the shaft portion and the sprayed layer portion receives alternately tensile and compressive stresses during rolling, and if the joining is not sufficient, the interface peels off. The inventors conducted a number of experiments to clarify the influence of the shaft preheating on the quality of the joint.

その結果を第4図に示す。ここでfは溶射層部の重量
と軸部の重量との比である。0.01≦f≦3.5に対して
は、軸部の予熱温度T(℃)は次式で示される温度以上
が必要であり、 (式) T=1000−170f また、f>3.5に対しては400℃以上が必要であり、こ
の温度より低い場合には良好な接合は得られない。ま
た、これらの温度以上であれば良いというわけではな
い。これは予熱温度が高すぎると、軸部の軟化及び変形
が生じ、かえって溶射後の塑性加工や熱処理の過程で接
合界面の剥離に至るからである。以上より予熱温度の上
限は1200℃以上とすべきである。
The result is shown in FIG. Here, f is the ratio of the weight of the sprayed layer portion to the weight of the shaft portion. For 0.01 ≦ f ≦ 3.5, the preheating temperature T (° C.) of the shaft portion needs to be equal to or higher than the temperature shown by the following equation. (Equation) T = 1000−170f For f> 3.5, 400 C. or higher is required, and below this temperature, good bonding cannot be obtained. Further, it is not always necessary to be above these temperatures. This is because if the preheating temperature is too high, the shaft portion is softened and deformed, and on the contrary, the bonding interface is peeled off in the process of plastic working or heat treatment after thermal spraying. From the above, the upper limit of the preheating temperature should be 1200 ° C or higher.

次に溶射後の冷却速度について述べる。冷却速度が大
きすぎるときには、溶射層部の変態が急激に進行し、接
合界面に過大な応力が付加され、剥離に至る。また溶射
層部が冷却されても軸部の中心温度は上昇することがあ
り、このような状態ではやはり接合界面に応力が発生
し、剥離に至る。このような応力の発生を緩和するため
には溶射後の冷却速度をあまり大きくしないことが必要
であり、その大きさは250℃/hr以下とすべきである。
Next, the cooling rate after thermal spraying will be described. If the cooling rate is too high, the transformation of the sprayed layer portion proceeds rapidly, and an excessive stress is applied to the joint interface, leading to delamination. Even when the thermal sprayed layer is cooled, the center temperature of the shaft may increase, and in such a state, stress is generated at the joint interface, which leads to peeling. In order to alleviate the occurrence of such stress, it is necessary not to make the cooling rate after thermal spraying so high, and the magnitude should be 250 ° C./hr or less.

溶射層部のき裂発生は先の第3図に示したように、溶
射時の溶射距離を溶射初期の軸部近傍より逐次、狭めて
行くことにより溶射後の形状、特に、両端の形状が第5
図のようになり、従来のように溶射距離が一定であった
時(第6図)に比べ両端の角度(θ)が小さく、しかも
中央部の溶射厚み(x)よりも厚い(Δx)部分がなく
なるように行うことにより防げる。
As shown in FIG. 3 above, cracks in the sprayed layer portion are formed by successively narrowing the spraying distance during spraying from the vicinity of the shaft portion at the beginning of spraying, so that the shape after spraying, particularly the shape at both ends, is reduced. Fifth
As shown in the figure, the angle (θ) at both ends is smaller than when the spray distance is constant as in the conventional case (FIG. 6), and the (Δx) portion is thicker than the spray thickness (x) at the center. Can be prevented by doing so.

以下にこの角度の大きさにつき述べる。発明者等はこ
の角度を種々変化させた溶射層部を形成した。その結
果、角度が75゜以上のものは溶射直後に端面に割れが入
った。また70゜以上75゜以下のものは溶射直後には割れ
は発生しなかったが、後続の熱処理中に割れが入った。
これらに対し70゜以下のものは溶射後及び熱処理後とも
割れは発生しなかった。溶射層を形成する粉末は極めて
耐摩耗性に優れているが、温度に不均一さがあると過大
な熱応力及び変態応力が端面に付加され割れとなる。以
上より両端の角度は70゜以下とすべきである。
The angle will be described below. The inventors formed a sprayed layer portion in which the angle was changed variously. As a result, those having an angle of 75 ° or more had cracks in the end face immediately after thermal spraying. No cracks occurred immediately after thermal spraying, but cracks occurred during the subsequent heat treatment.
On the other hand, cracks did not occur after spraying and after heat treatment for the specimens of 70 ° or less. The powder forming the sprayed layer is extremely excellent in abrasion resistance, but if the temperature is non-uniform, excessive thermal stress and transformation stress are applied to the end face to cause cracks. From the above, the angle at both ends should be 70 ° or less.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の具体的実施例を説明するが、本発明は
これに限定されない。
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

表面にショットをかけ、洗浄した直径80mm、長さ900m
mの材質SUJ−2の丸棒の軸部を、第9図に示されるよう
に溶射装置内にセットし、装置内を0.2Torr以下に減圧
した後、Ar+H2ガスを注入し40〜50Torrの雰囲気に保
ち、芯材を第9図の矢印の方向に20rpmに回転し、プラ
ズマアークで軸部の表面温度を820℃になるまで予熱し
た後、軸部の回転を70rpmにして溶射を開始する。
Shot shot on the surface, washed 80mm in diameter, 900m long
The shaft portion of the material SUJ-2 round bar of m, was set in a thermal spraying apparatus as shown in FIG. 9, after evacuating the system to below 0.2 Torr, the 40~50Torr injecting Ar + H 2 gas While maintaining the atmosphere, the core material is rotated at 20 rpm in the direction of the arrow in FIG. 9 and preheated by a plasma arc until the surface temperature of the shaft becomes 820 ° C., and then the spraying is started by rotating the shaft at 70 rpm. .

溶射は表1に示したように本発明の材質のもののほか
に、市販されている材質SKD−11及び材質SF45程度の粉
末を用い、表2に示したように行った。
The thermal spraying was carried out as shown in Table 2 using powders of commercially available materials SKD-11 and SF45 in addition to the materials of the present invention as shown in Table 1.

表2中の材質SKD−11を用いたのは軸部と本発明材と
の接合材を強化するためであり、材質SF45相当材を最終
溶射したのは、本発明材部をコーティングすることによ
り、第1図中のキャニング26を施こしたと同じ効果を得
るようにしたためである。
The material SKD-11 in Table 2 was used to strengthen the joining material between the shaft portion and the material of the present invention, and the material sprayed with SF45 equivalent material was applied by coating the material portion of the present invention. This is because the same effect as that obtained by applying the canning 26 in FIG. 1 is obtained.

溶射終了後、軸部の回転数を30rpm以下にし、プラズ
マフレームを上下させ最終溶射層部のコーティング材部
を溶射させたのちに210℃/hr、600℃まで、120℃までを
200℃/hrの冷却速度で徐冷し、軸部の回転及びガス注入
を止め装置内を大気に戻し取り出す。
After the spraying is completed, the rotation speed of the shaft is reduced to 30 rpm or less, the plasma frame is moved up and down, and the coating material of the final sprayed layer is sprayed.
Slowly cooling at a cooling rate of 200 ° C./hr, rotation of the shaft and gas injection are stopped, and the inside of the device is returned to the atmosphere and taken out.

このロール素材を1150℃に加熱しながらφ125mmま
で、1.0mm、125〜120mmまでを2.0mmピッチでスウェージ
ングを行い、その後に溶射層部の表面を1.5mmほど施盤
にて削り取りキャニング材を除去した後、所定の熱処理
を施こし、胴部硬さがHS=92の第10図に示すような溶射
層部が18.0mmの軸部径φ105mm、全長1030mmの複合ロー
ルを製造した。
While heating this roll material to 1150 ° C, swaging was performed at a pitch of 2.0 mm from φ 125 mm, 1.0 mm, 125 to 120 mm, and then the surface of the sprayed layer was cut off by about 1.5 mm with a lathe to remove the canning material. Thereafter, a predetermined heat treatment was applied to produce a composite roll having a shaft diameter of 105 mm and a total length of 1030 mm having a sprayed layer portion of 18.0 mm and a body hardness of HS = 92 as shown in FIG.

このロールを超音波探傷器にて調査した所無欠陥であ
った。又、この溶射層部中の炭化物の面積率及び粒子サ
イズはそれぞれ31%、3.0〜4.5μm(アスペクト比は0.
7〜0.9)であった。
The roll was inspected with an ultrasonic flaw detector and found to be defect-free. The area ratio and the particle size of the carbide in the sprayed layer portion were 31% and 3.0 to 4.5 μm, respectively (the aspect ratio was 0.3%).
7-0.9).

本圧延用複合ロールの寿命は1研摩当り従来の複合ロ
ールに比べ2.4倍程度であり、さらに圧延中のヘルツ接
触応力が250kg/mm2で、ロール回転数をN=6×106とし
ても本複合ロールにおいては剥離あるいは割れの問題は
生じなかった。又、同材質の溶射材のロールに比べて
も、被圧延材の光輝度及び板厚精度が10%以上向上する
と共に、圧延荷重が少なくてすむという圧延メーカは勿
論、ミルの設計者にとっても有利となることが判った。
The life of the composite roll for this roll is about 2.4 times per grinding compared to the conventional composite roll. Furthermore, the Hertz contact stress during rolling is 250 kg / mm 2 and the roll rotation speed is N = 6 × 10 6. No problem of peeling or cracking occurred in the composite roll. In addition to the rolls of sprayed material of the same material, the brightness of the material to be rolled and the thickness accuracy of the material to be rolled are improved by 10% or more and the rolling load can be reduced. It has been found to be advantageous.

〔発明の効果〕 本発明によれば、軸部(芯材)は高強度及び高靭性を
有し、一方、被圧延材が接触する溶射層は耐スポール及
び耐摩耗性にすぐれているため高圧下、高回転で圧延し
ても偏平変形がなく、且つ剥離及び割れ等の生じない圧
延用複合ロールを提供することが出来る。
[Effects of the Invention] According to the present invention, the shaft portion (core material) has high strength and high toughness, while the sprayed layer in contact with the material to be rolled is excellent in spall resistance and abrasion resistance, so that the high pressure The present invention can provide a composite roll for rolling that does not have flat deformation even when rolling at a high rotation speed and does not cause peeling and cracking.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係る圧延用複合ロールの縦断面図、第
2図は粉末溶射による複合ロールの主な製造工程を示す
図、第3図は溶射法を説明する概略図、第4図は芯材の
最適予熱温度領域を示すグラフ、第5図は溶射後の形状
を示す断面図、第6図は従来の溶射法により溶射した後
の形状を示す断面図、第7図はプラズマフレーム中の粒
子分布状況を示す断面図、第8図は溶射層中の粒子の分
布状況を説明する模式図、第9図は減圧溶射法を説明す
る概略図、第10図は複合ロールの製品形状を示す外観図
である。 1……不活性ガスで搬送された粉末の供給口、2……フ
レーム、3……ガン、4……微細粒、5……細粒、6…
…中間粒、7……粗粒、8……粗大粒、9……軸部、10
……溶射層、11……溶射トーチ、12,15……粉末供給装
置、13,14……粉末、16……作動ガス、17,18……電源、
19,20……不活性ガス、21……境界層部
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a composite roll for rolling according to the present invention, FIG. 2 is a view showing main production steps of a composite roll by powder spraying, FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a thermal spraying method, FIG. Is a graph showing the optimum preheating temperature range of the core material, FIG. 5 is a sectional view showing a shape after thermal spraying, FIG. 6 is a sectional view showing a shape after thermal spraying by a conventional thermal spraying method, and FIG. Fig. 8 is a schematic diagram illustrating the distribution of particles in the sprayed layer, Fig. 9 is a schematic diagram illustrating the reduced pressure spraying method, and Fig. 10 is the product shape of the composite roll. FIG. 1 ... supply port of powder conveyed by inert gas, 2 ... frame, 3 ... gun, 4 ... fine particles, 5 ... fine particles, 6 ...
... Intermediate grain, 7 ... Coarse grain, 8 ... Coarse grain, 9 ... Shaft part, 10
…… spray layer, 11… spray torch, 12,15 …… powder supply device, 13,14 …… powder, 16 …… working gas, 17,18 …… power supply,
19,20 …… Inert gas, 21 …… Boundary layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 庄吾 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 下夕村 修 茨城県勝田市堀口832番地の2 株式会 社日立製作所勝田工場内 (72)発明者 清水 正己 茨城県勝田市堀口832番地の2 株式会 社日立製作所勝田工場内 (56)参考文献 特開 平1−162745(JP,A) 特開 昭61−41747(JP,A) 特開 昭59−23846(JP,A) 特開 昭58−86974(JP,A) 特開 昭57−131348(JP,A) 特開 昭59−143048(JP,A) 特開 平1−127646(JP,A) 特開 昭53−28057(JP,A) 特開 平1−294853(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 4/00 - 6/00 B21B 27/00 C22C 38/00 - 38/60 C22C 37/00 - 37/10──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Shogo Morimoto 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Osamu Shimoyumura 832 Horiguchi Katsuta City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Katsuta Plant (72) Inventor Masaki Shimizu 832 Horiguchi, Katsuta City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Ltd. Katsuta Plant (56) References JP-A-1-162745 (JP, A) JP-A-61- 41747 (JP, A) JP-A-59-23846 (JP, A) JP-A-58-86974 (JP, A) JP-A-57-131348 (JP, A) JP-A-59-143048 (JP, A) JP-A-1-127646 (JP, A) JP-A-53-28057 (JP, A) JP-A-1-294853 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C23C 4/00-6/00 B21B 27/00 C22C 38/00-38/60 C22C 37/00-37/10

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】高強度及び強靭性を有する金属軸部に、該
軸部より耐摩耗性の胴部を有する複合ロールにおいて、
胴部は複数層の溶射層からなり、各溶射層は内側の粒子
サイズが外側のそれより小さい溶射層部を有することを
特徴とする圧延用複合ロール。
1. A composite roll having a metal shaft portion having high strength and toughness and a body portion more wear-resistant than the shaft portion,
A roll for rolls, characterized in that the body comprises a plurality of sprayed layers, and each sprayed layer has a sprayed layer having an inner particle size smaller than that of the outer layer.
【請求項2】胴部溶射層部は、粒形が2.0〜10μmで、
面積率で15〜55%の炭化物からなることを特徴とする請
求項1記載の圧延用複合ロール。
2. The body sprayed layer has a grain size of 2.0 to 10 μm,
The composite roll for rolling according to claim 1, wherein the composite roll is made of a carbide having an area ratio of 15 to 55%.
【請求項3】胴部溶射層部は、その端面が軸部に対して
形成される角が70゜以下であることを特徴とする請求項
1記載の圧延用複合ロール。
3. The rolling composite roll according to claim 1, wherein an angle formed at an end face of the body sprayed layer portion with respect to the shaft portion is 70 ° or less.
【請求項4】高強度及び強靭性を有する金属軸部に、該
軸部より耐摩耗性の胴部を有する複合ロールの製造法に
おいて、金属軸部を予熱し、該軸部に各溶射層がその内
側の粒子サイズが外側のそれより小さくなるように胴部
溶射層部を形成することを特徴とする圧延用複合ロール
の製造法。
4. A method of manufacturing a composite roll having a metal shaft portion having high strength and toughness and a body portion more wear-resistant than the shaft portion, wherein the metal shaft portion is preheated, and each sprayed layer is formed on the shaft portion. Wherein the body sprayed layer is formed such that the inner particle size is smaller than the outer particle size.
【請求項5】高強度及び強靭性を有する金属軸部に、該
軸部より耐摩耗性の胴部を有する複合ロールの製造法に
おいて、胴部溶射層部は、金属軸部を垂直にし、回転さ
せ、初層から最終層までの各層を下部から上部の一方向
にプラズマトーチを移動させて溶射して所定の厚みとす
ることにより形成することを特徴とする圧延用複合ロー
ルの製造法。
5. A method for producing a composite roll having a metal shaft portion having high strength and toughness and a body portion more wear-resistant than the shaft portion, wherein the body sprayed layer portion makes the metal shaft portion vertical, A method for manufacturing a composite roll for rolling, comprising forming each layer from an initial layer to a final layer by rotating a plasma torch in one direction from a lower part to an upper part and spraying it to a predetermined thickness.
【請求項6】胴部溶射材料が、粒度150メッシュ以下
で、かつ炭化物が2.0μm以下であることを特徴とする
請求項4又は5記載の圧延用複合ロールの製造法。
6. The method according to claim 4, wherein the body sprayed material has a particle size of 150 mesh or less and a carbide of 2.0 μm or less.
【請求項7】下部から上部への溶射において、逐次溶射
範囲をせばめていくことを特徴とする請求項5記載の圧
延用複合ロールの製造法。
7. The method for manufacturing a composite roll for rolling according to claim 5, wherein the range of thermal spraying from lower to upper is reduced sequentially.
【請求項8】金属軸部の予熱温度は、軸部の周囲に溶射
形成される溶射層部の重量と軸部の重量との比をfとし
たとき、fが0.01〜3.5の範囲では、次式のT(℃)で
与えられる温度以上で、かつ、1200℃以下の温度とする
ことを特徴とする請求項4記載の圧延用複合ロールの製
造法。 (式)T=1000−170f
8. The preheating temperature of the metal shaft portion is defined as follows: where f is the ratio of the weight of the sprayed layer formed around the shaft portion to the weight of the shaft portion, f is in the range of 0.01 to 3.5. 5. The method for producing a composite roll for rolling according to claim 4, wherein the temperature is not lower than a temperature given by T (° C.) in the following formula and not higher than 1200 ° C. (Formula) T = 1000-170f
【請求項9】金属軸部の予熱温度は、軸部の周囲に溶射
形成される溶射層部の重量と軸部の重量との比が、3.5
〜10の範囲では、400℃〜1200℃の温度であることを特
徴とする請求項4記載の圧延用複合ロールの製造法。
9. The preheating temperature of the metal shaft portion is set so that the ratio of the weight of the thermal spray layer formed around the shaft portion to the weight of the shaft portion is 3.5.
The method for producing a composite roll for rolling according to claim 4, wherein the temperature is in the range of 400 to 1200C in the range of to 10.
【請求項10】溶射により形成された溶射層部は、溶射
後の溶射層部の平均冷却速度を250℃/時以下としたこ
とを特徴とする請求項4記載の圧延用複合ロールの製造
法。
10. The method for producing a composite roll for rolling according to claim 4, wherein the thermal spray layer formed by thermal spraying has an average cooling rate of 250 ° C./hour or less for the thermal spray layer after thermal spraying. .
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