JP2795557B2

JP2795557B2 - 複合ロール

Info

Publication number: JP2795557B2
Application number: JP15595991A
Authority: JP
Inventors: 健司市野; 忠夫橋本
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JPH04354847A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特に熱間圧延に使用
するワークロール等に用いるロール、中でもロール胴が
遠心鋳造による内層および外層の２層構造にかかる複合
ロールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鋼材の熱間圧延に用いられるロ
ールは、耐摩耗性、耐焼付性、耐熱亀裂性および強靱性
などの種々の特性が要求されることから、これらの諸特
性を単一の材料で実現するには限度があるため、異なる
材質からなる内層及び外層の２層でロール面を構成し
た、いわゆる複合ロールが用いられることが多い。

【０００３】すなわち、外層材に、耐摩耗性、耐焼付性
及び耐熱亀裂性に優れる高合金グレン鋳鉄や合金ダクタ
イル鋳鉄等の合金鋳鉄を用いる一方、内層材に、強靱性
を有する黒鉛鋼（特開昭58-90363号公報参照）やアダマ
イト鋼（特開昭55-153659 号公報参照）等の高炭素鋳鉄
又は球状黒鉛鋳鉄（特公昭60-18484号公報参照）などを
用いて、遠心鋳造法にて内層及び外層を溶着一体化し複
合ロールとするのが通例である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが遠心鋳造法
は、まず外層材を鋳造してから内層材を鋳造するため、
内層の鋳造時に外層の合金鋳鉄が再溶解して内層材に混
入し、内層の強度低下が不可避に生じ、ロールの鋳造後
や熱処理の特に冷却過程で、又は圧延ロールとして使用
中に、内層から割れが発生する問題に発展していた。

【０００５】例えば、内層材を黒鉛鋼やアダマイト鋼と
した場合は、外層の高合金鋳鉄が３wt％程度の炭素を含
む高Ｃ材であるところから、鋳造時の外層材の混入によ
り内層材のＣ含有量が著しく高くなって、内層は片状黒
鉛が晶出した組織となり、強度と靱性が低下することに
なる。また、内層材を球状黒鉛鋳鉄とした場合は、内層
の外層との境界部に黒鉛の球状化不良によって生成した
片状黒鉛鋳鉄層、またはセメンタイトが多量に析出した
チル層を含む組織となり、同様に強度と靱性が低下す
る。さらに、球状黒鉛鋳鉄は、黒鉛鋼やアダマイト鋼に
比べて強度が低いため、強度の要求が厳しい近年のロー
ルには不向きである。

【０００６】そこでこの発明は、上記の問題を有利に解
消し、特に片状黒鉛の晶出のない高強度の内層をそなえ
る複合ロールを提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは、内層に外層
材が混入し内層のＣ量が増加しても片状黒鉛の晶出をま
ねくことのない内層材について鋭意検討したところ、内
層材へのBiとREM の含有によって、片状黒鉛の晶出が抑
制されて高強度化に有利な球状黒鉛が晶出することを新
たに知見し、この発明を完成するに到った。

【０００８】すなわち、この発明は、胴軸部である内層
とその外周に溶着された外層との２層構造よりなる複合
ロールにおいて、外層を合金鋳鉄材で形成し、内層を、
Ｃ：1.4 〜2.5 wt％、Si：1.5 〜3.0 wt％、Mn：0.3 〜
1.0 wt％、Ni：1.5 wt％以下、Cr：0.8 wt％以下、Mo：
0.5 wt％以下、Bi：0.0006〜0.005 wt％、 REM：0.005
〜0.02wt％およびＳ：0.015wt ％以下を含有し、残部鉄
および不可避的不純物よりなる材料で形成したことを特
徴とする複合ロールである。また、内層は、球状黒鉛を
面積率で１〜４％の範囲にて含む組織を有することが、
実施に当たり有利に適合する。

【０００９】

【作用】次に、この発明にかかる複合ロールにおける胴
軸部である内層の材料を特定する理由について述べる。Ｃ：1.4 〜2.5 wt％（以下単に％と示す）Ｃは、その含有量が1.4 ％未満だと、内層材の融点が上
昇すると共に流動性が低下し、内層と外層の溶着一体化
が困難になる。これを防止するには高温での鋳造が必要
になるが、高温鋳造は外層の再溶解量を増加して外層の
所要厚さを確保できなくなる上、引け巣の発生頻度が増
大してロール品質を低下することから、高温鋳造を適用
するのは難しい。従って、Ｃ含有量の下限は、1.4 ％と
した。一方、2.5 ％をこえると球状黒鉛の生成が困難と
なり、片状黒鉛が多量に晶出して強度が低下するため、
2.5 ％を上限とした。

【００１０】Si：1.5 〜3.0 ％、 Siは、炭化物の生成を抑制する作用があり、その含有量
が1.4 ％未満だと、黒鉛の生成が困難になって炭化物が
多量に生成して脆化が促進される一方、3.0 ％をこえて
含有しても炭化物生成の抑制効果は飽和する上、基地組
織を脆くするため、1.5 〜3.0 ％の範囲とした。

【００１１】Mn：0.3 〜1.0 ％ Mnは、Ｓと結合してＳの悪影響を排除するのに有用な成
分であるが、0.3 ％未満ではその効果は得られず、一
方、1.0 ％をこえて含有させても効果が飽和する上、炭
化物が生成し易くなって強度及び靱性の低下をまねくた
め、0.3 〜1.0 ％の範囲とした。

【００１２】Bi：0.0006〜0.005 ％、 Biは、球状黒鉛の生成に不可欠の、この発明で最も重要
な成分であり、0.0006％以上は含有させないと効果に乏
しく、一方、0.005 ％をこえると逆に黒鉛の生成が困難
となるため、0.0006〜0.005 ％の範囲とした。

【００１３】REM ：0.005 〜0.02％、 REM は、Biと複合して含有させることで良好な球状黒鉛
の生成を促進する成分であり、0.005 ％以上の含有が必
要であるが、0.02％をこえる含有は炭化物の生成をまね
いて強度及び靱性が低下することから、0.005 〜0.02％
の範囲とした。

【００１４】Ｓ：0.015 ％以下Ｓは、黒鉛の球状化を阻害する成分であり、0.010 ％以
下に抑制することが好ましく、特に、0.015 ％をこえる
と影響が顕著になるため、0.015 ％を上限とした。

【００１５】Ni, Mo及びCrは、基地を強化して靱性を高
める効果はあるものの、積極的に含有する必要のない成
分であるが、外層の合金鋳鉄からの混入が不可避に生
じ、その結果炭化物が多量に生成して強度及び靱性が低
下することから、それぞれNi：1.5 ％、Cr：0.8 ％及び
Mo：0.5 ％の上限で抑制することとした。

【００１６】さらに内層は、球状黒鉛を面積率で１〜４
％の範囲にて含む組織を有することが好ましい。なぜな
ら、この面積率が１％未満であると脆化や強度低下を来
す一方、４％をこえると黒鉛量が過多になって強度低下
をまねくからである。また、片状黒鉛が晶出すると、切
欠きとなって靱性低下をまねく。

【００１７】また、胴軸部の外周部に一体に溶着されて
外郭を形造る外層には、熱間圧延に適した合金鋳鉄を用
いるが、この合金鋳鉄としては合金ダクタイル鋳鉄や高
Cr鋳鉄などが好適であるが、これらに限定されるもので
はない。

【００１８】なお、この発明に従う複合ロールの製造
は、外層となる合金鋳鉄の溶湯を回転鋳型内に所定厚み
相当量注入し、次いで、内層となる溶湯を注入してロー
ル軸部を形成する、遠心鋳造法が特に有利に適合する。

【００１９】

【実施例】(実施例１)遠心鋳造法により、ロール胴の外
層には表１に示す成分組成の合金グレン鋳鉄を用い、一
方、内層には表２に示す成分組成の各種高炭素鋳鋼を用
いて、外径：1500mm、内径：850mm 及び軸長：800mm の
複合ロールを鋳造した。かくして得られた複合ロールを
450 ℃で歪取り焼鈍（ＳＲ）処理した後、内層の金属組
織と引張り強さを調べた。その観察及び調査結果を、図
１〜７および表２に併記する。

【００２０】

【００２１】

【表２】

【００２２】図１〜４に金属組織を示すように、この発
明に従う組成の内層No. １〜４は、いずれも球状黒鉛が
生成している。また、表２から強度の改善も著しいこと
がわかる。これに対して図５及び７に金属組織を示すよ
うに、この発明の範囲外の組成に成る内層No. ５及び７
は、いずれも片状黒鉛が晶出し、また表２から強度低下
も著しいことがわかり、さらに内層No. ６はCrを多量に
含有したため、炭化物が多量に晶出し、強度が低下した
ことがわかる。

【００２３】(実施例２)遠心鋳造法により、ロール胴の
外層には表３に示す成分組成の合金ダクタイル鋳鉄を用
い、一方内層には表４に示す成分組成の各種高炭素鋳鋼
を用いて、外径：1500mm、内径：850mm及び軸長：800mm
の複合ロールを鋳造した。かくして得られた複合ロー
ルに、高温熱処理（950 ℃で10時間加熱後に焼入れ）及
び焼戻し熱処理（550 ℃で25時間保持）を施した後、内
層の金属組織と引張り強さを調べた。その観察及び調査
結果を、図８、９及び表４に併記する。

【００２４】

【００２５】

【表４】

【００２６】図８に金属組織を示すように、この発明に
従う組成の内層No. ８は、球状黒鉛が生成していること
がわかり、また表４から強度の改善も著しいのに対し
て、図９に金属組織を示す、この発明の範囲外の組成に
成る内層No. ９は、片状黒鉛が晶出し、また表４から強
度低下も著しいことがわかる。

【００２７】

【発明の効果】この発明によれば、複合ロールの内層の
強度向上をはかれるため、圧延時のロール割れ等の事故
を防止でき、またロール製造時や熱処理時における内層
に加わる引張り応力の許容度が高くなるため、外層の高
強度化及び強靱化を目的とした低温焼入れや焼入れ時冷
却速度の増大が可能となる。さらにこの発明の複合ロー
ルは、従来のこの種複合ロールの製造と同様の手法及び
設備にて容易に製造できるため、製造コストを抑える利
点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】内層の金属組織写真である。

【図２】内層の金属組織写真である。

【図３】内層の金属組織写真である。

【図４】内層の金属組織写真である。

【図５】内層の金属組織写真である。

【図６】内層の金属組織写真である。

【図７】内層の金属組織写真である。

【図８】内層の金属組織写真である。

【図９】内層の金属組織写真である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】胴軸部である内層とその外周に溶着され
た外層との２層構造よりなる複合ロールにおいて、外層
を合金鋳鉄材で形成し、内層を、Ｃ：1.4 〜2.5 wt％、 Si：1.5 〜3.0 wt％、 Mn：0.3 〜1.0 wt％、 Ni：1.5 wt％以下、 Cr：0.8 wt％以下、 Mo：0.5 wt％以下、 Bi：0.0006〜0.005 wt％、 REM：0.005 〜0.02wt％お
よびＳ：0.015wt ％以下を含有し、残部鉄および不可避的不
純物、よりなる材料で形成したことを特徴とする複合ロール。
【請求項２】内層は、球状黒鉛を面積率で１〜４％の
範囲にて含む組織を有する請求項１に記載の複合ロー
ル。