JP2843133B2

JP2843133B2 - 複合ロール

Info

Publication number: JP2843133B2
Application number: JP2231252A
Authority: JP
Inventors: 義弘中川; 良登瀬戸; 昭利岡林; 淳船越; 広之木村
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JPH04111908A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は鉄鋼材の熱間圧延用複合ロールに関する。

（従来の技術）圧延用ロールは、圧延使用層の耐摩耗性と軸部の強靭
性とを確保するため、通常、高級鋳鉄や球状黒鉛鋳鉄等
の強靭鋳鉄材によって形成された軸部の外周面に耐摩耗
性に優れた高合金鋳鉄材によって形成された外層を溶着
一体化して複合化される。この場合、軸部としては一般
に円柱状のものが使用されるが、形鋼圧延用のものでは
円筒状のものが使用される場合もある。

圧延用複合ロールは、遠心力鋳造によって外層を鋳造
し、その内面が半凝固の状態で軸部を鋳造し、両者を溶
着一体化することにより製作される。

また、Ｖは高硬度かつ微細なMC型炭化物を形成し、耐
摩耗性に優れることが知られており、例えば特開昭61−
37949号公報にはＶを含む耐摩耗合金鋳鉄ロール材が開
示されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来、軸部が鋳鉄材によって形成され
ているため、引張強度が50kg/mm²程度以下と十分な強度
が得がたく、また溶着の際に外層の高合金成分が軸部溶
湯に混入し、材質を劣化させる。このため、製造途中に
外層の残留応力によって軸部が破壊したり、また近年の
圧延条件の苛酷化に伴ない、圧延中に折損事故が生じる
等の問題があった。

かかる問題を解決するには、軸部を黒鉛鋼や鋳鋼で形
成すればよいと考えられるが、これらの鋼材は凝固温度
が外層材に対して高く、外層と軸部との溶着の際に、外
層内面が軸部の凝固よりも遅れるため、健全な溶着が得
がたく、溶着部における強度が不足するという問題があ
る。

また、前記耐摩耗合金鋳鉄にあっては、Ｖ炭化物（正
確にはＶを多く含むMC型炭化物）は比重が小さいため、
大形鋳物を鋳造する場合や遠心力鋳造を行う場合、これ
が比重差によって分離し、マクロ的な不均一が生じ、偏
摩耗の原因となる。

このため、前記公報に開示の技術ではNbを含有させ
て、偏析の防止を図っているが、Nbは溶解が難しく、多
量に添加することができないため、偏析の防止が十分と
は言えないのが実情である。

本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、外層にマ
クロ偏析が生じ難く、かつ外層と軸部との接合健全性が
損なわれることがなく、軸部を鋼材で形成すると共に外
層を耐摩耗性に優れたＶ含有耐摩耗鋳鉄で形成した複合
ロールを提供することを目的とする。

（課題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複合ロー
ルは、耐摩耗性に優れた高合金鋳鉄材で鋳造された円筒
状外層部材が靭性に優れた鋼材で形成された軸部材の外
周面に配置されると共に両部材が熱間等方圧加圧により
固相拡散接合されており、前記高合金鋳鉄材は化学組成
が重量％で、 C :2.3〜3.4％、Si:0.3〜2.0％ Mn:0.3〜1.5％、Ni:0.3〜3.0％ Cr: 7〜 18％、V : 1〜8 ％ Mo: 5〜15 ％、W : 0〜10 ％但し、Mo＋1/2 W:5〜15％残部Feおよび不可避的不純物で形成されていることを発
明の構成とするものである。

（作用）外層部材および軸部材は各々単独で製造することがで
きるため、製造容易である。また、外層部材と軸部材と
は熱間等方圧加圧（以下、HIPという。）により固相拡
散接合されているため、接合時に外層部材の内面が溶融
することがなく、凝固時間の遅れに起因する接合不良が
生じることがない。また、接合部の拡散層の厚さは、拡
散容易な軽元素のＣについて見ても5mm以内であり、溶
着の場合に生じる混合層（外層と軸部との成分が混合し
た中間的な成分を有する層）に比べて極めて薄く、外層
部材は境界部近傍まで有効に使用することができる。

また、外層部材を形成するＶ含有高合金鋳鉄材の化学
組成（単位重量％）は以下の理由により限定される。

C:2.3〜3.4％ 2.3％未満では凝固温度範囲（固液共存域）が広くな
る。また、炭化物量が少なくなり耐摩耗性が劣化する。
鋳造性も悪くなる。一方、3.4％を越えると靭性が低下
する。

Si:0.3〜2.0％溶湯の酸化防止と鋳造性の付与のため0.3％以上添加
する。また、Cr炭化物（Crを多く含む複炭化物）を除く
炭化物中に固溶し、炭化物量を増加させる効果がある
が、２％を越えると材質が脆くなる。

Mn:0.3〜1.5％不純物として混入するＳをMnSとして固定するため、
0.3〜1.5％添加する。1.5％を越えると残留オーステナ
イトが増加し、硬度低下を招く。

Ni:0.3〜3.0％基地を強化し、焼入性を増加させるために0.3％以上
添加するが、３％を越えると残留オーステナイトが増加
し、硬度が低下する。

Cr:7〜18％通常、焼入性・耐酸化性を増加させるために添加する
が、７％未満では凝固温度範囲が広くなり過ぎる。一
方、18％を越えるとCrを多く含む複炭化物が多くなる。
Crを多く含む複炭化物は、W,V,Moなどの複炭化物ほど硬
くないため、全炭化物量に対する相対的割合は少ない方
が好ましい。

V:1〜８％高硬度のMC型炭化物を形成し、耐摩耗性を増加させる
が、１％未満では効果が小さい。一方、比重分離防止の
観点から８％以下の添加が好ましい。

Mo:5〜15％一部基地中に固溶し、焼入性を増加させる。また、Ｖ
と複炭化物を形成し、５％以上の添加でＶの比重分離を
抑制する効果があるが、15％を越えると共晶炭化物が増
加し、強度低下を招く。

W:0〜10％、但しMo＋1/2 W:5〜15％基地の高温軟化抵抗を増加させる効果がある。また、
Moと同様の効果があり、Mo:W＝1:2の割合でMoと置換可
能であるが、Moに較べて原子量（従って比重）が約２倍
と高いため、10％を越える添加では溶湯の比重が増大
し、Ｖの複炭化物との比重差が大きくなり、かえってＶ
の偏析を助長する。また、M₆C型炭化物が増加するため
好ましくない。

本発明の合金鋳鉄材は、以上の成分のほか残部がFeお
よび不可避的に混入する不純物で形成される。本発明の
耐摩耗性鋳鉄材は、高Ｃ高Crの特定の成分系を選定し、
凝固温度範囲（固液共存域）を狭くすることによって偏
析を生じにくくすると共に、Ｖと複炭化物を生成し易い
重元素（主としてMo）を添加して、Ｖ複炭化物の比重を
増加させ、比重分離を抑制した点に特徴がある。

（実施例）第１図は本発明の複合ロールの構造を示しており、圧
延使用層を形成する外層部材１が軸部材２の外周面に配
置され、HIPにより固相拡散接合されている。

外層部材１は円筒体であり、遠心力鋳造（横型、傾斜
型、立型）や静置鋳造によって鋳造される。単一材質で
あるため、鋳造後の冷却速度に注意を払えば、過大な残
留応力による割れ発生のおそれもない。外層部材１の材
質としては、既述のＶ含有高合金鋳鉄材が使用される。

軸部材２は円柱体であり、静置鋳造や鋳造後に鍛造す
ることによって製造される。尚、軸部材が円筒体のもの
では遠心力鋳造の適用も可能である。材質としては、低
合金鋳鋼、高合金鋳鋼、JIS規定のSCM材、SNCM材等の鋼
材を使用することができる。これによって軸部材の引張
強度を60kg/mm²以上にすることができ、充分な強度、強
靭性を確保することができる。

前記外層部材１と軸部材２とを固相拡散接合するに
は、外層部材１を軸部材２に嵌合し、両部材1,2間の嵌
合部空隙にある空気を除去し、HIP処理することによっ
て行われる。嵌合部空隙の空気を除去するには、第２図
に示すように、軸部材２の一方のメタル部（径小部）３
から他方のメタル部４を覆うように軟鋼板製カバーを設
け、その内部の空気を脱気することによって行われる。
６は脱気管であり、真空脱気後、カシメや溶接によって
閉塞される。また、第３図に示ように、両方の嵌合端部
を溶接し、嵌合部空隙に連通するように取付けた脱気管
６より脱気してもよい。尚、メタル部3,4を分割し、HIP
処理することにより、HIP処理炉を小形化することがで
き、設備費の低減を図ることができる。軸部材２は鋼材
で形成されているので、分割したメタル部はHIP処理
後、溶接により容易に接合一体化することができる。第
４図は軸部材が円筒体であるＨ形鋼用スリーブロールの
場合を示し、カバー５は外層部材１を軸部材２に嵌合し
た複合ロール素材を包み込むように形成されている。

HIP処理後、複合ロール素材は、粗加工後、外層部材
の硬化のために950〜1150℃に保持してオーステナイト
化した後、噴霧水冷等によって急冷して焼入れ、その後
500〜650℃で２〜20時間保持する焼戻しが数回行われ
る。尚、素材が小形のものでは、空冷するだけで焼入れ
が可能である。

次に具体的実施例を掲げる。

（１）外層部材として外径340mm、内径260mm長さ1250
mmの円筒体を遠心力鋳造（回転数Ｇ_NO.120）により製作
した。外層部材の化学組成（単位wt％、残部実質的Fe）
を下記第１表に示す。

（２）遠心力鋳造後の外層部材の横断面を王水で腐食
してマクロ組織を目視観察したところ、実施例では偏析
が認められなかったが、従来例では内面から10mmまでは
高濃度のＶ含有層となっており、外面〜15mmに亘って高
濃度と低濃度のＶ混合層からなる層状の偏析が観察され
た。

（３）実施例の外層部材を内径290.0〜290.2mmに機械
加工し、外径289.8〜290.0mm、長さ1450mmの軸部材に嵌
合し、嵌合部隙間を脱気した後、HIP処理を施した。HIP
処理条件は、圧力200kg/cm²、温度1080℃である。軸部
材の化学組成（wt％、残部実質的Fe）を下記第２表に示
す。

（４） HIP処理後、下記第３表のオーステナイト化温
度に加熱後、急冷し、下記の温度で焼戻し、歪取り熱処
理を施した。

（５）熱処理後、表面硬度、境界45゜圧縮強さ（接合
境界面を荷重方向に対して45゜に配置した試験片により
測定した圧縮強さ）等を測定した。その結果を下記第４
表に示す。

（６）第４表より本発明の複合ロールは、軸部材が70
kg/mm²以上と高強度であり、境界45゜圧縮強さが200kg/
mm²以上で、外層部材表面にも大きな圧縮応力が残留し
ており、接合境界部の健全性、耐折損性に優れることが
確認された。

（発明の効果）以上説明した通り、本発明の複合ロールは、靭性に優
れた鋼材で形成された軸部材の外周面に圧延使用層たる
外層部材がHIPにより固相拡散接合されているので、両
部材の接合に際し、外層部材の内面が溶融することがな
く、それ故接合部が健全で強度劣化が生じず、また軸部
材の材質特性をそのまま生かすことができ、高強度の確
保ひいては耐折損性の向上を図ることができる。また、
両部材の拡散層も5mm程度以下とごく薄いため高価な高
合金材で形成された外層部材の有効利用を図ることがで
きる。また、本発明の外層部材はCr:7〜18％、V:1〜８
％、Mo＋1/2 W:5〜15％を含有する特定組成としたの
で、Nbを含有しないにも拘らず、また偏析防止のため特
定に凝固時の冷却速度を速めることなく、従来の遠心力
鋳造法によって、Ｖのマクロ偏析の生じにくい円筒状外
層部材を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合ロールの断面図、第２図ないし第
４図は複合ロール素材の接合部脱気要領を示す断面図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者船越淳兵庫県尼崎市西向島町64番地株式会社クボタ尼崎工場内 (72)発明者木村広之兵庫県尼崎市西向島町64番地株式会社クボタ尼崎工場内 (56)参考文献特開昭62−7802（ＪＰ，Ａ) 特開平１−166809（ＪＰ，Ａ) 特開平４−214837（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−97304（ＪＰ，Ａ) 特開平４−100614（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21B 27/00 B21B 27/03 B23K 20/00 C22C 37/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】化学組成が重量％で、 C :2.3〜3.4％、Si:0.3〜2.0％ Mn:0.3〜1.5％、Ni:0.3〜3.0％ Cr: 7〜 18％、V : 1〜8 ％ Mo: 5〜15 ％、W : 0〜10 ％但し、Mo＋1/2 W:5〜15％残部Feおよび不可避的不純物からなる高合金鋳鉄材で鋳
造された円筒状外層部材が靭性に優れた鋼材で形成され
た軸部材の外周面に配置されると共に両部材が熱間等方
圧加圧により固相拡散接合されていることを特徴とする
複合ロール。