JP2897184B2 - 硬化肉盛溶接ロール又はローラーの製造方法 - Google Patents

硬化肉盛溶接ロール又はローラーの製造方法

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JP2897184B2 JP23356789A JP23356789A JP2897184B2 JP 2897184 B2 JP2897184 B2 JP 2897184B2 JP 23356789 A JP23356789 A JP 23356789A JP 23356789 A JP23356789 A JP 23356789A JP 2897184 B2 JP2897184 B2 JP 2897184B2
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    • 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)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、主として製鉄所の圧延ラインで常温又は高
温の被圧延材と直接接触するロール又はローラーに適す
る耐摩耗用ロール又はローラーの製造方法に関する。
(従来の技術及び解決しようとする課題) 製鉄所の圧延ラインでは、常温或いは高温の被圧延材
と直接接触するロール又はローラーとして、例えば、熱
延工場のVSBロール、FBSロール、ピンチロール、ブロッ
カーロールや、分塊工場のスキューローラー、カリバー
ロール、ツイスターロール、冷延工場のルーパーカーロ
ールなどがある。
この種のロール又はローラーの製造方法は、大別し
て、焼入れ法、硬化肉盛溶接法及び溶射法の3種類が実
用化されている。
しかし、焼入れ法は、施工が容易であるが、硬化層が
薄いため、耐摩耗性に問題があり、使用中、時には部分
剥離を起こすという問題がある。
また、溶射法は、溶接法では不可能な超耐熱又は高硬
度の高含有炭化物層やセラミックス層を形成させること
ができるが、母材との密着強度が小さいため、皮膜が剥
離する恐れがある。
したがって、最も多用されている方法は、施工が容易
で、且つコストも比較的易い硬化肉盛溶接法である。
この硬化肉盛溶接法の場合、主として高能率なバンド
アーク溶接法やサブマージアーク溶接法で肉盛されてい
る。また、溶材として、SUS410系、SUS420系、ハイス系
などの溶材や、中Cr含有量のUSH600N(0.4C−7Cr−5Mo
系)の硬化肉盛溶接材料が使用されている。そして、肉
盛溶接した後、残留応力の除去や2次硬化を目的とした
550〜650℃の温度で溶接後熱処理を実施し、その後、仕
上加工を施して製造されている。
しかし乍ら、この硬化肉盛溶接法で製造されたロール
又はローラーには、第1図に示すように、肉盛溶接部2
にビードマークと称する模様、すなわち、溶接線に沿っ
て溶接熱影響部(ビード重なり部21)に筋状の凹み模様
(局所減肉部22)が発生するため、このビードマークが
進行し、ロール又はローラー表面の凹凸が大きくなる
と、製品にこのマークが転写され、品質不良となる。そ
のため、早期取替が必要となり、保全コスト(補修費
用、取替費用)が高くなったり、工場稼動率の低下をも
たらすという問題がある。また、肉盛部の組織をマルテ
ンサイトにして硬化させているため、耐摩耗性にも問題
があり、寿命が短かった。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためにな
されたものであって、ビードマークを緩和乃至消失で
き、高品質の硬化肉盛溶接ロール又はローラーの製造方
法を提供することを目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 前記目的を達成するため、本発明者らは、従来の硬化
肉盛溶接ロール又はローラーではビードマークの発生が
避けられなかったことに鑑みて、このマークを緩和し或
いは消失できる方策について鋭意研究を重ねた。
その結果、硬化肉盛溶接後、溶接後熱処理の後に、特
定温度でのビードマーク緩和・消失熱処理を施すことに
より、可能であることを見い出したものである。また、
特に硬化肉盛を粉末プラズマ溶接にて行う場合には特定
組成の粉末材料を使用することにより、高耐摩耗性を付
与できることも見い出し、ここに本発明をなしたもので
ある。
すなわち、本発明に係る硬化肉盛溶接ロール又はロー
ラーの製造方法は、ロール又はローラーの胴部表面に硬
化肉盛溶接して炭化物析出組織を得た後、溶接後熱処理
を施し、更に850〜1350℃のビードマーク緩和・消失熱
処理を施すことを特徴とするものである。
以下に本発明を更に詳細に説明する。
(作用) 前述の如く、本発明の最も特徴とするところは、肉盛
溶接を行った後に、溶接後熱処理並びにビードマーク緩
和・消失熱処理を施す点にある。
溶接後熱処理を施すのは、残留応力を除去し、次工程
の熱処理での割れを防止するためである。また、肉盛溶
接金属がオーステナイト系の場合には、残留オーステナ
イトをなるべく消失させ、溶接金属の最高硬さを得ると
共に、過時効にならないようにするためでもある。な
お、この溶接後熱処理の条件は、特に制限されるもので
はなく、通常行われる条件でよい。
その後に850〜1350℃の温度でビードマーク緩和・消
失熱処理を実施する。この熱処理の目的は、ビードマー
クを緩和し或いは消失させるためである。すなわち、ビ
ードマークは溶着金属時の組織が各溶接ビード単位で現
われるため、通常の溶接後処理では除去することができ
ない。ビードマーク部に発生する凹凸はビードマーク
部、すなわち、溶接熱影響部に多量に炭化物が偏析、析
出し、同部の耐食性が低下し、選択腐食により生じるも
のと考えられる。この点、850〜1350℃の温度で加熱す
る熱処理を実施すれば、溶着金属組織が均一化し、ビー
ドマークを緩和し乃至消失させることが可能となる。
具体的には、使用する溶接金属の成分系により若干異
なるが、以下のとおりである。
すなわち、溶接金属がオーステナイト系の場合には、
マルテンサイト組織の溶着金属をオーステナイト化し、
析出している炭化物を再固溶させ、溶接時の熱履歴を除
去し、溶体化熱処理効果でビードマークを緩和、消失さ
せることができる。しかし、850℃未満では溶着金属組
織がオーステナイト化できず、逆に1350℃を超えて加熱
すると溶融する恐れが生じたり、熱処理コストが高くな
るので好ましくない。
また、炭化物分散型の場合には、溶接熱影響部に偏
析、析出している炭化物(NbC)を一旦固溶し、均一に
分散させ、ビードマークを緩和、消失させるためであ
る。しかし、850℃未満では炭化物の均一分散が不可能
であり、逆に1350℃を超えて加熱すると、溶融する恐れ
が出たり、熱処理費用も高価となるためである。
上記ビードマーク緩和・消失熱処理の後は、必要に応
じて、溶接金属がオーステナイト系の場合には、焼入
れ、焼きもどし等の硬度調整熱処理を施すことができ、
この熱処理により、ビードマーク緩和・消失熱処理によ
り低下した硬さを硬化させる。また炭化物分散型の場合
には、組織安定化熱処理を施すことができる。
次に、使用する溶接金属(肉盛溶接部)の組成につい
て説明する。
溶接金属の組成としては特に制限されないが、少なく
とも、炭化物が析出している組織が得られる組成のもの
である必要がある。
このような組成としては、オーステナイト系と炭化物
分散型が代表的である。
オーステナイト系の場合は、高速度鋼又は合金工具鋼
を挙げることができ、高速度鋼としてはJISG4403(196
8)“高速度鋼鋼材”に規定される化学成分、合金工具
鋼はJISG4404(1972)“合金工具鋼”に規定される化学
成分と同等のものが推奨される。これらの成分系は、高
硬度で且つ靱性を有し、使用中の割れや剥離等のトラブ
ルが少ないうえ、肉盛溶接後の硬度の低い状態で荒加工
後、熱処理により容易に高硬度にすることができる利点
がある。また、溶接性も比較的良好である。肉盛溶接法
としては、効能率なサブマージアーク溶接、バンドアー
ク溶接や、TIG、MIG等、あらゆる方法が可能である。
また、炭化物分散型の場合は、マトリックス金属とし
て30〜70wt%Ni及び70〜30wt%CrのNi−Cr系を使用し、
該マトリックス金属中に20〜60重量%のNbC(ニオブ炭
化物)を混合させたものを、高炭化物系材料や各種材料
が自由にブレンドできる粉末プラズマ溶接法で硬化肉盛
溶接するのが望ましい。マトリックス金属として上記組
成のNi−Cr系を使用するのは溶接性及び耐食性、耐熱性
も良好で、且つ比較的安価に入手することができるため
である。前記マトリックス金属中に所定量のNbCを混在
させるのは、炭化物を溶着金属内に均一に分散させ、耐
熱、耐摩耗性を向上させるためである。なお、NbCの割
合を20〜60wt%にするのは、20wt%未満では耐熱・耐摩
耗効果が小さく、逆に60wt%を超えると溶接部に割れが
生じ易くなるためである。
(実施例) 次に本発明の実施例を示す。
実施例1 本例は圧延工場等の小径ロールに適用した例である。
ロールの形状は第2図に示すとおりのもので、溶接条
件は 溶接法:粉末プラズマ溶接 溶材:第1表に示すハイス系粉末材料 予熱層間温度:400〜450℃ 溶接速度:16.5cpm 母材材質:SCM440 とし、肉盛は下盛1層、上盛1層の2層盛とし、80mmφ
に荒加工した。
次に590±10℃×2hr保持後、炉冷の溶接後熱処理を実
施した。その後、第3図に示す高周波熱処理装置を使用
して1150℃±50℃で0回、1回、3回、10回熱処理を施
し、空冷した。この熱処理では加熱温度を一定とするた
めにロール(試験材3)を回転治具5により回転させ、
更に非接触温度計6を用い、温度が一定となるよう加熱
コイル4の上昇速度を調節するようにした。この際の熱
処理回数とは、加熱コイル4の上昇回数を云う。
この熱処理の後、ロールを所定寸法に機械加工して仕
上げた。
第4図は肉盛部表面硬さを示したものである。同図か
らわかるように、熱処理回数が増加するにしたがって硬
さのバラツキが少なくなっている。すなわち、これは、
熱影響部に偏析出していた炭化物が再固溶され、均一に
粒内分散したためと考えられる。事実、熱処理なしの場
合にはビードマークが顕著であったのに対し、1回の熱
処理でビードマークが緩和され、3回の熱処理でビード
マークが消失していた。
実施例2 ロールの形状は第2図に示すとおりのもので、溶接条
件は 溶接法:粉末プラズマ溶接 溶材:第2表に示す粉末材料 予熱層間温度:400〜450℃(下盛) 650〜750℃(上盛) 溶接速度:16.5cpm 母材材質:SCM440 とし、肉盛は下盛1層、上盛1層の2層盛とし、80mmφ
に荒加工した。
次に590±10℃×2hr保持後、炉冷の溶接後熱処理を実
施した。その後、第3図に示す高周波熱処理装置を使用
して1000±50℃で0回、10回熱処理し、空冷した。熱処
理の際は実施例1の場合と同様の点に留意した。
この熱処理の後、ロールを所定寸法に機械加工にて仕
上げた。
第5図は肉盛部表面硬さを示したものである。同図か
らわかるように、10回熱処理したものは硬さのバラツキ
も小さくなっている。これは熱影響部に偏析、析出して
いた炭化物が再固溶され、均一に分散したためと考えら
れ、ビードマークが消失していた。
なお、上記実施例では、ビードマーク緩和・消失熱処
理を高周波加熱装置で実施したが、この熱処理方式に代
えて、バッチ式の熱処理炉で所定の温度に加熱、一定時
間保持した後、炉内より取出し空冷してもよい。
勿論、熱処理効果層深さを大とするために中周波処理
でもよいし、熱処理炉と高周波又は中周波加熱装置との
併用で実施することも可能である。
熱処理温度を精度よく容易に監視し制御するための測
温方法として、シースなどの接触温度計の他、測温用ラ
ベルを貼り付ける方法、測温用ペイントを塗布し変色度
合いでみる方法、赤外線温度計、オプチカルメータ、サ
ーモビュアによる連続測温方式などが適用である。
また、エレクトロビームやレーザーを熱源に用いて熱
処理を行うことも可能であるし、溶融スラグの廃熱利用
で熱処理することもできる。
更には、ロール表面に凹凸処理、メッキ、溶射、化学
皮膜処理などを併用して適用することや、機械的に陵目
ローレット加工を施したり、スリーブを併用したり、ク
ラウンやテーパー、スリット付のものにして、特定用途
に適合させることもできる。
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、ロール又はロ
ーラーの胴部表面に硬化肉盛溶接し、溶接後熱処理を施
した後、特定条件の熱処理を施すので、ビードマークを
緩和乃至消失させることができる。したがって、製鉄所
の圧延ライン等の各種ロール又はローラーの取替周期が
長くなり、保全コストの低減、工場稼動率の増加、圧延
材製品品質の向上を図ることが可能となる。
また、NbCを均一に分散させるなどの態様の場合には
耐摩耗性が向上でき、取替周期を更に延長させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はビードマーク発生状況を説明する斜視図で、
(a)は斜視図、(b)は(a)のA部の拡大図であ
り、 第2図はロールの形状寸法(mm)を示す断面図、 第3図は高周波熱処理法の概要を示す説明斜視図、 第4図及び第5図は実施例で得られた肉盛部の表面硬さ
を示す図である。 1…ロール又はローラー、2…肉盛溶接部、21…ビード
重なり部、22…局部減肉部、3…試験材、4…加熱コイ
ル、5…回転治具、6…非接触温度計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−177389(JP,A) 特開 昭63−90307(JP,A) 特開 昭61−46307(JP,A) 特開 昭60−87910(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B21B 27/00 B23K 9/04 B23K 35/30 340 C21D 9/38

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ロール又はローラーの胴部表面に硬化肉盛
    溶接して炭化物析出組織を得た後、溶接後熱処理を施
    し、更に850〜1350℃のビードマーク緩和・消失熱処理
    を施すことを特徴とする硬化肉盛溶接ロール又はローラ
    ーの製造方法。
  2. 【請求項2】前記硬化肉盛溶接部が高速度鋼又は合金工
    具鋼からなる請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】前記硬化肉盛溶接部は、30〜70wt%Ni−70
    〜30wt%CrのNi−Cr系合金をマトリックス金属とし、金
    属炭化物として20〜60重量%のNbCを混在せしめたもの
    を用い、粉末プラズマ溶接にて硬化肉盛溶接したもので
    ある請求項1に記載の方法。
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