JP2974822B2

JP2974822B2 - 遠心力鋳造複合ロール

Info

Publication number: JP2974822B2
Application number: JP3154908A
Authority: JP
Inventors: 長森川; 昭利岡林; 広之木村; 良登瀬戸
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1999-11-10
Anticipated expiration: 2014-11-10
Also published as: JPH055155A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は遠心力鋳造複合ロールに
関する。

【０００２】

【従来の技術】複合ロールは、通常、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の内面に、強靭鋳
鉄材によって形成された内層が溶着一体化して形成され
ており、耐摩耗性と強靭性とを兼備したものである。複
合ロールの形態は、一般的には中実状であるが、形鋼圧
延用のものでは中空状のもの（スリーブロールと呼ばれ
る。) もある。

【０００３】前記中実ロールは、外層を遠心力鋳造した
後、その内面が未凝固ないし凝固直後に遠心力鋳造用金
型鋳型を起立させて、外層の内部に内層 (軸部) 材を静
置鋳造する。一方、中空ロールは、外層を遠心力鋳造し
た後、その内面が凝固ないし凝固直後に内層を遠心力鋳
造し、両者を溶着一体化する。尚、遠心力鋳造方法とし
ては、回転軸が水平もしくは傾斜した横型もしくは傾斜
型のみならず、鉛直方向の回転軸を有する立型でもよ
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、複合ロールの軸
芯としては、鋳造が容易で、強度的にも優れた球状黒鉛
鋳鉄材が多用されている。しかし、高合金外層材の合金
成分 (例えば、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ）が溶着時に内層材
中に溶け込むため、内層材質中のセメンタイト量が増加
し、また、Ｖ等の炭化物が晶出し、強靭性が低下すると
いう問題がある。

【０００５】本発明はかかる問題に鑑みなされたもの
で、外層材の高合金元素が混入しても、材質の強靭性劣
化が生じにくい内層材を有する遠心力鋳造複合ロールを
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の遠心力鋳造複合
ロールは、上記の目的を達成するため、第１の発明で
は、化学組成が重量％で、Ｃ： 1.0〜3.0 ％、Ｓｉ： 0.1〜2.0％、Ｍｎ：
0.1〜2.0 ％、Ｃｒ： 3.0〜10.0％、Ｍｏ： 0.1〜9.0
％、Ｗ： 1.5〜10.0％、Ｖ，Ｎｂの内一種又は二
種の合計：3.0 〜10.0％、残部Ｆｅおよび不純物よりな
る外層と、Ｃ： 2.8〜4.0 ％、Ｓｉ： 1.0〜4.0％、Ｍｎ：
0.2〜1.0 ％、Ｐ： 0.1％以下、Ｓ： 0.06 ％
以下、Ｎｉ： 0.5〜4.0 ％、Ｃｒ：0.05〜1.0 ％、
Ｍｏ：0.05〜1.0 ％、Ｗ： 0.5％以下、Ｖ＋Ｎｂ：
0.5％以下、Ｍｇ：0.01〜0.1 ％、残部Ｆｅおよび不純
物よりなる軸芯材を有する構成を採用し、更に第２の発
明は、化学組成が重量％で、Ｃ： 1.0〜3.0 ％、Ｓｉ： 0.1〜2.0％、Ｍｎ：
0.1〜2.0 ％、Ｃｒ： 3.0〜10.0％、Ｍｏ： 0.1〜9.0
％、Ｗ： 1.5〜10.0％、Ｖ，Ｎｂの内一種又は二
種の合計：3.0 〜10.0％、残部Ｆｅおよび不純物よりな
る外層と、Ｃ： 2.8〜4.0 ％、Ｓｉ： 1.0〜4.0％、Ｍｎ：
0.2〜1.0 ％、Ｐ： 0.1％以下、Ｓ： 0.06 ％
以下、Ｎｉ： 0.5〜4.0 ％、Ｃｒ：0.05〜1.0 ％、
Ｍｏ：0.05〜1.0 ％、Ｗ： 0.5％以下、Ｖ＋Ｎｂ：
0.5％以下、Ｍｇ：0.01〜0.1 ％、Ａｌ：0.1 ％以
下、Ｔｉ：0.1 ％以下、残部Ｆｅおよび不純物よりなる
軸芯材を有する構成を採用した。

【０００７】

【作用】本発明の外層材の化学組成（単位重量％）は以
下の理由により限定される。Ｃ： 1.0〜3.0 ％Ｃは主としてＦｅおよびＣｒと結合してＭ₇Ｃ₃型の高
硬度複合炭化物を形成すると共に、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｗと結合してＭＣ型の高硬度複合炭化物をも形成す
る。この高硬度複合炭化物形成のために、1.0 ％以上の
Ｃが必要である。一方、3.0 ％を越えてＣが含有される
と炭化物量が増すと共に脆くなり、耐クラック性が劣化
するため、3.0 ％以下とする。Ｓｉ： 0.1〜2.0 ％Ｓｉは本発明材が鋳造合金であるため、湯流れ性の確保
のために必要な元素であり、同時に又、使用原材料から
0.1％程度は不可避的に含有される。しかし、2.0％を
越えると靭性の低下を招くため好ましくない。Ｍｎ： 0.1〜2.0 ％Ｍｎは硬化能を増し、また、Ｓと結合してＭｎＳを生成
し、Ｓによる脆化を防ぐ元素であり、同時に使用原材料
から 0.1％程度は不可避的に含有される。しかし、2.0
％を越えると靭性の低下を招くため好ましくない。Ｃｒ： 3.0〜10.0％ＣｒはＦｅ, Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗと共にＣと結合して、
高硬度複合炭化物を形成して高温に於ける耐摩耗性の向
上を寄与する。また、一部は基地中に固溶して焼入れ性
および耐摩耗性を改善する。3.0 ％未満ではこれらの効
果が少なく、耐摩耗性改善が期待できない。一方、10.0
％を越えて含有されると靭性の劣化を来すため好ましく
ない。Ｍｏ： 0.1〜9.0 ％ＭｏはＦｅ, Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗと共にＣと容易に結合
して、主としてＭＣ型複合炭化物を形成し、常温および
高温硬度を高めて耐摩耗性の向上に寄与する。ＭｏはＷ
に比較して少量添加でその効果を発揮する。このさい、
0.1 ％未満では所期の耐摩耗性を得ることができず、一
方、9.0 ％を越えると靭性の低下を来し好ましくない。Ｗ： 1.5〜10.0％Ｗも同様にＦｅ, Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂと共に容易に結
合して複合炭化物を形成し、常温および高温硬度を高め
て耐摩耗性の向上を寄与する。 1.5％未満では所期の耐
摩耗性を得ることができず、一方、10.0％を越えると靭
性の低下を来し、耐ヒートクラック性を悪化させる。ま
た、遠心力鋳造の際、マクロ偏析を生成し易くさせる。
このため10.0％以下とする。Ｖ、Ｎｂの内一種又は二種の合計：3.0 〜10.0％ＶはＮｂと同様にＦｅ, Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗと共にＣと容易
に結合して、主としてＭＣ型の複合炭化物を形成し、常
温および高温硬度を高めて耐摩耗性の向上に寄与する。
また、このＭＣ型複合炭化物は厚さ方向に枝状に生成す
るために、基地の塑性変形を抑止し、機械的性質、さら
には耐クラック性の向上にも寄与する。単独または二種
を複合して 3.0％以上添加しないとかかる効果は現れに
くい。しかし、添加量が10.0％を越えると塑性の低下を
招来すると共に、遠心力鋳造の際、マクロ偏析を生成し
易くなる。このため、10.0％以下とする。

【０００８】本発明の第一のロール材は以上の成分のほ
か残部がＦｅおよび不純物で形成される。尚、Ｐ, Ｓは
原料より不可避的に混入するが、材質が脆くするので少
ない程望ましく、Ｐ： 0.2％以下、Ｓ： 0.1％以下に止
めておくのがよい。本発明の第二のロール材は、第一の
ロール材の合金元素の他、Ｆｅの一部に代えて、Ａｌ：
0.01〜0.50％、Ｔｉ：0.01〜0.50％の一種又は二種を含
有させたものである。ＡｌおよびＴｉは溶湯中で酸化物
を生成して、溶湯中の酸素含有量を低下させ、製品の健
全性を向上させると共に、生成した酸化物が結晶核とし
て作用するために凝固組織の微細化に効果がある。0.01
％未満ではこの効果は十分ではなく、0.50％を越えて含
有されると介在物となって残留し、好ましくない。尚Ａ
ｌ, Ｔｉは、本発明では主として鋳造組織の微細化によ
る耐摩耗性改善のために添加されるものであり、単に脱
ガスを目的として添加されるものではない。

【０００９】次に本発明の軸芯材の化学組成は以下の理
由により限定される。Ｃ： 2.8〜4.0 ％Ｃはその大部分が球状黒鉛となって晶出するが、2.8 ％
未満ではセメンタイトとなる量が増え、材質が脆くする
と共に鋳造性が低下する。一方、4.0 ％を越えると黒鉛
が過多となり、強度が低下する。Ｓｉ：1.0 〜4.0 ％ＳｉはＣの黒鉛化を調整する作用があり、特に本ロール
のように強い白銑化作用を有するＣｒ，Ｍｏ，Ｗ, Ｖ，
Ｎｂ等の元素を外層に含有する場合は、溶着に際して、
軸芯材へこれら元素が混入し、球状黒鉛の生成を阻害す
るため、Ｓｉによって、その悪影響を抑制する必要があ
る。このさい1.0 ％未満では黒鉛化が少なく、セメンタ
イト量が過多となり、脆くなる。4.0 ％を越えるとフエ
ライト中に固溶するＳｉ量が過多となり、フエライトを
脆くし、伸びが低下する。Ｍｎ：0.2 〜1.0 ％ＭｎはＳの害を抑えると共に焼入れ性を増し、強靭化に
寄与する。0.2％未満ではかかる効果が過少であり、一
方1.0 ％を越えると材質が硬く脆くなる。Ｎｉ：0.5 〜4.0 ％Ｎｉは焼入性を増すと共に黒鉛性を有する。0.5 ％未満
ではかかる効果が期待できず、一方 4.0％を越えると焼
入れ組織が残存するようになり脆くなる。Ｃｒ：0.05〜1.0 ％Ｃｒは黒鉛量の調整とフエライトの生成を抑制する作用
がある。0.05％未満ではフエライトの析出量が増え、強
度が低下する。一方、1.0 ％を越えるとセメンタイト量
が過多となり、材質が脆くなる。なお、本発明のように
外層に強い白銑化作用を有するＭｏ，Ｗ, Ｖ，Ｎｂも含
有する場合、これら元素の軸芯材への混入と合わさっ
て、軸芯材の黒鉛化が大きく阻害される。このため、通
常の軸芯材ダクタイル鋳鉄においては、1.5 ％Ｃｒまで
許容されるが、本発明では、1.0 ％を越えないことが必
要である。Ｍｏ：0.05〜1.0 ％ＭｏはＮｉと同様に焼入性を増す。かかる作用を得るに
は0.05％以上必要であり、一方、1.0 ％を越えると他の
白銑化元素 (Ｃｒ, Ｗ, Ｖ，Ｎｂ) の作用を合わさっ
て、硬くなり過ぎて脆くなる。Ｗ：0.5 ％以下Ｗはダクタイル鋳鉄の黒鉛晶出を阻害し、脆くするた
め、特に有害な元素である。従って、その含有量は少な
ければ少ない程良い。なお、本発明の外層材の場合、1.
5 〜10.0％のＷを含有しており、軸芯材を外層に溶着さ
せる際に外層のＷが不可避的に軸芯材へ混入する。従っ
て、軸芯材のＷを0.5 ％以下に抑制するには、外層と軸
芯材を直接溶着させるよりも、その間に黒鉛を有さない
中間層を形成し、中間層と軸芯材を溶着させる方法が有
効である。

【００１０】また、軸芯材の押し湯部分あるいは下型の
余長部を大きくするなどして、外層から (あるいは中間
層を介して) 混入してきたＷ元素を薄める方法もある。
いずれにしても0.5 ％Ｗを越えて含有されるとダクタイ
ル鋳鉄の強靭性は大幅に劣化する。Ｖ＋Ｎｂ：0.5 ％以下ＶおよびＮｂもＷと同様にダクタイル鋳鉄の黒鉛晶出を
阻害し、強靭性を劣化させる有害元素である。従って、
その含有量は少なければ少ない程良い。

【００１１】ＶとＮｂは本発明の外層の場合、合計で3.
0 〜10.0％必要であるので、外層と軸芯材の溶着に際し
て不可避的に混入するが、合計で0.5 ％を越えると強靭
性劣化が著しくなる。Ｍｇ：0.01〜0.1 ％Ｍｇは黒鉛球状化のために添加される。0.01％未満では
その作用が不足し、球状化不良を生じる。一方、0.1 ％
を越えるとセメンタイト量が増加し、材質が脆くなる。Ａｌ：0.1 ％以下Ａｌは外層組織の改善のため、外層に添加させることが
ある。あるいは、本発明のように外層からの有害合金元
素混入を大幅に低減するために、中間層を設けた場合
は、中間層溶湯に脱酸目的でＡｌを添加することもある
ため、それらが軸芯材に混入するものである。0.1 ％Ａ
ｌまでは軸芯材の強靭性を劣化させないが、0.1 ％を越
えると、靭性を劣化させる。Ｔｉ：0.1 ％以下ＴｉもＡｌと同様であり、0.1 ％を越えてはらない。こ
こでいう中間層とは、例えば以下の組成のものが挙げら
れる。

【００１２】Ｃ： 1.0〜2.5 ％、Ｓｉ： 0.5〜1.5
％、Ｍｎ： 0.2〜1.5 ％Ｐ： 0.2％以下、Ｓ： 0.2％以下、Ｎｉ：
1.5％以下Ｃｒ： 4.0％以下、Ｍｏ： 4.0％以下、、Ｗ：
4.0％以下Ｖ＋Ｎｂ： 4.0％以下、残部実質的にＦｅ当然この組成は外層との溶着後のものである。

【００１３】また、中間層は当然のことであるが黒鉛を
有さないものが良い。黒鉛を有する中間層の場合、外層
からのＣｒ, Ｍｏ，Ｗ, Ｖ，Ｎｂ混入によって、黒鉛晶
出が阻害され、強靭性が悪い。また、中間層の外層材よ
りも下部臨界冷却速度が大きい方がよい。できれば外層
の基地組織改善のために行なうオーステナイト化熱処理
−焼入れ−焼戻し熱処理に際して、中間層はマルテンサ
イト変態しないような組成に設計することが好ましい。
外層と中間層が共に焼入れに際してマルテンサイト変態
のような大きな膨張を伴なう変態すると、その膨張に見
合う分の引張応力が軸芯材に働き、ロールの折損事故の
誘因となるからである。

【００１４】なお、軸芯材は上述の規定範囲内の合金量
である必要があるが、特に軸芯材の強靭性を必要とする
ロールにおいてはＣｒ＋Ｍｏ＋Ｗ＋Ｖ＋Ｎｂ＝1.5 ％以
下にあることが望ましい。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例とともに説明
する。 (実施例Ａ)横型遠心力鋳造機によって、複合ロールを製
作した。外層鋳込み厚さ： 60 mm 中間層鋳込厚さ： 30 mm ロールサイズ： φ785 ×ｌ 2100 溶湯組成：下記表１のとおり

【００１６】

【表１】

【００１７】外層溶湯を回転する金型内に1388℃で鋳込
んで厚さ60mmの外層を形成した後、6分30秒後にその内
面に上記中間層溶湯を鋳込み、外層の内面を溶かせて溶
着させた。その後、中間層が完全に凝固するのを待っ
て、金型の回転を止め、予め用意した下型と上型をセッ
トして、外層鋳込み開始から23分00秒後に1375℃で軸芯
材溶湯を鋳込んだ。

【００１８】完全に常温迄冷えるのを待って型バラシを
行い、外表面を 5mmの厚さで旋削した後に超音波探傷試
験した。このさい、外層厚さは40〜46mm、中間層厚さは
28〜34mmで、これらの数値は黒皮状態での厚さに換算し
たものである。そして全体として溶着状態は良好であっ
た。

【００１９】このロールは下記熱処理を行った。1100℃
で 2Hrオーステナイト化後、430 ℃/Hr で 500℃迄冷却
した後、50℃/Hr で常温迄冷却し、550 ℃で 10Hr 保持
の焼き戻し熱処理を２回行った。熱処理後の硬度は下記
表２に示すとおりである。

【００２０】

【表２】

【００２１】その後、解体調査を行った結果の化学組成
は下記表３に示すとおりである。

【００２２】

【表３】

【００２３】Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｗ＋Ｖ＋Ｎｂ＝0.647 ％次いで、軸芯材の引張試験を行った結果は下記表４に示
すとおりである。

【００２４】

【表４】

【００２５】鉄鋼圧延用のロールの軸芯材は胴部、軸部
共に 340 N/mm² 以上の引張強さが必要とされるが、上
記表４から本発明の軸芯材は低合金に抑えており、充分
必要強度を満足していることが分かる。（比較例Ａ）横型遠心力鋳造によって中間層を設けずに
複合ロールを製作した。

【００２６】外層鋳込み厚さ： 60 mm ロールサイズ： φ785 ×ｌ 2100 溶湯組成：下記表５のとおり

【００２７】

【表５】

【００２８】外層溶湯を回転する金型内に 1383 ℃で鋳
込んで厚さ60 mmの外層を形成した後、完全に凝固する
のを待って回転を止め、外層鋳込開始から16分後に軸芯
材溶湯を 1380 ℃で鋳込んだ。超音波探傷試験結果の外
層厚さは38〜44mmであった。なお、この数値は黒皮状態
での厚さに換算した値である。

【００２９】実施例Ａと同じ熱処理を行った後、硬度の
調査した。その結果は表６に示すとおりである。

【００３０】

【表６】

【００３１】次に製品組成を調査した。その結果は表７
に示すとおりである。

【００３２】

【表７】

【００３３】本ロールの軸芯材のＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，
Ｎｂは実施例Ａの約２倍になっており、Ｗ，Ｖ，Ｎｂは
本発明で規定される量を上回っている。なお、Ｃｒ＋Ｍ
ｏ＋Ｗ＋Ｖ＋Ｎｂ＝1.55％であった。更に軸芯材の引張
試験を行った結果、下記表８のとおりである。

【００３４】

【表８】

【００３５】鉄鋼圧延用ロールの軸芯材は 340 N/mm²以
上必要であるが、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ含有量の多
いダクタイル鋳鉄では必要強度を満足しないことを示し
ている。

【００３６】

【発明の効果】本発明のロール材は、Ｍｏ：0.1 〜9.0
％、Ｗ：1.5 〜10.0％含みＶ, Ｎｂの内一種又は二種の
合計3.0 〜10.0％を含有させたので、Ｖ, Ｎｂ炭化物の
特殊形態とあいまって、耐摩耗性を飛躍的に向上させる
ことができた。また、外層が高合金材質にも拘わらず軸
芯材の溶着に際して、外層からこれら合金元素が混入す
ることが防止でき、軸芯材は低合金に抑えられていて、
充分必要強度を満足している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者瀬戸良登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)参考文献特開平５−1352（ＪＰ，Ａ) 特開平４−247847（ＪＰ，Ａ) 特開平３−53041（ＪＰ，Ａ) 特開平２−285047（ＪＰ，Ａ) 特開平２−258949（ＪＰ，Ａ) 特開平１−5609（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−100153（ＪＰ，Ａ) 特開平４−304341（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 37/06 C22C 38/00 301 C22C 38/00 302 C22C 38/26 C22C 38/50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】化学組成が重量％で、Ｃ： 1.0〜3.0 ％、Ｓｉ： 0.1〜2.0％、Ｍｎ：
0.1〜2.0 ％、Ｃｒ： 3.0〜10.0％、Ｍｏ： 0.1〜9.0
％、Ｗ： 1.5〜10.0％、Ｖ，Ｎｂの内一種又は二
種の合計：3.0 〜10.0％、残部Ｆｅおよび不純物よりな
る外層と、Ｃ： 2.8〜4.0 ％、Ｓｉ： 1.0〜4.0％、Ｍｎ：
0.2〜1.0 ％、Ｐ： 0.1％以下、Ｓ： 0.06 ％
以下、Ｎｉ： 0.5〜4.0 ％、Ｃｒ：0.05〜1.0 ％、
Ｍｏ：0.05〜1.0 ％、Ｗ： 0.5％以下、Ｖ＋Ｎｂ：
0.5％以下、Ｍｇ：0.01〜0.1 ％、残部Ｆｅおよび不純
物よりなる軸芯材を有する遠心力鋳造複合ロール。
【請求項２】化学組成が重量％で、Ｃ： 1.0〜3.0 ％、Ｓｉ： 0.1〜2.0％、Ｍｎ：
0.1〜2.0 ％、Ｃｒ： 3.0〜10.0％、Ｍｏ： 0.1〜9.0
％、Ｗ： 1.5〜10.0％、Ｖ，Ｎｂの内一種又は二
種の合計：3.0 〜10.0％、Ａｌ：0.01〜0.50％、Ｔ
ｉ：0.01〜0.50％の内一種又は二種、残部Ｆｅおよび不
純物よりなる外層と、Ｃ： 2.8〜4.0 ％、Ｓｉ： 1.0〜4.0％、Ｍｎ：
0.2〜1.0 ％、Ｐ： 0.1％以下、Ｓ： 0.06 ％
以下、Ｎｉ： 0.5〜4.0 ％、Ｃｒ：0.05〜1.0 ％、
Ｍｏ：0.05〜1.0 ％、Ｗ： 0.5％以下、Ｖ＋Ｎｂ：
0.5％以下、Ｍｇ：0.01〜0.1 ％、Ａｌ：0.1 ％以
下、Ｔｉ：0.1 ％以下、残部Ｆｅおよび不純物よりなる
軸芯材を有する遠心力鋳造複合ロール。