JP3002392B2 - 遠心鋳造製複合ロールの製造方法 - Google Patents

遠心鋳造製複合ロールの製造方法

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JP3002392B2 JP6256446A JP25644694A JP3002392B2 JP 3002392 B2 JP3002392 B2 JP 3002392B2 JP 6256446 A JP6256446 A JP 6256446A JP 25644694 A JP25644694 A JP 25644694A JP 3002392 B2 JP3002392 B2 JP 3002392B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は軸部の強靭性が優れた遠
心鋳造製複合ロールの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】鋼材圧延用ロールにおいては、圧延材と
接する胴外殻層に耐摩耗性が要求されることから、図1
に示す胴外殻層1と胴芯部2や軸部3とでは異なる材質
で形成された複合ロールが使用される場合が多い。胴芯
部2や軸部3において要求される主要な特性は強靭性で
あり、ダクタイル鋳鉄が多く用いられている。前記複合
ロールの製造方法としては、通常、図2のように胴外殻
層1を遠心鋳造した後に、遠心鋳造用金型を起立させ、
その上下に軸部を鋳造するための上型7および下型6を
設けて竪式鋳型を形成後、胴芯部および軸部用の溶湯が
鋳込まれる。複合ロールの軸部を強靭化する方法とし
て、特公平6−27289号公報に、鋳造完了後軸部の
みを800〜900℃に加熱してオーステナイト化した
後、150〜500℃/Hrで冷却し、引き続いて350
〜600℃で恒温保持して恒温変態させることで強靭化
を図ったものが、開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】軸部に使用されるダク
タイル鋳鉄の強靭化を向上させるには、球状黒鉛を均一
に微細分散させるとともに、マトリックス組織をベイナ
イトとすることが有効であると考えられている。しかし
ながら、特公平6−27289号公報の場合は、軸部の
冷却速度が遅いので凝固時の共晶反応で決定する黒鉛組
織の改善は望めないことから、球状黒鉛の均一微細分散
は困難である。また、軸部のみを熱処理することでロー
ル軸方向での温度差が大きくなり、熱処理中に割れが発
生する危険性が高い。
【0004】本発明の目的は、鋳放し状態において軸部
での黒鉛を均一に微細分散させ、マトリックス組織の一
部または全部をベイナイト化させたダクタイル鋳鉄を軸
部とする複合ロールの製造方法を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、遠心鋳造機により胴芯部の両端に軸部を形成しか
つ前記胴芯部の外周に胴外殻層を形成してなる複合ロー
ルの製造方法であって、前記軸部用の鋳型として砂型に
チラーを埋め込むか全てが金型からなる急冷鋳型を用
い、まず遠心鋳造機に耐摩耗性を有する鋳鉄または鋳鋼
からなる胴外殻層用溶湯を鋳造後、遠心鋳造用鋳型を起
立させ次に下側軸部分と胴芯部分とに下記成分系からな
る溶湯を鋳造後、10分から150分経過した時点で上
側軸部分に下記成分系からなる溶湯を鋳造することを特
徴とする遠心鋳造製複合ロールの製造方法にある。 C: 3.0〜4.0%, Si:1.5〜3.0%, Mn:0.2〜1.3%, P:0.1%以下, S: 0.06%以下, Ni:0.7〜5.0%, Cu:0.3〜3.0%, Cr:0.1〜1.0%, Mo:0.1〜1.0%, Mg:0.02〜0.08%, Bi:0.0005〜0.05%, 残部不純物および実質的にFe
【0006】
【作用】上記軸部に適用するダクタイル鋳鉄は、鋳放し
状態でBi添加により黒鉛粒の微細化を図るとともに、
Ni,Cu,Moの適量を添加し、さらに急冷鋳型で急
冷を行うことによりマトリックス組織の一部を鋳放し状
態でベイナイト化させることにより強靭性を改善したも
のである。
【0007】以下軸部および胴部の合金成分を上記範囲
に限定した理由を述べる。C:3.0〜4.0%の限定
について、C含有量が3.0%未満ではチル化傾向が著
しく強靭性が低下し、4.0%を超えると黒鉛量が過剰
となり脆弱化する。したがって、3.0〜4.0%の範
囲とした。
【0008】Si:1.5〜3.0%の限定について、
Siは黒鉛晶出に不可欠な元素であり、炭化物の晶出を
極力抑制するために必要であるが、1.5%未満では黒
鉛晶出が不十分でセメンタイトが過剰になり、3.0%
を超えると黒鉛量が過剰となり強度が劣化する。したが
って、1.5〜3.0%の範囲とした。
【0009】Mn:0.2〜1.3%の限定について、
Mnはマトリックスの硬度を上げるのに有効であるが、
0.2%未満ではその効果が期待できない。1.3%を
超えると靭性の劣化を生ずるため、0.2〜1.3%の
範囲とした。
【0010】P:0.1%以下の限定について、Pは材
質を脆くするという点から0.1%以下とした。
【0011】S:0.06%以下の限定について、Sは
材質を脆くするという点から0.06%以下とした。
【0012】Ni:0.7〜5.0%の限定について、
Niはニハード鋳鉄で明らかなように基地組織の改善元
素でありかつ黒鉛化促進元素である。0.7%未満では
その効果が少なく、5.0%以上ではマトリックス組織
がマルテンサイトを形成し易くなるので、基地組織改善
および黒鉛化促進効果の得られる、0.7〜5.0%の
範囲とした。
【0013】Cu:0.3〜3.0%の限定について、
Cuはマトリックス組織のフェライト化を抑制する効果
が著しく、ベイナイト変態促進に有効である。0.3%
未満ではその効果が少なく、3.0%以上ではCuが偏
析するため好ましくない。したがって、0.3〜3.0
%の範囲とした。
【0014】Cr:0.1〜1.0%の限定について、
Crは白銑化促進元素であり、黒鉛化阻害元素である
が、マトリックス組織の微細化のためには有効であり
0.1%未満ではその効果が少ない。また、1.0%を
超えると黒鉛晶出が著しく阻害されるため、0.1〜
1.0%の範囲とした。
【0015】Mo:0.1〜1.0%の限定について、
Moは、マトリックス組織に固溶してパーライト変態を
遅らせ、ベイナイト変態を起こし易くするため0.1%
以上必要であるが、1.0%を超えると黒鉛化を阻害す
るため0.1〜1.0%の範囲にした。
【0016】Mg:0.02〜0.08%の限定につい
て、Mgは黒鉛球状化のために含有させるものである
が、0.02%未満ではその効果が少なく、0.08%
を超えると黒鉛化を阻害するとともに鋳造欠陥を発生し
やすくなる。したがって、0.02〜0.08%の範囲
とした。
【0017】Bi:0.0005〜0.05%の限定に
ついて、微量のBi添加は、黒鉛を微細晶出させる効果
があり、黒鉛粒数が増加する。しかしながら、過量に添
加すると黒鉛量が減少し、鋳鉄の脆化をもたらす傾向が
顕著に現れる。0.0005%未満ではその効果が少な
く、0.05%を超えると黒鉛化を阻害する。したがっ
て、0.0005〜0.05%の範囲とした。
【0018】なお、外殻層用溶湯としては鋼材圧延用ロ
ール材として一般に使用されているグレン材、高クロム
材、ハイス材、チルド材、ダクタイル材、アダマイト材
等のロール材を使用すればよい。
【0019】本発明に係る複合ロールの胴芯部および軸
部の成分は以上の他、残部不純物および実質的にFeで
構成される。
【0020】本複合ロールは、図1において胴外殻層1
を遠心鋳造した後に、遠心鋳造用金型を起立させ、その
上下に軸部を鋳造するための上型7および下型6を設け
て竪式鋳型を形成して、下型6と胴芯部まで溶湯を鋳込
む。その後、10分から150分経過した時点で上型7
の部分に溶湯を鋳込み、胴芯部および軸部が鋳造一体化
される。ここで、下型6と上型7は急冷鋳型にて形成さ
れる。急冷鋳型とは、鋳型(砂型)にチラーを埋め込む
か厚板ロールのように径の大きい場合には全部を金型で
形成し、さらに径が大きく冷却速度が確保できない場合
には、金型内に設置したパイプに水を通して水冷を行う
鋳型のことである。この場合、従来のように胴芯部およ
び軸部の全てを一度に鋳造すると、上型7の部分におけ
る凝固速度が胴芯部よりも速く、凝固で収縮した体積分
の溶湯を胴芯部に供給できないことから凝固の指向性が
くずれ、内部に収縮孔が発生する危険性が高い。なお、
従来は軸部の鋳型に熱伝導率の小さい砂型を用いていた
ので軸部より胴芯部の凝固速度が速く凝固の指向性が確
保できていた。
【0021】しかしながら、本発明では下型6と胴芯部
まで鋳造後10分から150分経過した時点で上型7の
部分に溶湯を鋳込むことで、凝固の指向性を確保して内
部に収縮孔が発生することなく急冷による凝固組織微細
化が実現できた。なお、上型7の部分の鋳造タイミング
については、下型6と胴芯部まで鋳造後10分以内では
凝固の指向性が確保できず、150分以上では胴芯部の
凝固が進行し、溶着不良を発生する危険性が高いため前
記の時間内が好ましい。
【0022】以上より、熱処理することなく鋳放し状態
において軸部の黒鉛を均一に微細分散させ、マトリック
ス組織の一部または全部をベイナイト化させたダクタイ
ル鋳鉄を軸部とする複合ロールの製造が可能となった。
【0023】
【実施例】次に具体的な実施例を従来ロールの2例と比
較して説明する。 (1)胴外殻層にNiグレン鋳鉄を用い、胴芯部および
軸部に表1のダクタイル鋳鉄を用いて下記寸法の厚板ミ
ル用ワークロールを図1の要領で鋳造した。実施例につ
いては軸部を形成する上型、下型に急冷金型を適用し
た。また、従来例1・2については軸部を形成する上
型、下型には共に従来通り砂型を適用した。 ロール寸法:胴径φ1000mm×胴長4800mm 軸径φ700mm,全長8800mm
【表1】
【0024】(2)実施例の鋳造は、前述のように図1
における胴芯部の高さまで鋳造後100分経過した時点
で上型7の部分に溶湯を鋳込む方式にて実施した。ま
た、従来例1・2については上型7の部分まで一度に鋳
造した。
【0025】(3)実施例および従来例1,2を鋳造
後、3本とも420℃×30Hrで歪取り焼鈍を行った。
さらに、従来例2についてのみ軸部のみ下記熱処理条件
にてオーステンパー処理を行った。 オーステナイト化処理:880℃×2Hr オーステナイトからの冷却速度:200℃/Hr 恒温変態処理:400℃×5Hr
【0026】(4)実施例および従来例1,2の3本の
ロールの軸部について引張強度を調査した。試験片につ
いては下記に示す位置より各10本ずつ採取した。試験
片サイズはJIS4号サイズとした。 軸部上側:胴端から1000mm 深さ50mmの位置にて
軸方向に採取 軸部下側:胴端から1000mm 深さ50mmの位置にて
軸方向に採取 この結果を下記に示す。 実施例: 650 N/mm2 従来例1:350 N/mm2 従来例2:600 N/mm2
【0027】本発明の前述した特定成分のダクタイル鋳
鉄を適用し、軸部に急冷金型を使用すると共に軸部上側
のみある経過時間をおいて鋳造することで、内部に収縮
孔が発生することなく遠心鋳造製複合ロールの軸部強靭
化を達成した。つまり、軸部に砂型を用いオーステンパ
ー処理なしの場合(従来例1)は軸部強度が350 N/
mm2 しか確保できず、また、軸部に砂型を用いオーステ
ンパー処理を施した場合(従来例2)でも軸部強度は6
00 N/mm2 に過ぎなかったものが、本発明の場合では
軸部強度が650 N/mm2 確保できた。以上の結果によ
り、本発明の効果が明確になった。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
によると複合ロールの胴芯部および軸部に対して、前述
した特定成分のダクタイル鋳鉄を適用し、強靭化が求め
られている軸部に急冷金型を使用すると共に軸部上側の
みある経過時間をおいて鋳造することで凝固の指向性が
確保され、内部に収縮孔が発生することなく急冷による
凝固組織の微細化と鋳放し状態におけるマトリックス組
織のベイナイト化が実現でき、熱処理を実施することな
く複合ロールの軸部を著しく強靭化できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】通常の複合ロールを示す断面図。
【図2】延伸鋳造による複合ロールの製造方法を説明す
るための図。
【符号の説明】
1 胴外殻層 2 胴芯部 3 軸部 6 軸部下型 7 軸部上型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B22D 27/04 B22D 27/04 F C22C 37/00 C22C 37/00 B 37/04 37/04 B (56)参考文献 特開 平4−176840(JP,A) 特開 昭58−138551(JP,A) 特開 昭56−41062(JP,A) 特開 平4−354847(JP,A) 特開 平7−155931(JP,A) 特開 平5−287437(JP,A) 特開 平5−138322(JP,A) 特開 昭63−2552(JP,A) 特開 昭62−279069(JP,A) 特開 昭61−26758(JP,A) 特開 昭57−91864(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 19/16 B21B 27/00 B22D 13/02 502 B22D 27/04 C22C 37/00 C22C 37/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 遠心鋳造機により胴芯部の両端に軸部を
    形成しかつ前記胴芯部の外周に胴外殻層を形成してな
    複合ロールの製造方法であって、前記軸部用の鋳型とし
    て砂型にチラーを埋め込むか全てが金型からなる急冷鋳
    型を用い、まず遠心鋳造機に耐摩耗性を有する鋳鉄また
    は鋳鋼からなる外殻層用溶湯を鋳造後、遠心鋳造用鋳
    型を起立させ次に下側軸部分と胴芯部分とに下記成分系
    からなる溶湯を鋳造後、10分から150分経過した時
    点で上側軸部分に下記成分系からなる溶湯を鋳造するこ
    とを特徴とする遠心鋳造製複合ロールの製造方法。 C: 3.0〜4.0%, Si:1.5〜3.0%, Mn:0.2〜1.3%, P:0.1%以下, S: 0.06%以下, Ni:0.7〜5.0%, Cu:0.3〜3.0%, Cr:0.1〜1.0%, Mo:0.1〜1.0%, Mg:0.02〜0.08%, Bi:0.0005〜0.05%, 残部不純物および実質的にFe
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