JP3092030B2

JP3092030B2 - 超強靱複合硬度差ロールの製造方法

Info

Publication number: JP3092030B2
Application number: JP04189650A
Authority: JP
Inventors: 祐一郎佐藤; 省逸瀬尾
Original assignee: 大平洋製鋼株式会社
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1992-07-16
Publication date: 2000-09-25
Anticipated expiration: 2015-09-25
Also published as: JPH0732127A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多数のカリバーを有す
る分塊圧延用あるいは各種の形鋼圧延用ロールのカリバ
ー毎に要求される種々の相異なる特性を同時に具備させ
得る超強靱複合硬度差ロールの製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】耐摩耗の特性を利用する高負荷の鋼製機
械部品においては、使用条件に合った硬度ならびにカー
バイド量が考慮され、場所による使用条件の差異に対応
するため素材の複合化が必要とされてきた。本発明者ら
は特公昭４２−１１９０７号公報において白鋳鉄の鍛造
による超強靱鋳鉄合金を提案し、これをロール材あるい
はギヤー材に利用することによって、一体型素材として
強度と耐摩耗の両特性を同時に満足させ、各用途におけ
る強度および靱性のバランスの向上に貢献してきた。し
かしながら、分塊圧延用あるいは形鋼圧延用などの各種
カリバーロールは同一材質からなる一体形の圧延用ロー
ルであるため、カリバー毎に要求される特性、例えば噛
込み性、耐摩耗性あるいは耐肌荒れ性などの特性を、カ
リバー毎に同時に付与することは全く不可能であった。
すなわち、噛込み性を重視するカリバーであれば低Ｃ含
有の低硬度のロール材が最適であるが、耐摩耗性を重視
するカリバーには高Ｃ含有の高硬度のロール材が必要で
ある。また、耐肌荒れ性を重視するカリバーには黒鉛析
出型のロール材が最適であるというように従来より使用
されている同一材質からなる一体形の圧延用ロールで
は、カリバー毎に要求される相異なる特性を同時に満足
させることは不可能であった。

【０００３】一般の組み立てロールではＨ型鋼用水平ロ
ールに見られるように鍛鋼製あるいは鋳鋼製からなる強
靱性をアーバーシャフトに依存し、ロール使用面に相当
するスリーブを一個または多数個使用した組立ロールが
使用されている。各スリーブに要求される硬度に合致し
た組成を選定して組み立てているが、このような組立ロ
ールではスリーブの回転を完全に防止することは極めて
難しい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ロールを複
合化することで、芯材として使用する低合金鋼による強
靱な特性を利用すると共に、耐摩耗性あるいは耐肌荒れ
性等の諸特性を必要としているカリバーに対してはその
特性を発揮できる組成と硬度を付与し、カリバー毎に要
求される特性を最も理想的なレベルに調整できる分塊圧
延用あるいは形鋼圧延用等のロールの製造方法を提供し
ようとするものである。

【０００５】カリバーを含む形鋼圧延用ロールでは、
１）耐摩耗性、２）噛込み性あるいは耐熱性ならびに
３）耐折損性、すなわち強靱性という特性の内、２〜３
の特性が同時に要望される場合があり、鉄系材料にとっ
ては極めて過酷な要求である。特に中間製品である厚肉
帯鋼や外販用ビレットを製造する粗圧延用ロールでは３
条件がすべて要望され、通常は耐折損性を重視して耐熱
性と強靱性がロール材質を決定する条件となっている
が、この場合にはロール原単位を評価するもう一つの条
件の耐摩耗性が最も強く要望されることになるにもかか
わらず、この特性が犠牲にされる例が多い。

【０００６】また、分塊あるいは粗圧延のようなロール
幅の大きい圧延機ではリバースタイプの圧延が行われ、
スリーブのスリップがスリーブ破壊事故の原因となるた
め、嵌合部の剪断強さを高め、回転を抑止する方法が必
要であり、スリーブ組み立ての最も重要な課題である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明はカリバー毎に必要な圧延特性を満足でき
る材質となるように、エレクトロ・スラグ再溶解技術を
利用して芯材の廻りにカリバー幅毎に１種または複数種
のロール材を鋳着せしめて複合材とし、この複合材を鍛
造し、次いで熱処理を施して硬度を調整することで、カ
リバー毎に最適の特性を具備した強靱複合ロールを製造
することを骨子とする。

【０００８】本発明の要旨とするところは下記のとおり
である。（１）エレクトロ・スラグ再溶解技術を利用し、水冷
モールドの中央に鋼組成の中実芯材を設置し、該芯材と
モールドの間の溶融スラグ層に別途準備した白鋳鉄に近
い組織となる組成の溶湯を注入しながら加熱用電極を移
動して前記芯材の外周にカリバー幅毎に必要な外層を形
成した複合材を鋳造し、得られた複合材に鍛練成形比
１．５〜５．０Ｓの熱間塑性変形加工を行った後、外層
を高硬度にする熱処理を施し、芯材は焼鈍組織とするこ
とを特徴とする超強靱複合硬度差ロールの製造方法。

【０００９】（２）エレクトロ・スラグ再溶解技術を
利用し、水冷モールドの中央に鋼組成の中実芯材を設置
し、該芯材とモールドの間の溶融スラグ層に別途準備し
た一般工具鋼組成の特殊炭化物を形成する成分であるＣ
ｒ≦１５．０％、Ｍｏ≦２．５％、Ｖ≦２．５％、Ｗ≦
２．５％を１種または２種以上含有する溶湯を注入しな
がら加熱用電極を移動して前記芯材の外周にカリバー幅
毎に必要な外層を形成した複合材を鋳造し、得られた複
合材に鍛練成形比１．５〜５．０Ｓの熱間塑性変形加工
を行った後、外層を高硬度にする熱処理を施し、芯材は
焼鈍組織とすることを特徴とする超強靱複合硬度差ロー
ルの製造方法。

【００１０】本発明において用いる超強靱鋳造鉄合金あ
るいは工具鋼について述べる。本来、炭素１．７〜３．
８％、珪素２．５％以下と、マンガン１．０％以下、ク
ロム２．０％以下、モリブデン２．０％以下、バナジウ
ム１．０％以下、タングステン１．０％以下の１種また
は２種以上を添加し、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｐ
ｂ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｂｉの有害元素の含有量の合計を０．
２％以下とした白鋳鉄に近い組織となる組成の鋳塊を使
用する鋳造白鋳鉄ロールは強靱な特性の上に、優れた耐
摩耗性と耐肌荒れ性を示すが、分塊圧延用あるいは粗圧
延用ロールでは１．９％以下程度の炭素成分が利用され
ている。これは耐熱亀裂性をよくするためには低Ｃでな
ければならないという理由によるものであるが、鍛造白
鋳鉄であるので、靱性の改善は十分に行われている。

【００１１】分塊圧延および粗圧延の範囲で使用される
ロールでは、製品あるいは中間製品としての角材あるい
は厚肉帯鋼を製造するためのボックスカリバーを含むこ
とがある。このカリバーでは製品の表面肌を正常に保つ
ことが要求され、耐摩耗性と耐肌荒れ性が必要となる。
この目的のためには炭素量の多い鍛造白鋳鉄素材を使用
できる。

【００１２】リング状カリバーロールの部分として鍛造
白鋳鉄を使用する際の成分について説明する。本発明者
らの試験によれば、炭素含有量が共晶点に近い３．８％
を超えると高温変形能が著しく低下する。また珪素含有
量の増加とともに基地の強度が増し、鋳造性は改善され
るが、２．５％を超えると製品の熱処理後の強度が低下
するので最大含有量は２．５％とする。また黒鉛析出型
（特公昭５５−１７１７９７号公報）のロール材の場合
にも強靱性の低下を防ぐため最大珪素含有量は２．５％
とする。鍛造白鋳鉄において望ましい珪素含有量の範囲
は０．４〜１．５％である。

【００１３】本発明で用いる鍛造白鋳鉄合金は、マンガ
ン、クロム、モリブデン、バナジウム、タングステン等
の合金元素を添加することによって鋳造状態で白銑に近
い組織を有するようにし、特殊炭化物を形成しない範囲
の組成を有するものとする。したがって、鍛造白鋳鉄合
金の鋳造状態に対する合金元素の添加は、黒鉛の形成を
阻止させること、高温におけるオーステナイトおよびセ
メンタイトを組織的に安定にすること、ならびに製品の
諸性質を改善させる効果をねらって行われる。

【００１４】マンガンは硫黄と化学的に結合し、またオ
ーステナイトおよびセメンタイトを安定にする効果があ
るが、マンガンの添加量を増加すると製品の熱処理後の
機械的強度を減ずるので最大含有量は１．０％とする。
クロムは強力な炭化物形成元素であると同時に基地に入
って組織を緻密にするが、本発明で用いる鍛造白鋳鉄合
金の成分範囲内においては、クロム含有量が２．０％を
超えると炭化物の微細化が極めて困難になる。

【００１５】モリブデンは基地の高温強度を増加させる
効果がある。普通単独では、使用されずクロムとともに
添加される。クロム０．８〜１．５％、モリブデン０．
２〜０．６％の複合添加によって熱処理特性が著しく改
善される。バナジウムはクロムと同様、炭化物を安定に
する元素であり、基地の結晶粒を細かくして組織を緻密
にするが、本発明で用いる鍛造白鋳鉄合金の場合は、バ
ナジウム含有量が１．０％を超えると高温変形能を著し
く低下させる。

【００１６】タングステンの合金元素としての働きはモ
リブデンとほとんど同様であり、１．０％まで添加し得
る。鍛造白鋳鉄合金は、前記のように有害元素含有量が
極めて少なく、それらの複化合物が不純物として結晶粒
界に析出することが少なく、熱間加工が容易である。さ
らに有害元素が少ないので、脆いセメンタイトが網目状
に存在していても基地の靱性が大きいので熱間加工によ
ってセメンタイトが容易に微細化され、基地中に均一に
分散する傾向が大きい。

【００１７】鍛造白鋳鉄合金では有害元素として考えら
れるものの中で、単独に存在する場合には燐の含有量は
０．０３０％までが最大許容限度であり、０．０３０％
を超えると製品の靱性が低下する。硫黄は高温変形能に
対する影響が特に大きく０．０１５％以下、ことに０．
０１％以下の含有量とすることが望ましい。また鍛造白
鋳鉄合金は、多くの試験によって銅と錫含有量の合計が
０．１０％以下、砒素含有量０．０３％以下が望まし
い。また有害として列記した前記諸元素の含有量の合計
として、０．２０％以下、ことに０．１５％以下が高温
変形能を害わない範囲である。

【００１８】次に、本発明において用いる工具鋼の組成
範囲について述べる。炭化物の面積占有率が１０％以上
となるように基本的にクロム量を２〜１５％合金し、併
せて炭化物生成元素であるＷ、Ｍｏ、Ｖの内、最低一つ
の元素を同時に合金するものとする。炭化物生成傾向の
強いＭｏ、Ｗ、Ｖでは僅かの添加で特殊炭化物が形成さ
れるが、高価であるためそれぞれ最大２．５％とする。
これにより得られる特殊炭化物はＭ₇Ｃ₃、ＭＣあるい
はＭ₂₃Ｃ₆タイプのもので、これらの炭化物はセメンタ
イトより硬度が高く、耐摩耗性において優れていること
はよく知られている。

【００１９】その鍛造工程についてはカリバー部分に対
する鍛造効果としてカリバー鍛造を実施する。その鍛練
成型比は炭化物の微細化による耐摩耗性の改善を目的と
して１．５〜５．０Ｓが必要である。５．０Ｓを超える
と炭化物の方向性が強調されるようになって軸方向クラ
ックの原因となり、他方１．５Ｓ未満では鍛造効果が期
待できないため、鍛練成型比は１．５〜５．０Ｓの範囲
で実施しなければならないが、好ましくは１．５〜３．
０Ｓの範囲で実施するのが有利である。

【００２０】

【作用】本発明によれば、容易に耐摩耗性、強靱性、噛
込み性という、同一の組成ならびに硬度レベルでは達成
され得ない特性を具備した複数の硬度の異なるカリバー
を有するロールを製造できる。すなわち、一例を示すと
中間製品として厚肉帯鋼を圧延するボックスカリバーを
カリバーの一つとして有するロールの場合について説明
する。

【００２１】エレクトロ・スラグ再溶解法を利用し、芯
材として低合金鋼であるＳＣＭ４４０材をモールドの中
心に設置し、粗圧延に使用される部分を形成する耐熱性
を重視した白鋳鉄組成の溶湯、続いて中間圧延に必要な
耐摩耗性を重視した白鋳鉄組成の溶湯、さらに中仕上げ
の圧延に必要な耐ヒートクラック性と耐摩耗性を改善で
きる白鋳鉄組成の溶湯を順次溶着させた後、炭化物を微
細化する目的で鍛練成形比が１．５〜５．０Ｓとなるよ
うなカリバー鍛造を実施して耐肌荒れ性を改善する。鍛
造による組織の改善は耐肌荒れ性にとって不可欠な条件
であり、組成の選定と同時に技術的意義は高い。耐摩耗
性をさらに重視する場合には溶湯として特殊炭化物を形
成できる工具鋼を使用する。鍛造による炭化物の微細化
のためには工具鋼の場合には４Ｓ程度と比較的高い鍛練
成形比が必要である。単に組成を鋳鉄組成としたり工具
鋼組成としたとしても耐肌荒れ性は改善されず、耐肌荒
れ性を制御する炭化物の分布状況は鍛造することによっ
てはじめて達成されるものであり、鍛造工程は不可避な
作業である。

【００２２】

【実施例】図１に示した装置を用いて線材用粗圧延ロー
ル（胴径φ６００×胴長１５００×全長３５００）を製
造した。芯材としてはφ５００ｍｍ×２８００のＳＣＭ
４４０材を用い、カリバー形成用複合材として表１に示
す３種類の鍛造白鋳鉄組成の溶湯を用い、溶湯を１→２
→３の順に、ＣａＦ₂＋ＣａＯ＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＳｉＯ₂
を主成分とするスラグ層を通して内径φ８５０ｍｍの固
定モールド内へ注入した。鋳造完了後、１０８０〜９５
０℃の温度範囲で熱間鍛造し、胴径がφ６５０ｍｍにな
るように鍛造後、８５０〜８００℃の温度でカリバー鍛
造を行った。

【００２３】

【表１】

【００２４】線材用粗圧延ロールのカリバーと溶湯素材
の位置関係は図２（図中符号Ａは表１のＮｏ．１の化学
組成の溶湯素材、Ｂは表１のＮｏ．２の化学組成の溶湯
素材、Ｃは表１のＮｏ．３の化学組成の溶湯素材を示
す）のようになっており、カリバー各位置での硬度は図
中の値となり、粗圧延用カリバーＫ１とＫ２では噛込み
性、中間圧延用カリバーＫ３では耐肌荒れ性と耐摩耗
性、中仕上圧延用カリバーＫ４では耐肌荒れ性という特
性が期待通りに得られた。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したとおり、従来はロール材質
をカリバー毎に変えることができなかったのに対して、
本発明によればカリバー毎に必要な圧延特性を満足でき
る白鋳鉄組成範囲の材質あるいは特殊炭化物を形成する
工具鋼組成範囲の材質の溶湯をエレクトロ・スラグ再溶
解技術を利用して芯材の廻りに１種または複数種、溶着
させて鋳造状態の複合材とし、鍛造により組織を微細化
し、熱処理により目的の硬度に調整することにより単ま
たは複数の特性の異なるカリバーを持った超強靱鍛造複
合硬度差ロールを効率良く製造することが可能で、粗圧
延の段階で高硬度の複合化スリーブを使用することで厚
肉帯鋼を寸法精度良く製造することができる。

【００２６】強靱な耐摩耗性を主体としたロールにおい
て局部的に耐肌荒れ性を改善できることがロール原単位
を向上するために、特に有効であることが立証された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を説明するためのエレクトロ・
スラグ再溶解装置とこれに付随する装置を示す図であ
る。

【図２】実施例のロールの断面を示し、３種類の組成の
異なる溶湯がどのように区分されて溶着されているかを
説明する図である。

【符号の説明】

１半円形の黒鉛電極２芯材３凝固したロール材４メタルプール５固定定盤６冷却用モールド７スラグ８ノズル９溶湯１０スライディングノズル１１取鍋１２冷却水Ａ表１のＮｏ．１の化学組成の溶湯素材Ｂ表１のＮｏ．２の化学組成の溶湯素材Ｃ表１のＮｏ．３の化学組成の溶湯素材Ｋ１、Ｋ２粗圧延用カリバーＫ３中間圧延用カリバーＫ４中仕上圧延用カリバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＢ２１Ｊ 5/06 Ｂ２１Ｊ 5/06 ＦＣ２１Ｄ 9/38 Ｃ２１Ｄ 9/38 ＡＺ // Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０２Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０２Ｅ 38/24 38/24 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 23/10 522 B21B 27/00 B21B 27/02 B21J 5/06 C21D 9/38 C22C 38/00 302 C22C 38/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エレクトロ・スラグ再溶解技術を利用
し、水冷モールドの中央に鋼組成の中実芯材を設置し、
該芯材とモールドの間の溶融スラグ層に別途準備した白
鋳鉄に近い組織となる組成の溶湯を注入しながら加熱用
電極を移動して前記芯材の外周にカリバー幅毎に必要な
外層を形成した複合材を鋳造し、得られた複合材に鍛練
成形比１．５〜５．０Ｓの熱間塑性変形加工を行った
後、外層を高硬度にする熱処理を施し、芯材は焼鈍組織
とすることを特徴とする超強靱複合硬度差ロールの製造
方法。
【請求項２】エレクトロ・スラグ再溶解技術を利用
し、水冷モールドの中央に鋼組成の中実芯材を設置し、
該芯材とモールドの間の溶融スラグ層に別途準備した一
般工具鋼組成の特殊炭化物を形成する成分であるＣｒ≦
１５．０％、Ｍｏ≦２．５％、Ｖ≦２．５％、Ｗ≦２．
５％を１種または２種以上含有する溶湯を注入しながら
加熱用電極を移動して前記芯材の外周にカリバー幅毎に
必要な外層を形成した複合材を鋳造し、得られた複合材
に鍛練成形比１．５〜５．０Ｓの熱間塑性変形加工を行
った後、外層を高硬度にする熱処理を施し、芯材は焼鈍
組織とすることを特徴とする超強靱複合硬度差ロールの
製造方法。