JP3110223B2 - 複合材料の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄鋼圧延用として適用さ
れる複合ロールをはじめ、例えばライナー等の微細で均
一な耐摩耗性を有する肉盛材料と強靭な芯材との組み合
わせによる各種複合材料の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】前記複合材料として代表的なものに複合
ロールがある。従来、複合ロールの製造方法としては、
遠心鋳造法（日本鋳物協会編『鋳物便覧』２４章参照）
が一般的に用いられてきたが、近年この種のロールを製
造する新しい方法として、例えば特開平３−２８５７０
３号公報にて開示された肉盛法が採用された。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】圧延用ロールに要求さ
れる最も重要な具備特性は耐摩耗性、耐肌荒れ性および
強靭性である。この中で相反する耐摩耗性と強靭性の兼
備を目的に、耐摩耗性を有する外層と強靭性を有する芯
材からなる複合ロールが広く使用されている。この複合
ロールの製造法としては、前記のように遠心鋳造法が一
般的に採用されていた。さらに、最近では前記両具備特
性を向上させることが可能な特開平３−２８５７０３号
公報にて開示された肉盛法が採用されるに至った。この
方法は芯材と芯材を同軸的に包囲する冷却型との間の空
隙内に外層を形成すべき溶湯を満たし、これを溶着凝固
させ複合材料を製造するものである。この方法によれば
芯材をより強靭な鋼系の材料を選ぶことが可能であり、
外層材料についても内層材料への影響を考慮する必要が
なく、独自に耐摩耗材料を選択できるため耐摩耗性と強
靭性の兼備向上が可能である。

【０００４】しかしながら、この方法においては外層の
凝固が軸方向に進むため組織の軸方向での不均一が生じ
やすく、かつ特に肉盛層が厚く凝固速度の小さい圧延ロ
ールの場合は連続凝固のため組織が成長し粗大となり、
圧延ロールとして使用した場合肌荒れの原因となり、ロ
ール品質の安定が図れないとの課題があった。

【０００５】そこで、本発明は複合ロールをはじめとし
た複合材料を肉盛法にて製造するに際し、微細で均一な
金属組織を有する耐摩耗性に優れた外層材料を安定的に
製造し、高品質の複合材料を提供せんとするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明の複合材料の製造方法は、固定鋳型の内部
に配設された、鋼製の軸からなる芯材の周囲に、化学成
分が重量でＣ：０．８〜４．３％を含有する鉄基合金で
オーステナイトが初晶としてデンドライト凝固を行う外
層からなる溶湯を注入し、前記芯材と溶湯とを溶着一体
化せしめる複合材料の製造方法において、前記芯材の周
囲に５０mm以上の肉盛層を形成せしめる外層溶湯を注入
後、前記芯材を間欠的に下方に降下させることを特徴と
する。また、本発明は、上記の方法において、芯材を引
き抜き間隔３０〜１２０秒かつ引き抜き速度１０〜３０
mm／分で間欠的に下方に降下させることを特徴とする。

【０００７】

【作用】強靭性を有する芯材の周囲に溶湯を注入し、固
定鋳型との間で肉盛層を形成させた複合材料に限定する
理由は前記の通り耐摩耗性と強靭性を兼備させるためで
ある。すなわち、耐摩耗性を有する外層と強靭性を有す
る芯材からなる複合材料を製造するに当り、本法によれ
ば芯材をより強靭な鋼系の材料に選ぶことが可能であ
り、肉盛材料についても独自に耐摩耗材料を選択できる
ため耐摩耗性と強靭性の兼備向上が可能である。

【０００８】肉盛材のＣ含有量を０．８〜４．３％に限
定する理由は次の通りである。Ｃが下限値の０．８％未
満においてはＣが基地組織に固溶してしまい、硬い炭化
物が晶出ならびに析出しないため耐摩耗材料としての機
能を有しない。また、前記の通りＣが基地組織に固溶す
るため結晶粒界に晶出した炭化物が消失することにより
鋳造組織が最終製品として残らず、鋳造組織を微細かつ
均一にすることを目的とした本発明と目的を異にすると
ころである。一方、Ｃが上限値の４．３％を超えると凝
固時に粗大なＦｅ₃ Ｃ炭化物が初晶として晶出し、炭化
物の量も多くなり極めて脆弱なものとなり、複合化によ
っても強靭性の確保ができない。すなわち本発明におい
てはオーステナイトが初晶としてデンドライト凝固を行
うものにおいてその効果を有し、かつ最終製品において
も炭化物を有することが不可欠の構成要件である。

【０００９】さて、図４にも示すように、芯材２の周囲
に注入した溶湯１′を固定鋳型３との間で間欠的に下方
へ降下させながら肉盛層１を形成させることは本発明の
最も重要なものである。すなわち従来例に示された通り
芯材と溶湯とを連続的に降下させて肉盛層を形成させた
場合、前記デントライト凝固を行う材料において図３に
示す通り、デンドライト６が軸部方向上方に成長し、そ
の結果粗大な組織となってしまう。また、鋳造条件が一
定のため均一な組織が得られると一般的に考えられる
が、本法のような軸方向に鋳造し、かつ肉盛厚みが厚く
なった場合肉盛材を凝固させるとともに芯材と完全に溶
着させるために長時間をかけて鋳造することが必要とな
り、均一な凝固条件を維持することは実質的に困難であ
り、かえってデンドライトが成長しすぎることにより残
溶湯へのＣおよびその他の合金の過大負荷により不均一
な組織となってしまう。そこで、本発明の如く間欠的に
降下、すなわち降下・停止を繰り返すことによりデンド
ライトの成長を限定するとともに新たな凝固核を生成さ
せることにより、図２に示すように多数のデンドライト
６が生成し組織の微細化が図られた。

【００１０】なお固定鋳型による鋳鉄の連続鋳造におい
ては間欠鋳造が実施される例もあるが、黒鉛を晶出もし
くは析出するものに限定されており、脆弱な炭化物を有
するものにおいては実用化されていない。また、薄肉の
肉盛層においては凝固速度が速く基本的にその凝固組織
が微細で化学成分的にも残溶湯への合金の偏析は少ない
ため本発明の効果が実用的に認められる範囲として、図
１に示す連続鋳造に比べ間欠鋳造による方が結晶粒径が
明らかに小さくなる肉盛厚さ５０mm以上に限定した。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例として、製品胴径８００mm、
肉盛厚み１００mm、単重１１トンのホットストリップ仕
上圧延機用ワークロールを製造した。鋳造は基本的には
特開平３−２８５７０３号公報に開示の連続鋳掛け法に
より行い、芯材を鍛鋼を採用して複合ロールとした。熱
処理は鋳造後、焼鈍、焼入・焼戻しの当材質として考え
られる通常の熱処理を施した。なお本発明方法における
引抜き条件は、製品の寸法、肉盛材および芯材の材質、
溶湯の温度、肉盛厚み等から適宜設定されるものである
が本発明方法の５０mm以上の肉盛厚みにおいて通常行わ
れている引抜き速度１０mm／分〜３０mm／分において、
引抜き間隔は３０秒〜２分が好ましい。これは３０秒以
下では凝固が安定せず均一な組織が得られず、２分以上
では組織微細にする効果が少ない。

【００１２】表１に具体的な化学成分、鋳造条件を、表
２に製造品質および実際に使用した結果を従来例と比較
して示す。表２から明らかなように本発明の間欠引抜き
方法によると、従来法と同一の化学成分において、結晶
粒径は格段に小さくなり、その結果実際の圧延に供した
ロールの表面の粗度は小さく、肌荒れを大幅に押さえる
ことができた。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【表２】

【００１５】

【発明の効果】このように本発明によれば炭化物を有す
る耐摩耗性に優れた外層材料を微細かつ均一な金属組織
にて製造することができるとともに、強靭な芯材との組
み合わせにより圧延ロールとして要求される最も重要な
具備特性である耐摩耗性、耐肌荒れ性および強靭性を兼
備した高性能ロールを供給することが可能となった。こ
の結果、良質の圧延製品の製造が可能となり、工業的な
価値を有し、その効果は極めて大である。

【００１６】なお、本実施例は圧延用ロールに適用した
ものであるが、本発明はこれに限定されるものではな
く、耐摩耗性、耐肌荒れ性および強靭性の兼備が高度に
要求される複合材料、例えばライナー等に適用しても同
様の作用・効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明および従来例で製造したロールの結晶粒
径を鋳造速度との関係で示す図。

【図２】本発明の凝固形態を示す模式図。

【図３】従来の凝固形態を示す模式図。

【図４】本発明に基づく複合ロールの製造設備の概要を
示す図。

【符号の説明】

１ 肉盛材 １′ 肉盛材の溶湯 ２ 芯材 ３ 固定鋳型 ４ 耐火枠 ５ 芯材予熱用熱誘導コイル ５′ 溶湯加熱用誘導コイル ６ デンドライト組織 ７ 共晶組織

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−238107（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−254354（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−182013（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−51210（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−285703（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−109547（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−75808（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−114412（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 19/00 B21B 27/00 B22D 19/16 B22D 23/04 B22D 11/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定鋳型の内部に配設された、鋼製の軸
   からなる芯材の周囲に、化学成分が重量でＣ：０．８〜
   ４．３％を含有する鉄基合金でオーステナイトが初晶と
   してデンドライト凝固を行う外層溶湯を注入し、前記芯
   材と溶湯とを溶着一体化せしめる複合材料の製造方法に
   おいて、前記芯材の周囲に５０mm以上の肉盛層を形成せ
   しめる外層溶湯を注入後、前記芯材を間欠的に下方に降
   下させることを特徴とする複合材料の製造方法。
2. 【請求項２】 芯材を引き抜き間隔３０〜１２０秒かつ
   引き抜き速度１０〜３０mm／分で間欠的に下方に降下さ
   せることを特徴とする請求項１記載の複合材料の製造方
   法。