JP3977461B2 - 複合ロール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は少なくとも一つの超硬合金リングとノジュラー鋳鉄ケーシングを含む複合ロールに関するものである。この複合ロールは、完全なロールとして、或いは駆動スピンドルに取り付けたロールリングとして可能とすることができる。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延および冷間圧延のための超硬合金を伴う複合ロールは、鋳鉄のケーシングに種々のカップリングおよび締結器具によって（駆動）スピンドルに取り付けた一つないしそれ以上の超硬合金リングからなる。このロールの一つの問題点は、鋳造温度からの冷却の間に超硬合金リングよりもケーシングが収縮することである。その結果、超硬合金リングに対して内部に向けた力が発生し、前記超硬合金リング外表面に軸方向に向けた引張り応力が増大して圧延中にロール表面に発生した垂直方向のミクロクラックが作用することである。これら引張り応力の影響下では、前記ミクロクラックが深さ方向に伝播し、ロール破壊、或いは過剰な量の研磨（補修）の必要性を誘起し、ロールの圧延性能を限定してしまう。
【０００３】
この問題に対する一つの解決が、米国特許５，０４４，０５６に記載されており、それによれば一つないしそれ以上の超硬合金リングが本質的にグラファイト鋳鉄のケーシングに鋳造され、その鋳造後にベーナイトと、引き続く一回ないしそれ以上の熱処理で全部或いは一部がベーナイトに変態する残留オーステナイト、好ましくは１５〜２０重量％、組織を含んでいる。この方法では、好ましい応力状態が得られる。しかしながら、この熱処理は非常に高価で手間のかかる操作であり、これは排除されることが好ましい。米国特許 ５，２４８，２８９および５，３５９，７７２は、完全なロールが、鋳鉄と超硬合金の間を良好な結合状態に維持された同一の方法により作ることが出来ることを開示している。しかしながら、２５００ｍｍまでの長さを有する完全なロールの熱処理は、大規模で、長い熱処理サイクルが必要であり、移送時間が増加する。ベーナイトと残留オーステナイトの混合組織は同様に機械加工が非常に難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明によれば、パーライトとフェライト組織を有する鋳造ままの合金を使用することによって望ましい状態の応力がロールに引続く熱処理なしで良好な冶金的結合との組み合わせにおいて得られることを発見した。この鋳鉄は、鋳造状態のままで容易に機械加工され、しかもこのロールの使用中にも硬度−靱性−強度が良くバランスしているものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、超硬合金は、炭素当量；Ｃｅｑ＝％Ｃ＋０．３・（％Ｓｉ＋％Ｐ）が２．５〜６、好ましくは３．５〜５、フェロシリコンマグネシウムおよび／またはニッケルマグネシウムがマグネシウム量：０．０２〜０．１０質量％、好ましくは０．０４〜０．０７質量％を鋳造された合金に添加して調整された組成の実質的にグラファイト鋳鉄に鋳造される。フェロシリコンの接種によってシリコン量が１．９〜２．８質量％、好ましくは２．１〜２．５質量％を含む鋳鉄が得られる。それによって、分散した球状グラファイトを有するノジュラー鋳鉄が得られた。更に、前記鋳鉄は、炭素の拡散を遅らせる元素、好ましくはニッケル量；０．５〜４質量％、好ましくは１〜２質量％、およびマグネシウム量；０．１〜１．０質量％、好ましくは０．６〜０．７質量％で合金化する。本発明は、１つの実施態様において限定するわけではないが、前記鋳鉄が、質量％で、Ｓｉ：１．９〜２．８％，Ｍｇ：０．０２〜０．１０％，Ｎｉ：０．５〜４％，Ｍｎ：０．１〜１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつＣｅｑ値を２．５〜６に調整し、フェライトとパーライトからなる鋳造ままの組織を有する鋳鉄からなる複合ロールである。ニッケルおよび／または銅は、モリブデンの１質量％までを部分的に置換してもよい。１０００ｋｇを超えるロールの鋳鉄部分の重量にとっては２質量％、好ましくは０．０１〜１質量％の銅添加が好適である。鋳造ままの条件において、前記ロールにおける鋳鉄はロールの鋳鉄部分２００〜１０００Ｋｇ重量当たり１９０〜２５０のブリネル硬度を有する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
一つの態様において、ロールは少なくとも一つの超硬合金リングを有するロールコアとジャーナルを含む完全なロールである。ロールコアとジャーナルは、別の鋳造合金で作られてもよい。例えば、図１は、スピンドルに埋め込まれる超硬合金リング２と鋳鉄ケーシング１からなる複合ロールを示しているが、図２は、超硬合金リング２を一体化して鋳造したロールコアとジャーナル１１を含んだ完全なロールを示している。図３に示すように、ロールのノジュラー鋳鉄の微細組織は、グラファイト塊３、パーライト４およびフェライト５を含んでいる。なお、この微細組織は４０％以上の量のパーライトと５％以下の量の残留オーステナイトからなるパーライトとフェライトからなる組織であることが好ましい。
【０００７】
他の選択的態様において、ロールは、種々のカップリングおよび締結器具によって（駆動）スピンドルに取り付けたリングであるリング状のケーシングに鋳造した超硬合金リング（或いは複数リング）からなる。
【０００８】
本発明によれば、熱間圧延或いは冷間圧延のために、ロールコアとジャーナル或いはスピンドルに取り付けたリングであるリング状のケーシングに鋳造した超硬合金リング（或いは複数リング）を含む完全なロールの製造方法を提供することにある。この方法によれば、少なくとも一つの焼結された超硬合金リングがこのリングの内表面を有し、そして鋳鉄にしっかりと接触させるために側面を自由になるように鋳型内に置かれる。前記鋳型は、上述した組成を有し、しかも適切な温度を有する溶融鋳鉄で満たされる。室温まで冷却後、前記ロールは清浄されそして最終形状および寸法に機械加工される。
【０００９】
一つの態様において、鋳造物は静置鋳造によって製造される。
【００１０】
好ましい態様において、ロールは、入り口が前記超硬合金リングの内側表面に対して接線方向に向けられた鋳型内で静置鋳造によって製造される。
【００１１】
別の態様において、鋳造物は遠心鋳造によって製造される。鋳型が回転し、最適な速度、約４００ｒｅｖ／ｍｉｎに達した時に溶融鋳鉄が回転鋳型内に注湯される。回転速度は約３分続く注湯時間の間に連続的に減少する。その結果、溶融鋳鉄は、鋳型の壁に対してせり登り、そして圧力下で凝固する。選択的に、前記超硬合金リング（或いは複数リング）は、コアおよびジャーナルが他の鋳造合金に遠心鋳造ないし静置鋳造のどちらかで鋳造された後で、前述した鋳鉄のケーシングにのみ鋳造される。
【００１２】
超硬合金と鋳鉄との間の最適な冶金結合を達成するためには、鋳型の制御された充填量と結合して取鍋中で鉄の融点よりも２００〜３００℃高い温度を使用する必要があり、また、遠心鋳造の場合には鋳物砂中で型取りしない超硬合金リング部、すなわち、鋳鉄に冶金的に結合される部分の表層部について均衡のとれた加熱および溶解を得るために予め設定された回転速度の使用が必要である。超硬合金と鋳鉄の間の遷移領域は１〜５ｍｍ幅で十分であることが見いだされた。
【００１３】
本発明の複合ロールは、最終形状および寸法に機械加工された後で、完全なロールまたはロールリングからなる。必要な寸法を熱処理炉で得るために現存するロール鋳造に付随する困難性、およびこの熱処理から派生するコストおよび時間的ロスを本発明による鋳造合金を使用することによって除去できるものである。
【００１４】
【実施例】
何れも質量％で、７０％のタングステンカーバイド（ＷＣ），１３％のコバルト（Ｃｏ），１５％のニッケル（Ｎｉ），２％のクロム（Ｃｒ）からなる組成を有する焼結された超硬合金リングが鋳物砂中で鋳込まれた。前記超硬合金リングの寸法は以下の通りである。
外径：３４０ｍｍ
内径：２６０ｍｍ
幅 ：１００ｍｍ
【００１５】
前記超硬合金リングの内面を鋳込んだ後で、内径と３１０ｍｍの径の間の側部表面に超硬合金と鋳鉄間に冶金的結合をそこに作るために自由にした。ロールは、入り口が前記超硬合金リングの内表面に対し接線方向に向けられた鋳型内で静置鋳造によって鋳造された。鋳鉄の溶解物は、質量％で、Ｃ：３．５％，Ｓｉ：２．２％，Ｍｎ：０．６％，Ｎｉ：１．６５％，Ｍｇ：０．０５％，残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、１５４０℃の温度で鋳型に注湯された。前記注湯時間は約１分であった。
【００１６】
前記複合ロールの冷却後、清浄にされ超音波法でチェックされた。冶金的な結合の質は良好であった。ロール寸法は以下の通りである。
胴部 ：φ３１０ｍｍ（超硬合金：φ３４０ｍｍ）×５００ｍｍ
ジャーナル部：φ２２０×３００ｍｍ＋φ２２０×５２０ｍｍ
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、パーライトとフェライト組織を有する鋳造ままの合金を使用することによって望ましい状態の応力がロールに引続く熱処理なしで良好な冶金的結合との組み合わせにおいて得られ、また、鋳造状態のままで容易に機械加工され、しかもこのロールの使用中にも硬度−靱性−強度が良くバランスした少なくとも一つの超硬合金リングとノジュラー鋳鉄ケーシングを含む複合ロールが得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スピンドルに超硬合金リング（２）と鋳鉄ケーシング（１）が埋め込まれたことからなる複合ロールを示す図。
【図２】 ロールコアとジャーナル（１）に１回の鋳造で超硬合金リング（２）を含む完全なロールを示す図。
【図３】 本発明によるノジュラー鋳鉄の微細組織を示すもので、３はグラファイト塊、４はパーライト、５はフェライトを示す。
【符号の説明】
１…鋳鉄ケーシング
２…超硬合金リング
３…グラファイト塊
４…パーライト
５…フェライト

Claims (2)

1. グラファイト鋳鉄からなる鋳造合金に鋳造された少なくとも一つの超硬合金リングからなる、熱間圧延または冷間圧延に使用される複合ロールであって、前記鋳鉄は質量％で、
   Ｓｉ：１．９〜２．８％
   Ｍｇ：０．０２〜０．１０％
   Ｎｉ：０．５〜４％
   Ｍｎ：０．１〜１％
   を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ下記式で表される炭素当量（Ｃｅｑ）を２．５〜６に調整し、フェライトとパーライトからなる鋳造ままの組織を有する鋳鉄からなることを特徴とする複合ロール。
   炭素当量（質量％）：Ｃｅｑ＝％Ｃ＋０．３・（％Ｓｉ＋％Ｐ）
2. 前記鋳鉄が質量％で、
   Ｓｉ：２．１〜２．５％
   Ｍｇ：０．０４〜０．０７％
   Ｎｉ：１〜２％
   Ｍｎ：０．６〜０．７％
   を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ前記炭素当量（質量％）を３．５〜５に調整し、フェライトとパーライトからなる鋳造ままの組織を有する鋳鉄からなることを特徴とする請求項１記載の複合ロール。

Images