JP7215431B2 - 超硬合金製複合ロール及び超硬合金製複合ロールの製造方法 - Google Patents
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Description
前記外層を構成する超硬合金が、WC粒子55~90質量部と、Feを主成分とする結合相10~45質量部とを含有し、前記外層の結合相が0.5~10質量%のNi、0.2~2.0質量%のC、0.5~5質量%のCr、及び0.1~5質量%のWを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、前記内層の軸方向の少なくとも一方の端部に、前記内層と金属接合された軸部材及び前記軸部材に溶接された軸端部材を有しており、前記内層が、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で2.0質量%以上含有する鉄系合金からなり、前記軸部材及び軸端部材が、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で1.5質量%以下含有する鉄系合金からなることを特徴とする。
前記外層を構成する超硬合金が、WC粒子55~90質量部と、Feを主成分とする結合相10~45質量部とを含有し、前記外層の結合相が0.5~10質量%のNi、0.2~2.0質量%のC、0.5~5質量%のCr、及び0.1~5質量%のWを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、
前記中間層を構成する超硬合金が、WC粒子30~65質量部と、Feを主成分とする結合相35~70質量部とを含有し、前記中間層の結合相が0.5~10質量%のNi、0.2~2.0質量%のC、0.5~5質量%のCr、及び0.1~5質量%のWを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、
前記内層の軸方向の少なくとも一方の端部に、前記内層と金属接合された軸部材及び前記軸部材に溶接された軸端部材を有しており、
前記内層が、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で2.0質量%以上含有する鉄系合金からなり、
前記軸部材及び軸端部材が、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で1.5質量%以下含有する鉄系合金からなることを特徴とする。
Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で2.0質量%以上含有する鉄系合金からなる内層の外周に、超硬合金の粉末、成形体、仮焼体、又は焼結体からなる外層素材を配置するとともに、前記内層の軸方向の少なくとも一方の端部にCr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で1.5質量%以下含有する鉄系合金からなる軸部材を配置した後、前記外層素材、前記内層及び前記軸部材の外周を鋼系材料からなるHIP缶で封印、真空排気した後、HIP処理を行い、前記外層素材、前記内層、及び前記軸部材を一体化することを特徴とする。
本発明の第一の超硬合金製複合ロールは、鉄系合金からなる内層と、前記内層の外周に金属接合された超硬合金からなる外層とからなる超硬合金製複合ロールであって、前記超硬合金が、WC粒子55~90質量部と、Feを主成分とする結合相10~45質量部とを含有し、前記外層の結合相が0.5~10質量%のNi、0.2~2.0質量%のC、0.5~5質量%のCr、及び0.1~5質量%のWを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、前記内層の軸方向の少なくとも一方の端部に、前記内層と金属接合された軸部材及び前記軸部材に溶接された軸端部材を有しており、前記内層が、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で2.0質量%以上含有する鉄系合金からなり、前記軸部材及び軸端部材が、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で1.5質量%以下含有する鉄系合金からなる。
前記外層を構成する超硬合金が、WC粒子55~90質量部と、Feを主成分とする結合相10~45質量部とを含有し、前記外層の結合相が0.5~10質量%のNi、0.2~2.0質量%のC、0.5~5質量%のCr、及び0.1~5質量%のWを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、
前記中間層を構成する超硬合金が、WC粒子30~65質量部と、Feを主成分とする結合相35~70質量部とを含有し、前記中間層の結合相が0.5~10質量%のNi、0.2~2.0質量%のC、0.5~5質量%のCr、及び0.1~5質量%のWを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、
前記内層の軸方向の少なくとも一方の端部に、前記内層と金属接合された軸部材及び前記軸部材に溶接された軸端部材を有しており、
前記内層が、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で2.0質量%以上含有する鉄系合金からなり、
前記軸部材及び軸端部材が、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で1.5質量%以下含有する鉄系合金からなる。
以下、第一の超硬合金製複合ロールの外層を構成する超硬合金、並びに第二の超硬合金製複合ロールの外層及び中間層を構成する超硬合金について説明するが、特に断りのない限り、外層の構成は第一及び第二の超硬合金製複合ロールに共通する。
第一及び第二の超硬合金製複合ロールの外層を構成する超硬合金は、55~90質量部のWC粒子と10~45質量部のFeを主成分とする結合相とからなり、第二の超硬合金製複合ロールの中間層を構成する超硬合金は、30~65質量部のWC粒子と35~70質量部のFeを主成分とする結合相とからなる。
0.45≦c2/c1≦0.85
を満たすように外層及び中間層中のWC粒子の含有量を設定する。本発明の第二の超硬合金製複合ロールは、後述するようにHIP処理により、外層、中間層、内層が金属接合され一体化されるが、外層及び中間層中のWC粒子の含有量を上記のように設定することにより、中間層の熱収縮量を外層の熱収縮量と内層の熱収縮量との中間的な値にでき、HIP処理後の冷却過程において残留応力を低減することができる。c2/c1の下限は0.5が好ましく、0.55がより好ましい。また、c2/c1の上限は0.8が好ましく、0.75がより好ましい。
外層及び中間層を構成する超硬合金に含まれるWC粒子は0.5~10μmのメディアン径D50(累積体積の50%の粒径に相当)を有するのが好ましい。平均粒子径が0.5μm未満の場合、WC粒子と結合相間の境界が増えるため、後述する複炭化物が発生しやすくなり、超硬合金の強度が低下する。一方、平均粒子径が10μmを超えると、超硬合金の強度が低下する。WC粒子のメディアン径D50の下限は1μmが好ましく、2μmがより好ましく、3μmが最も好ましい。またWC粒子のメディアン径D50の上限は9μmが好ましく、8μmがより好ましく、7μmが最も好ましい。
外層及び中間層を構成する超硬合金において、結合相は
0.5~10質量%のNi、
0.2~2質量%のC、
0.5~5質量%のCr、及び
0.1~5質量%のWを含有し、
残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有する。
(a) Ni:0.5~10質量%
Niは結合相の焼き入れ性を確保するのに必要な元素である。Niが0.5質量%未満であると、結合相の焼き入れ性が不十分であり、材料強度が低下する可能性がある。一方、Niが10質量%を超えると、結合相がオーステナイト化して得られる超硬合金は十分な圧縮降伏強度を有さない。Niの含有量の下限は2.0質量%が好ましく、2.5質量%がより好ましく、3質量%が更に好ましく、4質量%が最も好ましい。またNiの含有量の上限は8質量%が好ましく、7質量%がより好ましい。
Cは結合相の焼き入れ性を確保するとともに、複炭化物の発生を抑制するのに必要な元素である。Cが0.2質量%未満では結合相の焼き入れ性が不足するとともに、複炭化物発生が多く材料強度が低下する。一方、Cが2.0質量%を超えると、生成する複炭化物が粗大となり超硬合金の強度が低下する。Cの含有量の下限は0.3質量%が好ましく、0.5質量%がより好ましい。また、Cの含有量の上限は1.5質量%が好ましく、1.0質量%がより好ましい。
Crは結合相の焼き入れ性を確保するのに必要な元素である。Crが0.5質量%未満であると、結合相の焼き入れ性が低くすぎ、十分な圧縮降伏強度を確保できない。一方、Crが5質量%を超えると粗大な複炭化物が発生して、超硬合金の強度が低下する。Crは4質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましい。
結合相中のWの含有量は0.1~5質量%である。結合相中のWの含有量が5質量%を超えると、粗大な複炭化物が発生し、超硬合金の強度が低下する。Wの含有量の下限は0.8質量%が好ましく、1.2質量%がより好ましい。また、Wの含有量の上限は4質量%が好ましい。
(a) Si:0.2~2.0質量%
Siは結合相を強化する元素であり、必要に応じ含有しうる。Siが0.2質量%未満であると、結合相を強化する効果がほとんど得られない。一方、Siが2.0質量%超になると、黒鉛が晶出しやすく超硬合金の強度が低下する。そのため、Siを含有させる場合、0.2質量%以上2.0質量%以下であるのが好ましい。さらに結合相の強化効果は、Siの含有量が0.3質量%以上、さらには0.5質量%以上である場合により発揮される。また、Siの含有量の上限は1.9質量%が好ましい。
Coは焼結性を向上させる作用を有するが、本発明で使用される超硬合金では必須ではない。すなわち、Coの含有量は実質的に0質量%であるのが好ましい。しかし、Coの含有量が5質量%以下であれば、超硬合金の組織及び強度に影響を与えない。Coの含有量の上限は2質量%であるのがより好ましく、1質量%であるのが最も好ましい。
Mnは焼入れ性を向上させる作用を有するが、本発明で使用される超硬合金では必須ではない。すなわち、Mnの含有量は実質的に0質量%であるのが好ましい。しかし、Mnの含有量が5質量%以下であれば、超硬合金の組織及び強度に影響を与えない。Mnの含有量の上限は2質量%がより好ましく、1質量%が最も好ましい。
不可避的不純物としては、Mo、V、Nb、Ti、Al、Cu、N、O等が挙げられる。これらのうち、Mo、V及びNbからなる群から選ばれた少なくとも一種の含有量は合計で2質量%以下であるのが好ましい。Mo、V及びNbからなる群から選ばれた少なくとも一種の含有量は、合計で1質量%以下であるのがより好ましく、0.5質量%以下であるのが最も好ましい。また、Ti、Al、Cu、N及びOからなる群から選ばれた少なくとも一種の含有量は単独で0.5質量%以下であり、合計で1質量%以下であるのが好ましい。特に、N及びOはそれぞれ1000 ppm未満であるのが好ましい。不可避的不純物の含有量が上記範囲内であれば、超硬合金の組織及び強度は実質的に影響されない。
(1) 複炭化物
外層及び中間層を構成する超硬合金の組織は、5μm以上の円相当径を有する複炭化物を実質的に含有しないのが好ましい。複炭化物とはWと金属元素との複炭化物であり、例えば、(W, Fe, Cr)23C6、(W, Fe, Cr)3C、(W, Fe, Cr)2C、(W, Fe, Cr)7C3、(W, Fe, Cr)6C等である。ここで、複炭化物の円相当径とは、超硬合金の研磨断面を示す顕微鏡写真(1000倍程度)において、複炭化物粒子の面積と同じ面積を持つ円の直径のことである。結合相中に5μm以上の円相当径を有する複炭化物が存在しない超硬合金は1700 MPa以上の抗折強度を有する。ここで、「複炭化物を実質的に含有しない」とは、SEM写真(1000倍)上で5μm以上の円相当径を有する複炭化物が観測されないことを意味する。円相当径が5μm未満の複炭化物については、本発明の超硬合金製複合ロールの外層及び中間層を構成する超硬合金にEPMA分析で5面積%未満程度存在しても構わない。
外層及び中間層を構成する超硬合金の結合相は、ベイナイト相及び/又はマルテンサイト相を合計で50面積%以上含有する組織を有するのが好ましい。なお、「ベイナイト相及び/又はマルテンサイト相」とするのは、ベイナイト相及びマルテンサイト相が実質的に同じ作用を有し、かつ顕微鏡写真上で両者を区別するのが困難であるからである。このような組織により、本発明の超硬合金製複合ロールの外層及び中間層を構成する超硬合金は高い圧縮降伏強度及び強度を有する。
EPMA分析の結果、本発明の超硬合金製複合ロールの外層及び中間層を構成する超硬合金ではWC粒子中にFeが0.3~0.7質量%存在していることが分った。
上記組成及び組織を有する超硬合金は、1200 MPa以上の圧縮降伏強度、及び1700 MPa以上の抗折強度を有するので、前記超硬合金からなる外層(及び中間層)を有する圧延ロールを金属帯板(鋼帯板)の冷間圧延に使用した場合に、ロール表面の圧縮降伏による凹みを低減することができる。このため、金属帯板の高品質な圧延を連続的に行うことができるとともに、圧延ロールの長寿命化が達成できる。勿論、本発明の超硬合金製複合ロールは金属帯板の熱間圧延ロールにも使用できる。
内層は、靭性に優れる、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で2.0質量%以上含有する鉄系合金からなる。内層にこのような鉄系合金を用いることにより、外層と中間層と内層とを金属接合した後の冷却過程で内層にベイナイト変態あるいはマルテンサイト変態を起こさせることができ、その結果、低熱膨張の超硬合金との熱膨張差を小さくし、外層及び中間層の残留応力を低減することができる。
CはFeと合金化し、機械的性質を確保するための必須元素である。Cの含有量が0.2質量%未満となると高融点となるとともに、欠陥も発生しやすく、比較的安価に製造するためには0.2質量%以上のC含有量が必要となる。C含有量が0.45質量%よりも高くなると硬質化するとともに靱性が低下する。
Crは合金化により材料の強度を確保するとともに焼き入れ性を向上させ、ベイナイト変態あるいはマルテンサイト変態を起こりやすくさせるために必要な元素である。Cr含有量が0.5質量%未満では十分な強度をえることができない。Crは焼き入れ性に効果があり残留応力軽減に有効であるが、その添加量は4質量%以下で十分である。それ以上の添加はコスト的に不利となるため、Cr添加の上限は4質量%となる。
Niは、焼き入れ性を向上させ、ベイナイト変態あるいはマルテンサイト変態を起こりやすくさせるために有効な元素であり、残留応力低減の主体となる元素である。Ni含有量が1.4質量%未満ではその効果は少なく、4.0質量%を超えるとオーステナイトが安定化し過ぎ、変態が困難になる。
Moは、材質の強度を向上させるとともに、焼き入れ性を向上させ、ベイナイト変態あるいはマルテンサイト変態を起こりやすくさせるためにも効果がある。この目的でCrやNiに加えて添加するが、Mo含有量が0.1質量%未満ではその効果が少なく、1.0質量%を超えると材質が脆くなる作用が大きくなる。
軸部材及び軸端部材としては、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で1.5質量%以下含有する鉄系合金を用いる。軸部材及び軸端部材は、内層に接合し、超硬合金製複合ロールの軸として使用されるため強度及び耐摩耗性が必要である。さらに軸部材は、軸端部材を溶接するため、軸端部材との溶接性が良好な材質とする必要がある。Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で1.5質量%以下含有する鉄系合金を用いることにより、HIP処理後の軸部材の端部に、軸端部材を容易に溶接ができるため、長尺の超硬合金製複合ロールを得ることができる。
Cは軸部材及び軸端部材としての降伏強度や硬度を確保するために必要であり、C含有量が0.2質量%未満では十分な強度や硬度を得るのが困難となる。0.58質量%を超えると溶接時に割れが発生しやすく、溶接が困難になる。
Crは軸部材及び軸端部材としての強度確保のため添加するのが有効である。Cr含有量が1.2質量%を超えると焼き入れ性が過大になり、溶接時に割れが発生しやすくなる。
Moは軸部材及び軸端部材としての強度確保のため添加するのが有効である。Mo含有量が0.3質量%を超えると焼き入れ性が過大になり、溶接時に割れが発生しやすくなる。
(1) 超硬合金の焼結体を用いる方法
最初に、外層素材(及び中間層素材)として超硬合金の焼結体を用いる場合について超硬合金の製造方法を説明する。
WC粉末55~90質量部と、2.5~10質量%のNi、0.3~1.7質量%のC、0.5~5質量%のCr、0.2~2.0質量%のSi、0~5質量%のCo、及び0~2質量%のMnを含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる金属粉末10~45質量部とをボールミル等で湿式混合した後、乾燥し、超硬合金の素材となる成形用粉末を調製する。焼結中にWC粉末中のWが結合相に拡散するので、前記金属粉末にWを含ませなくてもよい。WC粉末の含有量は60~90質量部であるのが好ましく、65~90質量部であるのがより好ましい。なお、WC粉末の含有量の上限は85質量部であるのが好ましい。また、複炭化物の生成を防止するために、前記金属粉末中のC含有量は0.3~1.7質量%である必要があり、好ましくは0.5~1.5質量%である。
WC粉末30~65質量部と、2.5~10質量%のNi、0.3~1.7質量%のC、0.5~5質量%のCr、0.2~2.0質量%のSi、0~5質量%のCo、及び0~2質量%のMnを含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる金属粉末35~70質量部とをボールミル等で湿式混合した後、乾燥し、超硬合金の素材となる成形用粉末を調製する。焼結中にWC粉末中のWが結合相に拡散するので、前記金属粉末にWを含ませなくてもよい。WC粉末の含有量は33~65質量部であるのが好ましく、35~65質量部であるのがより好ましい。なお、WC粉末の含有量の上限は60質量部であるのが好ましい。また、複炭化物の生成を防止するために、前記金属粉末中のC含有量は0.3~1.7質量%である必要があり、好ましくは0.5~1.5質量%である。
第一の超硬合金製複合ロールを製造する場合、外層用の成形用粉末を、金型成形、冷間静水圧成形(CIP)等の方法で成形し、前記内層の外周に接合させるための外層用のスリーブ状成形体を作製する。また第二の超硬合金製複合ロールを製造する場合、外層用及び中間層用の成形用粉末を、金型成形、冷間静水圧成形(CIP)等の方法で成形し、前記内層の外周に中間層を介して外層を接合させるための中間層用及び外層用のスリーブ状成形体を作製する。
得られた中間層用及び外層用のスリーブ状成形体を、(液相化開始温度)乃至(液相化開始温度+100℃)の温度で真空中で焼結する。成形体の液相化開始温度は、焼結の昇温過程で液相化が開始する温度であり、示差熱分析装置を用いて測定する。図4に測定結果の一例を示す。成形体の液相化開始温度は、図4に矢印で示すように、吸熱反応が開始する温度である。液相化開始温度+100℃を超える温度で焼結すると、粗大な複炭化物が生成して、得られる超硬合金の強度は低下する。また液相化開始温度未満の温度で焼結すると、緻密化が不十分であり、得られる超硬合金の強度は低い。焼結温度の下限は液相化開始温度+10℃が好ましく、焼結温度の上限は液相化開始温度+90℃が好ましく、液相化開始温度+80℃がより好ましい。
得られた焼結体に対して、さらにHIP処理を行う。第二の超硬合金製複合ロールを製造する場合を例にして以下に具体的に説明する。なお第一の超硬合金製複合ロールを製造する場合は、中間層用の焼結体を使用しない以外第二の超硬合金製複合ロールを製造する方法と同様である。
HIP処理後、900℃~600℃の間で60℃/時間以上の平均速度で冷却する。60℃/時間未満の平均速度で冷却すると超硬合金の結合相中のパーライト相の割合が多くなるため、ベイナイト相及び/又はマルテンサイト相を合計で50面積%以上とすることができず、超硬合金の圧縮降伏強度が低下する。60℃/時間以上の平均速度での冷却は、HIP炉中の冷却過程で行っても良いし、HIP炉で冷却した後、別の炉で再度900℃以上に加熱して60℃/時間以上の平均速度で行っても良い。
上記、中間層用のスリーブ状焼結体12及び外層用のスリーブ状焼結体13を用いた場合について説明したが、中間層用のスリーブ状焼結体12及び外層用のスリーブ状焼結体13に代わって、中間層用の超硬合金のスリーブ状成形体及び外層用の超硬合金スリーブ状成形体を用いてもよいし、中間層用の超硬合金のスリーブ状仮焼体及び外層用の超硬合金スリーブ状仮焼体を用いてもよい。成形体又は仮焼体を用いた場合も、焼結体を用いた場合と同様にHIP缶に密封した後、HIP処理及び前記冷却を行い、超硬合金製複合ロールを製造する。
本発明において、外層素材(及び中間層素材)として超硬合金の粉末を用いて製造しても良い。超硬合金の粉末を用いる場合は、内層材11の外周に空間を設けるようにHIP缶を配置し、その空間に円環状仕切りシートを配置し、内層材の外周と仕切りシートの間に中間層用の超硬合金粉末を充填し、仕切りシートとHIP缶の内面の間に外層用の超硬合金粉末を充填した後に仕切りシートを除去し、さらに軸部材14をその端面を前記内層の端面11aに当接させて配置してHIP缶を密封する。その後は、焼結体を用いた場合と同様にHIP処理及び前記冷却を行い、超硬合金製複合ロールを製造する。なお、中間層を形成しない場合は内層材11の外周に外層用の空間のみを設けて外層用の超硬合金粉末を充填して製造すればよい。
本発明の超硬合金製複合ロールの外層は、高い圧縮降伏強度、抗折強度、ヤング率及び硬度を有するので、特に金属帯板(鋼帯板)の冷間圧延に好適である。本発明の超硬合金製複合ロールは、(a) 金属帯板を圧延する上下一対の作業ロールと、各作業ロールを支持する上下一対の中間ロールと、各中間ロールを支持する上下一対の補強ロールとを具備する6段式の圧延機、又は(b) 金属帯板を圧延する上下一対の作業ロールと、各作業ロールを支持する上下一対の補強ロールとを具備する4段式の圧延機において、作業ロールとして使用するのが好ましい。少なくとも1スタンドの上記圧延機を、複数の圧延機スタンドを並べたタンデム圧延機に設けるのが好ましい。
WC粉末(純度:99.9%、レーザ回折式粒度分布測定装置(株式会社島津製作所製SALD-2200)で測定したD10:4.3μm,メディアン径D50:6.4μm,D90:9.0μm)と、表1の組成となるように配合した結合相用粉末とを表2に示す割合で混合し、成形用粉末(試料1~10)を調製した。なお結合相用粉末はいずれも1~10μmのメディアン径D50を有し、微量の不可避的不純物を含んでいた。
各超硬合金から切り出した図3に示す各圧縮試験用試験片の中央部表面に歪ゲージを貼り付け、軸方向に荷重を加えて、応力-歪曲線を作成した。応力-歪曲線において、応力と歪が直線関係から外れたときの応力を圧縮降伏強度とした。結果を表5に示す。
各超硬合金から切り出した4 mm×3 mm×40 mmの試験片に対して、支点間距離30 mmの4点曲げの条件で抗折強度を測定した。結果を表5に示す。
各超硬合金から切り出した幅10 mm×長さ60 mm×厚さ1.5 mmの試験片に対して、自由共振式固有振動法(JIS Z2280)で測定した。結果を表5に示す。
各超硬合金に対して、ロックウェル硬度(Aスケール)を測定した。結果を表5に示す。
各試料を鏡面研磨した後、SEM観察を行い、複炭化物の存在、結合相中のベイナイト相及びマルテンサイト相の合計面積率を求めた。結果を表6に示す。図1は、試料2の超硬合金のSEM写真である。白い粒状部はWC粒子であり、灰色の部分は結合相である。
(1) 結合相におけるベイナイト相及びマルテンサイト相の合計面積率(%)。
(2) 結合相における直径が5μm以上の複炭化物の存否。
各試料の結合相の組成を電界放出型電子線マイクロアナライザー(FE-EPMA)で測定した。ビーム径1μmの点分析により、WC粒子以外の部分に対して任意の10箇所の点で測定を行い、得られた測定値を平均することにより、結合相の組成を求めた。ただし直径が5μm以上の複炭化物が存在する場合、WC粒子及び複炭化物以外の部分を測定した。結果を表7に示す。
参考例1における試料1と同じ組成の成形用粉末を用いて、参考例1と同じ方法で円柱状成形体を作製した。各成形体を参考例1と同様にして焼結し、外径44 mm×全長620 mmの一体ロールを製作した。このロールを、厚さ0.6 mmの純Ni板材の冷間圧延に使用した結果、純Ni板材にロール表面の凹みに起因する疵が発生しなかった。
参考例1で作製した試料1と同じ原料を用いて、表8の組成となるよう成形用粉末を調製し、参考例1の試料1と同様にして外層用及び中間層用のスリーブ状成形体を作製し、参考例1の試料1と同様にして真空焼結し、外層用のスリーブ状焼結体(外径194 mm、内径171 mm、全長1050 mm)及び中間層用のスリーブ状焼結体(外径171 mm、内径152 mm、全長1050 mm)を作製した。
表12の組成となるよう成形用粉末を調製した以外実施例1と同様にして、外層用のスリーブ状焼結体(外径298 mm、内径264 mm、全長1720 mm)及び中間層用のスリーブ状焼結体(外径264 mm、内径254 mm、全長1720 mm)を作製した。
Claims (14)
- 鉄系合金からなる内層と、前記内層の外周に金属接合された超硬合金からなる外層とからなる超硬合金製複合ロールであって、
前記外層を構成する超硬合金が、WC粒子55~90質量部と、Feを主成分とする結合相10~45質量部とを合計で100質量部含有し、前記外層の結合相が0.5~10質量%のNi、0.2~2.0質量%のC、0.5~5質量%のCr、及び0.1~5質量%のWを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、
前記内層の軸方向の少なくとも一方の端部に、前記内層と金属接合された軸部材及び前記軸部材に溶接された軸端部材を有しており、
前記内層が、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で2.0質量%以上含有する鉄系合金からなり、
前記軸部材及び軸端部材が、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で1.5質量%以下含有する鉄系合金からなることを特徴とする超硬合金製複合ロール。 - 請求項1に記載の超硬合金製複合ロールにおいて、
前記外層を構成する超硬合金が、5μm以上の円相当径を有する複炭化物を実質的に含有しないことを特徴とする超硬合金製複合ロール。 - 請求項1又は2に記載の超硬合金製複合ロールにおいて、
前記外層を構成する超硬合金に含まれる前記WC粒子のメディアン径D50が0.5~10μmであることを特徴とする超硬合金製複合ロール。 - 請求項1~3のいずれかに記載の超硬合金製複合ロールにおいて、
前記外層を構成する超硬合金の結合相が、さらに0.2~2.0質量%のSi、0~5質量%のCo、及び0~1質量%のMnを含有することを特徴とする超硬合金製複合ロール。 - 請求項1~4のいずれかに記載の超硬合金製複合ロールにおいて、
前記外層を構成する超硬合金の結合相におけるベイナイト相及び/又はマルテンサイト相の含有量が合計で50面積%以上であることを特徴とする超硬合金製複合ロール。 - 鉄系合金からなる内層と、前記内層の外周に金属接合された超硬合金からなる中間層と、前記中間層の外周に接合された超硬合金からなる外層とからなる超硬合金製複合ロールであって、
前記外層を構成する超硬合金が、WC粒子55~90質量部と、Feを主成分とする結合相10~45質量部とを合計で100質量部含有し、前記外層の結合相が0.5~10質量%のNi、0.2~2.0質量%のC、0.5~5質量%のCr、及び0.1~5質量%のWを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、
前記中間層を構成する超硬合金が、WC粒子30~65質量部と、Feを主成分とする結合相35~70質量部とを合計で100質量部含有し、前記中間層の結合相が0.5~10質量%のNi、0.2~2.0質量%のC、0.5~5質量%のCr、及び0.1~5質量%のWを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、
前記内層の軸方向の少なくとも一方の端部に、前記内層と金属接合された軸部材及び前記軸部材に溶接された軸端部材を有しており、
前記内層が、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で2.0質量%以上含有する鉄系合金からなり、
前記軸部材及び軸端部材が、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で1.5質量%以下含有する鉄系合金からなることを特徴とする超硬合金製複合ロール。 - 請求項6に記載の超硬合金製複合ロールにおいて、
前記外層及び/又は前記中間層を構成する超硬合金が、5μm以上の円相当径を有する複炭化物を実質的に含有しないことを特徴とする超硬合金製複合ロール。 - 請求項6又は7に記載の超硬合金製複合ロールにおいて、
前記外層及び/又は前記中間層を構成する超硬合金に含まれる前記WC粒子のメディアン径D50が0.5~10μmであることを特徴とする超硬合金製複合ロール。 - 請求項6~8のいずれかに記載の超硬合金製複合ロールにおいて、
前記外層及び/又は前記中間層を構成する超硬合金の結合相が、さらに0.2~2.0質量%のSi、0~5質量%のCo、及び0~1質量%のMnを含有することを特徴とする超硬合金製複合ロール。 - 請求項6~9のいずれかに記載の超硬合金製複合ロールにおいて、
前記外層及び/又は前記中間層を構成する超硬合金の結合相におけるベイナイト相及び/又はマルテンサイト相の含有量が合計で50面積%以上であることを特徴とする超硬合金製複合ロール。 - 請求項1~10のいずれかに記載の超硬合金製複合ロールにおいて、
前記内層が、C:0.2~0.45質量%、Cr:0.5~4.0質量%、Ni:1.4~4.0質量%、及びMo:0.10~1.0質量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鉄系合金であることを特徴とする超硬合金製複合ロール。 - 請求項1~11のいずれかに記載の超硬合金製複合ロールにおいて、
前記軸部材及び軸端部材が、C:0.2~0.58質量%、Cr:0~1.2質量%、及びMo:0~0.3質量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鉄系合金であることを特徴とする超硬合金製複合ロール。 - 鉄系合金からなる内層と超硬合金からなる外層とが金属接合されてなる超硬合金製複合ロールの製造方法であって、
前記外層を構成する超硬合金が、WC粒子55~90質量部と、Feを主成分とする結合相10~45質量部とを合計で100質量部含有し、前記外層の結合相が0.5~10質量%のNi、0.2~2.0質量%のC、0.5~5質量%のCr、及び0.1~5質量%のWを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、
Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で2.0質量%以上含有する鉄系合金からなる内層の外周に、超硬合金の粉末、成形体、仮焼体、又は焼結体からなる外層素材を配置するとともに、前記内層の軸方向の少なくとも一方の端部にCr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で1.5質量%以下含有する鉄系合金からなる軸部材を配置した後、前記外層素材、前記内層及び前記軸部材の外周を鋼系材料からなるHIP缶で封印、真空排気した後、HIP処理を行い、前記外層素材、前記内層、及び前記軸部材を一体化し、
前記HIP処理後に、前記軸部材に、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で1.5質量%以下含有する鉄系合金からなる軸端部材を溶接することを特徴とする超硬合金製複合ロールの製造方法。 - 鉄系合金からなる内層と超硬合金からなる中間層と超硬合金からなる外層とが金属接合されてなる超硬合金製複合ロールの製造方法であって、
前記外層を構成する超硬合金が、WC粒子55~90質量部と、Feを主成分とする結合相10~45質量部とを合計で100質量部含有し、前記外層の結合相が0.5~10質量%のNi、0.2~2.0質量%のC、0.5~5質量%のCr、及び0.1~5質量%のWを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、
前記中間層を構成する超硬合金が、WC粒子30~65質量部と、Feを主成分とする結合相35~70質量部とを合計で100質量部含有し、前記中間層の結合相が0.5~10質量%のNi、0.2~2.0質量%のC、0.5~5質量%のCr、及び0.1~5質量%のWを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、
Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で2.0質量%以上含有する鉄系合金からなる内層の外周に、超硬合金の粉末、成形体、仮焼体、又は焼結体からなる中間層素材と、超硬合金の粉末、成形体、仮焼体、又は焼結体からなる外層素材とを配置するとともに、前記内層の軸方向の少なくとも一方の端部にCr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で1.5質量%以下含有する鉄系合金からなる軸部材を配置した後、前記外層素材、前記中間層素材、前記内層及び前記軸部材の外周を鋼系材料からなるHIP缶で封印、真空排気した後、HIP処理を行い、前記外層素材、前記中間層素材、前記内層、及び前記軸部材を一体化し、
前記HIP処理後に、前記軸部材に、Cr、Ni、及びMoから選ばれた少なくとも一種を合計で1.5質量%以下含有する鉄系合金からなる軸端部材を溶接することを特徴とする超硬合金製複合ロールの製造方法。
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