JPH01240634A

JPH01240634A - 耐摩耗複合ロール及びその製造方法

Info

Publication number: JPH01240634A
Application number: JP6381988A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hattori; 敏幸服部; Masahiko Oshima; 昌彦大島; Takumi Ohata; 拓己大畑
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-03-17
Filing date: 1988-03-17
Publication date: 1989-09-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は熱間又は冷間圧延用の複合ロール及びその製造
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来耐摩耗性が要求される熱間又は冷間の圧延用ロール
には、遠心鋳造法によって製造された鋳鉄製複合ロール
が広く使用されている。この複合ロールは、外層を耐摩
耗性の大なる炭化物を晶出させた鋳鉄系の材質で形成し
、内層を靭性の大なるねずみ鋳鉄若しくはダクタイル鋳
鉄によって形成するのが最も一般的であるが、このよう
な複合ロールを前記遠心鋳造法によって製造する場合に
は、外層を形成する材質に限度がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、複合ロール用耐摩耗鋳鉄としては広く高クロム鋳
鉄が用いられてきた。高クロム鋳鉄はＣｒを１０％以上
含有させることによりＭ、Ｃ，型炭化物を晶出させ、耐
摩耗性の向上を図ったものである。

しかし、圧延技術の向上は著しくロールの耐摩耗性は、
ロール原単位の向上のみならず、圧延材の形状、制御の
意味からも要求が厳しくなっており、従来の高クロム鋳
鉄ではまだその要求を十分溝たしていない。

この要求を満たすために、外層材に硬質の炭化物を形成
させるＣｒ、　Ｍｏ、　Ｖなどの元素を多量に添加する
ことは耐摩耗性の向上に有効である。しかし、この外層
材質を有する複合ロールを遠心鋳造法で製造する場合に
は次のような問題点がある。

まず、遠心鋳造法により外層を形成する場合、合金成分
の重力偏析が生じる。特に、■のように初品として軽い
炭化物と形成する場合にその傾向は著しく、金属組織の
均一なロールの製造は事実上不可能となる。

次に、遠心鋳造法では外内層、溶着□時に外層の合金成
分が内層に混入することは、不可避であり、外層に前記
のような炭化物形成元素を多量に含んでいる場合には、
その強い白銑化作用のため内層の黒鉛化が著しく劣化し
材質的に脆化する。

本発明は上述の問題点、を解決して、耐摩耗性が向上し
た複合ロールの提供とその製造を可能にしたものである
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においては、まず、ロール外層材の耐摩耗性向上
をはかるため、化学成分が重量比で０２、　Ｏ〜３．５
％、Ｓｉ０．３〜２．０％、Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｐ
’０．１％以下、ｓｏ、ｏａ％以下、Ｎｉ２．０％以下
、Ｃｒ７〜２０％、Ｍｏ３〜１０％、■３〜１０％、残
部実質的にＦｅからなる鋳鉄材を採用した。これらの成
分の特定理由を次に述べる。

Ｃ：２．Ｏ〜３．５％Ｃは鋳鉄材の主要成分の−っであり、本発明の場合は最
も重要な特長である耐摩耗性向上のための炭化物形成に
必要である。その量が２．０％未満では炭化物量が不足
して耐摩耗性に劣る。逆に、３．５％を越えると炭化物
が多くなりすぎ、材質的に靭性が低下して不都合である
。

Ｓｉ：０．３〜２．０％ＳＳは脱酸剤として必要な元素であり、０．３％以上含
有させる必要がある。また、ＳｔはＭ、Ｃ炭化物中に固
溶してＷ、Ｍｏ等の高価な元素を置換節減するためを効
である。しかし、２．０％を越えると材質的に脆くなる
ため不都合である。

Ｍｎ：０．３〜１．５％Ｍｎは脱酸作用があると、同時に不純物であるＳをＭｎ
Ｓとして固定する作用がある。このため０．３％以上添
加する必要があるが、上記作用の目的では１．５％を越
えて添加する必要はない。

Ｐ　：　０．１％以下少ないほうが好ましく、０．１％を越えると脆化を招く
ため不都合である。

Ｐ：０．０８％以下上記Ｐと同様に少ないほうが好ましく、０．０８％を越
えると脆化させるため好ましくない。

Ｎｉ：２．０％以下Ｎｉは焼入性を向上させるため少量を含有させることは
有効である。しかし、２．０％を越えるとオーステナイ
トが安定化し、残留オーステナイトの増加を招（。この
ため、これに起因する割れや圧延使用時の肌あれの問題
が発生する。

Ｃｒニア〜２０％（但し、７％を含まず）Ｃｒは本発明
の特徴である耐摩耗性向上に寄与する硬質炭化物形成元
素の一つである。Ｃｒはネットワーク状のＬＣｓ炭化物
を形成する。この炭化物は共晶反応として晶出するため
均一に分布しやすく、耐摩耗性と同時に耐肌あれ性向上
にも効果がある。

また、Ｃｒは焼入れ性の向上のためにも必要な元素であ
る。Ｃｒが７％以下では十分な？ｂＣ３炭化物が得られ
す、場合によっては、耐摩耗性に劣るセメンタイトが晶
出することがあり不都合である。また、２０％を越える
と、粗大な初晶Ｍ？Ｃ３炭化物が晶出しやすくなるため
不都合である。

Ｍｏ：３〜１０％Ｍｏは硬質のＭ、Ｃ，ＭｚＣ炭化物を形成すると共に、
基地中に固溶して焼入れ性の向上、焼戻し硬さの向上を
もたらす。３％以下では十分な焼入性、焼戻し硬さが得
られないため不都合であるが、１０％を越えるとより硬
質で耐摩耗性に効果のある肛炭化物の晶出を抑制するた
め不都合である。

■：３〜１２％ ■は耐摩耗性の向上に最も効果のあるＭＣ炭化物を形成
するための必須元素であり、この炭化物を晶出させるた
めに３％以上添加する必要がある。

しかし、１２％を越えると溶湯の酸化反応が激しく、粘
性も上昇する。このため、大気中での溶解、鋳造が困難
となる。

次に、上記本発明の外層材を用いて複合ロールを完成す
るには、基本的には特開昭６１−６０２５６号公報にて
示されているような、軸材の周囲に外層溶湯を注入して
形成する鋳造肉盛法により行なう。

すなわち、外側を誘導加熱コイルで包囲した耐火枠と、
この枠の下に同軸的に設置した冷却型とからなる組合せ
モールドの内側に設けられた空間に、鋳鋼又は鍜鋼から
なる鋼の軸材を同軸的に遊嵌させ、軸材とモールドとの
間に形成された空隙に外層を形成すべき溶湯を注入して
誘導加熱コイルにより加熱撹拌しながら保持するととも
に、この溶湯を冷却型により冷却して凝固させながら軸
材を連続的又は断続的に下方へ移動することにより、軸
材の周囲に金属結合して鋳造肉盛りするのである。

このとき、モールド中に注入された溶湯は、溶湯表面を
フラックスでシールして誘導加熱コイルにより加熱撹拌
するのが好ましい。

〔作　用〕

まず、上記構成とすることにより、軸材と金属結合して
耐摩耗性に優れた外層を有する複合ロールが得られる。

次に、Ｖなどの炭化物と溶湯との比重差による偏析は、
溶湯がモールド内で加熱撹拌されることにより、晶出し
た炭化物は浮揚、偏析することなく均等に分散され、軸
材の下方移動とともに下から順次鋳型下部の冷却型に接
触して凝固するため、この方法ではほとんど発生しない
。また、溶湯組成中の■は特に酸化し易い元素であるが
、注湯後のモールド内の溶湯表面をフラックスでシール
することにより酸化が防止できる。

本方法によれば、前記問題が解決できるのみならず、従
来の鋳鋼内層材より強度、靭性の両面で機械的性質の優
る鋼を軸材としたロールを製造できる利点もある。

〔実施例〕

実施例１：本発明外層材質について摩耗試験を行なった。

実験室的に小型素材を鋳造し、所定の熱処理を施し、直
径６０Ｂ、長さ４０龍の圧延摩耗試験機用のロール状試
験片を作成した。第１表に試験片の化学成分と硬さを示
す。

第４図は試験に用いた圧延摩耗試験機の概略を示すもの
である。同図において、１２．１２’は試験片としての
ロールである。試験条件は次の通りである。

圧延材料、５ｕＳ３０４．厚み１鶴９幅１５ｍ圧延距離
；８００鶴圧延温度；９００℃ 圧下率　；　２５％圧延速度：　１５０　ｍ／ｌｌｌ１ｎロール冷却；水　冷試験片ロールの表面の圧延材料と接触した部分は摩耗し
て凹状になるが、この摩耗部の深さを触針式表面あらさ
計（ＳＤＲＰＣＯＭ）を用いて測定した結果を第２表に
示す。本発明材ｌ及び２は従来材である通常の高クロム
鋳鉄に比べて、摩耗部深さが小さく、２．４〜３．０倍
の耐摩耗性のあることがわかる。

第　　　２　　　表実施例２：実際の圧延に用いるロールを製作した。第３図は本発明
を実施するにあたって用いる装置の例である。同図にお
いて、ｌはテーパ一部及び平行部の周壁を有するロート
状の耐火枠を示す。耐火枠１には、これを外包するよう
に環状の誘尋加熱用コイル２を配置し、その下部に耐火
枠１と同軸に、耐火枠１の下部と同径の内孔を有する環
状の緩衝型３を置く、さらにその下部には、同じく同軸
的に緩衝型３とはほぼ同じ内径の水冷却型４を配置し、
これらは同軸的に組立てて定位置に固定する。

本発明を実施するにあたって、ロールの軸材５を上記装
置にセットする。軸材５を上記組合せモールド中に垂直
に装入し、軸材５の下端又は必要に応じて下端から適宜
はなれた位置に注入外層の外径とほぼ同径の外径を有す
る閉止部材（図示せず）を固定し、さらにその下部は軸
ｉ昇降機構（図示せず）に取付ける。軸材５としては鋳
鋼も′シ＜は鍜鋼を適宜用いる。軸材５と耐火枠１との
間の空間に溶湯７を注入し、溶湯表面は溶融フラックス
６で空気に触れないようにシールする。そして溶湯７が
凝固しないように加熱コイル２で加ｖ！、Ｉ！ｉ！拌す
る。溶湯７は図中の矢印Ａで示す方向に流動し撹拌運動
を起こす。つぎに閉止部材を逐次降下させる。閉止部材
の降下と連動して溶湯も降下し、緩衝型３および水冷鋳
型４面で凝固が始まる。この凝固のとき軸材と注入外層
は完全に接合される。湯だまりの溶湯の表面も閉止部材
の降下に併せて低下してくるが、新しい溶湯を適宜注入
して液面をある水準に保持する。そして、降下と注入を
順次くり返して溶湯を下方から逐次凝固させて外層８の
形成が完了する。さらに焼入れ、焼戻しなどの熱処理を
施すことにより所望の外層硬さを得る。　　　　　　　
　　′ 以上の要領で製作した複合ロールの実施例を次に示す。

寸　法：胴径４００龍、胴長５００鶴外層材化学成分（豐ｔ％）　：Ｃ２，６Ｂ、　、Ｓｉ　、０．８５．　Ｍｎ　１．０３
゜Ｐ　０．０３，Ｓ　０．０２，Ｎｉ　０．１５゜Ｃｒ
　１３．２０．　Ｍｏ　６．５２．　Ｖ　５．１２軸材
：外径　３００鶴材質ＳＣＭ４４０このように製作したロールは鋳造後、及び噴霧強制冷却
による焼入れと焼戻しの熱処理後において割れは認めら
れず、健全であった。このロールの各部から試料を切り
出し、金属組織観察した一例を第１図に示す。硬質のバ
ナジウムの炭化物が粒状に細かく均一に分散された良好
な鋳造組織となっている。

第２図に外層と軸材の境界部の組織観察結果を示す、同
図において左側が外層、右側が芯材である。境界には炭
化物が集中するなどの現象は見られず、鋳造欠陥もない
良好な接合状態となっていることがわかる。

以上の結果により、本発明の外層を鋼の軸材に健全に溶
着させることができること、外層は均質な鋳造組織が得
られることなどがわかる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、外層は耐摩耗性に優れ、軸材は強靭で
、外層と軸材との境界部は健全に結合した複合ロールを
得ることができる。しかも、外層は晶出炭化物を含有し
ても偏析がなく、従来の遠心鋳造法では不可能であった
問題点を解決したものである。また、大気中で比較的容
易に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例ロールの外層の炭化物分布状況を
示す金属組織写真、第２図は本発明実施例ロールの外層
と軸材との接合状態を示す金属組織写真、次第３図は本
発明を実施する際に用いる装置の説明図、第４図は本発
明ロール外層材の摩耗試験に用いた圧延摩耗試験機の要
部説明図である。１・・・耐火枠、２・・・誘導加熱コイル、３・・・緩
衝型、４・・・冷却型、５・・・軸材、６・・・フラッ
クス、７・・・溶湯、８・・・外層、９・・・加熱炉、
１０・・・圧延材、１１・・・圧延機、１２・・・上ロ
ール（試験片）、１２’・・・下ロール（試験片）、１
３・・・冷却水槽、１４・・・テンションコントローラ
、１５・・・巻取機。第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）化学成分が重量比でＣ２．０〜３．５％、Ｓｉ０
．３〜２．０％、Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｐ０．１％以
下、Ｓ０．０８％以下、Ｎｉ２．０％以下、Ｃｒ７〜２
０％（但し、７％を含まず）、Ｍｏ３〜１０％、Ｖ３〜
１２％、残部実質的にＦｅからなる材質を外層とし、鋳
鋼又は鍛鋼からなる鋼を軸材とし、外層と軸とは連続的
又は断続的に鋳造肉盛することによって金属的に結合し
た耐摩耗複合ロール。
（２）外側を誘導加熱コイルで包囲された耐火枠とその
枠の下に同軸的に設置された冷却型とからなる組合わせ
モールドの内側に設けられた空間に鋳鋼又は鍛鋼にてな
る鋼の軸材を同軸的に遊嵌せしめ、軸材とモールドとの
間に形成された空隙に、化学成分が重量比でＣ２．０〜
３．５％、Ｓｉ０．３〜２．０％、Ｍｎ０．３〜１．５
％、Ｐ０．１％以下、Ｓ０．０８％以下、Ｎｉ２．０％
以下、Ｃｒ７〜２０％（但し、７％を含まず）、Ｍｏ３
〜１０％、Ｖ３〜１２％、残部実質的にＦｅからなる成
分の溶湯を注入し、誘導加熱コイルにより加熱撹拌しな
がら保持するとともに、軸材をモールドと同軸的に下方
へ連続的又は断続的に移動させ、溶湯を冷却型に接触さ
せて凝固させるとともに軸材と溶着させることによって
鋳造肉盛し、外層と軸とを金属的に結合した耐摩耗複合
ロールの製造方法。
（３）軸材とモールドとの間に形成された空隙に注入し
た溶湯表面をフラックスでシールして加熱撹拌する請求
項２記載の耐摩耗複合ロールの製造方法。