JPH0127818B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐摩耗鋳物の遠心力鋳造法、特に、
鋳鉄または鋳鋼を基材金属とし、基材金属と炭化
タングステン粒子の混在した耐摩耗性にすぐれる
外層と、基材金属からなる靭性に富む内層を有
し、圧延用ロールや搬送用ロール等に適した耐摩
耗性と靭性を備えるロール用鋳物を遠心力鋳造に
て製造する方法に関する。

圧延用ロールや搬送用ロールなどは、その胴部
表面が耐摩耗性にすぐれたものでなければなら
ず、またこれにくり返し加わる衝撃にも耐える十
分な靭性をもつことが必要である。

このため、従来、圧延用ロールとして、遠心力
鋳造にて耐摩耗性に富む高合金からなる外層と、
強靭性をもつ合金からなる内層を形成した複合ロ
ールが汎用され、また搬送用ロールとして、強靭
性の炭素鋼々管の外周面に耐摩耗合金を肉盛溶接
したものが一部用いられているが、これらは製造
工程が煩瑣で、コストも高い。

最近、上記に代えて、遠心力鋳造により、第１
図に示すように、鋳物の外周に金属Ｍと硬質の炭
化物粒子Ｐの混在した層ａを形成し、その内側を
金属Ｍのみからなる層ｂとするようにしたロール
の鋳造法が提案されている。これは軸心を中心に
回転する遠心力鋳造用モールド内に基材金属溶湯
と、該溶湯より比重の大きい炭化物粉末を混合状
態で鋳込み、遠心力の作用で比重の大きい炭化物
粒を外周部に偏在させ、第２図に示すように、モ
ールド１内で金属と炭化物粒の混在する外層（以
下、「混在層」とも言う）ａと金属のみからなる
内層（以下、「金属層」とも言う）ｂを形成し、
その状態で凝固させるものである。

こうして、前記第１図に示すように、炭化物粒
子Ｐの間隙に金属Ｍが充填した外層ａを形成すれ
ば、該炭化物の存在によつて鋳造体の外周面は高
い耐摩耗性を有する一方、内層ｂは基材金属本来
の靭性を保持しているから、いわば外層ａが耐摩
耗材料として機能し、外層ｂは靭性材料として機
能する複合ロールが得られるわけである。

上記の鋳造は、第３図に示すように、軸心Ｃを
中心に回転する遠心鋳造用モールド１の一方の端
板２の孔３にのぞませたホツパー４から金属溶湯
と炭化物粒子を鋳込むことにより行なわれるが、
その鋳造により所期の耐摩耗性を有する鋳造体を
得るには、所要量の炭化物粉末がモールド内に供
給され、かつ混在層が鋳造体の長手方向にわたつ
て所定の均一な層厚に形成されねばならない。

しかるに、その鋳造法として、炭化物粉末を予
め取鍋内の溶湯中に添加・混合してホツパー４か
らモールド１内に鋳込む方法を用いたのでは、重
い炭化物が取鍋底部に沈積してしまうので、所定
量の炭化物粉末をモールド内に鋳込むことは不可
能である。別法として、上記第３図に示すよう
に、ホツパー４に注がれる溶湯流Ｍ上に炭化物粉
末Ｐを添加する方法も考えられるが、溶湯の流れ
が緩やかな場合には、図示のように、ホツパー４
の湯道上に炭化物粉末Ｐが沈積する。溶湯の流れ
が強ければ、上記沈積を防ぐことは可能であるも
のの、その反面、モールド１内で遠心力により形
成されつつある混在層ａの炭化物粒子が、モール
ド内への溶湯の強い落下力によつて逸散するた
め、図示のように、溶湯の落下点Ｄ付近の混在
層々厚が局部的に薄くなつてしまう。

また、モールド１内に鋳込まれた炭化物粉末
は、モールド内の他端側まで拡散・移動させねば
ならないが、炭化物粉末は重いうえに、モールド
の回転による遠心力が加わるため、他端側への移
動が妨げられる結果、同図に示すように、混在層
ａの層厚は長手方向にそつて漸次減少し、長尺体
鋳物の場合は、他端側まで混在層を形成すること
ができない。

炭化物粒子として炭化タングステン粒子を使用
する場合、該粒子は比重が極めて大きく（WC粒
子の比重は15.7）、溶湯との比重差も大であるの
で、遠心分離により炭化物粒子の濃度の高い混在
層を形成するのに有利であるが、その反面、上述
のような取鍋中やホツパー内での粒子の沈積・分
離とそれによる鋳型内の粒子の不足（混在層層厚
の不足）、鋳型内の溶湯落下付近での粒子の散逸
および鋳型内の長手方向の粒子の拡散不足とそれ
による混在層厚の不均一化等が特に顕著に現れ
る。混在層の層厚が不足したり、層厚が不均一で
あつたりすると、耐摩耗性等所期の材料特性が得
られず、構造材料として信頼性・安定性が損なわ
れ、実用的価値の欠けたものとなる。

本発明は、上記問題点を解決したものであり、
鋳鉄または鋳鋼を基材金属とし、基材金属と50〜
80％（体積）の炭化タングステン粒子とからなる
混在層とその内側の基材金属からなる金属層との
二層構造を有するロール用耐摩耗鋳物の製造方法
であつて、円形断面を有する横型遠心力鋳造用モ
ールド内に、炭化タングステン粉末を投与し、
50G以上の遠心力の作用下に該粉末をモールド内
面にそつて均一な層厚に分布させたのち、鋳鉄ま
たは鋳鋼溶湯を鋳込み、該溶湯を前記粉末層中に
透過浸潤させることにより、外周部に該金属溶湯
と炭化タングステン粒子の混在する層を長手方向
に亘つて均一な層厚に形成して凝固させることを
特徴とする耐摩耗鋳物の遠心鋳造法。

第４図および第５図に本発明方法による鋳造要
領の具体例を示す。図中、５は炭化タングステン
粉末の投入装置である。まず、軸心Ｃを中心に回
転するモールド１内に、投入装置５にて炭化タン
グステン粉末Ｐを投入する。モールドの回転は粉
末投入後に開始してもよい。図示の投入装置５は
樋状体からなり、モールドの一方の端板２′の孔
３′から挿入され、モールド内で上下反転させて
樋状体内の粉末を投与するようになつているが、
図示の例に限らず、その他、例えば、空気などを
キヤリヤーガスとして粉末を吹込む方法など、適
宜の投入方法を用いてよい。該粉末の投入は、モ
ールドの長手方向全長にわたり均等に散布する必
要はなく、適当に分散させれば、遠心力の作用に
より、長手方向および円周方向に移動し、ほぼ均
一な分布状態がえられる。

粉末Ｐがモールド内にほぼ均一な層厚に分布し
たのち、第５図に示すようにモールドの一端側の
ホツパー４から金属溶湯Ｍを鋳込む。鋳込まれた
溶湯Ｍは、遠心力の作用により粉末Ｐの層内に浸
潤して粉末粒子間の空隙を充填し、外周部の長手
方向に亘つて粉末と金属溶湯の混在状態が形成さ
れる。この状態で凝固させれば、長手方向に均一
な層厚の混在層ａとその内側の金属層ｂを有する
鋳造体が得られる。むろん、得られる鋳造体は、
所望により中空の管体の場合もあり、中心部まで
溶湯が鋳造された中実体の場合もある。なお、金
属層ｂは、所要の靭性が保たれるならば、少量の
炭化タングステン粒子が混入してもよい。従つ
て、本明細書にいう金属層ｂとは、基材金属単一
相の場合のほか、所要の靭性が損なわれない範囲
内の少量の粒子が混在する場合をも意味する。

本発明において、混在層を形成する炭化物粉末
として炭化タングステン粉末を使用するのは、極
めて硬質（WCの硬度：Hv約2086）であり、ロ
ール類の表面の耐摩耗性の向上に著効を有するこ
と、高融点（WCの融点：約2776℃）で、鋳鉄や
鋳鋼等の溶湯中で溶解しにくいこと、溶湯との比
重差が大で、遠心分離により粒子濃度が50％（体
積）以上と高く、粒子が緻密に混在する混在層を
形成し易いこと等による。

モールドの回転による遠心力は、鋳込まれた溶
湯Ｍを粉末層内に十分浸潤させるとともに、粒子
濃度50％（体積）以上の混在層を形成するために
約50G以上であることが好ましい。

また、十分な遠心力を作用させれば、モールド
１内に分布する粉末Ｐは強固にモールド内周面に
押しつけられた状態となるので、ホツパー４から
落下する溶湯Ｍの落下力を受けても、第６図に示
すように落下点付近の粉末が横方向に散逸するよ
うなことはなく、第７図に示すようにわずかの凹
みを生ずることがあつても実質的に均一な所定の
層厚を保つことができる。このためにも、遠心力
は、50G以上であることが好ましい。

本発明において、基材金属として鋳鉄または鋳
鋼を用いるのは、ロール用鋳物として必要な強
度・靭性を確保するためである。また、これらの
鉄系金属溶湯は、炭化タングステン粒子との濡れ
性も良いので、鋳型内における粒子と溶湯の混じ
り合い、特に粉末層中への溶湯の透過浸潤が容易
に行われる点で有利である。

上記粉末は、鋳造時における粒子間隙への溶湯
の浸透を容易にするため、適当な温度、例えば
400〜600℃に予熱しておくことも好ましい。ま
た、表面の酸化防止のために、例えばニツケル系
や銅系のめつきが施こされ、あるいは溶融フラツ
クスを浸潤させておくことも好ましい。

混在層ａにおける炭化タングステン粒子濃度が
高い程、耐摩耗性が向上する。この粒子濃度は遠
心力を強めることにより高くすることができる。
しかし、粒子濃度があまり高くなると、強度・靭
性が低くなる。ロール類等の構造材料として必要
な、耐摩耗性と強度・靭性の両面を考慮すると、
炭化タングステン粒子濃度は50〜80％（体積）が
適当である。

なお、本発明で、炭化タングステン粉末をモー
ルド内に均一に分布させるというのは、粉末層の
内側表面がほぼ均一平面になるように分布させる
という意味であつて、前記第４図に示す分布態様
のほか、例えば第８図ないし第１０図に示すよう
に、目的とする鋳物の外側形状に応じてモールド
１の内側面にテーパを有する場合や凹部６もしく
は凸部７が設けられている場合でも、粉末Ｐ層の
上面ｆが平坦であればよい。

次に本発明の実施例について説明する。

実施例 前記第４図および第５図に示すごとき横型遠心
力鋳造装置（但し、モールド内径220mm、長さ400
mm）において、軸心を中心に回転するモールド１
の内面での遠心力が65Gに達したのち、として炭
化タングステン粉末（粒径150〜250μ）を、モー
ルド中に、層厚が10mmとなる量（27Kg）投入し、
モールドの回転を30秒続けて粉末層厚が均一にな
つたのち、金属溶湯としてニハード系鋳鉄溶湯
（C3.35％、Si0.78％、Mn0.69％、Cr1.55％、
Ni4.31％、Mo0.40％）46Kgを鋳込み、回転下に
凝固させて中空円筒状鋳物を製造した。なお、炭
化タングステン粉末は、表面に銅めつきを施した
もので、500℃に予熱して用いた。また、溶湯の
鋳込温度は1550℃である。

得られた鋳造体を切断し、その断面を観察した
結果、外周部の炭化タングステンと鋳鉄の混在層
における粒子濃度は65％（体積）であり、その層
厚は、長手方向および円周方向とも、10.1mm±
0.5mmの範囲にあり、工業的に十分均一であつた。
また、混在層は、全長、全周に亘り、粉末粒子間
の空隙が鋳鉄で充填された健全な組織を有するこ
とも確認された。その断面状況を第１１図（倍率
50倍）に示す。

上記鋳造体の表面（混在層）の硬度はHs85で
あつた。この硬度は、従来、一般に用いられてい
る圧延ロール、例えばニハード系鋳鉄製ロールの
硬度Hs79を凌駕するもので、すぐれた耐摩耗性
を備えていることがわかる。

以上のように、本発明によれば、外周部に炭化
タングステン粒子鋳鉄または鋳鋼からなる混在層
が全長、全周に亘り所望の均一な層厚に形成され
た鋳造体を製造することができ、その混在層によ
つてすぐれた耐摩耗性が保証される。むろん、混
在層の内側の金属層により良好なる靭性も備え
る。従つて、圧延用ロールや搬送用ロールなど各
種ロールとして用いて摩耗、衝撃によく耐え、す
ぐれた耐久性が得られる。また、ロール類に限ら
ず、耐摩耗性と靭性が要求される各種装置・機構
の耐摩耗部材として好適なことは言うまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋳物の二層構造のミクロ的組織を模式
的に示す断面説明図、第２図はモールド内の鋳物
の二層構造を示す断面説明図、第３図は従来の鋳
造法による鋳込状況の断面説明図、第４図は本
発明による粉末投与の具体例を示す断面説明図、
はそのＡ−Ａ断面図、第５図は本発明の鋳込状
況を示す断面説明図、第６図および第７図はそれ
ぞれモールド内の溶湯落下流による粉末層変動状
況説明図、第８図〜第１０図はそれぞれモールド
内の粉末層の断面形状説明図、第１１図は本発明
法にて鋳造された鋳物の混在組織を示す図面代用
写真（50倍率）である。 １……モールド、２……端板、４……ホツパ
ー、５……粉末投入装置、ａ……混在層、ｂ……
金属層、Ｍ……金属、Ｐ……炭化物粒子（炭化タ
ングステン粒子）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋳鉄または鋳鋼を基材金属とし、基材金属と
   50〜80％（体積）の炭化タングステン粒子からな
   る混在層と、その内側の基材金属からなる金属層
   との二層構造を有するロール用耐摩耗鋳物の製造
   方法であつて、円形断面を有する横型遠心力鋳造
   用モールド内に、炭化タングステン粉末を投与
   し、50G以上の遠心力の作用下に、モールド内面
   にそつて該粉末を均一な層厚に分布させたのち、
   鋳鉄または鋳鋼溶湯を鋳込み、溶湯を前記粉末層
   中に透過浸潤させることにより、外周部に該金属
   溶湯と炭化タングステン粒子の混在する層を長手
   方向にわたつて均一な層厚に形成して凝固させる
   ことを特徴とする耐摩耗鋳物の遠心力鋳造法。