JPH0215149A - 黒鉛を有するニッケルクロム鋳鉄焼結材 - Google Patents

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、主としてロール材として使用される耐摩耗性
、耐焼付性および耐スリップ性に優れたニッケルクロム
鋳鉄材に関する。

（従来の技術） 従来、ホントストリンプミル仕上スタンド前段ワークロ
ールや同ミル粗スタンドワークロールとして、主にアダ
マイトロールが使用されていたが、近年、耐摩耗性に優
れる高クロムロール材を圧延使用層に適用した高クロム
ロールが普及している。

しかし、高クロムロール材は、熱伝導率が低く焼付が生
じ易いという問題があった。

そこで、本出願人は、特公昭６１−１６４１５号および
特公昭６１−１６３３６号において開示した通り、高ク
ロム組織中に黒鉛を晶出させ、耐焼付性を著しく改善し
た黒鉛晶出高クロム鋳鉄材を開発した。

この黒鉛晶出高クロム鋳鉄材を圧延使用層として有する
圧延用ロールによって、従来、焼付が生じ易いとされて
いるステンレス鋼等の特殊鋼を圧延したところ、焼付の
発生も生じず、良好な結果が得られた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前記黒鉛晶出高クロム鋳鉄材は、高硬度
の共晶クロム炭化物を多量に有するため、圧延の際にス
リップが生じ易く、このため噛み込み性に劣るという問
題があり、生産性の低下を余儀無くされていた。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、耐摩耗性
および耐焼付性を確保しつつ、耐スリップ性をも改善し
た鋳鉄材を提供することを目的とする。

（課題を解決するだめの手段） 上記目的を達成するためになされた本発明の鋳鉄材は、
化学組成が重量％で、 Ｃ，：ｔ、０〜１．９％、　Ｎｉ：４．０〜１５．０％
Ｓｉ　：　　１．５〜４．０％、　Ｃｒ　：　　２．０
−４．５％Ｍｎ　：　　０．５〜１．５％、　Ｍｏ　：
　　０．４−５．０％Ｐ：０．１％以下、八ｐ：０．ｏ
ｔ〜１．０％Ｓ　：　　０．０８％以下、 残部実質的にＦｅからなるニッケルクロム鋳鉄粉末の焼
結材であって、黒鉛化焼なまし熱処理により組織中に黒
鉛が析出してなることを発明の構成とするものである。

（作　　用） まず、本発明に係るニッケルクロム鋳鉄焼結材を構成す
るニッケルクロム鋳鉄粉末の成分限定理由について説明
する。以下、単位は重量％である。

Ｃ・　１．０〜１９％ ＣはＳｌ、Ｎ１の黒鉛化作用によって焼結後の熱処理に
より黒鉛として析出させるために添加する。

本発明におけるＳｉ、　Ｎｉの成分範囲においては、１
０％未満では黒鉛の析出が困難である。一方、１９％を
越えて含有されると粉末中の共晶炭化物が多くなり、耐
スリップ性が劣化する。

Ｓｉ：１．５〜４８０％ ＳｉはニッケルクロＪ、鋳鉄粉末を焼結後に熱処理して
黒鉛を析出さセるために必要である。本発明の場合、基
地の強度を高めるためにＣｒが２．０〜４５％、Ｍｏが
０．４〜５．０％含有されるので、１．５％未満では黒
鉛析出が困難となり、−・方４．０％を越えると黒鉛析
出が過多となり、耐摩耗性および機械的性質が劣化する
。

Ｍｎ　　：　　０．５〜１．５％ Ｍｎは微細角、冷粉未作成前段階の溶湯の脱酸のために
Ｓｉと共に積極的に添加される。０．５％未満では脱酸
作用が不足し、一方１．５％を越えると機械的性質、特
に靭性の劣化が著しく現れる。

Ｐ：０．１％以下 Ｐは材質を脆くするため少ないほど望ましく、０．１％
以下とする。

Ｓ：０．０８％以下 ＳもＰと同様の理由により少ないほど望ましく０．０８
％以下とする。

Ｎｉ：４．０〜１５．０％ Ｎｉは黒鉛析出と基地組織の改良の目的で積極的に添加
される。４．０％未満では黒鉛の析出が困難となる。一
方、１５．０％を越えて含有されると残留オーステナイ
トが安定となり、熱処理によってもオーステナイトを分
解することが困難となり、硬度の確保と耐肌荒性の面で
問題となる。

Ｃｒ　：　　２．０−４．５％ ＣｒはＣと結合してＣｒ炭化物を形成すると共に、基地
中にも一部固溶して基地の強化に寄与するが、本発明の
場合は主に後者の目的で添加される。

２．０％未満では基地中に固溶されるＣｒ量が少なく、
基地を強化することが困難となる。一方、４．５％を越
えると粉末中の炭化物の晶出が過多となり、耐スリップ
性の向上を阻害すると共に、炭化物が網目状に晶出する
ため、耐肌荒性の点で問題となる。

Ｍｏ：０．４〜５．０％ Ｍｏは黒鉛の析出を抑制する元素であるが、炭化物中に
入り込んで炭化物の硬度を高めると共に、基地中に固溶
して焼戻し軟化抵抗を向上させるのに有効である。本発
明においては炭化物量がごく少量であるので主に基地組
織の改善を目的とし゛ζ積極的に添加される。０．４％
未満では基地組織の有効な改善を図ることができない。

一方、１．０％を越えると黒鉛の析出が減少するが、黒
鉛析出抑制作用は顕著には増大せず、基地の強化が促進
される。このため基地部分の耐焼付性が向上し、若干黒
鉛量が減少しても耐焼付性の劣化を招来せず、むしろ硬
度向上によって優れた耐摩耗性が得られる。しかし、５
％を越えると黒鉛の析出が著しく抑制されて耐焼付性が
劣化する。尚、基地の強化のばかに、炭化物中に入り込
んで、炭化物の硬度を向上させるには、Ｍｏを２．０％
以上含有させるごとが好ましい。

八ｆｆ：０．０１〜１．０　％ Ａ！は低Ｃ高Ｃｒ材に対して黒鉛の析出を促進させる作
用をなす。０．０１％未満では促進効果が期待できず、
一方１．０％を越えると前記効果は飽和するためである
。

本発明の黒鉛を有する焼結材を構成するニッケルクロム
鋳鉄粉末は以上の成分のほか残部実質的にＦｅで形成さ
れるが、材質特性を向上させるためにＦｅの一部に代え
て下記のＮｂ、　Ｖを必要に応じて含存させることがで
きる。

すなわち、Ｎｂ、　Ｖは共に組織の微細化に効果があり
、各々単独又は複合で、１．０％以下含有することがで
きる。１．０％を越えると、炭素と結びついてＶＣ，Ｎ
ｂＣ，Ｎｂ２Ｃ等の炭化物を形成し、黒鉛の晶出を妨げ
る。また、コスト高の要因となる。

前記ニッケルクロム鋳鉄粉末は、通常、所期成分のニッ
ケルクロム鋳鉄溶湯を溶製し、これをガスアトマイズ法
や水アトマイズ法によって微粉化、急冷凝固して製造さ
れる。使用する粉末粒径は、通常、１００〜２５０メン
シユ程度である。粉末は急冷凝固しているため、結晶組
織は微細化された状態となっている。かかる微細組織は
従来の溶製材では得られないものである。

前記ニッケルクロム鋳鉄粉末は所期の形状に圧粉成形さ
れ焼結される。この場合、圧粉成形には一軸圧縮や冷間
等方加圧（以下、ＣＩＰという。）を適用することがで
き、また加圧成形と焼結とが同時に行われる熱間等方加
圧（以下、ＨＩ　Ｐという。）成形を適用することがで
きる。

前記ニッケルクロム鋳鉄粉末の焼結材は、焼結後、組織
中に黒鉛を析出させるための黒鉛化焼なまし熱処理に供
される。この熱処理は、焼結材を９５０〜１２００°Ｃ
に加熱し、数時間保持することによって行われる。これ
により、焼結材中の遊離炭化物は分解し、分解によって
生成されたＣが微細黒鉛となって焼結材中に均一に分散
析出する。

尚、Ｃｒ含有量が高い鋳鉄材質においては、通常、高温
で長時間保持しても黒鉛は析出しない。本発明の場合、
Ｓｉ、　Ｎｉを多量に含有させ、かつＡ！を添加した特
定の成分を選定しているので、熱処理によって組織中に
微細黒鉛を均一に分散析出させることができる。

上記黒鉛化焼なまし熱処理によって得られた本発明の焼
結材は、ニッケルクロム鋳鉄粉末中のＣ含有量を可及的
に押えているので、共晶炭化物がほとんど生成せず、耐
スリップ性を著しく改善することができる。

尚、ここにいう共晶炭化物とは、Ｍ３Ｃ型のセメンタイ
トにＣｒが入り込んだものであり、従来の高クロム材や
黒鉛晶出高クロム材において晶出するＭ２Ｏ３型のクロ
ム炭化物とは、炭化物の構造、晶出形態、晶出量が異な
るものである。

一方、特にＮｉ、　Ｃｒ、　Ｍｏの所定量の添加により
、基地組織が強化され、かつ急冷凝固粉末の使用により
結晶組織が微細化されているので、共晶炭化物の減少に
も拘らず、耐摩耗性の低下を防止することができ、機械
的強度が向上し、強靭性が具備されるものとなる。

更に、黒鉛化焼なまし熱処理により、組織中に微細黒鉛
が均一に分散して生成し、耐焼付性が確保される。

尚、黒鉛析出後の焼結材の基地は、焼入れ焼戻しにより
焼戻しマルテンサイトやオーステンパーによりヘーナイ
トとされたり、適宜の冷却速度によってバーライｌ−，
フェライト組織に調整される。

本発明の黒鉛を有する二ンケルクロム鋳鉄焼結材は、圧
延用複合ロールの圧延使用層たる外層材として好適なも
のであるが、耐摩耗性や耐焼付性が共に要求される種々
の用途（例えば、ガイドローラ、テーブルローラ等の圧
延材周辺のローラ類、熱間塑性加工用部品）に適用され
る。尚、複合ロールの外層材として本発明材を使用する
場合は、鋼材等で形成されたロール軸の外周面に前記ニ
ッケルクロム鋳鉄粉末によって外層を成形し、ロル軸ご
と焼結処理を行えばよい。

（実施例） 丸棒仕上圧延スタンド出口ガイドローラの製造実施例 （１）下記組成の高クロム鋳鉄粉末（粒径１４０メンシ
ヱアンダー）をＣＩＰ　（圧力５．５　ｋ（Ｈｆ　／　
ｃｍ２）で成形し、外径１７０×内径６０×幅１０５ｍ
ｍの成形筒体を得た。

・粉末組成（単位重量％、残部実質的Ｆｅ）Ｃ：１．７
３％、　Ｓｔ　：　３．４９％、　Ｍｎ　：　　０．５
９％Ｐ　：　　０．００８％、　Ｓ：０．０１１％、Ｎ
ｉ　：　１２．３１％Ｃｒ　：　　３．７９％、　Ｍｏ
　：　２．０３％、Ａｆｆｉ　：　　０．４４％（２）
前記成形筒体を加圧２５０　ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１１
５０゛ＣでＨＩＰ処理し、焼結筒体を得た。該筒体を製
品寸法に対し加工代を１　ｍｍ付けるように粗加工し、
下記の■〜■の熱処理を施した。

■　黒鉛化焼なまし熱処理 １１００°（：Ｘ５Ｈｒ　　　塩浴中で保持■　基地の
ヘーナイト化熱処理 １０００°Ｃに昇温後、５００　’Ｃの塩浴中へ急冷し
、５時間保持後、空中放冷し常温まで冷却した。

■　残留オーステナイトの変態化熱処理５００°Ｃに加
熱し５時間保持した後、常温まで冷却した。

（３）熱処理後、仕上加工を行い、第１図の製品ロラを
得た。該ローラの組織は、微細均一に析出した黒鉛と基
地組織およびごく少量のカーバイドから成っており、基
地組織は焼戻しマルテンサイトであった。硬度はＨｓ９
０〜９３であった。

（４）　　ｌ記ローラを３２φ丸鋼仕上圧延機出口側に
設置し、実際に使用した。出口ガイドローラは、圧延材
が当接しないときは回転せず、圧延機から出てきた圧延
材がその周面に当接することによって回転が誘導される
ものである。このため、かみ込み時にローラに焼き付き
が生じ易く、従来チルト鋳鉄製ローラが使用されていた
。この場合、耐摩耗性が悪く約３００　Ｔｏｎ当り１回
改削して使用していたが、本実施例では１回改削当りの
圧延量が１３倍に向上した。尚、使用に際しては、焼イ
」きや欠は落ち、あるいはクランクは全く生しなかった
。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明の黒鉛を有するニンケルクロ
ム鋳鉄焼結材は、Ｃ：　１．０〜１．９％の所定成分の
ニッケルクロム鋳鉄粉末によって焼結されたものである
ので、カーバイドがほとんど生成せず、耐スリンプ性が
良好である。また、基地の強化と相まって、組織が微細
化されており、これによって耐摩耗性の向上が図られ、
しかも黒鉛化焼なまし熱処理によって焼結材中に微細黒
鉛を均一に分散析出したものとなり、耐焼付が確保され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係るローラの半断面図を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）化学組成が重量％で、 Ｃ：１．０〜１．９％、Ｎｉ：４．０〜１５．０％Ｓｉ
   ：１．５〜４．０％、Ｃｒ：２．０〜４．５％Ｍｎ：０
   ．５〜１．５％、Ｍｏ：０．４〜５．０％Ｐ：０．１％
   以下、Ａｌ：０．０１〜１．０％Ｓ：０．０８％以下、 残部実質的にＦｅからなるニッケルクロム鋳鉄粉末の焼
   結材であって、黒鉛化焼なまし熱処理により組織中に黒
   鉛が析出してなることを特徴とする黒鉛を有するニッケ
   ルクロム鋳鉄焼結材。