JPH02290951A - 耐摩耗複合ロール及びその製造法 - Google Patents
耐摩耗複合ロール及びその製造法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
法に係り、特に母材の外周に耐摩耗性とともに靭性に優
れた焼結材を形成して外層とした耐摩耗複合ロール及び
その製造法に関するものである。
ロールの胴部は、使用される表面において、摩耗が少な
いこと、肌荒れが生じにくいこと、圧延材との焼付きが
生じにくいこと、亀裂や欠けが発生しないこと等が要求
される。これらの目的のため、従来から胴部として硬質
の外層を有する鋳造複合ロールや、胴部を熱処理により
硬化させた鍛鋼ロール等があり、用途に応じてこれらの
種々の材質や製法のロールが一般に用いられている。
CとCoを含有する原料を焼結一体化したWC系超硬ロ
ールが、組立式ロールとして用いられているが、高価で
ある上に、組立方法に特殊な構造を必要とすることや、
材質自体が靭性に劣ること等により、線材の仕上げ圧延
のような特定の用途以外に用いるには、必ずしも有利で
ない。
性の向上が求められており、近年粉末合金の素材を用い
て外層を形成した複合ロールが提供されるようになって
きた。
にはSKH52 、SKHIO 、SKH57 、SK
DII等のハイスや、高MO鋳鉄、高クロム鋳鉄、高合
金グレン鋳鉄、Ni−Cr基合金等の粉末を用い、これ
を外層材として母材の外周にHIP処理して焼結すると
同時に、母材と拡散接合する複合ロールが提案されてい
る。
での耐摩耗性の改善を目的として、Cr−Fe系、Cr
Ni−Fe系、Cr−N i−Co−Fe系等の鉄基耐
熱合金、Cr−Co系、Cr−N i−Co系等のCo
基合金、 Cr−Ni系、CrCo−N i系等のNi
基合金などの金属マトリックスに、WC%Cr3C2、
CrC , SiC , TtC SSl3N4 、Z
rOz、A120,等のセラミック粒子を混合分散させ
た金属セラミック複合材層で、胴部表面を溶接肉盛法に
より被覆したロールが提案されている。
ルに比べて耐摩耗性は改善されたが、近年益々高くなる
耐摩耗性の要求レベルに対して、なお不十分である。
え、これによりロール基地中に高硬度の金属炭化物を多
量に形成させれば、耐摩耗性を向上させることができる
と考えられる。特にバナジウム炭化物(VC)は他の金
属炭化物と比べて極めて高い硬度を有しており、VCを
ロール基地中に形成することにより、耐摩耗性を格段に
向上させることができる。
よりロールを形成するのでは、晶出あるいは析出する炭
化物が微細でなく、またその分布も均一ではないので、
ロールの耐摩耗性や耐肌荒れ性の向上の観点からは、十
分でない。また鋳造性や加工性も低下する。
Ni, Co,Cr, Mo, W, V及びMnを含
有する耐摩耗性に優れた鋳鉄を開示しているが、そこで
はVの含有量を1〜6%の範囲と規定している。■の含
有量が6%を超えると、鋳造性が劣るとともに脆弱化す
るためにである。■の配合量が6%以下と低いために、
上記組成の鋳鉄では、熱間や冷間圧延ロール等に要求さ
れる耐摩耗性を得ることができない。
%、Si0. 5 〜1. 3%、Mn0. 3〜0.
8%、NIO〜3%、Cr2〜7%、MO2〜9%、W
O〜10%、■6〜14%、CoO〜4%、残部Fe及
び通常の不純物よりなる熱間圧延用耐摩耗性鋳鉄ロール
材を開示している。上記組成のロール材では、上限が1
4%と比較的多量のVを含有しているので、ロール基地
中に晶出あるいは析出するVC量も多《なり、耐摩耗性
に優れたロールとなる。しかし、鋳造品であるので、V
Cの大きさ(粒径)及び分布は必ずしも微細均一ではな
いという問題がある。
細なVC粒子が均一に分散した表面層を有する耐摩耗複
合ロール、及びその製造法を提供することにある。
果、■を含む特定組成の合金粉末に、さらにVC粉末を
配合した混合材を用いればよいことを見出し、本発明を
完成した。
分が重量比でC1.2〜3.5%、Si2%以下、Mn
2%以下、Cr10%以下、W及びMoのいずれか1種
又は2種を’v’l’+2Moで3〜35%、■1〜1
2%、残部不可避的不純物元素及び実質的にFeからな
る合金粉末に、前記合金粉末に対して重量比で1〜15
%のVC粉末を分散した混合粉末の焼結材で外層を形成
したことを特徴とする。
でC I.2 〜3.5%、Si2%以下、Mn2%
以下、Cr10%以下、W及びMOのいずれか1種又は
2種をW+2Moで3〜35%、co3〜15%、■1
〜12%、残部不可避的不純物元素及び実質的にFeか
らなる合金粉末に、前記合金粉末に対して重量比で1〜
15%のVC粉末を分散した混合粉末の焼結材で外層を
形成したことを特徴とする。
C粉末の平均粒径が1〜20μmであり、かつVC粉末
の平均粒径に対する合金粉末の平均粒径の比が50以下
であるのが好ましい。
粒子の外周界面に相当する位置に選択的に残存して分布
した金属組織を有することを特徴とする。
学成分が重量比でCI.2〜3.5%、Si2%以下、
Mn2%以下、Cr10%以下、W及びMoのいずれか
1種又は2種をW+2Moで3〜35%、■1〜12%
、残部不可避的不純物元素及び実質的にFeからなる合
金粉末に、前記合金粉末に対して重量比で1〜15%の
VC粉末を混合した後、ロール母材の周囲に配設した金
属カプセル内に充填し、脱気と密封の後HIP (熱間
等方圧加圧)処理することを特徴とする。
学成分が重蛍比でC1.2〜3.5%、Si2%以下、
Mn2%以下、・Cr10%以下、W及びMOのいずれ
か1種又は2種をW+2Moで3〜35%、Co3〜1
5%、■1〜12%、残部不可避的不純物元素及び実質
的にFeからなる合金粉末に、前記合金粉末に対して重
量比で1〜15%のVC粉末を混合した後、ロール母材
の周囲に配設した金属カプセル内に充填し、脱気と密封
の後HIP(熱間等方圧加圧)処理することを特徴とす
る。
CI,2〜3.5%、Si2%以下、M02%以下、C
r10%以下、W及びMOのいずれか1種又は2種をW
+2Moで3〜35%、■1〜12%、残部不可避的不
純物元素及び実質的にFeを含む合金、又はさらにCo
3〜15%を含む合金からなる。
, W, Mo, Vと結合して硬い炭化物を形成し、
耐摩耗性向上に寄与する。しかし、過剰になると炭化物
量が増加して材質が脆化する。さらに、Cは基地中に固
溶して基地を焼戻し二次硬化させる作用をもつが、過剰
になると基地の靭性が低下する。これらの理由により、
C含有量は1.2〜3.5重量%である。好ましいC含
有量は1.2〜2.3重量%である。
ときのアトマイズ作業性の向上等も目的として、2重量
%以下含有させる。好ましいS1含有量は0.2〜1.
0重量%である。
るので、2重量%以下含有させる。好ましいMn含有量
は0.2〜1.0重量%である。
与するとともに、基地に固溶して焼入性を高め、また焼
戻し二次硬化性を高める効果がある。
の靭性を害したり、熱影響を受けて焼戻しされるときに
炭化物の凝集を速めて、軟化抵抗を癖じたりするので、
10重量%以下含有させる。好ましいCr含有mは3〜
6重m%、特に3〜5重量%である。
て耐摩耗性を向上させるとともに、基地に固溶し、熱処
理によって基地の硬さを高める効果がある。しかし、過
剰になると靭性が低下するのみならず、材料も高価にな
るので、本発明においてはW+2Mo量で3〜35重量
%含有させる。なお、本発明において原子%で等量のW
とMOはほぼ等価の作用を有している。好ましいW +
2 Moffiは7〜35重1%、特に10〜30重
世%である。なお個々の含有量としては、Wは3〜15
重量%、MOは2〜10重量%が好ましい。
炭化物を形成するが、このMC型炭化物の硬さはHV2
500 〜3000テあり、M.C型炭化物ノ硬さII
V1500〜1800に比較して著しく高い硬さである
。このため、■は特に耐摩耗性の向上に寄与する元素で
ある。■の含有量が1重量%未満であると、その効果が
微弱であり、また12重量%を超えると、粉末化するだ
めのアトマイズ作業時に方いて、合金の溶融溶湯の粘度
を大きくし、適切なアトマイズ粉末ができなくなるので
、好ましくない。Vの含有量はVC粉末の添加量により
変動し得るが、好まし《は1〜7重量%、特に3〜7重
量%である。
るが、過剰に含有すると靭性が低下する。
ることができる。好ましいCo添加量は5〜10重量%
である。
、例えばガスアトマイズ法により粉末化する。このよう
な方法により得られる合金粉末の平均粒径は、30〜1
50μmであることが望ましい。
ズ法によって粉末化することができる。
C粉末を配合することである。VC粉末は硬度が高<、
lIfP処理において溶融することがなく、また合金粉
末との固溶反応が激しく起こらないので、合金粉末に配
合することによって耐摩耗性を著しく向上させるととと
もに靭性を確保することができる。
量は増えるが、■は上記合金の溶湯の粘度を大きくする
ために、アトマイズ法による粉末化が因難となってくる
。従って、上記合金に含有させるvlには制限がある。
基地中のVC量が確保されるのである。
織写真(第1図)、及びその模式説明図である第2図に
て、Kで示すように、合金の粒子Jの外周界面に相当す
る位置に網目状に分布して存在する。この状態で、例え
ば使用中の焼結材に外力が加わって亀裂が発生するよう
な事態が生じたとき、亀裂しの伝播経路は、矢印Rで示
すように、この網目状に分布したVC粒子(K)を伝わ
って蛇行したり、分岐(M)したりする。蛇行により本
来亀裂を進展させようとする方向の外力に耐え、分岐に
より外力を分散するので、亀裂進展に対する抵抗性、即
ち靭性値を向上させる結果となる。
だけではなく、靭性の向上をも図ることができる。従っ
て、意図的に合金中に含有させるvlを少なくし、VC
粉末の量を多くしてもよい。
5%が好ましい。配合量が少なすぎると耐摩耗性向上効
果が期待できず、逆に多すぎると脆化して靭性が低下す
る。好ましいVC粉末の配合量は2〜12重量%であり
、更に好ましくは2〜10重1%である。
、更にVC粉末に対する合金粉末の平均粒径の比は50
以下であることが好ましい。該平均粒径比が大きすぎる
と、合金粉末とVC粉末との混合が均一に行えず、ロー
ル中に合金粉末とVC粉末とが一様に分散しにくくなり
、そのために所望の機械的特性、耐摩耗性が得られなく
なる。
る製法によりロールを製造すれば、耐摩耗性と機械的特
性に優れた焼結材の外層を母材の外周に拡敗接合した複
合ロールを得ることができる。
る。
任意の方法を用いることができるが、特に乾式混合が好
ましく、例えばV型混合機により3〜6時間混合すれば
よい。
ロール母材1の周囲に配設した金属カプセル2内に充填
し、金属カプセル2の上部に設けた脱気口3から脱気し
、密封することにより金属カプセル2内を真空に維持し
、次いでHIP処理を施す。なお、金属カプセル2とし
ては、例えば厚さ3〜100110程度の鋼板あるいは
ステンレス板などを用いる。
℃、圧力1. 000〜1, 500atmで、アルゴ
ン等の不活性ガス雰囲気中で1〜6時間行う。
取り除き、その後、例えば第4図に示すようなパターン
の熱処理を施す。次いで所定の形状に加工して、目的と
する複合ロールを完成する。
発明はこれに限定されるものではない。
機により5時間混合した。このようにして得た混合粉末
Qを、第5図に示す直径I L O mm、高さ88m
m,厚さ10鮒のSS41鋼からなる円筒形の金属カプ
セル4内に充填した。カプセル4全体を約600℃に加
熱しながら、上部の脱気口5から脱気してカプセル4内
を約I X 10−’torrに保ち、脱気口5を密封
した。その後、このカプセル4全体を、アルゴンガス雰
囲気中で、第1表に記載の温度及び圧力条件でHIP処
理を施した。
部分を削除し、次いで第4図のパターンの熱処理を施し
た。このようにして得られた各素材から、第6図に示す
平面形状のASTM規格のC,T(Compa−ct
Tension)試験片6を採取した。寸法は横52m
m,縦50mm,厚さ15m+nである。
織を第1図に示す。同図において、白色に見える部分が
炭化物であるが、前述の通り、混合されたVC粉末の粒
子は合金粉末の粒子の界面相当位置に網目状に分布して
存在する。またVC粉末を混合していない比較例3の金
属組織写真を第7図に示す。同図の場合は、網目状に配
列された炭化物の分布形態は見られない。
6図の矢印TSCで示す方向に引張と圧縮の繰返荷重を
加え、切欠きの先端部7に予亀裂を発生させた。その後
、引張試験機にて引張破断強さを求め、この破断強さか
ら破壊靭性値(K+c値)を計算により求めた。各試験
片のKIC値を第2表に示す。KICは硬さによっても
変動するので、同表には硬さも同時に表示している。
を混合していない比較例のものと比べて、高い水準にあ
るのがわかる。
す直径35mm、長さ4 0 +nmのS C 1,1
4 4 0 !!Iのロール母材1の周囲に配設した
厚さ5 mIOのSS41Bの力ブセル2内に、振動を
加えながら十分に充填し、カプセル2の上部に設けた脱
気口3から脱気し、金属カプセル2内を真空にした。そ
の後、脱気口3を密閉し、アルゴンガス雰囲気中で、第
1表に示す温度及び圧力条件と同じ条件でHIP処理を
施した。
で第4図に示した熱処理パターンで熱処理を施した。そ
の後、表面を研磨して直径60羅、長さ40羅の圧延摩
耗試験用の複合ロールを作成した。
摩耗試験機に組み込み、第3表に示す試験条件で試験を
行った。そして、試験用ロール9、10の表面に生じj
こ摩耗部の深さを触針式表面荒さ計( SURFCOM
)を用いて測定し、その平均摩耗深さによって耐摩耗性
を評価した。ここで第8図に示す圧延摩耗試験機は、圧
延機8と、圧延材Sを予熱する加熱炉11と、圧延材S
を冷却する冷却水槽12と、圧延材の巻取機13とテン
ションコントローラ14とからなる。
、例Nαは第1表の例Nαと同じである。
性は、VC粉末を混合していない比較例の複合ロールに
比べて、摩耗深さが小さい水準にあり、従って耐摩耗性
に優れていることがわかる。
とVC粉末とを混合することにより、複合ロール外層の
基地中のVC量を多くすることができるので、耐摩耗性
が著しく向上する。また、vc量が多くなれば一般的に
は靭性が低下するが、本発明においては靭性の低下がな
く、逆に向上する。
の多い焼結外層を得るのが困難であったが、この問題は
本発明によって解決され、耐摩耗性のある焼結外層を有
する複合ロールの提供が可能となった。
程度のロールに適用が限定されるものではなく、熱間圧
延や冷間圧延用ロールとして広く使用され得るものであ
る。
の金属組織写真であり、 第2図は第1図の金属組織写真の模式図であり、第3図
は本発明の耐摩耗複合ロールを製造するための装置の断
面図であり、 第4図は本発明の耐摩耗性ロールを製造する際に適用さ
れる熱処理条件の一例を熱処理パターンとして示す図で
あり、 第5図はロール用材料の試験片を製造するための装置の
断面図であり、 第6図はCT試験片を示す概略平面図であり、第7図は
従来のロール材料の金属組織写真であり、 第8図はロールの耐摩耗性を測定する装置の概略図であ
る。 ■ ・・ロール母材 2、4・・・金属カプセル 3、5・・・脱気口 6・・・圧縮引張試験片 7 ・ 8 ・ 9 ・ 10・ 11・ l2・ l3・ 14・ J ・ K ・ L ・ M ・ P,Q S ・ 切欠き先端 圧延機 上ロール 下ロール 加熱炉 冷却水槽 巻取機 テンションコントローラ 合金粒子 VC粉末 亀裂 亀裂の分岐 ・混合粉末 圧延材 第2図
Claims (7)
- (1)化学成分が重量比でC1.2〜3.5%、Si2
%以下、Mn2%以下、Cr10%以下、W及びMoの
いずれか1種又は2種をW+2Moで3〜35%、V1
〜12%、残部不可避的不純物元素及び実質的にFeか
らなる合金粉末に、前記合金粉末に対して重量比で1〜
15%のVC粉末を分散した混合粉末の焼結材で外層を
形成したことを特徴とする耐摩耗複合ロール。 - (2)化学成分が重量比でC1.2〜3.5%、Si2
%以下、Mn2%以下、Cr10%以下、W及びMoの
いずれか1種又は2種をW+2Moで3〜35%、Co
3〜15%、V1〜12%、残部不可避的不純物元素及
び実質的にFeからなる合金粉末に、前記合金粉末に対
して重量比で1〜15%のVC粉末を分散した混合粉末
の焼結材で外層を形成したことを特徴とする耐摩耗複合
ロール。 - (3)請求項1又は2に記載の耐摩耗複合ロールにおい
て、前記VC粉末の平均粒径が1〜20μmであり、か
つ前記VC粉末の平均粒径に対する前記合金粉末の平均
粒径の比が50以下であることを特徴とする耐摩耗複合
ロール。 - (4)請求項1乃至3のいずれかに記載の耐摩耗複合ロ
ールにおいて、前記VC粉末の粒子が前記合金粉末の粒
子の外周界面に相当する位置に選択的に残存して分布し
た金属組織を有することを特徴とする耐摩耗複合ロール
。 - (5)化学成分が重量比でC1.2〜3.5%、Si2
%以下、Mn2%以下、Cr10%以下、W及びMoの
いずれか1種又は2種をW+2Moで3〜35%、V1
〜12%、残部不可避的不純物元素及び実質的にFeか
らなる合金粉末に、前記合金粉末に対して重量比で1〜
15%のVC粉末を混合した後、ロール母材の周囲に配
設した金属カプセル内に充填し、脱気と密封の後HIP
処理することを特徴とする耐摩耗複合ロールの製造法。 - (6)化学成分が重量比でC1.2〜3.5%、Si2
%以下、Mn2%以下、Cr10%以下、W及びMoの
いずれか1種又は2種をW+2Moで3〜35%、Co
3〜15%、V1〜12%、残部不可避的不純物元素及
び実質的にFeからなる合金粉末に、前記合金粉末に対
して重量比で1〜15%のVC粉末を混合した後、ロー
ル母材の周囲に配設した金属カプセル内に充填し、脱気
と密封の後HIP処理することを特徴とする耐摩耗複合
ロールの製造法。 - (7)請求項6又は7に記載の耐摩耗複合ロールの製造
法において、前記VC粉末の平均粒径が1〜20μmで
あり、かつ前記VC粉末の平均粒径に対する前記合金粉
末の平均粒径の比が50以下であることを特徴とする耐
摩耗複合ロールの製造法。
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