JPH0241708A - 複合ロール - Google Patents
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- JPH0241708A JPH0241708A JP19393588A JP19393588A JPH0241708A JP H0241708 A JPH0241708 A JP H0241708A JP 19393588 A JP19393588 A JP 19393588A JP 19393588 A JP19393588 A JP 19393588A JP H0241708 A JPH0241708 A JP H0241708A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
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。
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、冷間、温間、熱間等の圧延において用いられ
る複合ロールに関し、特に芯材の外周にサーメットが焼
結された複合ロールに関する。
る複合ロールに関し、特に芯材の外周にサーメットが焼
結された複合ロールに関する。
［従来の技術］
従来、圧延用ロール材には鋳鋼や工具鋼などの材料が使
用されているが、これら材料は耐摩耗性が低いためにそ
の使用寿命が短い。このため最近では、耐摩耗性にすぐ
れたＷＣ−Ｃｏ系超硬合金が使用されるようになってい
る。しかしＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は高価である上比重が
約１５であって、鋳鋼や工具鋼などの２倍近くある。こ
のため作動中にびびりゃ振動が発生するという問題があ
る。さらにガイドロールの場合はその重量が大きくなる
ため慣性力が大きくなり、その結果ローラの周速と被加
工物の通過速度とのズレが大きくなり、両者間に大きな
スリップ量が発生してローラ上の被加工物の品質が損な
われるという問題も生じる。
用されているが、これら材料は耐摩耗性が低いためにそ
の使用寿命が短い。このため最近では、耐摩耗性にすぐ
れたＷＣ−Ｃｏ系超硬合金が使用されるようになってい
る。しかしＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は高価である上比重が
約１５であって、鋳鋼や工具鋼などの２倍近くある。こ
のため作動中にびびりゃ振動が発生するという問題があ
る。さらにガイドロールの場合はその重量が大きくなる
ため慣性力が大きくなり、その結果ローラの周速と被加
工物の通過速度とのズレが大きくなり、両者間に大きな
スリップ量が発生してローラ上の被加工物の品質が損な
われるという問題も生じる。
これらによりさらに下記のようなロールが提案された。
特開昭５：３−５６１４７号は、ロールを軽量化するた
めに内層（芯材）を軽量のＴｉＣ−Ｎｉ系サーメット（
比重５．１）とし、その外周に硬質で耐摩耗性に優れた
ＷＣ−ｃｏ系超超硬合金比重１４．０）製の外層を設け
た複合ガイドロールを開示している。このロールは軽量
化には有効であるが、内層と外層との熱膨張率の差が２
５％と大きく、熱膨張率の差による残留応力が発生する
ので接合性が悪い。さらに内層に超硬合金より靭性の劣
るサーメットを用いているため、信頼性に欠けるという
問題点もある。
めに内層（芯材）を軽量のＴｉＣ−Ｎｉ系サーメット（
比重５．１）とし、その外周に硬質で耐摩耗性に優れた
ＷＣ−ｃｏ系超超硬合金比重１４．０）製の外層を設け
た複合ガイドロールを開示している。このロールは軽量
化には有効であるが、内層と外層との熱膨張率の差が２
５％と大きく、熱膨張率の差による残留応力が発生する
ので接合性が悪い。さらに内層に超硬合金より靭性の劣
るサーメットを用いているため、信頼性に欠けるという
問題点もある。
また特開昭５１−８４７１１号には、焼結されたＷＣＣ
ｏ合金製の円柱の外周に、プレス成型したＷＣＣｏ合金
製の円筒を嵌合させて焼結させたロールが開示されてい
る。しかし、内層側円柱と外層側円筒の熱膨張率の差に
ついては何も考慮されていない。
ｏ合金製の円柱の外周に、プレス成型したＷＣＣｏ合金
製の円筒を嵌合させて焼結させたロールが開示されてい
る。しかし、内層側円柱と外層側円筒の熱膨張率の差に
ついては何も考慮されていない。
さらに特開昭５５−６２１０３号は、耐熱合金よりなる
芯材の外表面に、芯材よりもＣｒ量の多いＮｉ基合金、
Ｃｏ基合金、Ｆｅ基合金等の耐食性合金粉末をＨＩＰ法
により被覆させた複合耐熱合金ロールを開示している。
芯材の外表面に、芯材よりもＣｒ量の多いＮｉ基合金、
Ｃｏ基合金、Ｆｅ基合金等の耐食性合金粉末をＨＩＰ法
により被覆させた複合耐熱合金ロールを開示している。
この複合耐熱合金ロールは、高温強度が向上するととも
に耐高温腐食性が向上しているが、芯材と外装の熱膨張
率の差については何も考慮されていない。
に耐高温腐食性が向上しているが、芯材と外装の熱膨張
率の差については何も考慮されていない。
そこで本発明者は、軽量化、芯材の強化及び熱膨張率の
差の低減といった問題点について改良された複合サーメ
ットロールについて先に出願した（特願昭６２−２４７
３９１号）。この複合サーメットロールは、芯材に強靭
な合金鋼を用い、サーメツト材にはＷＣ量の少ない化合
物を用いるとともに、その熱膨張率の差を±２０％以内
としたものである。
差の低減といった問題点について改良された複合サーメ
ットロールについて先に出願した（特願昭６２−２４７
３９１号）。この複合サーメットロールは、芯材に強靭
な合金鋼を用い、サーメツト材にはＷＣ量の少ない化合
物を用いるとともに、その熱膨張率の差を±２０％以内
としたものである。
上記複合サーメットロールは従来のものに比較＝ ３
＝ して極めて優れた特性を有するものであるが、最近益々
きびしくなる圧延条件下では芯材とサーメツト材との接
合界面付近の強靭性をさらに向上する必要が生じた。つ
まり、上記複合サーメットロールにおいては、接合界面
の付近では材料特性が急激に変化するため、使用中に接
合界面部に剥離や割れが生じる可能性があると考えられ
る。
＝ して極めて優れた特性を有するものであるが、最近益々
きびしくなる圧延条件下では芯材とサーメツト材との接
合界面付近の強靭性をさらに向上する必要が生じた。つ
まり、上記複合サーメットロールにおいては、接合界面
の付近では材料特性が急激に変化するため、使用中に接
合界面部に剥離や割れが生じる可能性があると考えられ
る。
従って本発明の目的は、軽量化、芯材の強化、熱膨張率
の差の低減及び接合界面の強靭化といった課題を解決し
た複合ロールを提供することである。
の差の低減及び接合界面の強靭化といった課題を解決し
た複合ロールを提供することである。
〔問題点を解決するための手段］
本発明者は、上記課題を解決すべく種々研究を行った結
果、鋳鋼又は鍛鋼からなるロール芯材の外周にサーメッ
トが焼結された複合ロールであって、芯材とサーメット
との境界部に特定の金属からなる拡散層が形成された複
合ロールは、軽量で芯材が強化されているとともに、芯
材とサーメットとの熱膨張率の差が小さく、かつ両者の
接合界面が強靭であることを発見した。
果、鋳鋼又は鍛鋼からなるロール芯材の外周にサーメッ
トが焼結された複合ロールであって、芯材とサーメット
との境界部に特定の金属からなる拡散層が形成された複
合ロールは、軽量で芯材が強化されているとともに、芯
材とサーメットとの熱膨張率の差が小さく、かつ両者の
接合界面が強靭であることを発見した。
そして、本発明の複合ロールは鋳鋼又は鍛鋼からなるロ
ール芯材の外周にサーメットが焼結された構造の複合ロ
ールであって、芯材とサーメットとの境界部にＲｅ、
Ｎｉ、Ｃ０１Ｃｒ、 Ｍｏ及びＷのいずれか１種又は２
種以上の金属からなる厚さ ０．１〜１５ｍｍの拡散層
が形成されていることを特徴とする。
ール芯材の外周にサーメットが焼結された構造の複合ロ
ールであって、芯材とサーメットとの境界部にＲｅ、
Ｎｉ、Ｃ０１Ｃｒ、 Ｍｏ及びＷのいずれか１種又は２
種以上の金属からなる厚さ ０．１〜１５ｍｍの拡散層
が形成されていることを特徴とする。
本発明を以下詳細に説明する。
本発明の複合ロールに用いる芯材としては、鋳鋼又は鍛
鋼を用いるのが好ましい。鋳鋼又は鍛鋼とシテは、５４
５Ｃ１１７） ヨうな普通鋼カラ、ＳＣＭ４４０．５Ｏ
５３０４のような合金鋼まで幅広く用いることができる
。前記鋳鋼又は鍛鋼を芯材として用いることにより、芯
材が強靭となり、芯材の熱膨張率は約１２゜５Ｘ １０
−’／ ｔ：となる。
鋼を用いるのが好ましい。鋳鋼又は鍛鋼とシテは、５４
５Ｃ１１７） ヨうな普通鋼カラ、ＳＣＭ４４０．５Ｏ
５３０４のような合金鋼まで幅広く用いることができる
。前記鋳鋼又は鍛鋼を芯材として用いることにより、芯
材が強靭となり、芯材の熱膨張率は約１２゜５Ｘ １０
−’／ ｔ：となる。
本発明の複合ロールに用いるサーメットの硬質相として
、■、Ｖａ及びＶＩａ族元素の炭化物並びに窒化物のい
ずれか１種又は２種以上の化合物を用いるのが好ましい
。このような硬質相化合物として、例えば、ＴｉＣ５Ｔ
ｉＮ 、 Ｔ１ＣＮ等を挙げることができる。さらにサ
ーメットの結合相として、Ｆｅ。
、■、Ｖａ及びＶＩａ族元素の炭化物並びに窒化物のい
ずれか１種又は２種以上の化合物を用いるのが好ましい
。このような硬質相化合物として、例えば、ＴｉＣ５Ｔ
ｉＮ 、 Ｔ１ＣＮ等を挙げることができる。さらにサ
ーメットの結合相として、Ｆｅ。
Ｎ１、Ｃｏ、 Ｃｒ、 Ｍｏ及びＷのいずれか１種又は
２種以上の金属を用いるのが好ましい。また、前記結合
相の重量は前記サーメット全体の５０〜８０％とするの
が好ましい。結合相が５０％重量未満だと必然的に硬質
相の割合が多くなりすぎて脆弱になり、靭性が低い。ま
た、８０重量％を超えると耐摩耗性が低下する。
２種以上の金属を用いるのが好ましい。また、前記結合
相の重量は前記サーメット全体の５０〜８０％とするの
が好ましい。結合相が５０％重量未満だと必然的に硬質
相の割合が多くなりすぎて脆弱になり、靭性が低い。ま
た、８０重量％を超えると耐摩耗性が低下する。
以上のような芯材とサーメットとを用いることにより、
常温から１０００℃までの温度範囲において芯材とサー
メットとの熱膨張率の差が２０％以下となり、両者の間
に生じる残留応力を低減することができ、接合界面にク
ラックが発生するのを防ぐことができる。
常温から１０００℃までの温度範囲において芯材とサー
メットとの熱膨張率の差が２０％以下となり、両者の間
に生じる残留応力を低減することができ、接合界面にク
ラックが発生するのを防ぐことができる。
さらに、本発明の複合ロールにおいては、芯材とサーメ
ット外層との境界部に拡散層が形成されていることを特
徴とする。前記拡散層はＦｅ、 Ｎｉ。
ット外層との境界部に拡散層が形成されていることを特
徴とする。前記拡散層はＦｅ、 Ｎｉ。
Ｃｏ、 Ｃｒ、 Ｍｏ及びＷのいずれか１種又は２種以
上の金属よりなる層で、厚さは０．１〜１５ｍｍである
。０．１ｍｍ未満だと、境界部の強靭化に効果がなく、
一方１５ｍｍを超えると拡散層を構成する元素がサーメ
ットに混入するためにサーメットの硬度が低下し、十分
な耐摩耗性が得られなくなる。特に好ましい厚さは ０
．５〜１２ｍｍである。
上の金属よりなる層で、厚さは０．１〜１５ｍｍである
。０．１ｍｍ未満だと、境界部の強靭化に効果がなく、
一方１５ｍｍを超えると拡散層を構成する元素がサーメ
ットに混入するためにサーメットの硬度が低下し、十分
な耐摩耗性が得られなくなる。特に好ましい厚さは ０
．５〜１２ｍｍである。
また上記拡散層中のＦｅ、 Ｎｉ、 Ｃｏ等の金属成分
の合計量は拡散層の重量の５０〜１００％とするのが好
ましい。５０％未満の場合は、芯材とサーメットとの接
合界面付近の強靭化にほとんど効果がない。
の合計量は拡散層の重量の５０〜１００％とするのが好
ましい。５０％未満の場合は、芯材とサーメットとの接
合界面付近の強靭化にほとんど効果がない。
なお拡散層は芯材及びサーメットの相互から拡散してき
た金属成分によって形成することができる。この場合、
サーメットの焼結、芯材とサーメットとの接合及び拡散
層の形成は、１回の工程で同時に行う。従って芯材及び
サーメットを焼結する際の焼結温度及び焼結時間等の焼
結条件を適宜設定する。具体的に、十分な拡散層を得る
ためには１２６０〜１３６０℃で１〜６時間焼結処理を
行うのが好ましい。
た金属成分によって形成することができる。この場合、
サーメットの焼結、芯材とサーメットとの接合及び拡散
層の形成は、１回の工程で同時に行う。従って芯材及び
サーメットを焼結する際の焼結温度及び焼結時間等の焼
結条件を適宜設定する。具体的に、十分な拡散層を得る
ためには１２６０〜１３６０℃で１〜６時間焼結処理を
行うのが好ましい。
以上の焼結処理は、熱間等方圧プレスにより行うのが好
ましい。この場合、金属製のカプセルを用い、芯材の周
囲にカプセルを設けた後で、サーメット粉末を充填し、
焼結する。また芯材の表面にあらかじめＮｉ、 Ｃｏ等
の被覆層を形成し、それをサーメツト層へ部分的に拡散
させることによって、形成することもできる。この場合
、焼結及び接合の工程と、拡散層の形成工程とをそれぞ
れ別の工程で行うことになる。なお焼結条件については
上記と同じでよい。
ましい。この場合、金属製のカプセルを用い、芯材の周
囲にカプセルを設けた後で、サーメット粉末を充填し、
焼結する。また芯材の表面にあらかじめＮｉ、 Ｃｏ等
の被覆層を形成し、それをサーメツト層へ部分的に拡散
させることによって、形成することもできる。この場合
、焼結及び接合の工程と、拡散層の形成工程とをそれぞ
れ別の工程で行うことになる。なお焼結条件については
上記と同じでよい。
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例ｌ
８４５Ｃからなる直径３８０ｍｍのロール芯材の周囲に
内径４３０ ｍｍ、厚さ１０ｍｍの軟鋼製のＨＩＰ （
熱間等方圧プレス）缶を同心状に配置し、底面を溶接で
封着した。その上で、芯材とＨＩＰ缶との空隙に下記の
組成のサーメットの粉末を充填した。
内径４３０ ｍｍ、厚さ１０ｍｍの軟鋼製のＨＩＰ （
熱間等方圧プレス）缶を同心状に配置し、底面を溶接で
封着した。その上で、芯材とＨＩＰ缶との空隙に下記の
組成のサーメットの粉末を充填した。
（注） ＋ （１） Ｃ／Ｎ比−７７３充填後真空
になるまで脱気し、上記空隙の上面部を溶接により封着
した。次いでＨＩＰ装置に入れ、１３００℃及び１１０
００ａｔの処理条件で４時間ＨＩＰ処理を行った。
になるまで脱気し、上記空隙の上面部を溶接により封着
した。次いでＨＩＰ装置に入れ、１３００℃及び１１０
００ａｔの処理条件で４時間ＨＩＰ処理を行った。
ＨＩＰ処理後ＨＩＰ缶を旋削除去し、複合ロールを得た
。
。
得られた複合ロールの芯材とサーメット外層との接合界
面部の接合状態を超音波を使って検査したところ、接合
不良は全く観察されず、またクラックもδ忍められなか
った。
面部の接合状態を超音波を使って検査したところ、接合
不良は全く観察されず、またクラックもδ忍められなか
った。
さらに軸に垂直な断面で切断し、拡散層の形成状況を調
べた。その結果、接合界面部のサーメット外層側にＦｅ
の拡散している層（拡散層）が形成されていることが確
認された。拡散層は厚さが約１０ｍｍあり、層内では０
．２〜９５％の範囲でＲｅの含有量が変化していた。
べた。その結果、接合界面部のサーメット外層側にＦｅ
の拡散している層（拡散層）が形成されていることが確
認された。拡散層は厚さが約１０ｍｍあり、層内では０
．２〜９５％の範囲でＲｅの含有量が変化していた。
このようなＦｅの拡散した拡散層を有する接合界面は、
拡散層を持たない接合界面部に仕べて極めて強靭であっ
た。
拡散層を持たない接合界面部に仕べて極めて強靭であっ
た。
以上詳述した通り、本発明の複合ロールは、芯材とその
外周に焼結されたサーメットとの接合界面部に、Ｆｅ、
Ｎｉ、 Ｃｏ、 Ｃｒ、 Ｍｏ及びＷのいずれか１種
又は２種以上の金属を主体とする拡散層を有するため、
接合界面部が極めて強靭となっている。
外周に焼結されたサーメットとの接合界面部に、Ｆｅ、
Ｎｉ、 Ｃｏ、 Ｃｒ、 Ｍｏ及びＷのいずれか１種
又は２種以上の金属を主体とする拡散層を有するため、
接合界面部が極めて強靭となっている。
さらに芯材を鋳鋼又は鍛鋼とすることにより、芯材が強
靭となりロールの折損を防止できる。また、サーメット
の硬質相がＩＶａ、Ｖａ及びＶＩａ族元素の炭化物並び
に窒化物のいずれか１種又は２種以上からなり、残部結
合相がサーメット重量の５０〜８０％を占めると七もに
、Ｆｅ、 Ｎｉ、Ｃｏ、 Ｃｒ、 Ｍｏ及びＷのいずれ
か１種又は２種以上の金属からなるため、ロールとして
極めて優れた耐摩耗性を有する上に、軽量である。
靭となりロールの折損を防止できる。また、サーメット
の硬質相がＩＶａ、Ｖａ及びＶＩａ族元素の炭化物並び
に窒化物のいずれか１種又は２種以上からなり、残部結
合相がサーメット重量の５０〜８０％を占めると七もに
、Ｆｅ、 Ｎｉ、Ｃｏ、 Ｃｒ、 Ｍｏ及びＷのいずれ
か１種又は２種以上の金属からなるため、ロールとして
極めて優れた耐摩耗性を有する上に、軽量である。
その上芯材及びサーメットをこのような成分にすること
により、常温から１０００℃までの各温度での両者の熱
膨張率の差を±２０％以下におさえ、接合界面部での残
留応力を低減することにより、接合を強固にすることが
できる。
により、常温から１０００℃までの各温度での両者の熱
膨張率の差を±２０％以下におさえ、接合界面部での残
留応力を低減することにより、接合を強固にすることが
できる。
すなわち、本発明の複合ロールは、軽量であり、耐摩耗
性に優れている上、接合面が強靭である。
性に優れている上、接合面が強靭である。
従って、冷間、温間、熱間等の圧延において本発明の複
合ロールは使用寿命が長く、得られる被加工物の品質が
良好となる。
合ロールは使用寿命が長く、得られる被加工物の品質が
良好となる。
出 願 人
代 理 人
日立金属株式会社
Claims (4)
- （１）鋳鋼又は鍛鋼からなるロール芯材の外周にサーメ
ットが焼結された構造のロールであって、前記芯材と前
記サーメットとの境界部にＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ及びＷからなる群から選ばれた少なくとも１つの金属
からなる厚さ０．１〜１５ｍｍの拡散層が形成されたも
のであることを特徴とする複合ロール。 - （２）請求項１に記載の複合ロールにおいて、前記サー
メットが硬質相と結合相とからなり、前記硬質相がIVａ
、Ｖａ及びVIａ族元素の炭化物並びに窒化物からなる群
から選ばれた少なくとも１つの化合物からなり、前記結
合相がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＷからなる群
から選ばれた少なくとも１つの金属からなることを特徴
とする複合ロール。 - （３）請求項２に記載の複合ロールにおいて、前記サー
メット中の結合相の割合が５０〜８０重量％であること
を特徴とする複合ロール。 - （４）請求項１乃至３のいずれかに記載の複合ロールに
おいて、前記拡散層に含まれるＦｅ、Ｎｉ及びＣｏの合
計重量が拡散層の重量の５０〜１００％であることを特
徴とする複合ロール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63193935A JP2680616B2 (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | 複合ロール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63193935A JP2680616B2 (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | 複合ロール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0241708A true JPH0241708A (ja) | 1990-02-09 |
| JP2680616B2 JP2680616B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=16316190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63193935A Expired - Lifetime JP2680616B2 (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | 複合ロール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2680616B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104118166A (zh) * | 2014-07-31 | 2014-10-29 | 王华彬 | 一种钢与铁基金属陶瓷复合体及其烧结、焊接一体化工艺 |
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1988
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| US10399131B2 (en) | 2014-03-14 | 2019-09-03 | Hyperion Materials & Technologies (Sweden) Ab | Compound roll |
| CN104118166A (zh) * | 2014-07-31 | 2014-10-29 | 王华彬 | 一种钢与铁基金属陶瓷复合体及其烧结、焊接一体化工艺 |
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| JP2680616B2 (ja) | 1997-11-19 |
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