JPH0246541B2 - - Google Patents
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- JPH0246541B2 JPH0246541B2 JP57131025A JP13102582A JPH0246541B2 JP H0246541 B2 JPH0246541 B2 JP H0246541B2 JP 57131025 A JP57131025 A JP 57131025A JP 13102582 A JP13102582 A JP 13102582A JP H0246541 B2 JPH0246541 B2 JP H0246541B2
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- rolling
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- iron
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Landscapes
- Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
この発明は鉄および鉄を主体とする合金の線材
圧延に用いられる熱間圧延加工工具に関するもの
である。 従来、鉄や鉄合金線材用の熱間圧延加工工具と
しては、超硬合金やダイス鋼ハイスが用いられて
いる。 しかしながら、線引きロールなどに代表される
大量生産品の製造条件は、高精度化および経済的
要求から年々きびしくなり、それに伴つて塑性加
工工具としても耐熱性、耐摩耗性、耐熱衝撃性な
どの向上が要求されている。そしてこれらの要求
を満足するべく超硬合金、ダイス鋼やハイスなど
の分野においても日夜新しい材料の開発が続けら
れているが、未だ上記性能を具備した材料は見出
されていない。上述したように金属の熱間加工工
具材料としては、工具鋼等の鋼あるいは超硬合金
が一般的であり、新しい熱間圧延加工工具素材に
対する動きを見ても僅かな変更にしかすぎなかつ
た。 これに対してセラミツクは、その耐熱衝撃性、
耐衝撃性、脆性などの諸性質が前記した材料に比
較して劣るため、塑性加工工具のなかでも応力が
小さいガイドロール等の分野において次第に利用
され始めているにすぎず、圧延用ロールに用いる
といつた発想は不明瞭な形でしか示されていな
い。 即ち、特開昭53−78216号に熱間加工治具とし
ての圧延ロールの記載はあるが、その使用条件に
ついては何ら明らかにされておらず、またその効
果についての記載も何らなされていない。 本発明者らは、永年にわたりセラミツク材料を
熱間圧延加工工具材料として使用する可能性を検
討した結果、この発明に到達したものである。 即ち、この発明は窒化珪素系セラミツクスであ
つて、特にその空孔が10％以下であり、かつホツ
トプレスまたは常圧焼結法によつて得た焼結体よ
りなる新しい鉄および鉄合金線材用熱間圧延加工
工具に関するものである。 窒化珪素といえどもセラミツク材料の１種であ
り、前記したようなセラミツク材料としての弱点
は有しているが、逆に耐摩耗性の面では前記金属
材料よりもすぐれており、特に高温での耐摩耗性
においては、それらの10〜100倍もの値に達する
のである。従つて塑性加工工具のなかでも特に高
温で使用される熱間圧延ロール等の分野において
その効果は大きく発揮されるのである。 従来治工具に対する一般的な概念としては、短
時間の使用で寿命に達するため、それに合わせて
工程および設備設計がなされて来たのである。 しかしながら、この発明の熱間圧延加工工具に
よつて従来の工具より10〜100倍の寿命延長がは
かれることとなり、これらの治工具も設備の１部
と見做されるようになり、例えば設備自体の定期
的な補修項目に加えるなどの発想が可能となり、
その間に治工具自体の取替えのために設備休止し
なければならない等の非生産的な事態が全くなく
なるのである。 その結果、設備の稼働率の向上のみならず、工
程塗中で発生するストツク類の減少、治工具の多
数の手持ちなどの処置も不要となり、その効果は
非常に大きいのである。 即ち、この発明の鉄および鉄合金線材用熱間圧
延加工工具は、Si3N4の50重量％以上にMgO、
Al2O3、ZrO2、TiO2、Nb2O5、SiO2、BeO、
Ta2O3、CeO2、Y2O3、HfO2、Mg3N2、AlN、
ZrN、NbN、TiN、TaN、YN、Be3N2、
Mo2C、SiC、WC、Alなどの酸化物、窒化物、
炭化物あるいは金属の単体の１種または２種以上
を0.1〜50重量％含有せしめ、空孔が10％以下で
あるSi3N4焼結体よりなることを特徴とするもの
である。 以下、この発明を詳細に説明すると、まず溶着
現象が極限まで小さい物質で工具を構成すること
が肝要である。しかして金属に対して溶着性の低
いのはセラミツクである。 なかでも最も一般的なアルミナ系セラミツク
は、強度が低く応力が高くて衝撃を受ける塑性加
工においては信頼性に問題があつて使用に耐える
ことができないのである。 また、アルミナの耐熱衝撃性について種々の材
質改良がなされているが、未だ充分とは言えず
200℃〜300℃の耐熱衝撃性に止まるにすぎないの
である。 そこで各種セラミツク工具にてテストを試みた
ところSi3N4を主体とするセラミツクならば鉄お
よび鉄合金線材用の熱間圧延加工工具として、従
来から用いられている超硬合金やダイス鋼よりも
すぐれた性能を示すことを見出したのである。 そして圧延条件としては、線速が２ｍ／sec以
上でなければSi3N4とFeとの反応の発生などか
ら、寿命の延長が不可能であり、実用的でないこ
とが明らかとなつた。 この圧延条件の規定によつて、はじめて鉄およ
び鉄基合金の線材圧延にSi3N4が適用可能となつ
たものである。 この発明において主材料として用いるSi3N4の
製造法については、Si金属粉の成型体を窒化する
反応焼結法あるいはSi3N4に添加剤を加えたの
ち、常圧焼結する方法やホツトプレスする方法な
どが知られている。 ところが前者の反応焼結法では空孔が10％以上
残り、この発明の目的には不適当である。 しかして、この発明において添加剤の量を0.1
〜50重量％とするのは、0.1重量％以下では強度
が不足し、充分な密度の焼結体が得られず、また
50重量％以上ではSi3N4の特徴が失われるためで
ある。 またSi3N4に対して加える添加剤は、前述した
通りであるが、それらの中でも (1) Al2O3、MgO、Mg3N2、BeO、Be3N2、
CaO、Ca3N2、FeO、WCあるいはMo2Cのう
ちの１種または２種以上を0.1〜20重量％含有
したSi3N4焼結体は1000℃以下で使用する熱間
圧延加工工具に、また (2) Al2O3、AlN、Alを0.1〜25重量％およびCe、
ＹなどのB族元素の酸化物、炭化物、窒化物、
硼化物、珪化物を0.1〜25重量％含有したSi3N4
焼結体は、1200℃以下の領域で使用する熱間圧
延加工工具として、 適している。 一般に熱間圧延加工工具は衝撃や熱的な衝撃が
加わるために、これらに耐える特性が必要である
が、このためにはまず空孔を10％以下にコントロ
ールすることが必要である。 なお、これまでの説明は主として圧延ロールに
ついて説明したが、ロール入口に使用されるガイ
ド類についても同様の効果を得ることはいうまで
もない。 以下この発明を実施例により詳細に説明する。 実施例 １ 市販のSi3N4に対して第１表に示す割合で種々
の助剤を配合し、ボールミルにて充分混合した
後、1t／cm2の圧力にて型押し成形後、窒素圧力１
気圧下1800℃で１時間の焼結によつて鉄鋼用圧延
用ロールを作成した。 この場合ブロツクミルの最終段のロールであ
り、加工率は18％、圧延速度は25ｍ／sec、温度
は約850℃であつた。 夫々のロールの寿命に至る処理量および寿命原
因は第１表に示した。
圧延に用いられる熱間圧延加工工具に関するもの
である。 従来、鉄や鉄合金線材用の熱間圧延加工工具と
しては、超硬合金やダイス鋼ハイスが用いられて
いる。 しかしながら、線引きロールなどに代表される
大量生産品の製造条件は、高精度化および経済的
要求から年々きびしくなり、それに伴つて塑性加
工工具としても耐熱性、耐摩耗性、耐熱衝撃性な
どの向上が要求されている。そしてこれらの要求
を満足するべく超硬合金、ダイス鋼やハイスなど
の分野においても日夜新しい材料の開発が続けら
れているが、未だ上記性能を具備した材料は見出
されていない。上述したように金属の熱間加工工
具材料としては、工具鋼等の鋼あるいは超硬合金
が一般的であり、新しい熱間圧延加工工具素材に
対する動きを見ても僅かな変更にしかすぎなかつ
た。 これに対してセラミツクは、その耐熱衝撃性、
耐衝撃性、脆性などの諸性質が前記した材料に比
較して劣るため、塑性加工工具のなかでも応力が
小さいガイドロール等の分野において次第に利用
され始めているにすぎず、圧延用ロールに用いる
といつた発想は不明瞭な形でしか示されていな
い。 即ち、特開昭53−78216号に熱間加工治具とし
ての圧延ロールの記載はあるが、その使用条件に
ついては何ら明らかにされておらず、またその効
果についての記載も何らなされていない。 本発明者らは、永年にわたりセラミツク材料を
熱間圧延加工工具材料として使用する可能性を検
討した結果、この発明に到達したものである。 即ち、この発明は窒化珪素系セラミツクスであ
つて、特にその空孔が10％以下であり、かつホツ
トプレスまたは常圧焼結法によつて得た焼結体よ
りなる新しい鉄および鉄合金線材用熱間圧延加工
工具に関するものである。 窒化珪素といえどもセラミツク材料の１種であ
り、前記したようなセラミツク材料としての弱点
は有しているが、逆に耐摩耗性の面では前記金属
材料よりもすぐれており、特に高温での耐摩耗性
においては、それらの10〜100倍もの値に達する
のである。従つて塑性加工工具のなかでも特に高
温で使用される熱間圧延ロール等の分野において
その効果は大きく発揮されるのである。 従来治工具に対する一般的な概念としては、短
時間の使用で寿命に達するため、それに合わせて
工程および設備設計がなされて来たのである。 しかしながら、この発明の熱間圧延加工工具に
よつて従来の工具より10〜100倍の寿命延長がは
かれることとなり、これらの治工具も設備の１部
と見做されるようになり、例えば設備自体の定期
的な補修項目に加えるなどの発想が可能となり、
その間に治工具自体の取替えのために設備休止し
なければならない等の非生産的な事態が全くなく
なるのである。 その結果、設備の稼働率の向上のみならず、工
程塗中で発生するストツク類の減少、治工具の多
数の手持ちなどの処置も不要となり、その効果は
非常に大きいのである。 即ち、この発明の鉄および鉄合金線材用熱間圧
延加工工具は、Si3N4の50重量％以上にMgO、
Al2O3、ZrO2、TiO2、Nb2O5、SiO2、BeO、
Ta2O3、CeO2、Y2O3、HfO2、Mg3N2、AlN、
ZrN、NbN、TiN、TaN、YN、Be3N2、
Mo2C、SiC、WC、Alなどの酸化物、窒化物、
炭化物あるいは金属の単体の１種または２種以上
を0.1〜50重量％含有せしめ、空孔が10％以下で
あるSi3N4焼結体よりなることを特徴とするもの
である。 以下、この発明を詳細に説明すると、まず溶着
現象が極限まで小さい物質で工具を構成すること
が肝要である。しかして金属に対して溶着性の低
いのはセラミツクである。 なかでも最も一般的なアルミナ系セラミツク
は、強度が低く応力が高くて衝撃を受ける塑性加
工においては信頼性に問題があつて使用に耐える
ことができないのである。 また、アルミナの耐熱衝撃性について種々の材
質改良がなされているが、未だ充分とは言えず
200℃〜300℃の耐熱衝撃性に止まるにすぎないの
である。 そこで各種セラミツク工具にてテストを試みた
ところSi3N4を主体とするセラミツクならば鉄お
よび鉄合金線材用の熱間圧延加工工具として、従
来から用いられている超硬合金やダイス鋼よりも
すぐれた性能を示すことを見出したのである。 そして圧延条件としては、線速が２ｍ／sec以
上でなければSi3N4とFeとの反応の発生などか
ら、寿命の延長が不可能であり、実用的でないこ
とが明らかとなつた。 この圧延条件の規定によつて、はじめて鉄およ
び鉄基合金の線材圧延にSi3N4が適用可能となつ
たものである。 この発明において主材料として用いるSi3N4の
製造法については、Si金属粉の成型体を窒化する
反応焼結法あるいはSi3N4に添加剤を加えたの
ち、常圧焼結する方法やホツトプレスする方法な
どが知られている。 ところが前者の反応焼結法では空孔が10％以上
残り、この発明の目的には不適当である。 しかして、この発明において添加剤の量を0.1
〜50重量％とするのは、0.1重量％以下では強度
が不足し、充分な密度の焼結体が得られず、また
50重量％以上ではSi3N4の特徴が失われるためで
ある。 またSi3N4に対して加える添加剤は、前述した
通りであるが、それらの中でも (1) Al2O3、MgO、Mg3N2、BeO、Be3N2、
CaO、Ca3N2、FeO、WCあるいはMo2Cのう
ちの１種または２種以上を0.1〜20重量％含有
したSi3N4焼結体は1000℃以下で使用する熱間
圧延加工工具に、また (2) Al2O3、AlN、Alを0.1〜25重量％およびCe、
ＹなどのB族元素の酸化物、炭化物、窒化物、
硼化物、珪化物を0.1〜25重量％含有したSi3N4
焼結体は、1200℃以下の領域で使用する熱間圧
延加工工具として、 適している。 一般に熱間圧延加工工具は衝撃や熱的な衝撃が
加わるために、これらに耐える特性が必要である
が、このためにはまず空孔を10％以下にコントロ
ールすることが必要である。 なお、これまでの説明は主として圧延ロールに
ついて説明したが、ロール入口に使用されるガイ
ド類についても同様の効果を得ることはいうまで
もない。 以下この発明を実施例により詳細に説明する。 実施例 １ 市販のSi3N4に対して第１表に示す割合で種々
の助剤を配合し、ボールミルにて充分混合した
後、1t／cm2の圧力にて型押し成形後、窒素圧力１
気圧下1800℃で１時間の焼結によつて鉄鋼用圧延
用ロールを作成した。 この場合ブロツクミルの最終段のロールであ
り、加工率は18％、圧延速度は25ｍ／sec、温度
は約850℃であつた。 夫々のロールの寿命に至る処理量および寿命原
因は第１表に示した。
【表】
実施例 ２
実施例１にて作成した第１表に示す80Si3N4−
10Al2O3−10Y2O3組成の圧延ロールを従来の超硬
合金製ロールとともに種々の線速での圧延に供し
たところ第２表の結果を得た。 この第２表からSi3N4製の本発明の圧延ロール
に比べ超硬合金製の従来のロールの寿命は線速に
よつて変化し、線速２ｍ／sec以上で寿命の逆転
がおこり、本発明のロールのすぐれていることが
実証された。
10Al2O3−10Y2O3組成の圧延ロールを従来の超硬
合金製ロールとともに種々の線速での圧延に供し
たところ第２表の結果を得た。 この第２表からSi3N4製の本発明の圧延ロール
に比べ超硬合金製の従来のロールの寿命は線速に
よつて変化し、線速２ｍ／sec以上で寿命の逆転
がおこり、本発明のロールのすぐれていることが
実証された。
【表】
実施例 ３
市販のSi3N480重量％、SiC10重量％、Y2O35
重量％、MgO5重量％を混合し、実施例１と同様
の方法でスチール用ガイドローラを作製した。こ
の時の焼結温度は1700℃であつた。 得られた本実施例のガイドローラを市販の超硬
合金製およびアルミナセラミツク製のガイドロー
ラと使用寿命の比較テストを行なつたところ第３
表の結果を得、本実施例のガイドローラが非常に
すぐれていることが実証された。 なお線材は15ｍ／secの速度で、温度は900℃で
あつた。
重量％、MgO5重量％を混合し、実施例１と同様
の方法でスチール用ガイドローラを作製した。こ
の時の焼結温度は1700℃であつた。 得られた本実施例のガイドローラを市販の超硬
合金製およびアルミナセラミツク製のガイドロー
ラと使用寿命の比較テストを行なつたところ第３
表の結果を得、本実施例のガイドローラが非常に
すぐれていることが実証された。 なお線材は15ｍ／secの速度で、温度は900℃で
あつた。
Claims (1)
- １ MgO、Al2O3、ZrO2、TiO2、Nb2O5、SiO2、
BeO、Ta2O3、CeO2、Y2O3、HfO2、Mg3N2、
AlN、ZrN、NbN、TiN、TaN、YN、Be3N2、
Mo2C、SiC、WC、Alの中から選ばれた１種ま
たは２種以上の組成物を２〜50重量％含有し、残
部がSi3N4であり、空孔が10％以下であるSi3N4
焼結体よりなることを特徴とする線速２ｍ／sec
以上で使用する鉄及び鉄合金線材用熱間圧延加工
工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57131025A JPS5921580A (ja) | 1982-07-26 | 1982-07-26 | 鉄および鉄合金用塑性加工工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57131025A JPS5921580A (ja) | 1982-07-26 | 1982-07-26 | 鉄および鉄合金用塑性加工工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5921580A JPS5921580A (ja) | 1984-02-03 |
| JPH0246541B2 true JPH0246541B2 (ja) | 1990-10-16 |
Family
ID=15048244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57131025A Granted JPS5921580A (ja) | 1982-07-26 | 1982-07-26 | 鉄および鉄合金用塑性加工工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5921580A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4756180A (en) * | 1984-09-07 | 1988-07-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of hot rolling for iron and iron alloy rods |
| JPS61219762A (ja) * | 1985-03-27 | 1986-09-30 | 住友電気工業株式会社 | 非鉄金属及び非鉄合金のダイキヤスト用セラミツク型 |
| JPS61266357A (ja) * | 1985-05-17 | 1986-11-26 | 住友電気工業株式会社 | 温・熱間鍛造用セラミツク工具 |
| US4607017A (en) * | 1985-06-20 | 1986-08-19 | Gte Products Corporation | Silicon nitride based cutting tool |
| JPS62153169A (ja) * | 1985-12-25 | 1987-07-08 | 株式会社東芝 | 窒化ケイ素セラミツクス焼結体 |
| JP6424711B2 (ja) * | 2014-03-31 | 2018-11-21 | 日立金属株式会社 | セラミックロール及びその製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5231910A (en) * | 1975-09-08 | 1977-03-10 | Toshiba Corp | Cutting tool |
| JPS53102321A (en) * | 1977-01-03 | 1978-09-06 | Gen Electric | Silicon nitride sintered articles and manufacture thereof |
| JPS5717466A (en) * | 1980-06-30 | 1982-01-29 | Sumitomo Electric Industries | Si3n4 sintered body for tool and manufacture |
-
1982
- 1982-07-26 JP JP57131025A patent/JPS5921580A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5231910A (en) * | 1975-09-08 | 1977-03-10 | Toshiba Corp | Cutting tool |
| JPS53102321A (en) * | 1977-01-03 | 1978-09-06 | Gen Electric | Silicon nitride sintered articles and manufacture thereof |
| JPS5717466A (en) * | 1980-06-30 | 1982-01-29 | Sumitomo Electric Industries | Si3n4 sintered body for tool and manufacture |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5921580A (ja) | 1984-02-03 |
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