JPH03122249A

JPH03122249A - 遠心力鋳造高クロムロール

Info

Publication number: JPH03122249A
Application number: JP26008989A
Authority: JP
Inventors: Koji Yuda; 湯田　浩二; Minoru Maeda; 稔前田; Naomichi Miyai; 宮井　直道; Hiromasa Aranaka; 新中　博昌
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1991-05-24

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、熱間圧延、冷間圧延等に用いられる遠心力鋳
造高クロムロールに関する。

［従来の技術］従来、耐肌荒性、耐庫耗性に優れた高クロム系材質（高
クロム鋳鉄、高クロム鋳鋼）を採用した熱間、又は冷間
圧延用ロールが広く採用されている。そして、それらの
高クロムロールの構成として、胴部とネック部（内層）
とを別の材質とした複合ロールが採用されていることは
良く知られている。このような複合ロールは一般に遠心
力鋳造により製造される。

［発明が解決しようとする課題］ところで、上記複合ロールにおいて、外殻にＣｒ含有量
の高い材質を採用し、軸芯材に銅系材質を採用する場合
、外殻内面のＣｒが軸芯部に溶は込み、或いは拡散し、
Ｃｒ含有量の高い軸芯材を形成したとしても、材質の強
靭性は余り劣化しないものの、軸芯材をこのように銅系
材質とする場合には、上型部の引は巣を防止するための
押湯を多くする必要があり、コストが高くなり、又、弾
性係数か大きいので熱応力や残留応力の面で不利となる
。

然るに、外郭にＣｒ含有量の高い材質を採用した上記複
合ロールにおいて、押湯減少と軸芯材の弾性係数を少な
くし、熱応力、残留応力を軽減するためには、軸芯材を
鋳鉄系材料とすることが望ましいが、この場合には、外
殻のＣｒが軸芯材に再溶解拡散した場合は、軸芯材が非
常に脆い材質となって複合化の意味がなくなる。

尚、近年、高負荷圧延に対処するため軸芯材としてダク
タイル鋳鉄を採用することが多いものの、ダクタイル鋳
鉄の強靭性が劣化することを防止するためには、軸芯材
へのＣｒの混入の抑制が特に重要である。

即ち、従来技術の複合ロールには、下記（１）（２）の
問題点がある。

（１）外層が高クロム系材質（高クロム鋳鉄、高クロム
鋳鋼）の場合、軸芯材として、近年の高負荷圧延に対処
するために銅系材質を使用すると、コストが高くなり、
又弾性係数が大きいので熱応力や残留応力の面で不利と
なる。

（２）上記（１）の問題を解消するためには、軸芯材を
鋳鉄系材料とし、鋳鉄系材料の中でも強靭性に優れるダ
クタイル鋳鉄を使用すれば良い。然し、この場合には、
外層のＣｒが軸芯材に再溶解拡散し、非常に脆い材質と
なるために複合化の意味がなくなる。

本発明は、耐肌荒性、耐摩耗性に優れた高クロム系材質
にて外殻層を形成するとともに、弾性係数が小さく、熱
応力、残留応力を軽減でき、強靭性に優れるダクタイル
鋳鉄にて軸芯材を形成することにて、高負荷圧延に対処
するに好適な複合ロールを製造するに際し、外殻層のＣ
ｒが軸芯材に再溶解拡散することによる軸芯材の脆弱化
を防止することを目的とする。

［課題を解決するための手段］請求項１に記載の本発明に係る遠心力鋳造高クロムロー
ルは、化学組成が重量％で、Ｃ：　０．８〜３．２％、
Ｓｉ　：　０．５〜１．５％、Ｍｎ　：　０．５〜１．
５％、ｐ　：　ｏ、ｏａ％以下、Ｓ　：　０．０６％以
下、Ｎｉ　：　１．０〜２．０％、Ｃｒ：９〜２３％、
Ｍｏ　：　１．０〜３．５％、残部実質的にＦｅで形成
される高クロム系材質の外殻層と、化学組成が重量％で
、Ｃ：　２．８〜３．８％、Ｓｉ　：　２．０〜３．０
％、Ｍｎ　：　０．３〜１．０％、Ｐ　：　０．１％以
下、Ｓ　：　０．０４％以下、Ｎｉ　：　０．３〜２．
０％、（：ｒ　：　１．５％以下、Ｍｏ　：　１０％以
下、Ｍｇ　：　０．０２〜０．１％、残部実質的にＦｅ
からなる軸芯材との間に、化学組成が重量％で、Ｃ：　
１．０〜２．０％、Ｓｉ　：　１．６〜２．４％、Ｍｎ
　：　０．２〜１．０％、Ｐ　：　０．０５％以下、Ｓ
　：　０．０３％以下、Ｎｉ　：　０．１〜０．７％、
Ｃｒ：３〜１０％、Ｍｏ　：　０．１〜０．８％以下、
残部実質的にＦｅからなる黒鉛鋼の中間層が冶金的に一
体的に結合されるようにしたものである。

請求項２に記載の本発明に係る遠心力鋳造高クロムロー
ルは、前記中間層を構成する溶湯のＣｒ含有量は１．０
％未満であり、該中間層の凝固後のＣｒ含有量は上記溶
湯のＣｒ含有量と外殻層から再溶解拡散されて入ってく
る０１％との合計で３〜１０％となるようにしたもので
ある。

［作用］本発明によれば、高クロム系材質からなる外殻層と、ダ
クタイル鋳鉄からなる軸芯材との間に、中間層を設けて
それらを一体的に結合した３層複合ロールを構成するも
のであるから、外殻層のＣｒは中間層には再溶解拡散さ
れるものの、内層までには再溶解拡散されない、ここで
、中間層の鋳込前の溶湯でのＣｒ含有量は、　１．０％
未満とし、該中間層の凝固後のＣｒ含有量は上記溶湯の
Ｃｒ含有量と外殻層から再溶解拡散されて入ってくる０
１％との合計で結果的にＣｒ含有量が３〜１０％となる
ものである。

以下、本発明の高クロムロールな構成する外殻層、軸芯
材、及び中間層のそれぞれにおける成分と成分割合の限
定理由について説明する。

（Ａ）外殻層Ｃはそれ自身の量とＣｒ量との関係によって、（Ｆｅ、
　Ｃｒ）ｒｃ３型炭化炭化物Ｆｅ、　ＣｒｈＣ型炭化物
の量が決定され、耐摩耗性や機械的強度に直接影響を及
ぼす、Ｃ含有量が０．８％未満では炭化物の量か少なく
耐摩耗性が減少し、３．２％を越えて含有されると炭化
物の量が多くなり過ぎ、機械的強度が劣化する。よって
、Ｃ含有量は、０．８〜３．２％とする。

Ｓｉは、溶湯の脱酸のためのものであり、０．５％未満
ではその効果がなく、１．５％を越えて含有されると機
械的性質の劣化をきたす、よってＳｉ含有量は０．５〜
１．５％とする。

Ｍｎは、Ｓｉの脱酸の補助として、その含有量は少なく
とも　０．５％なければならず、０．５％未満では脱酸
の効果がなく、又１．５％を越えて含有されると機械的
性質、特に靭性の点で劣化が著しくなる。よって、Ｍｎ
含有量は０．５〜１．５％とする。

Ｐは、溶湯の流動性を増加させるが、材質を脆弱にする
ため、０．０８％以下とする。

Ｓは、ロール製造上の必要元素ではなくて不純物として
取り扱う。従って、０．０６％以下とする。

Ｎｉは、焼入性を向上させるため、硬度調整剤として含
有させるもので、含有量が１．０％未満では効果がなく
、２．０％を越えて含有されると残留オーステナイトが
増加して、硬度が上がりにくかったり、又肌荒れし易い
等の不利が生じる。

従って、Ｎｉ含有量は、１．０〜２．０％の範囲とする
。

Ｃｒは、強靭性と耐摩耗性を向上させるためのものであ
り、９％未満では（Ｆｅ、　ＣｒＬＣ型の炭化物が多く
晶出し、強靭性の劣化をきたし、２３％を越えて含有さ
れると（Ｆｅ、　ＣｒＬｓＣａ型の炭化物の量か増加し
、この炭化物は（Ｆｅ、　Ｃｒ）ｔｃ＋型の炭化物に比
べて硬度が低いため耐摩耗性に劣る。よってＣｒ含有量
は９〜２３％とする。

Ｍｏは、炭化物及び基地の中に入り、各々の硬度を高め
る作用があり、　１．０％未満では効果がなく、３．５
％を越えると脆くなり、又不経済でもあるので、　１．
０〜３．５％の範囲に規定する。

（Ｂ）軸芯材軸芯材は、中間層を設けることにより、外殻層のＣｒの
混入を中間層のない場合に比して非常に低下せしめ得る
が、このＣｒの混入を完全には防止できない。従って、
このＣｒ量の上昇分である約０．５〜１．０％を考慮し
て、軸芯材の化学成分及びその成分割合を選択する必要
がある。

Ｃは、　２．８％未満では黒鉛の量が少なくなり、ダク
タイル鋳鉄としての材質特性を充分に発揮できない、一
方、３．８％を越えて含有させると脆弱となるため、２
．８〜３，８％の範囲に規定する。

Ｓｉは、２．０％未満では黒鉛の量が少なくなりセメン
タイトが多く析出するために、硬くて脆くなる。一方、
３．０％を越えると、黒鉛量が多くなり過ぎて強度の劣
化をきたすので、２．０〜３．０％の範囲に規定する。

Ｍｎは、Ｓの害を抑えるのに有効であるが、０．３％未
満ではその効果が充分ではなく、又、１．０％を越える
と、材質を劣化させるので、０．３〜１．０％の範囲に
規定する。

Ｐは、溶湯の流動性を増加させるが、材質を脆弱にする
ため、０．１％以下とする。

Ｓは、黒鉛の球状化を阻害するため低く抑える必要があ
り、０．０４％以下とする。

Ｎｉは、黒鉛化を促進させるが、０．３％未満ではその
効果が不充分であり、２．０％を越えて含有されても顕
著な効果がない、よって０，３〜２．０％の範囲に規定
する。

Ｃｒは、外殻層が高クロム系材質なので、中間層が設け
られていても、Ｃｒのある程度の軸芯材への混入は避け
られず低い程望ましいが、Ｓｉとのバランスからその含
有量は１．５％未満とするのが良く、１．５％を越えて
含有させるとセメンタイト量が多くなり、材質強度が劣
化する。よってＣｒ含有量は　１．５％以下とする。

Ｍｏは、基地硬度を高める効果を有するが、１．０％を
越えると脆くなり、又不経済でもあるので、１．０％以
下とする。

Ｍｇは、黒鉛の球状化のために必要な元素であるが、そ
の含有量が０．０２％未満ではその効果がなく、又０．
１％を越えるとＭｇドロス等により鋳造欠陥を発生し易
くなるので、０．０２％〜０．１％とする。

（Ｃ）中間層中間層は、外殻層のＣｒが軸芯材にまで拡散し、軸芯材
かＣｒにより強靭性が劣化するのを防止するのがその機
能である。

Ｃは、黒鉛鋼材質の場合、基地中に溶は込んで強度を確
保するとともに、一部グラファイトとなって、収縮巣や
ガス欠陥の発生を抑止する作用がある。Ｃ含有量が１．
０未満ではその効果が不充分てあり、一方、２．０％を
越えると、Ｃは炭化物生成元素でもあるために炭化物が
多くなり強靭性が劣化する。よって、Ｃは１．０〜２．
０％と規定する。

Ｓｉは、グラファイトを晶出させる効果があるが、　１
．６％未満ではその効果が期待できず、２．４％を越え
ると、フェライト中に溶は込んだＳｉが材質強度を劣化
させるので、１．６〜２．４％の範囲とする。

Ｍｎは、材質強度を向上させる効果があるが、多過ぎた
場合の粒界への偏析が靭性を劣化させることを考慮して
、０．２〜１．０％の範囲とする。

Ｐは、溶湯の流動性を増加させるが、材質を脆弱にする
ため低い程、好ましく　０．０５％以下とする。

Ｓは、Ｐと同様に材質を脆弱にするため、その含有量は
低い程、良＜　０．０３％以下とする。

Ｎｉは、強度及び靭性の確保に有効であるが、０．１％
未満では効果が薄く、０．７％を越えるとコストアップ
になるため、必要かつ十分な０．１〜０．７％とした。

Ｃｒは、中間層を設ける意義からは低い方が望ましく、
そのため、鋳込前の溶湯でのＣｒ含有量は１．０％未満
とし、外殻層から再溶解拡散されて入ってくるＣｒ％と
の合計で、結果的に３〜１０％となるものである。

Ｍｏは、Ｎｉと同様に強靭性確保の点で重要な元素であ
るが、０．１％未満ではその効果がなく、反面０．８％
を越えても、添加量の割には効果が得られないので、経
済性を考慮して０．１〜０．８％とする。

又、脱酸剤としてＡβ、Ｔｉ％Ｚｒ等を０．１％以下使
用することもできる。

［実施例コ本発明に係る高クロムロールは、前記詳述した構成を有
しているものであり、この高クロムロールの製造法につ
いて第１図（ａ）（ｂ）に示す例によって説明する。

先ず、遠心力鋳造機の上で回転し、内面に耐火材を被覆
した金属製鋳型の中に、外殻層１を形成すべき溶湯な鋳
込んだ後、その外殻層１の内面が未凝固の間に中間層２
を鋳込む、この両者、即ち、外殻層１、及び中間層２が
完全に凝固後鋳型を垂直に立てて、上部から軸芯材３を
鋳込み、この外殻層１、中間Ｎ２、及び軸芯材３を完全
に冶金学的に結合させて一体のロールとする。尚、外殻
層１と中間層２の両者が完全に凝固し終らなくても、内
面の一部か未凝固の状態でそれらを水平又は傾斜した適
当な方法により軸芯材３を鋳込んでも良い。

（実験例）製品胴径φ８２０＋ａｍ　、胴長２０００ｍｍ、全長４
８００ｍ＋ｎの高クロムロールを製造した。

（１）外殻層として肉厚１００ｍｍの高クロム溶湯な遠
心力鋳造機上で回転する金型に１３９０°Ｃの鋳込温度
で鋳込んだ。

（２）外殻層を鋳込み始めてから２２分後に中間層溶湯
として肉厚４０ｍｍを回転鋳型中に１４７０°Ｃて鋳込
んだ。

（３）外殻層を鋳込み始めてから４０分後に外殻層及び
中間層は完全に凝固する。

（４）その後、鋳型を垂直に立て上部から軸芯材として
のダクタイル錆鉄を１４１０℃て鋳込み、鋳型を完全に
満たし、押湯し、保温材でカバーする。

（５）完全に冷却後ロールを鋳型から取り出し、熱処理
及び機械加工を行なって、最終製品のロールとした。

ロール胴部の超音波探傷と切断調査の結果、外殻層の厚
さは中間層の鋳込みにより７０＋ｎｍとなっており、中
間層の厚さは、２５〜３０ｍｍでＣｒ含有量は、４．０
％〜６．０％であった。そして、外殻層、中間層、及び
軸芯材は互いに完全に結合しており組織的な連続性が認
められた。

外殻層、中間層及び軸芯材の溶湯段階での化学組成は表
１の通りである。

尚、上記表１の組成で鋳込まれたロールの外層、中間層
、及び軸芯部の凝固後の化学組成は表２の如くである。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、耐肌荒性、耐摩耗性に優
れた高クロム系材質にて外殻層を形成するとともに、弾
性係数が小さく、熱応力、残留応力を軽減でき、強靭性
に優れるダクタイル鋳鉄にて軸芯材を形成することにて
、高負荷圧延に対処するに好適な複合ロールを製造する
に際し、外殻層のＣｒが軸芯材に再溶解拡散することに
よる軸芯材の脆弱化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高クロムロールの一例を示す模式図で
ある。ｌ・・・外殻層、２・・・中間層、３・・・軸芯材。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）化学組成が重量％で、Ｃ：０．８〜３．２％、Ｓ
ｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｐ：
０．０８％以下、Ｓ：０．０６％以下、Ｎｉ：１．０〜
２．０％、Ｃｒ：９〜２３％、Ｍｏ：１．０〜３．５％
、残部実質的にＦｅで形成される高クロム系材質の外殻
層と、化学組成が重量％で、Ｃ：２．８〜３．８％、Ｓ
ｉ：２．０〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ：
０．１％以下、Ｓ：０．０４％以下、Ｎｉ：０．３〜２
．０％、Ｃｒ：１．５％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｍ
ｇ：０．０２〜０．１％、残部実質的にＦｅからなる軸
芯材との間に、化学組成が重量％で、Ｃ：１．０〜２．
０％、Ｓｉ：１．６〜２．４％、Ｍｎ：０．２〜１．０
％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：
０．１〜０．７％、Ｃｒ：３〜１０％、Ｍｏ：０．１〜
０．８％以下、残部実質的にＦｅからなる黒鉛鋼の中間
層が冶金的に一体的に結合されていることを特徴とする
遠心力鋳造高クロムロール。
（２）前記中間層を構成する溶湯のＣｒ含有量は１．０
％未満であり、該中間層の凝固後のＣｒ含有量は上記溶
湯のＣｒ含有量と外殼層から再溶解拡散されて入ってく
るＣｒ％との合計で３〜１０％となる請求項１記載の遠
心力鋳造高クロムロール。