JPH03126838A

JPH03126838A - 複合ロール

Info

Publication number: JPH03126838A
Application number: JP26345189A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hashimoto; 隆橋本; Akitoshi Okabayashi; 昭利岡林; Hiroaki Katayama; 片山　博彰; Takeru Morikawa; 長森川; Takashi Shikata; 志方　敬
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1989-10-09
Filing date: 1989-10-09
Publication date: 1991-05-30

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、主として熱間圧延に供される圧延用複合ロー
ルに関する。

（従来の技術）熱間圧延用ロール、特にホットストリップミル仕上前段
のワークロールには、靭性の良好なねずみ鋳鉄やダクタ
イル鋳鉄等で形成された軸部と、耐摩耗性の良好な高ク
ロム鋳鉄材で形成された圧延使用層たる外層とが、通常
、遠心力鋳造法によって鋳造されると共に溶着一体化さ
れた複合ロールが用いられている。しかし、近年、圧延
条件の苛酷化に伴い、ロール外層の耐摩耗性及びロール
軸部の強靭性を更に向上することが必要とされている。

すなわち、ロール軸部においては、６型式圧延機、ペア
ークロスξル、ワークロールシフトミル等で、被圧延材
（板材）の断面形状や寸法精度を制御するために、圧延
の際にロールに大きなペンディング力を作用させて、ロ
ールを強制的に変形させる操作が行なわれている。この
ため、ロールのネック部に大きな曲げ応力やスラスト応
力が作用するので、ネック部にクランクが発生し易い欠
点があり、ネック部の折損に至る場合もある。そこで、
ロール軸部を鋳鋼や鍛鋼等の強靭性により優れた鋼材で
形成することが検討されている。

この場合、軸部材の強靭性を確保しつつ外層材と溶着一
体化された複合ロールの好適な製造方法として、特公昭
４４−４９０３号公報に開示された連続肉盛溶接法があ
る。同法は、第４図に示したように、図中の矢印方向に
冷却水が流れる円環状の水冷型１６と、黒鉛系耐火材で
円環状に形威された緩衝型１５と、高周波透導加熱用コ
イル２１を内蔵し、耐火材で円環状に形威された加熱型
１３とを同心状に連設して、円筒状の鋳型１２を構成す
る。尚、該鋳型１２の内径は、外層の形成厚さ分だけ軸
部材１１より大径とされている。そして、軸部材１１を
前記鋳型１２に対して同心状に挿入し、鋳型１２と軸部
材１１との隙間に外層材質の溶湯１８を連続的に注入す
ると共に軸部材１１を連続的に下降させ、緩衝型１５及
び水冷型１Ｇによって溶湯１８を凝固させて、軸部材１
１の外周面に外層１７を連続肉盛溶接して複合ロールを
製造する方法である。図中２０は溶湯注入初期に溶湯の
流出を防止するために軸部材１１外周面に曲設された鋼
製の受は板、１９は溶湯の酸化防止及び保温のために溶
湯表面を覆うフラックス、１４は高周波透導加熱用コイ
ル２１の透導加熱が緩衝型に及ぶのを遮断するための鋼
板、２２は前記コイルの冷却水の通水路である。

上述の連続肉盛溶接法を採用することにより、外層と軸
部材との健全な溶着部が得られ、しかも溶着に際して軸
部材の靭性を損うこともないので、ロール軸部の強靭性
が向上し、ロールネック部におけるクラックや折損の発
生が抑制されるようになった。

（発明が解決しようとする課Ｂ）しかしながら、複合ロールの外層の耐摩耗性については
下記の問題がある。

すなわち、ロールの外層を形威する高クロムロール材は
、通常、Ｃ：　２．０〜３．２ｗｔ％、Ｃｒ：１０〜３
０−ｔ％を含み、組織中に高硬度のＭ、Ｃ，型のクロム
カーバイドが多量に生成したものであり、良好な耐摩耗
性と耐肌荒性を有している。しかし、上記の様に炭素含
有量が高く、基地組織中の炭素量も高いため基地組織が
比較的脆く、欠は落ちが生じ易い欠点がある。該欠は落
ちは、圧延中にロール表面から幅および長さが散開、深
さが約ＩＩＩＩＩ１１程度の小片が剥離するものである
。この様な欠は落ちが起ると、前記剥離部分が被圧延材
（鋼板）表面に一定間隔の凸部として転写され、次のロ
ールで圧下されて鋼板の表面性状を悪くするばかりでな
く、コイリング時や鋼板加工時に、前記凸部圧延部が割
れ発生の起点となり、不良品発生の原因となる。

また、ロールの寿命を著しく損なう結果となる。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、強靭性
に優れた軸部の外周面に優れた耐摩耗性を有する外層を
備えた複合ロールを提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明は、円筒状の鋳型と該
鋳型に対して同心状に挿入され連続降下する強靭性を有
する鋼材で形成された軸部材との隙間に、外層材質の溶
湯を連続的に注入すると共に凝固して、軸部材の外周面
に外層を溶着一体化して形威した複合ロールにおいて、前記外層は化学組成が重量％でＣ：１．５〜２．５％、　　Ｍｏ：１〜１０％Ｓｉ　ｊ
　　０．２〜１．０％、　　ｖ：３〜１０％Ｍｎ：１．
５％以下　、　　Ｃｏａｌ〜１０％Ｃｒ：　　３〜８％
。

残部Ｐｅ及び不純物からなる外層材で形威されているこ
とを発明の構成とする。また、軸部材を引張り強さ５５
ｋｇ／ｍｍ”以上及び伸び１．０％以上を有する鋼材で
形威するのがよい。

（作　用）本発明の複合ロールの外層材の化学組成は以下の理由に
より限定される。単位は重量％である。

Ｃ：　１．５〜２．５％Ｃは、Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｖと結びついて高硬度の各種カ
ーバイドを形威し耐摩耗性を向上する。１．５％未満で
はカーバイド量が過少となり耐摩耗性が不足し、２．５
％を越えると鋳造時に溶融状態から直接品出する一次炭
化物が多く品出し靭性が低下する。

Ｓｉ　：　０．２〜１．０％Ｓｉは溶湯の脱酸のために必要な元素であり、また渦流
れを良くするので鋳造性の向上のため添加する。さらに
、焼入れ温度感受性を小さくし、ＭＯ１■特殊炭化物の
析出による二次硬化性を向上させる働きもある。一方、
１．０％を越えると材質の脆化を招来し易くなる。

旧：１．５％以下Ｍｎは溶湯の脱酸および脱硫のために添加する。

また、焼入れ性を向上させ、耐摩耗性を向上するが、１
゜５％を越えるとオーステナイト結晶粒が粗大化し焼入
れ時の割れの原因となるので好ましくない。

Ｃｒ：３〜８％Ｃｒは一部基地組織中に固溶して基地の焼入性を改善し
、耐摩耗性を向上する。また、Ｃと結合して高硬度の炭
化物を形成し、耐摩耗性をさらに向上する。３％未満で
は炭化物量が少なく耐摩耗性が劣り、８％を越えると、
炭化物量が過多となるので靭性が低下する。

Ｍｏ：１〜１０％Ｍｏは基地組織の焼入性を向上すると共にＣと結合して
ＭＯ２Ｃ型の微細な炭化物を生成して耐摩耗性を向上す
る。１％未満では焼入性向上の効果が顕著に現われず、
生成炭化物量も少ないため、耐摩耗性が劣り、１０％以
上になると炭化物量が飽和するので、コスト的に不利に
なる。さらに、過飽和に溶は込んだＭｏは、基地の残留
オーステナイトを安定化し十分な硬度が得難くなる。

Ｖｌ〜１０％ ■は鋳造組織を微細緻密化して基地を強靭化する。また
、Ｃと結合して高硬度の■カーバイドを形成する。該カ
ーバイドはＭ１＃＆中に微細分数して形成されるので耐
摩耗性を向上する。本発明のＣ含有量の範囲（１，５〜
２．５％）において■の上記効果を得るには、３％以上
の添加が望考しい。一方１０％を越えるとその効果は飽
和し、材質も脆くする。

Ｃｏａｌ〜１０％Ｃｏは高温における組織の安定性を向上するために積極
的に添加される。特に本発明の材質は、耐熱性向上の点
で効果の高いＷを含まないので、これを補うためＣＯを
添加して耐熱性の向上を図っている。耐熱性向上の効果
は、１％以上の添加で顕著に現れるようになるが、１０
％を越えるとその効果は飽和するので経済的でない。

本発明のロール材は以上の収骨のほか残部実質的にＦｅ
で形成される。尚、Ｐ、Ｓはいずれも材質を脆くするの
で少ない程望ましい。Ｐ　：　０．０５％未満、Ｓ　：
　０．０５％未満に止めておくのがよい。

上述の外層材は、Ｃ含有量を低く抑えながら、基地組織
の焼入性を改善すると共に高硬度の炭化物を形成するＭ
Ｏ％　Ｃｒ、　Ｖなどを積極的に添加した耐摩耗性に優
れた高合金鋳造材である。

従って、本外層材は、従来の高クロムロール材に比べて
Ｃ含有量が低いが、従来のロール材がＣｒカーバイド主
体の組織であるのに対し、本外層材はＣｒ、　Ｍｏ、　
Ｖによって、高硬度の各種形態の複炭化物を基地組織中
に生成させることにより、耐摩耗性を向上させている。

一方、上記基地組織も、Ｃ含有量が低いため、靭性が向
上し、前記複炭化物の生成と相まって、既述の組織の欠
は落ちの発生が防止され、この結果ロール寿命を著しく
向上させることができる。

また、複合ロールの軸部材として、引張り強さ５５ｋｇ
／ｍｍ”以上及び伸び１．０％以上を有する鋼材を用い
れば、ロールネック部のクラックの発生や折損を確実に
防止することができる。

（実施例）本発明の実施例について以下に説明する。

第１図は本発明の実施例に係る複合ロールを示したもの
で、強靭性に優れた鋼材で形成された軸部２の外周面に
、既述の化学組成を有する耐摩耗性に優れた外層材で形
成された外層３が溶着一体化されて、複合ロール１が形
成されている。

前記軸部２は、既述の通り、引張り強さ５５ｋｇ／ｍｍ
”以上及び伸び１．０％以上を有する鋼材で形成される
。前記銅材としては、例えば、鋳銅や鍛銅、あるいは機
械構造用炭素鋼材、Ｃｒ−Ｍｏ鋼材、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ
鋼材等の高強度の構造用鋼材等を掲げることができる。

上記の軸部２の外周面に外層３を溶着一体化するには、
連続肉盛溶接法によるのが好ましい。同法によれば、既
述の通り、軸部材の強靭性を確保しつつ外層を軸部２の
外周面に鋳造成形すると共に両者を溶着一体化できるか
らである。

前記複合ロールは溶着形成された後、通常、以下の熱処
理が施される。まず、１１００°Ｃ以上の高温に加熱保
持した後に焼入処理を行い、粗大で強度の低いオーステ
ナイト組織を、微細で強靭な基地組織（マルテンサイト
やベイナイト）に変態させる。更に、前記基地組織から
の特殊炭化物の析出による二次硬化、及び、残留オース
テナイトの分解のための焼もどし処理を行なう。上記熱
処理を施すことによって、ロール外層に所定の硬度を付
与することができる。尚、本発明の複合ロールの外層材
の場合には、Ｃｏ含有量が高いので、通常、焼入処理は
強制空冷によって行なわれる。

尚、本発明の複合ロールは、熱間圧延用ロールのみなら
ず、冷間圧延用ロールやホットスキンバスロール等の他
、圧延付帯設備におけるローラにも適用可能である。

以下に、本発明の複合ロールの具体的製造実施例につい
て説明する。

■　引張り強さ１０５ｋｇ／ｌｌ１ｍ”　、伸び１３％
を有する、ＪＩＳ　ＳＣＭ４４０材質の鋼材を機械加工
して、直径３００閣φ、長さ３０００Ｉ［ｌｌ１１の軸
部材を準備した。また、前記軸部材には、厚さ３０ｍ、
外径４００ｍｍφ、内径３００ｍφの鋼製の受は板を、
軸部材の軸方向の一端より嵌入して、線端から８００胴
の位置に、軸方向と垂直となる様に溶接により固定した
。

■　第４図に示した連続肉盛溶接用の円筒状の鋳型を準
備した。該鋳型の内径は４００ｍｍφとした。

■　ので得た軸部材を、受は板が下側となる様に直立さ
せ、■の鋳型に対し同心状に挿入し、下端を昇降自在に
支持した。

■　軸部材を、昇降させると共に■の鋳型の加熱型に内
蔵された高周波透導加熱用コイルによって６００℃に予
熱後、受は板が加熱型の下端側開口部を塞ぐ位置に停止
させた。

■　軸部材と加熱型との隙間に第１表に示す化学組成の
外層材質溶湯を注入し、溶湯表面をフラックスでカバー
した。このとき溶湯温度は１４８０°Ｃであった。尚、
注入した溶湯が加熱型内で凝固しないように、高周波透
導加熱用コイルによって加熱及び撹拌した。

第１表 ■　溶湯注入後、直ちに、軸部材を３０　Ｉｎｓ　／分
の速度で鋳型内を降下させ、溶湯を緩衝型及び水冷型で
凝固して、外層を肉盛酸形すると共に軸部外周面と溶着
一体化した。

一方、軸部材の降下と同時に加熱型内の溶湯面も下降す
るので、溶湯を連続的に注入して、溶湯面を加熱型の一
定位置に保持した。

■　所定量の溶湯注入後、溶湯の注入を停止し、軸部材
を鋳型の下方に抜き出して、軸部材外周面に外層が形成
されたロール素材を得た。

該ロール素材を超音波探傷試験に供したところ、軸部材
外周面と外層とは全面にわたって溶着していることが確
認された。前記溶着部分の金属組織写真を第２図に示し
た。写真の左側が外層で右側が軸部材であり、外層と軸
部材との境界部分において両者が冶金的に一体化してい
るのが認められる。

■　■のロール素材を機械加工した後、１１５０℃で１
時間保持後、５００″Ｃまで強制空冷により焼入れし、
該温度で１０時間保持することにより、ベイナイト変態
させた後、常温まで冷却した。さらに、５３０℃で５時
間保持して歪取熱処理を３回施した。

■　仕上加工後、胴径３８０ｍｍφ、胴長１０００ａａ
、軸部外径２８Ｌ全長２２００＋＋ｍ＋の製品複合ロー
ルを得た。製品の外層の硬度を測定したところ、Ｈｓ７
８〜８１を得た。

一方、製品の軸部は引張り強さが８５ｋｇ／ｍｎ＋２、
伸びが８％で、従来のダクタイル鋳鉄材で形成された軸
部に対して、引張り強さは約１，５〜２倍、伸びは約６
〜８倍であり、優れた強靭性を備えていることが認めら
れた。

［相］　■で得た複合ロールの外層から摩耗試験用のテ
ストピース４を採取し、第３図に略示する摩耗試験に供
した。試験温度２５°Ｃにおいて、前記テストピース４
に胴径１００ｎ＋ｍ、胴長さ５ｍｍのＳＳ材製ローラ５
を、６ｋｇの荷重をかけて押しつけながら１２０００ｒ
ｐａ＋で高速回転し、３０分後にテストピース４の表面
の摩耗深さを測定した。また、従来の高クロム鋳鉄材か
らもテストピースを調整して、同様の摩耗試験に供した
。

上記摩耗試験の結果、実施例の複合ロールの外層はＮｊ
グレン鋳鉄材に比べて、耐摩耗性において８〜１０倍程
度優れていることが確かめられた。

（発明の効果）本発明によれば、外層を、Ｃを低く抑えると共に基地組
織の焼入性の改善および高硬度炭化物の形成のためにＭ
ｏ、　Ｃｒ、　　Ｖを積極的に添加した高合金鋳造材で
ある外層材で形成したので、該外層はＣ含有量が低い強
靭な基地ｍ織中に、Ｍｏ、　Ｃｒ、　　Ｖなどから成る
高硬度の各種形態の複炭化物が生成した組織を有してい
る。このため外層の欠は落ちの発生が防止され、従来の
高クロム鋳鉄ロール材に比べて極めて優れた耐摩耗性を
有する。

また、軸部を、強靭性に優れた鋼材で形成したので、ロ
ールネック部のクラックの発生や折損を確実に防止する
ことができる。

従って、本発明の複合ロールは、苛酷な圧延条件下にお
いても、耐久性に優れ、使用寿命の極めて長いロールと
することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る複合ロールの軸方向に平
行な縦断面図、第２図は第１図の複合ロールの外層と軸
部との溶着部分の金属組織写真、第３図は実施例の摩耗
試験を示す説明図、第４図は連続肉盛溶接法で軸部材の
外周面に外層を形成する方法を示す説明図である。１・・・複合ロール、２・・・軸部、３・・・外層。特　許　出　願　人　　久保田鉄工株式会社代　理　人
　弁理士　　安　１）敏　雄第３図第４図第図学で１に

Claims

【特許請求の範囲】

（１）円筒状の鋳型と該鋳型に対して同心状に挿入され
連続降下する強靭性を有する鋼材で形成された軸部材と
の隙間に、外層材質の溶湯を連続的に注入すると共に凝
固して、軸部材の外周面に外層を溶着一体化して形成し
た複合ロールにおいて、前記外層は化学組成が重量％でＣ：１．５〜２．５％、Ｍｏ：１〜１０％Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｖ：３〜１０％Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｏ：１〜１０％Ｃｒ：３〜８％、残部Ｆｅ及び不純物からなる外層材で形成されているこ
とを特徴とする複合ロール。
（２）軸部材が引張り強さ５５ｋｇ／ｍｍ＾２以上及び
伸び１．０％以上を有する鋼材で形成されている請求項
（１）に記載の複合ロール。