JPH0313542A

JPH0313542A - 耐摩耗性に優れた黒鉛晶出高モリブデン鋳鉄材

Info

Publication number: JPH0313542A
Application number: JP14767189A
Authority: JP
Inventors: Noburou Maeie; 前家　信朗; Takashi Hashimoto; 隆橋本; Hiroaki Katayama; 片山　博彰; Takeru Morikawa; 長森川
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1989-06-08
Filing date: 1989-06-08
Publication date: 1991-01-22

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）本発明は優れた耐焼付性と耐摩耗性とを兼備した鋳鉄材
に関し、主として熱間圧延用ロール材として使用される
。

（従来の技術）高クロム鋳鉄ロール材は、冶金学的にはその基地組織中
に微細な高硬度炭化物を含んでおり、耐摩耗性に優れる
のが特長である。かかる高クロムロール材によって圧延
用ロールの外層（圧延使用層）が形成された複合ロール
は、熱間圧延用ロール特にホットストリップミル仕上列
前段ワークロールとして用いられている。

しかし、高クロムロール材は熱伝導性に劣り、耐焼付性
に難があった。

そこで、本発明者は、特公昭６１−１６４１５号におい
て開示した通り、高クロムロール材として組織中に黒鉛
を晶出せしめたロール材を提案した。このロール材は、
耐摩耗性と耐焼付性とを兼備しており、圧延性能の向上
に寄与することができた。

（発明が解決しようとする課題）上記黒鉛が晶出した高クロムロール材は、耐摩耗性と耐
焼付性のみならず、強靭性も有しておりロール材として
好適なものであるが、耐摩耗性の点で改善の余地があり
、耐摩耗性の向上が要望されている。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、耐焼付性
を損うことなく、優れた耐摩耗性を有する黒鉛晶出鋳鉄
材を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するためになされた本発明の黒鉛晶出鋳
鉄材は、化学組成が重量％で、Ｃ：２．０〜３．５％、
Ｎｉ：２．０〜１２．０％Ｓｉ　：　　１．６〜３．５
％、Ｃｒ　：　０．１〜５．０％Ｍｎ：１．５％以下、
　Ｍｏ　：　　２．０〜１６．０％残部実質的にＦｅで
形成され、組織中に黒鉛が晶出していることを発明の構
成とするものである。

この際、上記合金組成において、Ｎｉ　：　２．０〜１
２．０％に代えて、Ｎｉ　：　１０．０％以下、Ｃｕ　：　０．５〜５．０
％Ｎｉ　＋Ｃｕ　：　　２．０〜１２．０％としてもよ
い。

（作　用）本発明の黒鉛晶出高モリブデン鋳鉄材の化学組成（単位
重量％）は以下の理由により限定される。

Ｃ：２．０〜３．５％、ＣはＭｏと結合してＭｏ炭化物を形成し、また後述のＳ
ｉ、　Ｎｉの黒鉛化促進元素の働きによって微細な黒鉛
となって晶出する。２．０％未満ではＭｏ炭化物が減少
すると共に黒鉛が晶出し難（なる。一方、３．５％を越
えると黒鉛の晶出が過多となって、耐摩耗性が劣化する
。

Ｓｉ：１．６〜３．５％Ｓｉは、白銑化元素であるＭｏを多量に含有し、また、
Ｃｒも含有する本成分系の材料に黒鉛を晶出させるため
に必要で、１．６％未満ではこの効果がほとんどなく、
３．５％を越えると黒鉛晶出が過多となり、耐摩耗性を
劣化させる。なお、Ｓｉの添加については、鋳込前のＳ
ｉ量を目標よりも低目にしておき、鋳込時に接種を行っ
て、最終製品の組成で上記範囲に入るように調整する方
が黒鉛の晶出には有利である。

Ｍｎ：　　１．５％以下ＭｎはＳの害を除くために必要であるが、１．５％を越
えると機械的性質特に靭性の劣化が著しくなる。

Ｎｉ：２．０〜１２．０％Ｎｉは基地組織の改良と共に黒鉛を晶出させるために必
要で、２％未満では黒鉛の晶出が困難となる。一方、１
２．０％を越えるとＳＬの場合と同じく、黒鉛晶出が過
多となり耐摩耗性が劣化すると共に、残留オーステナイ
トが増加して、圧延使用時の分解、膨張に起因して発生
する肌荒れが問題となる。

Ｃｒ　：　０．１〜５．０％ＣｒはＣと結合して、Ｍｏ炭化物中に入り、炭化物を強
化すると共に基地中にも一部固溶して基地の強化に寄与
する。０．１％未満では強化作用がほとんど期待できな
いが、５．０％を越えると黒鉛の晶出を阻害する。

Ｍｏ　：　　２．０〜１６．０％Ｍｏは基地中に固溶して焼戻し抵抗性を高めるため、高
温での使用時の耐摩耗性向上に有効である。

また、Ｃと結合してＭｏ炭化物を形成し、耐摩耗性を向
上させる。２．０％未満ではこれらの効果が少なく、一
方１６％を越えると黒鉛晶出を阻害する。

本発明の鋳鉄材は以上の成分のほか残部Ｆｅおよび不純
物で形成される。尚、Ｓは成分を脆くするので少ない程
望ましく、Ｓ：０．１２％以下に止めておくのがよい。

一方、Ｐも一般的に材質を脆くするので少ない程望まし
いが、摺動耐摩耗材としては、Ｐ共晶組織を出すことに
より、耐焼付性、耐摩耗性を向上させるため、０．８％
程度以下の含有が許容される。また、基地組織の改善、
炭化物の強化、微細化のために、Ｆｅの一部をＢ：１．
０％以下、Ｖ　：　１．０％以下、Ｎｂ　：　１．０％
以下に置き換えることができる。

上記合金組成において、Ｎｉ：２．０〜１２．０％とあ
るのを下記のＮｉ、　Ｃｕ含有量に置き換えてもよい。

Ｎｉ　：　１０．０％以下、Ｃｕ　：　０．５〜５．０
％ＮｉとＣｕとの含有量の合計（Ｎｉ　＋Ｃｕ）　：　
２．０〜１２．０％この組成では、Ｎｉ含有量を１０％
以下に押えたので、残留オーステナイトの増加、安定化
を抑制することができ、Ｎｔと同等の黒鉛化促進効果を
有するＣｕを添加することにより、黒鉛の晶出作用のみ
ならず、パーライト組織の強化や熱的安定化に寄与する
ことができる。この際、Ｃｕ　Ｏ，５％未満では有効な
作用を奏せず、一方５．０％を越えると金属Ｃｕが析出
し、機械的性質が劣化する。また、Ｃｕ＋Ｎｉが２．０
％未満では黒鉛の晶出が困難となり、−方１２％を越え
ると黒鉛晶出が過多となり、耐摩耗性が劣化する。

本発明の黒鉛晶出高モリブデン鋳鉄材は、Ｍｏによる炭
化物の生成と焼戻し抵抗性の向上、ＣｒによるＭｏ炭化
物の強化、Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｍｏによる基地の強化によ
り優れた耐摩耗性が具備したものとなり、またＳｉ、　
Ｎｉによる黒鉛の晶出により耐焼付性が確保されている
ので、圧延用複合ロールの圧延使用層たる外層材として
好適である。また、基地の強化により靭性にも優れるた
め、耐折損性も良好で単体ロール材質としても使用する
ことができる。また、ロール材のほか、耐摩耗性と耐焼
付性とが同時に要求される機械部材（例えば、金型）用
の材料としても好適である。

（実施例）以上説明した黒鉛晶出高モリブデン鋳鉄材は、主として
圧延用複合ロールの使用層である外層の鋳造材として使
用されるが、その内層（軸心）材としては、高級鋳鉄や
ダクタイル鋳鉄等の強靭性のある鋳鉄材又は黒鉛鋳鋼等
の鋳鋼材が適宜使用される。下記に好適なダクタイル鋳
鉄材の組成（ｗｔ％）例を示す。

Ｃ：３．０〜３．８％　Ｎｉ：２．Ｏ％以下Ｓｔ　：　
　１．８〜３．０％　Ｃｒ：　　１．０％以下Ｍｎ　：
　０．３〜１．０％　Ｍｏ：　　１．０％以下ｐ：ｏ、
ｔ％以下　　Ｍｇ　：　０．０２〜０．１％Ｓ：０．０
２％以下　　残部実質的にＦｅまた、前記複合ロールの
製造方法としては、遠心力鋳造法により外層を鋳造した
後、外層を内存した遠心力鋳造用鋳型を起立させて静置
鋳型を構成し、その内部に内層材溶湯を注湯し、外層と
内層とを溶着−株化する方法があり、簡便であるので一
般に適用されている。

複合ロールの鋳造に際し、外層と内層との溶着に際して
、内外層境界部の強度向上および内層強度向上のために
は、外層と内層との間に中間層を設けるとよい。中間層
は、外層の遠心力鋳造後に、その内面に中間層溶湯を引
き続いて遠心力鋳造すればよい。下記に中間層として好
適なアダマイト材の組成（ｗｔ％）例を示す。

Ｃ：　　１．０〜２．５％　Ｎｉ　：　１．５％以下Ｓ
ｔ　：　０．５〜１，５％　Ｃｒ：３％以下Ｍｎ　：　
０．５〜１．５％　Ｍｏ：２〜５％Ｐ：０．１％以下　
　残部実質的にＦｅＳ：０．１％以下尚、複合ロールには、畝上のように内層が中実状のもの
に限らず、円筒状のものをも含む。後者の複合ロール（
複合スリーブと称される場合もある。）は別途準備され
たロール軸に嵌着固定されて組立ロールとして使用され
る。円筒状複合ロールは、外層を遠心力鋳造した後、引
き続いてその内面に内層を遠心力鋳造することにより製
造される。

上記複合ロールは通常、鋳造後に４５０〜６００″Ｃで
歪とり熱処理もしくは、組織安定化熱処理がなされる。

特に、外層の残留オーステナイトを除去したい場合は前
記熱処理の代りに、オーステナイト化温度に加熱保持後
、強制空冷ないし噴霧水冷を行う焼入れ熱処理を行った
後、焼戻し熱処理をする。

本発明の黒鉛晶出高Ｍｏ鋳鉄材は畝上のように圧延用ロ
ールの圧延使用層として用いられる他、耐摩耗性、耐焼
付性、強靭性を同時に要求されるローラ材や機械部材と
して使用可能なことはもちろんであり、機械部材の具体
例としては各種金型等を例示できる。

次に具体的実施例を掲げる。

実施例Ａ（１）　　下記第１表の化学組成（ｗｔ％、残部実質的
にＦｅ）の鋳鉄材を溶製し、円筒状金型に鋳込み、鋳造
後、型ばらしして下記の熱処理を施した。

尚、試料Ｎα１〜４は実施例、Ｎα５は従来例（黒鉛晶
出高クロム鋳鉄材）を示す。

・熱処理焼入熱処理−−−−−−−４０００°ＣＸ５Ｈｒ焼戻熱
処理−−−−−−−５４０°ＣＸ１５Ｈｒ第１表（２）　　（１）の素材より試料を採取し、硬さ試験、
焼付性試験および耐摩耗性試験に供した。

■　ファレックス試験は、第１図に示すように、テスト
ピン１の一端を回転機２にシアーピン３によって固定し
、その他端を一定荷重Ｐの下で一対の■ブロック４．４
により挟み付けながらテストピース１を回転させ、回転
に要したトルクにより焼付の有無、程度を調べるもので
ある。試験条件は下記の通りであった。

テストピン寸法−・−・−φ１０　Ｘ　３５　ｆ■ブロ
ック寸法・−・−・−φ１５（材質５ＬＩ５４３０）テ
ストピン回転数・−・−−−−３０Ｏｒｐｍ負荷荷重Ｐ
　−−−−−−−−−−・３０ｋｇｆ試験環境・・−・
−・−・・・大気中無潤滑■　摩耗試験は、第２図に示
すように、テストピース１１に胴径１００ｍ、胴幅５Ｗ
のＳＳ材製ローラを押しつけながら高速回転し、テスト
ピース１１の表面の摩耗深さを測定した。試験条件は下
記の通りであった。

ローラ回転数・−・−４２０００ｒｐｒ＠負荷荷重−・
−・−・・６ｋｇｆ試験時間−・−・３０分試験温度・−−−−−−−・２５°Ｃ（３）試験結果を下記第２表に示す。同表中、Ｏは焼付
発生熱を意味する。また、摩耗量については従来例を１
として示した。

以下成葉第２表第３表第２表より、実施例（Ｎα１〜４）、従来例（階５）と
も焼付きの発生は認められなかったが、実施例は従来例
に比べて摩耗量が約９７１０であり、耐摩耗性の改善が
認められた。

実施例Ｂ黒皮胴径φ７００ｍｍ、胴長１４５０ｍｍの圧延用複合
ロールの製造実施例（１）外層材溶湯として第３表に示す黒鉛晶出高Ｍ。

鋳鉄を用い、これを遠心力鋳造機上で回転する円筒状金
型内に鋳込厚さで８０胴分鋳込んだ。

（２）外層の鋳込開始から２０分後に外層溶湯は完全に
凝固したので金型の回転を止めた。その後、外層を内存
した金型を垂直に立てて静置鋳型を構成し、上部から軸
心材として第３表に示したダクタイル鋳鉄溶湯を鋳込み
、鋳型内を完全に満たした後、上端を押湯保温材でカバ
ーした。

（３）凝固が完了し、完全に冷却した後、ロールを鋳型
から取り出して、下記熱処理を施し、機械以下次葉加工を行って製品ロールを得た。

■実施例１および３焼入れ熱処理：　１０００°ＣＸ　５１１ｒ焼戻し熱処
理：５４０°ＣＸ１５１１ｒ■実施例２および４組織安定化熱処理：５００°ＣＸ１５Ｈｒ（４）得られ
た製品の胴部を超音波探傷した結果、外層と内層は完全
に溶着−株化していた。外層は内層溶湯によって洗われ
、第４表の値になっていた。また、外層硬度、外層組織
中の黒鉛晶出ｔ（面積％）を同表に併せて示す。尚、外
層組織は黒鉛と基地、及びＭｏ炭化物から成ってい（発
明の効果）以上説明した通り、本発明の黒鉛晶出高モリブデン鋳鉄
材は、Ｍｏ：　　２．０〜１６．０％を含有する特定組
成のニッケル、クロム、モリブデン系鋳鉄で形成したの
で、多量のＭｏ炭化物の生成と基地の強化と黒鉛の晶出
とが相まって、優れた耐焼付性、耐摩耗性および靭性が
具備したものとなり、これらの緒特性が要求されるロー
ル材、ローラ材、機械部品材料として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は耐焼付性試験要領説明図、第２図は耐摩耗性試
験要領説明図を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）化学組成が重量％で、Ｃ：２．０〜３．５％、Ｎｉ：２．０〜１２．０％Ｓｉ
：１．６〜３．５％、Ｃｒ：０．１〜５．０％Ｍｎ：１
．５％以下、Ｍｏ：２．０〜１６．０％残部実質的にＦ
ｅで形成され、組織中に黒鉛が晶出していることを特徴
とする耐摩耗性に優れた黒鉛晶出高モリブデン鋳鉄材。
（２）請求項（１）のＮｉ含有量に代えて、Ｎｉ：１０
．０％以下、Ｃｕ：０．５〜５．０％Ｎｉ＋Ｃｕ：２．
０〜１２．０％を含有することを特徴とする耐摩耗性に優れた黒鉛晶出
高モリブデン鋳鉄材。