JPH031371B2

JPH031371B2 -

Info

Publication number: JPH031371B2
Application number: JP26248886A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Nakagawa; Takashi Hashimoto; Hiroaki Katayama; Takeru Morikawa; Noburo Maeie
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1986-11-04
Filing date: 1986-11-04
Publication date: 1991-01-10
Also published as: JPS63114937A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、外層と芯部とが溶着一体化された複
合ロール、特にホツトストリツプミルの粗スタン
ド用として好適な耐スリツプ性の良好な複合ロー
ルおよびその外層材に関する。（従来の技術）ホツトストリツプミルの粗スタンドに使用され
る複合ロールの外層（圧延使用層）に要求される
性質としては、耐摩耗性、耐事故性、耐肌荒性、
耐スリツプ性（噛込性）等を挙げることができる
が、近年、薄板圧延においては高品質化、省エネ
ルギー化が指向されており、叙上の性質のうち特
に耐摩耗性、耐肌荒性の向上が要望されるに及ん
でいる。従来、前記外層材としては、特殊鋳鋼、アダマ
イト材、鍜鋼焼入れ材、黒鉛鋼、球状黒鉛鋳鉄、
グレン材等が使用されている（単体ロール材とし
て使用されるものもある。）。また、最近、一部の
ミルでは、仕上スタンド前段圧延ロールとして用
いられる高クロム鋳鉄ロールをそのまま粗スタン
ドに用いている例もある。（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、アダマイト材及び前記鋼系の外
層材は硬度がHs55以下であり、耐スリツプ性は
良好であるが、耐摩耗性及び耐肌荒性に問題があ
る。また、球状黒鉛鋳鉄についてはHs50〜75が使
用されているところもあるが、耐摩耗性、耐クラ
ツク性に劣り、更にまた、グレン材については、
Hs65〜75を使用しているところがあるが、耐ク
ラツク性、耐肌荒性に問題がある。一方、仕上スタンド前段圧延ロールとして用い
られる高クロム鋳鉄ロールは、圧延材とスリツプ
し易く圧延材への噛み込みが悪いうえ、疲労クラ
ツクを発生し易いという問題がある。そこで本発明者は、特願昭60−163725号におい
て、複合ロールの外層材として上記特性の良好な
低炭素高クロム鋳鉄材を提案した。この鋳鉄材に
よつて、前記問題点の一応の解決を見たが、より
一層の耐摩耗性の向上が望まれている。本発明はかかる問題に鑑みなされたものであ
り、耐摩耗性及び耐肌荒性に優れ、更に、優れた
耐スリツプ性及び耐クラツク性を兼備した圧延用
複合ロールの外層材を提供すること、並びにかか
る外層材を用いた好適な複合ロールを提供するこ
とを目的とする。（問題点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、複合ロー
ルの外層材を、重量％でＣ：0.8〜1.2％ Ni：0.5〜2.0％ Si：0.5〜1.5％ Cr：８〜16％ Mn：0.5〜1.5％ Mo：0.8〜2.5％Ｐ：0.08％以下Ｖ：2.0〜6.0％Ｓ：0.06％以下残部部Feおよび通常の不純物からなる低炭素
高クロム鋳鉄所で構成した。また、前記外層材を外層に用いた好適な複合ロ
ールとして、前記外層材によつて形成された外層
に靭性に優れた鉄系鋳造材で形成された芯部を溶
着一体化し、外層断面積Aoと芯部断面積Aiとの
比Ao／Aiを0.7以下に構成した。（作用および実施例）まず、本発明の外層材の成分限定理由について
述べる。以下、単位は重量％である。Ｃ：0.8〜1.2％Ｃは高硬度の（Fe、Cr）₇C₃型炭化物を安定に
する範囲内でCr含有量とバランスをとりつつ目
的とするカーバイド量により決定されるが、Ｃが
0.8％未満ではカーバイド量が過少となり耐摩耗
性が不足し、一方1.2％を越えるとカーバイド量
が過多となり耐スリツプ性、耐肌荒性、耐クラツ
ク性が低下する。 Si：0.5〜1.5％ Siは溶湯の脱酸のために必要な元素であり、最
低でも0.5％は含有する必要がある。しかし、Si
はオーステナイト中のＣの溶解度を下げるので過
度の含有は炭化物の生成を不十分にして硬度が得
難くなると共に、機械的性質の劣化を招来するの
で1.5％以下に押える。 Mn：0.5〜1.5％ Mnは溶湯の脱酸のため及び有害なＳの除去の
ために最低0.5％は必要である。しかし、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。Ｐ：0.08％以下Ｐはロール材質においては少ない程望ましい元
素で、材質の脆化を防止するために、0.08％以下
とする。Ｓ：0.06％以下ＳもＰと同様に少ない程望ましく、その含有量
は脆化防止のため0.06％以下にする。 Ni：0.5〜2.0％ Niは焼入性を向上させ積極的に硬度調整を計
るために含有されるもので、その含有量が0.5％
未満では充分な効果がなく、一方2.0％を越えて
含有されるとオーステナイトを安定化して残留オ
ーステナイトを増加させ、鋳造後の熱処理による
硬度調整を困難にする。 Cr：８〜16％ Crは強靭性と耐摩耗性を向上させるために含
有されるが、高硬度の（Fe，Cr）₇C₃型カーバイ
ドを得るためには、Ｃ含有量とバランスさせる必
要がある。本発明のＣ含有量では、Cr8％未満で
は前記M₇C₃型のカーバイドを十分得ることがで
きず、一方、16％を越えて含有されるとM₂₃C₆型
の炭化物量が増加する。この炭化物はM₇C₃型炭
化物に比べて硬度が低いので、充分な耐摩耗性が
得られ難くなる。 Mo：0.8〜2.5％ Moは焼戻し抵抗を高めると同時に炭化物中に
入り、炭化物硬度を高めるのに有効であるが、そ
の含有量が0.8％未満ではこのような効果が少な
く、一方2.5％を越えて含有されるとオーステナ
イトが安定化し、硬度が得難くなる。Ｖ：2.0〜6.0％Ｖは鋳造組織の微細化に効果があり、またＶ炭
化物の析出による硬度の向上が期待され、延いて
はロールの耐クラツク性、耐摩耗性、耐凹性等の
向上効果がある。2.0％未満では、組織の微細化、
Ｖ炭化物の析出が顕著でなく、硬度への寄与ひい
ては耐摩耗性向上への寄与が期待できない。一
方、６％を越えると、前記効果が飽和すると共に
外層材の靭性劣化を来たす。また芯部へのＶ混入
が過多となつて芯材の靭性をも劣化させ、ひいて
はロールの耐事故性を悪化させる。本発明に係る外層材は、以上の成分のほか残部
Feおよび通常の不純物で形成される。前記外層材は、従来の高クロム鋳鉄の場合と同
様に、複合ロールに鋳造された後、高温拡散焼
鈍、焼入れ焼戻し熱処理に供される。すなわち、高クロムステイールにおいては鋳放
しでマトリツクスはオーステナイト組織を呈して
いるが耐肌荒性、耐摩耗性の点でロール材として
は適さない。このオーステナイト組織をマルテン
サイトあるいはベイナイト組織に変態させるには
このオーステナイトをAc₁点以上の温度に保持し
て不安定化する必要がある。この際、Ac₁点以上
の温度に保持する事によつてマトリツクス中に、
Cr炭化物およびＶ炭化物が析出し、マトリツク
ス中のＣ，Cr，Ｖの濃度が下がる。このため、マトリツクスが変態し易くなり、
CCT図でPs線と交差しない臨界冷却速度以上で
冷却するとマルテンサイトあるいはベイナイト組
織が得られる。高クロム系の場合、比較的遅い冷
却でもPs線とは交差しないが250℃／Hr以上の冷
却速度は必要である。また、焼戻しは熱的に安定
な組織を得ると同時に、製品硬度とのバランスか
ら400〜600℃が適当である。また歪取り熱処理は
ロールに発生する熱応力とのバランスでロールの
残留応力を低減するため、400〜600℃が適当であ
る。以上の熱処理の結果、外層材の組織は、マトリ
ツクスと共晶カーバイドの混合組織となり、マト
リツクス組織は析出したCr、Ｖ炭化物と焼戻し
マルテンサイト及びベイナイト組織となり、硬度
はHs65〜90となる。粗スタンド用圧延ロールは、耐摩耗性、耐肌荒
性、耐スリツプ性が特に要求されるが、Hs60未
満では耐摩耗性に劣り、一方、Hs90を越えると
焼入れ組織が残るため、熱影響の大きい粗スタン
ドの使用では耐肌荒性が問題となる。また、耐ス
リツプ性は硬度よりむしろＣ含有量により左右さ
れることが本発明者により確かめられているが、
本発明の低Ｃ％では問題は生じない。本発明の外層材を用いた複合ロールの芯材とし
ては、一般的にダクタイル鋳鉄、高級鋳鉄、黒鉛
鋼等の引張強さ20Kg／mm²以上、伸び0.3％以上の
靭性に優れた鉄系鋳造材から適宜選択される。例えば、好適なダクタイル鋳鉄としては下記成
分（重量％）のものを例示できる。Ｃ：3.0〜3.8％ Ni：2.0％以下 Si：1.6〜3.0％ Cr：1.5％以下、 Mn：1.0％以下 Mo：1.0％以下Ｐ：0.1％以下 Mg：0.02〜0.1％Ｓ：0.02％以下残部実質的にFe 上記成分で、Crは内層材の材質面からは低い
程望ましいが、外層の内面の一部を溶かして軸芯
材と溶着させるにはある程度の混入拡散は回避で
きない。上記成分では、黒鉛化促進元素Siを1.6
〜3.0％含有しているので、このSi範囲では1.5％
まで許容される。1.5％を越えるとSiをより多く
含有させてもセメンタイトが過多となり、強靭性
の劣化が著しくなる。尚、他の成分限定理由を下
記に記す。Ｃ：3.0〜3.8％Ｃが3.0％未満の場合、外層から混入して来る
Crにより、材質のチル化が著しく強靭性低下に
つながり、また3.8％を越えると黒鉛化が進み、
内層材の強度不足と共にネツク硬度が低下し、ネ
ツク部が使用中に肌荒れを起こしやすくなる。 Si：1.6〜3.0％ Siが1.6％未満の場合、黒鉛化が悪くセメンタ
イトが多く析出し、内層の強度劣化につながり、
3.0％を越えると黒鉛化が促進され強度劣化を来
す。 Mn：1.0％以下 MnはＳと結合しMnSとしてＳの悪影響を除く
が、1.0％を越えると材質の劣化作用が著しい。Ｐ：0.1％以下溶湯の流動性を増加させるが、材質を脆弱にす
るため低い程望ましく、コスト面から0.1％以下
とする。Ｓ：0.02％以下Ｐと同様低い程望ましく、かつ内層材はダクタ
イル鋳鉄材であるため、黒鉛を球状化するために
は球状化阻害元素であるＳを0.02％以下にするこ
とが必要である。 Ni：2.0％以下黒鉛の安定化と強靭性の点から添加するが、
2.0％を越えても顕著な効果はなく、かつ原価的
な面から2.0％以下とする。 Mo：1.0％以下 Moは黒鉛の晶出を阻害するので望ましくない
が、実害のない範囲として1.0％以下とする。 Mg：0.02〜0.1％黒鉛球状化のためには0.02％は必要で、これ未
満では球状化不良となり、強靭なダクタイル鋳鉄
が得られない。しかし、0.1％を越えるとMgのチ
ル化作用及びドロスの点で望ましくない。また、前記ダクタイル鋳鉄の内層材を用いた場
合、外層から内層にCrが混入拡散して内層材質
が高Cr化し、強靭性が劣化するのを確実に防止
するために、下記の特定組成（重量％）の鋳鉄材
からなる中間層を両者の間に介在させることが有
効である。Ｃ：1.0〜2.5％ Ni：1.5％以下 Si：0.5〜1.5％ Cr：３〜10％以下 Mn0.5〜1.5％ Mo：1.0％以下Ｐ：0.1％以下残部実質的にFe Ｓ：0.1％以下上記中間層の成分限定理由を以下に記す。Ｃ：1.0〜2.5％Ｃは外層のCrが中間層溶湯によつて溶かされ
てこれが完全に均一混合したとすると、中間層の
Crは合計３〜10％になる。Ｃ含有量が1.0％未満
では中間層の鋳込み温度が高くなり、外層が溶か
され易くなつてCY％が更に上昇し、Crが軸芯材
に拡散するのを防止するための中間層の意味がな
くなり、また、Ｃ含有量が2.5％を越えると炭化
物が多くなり、中間層自体が靭性に欠け中間層を
設けた意味がなくなる。よつてＣは1.0〜2.5％と
する。 Si：0.5〜1.5％溶湯の脱酸のため0.5％は必要である。1.5％を
越えると脆くなり、機械的性質の劣化を招来す
る。 Mn：0.5〜1.5％ Siと同様の作用があり、かつ、MnSとなつて
Ｓの悪影響をなくすため、0.5％は必要であるが、
1.5％を越えて含有されるとその効果も飽和し、
そして、機械的性質の劣化を招来する。Ｐ：0.1％以下Ｐは溶湯の流動性を高めるが、ロール材におい
ては材質の靭性を低下させるので0.1％以下とす
る。Ｓ：0.1％以下Ｐと同様にロールの材質を脆弱にするので、実
害のない含有量として0.1％以下とする。 Ni：1.5％以下 Niは焼入性、靭性を付与するために含有させ
るのであり、積極的に添加しなくても外層から混
入して0.3％以上になるが、1.5％までの含有では
問題はなく、この効果がある。しかし、その含有
量が1.5％を越えると焼入性が良く、基地が硬く
なり過ぎて、靭性の面、また残留応力の面から望
ましくない。よつて、Ni含有量は1.5％以下とす
る。 Cr：３〜10％以下 Crは中間層を設ける意義からは低い方が望ま
しいが、中間層の鋳込前の取鍋の化学組成として
は工業的に制御し易い1.0％未満とするのがよい。
この場合、鋳込後の組成では外層から入つてくる
Crが加わつてCr含有量が３〜10％と高くなる。
10％を越えると中間層自身の材質劣化が著しくな
る。また、既述した内層材のCrを1.5％以下に押
えるためには中間層のCrは３〜10％の範囲に鋳
造条件で調整する必要がある。従つて、Cr含有
量は３〜10％とする。 Mo：1.0％以下 MoはNiと同様な作用があり、1.0％を越えて
含有されると中間層が硬くなり過ぎるので、この
含有量は1.0％以下とする。叙上の中間層を用いた場合では、外層から内層
へのCrの混入拡散を確実に防止できるほか、境
界部の脆化を有効に防止できる。すなわち、中間
層を用いないときは、境界部は外層の低Ｃ％と内
層の高Ｃ％の中間的な組成（比較的高Ｃ％、高
Cr％）となり、外層と内層の境界にカーバイド
が層状に晶出し、境界部が脆化するが、この層状
カーバイドの晶出を中間層の介在により阻止する
ことができる。ところで、本発明の外層材を外層に適用した場
合、外層のマルテンサイト変態に伴う膨張挙動に
よつて芯部に引張り残留応力が発生するが、外層
厚さが厚いと芯部の残留応力が過大となり、芯部
から破壊し、ロール折損事故に至る場合がある。そこで、本発明の第２発明に係る複合ロールに
おいては、外層断面積Aoと芯部断面積Aiとの比
Ao／Aiを0.7以下とする。0.7を越えると、マル
テンサイト変態、ベイナイト変態の膨張挙動を示
す外層部分の面積比率が大きくなるため、ロール
内部の応力バランスが崩れて芯部に作用する引張
り残留応力が過大となり破壊に至る。また、中間層を外層と芯部との間に設けた場合
は、外層からのCr、Mo、Ｖの混入によつて、中
間層も熱処理によりマルテンサイト変態やベイナ
イト変態するようになるため、外層と同様の膨張
挙動を示す。従つて、この場合は、中間層断面積
をAmとすると、（Ao＋Am）／Ai≦0.7 とする必要がある。次に前記複合ロールの鋳造方法について言及す
る。一般に、複合ロールの鋳造方法としては、遠心
力鋳造法を利用するのが簡便である。すなわち、
第１図に示すように、まず所定の遠心力鋳造用鋳
型に上記外層材溶湯を鋳込んで外層Ａを遠心力鋳
造し、更に場合によつては、中間層を外層Ａの内
面に遠心力鋳造し、しかる後第２図の如く、この
鋳型を垂直もしくは傾斜状に起立して、外層Ａを
有する鋳型内に強靭性に富む適宜の内層材溶湯を
鋳込み、外層Ａと内層Ｂとを溶着一体化せしめた
複合ロールを鋳造するのである。かくして内層は
耐折損性に優れる材料で形成され、一方外層は耐
スリツプ性、耐摩耗性等に優れる一体複合ロール
が得られる。なお第１図において、１は遠心力鋳造用金型、
２はネツク部形成のための砂型、３は回転ローラ
ー、４は駆動モーター、５は注湯樋、６は取鍋を
示し、また第２図において、７は定盤、８はせき
鉢を示している。次に具体的実施例を掲げて説明する。〔実施例１〕胴径900mm×胴長1500mm（全長3800mm）の２層
複合ロールの製造実施例 (1) 2.5mm厚さのレジンサイドの塗型が内面に形
成された遠心力鋳造用金型をＧNo.で140として
回転させ、第１図の如く、第１表に示す外層材
溶湯を1530℃で厚さ100mmになるよう鋳込んだ。 (2) 22分後に金型の回転を停止し、第２図の如く
垂直に立てた後、外層鋳込開始から27分後に第
１表に示す芯材（ダクタイル鋳鉄）溶湯を鋳込
んだ。

【表】 (3) 鋳造から３日後に型ばらしをした。鋳造ロー
ルの内層のCrは、外層内面が平均18mm溶かさ
れて、外層のCrの一部が内層に混入したため、
溶湯Cr成分より0.5％上昇して0.6％となつてい
た。 (4) 鋳造ロールを粗加工した後、熱処理に供し
た。熱処理は、変態点以上の高温状態で拡散焼
鈍した後、焼入れ、焼戻し処理を行つた。粗加
工後（熱処理の際）の外層厚さは70〜74mmであ
り、外層断面積Ao／芯部断面積Aiは0.40〜
0.43であつた。 (5) 熱処理後、仕上げ加工を行つて表面硬度を測
定したところHs78〜85であつた。また、胴部表面組織を顕微鏡観察したとこ
ろ、共晶炭化物と基地組織とからなり、基地組
織中には焼戻しマルテンサイト、CrおよびＶ
の析出炭化物（２次炭化物）が認められた。 (6) 上記複合ロールを、実際のホツトストリツプ
ミル粗スタンドに使用した結果、7500〜
7700Ton／mmの実績が得られた。この値は、従
来のアダマイトロール（胴部表面硬度Hs50〜
55）の圧延成績の平均4000Ton／mmを大きく上
回るものである。また、外層を特願昭60−
163725号で開示した外層材成分範囲の下記第２
表組成の低炭素高クロム鋳鉄材で形成した複合
ロールによる圧延成績は7000〜7200Ton／mmで
あつたが、本発明の場合、これよりも良好な結
果が得られることが確認された。

【表】また、従来のアダマイトロールに対して、硬
度が大きく上昇しているにも拘らず、噛み込み
性およびスリツプの問題もまつたく生じなかつ
た。（発明の効果）以上説明した通り、本発明に係る高クロム鋳鉄
は、Ｃ：0.8〜1.2％と低く押えているにも拘ら
ず、充分な量の高硬度Crカーバイドが生成し、
またＶの含有により組織が微細化されると共にＶ
炭化物が生成し、耐肌荒性が耐凹性を損なうこと
なく、耐摩耗性および耐スリツプ性の向上を図る
ことができ、更にカーバイド量が過度にならない
ため、耐クラツク性の向上も図ることができる。一方、本発明に係る複合ロールは、変態膨張特
性を有する前記外層材を用いているにも拘らず、
外層断面積Ao／芯部断面積Aiの値を特定の範囲
内としたので、熱処理の際並びにロール使用中、
内層に過大な残留応力が生じることがなく、折損
事故を確実に防止できる。このように、本発明の外層材を使用した複合ロ
ールは、優れた耐摩耗性、耐肌荒性を具備すると
共に、耐スリツプ性、耐クラツク性も良好である
ので、これらの性質が共に要求される圧延分野、
例えばホツトストリツプミルの粗スタンドの複合
ロールとして利用価値は著大である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は複合ロールの鋳造工程を示
す遠心力鋳造用鋳型の断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】１化学組成が重量％でＣ：0.8〜1.2％ Ni：0.5〜2.0％ Si：0.5〜1.5％ Cr：８〜16％ Mn：0.5〜1.5％ Mo：0.8〜2.5％Ｐ：0.08％以下Ｖ：2.0〜6.0％Ｓ：0.06％以下残部Feおよび通常の不純物からなる低炭素高
クロム鋳鉄材であることを特徴とする圧延用複合
ロールの外層材。２化学組成が重量％でＣ：0.8〜1.2％ Ni：0.5〜2.0％ Si：0.5〜1.5％ Cr：８〜16％ Mn：0.5〜1.5％ Mo：0.8〜2.5％Ｐ：0.08％以下Ｖ：2.0〜6.0％Ｓ：0.06％以下残部Feおよび通常の不純物からなる低炭素高
クロム鋳鉄材で形成された外層に靭性の優れた鉄
系鋳造材で形成された芯部が溶着一体化され、外
層断面積Aoと芯部断面積Aiとの比Ao／Aiが0.7
以下であることを特徴とする圧延用複合ロール。３外層と芯部との間に中間層を有し、該中間層
を介して外層と芯部が溶着一体化され、外層断面
積Aoおよび中間層断面積Amの和Ao＋Amと芯
部断面積Aiとの比（Ao＋Am）／Aiが0.7以下で
ある特許請求の範囲第２項記載の圧延用複合ロー
ル。