JPH0394909A - 硬化肉盛溶接ロール又はローラーの製造方法 - Google Patents

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、主として製鉄所の圧延ラインで常温又は高温
の被圧延材と直接接触するロール又は口−ラーに適する
耐摩耗用ロール又はローラーの製造方法に関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）製鉄所の圧延
ラインでは，常温或いは高温の被圧延材と直接接触する
ロール又はローラーとｔで、例えば、熱延工場のＶＳＢ
ロール、ＦＢＳロール，ピンチロール、プロソカーロー
ルや、分塊工場のスキューローラー、カリバーロール、
ツイスターロール、冷延工場のルーパー力一ロールなど
がある。

この種のロール又はローラーの製造方法は、大別して，
焼入れ法、硬化肉盛溶接法及び溶射法の３種類が実用化
されている。

しかし、焼入れ法は、施工が容易であるが，硬化層が薄
いため、耐摩耗性に問題があり．使用中、時には部分剥
離を起こすという問題がある。

また，溶射法は、溶接法では不可能な超耐熱又は高硬度
の高含有炭化物層やセラミックス層を形？させることが
できるが、母材との密着強度が小さいためＪ皮膜が剥離
する恐れがある。

したがって、最も多用されている方法は、施工が容易で
、且つコストも比較的易い硬化肉盛溶接法である。

この硬化肉盛溶接法の場合、主として高能率なバンドア
ーク溶接法やサブマージアーク溶接法で肉盛されている
。また、溶材として、ＳＵＳ４１０系、ＳＵＳ４２０系
、ハイス系などの溶材や、中Ｃｒ含有量のＵＳＨ６００
Ｎ（０．４Ｃ−７Ｃｒ−５Ｍｏ系）の硬化肉盛溶接材料
が使用されている。

そして、肉盛溶接した後，残留応力の除去や２次硬化を
目的とした５５０〜６５０℃の温度で溶接後熱処理を実
施し，その後、仕上加工を施して製造されている。

しかし乍ら、この硬化肉盛溶接法で製造されたロール又
はローラーには、第１図に示すように、肉盛溶接部２に
ビードマークと称する模様、すなわち、溶接線に沿って
溶接熱影響部（ビード重なり部２１）に筋状の凹み模様
（局所減肉部２■）が発生するため、このビードマーク
が進行し、ロール又はローラー表面の凹凸が大きくなる
と、製品にこのマークが転写され、品質不良となる。そ
のため、早期取替が必要となり、保全コスト（補修費用
、取替費用）が高くなったり、工場稼動率の低下をもた
らすという問題がある。また、肉盛部の組織をマルテン
サイトにして硬化させているため、耐摩耗性にも問題が
あり、寿命が短かった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであって、ビードマークを緩和乃至消出でき、
高品質の硬化肉盛溶接ロール又はローラーの製造方法を
提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達戊するため、本発明者らは、従来の硬化肉
盛溶接ロール又はローラーではビードマークの発生が避
けられなかったことに鑑みて、このマークを緩和し或い
は消出できる方策について鋭意研究を重ねた。

その結果、硬化肉盛溶接後、溶接後熱処理の後に、特定
温度でのビードマーク緩和・消出熱処理を施すことによ
り、可能であることを見い出したものである。また、特
に硬化肉盛を粉末プラズマ溶接にて行う場合には特定組
或の粉末材料を使用することにより、高耐摩耗性を付与
できることも見い出し、ここに本発明をなしたものであ
る。

すなわち，本発明に係る硬化肉盛溶接ロール又はローラ
ーの製造方法は、ロール又はローラーの胴部表面に硬化
肉盛溶接して炭化物析出組織を得た後、溶接後熱処理を
施し、更に８５０〜１３５０℃のビードマーク緩和・消
失熱処理を施すことを特徴とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用） 前述の如く、本発明の最も特徴とするところは、肉盛溶
接を行った後に、溶接後熱処理並びにビードマーク緩和
・消出熱処理を施す点にある。

溶接後熱処理を施すのは、残留応力を除去し、次工程の
熱処理での割れを防止するためである。

また５肉盛溶接金属がオーステナイト系の場合には、残
留オーステナイトをなるべく消出させ、溶接金属の最高
硬さを得ると共に、過時効にならないようにするためで
もある。なお、この溶接後熱処理の条件は、特に制限さ
れるものではなく、通常行われる条件でよい。

その後に８５０〜１３５０゜Ｃの温度でビードマーク緩
和・消失熱処理を実施する。この熱処理の目的は，ビー
ドマークを緩和し或いは消出させるためである。すなわ
ち、ビードマークは溶着金属時の組織が各溶接ビード単
位で現われるため、通常の溶接後処理では除去すること
ができない。ビードマーク部に発生する凹凸はビードマ
ーク部、すなわち，？ｓ接熱影響部に多量に炭化物が偏
析、析出し、同部の耐食性が低下し、選択腐食により生
じるものと考えられる。この点、８５０〜工３５０℃の
温度で加熱する熱処理を実施すれば、溶着金属組織が均
一化し、ビードマークを緩和し乃至消出させることが可
能となる。

具体的には、使用する溶接金属の或分系により若干異な
るが、以下のとおりである。

すなわち、溶接金属がオーステナイト系の場合には、マ
ルテンサイト組織の溶着金属をオーステナイト化し、析
出している炭化物を再固溶させ、溶接時の熱履歴を除去
し、溶体化熱処理効果でビードマークを緩和、消出させ
ることができる。しかし、８５０℃未満では溶着金属組
織がオーステナイト化できず，逆に１３５０℃を超えて
加熱すると溶融する恐れが生じたり、熱処理コストが高
くなるので好ましくない。

また、炭化物分散型の場合には、溶接熱影響部に偏析、
析出している炭化物（ＮｂＣ）を一旦固溶し、均一に分
散させ、ビードマークを緩和、消失させるためである。

しかし、８５０℃未満では炭化物の均一分散が不可能で
あり、逆に１３５０℃を超えて加熱すると、溶融する恐
れが出たり、熱処理費用も高価となるためである。

上記ビードマーク緩和・消失熱処理の後は、必要に応じ
て、溶接金属がオーステナイト系の場合には、焼入れ、
焼きもどし等の硬度調整熱処理を施すことができ、この
熱処理により，ビードマーク緩和・消失熱処理により低
下した硬さを硬化させる。また炭化物分散型の場合には
、組織安定化熱処理を施すことができる。

次に、使用する溶接金属（肉盛溶接部）の組成について
説明する。

溶接金属の組或としては特に制限されないが、少なくと
も、炭化物が析出している組織が得られる組戊のもので
ある必要がある。

このような組成としては、オーステナイト系と炭化物分
散型が代表的である。

オーステナイト系の場合は、高速度鋼又は合金工具鋼を
挙げることができ、高速度鋼としてはＪＩＳＧ４４０３
（１９６８）”高速度鋼鋼材”に規定される化学成分，
合金工具鋼はＪＩＳＧ４４０４（１９７２）”合金工具
鋼″に規定される化学戊分と同等のものが推奨される。

これらの成分系は、高硬度で且つ靭性を有し、使用中の
割れや剥離等のトラブルが少ないうえ、肉盛溶接後の硬
度の低い状態で荒加工後、熱処理により容易に高硬度に
することができる利点がある。また、溶接性も比較的良
好である。肉盛溶接法としては、効能率なサブマージア
ーク溶接、バンドアーク溶接や，ＴＩＧ．ＭＴＧ等、あ
らゆる方法が可能である。

また、炭化物分散型の場合は、マトリックス金属として
３０〜７０％ｗｔＮｉ及び７０〜３０ｗｔ％ＣｒのＮｉ
−Ｃｒ系を使用し、ディスパーション金属として前記マ
トリックス金属１００重量部に対して２０〜６０重量部
のＮｂＣ（二オブ炭化物）を混在させたものを，高炭化
物系材料や各種材料が自由にブレンドできる粉末プラズ
マ溶接法で硬化肉盛溶接するのが望ましい。マトリック
ス金属として上記組成のＮｉ−Ｃｒ系を使用するのは溶
接性及び耐食性、耐熱性も良好で、且つ比較的安価に入
手することができるためである。また、ディスパーショ
ン金属として前記マトリックス金属に対して所定量のＮ
ｂＣを混在させるのは，炭化物を溶着金属内に均一に分
散させ、耐熱、耐摩耗性を向上させるためである。なお
．ＮｂＣの割合を２０〜６０重量部にするのは、２０重
量部未満では耐熱、耐摩耗効果が小さく、逆に６０重量
部を超えると溶接部に割れが生じ易くなるためである。

（実施例） 次に本発明の実施例を示す。

実施例１ 本例は圧延工場等の小径ロールに適用した例である。

ロールの形状は第２図に示すとおりのもので、溶接条件
は 溶接法：粉末プラズマ溶接 溶材：第ｉ表に示すハイス系粉末材料 予熱層間温度：４００　〜４５０’Ｃ 溶接速度：１６．５ｃｐｍ 母材材質：ＳＣＭ４４０ とし、肉盛は下盛１層、上盛１層の２層盛とし、８０Ｉ
ｌｌＩＩｌφに荒加工した。

次に５９０±１０’ＣＸ２ｈｒ保持後、炉冷の溶接後熱
処理を実施した。その後、第３図に示す高周波熱処理装
置を使用して１１５０℃±５０’Ｃで０回、１回、３回
、１０回熱処理を施し、空冷した。

この熱処理では加熱温度を一定とするためにロール（試
験材３）を回転治具５により回転させ、更に非接触温度
計６を用い、温度が一定となるよう加熱コイル４の上昇
速度を調節するようにした。この際の熱処理回数とは、
加熱コイル４の上昇回数を云う。

この熱処理の後、ロールを所定寸法に機械加工にて仕上
げた。

第４図は肉盛部表面硬さを示したものである．同図から
わかるように、熱処理回数が増加するにしたがって硬さ
のバラツキが少なくなっている。

すなわち，これは、熱影響部に偏析出していた炭化物が
再固溶され、均一に粒内分散したためと考えられる。事
夷、熱処理なしの場合にはビードマークが顕著であった
のに対し、１回の熱処理でビードマークが緩和され，３
回の熱処理でビードマークが消出していた。

失旌延主 ロールの形状は第２図レこ示すとおりのもので、溶接条
件は 溶接法：粉末プラズマ溶接 溶材：第２表に示す粉末材料 予熱層間温度：　４００〜４．　５　０℃（下盛）６５
０〜７５０℃（上盛） 溶接速度：１６．５ｃｐｍ 母材材質：ＳＣＭ４４０ とし、肉盛は下盛ｌ層，上盛ＩＭの２層盛とし、８０ｍ
ｍφに荒加工した。

次に５９０±１０゜ＣＸ２ｈｒ保持後、炉冷の溶接後熱
処理を実施した。その後、第３図に示す高周波熱処理装
置を使用して１０００±５０℃でＯ回、１０回熱処理し
、空冷した。熱処理の際は実施例１の場合と同様の点に
留意した。

この熱処理の後、ロールを所定寸法に機械加工にて仕上
げた。

第５図は肉盛部表面硬さを示したものである。

同図からわかるように，１０回熱処理したものは硬さの
バラツキも小さくなっている。これは熱影響部に偏析、
析出していた炭化物が再固溶され、均一に分散したため
と考えられ、ビードマークが消出していた。

なお、上記実施例では、ビードマーク緩和・消失熱処理
を高周波加熱装置で実施したが、この熱処理方式に代え
て、バッチ式の熱処理炉で所定の温度に加熱，一定時間
保持した後，炉内より取出し空冷してもよい。

勿論，熱処理効果層深さを大とするために中周波処理で
もよいし、熱処理炉と高周波又は中周波加熱装置との併
用で実施することも可能である。

熱処理温度を精度よく容易に監視し制御するための測温
方法として、シースなどの接触温度計の他、測温用ラベ
ルを貼り付ける方法、測温用ペイントを塗布し変色度合
いでみる方法、赤外線温度計、オプチカルメー夕、サー
モピュアによる連続測温方式などが適用できる。

また，エレクトロビームやレーザーを熱源に用いて熱処
理を行うことも可能であるし、溶融スラブの廃熱利用で
熱処理することもできる。

更には，ロール表面に凹凸処理、メッキ、溶射、化学皮
膜処理などを併用して適用することや、機械的に陵目ロ
ーレット加工を施したり、スリフブを併用したり、クラ
ウンやテーパー、スリット付のものにして、特定用途に
適合させることもできる。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、ロール又はロー
ラーの胴部表面に硬化肉盛溶接し、溶接後熱処理を施し
た後、特定条件の熱処理を施すので、ビードマークを緩
和乃至消失させることができる。したがって、製鉄所の
圧延ライン等の各種ロール又はローラーの取替周期が長
くなり、保全コストの低減、工場稼動率の増加、圧延材
製品品質の向上を図ることが可能となる。

また、ＮｂＣを均一に分散させるなどの態様の場合には
耐摩耗性が向上でき、取替周期を更に延長させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第工図はビードマーク発生状況を説明する斜視図で，（
ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図であり、 第２図はロールの形状寸法（＋＋＋ｍ）を示す断面図、
？３図は高周波熱処理法の概要を示す説明斜視図、 第４図及び第５図は実施例で得られた肉盛部の表面硬さ
を示す図である。 １・・・ロール又はローラー，２・・・肉盛溶接部、２
，・・ビード重なり部、２■・・・局部減肉部，３・・
・試験材、４・・・加熱コイル、５・・・回転治具、６
・・・非接触温度計。 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロール又はローラーの胴部表面に硬化肉盛溶接し
   て炭化物析出組織を得た後、溶接後熱処理を施し、更に
   ８５０〜１３５０℃のビードマーク緩和・消失熱処理を
   施すことを特徴とする硬化肉盛溶接ロール又はローラー
   の製造方法。
2. （２）前記硬化肉感溶接部が高速度鋼又は合金工具鋼か
   らなる請求項１に記載の方法。
3. （３）前記硬化肉感溶接部は、マトリックス金属として
   ３０〜７０ｗｔ％Ｎｉ−７０〜３０ｗｔ％ＣｒのＮｉ−
   Ｃｒ系に、ディスパーション金属として前記マトリック
   ス金属１００重量部に対して２０〜６０重量部のＮｂＣ
   を混在せしめたものを用い、粉末プラズマ溶接にて硬化
   肉盛溶接したものである請求項１に記載の方法。