JPH04111908A - 複合ロール - 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） 本発明は鉄鋼材の熱間圧延用複合ロールに関する。

（従来の技術） 圧延用ロールは、圧延使用層の耐摩耗性と軸部の強靭性
とを確保するため、通常、高級鋳鉄や球状黒鉛鋳鉄等の
強靭鋳鉄材によって形成された軸部の外周面に耐摩耗性
に優れた高合金鋳鉄材によって形成された外層を溶着一
体化して複合化される。この場合、軸部としては一般に
円柱状のものが使用されるが、形鋼圧延用のものでは円
筒状のものが使用される場合もある。

圧延用複合ロールは、遠心力鋳造によって外層を鋳造し
、その内面が半凝固の状態で軸部を鋳造し、両者を溶着
一体化することにより製作される。

また、■は高硬度かつ微細なＭＣ型炭化物を形成し、耐
摩耗性に優れることが知られており、例えば特開昭６１
−３７９４９号公報には■を含む耐摩耗合金鋳鉄ロール
材が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来、軸部が鋳鉄材によって形成されて
いるため、引張強度が５０ｋｇ／ｍｍ”程度以下と十分
な強度が得がたく、また溶着の際に外層の高合金成分が
軸部溶湯に混入し、材質を劣化させる。このため、製造
途中に外層の残留応力によって軸部が破壊したり、また
近年の圧延条件の苛酷化に伴ない、圧延中に折損事故が
生じる等の問題があった。

かかる問題を解決するには、軸部を黒鉛鋼や鋳鋼で形成
すればよいと考えられるが、これらの鋼材は凝固温度が
外層材に対して高く、外層と軸部との溶着の際に、外層
内面が軸部の凝固よりも遅れるため、健全な溶着が得が
たく、溶着部における強度が不足するという問題がある
。

また、前記耐摩耗合金鋳鉄にあっては、■炭化物（正確
には■を多く含むＭＣ型炭化物）は比重が小さいため、
大形鋳物を鋳造する場合や遠心力鋳造を行う場合、これ
が比重差によって分離し、マクロ的な不均一が生じ、偏
摩耗の原因となる。

このため、前記公報に開示の技術ではＮｂを含有させて
、偏析の防止を図っているが、Ｎｂは溶解が難しく、多
量に添加することができないため、偏析の防止が十分と
は言えないのが実情である。

本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、外層にマク
ロ偏析が生じ難く、かつ外層と軸部との接合健全性が損
なわれることがなく、軸部を鋼＋ｉで形成すると共に外
層を耐摩耗性に優れた■含有耐摩耗鋳鉄で形成した複合
ロール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複合ロール
は、耐摩耗性に優れた高合金鋳鉄材で鋳造された円筒状
外層部材が靭性に優れた鋼材で形成された軸部材の外周
面に配置されると共に両部材が熱間等方圧加圧により固
相拡散接合されており、前記高合金鋳鉄材は化学組成が
重量％で、Ｃ：２．３〜３．４％、　Ｓｉ：０．３〜２
．０％Ｍｎ　：　０．３〜１．５％、　Ｎｉ　：　　０
．３〜３．０％Ｃｒ：　　７〜１８％、　■：　１〜８
　％Ｍｏ：　５〜１５　％、　Ｗ：　　０−１０　　％
但し、ＭＯ＋＋ＡＷ：　　５〜１５％ 残部Ｆｅおよび不可避的不純物で形成されていることを
発明の構成とするものである。

（作　　用） 外層部材および軸部材は各々単独で製造することができ
るため、製造容易である。また、外層部材と軸部材とは
熱間等方圧加圧（以下、ＨＩＰという。）により固相拡
散接合されているため、接合時に外層部材の内面が溶融
することがなく、凝固時間の遅れに起因する接合不良が
生じることがない。また、接合部の拡散層の厚さは、拡
散容易な軽元素のＣについて見ても５＋ｎｍ以内であり
、溶着の場合に生じる混合層（外層と軸部との成分が混
合した中間的な成分を有する層）に比べて極めて薄く、
外層部材は境界部近傍まで有効に使用することができる
。

また、外層部材を形成する■含有高合金鋳鉄材の化学組
成（単位重量％）は以下の理由により限定される。

Ｃ：２．３〜３．４％ ２．３％未満では凝固温度範囲（固液共存域）が広くな
る。また、炭化物量が少なくなり耐摩耗性が劣化する。

鋳造性も悪くなる。一方、３．４％を越えると靭性が低
下する。

Ｓｉ：０．３〜２．０　　％ 溶湯の酸化防止と鋳造性の付与のため０．３％以上添加
する。また、Ｃｒ炭化物（Ｃｒを多く含む複炭化物）を
除く炭化物中に固溶し、炭化物量を増加させる効果があ
るが、２％を越えると材質が脆くなる。

Ｍｎ：０．３〜１．５％ 不純物として混入する３−１Ｍｎ５として固定するため
、０．３〜１．５％添加する。１．５％を越えると残留
オーステナイトが増加し、硬度低下を招く。

Ｎｉ：０．３〜３．０　％ 基地を強化し、焼入性を増加させるために０．３％以上
添加するが、３％を越えると残留オーステナイトが増加
し、硬度が低下する。

Ｃｒニア〜１８％ 通常、焼入性・耐酸化性を増加させるために添加するが
、７％未満では凝固温度範囲が広くなり過ぎる。一方、
１８％を越えるとＣｒを多く含む複炭化物が多くなる。

Ｃｒを多く含む複炭化物は、Ｗ、　　Ｖ、　Ｍｏなどの
複炭化物はど硬くないため、全炭化物量に対する相対的
割合は少ない方が好ましい。

■：１〜８％ 高硬度のＭＣ型炭化物を形成し、耐摩耗性を増加させる
が、１％未満では効果が小さい。

方、比重分離防止の観点から８％以下の添加が好ましい
。

ＭＯ：５〜１５％ 一部基地中に固溶し、焼入性を増加させる。

また、■と複炭化物を形成し、５％以上の添加で■の比
重分離を抑制する効果があるが、１５％を越えると共晶
炭化物が増加し、強度低下を招く。

Ｗ：　０〜１０％、但しＭｏ＋１／２Ｗ：５〜１５％基
地の高温軟化抵抗を増加させる効果がある。

また、Ｍｏと同様の効果があり、Ｍｏ：Ｗ＝１：２の割
合でＭｏと置換可能であるが、ＭＯに較べて原子量（従
って比重）が約２倍と高いため、１０％を越える添加で
は溶湯の比重が増大し、■の複、炭化物との比重差が大
きくなり、かえって■の偏析を助長する。また、Ｍ、、
Ｃ型炭化物が増加するため好ましくない。

本発明の合金鋳鉄材は、以上の成分のほか残部がＦｅお
よび不可避的に混入する不純物で形成される。本発明の
耐摩耗性鋳鉄材は、高Ｃ高Ｃｒの特定の成分系を選定し
、凝固温度範囲（固液共存域）を狭くすることによって
偏析を生じにくくすると共に、■と複炭化物を生成し易
い重元素（主としてＭｏ）を添加して、■複炭化物の比
重を増加させ、比重分離を抑制した点に特徴がある。

（実施例） 第１図は本発明の複合ロールの構造を示しており、圧延
使用層を形成する外層部材１が軸部材２の外周面に配置
され、ＨＩＰにより固相拡散接合されている。

外層部材１は円筒体であり、遠心力鋳造（横型、傾斜型
、立型）や静置鋳造によって鋳造される。

単一材質であるため、鋳造後の冷却速度に注意を払えば
、過大な残留応力による割れ発生のおそれもない。外層
部材１の材質としては、既述の■含有高合金鋳鉄材が使
用される。

軸部材２は円柱体であり、静置鋳造や鋳造後に鍛造する
ことによって製造される。尚、軸部材が円筒体のもので
は遠心力鋳造の適用も可能である。

材質としては、低合金鋳鋼、高合金鋳鋼、ＪＩＳ規定の
ＳＣＭ材、ＳＮＣＭ材等の鋼材を使用することができる
。これによって軸部材の引張強度を６０ｋｇ／ｍｍ２以
上にすることができ、充分な強度、強靭性を確保するこ
とができる。

前記外層部材１と軸部材２とを固相拡散接合するには、
外層部材１を軸部材２に嵌合し、両部材１．２間の嵌合
部空隙にある空気を除去し、ＨＩＰ処理することによっ
て行われる。嵌合部空隙の空気を除去するには、第２図
に示すように、軸部材２の一方のメタル部（径小部）３
から他方のメタル部４を覆うように軟鋼板製カバー５を
設け、その内部の空気を脱気することによって行われる
。

６ば脱気管であり、真空脱気後、カシメや溶接によって
閉塞される。また、第３図に示すように、両方の嵌合端
部を溶接し、嵌合部空隙に連通ずるように取付けた脱気
管６より脱気してもよい。尚、メタル部３．４を分割し
、ＨＩＰ処理することにより、ＨＩＰ処理炉を小形化す
ることができ、設備費の低減を図ることができる。軸部
材２は鋼材で形成されているので、分割したメタル部は
ＨＩＰ処理後、溶接により容易に接合一体化することが
できる。第４図は軸部材が円筒体であるＨ形鋼用スリー
ブロールの場合を示し、カバー５は外Ｊｉ　部材１を軸
部材２に嵌合した複合ロール素材を包み込むように形成
されている。

ＨＩＰ処理後、複合ロール素材は、粗加工後、外層部材
の硬化のために９５０〜１１５０°Ｃに保持してオース
テナイト化した後、噴霧水冷等によって急冷して焼入れ
、その後５００〜６５０°Ｃで２〜２０時間保持する焼
戻しが数回行われる。尚、素材が小形のものでは、空冷
するだけで焼入れが可能である。

次に具体的実施例を掲げる。

（１）外層部材として外径３４０１Ｗｌ、内径　２６０
　ｍｍ長さ１２５０ｎｗｎの円筒体を遠心力鋳造（回転
数ＧＮ、。

１２０）により製作した。外層部材の化学組成（単位ｉ
％、残部実質的Ｆｅ）を下記第１表に示す。

第　　１　　表 機械加工し、外径２８９．８〜２９０．０　ｍｍ、長さ
１４５０腫の軸部材に嵌合し、嵌合部隙間を脱気した後
、ＨＩＰ処理を施した。ＨＩＰ処理条件は、圧力２００
　ｋｇ　／　ｃ＋ｆｌ　、温度１０８０°Ｃである。軸
部材の化学組成（ｗｔ％、残部実質的Ｆｅ）を下記第２
表に示す。

第２表 （２）遠心力鋳造後の外層部材の横断面を王水で腐食し
てマクロ組織を目視観察したところ、実施例では偏析が
認められなかったが、従来例では内面から１０ｍｍまで
は高濃度の■含有層となっており、外面〜１５ｍｍに亘
って高濃度と低濃度の■混合層からなる層状の偏析が観
察された。

（３）実施例の外層部材を内径２９０．０〜２９０．２
　ｒｍｔに（４）ＨＩＰ処理後、下記第３表のオーステ
ナイト化温度に加熱後、急冷し、下記の温度で焼戻し、
歪取り熱処理を施した。

第３表 （５）熱処理後、表面硬度、境界４５°圧縮強さ（接合
境界面を荷重方向に対して４５°に配置した試験片によ
り測定した圧縮強さ）等を測定した。

その結果を下記第４表に示す。

（６）第４表より本発明の複合ロールは、軸部材が７０
ｋｇ／ｍｍ２以上と高強度であり、境界４５°圧縮強さ
が２００ｋｇ／ｍｍ２以上で、外層部材表面にも大きな
圧縮応力が残留しており、接合境界部の健全性、耐折損
性に優れることが確認された。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明の複合ロールは、靭性に優れ
た鋼材で形成された軸部材の外周面に圧延使用層たる外
層部材がＨＩＰにより固相拡散接合されているので、両
部材の接合に際し、外層部材の内面が溶融することがな
く、それ故接合部が健全で強度劣化が生じず、また軸部
材の材質特性をそのまま生かすことができ、高強度の確
保ひいては耐折損性の向上を図ることができる。また、
両部材の拡散層も５　ｍｍ程度以下とごく薄いため高価
な高合金材で形成された外層部材の有効利用を図ること
ができる。また、本発明の外層部材はＣｒニア〜１８％
、ｖ：１〜８％、Ｍｏ　＋　’ｉ４　Ｗ　：　５〜１５
％を含有する特定組成としたので、Ｎｂを含有しないに
も拘らず、また偏析防止のため特別に凝固時の冷却速度
を速めることなく、従来の遠心力鋳造法によって、■の
マクロ偏析の生じにくい円筒状外層部材を容易に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合ロールの断面図、第２図ないし第
４図は複合ロール素材の接合部脱気要領を示す断面図で
ある。 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）化学組成が重量％で、 Ｃ：２．３〜３．４％、Ｓｉ：０．３〜２．０％Ｍｎ：
   ０．３〜１．５％、Ｎｉ：０．３〜３．０％Ｃｒ：７〜
   １８％、Ｖ：１〜８％ Ｍｏ：５〜１５％、Ｗ：０〜１０％ 但し、Ｍｏ＋１／２Ｗ：５〜１５％ 残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる高合金鋳鉄材で
   鋳造された円筒状外層部材が靭性に優れた鋼材で形成さ
   れた軸部材の外周面に配置されると共に両部材が熱間等
   方圧加圧により固相拡散接合されていることを特徴とす
   る複合ロール。