JPH04319059A - 超硬合金と鋳鉄からなるロール及びその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は遠心鋳造方法によって
１又は複数個の超硬合金リングを鉄を基本成分とする鋳
造合金、特に鋳鉄へ鋳込む技術に関する。最終製品は超
硬合金と鋳鉄間が金属結合され、かつ一体に形成された
複合ロールである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】熱間又
は冷間圧延のための、超硬合金を有する複合ロールは種
々の軸継手及び弛み止め装置によって（駆動）スピンド
ルに装着される１又は複数個の超硬合金リングを含む。 駆動スピンドルからこの超硬合金ロールへトルクを伝達
する１つの方法は超硬合金リングとして不可欠のキー溝
又は他の駆動溝又は駆動ラグを使用することである。し
かしながら、超硬合金はトルク伝達に係る上述の装置内
の内側隅部におけるような限定された張力と特別な切欠
き脆性を有する脆性材料である。このような通常の結合
に基づく方法では満足に作動しえなかった。トルク伝達
の他の方法は超硬合金リングの内孔表面における摩擦力
による。しかしながら、この表面での半径方向の力がそ
の内径における最大の軸方向引張応力を超硬合金リング
内部に引起こす。これらの引張応力はロールが駆動中に
生ずる他の引張応力に加算される。

【０００３】鋳鉄のケーシングを超硬合金リングと鋳造
することによって、熱間又は冷間圧延用ロールが製造さ
れるが、こゝでトルク伝達に必要な装置が鋳鉄部分に設
置される（参照、例えば、スエーデン特許第７１００１
７０−５号、公開番号第３７１１１４号）。しかしなが
ら、このことは全く単純な問題ではない。冷却中にケー
シングが超硬合金リング以上に収縮することによって、
超硬合金リング上に内側への直接力が生成され、超硬合
金リングの外側表面に直接引張応力が軸方向に発生する
。この引張応力は圧延中ロール表面に発生する微少クラ
ックに対し垂直方向に作用する。これらの引張応力に影
響されて、微少クラックが深くなり、これがロール破壊
の原因となり又過剰な手入れ部分が必要となってロール
の全ロール荷動容量を制限する。

【０００４】この問題の解決法はスエーデン特許出願番
号第８８０４５０３−４号に開示されている。これによ
れば、１又は複数個の超硬合金リングが鉄合金のケーシ
ングへ鋳込まれるが、この鋳造合金は特に黒鉛鋳鉄から
成り、鋳造後構成要素及び残部オーステナイト、好まし
くは１５〜２０重量％、を含み、そして引続き１又は複
数の熱処理工程でそのすべて又は部分的に、増量を伴っ
てベイナイト主体に変えられる。これは鋳造後の冷却に
よって生ずる鋳鉄と超硬合金との間の異なった収縮量を
減少するか又は全く除去するために行われる。

【０００５】上述の特許出願に従った方法はたゞロール
リングの製造を可能にするだけであり、このロールリン
グは駆動スピンドル上の軸継手及び弛み止め装置によっ
て完全なロールに組立てられる。たとえトルク伝達に必
要な軸継手が鋳鉄内に形成されても、寸法的限界がある
ので伝達トルクが制限される。更に、ロールの耐摩耗面
（バレル）は寸法的に制限される。上述の方法又は超硬
合金ロールの他の存在するシステム、例えばある種のト
ルク伝達軸継手による操業、に従うと、軸継手及び弛み
止め装置を設置する場所の理由で超硬合金ロールをバレ
ル上に全く自由に設置することができない。これにより
圧延に用いられる表面が実質上制限させられる。

【０００６】遠心鋳造法は一般に回転対称体の製造によ
く知られた技術である。この技術は鋳型の壁に溶融金属
を投射するために回転筒状鋳型によって得られる遠心力
を利用するが、この溶融金属はこゝで所望の形状に圧縮
された状態で凝固する。この技術は一般にチューブ、ラ
イニング、ブッシュなどの製造に用いられるが、又ロー
ルの製造にも用いられる。例えばスエーデン特許出願番
号第８６０３９８７−２号によって、熱間又は冷間圧延
機のための複合ロールが知られており、このロールは耐
摩耗層の遠心鋳造外殻部又はハイアロイの鋳鋼のケース
とバーミクラー（ｖｅｒｍｉｃｕｌａｒ）鋳鉄、ダクタ
イル鉄又は単純な鋳鋼の心部を有している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明に従って複合ロ
ールは超硬合金と鋳鉄との間の金属的結合を有する遠心
鋳造方法によってのみ一体的に製造することができるが
、こゝでのバレルは実際の圧延条件と必要な要件に応じ
て１又は複数の超硬合金リングを装着することができる
。この設計における自由度は本願発明によってのみ達成
することができる。

【０００８】図１，２及び３は本発明の実施例を示す。 超硬合金リング（又は複数）の鋳物砂内での鋳造は溶融
鋳鉄が超硬合金リングの外表面に達するのを防ぐ手段で
行う必要がある。これは本願発明によって可能であるこ
とが立証された。超硬合金リング（又は複数）の外表面
は製造された複合ロールのバレルを形成する。ロールリ
ングを鋳込む従来の製造法による経験では、特許出願番
号８８０４５０３−４に従えば、超硬合金リングの外表
面に入りこんだ少量の溶融鋳鉄が超硬合金の上記表面の
表面品質を劣化せしめることを示している。超硬合金リ
ングの外表面を１又は数ｍｍ削り取ることによってこの
表面劣化を削除することができる。本発明によって複合
ロールの製造を成功せしめるためには、このような表面
劣化は避けなければならず、上述の如く、それは可能で
ある。

【０００９】超硬合金と鋳鉄との間の最適な金属的結合
を達成するために、クレードル内の鋳鉄を高温にするこ
とが必要であり、このクレードルは鋳型に充填した調整
された量と既定の回転速度で組合わされている、鋳物砂
内で鋳造されない超硬合金リングの上記部分、すなわち
、鋳鉄に金属的に結合されるべき部分、の表面層をバラ
ンスした加熱と溶融を得ることが必要である。

【００１０】本願発明の複合ロールは必要な熱処理と最
終形状及び寸法への機械的加工の後で完成したロール又
はロールリングで構成される。前述のように、超硬合金
ロールに存在する駆動スピンドルから超硬合金へトルク
を確実に伝達するための困難性はこの複合ロールによっ
て除去された。本願発明に従えば、超硬合金はスエーデ
ン特許第８６０１２８９−７号、公開番号第３９９９１
１号、で開示された方法で示された炭素当量（Ｃｅｑｖ
．）に調整された成分をもつ特に黒鉛質の鋳鉄に鋳込ま
れる。鋳鉄の成分は又、超硬合金との最適な金属的結合
、トルク伝達に全て必要な強度、靱性及び硬度、そして
その機械的特性に関連して選択される。

【００１１】鋳造合金はフェロ−シリシウム−マグネシ
ウム（ｆｅｒｒｏ−ｓｉｌｉｃｉｕｍ−ｍａｇｎｅｓｉ
ｕｍ）及び／又はニッケル−マグネシウム（ｎｉｃｋｅ
ｌ−ｍａｇｎｅｓｉｕｍ）を添加することによって０．
０２〜０．１０、好ましくは０．０４〜０．０７重量％
のマグネシウム含有量を得る。鋳鉄はフェロ−シリシウ
ムを接種することによって１．９〜２．８、好ましくは
２．１〜２．５重量％のシリコン含有量を得る。これに
より拡散した球状黒鉛を有するダクタイル鉄が得られる
。このダクタイル鉄はこの出願によくバランスした硬度
−靱性−強度を有する。ブリネル硬度は熱処理条件に従
い２５０〜３００である。

【００１２】一方、鉄殻は鋳造後合金成分、３〜１０重
量％、好ましくは４〜８重量％の好ましくはニッケル、
から生成するオーステナイトで合金化される。その結果
、或る量の残余オーステナイト、すなわち、５〜３０、
好ましくは１０〜２５或いは１５〜２０重量％が存在す
る。１段又は数段の熱処理によって残余オーステナイト
の適当量が増量下で他の構成成分例えばベイナイトに変
態させられる。この増量度合は鋳造温度から冷却される
間に複合ロールに生ずる異なった収縮が全面的に又は部
分的に除去されうるように調整が可能である。この熱処
理方法は超硬合金のグレード、鋳鉄の成分及びロールの
用途で調整される。熱処理は８００〜１０００℃の温度
までの加熱と保持、４００〜５５０℃までの冷却と保持
、そして室温迄の冷却から構成される。

【００１３】選択された実施例において、ロールは超硬
合金リング（又は複数）と上述の鋳鉄だけのケーシング
で構成されているのに対し、ロール心部とジャーナルは
異なる鋳造合金で遠心鋳造又は置注鋳造によって鋳造さ
れている。他の選択された実施例ではロールはリング状
ケーシングだけに鋳込まれた超硬合金リング（又は複数
）から構成されている。

【００１４】本願発明に従えば、又熱間又は冷間圧延用
の完全に、超硬合金が装着されたロールを製造する方法
が提供されている。この方法に従って、少くとも一つの
焼結された超硬合金リングが遠心鋳造装置内の鋳型に配
置されるが、このリングの内径表面とその側面表面は超
硬合金と鋳鉄との間の結合を確実にするために解放され
ている。

【００１５】鋳型が回転されそして適当な速度に達した
とき、上述の成分と最適な温度をもつ溶融鋳鉄が回転鋳
型へそゝぎ込まれ、鋳型の壁面へ投射されて、圧力下で
凝固される。室温迄冷却したあと、ロールはきれいにさ
れ、次いで上述に従って熱処理される。所望の方法に従
って超硬合金リング（又は複数）は上述の鋳鉄のみのケ
ーシングへ鋳込まれ、その後心部及びジャーナルが遠心
鋳造又は置注鋳造によって異なった鋳造合金で鋳造され
る。

【００１６】他の選ばれた実施例に従って超硬合金リン
グ（又は複数）が遠心鋳造によってリング形状のケーシ
ングのみに鋳込まれる。

【００１７】

【実施例】重量％でタングステンカーバイト（ＷＣ）７
％、コバルト（Ｃｏ）１３％、ニッケル（Ｎｉ）１５％
、クロム（Ｃｒ）２％の組成からなる焼結された超硬合
金リングを縦型遠心鋳造装置の鋳型の鋳物砂内で鋳造し
た。超硬合金リングの寸法は以下の通りであった。

【００１８】 −外径　　　　３４０ｍｍ −内径　　　　２６０ｍｍ −幅　　　　　　１００ｍｍ 鋳造後、超硬合金リングの内孔表面及び内径と径３１０
ｍｍとの間の側面表面を超硬合金と鋳鉄との間の金属的
結合をもたらすために解放した。

【００１９】鋳型を配置し１分当り４００回転で回転し
た。重量％でカーボン（Ｃ）３．７％、シリコン（Ｓｉ
）２．３％、マンガン（Ｍｎ）０．３％、ニッケル（Ｎ
ｉ）５．４％、モリブデン（Ｍｏ）０．２％、マグネシ
ウム（Ｍｇ）０．０５％及び残部鉄（Ｆｅ）からなる溶
融鋳鉄を１５４０℃の温度で回転中の鋳型へ注入した。 注湯時間は約１分間であった。この時間の間で次第に回
転数をおとして止めた。

【００２０】冷却後複合ロールをきれいにし超音波手段
で検査した。金属的結合部の組織は良好であった。ロー
ル内の残余のオーステナイトをベイナイトに変態するた
めに、ロールを９００℃に加熱し、６時間保持する熱処
理を施し、次いで４５０℃迄冷却して４時間保持し、続
いて室温迄冷却した。大気中で熱処理を行ったので超硬
合金リングの露出された表面を酸化防止剤でおゝった。

【００２１】ロールの寸法は以下の通りであった。 バレル：３１０φｍｍ（超硬合金３４０φｍｍ）×５０
０ｍｍジャーナル：２２０φ×３００ｍｍ＋２２０×５
２０ｍｍ

【図面の簡単な説明】

【図１】超硬合金リング２が鋳込まれたダクタイル鉄１
のロールを示す。

【図２】４個の超硬合金リング２が鋳込まれたダクタイ
ル鉄１のロールを示す。

【図３】４個の超硬合金リング２と他の材料の中心部と
ジャーナルからなるロールを示す。

【符号の説明】

１…ダクタイル鉄 ２…超硬合金リング ３…他材料の中心部及びジャーナル

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　球状黒鉛鋳鉄からなる鋳造合金へ鋳込
   まれる１個又は複数個の超硬合金リングで構成されたバ
   レル、該鋳造合金は鋳造後５〜３０重量％、好ましくは
   １５〜２０重量％の残余オーステナイトを含み、かつ鋳
   造後の冷却の結果として鋳鉄と超硬合金との間に生ずる
   異なった収縮量を減少又は全部除去する目的で、引続く
   １又は複数の熱処理工程において、前記残余オーステナ
   イトの全部又は一部がベイナイト主体へ増量下で変態せ
   しめられたロールであって、ジャーナルが該ロールに一
   体的に鋳造されており、その後最終形状及び寸法に機械
   加工されてなることを特徴とする好ましくは熱間又は冷
   間圧延用の超硬合金と鋳鉄からなるロール。
2. 【請求項２】　　ロールが遠心鋳造で形成されてなる請
   求項１記載のロール。
3. 【請求項３】　　該鋳鉄のケーシングが１又は複数個の
   超硬合金リングを有し、かつ中心部及びジャーナルが遠
   心鋳造又は置注鋳造によって異なった鋳造合金で鋳造さ
   れてなる請求項２記載のロール。
4. 【請求項４】　　超硬合金リング（又は複数）がリング
   状ケーシングのみに鋳込まれてなる請求項２記載のロー
   ル。
5. 【請求項５】　　球状黒鉛鋳鉄からなる鋳造合金へ１又
   は複数個の超硬合金リングを鋳込んでバレルを構成し、
   該鋳造合金は鋳造後５〜３０重量％、好ましくは１５〜
   ２０重量％の残余オーステナイトを含み、引続き１又は
   複数の熱処理工程によってその全部又は一部を増量の下
   でベイナイト主体へ変態せしめ、これにより鋳造後冷却
   によって生ずる鋳鉄と超硬合金との間の異なった収縮量
   を減少又は全部除去し、更にジャーナルを上記ロールに
   一体的に鋳造し、その後最終形状及び寸法に機械加工す
   ることを特徴とする好ましくは熱間又は冷間圧延用の超
   硬合金と鋳鉄とからなるロールを製造する方法。
6. 【請求項６】　　鋳造を遠心鋳造技術によって行う請求
   項５記載の方法。
7. 【請求項７】　　遠心鋳造によって超硬合金リング（又
   は複数）を該鋳造合金のケーシングに鋳込み、その後ロ
   ール中心部及びジャーナルを遠心鋳造又は置注鋳造によ
   って異なった鋳造合金で鋳造する請求項６記載の方法。
8. 【請求項８】　　リング状ケーシングのみを鋳造する請
   求項６記載の方法。