JPH0472034A - 形鋼圧延ロール用スリーブとその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、形鋼の圧延に使用される耐焼付性、耐摩耗
性、強靭性（耐割を負性）に優れたスリーブロール用の
スリーブとその製造方法に関する。

（従来の技術） 形鋼は、通常ユニバーサルミルにより圧延されている。

このユニバーサルミルにおいて使用される水平ロールや
竪ロールは、円筒状のスリーブを焼ばめ等によってアー
バに嵌め込んだスリーフロールである。スリーブロール
は、一体ロールに比ベスリーブ内面の残留応力が大きく
、さらに焼ばめによる組立の際および圧延に使用する際
の熱応力や圧延応力が加わるため割損を起こしやすいと
いう問題がある。

そこで、この問題を解決する手段として圧延材と接する
外層を耐摩耗性に優れたものとし、内層を強靭性に優れ
たものとした遠心鋳造複合スリーブが特開昭５９−２４
５６８号公報に開示されている。

さらに上記の内外層の間に中間層を設けたものも特開昭
６２−１４４８０７号公報に開示されている。

（発明が解決しようとする課題） ユニバーサルミルの水平ロールによるＨ型綱圧延の場合
、特にフランジとウェブのコーナ一部の面圧が高く、し
かも熱負荷も厳しいため、従来材質では焼付が発生する
ほか、摩耗が激しくサイクル圧延量、ロール原単位の低
下や圧延製品品質の劣化を招き大きな問題となっている
。前記のような複合スリーブ化もその対策の一つである
が、スリーブの複合化はロール製造コストの増加を招き
、また各層間の溶着性が不十分であるため、依然として
使用中の割損の問題が残っている。

本発明の目的は、形鋼の圧延に使用するスリーブロール
用のスリーブであって、耐焼付性、耐摩耗性に優れ、し
かも耐割損性にも優れたスリーブとその製造方法を提供
することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、スリーブの複合化に転らずに、体型のスリ
ーブで耐焼付性、耐摩耗性に優れ、しかも割損を生しに
くい材質について検討し、特に組織中の黒鉛と炭化物に
ついて下記のような注目すべき知見を得た。

■　組織中の炭化物量は、化学組成と鋳造方法の工夫に
よって深さ方向に意図的に変化させることができること
、即ち、炭化物として比重が重く、高硬度のＷ炭化物（
ＷＣ）を利用すれば、遠心鋳造法によりＷＣはスリーブ
外層部（圧延の際に被加工材と接触する側）に集まり、
その耐摩耗性を著しく向上させること、 ■　ＷＣを外層部に富化させれば、スリーブの半径方向
（深さ方向）にＣの濃度勾配が生じ、晶出する黒鉛量は
スリーブ外層表面部分で最も少なく、内部へいくほど増
加すること。

従って、スリーブの化学組成を適正に定めた上、上記の
ようなＷ炭化物と晶出黒鉛の分布制御を行えば、スリー
ブ表面付近は高硬度炭化物ＷＣにより優れた耐摩耗性を
有し、かつ少量の黒鉛により耐焼付性も改善される一方
、アーμと接する内部付近には多量の黒鉛が現出するこ
とにより強靭性が改善され、割損を防止することができ
る。

本発明は、下記の■および■を要旨とする。

■　重量％で、 Ｃ：２．３〜３．７％　　　Ｓｉ　：　０．６〜３．５
％Ｍｎ　：　０．５〜１．５％　　　　Ｎｉ　：　３．
０〜１０．０％Ｃｒ　：　１．５〜５．０％　　　　Ｍ
ｏ　：　０．５〜５．０％Ｗ　：　０．５〜２．５％ 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなり、外層部にＷ炭化物が富化され、半径中心方向
に晶出黒鉛が富化されていることを特徴とする形鋼圧延
ロール用スリーブ。

■　上記■の組成の合金を遠心力鋳造によって鋳造し、
外層部にＷ炭化物を富化させ、半径中心方向に晶出黒鉛
を富化させることを特徴とする形鋼圧延ロール用スリー
ブの製造方法。

（作用） まず、本発明のスリーブロールの化学組成を前記のよう
に選定した理由を各成分の作用効果とともに説明する。

なお、成分含有量についての％は全て重量％を意味する
。

Ｃ：２．３〜３．７％ Ｃは、Ｗと結合してＭＣ型高硬度炭化物を形成し、耐摩
耗性を向上させる。また、後述するＳｉ、Ｎｉ等の黒鉛
化促進元素によって組織中に黒鉛を晶出させ、耐焼付性
、強靭性（耐割損性）を向上させる作用を有している。

しかし、その含有量が２．３％未満では炭化物が不足し
耐摩耗性が不足し、かつ十分な黒鉛の晶出が得られない
ため、耐焼付性、強靭性（耐割損性）もわるくなる、一
方、３．７％を趙えて含有されると、スリーブ表面付近
においても黒鉛が過剰に現出し、黒鉛欠落による耐摩耗
性劣化を招く。

Ｓｉ　：　０．６〜３．５％ Ｓｉは、溶湯の脱酸剤となり、また湯流れ性の確保と黒
鉛を晶出させるために不可欠な元素である。

０．６％未満では溶湯の流動性が不足し、また黒鉛の晶
出も難しくなる。一方、Ｓｉが３．５％を鰯えて含有さ
れると、炭化物量が少なくなり所望の耐摩耗性を確保で
きない上、焼入性が阻害されて不完全焼入れ状態となり
昌く、基地硬度の低下から機械的性質の劣化、更には耐
摩耗性劣化を招くこととなる。したがってＳｉの適正含
有量は０．６〜３．５％である。

Ｍｎ　：　０．５〜１．５％ Ｍｎは、溶湯の脱酸のためにＳｉとともに積極的に添加
されるが、含有量が０．５％未満では十分な脱酸効果か
えられず、逆に１．５％を超えて含有されると、機械的
性質、特に靭性を劣化させる。したがってＭｎは０．５
〜１．５％とするのがよい。

Ｎｉ：３．Ｏ〜１０゜０％ Ｎｉは、焼入性を改善するほか、黒鉛を晶出させる作用
があるが、その含有量が３．０％未満ではその効果が不
足し、一方、１０．０％を超えて含有させると残留オー
ステナイトが増加してロール材として必要な硬度が得ら
れず耐摩耗性に問題が生じる。

Ｃｒ　：　１．５〜５．０％ Ｃｒは、耐摩耗性と強靭性とを向上させる作用があるが
、１．５％未満ではこの効果が少なく、一方、５．０％
を超えると硬度の低いＭ、Ｃ型の炭化物がＷＣよりも優
先的に晶出するようになり、スリーブ表面付近に所望の
耐摩耗性が得られなくなる。

即ち、Ｃｒの適正含有量は１．５〜５．０％である。

Ｍｏ　：　０．５〜５．０％ ＭＯは、基地中に固溶し、またＭＯ□Ｃとして析出する
ことによって高温軟化抵抗をはしめとする高温緒特性を
改善し、析出した炭化物や晶出した黒鉛が高温下で剥落
し易くなるのを防ぐなど高温下での優れた耐摩耗性と耐
焼付性を保証する。

しかし、その含有量が０．５％未満ではこの効果が少な
く、一方、５．０％を超えて含有されると黒鉛の晶出を
阻害するため所望の耐焼付性、強靭性（耐割損性）が得
られなくなる。

Ｗ：Ｏ，Ｓ〜２．５％ Ｗは、本発明にのスリーブにおけるもっとも重要な元素
である。後述する遠心力鋳造を行うことにより比重が重
く高硬度のＭＣＣ型炭化物がスリーブ表層部に富化（濃
化）し、その耐摩耗性を飛躍的に向上させる。また、こ
のＷ炭化物がスリーブ表面付近に偏析するような形で成
形されることによりスリーブ深さ方向にＣの濃度変化を
強制的に生み出し、黒鉛品出量を表面部で少なく内部に
なるほど増加させることができる。しかし、Ｗ含有量が
０．５％未満ではこの効果が少なく、一方２．５％を超
えて含有されると白銑化傾向が強くなり、黒鉛の晶出が
困難になるため、耐焼付性、強靭性（市１割損性）が劣
化する。

本発明のスリーブは上記成分のほか、残部はＦｅと不可
避的な不純物とからなる。不純物の代表的なものとして
は、ＰとＳであるが、これらは材質の脆化を招くことか
からロール材としては少ないほど望ましい、実際上、許
容上限値は、それぞれ０．１％である。

本発明のスリーブを製造するもっとも実際的な方法は遠
心力鋳造法である。遠心力鋳造法には、もともと鋳造組
織の微細化や硬度低下の抑制という長所があるが、合金
成分の比重差によって偏析が起きやすいことが短所とさ
れている。しかし、本発明ではこの従来短所とされてい
た偏析を積極的に利用するのである。

遠心力鋳造法としては、竪型、水平型、傾斜型のいずれ
の方法も採用できる。ＷＣを所望の程度に偏析させるた
めには、鋳造時の重力倍数（遠心力／重力）を通常の遠
心力鋳造における（Ｉ！（重力倍数、約１２０〜１５０
）以上とするのがよい。

黒鉛晶出量を調整するために、溶湯に接種剤としてＦｅ
−Ｓｉ合金を添加することが好ましい、この場合、最終
成分が目標範囲内に収まるように、接種剤の添加によっ
て成分組成が変化する分を予め補正しておく必要がある
。通常、Ｆｅ−Ｓｉ合金は全Ｓｉｌの０．２〜０．６％
程度を目安に添加すればよい。

このようにして製造される本発明のスリーブは、Ｗ炭化
物が面積率で表層部において５〜１５％、晶出黒鉛が面
積率で表層部において０〜５％、スリーブ最深部（アー
μに接する面）において５〜２０％であるのが望ましい
。

本発明のスリーブは、通常の材質、例えば、ダクタイル
鋳鉄や鍛鋼で作られたアーμと組み合わせて使用する。

このスリーブとアーμの組立も従来の焼き嵌め法で行う
ことができる。

スリーブには圧延に必要な硬度を与えるための＆ｌｌｌ
ｌｌｌ化熱処理（焼入れ一焼戻し）と残留応力低減のた
めの焼なましが施される。スリーブの大きさによって異
なるが、−船釣には、焼入れは、９００〜１０００°Ｃ
Ｘ５時間以上、焼戻しは５００〜６００°Ｃ×１０時間
以上、焼なましは３５０〜４５０°ＣＸｌ０時間以上で
実施すればよい。

（実施例） 次に、実施例により本発明を比較例、従来例と対比しな
がら具体的に説明する。

第１表は、本発明の実施例と比較例および従来例の化学
組成である。従来例の外層はアダマイト、内層は黒鉛鋼
であり、遠心力鋳造法により外層と内層とを溶着一体化
してスリーブ素材を鋳造し、組織安定化熱処理と残留応
力低減熱処理を施した後、所定寸法（外径φ１４００＋
ａｍ、内径φ８００ｍｍ　、外層厚３００ａ＋ｍ、内層
厚１００ｍｍ）の複合スリーブに機械加工により仕上げ
た。

一方、本発明例および比較例は、遠心力鋳造法によりＮ
ａｌ〜５の各化学組成を有する一体物のスリーブ素材と
して鋳造した。なお、鋳込時にはＦｅＳｉ合金により０
，３％ｓｉ相当分を接種して黒鉛晶出量と黒鉛形状のコ
ントロールを行っている。さらに、組織安定化熱処理（
９５０°Ｃ×１０時間−５７０°Ｃ×１５時間）および
残留応力低減熱処理（４５０°Ｃ×２０時間）を施した
後、所定寸法（外径１４００＋＋ｍ、内径８００＋ｕｅ
）の一体スリーブに機械加工により仕上げた。

なお、遠心力鋳造は重力倍数を１５０として行った。

本発明例阻３のスリーブ深さ方向の黒鉛量およびＷ炭化
物（ＷＣ）量について調査した結果を第１図と第２図に
示す。

黒鉛晶出量はスリーブ表面付近の面積率２〜３％から深
さ方向へ変化しており、スリーブ内面付近で面積率１０
％程度になっていることがｔａ認された。一方、ＷＣは
スリーブ表面付近（深さ１００ｍ−まで）に集中してお
り、遠心鋳造によりＷＣがスリーブ表面付近に偏析して
いることがｎｇ！された。

なお、図示していないが、本発明側石２．３についても
上記と同様の結果が得られている。

さらに、得られたスリーブの耐焼付性、耐摩耗性、強靭
性（耐割損性）ついて調べた。

■耐焼付性、耐摩耗性 スリーブ表面から３０＋ｕ＋の位置から厚さＩＯａｍ、
輻２０ｍｍ、長さ２０ＩｌｌＩの試験片を軸方向に採取
し、高温摩擦摩耗試験装置を用いて、 摩耗長さ：　　１５０ｍ、被加工材：　５Ｓ４１、無潤
滑の試験条件で、かつ面圧と相対すべり速度を変化させ
て焼付限界を求めるとともに、実機圧延条件下（面圧５
０ｋｇｆ／ａｍ”、相対すべり速度０．１ｍ／ｓ）にお
ける比摩耗量を求めた。

■強靭性（耐割損性） 引張試験によりスリーブ表面から２５０ＩＩ１１の位置
における接線方向の強度と伸びを調べた。

試験結果を第３図と第２表に示す。

第３図は、本発明例、比較例と従来例の面圧と相対すべ
り速度に関する焼付限界を示したものであり、各曲線の
右上が焼付発生領域を表しており、この曲線が右上にな
るほど焼付にくくなること、つまり耐焼付性に優れてい
ることになる。この結果から、本発明例Ｎ１１ｌ、２．
３は比較例Ｎα４．５および従来例に比べ焼付限界が格
段に高く耐焼付性に優れていることが明らかである。

（以下、余白） 第　　１　　表 （重量％、Ｆｅ　：　ｂａｌ、） 第 表 Ｆｊｉｊる慣嵌万１μｊの狂頁 第２表に示すとおり、本発明例毘１．２．３は比較例Ｎ
α４．５および従来例に比べて、要求される特性をバラ
ンスよく兼備している。即ち、スリーブ表面付近におけ
る耐摩耗性が優れており、方、スリーブ内部における引
張強度、伸びも高く強靭性（耐割損性）にも優れている
。

（発明の効果） 本発明のスリーブは、一体スリーブでありながら晶出黒
鉛量と高硬度炭化物（ＷＣ）の理悲的な濃度分布により
、表層部は耐焼付性、耐摩耗性に優れ、アーμに接する
内層部は、強靭性（耐割損性）に優れている。したがっ
て、スリーブ複合化による製造コストの増大や溶着部か
らの割損の心配がない。

本発明のスリーブは、例えば、幅可変水平ロールによる
外法一定Ｈ形調圧延に代表されるような高負荷の圧延に
も十分対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のスリーブにおける表面からの深さと
黒鉛晶出量との関係を示すグラフ、第２図は、同しくス
リーブ表面からの深さとＷＣ量との関係を示すグラフ、 第３図は、面圧と相対すべり速度によるロールの焼付限
界を示すグラフ、 である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、 Ｃ：２．３〜３．７％　Ｓｉ：０．６〜３．５％Ｍｎ：
   ０．５〜１．５％　Ｎｉ：３．０〜１０．０％Ｃｒ：１
   ．５〜５．０％　Ｍｏ：０．５〜５．０％Ｗ：０．５〜
   ２．５％ 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなり、外層部にＷ炭化物が富化され、半径中心方向
   に晶出黒鉛が富化されていることを特徴とする形鋼圧延
   ロール用スリーブ。
2. （２）請求項（１）に記載の組成の合金を遠心力鋳造に
   よって鋳造し、外層部にＷ炭化物を富化させ、半径中心
   方向に晶出黒鉛を富化させることを特徴とする形鋼圧延
   ロール用スリーブの製造方法。