JPH05132735A - 高耐摩耗ロール材およびその鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 均一な材質が容易に得られ、かつ耐摩耗性
と、特に耐クラック性に優れた高耐摩耗ロール材とその
鋳造法を提供する。 【構成】 化学組成が重量％でＣ ：1.0 〜 3.0％、
Ｓｉ：0.1 〜 2.0％、 Ｍｎ：0.1 〜 2.0％、Ｃｒ：3.
0 〜10.0％、 Ｍｏ：0.1 〜 9.0％、 Ｗ ：1.5 〜1
0.0％、Ｃｏ：0.5 〜10.0％、 Ｖ，Ｎｂの内一種又は
二種の合計：3.0 〜10.0％残部Ｆｅおよび不純物よりな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複合ロールの圧延使用
層たる外層に使用されるロール材に関する。

【０００２】

【従来の技術と課題】従来、耐摩耗性が特に要求される
鉄鋼圧延用ロールの圧延使用層の材質として、高クロム
鋳鉄材や耐焼付性を改善した黒鉛晶出型高クロム鋳鉄材
が使用されていた。近年の圧延条件の苛酷化に伴ない、
より高い耐摩耗性が要求されるようになり、前記鋳鉄中
にＮｂ，Ｖの一種又は二種を合計で２％以下添加して、
その微細炭化物を結晶核として生成させ、これによって
組織の微細化緻密化を図り、もって耐摩耗性を改善する
試みも行われているが、耐摩耗性の向上要求に十分対応
しているとはいえないのが実情である。

【０００３】一方、熱間圧延における耐摩耗性を大幅に
改善するには、材質中にＷを多量に添加すればよい。し
かしながら、複合ロールの外層は、主として遠心力鋳造
によって鋳造されることから、Ｗが比重差により分離
し、周方向に偏析が生じて均一な材質が得難いという問
題がある。そこで本出願人は上記の問題点を解決するも
のとして、先に特願平２−338913号を提案したが、本発
明は均一な材質が容易に得られ、かつ前記特願平２−33
8913号に比し耐摩耗性を同等以上とし、更に耐クラック
性の大幅向上と偏析のない耐摩耗性を向上させたロール
材およびその鋳造法を提供することを目的とする。

【０００４】

【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ロール材は、化学組成を重量％で、
Ｃ ：1.0 〜 3.0％、 Ｓｉ：0.1 〜 2.0％、 Ｍｎ：
0.1 〜 2.0％、Ｃｒ：3.0 〜10.0％、 Ｍｏ：0.1 〜
9.0％、 Ｗ ：1.5 〜10.0％、Ｃｏ：0.5 〜10.0％、
Ｖ，Ｎｂの内一種又は二種の合計：3.0 〜10.0％、残
部Ｆｅおよび不純物によって構成したものである。

【０００５】この際、Ｆｅの一部に代えて、Ａｌ, Ｔｉ
の内一種又は二種をそれぞれ0.01〜0.50％添加してもよ
い。又鋳造方法としては立型遠心力鋳造を適用するのが
よい。

【０００６】

【作用】本発明の高耐摩耗ロール材の化学組成は以下の
理由により限定される。単位は重量％である。 Ｃ：1.0 〜3.0 ％ Ｃは主としてＦｅおよびＣｒと結合してＭ₇ Ｃ₃ 型の高
硬度複合炭化物を形成すると共に、Ｃｒ, Ｍｏ, Ｖ, Ｎ
ｂ,Ｗと結合してＭＣ型の高硬度複合炭化物をも形成す
る。この高硬度複合炭化物形成のために 1.0％以上のＣ
％が必要である。一方、3.0 ％を越えてＣが含有される
と炭化物量が増すと共に脆くなり、耐クラック性が劣化
するため、3.0 ％以下とする。 Ｓｉ：0.1 〜2.0 ％ Ｓｉは本発明材が鋳造合金であるため、湯流れ性の確保
のために必要な元素であり、同時に又、使用原材料から
0.1％程度は不可避的に含有される。しかし、2.0 ％を
越えると靭性の低下を招くため好ましくない。 Ｍｎ：0.1 〜2.0 ％ Ｍｎは硬化能を増し、また、Ｓと結合してＭｎＳを生成
し、Ｓによる脆化を防ぐ元素であり、同時に使用原材料
から 0.1％程度は不可避的に含有される。しかし、2.0
％を越えると靭性の低下を招くため好ましくない。 Ｃｒ：3.0 〜10.0％ ＣｒはＦｅ, Ｍｏ，Ｖ, Ｎｂ, Ｗと共にＣと結合して、
高硬度複合炭化物を形成して高温に於ける耐摩耗性の向
上に寄与する。また、一部は基地中に固溶して焼入れ性
および耐摩耗性を改善する。3.0 ％未満ではこれらの効
果が少なく、耐摩耗性改善が期待できない。一方、10.0
％を越えて含有されると靭性の劣化を来すため好ましく
ない。 Ｍｏ：0.1 〜9.0 ％ ＭｏはＦｅ, Ｃｒ, Ｖ, Ｎｂ, Ｗと共にＣと容易に結合
して、主としてＭＣ型複合炭化物を形成し、常温および
高温硬度を高めて耐摩耗性の向上に寄与する。ＭｏはＷ
に比較して少量添加でその効果を発揮する。このさい、
0.1 ％未満では所期の耐摩耗性を得ることができず、一
方、9.0 ％を越えると靭性の低下を来し好ましくない。 Ｗ：1.5 〜10.0％ Ｗも同様にＦｅ, Ｃｒ, Ｍｏ, Ｖ, Ｎｂと共に容易にＣ
と結合して複合炭化物を形成し、常温および高温硬度を
高めて耐摩耗性の向上に寄与する。1.5 ％未満では所期
の耐摩耗性を得ることができず、一方、10.0％を越える
と靭性の低下を来し、耐ヒートクラック性を悪化させ
る。また、遠心力鋳造の際、マクロ偏析を生成し易くさ
せる。このため10.0％以下とする。 Ｖ, Ｎｂの内一種又は二種の合計：3.0 〜10.0％ ＶはＮｂと同様にＦｅ, Ｃｒ, Ｍｏ, Ｗと共にＣと容易
に結合して、主としてＭＣ型の複合炭化物を形成し、常
温および高温硬度を高めて耐摩耗性の向上に寄与する。
また、このＭＣ型複合炭化物は厚さ方向に枝状に生成す
るために、基地の塑性変形を抑止し、機械的性質、さら
には耐クラック性の向上にも寄与する。単独または二種
を複合して 3.0％以上添加しないとかかる効果は現れに
くい。しかし、添加量が10.0％を越えると靭性の低下を
招来すると共に、遠心力鋳造の際、マクロ偏析を生成し
易くなる。このため、10.0％以下とする。 Ｃｏ：0.5 〜10.0％ Ｃｏは本発明を特徴づける重要な元素であり、基地を改
善する上で大きな効果がある。

【０００７】ＣｏはＣの拡散を抑制する特殊な作用があ
り、炭化物の形成には無関係に基地に固溶して強靭性を
増すと共に、高温硬さと耐摩耗性を向上する効果があ
る。また、Ｃｏは炭化物生成元素のオーステナイト中へ
の固溶量を増大させるため、基地の硬さと焼戻し抵抗が
増大する。これらの効果を期待するには 0.5％以上の含
有が必要であるが、10.0％以上添加してもその効果が飽
和し、かつ、高価な元素であるので、0.5 〜10.0％とす
る。

【０００８】なお、高合金の鋳鉄材料を遠心力鋳造によ
って鋳造し、複合ロールを製作する場合、炭化物の分布
に不均一性ができ易く、鋳造条件の適正化が必要である
が、本発明のＣｏを含有する高合金材料の場合、Ｃｏは
上述のように炭化物の形成には無関係に基地に固溶する
ため、炭化物の不均一性を大きくすることなく上述の優
れた効果を期待できる。

【０００９】本発明の第一のロール材は以上の成分のほ
か残部がＦｅおよび不純物で形成される。尚、Ｐ, Ｓは
原料より不可避的に混入するが、材質を脆くするので少
ない程望ましく、Ｐ：0.2 ％以下、Ｓ：0.1 ％以下に止
めておくのがよい。本発明の第二のロール材は、第一の
ロール材の合金元素の他、Ｆｅの一部に代えて、Ａｌ：
0.01〜0.50％, Ｔｉ：0.01〜0.50％の一種又は二種を含
有させたものである。ＡｌおよびＴｉは溶湯中で酸化物
を生成して、溶湯中の酸素含有量を低下させ、製品の健
全性を向上させると共に、生成した酸化物が結晶核とし
て作用するために凝固組織の微細化に効果がある。0.01
％未満ではこの効果は十分ではなく、0.50％を越えて含
有されると介在物となって残留し、好ましくない。尚、
Ａｌ, Ｔｉは、本発明では主として鋳造組織の微細化に
よる耐摩耗性改善のために添加されるものであり、単に
脱ガスを目的として添加されるものではない。

【００１０】本発明のロール材は、複合ロールの外層と
して遠心力鋳造されるのが通例であるが、横型遠心力鋳
造に比べて立型遠心力鋳造はＧの変動、遠心力鋳造用金
型の振動が小さいので、金型内に鋳込まれた溶湯の成分
の移動が起りにくいため、組織均一性に優れたロール材
が容易に得られる。このため、立型遠心力鋳造すると、
横型遠心力鋳造する場合に比べて、鋳込温度を高くする
ことができ、鋳込作業に時間的余裕が出来るため作業の
容易化が図られ、湯面に形成された酸化膜等の巻き込み
による鋳造欠陥をも防止しうる。

【００１１】

【実施例】複合ロールは、圧延使用層たる外層に軸芯部
を溶着したものや、外層内面に内層を溶着した複合スリ
ーブをロール軸に焼きばめ等により固着したものがある
が、本発明のロール材はいずれのタイプについても、そ
の外層材として使用可能である。尚、外層から軸芯部や
内層に合金元素が混入し、軸芯材等の強靭性が劣化する
のを防止するために、その間に中間層を鋳造形成するこ
ともある。前記軸芯材や内層材としては下記表１（溶湯
組成) に例示した高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼等
の強靭材が使用され、中間層材としてはアダマイト材が
使用される。

【００１２】

【表１】

【００１３】これらの軸芯材は外層との溶着（中間層を
外層と軸芯材の間に形成する場合は中間層アダマイトと
の溶着）に際して、外層（または中間層）からＶ，Ｗ等
の合金元素も混入する。中間層アダマイトも外層との溶
着に際して外層からＶ，Ｗ等の合金元素が混入する。

【００１４】前記複合ロールの外層は、遠心力鋳造によ
って形成される。図１は横型遠心力鋳造装置を示してお
り、遠心力鋳造用金型1 は回転ローラ2,2 によって回転
自在に支持されており、外層材溶湯は堰鉢3 から注湯樋
4 を介して金型内に鋳込まれる。5 は湯止め用砂型であ
る。軸芯部を鋳込むときは、外層6 を内有した遠心力鋳
造用金型1 を起立させ、その両端に軸芯部形成用の上
型、下型を連設して静置鋳型を構成し、その内部に軸芯
材溶湯を鋳込めばよい。該横型遠心力鋳造装置において
は、金型内に鋳込まれた溶湯の各部は金型の回転毎に上
下動するため、Ｇの変動があり、またローラや金型の偏
心や傷により振動が発生し易く、鋳込まれた溶湯中の成
分は移動し易い。このため、成分の移動により偏析が生
じ易くなるので、通常、凝固開始温度＋70℃程度以下と
して比較的低温で鋳込むのがよい。

【００１５】図２は立型遠心力鋳造装置を示しており、
遠心力鋳造用金型11の上下端には上型12、下型13が組み
立てられており、該鋳型は回転する基盤14に同心状に機
械的に固定されている。このため、堰鉢15を介して鋳型
内に鋳込まれ、遠心力の作用で金型11内面に上昇し付着
した外層材溶湯16は、Ｇの変動や振動を受けにくい。
尚、遠心力鋳造用金型11のみ基盤14に固定し、外層鋳造
後、上型、下型を組み立て、軸芯部を静置鋳造してもよ
いことは勿論である。

【００１６】本発明のロール材は、複合ロール又は複合
スリーブの外層として鋳造後、ロール全体を焼入れ温度
(オーステナイト化温度) から 400〜650 ℃までの温度
域を250 ℃／Hr以上の冷却速度で焼入れることにより、
良好な焼入れ組織を得ることができる。尚、焼戻しは 5
00〜600 ℃の温度で１回ないし数回行なうとよい。本発
明でいうロール材とは、上記説明した圧延用ロールのみ
ならず圧延付帯設備におけるローラに適用可能な材質で
あることを意味し、圧延用ロールの外層材に限らず、例
えばホットランテーブルローラ等の中空円筒状ローラの
外層材としても適用できる。

【００１７】次に本発明のロール材を圧延使用層たる外
層に適用した複合ロールの具体的製造実施例について説
明する。 (実施例Ａ） (1) 表２に外層材溶湯を横型遠心力鋳造用金型（内径φ
420mm) に凝固開始温度＋50℃の鋳込温度で鋳込んだ。
鋳込量は肉厚で65mm分とした。同表中、従来例は耐摩耗
性を改善した高クロム鋳鉄材であり、比較例は特願平２
−338913号のものである。

【００１８】

【表２】

【００１９】(2) 外層鋳造後、外層を内有した金型を垂
直に立てて両端に上型および下型を連設して、その内部
に軸芯材（高級鋳鉄）溶湯を鋳込んだ。 (3) 後日、鋳型を解体し、ロール素材を取出し、粗加工
後、1000℃で２時間保持後、420 ℃／Hrで 450℃まで強
制冷却し、次いで50℃／Hrで常温まで冷却した。その後
550℃で10Hr保持の焼戻し熱処理を２回繰り返した。

【００２０】熱処理後の外層表面硬度は表３の通りであ
った。

【００２１】

【表３】

【００２２】(4) 外層端部断面を目視観察したところ、
成分の偏析は認められなかった。また、外層から板状試
験片を採取し、固定した試験片に回転輪を押し付けて比
摩耗量を測定した。その結果は表４に示す通りである。 試験条件 回転輪 ＳＵＪ−２ 浸炭焼入（ＨＲＣ６０〜６
２） 初期荷重 １８kgｆ すべり速度 ３．４ｍ／秒 すべり距離 ２００ｍ

【００２３】

【表４】

【００２４】(5) 同じく、外層材から熱衝撃試験用のテ
ストピースを採取し、 200℃〜650 ℃の温度に50℃ピッ
チで昇温した後、水中に投入し、クラックの発生状況を
チェックした。その結果は表５に示す通りである。 テストピースサイズ：50×65×t20

【００２５】

【表５】

【００２６】なお、本発明材は従来材よりも高温迄の熱
衝撃に耐えることができる。 （実施例Ｂ） (1) 表６の化学組成の外層材を横型又は立型遠心力鋳造
用金型（内径φ420mm)に肉厚で50mm分鋳込んだ。金型回
転数は共にＧNo.で 100とした。

【００２７】

【表６】

【００２８】実施例６：横型遠心、凝固開始温度1390℃
で鋳込み 実施例７：横型遠心、凝固開始温度1450℃で鋳込み 実施例８：立型遠心、凝固開始温度1390℃で鋳込み 実施例９：立型遠心、凝固開始温度1450℃で鋳込み (2) 型をばらした後、外層素材を軸方向全長に亘って
切断し、1000℃で３時間保持した後、冷却し、５50℃で
１０時間焼鈍した。その後、縦断面のマクロ組織を観察
した。その結果、実施例６，８，９については偏析はな
かったが実施例７については軽度な偏析が認められた。

【００２９】以上の如く、立型遠心力鋳造するとより高
温で鋳込むことができるため、作業性の向上、異物混入
による鋳造欠陥の防止に効果的である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のロール材
は、Ｍｏ：0.1 〜9.0 ％、Ｗ：1.5 〜10.0％、Ｃｏ：0.
5 〜10.0％を含み、Ｖ, Ｎｂの内一種又は二種の合計
3.0〜10.0％を含有させたので、Ｖ, Ｎｂ炭化物の特殊
形態とあいまって、先に提案した特願平２−338913号の
ロール材に比し耐摩耗性を同等以上に維持しながら、更
に耐クラック性を大幅に向上させ、飛躍的に向上させる
ことができた。また、遠心力鋳造してもマクロ偏析は生
じにくく、組織の均一性に優れる。特に、立型遠心力鋳
造すれば、より高温で鋳込むことができるため、作業性
の向上、異物の混入による鋳造欠陥の防止に効果的であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】横型遠心力鋳造装置の主要部断面図である。

【図２】立型遠心力鋳造装置の主要部断面図である。

【符号の説明】

１ 遠心力鋳造用金型 ６ 外層 11 遠心力鋳造用金型 16 外層材溶湯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬戸 良登 兵庫県尼崎市西向島町64番地 株式会社ク ボタ尼崎工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学組成が重量％で Ｃ ：1.0 〜 3.0％、 Ｓｉ：0.1 〜2.0％、 Ｍｎ：
   0.1 〜 2.0％、 Ｃｒ：3.0 〜10.0％、 Ｍｏ：0.1 〜 9.0％、 Ｗ ：
   1.5 〜10.0％、 Ｃｏ：0.5 〜10.0％、 Ｖ，Ｎｂの内一種又は二種の合
   計：3.0 〜10.0％、残部Ｆｅおよび不純物よりなること
   を特徴とする高耐摩耗ロール材。
2. 【請求項２】 化学組成が重量％で、 Ｃ ：1.0 〜 3.0％、 Ｓｉ：0.1 〜2.0％、 Ｍｎ：
   0.1 〜 2.0％、 Ｃｒ：3.0 〜10.0％、 Ｍｏ：0.1 〜 9.0％、 Ｗ ：
   1.5 〜10.0％、 Ｃｏ：0.5 〜10.0％、 Ｖ，Ｎｂの内一種又は二重の合
   計：3.0 〜10.0％ Ａｌ：0.01〜0.50％、Ｔｉ：0.01〜0.50％の内一種又は
   二種 残部Ｆｅおよび不純物よりなることを特徴とする高耐摩
   耗ロール材。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の高耐摩耗ロール材を立
   型遠心力鋳造することを特徴とする高耐摩耗ロール材の
   鋳造法。