JPH0521973B2 - - Google Patents

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JPH0521973B2
JPH0521973B2 JP62252186A JP25218687A JPH0521973B2 JP H0521973 B2 JPH0521973 B2 JP H0521973B2 JP 62252186 A JP62252186 A JP 62252186A JP 25218687 A JP25218687 A JP 25218687A JP H0521973 B2 JPH0521973 B2 JP H0521973B2
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carbides
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JP62252186A
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Toshuki Hatsutori
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B27/00Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は熱間または冷間圧延用の複合ロール材
に関し、特に鋳造時における鋳造欠陥の発生を防
止した鋳かけ肉盛用複合ロール材に関するもので
ある。 〔従来の技術〕 従来耐摩耗性が要求される熱間または冷間の圧
延用ロールには、遠心鋳造法によつて製造された
鋳鉄製複合ロールが広く使用されている。この複
合ロールは、外層を耐摩耗性の大なる炭化物を晶
出させた鋳鉄系の材質で形成し、内層を靭性の大
なるねずみ鋳鉄若しくはダクタイル鋳鉄によつて
形成するのが最も一般的であるが、このような複
合ロールを前記遠心鋳造法によつて製造する場合
には、内外層を形成する材質にに制限がある。す
なわち、外層をW,V,Nb,Ti,Ta,Zr,Hf
等の元素が形成する炭化物を多量に晶出するよう
な材質で形成することは、耐摩耗性の向上に有効
であるが、このような外層と内層とを遠心鋳造法
で製造することは、下記の理由により現実的には
不可能である。 まず前記のような元素が形成する炭化物は、外
層溶湯との比重が異なるため、外層形成中におい
て遠心分離の作用が働く結果、均一に分散せず偏
析を起し易い点が挙げられる。また前記元素には
酸化傾向の強いものが多く、大気中における内層
との溶着が著しく困難である。更に遠心鋳造法に
おいては、内層を形成する材料として黒鉛を晶出
させたねずみ鋳造若しくはダクタイル鋳鉄を使用
することによつて靭性を確保しているのが一般で
あるが、外層を形成する材料中に前記のような白
銑化傾向の強い元素を多量に含有していると、外
層成分が内層中に若干溶け込むため、内層の黒鉛
化を阻害して脆くなるという問題点がある。また
内外層の境界部付近には炭化物が集中して発生す
るため脆く、境界部を起点とした外層の剥離その
他の不都合を起し易い。 次に圧延用ロールの内層を形成するねずみ鋳鉄
若しくはダクタイル鋳造における引張強さは、一
般に55Kg/mm2程度が限界であり、伸びの値は1%
以下である。従つてこれ以上の値を得ようとする
と、内層に鋼系の材質を使用する必要があるが、
遠心鋳造法によつて製造するのは困難である。す
なわち、外層溶湯を鋳込後内層溶湯を鋳込んで外
層の内側部分を溶融して接合するとき、内層の方
が外層より高融点であるため、内外層成分が溶
融・混合状態となつた境界部が最終凝固層となる
ため、この境界部に鋳造欠陥を発生し易くなるた
めである。 一方圧延用ロールとしては、外層材と軸材とを
焼嵌め若しくは組立てにより一体構造としたもの
も使用されている。しかしながら最近の圧延用ロ
ールには、一度に多量の圧延を行なうことによつ
て圧延の合理化を図るためと、被圧延材の寸法精
度を向上させるために、ロールの耐摩耗性を大幅
に向上させることが必要になつてきている。また
同時に被圧延材の寸法精度向上のため、圧延によ
る撓みと逆方向にロール軸を曲げる手段や、一つ
の圧延スタンドにおける圧下量を増大させる作業
が広く採用される状態になつてきたため、ロール
の軸に印加される曲げ応力が極めて大となつてお
り、ロール軸部の強度の向上が必要になつてきて
いる。この場合上記のような焼嵌め若しくは組立
ロールを使用すると、圧延中に外層と軸材との間
に滑りを生ずること、若しくは外層が割れ易い等
の問題点がある。このため外層と軸とは、金属的
に完全に一体接合する必要がある。 上記のような要求を同時に満足させるための手
段として、例えば特開昭61−60256号公報に記載
のような鋳かけ肉盛方法が有効である。すなわ
ち、外側を誘導加熱コイルで包囲した耐火枠と、
この枠の下に同軸的に設置した冷却型とからなる
モールドの内側に、鋼からなる軸材を同軸的に遊
嵌させ、前記軸材と前記モールドとの間に形成し
た空隙に、外層を形成すべき溶湯を注入して軸材
と溶着させ、この溶湯を凝固させながら軸材と共
に移動することにより、軸材の周囲に連続的に鋳
かけ肉盛りするのである。なお本出願人は、外層
溶湯に耐摩耗性を有する合金溶湯を使用した耐摩
耗合金複合ロールおよびその製造方法についてす
でに出願している(特願昭62−69666号)。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記の改良方法により、耐摩耗性を有する外層
を強靭な軸材の外周に強固に溶着することができ
るのであるが、耐摩耗性を付与させるために、外
層に炭化物生成元素であるV,Nb,Ti等を多量
に含有させた場合には、特に溶湯の粘性が高くな
るため、いわゆる押湯効果が利きにくく、鋳巣そ
の他の鋳造欠陥を生じ易いという問題点がある。
そしてこのような鋳造欠陥は、上記鋳かけ肉盛法
においては外層肉盛材と軸材との境界部に発生し
易い。このような鋳造欠陥が存在する時には、外
層と軸材との溶着接合強度を著しく低下させるの
みならず、ロール全体の強度をも低下させるた
め、近年の苛酷な圧延条件に適合し得なくなる。 本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決
し、鋳造時における鋳造欠陥の発生を大幅に抑制
することができる鋳かけ肉盛用複合ロール材を提
供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 前記従来技術に存在する問題点を解決するため
に、鋳かけ肉盛方法により外層を形成する合金成
分を所定の量に抑制することにより、本来固有の
炭化物生成特性若しくは耐摩耗性を低下させるこ
となく、前記押湯効果を助長し、鋳造欠陥の発生
を阻止しえることを見出した。 即ち本願の第1の発明においては、C1.5〜3.5、
Si0.3〜3.0、Mn0.3〜1.5、Ni2.0以下、Cr3.0〜
7.0、Mo8.0以下、W20.0以下、V3.0〜12.0各重量
%含有し、残部実質的にFeからなると共に、C
−(0.06Cr+0.063Mo+0.033W+0.18V)の値を
1.0以下とする、という技術的手段を採用した。 また本願の第2の発明においては、C1.5〜3.5、
Si0.3〜3.0、Mn0.3〜1.5、Ni2.0以下、Cr3.0〜
7.0、Mo8.0以下、W20.0以下、V3.0〜12.0、
Nb5.0以下各重量%含有し、残部実質的にFeから
なると共に、C−(0.06Cr+0.063Mo+0.033W+
0.18V+0.13Nb)の値を1.0以下とする、という
技術的手段を採用したのである。 本願発明における各合金元素の含有量の限定理
由およびCr,W,Mo,VおよびNb含有量の各
係数の根拠について記述する。 C:1.5〜3.5% Cは鋳鉄を構成する基本元素の1つであり、特
に本願発明の複合ロール材においては、耐摩耗性
を付与すべきMC,M4C3,M2C,M6C等の硬質
炭化物を形成するための必須元素である。そして
この量は1.5%未満では生成する炭化物の量が少
ないため、充分な耐摩耗性を付与することができ
ないのみならず、初晶温度を上昇させて鋳造性を
阻害するため不都合である。一方3.5%を越える
と靭性を低下させてロール材として不適当となる
ため好ましくない。 Si:0.3〜3.0% Siは脱酸剤として必要な元素であり、0.3%以
上含有させる必要がある。またSiはM6C炭化物中
にW,Mo等の元素を置換して含有されるため、
W,Mo等の高価な元素の節減を図るために有効
である。しかし、3.0%を越えると、前記Cと同
様に靭性を低下させるため不都合である。 Mn:0.3〜1.5% Mnも前記Siと同様に脱酸剤として有効である
と共に、不純物であるSをMnSとして固定する
ために有効であり、0.3%以上含有させる必要が
ある。しかし1.5%を越えて含有させても上記作
用の著しい助長とはならないため好ましくない。 Ni:2.0%以下 Niは焼入れ性を向上させたるため、若干量を
含有させることは有効であるが、2.0%を越える
と残留オーステナイトの量が過剰となり、硬度の
向上が期待できない。また使用中に変態を惹起す
ることに起因する割れ等の事故を発生させるため
不都合である。 Cr:3.0〜7.0% Crは焼入れ性の向上および炭化物生成のため
に必要な元素であり、3.0%以上含有させる。し
かし7.0%を越えると、Cr系炭化物が過多となる
ため不都合である。すなわちCr系炭化物例えば
M23C6は、MC,M4C3,M6C3,M6C,M2Cと比
較して硬度が低く、ロール材として必要な耐摩耗
性を低下させるため好ましくない。 Mo:8.0%以下 MoはM6C,M2C等の晶出炭化物の形成の作用
があると共に、基地中に固溶して焼入れ性の向上
および焼戻し硬さの向上をもたらすために含有さ
せる。しかしMo量が増加すると、本発明ロール
材中の最も硬い炭化物であるMC,M4C3の量を
減少させるため好ましくなく、上限を8.0%とす
る。 W:20.0%以下、 Wも前記Moと同様にM6C,M2Cなどの晶出炭
化物を形成するための有効成分である。しかし
Moと同様に含有量の増加に従つて、硬質のMC
炭化物を減少させるので、上限を20.0%とするの
が好ましい。 V:3.0〜12.0% Vは耐摩耗性の向上に最も貢献するM4C3炭化
物を形成するための必須元素であり、少なくとも
3.0%以上含有させる必要がある。しかし酸素と
の親和力が大であるため、溶湯中における酸化反
応が激しくなり、12.0%を越て含有させると大気
中における溶解が事実上不可能となるため不都合
である。 Nb:5.0%以下 Nbは本願の第2発明において、前記Vの置換
元素であり、MC炭化物を微細かつ均一に晶出形
成させる作用がある。しかし上記Vと同様酸素と
の親和力が大であるため、5.0%を越て含有させ
ることは溶湯中の酸化反応の激化および大気中の
溶解を不可能とするため好ましくない。 次に本発明の最大の特徴は、上記各合金元素を
限定すると共に、第1発明においては、C−
(0.06Cr+0.063Mo+0.033W+0.18Vの値を1.0以
下としたこと、および第2発明においては、C−
(0.06Cr+0.063Mo+0.033W+0.18V+0.13Nb)
の値を1.0以下としたことにある。この値が1.0を
越えると、後述の実施例からも明らかなように、
溶湯の凝固温度域、すなわち初晶発生温度と凝固
完了温度との差が大となる結果、押し湯効果を減
少させ、引け巣その他の鋳造欠陥を多発するため
好ましくない。なお上記( )内の値(以下
Cbal)と称する)を定めるための各合金元素に
乗ずる係数は、当該合金元素の含有量の全量が当
該合金元素独自の炭化物を形成するのに充当され
る場合に必要なC(%)の量を示す。例えばCrの
場合には独自の炭化物はCr23C6であるから、含有
Cr量がすべてCr23C6を形成するためには、C
(%)の量は、 C(%)=6×Mc/23×Mcr×Cr(%)=6×12/23×5
2 ×Cr(%)=0.06×Cr(%) (但し、Mc,Mcrは、各々C,Crの原子量)
となる。同様にして他の合金元素Mo,W,V,
Nbについて炭化物を仮定して係数を算出すると、
第1表に示すようになる。
〔作用〕
上記の構成により、溶湯の凝固温度域、すなわ
ち初晶発生温度と凝固完了温度との差を、例えば
210℃以下に抑制し、引け巣その他の鋳造欠陥の
発生を阻止し、鋳かけ肉盛用の健全なロール材と
する作用が期待できるのである。 〔実施例〕 第1図は本発明の実施例における凝固温度域と
C−Cbalとの関係を示す図でり、第2表に示す
合金成分のロール材についての値を打点したもの
である。(ロール材の鋳造手段については後述す
る)。第1図から明らかなように、比較材におい
ては何れも凝固温度域が広く(212℃以上)、かつ
C−Cbalの値が何れも大なる値であると共に、
何れも引け巣の発生が認められた。これに対して
本発明の実施例においては上記引け巣その他の鋳
造欠陥は全く認められず、外層と軸材との溶着が
完全なロール材を得ることができた。なお凝固温
度域は何れも199℃以下になつており、C−Cbal
〔発明の効果〕
本発明は以上記述のような構成および作用であ
るから、晶出炭化物を含有する外層における偏析
の発生がなく、かつ材料が本来有している耐摩耗
性を充分に保持しつつ、引け巣その他の鋳造欠陥
のない健全な複合ロールを得ることができるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における凝固温度域と
C−Cbalとの関係を示す図、第2図は本発明の
複合ロール材により複合ロールを鋳造する場合の
装置の例を示す要部縦断面図である。 5……軸材、7……溶湯、8……外層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C1.5〜3.5、Si0.3〜3.0、Mn0.3〜1.5、Ni2.0
    以下、Cr3.0〜7.0、Mo8.0以下、W20.0以下、
    V3.0〜12.0各重量%含有し、残部実質的にFeか
    らなると共に、C−(0.06Cr+0.063Mo+0.033W
    +0.18V)の値を1.0以下とし、鋳造欠陥の発生を
    防止したことを特徴とする鋳かけ肉盛用複合ロー
    ル材。 2 C1.5〜3.5、Si0.3〜3.0、Mn0.3〜1.5、Ni2.0
    以下、Cr3.0〜7.0、Mo8.0以下、 W20.0以下、V3.0〜12.0、Nb5.0以下各重量%含
    有し、残部実質的にFeからなると共に、 C−(0.06Cr+0.063Mo+0.033W+0.18V+
    0.13Nb)の値を1.0以下とし、鋳造欠陥の発生を
    防止したことを特徴とする鋳かけ肉盛用複合ロー
    ル材。
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