JPH06256889A - 黒鉛を有するハイス系鋳鉄材及び複合ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 摩擦係数が低く、またクラックの進展が生じ
にくい、ハイス系鋳鉄材および該鋳鉄材により外層が形
成された複合ロールを提供する。 【構成】 本発明の黒鉛を有するハイス系鋳鉄材は、化
学組成がwt％で、Ｃ ：1.8 〜3.6 ％、 Ｓｉ：1.0 〜
3.5 ％、 Ｍｎ：0.1 〜2.0 ％、Ｎｉ：0.5 〜10.0％、
Ｃｒ：2.0 〜10 ％、 Ｍｏ：0.1 〜10％、Ｗ ：0.
1 〜10％、 Ｖ, Ｎｂ：一種又は二種の総計で1.5 〜
10％、を含有し、残部が実質的にＦｅからなる組成によ
り構成される。この際、前記合金成分の他に、Ｃｏ：0.
5 〜10.0wt％、又はＡｌ：0.01〜0.50wt％，Ｔｉ：0.01
〜0.50wt％，Ｚｒ0.01〜0.50wt％の内の一種もしくは二
種を含有することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、黒鉛を有するハイス系
鋳鉄材および該鋳鉄材により外層が鋳造された複合ロー
ルに関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳造用の高耐摩耗性鋳鉄材として、特開
平４−１７６８４０号公報に開示されているように、下
記化学組成（wt％）を有するハイス系鋳鉄材は公知であ
る。 Ｃ ：1.0 〜3.0 ％、 Ｓｉ：0.1 〜2.0 ％、 Ｍｎ：
0.1 〜2.0 ％、Ｃｒ：3.0 〜10.0％、 Ｍｏ：0.1 〜6.
0 ％、 Ｗ ：1.5 〜10.0％、Ｖ、Nbの一種又は二種の
合計：3.0 〜10.0％、 残部実質的にＦｅ かかるＭｏ、Ｗ、Ｖを含有するハイス系鋳鉄材は、高温
での特性に優れ、かつ組織中にＶＣやM₂C 、M₆C 等の高
硬度晶出炭化物を有しているため、熱間圧延用ロール材
として極めて良好な耐摩耗性と耐肌荒性を兼備してい
る。このため、外層とその内面に溶着された強靱材から
なる内層、あるいはその間に中間層が溶着された複合ロ
ールの外層材として使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のハイス
系鋳鉄材は、摩擦係数が大きく、その結果、圧延荷重の
増大やそれに伴う通板性のアンバランス、発熱等の問題
がある。尚、通板性とは圧延板のロール表面からの離反
の容易さをいい、これが悪いと圧延板がロール表面に付
着し、円滑な走行が妨げられて蛇行し、著しい場合は圧
延板の重なり、皺などの表面損傷が生じる。また、圧延
時にロールに過大な負荷がかかったとき、ロール表面に
生じたミクロクラックが、その後外層内部に進展し易
く、甚だしい場合は外層の割損に至るという問題があ
る。

【０００４】本発明は係る問題に鑑みなされたもので、
摩擦係数が低く、またクラックの進展が生じにくい、ハ
イス系鋳鉄材および該鋳鉄材により外層が形成された複
合ロールを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の黒鉛を有するハ
イス系鋳鉄材は、化学組成がwt％で、Ｃ ：1.8 〜3.6
％、 Ｓｉ：1.0 〜3.5 ％、 Ｍｎ：0.1 〜2.0 ％、Ｎ
ｉ：0.5 〜10.0％、 Ｃｒ：2.0 〜10 ％、 Ｍｏ：0.
1 〜10％、Ｗ ：0.1 〜10％、 Ｖ, Ｎｂ：一種又は
二種の総計で1.5 〜10％、を含有し、残部が実質的にＦ
ｅからなる組成により構成される。この際、前記合金成
分の他に、Ｃｏ：0.5 〜10.0 wt ％又はＡｌ：0.01〜0.
50wt％，Ｔｉ：0.01〜0.50wt％，Ｚｒ0.01〜0.50wt％の
内の一種もしくは二種又はＢ：0.01〜0.50wt％を含有す
ることができる。

【０００６】また、本発明の複合ロールは、外層の内面
に必要に応じて中間層が鋳造され、前記外層もしくは中
間層の内面に内層が鋳造され、外層と中間層もしくは内
層、中間層と内層とが互いに溶着した複合ロールにおい
て、前記外層が叙上の黒鉛を有するハイス系鋳鉄材で形
成され、前記中間層がアダマイト材で、前記内層が強靱
性を有する鋳造用鉄鋼材で形成されている。前記内層は
片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄又は黒鉛鋼からなる黒鉛晶
出材で形成するのがよく、また中間層はＣ ：1.0 〜2.
5 ％、Ｓｉ：0.1 〜1.5 ％等を含有したアダマイト材で
形成するのがよい。

【０００７】

【作用】本発明のハイス系鋳鉄材は、Ｃｒ, Ｍｏ，Ｗ，
Ｎｂ，Ｖ，ＦｅおよびＣが相互に結合した高硬度の複合
炭化物が基地中に存在するため、またＣｏによる基地の
強化により、常温および高温における硬度が向上し、耐
摩耗性が飛躍的に向上する。更に、特にＣ、Ｓｉ、Ｎｉ
を特定範囲に規定しているため、組織中に黒鉛が面積率
で0.1 〜7.0 ％程度晶出・析出し、この黒鉛の作用によ
り、衝撃荷重を緩和することができると共にクラックの
進展が阻止され、また摩擦係数の低減や耐焼付性の向上
が図られる。

【０００８】叙上の黒鉛を有するハイス系鋳鉄材を複合
ロールの外層材として用いることにより、圧延に際して
同材の優れた特性を発揮させることができ、圧延荷重や
摩擦熱の低減、通板性の向上が図られ、クラックの進展
を抑制し得る圧延用ロールを提供することができる。こ
の圧延ロールは、黒鉛の作用により耐焼付性も良好なた
め、冷間圧延用ロールとしても好適である。

【０００９】また、アダマイト材を用いて、外層と内層
との間に中間層を形成することにより、外層の高合金成
分が内層に混入して、その強靭性を劣化するのを防止す
ることができる。また、中間層と内層との境界部は低合
金となるので、炭化物層の形成が抑制され、境界強度の
向上を図ることができる。また、外層のオーステナイト
熱処理の際、内層の温度上昇を防止することができ、内
層材質の強靭性劣化を防止しつつ、外層のみを1100℃以
上の高温に加熱することができる。また、外層の焼入れ
時にマルテンサイト変態することがないので、外層に焼
入れ熱処理を施しても、過大な残留応力が生じることが
なく、耐事故性に優れる。

【００１０】また、内層を片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄
又は黒鉛鋼すなわち、黒鉛の晶出した鉄鋼材で形成する
ことにより、外層の黒鉛の存在と相まって熱伝導性ひい
ては放熱性に優れ、圧延時のロールの熱変形を防止する
ことができる。またヤング率を外層のそれよりかなり低
くすることができ、過負荷時にはロールの偏平化によっ
て外層に過大な応力を生じるのを防止することができ
る。

【００１１】

【実施例】まず、本発明の黒鉛を有するハイス系鋳鉄材
の化学組成の限定理由について説明する。以下、成分の
単位はすべてwt％である。 Ｃ：1.8 〜3.6 ％ 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，Ｍ₆ Ｃ型，Ｍ₂ Ｃ型等の高硬
度複合炭化物をも形成する。また、後述の黒鉛化促進元
素であるＳｉの作用により、また熱処理により微細な黒
鉛となって組織中に晶出・析出する。1.8 ％未満では炭
化物量が減少すると共に黒鉛がほとんどなくなり、一方
3.6％を越えて含有されると炭化物量及び黒鉛量が過多
となり、材質が脆くなる。

【００１２】Ｓｉ：1.0 〜3.5 ％ Ｓｉは湯流れ性の確保および黒鉛を晶出・析出させるた
めに必要な元素であり、1.0 ％未満ではかかる作用が不
足し、一方3.5 ％を越えると黒鉛が面積率で7％を越え
るように過多となり、黒鉛を起点とする摩耗が著しくな
り、耐摩耗性が劣化する。尚、黒鉛の晶出を促進するに
は、鋳込み前のＳｉ量を上記成分範囲よりも低めにして
おいて、鋳込み時に接種を行い、最終製品の成分で上記
範囲内に調整するのがよい。

【００１３】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。 Ｎｉ：0.5 〜10.0％ Ｎｉは基地組織の改良と黒鉛を晶出・析出させる目的で
添加する。0.5 ％未満では黒鉛量が過少であり、一方1
0.0％を越えるとＳｉの場合と同様黒鉛が過多となり、
また残留オーステナイトが増加し、後の熱処理によって
も強靱組織にすることが難しくなり、耐摩耗性が劣化す
る。

【００１４】Ｃｒ：2.0 〜10％ 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。 2.0％未満ではこれらの効
果が少なく、一方10％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。

【００１５】Ｍｏ：0.1 〜10％ ＭｏはＦｅ, Ｃｒ, Ｖ, Ｎｂ, Ｗと共にＣと容易に結合
して、主としてＭ₇ Ｃ ₃ 型, Ｍ₆ Ｃ型, Ｍ₂ Ｃ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％未満ではその効果が過
少であり、一方10％を越えると靭性の低下を来し好まし
くない。

【００１６】Ｗ：0.1 〜10％ Ｗも同様にＦｅ, Ｃｒ, Ｍｏ，Ｖ, Ｎｂと共にＣと容易
に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。

【００１７】 Ｖ, Ｎｂ：一種又は二種の総計で1.5 〜10％ 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、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 1.5％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％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。

【００１８】本発明にかかるハイス系鋳鉄材は以上の合
金成分のほか残部がＦｅおよび不可避的に混入した不純
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
明の鋳鉄材には、前記合金成分の他に、必要に応じて、
Ｃｏ：0.5 〜10.0％、又は／及び下記組成範囲のＡｌ,
Ｔｉ，Ｚｒの内の一種又は二種以上、又は／及びＢ：0.
01〜0.50％を含有することができる。

【００１９】Ｃｏ：0.5 〜10.0％ Ｃｏは基地を改善する上で大きな効果がある。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
％を超えて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。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。

【００２０】Ａｌ, Ｔｉ，Ｚｒ：各々0.01〜0.50％ Ａｌ, Ｔｉ，Ｚｒ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、一方、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，
Ｚｒ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。

【００２１】Ｂ：0.01〜0.50％ Ｂは溶湯中の酸素と結合して、脱酸効果を示す。その
他、生成した酸化物を核とする凝固組織の微細化効果、
および基地中に溶け込んだＢによる焼入れ性の増大効果
を有する。圧延ロールのような大質量の鋳物の場合、冷
却温度を速くすることが困難な場合があるが、焼入れ性
の増大によって、焼入れ組織を得易くなる。0.01未満で
はこのような効果が十分ではなく、一方0.50％を越える
と材質が脆くなり好ましくない。

【００２２】本発明の鋳鉄材は、外層と中実状内層また
は円筒状内層とが溶着された二層複合ロール、あるいは
外層と内層との間に中間層を鋳造した三層複合ロールの
外層材として好適に使用される。内層材としては、高級
鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼、鋳鋼等の強靱性を有す
る鋳造用鉄鋼材が使用される。特に、黒鉛晶出材である
前三者が好適である。外層の黒鉛の存在と相まって熱伝
導性ひいては放熱性に優れ、圧延時のロールの熱変形を
防止することができるからである。また、これらの黒鉛
晶出鉄鋼材はヤング率が 19000kg／mm² 程度以下である
ため、過負荷時にロールの偏平化によって負荷を吸収
し、耐事故性を向上することができる。また、低温歪取
り焼鈍によって、外層熱処理時の残留応力を容易に軽減
することができる。また、良好な靭性を有するため、衝
撃的な圧延トルクに対しても耐えることができる。以
下、高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼の好適な組成例
（wt％）を示す。 (1) 高級鋳鉄 Ｃ ：2.5 〜4.0 ％、 Ｓｉ：0.8 〜2.5 ％、 Ｍｎ：0.2 〜1.5 ％、 Ｐ ：0.2 ％以下、 Ｓ ：0.2 ％以下、 Ｎｉ：3.0 ％以下、 Ｃｒ：2.0 ％以下、 Ｍｏ：2.0 ％以下、 Ｗ, Ｖ, Ｎｂ：総計で４％以下、 残部：外層あるいは中間層から混入したＣｏおよび実質
的にＦｅ尚、外層がＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒを含む場合、これ
らの元素も外層から、あるいは中間層を介して内層に混
入するが、微量であるため材質上ほとんど問題にならな
い。鋳込み前の溶湯組成は溶着後に上記組成となるよう
に決定されるが、下記にその組成例を示す。

【００２３】 Ｃ ：2.5 〜4.0 ％、 Ｓｉ：0.8 〜2.5 ％、 Ｍｎ：0.2 〜1.5 ％、 Ｐ ：0.2 ％以下、 Ｓ ：0.2 ％以下、 Ｎｉ：3.0 ％以下、 Ｃｒ：2.0 ％以下、 Ｍｏ：2.0 ％以下、 残部：実質的にＦｅ (2) ダクタイル鋳鉄 Ｃ ：2.5 〜4.0 ％、 Ｓｉ：1.3 〜3.5 ％、 Ｍｎ：0.2 〜1.5 ％、 Ｐ ：0.2 ％以下、 Ｓ ：0.2 ％以下、 Ｎｉ：3.0 ％以下、 Ｃｒ：2.0 ％以下、 Ｍｏ：2.0 ％以下、 Ｗ, Ｖ, Ｎｂ：総計で４％以下、 Ｍｇ：0.02〜0.1
％、 残部：外層あるいは中間層から混入したＣｏおよび実質
的にＦｅ尚、鋳込み前の好適な溶湯組成を下記に例示す
る。

【００２４】 Ｃ ：2.5 〜4.0 ％、 Ｓｉ：1.3 〜3.5 ％、 Ｍｎ：0.2 〜1.5 ％、 Ｐ ：0.2 ％以下、 Ｓ ：0.2 ％以下、 Ｎｉ：3.0 ％以下、 Ｃｒ：2.0 ％以下、 Ｍｏ：2.0 ％以下、 Ｍｇ：0.02〜0.1 ％、 残部：実質的にＦｅ (3) 黒鉛鋼 Ｃ ：1.0 〜2.3 ％、 Ｓｉ：0.5 〜3.0 ％、 Ｍｎ：0.2 〜1.5 ％、 Ｐ ：0.2 ％以下、 Ｓ ：0.2 ％以下、 Ｎｉ：3.0 ％以下、 Ｃｒ：2.0 ％以下、 Ｍｏ：2.0 ％以下、 Ｗ, Ｖ, Ｎｂ：合計で4.0 ％以下、 残部：外層あるいは中間層から混入したＣｏおよび実質
的にＦｅ尚、鋳込み前の好適な溶湯組成を下記に例示す
る。

【００２５】 Ｃ ：1.0 〜2.3 ％、 Ｓｉ：0.5 〜3.0 ％、 Ｍｎ：0.2 〜1.5 ％、 Ｐ ：0.2 ％以下、 Ｓ ：0.2 ％以下、 Ｎｉ：3.0 ％以下、 Ｃｒ：2.0 ％以下、 Ｍｏ：2.0 ％以下、 残部：実質的にＦｅ 次に、中間層について説明する。中間層は、外層の合金
成分が内層に混入するのを軽減することを目的の一つと
して形成されるが、それ自体も30kg／mm² 程度以上の強
度が必要である。強度が不足すると、外層と中間層との
境界部が破断し、外層が剥離する。従って、中間層には
外層から多量の合金成分が混入しても高強度な材質とす
る必要がある。かかる理由から、中間層材としては下記
組成のアダマイト材が好適である。以下、本発明に係る
中間層材の組成と限定理由を示す。

【００２６】Ｃ：1.0 〜2.5 ％ Ｃは強度向上に寄与するが、 1.0％未満では凝固点が高
くなり、溶着が不充分になり易い。一方、 2.5％を越え
ると炭化物が過多となり、材質が脆くなる。 Ｓｉ：0.2 〜3.0 ％ Ｓｉは脱ガスの促進作用、湯流れ性の向上作用がある。
0.2％未満ではかかる作用が期待できず、一方、 3.0％
を越えると材質が脆化する。尚、高Ｓｉ領域ではＮｉ含
有量との関係で黒鉛の晶出が見られる場合があるが、材
質上問題はない。

【００２７】Ｍｎ：0.2 〜1.5 ％ Ｍｎは内層材のダクタイル鋳鉄と同様の理由にり上記範
囲に限定される。 Ｎｉ：4.0 ％以下 Ｎｉは材質を強化する作用がある。しかし、 4.0％を越
えると作用が飽和すると共に未変態組織が生じ易くな
り、強度が劣化する。

【００２８】Ｃｒ, Ｍｏ：各々 4.0％以下 Ｃｒ, Ｍｏは材質を強化する作用がある。しかし、 4.0
％を越えると機械的性質がかえって劣化するようにな
る。 Ｗ, Ｖ, Ｎｂ：総計で12％以下 これらの元素は中間層の材質を向上する作用はほとんど
ないが、外層からの混入は避けられない。中間層材質の
機械的性質を劣化させない範囲として、12％まで許容さ
れる。尚、外層にＡｌ, Ｔｉ, Ｚｒ, Ｂを含む場合、こ
れらの元素も中間層に必然的に入ってくる。この場合、
同様の理由により、これらの元素を含めて統計で12％以
下とする。また、Ｃｏも外層から必然的に混入してくる
が、中間層材質を劣化させないので、特に制限されな
い。

【００２９】中間層材の成分は、以上の他、残部実質的
にＦｅで形成される。尚、Ｐ, Ｓは不純物であり、材質
を脆くするため少ない程よく、本発明においては、内層
材と同様、両者とも 0.2％以下に止めるのがよい。尚、
外層に溶着する前の溶湯組成範囲を下記に例示する。溶
湯組成は溶着後に上記中間層組成となるように、外層か
らの成分混入量が考慮されて決定される。

【００３０】 Ｃ ：1.0 〜2.5 ％ 、 Ｓｉ：0.2 〜3.0 ％、 Ｍｎ：0.2 〜1.5 ％ 、 Ｐ ：0.2 ％以下、 Ｓ ：0.2 ％以下、 Ｎｉ：4.0 ％以下、 Ｃｒ：4.0 ％以下、 Ｍｏ：4.0 ％以下、 残部：実質的にＦｅ 外層と内層（軸芯部) との間に 1.0〜2.5 ％Ｃの中間層
を設けた場合、内層に有害な合金元素が外層から内層
へ、溶着の際に直接混入するのを大幅に抑制することが
できるほか、下記の効果を奏する。

【００３１】外層の焼入れ熱処理の際、オーステナイト
化熱処理のため、外層を1100℃以上に加熱するのがよい
が、外層を1100℃以上に加熱しても内層への伝熱は中間
層を介して行われるため、熱量の調整により内層の温度
を1100℃以下に容易に抑えることができ、内層の溶損を
防止することができる。中間層は外層との溶着によっ
て、Ｃｒ, Ｍｏ, Ｗ, Ｖの濃度が高くなるが、それでも
これらの元素は外層よりも低く抑えられるので、外層と
内層を直接溶着させた時よりも、外層と中間層を溶着さ
せた後、中間層と内層を溶着させる方が、内層の溶着部
分の合金濃度は低くできる。このため、中間層を設けた
場合は内層との境界に炭化物層が形成されにくく、境界
強度が改善できる。

【００３２】また、本発明に係る中間層はロールの焼入
れ熱処理中にその大半がパーライト変態し、更に残部は
ベイナイト変態する。マルテンサイト変態は起こらない
か、起こしてもごくわずかの量である。このため、マル
テンサイト変態に伴う大きな膨張挙動がなく、ロールへ
の残留応力を大きくすることはない。尚マルテンサイト
変態を多量に起こすと、外層のマルテンサイト変態と合
わさって、外層・中間層に大きな圧縮の残留応力（軸方
向) 、内層にはそれに見合う大きな引張の残留応力（軸
方向) が働らき、内層が引張破壊する。

【００３３】複合ロールの鋳造法としては、周知のよう
に金型遠心力鋳造法により外層、必要に応じて中間層を
鋳造した後、その内部に中実状内層が静置鋳造される。
スリーブ状のロールを鋳造する場合は、内層も遠心力鋳
造してもよいことは勿論である。遠心力鋳造法には円筒
状金型の回転軸が水平方向の横型、斜め方向の傾斜型、
鉛直方向の縦型の各種の方法を適用することができる。

【００３４】もっとも、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、鋳込まれた外層材溶湯
中の成分は移動し易い。このため、厚肉の外層を鋳造す
る場合、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。もっとも、本発明に係る外層材は高耐摩
耗材であるために、摩耗しにくく、外層は比較的薄くて
もよく、鋳込厚さで80mm（望ましくは55〜70mm) 程度ま
では金型により急冷されるため、前記温度より高温で鋳
込んでも偏析のおそれはほとんどない。尚、製品外層厚
さとしては中間層による溶解代20mm、加工代10mmを考慮
すると50mm（望ましくは25〜40mm) 程度となる。

【００３５】これに対して、立型遠心力鋳造装置におい
ては、遠心力鋳造用金型は回転基盤に同心状に機械的に
立設固定されるため、鋳型内に鋳込まれた外層材溶湯
は、Ｇの変動や振動を受けにくい。従って、立型遠心力
鋳造すれば、厚肉の外層を鋳造する場合でも偏析が生じ
にくいため、より高温で鋳込むことができ、作業性の向
上や異物の混入による鋳造欠陥の防止に効果的である。

【００３６】本発明の黒鉛を有するハイス系鋳鉄材は、
複合ロール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 100℃／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。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
明に係る外層材は、オーステナイト化熱処理の際に基地
中に固溶したＭｏ, Ｗ, Ｖ, Ｎｂ等が焼戻し熱処理によ
って微細炭化物として析出し、焼戻し２次硬化現象を生
じるため、高温硬度に優れる。また、焼戻し熱処理によ
って組織中に黒鉛が析出する。

【００３７】外層の加熱方法としては、ロール全体を加
熱炉に入れて加熱する方法、外層外周面の回りに誘導加
熱コイルや多数のガスバーナを配置しておき、これらに
よって外層のみを急速加熱する方法がある。前者は昇温
に時間がかかり、外層表面に厚い酸化膜ができ、外層の
歩留りが低下する。更に、鋳鉄材質の内層の溶損を回避
して加熱するには1100℃（望ましくは1000℃) 以下の加
熱に止めなければならず、このため炭化物を基地中に十
分固溶させることが難しく、以後の熱処理によっても十
分な硬度が得難いという問題がある。これに対して、外
層のみの加熱方法によれば、中間層の形成と相まって、
外層を1100℃以上に、内層を1100℃未満に確実に止める
ことができるので、内層の部分溶融や、結晶粒の粗大化
による強度低下を防止することができる。また、内層
（軸芯部) の中心に向かうほど低温となるため、オース
テナイト化温度に加熱後、外層の熱を内部へ逃がすこと
ができ、焼入れの際、外層深部の冷却速度を大きくする
ことができる。

【００３８】本発明の黒鉛を有するハイス系鋳鉄材は、
熱間圧延あるいは冷間圧延用の圧延用複合ロールのみな
らず、ピンチロールあるいは圧延付帯設備における圧延
材搬送用ローラー等の、耐摩耗性を要求されるロール、
ローラー等の円筒部材の外層材として好適であるが、か
かる用途に限らず、耐摩耗性が要求される各種機械部品
等に使用できることは勿論である。

【００３９】次に本発明の具体的実施例を掲げる。 実施例Ａ (1) 内径φ１２０mm、深さ１２０mmの砂型に表１に記載
した耐摩耗鋳鉄材を１４２５℃で鋳込んだ。尚、実施例
は試料No.1〜９であり、 No.10の従来のハイス系ロール
材である。表中の組成の単位は重量％、残部は実質的に
Ｆｅである。

【００４０】

【表１】

【００４１】(2) 各試料より組織観察試験片を採取し、
ミクロ組織を顕微鏡観察し、晶出黒鉛の面積率を測定し
た。その結果を表２に示す。同表より、実施例では黒鉛
が面積率で 3.9〜 5.1％晶出しているが、従来例のハイ
ス系耐摩耗材では黒鉛の晶出が皆無であった。

【００４２】

【表２】

【００４３】(3) 次に、各試料を１１００℃で１ｈｒ保
持後、強制空冷により焼入れし、その後５４０℃で１０
ｈｒの焼戻し熱処理を３回繰り返した。各試料の表面硬
度を測定した結果を表２に併せて示す。同表より、実施
例と従来例とは略同等の硬度であり、実施例の合金につ
いても耐摩耗性に優れることが推認される。 (4) また、各試料から摩擦試験片を採取し、ファレック
ス試験により摩擦係数を測定した。ファレックス試験と
は試験片を回転させながら一対のＶブロック( 材質ステ
ンレス鋼ＳＵＳ４３０）で挟持押圧して、回転トルクの
大きさ、変動により摩擦係数や焼付性を調べるものであ
る。今回使用したブロックの材質はＳ４５Ｃである。そ
の結果を表２に併せて示す。同表より、実施例の耐摩耗
材は従来例に対して、２３〜３４％の低減効果が認めら
れる。 実施例Ｂ (1) 内径φ８１０mmの遠心力鋳造用金型に表３の外層材
溶湯を遠心力鋳造し、試料No. 13及び14では外層が完全
に凝固した後引き続いて、同表の中間層材溶湯を遠心力
鋳造し、外層と中間層とを溶着させた。鋳込量は肉厚で
外層70mm、中間層25mmとした。尚、試料No. 11〜14は全
て実施例である。 (2) 外層あるいは中間層が完全に凝固するのを待って、
金型の回転を止め、外層単独あるいは外層と中間層とを
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、その内部に同表に併せて示した内層材（軸芯
材) 溶湯を鋳込んだ。

【００４４】

【表３】

【００４５】(3) 鋳造された複合ロールを粗加工した
後、６００℃に均一に予熱後、水平に対向配置されかつ
ロール軸方向に沿って 250mmピッチで平行に列設された
ガスバーナ間にロールを回転自在に支持し、ロールを回
転させながら、外層の表面を加熱した。外層表面温度が
１１２５℃、内層の中心部の温度が９００℃となったと
ころで加熱を止めた。加熱に要した時間は１８０分であ
った。熱伝導度データより、本例の場合、内層外周面付
近の温度は１０３０℃と推定された。 (4) 加熱停止後、速やかに噴霧水冷を行い、ロール表面
温度を 500℃に急冷した後、常温まで放冷した。その
後、550 ℃で20時間保持する焼戻し熱処理を２回繰り返
した。熱処理後の外層表面硬度は、下記表４の通りであ
った。同表より、実施例の外層は高硬度であり、耐摩耗
性に優れていることが分かる。また、胴表面のミクロ組
織を観察したところ、面積率で4.5 〜5.0 ％の黒鉛が認
められた。

【００４６】

【表４】

【００４７】(5) 胴表面を仕上加工した後、超音波探傷
試験によって溶着状況を確認したところ、いずれのロー
ルについても溶着は良好であった。次に、ロール胴部を
切断し、外層断面を目視観察したところ、いずれのロー
ルも成分の偏析は認められなかった。又、中間層の層厚
の中央部および内層（軸芯部) 中心部における成分を分
析した結果を表５に示す。同表より、中間層を設けた実
施例では内層における外層高合金成分の混入量は非常に
少ないことが分かる。

【００４８】

【表５】

【００４９】(6) 以上の結果から、当該実施例のロール
をホットストリップミル仕上段に使用すれば、耐摩耗性
に優れ、通板性が良好で、ロールの温度上昇も抑制し得
るものと期待される。

【００５０】

【発明の効果】本発明の黒鉛を有するハイス系鋳鉄材
は、Ｃｒ, Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，ＦｅおよびＣが相互に
結合した高硬度の複合炭化物が基地中に存在するため、
またＣｏによる基地の強化により、常温および高温にお
ける硬度が向上し、耐摩耗性が飛躍的に向上する。更
に、特にＣ、Ｓｉ、Ｎｉを特定範囲に規定しているた
め、組織中に黒鉛が晶出・析出し、この黒鉛の作用によ
り、衝撃荷重を緩和することができると共にクラックの
進展が阻止され、また摩擦係数の低減や耐焼付性の向上
が図られる。

【００５１】叙上の黒鉛を有するハイス系鋳鉄材を外層
材として用いた複合ロールは、圧延に際して同材の優れ
た特性を発揮させることができ、圧延荷重や摩擦熱の低
減、通板性の向上が図られ、クラックの進展を抑制し得
る。また、黒鉛の作用により耐焼付性も良好なため、冷
間圧延用ロールとしても好適である。また、アダマイト
材を用いて、外層と内層との間に中間層を形成すること
により、外層から内層への高合金成分の混入を著しく軽
減することができ、境界強度の向上を図ることができ、
マルテンサイト変態しないため残留応力を増加させるこ
とがなく、更に外層のオーステナイト化熱処理時の内層
の溶損や強度低下を防止することができる。

【００５２】また、内層を片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄
又は黒鉛鋼からなる黒鉛晶出材で形成することにより、
外層の黒鉛の存在と相まって熱伝導性ひいては放熱性に
優れ、圧延時のロールの熱変形を防止することができ、
またヤング率を外層のそれよりかなり低くすることがで
き、過負荷時にはロールの偏平化によって外層に過大な
応力を生じるのを防止することができ、安全性や耐事故
性に優れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 広之 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 (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学組成がwt％で、 Ｃ ：1.8 〜3.6 ％、 Ｓｉ：1.0 〜3.5 ％、 Ｍｎ：
   0.1 〜2.0 ％、 Ｎｉ：0.5 〜10.0％、 Ｃｒ：2.0 〜10 ％、 Ｍｏ：
   0.1 〜10％、 Ｗ ：0.1 〜10％、 Ｖ, Ｎｂ: 一種又は二種の総計
   で1.5 〜10％、 及び残部が実質的にＦｅからなることを特徴とする黒鉛
   を有するハイス系鋳鉄材。
2. 【請求項２】 請求項１の合金成分の他に、Ｃｏ：0.5
   〜10.0wt％を含有する黒鉛を有するハイス系鋳鉄材。
3. 【請求項３】 請求項１の合金成分の他に、Ａｌ：0.01
   〜0.50wt％、Ｔｉ：0.01〜0.50wt％、Ｚｒ：0.01〜0.50
   wt％の内の一種又は二種を含有する黒鉛を有するハイス
   系鋳鉄材。
4. 【請求項４】 請求項１の合金成分の他に、Ｂ：0.01〜
   0.50wt％を含有する黒鉛を有するハイス系鋳鉄材。
5. 【請求項５】 外層の内面に内層が鋳造され、両者が溶
   着した複合ロールにおいて、前記外層が請求項１、２、
   ３又は４に記載した黒鉛を有するハイス系鋳鉄材で形成
   され、前記内層が強靱性を有する鋳造用鉄鋼材で形成さ
   れていることを特徴とする複合ロール。
6. 【請求項６】 外層の内面に中間層が鋳造され、該中間
   層の内面に内層が鋳造され、外層と中間層及び中間層と
   内層が互いに溶着した複合ロールにおいて、前記外層が
   請求項１、２、３又は４に記載した黒鉛を有するハイス
   系鋳鉄材で形成され、前記中間層がアダマイト材で形成
   され、前記内層が強靱性を有する鋳造用鉄鋼材で形成さ
   れていることを特徴とする複合ロール。
7. 【請求項７】 内層を形成する鉄鋼材が片状黒鉛鋳鉄、
   球状黒鉛鋳鉄又は黒鉛鋼で形成されている請求項５又は
   ６に記載されている複合ロール。
8. 【請求項８】 請求項６に記載したアダマイト材は、化
   学組成がwt％で、 Ｃ ：1.0 〜2.5 ％、 Ｓｉ：0.2 〜3.0 ％、 Ｍｎ：
   0.2 〜1.5 ％、 Ｐ ：0.2 ％以下、 Ｓ ：0.2 ％以下、 Ｎｉ：
   4.0 ％以下、 Ｃｒ：4.0 ％以下、 Ｍｏ：4.0 ％以下、 Ｗ、Ｖ、Ｎｂ：総計で12％以下 及び残部が実質的にＦｅからなる複合ロール。