JPH0729132B2 - Composite roll manufacturing method and rolling mill - Google Patents
Composite roll manufacturing method and rolling millInfo
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- JPH0729132B2 JPH0729132B2 JP63219190A JP21919088A JPH0729132B2 JP H0729132 B2 JPH0729132 B2 JP H0729132B2 JP 63219190 A JP63219190 A JP 63219190A JP 21919088 A JP21919088 A JP 21919088A JP H0729132 B2 JPH0729132 B2 JP H0729132B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複合ロールの製造方法及び圧延機に係り、特に
芯材が低合金鋼、外層材が高速度鋼からなる耐摩耗性、
耐クラック性及び軸強度に優れた複合ロールの製造方法
及び圧延機に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a composite roll and a rolling mill, and in particular, wear resistance in which a core material is low alloy steel and an outer layer material is high speed steel,
The present invention relates to a method for producing a composite roll having excellent crack resistance and axial strength, and a rolling mill.
高速度鋼は耐摩耗性、耐クラック性に優れた特性を有し
ていることから、圧延用ワークロール材として注目され
ている。Since high speed steel has excellent wear resistance and crack resistance, it has attracted attention as a work roll material for rolling.
高速度鋼を用いたロールの公知例として普通鋳造法やES
R法による一体ロールが知られているが、鋼塊サイズが
大きくなるにつれて偏析や巨大な炭化物が生成しやすく
なるために、熱処理及び鍛造が非常に困難になり、直径
300mm以上のロールを製造することができない現状にあ
る。As a known example of rolls using high speed steel, ordinary casting method and ES
Although an integral roll by the R method is known, heat treatment and forging become very difficult because the segregation and huge carbides are more likely to be generated as the steel ingot size increases.
Currently, it is impossible to manufacture rolls of 300 mm or more.
一方、ロール表面と軸部にそれぞれ異なった特性を持た
せた複合ロールが考えられ、例えば特開昭59−23846号
公報に記載のように、一般に遠心鋳造法によって製造さ
れる。遠心鋳造法によれば種々の高合金鋼を外層材とす
る複合ロールの製造が可能であるが、外層材とロール芯
材にはその溶着性を確保するために、鋳鉄系が使用され
のが一般である。すなわち、本発明のような外層材を高
速度鋼、ロール芯材を低合金鋼とする複合ロールを遠心
鋳造法により製造した場合には、それらの凝固温度が高
いために、溶着が不完全となり、使用時に接合部が剥離
し、実用できない。仮りに、溶着性を改善するために、
ロール芯材に凝固温度の低い鋳鉄を用いたとしても、製
造された複合ロールの軸強度が低いために要求を満足す
ることができず、経済的メリットはない。On the other hand, a composite roll having different characteristics on the roll surface and the shaft portion is conceivable. For example, as described in JP-A-59-23846, it is generally manufactured by a centrifugal casting method. According to the centrifugal casting method, it is possible to manufacture a composite roll using various high alloy steels as the outer layer material, but in order to secure the weldability of the outer layer material and the roll core material, a cast iron system is used. It is general. That is, when the outer layer material such as the present invention is a high-speed steel, when a composite roll having a roll core material of a low alloy steel is manufactured by a centrifugal casting method, their solidification temperatures are high, and welding is incomplete. , The joint is peeled off during use, which is not practical. Temporarily, in order to improve the weldability,
Even if cast iron with a low solidification temperature is used as the roll core material, the requirements cannot be satisfied because the axial strength of the manufactured composite roll is low, and there is no economic merit.
一方、複合ロールの熱処理方法はAc1点以下の温度で歪
取り処理を行なう方法、特公昭59−1772号公報記載のよ
うに、外層材のみをAc1点以上に加熱した後に焼入れ、
焼もどし処理を施す方法が採られていたが、焼入硬化深
度が制約される問題があった。また、普通鋳造法あるい
はESR法による一体ロールではAc1点以下に全体加熱した
後に焼入れ、焼もどしする方法が採られていた。On the other hand, the heat treatment method of the composite roll is a method of performing strain relief treatment at a temperature of Ac 1 point or lower, as described in Japanese Patent Publication No. 59-1772, quenching after heating only the outer layer material to Ac 1 point or higher,
Although a method of performing tempering treatment has been adopted, there is a problem that the quench hardening depth is restricted. Moreover, in the case of the integral roll by the ordinary casting method or the ESR method, the method of quenching and tempering after the whole heating up to the Ac 1 point or less was adopted.
最近の鋼板圧延の技術分野では、省エネルギ、生産性向
上及び鋼板品質の向上のために新しいタイプのミルが導
入され、ワークロールはますます過酷な圧延条件下で使
用されるようになってきた。特に、新しいタイプのミル
ではロールに曲げ力を付与することから、ロールの軸及
びネツク部は高い強度と靭性を持っていることが要求さ
れるが、従来の遠心鋳造法による複合ロールでは、ロー
ル芯材に普通鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄あるいは黒鉛鋼が用い
られているため要求を充分に満足することは困難であっ
た。In the recent technical field of steel plate rolling, a new type of mill has been introduced to save energy, improve productivity and improve steel plate quality, and work rolls have been used under increasingly severe rolling conditions. . In particular, since a new type of mill applies bending force to the roll, it is required that the shaft and neck of the roll have high strength and toughness. Since ordinary cast iron, spheroidal graphite cast iron or graphite steel is used as the core material, it was difficult to sufficiently satisfy the requirements.
一方、珪素鋼板のような難加工材や高表面品質鋼板の需
要がますます増加しており、ロールはより耐摩耗性に富
んでいることが要求されている。耐摩耗性を向上させる
ためには、硬度の増加を図ることが考えられるが、従来
の遠心鋳造法による複合ロールは芯材と外層材の接合の
信頼性が低いこと、芯材に鋳鉄が用いられていること等
のために、厳しい熱処理を施した場合、発生する熱及び
変態応力に耐えられず、接合部の剥離や割れを招くた
め、ロールは焼入れ、焼もどしを行なわずに歪取り処理
が施された。また、焼入れ、焼もどしを行なうとしても
接合境界部に局部的変態応力を生じさせないようにする
ために、境界部近傍はAc1点以下となるように加熱する
方法が採られていた。その結果、得られる硬さ及び深さ
に定量的規制が加えられた。On the other hand, the demand for difficult-to-machine materials such as silicon steel sheets and steel sheets with high surface quality is increasing more and more, and it is required that the rolls have higher wear resistance. In order to improve wear resistance, it is possible to increase hardness, but the composite roll produced by the conventional centrifugal casting method has low reliability in joining the core material and the outer layer material, and cast iron is used as the core material. For example, if severe heat treatment is applied, the roll cannot withstand the heat and transformation stress that occurs, causing peeling and cracking of the joint.Therefore, the roll is strain-relieved without quenching and tempering. Was applied. Further, even if quenching and tempering are performed, in order to prevent local transformation stress from being generated at the joint boundary portion, a method has been adopted in which the vicinity of the joint portion is heated to Ac 1 point or less. As a result, quantitative restrictions were added to the hardness and depth obtained.
一方、普通鋳造法あるいはESR法による一体ロールは必
要な強度と靭性を得るために、鍛造を行なって機械的性
質の改善が図られる。しかしながら、鋼塊サイズが大き
くなるにつれて偏析や巨大な共晶炭化物が生成しやすく
なり、鍛造が可能な鋼塊サイズが制約され、直径300mm
以上のロールを製造することができなかった。また、従
来の一体ロールの焼入れはロール全体をAc1点以上に加
熱保持した後に急冷する方法が採られるが、ロール表面
では変態応力による引張の残留応力が発生し、表面クラ
ックのロール内部への伝播を助長するので好ましくな
い。On the other hand, in order to obtain the required strength and toughness, the integral roll produced by the ordinary casting method or the ESR method is forged to improve the mechanical properties. However, as the ingot size increases, segregation and huge eutectic carbides are more likely to be generated, and the ingot size that can be forged is restricted.
The above rolls could not be manufactured. Further, in the conventional quenching of the integral roll, a method in which the entire roll is heated and held at Ac 1 point or higher and then rapidly cooled is taken, but on the roll surface, tensile residual stress due to transformation stress occurs, and the surface crack inside the roll is generated. It is not preferable because it promotes transmission.
本発明の目的は、耐摩耗性と耐クラック性及び軸強度に
優れた複合ロールの製造方法及び圧延機を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide a method for producing a composite roll and a rolling mill which are excellent in wear resistance, crack resistance and axial strength.
上記目的を達成するため、本発明は、低合金鋼製のロー
ル芯材と、このロール芯材の外周に水冷鋳型を用いてエ
レクトロスラグ溶接によって形成された高速度鋼製の外
層材とを備え、前記ロール芯材と外層材との接合境界部
にフェライト相からなる層を有する複合ロールの製造方
法であって、前記ロール芯材は重量%で、Cが0.25〜0.
8%、Siが0.15〜0.6%、Mnが0.3〜1.2%、Niが2.0以
下、Crが0.5〜3.0%、Moが0.15〜0.7%、残部がFe及び
不可避的不純物を含む鋼材からなり、前記芯材表面に、
上限が5.1%であり下限が前記芯材の低合金鋼のCr量に
対し1.2%以上高いCr量を有する前記高速度鋼からなる
外層材をエレクトロスラグ再溶解法により溶着一体化さ
せて前記接合境界部にフェライト相からなる層を形成す
る工程と、複合ロールを1150〜1240℃に誘導加熱して前
記外層材をオーステナイト化する工程と、該加熱後冷却
し該外層材を焼入れしてマルテンサイト組織とする工程
と、該焼入れ後サブゼロ処理してロール表面のシヨア硬
さ(Hs)を90以上にする工程と、該サブゼロ処理後焼戻
し処理を施す工程と、を含み、該焼戻し処理後の前記フ
ェライト相からなる層の厚さが5〜200μmとなること
を特徴とするものである。In order to achieve the above object, the present invention comprises a roll core material made of low alloy steel, and an outer layer material made of high-speed steel formed by electroslag welding using a water-cooled mold on the outer periphery of the roll core material. A method for manufacturing a composite roll having a layer composed of a ferrite phase at a bonding boundary portion between the roll core material and an outer layer material, wherein the roll core material is wt% and C is 0.25 to 0.
8%, Si 0.15 to 0.6%, Mn 0.3 to 1.2%, Ni 2.0 or less, Cr 0.5 to 3.0%, Mo 0.15 to 0.7%, the balance consisting of steel containing Fe and unavoidable impurities, On the surface of the core material,
The outer layer material consisting of the high speed steel having an upper limit of 5.1% and a lower limit of 1.2% or more with respect to the Cr content of the low alloy steel of the core material is welded and integrated by an electroslag remelting method to perform the joining. A step of forming a layer made of a ferrite phase at the boundary, a step of austenizing the outer layer material by induction heating the composite roll to 1150 to 1240 ° C, and cooling after the heating and quenching the outer layer material to form martensite. A step of forming a structure, a step of subjecting the roll surface to a Shore hardness (Hs) of 90 or more after the sub-zero treatment, and a step of performing a tempering treatment after the sub-zero treatment, It is characterized in that the thickness of the layer composed of the ferrite phase is 5 to 200 μm.
前記複合ロールの製造方法において、前記複合ロールは
そのロール表面より少なくとも40mmの深さまで、シヨア
硬さ(Hs)90以上であるものがよい。In the method for producing a composite roll, it is preferable that the composite roll has a Shore hardness (Hs) of 90 or more up to a depth of at least 40 mm from the surface of the roll.
また前記複合ロールの製造方法において、前記複合ロー
ルはそのロール表面に圧縮の残留応力が付与されている
ものがよい。Further, in the method for producing a composite roll, it is preferable that the composite roll has a compressive residual stress applied to the surface thereof.
また、前記複合ロールの製造方法において、ロール胴部
直径は300mm以上であるものに特によい。In addition, in the method for producing the composite roll, the diameter of the roll body is particularly preferably 300 mm or more.
上記複合ロールを備えた圧延機として、コールド、ホッ
トストリップミル用仕上ワークロール、ホットスキンパ
ス用ロール、線材仕上用ロール等が挙げられる。Examples of the rolling mill equipped with the above-mentioned composite roll include cold, finishing work roll for hot strip mill, roll for hot skin pass, roll for finishing wire rod, and the like.
本発明者らは、複合ロールの熱処理割れと内部残留応力
との関係について検討した結果、熱膨張及び変態特性の
異なる材料の接合境界には半径方向の局部的な引張応力
が発生し、それが割れの原因となることがわかった。そ
して局部的な引張応力の抑制には接合境界に降伏応力の
小さいフェライト層を形成することが有効であることが
わかった。すなわち、フェライト層を応力緩和材として
機能させ、発生応力をフェライト層の変形によって吸引
させることが有効であることを見出した。The present inventors have examined the relationship between heat treatment cracking of the composite roll and the internal residual stress, and as a result, local tensile stress in the radial direction occurs at the bonding boundary between materials having different thermal expansion and transformation characteristics, which is It was found to cause cracking. It was found that forming a ferrite layer with a small yield stress at the joint boundary is effective for suppressing local tensile stress. That is, it has been found that it is effective to make the ferrite layer function as a stress relaxation material and to absorb the generated stress by the deformation of the ferrite layer.
本発明の製造方法によれば、基本的にはフェライト層
は、接合境界においてロール芯材側から外層材側へのC
の拡散によって生成されるが、本発明者らはフェライト
層の生成に対する外層材とロール芯材材質の組合せとの
関係について種々検討した結果、フェライト層の生成を
支配するのは芯材と外層材のC、Cr量の差であることが
わかった。特に両者のCr量の差が重要であることがわか
った。According to the manufacturing method of the present invention, basically, the ferrite layer is C at the bonding boundary from the roll core material side to the outer layer material side.
However, as a result of various studies on the relationship between the combination of the outer layer material and the roll core material with respect to the formation of the ferrite layer, the present inventors control the formation of the ferrite layer by the core material and the outer layer material. It was found that there was a difference in the amount of C and Cr. It was found that the difference in Cr content between the two is particularly important.
以下で実験結果の一例について詳しく説明する。実験は
外層材を1.4%C−4.2%Cr−5.4%Mo−4.6%W−5.3%
V−6.5%Coとして、ロール芯材のC、Cr量を種々変化
させて接合させた後、フェライト層の厚さを測定した。An example of the experimental result will be described in detail below. In the experiment, the outer layer material was 1.4% C-4.2% Cr-5.4% Mo-4.6% W-5.3%
The thickness of the ferrite layer was measured after varying the C and Cr amounts of the roll core material to V-6.5% Co and joining them.
第4図はフェライト層の厚さと芯材のC量との関係を示
す。尚Cr量は1.5%で一定とした。同図から明らかなよ
うに、C量が0.8%以上では必要なフェライト層の厚さ
とならず、0.8%以下でC量の低下ともにフェライト層
の厚さが増すことがわかる。FIG. 4 shows the relationship between the thickness of the ferrite layer and the C content of the core material. The Cr content was fixed at 1.5%. As is clear from the figure, when the C content is 0.8% or more, the required ferrite layer thickness is not obtained, and when the C content is 0.8% or less, the ferrite layer thickness increases as the C content decreases.
次に、C量を0.4%で一定としてCr量を変化させた。第
5図はその結果を示すが、Cr量が外層材よりも高くなる
と、フェライト層は必要な厚さとならずに、むしろ外層
材側から芯材側へCが富化される現象が認められた。フ
ェライト層の厚さは、Cr量が低いほど大きくなる。Next, the amount of Cr was changed with the amount of C kept constant at 0.4%. Fig. 5 shows the results. When the Cr content becomes higher than that of the outer layer material, the ferrite layer does not have the required thickness, but rather the phenomenon that C is enriched from the outer layer material side to the core material side is recognized. It was The thickness of the ferrite layer increases as the Cr content decreases.
本発明者等は上記知見にもとずいて、接合境界にフェラ
イト層を形成するためには、芯材のC量は0.8%椅下と
し、芯材のCr量は外層材よりも低く、具体的にはCが0.
25〜0.8%、Crが0.5〜3.0%が好適であることがわかっ
た。Based on the above findings, the present inventors have found that in order to form a ferrite layer at the bonding boundary, the C content of the core material is 0.8%, and the Cr content of the core material is lower than that of the outer layer material. C is 0.
It was found that 25 to 0.8% and Cr of 0.5 to 3.0% are suitable.
同時に、外層材は、上限が5.1%であり下限が前記芯材
の低合金鋼のCr層に対し1.2%以上高いCr量を有するMo
系、W系及びV系高速度鋼が好適であることがわかっ
た。本発明は、ロール芯材と外層材との接合境界部に形
成されるフェライト相からなる層の厚さ5〜200μmと
することによって、熱処理割れを防止するもので、この
ような厚さのフェライト相を形成するには、芯材のCr量
と外層材のCr量とを調整することが必要である。外層材
のCr量として、上限が、重量%で5.1%のものについて
前記第5図のようにフェライト相が形成できる。At the same time, the outer layer material has a Mo content with an upper limit of 5.1% and a lower limit of 1.2% or more higher than the Cr layer of the low alloy steel of the core material.
It has been found that system, W and V high speed steels are suitable. The present invention prevents heat treatment cracking by setting the thickness of the layer made of the ferrite phase formed at the joint boundary portion between the roll core material and the outer layer material to 5 to 200 μm, and the ferrite having such a thickness is used. In order to form a phase, it is necessary to adjust the amount of Cr in the core material and the amount of Cr in the outer layer material. If the upper limit of the Cr content of the outer layer material is 5.1% by weight, a ferrite phase can be formed as shown in FIG.
また、フェライト相が形成されるようにするには、第5
図に示すように芯材と外層材とのCr量の差として、外層
材のCr量が4.2%に対し、芯材のCr量が3%以下でない
と5μm以上の厚さのフェライト相が形成されないの
で、両者のCr量の差として1.2%以上とすることが必要
で、このことに基づいて外層材のCr量の下限として、芯
材のCr量に対し1.2%以上高いCr量とした。In order to form a ferrite phase, the fifth
As shown in the figure, the difference in the amount of Cr between the core material and the outer layer material is that if the amount of Cr in the outer layer material is 4.2% and the amount of Cr in the core material is not more than 3%, a ferrite phase with a thickness of 5 μm or more will be formed. Therefore, it is necessary to set the difference in Cr content between the two to be 1.2% or more. Based on this, the lower limit of the Cr content in the outer layer material is set to 1.2% or more higher than the Cr content in the core material.
このような芯材と外層材の組合せとすることにより、両
者のエレクトロスラグ溶接時およびその後の熱処理時に
低Crである芯材側から高Crである外層材側にCが移動
し、両者の境界に低C化によるフェライト層が形成され
る。By using such a combination of the core material and the outer layer material, C moves from the core material side with low Cr to the outer layer material side with high Cr during electroslag welding of both and the subsequent heat treatment, and the boundary between the two. A ferrite layer is formed by reducing the carbon content.
本発明の複合ロールを製造するためのエレクトロスラグ
再溶解法は、例えば特公昭61−54097号公報に記載され
ている。第1図は本発明に係る高速度工具鋼の複合ロー
ルの構造の概略を示す。1は高速度工具鋼からなる外層
材、2は低合金鋼からなるロール芯材、3は接合境界、
4はフェライト層を示している。以下、本発明の複合ロ
ールを構成するロール芯材の成分範囲とその限定理由に
ついて説明する。The electroslag remelting method for producing the composite roll of the present invention is described in, for example, Japanese Patent Publication No. 61-54097. FIG. 1 schematically shows the structure of a composite roll of high speed tool steel according to the present invention. 1 is an outer layer material made of high speed tool steel, 2 is a roll core material made of low alloy steel, 3 is a joining boundary,
Reference numeral 4 indicates a ferrite layer. Hereinafter, the range of components of the roll core material constituting the composite roll of the present invention and the reason for limiting the components will be described.
本発明に係る製造方法で製造される複合ロールは、基本
的に接合境界において芯材側から外層材側へのCの拡散
よってフェライト層を形成させるため、ロール芯材の化
学成分はこの点を考慮して選定する必要がある。Since the composite roll manufactured by the manufacturing method according to the present invention basically forms a ferrite layer by the diffusion of C from the core material side to the outer layer material side at the bonding boundary, the chemical composition of the roll core material has this point. It is necessary to select it in consideration.
Cは目標の引張強さとなるようにCrとバランスして決定
されるが、前記の如く含有量が0.25%以下では必要とす
る軸強度が得られず、0.8%以上では炭化物量が増して
靭性の劣化を来すとともに、接合境界部にフェライト層
が充分に形成されなくなる。従って、Cは0.25〜0.8%
に規定される。C is determined in balance with Cr so as to obtain the target tensile strength, but as described above, if the content is 0.25% or less, the required axial strength cannot be obtained, and if it is 0.8% or more, the amount of carbide increases and the toughness increases. And the ferrite layer is not sufficiently formed at the junction boundary. Therefore, C is 0.25-0.8%
Stipulated in.
Si及びMnは脱酸の目的で添加されるが、性質に影響しな
い範囲でそれぞれ0.15〜0.6%,0.3〜1.2%添加される。Si and Mn are added for the purpose of deoxidation, but 0.15 to 0.6% and 0.3 to 1.2% are added, respectively, as long as the properties are not affected.
Niは靭性を高めるために添加されるが、2.0%以上では
基地が硬くなり、靭性を劣化させるので2%以下が望ま
しい。Ni is added to enhance the toughness, but if 2.0% or more, the matrix becomes hard and the toughness deteriorates, so 2% or less is desirable.
CrはCとバランスをとりつつ目的の炭化物量により決定
されるが、0.5%以下では炭化物量が少なく軸強度が不
足し、3.0%以上では炭化物量が多くなりすぎて、靭性
の劣化を招くので好ましくない。よって、Crは0.5〜3.0
%と規定する。Cr is determined by the target amount of carbide while keeping balance with C. If it is 0.5% or less, the amount of carbide is small and the axial strength is insufficient, and if it is 3.0% or more, the amount of carbide is too large and the toughness is deteriorated. Not preferable. Therefore, Cr is 0.5 to 3.0
Specify as%.
MoはNiと同様の作用をするが、0.15%以下ではその効果
がなく、0.7%以上では基地が硬くなり、靭性を劣化さ
せるので0.15〜0.7%と規定する。Mo has the same effect as Ni, but if it is 0.15% or less, it has no effect, and if it is 0.7% or more, the matrix becomes hard and the toughness deteriorates, so 0.15 to 0.7% is specified.
ロール芯材は上記成以外に残部がFe及び不可避的不純物
を含有する。In addition to the above composition, the roll core material contains the balance Fe and unavoidable impurities.
次に、熱処理方法について説明する。Next, the heat treatment method will be described.
複合ロールのオーステナイト化は誘導加熱により行なわ
れるが、オーステナイト化温度を1150〜1240℃としたの
は、1150℃以下では、高速度鋼のオーステナイト化が充
分でなく、また、1240℃以上になると、焼入れ後の残留
オーステナイト量が増加し、かつ安定化するため、目的
とする硬さが得られなくなるためである。本発明におい
て、冷却(焼入れ)は外層材の基地組織をマルテンサイ
ト組織とするために充分な冷却速度で行なわれるが、外
層材の成分に応じて水冷、ミスト冷却あるいは衝風冷却
の急冷が採られる。The austenitization of the composite roll is carried out by induction heating, but the austenitizing temperature is 1150 to 1240 ° C. At 1150 ° C or lower, the austenitization of high-speed steel is not sufficient, and when it becomes 1240 ° C or higher, This is because the amount of retained austenite after quenching increases and stabilizes, so that the desired hardness cannot be obtained. In the present invention, cooling (quenching) is carried out at a cooling rate sufficient to make the matrix structure of the outer layer material a martensite structure, but rapid cooling such as water cooling, mist cooling or wind blast cooling is adopted depending on the components of the outer layer material. To be
ショア硬さ(Hs)90以上の領域が少なくともロール表面
より40mmまで保持されるためには、サブゼロ処理(深冷
処理)を施さなければならない。そこで、上記の焼入処
理後、ただちにサブゼロ処理を行ない、残留オーステナ
イトを分解してマルテンサイト変態させることにより、
硬度の上昇と組織の安定化を図る。サブゼロ処理温度は
目標とする硬さが得られるように、外層材の成分に応じ
て−30〜−150℃の温度範囲で選択される。A sub-zero treatment (deep cooling treatment) must be performed in order to retain a region with a Shore hardness (Hs) of 90 or more up to at least 40 mm from the roll surface. Therefore, immediately after the above quenching treatment, subzero treatment is performed to decompose residual austenite and transform it to martensite,
Increase hardness and stabilize the structure. The sub-zero treatment temperature is selected in the temperature range of −30 to −150 ° C. according to the composition of the outer layer material so as to obtain the target hardness.
ロール芯材と外層材の接合境界のフェライト層は、応力
緩和として作用して熱処理割れを防止するが、熱処理後
のフェライト層の厚さが5μm以下ではその効果がな
く、200μm以上ではロールの強度を低下させるので好
ましくない。従って、フェライト層の厚さは5〜200μ
mと規定される。エレクトロスラグ再溶解後に900〜110
0℃の範囲に加熱保持して充分にCを拡散させることが
フェライト層を割保するのに効果的である。The ferrite layer at the joint boundary between the roll core material and the outer layer material acts as stress relaxation to prevent heat treatment cracking, but when the thickness of the ferrite layer after heat treatment is 5 μm or less, there is no effect, and when it is 200 μm or more, the strength of the roll is increased. Is lowered, which is not preferable. Therefore, the thickness of the ferrite layer is 5-200μ
It is defined as m. 900-110 after electroslag remelting
It is effective to retain the ferrite layer by heating and holding it in the range of 0 ° C. to sufficiently diffuse C.
次に、ロールの強靭化を図るために焼もどし処理が実施
されるが、焼もどし温度は100〜550℃の範囲で数回繰り
返して行なうのが好適である。Next, a tempering treatment is carried out in order to strengthen the roll, but it is preferable that the tempering temperature be repeated several times within a range of 100 to 550 ° C.
以上のように、従来の遠心鋳造法による複合ロール及び
普通鋳造法やESR法による一体ロールでは不可能であっ
た急速焼入れ、サブゼロ処理が可能になった理由とし
て、ロール芯材と外層材の接合境界にフェライト層を形
成させたことが挙げられる。すなわち、接合境界に発生
する半径方向の局部的引張応力をフェライト層の変形に
よって吸収緩和させたことが挙げられる。加えてロール
芯材に靭性に優れ、引張強さが外層材よりも高い低合金
鋼を用い、かつロール芯材と外層材がエレクトロスラグ
再溶解によって完全に溶着一体化さ、発生する熱及び変
態応力に充分に耐えられるためである。As described above, the reason why rapid quenching and sub-zero treatment, which were not possible with conventional composite rolls by the centrifugal casting method and integral rolls by the ordinary casting method or ESR method, became possible is the joining of the roll core material and the outer layer material. It can be mentioned that a ferrite layer is formed at the boundary. That is, the local tensile stress in the radial direction generated at the bonding boundary is absorbed and relaxed by the deformation of the ferrite layer. In addition, low-alloy steel with excellent toughness and higher tensile strength than the outer layer material is used for the roll core material, and the roll core material and outer layer material are completely welded and integrated by electroslag remelting, and heat and transformation that occur This is because it can sufficiently withstand stress.
従来の遠心鋳造複合ロールでは、ロール表面に望ましい
圧縮の残留応力を付与するような熱処理を施した場合、
ロール芯材と外層材の接合の信頼性が乏しく、かつロー
ル芯材が強度の低い鋳鉄であることから、発生する熱及
び変態応力に耐えられずに割れが発生する。In the conventional centrifugal casting composite roll, when subjected to heat treatment to give the desired residual stress of compression to the roll surface,
Since the reliability of joining the roll core material and the outer layer material is poor and the roll core material is cast iron having low strength, cracking occurs without being able to withstand the heat and transformation stress generated.
一方、従来の一体ロールでは、前述したように、機械的
性質の向上を図るために鍛造を施し、その後全体加熱に
よる焼入れを行なうが、鋼塊サイズが大きくなるにつれ
て偏析、ミクロキャビティあるいは巨大な共晶炭化物が
生成するために鍛造が困難になり、ロールの大型化がで
きなかった。これに対して、本発明の外層材は水冷鋳型
及び芯材に冷却されながら一方的な凝固をするので微細
でかつ健全な組織を有する。その結果、無鍛造でもロー
ルに必要な強度が得られ、直径300mm以上のロールの大
型化が達成された。On the other hand, in the conventional integrated roll, as described above, forging is performed in order to improve the mechanical properties, and then quenching is performed by heating the whole body, but segregation, microcavity or huge co-rolling occurs as the ingot size increases. Forging was difficult due to the formation of crystallized carbides, and the rolls could not be increased in size. On the other hand, the outer layer material of the present invention has a fine and sound texture because it solidifies unilaterally while being cooled by the water-cooled mold and the core material. As a result, the strength required for rolls was obtained even without forging, and the rolls with a diameter of 300 mm or more were enlarged.
そして、上記複合ロールを用いて各種圧延機を製造すれ
ば、過酷な圧延条にも耐えられる圧延機となる。具体的
にはコールド、ホットストリップミル用仕上ワークロー
ル、ホットスキンパス用ロール、線材仕上用ロール等が
挙げられる。If various rolling mills are manufactured using the above composite roll, the rolling mill can withstand severe rolling strips. Specific examples thereof include cold work rolls for hot strip mills, rolls for hot skin passes, and rolls for finishing wire rods.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
実施例1 直径380mm、高さ500mmの移動式水冷鋳型の内部に、直径
270mm、高さ2500mmの0.4%C−0.25%Si−0.6%Mn−1.0
%Cr−0.3%Mo鋼よりなるロール芯材を配置し、外層材
となる1.4%C−4.2%Cr−5.4%Mo−4.6%W−5.3%V
−6.5%Coよりなる外径352mm、内径300mmの円筒状V系
高速度工具鋼の消耗電極を用い、エレクトロスラグ再溶
解を行なった。電圧は40V、電流は7kAとした。Example 1 Inside a mobile water-cooled mold having a diameter of 380 mm and a height of 500 mm, the diameter was
270 mm, height 2500 mm 0.4% C-0.25% Si-0.6% Mn-1.0
1.4% C-4.2% Cr-5.4% Mo-4.6% W-5.3% V is used as the outer layer material by arranging the roll core made of% Cr-0.3% Mo steel.
Electroslag remelting was performed using a consumable electrode of cylindrical V-based high-speed tool steel made of -6.5% Co and having an outer diameter of 352 mm and an inner diameter of 300 mm. The voltage was 40 V and the current was 7 kA.
得られた複合ロールはエレクトロスラグ再溶解によりロ
ール芯材と外層材とは完全に溶着一体化され、接合境界
の接合の信頼性が高いものとされている。In the obtained composite roll, the roll core material and the outer layer material are completely welded and integrated by electroslag remelting, and it is considered that the joining boundary has high joining reliability.
その後、複合ロールを1200℃で低周波漸進誘導加熱後に
衝風冷却し、ついで−70℃でサブゼロ処理、530℃×3h
の焼きもどしを3回繰り返した。After that, the composite roll was cooled by blast wind at 1200 ° C after low-frequency gradual induction heating, then subjected to sub-zero treatment at -70 ° C, 530 ° C x 3h.
This was repeated 3 times.
第2図に接合境界部の熱処理後の組織構成を模式的にを
示すが、接合境界部3にはフェライト層4が形成されて
いるために、上記のような厳しい熱処理をしても割れを
生じなかった。FIG. 2 schematically shows the microstructure of the joint boundary portion after the heat treatment. Since the ferrite layer 4 is formed in the joint boundary portion 3, even if the severe heat treatment as described above is performed, cracking occurs. Did not happen.
第3図は熱処理後の複合ロール半径方向の硬さ分布を示
すが、硬さが高く、しかも硬化深度も大きいことがわか
る。FIG. 3 shows the hardness distribution in the radial direction of the composite roll after the heat treatment. It can be seen that the hardness is high and the hardening depth is large.
比較例1 ロール芯材の材質を0.9%C−0.5%Si−0.4%Mn−3.0%
Cr−0.2%Mo鋼とした以外は、実施例1と同一条件でエ
レクトロスラグ再溶解を行ない、その後熱処理を施した
が、第6図に模式的示す接合境界部の組織構成図から明
らかなように、境界部にはフェライト層が認められず、
その結果、熱処理割れを生じた。Comparative Example 1 Roll core material is 0.9% C-0.5% Si-0.4% Mn-3.0%
Electroslag remelting was performed under the same conditions as in Example 1 except that Cr-0.2% Mo steel was used, and then heat treatment was performed. As is clear from the structural composition diagram of the joining boundary portion schematically shown in FIG. In addition, no ferrite layer was observed at the boundary,
As a result, heat treatment cracking occurred.
比較例2 実施例1の外層材と同材質の直径180mmの一体ロールを1
200℃で焼入れし、ついで530℃×3hの焼きもどしを3回
繰り返した。Comparative Example 2 An integral roll of the same material as the outer layer material of Example 1 and having a diameter of 180 mm was used.
Quenching was performed at 200 ° C., and then tempering at 530 ° C. for 3 hours was repeated 3 times.
第1表にロール表面における軸方向の残留応力を示す
が、比較例は引張応力であるのに対して、実施例1は圧
縮応力であり、耐クラック性に優れていることがわか
る。Table 1 shows the residual stress in the axial direction on the roll surface. It can be seen that the comparative example has tensile stress, whereas the example 1 has compressive stress and is excellent in crack resistance.
実施例2 直径470mm、高さ500mmの移動式水冷鋳型の内部に直径27
0mm、高さ2700mmの0.3%C−0.25%Si−0.75%Mn−1.8
%Ni−0.8%Cr−0.5%Mo鋼よりなるロール芯材を配置
し、外層材となる1.5%C−5.1%Cr−5.3%Mo−4.9%W
−4.9%V−5.0%Coよりなる外径352mm、内径300mmの円
筒状V系高速度工具鋼の消耗電極を用い、エレクトロス
ラグ再溶解を行なった。電圧は40V、電流は9kAとした。 Example 2 A diameter of 470 mm and a height of 500 mm was applied to the inside of a mobile water-cooled mold, and the diameter of
0mm, height 2700mm 0.3% C-0.25% Si-0.75% Mn-1.8
1.5% C-5.1% Cr-5.3% Mo-4.9% W, which is the outer layer material, with the roll core made of% Ni-0.8% Cr-0.5% Mo steel.
Electroslag remelting was performed using a consumable electrode of cylindrical V-based high speed tool steel made of -4.9% V-5.0% Co and having an outer diameter of 352 mm and an inner diameter of 300 mm. The voltage was 40 V and the current was 9 kA.
その後、ロールを1200℃に低周波漸進誘導加熱後衝風冷
却し、ついで−70℃でサブゼロ処理、530℃×3hの焼き
もどしを3回繰り返した。After that, the roll was subjected to low frequency gradual induction heating at 1200 ° C., then cooled with blast wind, then subjected to subzero treatment at −70 ° C., and tempering at 530 ° C. for 3 hours was repeated 3 times.
複合ロールをコールドミル仕上2号スタンドに組込み種
々のテスト圧延を行なった。被圧延材は普通鋼である。
第2表はロール使用成績を従来の0.9%C−3%Cr鍛鋼
一体焼入れロールと比較した結果を示すが、本発明ロー
ルは耐摩耗性に優れていることがわかる。ここで消耗量
とは被圧延材の一定量を圧延し終えるまでを1回として
その1回当りのロールの直径方向の減少量を言い、圧延
量とは同一条件下で被圧延材を圧延した時にロールの直
径が1mm摩耗するまでに圧延できる被圧延材の重量であ
る。The composite roll was mounted in a cold mill finishing No. 2 stand and various test rolling was performed. The material to be rolled is ordinary steel.
Table 2 shows the results of comparing the use results of the roll with the conventional 0.9% C-3% Cr forged steel integrally quenched roll, and it can be seen that the roll of the present invention has excellent wear resistance. Here, the amount of consumption means the amount of reduction in the diameter direction of the roll per one time until the rolling of a certain amount of the rolled material is completed, and the amount of rolling is the rolled material under the same conditions. It is the weight of the rolled material that can be rolled until the diameter of the roll wears by 1 mm.
〔発明の効果〕 本発明に係る製造方法よれば、ロール芯材と外層材との
接合境界に適切な厚さのフェライト層を容易に介在させ
ることができるので、このフェライト層が応力鋳和材と
なって、軸強度に優れ、耐摩耗性及び耐クラック性に優
れた複合ロールを容易に提供することができる。特に、
本発明を直径300mm以上の大型複合ロールに適用すれ
ば、その効果は顕著である。 [Effects of the Invention] According to the manufacturing method of the present invention, since a ferrite layer having an appropriate thickness can be easily interposed at the bonding boundary between the roll core material and the outer layer material, the ferrite layer is a stress cast material. Thus, it is possible to easily provide a composite roll having excellent axial strength, abrasion resistance and crack resistance. In particular,
When the present invention is applied to a large-sized composite roll having a diameter of 300 mm or more, the effect is remarkable.
本発明の圧延機よれば、過酷な圧延条件にも耐えること
ができる。The rolling mill of the present invention can withstand severe rolling conditions.
第1図は本発明に係る複合ロールの構造を示す概略断面
図、第2図は本発明複合ロールの接合境界部の熱処理後
の組織構成を示す模式図、第3図は本発明複合ロール半
径方向の硬度曲線を示す特性図、第4図はロール芯材の
C量とフェライト層の深さとの関係を示す特性図、第5
図はロール芯材のCr量とフェライト層の深さとの関係を
示す特性図、第6図は従来例を示しロール芯材に0.9%
C−0.5%Si−0.4%Mn−3.0%Cr−0.2%Mo鋼を用いた高
速度工具鋼複合ロールの接合境界の部の熱処理後の組織
構成を示す模式図である。 1……外層材、2……ロール芯材、3……接合境界、4
……フェライト層。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a composite roll according to the present invention, FIG. 2 is a schematic view showing the structure of the joint boundary portion of the present invention composite roll after heat treatment, and FIG. 3 is a radius of the present composite roll. 4 is a characteristic diagram showing a hardness curve in the direction, FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the C content of the roll core material and the depth of the ferrite layer, 5
Fig. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of Cr in the roll core and the depth of the ferrite layer. Fig. 6 shows a conventional example of 0.9% in the roll core.
It is a schematic diagram which shows the structure constitution after the heat processing of the joining boundary part of the high speed tool steel composite roll which used C-0.5% Si-0.4% Mn-3.0% Cr-0.2% Mo steel. 1 ... Outer layer material, 2 ... Roll core material, 3 ... Bonding boundary, 4
…… Ferrite layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/44 (72)発明者 下タ村 修 茨城県勝田市堀口832番地の2 株式会社 日立製作所勝田工場内 (72)発明者 清水 正己 茨城県勝田市堀口832番地の2 株式会社 日立製作所勝田工場内 (56)参考文献 特開 昭59−23846(JP,A) 特開 昭58−25866(JP,A) 特開 昭53−28057(JP,A) 特開 昭60−180608(JP,A) 特公 昭59−1772(JP,B2) 特公 昭61−54097(JP,B2)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical display location C22C 38/44 (72) Inventor Osamu Shitamura 2-832 Horiguchi, Katsuta City, Ibaraki Hitachi, Ltd. (72) Inventor, Masami Shimizu, 832, Horiguchi, Katsuta City, Ibaraki Prefecture, Hitachi Ltd., Katsuta Factory, Hitachi, Ltd. (56) References JP 59-23846 (JP, A) JP 58-25866 ( JP, A) JP 53-28057 (JP, A) JP 60-180608 (JP, A) JP 59-1772 (JP, B2) JP 61-54097 (JP, B2)
Claims (5)
材の外周に水冷鋳型を用いてエレクトロスラグ溶接によ
って形成された高速度鋼製の外層材とを備え、前記ロー
ル芯材と外層材との接合境界部にフェライト相からなる
層を有する複合ロールの製造方法であって、 前記ロール芯材は重量%で、Cが0.25〜0.8%、Siが0.1
5〜0.6%、Mnが0.3〜1.2%、Niが2.0以下、Crが0.5〜3.
0%、Moが0.15〜0.7%、残部がFe及び不可避的不純物を
含む鋼材からなり、前記芯材表面に上限が5.1%であり
下限が該芯材の低合金鋼のCr量に対し1.2%以上高いCr
量を有する前記高速度鋼からなる外層材をエレクトロス
ラグ再溶解法により溶着一体化させて前記接合境界部に
フェライト相からなる層を形成する工程と、複合ロール
を1150〜1240℃に誘導加熱して前記外層材をオーステナ
イト化する工程と、該加熱後冷却し該外層材を焼入れし
てマルテンサイト組織とする工程と、該焼入れ後サブゼ
ロ処理してロール表面のシヨア硬さ(Hs)を90以上にす
る工程と、該サブゼロ処理後焼戻し処理を施す工程と、
を含み、該焼戻し処理後の前記フェライト相からなる層
の厚さが5〜200μmとなることを特徴とする複合ロー
ルの製造方法。1. A roll core material made of low alloy steel, and an outer layer material made of high speed steel formed on the outer periphery of the roll core material by electroslag welding using a water-cooled mold. A method for producing a composite roll having a layer composed of a ferrite phase at a boundary between the outer layer material and the outer layer material, wherein the roll core material is wt%, C is 0.25 to 0.8%, and Si is 0.1.
5-0.6%, Mn 0.3-1.2%, Ni 2.0 or less, Cr 0.5-3.
0%, Mo is 0.15 to 0.7%, the balance is made of steel containing Fe and unavoidable impurities, the upper limit of the core material surface is 5.1% and the lower limit is 1.2% with respect to the Cr content of the low alloy steel of the core material. Higher Cr
A step of forming a layer made of a ferrite phase at the joint boundary by welding and integrating an outer layer material made of the high-speed steel having an amount by an electroslag remelting method, and induction heating the composite roll to 1150 to 1240 ° C. A step of austenitizing the outer layer material, a step of quenching the outer layer material after heating to form a martensite structure, and a subzero treatment after the quenching to obtain a Shore surface hardness (Hs) of 90 or more. And a step of performing a tempering treatment after the sub-zero treatment,
And a thickness of the layer made of the ferrite phase after the tempering treatment is 5 to 200 μm.
ロール表面より少なくとも40mmの深さまで、シヨア硬さ
(Hs)90以上である複合ロールの製造方法。2. The method for producing a composite roll according to claim 1, wherein the composite roll has a Shore hardness (Hs) of 90 or more up to a depth of at least 40 mm from the roll surface.
ロール表面に圧縮の残留応力が付与されている複合ロー
ルの製造方法。3. The method of manufacturing a composite roll according to claim 1, wherein the composite roll is provided with a compressive residual stress on the surface thereof.
は300mm以上である複合ロールの製造方法。4. The method for manufacturing a composite roll according to claim 2, wherein the diameter of the roll body is 300 mm or more.
方法で製造された複合ロールを備えた圧延機。5. A rolling mill provided with the composite roll manufactured by the manufacturing method according to claim 1.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63219190A JPH0729132B2 (en) | 1988-09-01 | 1988-09-01 | Composite roll manufacturing method and rolling mill |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0270310A JPH0270310A (en) | 1990-03-09 |
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Family
ID=16731620
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JP63219190A Expired - Lifetime JPH0729132B2 (en) | 1988-09-01 | 1988-09-01 | Composite roll manufacturing method and rolling mill |
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