JPH09170041A

JPH09170041A - 遠心鋳造製ロールとその製造方法

Info

Publication number: JPH09170041A
Application number: JP34823595A
Authority: JP
Inventors: Koji Yuda; 浩二湯田; Yoshitaka Sawa; 義孝澤
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1997-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】ハイス系ロールの特色である耐摩耗性を維持
した上で、耐クラック性と低摩擦係数を兼備し、遠心鋳
造しても偏析等を生じさせないとともに耐肌荒れ性を確
保すること。【解決手段】外層を形成する合金成分を適正化するこ
とにより、耐摩耗性、耐亀裂性に優れた外層材を使用
し、外層材と軸芯材との間に中間層を設けて、それらを
冶金学的に結合させて一体とした遠心鋳造製ロールとそ
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性、耐クラ
ック性、耐肌荒れ性を兼備し、圧延用ロール等に用いて
好適な遠心鋳造製ロールとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、耐摩耗性が要求される熱間圧延用
ロールは、外層と内層からなる複合ロールであり、外層
材をＭ₇ Ｃ₃ 系、Ｍ₃ Ｃ系の炭化物が晶出した高Ｃｒ鋳
鉄、又はＮｉグレン鋳鉄、内層材を靱性の高いねずみ鋳
鉄、又はダクタイル鋳鉄として遠心鋳造法によって製造
されている。

【０００３】然るに、圧延条件の苛酷化及び圧延におけ
る生産性向上の要求等から、より一層の耐摩耗性と耐ク
ラック性を備えた圧延用ロールの提供が要求されてい
る。

【０００４】このような状況からより耐摩耗性の向上を
計るためにハイス系のロール材、それを用いた圧延ロー
ルが開発されてきた。

【０００５】例えば、特開平4-365836には、Ｃ：1.5 〜
3.5 ％、Ｓｉ：1.5 ％以下、Ｍｎ：1.2 ％以下、Ｃｒ：
5.5 〜12.0％、Ｍｏ：2.0 〜8.0 ％、Ｖ：3.0 〜10.0
％、Ｎｂ：0.6 〜7.0 ％を含有し、かつ下記(1) 式と
(2) 式を満足し、Ｖ＋1.8 Ｎｂ≦7.5 Ｃ−6.0 （％） …(1) 0.2 ≦Ｎｂ／Ｖ≦0.8 …(2) 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるものを圧延用ロー
ル外層材とし、遠心鋳造しても外層内部に成分、組織偏
析のない、耐摩耗性と耐クラック性を兼備した圧延用ロ
ール外層材を開示している。

【０００６】また、特開平6-256888には、Ｃ：1.8 〜3.
6 ％、Ｓｉ：1.0 〜3.5 ％、Ｍｎ：0.1 〜2.0 ％、Ｃ
ｒ：2.0 〜10.0％、Ｍｏ：0.1 〜10.0％、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からなり、黒鉛を有するハイス系鋳鉄
材を圧延用ロール外層材とし、摩擦係数が低く、またク
ラックの進展が生じにくい圧延用ロール外層材を開示し
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】熱延製品は連続鋳造或
いは分塊により製造された130 〜300mm 厚のスラブを加
熱炉にて加熱し、或いは、熱片のまま受取り、粗圧延及
び仕上圧延機にて熱間圧延して1.0 〜25.4mm厚のストリ
ップとし、巻取機（コイラ）でコイルに巻取り、冷却
後、各種精製ラインで処理を行なって製造される。

【０００８】仕上圧延機は通常、４重式圧延機を5 〜7
機直列に配置した連続圧延機となっている。昭和30年代
までは６スタンドのミルが多かったが、昭和40年代に入
ってからは、生産性の向上、コイル大型化に対応して、
ほとんどのミルが７スタンドを採用している。この仕上
圧延ではスタンド間で板が何らかの原因で 2枚重ねにな
りそのまま圧延される所謂絞り事故が発生する。特に後
段になるほどその発生確率が高く、７スタンド仕上圧延
機では第５スタンド以降でこの種の事故が見られる。こ
の絞り事故に遭遇するとその異常圧延による摩擦発熱、
加工発熱でロール表面温度が局部的に上昇し、水冷され
た際、熱衝撃によってロール表面にクラックが発生する
場合がある。これが絞りクラックである。通常、絞り事
故に遭遇した場合はロール替えを行ない、絞りに遭遇し
たロールのクラックの有無を調査し、クラックの存在が
確認された場合にはそのクラックがなくなるまでロール
を研削する。これはロール原単位を悪化させることを意
味する。また、絞りクラックの存在を見逃し、そのまま
ロールを再使用し始めるとその絞りクラックを起点とし
てクラックが進展し、ロールのスポーリング事故を起こ
す危険がある。その場合、ラインを数〜数十時間の間止
めなければならず、大きな損害をもたらす。

【０００９】従来、仕上げ後段用としては一部を除き遠
心鋳造製高合金グレンロールの使用が一般的であった。
遠心鋳造製高合金グレンロールは絞り遭遇時のクラック
発生率が比較的低く、また、クラックが発生した場合に
おいてもその深さが比較的浅いが、耐摩耗性が劣るとい
う特徴がある。最近、ハイス系の圧延ロールを仕上げ後
段でも使用しつつあるが、遠心鋳造製高合金グレンロー
ルより耐摩耗性は3 〜5 倍程度と非常に良好であるもの
の絞り遭遇時の絞り発生率が高く、また、クラックの深
さが深い。この問題点は、特開平6-256888では解決され
ていない。

【００１０】最近、材質のみならず、製品の表面性状に
対する仕様が厳しくなり、例えば、自動車のボディに用
いられる薄鋼板の場合、自動車として完成したときの鮮
映性を確保するために、熱間圧延時の健全な製品表面が
要求される。また、電化製品用の薄鋼板の場合も同じで
ある。圧延時に発生するロール又は被圧延材のスケール
によって製品表面に引っ掻き疵を残す場合、又はそのス
ケールが製品に楔を差し込んだように付着する、所謂針
状スケール疵が発生する場合の如くの表面性状に関する
問題点は特開平4-365836、特開平6-256888を含め、未だ
解決されていない。

【００１１】本発明は係る問題に鑑みなされたもので、
ハイス系ロールの特色である耐摩耗性を維持した上で、
耐クラック性と低摩擦係数を兼備し、遠心鋳造しても偏
析等を生じさせないとともに耐肌荒れ性を確保すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、外層材と、該外層材と黒鉛鋼の中間層材を介して溶
着一体化したダクタイル鋳鉄の軸芯材とからなる遠心鋳
造製ロールであって、該外層材が、Ｃ：2.5 〜4.7 ％、
Ｓｉ：0.8 〜3.2 ％、Ｍｎ：0.1 〜2.0 ％、Ｃｒ：0.4
〜1.9 ％、Ｍｏ：0.6 〜5.0 ％、Ｖ：3.0 〜10.0％、Ｎ
ｂ：0.6 〜7.0％を含有し、かつ下記(1) 式、(2) 式、
(3) 式及び(4) 式を満足し、 2.0 ＋0.15Ｖ＋0.10Ｎｂ≦Ｃ（％） …(1) 1.1 ≦Ｍｏ／Ｃｒ …(2) Ｎｂ／Ｖ≦0.8 …(3) 0.2 ≦Ｎｂ／Ｖ …(4) 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、黒鉛を有するも
のであり、該軸芯材が、Ｃ：2.8 〜3.8 ％、Ｓｉ：2.0
〜3.0 ％、Ｍｎ：0.3 〜1.0 ％、Ｐ：0.10％以下、Ｓ：
0.04％以下、Ｎｉ：0.3 〜2.0 ％、Ｃｒ：1.5 ％以下、
Ｍｏ：1.0 ％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純
物からなり、該中間層材が、Ｃ：1.0 〜2.0 ％、Ｓｉ：
1.6 〜2.4 ％、Ｍｎ：0.2 〜1.0 ％、Ｐ：0.05％以下、
Ｓ：0.03％以下、Ｎｉ：0.1 〜3.5 ％、Ｃｒ：1.5 ％以
下、Ｍｏ：0.1 〜0.8 ％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避
的不純物からなるようにしたものである。

【００１３】請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の遠心鋳造製ロールにおいて、外層材が更にＮｉ：5.
5 ％以下を含有するようにしたものである。

【００１４】請求項３に記載の本発明は、請求項１に記
載の遠心鋳造製ロールにおいて、外層材が更にＢ：0.00
2 〜0.1 ％を含有するようにしたものである。

【００１５】請求項４に記載の本発明は、請求項１に記
載の遠心鋳造製ロールにおいて、外層材が更にＮｉ：5.
5 ％以下、Ｂ：0.002 〜0.1 ％を含有するようにしたも
のである。

【００１６】請求項５に記載の本発明は、請求項１〜４
のいずれかに記載の遠心鋳造製ロールを製造するに際
し、中間層材への外層材混入比を5 〜60％の範囲に規制
するとともに、軸芯材への中間層材混入比を5 〜50％の
範囲に規制するようにしたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】

(A) 外層材における合金元素の限定理由「黒鉛を有すること」黒鉛晶出量はその素となるＣ、黒
鉛晶出作用のあるＳｉ、黒鉛晶出前にＣを消費するＶ，
Ｎｂの量で主に決定されるが本発明範囲では面積率で0.
2 〜5 ％である。この黒鉛は熱衝撃時の応力吸収の役割
を担う。また、固体潤滑剤の役割を果たし、摩擦係数を
低下させ、耐焼付性が向上する。

【００１８】Ｃ：2.5 〜4.7 ％Ｃはロール外層材の耐摩耗性を向上する硬い炭化物の形
成と、黒鉛として基地内に晶出させるための必須元素で
2.5 ％以上必要であるが、4.7 ％を超えると耐摩耗性が
低下するため上限を4.7 ％とする。

【００１９】Ｓｉ：0.8 〜3.2 ％Ｓｉは脱酸、鋳造性の確保、黒鉛の晶出のために添加す
るが0.8 ％未満では黒鉛の晶出作用が不足し、一方、3.
2 ％を超えると黒鉛晶出量が過多となり、耐摩耗性が低
下するため上限を3.2 ％とする。

【００２０】Ｍｎ：0.1 〜 2.0％Ｍｎは不純物として混入するＳと結合してＭｎＳを形成
し、Ｓによる脆化を防止するため0.1 ％以上必要である
が、2.0 ％を超えると耐クラック性が低下するため上限
を2.0 ％とする。

【００２１】Ｃｒ：0.4 〜1.9 ％Ｃｒは炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させることと、
基地を強化し、耐クラック性を向上させるために0.4 ％
以上必要であるが、一方で、非常に強い白銑化元素で1.
9 ％を超えて添加すると凝固過程における黒鉛の晶出が
妨げられるため上限を1.9 ％とする。

【００２２】Ｍｏ：0.6 〜5 ％ＭｏはＣｒと同様に炭化物を形成することによる耐摩耗
性の向上、基地組織の強化による耐クラック性の向上に
有効であるとともに基地の焼入れ性、焼戻し軟化抵抗の
向上に有効であるため0.6 ％以上必要であるが5 ％を超
えると耐クラック性が低下するため、上限を5 ％とす
る。

【００２３】Ｖ：3.0 〜10.0％Ｖは耐摩耗性の向上に最も有効な硬いＭＣ（又はＭ₄ Ｃ
₃ ）炭化物（直径数μm 程度）を形成するための必須元
素で、その効果を発揮するためには3.0 ％以上必要であ
るが10.0％を超えると耐クラック性の低下、溶解不良等
の製造上の問題を生じるため上限を10.0％とする。

【００２４】Ｂ：0.002 〜0.1 ％Ｂは溶存Ｎと結合しＢＮとなり黒鉛晶出の核となる。こ
の黒鉛の核の存在で晶出黒鉛が微細になり、耐摩耗性が
向上するとともに、圧延使用時にロールが摩耗していく
際、組織サイズ、およそ10〜100 μm オーダーにおいて
より平均的に摩耗していくので圧延製品（板）の肌がよ
り美麗になる。これらの効果を発揮するためには0.002
％以上必要であるが0.1 ％を超えると耐クラック性の低
下の問題を生じるため上限を0.1 ％とする。

【００２５】Ｎｂ：0.6 〜7.0 ％、0.2 ≦Ｎｂ／Ｖ …(4) ＶＣ炭化物はその比重が母溶湯に対して小さく、遠心鋳
造を行なうと偏析する。Ｎｂはこの偏析を防止するため
に添加するものである。ＮｂはＶと複合炭化物｛Ｖ，Ｎ
ｂ｝Ｃを形成し、Ｖ単独の炭化物の時より比重を増大さ
せる。それにより、遠心分離による偏析を防止する。よ
って、Ｖの添加量に応じてＮｂの添加量も変化させる必
要がある。図１より遠心鋳造法で製造した場合に均一な
外層材を得るためには0.2 ≦Ｎｂ／Ｖとしなければなら
ない。また、Ｖが3.0 ％以上であるので最低でもＮｂは
0.6 ％以上添加することとなる。一方、Ｎｂは7.0 ％を
超えると溶解不良等の製造上の問題を生じるため上限は
7.0 ％である。

【００２６】尚、図１において、「摩耗比（内層／外
層）」は、リング材の内層側から採取した試験片の摩耗
量（Ｉｗ）と外層側から採取した試験片の摩耗量（Ｏ
ｗ）との比（Ｉｗ／Ｏｗ）である。図１の試験はＣ：4.
0 ％、Ｓｉ：1.2 ％、Ｍｎ：0.3％、Ｃｒ：0.8 ％、Ｍ
ｏ：2.0 ％、Ｖ：4.9 ％、Ｎｂ：0 〜7.5 ％を遠心鋳造
（140 Ｇ）して得た肉厚100mm のリングサンプルについ
て1050℃焼ならし処理、550 ℃焼戻し処理を施した試料
を用いた。そして、摩耗試験はφ190 ×15の相手材とφ
50×10の試験材の２円盤のすべり摩耗方式で相手材を80
0 ℃に加熱し、荷重100kgfで圧延した状態で試験材を80
0rpmで回転させ、すべり率3.9 ％として120分後の摩耗
減量を測定して行なった。

【００２７】 2.0 ＋0.15Ｖ＋0.10Ｎｂ≦Ｃ（％） …(1) 本発明のロール材は凝固の際、先ず、｛Ｖ，Ｎｂ｝Ｃの
複合炭化物とデンドライトが先ず晶出し、その後、黒
鉛、共晶組織が晶出し、凝固を完了する。ＣはＶ，Ｎｂ
によって優先的に消費され、その残りが黒鉛等になる。
(1) 式は黒鉛晶出を面積率で0.2 ％以上とする条件であ
る。

【００２８】 1.1 ≦Ｍｏ／Ｃｒ …(2) 針状スケール疵を発生させないための条件式である。表
１の実験より(2) 式が針状スケール疵を発生させない範
囲であることが明らかになった。表１の圧延実験はＣ：
4.1 ％、Ｓｉ：0.9 ％、Ｍｎ：0.5 ％、Ｃｒ：0.6, 1.
0, 1.7 ％、Ｍｏ：0.2 〜7.0 ％、Ｖ：4.9 ％、Ｎｂ：
1.4 ％のφ90×250 の円筒ブロックについて、1050℃焼
ならし処理、550 ℃焼戻し処理を施し、直径70mm、幅40
mmのロールを採取した。そして、ＳＵＳ304 の厚さ1.2m
m 、幅20mm、長さ600mm のコイルを３本熱間圧延するこ
とで試験を行なった。圧下率40％、圧延速度100mpm、圧
延温度1050℃で、実機に換算すると熱間圧延仕上げ前段
（第１段）で315 本のスラブを圧延したことに相当す
る。この試験では、圧延直前に加熱されたコイルのデス
ケーリングを行なっている。試験後、被圧延材の表面状
態の観察を行ない、引っ掻き疵、製品に楔のように差し
込んだスケールの有無を調査した。

【００２９】

【表１】

【００３０】Ｎｂ／Ｖ≦0.8 …(3) 耐クラック性を確保するための条件式である。図２の実
験より(3) 式が耐クラック性を損なわない範囲であるこ
とが明らかになった。図２の実験は図１の実験のリング
材の外層側から採取した試験片を用いた。熱衝撃試験は
1200rpm で回転しているローラーに55×40×15の板状試
験片を15s 間圧接した後、直ちに水冷し、クラックを発
生させる。圧接荷重は150kgfである。試験後、試験片を
切断し、クラック長さを測定した。

【００３１】Ｎｉ：5.5 ％以下焼入れ性を向上させるために添加する。ロール径が小さ
いか、又はロールがスリーブタイプで肉厚が薄く、水焼
入れ、油焼入れができる場合には必ずしも添加する必要
はないが、そうでない場合には添加が好ましい。

【００３２】圧延ロールでは最大級の直径1500mmの中実
ロールにおいて、然も冷却速度の遅い自然放冷において
も焼入れを可能とする範囲として、5.5 ％以下とする。

【００３３】尚、本発明の外層材にあっては、上述のＮ
ｉ、Ｂを必ずしも含有することを要しない。

【００３４】また、表２に示す化学組織の溶湯（本発明
材：Ａ1 〜Ａ12、比較材：Ｂ1 〜Ｂ15を遠心鋳造法（14
0G）により肉厚100mm のリングサンプルを鋳造し、1030
℃焼ならし処理、530 ℃焼戻し処理を施した後、ショア
ー硬さ、熱間摩耗、及び熱衝撃試験を行なった。

【００３５】尚、摩耗試験は、リング材の内層側と外層
側からそれぞれφ50×10の試験片を採取し、前記条件と
同一方法で行なった。摩擦係数は試験片半径と荷重、試
験片に作用するトルクから求めた。

【００３６】

【表２】

【００３７】熱衝撃試験はリング材の外層側より前記し
た板状試験片を採取し、同一の条件で行なった。

【００３８】圧延試験はリング材の外層側よりφ70×40
の試験片を採取して、前記条件と同一の方法で行なっ
た。

【００３９】それら摩耗試験、熱衝撃試験及び圧延試験
の結果を表３に示す。表３によれば、本発明材（Ａ1 〜
Ａ12）は比較材に対し、耐摩耗性、耐クラック性、低摩
擦係数、耐肌荒れ性及び遠心鋳造時の均質性を同時に満
足している。

【００４０】

【表３】

【００４１】Ｂ1 材はＣ添加量が少なく、黒鉛が晶出し
ていない。そのため、摩擦係数が高い。Ｂ2 材は、Ｃ添
加量が多く、黒鉛晶出量が過多になっており、耐摩耗性
が低下している。Ｂ3 材はＳｉ添加量が少なく、黒鉛が
晶出していない。そのため摩擦係数が高い。Ｂ4 材はＳ
ｉ添加量が多いため、黒鉛晶出量が過多になっており、
耐摩耗性が低下している。また、(2) 式を満足していな
いため、圧延試験時に製品板表面に欠陥が認められた。
Ｂ5 材はＭｎ添加量が多いため、耐クラック性が低下し
ている。また、(2) 式を満足していないため、圧延試験
時に製品板表面に欠陥が認められた。Ｂ6 材はＣｒ添加
量が少ないため、耐摩耗性が低下している。Ｂ7 材はＣ
ｒ添加量が過多のため、白銑化し、黒鉛が晶出しない。
そのため、摩擦係数が高い。Ｂ8 材はＭｏが過多である
ため、耐クラック性が低下している。Ｂ9 材はＶ量が不
足しているため、耐摩耗性が低下し、若干耐クラック性
も低下している。Ｂ10材はＶ量が過多であるため耐クラ
ック性が低下している。Ｂ11材は(4) 式を満たしていな
いため、炭化物の偏析で外層の耐摩耗性が低下してい
る。Ｂ12材は(2) 式を満足していないため、圧延試験時
に製品板表面に欠陥が認められた。Ｂ13材は(3) 式を満
たしていないため、耐クラック性が低下している。Ｂ14
材はＢ量が添加されていないため、耐摩耗性がＡ材に比
べ劣る。Ｂ15材はＢ量が過多であるため耐クラック性が
低下している。

【００４２】(B) 軸芯材、中間層材における合金元素の
限定理由本発明の複合ロール（３層ロール）においては、外層材
と中間層材及び軸芯材を冶金学的に結合させるために、
外層材内面側と中間層材とを混合させることと、中間層
材内面側と軸芯材とを混合させることが不可欠である。
然しながら、軸芯材と中間層材の優れた強靱性を損なう
まで過度に外層材を混入させてはならない。

【００４３】本発明は、外層材の軸芯材への混入を抑制
するために中間層材を設けているが、それでも外層材は
中間層材を介して軸芯材へ混入する。即ち、中間層材へ
の外層材混入比（中間層材中に混入した外層材重量が全
中間層溶湯重量に対してなす重量％）を5 〜60％とする
のが最適であると見出した。 5％未満では、外層材と中
間層材の境界に未溶着或いは介在物等の鋳造欠陥が発生
し易くなり、境界部の健全性を確保できない。また、60
％を超えると、外層材成分のうち、中間層材である黒鉛
鋼の特性を劣化させるＣｒが多量に混入し、中間層材の
著しい白銑化を招き、中間層材の強靱性が損なわれる。
軸芯材への中間層材混入比（軸芯材中に混入した中間層
材重量が全軸芯材溶湯重量に対してなす重量％）を5 〜
50％とするのが最適であると見出した。 5％未満では、
中間層材と軸芯材の境界に未溶着或いは介在物等の鋳造
欠陥が発生し易くなり、境界部の健全性を確保できな
い。また50％を超えると、外層材成分のうち、軸芯材で
あるダクタイル鋳鉄の特性を劣化させるＣｒが中間層材
を介して多量に混入し、軸芯材の著しい白銑化を招き、
ダクタイル鋳鉄としての機能が失われる。

【００４４】従って、中間層材への外層材混入比及び軸
芯材への中間層材混入比を、前記の範囲で規制し、これ
による成分上昇を考慮して凝固後の中間層組成及び軸芯
材組成が、下記範囲を満足するように溶湯成分の化学組
成を選択する必要がある。

【００４５】(B-1) 軸芯材軸芯材は、中間層を設けることにより、外層材のＣｒ混
入を中間層のない場合に比して非常に低下せしめ得る
が、このＣｒの混入を完全には防止できない。従って、
このＣｒ％の上昇分である約0.2 〜0.7 ％を考慮して、
軸芯材の化学成分及びその成分割合を選択する必要があ
る。

【００４６】Ｃ：2.8 〜3.8 ％Ｃは2.8 ％未満では黒鉛の量が少なくなり、ダクタイル
鋳鉄としての材質特性を充分に発揮できない。一方、3.
8 ％を超えて含有させると脆弱となるため、2.8 〜3.8
％の範囲に規定する。

【００４７】Ｓｉ：2.0 〜3.0 ％Ｓｉは2.0 ％未満では黒鉛の量が少なくなりセメンタイ
トが多く析出するために、硬くて脆くなる。一方、3.0
％を超えると、黒鉛量が多くなり過ぎて強度の劣化をき
たすので、2.0 〜3.0 ％の範囲に規定する。

【００４８】Ｍｎ：0.3 〜1.0 ％ＭｎはＳの害を抑えるのに有効であるが、0.3 ％未満で
はその効果が充分ではなく、また、1.0 ％を超えると、
材質を劣化させるので、0.3 〜1.0.％の範囲に規定す
る。

【００４９】Ｐ：0.1 ％以下Ｐは溶湯の流動性を増加させるが、材質を脆弱にするた
め、0.1 ％以下とする。

【００５０】Ｓ：0.04％以下Ｓは黒鉛の球状化を阻害するため低く抑える必要があ
り、0.04％以下とする。

【００５１】Ｎｉ：0.3 〜2.0 ％Ｎｉは黒鉛化を促進させるが、0.3 ％未満ではその効果
が不充分であり、2.0％を超えて含有されても顕著な効
果がない。よって、0.3 〜2.0 ％の範囲に規定する。

【００５２】Ｃｒ：1.5 ％以下Ｃｒは、中間層が設けられていても、Ｃｒのある程度の
軸芯材への混入は避けられず低い程望ましいが、Ｓｉと
のバランスからその含有量は1.5 ％以下とするのが良
く、1.5 ％を超えて含有させるとセメンタイト量が多く
なり、材質強度が劣化する。よってＣｒ含有量は中間層
を介して外層材から再溶解拡散されて入ってくるＣｒ％
との合計で結果的に1.5 ％以下とする。

【００５３】Ｍｏ：1.0 ％以下Ｍｏは基地硬さを高める効果を有するが、1.0 ％を超え
ると脆くなり、また不経済でもあるので、1.0 ％以下と
する。

【００５４】(B-2) 中間層材中間層材は、外層材のＣｒが軸芯材にまで拡散し、軸芯
材がＣｒにより強靱性が劣化するのを防止することがそ
の機能である。

【００５５】Ｃ：1.0 〜2.0 ％Ｃは黒鉛鋼材質の場合、基地中に溶け込んで強度を確保
するとともに、一部グラファイトとなって、収縮巣やガ
ス欠陥の発生を抑止する作用がある。Ｃ含有量が1.0 ％
未満ではその効果が不充分であり、一方、2.0 ％を超え
ると、Ｃは炭化物生成元素でもあるために炭化物が多く
なり強靱性が劣化する。よって、Ｃは1.0 〜2.0 ％と規
定する。

【００５６】Ｓｉ：1.6 〜2.4 ％Ｓｉはグラファイトを晶出される効果があるが、1.6 ％
未満ではその効果が期待できず、2.4 ％を超えると、フ
ェライト中に溶け込んだＳｉが材質強度を劣化させるの
で、1.6 〜2.4 ％の範囲とする。

【００５７】Ｍｎ：0.2 〜1.0 ％Ｍｎは材質強度を向上させる効果があるが、多過ぎた場
合の粒界への偏析が靱性を劣化させることを考慮して、
0.2 〜 1.0％の範囲とする。

【００５８】Ｐ：0.05％以下Ｐは溶湯の流動性を増加させるが、材質を脆弱にするた
め低い程良く、好ましくは0.05％以下とする。

【００５９】Ｓ：0.03％以下ＳはＰと同様に材質を脆弱にするため、その含有量は低
い程良く、0.03％以下とする。

【００６０】Ｎｉ：0.1 〜3.5 ％Ｎｉは強度及び靱性の確保に有効であるが、0.1 ％未満
では効果が薄く、多すぎるとコストアップになるため、
鋳込み前の溶湯でのＮｉ含有量は、0.1 〜0.7％とし、
外層から再溶解拡散されて入ってくるＮｉ％との合計
で、結果的に0.1〜3.5 ％となるものである。

【００６１】Ｃｒ：1.5 ％以下Ｃｒは中間層を設ける意義からは低い方が望ましく、そ
のため、鋳込み前の溶湯でのＣｒ含有量は、1.0 ％未満
とし、外層から再溶解拡散されて入ってくるＣｒ％との
合計で、結果的に1.5 ％となるものである。

【００６２】Ｍｏ：0.1 〜0.8 ％ＭｏはＮｉと同様に強靱性確保の点で重要な元素である
が、0.1 ％未満ではその効果がなく、反面0.8 ％を超え
ても、添加量の割には効果が得られないので、経済性を
考慮して0.1 〜0.8 ％とする。

【００６３】また、脱酸剤としてＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ等を
0.1 ％以下使用することもできる。

【００６４】凝固後の中間層組成及び軸芯材組成が前記
範囲を満足することにより、中間層及び軸芯材の機能が
得られるが、本発明の場合、外層から混入するＶ及びＮ
ｂの含有により、中間層としての一般の黒鉛鋼に比べ、
機械的性質が更に向上するという利点がある。

【００６５】これは、結晶粒微細化作用を有し、かつ焼
入性向上元素であるＶ及びＮｂが適量含有するため、高
温熱処理によって極めて微細なベイナイト基地組織が得
られるためである。本発明ロールの場合、この効果によ
り、従来より更に高負荷圧延にも使用可能となる。

【００６６】

【実施例】本発明に係る遠心鋳造製ロールは、前記詳述
した構成を有しているものであり、このロール製造方法
について図３に示す例によって説明する。

【００６７】先ず、遠心力鋳造機の上で回転し、内面に
耐火材を被覆した金属製鋳型の中に、外層１を形成すべ
き溶湯を鋳込んだ後、その外層１の内面に中間層２を鋳
込む。この両者、即ち、外層１、及び中間層２が完全に
凝固後鋳型を垂直に立てて、上部から軸芯材３を鋳込
み、この外層１、中間層２、及び軸芯材３を完全に冶金
学的に結合させて一体のロールとする。尚、外層１と中
間層２の両者が完全に凝固し終らなくても、内面の一部
が未凝固の状態でそれらを水平又は傾斜した適当な方法
により軸芯材３を鋳込んでも良い。

【００６８】（実施例１）（表４〜表６参照）製品胴径φ820mm 胴長2400mm、全長5300mmのロールを製
造した。

【００６９】(1) 外層として、肉厚100mm の溶湯を遠心
力鋳造機上で回転する金型に1400℃の鋳込温度で鋳込ん
だ。

【００７０】(2) 外層を鋳込み始めてから18分後に中間
層溶湯として肉厚45mmを回転鋳型中に1470℃で鋳込ん
だ。

【００７１】(3) 外層を鋳込み始めてから45分後に外層
及び中間層は完全に凝固する。

【００７２】(4) その後、鋳型を真直に立て上部から軸
芯材としてのダクタイル鋳鉄を1410℃で鋳込み、鋳型を
完全に満たし、押湯し、保温材でカバーする。

【００７３】(5) 完全に冷却後、ロールを鋳型から取出
し、熱処理及び機械加工を行なって、最終製品のロール
とした。

【００７４】ロール胴部の超音波探傷と切断調査の結
果、外層の厚さは、中間層の鋳込みにより84mmとなって
おり、中間層の厚さは、30〜 35mm でＣｒ含有量は、0.
2 〜0.7 ％であった。そして、外層、中間層、及び軸芯
材は互いに完全に結合しており、組織的な連続性が認め
られた。

【００７５】外層、中間層及び軸芯材の溶湯段階での化
学組成は表４の通りである。

【００７６】

【表４】

【００７７】尚、表４の組成で鋳込まれたロールの外
層、中間層及び軸芯部の凝固後の化学組成は表５の如く
である。

【００７８】

【表５】

【００７９】また、本発明ロールの中間層の機械的性質
を同一サイズの従来ロールのそれと比較して示せば表６
の如くである。

【００８０】

【表６】

【００８１】表４、表５の組成からなる本発明ロールに
あっては、外層を形成する合金成分を適正化し、炭化物
組成を限定することにより、耐摩耗性、耐クラック性、
低摩擦係数を兼備し、遠心鋳造しても偏析を生じない耐
肌荒れ性に優れた外層材を使用するとともに、軸芯材に
鋳鉄系材料の中で最も強靱なダクタイル鋳鉄を使用し、
外層材と軸芯材との間に中間層を設けて、それらを完全
に冶金学的に結合させて一体とした遠心鋳造製ロールと
することができる。

【００８２】（実施例２）（表７〜表９）製品胴径φ680mm 、胴長1500mm、全長3600mmのロールを
製造した。

【００８３】(1) 外層として、肉厚80mmの溶湯を遠心力
鋳造機上で回転する金型に1400℃の鋳込温度で鋳込ん
だ。

【００８４】(2) 外層を鋳込み始めてから13分後に中間
層溶湯として肉厚40mmを回転鋳型中に1470℃で鋳込ん
だ。

【００８５】(3) 外層を鋳込み始めてから37分後に外層
及び中間層は完全に凝固する。

【００８６】(4) その後、鋳型を真直に立て上部から軸
芯材としてのダクタイル鋳鉄を1410℃で鋳込み、鋳型を
完全に満たし、押湯し、保温材でカバーする。

【００８７】(5) 完全に冷却後、ロールを鋳型から取出
し、熱処理及び機械加工を行なって、最終製品のロール
とした。

【００８８】ロール胴部の超音波探傷と切断調査の結
果、外層の厚さは、中間層の鋳込みにより66mmとなって
おり、中間層の厚さは、27〜32mmでＣｒ含有量は、0.2
〜0.8％であった。そして、外層、中間層、及び軸芯材
は互いに完全に結合しており、組織的な連続性が認めら
れた。

【００８９】外層、中間層及び軸芯材の溶湯段階での化
学組成は表７の通りである。

【００９０】

【表７】

【００９１】尚、表７の組成で鋳込まれたロールの外
層、中間層及び軸芯部の凝固後の化学組成は表８の如く
である。

【００９２】

【表８】

【００９３】また、本発明ロールの中間層の機械的性質
を同一サイズの従来ロールのそれと比較して示せば表９
の如くである。

【００９４】

【表９】

【００９５】表７、表８の組成からなる本発明ロールに
あっては、外層を形成する合金成分を適正化し、炭化物
組成を限定することにより、耐摩耗性、耐クラック性、
低摩擦係数を兼備し、遠心鋳造しても偏析を生じない耐
肌荒れ性に優れた外層材を使用するとともに、軸芯材に
鋳鉄系材料の中で最も強靱なダクタイル鋳鉄を使用し、
外層材と軸芯材との間に中間層を設けて、それらを完全
に冶金学的に結合させて一体として遠心鋳造製ロールと
することができる。

【００９６】（実施例３）（表１０〜表１２）製品胴径φ820mm 、胴長2400mm、全長5300mmのロールを
製造した。

【００９７】(1) 外層として、肉厚100mm の溶湯を遠心
力鋳造機上で回転する金型に1400℃の鋳込温度で鋳込ん
だ。

【００９８】(2) 外層を鋳込み始めてから18分後に中間
層溶湯として肉厚45mmを回転鋳型中に1470℃で鋳込ん
だ。

【００９９】(3) 外層を鋳込み始めてから45分後に外層
及び中間層は完全に凝固する。

【００１００】(4) その後、鋳型を真直に立て上部から
軸芯材としてのダクタイル鋳鉄を1410℃で鋳込み、鋳型
を完全に満たし、押湯し、保温材でカバーする。

【０１０１】(5) 完全に冷却後、ロールを鋳型から取出
し、熱処理及び機械加工を行なって、最終製品のロール
とした。

【０１０２】ロール胴部の超音波探傷と切断調査の結
果、外層の厚さは、中間層の鋳込みにより83mmとなって
おり、中間層の厚さは、30〜35mmで、Ｃｒ含有量は、0.
2 〜0.7 ％であった。そして、外層、中間層、及び軸芯
材は互いに完全に結合しており、組織的な連続性が認め
られた。

【０１０３】外層、中間層及び軸芯材の溶湯段階での化
学組成は表１０の通りである。

【０１０４】

【表１０】

【０１０５】尚、表１０の組成で鋳込まれたロールの外
層、中間層及び軸芯部の凝固後の化学組成は表１１の如
くである。

【０１０６】

【表１１】

【０１０７】また、本発明ロールの中間層の機械的性質
を同一サイズの従来ロールのそれと比較して示せば表１
２の如くである。

【０１０８】

【表１２】

【０１０９】表１０、表１１の組成からなる本発明ロー
ルにあっては、外層を形成する合金成分を適正化し、炭
化物組成を限定することにより、耐摩耗性、耐クラック
性、低摩擦係数を兼備し、遠心鋳造しても偏析を生じな
い耐肌荒れ性に優れた外層材を使用するとともに、軸芯
材に鋳鉄系材料の中で最も強靱なダクタイル鋳鉄を使用
し、外層材と軸芯材との間に中間層を設けて、それらを
完全に冶金学的に結合させて一体として遠心鋳造製ロー
ルとすることができる。

【０１１０】（実施例４）（表１３〜表１５）製品胴径φ680mm 、胴長1500mm、全長3600mmのロールを
製造した。

【０１１１】(1) 外層として、肉厚 80mm の溶湯を遠心
力鋳造機上で回転する金型に1400℃の鋳込温度で鋳込ん
だ。

【０１１２】(2) 外層を鋳込み始めてから13分後に中間
層溶湯として肉厚40mmを回転鋳型中に1470℃で鋳込ん
だ。

【０１１３】(3) 外層を鋳込み始めてから37分後に外層
及び中間層は完全に凝固する。

【０１１４】(4) その後、鋳型を真直に立て上部から軸
芯材としてのダクタイル鋳鉄を1410℃で鋳込み、鋳型を
完全に満たし、押湯し、保温材でカバーする。

【０１１５】(5) 完全に冷却後、ロールを鋳型から取出
し、熱処理及び機械加工を行なって、最終製品のロール
とした。

【０１１６】ロール胴部の超音波探傷と切断調査の結
果、外層の厚さは、中間層の鋳込みにより65mmとなって
おり、中間層の厚さは、27〜34mmで、Ｃｒ含有量は、0.
2 〜0.9 ％であった。そして、外層、中間層、及び軸芯
材は互いに完全に結合しており、組織的な連続性が認め
られた。

【０１１７】外層、中間層及び軸芯材の溶湯段階での化
学組成は表１３の通りである。

【０１１８】

【表１３】

【０１１９】尚、表１３の組成で鋳込まれたロールの外
層、中間層及び軸芯部の凝固後の化学組成は表１４の如
くである。

【０１２０】

【表１４】

【０１２１】また、本発明ロールの中間層の機械的性質
を同一サイズの従来ロールのそれと比較して示せば表１
５の如くである。

【０１２２】

【表１５】

【０１２３】表１３、表１４の組成からなる本発明ロー
ルにあっては、外層を形成する合金成分を適正化し、炭
化物組成を限定することにより、耐摩耗性、耐クラック
性、低摩擦係数を兼備し、遠心鋳造しても偏析を生じな
い耐肌荒れ性に優れた外層材を使用するとともに、軸芯
材に鋳鉄系材料の中で最も強靱なダクタイル鋳鉄を使用
し、外層材と軸芯材との間に中間層を設けて、それらを
完全に冶金学的に結合させて一体とした遠心鋳造製ロー
ルとすることができる。

【０１２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、外層を形
成する合金成分を適正化し、炭化物組成を限定すること
により、耐摩耗性、耐クラック性、低摩擦係数を兼備
し、遠心鋳造しても偏析を生じない耐肌荒れ性に優れた
外層材を使用するとともに、軸芯材に鋳鉄系材料の中で
最も強靱なダクタイル鋳鉄を使用し、外層材と軸芯材と
の間に中間層を設けて、それらを完全に冶金学的に結合
させて一体とした遠心鋳造製ロールとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は遠心鋳造したリング材の炭化物分布に起
因する外層と内層間の熱間摩耗比に及ぼすＮｂとＶの含
有量比Ｎｂ／Ｖの影響を示す線図である。

【図２】図２は熱衝撃試験におけるクラック深さに及ぼ
すＮｂとＶの含有量比Ｎｂ／Ｖの影響を示す線図であ
る。

【図３】図３は本発明ロールを示す模式図である。

【符号の説明】１外層材２中間層材３軸芯材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外層材と、該外層材と黒鉛鋼の中間層材
を介して溶着一体化したダクタイル鋳鉄の軸芯材とから
なる遠心鋳造製ロールであって、該外層材が、Ｃ：2.5 〜4.7 ％、Ｓｉ：0.8 〜3.2 ％、Ｍｎ：0.1 〜
2.0 ％、Ｃｒ：0.4 〜1.9 ％、Ｍｏ：0.6 〜5.0 ％、
Ｖ：3.0 〜10.0％、Ｎｂ：0.6 〜7.0 ％を含有し、かつ
下記(1) 式、(2) 式、(3) 式及び(4) 式を満足し、 2.0 ＋0.15Ｖ＋0.10Ｎｂ≦Ｃ（％） …(1) 1.1 ≦Ｍｏ／Ｃｒ …(2) Ｎｂ／Ｖ≦0.8 …(3) 0.2 ≦Ｎｂ／Ｖ …(4) 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、黒鉛を有するも
のであり、該軸芯材が、Ｃ：2.8 〜3.8 ％、Ｓｉ：2.0 〜3.0 ％、Ｍｎ：0.3 〜
1.0 ％、Ｐ：0.10％以下、Ｓ：0.04％以下、Ｎｉ：0.3
〜2.0 ％、Ｃｒ：1.5 ％以下、Ｍｏ：1.0 ％以下を含有
し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、該中間層材が、Ｃ：1.0 〜2.0 ％、Ｓｉ：1.6 〜2.4 ％、Ｍｎ：0.2 〜
1.0 ％、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.03％以下、Ｎｉ：0.1
〜3.5 ％、Ｃｒ：1.5 ％以下、Ｍｏ：0.1 〜0.8 ％を含
有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴
とする遠心鋳造製ロール。
【請求項２】請求項１に記載の遠心鋳造製ロールにお
いて、外層材が更にＮｉ：5.5 ％以下を含有する遠心鋳
造製ロール。
【請求項３】請求項１に記載の遠心鋳造製ロールにお
いて、外層材が更にＢ：0.002 〜0.1 ％を含有する遠心
鋳造製ロール。
【請求項４】請求項１に記載の遠心鋳造製ロールにお
いて、外層材が更にＮｉ：5.5 ％以下、Ｂ：0.002 〜0.
1 ％を含有する遠心鋳造製ロール。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の遠心鋳
造製ロールを製造するに際し、中間層材への外層材混入
比を5 〜60％の範囲に規制するとともに、軸芯材への中
間層材混入比を5 〜50％の範囲に規制することを特徴と
する遠心鋳造製ロールの製造方法。