JPH0938763A - 超硬材料と鋳鉄の複合ロールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超硬材料と鋳鉄とからなる複合ロールの製造
において、鋳造凝固、冷却段階での超硬リングの割れ及
び酸化を防止する。 【構成】 超硬リング２を、固定治具４によって鋳型１
の内周面と離間して配備し、鋳型１に超硬リング２の表
面が溶融する温度以上の金属溶湯を注ぎ、超硬リング２
の周面全体を金属で鋳ぐるみ凝固させる。又、鋳造後の
鋳放し品について、鋳ぐるみ金属３を、一部パーライト
変態させた後、残部をベイナイト変態させる熱処理を行
ない、超硬リング２の外周面を露出させる機械加工を行
なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、鉄鋼線材、棒材等の圧
延に使用されるロールの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】線
材、棒材等の圧延に用いられるロールとして、超硬合金
を環状に形成した超硬リングをロール本体に嵌めた複合
ロールが知られている。複合ロールには、ロール本体に
超硬リングを機械的に組み立てたものと、超硬リングを
鋳ぐるんだものとが実施されている。前者は、部品点数
が増え、組立の手間が掛かり、コスト高を招来する。後
者は、組立の必要のない分だけ、コストダウンを画るこ
とができるが、製法上、ロールに割れが発生しやすい問
題がある。後者のロールの製法は、先ず、図４に示す如
く砂型にて構成された鋳型(１)の内周面に超硬リング
(２)の外周を埋め込む(工程１)。鋳型(１)に鋳ぐるみ金
属(30)である溶湯を注ぐ(工程２)。鋳型(１)に入れたま
ま溶湯を自然冷却して凝固させ、凝固部分をロール本体
(３)となす(工程３)。鋳型(１)から取り出した鋳放し品
を熱処理する(工程４)。鋳放し品に対して、所望の形状
及び寸法に機械加工し、超硬リングの外周部を露出させ
る(工程５)。工程２で溶湯を鋳型(１)に流し込んだとき
に、鋳型(１)に埋って直接に溶湯と接しない超硬リング
(２)の外周側と、溶湯と直接に接する超硬リング(２)の
内周側との間に温度勾配が生じ、超硬リング(２)、ロー
ル本体(３)が割れることがある。超硬リング(２)と鋳ぐ
るみ金属との熱膨張差が大きいため、即ち、超硬リング
(２)に比べて鋳ぐるみ金属(30)は熱収縮しやすく、前記
冷却工程(工程３)に於て、超硬リング(２)の両側面を抱
いている鋳ぐるみ金属の熱収縮により、全体的には超硬
リング(２)を圧縮する方向に力が作用するが、部分的に
引張応力が発生し、割れが発生しやすくなる。又、冷却
段階での割れの発生が見られなくとも、残留応力が高い
ままで、後工程を行なうと、割れの生じることがある。
鋳ぐるみ金属(30)の材料として、超硬リング(２)の熱膨
張差と近い高Ｎｉ鋳鉄等を実施すれば、ロールの割れの
発生を抑えることができるが、高Ｎｉ鋳鉄等はコストが
高い。又、工程４に於いて、熱処理を行なう際に、超硬
リング(２)が鋳放し品の外周に臨出しているため、超硬
リング(２)の表面に酸化防止剤を塗布して、該リングの
酸化を防止する必要がある。

【０００３】本発明の目的は、製造段階でのロールの割
れ、超硬リングの酸化を防止する超硬材料と鋳鉄とから
なるロールの製造方法を明らかにすることである。

【０００４】

【課題を解決する為の手段】本発明の複合ロールの製造
方法は、超硬リング(２)を、固定治具(４)によって鋳型
(１)の内周面と離間して配備し、鋳型(１)に溶湯を注
ぎ、超硬リング(２)全体を溶湯で鋳ぐるんで凝固させ凝
固部分をロール本体(３)となし、超硬リング(２)の外周
部分を覆っている鋳ぐるみ金属を機械加工によって除去
し、超硬リング(２)の外周部を露出させる。

【０００５】

【作用及び効果】固定治具(４)により超硬リング(２)を
鋳型(１)の内周面と離間して配備し、鋳型(１)内に溶湯
を注ぐことにより、超硬リング(２)は全体が鋳ぐるみ金
属に完全に埋った状態に鋳ぐるまれる。

【０００６】溶湯が自然冷却されて凝固するとき、超硬
リング(２)は全体が鋳ぐるみ金属(30)に完全に埋ってい
るため、超硬リング(２)の外周側は溶湯から臨出してい
る従来の場合の様に、溶湯の凝固収縮により超硬リング
(２)に作用する圧力に部分的な差は小さく、又、従来の
様に超硬リング(２)の鋳型(１)に埋っている部分と、溶
湯に接している部分との冷却速度に大きな差が生じるを
なくし、これらに起因して超硬リング(２)に残留応力が
生じることを防止できる。

【０００７】鋳放し品を機械加工により、所望の形状及
び寸法に加工し、超硬リング(２)の外周部をロール本体
(３)から臨出させてロールが製作される。前記の如く、
超硬リング(２)の残留応力は低く、機械加工の際に、残
留応力に起因してロールが割れることを防止できる。

【０００８】鋳型(１)から取り出した鋳放し品に、下記
の熱処理工程を加えることができる。熱処理は、鋳ぐる
み金属(30)の一部がパーライト変態し、残部がベイナイ
ト変態する熱処理である。パーライト変態により、鋳ぐ
るみ金属(30)に残留応力が発生し、膨張を伴ったベイナ
イト変態によって、超硬リング(２)と鋳ぐるみ金属(30)
との熱膨張差による残留応力を緩和する。尚、鋳ぐるみ
金属(30)の全部がパーライト変態すると、超硬リング
(２)に発生する残留応力が高くなりすぎ、又、ベイナイ
ト変態のみの場合は、鋳ぐるみ金属(30)が脆くなると共
に、超硬リング(２)が引張りの残留応力になる可能性が
あるため、圧延使用上好ましくない。従来、超硬リング
(２)がロールから臨出していたため、熱処理を行なう際
には、酸化防止剤を塗布する必要があったが、本発明に
於いては、超硬リング(２)が鋳ぐるみ金属(30)によって
包囲されているため、その必要はない。

【０００９】鋳放し品に熱処理を加えた後、該鋳放し品
を機械加工により、所望の形状及び寸法に加工し、超硬
リング(２)の外周部をロール本体(３)から臨出させてロ
ールが作製される。

【００１０】鋳ぐるみ金属(30)として、高Ｎｉ鋳鉄等の
特殊な成分を用いなくても、ロール製造工程にて、ロー
ルに割れ等が発生しないため、超硬リング(２)と熱膨張
差のあるダクタイル鋳鉄等の比較的安価な材料を使用す
ることが出来、コストを低く抑えることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につき、
図面に沿って詳述する。本発明の超硬材料と鋳鉄とから
なるロールの製造方法は、超硬リング(２)を鋳型(１)に
配備する工程(工程１)、該型(１)に超硬リング(２)の表
面が溶融する温度以上の溶湯を注ぐ工程(工程２)、溶湯
を自然冷却して凝固させる工程(工程３)。鋳型(１)から
取り出した鋳放し品を熱処理する工程(工程４)、熱処理
した鋳放し品を所望の形状及び寸法に機械加工する工程
(工程５)とからなる。本発明方法の特徴は、超硬リング
(２)を鋳型(１)から離間して配備し、鋳造段階で鋳ぐる
み金属(30)により超硬リング(２)全体を包囲し、鋳ぐる
み金属(30)からの熱応力及び熱収縮力が超硬リング(２)
の全面に略均一に加わるようにすることにより、従来の
超硬リング(２)に生じる割れ或いは割れの原因となる残
留応力の発生を防止する点である。従って、超硬リング
(２)と鋳ぐるみ金属(30)との熱膨張差を無視でき、材料
選定の幅が増大する。加えて、鋳造後の熱処理にて超硬
リング(２)に酸化防止剤を塗布する必要がない点であ
る。

【００１２】先ず、鋳型(１)、超硬リング(２)、固定治
具(４)及び溶湯について説明する。図１は、鋳型(１)の
断面図である。鋳型(１)は、鉄枠(図示せず)の周囲に形
成された砂型であって、内面形状は、上部及び下部が縮
径し、下部が閉塞するよう構成される。該鋳型(１)の拡
径部分は、内径がφ450mmである。超硬リング(２)は、
下記の成分の超硬合金及び形状からなり、図２に示す如
く固定治具(４)に固定し、前記鋳型(１)の拡径部分に鋳
型(１)の内周面と当接しないよう離間して配備される。

【００１３】［超硬リング］ 成分：ＷＣ75重量％＋バインダー金属25重量％ バインダー金属組成：Ｃo 12重量％、Ｎi 12重量％、Ｃ
r 1重量％ 寸法：外径φ400mm、内径φ290mm、幅80mm(厚さ55mm)

【００１４】超硬リング(２)を鋳型(１)に固定する固定
治具(４)は、図２に示す如く、超硬リング(２)の外周面
を包囲する環状部分(41)と、該環状部分(41)から突設さ
れ、端部が鋳型(１)の内周面に固定された複数本の支持
部(42)とから構成される。超硬リング(２)は、固定治具
(４)の環状部分(41)に嵌められて鋳型(１)の内部に固定
される。

【００１５】溶湯は、凝固してロール本体(３)を形成す
るものであって、下記の成分からなるダクタイル鋳鉄で
ある。 ［溶湯］ 成分(単位；重量％) Ｃ Ｓi Ｍn Ｐ Ｓ Ｎi Ｍg Ｆe 3.27 2.05 0.29 0.006 0.010 2.38 0.05 残部

【００１６】［製造方法］ ［工程１(超硬リングの固定及び予熱)］超硬リング(２)
を固定治具(４)により鋳型(１)の内部に、鋳型(１)の内
面から離して固定し、超硬リング(２)を略100℃〜略700
℃で予熱する。このとき、超硬リング(２)の予熱を略10
0℃以下とすると、溶湯との溶着が困難となり、又、溶
湯鋳込時の熱衝撃により、超硬リング(２)が割れる虞れ
がある。尚、略500℃以上に予熱する場合には、超硬リ
ング(２)の表面が酸化されるため、Ｎiメッキ等の表面
処理をする必要がある。

【００１７】［工程２(溶湯の流し込み)］超硬リング
(２)を予熱後、超硬リング(２)の表面が溶融する温度以
上に加熱された溶湯を流しみ、超硬リング(２)全体を溶
湯に浸ける。溶湯の温度を前記の如く調節することによ
り、溶湯と接する超硬リング(２)の表面が溶融して、溶
湯と溶着する。従って、溶湯が凝固した鋳ぐるみ金属(3
0)と超硬リング(２)を他の固定手段により固定する必要
がない。本発明では、超硬リング(２)は全体が溶湯に浸
かっているため、溶湯によって超硬リング(２)の周面全
体が略均一に加熱され、超硬リング(２)に温度勾配が出
来ない。従って、温度勾配を原因とする超硬リング(２)
の割れを防止出来る。尚、本実施例で用いた超硬リング
(２)は1350℃以上で表面が溶融する。そこで、溶湯の温
度を超硬リング(２)の表面が溶融する温度の1540℃に加
熱して鋳造を行なった。

【００１８】［工程３(冷却)］鋳型(１)に溶湯を流し込
んだ後、溶湯が凝固し、常温となるまで放置して自然徐
冷し、鋳型(１)から取り出す。溶湯は、徐冷によりパー
ライト変態のみを起こして膨張し、超硬リング(２)に熱
応力及び熱圧縮力を加える。これらは超硬リング(２)の
表面全体に略均一に作用するため、超硬リング(２)に局
部的な残留応力が発生することを抑えることができる。
しかしながら、パーライト変態によって不安定な応力状
態がロール全体に生じており、この状態にて、機械加工
を行なうと、ロールが割れる可能性がある。機械加工に
てロールが割れなくても、ロールを用いて製品を圧延す
ると割れることが考えられる。そこで、後述する工程４
にてロールを熱処理して、ロール本体(３)を不安定なパ
ーライト変態のみの状態から、一部パーライト変態、残
部ベイナイト変態となるよう変態させる。

【００１９】［工程４(熱処理)］前記工程にて鋳型(１)
から取り出された鋳放し品に熱処理を加える。従来、鋳
放し品の外周から超硬リング(２)が臨出していたため、
熱処理を行なう前に、超硬リング(２)の臨出表面に酸化
防止剤を塗布する必要があった。しかしながら、本発明
に於いては、超硬リング(２)が鋳ぐるみ金属(30)によっ
て完全に包囲されているため、酸化防止剤を塗布する必
要がない。熱処理は、鋳ぐるみ金属(30)の成分に応じた
適切な焼入、焼戻熱処理により、超硬リング(２)に適当
な圧縮残留応力が発生するようにする。ここで、適切な
焼入、焼戻熱処理とは、加熱後の冷却過程に於いて、鋳
ぐるみ金属(30)の一部がパーライト変態し、残部が低温
(略300℃〜略450℃)で膨張を伴うベイナイト変態する熱
処理である。これら変態を組み合わせることにより、超
硬リング(２)と鋳ぐるみ金属(30)との熱膨張差による残
留応力が緩和される。パーライト変態のみの場合は、超
硬リング(２)に発生する残留応力が高くなりすぎ、ベイ
ナイト変態のみの場合は、鋳ぐるみ金属(30)が脆くなる
と共に、超硬リング(２)が引張りの残留応力になり、圧
延使用上好ましくない。

【００２０】本実施例では、焼入温度890℃とし、空冷
し、焼戻温度を540℃とした。焼入、焼戻熱処理時の超
硬リング(２)と鋳ぐるみ金属(30)の熱膨張差は、図３に
示す通りであって、鋳ぐるみ金属(30)が、パーライト変
態(図３の区間Ａ)及びベイナイト変態(図３の区間Ｂ)を
起こすことにより、鋳ぐるみ金属(30)と超硬リング(２)
との熱膨張差を近づけることが出来る。又、超硬リング
(２)は、鋳ぐるみ金属(30)によって包囲されているた
め、等方的に膨張及び／又は圧縮力を受けるため、焼
入、焼戻熱処理時に超硬リング(２)及び鋳ぐるみ金属(3
0)が割れることがない。

【００２１】［工程５(機械加工)］前記工程にて作成さ
れた熱処理品に機械加工を施すことにより、超硬リング
(２)の表面を露出させ、鋳ぐるみ金属(30)及び超硬リン
グ(２)を所望のロールの形状及び寸法に加工して、ロー
ルが製られる。機械加工では、超硬リング(２)の外周表
面に圧延する材料の加工形状、径等に合せた所望の溝を
切る工程を含めてもよい。

【００２２】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。

【００２３】例えば、超硬リング(２)として、ＷＣを主
成分とした超硬合金を用いたが、成分及び形状は、上記
実施例に限定されず、サーメットやセラミックス等を用
いることも出来る。又、同様に鋳ぐるみ金属(30)とし
て、熱処理時にベイナイト及びパーライト変態する高ク
ロム鋳鉄等を用いることも出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋳型の断面図である。

【図２】超硬リング及び固定治具の斜視図である。

【図３】超硬リングと鋳ぐるみ金属の熱膨張差を示すグ
ラフである。

【図４】従来の鋳型の断面図である。

【符号の説明】

(１) 型 (２) 超硬リング (３) 鋳ぐるみ金属 (４) 固定治具

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ２２Ｄ 29/00 Ｂ２２Ｄ 29/00 Ｇ Ｃ２１Ｄ 9/38 Ｃ２１Ｄ 9/38 Ａ (72)発明者 中井 豊 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超硬合金、サーメット、セラミックス等
   の超硬材料を環状に形成した超硬リング(２)を鋳型(１)
   に固定し、該鋳型(１)に溶湯を注いで凝固させ凝固部分
   をロール本体(３)と成した超硬材料と鋳鉄の複合ロール
   の製造方法に於いて、 超硬リング(２)を、固定治具(４)によって鋳型(１)の内
   周面と離間して配備し、鋳型(１)に溶湯を注ぎ、超硬リ
   ング(２)全体を溶湯で鋳ぐるんで凝固させ凝固部分をロ
   ール本体(３)となし、超硬リング(２)の外周部分を覆っ
   ている鋳ぐるみ金属を機械加工によって除去し、超硬リ
   ング(２)の外周部を露出させた超硬材料と鋳鉄の複合ロ
   ールの製造方法。
2. 【請求項２】 ロール本体(３)を、一部パーライト変態
   させた後、残部をベイナイト変態させる熱処理を行なっ
   てから、超硬リング(２)の外周面を露出させる機械加工
   を行なうことを特徴とする請求項１に記載の超硬材料と
   鋳鉄の複合ロールの製造方法。