JPH11267731A - 熱延工場用ロールおよびローラー - Google Patents

熱延工場用ロールおよびローラー

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JPH11267731A
JPH11267731A JP9392398A JP9392398A JPH11267731A JP H11267731 A JPH11267731 A JP H11267731A JP 9392398 A JP9392398 A JP 9392398A JP 9392398 A JP9392398 A JP 9392398A JP H11267731 A JPH11267731 A JP H11267731A
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JP
Japan
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roll
roller
thermal
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hot
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JP9392398A
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English (en)
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Kuninori Kai
晋典 甲斐
Koichi Tsukasaki
浩一 司城
Toshiyuki Katayama
利行 片山
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Nippon Steel Hardfacing Corp
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Nippon Steel Hardfacing Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性、耐熱衝撃性を有する熱延工場
用ロールおよびローラーの提供。 【解決手段】 ショアー硬度(Hs)50以上であるロ
ールまたはローラー基材表面に、分散された炭化タング
ステン粒子が20〜50重量%、残部C:0.1〜0.
5重量%含有Ni基自溶合金よりなる溶射皮膜層を形成
し、フュージング処理を施す。成する。 【効果】 熱延工場用ロールおよびローラーの耐摩
耗性、耐熱亀裂性、耐腐食性が向上し、摺動摩耗、通過
材の衝撃によるクラックやスポーリング発生が著しく減
少される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、製鉄所の鋼材熱延
工場に於いて使用される耐摩耗性、耐熱衝撃性を有する
熱延工場用ロールおよびローラーに関し、とくに表面を
ショアー硬度(Hs)50以上に硬化した後、炭化物粒
子分散型自溶硬質合金溶射層を形成した耐摩耗性、耐熱
衝撃性を有する熱延工場用ロールおよびローラーに関す
る。
【0002】
【従来の技術】製鉄所の鋼材熱延工場に於いて使用され
るロールおよびローラーは、冷却水や高温通過材との接
触による腐食、摺動摩耗、通過材突入時の衝撃を受け
る。したがってこれらの状態に対処するために種々の工
夫がなされてきた。
【0003】たとえば特許第1537899号(特公昭
63−32543号公報)では、ロール表面に硬化肉盛
溶接を行ない、その上にHs50以上の硬さの自溶合金
溶射を行なっており、硬化肉盛溶接層の硬さを[母材硬
さ+1/2(自溶合金溶射層硬さ−母材硬さ]以上に硬
くすることを推奨している。これは、衝撃荷重、負荷荷
重による変形や歪みがロール表面に発生し、スポーリン
グやクラックが発生しやすくなるためである。
【0004】また、特開平9−67054号公報では、
下地硬化肉盛層とその上に厚さ0.5mm以上の炭化物
粒子分散型自溶合金溶射層を形成することが好ましいこ
とが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特許第1
537899号(特公昭63−32543号公報)の硬
化肉盛溶接層の厚さについては明確な知見がない。そし
て特開平9−67054号公報においては、0.5mm
厚さ以上の炭化物粒子分散型自溶合金溶射層は、それ自
体合金層の強度、靱性、摩耗寿命を確保するために適正
な成分組成でなければならず、下地硬化肉盛り層の厚さ
とか、硬さとの相互関係についても未だ十分な究明はさ
れておらず、その用途も熱延工場巻取設備下ピンチロー
ルに限定されており、汎用ロールとしてはなお特性が不
十分であった。本発明は前記従来技術に対する問題点を
解決し、より耐摩耗性、耐熱亀裂性、耐腐食性の向上、
摺動摩耗の減少、通過材の衝撃によるクラックやスポー
リング発生の防止が可能な熱延工場用ロールおよびロー
ラーを提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、ロールおよび
ローラー基材全体又は基材表面から少なくとも深さ3m
mまでの硬度を高くすること、自溶合金のC含有量を低
くすること、およびフュージング処理を適性温度よりも
低めで実施することが特性向上に有効であることを知見
し、本発明を完成するにいたった。
【0007】前記の知見に基づいてなされた本発明は、
ショアー硬度(Hs)50以上である基材の熱加工表面
に、分散された炭化タングステン粒子が20〜50重量
%、残部C:0.1〜0.5重量%含有Ni基自溶合金
よりなる溶射皮膜層が形成されていることを特徴とする
耐摩耗性、耐熱衝撃性を有する熱延工場用ロールおよび
ローラーを要旨としている。
【0008】また本発明は、鉄系基材表面に形成された
ショアー硬度(Hs)50以上である硬化肉盛溶接層の
仕上げ加工表面に、分散された炭化タングステン粒子が
20〜50重量%、残部C:0.1〜0.5重量%含有
Ni基自溶合金よりなる溶射皮膜層が形成されているこ
とを特徴とする耐摩耗性、耐熱衝撃性を有する熱延工場
用ロールおよびローラーを要旨とするものである。
【0009】基材全体又は基材表面から少なくとも深さ
3mmまでがショアー硬度(Hs)50以上であるこ
と、フュージング処理による緻密化と、基材表面との冶
金的結合がされた溶射皮膜層であること、そして溶射材
料成分組成により決定されるフュージング処理温度より
20〜30℃低い温度で処理された溶射皮膜であること
も本発明の要旨である。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の構成と作用を説明する。
本発明において、基材全体又は基材表面から少なくとも
深さ3mmまでがショアー硬度(Hs)50以上である
ことが必要である。これは、ロールに対する負荷荷重、
走行通過材の衝撃によるロール表面の凹み変形、曲げ歪
みなどに対しては、硬化深度が表面から少なくとも深さ
3mmまでないと、十分な効果を発揮できないからであ
る。前記条件がないロールでは、表面が簡単に変形して
歪みのために上層の溶射皮膜に亀裂が発生し、剥離を生
ずることになる。基材全体又は基材表面の硬化手段とし
ては、全体熱処理あるいは表面焼入処理によって行なう
ことが出来る。
【0011】表面溶射皮膜を形成するNi基自溶合金の
C含有量は0.1〜0.5重量%の範囲である。従来の
熱延工場用ロールなどに適用される自溶合金材料として
は、耐摩耗性を重視してC含有量の高い0.7〜0.8
%重量%のものが使用されてきた。この欠点は自溶合金
の地組織(オーステナイト)の固溶炭素量が高いため、
耐摩耗性については非常に好都合であるが、脆いので走
行通過材の衝撃による亀裂が発生しやすいことである。
そこで自溶合金の地組織(オーステナイト)の固溶炭素
量を低く抑えて靱性の向上を増すことを意図している。
C含有量が0.1重量%未満では、柔軟すぎて溶射皮膜
としての必要な強度が得られず、0.5重量%を超える
と、脆さが急速に増大する。本発明に使用される自溶合
金は、C:0.1〜0.5重量%、Cr:11.0〜1
8.0重量%、B:2.0〜3.5重量%、Si:2.
0〜4.5重量%、Fe:2.0〜4.5重量%、必要
によりCu、MoおよびWの1種以上を2.0〜3.0
重量%、残部Niおよび不可避不純物よりなり、硬さ
(Hs)が50〜80の範囲のものである。
【0012】C含有量の低下により自溶合金の地組織の
耐摩耗性も低下するが、溶射皮膜全体の耐摩耗性は、適
性粒度の炭化タングステン20〜50重量%を地組織中
に分散して含有させることにより確保される。炭化タン
グステンは溶射の際、あるいはフュージング時の高温で
も、地組織内に溶け込みにくいという特性がある。炭化
タングステンが20重量%未満では形成された溶射皮膜
の耐摩耗性が不足し、50重量%を超えると溶射皮膜の
靱性低下が著しくなる。
【0013】前記のように、溶射皮膜を構成するNi基
自溶合金の地組織内に分散される炭化タングステンの粒
度、形状も、溶射皮膜特性に影響するものであり、本発
明で使用される炭化タングステンは、通常の溶射材料の
場合よりもやや大きめの粒度とし、球形で密度の高い焼
結粉末であることが好ましい。
【0014】本発明における溶射皮膜はフュージング処
理が施されたものである。フュージング処理により、溶
射皮膜は再溶融されて緻密化するとともに基材表面に対
する結合力も増大して冶金的結合状態となり、溶射皮膜
強度が熱衝撃、衝撃荷重に対して高くなる。
【0015】溶射皮膜に対してフュージング処理を行な
うにあたり、Ni基自溶合金の地組織内への炭化タング
ステンの固溶、分解を抑制するために、溶射材料成分組
成により決定されるフュージング処理温度より20〜3
0℃低い温度で処理することによって、溶射皮膜地組織
内への炭化タングステンの分解固溶比率が下がり、地組
織の靱性と耐摩耗性の双方特性確保が可能になる。
【0016】本発明における溶射皮膜は、鉄系基材表面
に形成されたショアー硬度(Hs)50以上である硬化
肉盛溶接層の仕上げ加工表面に形成されてもよい。前記
硬化肉盛溶接層は、靱性、延性の良好なものであること
が必要であり、少なくとも厚さ3mm以上とすることに
よって、全体熱処理あるいは表面焼入処理により基材を
硬化したものと同様の効果を得ることが出来る。
【0017】
【実施例】本発明を実施例により具体的に説明するが、
これによって本発明が限定されることはない。 実施例 本発明の効果を実証するため、試験片を使用して熱間摩
耗試験と繰り返し熱サイクルによる熱衝撃試験を行なっ
た。
【0018】図1に、熱間摩耗試験法を示す。Hs50
以上に硬化した長さ40.0mm、幅15.0mm、厚
さ2.5mmの試験片1上に溶射形成した厚さ1.0m
mの自溶合金溶射皮膜(C:0.4重量%、Cr:1
7.0重量%、B:3.5重量%、Si:4.0重量
%、Fe:3.5重量%、Cu:2.5重量%、Mo:
3.0重量%、W:2.5重量%、残部Ni、硬さ(H
s)80)を、1150℃でフュージング処理し、相手
材である直径30.0mm、長さ40.0mmのSKD
−11(硬度Hs85)のテストロール2との熱間滑り
摩耗量を求めた。図中3は、バックアップ材、4はバー
ナー、5は火炎、6は駆動源である。試験条件は次のと
おりであった。 試験荷重 13kg(耐圧:14.4〜86.7kg/cm2) 回転数 500rpm 試験片温度 300〜350℃ 冷却 なし 試験時間 2時間(30分毎に重量測定) 相手材 SKD−11(Hs85)のテストロール 試験結果を図2に示す。
【0019】試験結果から、溶射皮膜を構成する自溶合
金のC含有量が本発明範囲内の0.35重量%、0.4
5重量%に減少しても、摩耗量が増加しないことがわか
る。これは、炭化タングステンの自溶合金地組織内への
分解・固溶を少なくするために、造粒焼結型炭化タング
ステン粉末を使用しているからである。
【0020】繰り返し熱サイクル衝撃試験は、図3に示
す熱サイクルを、長さ50mm、幅50mm、厚さ25
mmの全体硬化試験片上に厚さ1.0mmの炭化タング
ステン40重量%を含有するC含有量のみ相違するNi
基自溶合金溶射皮膜を形成して、20回適用した。そし
て、C含有量の影響を比較した。試験結果を次表に示
す。
【0021】 註 A:適正とされるフュージング温度 B:適正とされるフュージング温度−30℃
【0022】C含有量が0.8重量%の自溶合金溶射皮
膜では、わずかに1回の熱サイクルで割れが発生するの
に対して、本発明範囲のC含有量でははるかに多数回の
熱サイクルに耐えることがわかる。
【0023】基材硬化層厚さの影響について、テーブル
ローラーの表面にHs55程度の硬さの肉盛溶接層を
1.5mm厚と3.5mm厚施し、各肉盛溶接層上に厚
さ1.0mmの炭化タングステン40重量%を含有する
本発明Ni基合金溶射皮膜をそれぞれ形成してその寿命
を比較した。その結果、肉盛溶接層厚が3.5mmのも
のの寿命は1.5mm厚のものの2倍以上であった。
【0024】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるから、製鉄所の鋼材熱延工場に於いて使用されるロ
ールおよびローラーの耐摩耗性、耐熱亀裂性、耐腐食性
が向上し、摺動摩耗、通過材の衝撃によるクラックやス
ポーリング発生が著しく減少され、産業上極めて有用で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の効果確認のための熱間摩耗試験法を
示す概要図である。
【図2】 熱間摩耗試験結果を示すグラフである。
【図3】 熱サイクル試験の条件を示すグラフである。
【符号の説明】
1 試験片 2 テストロール 3 バックアップ材 4 バーナー 5 火炎 6 駆動源

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ショアー硬度(Hs)50以上である基
    材の熱加工表面に、分散された炭化タングステン粒子が
    20〜50重量%、残部C:0.1〜0.5重量%含有
    Ni基自溶合金よりなる溶射皮膜層が形成されているこ
    とを特徴とする耐摩耗性、耐熱衝撃性を有する熱延工場
    用ロールおよびローラー。
  2. 【請求項2】 基材全体又は基材表面から少なくとも深
    さ3mmまでがショアー硬度(Hs)50以上である請
    求項1記載の耐摩耗性、耐熱衝撃性を有する熱延工場用
    ロールおよびローラー。
  3. 【請求項3】 フュージング処理による緻密化と、基材
    表面との冶金的結合がされた溶射皮膜層である請求項1
    又は2記載の耐摩耗性、耐熱衝撃性を有する熱延工場用
    ロールおよびローラー。
  4. 【請求項4】 鉄系基材表面に形成されたショアー硬度
    (Hs)50以上である硬化肉盛溶接層の仕上げ加工表
    面に、分散された炭化タングステン粒子が20〜50重
    量%、残部C:0.1〜0.5重量%含有Ni基自溶合
    金よりなる溶射皮膜層が形成されていることを特徴とす
    る耐摩耗性、耐熱衝撃性を有する熱延工場用ロールおよ
    びローラー。
  5. 【請求項5】 フュージング処理による緻密化と、基材
    表面との冶金的結合がされた溶射皮膜層である請求項4
    記載の耐摩耗性、耐熱衝撃性を有する熱延工場用ロール
    およびローラー。
  6. 【請求項6】 溶射材料成分組成により決定されるフュ
    ージング処理温度より20〜30℃低い温度で処理され
    た溶射皮膜である請求項3又は5記載の耐摩耗性、耐熱
    衝撃性を有する熱延工場用ロールおよびローラー。
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