JPS58116911A - 複合ロ−ル及びロ−ラ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はすぐれた耐摩耗性、耐肌荒性並びに耐事故性を
備えた三層構造を有する複合ロール及びローフ−に関す
る。

周知のように、熱間連続薄板圧延ＩＩ（通常ホットスト
リップミル）Ｋおける仕上圧延機用ワークロールや冷間
連続圧延機用ワークロール等にあっては、圧延材と接す
る胴部に次のような特性が要求される。

耐摩耗性・・・圧延材の表面性状、板厚軸度に関係する
重要な要因である。

自・１肌荒性・・・ロール表面の性状が圧延材の品質に
大きな影響を与える。

１拳故性・・・異常圧延に対して充分な強靭性を有して
いること。

そこで、従来はこれらの特性に対応するロール材質とし
て、アダマイト材、Ｎｉグレン材、ダクタイル材、チル
ド材、縛剛材、鍛綱焼入れ材等が広く賞月されているが
、これらの材質には夫々一長一短があ郵、上記緒特性に
充分適合し得る４のは見当らない０例えば、遊離セメン
タイトを多量に晶出したアダマイト材やＮｉグレン材で
は、耐肌荒性、強靭性の点で問題があ〕、また黒鉛の晶
出した材質で°は黒鉛が欠は落ち肌荒れの原因となる。

上記緒特性に最も適合する材質としては１組織中に高硬
度の炭化物を均一に分散せしめたものが有効であシ、こ
のためにはＣｒ含有量を高め、耐肌荒性゛、耐摩耗性を
向上せしめた高クロム鋳鉄材を用いるのが有利である。

そこで現在では、叙述のワークロール等やその他耐摩耗
ローラー等の用途に対していわゆる高クロムロールが適
用されている。この高クロムロールにあっては、その同
一材質で高硬度ローＡ／に形成するとロール内部の残留
応力が大きくなシ、製造上困難を来たすため、一般には
その胴部（外層）とネック部（内層）とを異材質で形成
した複合ロールを用いることが多く。

またその製造手段として一般に遠心力鋳造法が採用□さ
れている。

しかし乍ら、この複合高クロムロールの場合では、その
外層には非常に硬度の高い耐摩耗性等にすぐれたものが
得られる奄のの、外層が高クロム材であるため、これに
例えばダクタイル装鉄材の内層を溶着一体化せしめて鋳
造すると、遠心力鋳造法によってもその鋳造時には内層
に外層からＣｒが不可避に混入され、これがため内層の
強靭性が著しく損われる問題点がある。そして、この内
層劣化の問題は中間層を介在せしめた場合にも、その中
間層自身が白銑化して劣化すると解消できないこととな
る。

本発明は外層を高クロム材、内層をダクタイル鋳鉄材に
よシ遠心力鋳造複合ローＶを形成する場合、あるいは同
外内層の組合せで遠心力縛造豪合耐拳耗ローラーを形成
する場合における上記問題点を解消することを目的とし
てなされたものであ）、本発明は下肥に各々詳述するよ
うな外層、中間層及び内層を溶着一体化してなる新規な
三層構造を有する複合ロール及びローツーを提供するも
のである。なお明細書中、化学成分の値は全て重量％を
意味する。

以下本発明に係る複合ロール及びローラーの各層につい
て説明する。

〔外１−　〕 外ｌ―は、Ｃ２，０〜３．２．　Ｓｉ　Ｏ，５〜１．５
．　Ｍｎ　０．５〜１．５．ＰＯ００８以下、ＳＯ，０
６以下、Ｎｉ　１．０〜２．０．　Ｃｒ　１０〜２５．
　Ｍ。

０．５〜１．５を含み、残部実質的にＦｅでかつ硬度Ｈ
８７Ｏ−８０を有する高クロム−鉄から形成される。な
お。

外層の硬度をさらに高める目的で、上！ＢＦｅの１部に
代えてＮｂ　１．０以下、Ｖｌ、０以下の１種又は２種
を含有することもできる。

外層の成分範囲限定理由は次の辿如である。

Ｃ：２．０〜５．２ Ｃは（Ｆｅ　−Ｃｒ　）ｙ　Ｃｍ型　炭化物を安定にす
る範囲内として後のＣｒ量とバランスし、目的のカーバ
イド緻によって決定される。しかして、Ｃ２，０未満で
は炭化物量が少なく耐摩耗性に不足し、一方５．２を超
えると炭化物量が過多となり１機械的強度特に靭性の点
で劣化が着しい。

Ｓｉ　：　０．５〜１．５ Ｓｉは溶湯の脱酸のために必要であるが、０．５未満で
はその効果が充分でない、しかし、１．５を超えて含有
されると、＊械的性質の劣化をきたし、同時にＡｒｘ変
態点を下げ硬度倉得難くする。

Ｍｎ：０．５〜１．５ 論はＳｉの脱酸の補助として少なくとも０．５以上の含
有を必要とし、０．５未満では充分な脱酸効果が得られ
ない、しかし、１．５を超えて含有されると。

機械的性質特に靭性の点で劣化が著しい。

Ｐ　：　０．０８以下 Ｐは特にロール材質においては少ない程望ましい元素で
、材質を脆くするという点から４０．０８以下に抑えら
れる。

Ｓ　：　０．０６以下 ８４Ｐと同様の増白で少ない程望ましく、その含有量は
０．０６以下とする。

Ｎｉ　：　１．０〜２．Ｏ Ｎｉは焼入性を向上させ積極的に硬度調整を計るために
含有させるもので、１．０未満では効果が不足し、一方
２．０を超えて含有されると残留オーステナイトが増加
して硬度が上シ難く、特に硬度Ｈ８７０以上を達成する
見地からはその含有量を１．０〜２．０のＩＩｉ！囲と
する。

Ｃｒ：１０〜２５ Ｃｒは強靭性と耐摩耗性を向上させるために含有される
が、その含有量が１０未満ではＭｓＣ型の炭化物が多く
晶出し１強靭性の低下及び炭化物の微細均一化が得られ
ず、他方２５を超えて含有されるとＭｘ　ｓ　Ｃｓ型の
炭化物量が増加する。この炭化物は騒Ｃ１ｍ炭化物に比
べて硬度が低く、充分な耐摩耗性が得られない、従って
、Ｃｒ含有量は適正なＭｔＣｓ型炭化物の得られる範囲
として、前記Ｃ含有量とのパツンスを勘案して、１０〜
２５の範囲とする。

Ｍｏ　：　０．５〜１．５ Ｍｏは焼入焼戻し抵抗を高めると同時に炭化物中に入り
、炭化物硬度を高めると共に焼戻し軟化抵抗を促進する
のに有効であるが、その含有量が０．５未満ではこのよ
うな効果が少なく、一方１．５を超えて含有されると基
地中に残留オーステナイトが安定化し、かえって硬度低
下を来たすおそれがある。

外層を形成する高クロム鋳鉄材は以上の成分を含み、不
純物を除き残部Ｆｅからなるが、外層材質には耐摩耗性
を更に高める目的で１次のＮｂ、Ｖの１種又は２種を必
要に応じ含有せしめることができる。

Ｎｂ　：　１．０以下 Ｎｂは鋳造組織の微細化に効果があり、　Ｎｂが含有さ
れることによシ析出硬化が促進されて耐摩耗性が向上す
るが、特に硬度Ｈ８７０以上では励含有量が１．０以下
で必要十分である。すなわち、　Ｎｂが１．０を超えて
含有されて屯、その改善効果はもはや飽和しコスト高と
なるためである。

Ｖ　：　１．０以下 ■はＮｂと同様な目的で含有されるもので、同様の見地
によシラ。０以下の含有量で必要十分である。

すなわち、１．０を超えてもその効果は飽和しており。

むしろＶ炭化物が多くなシ靭性の点で劣化するためであ
る。

〔中間層〕

中間層は、　Ｃ２，０〜３．０、Ｓｉ　Ｏ，５〜２．０
．　Ｍｎ　０．５〜１．０　。

Ｐ　Ｏ，０６以下、８０．０６以下、Ｎｉ　８〜２０．
　Ｃｒ　５以下、Ｍｏ　０．５以下、　Ｔｉ　Ｏ，１以
下を含み、残部実質的ＫＦｅの特ＫＮｉ含有賞の高い鋳
鉄から形成される。この中間層のｔｈは、内層へのＣｒ
の混入による内層強靭性の劣化防止と共に、中間層自身
の白銑化による劣化を防止することにある。

中間層の成分範囲限定理由は次の１１！１１）である。

Ｃ：２．０〜５．０ 中間層のＣ含有量は、外層内面の一部が中間層溶湯によ
って溶解され、外層のＣと中間層のＣが混合するとき、
このＣ含有量の差をできるだけ少なくし、Ｃ含有量をな
めらかに変化させることが必要である。このため中間層
のＣ含有量は２．０以上必要である。しかし３Ｄを超え
ると、中間層が外層から混入される多量のＣｒＫよって
白銑化し、靭性に劣化をきたすため好ましくない。

Ｓｉ　：　０．５〜２．０ Ｓｌは溶湯の脱酸効果から０．５以上は必要であるが。

２Ｄを超えると脆くなり、中間層の機械的性質の劣化を
来たす。

Ｍｎ　：　０．５〜１．０ ＭｎＫついてもＳｌと同様の効果があり、かつＭｎＳと
してＳの悪影響を除去するため０．５以上は必要である
が、１．０を超えるとその効果も飽和しかつｍ械的性質
の劣化を来たすため好ましくない。

Ｐ　：　０．０６以下 Ｐは溶湯の流動性を高めるが、材質の靭性を低下させる
ので０．０６以下とする。

Ｓ　：　０．０６以下 ＳもＰと同様にロール材質を脆弱にするため実害のない
０．０６以下とする。

Ｎｉ　：　８〜２Ｏ Ｎｉは外層から混入されるＣｒの影響を抑え、中間層の
白銑化の防止に効果を奏する。このためＮｉ含含有上Ｃ
ｒ混入’１に応じて多量に含まれることを必　　。

要とし、８未満ではその白銑化防止効果が充分に　　　
゛期待できない、−万Ｎｉ含有量が増加し２０を超える
と、その効果も殆んど飽和し、反面コスト高を招来する
ため好ましくない。

Ｃｒ　：　５以下 Ｃｒは外層から中間層に不可ＩＭＫ混入されるが、５以
上含有されると中間層が白銑化して脆くなり。

低い程望箇しい、また中間層に５以上Ｃｒが含まれると
、内層溶湯を鋳込んだ際中間層の一部が洗われて内層に
混入されるＣｒ量が増し、ひいては内層の靭性低下を来
たし好ましくない。

Ｍｏ　：　０．５以下 ＷはＮｉと同様の効果を奏するが、０５を超えると硬く
なり過ぎ好ましくない。

Ｔｉ　：　０．１以下 Ｔｉについては脱酸のため必要であるが、０．１を超え
て含まれると、溶湯が過酸化状態となシ、かつ溶湯の流
動性を低下するため好ましくない、なお毛の代シにＡＩ
　、Ｚｒ等の脱酸剤で脱酸しても同様の効果が期待でき
る。

中間層を形成する材質は以上の成分を含み、不純物を除
き残部Ｆｅからなる。

〔内層〕

内層は、Ｃ３，０〜３．８．　Ｓｔ　２．３〜３．０、
Ｍｎ　０．３〜１．０．　ＰＯ９１以下、５０．０２以
下、Ｎｉ　２．５以下、　Ｃｒ　１．５以下、　Ｍｏ　
１．０以下、　Ｍｇ　０．０５〜０．１を含み、残部実
質的にＦｅの強靭なダクタイル鋳鉄から形成される。

内層の成分範囲限定増白は次のＩｔ！ｉシであるＣ　　
：　　５．０〜５．８ Ｃ含有量が５．０未満の場合では、材質のチＭ化が進行
し、内層の靭性低下が著しく、一方５１３を超えると黒
鉛化が過剰となシ、内層材として強度不足となるためで
ある。

Ｓｉ　：　２．３〜３．０ Ｓｉについては、２．５未満では黒鉛化が悪くセメンタ
イトが多く析出し、内層の強度が劣化して残貿応力によ
シ縛造割れを起こし易い欠点を生じ、一方５Ｄを超える
と黒鉛化が過剰となって強度の劣化を来たすためである
。

Ｍｎ　：　０．３〜１．０ 胤はＳと結合しＭｎＳ　としてＳの悪影響を除去するの
に有効であるが、０．３未満ではこの効果がなく、一方
１．０を超えるとむしろ材質の劣化作用が着しく好まし
くない。

Ｐ　：　０．１以下 Ｐは溶湯の流動性を高めるが、材質を脆弱にするため少
ない程望ましく　、　０．１以下とする。

Ｓ　：　０．０２以下 ＳはＰと同様に材質を脆弱にし、しかもダクタイル鋳鉄
ではＭｇと結合しＭｇＳを形成するため、黒鉛の球状化
を図るためＫもＳ含有量を低く抑える必要があシ、　０
．０２以下とする。

Ｎｉ　：　２．５以下 Ｎｉは黒鉛の安定化剤として含ませるが、２．５を超え
ても顕著な効果がなく、コスト的に屯不利となるため２
５以下とする。

Ｃｒ　：　１．５以下 Ｃｒの含有量は低い程望ましいが、外層のＣｒ含有量が
嵩いため中間層の介在によってもある程度の混入は避け
られない、しかし、１．５％を超えると材質中にセメン
タイトが多くなり靭性が劣化するため１．５以下とする
。

Ｍｏ　：　１．０以下 局は黒鉛の晶出を阻害するので好ましくないが。

その含有量を実害のない１，０以下とする。

Ｍｇ　：　０．０３〜０．１ 鞠は黒鉛の球状化を図ヤ内層を強靭なダクタイル−鉄と
するために必要であるが、０．０３未満では球状化不良
を来たす、しかしｊ〜が０．１を超えるとチル化作用及
びドロス生成の点において好ましくない。

内層を形成するダクタイル鋳鉄材は以上の成分を含み、
不純物を除き残部Ｆｅからなる。

本発明に係る複合ロール（又はローラー）は、以上のよ
うな外層、中間層及び内層を冶金学的に溶着一体化せし
めてなるものであるが、その遠心力鋳造法による好適な
製造法について下記Ｋ　［ｉＳ２明する。

まず、内面に耐火物をｌ１ｉｉａｌｔ、て所定の内面形
状に構成した金属製＃型を遠心力鋳造法上で回転し。

これに外層を形成すべき浴湯を鋳込み、その内面が未凝
固の間に中間層を鋳込む、しかる後、外層と中間層が完
全に凝固し光後、鋳型を垂直に立てて上部から内層溶湯
を鋳込み、ここにおいて外層。

中間層及び内層の王者を冶金学的に完全に結合させた一
体の複合ロール（ローラー）を得るのである。なお内層
の−込み時期については、外層と中闇１−の両者が未だ
完全に凝固していない内面の一部未凝固状感で、水平又
は傾斜状態での適宜方法により内層を−込むようにする
こともできる。

このようにして製造されるロール及びローラーの具体的
な構造例を掲げれば図示の通りであって、図中（１１＃
′ｉ外Ｉｎ　、　（２）は中間層、　（３）（３１’は
内層を示す。

なおローツーの場合では、一体式のものの他に、図例の
ようなアーバーに焼ばめて組立る中空のものがあり、後
者の場合では中実品の内部を背孔することに工って形成
される。

次に本発明の実施例を掲げて説明する。

〈実施例１〉 製品胴径６８０φ、ｌ１１ｉｌ長１８００＆Ｉｌ−全長
３５００　”のローＶを製造した例。

〔製造工程〕

（１）外層として肉厚８０ｍ１１１　（２１００１１ｆ
）の高クロム鋳鉄溶湯を遠心力鋳造機上の回転金型に１
４００°Ｃで鋳込んだ。

（２）　　外層の鋳込開始後１３分後に、中間層溶湯を
肉厚３０１１ｊｌ　（６５ＱＫｆ）分回転金型に１４８
０°０で鋳込んだ。

（３）　　外層の鋳込開始後お分径に、外層及び中間層
は完全に凝固した。

（４）その後金型を垂直に立てて上部から内層としてダ
クタイル縛鉄溶湯を１３５５”ｏで鋳込み、金型を完全
に満たした後押湯保温材でカバーした。

〔試験結果〕

上記の製造工程で得られ九鋳造複合ロールを機械加工後
、胴部の超音波テスト及び破断調査に供した。この結果
、外層厚さは中間層によって洗われ６８ｗギになってお
シ、−１中間層は３０〜５５ＭｊｌでそのＣｒ含有量は
４．４であった。また外層、中間層及び内層の三者は完
全に結合しており、組織的な連続性も認められた。なお
、外層、中間層及び内層の化学成分は下記の通りである
。

〔成葉〕

〈実施例２〉 製品胴径６３０φ、胴長８００ｊ、内径５５０φの耐岸
耗ローラーを製造した例。

〔製造工程〕

（１）外層として肉厚７０ｆｌ　（１０３０Ｄ）の高ク
ロム鋳鉄溶湯を遠心力鋳造機上の回転金型に１４００６
０で鋳込んだ。

（２）外層の鋳込開始後１０分後に、中間層浴湯を肉厚
５５社（４１０印）分回転金型［１５００°Ｃで鋳込ん
だ。

（３）　　外層の鋳込開始後２５分後に、外層及び中間
層は完全に＆固した。

（４）　　その後金型を垂直に立てて上部から内層とし
てダクタイル縛鉄溶湯を１４００’Ｏで鋳込み、金型を
完全に満たした後押湯保温材で・カバーした。

（５）次に上記工程で得られた中実ロール体の胴部から
８００ｊのローラー素材を採取し、これを機械加工によ
如外径６５０φに仕上げた。

（６）次いでその内層部Ｋ　３５０φの孔を全長にわた
シ穿孔し、所定寸法の中空ローラーを製造した。

〔試験結果〕

王妃の製造工程で得られた複合ローラーを胴部の超音波
テスト及び製品加工後における被断調査に供した。この
結果、外層厚さは中間層によって洗われ６０日〈になっ
ておシ、一方中間層は３０〜３５鶴でそのＣｒ含有歓は
約４．８であった。ｔた外層、中間層及び内層の三者は
完全ｒｃ結合しておシ１組織的な連続性も認められた。

なお、外層、中間層及び内層の化学成分は下記の通りで
ある。

Ｃ次亀Ｊ 本発明の製造法として、遠心姉造を述べてきたが、この
外に薄い仕切板を用いた置き注ぎ法等がある。

以上祥細に述べた如く１本発明に係る複合ロール又はロ
ーフ−にあっては、外層をＨ８７０〜８０の高硬度を有
する高クロム鋳鉄材で形成し、一方向層を強靭性にすぐ
れるダクタイル鋳鉄材で形成すると共に、両者の闇に特
にＮｉ含有量の高い中間層を介在せしめて構成したもの
であるから、外層からのＣｒの混入による内層劣化の問
題を防止でき。

かつ又中間層自身が白銑化して脆弱となる従来複合品の
問題も完全に解消できるものであり、この種複合ロール
又はローラーの品質、使用特性を確実に保証するもので
ある。

本発明品の好適な適用用途としては、ホット又はコーＶ
トストリップミルの仕上ワークロール、ホットスキンバ
ス用ロール、耐摩耗ローラー等が挙げられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る複合ロールの構造例を現わす側面
縦断面図、第２図はその正面断面図であシ、第５図は本
発明に係る複合ローラーの＊造例を現わす側面縦断面図
、第４図はその正面断面図である。 （１）・・・外層、（２）・・・中間層、（３）　（３
１’・・・内層。 第１図 第３図 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　　Ｃ２，０〜３．２．ＳｉＯ，５〜１．５．Ｍｎ
   Ｏ，５〜１．５．Ｐ０．０８以下。 ８０．０６以下、　Ｎｉ　１．０〜２．０、Ｃｒ　Ｉ　
   Ｄ　〜２５．　Ｍｏ　０．５〜１．５を各１量％含み、
   残部実質的にＦｅでかつ硬度Ｈ８７０〜８０を有する高
   クロム鋳鉄からなる外層と；Ｃ２，０〜５．０　、　Ｓ
   ｔ　Ｏ，５〜２．０．　Ｍｎ　０．５〜１．０．　Ｐ　
   Ｏ，０６以下５０．０６以下、　Ｎｉ　８〜２０　、　
   Ｃｒ　５以下、　Ｍｏ　０．５以下、Ｔｉ０１１以下を
   各重量％含み、残部実質的にＦｅの鋳鉄からなる中間層
   と； Ｃ３，０〜ｉ８．　Ｓｉ　２．５〜！１．０　、　Ｍｎ
   　Ｏ，５〜１．０．　Ｐ　Ｏ，１以下。 Ｓ　Ｏ，０２以下、　Ｎｉ　２．５以下、　Ｃｒ　１．
   ５以下、　Ｍｏ　１．０以下、−０，０３〜０．１を各
   重量％含み、残部実質的ＫＦｅのダクタイル鋳鉄からな
   る内層とを溶着一体化してなることを特徴とする複合ロ
   ール及びローラー。 ２　前記外層が、　Ｆｅの１部に代えてＮｂ　１．０以
   下。 ■１．０以下の１種又は２種を各軍ｔ％で含有する特許
   請求の範囲ｖｇ１項記載のロール及びローラー。