JPS58157569A - 圧延用鋳造ロ−ルの製造方法 - 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】 この発明は主として熱間圧延に使用される圧延用鋳造ロ
ールの製造方法に関し、特に０−ル胴部表面の圧延使用
層の組織微細化により耐摩耗性を向上させた鋳造ロール
の製造方法に関するものである。

近年、省エネルギやコスト低減の目的から、高速圧延や
低温圧延などが実施されるようになり、そのため圧延ロ
ールにもこのような苛酷な条件下での圧延に耐え得るよ
うに強度および耐摩耗性の向上が強く要求されるように
なっている。前者の強度向上については、遠心鋳造法や
中抜き鋳造法などにより表面の圧延使用■と内殻部とに
輿なった材質を使用することによっである程度満足でき
るようになったが、後者の耐摩耗性の向上については未
だ種々の問題があった。以下に従来の圧延用鋳造ロール
の耐摩耗性改善についての目隠点を記す。

周知のようにＯ−ルの圧延便用■すなわちロール調部表
面の耐摩耗性を向上させるためには、その表面■に炭化
物を機軸かつ均一に分布させることが望ましく、またそ
の炭化物層も多いことが望ましい。炭化物層の増大には
Ｃ含有量やＣｒ含有最の増加あるいはＶなどの炭化物形
成元素の添加が有効であり、したがって炭化物量自体の
増大については化学組成を適当に設定することによって
達成することが可能である。一方炭化物を微細かつ均一
に分数させる方法としては、従来から、凝固時に形成さ
れた炭化−をその後の熱処理により分解して微細化する
方法が知られている。しかしながら凝固時に形成された
巨大な炭化物やＣとの結合力の強い元素の炭化物を分解
して微細化するには、＾瀧・長時間の熱処理を必要とし
、そのため多大な熱エネルギを必要とし、かつ多数の熱
処理炉を必要とするなど設備的にも＾コストとなる問題
がある。このような問題を解決するためには、凝固時に
おいて微細な析出物を形成させることが有効であると考
えられる。すなわち凝固時に微細な析出物を形成するこ
とができれば、その後の炭化物微細化のための熱処理が
ＩＩＩＩ化でき、それに伴って消費エネルギの削減や設
備コストの低減、生産工程の短縮も可能と考えられる。

上述のように緻密かつ微細な凝固組織を得るためには、
鋳造時における溶湯からの抜熱を高めて凝固を促進させ
ることが有効であるが、従来一般にロール胴部の鋳造に
おいては金型内面に耐火砂を内張すして溶湯と金型との
焼付きを防止するのが通常であり、この内張すした耐火
砂層は熱伝導が恩いため溶湯から金型への伝熱が阻害さ
れて凝固が運（ならざるを得ない。これを解決するには
金型内面の内張り耐火砂■の厚みを薄くすることが考え
られ、実際、従来５〜１０ｖ程度の厚ミテあったものを
、塗布技術の改良によって２〜０．５−一程度まで薄く
することが可能となっている。しかしながらこのように
耐火砂層の厚みを薄くした場合、熱伝導は良好となるも
のの、金型内面の温度上昇が著しくなって、金型外面と
内面との濃度差が大きくなり、金型内部の熱応力が大き
くなって金型が割損するおそれが生じる。また金型材質
としては一般に熱伝導が良好な普通鋳鉄が用いられてい
るが、上述のように鋳造時に金型内面温度がｊｌＩｌｉ
Ｉｌに上昇し、かつそれが繰返されれば、金型材質の基
地中の炭素原子が黒鉛化して体積膨張し、金型の変形を
招く同層がある。さらに、上述のように金型に内張すさ
れる耐火砂の厚みを薄くしても、単にそれだけでは凝固
組織の炭化物を充分に緻密かつ微細にするに足りる高い
凝固速度を得ることは固層であった。すなわち本発明１
等が、耐火砂を内張すした金型を用いて１５０Ｇ’Ｃで
０−ル溶鋼を鋳込む実験を行なったところ、耐火砂層の
厚みをｉＱｕ＋とした場合の凝固速度ば豹２　ＩＩ／−
程度、５ｍｇｔの場合約４１１／ｍ程度であるのに対し
、０．５−となれば６−１／−近くまで凝固速度が高く
なるが、この程度の凝固速度では未だ充分に炭化物が微
細化されないことが判明した。一方、金型内面に内張す
する耐火砂の材質を熱伝導が良好なものに変更すること
も試みられているが、過度に熱伝導が良好となれば前記
同様に金型内面温度が高温となって金型割損や変形の危
険を招き、かつまた凝固組織の炭化物を充分に緻密かつ
微細にするに足りる高い凝固速度を得ることは困難であ
った。

上述のように従来の圧延用鋳造ロールの製造方法におい
ては、金型内面の耐火砂層の存在によりＩｍから金型へ
の熱伝導が履く、一方耐火砂層の薄賀化や耐火砂材質の
選択等によって金型への伝熱を良好にすれば金型内面温
度が高温となって金型寿命が低下しかつそれだけでは［
１ｉ１１１を微細化するだけの高い凝固速度を得ること
は困難であり、結局Ｉｍの急冷凝固によって凝固組織を
微細化してａ−ル表面層の耐摩耗性を向上させることは
困難とされていた。

この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、圧延用
鋳造ロールを製造するにあたって、金型寿命の低下を招
くことな（急冷凝固を促進させ、これにより凝固組織、
特に凝固時に形成される炭化物を緻密かつ微細化させて
、耐摩耗性に優れたロールが得られるようにすることを
目的とするものである。

すなわちこの発明の圧延用鋳造ロール親造方法は、その
鋳造に使用される金型の内部に中空部を形成しておき、
ロール鋳造時においてその中空部に冷却媒体を流通させ
て金型をその内部から冷却させ、これによりＩｍからの
抜熱能力を高めてロール材ＪＩＪＩを６〜２０１１１／
−の凝固速度で急冷凝固させ、緻密かつ黴１な凝固組織
を得るとともに温度の上昇を抑えたものである。

以下この発明の圧延用鋳造ロールの製造方法をさらに詳
細に説明する。

第１回は本発明者等が高合金鋳鉄のｍｓを１３５０℃で
鋳込んで圧延ロールを鋳造する実験を行なった際の金型
外面の温度変化を示すものであり、温度曲線１は従来の
通常の鋳鉄製の金型を用いた場合を示し、温度曲線２．
３はこの発明にしたがって内部に中空部を形成した金型
を用いその中空部に冷却水を流通させた場合を示す。特
に温度曲線２は銅製金型を、また温度曲線３は鋳鉄製金
型をそれぞれ用いた場合を示す。但し金型の具体的寸法
、冷却条件は後述する実施例とほぼ同じであり、また金
型内張り耐火砂層の厚みは、この発明の場合は実施例と
同様に０．５ｍｍ、従来の通常の金型の場合は１■であ
る。第１回から、従来の通常の金型を用いた場合には、
金型外面温度が鋳込み開始後短峙閤で急速に温度上昇し
て最高５００℃近くまで達し、ロールが凝固した後も長
時間にわたって高温度を保ち、ロールの冷却が妨げられ
ていることが明らかである。この場合溶湯の凝固速度は
４腸−／−程度であって、凝固組織の炭化物は粗大とな
っていた。一方、内部から冷却した金型を用いた場合、
鋳込み直後は金型外面濃度が１５０〜２００℃に達する
が、その後急速に温度降下して１００℃以下となって、
Ｉｌｍからの抜熱が効果的に行なわれたことが明らかで
ある。この場合溶湯の凝固速度は１０１１／−程度とな
り、凝固組織の炭化物が微細かつ緻密に分布していた。

なお金型内面の濃度は従来の金型の場合、約６００℃程
度であったのに対し、この発明の内部冷却金型の場合、
約３００℃となり、金型に対する熱負荷が小さく、その
割損や変形の危険が少ないことが確認された。

上述のように内部に中空部を形成した金型を用いかつそ
の中空部に水等の冷却媒体を流すことによって、金型内
面の温度上昇を防止しつつＩＩＩの凝固速度を従来より
も格段に大きくすることができる。ここで溶湯の凝゛固
速度は、この発明においては６■ｌ／−以上、２０■―
／−以下とする必要がある。６−膳／−未満では凝固組
織の炭化物を充分に微細・緻密化することが国難であり
、したがって充分な耐摩耗性を得ることが困難となる。

一方２０■−／−を越える高速で３１！Ｉを凝固させた
場合、初晶オーステナイト中へ過飽和に炭素原子が固溶
し、炭化物として析出する量が少なくなるため、逆に必
要な耐摩耗性が確保できなくなる。

この発明の圧延用鋳造ロールの一造方法を実施するにあ
たっては、前述のように冷却媒体流通用の中空部を形成
した金型を用いる。この中空部を形成する方法としてば
、金型の内Ｗ面を構成する金属板の外面全周をジャケッ
トによって−ってそのジャケットにより中空部を形成す
る方法、鋼管などの中空管を金型鋳造時にその内部に鋳
包む方法、中子を用いて金型を鋳造することにより中空
部を形成する方法、あるいは鋳造優の金型に機械加工を
施して中空部を形成する方法などがあり、いずれの方法
を採用しても良い。　　　゛金型材質としては、銅、普
通鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、鋳鋼、鍛鋼など、従来の金型
に使用されてい゛るものと同様なものを使用できるが、
それぞれ熱伝導率や強度などの特性が興なり、一方一造
するロールの大きさや１Ｌ形状によって必要とする鋳型
の大きさも異なるから、金型に要求される特性や使用傾
度、経済性等を考慮して上述のような材質のうちから適
当なものを選べば良い。

前記中空部に流通させて金型を内部から冷却させるため
の冷却媒体としては、水に代表される液体、あるいは空
気、１Ｌアルゴン等の気体が適している。またその流−
は冷却媒体の１Ｌ鋳型の大きさ、材質、中空部の断面形
状、冷却面の表面積、注入溶湯の温度などに一応じて最
適な値に定めれば良いが、鋳造作業の安全性および抜熱
効率を考慮すれば、水の場合には金型内部において１０
０℃以下に保持される流量、気体の場合には温度上昇に
よる体積膨張によって爆発が生じない程度の流量に保つ
必要がある。特に水の場合には１００℃近（まで加熱さ
れれば金型との境界に気泡が発生するが、この気泡が金
型表面に付着していれば熱伝達を著しく阻害して好まし
くない結果を′招く、なお本発明者等の実験によれば、
ｓａｉの凝固速度を６〜２０１１／−とするためには、
ジャケットタイプの金型を用いかつ冷却媒体として水を
用いた場合には、冷却水圧力３〜５ｋＱｌｄ％ａ量１ｏ
ｏ〜１０００１／−が適当であることが判明した。

金型におけるｍｓと接する側の面には、従来かう耐火砂
の内張りもしくは黒鉛系塗型の塗布などが行なわれてお
り、この発明の方法においてはこれらの■による断熱効
果を減じて熱伝達を良好にする観点からはこれらの耐火
砂や塗型な使用しないことが好ましい。しかしながら耐
火砂の内張りや塗型の塗布を全く行なわない場合には鋳
込み時の溶湯による金型の溶湯や焼付きを招く危険があ
るから、黒鉛あるいはジルコニアなどの熱伝導性が良好
な粉末を０．２〜０．５１程度の厚みで塗布するかまた
は低一点の７ラツクスを介在させて、焼付きや溶損によ
る金型の損傷防止を図ることが望ましい、但しこの発明
の場合、従来法と比較すれば金型の表面濃度の上昇が格
段に小さくなるから、金型表面ｍ度上昇に起因する金型
割損や変形の発生のおそれは極めて少なく、したがうて
上述のように極めて薄い層を形成しておけば足りる。

以下にこの発明の方法を熱延仕上げ用ワークロールの製
造に適用した実施例および従来法による比較例を記す。

実施例 Ｃ１，８％、８１０．７％、Ｎ１およびＣ「を１〜１．
５％含有するアダマイト鋳鋼の溶鋼を用０て普通鋳ａｍ
によりφ７００ｘｆ　１５００１−のロールを鋳込み温
度１４８０℃で鋳造した。金型としては第２図に示すよ
うに鋳鉄−の金型内！Ｉｉ４の外周をジャケット５によ
って響って、その間に５０−幅の冷却用中空部６を形成
したジャケットタイプのものを用い、水圧３ｋａ／ａＩ
ｌ、ｌ饅５００１／−にて冷却媒体としての２５℃の水
を前記中空部に流した。なお冷却後の排出水の温度は最
高６９℃まで上昇した。なおまた金型内面は予め耐火砂
としてジルコニア粉末を約０．５■−の厚みで被−して
おいた。

比較例 鋳型として前述のような冷却用中空部を形成しないもの
を用い、鐘型冷却を行なわずに０−ルを鋳造した。その
他の条件および溶鋼組成は実施例ト同シである。なお金
型内面は予め耐火砂としてジルっニア粉末を約０．５１
１の厚みで被覆しておいた。

上記実施例および比較例において、鋳型内面力、ら４０
■■離れた位置における鋳込み溶鋼の温度変化を測定し
た結果、すなわち冷却曲線を第３図に示す。第３図にお
いて冷却曲線７は実施例によるものであり、この場合に
は金型内部冷却を行なわない比較例の場合の冷却曲線８
と比較して、冷却速度が１しく速くなっていることが明
らかである。

すなわち、実施例および比較例で用いた組成の７ダマイ
ト鋳鋼の凝固開始温度は１３８０℃程度であり、比較例
の場合は測定位置におけるｓｍの凝固開始時期は鋳込み
後約６分経過してからであったが、この発明の実施例の
場合には鋳込み倹約３卉経通してから測定位置において
凝固を開始しており、凝固終了時開も約３割短縮され、
内部冷却による抜熱効果が大きいことが明らかである。

また実施例および比較例における鋳込み後の経通時間と
凝固層厚みとの関係を第４図に示す。第４図において曲
線９は実施例における凝固■厚みの４１時変化を示し、
曲線１０は比較例における凝固層厚みの経時変化を示す
、第４図から、実施例による場合の凝固１厚みは比較例
の場合と比較して約５綱増大し、凝固速度は比較例の場
合的５１１／−であったのに対し、実施例の場合的１０
■ｌ／−となりていることが確認された。このことから
、金型内部冷却による凝固速度陶土の効果が顕著である
ことが明らかである。

さらに金型内部冷却を行なった実施例により得られたロ
ールの外殻部のミクロ組織写真（Ｘ２０）を第５ａｌに
示し、また内部冷却を行なわない従来法の比較例により
得られたロール外殻部のミクロ組織写真（ｘ２０）を第
６１１に示す。第５図、第６図を比較すれば明らかなよ
うに、金型内部強制冷却を行なった実施例によれば、従
来法の場合と比較して凝固組織の緻密化が著しく、Ｃ含
有量が等しいにもかかわらず炭化物が微細化しかつその
分布も均一化されている。このような組織改善により圧
延使用時において局部的な摩耗が生じにくくなって耐摩
耗性が従来よりも格段に向上することが明らかである。

また上述のように微細化された組織の領域はロールの半
径方向に拡がっており、そのため従来法の場合よりも圧
延使用層の組織均一化が改善された。ざらにその圧延使
用層（ロール外殻部）の機械的性質を調べたところ、引
張り強さが従来法による比較例により得られたロールの
場合７０，１ｋＭｒｒｄであったのに対し、この発明の
実施例により得られたロールでは７８．７ｋＱ／−に達
し、このことから耐摩耗性のみならずロール強度ち著し
く向上することが確認された。

なお上述の実施例においてはアダマイト鋳鋼を普通鋳造
法により鋳造する場合について説明したが、この発明の
方法はＯ−ル材貿についてはアダマイト鋳鋼に限らず、
高Ｎｉグレン鋳鉄、高Ｑｒ鋳鉄等にも適用でき、また鋳
造法としては中抜き鋳造法や遍心鋳造法を採用しても良
く、ロール構造も内外一体構造、あるいは外■と内■に
興種材賀を用いる複合構造の場合のいずれにも適用でき
る。さらに、ロール形状としてもその胴部が円柱状のフ
ラットロールの場合に限らず、胴部に凹凸を有するカリ
バーロールの製造にも適用できる。

以上の説明で明らかなようにこの発明の方法によれば、
金型として中空部を有するものを用い、金型を内部から
強制冷却して溶湯の凝固速度を６−／−〜２０ｍｍ／−
に制御することにより、凝固組織が緻密かつ微細化され
、炭化物の分布も均一となり、その結！！０−ル胴部の
耐摩耗性を著しく向上させることができるとともに圧延
使用層の幅も拡大させ、しかもロール強度も顕著に向上
させることができる。また、金型温度の上昇を防止でき
るため金型寿命も従来よりも大幅に延長することができ
る。さらに、従来行なっていたごとき組織微細化を目的
とする熱処理も簡略化できるため、その熱処理に要する
熱エネルギーコストや設備コスト等を従来よりも格段に
低減することができる。

したがってこの発明の製造方法によれば、低部圧延や高
速圧延、高圧下圧延の如（苛酷な条件下で使用される圧
延ロールに適した高耐摩耗性、高強度のロールを低コス
トで得ることができる顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法およびこの発明の方法による場合の金型
外表面の温度の経時変化を示す線図、第２図はこの発明
の実施例に使用される金型の構造を示す略解図、第３図
は実施例および比較例におけるロール鋳造時の冷却曲線
を示す線図、第４図は実施例および比較例におけるロー
ル鋳込み後の凝固■厚みの経時変化を示す線図、第５！
！ｌＩは実施例により得られたロールの外殻部のミクロ
組織写真、第６図は比較例により得られたロールの外殻
部のミクロ組織写真である。 出願人　　川崎報鉄株式会社 代理人　　弁理士　豐田武久 （ほか１名） 第１°　　　　　第２図 第３図　　　　　　　　第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧延用ロールを鋳造によって製造するにあたり、ロール
   胴部を形成するための金型として内部に中空部を形成し
   たものを用い、鋳造時に前記中空部に冷却媒体を流通さ
   せて金型をその内部から冷却させ、金型内の金属Ｉｍを
   ６〜２ｏ−■／−の凝固速度で凝固させることを特徴と
   する圧延用鋳造ロールの製造方法。