JPS58193342A - 黒鉛を有する高クロムロ−ル - 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】 本発明は外股高クロム材質中に黒鉛を晶出せしめ友三ｌ
ｉｔ造の複合高クロムロールに関する。

高クロムロールは冶金学的ＶＣはその基地組織中に微細
なりロム炭化物を含んで収立しており、耐摩耗性等に優
れるのが特長であるが、反面熱伝導率が低く、同一圧延
条件で熱間圧延に使用し之場合、他の熱伝導率の良いロ
ールよりも圧延材と接する膜層表面の温度上昇が大きい
のが難点である。

これはロール胴表面の温度差に起因してロー）Ｌ／ノ耐
肌荒性、耐摩耗性、耐クランク性に悪影響を及ぼす之め
である。

この欠点を改良する一つの方法として、可能な限りクロ
ムの含有量を少なぐする方策も案出さ九るが、炭素含有
量との関係でカーバイドが減少し、高クロＩＡ　ａ−ル
木米の優れ危耐摩耗性仝ｓ持テａなくなるため限変があ
る。

高クロムクールについては、上記のｇａ（組織中に硬い
炭化物のみを有し、黒鉛は金〈晶出しないとするのが技
術通念であり、又実際黒鉛を有するもの従来全く見当ら
ないのであるが、上記問題（直面して本発明者が鋭意研
究し念ところによると、もしその組織中に黒鉛を晶出す
ることが可能ならば、高クロムクールのＮｋ伝導性を改
善することができ、こｔ′ＬＶＣよって上記圧延使用特
性の劣化を有効に防止できることを短見す偽に到った。

本発明はかかる独自の技術的見地から鋳造のままで外股
高クロム材質中に黒鉛を晶出する複合高クロムロール勿
提供することを一つの目的とするものである。

ところで、複合高クロムロールにおける今一つの問題点
は、外股層の高クロム材質からこれと溶着一体化される
内殻層へＣｒが拡散混入されることによる内設＠（軸芯
部）の強靭性の劣化の問題である。すなわら、外内殻層
を直接溶着せしめる場合では、内殻層へのある程度のＣ
ｒの拡散は避けられず、これによって軸芯部材質の靭性
を劣化せしめることである。そしてこのＣｒの拡散によ
る影響は、内殻層をダクタイル鋳鉄で形成する場合には
特Ｖｃ深刻な問題となる。

本発明は内殻ＩｉＩ全特にダクタイル鋳鉄で形成する場
合におけるかかる不都合な問題点を解消することを他の
一つの目的とするものである。

しかして未発ｆ！！４は上記のような目的を達成する念
め、外殻層全形訳する高クロム鋳鉄の化学成分、組［＝
改良工夫すると同時に、内殻層全形成するダクタイル鋳
鉄へのＣｒの拡散を抑制すべく外内殻層の間に適宜の区
分組成を有する中間層上介在せしめてなるものである。

すなわち、本発明の高クロムロールは、Ｃ２，４〜３゛
゛８“２′。〜３゛４・１°０°５〜１°５　Ｐ０．１
３２，４１″゛８０°ｏａｐ５１下、Ｎｉ４．５〜１０
、Ｃｒ　５−１０、Ｍｏ０．４−ｉ、５　を各重量ｓ含
み、残部実質的ＶＣＦｅからなり、かつ組織中に黒鉛を
晶出している外殻層と、Ｃ１，０〜２．５、ＳｉＯ，５
〜１．５Ｍｎ０．５〜１．５　、Ｐｏ、１以下、５Ｏ０
１以下、Ｎｉｉ、５以下、Ｃｒ２〜５、ＭｏＱ、５以下
、Ｔｉ００１　以下を各重量襲含み、残部実質的ＶｃＦ
ｅからなる中間層と、Ｃ３，０−３，８、Ｓｉｔ。

８〜３．０、ＭｎＯ，Ｓ〜１．０、Ｐｏ、１以下、５０
．０２以下、Ｎｉ２．Ｑ以下、Ｃｒ　１．０以下、Ｍｏ
１．０以下、ＭＰｏ、０２〜０．１　を各重量％含み、
残部実質的ｖＣＦｅからなる内殻層を溶着一体化せしめ
てなること全特徴とするものである。

なお、上記成分範囲は溶看一体化後の製品成分を示す。

一般にクロムは炭化物形成に大きく舒与し、炭素含有量
の増加につれて黒鉛の晶出を抑える忠め通富高クロム鋳
鉄の基地組織をは硬い炭化物のみが存在しているが、上
記成分組Ｆｆｔ、範囲ＶＣるる本発明の複合高クロムロ
ールでは、その外殻組織中に微細な黒鉛の均一分布が認
められる。

ま九本ロールの内殻層を形成するダクタイル鋳鉄は、上
記特定成分の中間層を介在せしめて外殻層に一体化され
る之め、外内ｔ７＆層ｔ−直接溶着せしめる場合に比較
するとＣｒの拡散量を大幅に減じることができ、靭性を
損なうことなく本来の強靭性全充分に発揮できるものと
なる。

本ロールの製造方法については、まず上記特定成分の高
クロム鋳鉄を遠心力鋳造し友後、公知の複合化技術によ
り中間層及び内殻層（軸芯材）１−溶看一体化せしめて
鋳造することができる。

１１ｇ１図は未発明に係る三層構造の複合高クロムロー
ルの構造例を概略的［現わし、＋１＋は高クロム鋳鉄か
らなる外殻層、（２）は特定成分の鋳鉄からなる中１層
、（３）はダクタイル鋳鉄からなる内股層（軸芯材）を
示している。

以下本発明に係る複合高クロムロールの各層について、
その成分範囲の限定理由について述べる。

〔外殻層〕

Ｃ２，４〜３．４％ ＣはＣｒと結合してクロムカーバイドを形成する他、後
述するＳｉ、Ｎｉの黒鉛化生成元素により微細な黒鉛を
晶出するものである。しかしてＣ２，４％以下ではクロ
ムカーバイドが減少すると共に黒鉛の晶出もなくなり、
目的とする高クロム鋳鉄が得られなくなる九めである。

−万Ｃ６，４％以上ではＣｒ含有量との関係にもよるが
、本発明Ｏ場合でＦｉｃｒ１０％以下に抑えられる之め
、過飽和の炭素が高いＳ１１犯含有量のため黒鉛化し、
黒鉛晶出量が過剰となって耐摩耗性の点で劣化するなめ
である。

Ｓｉ２．０〜３．４％ Ｓｉｄ高クロム材質に黒鉛を晶出させる友めに必要で、
２．０％以下ではこの効果がなく、３．４％以上では黒
鉛晶出が過多となり耐摩耗性ｏ１：Ｌで劣化するためで
ある。なおＳｉについては鋳込前の５ｉｆｔ−上記成分
範囲よりも低目にしておいて、鋳込時に接種を行ない、
最終製品の成分で上記範囲内Ｔ／ｃ調整する方が黒鉛の
晶出に有効である。

Ｍｎ　Ｏ，５−１，５％ Ｍｎｌｌ１溶湯の脱酸の友め［Ｓｉと共に積極的ＩＣ添
加される。ＭｎＯ，５％以下ではこの効果が不足し、１
．５％以上では機械的性質特に靭性の点で劣化が著しく
なる念めである。

Ｐｏ、１％以下 Ｐはロール材質においては少ない程望ましく、材質を脆
くするという点から０．１チ以下とする。

ＳＯ，［１８％以下 ＳもＰと同様に少ない程望ましく、やはり材質を脆くす
ることから０．０８％以下とする。

Ｎｉ　４．５〜１０％ Ｎｉは基地組織の改良と黒鉛晶出の目的で積極的に含有
される。しかしてＮｉ４．５％以下では黒鉛の晶出がみ
られず、一方１０チ以上になるとＳｉの場合と同様黒鉛
過多となり、同時ｖｃ残留オーステナイトが増加して後
の熱処理によってもオーステナイトが安定で使用時に耐
肌荒性の面で問題となる之めである。

Ｃｒ　５〜１０％ ＣｒはＣと結合してＣｒ炭化物を形成するが、５チ以下
では炭化物が少なく耐摩耗性の点で劣り、一方１０％以
上では上記Ｎｉ、　Ｓｔの成分範囲によっても黒鉛の晶
出が得られなりｈｆｉめである。

Ｍｏ　Ｏ，４−１，５−％ Ｍｏは焼入焼戻し抵抗を高めると共に炭化物中に入り、
炭化物硬変を高めると同時に焼戻１〜軟化抵抗を同上さ
せるのに有効であるが、その含有量が０．４％以下では
このような効果が少なく、−＝方１．５哄以上では白銑
化傾向が強くなって黒鉛の晶出が得られなくなるためで
ある。

Ｎｂ、　Ｖ　１−０哄以下 Ｎｂ、　Ｖは共に鋳造組織の微細化（効果があり、必要
Ｖｃｔ）じ単独又は複合で１．０−以下含有される。

すなわち、それらが合計量で１．０％以上含まれると、
炭素と結びついてＶＣ，ＮｂＣ，Ｎｂ２Ｃｋ形成し黒鉛
の晶出を妨げると共にコスト高となるえめである。

〔中間層〕

中間層は人殻層の高クロム材質から内殻層（軸芯部）Ｋ
Ｃｒが拡散し、・軸芯部物質がＣｒＫよりｌ１１ｕ性を
劣化するのを防止することを目的とす、る。

Ｃ１，０〜２，５チ Ｃの含有量は次のような理由から１．０〜２．５哄の範
囲とされる。つまり中１１６ＭＫは外殻層のＣｒが溶解
されて後述する如くそのＣｒ含有量が２〜５チと高めら
れるが、このさＶｈＣ１，０％以下では中間層の鋳込湿
炭が高くなり、これによって外殻層の溶解が促進される
とますます中間層へのＣｒの拡散量が増加し、ひいては
内殻層へのＣｒの拡散を防止せんとする中間層の存在意
義がなくなる友めである。一方Ｃ２，５Ｓ以上では、炭
化物が多くなり中ｎ層目にその靭性が損なわれるものと
なり、中間−を鋳込む意義がやはり没却されるためであ
る。

Ｓｉ　Ｏ，５〜１．５チ Ｓｔは溶湯の脱酸効果の上で０．５％以上は必要である
が、１．５％以上では材質的に脆くなり、中間層の機械
的性質の劣化を来几す友めである。

Ｍｕ　Ｏ，５〜１．５　’！− Ｍｎ＃ｂＳｉと同様の作用を果しかつ又ＭｎＳとしてＳ
の悪影響を除去する上でも０．５％以上を要であるカニ
、１．５％以上ではその効果も飽和し、却って機械的性
質の劣化を米危す九めである。

ＰＯ０１チ以下 Ｐについては溶湯の流動性を高めるが、ロール材質にお
いては靭性を低下するので０，１％以）とす・るＯ ８０．１％以下 ５４Ｐと同様にロール材質を脆！ｉｉ！にするへめ、実
害のなＶｈＱ、ｉ％以下とする。

Ｎｉ　１．５％以下 Ｎ１については別設添加しなくとも外殻層からの混入で
０．３チ以上は含まれるが、１．５チ以下までの含有は
妨げない。しかしそれ以上含まれると、焼入性が良く基
地が硬くなりＩぎ、靭性の面及び残留応力の面から望ま
しくない。

Ｃｒ　２〜５チ ＣｒＶＣついては中間層を鋳込む目的から低い方が望ま
しく、溶湯成分では工業的に制御し易ｖｈ１．０％以下
に抑える。この場合１．０％ｔ−越えて含まれると、外
殻層から拡散されるＣｒ量どｂ和でＣｒ含有量が増大し
、ひいては内殻層へのＣｒ拡散量も許容＆Ｂｋ超えるこ
とＶｃｉる之めである。なお中間層元湯のＣｒ含有量を
１．０％以下とじ逢場合、外殻層からのＣｒが中間層に
完全に均一混合し次とすると、中間層には最終的に２〜
５チのＣｒが含有される。

Ｍｏ　Ｑ、５％以下 ＭｏについてもＮｉと同様の作用を有するが、０．５％
以上含まれると中間層が硬くなりすぎ、実害のない０．
５％以下とする。

Ｔｉ　Ｏ，１％以下 Ｔｉ１ｔ脱酸ＶＣ＠与するが、０，１−以上含まれると
溶湯が過酸化状急となり、かつｆｇｓの流鰐性’を低Ｆ
し好ましくないｔめである。

〔内殻層〕

内殻ｍｔ影形成るダクタイル鋳鉄についテハ、上記中間
層を介在させることにより外殻層からのＣυ混入を非常
−低くすることができるが、Ｃｒの混入を完全に無くす
ることはできない。従って、この若干のＣｒ増緻分、即
ち通常０．５〜１．０噂程賓を考慮してその成分組成ｔ
ｆｉ定する必要がある。

Ｃ６，０〜６．８％ まずＣＶｃついては、６．０％以下では材質のチル化が
進行し、内殻層としての靭性低下が著しい友めである。

ま友Ｃ５，８’ｌｔ超える場合では、黒鉛化が過剰とな
り、内殻材として強度不足となると同時　　１１にネッ
ク部の硬変が低下し、ネック部が使用中に肌荒れを起こ
し易くなる之めである。

Ｓｉ　１．８〜６．０囁 Ｓｉ　１．８％以下では黒鉛化が悪く、セメンタイ）１
多く析出して内ｆ＆層の強度劣化會米危し、ま几伐留応
力により鋳造時に割れ易い欠陥があり、一方６゜０チを
超えると黒゛鉛化が促進され過ぎて強度の劣化を米友す
ｔめである。

Ｍｎ　Ｏ，３〜１．０　％ ＭｎはＳと結合しＭｎＳとして、Ｓの悪影響ｔ−除くが
、０．３％以下ではこの効果がなく、一方１．０％以上
ではむしろ材質の劣化作用が著しくなる九めである。

Ｐｏ、１％以下 Ｐは溶湯の流動性を高めるが材質を脆弱にする念め低い
程望ましく、０．１％勅下とする。

ＳＯ，０２哄以下 ５ｆｉＰと同様に材質全脆弱にする九め低い程望ましく
、かつ又内殻材質は特にダクタイル鋳鉄である九め黒鉛
球状化に必要なＭｇｔ−Ｍｇ５として減少するＳｆ′ｉ
可及的に低く抑えることが必要で砂９゜０．０２％以下
とする。

Ｎｉ　２．０チ以下 Ｎｉは黒鉛の安定化剤として添加されるが、２０％を超
えても顕著な効果はなく、かつコスト高となるためｚＯ
囁以下とする。

Ｃｒ　１．０哄以下 ＣｒＦｉ外殻層が高クロム材であるため中間層のブト在
によってもある程度の混入は避けられないが、最終的Ｊ
Ｉｃは、１．０チ以上のできるだけ低い含有量に抑える
゛ことが必要である。このためにはその鋳込み溶湯成分
で、ＳｉとバランスしつつＣｒ含有量ｔ−０５哄以下に
抑えるのが望ましい。すなわち、元湯に０．５％以上含
有されると外殻層からの混入分との和で１．０チ以上含
有され、これによって材質−中にセメンタイトが多く′
なり、゛内殻層の強靭性が劣化する几めであるみ Ｍｏ１．０囁以下 Ｍｏは実害のない１．０チ以下とする。　′Ｍｇ０．０
２〜０．１％ Ｍｇｔｆ黒鉛の球状化の几めに添加され“るが、ｗＯ１
０２哄・以下では球状化不良會起こし内殻層を強靭なダ
クタイル鋳鉄材に形成することができない。しかし、Ｍ
ｇが０．１チ以上含有されるとＭｇのチル化作用及びド
ロスの点で好ましくない之めである。

次に本発明の実施例を掲げて説明する。

く実施例１〉 製品胴径５７０ダ、Ｉ＠畏１４００ノの三層複合高クロ
ムロールを下記の如く製造し友。

（ａ）外股層として下表に示す化学成分の高クロム鋳鉄
溶湯を用い、これを遠心力鋳造機上で回転する金型［１
４１０℃の鋳込温度で肉厚８０鱈（鋳込！電ｌＴ２Ｏ０
１ｆ’）鋳込んだ。

（ｂ）外殻層の鋳込み開始後１８分後に、下表に示す中
間層溶湯全回転金型中［１４７０℃の鋳込温度で肉厚３
５ｓｍ（鋳込重電４００４　）、”鋳込んだ。

（ｃ）外殻層の鋳込み開始後３０分後に外殻層及び中間
＠け完全に凝固し友。

（ｄ）その後金型全垂直に立てて上部から下表に示すグ
クタイル鋳鉄溶湯’に：１３８０℃で鋳込み鋳型内を完
全に滴定しｔ後、上端を押湯保温材でカバーし０ （ｅ）シかして完全に冷却後、ロールを鋳型から収出し
、所定の熱処理及び機械加工を行なって最終製品ロール
ｔｆｌＩ友。

下表に各層の溶ａ弐分と製造後の製品ロール成分を示す
。

表１　溶湯化学成分（重量％） 表２　製品化学成分（１１量チ） このＷ８！クロムロールの胴ｇＶｃついて硬度測定し九
結果では、ショア硬ＶＬＨ８８１であつ文。

〈実施例２ン 実施例１と同様の製造方法に従い、下表の化学　　樗成
分を有する材料を用いて複合高クロムロール倉製造し之
。下表に各層の溶湯成分−とｇ！造後の製品ロール成分
金各々示す。

表６　溶湯化学成分（Ｉｔ情） 表４Ｉ＆！品化学成分（重量％） この複合高クロムロールの胴部について硬度測定し之結
果では、ショア硬度Ｈｓ８５で６つ之。この場合実施例
１のものに比較すると硬度Ｈｓ４の上昇が認められるが
、これＦｉＮｂ添加により外殻高クロム材質における基
地の微細化及び基地の硬化が生じ九九めである。

く実施例３ン 実施例１と同様の製造方法に従い、下表の化学成分會有
する材％金円いて複合高クロムロールを製造し之。下表
に各層の溶ｆＩＪ成分と製造後の製品ロール成゛分全各
々示す−０ ！５！Ｌ　　溶湯化学成分（重ｔ％） 第６表　製品化学成分（重量％） この複合高クロムロールのｌｌｌｉｌ部について硬変測
定し九結果では、ショア硬変Ｈｓ８６であつ之。この場
合実施例１のものに比較すると硬変Ｈｓ５の上昇が認め
られるが、これはやけりＶ添加により外殻高クロム材質
［Ｄける基地の微細化及び硬化が生じ九九めである。

なお上記の各実施例で製造されたロールの胴部について
超音波探ａｔ行なっ友結果では、いずれもその外殻層の
厚さは中間層によって洗われて６゜１１１ｗ前後となっ
てい友。一方中間層の厚さはいずれも３０〜３５１１１
１Ｍで、その部分のＣｒ含有量は３〜４％であつ之。ま
た外股層と中間層、中間層と内股層とは各々完全に結合
しており、組織的な連続性も認められ念。

以上詳細に述べ次通り、本発明は外殻高クロム鋳鉄の成
分組１ｊ１．を調整すると共に、外殻高クロム材と内殻
ダクタイル鋳鉄との＠ＫＣｒの拡散を防止する特定成分
の中間層を介在せしめて三層構造の複合高クロムロール
にａ成し友ものであるから、外殻層を形成する高クロム
鋳鉄材質ＶｃＶｉ！Ｉ造のままで微細な黒鉛全晶出せし
めることができる一方、内殻層（軸芯部）を形成するダ
クタイル鋳鉄にはＣｒの混入による強靭性の劣化をこう
むらないのが特長である。すなわち、外ｆ＆ＮＩＩヲ形
成する高クロム材質中ＶＣは黒鉛を有するものである之
め、その熱伝導率が改善され、これによってロール胴表
面（おける耐肌荒性、耐摩耗性、耐クランク性等の使用
特性を向上することができると同時に、ま友外殻りロム
材質中Ｖｃシける微細な黒鉛の存在は、それ自身耐クラ
ツク性、耐焼付き性の向上に大きく野手するものである
。一方上記特定成分の中間層の介在は内殻層（軸芯部）
へのＣｒの拡散混入現象を有効に防止し、特に軸芯部材
料としてダクタイル鋳鉄を用いる場合の強靭性劣化の問
題点？確実ｖｃ回避することができる。このように本発
明の複合高クロムロールは胴部表面の使用特性並びに軸
芯部の強靭性確保の両面からその使用価値？倍加するも
のである。

なお本発明の複合高りＰムロールにおける外股層材の改
良並びに中間層介在の技術内容は内殻層（軸芯部）材料
が高級鋳鉄や黒鉛鋳鋼のようｉｃ　Ｃｒの悪影響を余り
こうむらない材料を使用する場合にも必要１ｃｊ１５じ
適用され得る。ま九本発明における技術内容の要旨は中
空複合ローラーの類にも同様に適用できることを付言す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る複合高クロムクールの構造側全概
略的に現わすｍ面及び正面断面図である。 ｉｌ＋・・・外殻層、（２１・・・中間層、（３）・・
・内殻層（軸芯部）。 特許出願人　　久保田鉄工株式会社 β−−一一一−−笥１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　　　Ｃ２，４〜３．４．　Ｓｉ　　２．０〜３．
   ４、Ｍｎ　Ｏ，５〜１．５、Ｐｏ、１　以下。 ｓｏ、ｏａ以下、　　Ｎｌ　４Ｓ〜ＩＣＬ　　Ｃｒ　５
   〜１０．　Ｍｏ　ＱＡ〜１．５１”６重ｔ％含み、残Ｗ
   Ａ爽質的ｊｌｃ　Ｆ　ｅからなり、かつ組織中に黒鉛を
   晶出している外殻層と、Ｃ１，０〜２．５％Ｓｉ　Ｏ，
   ５〜１．５、Ｍｎ　０．５〜’ｉ、５、ＰＯ０１以下、
   ５Ｏ１１以下、Ｎｉ　１．５以下、Ｃｒ２〜５、ＭｏＯ
   ，５以下、Ｔｉ　Ｑ、１以下を６重ｔ％含み、残部実質
   的ＩＣＦｅからなる中間層と、　　Ｃ３，０−３，８，
   Ｓｉ　１．６〜＆０．　Ｍｎ０．３−１−０、ＰＯ１１
   以下、５０．０２以下、Ｎｉ２Ｏ以下、Ｃｒ１．Ｏ以下
   ・　Ｍｏ　１．．０以下、　ｔｉｔ　Ｏ，０２〜０．１
   を６重ｔ％含み。 残部実質的にＦｅからなる内殻層？溶着一体化せしめて
   なることを特徴とする黒鉛を有する高クロムロール。 ２、　外殻層の高クロム鋳鉄は、Ｆｅ　ｖｃ代えてＮｂ
   　１，０重１％以下？含む特許請求の範囲第１項記戦の
   高クロムロール。 ３、　外殻層の高クロム鋳鉄は、ＦｅＫ代えてＶ　　１
   ．０重量％以下を含む特許請求の範囲第１項記載の高ク
   ロムロール。 ４、　外殻層の高クロム鋳鉄は、Ｆｅｖｃ代えてＮｂと
   Ｖをその合計量で１−ｏａｔｓ以下？含む特許＃Ｗ求の
   ｍｏｍｉ項記載の高クロムロール。