JPS5838602A - 複合超硬合金製熱間圧延ロ−ル - Google Patents

複合超硬合金製熱間圧延ロ−ル

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JPS5838602A
JPS5838602A JP57117422A JP11742282A JPS5838602A JP S5838602 A JPS5838602 A JP S5838602A JP 57117422 A JP57117422 A JP 57117422A JP 11742282 A JP11742282 A JP 11742282A JP S5838602 A JPS5838602 A JP S5838602A
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cemented carbide
ring
steel
rolling roll
hot rolling
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JP57117422A
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Masaya Miyake
雅也 三宅
Kotaro Hagiwara
幸太郎 萩原
Shiyouzou Wamoto
和本 昭三
Juichi Hirayama
平山 壽一
Akio Hara
昭夫 原
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B27/00Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02Shape or construction of rolls
    • B21B27/03Sleeved rolls
    • B21B27/035Rolls for bars, rods, rounds, tubes, wire or the like

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】 本発明は超硬合金と鋼材または鋳鉄からなる複合超硬合
金製熱間圧延ロールに関するものである。
従来、WC−Co、WC−T i C−+Co等で代表
される超硬合金は切削工具、耐摩耗部材、耐衝撃工具等
に広く利用されているが、特に耐摩耗部材として熱間圧
延ロールや線引ダイス等では超硬合金の靭性が鋼材に較
べて低いために超硬ソリッドで用すするとすれば必要以
上に寸法を大きくして安全係数を高めている。しかしな
がら、超硬合金は主成分としてのWC’P T i C
,T a Cが高価であり製品としては極めて高くなり
、省資源の上でも問題があった。
この問題を解決するために通常は耐摩耗性を要する部分
のみに超硬合金を使用して鋼や鋳鉄との複合部材として
利用”されている。この複合部材を製造するには、超硬
合金リングの内面に鋳物を鋳ぐるみ鋳造により接合し、
その内側に鋼製リングを冷し嵌め等により嵌合するもの
や超硬合金と鋼製部材の間にAg等のロー材を入れて全
体を600〜900°Cで加熱することに上って両者を
ロー付けしたものがある。しかし、前者のものでは鋳ぐ
るみ鋳造が作業性悪く加工法に劣り、また接合面の強度
が不充分である。また後者は全体を高温で加熱して製造
するために超硬合金の熱膨張係数が鋼材の約1/2であ
ることから、ロー付面に熱応力が残り使用中に割れると
か、大きなものの製造が困難などの問題があった。前者
のものでも熱応力の問題は同様である。またロー付は法
のものは、ロー付層が高温での疲労強度が弱く使用時に
ロー付はずれ等の現象があり耐熱性が劣る。
本発明は超硬合金と鋼材の接合法の改良により上述の如
く熱応力が発生せず、耐熱性が高い複合耐摩部材特に熱
間圧延ロール用複合超硬合金を提供するものであり、従
来不可能であった大型部品も製造可能にするものである
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、鋼材と超硬合金の
接合において接合面を1〜9mmの巾で溶解すれば完全
接合が可能であり、接合面に中間層を設けることなく直
接接合することが可能であり、この方法による複合部材
は従来のものに較べて性能上も優れてい名ことを見出し
たものである。
また、接合面を1〜2mmの巾で溶解させる方法として
、アーク溶接、TiG溶接等各種の方法があるが、電子
ビーム、レーザービーム等の高エネルギービームを使用
すれば熱伝導率の関係で当接面の鋼材側を優先的に溶解
し、超硬合金側の当接面はほとんど溶解させないことを
見出したものである。
金属の接合方法として電子ビーム等を用いることは特開
昭56−45288号等に見られるように既に知られて
いるが、上記に記されているように接合すべき一方の金
属当接面に電子ビームを照射して溶融接合するか、両方
の当接面を溶融接合するかによって行われているのが特
徴である。
しか゛し、超硬合金と鋼材の場合は、電子ビームを超硬
合金側当接面のみ′に照射しても溶融が不完全であり、
鋼材側当接面のみに照射すれば溶融巾が広くなり、超硬
合金側の加熱がないので接合強度が著しく低下する。本
発明は電子ビーム等の高エネルギービームを超硬合金と
鋼材の当接面の両方に当るように照射することが必要で
あり、これによって超硬合金側に加熱効果、鋼材側に適
度の溶融巾が得られて始めて高強度の接合が可能である
。従ってまた、照射すべき当接面は、焼成め、冷し嵌め
、加圧等に・よって充分に密着するように当接させてお
くことも重要である。
本発明による複合熱間圧延ロールは全体を高温にするこ
ともないので熱膨張率の差によ′る応力が・発生してい
ないので使用時の変形、割れも発生せめ、超硬合金と鋼
(Fe)との反応により脆化層(Fe、W、、C)が生
成してないことも特徴である。
次に本発明の実施態様について説明する。
超硬合金と鋼材が比較的小さい場合、即ち接合面が小さ
い場合は第1図に示す如く当接面の全面にわたり鋼材側
を1〜’l、mm巾で溶融して接合するが、熱間圧延ロ
ール(モルガンロール等)の如く大型耐摩部品の場合は
接合端面の29mm以下の深さで溶融させれば充分で島
ることが種々の実験により判明した。普通の場合5〜1
5′rnrnの溶接面で充分である。第2図は熱間圧延
ロールについての実施例を示す断面図であり、超硬合金
リング5の内側にSCM21の如き鋼材リング6を冷し
嵌めにより嵌合し、両者の当接面Aの端部に電子ビーム
3を照射し、鋼材側当接面に溶融層7を形成せしめ超硬
合金リング5と鋼材リング6とを接合している。
このようにすれば最も応力のか−る中央部は超硬合金と
鋼材との直接接合であり、接合層にょるキ)レツの発生
の心配がなく、全体として疲労強度も′高くなる。
また接合すべき鋼製部材として、は超硬合金との接合面
は密着性、歪み吸収の点で軟質の方がよく、炭素量が0
.5重量%以下の鋼材が望ましく、接合面以外は浸炭、
焼き入れによって硬度を上げて耐摩耗性を増大した方が
、圧延ロール等の場合好ましい結果が得られた。
これは溶接面で急冷による硬度上昇ならびに脆化を防止
することができ、−刃工具として使用する場合、耐摩耗
性が要求され部分ではHRc 50〜60程度にするこ
とができるからである。
次に接合面に高エネルギービームを照射して当接面を部
分的に落融していく場合、鋼材が溶解し、鋼材中の炭素
と酸素が反応してガスを発生する場合があり、この場合
は鋼製部材を予め加工する時に脱ガス用の溝を設けると
効果的であり接合層中のブローホールを除去することが
可能である。第3図は上記の圧延ロールの場合の鋼製部
材の外観図と、その1部拡大断面図であり、8が溶接ビ
ーム先端部に位置する溝であり、9.9′が接合溶融−
内から発生するガスを外部に排出するためのガス抜き溝
である。
本発明は超硬合金部材と複数個の鋼製部材とを複合する
場合も有効である。
圧延ロールやスリッターの場合、超硬合金リングと鋼材
リングの中間に別種の鋼材リング、鋳鉄リングを介在さ
せた複合部材が要求されることが多い。その一つは6、
超硬合金リングの内側に300°Cまでの熱膨張係数が
3〜10XI O−“−Cの鋼材を接合し、その鋼材リ
ングの内側に中間の鋼材リングより耐摩耗性の鋼材リン
グを接合する場合であり、もう一つは、超硬合金すl=
グの内側に比較的軟質で熱膨張を吸収し得る弾性限5Q
#/mm8以下の鋳鉄リングを接合し、該鋳鉄の内側に
鋼材リングを接合する場合であるが、いずれの場合にお
いても、超硬合金部材と中間に接合すべき鋼材リング又
は鋳鉄リングの接合に上述の本発明の方法を適要した結
果、従来の方法による3層複合のロールやスリッターに
較べて寿命の長いものが得られた。上記熱膨張係数の特
定の材料としてはNi、 Co、Fe−Ni合金、ある
いはコバール等でも良い。特ニ熱の影響を受は易い使用
条件では有益である。
歯当接面に照射する高エネルギービームとしては電子ビ
ーム、レーザービームが接合精度の上で好ましく、鋼材
、超硬合金の酸化防止のため非、酸化性雰囲気又は真空
中が必要であり、特にガス抜きの点で真空中が望ましい
実施例1 外径15977!mφ、内径87mmφ、厚み7部mm
の第2図の如きモルガンロールにおいて、超硬合金部分
を外径159mmφ、内径128mmφに加工し、鋼材
(SCM21)を外径123mmφ1、内径8’1mm
φ に加工した。この鋼材リングの外周面のみを滲炭し
ないように保護して、内周および上下面を滲炭焼入れし
、鋼材面をHRc55とした。なお鋼材リングは滲炭焼
入れする前に第3図に示す如く溝とガス抜き溝を設けて
おいた。次に、\超硬合金リングと滲炭焼入れした鋼材
リングとを嵌合代0.015mmにて冷し嵌めし、両者
を当接密着せしめた。この当接面Aの端面円周状に、電
子ビームを、電圧60双、電した。得られたロールの鋼
材側に1.0〜1.5mmの巾、深さJ5mmの溶接層
が見られ、超硬合金側当接面は全熱溶解することなく両
者は完全に接合していた。次にこのロールの圧環強度を
測定したところ、51.8 )ンであった。なお従来の
ロー付は法によって製造した同寸法の複合ロールの圧環
強度は27トンであり約2倍の゛強度であった。以上述
べた如く、本発明により、密着強度が強く、接合後の応
力が存在しない耐摩耗部材が精度高く、しかも安価に製
造することが出来た。
実施例2 実施例1と同じ寸法のモルガンロールにおいて、超硬合
金部分(第4図11)を外径159mmφ、内径126
mmφに加工し、鋼材(SCM445)を外径19(1
mmφ、内径87mmφに加工し、この鋼材リング12
は焼入れにより硬度HRc44とした。該鋼材リングの
上下外周に第4図に示す如(Niリング18(外径1g
QnvrLφ×内径106rrDnφ、厚み10m)を
嵌合した。当接面B)よ嵌合代0.03甜とな乞ように
研摩し冷し嵌めにて超硬リングと鋼リングとを一体化し
た。当接面BQNi部、分のみが溶接されるように電子
ビームを電圧150扇、電流10??llA、速度50
.0??Z/min、真空下10 ’Torrの条件で
照射した。第4図において、14の部分を溶接して超硬
合金とNiリングを接合したのち、15の部分を溶接し
てNiリングと鋼製リングを接合した。その後この複合
ロールを所定寸法に仕上げた。このロールを線材圧延ロ
ールとして線材温度900°C1線速60m/secの
圧延条件で使用したところ500TOII/kALの寿
命を示し、従来のソリッドの超硬合金ロールと全く同じ
性能であった。
用することができ、耐割損性についてはソリッド超硬ロ
ールよりも優れていることがわかった。
実施例8 実施例2と同様に超硬リングと鋼材リングを用意し、鋼
材リングの外周にはFe−Ni40の熱膨張係数の小さ
いリングを嵌めた。該Fe−4ONiのリングは外径1
26mtttφ、内径106ff!fflφ、幅70r
rrrLとした。
超硬リング、Fe−4ONiリング、鋼材リングの3層
になるように第5図に示す如く組合せ、図中18の部分
を電子ビームで溶接した後、】9の部分を溶接した。溶
接により発生するキレッは全く見られなかった。本ロー
ルを熱間圧延ロールとして使用したところ実施例1.2
と同様に長寿命で耐割損性は超硬ソリッドロールよりも
優れていた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明する超硬合金円柱と鋼製円
柱の複合部材の断面図、第2図は本発明の実施例の1つ
を示す複合ロールの断面図、第3図は同様本発明の実施
例における鋼材リングの外観図(イ)とその一部所面図
(ロ)である。又第4図、第5図は他の実施例の熱間圧
延ロールの断面図である。 1、5.11.15 :超硬合金部材、2.6.6’、
 12.16:鋼製部材;°8:高エネルギービーム、
4,7:溶接面、8.8’、 9.9’ :溝、10.
:溶接界面、A、 B。 C:当接面、18:Niリング、14.15.18.1
9 :溶接部、17 :Fe−4ONiリング。 7旧 芳4閉

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)超硬合金リングの内側に鋼製リングが当接され、
    当接面の厚み方向両端のQQmm以下の鋼製リング当接
    面が高エネルギービームによって、スリット状に溶融凝
    固され超硬合金当接面溶融固着されてなることを特徴と
    する複合超硬合金製熱間圧延ロール。
  2. (2)超硬合金がWCを主成分として結合金属量が10
    重量%以上であり、超硬合金に当接する鋼製部材が炭、
    素置045重量%以下上あり、当接面以外は浸炭焼入れ
    され高硬度、耐摩耗性を附与されてなることを特徴とす
    る特許請求の範囲第(1)項記載の複合超硬合金製熱間
    圧延ロール。
  3. (3)超硬合金リングの内側にaoo’cまでの熱膨張
    係数が3〜10 X l O−@cm/”Cである鋼材
    リング又は弾性限50Aiし’mm ’以下の鋳鉄リン
    グあるいは純金属のCu、 Ni、 Coが直接当接さ
    れ、該鋼材リング又は鋳鉄リングの内側に前記リングよ
    りも耐摩耗性の高い鋼1i1Jングが直接当接されてお
    り、超硬合金と第一の鋼材リングとの当接面の鋼材、側
    の町1針がスリット状に高エネルギービームによって溶
    融凝固により溶着されており、第一、第二のリングの当
    接面も高エネルギービームによって溶接されてなること
    を特徴とする複合超硬合金製熱間圧延用ロール。
  4. (4)特許請求の範囲第(1)項、第(3)項において
    、鋼製部材の超硬合金との当接面にガス抜き用溝を設け
    て両者を当接し高エネルギービームで照射して溶接して
    なることを特徴とする複合超硬合金製熱間圧延ロール。
  5. (5)高エネルギービームが電子ビームまたはレーザー
    ビームであることを特徴とする特許請求の範囲第(1)
    項、第(3)項記載の複合超硬合金製熱間圧延ロール。
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