JPS5920416B2 - 芯部に空洞を有する高クロムロ−ルの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、外層を高クロム材、芯材をダクタイル鋳鉄で
形成し且つロール中芯部にクラウンコントロール用のヒ
ーター挿入孔を開設する複合ロールの製造に際し、外層
内に鋳造される芯材のＣｒ含有量を低く抑え、ヒーター
挿入孔を設けるロール芯部の強靭性を高めることのでき
る新規な製造法の提供に関する。

ホットストリップミルやコールドストリップミル、その
他鉄調圧延用ロールとして、外層を高クロム材で形成し
た複合ロールが用いられている。

この複合ロールの外層材として用いられている高クロム
材は、一般に下記のような化学組成（重量飴）から成る
ものであり、その高いＣｒ量によって、耐摩耗性、耐肌
荒性に優れ、しかも高硬度で強度を備えているのが特長
である。

一方上記複合ロールの芯材としては、鋳鋼、高級鋳鉄、
又はダクタイル鋳鉄が用いられるが、残留応力や使用時
の熱応力の低減効果、更には製造時における外層との溶
着性の点から鋳鉄材の方が望ましい場合が多く、従って
芯材としては上記鋳鉄材の使用が通例である。

ところが、外層を高クロム材で形成する複合ロールの１
種として、第１図に示す如く、ロール中芯部に４０關φ
程度の孔（空洞）を設けるホットストリップミル用のワ
ークロールがある。

このワークロールは、その孔にヒーターが挿入されて、
使用時にはロールを加熱し、ロール胴径を部分的に、又
は使用時期に応じて変化させ、いわゆるロールクラウン
をコントロールするものであり、圧延されるコイル等の
厚さを制御する機能を備えたものである。

このような芯部に孔（空洞）を有するロールの場合では
、特にその芯材の強度が必要とされるのであり、その芯
材としては、特に黒鉛化の良好なダクタイル鋳鉄を使用
することが必要である。

すなわち、芯部に空洞を有するものでは、その凹縁部に
は、残留応力、熱応力及び使用時の圧延応力が加算され
た強大な接線方向の応力が作用し、芯材の強度が不足す
ると、ロール縦方向に破壊を起すことになる。

例えば、ホットストリップミル仕上前段ワークロールと
して使用される場合では。

その孔縁部に働く応力は、 残留応力 ９〜１０ｋｇ／！ｍ２熱応力
５〜６ｋｇ／ｒＩＬＭ２圧延圧力による
応力 ７〜８ｋｇ／１１Ｒ２計２１〜２４ ｋｇ／１
ｍ２と算出され、芯材の強度は。

引張強さ４０ ｋｇＡｎｍ”以上が必要とされる。

従って。この種空洞を有する複合ロールでは、その芯材
として高級鋳鉄や炭化物の多いダクタイル鋳鉄では使用
に耐えないものとなる訳である。

ところで、複合ロールの製造に際しては、主に遠心力鋳
造法が採用されているが、上記の如き外層を高クロム材
とし芯材をダクタイル鋳鉄材とする複合ロールを造る場
合では、遠心力鋳造で外層を形成した後、この外層内に
芯材溶湯を鋳込むと。

Ｃｒ含有量の高い外層の内面一部が再溶解されて。

鋳造後における芯材のＣｒ含有量が高くなるという問題
がある。

すなわち、芯材のダクタイル鋳鉄はそのＣｒ含有量が増
大するにつれて黒鉛化が阻害され炭化物の多い組織とな
る傾向があり、炭化物の多い組織では材質的に硬くその
強靭性が低下するものとなり、結局ダクタイル鋳鉄を用
いて芯材に″強靭性を具備せしめようとするこの種複合
ロールの目的が損われる不都合が生じるのである。

上記問題点に鑑みて、本発明は遠心力鋳造により外層を
高クロム材、芯材を強靭なダクタイル鋳鉄とする芯部に
空洞を有する複合ロールを製造するに際し、芯材のＣｒ
含有量増大を可及的防止し以ってその強靭性の確保を計
ろうとするものであり、斯かる技術目的を達成する上で
本発明製造法がその特徴となすところは、外層をＣｒ１
３〜２７係を含む高クロム材で形成し、芯材をダクタイ
ル鋳鉄で形成し且つロール中芯部にクラウンコントロー
ル用のヒーター挿入孔を開設する複合ロールの製造法に
おいて、先ず外層を遠心力鋳造法にて形成した後、該外
層を内有する遠心力鋳造鋳型と、鋳込用セキを備えた下
型及び溶湯排出口を有する上型とにより、該外層内にロ
ール芯部を鋳造するための竪型鋳型を構成し、同鋳型に
前記鋳込用セキから芯材溶湯を連続的に注入すると共に
、鋳型内を押し上げられた芯材溶湯を前記溶湯排出口か
ら浴出させて鋳型内の先注芯材溶湯を後注芯材溶湯で置
換し、しかる後膣後注芯材溶湯を凝固せしめてロール芯
部をＣｒ０．９％以下を含むダクタイル鋳鉄で形成した
後、前記ヒーター挿入孔を穿設する点にある。

以下本発明について詳述すると、第１図は本発明方法に
よって製造しようとする芯部に空洞を有する複合ロール
を示し、その外層１は前記組成の高クロム材、一方芯材
２は黒鉛化の良好なダクタイル鋳鉄で形成され、その中
芯軸方向にはヒーター挿入孔（空洞）２′が開設される
。

この複合ロールは先ず遠心力鋳造法によってその外層１
が形成されるが、一般には第２図の如き横型遠心力鋳造
法により、両端内面に砂型部３，３を設けた遠心力鋳造
鋳型（金型）４に取鍋から植付の鋳込用セキ鉢５などを
介して外層溶湯を鋳込み、外層１を形成するのが通例で
ある。

勿論、外層１の鋳造に当っては、他の傾斜型、竪型遠心
力鋳造法の適用も可能である。

上記の如く、遠心力鋳造法によって形成された外層１内
には、第２工程として芯材溶湯が鋳込まれ、これによっ
て外層１と芯材２とを一体に溶着せしめた複合ロールが
鋳造されるのである。

そこで先ず、従来の芯材鋳造法についてから説明してお
くと、上記横型遠心力鋳造された外層１の場合について
は、第３図に示す如く、外層１の凝固完了後これを内有
したままの遠心力鋳造鋳型４と。

別途準備される下型６′、上型７′及び鋳込用セキ鉢８
とにより、外層１内に複合ロールの芯部及びネック部を
鋳造するための上注ぎの竪型鋳型９を構成し、その上端
セキ鉢８から芯材溶湯を注入して外層１内に芯材２を鋳
造するのが通例である。

なお、第３図において下型６′及び上型７′を遠心力鋳
造鋳型４の上下に接続して用いるのは、製造される複合
ロールのロール長が鋳型４よりも長寸であるためであり
、従って鋳型４が十分長尺でしかもその両端内面にセッ
トされる砂型部３，３をロールネック部の鋳造キャビテ
ィを形成するように延長すれば、下型６′及び上型７′
の使用は不要となり、この場合には遠心力鋳造鋳型４を
外層鋳造後起立せしめてその上開口部より芯材溶湯を注
入することができる訳である。

然るに、このような従来の芯材鋳造法によれば外層１内
に鋳込まれた芯材溶湯が外層１の内面一部を再溶解し、
この結果外層１と芯材２との溶着による一体化が図られ
るのであるが、半面この際芯材溶湯には、外層内面の溶
損に伴い外層１に含有されたＣｒが拡散混合される結果
を招来するのである。

例えば外層１の鋳込厚さが１００ｍｍで、その鋳込重量
が３ｔｏｎ の場合では、外層内面の溶損量が１５ｍｍ
程度となるため、外層材の拡散・混合量は約４００ゆと
なり、Ｃｒ量はそのうちの１３〜２７係である。

一方芯材２のダクタイル鋳鉄の鋳込重量が６ ｔｏｎで
、その溶湯時のＣｒ含有量が０．１％であるとすれば、
鋳造後における芯材２のＣｒ含有量は０．９７〜１．９
０％となるのである。

このように芯材２を形成するダクタイル鋳鉄のＣｒ含有
量が増大すると、その強靭性特に靭性が著しく損われる
ことになる。

以上の説明では、外層１を横型遠心力鋳造法にて形成す
る場合について述べたが、他の傾斜型又は竪型遠心力鋳
造法で外層１を形成する場合においては、外層形成後そ
の回転を停止することなく引続いて外層１内に芯材溶湯
を鋳込む方法が採られている。

然し乍ら、この場合でも外層内面が溶損され、矢張り芯
材２に高クロム化を招来するのは同様である。

このように従来の芯材鋳造法では、芯材２のダクタイル
鋳鉄に高クロム化を不可避に招来するものとなる問題が
ある。

さて、このような問題点を解消するための本発明につい
て説明すれば、本発明製造法では、先ず複合ロールの外
層１を形成するに際しては、前述した従来実施されてい
る遠心力鋳造法（横型、傾斜型、竪型）によるのである
が、この外層凝固後。

外層１内に芯材溶湯な鋳込みネック部を含めたロール芯
部を鋳造するに際しては、第４図に示す如く、この外層
１を内有したままの遠心力鋳造鋳型４と、別途準備され
る鋳込用セキ１０を備えた下型６及び溶湯排出口１１を
有する上型７とにより。

下注ぎの竪型鋳型１２を構成するのである。

この外層１内にロール芯部を鋳造するための鋳型１２を
、第４図に従い説明すると、先ずその基部には。

複合ロールの鋳込量よりも高位置に設けられるセキ鉢１
３（注入口）と注入管１４を介して連通される鋳込用セ
キ１０を側部に備えた下型６が設置され、この上に外層
１を内有する遠心力鋳造鋳型４が立設される。

そして、この鋳型４の上には。側部に溶湯排出口１１を
有する上型７が載置されるのであり、遠心力鋳造鋳型４
の内面の外層１及び砂型３，３と、下型６、上型７の内
面に夫々セットされである砂型１５，１６とによって、
ロール芯部及びロールネック部の鋳造キャビティを形成
した鋳型１２が構成されるのである。

なお、前記溶湯排出口１１の下方には、この排出口１１
から後述する如く溢出される溶湯の受容器１７が配置さ
れる。

而して、このような鋳型１２には芯材溶湯を鋳込むに際
しては、セキ鉢１３から注入管１４．鋳込用セキ１０を
介して鋳型１２内に芯材溶湯を連続的に注入するのであ
るが、その溶湯面が上型７の溶湯排出口１１のレベルに
まで押し上げられた後も引続き鋳込みを続行し、鋳型１
２内の先注芯材溶湯を後注芯材溶湯で置換するようにし
て、排出口１１より溢出せしめるのである。

即ち水沫では、外層１の内面を洗ってＣｒ含有量の増大
した先注芯材溶湯を順次その排出口１１から溢出させ、
鋳型１２内を外層１からのＣｒ拡散量の少い後注芯材溶
湯を充満するのである。

この際、排出口１１より溢出される芯材溶湯のＣｒ量に
ついて予め分析調査しておけば、芯材溶湯の最適な鋳込
量についての標準を作成することもできる。

このようにして、所要の芯材溶湯の置換を完了したなら
ば、セキ鉢１３からの鋳込みを中止し上型７の溶湯排出
口１１を適宜手段により閉止した後、上型７の開口端よ
り所定の鋳込量までの鋳込を行い、この状態で鋳型１２
内に充満された後注芯材溶湯の凝固完了を行わしめる。

斯くして、ロール芯部及びロールネック部にはＣｒ含有
量の低い、すなわち強靭性の優れたダクタイル鋳鉄が鋳
造される。

このようにして、外層高クロム材、芯材ダクタイル鋳鉄
で形成した複合ロール素材が完成されたならば、これに
歪取熱処理を行い、粗加工を加えた後、その中芯部に所
定のヒーター挿入孔２′を加工手段により穿設し、目的
とする芯部に空洞を有する複合高クロムロームが製造さ
れるのである。

以上のような本発明方法によれば、外層１をＣｒ１３〜
２７％を含む高クロム材、芯材２をダフタイル鋳鉄とす
る複合ロールにおいて、芯材２を形成するダクタイル鋳
鉄のＣｒ含有量を特に０．９％以下に抑えることも容易
である。

芯材２にダクタイル鋳鉄を用いる場合では、Ｃ３゜０〜
３．６％、 Ｓ ｉ １．８〜２．５％、ＣｒＯ，７％
以下の組成が硬度、強靭性の点で適当であり、ＣｒＯ，
９％以上となれば硬くなり、靭性が低下する。

（この場合Ｓｉ量を２．５φ〜３．２係に高めて黒鉛化
を促進する方法もあるが、靭性確保には限度がある）。

即ち９本法によれば、芯材２を形成するダクタイル鋳鉄
のＣｒ含有量を、特にその強靭性の確保に必要とされる
０、９％以下に抑え、これによって目的とする芯材２の
強靭化（引張強さ４０ ｋｇＡｎｍ２以上を十分に達成
するものである。

なお本法では、前記の述く芯材溶湯の鋳込に際し、その
先注溶湯を後注溶湯によって置換することによって、芯
材２のＣｒ含有量低下を達成するものであるが、芯材２
のＣｒ含有量を０．９％以下の可及的少量に抑える観点
において、鋳込まれる芯材溶湯自体のＣｒ含有量を可及
的少量（０，２％程度以下）とすることが肝要である。

ここで今一度拳法が対象とする複合ロールの外層材、芯
材について説明すれば、外層１を形成する高クロム材を
Ｃｒ１３〜２７係を含むものに特定している理由は、圧
延用ロール外層材として、この範囲のものが耐摩耗性と
耐肌荒性とを兼備するものとして一般化していること、
又この範囲以下の場合では芯材２へのＣｒ拡散量が少く
、芯材２の強靭性に及ぼす影響が左程問題とはならない
ことによる。

又芯材２としては５強靭性を具備するものであれば、ダ
クタイル鋳鉄以外に鋳鋼材の適用も可能であるが、この
場合にはそのＣｒ含有量が０．９〜１．５φ程度に増大
しても、強靭性の点で大きな影響を受けないものであり
、結局本性の適用趣旨と合致しないものとなる。

次に本発明の実施例を比較例と共に挙げて説明する。

各々下記第１表に示す化学組成の溶湯を用いて、第３図
に示す従来法、第４図に示す本法によりロール寸法６５
５φＸ１４２０１．ヒーター挿入孔径４０φのホットス
トリップミル仕上ワークロールを製造した。

但し、外層鋳込厚は両方とも９０ｍｍであり外層遠心力
鋳造後、外層内に鋳込まれたダクタイル鋳鉄溶湯の鋳込
量は下記の通りである。

従来法 ６２００ｋｇ 本発明法 ９５００ｋｇ 而して、両方法で得られたロールに、歪取熱処理、粗加
工を施した後、その中芯部に４０φの孔を穿設し１両ロ
ールの胴中芯部から試験片を採取し１分析並びに機械的
性質測定に供した結果、第２表の結果を得た。

上表によれば、本発明法ではロール芯部におけるＣｒ含
有量が０．９％以下に抑えられて、目標の４０にシー２
以上の強度を具備し、その強靭性が著しく改善されてい
るのが確認される。

父上記者試験片の顕微鏡組織を示せば、第５図、第６図
の通りであり、第６図に示す本法の場合では、炭化物の
少ない目標組織が得られているのが認められる。

なお、本発明法では従来法に比較すると、芯材溶湯の多
量の鋳込みを要し、その歩留の低下を来すものとなるが
、その芯材強化によるロール性能の著しい向上によって
、この欠点を補って余りあるものと云える。

以上詳細に説明したように１本発明によれば外層を（：
ｒ１３〜２７チを含む高クロム材、芯材をダクタイル鋳
鉄で形成する芯部に空洞を有する高クロムロールの製造
に際し、遠心力鋳造法によつて形成された外層内に鋳造
される芯材のＣｒ含有量を０．９％以下に抑えて鋳造す
ることのできるものであり、これによってロールネック
部を含めたロール芯部の強靭性を著しく改善する効果が
得られる。

従って、本発明によれば、ヒーター挿入孔が開設される
ために特にその強靭性が要求されるこの種空洞を有する
高クロムロールにおいて、その耐事故性を増し高寿命の
圧延用複合ロールを提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は芯部に空洞を有する複合ロールを説明する断面
図、第２図は複合ロールの外層を形成するだめの遠心力
鋳造法を説明する断面図、第３図は従来の芯材鋳造法を
説明する断面図、第４図は本発明に係る芯材鋳造法を説
明する断面図であり、第５図、第６図はロール芯部にお
ける組織を対比して示す顕微鏡写真で、第５図は従来例
、第６図は本発明例を示している。 １・・・外層、２′・・・ヒーター挿入孔（空洞）、２
・・・芯材、４・・・遠心力鋳造鋳型、６・・・下型、
７・・・上型、１０・・・鋳込用セキ、１１・−・溶湯
排出口、１２・・・外層内にロール芯部を鋳造するため
の下注ぎ竪型鋳型。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 外層をＣｒ１３〜２７％を含む高クロム材で形成し
   、芯材をダクタイル鋳鉄で形成し且つロール中芯部にク
   ラウンコントロール用のヒーター挿入孔を開設する複合
   ロールの製造法において、先ず外層を遠心力鋳造法にて
   形成した後、該外層を内布する遠心力鋳造鋳型と、鋳込
   用セキを備えた下型及び溶湯排出口を有する上型とによ
   り、該外層内にロール芯部を鋳造するための竪型鋳型を
   構成し、同鋳型に前記鋳込用セキから芯材溶湯を連続的
   に注入すると共に、鋳型内を押し上げられた芯材溶湯を
   前記溶湯排出口から浴出させて鋳型内の先注芯材溶湯を
   後注芯材溶湯で置換し、しかる後膣後注芯材溶湯を凝固
   せしめてロール芯部をＣｒＯ，９％以下を含むダクタイ
   ル鋳鉄で形成した後、前記ヒーター挿入孔を穿設するこ
   とを特徴とする芯部に空洞を有する高クロムロールの製
   造法。