JPS5930486B2 - 複合スリ−ブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属圧延等組立式ロールに使用される厚肉複
合スリーブに関するものである。

近時、金属等の圧延には組立式ロールが次第に広く使用
されるようになってきたが、使用者側より更に耐摩耗性
、耐肌荒性のすぐれたロールが要望されている。

本発明はこの要望に応じうる新規な厚肉複合スリーブを
提供せんとするものである。

即ち、耐摩耗性、耐肌荒性を更に向上せしむるためには
従来のＣ含有量１．８％までの合金鋳鋼ロールに対して
、Ｃを１．９％以上含有する高炭素系合金鋳鋼あるいは
合金鋳鉄ロールにする必要がある。

しかして、Ｃ含有量１．８％以下の合金鋳鋼厚肉スリー
ブの製造に於てはあえて複合スリーブにする必要はない
が、これ以上のＣを含有する高炭素系合金鋳鋼あるいは
合金鋳鉄厚肉スリーブに於ては硬度Ｈｓ５５以上が必要
であるため、力ちる高硬度に於ては強靭性が不足し、使
用中にロールが破損する例が非常に多い。

この対策として厚肉円筒スリーブの外層材を１．９％以
上のＣを含有する耐摩耗性、耐肌荒性のすぐれた合金鋳
鋼あるいは合金鋳鉄とし、内層材を強靭性にすぐれた合
金鋳鋼とすることが考えられている。

耐摩耗性、耐肌荒性を支配する主要な元素はＣである。

即ち、Ｃ量が増加する程硬い炭化物量は増加する。

又硬度も高くすることができるために、Ｃ量が増加する
程耐摩耗性、耐肌荒性は良好となる。

又Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｔｉ等の炭化物形成元素の添加
は鉄炭化物よりも硬度も高く、耐摩耗性のすぐれたこれ
ら諸元素との特殊炭化物が形成されるために耐摩耗性、
耐肌荒性は更に改善される。

Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｎ等、主として地に固溶する元素は地の
硬さを増し、靭性の改善に役立ち耐熱性も改善する作用
がある。

次に組立式ロールは軸部にスリーブを焼嵌めたものであ
るからスリーブの内面には焼嵌め応力、スリーブの保有
する残留応力、圧延時の熱応力等の諸応力を重合した引
張り応力を生じている。

この引張り応力はロールの大きさにもよるが、例えば外
径１３３０ｍｍ、内径６７０ｍｍの組立式ロールに於て
はスリーブの内面に３０ ｋｇ／ｍ７Ｉｆ程度の大きな
例年り応力を生じている。

Ｃ１，９％以上の高炭素系合金鋳鋼あるいは合金鋳鉄で
スリーブを製造した場合、スリーブ内面の強度、靭性で
は前述のスリーブ内面に発生する引張り応力に耐えるこ
とは非常に困難であり、割損する危険は非常に大きい。

この割損の発生を防ぐ方法はスリーブ内面附近の強度が
、発生する引張り応力に充分耐え得るような性質を有す
ることが必要であるが、一体式スリーブでこのような性
質を附与することは不可能である。

この対策として、外層材を１．９％以上のＣを含有する
高炭素系合金鋳鋼あるいは合金鋳鉄とし、内層材は発生
する引張り応力に充分耐え得る強度を有する合金鋳鋼に
することが従来からの考え方であった。

しかしながら上記従来の考え方に基づく、合金鋳鋼を用
いた内層材では一般には内外層の境界に引は巣、ブロー
ホール、クランク等の諸欠陥を発生し易いので、本発明
ではかかる欠点を除去し、境界層が健全でしかも内層部
は発生する引張り応力に充分耐えることのできるすぐれ
た複合スリーブを提供せんとするものである。

すなわち、本発明は、炭素１．９〜２．８重量％を含有
する高炭素系合金鋳鋼あるいは合金鋳鉄を外層材とし、
可鍛鋳鉄あるいはアシキュラー鋳鉄を内層材とし、かつ
外層材の融点Ｔ１ （℃）と、内層材の融点Ｔ２ （℃
）は、’ｒ、（℃）＞Ｔ２（℃）であることを特徴とす
る複合スリーブを要旨とするものである。

第１図は本発明の複合スリーブの概念図（横断面）を示
したものでＡは外層材、Ｂは内層材、Ｃは軸炉液め用の
中心孔である。

本発明における複合スリーブの外層材は、ＣＩ、９〜２
．８％を含有する高炭素系合金鋳鋼あるいは合金鋳鉄で
あって、Ｃ１，９％以下では耐摩耗性、耐肌荒性は不足
し、２．８％以上では材質が脆弱となり過ぎ圧延ロール
材としては不適となる。

本発明の外層材は上記の如き高炭素系合金鋳鋼あるいは
合金鋳鉄であるので、内外層の境界には引は巣、ブロー
ホール、溶着不完全等の諸欠陥が非常に発生し易く、し
かももし境界にこれら欠陥が発生し存在すると、圧延圧
力、残留応力等の影響を受け、複合スリーブは破損する
危険が非常に大きいものである。

従って複合スリーブに於ては境界部の内外層の両者は金
属的に完全に結合溶着し、しかも前述の諸欠陥が存在す
ることは許されない。

厚肉複合スリーブは一般に遠心鋳造法で製造されている
。

即ち先ず外層材を鋳込み凝固せしめた後内層材を鋳込む
方法が行なわれている。

この場合光に鋳込まれた外層材は、肉厚でもあり、かつ
凝固が遅れるためにその内面層には凹凸、ブローホール
等の諸欠陥を生じている。

ついでこのような表面状態を呈している外層材の内面上
に内層材が鋳込まれると、内外層の境界部に第２図に示
したようなブローホール、引は巣等の致命的ともいえる
諸欠陥を発生する。

内外層の境界部に発生するこのような諸欠陥の防止対策
として従来法の如き方法が提案されて実施されている。

即ち内層材を鋳込む前に少量の溶湯を注湯し、外層材の
内面層表面を再溶解し、凹凸、ブローホール等の諸欠陥
を溶失せしめる操作を行った後に内層材を鋳込む方法が
行われているが、この方法は鋳込回数が増加し、しかも
非常に不安定な操作であるという欠点がある。

又、別の手段として、外層と内層の肉厚比を、０．５０
〜２．６の範囲にして第１表に示したような球状黒鉛晶
山形高炭素鋳鋼を内層材とすると健全なスリーブが製造
できるとの報告（特願昭４９−１２３１５８）もある。

しかしながら、本発明のように内層材の選択のみによっ
て諸欠陥の発生を防止し、容易に、しかも安定的に組立
式ロール用厚肉複合スリーブを提供しうる技術について
はなんの知見も開示されていない。

即ち本発明は１．９〜２．８％のＣを含有する高炭素系
合金鋳鉄あるいは合金鋳鉄である外層材の融点よりも低
いか、あるいは同等の融点を有する可鍛鋳鉄あるいはア
シキュラー鋳鉄を内層材として用いることを重要な特徴
としており、これにより境界部に発生する諸欠陥の発生
を完全に防止するとともに金属的にも完全な結合が得ら
れ、健全な厚肉複合スリーブの提供を可能としたもので
ある。

即ち外層材に比し融点の高い内層材を用いると、外層材
内面層に存在するブローホール、凹所に溶湯が完全に浸
透、拡散する前に内層材の凝固が完了してしまうために
外層材内面層に諸欠陥が残存したま又になる。

しかるに融点が外層材と同等かあるいは低い内層材を注
湯すると、内層材は前記欠陥部に充分に浸透、拡散し前
記諸欠陥を完全に補修するとともに金属的結合も充分に
なり、その結果健全な複合スリーブを得ることができる
のである。

一般に融点はＣ含有量に太き（支配され、Ｃ量が増加す
る程低下することは広く知られているところである。

本発明の耐摩耗性、耐肌荒性を強く要求されている用途
に用いられる複合スリーブにおいては、外層材は１９％
以上のＣを含有した高炭素系合金鋳鋼あるいは合金鋳鉄
にする必要かある。

この場合、外層材の融点と同等乃至低い融点を有する内
層材としては外層材よりＣ含有量が同等乃至高いもので
なげればならない。

このような材料はブ般的に強度、靭性が低下し、スリー
ブ内表面に焼ばめ後に発生する引張り応力約３０ｋｇ／
ｍｙｉに耐ええなくなるものである。

・そこで本発明においては、如上の融点条件に適合し、
かつこの引張応力に耐える内層材として、可鍛鋳鉄（特
にパーライト可鍛鋳鉄）、アシキュラー鋳鉄という極く
限られた鋳鉄を特定したのである。

即ち１例として可鍛鋳鉄を内層材に用いたときの引張り
強さを示せば第２表の通りであって充分内層材として適
用できることが判る。

又、アシキュラー鋳鉄を内層材として使用した場合の引
張り強さを第３表に示す。

なお球状黒鉛鋳鉄はそれ自体の引張り強さは４０ｋｇ／
−以上あるが、内層材に添加されたＭｇが内層材表面よ
り拡散により外部の大気中に飛散消失するために球状黒
鉛化が不完全となり、所期の引張り強さを得ることは非
常に困難であって内層材として使用することはできない
。

以上述べた通り、遠氾偵造法による組立式ロール用複合
スリーブの製造において、耐摩耗性、耐肌荒性を改良す
るために１．９％以上のＣを含有した高炭素系合金鋳鋼
あるいは合金鋳鉄を外層材とした場合、内層材との境界
に発生する引は巣、ブローホール、溶着不完全等の諸欠
陥の発生を防ぎかつ必要な強度、靭性を有する内層材と
して２．０％以上のＣを含有する可鍛鋳鉄（特にパーラ
イト可鍛鋳鉄）およびアシキュラー鋳鉄は最適な材料で
ある。

次に第３図として本発明の内層材として使用したパーラ
イト系可鍛鋳鉄の顕微鏡組織を、又、第４図としてアシ
キュラー鋳鉄の顕微鏡組織を示す。

次に実施例によって本発明の態様を具体的に説明する。

実施例 １ 外径９２０ｍｍφ、内径４３０ｍｍφ、長さ２０００ｍ
ｍの寸法を有する複合スリーブを遠心鋳造法で製作した
。

外層材の肉厚は約１１０ｍｍ、内層材の肉厚は約１３５
ｍｍを目標にした。

外層材および内層材の化学成分は第４表に示したとおり
で内層材は可鍛鋳鉄である。

先ず外層材を鋳込み、凝固後内層材を鋳込んだ。

凝固完了後鋳型より該スリーブを取り出し変態完ｆ後１
０００°Ｃに加熱し、冷却した後５００ ’Ｃ焼戻しの
熱処理を行った。

熱処理後の外層材の表面硬度はＨｓ６０、内層材の引張
り強さは４８ｋｇ／ｍａであった。

次に断面を研磨後、マスク腐蝕した結果を第５図ａ、ｂ
に示したが、内外層の境界部には複合スリーブに非常に
発生し易い引は巣、ブローホール、溶着不良等特有の欠
陥の発生は皆無であり、健全な複合スリーブが得られた
。

実施例 ２ 外径９２０ｍｍφ、内径４３０ｍｍφ、長さ２０００羽
の寸法を有する複合スリーブを遠心鋳造法により鋳造し
た。

外層材の肉厚約１４−５ｍｍ、内層材の肉厚約１００ｍ
ｍを目標にした。

外層材および内層材の化学成分は第５表のとおりで内層
材はアシキュラー鋳鉄にした。

先ず外層材を鋳込み、凝固後内層材を注湯し、凝固後冷
却し、５００℃の焼戻しを行った。

熱処理後、外層材の表面硬度はＨｓ６２、内層材の引張
り強さは４０ｋｇ／ｍｙ？ｔであり、断面を研磨後マク
ロ腐蝕した結果は第６図に示した通り、境界部には鋳造
欠陥は皆無であり健全な複合スリーブが得られた。

実施例 ３ 外径１１００ｍｍφ、内径４００ｍｍφ、長さ２０００
ｍｍの複合スリーブを遠心鋳造法により製作した。

外層材および内層材の化学成分は第６表に示したとおり
で内層材はげ鍛鋳鉄にした。

本複合スリーブについて、１０００℃より炉冷、５００
°Ｃ焼戻しの熱処理完了後の外層材表面硬度はＨｓ５９
であり、内層材の引張り強さは６４ｋｇ／ｍ１４であっ
た。

断面を研磨後マクロ腐蝕、肉眼検査、染色探傷結果、鋳
造欠陥は発見されず、健全な複合スリーブであり、これ
を軸部に炉液め使用したが破損事故もなく耐摩耗性、耐
肌荒性にすぐれ従来ロールより１．５倍の圧延量を圧延
することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の複合スリーブの概念図であって、Ａ
は外層材、Ｂは内層材、Ｃは軸炉液め用の中心孔である
。 第２図ａ、ｂは、従来の複合スリーブの金属組織の断面
を示す写真、第３図は、本発明の内層材として使用した
パーライト系可鍛鋳鉄の顕微鏡組織図、第４図は、同じ
くアシキュラー鋳鉄の顕微鏡組織図、第５，６図ａ、ｂ
は、それぞれ実施例１および２でえられた本発明複合ス
リーブの金属組織の断面を研磨後マクロ腐蝕した結果を
１示ず写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炭素１，９〜２．８重量％を含有する高炭素系合金
   鋳鋼あるいは合金鋳鉄を外層材とし、可鍛鋳鉄あるいは
   アシキュラー鋳鉄を内層材とし、かつ外層材の融点Ｔ１
   （℃）と、内層材の融点Ｔ２（℃）は、Ｔ１（℃）２Ｔ
   ２（℃）であることを特徴とする複合スリーブ。