JPS5948849B2 - 球状黒鉛鋳鉄カリバロ−ルの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカリバ切削加工成形による球状黒鉛鋳鉄力リバ
ロールについて、そのカリバ周辺部特にカリバ底近傍に
従来製造法では得ることのできない高硬度のものが得ら
れ、かつ耐折損性にも優れた球状黒鉛鋳鉄力リバロール
の製造法の提供に関する。

熱間圧延における粗スタンドでは、圧延材が高温であり
またその圧延速度も遅いため、ロールに受ける熱影響の
度合が極めて大きい。

そのため、この箇所で使用されるロールは、熱疲労によ
るクラックを発生し易く、著しくはそのクラックが進展
して折損事故を発生する頻度が大である。

一般に、球状黒鉛鋳鉄ロール（以下ＤＣＩロールと称す
）は、球状黒鉛が存在するため耐クラツク性に良好であ
るが、それでも上記熱的条件の厳しいスタンドで使用し
た場合では、やはり折損事故の発生が認められる。

一方、粗スタンドでは圧延期間が長く、またＤＣＩロー
ルは硬度落が大きいため、深いカリバを有するこの種ロ
ールでは、耐摩耗性の面で満足できる成績を挙げること
ができない例も多い。

このように粗スタンドで゛使用されるＤＣＩ力リバす−
ルについては、耐事故性、耐摩耗性の両面で優れている
ことが要求されるが、現在一般に使用されているＤＣＩ
カリバロールでは、これらの性質を共に満足することが
できない実情にある。

そして、従来ではいわゆるカリバ鋳造法によってこの問
題に対処していたのであるが、反面カリバ鋳造法は鋳造
コストが高くつき、また鋳造欠陥による不良が発生し易
い難点があるため、現在ではあまり実施されていない。

以上のような技術的背景を基に、本発明はＤＣＩカリバ
ロールについて、より簡便なる技術手段により、その耐
事故性を損わず耐摩耗性を向上させることを目的として
いる。

即ち、本発明はこの技術目的達成のため、特定化学組成
のＤＣＩ力リバす−ル鋳造素材を、その熱処理に先たち
カリバ部で１〜２０ｍｍの余肉を残すようにして粗加工
し、しかる後８００〜９００℃で１０時間以内保持する
熱処理を施し、次いで５０〜ｂＨｒで冷却した後、歪取
り焼鈍し仕上げる製造プロセスを採用することを特徴と
するものである。

以下本発明について詳述する。

そこで先ず、本発明に係るＤＣＩロール材質の成分範囲
をその限定理由と併せて下記に説明する。

Ｃ：３，０〜３．７％ Ｃ３，０％未満では、セメンタイト、黒鉛の量が共に少
なくなり、ＤＣＩロール材質の特長が充分に発揮できな
い。

一方３．７％を超えると材質が脆弱となる。

Ｓｉ ： １．５〜２．５％ Ｓｉｌ、 ５％未満では、セメンタイト量が多過ぎ硬く
て脆くなる。

他方２．５％を超えると、黒鉛量が多くなり過ぎ軟くな
ると共に基地組織が脆弱となる。

Ｍｎ：０．２〜１．０％ ＭｎはＳの害を抑えるのに有効であるが、０．２％未満
ではその効果が少ない。

またＭｎは容易に基地硬度を上げるが、あまりその含有
量が増すと材質を脆くするため１．０％を限度とする。

Ｐ：０，０１〜０．２％ Ｐは溶湯の流動性を増加させるが、材質を脆弱にするた
め０．２％以下とする。

Ｐは低い程望ましいが、０．０１％未満では上記影響が
僅かであり、また実際上その含有量を０．０１％未満に
規制することは困難であるため、０．０１％を下限とす
る。

Ｓ：０．０６％以下 ＳはＰと同様に材質を脆弱にし、また黒鉛の球状化を阻
害するため可及的低くする必要があり、０．０６％以下
とする。

Ｎｉ ： ０．７〜３．０％ Ｎｉは黒鉛化と基地硬度に関係する元素であり、０．７
％未満では黒鉛化が不充分であり、また基地硬度も低い
。

他方３．０％を超えると、セメンタイトが少なくなると
共に基地が熱的に不安定なベーナイト、マルテンサイト
になり易く、熱間圧延には適さない。

Ｃｒ：０．０５〜０．６％ Ｃｒは主としてセメンタイト量に関係するものであり、
０．０５％未満ではセメンタイトが殆んど晶出せず、耐
摩耗性の上で問題となる。

他方０．６％を超えると、セメンタイトが多くなり過ぎ
脆くなる。

Ｍｏ ： ０．１〜０．６％ Ｍｏはセメンタイト量と基地硬度に関係するものであり
、０．１％未満ではセメンタイト量が少なくなり、また
基地硬度が低くなる。

しかし０．６％を超えると、セメンタイト量が多くなり
過ぎ、同時に基地硬度を高くする効果が少なくなるため
経済的でない。

Ｍｇ ： ０．０２〜０．１％ Ｍｇは黒鉛の球状化のために必要であるが、０．０２％
未満ではその効果が不足し、逆に０．１％を超えると鋳
造欠陥を発生し易くなる。

本発明で使用されるＤＣＩ材質は以上の成分を各重量％
含み、残部は勿論Ｆｅおよび通常の不純物から構成され
る。

しかして、このような材質からなる本発明に係るＤＣＩ
力リバす−ルをその製造工程順に詳述する。

熱処理前加工 本発明は鋳造によって得られたＤＣＩ力リバす−ル素材
を、その熱処理に先たち、予めそのカリバ部を切削成形
する粗加工を実施することに１つの特徴がある。

第１図は１例としてダイヤカリバを有するカリバロール
についての粗加工状態を示し、図示実線は熱処理前の粗
加工状態、図示点線は熱処理後の製品寸法を示している
。

この場合、勿論図示ａ部分がそのカリバ部に相当し、ｂ
部分がそのフランジ部に相当する。

このカリバ部を粗加工するに当っては、その余肉（図中
寸法ａ）を１〜２０ｍｍ （片側）を残すようにする。

すなわち、この余肉は小さい程効果的であるが、１ｍｍ
未満では最終のカリバ仕上げ加工において熱処理時の表
面脱炭層を完全に除去できず、一方２０ｍｍを超えると
表面削代が過大となり本発明の効果が小さくなるためで
ある。

なお、フランジ部の余肉や胴長余肉については、本発明
の目的から特に規定する必要がないが、一般にフランジ
部は片肉３ｍｍ程度、胴長は片側５ｍｍ程度が１例とし
て挙げられる。

また、ネック部やメタル部の余肉についても重要な事項
とはなり得す、場合によってはフランジ部、胴長、ネッ
ク部およびメタル部については加工を加えないで熱処理
することもできる。

熱処理 上記の如く粗加工を加えた鋳造素材に対し、本発明は第
３図のように熱処理を施すことを特徴としている。

すなわち、第３図は本発明に係る熱処理の加熱冷却曲線
を図示しているが、このうち特にＢゾーンが重要である
。

そこで先ず、加熱温度についてから述べると、この適正
温度は第２図の試験結果をも参考にしつつ、次の理由に
より８００〜９００℃の範囲に決定される。

すなわち、その主たる理由は、加熱保持温度が９００℃
を超えると、伸びが小さくなり耐クラツク性の面で問題
を生しるためであり、逆に８００℃未満の場合では基地
が充分にオーステナイト化せず硬度が低くなるためであ
る。

なお、第２図の参考試験についても説明しておくと、こ
れはロール寸法： ６００′６Ｘ １８００１ （胴
部）、化学成分：Ｃ３，４２、Ｓｉｌ、 ９８、Ｍｎ０
．５１、Ｐｏ、 ０７８、Ｓｏ、 ０１２、Ｎｉ１．４
５、Ｃｒｙ、 ２２、Ｍｏｂ、 １８、Ｍｇ０．０５２
（各重量％）の各試料毎に熱処理温度を変えて、各々
保持時間６Ｈｒ、冷却速度２３０℃／Ｈｒの条件で熱処
理し、その各採出試験片（採出位置は各々胴中央部の表
面から１２０ｍｍ位置）について伸びを測定し、これを
グラフに表示したものである。

次にその保持時間については、これを１０時間以内に制
限する必要がある。

この加熱保持時間は基地のオーステナイト化に必要とさ
れる時間であるが、８００〜９００℃までの昇温速度（
一般に２０〜１００’Ｃ／Ｈｒ）についても考慮すれば
、瞬間ＯＨｒでよい場合もある。

しかし乍ら、保持時間が１ＱＨｒを超えると、セメンタ
イトの黒鉛化、組織の粗大化の点で好ましくない影響が
現われてくる。

次に又、加熱保持後の冷却処理についても、本発明にお
ける特に重要な因子であり、その冷却速度は５０〜ｂ Ｈｒ未満の冷却速度では基地組織の微細化による硬度向
上の効果があまり得られないためであり、他方３００℃
／Ｈｒを超える冷却速度は鋳造素材の表面のみから冷却
する通常の冷却方法では事実上困難であり、実際的な上
限となることによる。

なお第３図において、Ａゾーンは昇温過程を示し、また
Ｃゾーンは冷却処理後の歪取り焼鈍過程を示しているが
、ともに別設特色はなく、歪取り温度については一般に
４００〜６５０℃とされる。

このようにして粗加工後所定の熱処理を施されたＤＣＩ
カリバロール素材は、そのカリバ部およびその他部分の
余肉を切削除去して、最終的に製品力リバロールに仕上
げられる。

以上のような製造法により得られた本発明のＤＣＩ力リ
バす−ルにおいては、その強靭性の向上と共にカリバ部
特にカリバ底における硬度を高めることができると共に
、カリバ底における球状黒鉛量を減少させることなく、
フランジ部における同深さ位置の球状黒鉛量と略同等と
することができる。

次に実施結果に基いて説明すると、第４図は１例として
下記の条件で製造されたカリバロールの硬度分布測定結
果を対応する従来例と対比して図示するものである。

但し、 供試材質：前記第２図の試験供試材質と同一カリバ形状
：ボックス（幅１６０、深さ８０）粗加工：カリバ部熱
処理前余肉８ｍｍ 熱処理条件：加熱保持８５０℃×２Ｈｒ 冷却速度１８０℃／Ｈｒ この図から、本発明に係るＤＣＩ力リバす−ルでは、そ
のカリバ部における硬度が、フランジ部の同深さ位置で
の硬度に比し、別言すれば従来品のカリバ部における硬
度に比し１、目標とするＨｓ２〜１０の硬度上昇が容易
に達成されることが確認できる。

なお本発明ロールにあっては、その硬度上昇目標をＨｓ
２〜１０としているが、これはＨｓ２未満の硬度上昇に
よっては圧延成績の上で殆んど改善効果が得られないた
めであり、他方ＨｓｌＯを越える硬度上昇を図ることは
本発明の製造法によっては困難となることに起因する。

更に本発明の実施例を下記に掲げる。

〈実施例〉 ロール寸法：６０醪Ｘ１６００１ 硬度：指定Ｈｓ５０〜５５ 化学成分（重量％）：Ｃ３，３２、Ｓｉ２．０１、Ｍｎ
０．６２ 、 Ｐｏ、 ０１１ 、 Ｓｏ、 ００
５ 、Ｎｉ１．８３、Ｃｒｙ、２２、Ｍｏｂ、３１、
Ｍｇ０．４８硬度：カリバ底でＨｓ４６ （従来品では
Ｈｓ４２程度） 圧延成績：摩耗量で従来品に比し２５％低減以上詳細に
述べたように、本発明によればカリバ切削加工成形によ
るＤＣＩ力リバす−ルについて、そのカリバ周辺部特に
カリバ底近傍の硬度がこの種従来品のものよりもＨｓ２
〜１０高硬度となるものが容易に得られ、その使用時に
おける耐摩耗性が向上できると共に、本発明の製造法で
はＤＣＩロールの熱処理特性を利用して、特に靭性面の
劣化が小さい範囲の温度に設定して熱処理を実施してお
り、また、カリバ底乃至その近傍における組織中の球状
黒鉛量がフランジ部における同深さ位置の球状黒鉛量と
略同−にすることができるから、カリバ底に多量に存在
する球状黒鉛の作用で、カリバ底に発生したクラックの
進行を可及的に阻止することができ、その耐クラツク性
についても何ら劣化の問題を生じない。

従って、本発明によれば簡便なる技術手段により、その
強靭性、耐クラツク性を損わず、ＤＣＩ力リバす−ルの
耐摩耗性をより向上させようとする所期技術目的を充分
達成し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はカリバロールの粗加工状態１例を表わす説明図
である。 第２図はＤＣＩロール材質の熱処理温度と伸びとの関係
を表わす図である。 第３図は本発明に係る熱処理の加熱冷却曲線１例を表わ
す図である。 第４図は本発明の実施例ロールについてそのロール胴部
の硬度分布を従来品と対比して表わす図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で、Ｃ：３，０〜３．７％ Ｓｉ：１，５〜２．５％ Ｍｎ：０．２〜１．０％ Ｐ：０，０１〜０．２％ Ｓ：０．０６％以下 Ｎｉ ： Ｑ、 ７〜３．０％ Ｃｒ：０．０５〜０．６％ Ｍｏ ： ０．１〜０．６％ Ｍｇ ： ０．０２〜０．１％ 残部Ｆｅおよび通常の不純物からなる球状黒鉛鋳鉄のカ
   リバロール鋳造素材を、その熱処理に先たちカリバ部で
   １〜２０ｍｍの余肉を残すようにして粗加工し、しかる
   後８００〜９００℃で１０時間以内保持する熱処理を施
   し、次いで５０〜ｂ した後、歪取り焼鈍し仕上げることを特徴とする球状黒
   鉛鋳鉄力リバロールの製造法。