JPS6016496B2 - 熱間圧延用ロ−ルの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱間圧延用ロール、特に高硬度アダマイトロ
ールを、遠心力鋳造手段による複合ロール構造を採用す
ると共に熱処理手段の付加により品質的に優れたものを
低コストで提供し得るようにしたものに関する。

一般に薄板圧延工程におけるホットストリップミル仕上
前段スタンドに用いる圧延ロールとしては、肌荒れのし
‘こくいまた耐摩耗性において良好なアダマィト材質に
よるロールが採用されているが、このアダマィトロール
は、周知のように通常重量％で、Ｃ：１．０〜２．＆Ｓ
ｊ：０．３〜１．５Ｍｎ：０．３〜１．ふ Ｎｉ：０．
３〜２．０ Ｃｒ：０．５〜２．０ Ｍｏ：０．２〜２
．の蚤部実質的にＦｅからなる材質によって、そのロー
ル胴部、鼠芯部を一体に鋳造する単体鋳造ロールとして
製造され、この鋳造ロールに対し、高温での拡散熱処理
、球状化競鎚、競入、焼戻し熱処理を施して仕上げるも
ので、その硬度はＨｓ４５〜６０が通例である。

一方アダマィトロールを前段スタンド‘こ使用した場合
、一般的な普通鋼圧延の場合には略問題はないが、ステ
ンレス鋼や高Ｃ材等の特殊鋼材の圧延に当っては、普通
鋼圧延に比べて変形抵抗が高くかつ材料自身も硬いため
、ロールの耐摩耗性の点で劣り、かつ圧延材のトップ部
分やテール部分のように比較的温度の低い部分がロール
を通過した時に生じる処の、所謂トップマーク、テール
マークと呼ばれているロール表面の凹みが問題になり、
ロールの早期組替えが必要とされる等の不利が生じる。

この問題を解決するためにアダマイトロール自身の硬度
を上げることが必要であるが、従来の単体鋳造によるア
ダマィトロールでは、その硬度をＨｅ６０以上にするこ
とはロール自身の残留応力が高くなり、製造上および使
用時におけるロール月両部の折損等の問題が新たに生じ
て無理である。本発明は熱間圧延用ロールとしての上記
アダマィトロールにおける問題点を解決し、特に高硬度
のアダマィトロールを得るために、従釆の単体鋳造型式
に代って、ロール外殻部とロール軸芯部とを夫々異質材
料を用いて両者を一体に溶着させる複合ロール構造を採
用すると共に、このさし、ロール外殻部としてアダマィ
ト材を用い、ロール藤芯部としてその成分を特定した球
状黒鉛鋳鉄材を用い、両者を遠心力鋳造手段によって鋳
造形成し〜かつこれに特殊な熱処理を付与することによ
り、その硬度Ｈｓ６０〜７５程度に向上させると共に、
その軸芯部は球状黒鉛鋳鉄材質を維持することにより耐
折損性の点にも優れた高硬度アダマィトロールの提供を
可能としたもので、その特徴とする処は、遠Ｄ力鋳造手
段により、外殻が重量％でＣ：１．０〜２．８、Ｓｉ：
０．３〜１．ふ Ｍｎ：３．０〜１．５ Ｎｉ：０．３
〜２．０、Ｃｒ：０．５〜２．０、Ｍｏ：０．２〜２．
０、残部実質的にＦｅからなるアドマィト材で形成され
、柚芯部として銭放し状態でその引張強さ４５〜５５ｋ
９／桝、伸び１．０〜２．０％となるように重量％で、
Ｃ：２．８〜３．６、Ｓｉ：１．６〜２．ふ Ｍｎ：０
．１〜０．５ Ｐ：０．１以下、Ｓ：０．０処〆下、Ｎ
ｉ：０．５〜１．５、Ｃｒ：０．１〜０．入Ｍｏ：０．
５以下、Ｍｇ：０．０２〜０．１、残部実質的にＦｅよ
り成る鋳鉄材により形成され、前記外殻と藤芯部が溶着
一体化された複合ロールを製造し、この複合ロールに対
し、引続き熱処理として９５０ｑｏ〜１０５０ｏｏの温
度で外殻のみを加熱する拡散暁鈍と、Ａ，変態点以上で
Ａ，変態点から２００ｏｏ以内の温度で外殻のみの球状
化焼鎚熱処理を行ない、次いで３００ｏｏ位まで冷却後
外殻のみを急速加熱して９００ｏｏ以上の競入温度に保
持し引続き冷却処理による焼入を行なった後もロール全
体を５００ｑＣ〜６００ｑｏに加熱して焼戻し熱処理を
行なうことにより、外殻硬度Ｈｓ６０〜７５の高硬度ア
ダマィトロ−ルを得る点にある。

以下図示の実施例について本発明を詳述すると、第１図
は従来法による単体鋳造型式のアダマイトロールであり
、３はそのロール胸部、４はロール軸芯部を示しており
、いうまでもなく胴部３軸芯部４は一体のアダマィト材
で静暦鋳造その他いよって鋳造されたものであり、これ
に対し第２図は本発明による複合ロール型式による熱間
圧延ロールとしての高硬度アダマィトロールを示し、１
１まアダマィト材による外殻、２は本発明の球状黒鉛鋳
鉄材によるロール軸芯部であり、これらは遠心力鋳造手
段によって外殻１鞠芯部２の順に鋳造されて一体化した
ものであり、かつ後述するような特殊な熱処理手段を鋳
造後に施したものである。

本発明方法では、先ず遠心力鋳造用鋳型内に、周知の例
えば重量％でＣ：１．０〜２．＆Ｓｊ：０．３〜１．ふ
Ｍｎ：０．３〜１．５Ｎｉ：０．３〜２．０ Ｃｒ：０
．５〜２．０、Ｍｏ：０．２〜２．０、残部実質的にＦ
ｅからなるアダマィト材溶湯を鋳込んで外殻１を遠Ｄ力
鋳造すると共に、その凝固を持つて次に本発明の球状黒
鉛鋳鉄材溶湯を銭込で鞄芯部２を遠心力鋳造して外殻蔓
と一体に落着させるのであるが、このさし、前記球状黒
鉛鋳鉄材としては、鋳造後の熱処理を含まない状態、即
ち銭放し状態で、その引張強さ４５〜５５Ｘ９／磯、伸
び１．０〜２．０％となるように、重量％でＣ；２．８
〜３．０ Ｓｉ；１．６〜２．ふ Ｍｎ；０．１〜０．
５、Ｐ；０．１以下、Ｓ；０．０２以下、Ｎｉ；０．５
〜１．ふ Ｃｒ；０．１〜０．３、Ｍｏ：０．５以下、
Ｍｇ；０．０２〜０．１、残部実質的にＦｅから成る球
状黒鉛鋳鉄材を用いるのであり、このようにして得られ
た複合ロールに対し、引続き熱処理として、９５００〜
１０５０℃の温度で外殻１のみを加熱する拡散焼錨と、
Ａ，変態Ｖ点以上でＡ，変態点から２００℃以内の温度
で外殻基地組織の改善、即ち球状化競錨熱処理を行ない
、その後３００℃位まで冷却後引続き外殻１のみを急速
加熱して９００ｑ○以上の糠入温度に保持し、麹芯部２
はＡ，変態点以下の温度状態から、強制空冷、頃霧水冷
等の冷却処理による暁入を行なった後、。ール全体の歪
取りのためにロール全体を５００ｏ〜６００３０で加熱
する焼戻し熱処理を行なうことにより、その外殻１の硬
度がＨｓ６０〜７５範囲とされた高硬度のァダマィトロ
ールである熱間圧延ロールが得られるのである。以下本
発明の上記技術の各内容について詳述すると、本発明に
おけるアダマィト外殻１は、通常のアダマィト材質に特
殊な競入、焼戻し処理を施すことによって、その硬度Ｈ
ｓを６０〜７５のように向上させる点に特徴の一つを持
つが、この特殊な熱処理について更に説明を加えれば、
一般にアダマィトロールの熱処理に当り、拡散燐鈍→球
状化焼鈍→焼入熱処理→焼戻し熱処理と一連の熱処理を
施すことは公知であるし、またアダマィト材質において
ロール表面の硬度をより高度にするため、焼入温度で保
持後、水冷等の急激な冷却を行なう事も既知である。

しかしこれらの熱処理は、小品の鋳物では可能であるが
、ホットストリップミル用ロール等の大きな体積を有す
る鋳造品では理論的には可能であるとしても、実際の作
業では困難で、暁入、焼戻し後の硬度Ｈｓ６０〜７５を
確保しようとすると大きな残留応力が残存し、熱処理時
の割れや使用時の折損に不可避的に結び付くものである
。従ってこの大きな残留応力を減ずるために、本発明に
おいてはロール軸芯部を弾性係数の小さな鋳鉄系、即ち
球状黒鉛鋳鉄材を用いるのであり、これによって大きな
メリットが得られるが、更に本発明の他の一つの効果的
な特徴としては、アダマイトロール材に必要とされる前
記熱処理をロール外殻のみに適用すれば足り、ロール軸
芯部には熱処理を全く施さなくて済む点にもある。本発
明による前記鋳造後の複合ロールに対する熱処理は、外
殻部のみの加熱であるため、外殻アダマィト材の急速短
時間加熱は容易に可能であり、しかもこのためロール軸
芯部の球状黒鉛鋳鉄材の部分は、ほとんど温度上昇が認
められず、外殻焼入温度を９００ｏｏに加熱しても、軸
芯部は６００午Ｃ勢こ止まっているのであり、従ってこ
の温度状態から冷却する場合、空冷あるいは水袷によっ
て表面側に逃げる熱と、熱伝導によって軸芯部へ逃げる
熱があり、従来のロール全体を加熱して外側を強制冷却
する場合に比べ、きわめて早い冷却速度が得られ、効果
的な嫌入結果を容易に得ることができる。次に本発明の
熱処理条件の技術的説明をすると以下のとおりである。

＜拡散焼鈍：９５０〜１０５０℃＞ 成分偏析と組織の均一化を目的として行なう。

従って拡散競錨については温度は高いほど効果的である
か（状態図の固相線以下）、工業的にはエネルギー消費
や炉材寿命等を考えて１０５０ｏｏ以下とした。また９
５０℃以下であると金属固体中での拡散速度が遅く長時
間を要するし、また拡散焼鈍の意味をなさない。＜球状
化競純：Ａ，以上Ａ，十２００ｑｏ＞焼入れ焼戻し熱処
理前に球状化熱処理を施し、拡散焼錨で残留している初
晶セメンタイトを切断し、かつ基地のセメンタィトを球
状化する処理が必要で、この処理により大中な靭性改善
が計れる。

温度についてはＡ，変態点以上のオーステナィト領域が
必要であるが、Ａ，点以上２００００になるとセメンタ
ィトがオーステナィト中に溶け込み球状化処理にはなら
ない。＜焼戻し熱処理：５００〜６００００＞ 焼入れにより出来た残留応力の低減と焼入れ生成物の安
定化のため焼戻しを行なう。

またアダマィトロールは一般に熱間圧延に多く用いられ
圧延板と接触するロール表面は６００ｑｏ前後まで上昇
するため、圧延時の熱影響を熱処理によって事前に熱履
歴を与え、圧延中に組織変態することを防止することに
ある。温度については５００００下では残留応力の低減
が計られず、６００ｑｏ以上では硬度低下が著しく目的
とする高硬度が得られない。次に本発明において、その
ロール軸芯部に用いる球状黒鉛鋳鉄材の成分およびその
特定割合について説明すると、本発明における軸芯部は
、外殻の内面一部が洗われて落着するため、この洗われ
量を考慮してその成分並びに割合を決定する必要があり
、先ずＣは鞠性と強度を付与するために含有させるが、
Ｃ含有量が２．８％未満では材質のチル化が進行し、鼠
芯部２における鞠性の低下が著しくなり、また３．６％
を越えて含有されると黒鉛化が過剰となり、軸芯部２の
強度不足となるため、その含有量を２．８〜３．６％に
特定するのであり、Ｓｉは材質の脆弱化を防止するため
に必要とされるが、その含有量が１．６％未満では黒鉛
化が悪くなってセメンタィトが晶出し、軸芯部強度が劣
化して残留応力により鋳造時の割れを生じ易く、また２
．５％を越えて含有されると、黒鉛化が促進して強度の
劣化を招くため、１．６〜２．５％に特定するのであり
、このさし、軸芯部２の綾込時にＣａ−ＳｉやＦｅ−Ｓ
ｉを同時に０．２〜０．５％（Ｓｉとして）接種する手
段もきわめて有効であり、用いることもある。ＭｎはＳ
と結合してＭｈＳとなり、Ｓの悪影響をなすためである
が、このさし、その含有量０．１％未満ではこの効果が
なく、また含有量０．５％を越えると逆にＳの悪影響を
防止するよりも、むしろ材質の劣化作用が著しくなるの
で、０．１〜０．５％に特定するのであり、Ｐは溶湯の
流動性を増加させるためであるが、材質を脆弱にするお
それもあるため低い程望ましく、従ってＰ含有量は０．
１％以下に特定するのであり、Ｓは前記Ｐと同様、材質
を脆弱にするおそれがあるので、その含有量は低い程良
く、かつ軸芯部２は球状黒鉛鋳鉄であるため、Ｍｇと結
合してＭｇＳとなり、Ｓを減少させるが、黒鉛を球状化
するためにはＳは低いことが必要で、このためその含有
量を０．０２％以下に特定するのであり、Ｎｉは黒鉛の
安定化のために必要とされ、その含有量０．５％以下で
は安定化効果がなく、また１．５％を越えても顕著な効
果はないため、０．５〜１．５％に特定するのである。

Ｃｒは外殻からのある程度の軸芯部２側への混入は不可
避であるさめ、低い程望ましいがＳｉとのバランスから
その含有量は０．３％未満とするのが良く、０．３％を
越えると混入量と合算されて材質のセメンタィトが多く
なり、強轍性の点で劣化するので好ましくなり、また０
．１％以下であるとＳｉとのバランスが崩れるので、そ
の含有量は０．１〜０．３％に特定するのであり、Ｍｏ
は０．５％以上含有されると材質が硬くなり過ぎるため
、その含有量は０．５％以下とされ、Ｍｇは黒鉛の球状
化のために必要なものであるが、その含有量が０．０２
％未満では球状化不良となって、軸芯部２を強靭な球状
黒鉛鋳鉄とすることが困難であり、また０．１％を越え
て含有されるとＭｇのチル化作用及びドロスの点におい
て望ましくなく、このためその含有量は０．０２〜０．
１％に特定するのである。このごし、上記各成分の特定
に当り、鏡放し状態（アズ・キャスト時）でその引張強
さ４５〜５５ｋ９／柵、伸び１．０〜２．０％と関連さ
せてあるが、一般に使用中のロールには、残留応力・熱
応力・圧延応力の合成応力が発生し、この合成応力に耐
えてロールが折損することなく使用されるためには、軸
芯部材質の引張強ご４５〜５５ｋ９／均、伸び１．０〜
２．０％が必要であるからで、この値は第１図示の従来
の単体アダマイトロールの軸芯部４における引張強さ、
伸びと同等のものであり、この引張強さ、伸びを持ち従
来の単体アダマィトロールは折損がないという実績があ
るからである。更に本発明において外殻１のアダマィト
材質において、その硬度Ｈｓ６０〜７５と説明している
が、一般にホットストリップミル仕上前段スタンド等で
用いるワークロール（圧延ロール）においては、耐摩耗
、耐肌荒、耐クラツク、耐事故性が要求され、このさし
、ロールの耐摩耗性は硬度との相関が強く、また硬度Ｈ
ｓ６氏未満では耐摩耗性、耐肌荒性が急激に低下し、ま
た異状圧延に対する耐事故性、耐クラック性に対する抵
抗性は、硬度Ｈｓ７５以上になると必要とする鰯性が得
られず、急激に劣化する傾向がある。

従って優れた耐摩耗性、耐肌荒性、耐クラツク性、耐事
故性を確保するためには、高硬度アダマィトロール材と
して、その硬度Ｈｓ６０〜７５の範囲が適切である。な
お、本発明に使用する外殻材は、その組成は前掲の如く
周知のものであり、その組成についての技術的意義は従
来一般に説明されているのの城を出ないので、その説明
は省略する。次に本発明による具体的実施例について述
べる。

＜実施例＞ 下表に示すような化学組成を有する外殻アダマイト材、
藤芯部球状黒鉛鋳鉄材による第２図形状のかつ７０００
×１６７６その胴部を有するホットストリップミル用圧
延ロールを遠心力鋳造手段によって複合ロールとして製
造した。

（第１実施例） （第２実施例） 上記ロールを鋳造後、何れも外殻１のみを１０３０℃で
２斑時間拡散焼錨熱処理後、８２０℃で３餌時間球状化
焼鈍熱処理を行ない、３００ｑｏまで冷却後、齢入熱処
理として９００ｏｏまで急速に加熱（加熱速度３００ｏ
ｏ／時）し、ロール表面から６０側までが焼入温度に達
するまで保持し、後頃霧水冷により冷却（冷却速度３０
０午○／時）し、後ロール全体を５５０℃の温度で歪取
り熱処理（焼戻し熱処理）した。

このように熱処理したロールを、機械加工によって表面
加工し、その硬度測定を行なった処、第１実施例のロー
ルではＨｓ６５〜６７、第２実施例のロールではＨｓ６
３〜６５の硬度が得られた。また第１実施例のロールを
実際にホットストリップミル仕上前段スタンドのロール
として使用した処、折損もなくかつ耐肌荒性、耐摩耗性
においても優れていた。一方第２実施例のロールの残留
応力を調査するために、使用中に折損の原因となるロー
ル軸芯部２の軸万向引張り応力を調査した結果は、軸芯
部軸方向応力６．４〜７．５ｋ９／桝（引張りロール中
心部）であり、この結果で明かなように、ロール軸芯部
（ロール中心部）鞠方向引張り応力は６〜７ｋ９／嫌と
低く、従来の全体を加熱した熱処理法のものに比し、硬
度Ｈｓｌｏ〜１２塁度向上し、残留応力も全く変りなか
った。また単体鋳造アダマイトロールで、ロール全体を
加熱し、硬度を上げるために曙霧水冷条件を従来より厳
しくした場合、ロール軸芯部中心部での引張り残留応力
は１０〜１６ｋ９／磯に上がるのであり、従って使用中
の熱応力（一般には圧延開始後２粉ご内外で１０〜１２
ｋ９／柵）が合成されると、ロール中心部に生じ易い粗
晶または巣状欠陥部の材料材力をオーバーして折損につ
ながるのである。これに対し本発明のように鞠芯部２を
弾性系数の低い鋳鉄系、即ち球状黒鉛鋳鉄材とすること
は、鋳鉄系の特性と相まって、中心部に引け巣等は生じ
にくいので、耐折損性の点においても有利であり、第２
実施例のロールについて、鞠芯部の引張強さ、伸びを調
査した結果は、引張強さ５１ｋ９／柵、伸び１．２％で
あり、この値は従来の巣体鋳造アダマィトロール軸芯部
における引張強さ、伸びと同等であり、本発明ロールを
実際に圧延用として用いても、ロールに発生する合成応
力に充分抗し、折損するおそれなく使用されることが理
解できるのである。本発明は以上の通りであって、熱間
圧延ロールとして、外殻をアダマィト材、藤芯部を球状
黒鉛鋳鉄材とする複合ロール構造とすると共に、この複
合ロールの外殻アダマィト材に対してのみ、一蓮の前述
熱処理を施すことにより、本発明はその表面硬度Ｈｓを
従来より１０〜１２蓮度向上させ、しかも耐折損性、耐
肌荒性その他の必要特性において欠ける処のない優れた
品質の圧延用ロールを提供できるのである。

このさし、本発明によればその外殻１に対してのみ一連
の熱処理を付与するのみでよく、従来のように単体アダ
マィトロール全体に対して一連の熱処理を施すものに比
し、その熱処理のための熱エネルギー消費量を著しく節
約でき、省エネルギーと低コスト生産の点でもきわめて
有利である。しかも従来の単体鋳造アダマィトロールと
同じ残留応力で硬度を向上できることは更に有利であり
、また内外複合ロール構造によると共に軸芯部材質の特
定によって、従来の単体鋳造アダマィトロールにおいて
、その硬度の上昇に伴なう熱処理時の割れや胴部折損の
発生のおそれをなくし、より高い硬度とより優れた機械
的強度とを具備し、熱間圧延用ロールとして最適の高硬
度ァダマィトロールを経済的に提供するものとして優れ
ている。尚本発明の熱処理実施に当って、暁入熱処理は
従来の台車式炉を用いることなく、支承ローラで複合ロ
ーラ胸部を支え、胴部を回転させて外殻のみの焼入可能
であって、より簡便な熱処理炉が使用できるのである。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の単体構造ァダマィトロールの説明図、第
２図は本発明による遠心力鋳造による複合アダマイトロ
ールの説明図である。 １・・・ロール外殻、２・・・ロール鞠芯部、３・・・
ロール胴部、４・・・ロール芯。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 遠心力鋳造手段により、外殻が重量％で、Ｃ：１．
   ０〜２．８、Ｓｉ：０．３〜１．５、Ｍｎ：０．３〜１
   ．５、Ｎｉ：０．３〜２．０、Ｃｒ：０．５〜２．０、
   Ｍｏ：０．２〜２．０、残部実質的にＦｅかららるアド
   マイ材で形成され軸芯部として鋳放し状態でその引張強
   さ４５〜５５ｋｇ／ｍｍ＾２、伸び１．０〜２．０％と
   なるように重量％で、Ｃ：２．８〜３．６、Ｓｉ：１．
   ６〜２．５、Ｍｎ：０．１〜０．５、Ｐ：０．１以下、
   Ｓ：０．０２以下、Ｍ：０．５〜１．５、Ｃｒ：０．１
   〜０．３、Ｍｏ：０．５以下、Ｍｇ：０．０２〜０．１
   、残部実質的にＦｅより成る鋳鉄材により形成され、前
   記外殻と軸芯部が溶着一体化された複合ロールを製造し
   、この複合ロールに対し、引続き熱処理として９５０℃
   〜１０５０℃の温度で外殻のみを加熱する拡散焼鈍と、
   Ａ＿１変態点以上でＡ＿１変態点から２００℃以内の温
   度で外殻のみの球状化焼鈍熱処理を行ない、次いで３０
   ０℃位まで冷却後外殻のみを急速加熱して９００℃以上
   の焼入温度に保持し引続き冷却処理による焼入を行なつ
   た後、ロール全体を５００℃〜６００℃に加熱して焼戻
   し熱処理を行なうことにより、外殻硬度Ｈｓ６０〜７５
   の高硬度アダマイトロールを得ることを特徴とする熱間
   圧延用ロールの製造法。