JPS60177945A

JPS60177945A - 耐摩耗鋳物の遠心力鋳造法

Info

Publication number: JPS60177945A
Application number: JP3476184A
Authority: JP
Inventors: Toshio Tani; 谷　登志夫; Atsushi Funakoshi; 淳船越; Hitoshi Nishimura; 仁志西村; Toshiaki Morichika; 森近　俊明
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1985-09-11

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、基地中に塊状の晶出タングステン炭化物が緻
密に分散した組織からなる外層を有する、圧延用ロール
等として好適な高耐摩耗性を備えた鋳物の遠心力鋳造法
に関する。

圧延用ロールは、耐用命数の向上・安定化、被圧延材の
表面品質の確保等のために耐摩耗性にすぐれたものであ
ることが要求される。耐摩耗性に乏しいと、ロール表面
の摩損・肌覧れ等による凹凸が生じ易く、これが被圧延
品の表面にロールマークとして転写されて表面欠陥とな
るからであり、また、これを防止するためにはロールを
頻繁に取替えねばならず、それに伴って圧延ラインの操
業中断頻度が増し生産性の著しい低下を余儀なくされる
とともに、ロールの補修（ロール表面改削加工）に要す
るコスト負担が大幅に増大するからである。

従来より、圧延用ロールとしては、チルドロールに代表
される鋳造系ロールが汎用されている。

しかし、鋳造系ロールの耐摩耗性は必ずしも満足し得る
ものではなく、その耐用命数の改善は永遠の課題とされ
ている。耐摩耗性が特に要求される場合は、鋳造系ロー
ルに代えて超硬ロールが用いられている。超硬ロールは
鋳造系ロールをはるかに凌ぐ耐摩耗性を有する。しかし
、超硬ロールは、原材料として高価なタングステン炭化
物（ＷＣ）およびコバル）（００）を多量に必要とする
うえ、その製造には熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）のため
の特殊な技術と設備を要するため、極めて高価につくの
が難点である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、外層領域
の組織が基地金属と該基地中に緻密に分散する塊状の晶
出タングステン炭化物からなる耐摩耗性にすぐれた鋳物
の製造法を提供する。

本発明の耐摩耗鋳物の製造法は、Ｗを含む一定の成分組
成の溶湯を、遠心鋳造用鋳型内に鋳込み、溶湯中に晶出
する塊状の晶出タングステン炭化物を、遠心力の作用下
に溶湯との比重差により外層領域に移行させ、外層領域
に塊状晶出タングステン炭化物を緻密に分布させるよう
にした点に特徴を有する。

本発明によれば、Ｗを含む一定の成分組成を有する溶湯
を、遠心力鋳造用鋳型内に、その軸心を回転中心とする
回転駆動下に鋳込む。鋳込まれた溶湯は遠心力の作用で
鋳型内面に沿う溶湯シリンダ（円筒状の層）を形成する
。溶湯中には、その温度降下に伴って塊状のタングステ
ン炭化物の晶出をみる。そのタングステン炭化物は基本
的にはＷＣであるが、溶湯の成分組成や冷却速度の影響
によりＷと他の成分元素、例えばＯｒ、Ｆｅなどとの複
炭化物として晶出する。晶出したタングステン炭化物は
溶湯より比重が大きく（例えば、ＷＣの比重は１５．７
）、遠心力の作用により比重分離され、溶湯シリンダの
外周領域（外層）に移行する。鋳型の回転を続行し、晶
出炭化物を外層領域に集合させて溶湯の凝固完了をまて
ば、第１図に示すように、基地（ｍ）と、該基地中に緻
密に分散する晶出タングステン炭化物（Ｃ）とからなる
組織を有する外層（Ａ）と晶出タングステン炭化物が比
重分離された内層（Ｂ）との同心円状二層構造を有する
鋳造体が得られる。内層（Ｂ）には晶出タングステンの
一部が残留してもかまわないが、溶湯全体における総晶
出量が同じであれば、より多く外層に移行させて外層の
組織内に該炭化物を緻密化させることが、外層の耐摩耗
性の点で有利なことは言うまでもない。外層に晶出炭化
物を移行させるに必要な遠心力は、溶湯の成分組成、鋳
込温度等により一様ではないが、鋳型内面」−の重力倍
数で表すと、通常約５０〜１５０Ｇ程度である。

本発明における鋳造合金は、基本的には、Ｃ：１．５〜
５０％、Ｓｉ：３，５％以下、Ｗ：２５．０〜８０．０
％を含有し、残部は実質的にＦｅからなる。

その基地は、残部のＦｅとＳｉ、Ｋｎおよび一部のＣ，
Ｗとで形成される。また、本発明の鋳造合金は、基地の
性能改善を目的として、残部（Ｆｅ）の５０％以下を、
Ｍｎ、　Ｏｒ、　ＮｉｌＭｏ、　Ｃｏ、　Ｖ、その他の
合金元素で置換したものであってもよい。

本発明における基本構成４分の限定理由は火のとおりで
ある。

（３：１．５〜５０％Ｃは晶出タングステン炭化物の形成に必要である。その
含有量が１５％に満たないと、前記図示のような個々に
独立した塊状のタングステン炭化物は晶出せず、連続し
た鉄−タングステン複炭化物の形成をみる。また、５．
０％をこえると、基地中に黒鉛が晶出し脆化する。よっ
て、１５〜５．０％とする。

Ｓｉ：３，５％以下基地中への針状のタングステン炭化物の晶出とそれに伴
う脆化の防止、および鋳造時の溶湯の流動性改善効果を
有する。しかし、多量に含有すると基地の脆化が著しく
なるので、３５％以下とする。

Ｗ：２５．０〜８０．０％本発明鋳造物を構成する最も重要な元素である。

初晶タングステン炭化物を十分に晶出させるには、少く
とも２５．０％を必要とする。一方、８０．０％をこえ
ると、溶融点が高く、溶解−鋳造が困難となる。よって
、２５．０〜８０．０％とする。

Ｏｒ、Ｎｉ、その他の所望により添加される合金元素の
含有量は、その合金元素の性質、添加目的等に応じて適
宜法めればよい。

本発明における鋳造合金の基本成分構成を第２図のＦｅ
−Ｇ−Ｗ三元系状態図に当てはめると、相当組成の液相
面はボトム線（約１７００→１２００°Ｃ）の上側（高
炭素側）にあり、初晶としてタングステン炭化物の晶出
をみることがわかる。本発明鋳物の基地中の晶出タング
ステン炭化物は、基と他の成分元素との複炭化物として
晶出する。第３図はＣ：４１０％、Ｓｉ：０．５４％、
Ｍｎ：０８０％、Ｗ：４０．０％、残部実質的にＦｅか
らなる成分組成を有する鋳造体の金属組織（５０倍率）
を示す。基地（ｍ）中に幾何学的晶癖を呈して緻密に分
散する塊状物（Ｃ）が晶出タングステン炭化物である。

Ｘ線マイクロアナライザーによると、該炭化物はＷＣで
あり、Ｆｅ、　Ｏｒなどの元素は殆んど含まれていない
。本発明によれば、前記の成分組成を有する鋳物を、そ
の基地中に粒径約５〜１００μｍ（円形換算値）の塊状
晶出タングステン炭化物が面積率で約１５〜７５％を占
めるような組織を有する鋳物として得ることができ、そ
の炭化物の硬度はｆ（ｖ約２０００〜２４００と極めて
硬質である。かかる組成を有する鋳物は圧延用ロール等
として好適である。

ところで、鋳造凝固過程で晶出するタングステン炭化物
が粗大な塊状、あるいは塊状物の連続したものとなると
、材料の脆化や耐摩耗性の劣化を生じ、圧延用ロールや
その他の構造材料としての適性に欠けたものとなる。こ
れを防ぐには、溶湯に列しタングステン炭化物粒子によ
る接種を施すことが有効である。接種剤であるタングス
テン炭化物は、ＷＣ，Ｗ２Ｃなど、あるいはタングステ
ンチタン炭化物などの複炭化物であってよい。その粒径
は１０〜２５０μｍであるのが好ましい。

粒径が１０μｍに満たないと、粒子が溶湯中に完全に溶
解し拡散し易く、拡散してし捷うと接種の効果が消失す
る。一方、２５０μｍをこえる粗大粒子であると、溶湯
中にそのま＼粒子として残存するため、この場合も接種
の効果が少くなる。タングステン炭化物粒子の接種によ
り、晶出タングステン炭化物の微細均一に分散した組織
の形式をみるのは、接種された炭化物粒子が、浴湯中で
崩壊、分散して均一に分布し、あるいは均一に分布した
粒子が溶解はするが拡散はしない状態にあって残留核あ
るいは晶出核としての作用をなし、それによって晶出炭
化物の粗大化・凝集が回避されることによる、と推定さ
れる。

また、接種するタングステン炭化物粒子の量は、溶湯量
に対し００５％以上であるのが好ましい。

接種量が００５％に満たないと、養核作用が不足し、工
業的に十分な効果を得がたいからである。

接種量を多くした場合は、投与された粒子の吸熱に伴う
溶湯の降温、あるいは崩壊・分散したタングステン炭化
物粒子の多量の混在等により溶湯の流動性の低下をみる
が所要の流動性が保たれる限り、接種量を多くしても特
に問題はない。余剰のタングステン炭化物粒子は、造核
作用に関与しないが、そのま＼残存して耐摩耗性の向上
に寄与するからである。もつとも、投与量が２０％をこ
えてもその効果は殆んど増加せず、経済的に不利である
。

なお、接種の時期は、出湯直前の炉中、あるいは出湯中
もしくは出湯後の取鍋中であってよい。

また、鋳型内に散布しておくか、鋳型内への鋳込中に行
ってもよい。

鋳造条件には特別の制約はないが、必要ならば鋳型内の
溶湯の急速な凝固をさけ、晶出タングステン炭化物の外
層領域への比重分離に要する時間的余裕を与えるために
、鋳型を適当な温度、例えば４００〜９００°Ｃに予熱
して鋳込みを行うことも効果的である。

本発明において、目的とする鋳物は、例えば中実柱状体
として得ることができ、あるいは中空筒体として得るこ
ともできる。ロール類を目的とする場合は、耐摩耗性は
表面の問題であるから、中空円筒体を鋳造し、必要なら
ばその中空孔にコアー材として他種金属を鋳造して２層
構造を形成してもよい。こうすれば、溶湯の成分元素お
よび接種剤としての高価なタングステンの使用量全節減
しながら所要の材料特性を満たすことができる。

実施例高周波溶製された第１表に示す（１）〜（４）の溶湯を
、遠心鋳造用鋳型（砂型）に鋳込み、遠心力の作用下に
中空円筒状鋳物（１）、（ＩＤ、（１）および（ＩＶ）
〔いづれも、外径１４０ｍｍＸ肉厚２０ｍｍＸ長さ２０
０　ｍｍ　）を得た。鋳込温度は１５５０’Ｃ，鋳型回
転速度は８００ｒｐｍ（ｉ型内面上での重力倍数：約５
０Ｇ）である。

（１）鋳物の断面の組織各鋳物（１）〜（１’）の外層々厚、外層中の晶出タン
グステン炭化物の平均粒径（円形換算値）および外層に
おける晶出タングステン炭化物の占める面積率を第２表
に示す。

（１１）耐摩耗性鋳物（ＩＤおよび（ＩＶ’）の外層部から板状試片を調
製し、大越式迅速摩耗試験機にて摩耗試験（但し、摩耗
距離：２００７７２、最終荷重：１６．８／ｃｇ、相手
材：鋼材、ＨＲＣ５８）を行った。比較例として従来材
であるチルド鋳鉄について同じ試験を行い、第３表に示
す結果を得た。本発明例の比摩耗量は、従来材のチルド
鋳鉄のそれよりはるかに少く卓抜した耐摩耗性を有して
いる。

第　１　表　（ｗｔ％）第　２　表以上のように、本発明により得られる鋳物は、基地中に
微細な塊状晶出タングステン炭化物が緻密で均一に分散
した組織からなる外層を有するので、外面の耐摩耗性が
要求される圧延用ローノペ搬送ロールなどとして極めて
好適であり、従来材の鋳造系ロールに比し格段にすぐれ
た耐用命数を保証し、かつ被圧延材の表面品質の向上環
の諸効果をもたらす。なお、晶出タングステン炭化物を
、遠心力により比重分離させて外層に集中させるのであ
るから、溶湯中のＷ含有量が比較的低くても、外層での
晶出タングステン炭化物の緻密化と耐摩耗性の向上を図
ることができる。従って、高価なタングステンの消費量
が少くてすみ、経済的にも有利である。本発明により得
られる鋳物は、ロール類に限らず、各種の耐摩耗用途に
有用なことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により得られる鋳物の組織を模式的に示
す部分断面図、第２図はＦｅ−Ｗ−０三元系状態図、第
３図は外層の金属組織を示す図面代用写真である。ｍ：基地、Ｃ：晶出タングステン炭化物。代理人　弁理士　宮崎新八部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　Ｃ１，５〜５０％、８１３５％以下、Ｗ２５．
０〜８０．０％を含む鉄系合金溶湯を、遠心力鋳造用鋳
型に鋳込み、遠心力の作用下、溶湯中に晶出する塊状タ
ングステン炭化物を溶湯との比重差により外層領域に移
行させることを特徴とする塊状晶出タングステン炭化物
が基地中に緻密に分散した組織からなる外層を有する耐
摩耗鋳物の遠心力鋳造法。