JPS6027407A - 複合高クロム鋳鉄ロ−ル - Google Patents

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】 技術分野 熱間圧延に使用される高クロム鋳鉄を外殻とする遠心鋳
造複合強靭ロールに関してこの明細書にのべる技術内容
は、外殻からのＯｒの拡散による内芯の強度低下の回避
を１指した開発成果であり、熱間圧延用ロールの属して
いる技術の分野に位置している。

問題点 く一般的要請〉 熱間圧延に使用されるロールは、一般に圧延材と接する
ロール胴部にで、耐摩耗性、耐クラツク性、耐肌荒れ性
が要求されるため、その高硬度化がはかられ、一方軸芯
部には圧延荷重に耐える強靭性が要求される。従ってこ
の種のロールの構造は、外殻と内芯にそれぞれ異なった
材質を用いた複合ロールが多く製造されるようＫなって
きた。

・く外殻〉 まずロール胴部に供する外殻の材質としては。

アダマイト鋳鋼や、Ｎ１グレン鋳鉄、チルド鋳鉄などが
広く使用されてきたが、耐摩耗性を向上させるために、
０含有量を増し、セメンタイト量を増大させると、鋳鋼
系の材質にあっては初析セメンタイトが巨大忙析出して
圧延時の欠は落ちの原因となり肌荒れを生ずるし、一方
鋳鉄系の材質においては、黒鉛晶出量が増大してやはり
圧延中の肌荒れの原因となる。

そこで耐摩耗性、耐肌荒れ性を向上させるためｉｃ、Ｏ
ｒ含有鳳をあげ、Ｍ８０型炭化物に代って硬度のより高
いＭ、Ｏ，型炭化物を微細均一に分布させたロールが有
利であり、ここＫＯｒ含有量は、１８〜２６重量％（以
下単に％と略す）ＴｉＣシた高り算ム鋳鉄ロールが一般
忙使用される。

〈内芯〉 次に内芯の材質としては、鋳造性の良い片状黒鉛を有す
る強靭鋳鉄（引張り強さ２６〜８０ｋｇ／ｍ”　）がか
つ又主に使用されたが、最近では低°温圧延、高速・高
圧下圧延など圧延効率向上をはかる操業が行なわれるよ
うになり、ロール使用条件がか酷となるのにともない、
ロール軸の内芯およびネック部の強靭化が必要となり、
そのため引張り強さ４０〜５５　ｋｇ／ｍ”が容易に得
られる球状゛黒鉛鋳鉄を内芯の材質として採用されるよ
うになってきた。

く複合ロールの鋳造とそれに伴う問題〉ところで一般に
このような複合ロールの製造法としては、中抜き鋳造法
、遠心力鋳造法などが用いられているが、外殻厚みの均
一化がはかりやすく、かつ内層への外殻材質成分の混入
を抑制しやすく、しかも製造コストでも有利な遠心力鋳
造法を使用することが多くなってきた。

従来の外殻材質は、すでに触れたようにＯｒ含有量が低
く概ね８．６％以下であったため、内芯への外殻成分の
混入がかりに生じても、Ｏｒ混入量は０．５％以下（す
なわち混入率は最大でもｇｏ％）Ｋおさえることが可能
であった。

したがって普通鋳鉄よりもＯｒの混入による白・鋭化・
脆化に敏感な球状黒鉛鋳鉄な内芯材としても強度低下へ
の影看は少なかった。

ところが外殻材質として耐摩耗性、耐肌荒れ性に富む高
クロム鋳鉄を使用した場合には、外殻のＯｒ含有量の如
何によって若干は異なるが、例えば１６％Ｏｒ鋳鉄を例
にとると、外殻から内芯へのＯｒの混入量は１．１〜８
．２％（ここ忙混入高では８〜２０％）と高い値となる
。

球状黒鉛鋳鉄は、通常Ｋ１合金を強制添加して、溶湯の
強脱酸・強脱硫を行ない黒鉛形状を球形圧したものであ
り、普通鋳鉄に比較するとセメンタイト化しやすく、Ｏ
ｒ含有量１％以上では多量のセメンタイトを晶析出し゛
て脆弱になることが知られている。

したがって高クロム鋳鉄を外殻とする複合ロールの内層
に球状黒鉛鋳鉄を使用する場合には、内層へのＯｒの混
入を防止し、少くとも充分に低減することが重要である
。

〈内芯Ｏｒ混入の防止〉 内芯へのＯｒ混入防止の一つの方法としては、外殻がＣ
マぼ完全に凝固した後に内層溶湯を注入し、混入量を十
分に低くする方法がある。しかし仁の場合托は、外殻と
内芯の境界部の溶着が不完全となり、圧延使用時忙圧延
応力によりロール胴の剥離を生じるなど事故の原因とな
るため好ましくなｔ）。

一方外殻である高クロム鋳鉄材質と内芯の球状黒鉛鋳鉄
溶湯が直接接触しないように、それらの中間に第三層を
注入し、Ｏｒの拡散をこの中間層で阻止する方法も種々
考えられる。

例えば中間に高０．高８１でチル化しにくい普通鋳鉄を
注入する方法もあるが、この場合は中間層部分が片状黒
鉛を有する組織であるため、局部的な強度低下領域な生
ずるので好ましくない。

また中間［０８％以下の鋳鋼あるいはアダマイト材質を
注入し白銑化を防止する方法も考えられるが、この場合
には中間層にて融点がもつとも高くなるため、中間層の
鋳込み温度が１００°Ｃ以上も高くなり、既凝固の外殻
層を再溶解させて外殻層の厚みコントロールをむずかし
くするとともに、・°内芯となる球状黒鉛鋳鉄の凝固開
始温度の方が低いため、その鋳込みの温度・時期などの
選定がむづかしくなり、作業管理が複雑になる欠点があ
る。

発明の目的 以上の問題点に関し、より平易な方法で高クロム系鋳鉄
の外殻に対し上記のような欠点を伴わずに球状黒鉛化鋳
鉄との複合によって的確なり層化な、とくに中間層の強
度低下なしに、内芯強度にもすぐれた複合高クロム鋳鉄
ロールを提供することがこの発明の目的である。

発明の構成 上記の目的は、次の事項を骨子とする８層構造により充
分な実効をあげることができる。

遠心鋳造による高クロム系鋳鉄の外殻と、この外殻中圧
鋳込んだ球状黒鉛鋳鉄の内芯およびこれら外殻と内芯と
の間に介在させたＯａ処処理バーミキュラー鋳鉄質量間
層の８層構造に成る、複合高クロム鋳鉄ロール。

°　ここに、外殻がＯ：Ｌ５〜８．５％、０ｒ１８〜２
ｂ％を含む組成の高クロム鋳鉄であり、内芯が０　：　
Ｌ５〜８．５％、　Ｓｉ　：　２．０〜８．０％を含む
組成の球状黒鉛鋳鉄であり、中間層がＯｒ混入量Ｓ、Ｏ
％以下”？’　ＯＬ５〜４．０％、　Ｓｉ　２．０〜８
．６％。

Ｍｎ０．７％以下、　Ｓ　Ｏ，０８％以下を含有する組
成になるバーミキュラー鋳鉄質であること、また中間層
厚が、８０〜１００ｍであることが実際上有効である。

この発明の発想の基礎は、片状黒鉛鋳鉄と球状黒鉛鋳鉄
の中間性質をもつバーミキュラー鋳鉄のうちＯａ処理に
よるものは白銑化しにくい特長をもつことの有利な活用
にて高クロム鋳鉄材からのＯｒの拡散による球状黒鉛鋳
鉄の材質劣化の防止に役立℃複合ロールの中間層として
利用をするところにある。

玉揚のように外４ｆ９Ｖｃ用いる高クロム鋳鉄の材質は
、ＯＬ５〜８．５％および０ｒｌＢ−２５％を含有する
ものがよく、その凝固開始温度は、１ｚ４０°Ｃ〜１８
００℃である。

°　内芯となる球状黒鉛鋳鉄材質は、０２．５〜８．５
％、　Ｓｉ　９．０〜８．０％を含有し、凝固開始温度
は１１５０℃〜１８００°Ｃである。

したがって、中間層として注入する溶湯も、はぼ同じ温
度で、凝固する材質であれば、すてに凝固した外殻を不
必要に再溶解する不利なく、しかもその鋳込み後外殻の
外側における鋳型側からロール中心部に向って安定した
一方向凝固が保たれ、凝固組織に不連続が生ずることな
く、均質なロールが得られることになる。

このような凝固温度を有する鉄鋼材料としては、鋳鉄系
材質が適し、強度が球状黒鉛鋳鉄に近い、とく忙黒鉛形
状が芋虫形となるバーミキュラー鋳鉄の適用を考えた。

さてバーミキュラー鋳鉄の製造法は、鋳鉄溶湯にＭｙ合
金、　Ｏｅ合金あるいはＯａ金合金添加する方法など各
種が知られている。

このうちＭｙ合金添加によるものは芋虫状黒鉛Ｋまざっ
て球形黒鉛の形成が多くなり、強度は高いが、むしろ球
状黒鉛鋳鉄の製造における旬添°加量を少量としたもの
に近いため、その溶湯は少量のＯｒの混入によりセメン
タイト化し易く、脆弱となる欠点をもち、この発明の高
クロム鋳鉄ロールの中間層材質としては適していない。

次にＯｅ合金を添加して得られるバーミキュラー鋳鉄は
黒鉛形状が揃っていて強度も安定１．ているが、反面と
（Ｋ　Ｏｅは白銑化助長傾向の強い元素であるため、こ
の場合もＯｒの混入によるチル化が、いちじるしく強度
低下域を形成するので好ましくない。

これに反してＯａ処理によるバーミキュラー鋳鉄は、Ｏ
ａが基地組織をフェライト化しやすい元素であるため強
度は前二者にやや劣るにしても、白銑化傾向が小さい特
長をもつことが４？鰺される。

さて球状黒鉛鋳鉄およびＯａ処理して得られた・バーミ
キュラー鋳鉄につき、それぞれＯｒ量を種々Ｋかえて溶
製した材料のＯｒ含有亀と引張り強さの関係を実験室的
に調べた結果の一例を第１図に示す。

曲線１は球状黒鉛鋳鉄材質の強度変化を示し、°曲線２
は、バーミキュラー鋳鉄材質の強度変化を示している。

低Ｏｒ域ではフェライト系のバーミキュラー鋳鉄の強度
はやや低いが１％をこえるＯｒ量では強度が逆転し基地
がパーライト化したバーミキュラー鋳鉄の方が強くなり
、セメンタイト量の多い球状黒鉛鋳鉄の方が小さい値と
なつ℃いる。

ところでＯｒ含有量１６％の高クロム鋳鉄ロールを例に
とると、中間層へのＯｒ混入皿な１％以下に抑えるＫは
、外殻の材質の混入割合を５％以下にとどめる必要があ
る。この場合には外殻が十分に凝固するのを待って中間
層を注入しなければならず外殻のとけ込み代は８ｆｉ程
度といちじるしく薄（なるため、局部的に溶着不良を生
ずるおそれが大きい。

一方完全な溶着な得るためにはとけ込み代は６〜８目す
なわち混合率８〜ｌＯ％が必要であり、この゛賜金中間
層へのＯｒ混入量は１．８〜１．６％となる。

ここＫＯｒが１．６％混入した場合ｍ１図から、°球状
黒鉛鋳鉄の強度は４０　ｋｙ／ｆｉ２程度しか得られな
いが、Ｏａ添加バーミキュラー鋳鉄では４８ゆ／−とほ
ぼ２割も高い強度が確保できることがわかったのである
。

仁のことは第２図、第８図に示すＯｒ　１．５％を含有
する鋳鉄の顕微鏡組織写真からも明らかである。すなわ
ち第２図に示したバーミキュラー鋳鉄はセメンタイトの
析出が少ないのに対し、第８図に示した球状黒鉛鋳鉄は
セメンタイトが多く脆弱になっている。

この発明による複合高クロム鋳鉄ロールの１例を第４図
に縦断面なまた第５図に縦断「示し、外殻Ｂ、中間層４
および内芯５が冶金学的に結合して一体化したものとな
る。

ここに外ｆｉＢと内芯６の境界に℃注入形成する中間層
４の厚みはＢｏｆｉ〜１００ｆｉが適している。

中間層４の厚みが８０ｍ未満と薄い場合には外殻からの
Ｏｒの混入量が２．５％以上となり、バーミキュラー鋳
鉄材質にセメンタイトの析出を生じるため強度が低下す
るので好ましくない。

一方間間層の厚みが過大な場合圧は混入するＯｒ濃度は
希釈されてバーミキュラー鋳鉄材質への影響は少なくな
るが内芯５を形成する球状黒鉛鋳鉄領域がその分狭くな
るため高強度・強靭化の効果が失なわれ、ここに中間層
４の厚みが１００龍をこえると中間層４へのＯｒ混入量
が０．８％程度と少なくなるため強度が４０　ｋｇ／ｍ
ｍ”以下（第１図参照）となり必要強度が確保され難い
ばかりか、バーミキュラー鋳鉄溶湯がネック部へも流入
する量が増加して球状黒鉛鋳鉄と混合するためネック部
の強度低下を招くため好ましくない。

この発明に使用するバーミキュラー鋳鉄を構成する主要
成分元素としては、Ｏ、Ｓｉ　、　Ｉｎ　、　Ｓの含有
量に４９＆Ｃ留意する必要があり、各々以下に示す範囲
がとくに好ましい。

０　：　Ｌ５〜４　％ ０はＳｌとともに鋳鉄の組織を決定する主要元素であり
、両者は互いに関連の深い作用を果す。

０量カ２．５％未満では凝固後のバーミキュラー鋳鉄中
の黒鉛量が少なく、その形状も片状に近いも°のが多く
なるため強度が低下するので好ましくない。４％をこえ
ると黒鉛形状が粗大となるとともに溶湯組成が過共晶側
圧移行するため、芋虫状黒鉛が減少して球形黒鉛が増加
し、軸芯部に用いる球状黒鉛鋳鉄と同様な性質になるた
め、中間層としての特質が失われる。

Ｓｉ　：　２１．０〜８．５％ Ｓｌは、Ｏと関連して鋳鉄の材質への影響の大きい元素
であるが、Ｓ１含有量が２．０％未満では黒鉛化が不十
分゛となり、Ｏｒの混入によりセメンタイトが析出しや
すくなるため強度、とくに靭性の低下を招く。８１量が
８．５％をこえると黒鉛晶出凰が多くなるとともに、溶
湯組成が過共晶となり、球状黒鉛が増加するためバーミ
キュラー鋳鉄の領域からはずれる。

Ｉｎ含有量：０．７％以下 Ｍｎは、基地組織に影響をおよぼす元素であり、０．７
％をこえると、基地がパーライトになる。ここに、Ｏｒ
の混入により形成される炭化物がセメンタイトとして析
出するのを防止するＫは、基地゛組織はフェライトであ
ることが望ましいため、Ｉｎ含有量は、０．７％以下と
する。

８　：　０．０８％以下 バーミキュラー鋳鉄として黒鉛形状を芋虫状にするため
ＫＯａ合金を添加するが、このＯａはＳとの結合力の強
い元素であるため、添加時に溶銑中のＳと反応してＯａ
Ｓを形成して減耗する。

したがつ℃多量のＳが存在すると黒鉛形状制御に有効な
Ｃａ量が確保できなくなる。もちろん高Ｓ量に見合う分
、Ｏａ金合金多量に添加することも可能であるが、形成
されるＯａＳ介在物量が多くなり、凝固後も多量に残存
するため強度低下を招く。かくしてＳ含有量０．０８％
をこえるとＯａ合金添加量、残留Ｃａ量、　ＯａＳ量な
どがコントロールしにくくなるため、Ｓ量は少ない方が
好ましく、最大量を０．０８％に制限した。

合金元素については、特に添加の必要はないが、材質強
化の面からＮ１を１％未満添加してもよい。

もちろんＯｒは外殻の材質からの混入が避けられないた
め、鋳込み溶湯中のＯｒ含有量は０．１％°以下忙抑え
、混入後の０ｒａｌは多くとも２％以内にととめてセメ
ンタイトの析出防止をはかる。

以下実施例についてのべる。

実施例 胴径７００　ｍ　＋長さ１４　Ｉｓ　Ｏｕ＋の熱間圧延
仕上げ前段ワークロールを、高クロム鋳鉄材質の強靭複
合ロールとして鋳造するに当り、この発明による中間層
忙バーミキュラー鋳鉄、内芯に球状黒鉛鋳鉄な用いた結
果について以下に述べる。

この場合の鋳込み溶湯量は、各層の厚みに換算して外殻
８となる高クロム系鋳鉄溶湯７５朋、中間順番のバーミ
キュラー鋳鉄溶湯９０誌、内芯５の球状黒鉛鋳鉄溶湯は
残り１８５ｆｉ中心までとした。

中間層４の厚みは、ロールサイズ、とけ込む外殻溶湯量
、溶は込み後の中間層の合金成分目標値、内層へとけ込
む量など鋳造条件によって異なってくるが、クロム混入
量１．５〜２％に管理するＫは８０鱈〜１０（ｌａｌの
範囲とするのが良い。中間層厚みが薄すぎる場合には、
Ｏｒ含有量が２％以上となつ℃白銑化が生ずるし、中間
層厚みが大きすぎると内芯を形成する球状黒鉛鋳鉄の量
が少なくなり、内部強靭化がはかりＫ＜くなるのはすで
釦のべた。

各溶湯の鋳込み化学組成の例を表１に示す。

表　１　（重量％） この場合複合ロールの鋳造法は遠心鋳造法とし、ＩＸ鋳
型回転数５５　Ｏｒ、ｐ、ｍ、　、遠心力の加速度ｉｓ
。

Ｇにて外殻溶湯から順次鋳込みを行なった。

外殻溶湯鋳込み約１７分後、外殻８が完全凝固する前、
とくに内面側に未凝固溶湯が約５ｆｉ残存している時点
で中間順番となるバーミキュラー鋳！１゜鉄溶湯を注入
した。さらにバーミキュラー鋳鉄層の内面が未凝固状態
にある１５分後に内芯５となる球状黒鉛鋳鉄を注入し、
中心部までの凝固を完了させた。　。

バーミキュラー鋳鉄の溶製忙当っては黒鉛形状を芋虫状
にし、基地組織なチル化しにくくするために、溶湯への
Ｏａ合金添加を行ったが、ここに化学成分調整の終了し
た溶湯な脱硫処理したＳ含有量を０．０１０％以下に予
め低下させ、Ｃａ添加の効果な有効とする処理を行なっ
た後、Ｇａ　８Ｂ％。

８１６０％を含有するＯａ金合金、溶湯量に対して１％
添加してバーミキュラー鋳鉄溶湯を溶製した◇この材質
の鋳鉄溶湯は、Ｏａ処理後の放置時間が長いと、Ｏａが
溶湯から離脱してその効果を失ない黒鉛形状が芋虫状と
ならず片状になるため強度がなくなる。したがってロー
ルの製造時にはＯａ金合金添加後能な限り短時間のうち
に鋳込むことが必要であり、この例によるローｔｖ鋳造
に際しては約２０分後に鋳造を実施した。

なおこの場合罠上記の材質にあっても他の鋳鉄°材料と
同様に鋳込み前ＫＳｉ系添加剤による接種を行ない、黒
鉛分布の均一化、黒鉛化の促進をはかることは、材質向
上の面から有効なので。

Ｆｅ　−Ｓｉ合金０．４％を、鋳込み１０分前に添加し
た。

凝固後の製品ロール各層の化学成分分析値を、表２に示
す。

外殻８の成分の中間層４への混入車は約８％であり、も
つとも拡散量の多いＯｒは１．５７％に増加しているが
、バーミキュラー鋳鉄組織の白銑化はわずかであること
がわかった。

次に中間層４から内芯６へのＯｒ混入量は、０．１％程
度であり、Ｏｒの混入はほぼ完全に阻止される。

従って内芯すの球状黒鉛鋳鉄は、セメンタイトの少ない
良好な組織が得られた。さらにネック部の硬さも確保で
きた。

各部分の強度を調べた結果、中間順番のバーミキュラー
鋳鉄部分の引張り強さは、４　’ｌ　、６　ｋＩＩ／ｇ
ｗ”　＋内芯５は５０．９　ｋｙ／−の値が得られ、内
芯５Ｖｃ（らべて中間層４の強度低下はごく僅かなこと
が判明した。

また外殻と中間層、中間層と内芯の各境界は完全に溶着
し欠陥の発生はまったく検出されなかった。

各層は組織的にも完全に連続している。

発明の効果 以上のべたように、この発明は外殻８を耐摩耗性、耐肌
荒れ性にすぐれた高クロム系鋳鉄材質、モして内芯６を
強靭な球状黒鉛鋳鉄材質で形成する複合ロールがとくに
外層８と内芯すとの両者の間に中間層４を介在させて内
層軸芯部へのＯｒの拡散混入を防止するものであって、
ζこに中間層として使用するバーミキュラー鋳鉄はＯａ
処理によるためＯｒの混入による白銑化傾向が弱く、強
度低下も少ないため強度劣化領域を生じない利点がある
。

このため外殻Ｂから内芯５へのＯｒ混入は、中間層４で
ほぼ完全に阻止され、内芯の強靭性が確保できるよ５ｖ
ｃなった。

この発明による複合高クロム鋳鉄ロールの用途は、実施
例に述べたホットストリップミルの仕上げワークロール
にとどまらず、厚板圧延用ロール、ホットスキンパス用
ロールにも適用でき、焼入れ処理を施してＨＩＮ８５以
上の高硬度にすることにより、コールドミル用ロールに
も適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、球状黒鉛鋳鉄とバーミキュラー鋳鉄のＯｒ含
有凰による強度変化を示す図表、第２図、第８図は、Ｃ
ｒ　１４％を含有するバーミキュラー鋳鉄また、Ｏｒ　
１４％を含有する球状黒鉛鋳鉄の各ミクロ顕微鏡組織写
真であり。 第４図はこの発明圧よる複合高クロム鋳鉄ロールの縦断
面図また ｔＩＸ５図は同じく横断面図である。 特許出願人　川崎製鉄株式会社 第１図 Ｃｒ％

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　遠心鋳造による高クロム系鋳鉄の外殻と、この外殻
   中に鋳込んだ球状黒鉛鋳鉄の内芯およびこれら外殻と内
   芯との間に介在させたＯａ処処理バーミキュラー鋳鉄質
   量間層の８層構造に成る。複合高クロム鋳鉄ロール。 区　外殻が、Ｏ：　Ｌ６〜８．６　＠＠％、　Ｏｒ　：
   　１Ｂ〜８６重量％を含む組成の高クロム鋳鉄であり、
   内芯がＯｎ　Ｌ５〜８．５重量％、　ｓｌ；　２．０〜
   ８．０重量％を含む組成の球状黒鉛鋳鉄であり、中間層
   がＯｒ混入量８．０重量％以下で０　：　２．５〜４．
   ０重量％、　８１　：　ＬＯ〜８．５重量％＊　Ｉｎ　
   ：　０．９重量％以下、　Ｓ　：　ｏ、ｏａａ量％以下
   を含有する組成になる、バーミキュラー鋳鉄質である特
   許請求の範囲ｌ記載のロールＯ ＆　中間層厚がＢθ〜１００Ｎである特許請求の範囲ｌ
   又は２記載のロール。