JPS6086243A - 耐摩耗性ロ−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】 （産業上の利用分野） 本発明は高硬度表面層を有する耐摩耗性ロールに関し、
更に詳しくは、硬化肉盛溶着金属の表面を窒化処理し、
より高硬度な表面層を有する耐摩耗性ロールに関するも
のである。

（従来技術） 厘莱機械の谷分野において、ｍｌ摩耗材料は数多く利用
され、１ｌｉｌ摩耗性材料の製造及び再生補修する手段
として、硬化肉盛浴接か広（一般に背反している。

しかし、硬化内盛溶着金属の場合、凝固〜冷却の速度が
早＜、説入れされやすい状態で肉盛俗」炙せねばならな
いため、溶接割れが生じやす＜＊Ｉ割れ性向上のために
、合金元素を多量に含有させないと、目的とする硬さを
付与できないのが実情であり、場合によっては硬さはあ
る程度犠性にしても、１谷接割れを防止する方策がとら
れている。

例えば、本発明者らの［耐摩耗性熱間ロール１（特開昭
５６−１５２９４．５号公報）は、耐割れ性の良好な筒
６’）ｉ度を有するすぐれた特性を有するが、Ｃｒ９０
〜１７０％、Ｎｂ　１．５〜１４．４　％を含有し、そ
の合金含有量が多いため製造コストが高１１１０となる
。コストがゾい低合金鋼で、かつ、耐割れ注の良好な高
イ便反ン有するロールθ）出現が待たれていた。

（発明の技術１−１′つ背景） 本づら間者らは、このようブエ事情に鑑み割れを防止し
、且つ、より同（ｉ！ｌ！度の表面層を得るべく、肉盛
耐層金属の表面処理について倹約を行なった。まず、Ｊ
宮の普通１−と同体の組成を有する浴着金属について電
化を行フヨい、その実用性について倹約を行なった。こ
の場合でも、電化により表面ｊτ・７は）ｆｖ５５０程
匿の硬さは得られるカー、これを実用に供した場合、電
化層のそσ）下にある層は、砿鋼同禄軟かいため、表面
に受けた負荷により座屈してし５まい、硬い窒化層の長
所を発揮することができなかった。

次で種々の低合金肉盛溶着金属について検討した結果、
本発明で目的とする表面硬さＨｖ　６００以上の電化層
が、その特性を発揮するためには、窒化層と肉盛層との
硬度差を、Ｈｖ　３００以内にする必要があることが判
明した。

窒化層の硬さは一般に１−ｆｖ６００〜８００程度であ
るので、窒化表面層の特性を最大限に発揮するためには
、Ｈｖ　３００〜５００程度の硬さの浴着金属であれば
よいとの観点から、先ず一般市販Ｃ−Ｃｒ系硬化肉盛溶
接材料で肉盛した溶着金属に電化を行ない、その特性に
ついて検討した。

その結果、一般に利用されている肉盛材料は、主にＣｙ
　Ｃｒなとの合金添加による組城のマルテンサイト化、
及び炭化物形成により硬さを高くしているが、これに電
化処理をした場合、種々の問題点かあり、実用化は回外
であることが判明した。即ち、ｌ）凝同組織が粗く、デ
ンドライトが太き（発達しているため、細化後の硬度ム
ラが大きく、割れも発生しやすい。２）炭化物が粒界に
ネットワーク状に生成しているため、硬肛ムラが非常に
大きく、使用中に溶着金属の剥離か生じやすいなど、浴
接特有の間蹟な解決する必要があることが分った。

（発明の目的） これらのことから、本発明はＣ−Ｃｒを主成分とする候
化肉盛材料による溶着金属の硬さを一足以上に維持しつ
つ、しかもイｕ大炭化物の析出なヅｐ制し、穎化抜の詑
を一性を伯〆保すべく　イｉ＋’ｆ究を進めたあ朱、ｆ
゛】及びＢの単独：ｇ、加又は枚合碓ノＪ１］により、
炭化物が微細化することと、電化処理を施すことにより
、より高硬度な表面層を有する耐摩耗性ロールの提供を
目的とする。

（発明の、購成） 即ち、本発明の要旨は表面に電化処理を施したＣ０．１
０〜０５０皿址係（以下φと略記する。）Ｓｉ　Ｏ，２
〜２．０％、ＩＶｉｎ　Ｏ，３〜３．０　％、Ｃｒ　０
．５〜４．０％、及びｒｉ０．０１〜０．２０％、１３
０．００２〜０２０％の一種以上を含有し、必要に応じ
て、ＩＶＩｏ４．０％以下、Ｖ２．０％以下、Ｗ　４．
０　％以下、Ａ７！、　２．０％以下、Ｎｂ２．０％以
下の一種以上を含有し、残部は鉄及び不可避不純物より
なる肉盛浴温−金属層を有するととを特徴とする高硬度
表佃層を有する耐摩耗性ロールにある。

以下に本発明を詳１１１１に説明する。

まず、Ｃは硬化肉盛浴着金属を倚ろための王戦元累であ
り、Ｃｒなどの辰化物形成元紫と結合し、硬さの高い炭
化物を析出するとともに、マトリックスをマルテンサイ
ト化し易くし、浴着金属の硬さレベルを置く保つ効果が
ある。不発明の場合、窒化層の硬さがＭｖ　６００以上
を目標とするので、済崩−金属の硬さはほぼＨｖ３００
以−ヒであることを要求されるか、０．１０％未満では
目的とする硬さか得られず、又０．５０％超の場合は炭
化物析出型が多く、Ｎｂ、１゛ｉを添加しても、ネット
ワーク状炭化物の析出は避けられず、溶接割れや、電化
の不均一を息起するので０．１−０．５０％の範囲とし
た。

Ｓｉの含有量を０２〜２．０％としたのは、通常の溶接
では脱を翼のため０２％は必要であるが、２．０％超に
なると溶層金属の靭性の低下をきたしやすい。

Ｍｎについても通常の鋼に含有されている０３％程度以
上を合金及び脱酸のために必要とするが、３．０％超の
添加によっても、溶着金属の硬さの謂υ１１などに顕著
な改善かみられないので、相ミ済的な見地から０３〜３
．０％の範囲とする。

ＣｒはＣと結合し、硬さの高いクロム炭化物ン析帛する
とともに焼入性を個有するので、本発明のように肉盛層
にＨｖ３００以−ヒの恢さが安求されろ場合には必要で
あるとともに、窒化処理段階において窒化層の厚さを深
くする効果かあるので、？化層の厚さをコントロールす
る場合には、Ｃｒ含有Ｒ３″で副搬ずろなどの方策がと
られる。しかし、その含有１ｊ−か０５％未満では、十
分な硬さを得ることができないとともに、窒化硬化もあ
まり期待できない。又４０％超では析出ｆるタロム力−
バイト泌′か過多となり、浴Ｍ割れの原因となりやすく
、Ｔｉ、Ｂを添加しても、尚クロムカーバイドが粒界に
ネットワーク状に析出し、窒化ムラの原因となり、窒化
割れの原因となるので、０．５〜４０％の範囲とする。

Ｔｉ又はＢの単独添加又は’ｌ’ｉ　、　Ｂの被合添加
により、デンドライトの生長を抑制し、結晶粒を微細化
するとともに、クロムカーバイドがネットワーク状に析
出するのを防止する効果があると同時に、ｌ［ｉ、Ｂと
も窒化により、’ｌ’ｌｌ’Ｊ　％　ＢＮを微細に分散
した形で析出するので、窒化の均−性及び硬ざ上昇に大
ぎく寄与しうる。しかし、Ｔｉ０．０１％未満又はＢｏ
、００２％未満ではその効果は顕著でなく、又、Ｔｉ０
．２０％超及びＢＯ２０％超では、溶接割れが生じゃす
（なるので、Ｔｉ　Ｏ，０１〜０．２０％、８０００２
〜０２０％の範囲とすべきである。

本発明の組成は上記の通りであるが、必要に応じ更に４
．０％以下の」Ｖｉｏ、２０％以下のＶ、４０％以下１
１７）Ｗ、２．０％以下のＡ７，２．０％以下のＮｂ、
０．２０％以下のＺｒ　（Ｑ　１種以上を添加すること
ができ、これら元素の碩加により、更に市看金屈の硬さ
レベルの塩１加、窒化層の均質１ｔ′、　、イＩＩＪ！
さレベルのＪＷｉ　７Ｊ１１などの向上をはかることが
できる。

ＩＶＩｏはｆ（ｉ　Ｎ齢属のマトリックスの強化に蚕与
し、イｖｉさレベルを上昇させる効果があるので、窒化
ｌ胃と肉４昏〕ごとの４便１斐差をな（シ、窒化）巧が
剥ＰＭｉするの乞１υ〕市する。又湯度上昇にともフ、
（う軟１巴抵抗が犬であるので、５００℃以上の窒化に
よっても、浴層金属層の１ｌｊｉ（化を生じない。しか
し、４０嘗超の添加では、割）を発生かはげしくなるの
で４０％以下とする。

Ｖは焼入１市を増加する元素であり、そのｌ演加により
ｒＶ：ｊ　’７Ｍ　Ｔｉ属の帳さを上昇１−るとともに
、窒化Ｑ（より“■Ｎ、ど１戚ｉ、ｔｔｌか敗析出して
５ｊｉ化作用を生じろ力・、り届に’１ｒＪｉ　７Ｊロ
ーづ“ると、ン＋ｌＪ　Ｊｔう白生桟り麹か【φ、しく
ンエリ矢用上間践となるので、２０条以下とずろ。

ＷばＣと結付し１．ヂ度の高い＼〆ＶＣ１Ｗ、　Ｃを生
成、し、バーし・乙、釜λ・５１．の映さ）ざ上昇−ず
ろか、やほり夕ｌ−に斤〃［１すると、（−ン痴金属り
■汀１シ１］ね、賃ｉ：ぞ劣化させるので、４．０％以
下とした。

Ａｔは窒化）−の廠＾硬さを高めるのに有効な元素であ
り、窒化／、Ｊの耐摩耗性ン向上させるのに必要な元素
であるが、溶着金属を脆化させ割れ感受性を高めるので
、２．０％以下とした。

Ｎｂは微細な刈カーバイドを生成し、硬さを増力目する
とともに、浴着金属の耐割れ性も改善しうるか、９輩に
含有させてもその効果は大きくならず、飽和してしまう
ので、２０％以下とする。

（発明の作用・効果） とのような成分を有ずろ肉盛ノψは、坊要の合金元素を
梳緩有あるいは心線中に合宿する破ｔアーク浴接棒によ
る板榎アータ俗接法、所晋の含金元素を内紙フラックス
中に含有するフランクス入りワイヤによるガス被包アー
ク浴接法、あるいは所妥の合金元素を電性及びフラック
スの一方又は双方に含准した電極およびフラックスによ
ろ活弧浴接法ｉ【どにより得られる。

一般には、作シ（能率の面がら溶つ」ｋ溶接法が多く利
用されるが、形状が複雑な部分の肉盛なと自−Ｊ％接の
困難７エ場合は、被〜アーク浴僧法を適用するフ、【と
最も適した溶接方法の採用が望ましい。

本発明は、上記のような成分の肉盛溶着金属層を、厚さ
５〜］、　ＯＯｍｍにわたってロール、ローラの作製面
に有し、史に数ＩＩＩ以内の蟹化増を付寿させたもので
あり、従来の鋳造ロール、鍛追ロールのように、ロール
全体を高合金鋼で製造韮ることなしに、ロール心拐とし
ては５３５Ｃ１Ｓ４５Ｃなどの炭糸輛あるい々工低合金
ｄｉＨｊとし、ロール内部Ｓの傍注ン尚く維持するとと
もに、硬さを８峨とする表面肱；のみを、因ツバ；ヤ層
及び檗化層で尚恢度とｊることにより、ロール全体とし
ての％　註を改含したものであって、これに伴って捌科
貿、製作贅の曲においてもコストダウンをはかり得るも
のである。

向、本発明は、その主旨から鉄鋼冷１コ］圧延用ロール
、非鉄金属冷間圧延用ロール、才１３紙用ロールなどの
ロール作ｂｉ１１面の池、軸受筒Ｓなどの摺動部やスク
リューコンベヤや金型なとの酬摩耗部材に適用しうろこ
とは云うまでもない。

実施例 以下に本発明の効果を実施例により、さらに具体的に示
す。

全試験とも溶接方法は、渣弧溶接とし、母材は第１表に
示す５３５Ｃを使用した。５３５Ｃは製鉄所における各
独ロール及び製厭用ロールとしても、幅広く利用されて
いる銅棟である。

第１衣　（径：３００朋Ｘ長さ２０００　ｍｍ　）ワイ
ヤはフランクス入りワイヤ（径　３．２　ｍｍ　）とし
、合金成分はワイヤから添加した。フラックスは市販の
’ｆＶｆｇＯＡｔ２０３−　ＣａＯ−ＳｉＯ２系ボンド
フラックスを１更用した。

全試駆とも、第３衣に示す宋件で溶接を行なつたが、全
て良好な作業性を示した。窒化はアンモニヤガス窒化法
により、窒化条件は全て５５０℃×２０時間とした。

”第４表に試験結果な一括して示した。圧絞のため、本
発明の範囲外の成分を有する肉盛）−についても検討を
’ｒ’ｘなった。

第３表 試験結果を第４表に一括して示すが、比較例として示し
た扁２１はＣ，Ｃｒ、Ｗの各元素が、不発明範囲より高
くなっているため、肉盛溶着＠属層の硬さか高くなりす
ぎ、溶接割れが発生し、実用には快し得ない。又、比較
例Ａ　２２では、′Ｊ゛１、Ｂが本発明範囲上限を超え
ているため・やはり溶層割れか発生し、実用には供し得
ない。

又、扁２０は、Ｃ，Ｃｒが本発明範囲の下１波以下であ
り、浴接割れは発生しないか、溶層金属のイウ３さが低
くなり、窒化層との硬度差か太きすぎるため、ｉ化ｊ曽
か剥離しやすく、又、ＴＩ、Ｂ乞言消していないため、
炭化物が粗大化し、窒化ムラが生じるので、厳しい犀桂
環境に対して実用性があるとは云い好い。

盃２４は、Ｃ，Ｃｒが２ｉＣ発明範囲の下限り、下であ
り、冷接割れば発生しないが、治者金属のイ萌さが低（
なり、輩化層との硬度差か大きすぎろため、盲化層が剥
離しや１−＜、父、′Ｆ１、Ｂを含翁しているが、その
■が本発明１ｉＩ包囲下限以下であり、その効果は十分
でなく、炭化物が微細化し得ないので態化ムラが生じ、
厳しい摩耗環境に対して実用性があるとは云い類い。

又、ｌ６２３ばＴ１、Ｂ以外の元素が本発明範囲内にあ
り、溶接割れも生ぜず、硬さも十分であるが、Ｔｉ・Ｂ
を添〃日していないため、炭化物が粗大化し、電化ムラ
ができるので、やはり望化層が剥離しやすく、厳しい摩
耗環境に対して、実用１住かあるとは云い難い。

これと比較して、不発明範囲の肉盛溶着金属層では、割
れは発生せず、肉盛溶着金属層及び態化層の硬さも高い
水準を維持でき、剥離試駆に於ても良好な結果を示した
。

以上詳細に説明したように、本発明は’Ｌ’ｌ　％　Ｂ
の恭加により、蕗晶粒か微細化した悶盛浴層金属ｊＶ１
を形成ぜしめ、且つ表面に窒化処理を施すことにより、
耐犀耗性にすぐれたロールの提供が可能となり工某的１
曲値は高い。

代理人弁理士茶野木立夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　表面にＶ化処理を施したＣ０．１．０−０．５０力
   ｉＮ％、　Ｓｉ　０．２〜２．０　％ｉ　％、ＩＶｆｎ
   　０．３−３．０２ｆｊ量係、Ｃｒ　０．５〜４．　Ｏ
   ｌｊ　量％及びＴｉ　Ｏ，０１−０，２０軍量頭、Ｂ　
   Ｏ，００２〜０．２０　”ｊＭ＊　％　０）−１’ｊｉ
   以上を含勺し、残部は鉄及び不−ｎｌ培不純物よりなる
   肉盛溶着金属層；をイイすることを特徴とする１ｉｌｒ
   ｌ摩えＬドｊミロール。 ２　表面に蟹化処理を施したＣ０．１０〜０．５０追１
   童カ、Ｓｉ　Ｏ，２〜２．Ｏｉ量［有］、］ＶＩｎ　０
   ．３〜３．０　ｐＬ　−Ｆ：係、Ｃｒ　ｏ、　５〜４．
   　Ｑ　４　ｉ　％及びＴｉ　０．０１〜０．２０重％伽
   、８０．００２〜０．２０矩１社条の一才重以」二を含
   有するとともに、史にｊＶｌ’ｏ　６．　Ｏ’４ｉｉ量
   係以下、Ｖ　２．　ＯＨｌ−、％以下、Ｗ／１．Ｏ重ｈ
   ％す、下、Ａ／−２，０重１％す、下、Ｎｂ２．Ｏｉ祖
   係以下の１裡以上を含有ｊし、残部は鉄及び不可辷不純
   物よりなる肉盛溶着金属層を有することを特徴とする耐
   犀耗性ロール。