JPS6115938B2

JPS6115938B2 -

Info

Publication number: JPS6115938B2
Application number: JP17829080A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hashimoto; Akitoshi Okabayashi
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1980-12-15
Filing date: 1980-12-15
Publication date: 1986-04-26
Also published as: JPS57101644A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、主としてＨ型鋼の圧延分野に使用さ
れている複合スリーブロールについて、より高性
能を有する新しい種類のロール及びその好適な製
造法の提供に関する。Ｈ型鋼の圧延に際しては、生産性、品質確保の
面からユニバーサルミルの使用が一般的になつて
いるが、このユニバーサルミルで使用されるロー
ル、すなわち水平ロール、竪ロール、エツジヤロ
ールは、その殆んどがスリーブ方式となつてい
る。スリーブロールの鋳造に当つては、材質向上の
要求また鋳造歩留り向上の点から、一般に第１図
に示される方式が採用されている。すなわち、先
ず外殻を遠心力鋳造し、それが未凝固時乃至凝固
完了後に内殻を遠心力鋳造し、両者を溶着せしめ
る方法である。この場合、内殻材質はロールを補強するもので
あるため、特に強靭性に留意する必要がある。一
方外殻材質は圧延材と接し、耐摩耗性、耐肌荒性
等の圧延成績と直接に結びつくため、外殻材質の
改良は最も重要である。特に水平ロールの場合、
Ｈ型鋼のフランジ部との摺動摩耗が激しく、一般
に熱間圧延で要求される特性（耐クラツク性、耐
焼付性、耐肌荒性、耐摩耗性）のうち、特に耐摩
耗性が重要である。また竪ロール、エツジヤロー
ルについても、最近の圧延屯数の増大に伴い、よ
り耐摩耗性向上の要求が強まつている。従来この種外殻材質としては、Hs55〜65のア
ダマイト材質が用いられているが、耐焼付性、耐
肌荒性の面で問題があり、また硬度をHs65以上
とすることも、製造技術上または使用時の事故の
問題から難しい。また、外殻、内殻の溶着につい
ても、ロール使用時の事故を防止するために健全
なものとする必要があり、複合技術についても重
要な問題とされている。このような従来技術背景に基いて、本発明は従
来ロールよりも耐摩耗性に優れ、かつ充分な耐事
故性を備えたこの種複合スリーブロールを新たに
創出したものであり、併せてその好適な製造法を
も提供するものである。すなわち、本発明は下記に詳述するところの高
クロム材質の外殻と、球状黒鉛鋳鉄材質の内殻
と、この外内殻の間に介在される中間層とを溶着
一体化せしめてなる外殻硬度Hs65〜80を有する
新規複合スリーブロールを提供するものであり、
同時に遠心力鋳造法を利用したその製造法を提供
するものである。本発明のＨ型鋼圧延用複合スリーブロールをそ
の外殻、中間層及び内殻の各材質についてから以
下に詳述する。まず外殻材質については硬度
Hs65〜80を有する高クロム材質からなり、その
各成分範囲及び限定理由は次のように説明され
る。Ｃは（Fe―Cr）₇C₃型炭化物を安定にする範囲
内でCrとバランスをとりつつ目的のカーバイト
量により決定されるべきであるが、2.0％未満で
は炭化物の量が少なく耐摩耗性が不足し、一方32
％を越えて含有される炭化物の量が多くなり過ぎ
て機械的強度特に靭性の点での劣化が著しい。依
つて、Ｃは2.0〜3.2％と規定する。 Siは溶湯の脱酸のために必要であり、0.5％未
満ではその効果がなく、反面1.5％を越えて含有
されると機械的性質の劣化をきたし、またAr₁変
態点を下げ硬度が得られ難くなる。依つて、Si含
有量は0.5〜1.5％の範囲とする。 MnはSiの脱酸の補助としてその含有量は少な
くとも0.5％以上必要であり、0.5％未満では脱酸
の効果がない。しかし1.5％を越えて含有される
と機械的性質特に靭性の点で劣化が著しくなる。
依つて、Mn含有量も0.5〜1.5％の範囲とする。Ｐは特にロール材質において少なければ少ない
程望ましい元素であり、材質を脆くする点からも
0.1％以下とする。ＳはＰと同様にロール材質を脆くするため、少
なければ少ない程望ましく、その含有量は0.1％
以下とする。 Niは焼入性を向上し積極的に硬度調整するた
めに含有するもので、0.8％未満ではその効果が
なく、他方2.5％を越えて含有されると残留オー
ステナイトが増加して硬度が上がり難くなる。依
つて、本発明では目標硬度Hs65〜80を得るため
に、Ni含有量は0.8〜2.5％の範囲とする。 Crは強靭性と耐摩耗性を向上させるためのも
のであるが、その含有量が10％未満ではM₃C型の
炭化物が多く晶出し、強靭性及び炭化物の微細均
一化が得られず、また25％を越えて含有されると
M₂₃C₆型の炭化物量が増加する。この炭化物は
M₇C₃型炭化物に比べて硬度が低く、充分な耐摩
耗性が得られない。本発明ではM₇C₃型炭化物の
生じる範囲として、前記Ｃ含有量の規定範囲とバ
ランスして、Cr含有量を10〜25％の範囲に規定
する。 Moは焼入焼戻し抵抗を高めると同時に炭化物
中に入り、炭化物硬度を高めると共に焼戻し軟化
抵抗を促進するのに有効であり、その含有量が
0.5％未満ではこのような効果が少なく、また2.0
％を越えて含有されると基地中に残留オーステナ
イトが安定化し、却つて硬度低下を来たす。依つ
て、Mo含有量は0.5〜2.0％の範囲とする。以上外殻材質の説明においては、各成分を主と
してその目標硬度Hs65〜80と関連して説明して
いるが、これは次のような理由に基づく。一般に
Ｈ型鋼圧延用ロールにおいては、側壁とＨ型鋼フ
ランジ部との摩耗特性、側壁部の肌荒れ、耐クラ
ツク性、フランジ欠損等の抵抗性が要求され、ロ
ールの耐摩耗性は硬度との相関が強く、硬度
Hs65未満では耐肌荒性、耐摩耗性が急激に低下
する。しかし乍ら、一方では異常圧延におけるロ
ールの局部的発熱に対する耐事故性、耐クラツク
性の抵抗性、または大きな圧延負荷に対するフラ
ンジ欠損等の抵抗性は、硬度Hs80を境にして急
激に劣化する傾向がある。従つて、優れた耐肌荒
性、耐摩耗性、耐事故性、耐クラツク性を確保す
るためには、高クロム材質の場合、硬度Hs65〜
80の範囲が適しているのである。次に中間層について説明する。この中間層は先
の外殻と後の内殻との間に介在されて、主として
高クロム材質からなる外殻から内殻（軸芯部）に
Crが混入拡散して内殻材質が高Cr化により強靭
性を劣化させるのを防止することを目的とするも
のである。中間層材質の各成分範囲及びその限定
理由は下記の如く説明される。まずＣ含有量については、その鋳込時における
溶湯成分で、1.0〜2.0％の範囲に規定され、鋳込
み後における外殻と一部混合した状態即ち製品時
においては、1.3〜2.5％の範囲とされる。すなわ
ち、中間層溶湯を既に鋳造された外殻内面に鋳造
すると、その内面一部が溶解されて中間層材質の
Ｃ含有量が変動（高くなり）し、上記外殻材質に
対し1.0〜2.0％のＣ量の強靭性溶湯を用いると、
外殻溶解量が中間層に完全に均一混合した場合で
は、そのＣ含有量が1.3〜2.5％に増加するのであ
る。この成分限定理由については、その溶湯成分
においてC1.0％以下になると中間層の鋳込み温
度が高くなり、外殻が溶かされ易くなつて中間層
へのCr混入量が更に増加して、Crの内殻（軸芯
部）への拡散を防止するため中間層の存在意義が
無くなるためであり、またC2.0％を越えると炭
化物が多くなり、中間層自体の靭性が劣化し、こ
れもまた中間層の存在意義を喪失するものとなる
ためである。 Siについては溶湯の脱酸効果があり、0.2％以
上は必要であるが、2.0％を越えると脆くなつて
中間層の機械的性質に劣化を来たすため、0.2〜
2.0％の範囲とする。 MnについてもSiと同様の作用があり、かつ
MnSとしてＳの悪影響を除去するため0.3以上は
必要であるが、2.0％を越えるとその効果も飽和
し、かつ又機械的性質に劣化を来たすため、0.3
〜2.0％の範囲とする。Ｐは溶湯の流動性を高めるが、ロール材におい
ては材質の靭性を低下させため、0.1％以下とす
る。ＳもＰと同様にロール材を脆弱にするため、実
害の無い0.1％以下とする。 Niについては別段添加しなくとも、外殻材質
からの混入により2.0％以上は含有されるが、Ni
の2.5％の含有は問題とはならない。しかし、2.5
％を越えると焼入性が良くなり、そのために基地
が硬くなり過ぎて靭性の点から好ましくなく、か
つ又残留応力の増大を来たすため、2.5％以下に
規制する必要がある。なお、鋳込前の中間層溶湯
については、外殻からの混入量を見込んで、その
Ni量を2.0％以下に抑える必要がある。 Crについては中間層を鋳込む意義から低い方
が望ましく、その鋳込溶湯の含有量において工業
的に制御し易い1.5％以下に規制する。すなわ
ち、1.5％を越えてCrが含有されると、鋳造後に
外殻から混入するCr量と合計して中間層の含有
量が上昇し、ひいては内殻（軸芯部）に混入され
るCr量の増加につながつて問題となり、これを
防止するためにはその溶湯成分のCr含有量で1.5
％以下に制限する必要がある。因に、Cr含有量
1.5％以下の中間層溶湯を鋳造した場合、その鋳
造後におけるCr含有量は0.5〜9.0％の範囲とな
る。 MoについてはNiと同様の作用を営むが、1.5％
以上含有されると中間層が硬くなり過ぎるため、
実害のない範囲として1.5％以下に制限する。中間層材質は上記成分を各重量％含み、基本的
には残部実質的にFeより構成されるが、その他
上記以外の成分で、必要に応じては脱酸剤として
次のTi，Al，Zrを単独又は複合して添加含有せ
しめることができる。すなわち、上記中間層材質
は比較的酸化され易い材質であるため、Ti，
Al，Zrの１種又は２種以上を合計重量％で0.1％
未満添加し脱酸することにより、材質的により健
全な中間層が得られるのである。なお上記添加含
有量の上限については、上記元素はいずれも強力
な脱酸剤であるため、これらが単独又は複合して
0.1％以上含まれると過酸化の状態となり好まし
くなく、同時に又種々の反応生成物としての酸化
物を内在することにより、材質の機懐的性質に劣
化を招くためである。次に又、本発明に係るロールの内殻材質につい
て説明すると、この内殻はいわゆる球状黒鉛鋳鉄
材質からなり、その各成分範囲及び限定理由は次
のように説明される。なお内殻材質についても鋳
造時には先の中間層内面一部が洗われて溶着する
ため、やはりこの洗われ量を考慮して内殻鋳込み
時における溶湯成分を決定する必要がある。Ｃは靭性と強度を付与するために含有される
が、Ｃ含有量が2.8％未満ではチル化が進行し、
内殻材の靭性の低下が著しくなる。本発明対象は
割損の生じ易い複合スリーブロールであるため、
内殻の強靭性が重視され引張強さ40Kg/mm²以上を
確保するためチル化を確実に防止する必要があ
り、Ｃを3.0％越えて含有せしめ、しかしＣ含有
量が3.8％を越えると、黒鉛化が過剰となり内殻
材に強度不足を来たし、Ｈ型鋼圧延用として通常
使用されているスリーブとアーバーとの機械的結
合（通常は焼嵌め方式）時に大きな嵌合代が取れ
ないため、スリーブの軸方向へのズレ及び内部か
らの欠損に結びつき易い問題を生じる。依つて、
Ｃ含有量は2.8〜3.8％の範囲に規定する。 Siは外殻のCrが混入して材質が脆弱になるの
を防止するために必要であるが、Si含有量が1.8
％未満では黒鉛化が悪くセグメントが多く晶出し
て内殻の強度が劣化するため、残留応力により鋳
造時に割れ易くなる。しかし、3.2％を越えて含
有されると、黒鉛化が促進され過ぎて強度の劣化
を招く。依つて、Si含有量は1.8〜3.2％の範囲と
する。なお、外殻材質中のCrが内殻にまで混入
して材質が脆弱になるのを防止するためには、上
記の如くSi含有量に1.8〜3.2％の高い値をとるこ
とが有効であるが、更にその有効な補助手段とし
て、内殻鋳込時に同時にCa―SiやFe―SiをSi分
として0.2〜0.5％加えて接種することが挙げられ
る。すなわち、この場合にはそのSi含有量は上記
必要範囲の下限近くであつても確実に良好な結果
を得ることができるのである。 MnはＳと結合してMnSとしてＳの悪影響を除
く作用を果すが、0.3％未満ではその効果が得ら
れず、一方0.8％を越えて含有されると逆にＳの
悪影響防止作用むしろの材質の劣化作用が著しく
現われる。依つて、Mn含有量は0.3〜0.8％の範
囲とする。Ｐは溶湯の流動性を増加させるが、材質を脆弱
にするため低い程望ましく、0.1％以下とする。ＳはＰと同様材質を脆弱にするのでその含有量
は低い程良く、又内殻は球状黒鉛鋳鉄であるため
Mg処理によつて加えられるMgと結合してMgSを
形成し、Ｓが除去されるが、黒鉛を球状化させる
ためにもＳは低い含有量であることが必要であ
り、0.02％以下に規定される。なお、Mg処理前
の内殻溶湯については、Mg処理によりＳが除去
されるため、S0.06％以下が許容される。 Niは黒鉛の安定化のために含有されるべきも
のであるが、1.5％を越えて含有されても顕著な
効果がなく、その含有量は1.5％以下とする。 Crは外殻および中間層が高クロム材質である
ので、その溶着一体化に伴いある程度内殻への
Crの混入は避けられず、この点鋳込み内殻溶湯
のCr含有量は低い程望ましいが、Siとのバラン
スからその溶湯成分としての含有量は0.8％以下
とされる。すなわち、0.8％を越えて含有される
と、外殻および中間層からの混入量と合計して
Cr含有量が増大し、材質のセメンタイトが多く
なり強靭性の点で劣化するためである。因に、鋳
込前のCr含有量が0.8％以下であれば、製品時に
おけるCr含有量は最高1.5％以下に制限できる。 Moは0.6％を越えて含有されると硬くなり過ぎ
るため、Mo含有量は0.6％以下とする。 Mgは黒鉛の球状化のために必要な元素である
が、その含有量が0.02％未満では球状化不良とな
り、内殻を強靭な球状黒鉛鋳鉄とすることが出来
ず、一方0.1％を越えて含有されるとMgのチル化
作用およびドロスの点で好ましくなく問題があ
る。依つて、Mgの含有量は0.02〜0.1％の範囲と
する。内殻材質は上記成分を各重量％含み、基本的に
は残部実質的にFeより構成される。本発明に係るＨ型鋼圧延用複合スリーブロール
は以上に述べた構成を有するものであるが、この
ロールの遠心力鋳造法による製造法を第１図の例
について説明する。すなわち、遠心力鋳造機の回転ロール６，６上
に、内面両端部に砂型または耐熱レンガからなる
スリーブ２，２を固定した回転金型１を設置し、
金型１の回転状態でその中に溶湯取鍋７から鋳込
樋８等を介して、まず外殻３を形成すべき溶湯を
鋳込み、その後外殻３の内面が一部又は全体が未
凝固の間に中間層４を形成すべき溶湯を鋳込み、
更にはそれが凝固後又は未凝固の間に、内殻５を
形成すべき溶湯を鋳込むのである。こうして、こ
の３者すなわち外殻３、中間層４および内殻５を
冶金学的に完全に結合させて一体のロールとする
のである。なお図例の鋳造方案は回転軸が水平である場合
を例示しているが、これは勿論回転軸を傾斜状態
に改変して鋳造することを妨げるものではない。
また内殻４を鋳込む際においては、その鋳込側を
外殻３の場合と変えて反対側から鋳込むことがで
き、かくすれば外殻厚さを均一に確保する上で効
果的である。次に本発明の実施例及び従来例を掲げて説明す
る。第１表は、実施例１〜３及び従来例の溶湯化
学組成を示す。同表に示す溶湯を用いて、第２
表に示す製造条件で、第１図に示す遠心力鋳造
法により、外殻と中間層、中間層と内殻とが溶
着一体化したロール素材を鋳込み、凝固完了
後、第２表に示す寸法の複合スリーブロール
（幅230mm）を採取した。

【表】

【表】第３表は、得られた製品の化学組成及び機械
的性質を示す。化学成分の分析部位及び機械的
性質の試験部位は下記の通りである。尚、実施
例１については、断面各位置での硬度が測定さ
れ、その結果を第２図に示す。記〇実施例１外殻：ロール表面から80mm（外殻肉厚中
央）中間層：ロール表面から180mm（中間層肉
厚中央）内殻：ロール表面から240mm 〇実施例２，３従来例外殻、中間層、内殻とも各層の肉厚中央位
置

【表】評価第３表より、本発明の実施例１〜３は、従来
例に対し、外殻硬度の著しい向上が見られ、所
要の硬度を確保しているのが判る。また、本発明の実施例１〜３は、外殻溶湯中
のCr含有量が従来例より相当多いのにも拘ら
ず、製品内殻中のCr含有量が従来例より低い
状態となつており、それに対応して内殻強度の
向上が従来例に対し著しいことが判る。本発明は以上詳細に説明した通りであつて、本
発明に係るＨ型鋼圧延用複合スリーブロールにお
いては、その外殻を特定化学組成の高クロム材質
で形成し、その内殻を特定化学組成の球状黒鉛鋳
鉄材質で形成し、かつ内殻へのCr混入を防止す
べく外内殻間に特定化学組成の中間層を介在さ
せ、これらを溶着一体化せしめているため、外殻
は主として（Fe―Cr）₇C₃型の炭化物が多量に存
在することにより、所期目標とする外殻硬度
Hs65〜80を確実に達成することができ、これに
よつて耐摩耗性に優れ、実際圧延上の偏摩耗の低
減にも著しく寄与するものとなり、他方内殻は材
質的に強靭性に優れ、しかも中間層の介在によつ
て外殻からのCr混入による材質脆化の問題が確
実に解消できて、折損事故に対する抵抗性に優れ
るものとなり、これら外内殻のもつ優れた特性の
相剰作用によつて、本ロールは従来品に比較する
と、その圧延成績並びにロール寿命において著し
い改善効果をもたらし、特にＨ型鋼圧延の分野で
は極めて有用なものとなり得る。また遠心力鋳造による本発明の製造法に従えば
外殻に続き中間層及び内殻も遠心力鋳造によつて
形成するようにしているため、各層相互間の混合
が少なく、しかも特に内殻溶湯のCr量について
は予め外殻からの混入量を見込んで低い含有量に
規制しているため、中間層の介在と相俟つて内殻
材質が高Cr化して強靭性に劣化を来たすことな
く、またその溶着性の面でも良好な結果が得ら
れ、所期目的とする複合スリーブロールを得るた
めの技術手段として特に有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による製造法１例を表わす概略
断面図であり、第２図は本発明に係るロール１例
についての硬度分布を表わす図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Ｃ：2.0〜3.2％ Si：0.5〜1.5％ Mn：0.5〜1.5％Ｐ：0.1％以下Ｓ：0.1％以下 Ni：0.8〜2.5％ Cr：10〜25％ Mo：0.5〜2.0％残部実質的にFeからなる高クロム材質の外殻
と、重量％で、Ｃ：1.3〜2.5％ Si：0.2〜2.0％ Mn：0.3〜2.0％Ｐ：0.1％以下Ｓ：0.1％以下 Ni：0.2〜2.5％ Cr：0.5〜9.0％ Mo：1.5％以下残部実質的にFeからなる中間層と、重量％で、Ｃ：30％を越え3.8％以下 Si：1.8〜3.2％ Mn：0.3〜0.8％Ｐ：0.1％以下Ｓ：0.02％以下 Ni：1.5％以下 Cr：1.5％以下 Mo：0.6％以下 Mg：0.02〜0.1％残部実質的にFeからなる球状黒鉛鋳鉄材質の
内殻とを溶着一体化せしめてなり、かつ前記外殻
硬度がHs65〜80を有することを特徴とするＨ型
鋼圧延用複合スリーブロール。２遠心力鋳造法により、重量％で、Ｃ：2.0〜3.2％ Si：0.5〜1.5％ Mn：0.5〜1.5％Ｐ：0.1％以下Ｓ：0.1％以下 Ni：0.8〜2.5％ Cr：10〜25％ Mo：0.5〜2.0％残部実質的にFeからなる高クロム材質の外殻
溶湯を鋳込んだ後、その内面が一部又は全部未凝
固の間に、重量％で、Ｃ：1.0〜2.0％ Si：0.2〜2.0％ Mn：0.3〜2.0％Ｐ：0.1％以下Ｓ：0.1％以下 Ni：2.0％以下 Cr：3.0以下 Mo：1.5％以下残部実質的にFeからなる中間層溶湯を鋳込み
更にその内面が凝固後又は未凝固の間に、重量％で、Ｃ：3.0％を越え3.8％以下 Si：1.8〜3.2％ Mn：0.3〜0.8％Ｐ：0.1％以下Ｓ：0.06％以下 Ni：1.5％以下 Cr：0.8％以下 Mo：0.6％以下 Mg：0.02〜0.1％残部実質的にFeからなる球状黒鉛鋳鉄材質の
内殻溶湯を鋳込み、外殻、中間層及び内殻を溶着
一体化せしめることを特徴とするＨ型鋼圧延用複
合スリーブロールの製造法。