JPS6127164A - 圧延用ロ−ルの竪型遠心力鋳造方法 - 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、硬質のタングステン炭化物粒子と該粒子を結
合する金属基地とからなる複合組織を有する耐摩耗性お
よび耐肌荒れ性にすぐれた圧延用ロールの竪型遠心力鋳
造方法に関する。

〔従来技術と問題点〕

鋳鉄等の金属溶湯とタングステン炭化物粒子とを鋳型内
に鋳込み、金属溶湯中のタングステン炭化物粒子を溶湯
との比重差により沈降・凝集させて溶湯を凝固させれば
、第１１図に示すように、凝集せるタングステン炭化物
粒子（Ｐ）とその粒子同士を結合する基地金属（Ｍ）と
からなる１粒子−金属」複合組織部（Ａ）と、タングス
テン炭化物粒子が比重分離された金属単相部（Ｂ）とか
ら成る鋳造体が得られる。その金属単相部（Ｂ）を切断
除去して採取される複合組織部（Ａ）は圧延用ロールと
して有用である。

この複合鋳物は、圧延用ロールとして必要な耐摩耗性と
耐肌荒れ性とを有しており、チルドロール等の従来の鋳
造系ロールを凌ぐ耐用寿命を有する。しかし、適用され
る圧延スタンドや圧延条件により更に耐摩耗性および耐
肌荒れ性の向上が望まれる。そのためには、複合組織を
構成するタングステン炭化物粒子の充填率（複合組織中
に占める該炭化物粒子の容積率）を高めること、および
ミクロポロシティ　（ピンホール）のない緻密な組織を
形成すること、が必要である。複合鋳物の耐摩耗性は、
組織中に分布するタングステン炭化物粒子の粗密に主と
して依存し、粒子の充填率が低いと、摩耗抵抗に乏しく
なるからであり、また粗大なピンホールがロール表面に
現れると、その表面凹凸が肌荒れとなり、微小なピンホ
ールは直ちに肌荒れの実害をなすものでないにしても、
それが起点となって肌荒れに発展するからである。ピン
ホールの存在は、耐摩耗性の点でも好ましくないもので
あり、できるだけ少くすべきである。

しかしながら、タングステン炭化物粒子を、金属溶湯と
の比重差により溶湯中を沈降させるだけでは、充填率の
向上に限度があり、ことに鋳型内に鋳込まれた溶湯は、
鋳型への熱伝導、溶湯面からの熱輻射等により短時間の
うちに降温・粘稠化し易いので、粒子の十分な凝集をみ
ないまま凝固してしまう。また、溶湯中に生じる小さな
気泡は、溶湯の流動性の急速な低下により浮上分離が妨
げられ易く、ピンホールとなって組織中に残存する。

〔発明の課題〕

本発明は、複合鋳物からなる圧延用ロールの耐摩耗性お
よび耐肌荒れ性を改善するために、ロール外層領域にお
けるタングステン炭化物粒子の充填率を高めるとともに
、ピンホールのない緻密な組織を形成しようとするもの
である。

〔技術的手段および作用〕

本発明は、複合組織を有する圧延用ロールの製造に、竪
型遠心力鋳造法を適用するとともに、その遠心力鋳造鋳
型としてセラミックモールド等の高温鋳型を使用し、加
熱された鋳型内に鋳鉄溶湯とタングステン炭化物粒子と
を鋳込み、溶湯中の該炭化物粒子を遠心力の作用下に外
層領域に凝集させるようにしたものである。

本発明によれば、金属溶湯は、加熱された鋳型に鋳込ま
れるので、急激な降温・粘稠化が回避され、溶湯中のタ
ングステン炭化物粒子および気泡の移行が容易な流動状
態が与えられる。しかも、その状態において鋳型の回転
による遠心力が作用するので、炭化物粒子の外層領域へ
の遠心移行・凝集が促進されると同時に、外層領域に分
散する気泡は外層領域から除かれ、内部領域へ移行する
。

遠心力を十分に高めれば外層領域が複合組織で、内層領
域が実質的に金属相からなる同心円状２層構造を形成す
ることができる。なお、遠心力の作用により、外層部領
域の粒子充填率および組織の緻密さが高められる反面、
内部領域の粒子充填率の相対的低下とピンホールの増加
を伴うけれども、圧延用ロールにおける耐摩耗性と耐肌
荒れ性はロール表層部に関する問題であって、内部領域
とは直接の関係はないので、実用に当って不都合が生じ
ることはない。

本発明による圧延用ロールは中実または中空円柱体とし
て得ることができる。圧延用ロール等を目的とする場合
の耐摩耗性や耐肌荒れ性はロール表面の問題であるから
、必ずしも中実体である必要はなく、中空円柱体として
鋳造すれば、高価なタングステン炭化物粒子の使用量を
節減することができる。もし、使用条件により強度・剛
性等の点で必要であれば、その中空孔内に、他の安価な
金属（合金）を芯材として鋳造等により充填して中実体
にすればよい。

本発明の圧延用ロールの鋳造方案を添付の図面を参照し
て説明する。第１図は、中実円柱状鋳物の鋳造例を示す
。（１）はセラミック焼成モールド等の加熱された鋳型
、（２）は鋳込みホッパ、（４）はタングステン炭化物
粒子供給装置である。

（５）は水平回転台であり、図示しない回転駆動機構に
より垂直支軸（５１）を中心に回転する。

鋳型（１）は、バンクサンド（６）にてバンクサンド容
器（７）内に設置され、その中心が回転台（５）の回転
軸心と一致するように回転モールド（８）に嵌装されて
回転台（５）に固定されている。（９）は中央に孔を有
するドーナツ状のバンド（端板）であり、遠心力鋳造途
中での鋳型（１）内の溶湯および粒子の飛散を防止する
ために鋳型の開口端部にビン（１０）等で固定されてい
る。

鋳込みホッパ（２）は鋳型（１）の上方に位置し、その
スリーブ（２１）が鋳型（１）の中心軸にほぼ一致する
ように設置されている。

タングステン炭化物粒子供給装置（４）は、その供給口
（４１）が上記鋳込みホッパ（２）内にのぞむように配
置されている。該供給装置（４）内にはタングステン炭
化物粒子（Ｐ’）が準備されており、該炭化物粒子は流
量調節機（４２）にて所要の流量で供給口（４１）から
流出する。金属溶湯（Ｍ’）とタングステン炭化物粒子
（Ｐ）は、それぞれ取鍋（３）および炭化物粒子供給装
置（４）から鋳込みホッパ（２）に供給され、固液混合
体となって鋳込みホッパから鋳型（１）内に鋳込まれる
。

第２図は、中空円柱状鋳物の鋳造例を示す。鋳型（１）
は、円筒状殻壁（１１）の中心部に半球形状頂部（１２
）を有する円柱状中子（１３）が立設され、円筒状殻壁
（１１）と円柱状中子（１３）とで画成される円筒状空
間部（Ｓ）を有している。鋳込みホッパ（２）は、その
スリーブ（２１）が鋳型（１）の円柱状中子（１３）の
中心軸に一致するように鋳型の上方に設置されており、
金属溶湯（Ｍ’）とタングステン炭化物粒子（Ｐ）は、
混合体として鋳込みホッパ（２）から流下し、円柱状中
子（１３）の半球形状頂部（１２）の中央部に衝突し、
円柱状中子（１３）の周囲に放射状に均等に分流して円
筒状空間（Ｓ）内に鋳込まれる。

第３図は中空円筒状鋳物の他の鋳造例を示す。

鋳型（１）は同心円状の外側殻壁（１４）と内側殻壁（
１５）とで画成される円筒状空間（Ｓ）を有する。鋳込
みホッパく２）はそのスリーブ（２１）が鋳型（１）の
円筒状空間（Ｓ）の上端開口部に指向するよう設置され
ており、金属溶湯（Ｍ′）と炭化物粒子（Ｐ）とは混合
体となって鋳込みホッパ（２）から鋳型（１）の円筒状
空間（Ｓ）内に鋳込まれる。なお、この場合、炭化物粒
子供給装置（４）を、破線で示すように直接鋳型（１）
の上部開口端にのぞませ、炭化物粒子（Ｐ）を金属溶湯
（Ｍ′）とは別に鋳型（１）内に鋳込むようにしてもよ
い。

上記の鋳造において、所定量の金属溶湯およびタングス
テン炭化物粒子を鋳込み、鋳込まれた溶湯中に懸濁する
炭化物粒子を遠心移行させて外層領域に濃化・凝集させ
るとともに、外層領域に散在する気泡を内部領域に移行
させる。金属溶湯ば、第１１図のように、目的とする鋳
物の鋳造に要する量を越えて鋳込まれる。溶湯を余剰に
鋳込むことにより、溶湯中の炭化物粒子の均一な分散懸
濁が促されるとともに、凝固過程ではその余剰量が押湯
の役割を果す。

遠心回転を続行して溶湯の凝固完了をまてば、第４図に
示すような鋳造体が形成される。同図は第１図の鋳造に
より形成された鋳造体の例であり、その上部（押湯部）
を除去すれば第５図のような目的とする鋳物が得られる
。また、前記第２図や第３図の鋳造によれば一１第６図
に示すような中空鋳物が得られる。いづれの鋳物も、そ
の外層領域（○）はタングステン炭化物粒子（Ｐ）が遠
心移行により濃化し、しかもピンボール等のない緻密な
鋳造組織を有する。

上記遠心鋳造において第７図〜第９図に示すように、鋳
込まれた溶湯（Ｍ′）が鋳型内で中空もしくは中空に近
い形態を成すごとき高い遠心力を付加することは、炭化
物粒子の外層領域への遠心移行およびピンホール等の内
層領域への移行を促進し、外層領域での粒子の充填率を
より高く、組織をより緻密化するうえで好ましいことで
ある。

この場合に、必要ならば、中空シェルが凝固した後、そ
の中空部（Ｖ）に二次湯を補給して充填すればよい。む
ろん、二次湯鋳込みの際は遠心回転は不要である。

前記遠心鋳造において、溶湯中を遠心移行した炭化物粒
子（Ｐ）群は、遠心力により鋳型の壁面にそって這い上
がり、目的とする製品鋳物領域を越えて押湯領域へ移行
しようとする。遠心力を高めて外層領域での粒子充填率
をより高く、ピンホールをより少なくしようとする程、
押湯領域への粒子の移行量が増し、それだけ高価な炭化
物粒子の無駄となる。これを防止するには、例えば第１
０図に示すように、鋳型（１）の壁面に、その壁面にそ
って水平方向に一巡する環状突起（１６）’が設けられ
た鋳型を使用するとよい。この鋳型を用いれば、遠心移
行して外層領域に到った炭化物粒子の押湯領域への上方
移行は、環状突起（１６）によって阻止され、目的とす
る製品鋳物内の外層領域に保持さ糺るので、炭化物粒子
の無駄がなく、しかも層厚の厚い外層（複合組！ｌｉ）
を形成することができる。該環状突起（１６）はむろん
押湯領域と目的とする製品鋳物領域の境界部に設けられ
る。

その突出高さは、所望の外層（複合組織）の層厚にほぼ
等しいか、それよりやや太き目であればよい。第１図や
第３図の鋳型についても同じように環状突起を設ければ
よい。

なお、いづれの鋳造方案においても、鋳型の回転は、所
定量の溶湯および炭化物粒子の鋳込みを終えたのち、直
ちに所要の回転数まで回転数を上げるようにしてよい。

その場合も、低速回転させなから鋳込みを行うことは、
炭化物粒子の鋳型内円周方向の分布を均一化するために
好ましいことである。

本発明に使用される鋳型は、セラミック鋳型、クロマイ
トサンド−ＣＯ□鋳型等の所謂高温鋳型であり、鋳込ま
れる溶湯の降温を補償するために、適当な温度、好まし
くは５００　”Ｃ以上に予熱された状態で鋳造に供され
る。

タングステン炭化物粒子は、ＷＣ，ｗ、ｃ、あるいはタ
ングステンチタン炭化物等の複炭化物等の粒子である。

その粒径は、耐摩耗性の点および遠心力による迅速な凝
集・濃化の促進の点から比較的粗大であるのが有利では
あるが、複合組織の材質を考慮すると、約３５０μｍ以
下であることが好ましい。また、金属溶湯中へのタング
ステン炭化物粒子の混合の際に生じる該粒子の吸熱によ
る溶湯の降温を補償するために、該炭化物粒子を予熱し
、例えば温度約３５０℃以上の加熱された粒子として溶
湯に投与することも溶湯の流動性を保ち、粒子の遠心力
移行を促進する点で好ましいことである。

上記炭化物粒子に、ＣｕめっきやＮｉ　−’Ｐめっき等
のめっきを施して使用することは、粒子と溶湯との濡れ
性を高め、結合関係を強化する点で好ましい。かかるめ
っき皮膜は、粒子を予熱する際の表面酸化防止にも奏効
する。炭化物粒子をフラックスとの混合物として使用す
ることも同様の効果をもたらす。そのフラックスとして
は、鋳造過程での溶湯の酸化防止・溶湯の浄化等のため
によく使用される一般的なフラックス（例えばＣａＯ−
３ｉＯ□−ＣａＦ系等）であればよい。

基地金属は、鉄系金属、代表的には鋳鉄、例えばダクタ
イル鋳鉄、ニッケルグレン鋳鉄などである。一般に鉄系
金属は、タングステン炭化物粒子との濡れ性がよいので
、基地−粒子の強固な結合関係を形成するのに有利であ
る。しかも、鋳鉄系は、凝固温度が比較的低いので、タ
ングステン炭化物粒子が溶湯に投与されたときの粒子の
吸熱による溶湯の降温を補償するための過熱度を大きく
とることができ、従って粒子の沈降・凝集に必要な溶湯
の流動性を保持し易い点においても有利である。また、
鋳鉄系は、圧延ロール材料として十分な実績と信頼性を
有する材料でもある。

本発明により得られる鋳物の外層部の複合組織のタング
ステン炭化物粒子の充填率は約５０〜７０％以上であり
、ピンホールは実質的に完全に除去されている。

か（して得られた複合鋳物は、必要に応じてその外表面
に切削・研磨等の機械加工が加えられ圧延ロールとして
供される。

〔実施例〕

第２図に示す鋳造方案に従い、金属溶湯としてニハード
鋳鉄（Ｃ：３．１６％、Ｓｉ：０．７６％、Ｍｎ：　０
．６１％、Ｎｉ：４．４８％、Ｃｒ：１．３２％、ＭＯ
：０゜４８％、残部Ｆｅ）およびタングステン炭化物粒
子（ＷＣ粒子）を、鋳込みホッパ（２）から固液混合体
として鋳型（１）に鋳込む。鋳込中、鋳型ば６０ｒｐｍ
　　（０，４Ｇ）で回転させ、鋳込み終了と同時に、回
転数を増加し、約２分を要して６００ｒｐｍ　（４０Ｇ
〉となし、そのまま回転を続行し、中空円柱状鋳物を得
た。鋳物サイズは、外径２００龍、内径１２０顛、長さ
く押湯部切断後）は１００　、ｍである。

（ｉ）鋳型：セラミック鋳型。予熱温度８５０°Ｃ（鋳
造開始直前の円筒状殻壁（１１）の内面温度）。

（ｉｉ）溶湯：鋳込温度１６００℃、鋳込量４０ｋｇ。

（ｉｉｉ　）炭化物粒子：平均粒径５３μｍ、鋳込量１
０ｋｇ。

予熱温度４００℃。

得られた鋳物は、その全周・全長にわたり、添加された
タングステン炭化物粒子のほぼ全量が肉厚約１６１の外
層領域に移行・凝集しており、内部領域は、Ｍ６Ｃ炭化
物を含む鋳鉄単層組織をなしている。その外層領域の複
合組織におけるタングステン炭化物粒子の充填率は約７
０％である。また、外層領域にはピンホールは実質的に
残存せず、極めて緻密な組織を有している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、外層領域にタングステン炭化物粒子の
充填率が高く、しかもピンホールのない緻密な複合組織
を有する圧延用ロールが得られる。

この圧延用ロールは、表層部の耐摩耗性および耐肌荒れ
性にすぐれており、従来ロールを凌ぐ安定した耐久性を
有する。なお、本発明により得られる複合鋳物は、圧延
用ロールのほか、耐摩耗性と表面の安定性が要求される
各種用途における装置・機器構成材料としても有用なこ
とは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれ本発明の鋳造方案の例を示す
断面図、第４図は鋳型内の鋳造体の形態を示す模式的断
面図、第５図、第６図は本発明による鋳物の複合組織を
模式的に示す断面図（各図ともＣＩ）は軸方向断面図、
（ＩＩ）は径方向断面図）、第７図〜第９図は鋳型内鋳
造体の他の形態の模式的断面図、第１０図（１）は本発
明に使用される鋳型の他の例を示す縦断面図、（ｎ）は
平面図、第１１図は静置鋳造による鋳物の模式的断面図
である。 １：鋳型、２：鋳込みホッパ、４：タングステン炭化物
粒子供給装置、５：水平回転台、１６：環状突起、Ｐ：
タングステン炭化物粒子、Ｍ：基地金属。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基地金属中にタングステン炭化物粒子が緻密に分
   布せる複合組織を有する圧延用ロールの製造方法であっ
   て、予熱された竪型遠心鋳造用鋳型に、鋳鉄溶湯とタン
   グステン炭化物粒子とを鋳込み、遠心力の作用下に、鋳
   鉄溶湯中のタングステン炭化物粒子を外層領域へ移行さ
   せることを特徴とする耐摩耗性および耐肌荒れ性にすぐ
   れた圧延用ロールの竪型遠心力鋳造方法。