JPS6132107B2

JPS6132107B2 -

Info

Publication number: JPS6132107B2
Application number: JP53140687A
Authority: JP
Inventors: Arata Komitsu; Yoshiaki Yamagami
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1978-11-14
Filing date: 1978-11-14
Publication date: 1986-07-24
Also published as: JPS5568161A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は非水冷帯即ち連続鋳造製品を水冷しな
い部分で使用されるピンチロール、ガイドロール
等の連続鋳造用の複合ロールに関する。従来、連続鋳造（以下連鋳と略称）はスラブ、
ビレツト、ブルーム等の連鋳製品を水冷して、製
品内部を早期に凝固完了させる方式が一般的に採
用されている。ところが、最近省エネルギー化の
観点より、この連鋳製品の水冷を行わず、連鋳か
ら圧延へのプロセスを高温状態のままで連続する
方式が採られている。而して、従来方式における
連鋳用ロールでは、ロール表面が連鋳製品を冷却
する水により同時に冷却されるものであるが、こ
の新しい方式による場合では、斯るロール表面か
ら冷却は得られず、ロール軸に設けた冷却水孔が
唯一の冷却部となり、そのためロール表面が非常
に高温となつて強度面をはじめとする新たな諸問
題が生じるのである。この結果、本出願人が先の
実公昭52―52008号、特公昭52―43451号公報等に
提示した従来の連鋳用ロールでは、この非水冷帯
で用いるものとして対応出来ない現状にある。即ち第１図示のような従来のスリーブロールに
あつては、スリーブ１の内面（ロール軸外周）に
スバイラル冷却水溝５を設けて、スリーブ１の冷
却を行う構造としたものであるが、この場合、肉
厚の薄いスリーブ１にはスリーブ表面と内面とに
大きな温度差を差じ、このため大きな熱応力が発
生して、クラツクの発生・進展が起り易い。又ス
リーブ１は通常Cr―Mo系やCr―Mo―Ni系等の
低合金鋼で製作されているが、これを非水冷帯で
使用に供した場合では、スリーブ表面が700℃以
上に加熱されて軟化するのであり、又このスリー
ブロール構造ではロール軸２のスパイラル溝凸部
６とスリーブ１との間には不可避にギヤツプを生
じ、連鋳製品による負荷がスリーブ１のみに掛る
欠点があり、軟化したスリーブ１ではこの負荷を
支えきれず曲り変形を起こしてしまい、この曲り
変形が繰返されるとクラツクが進展し、矢張りス
リーブ１が折損してしまうのである。更に又、第
１図のものではロール軸２に設けたスパイラル冷
却水孔５が長期間の使用でスケールを発生した
り、或いは水垢が蓄積されて詰りを生じる惧れが
あり、これによつて水冷作用が低下するとスリー
ブ温度が上昇し、上記問題点が一層顕著に現われ
ることにもなる。次に第２図示のような従来のソリツドロールに
あつては、これをロール表面からの水冷が無い非
水冷帯で使用に供した場合、ロール軸２の軸心部
における冷却水孔４からのみ冷却されるため、ロ
ール表層部は800℃近くになると考えられ、又前
記スリーブロールと比較してロール全体としても
高温化されるものとなる。この様に高温になると
低合金鋼では強度が大巾に低下し、連鋳製品より
受ける負荷に耐えられなくなり、曲り変形を起こ
して使用に耐えないものとなる。そこで、高温強
度の高い耐熱鋼を使用することが考えられるが、
ロール全体を耐熱鋼とすれば大巾な価格上昇を招
き実用的でない。更に又、現在最も優れた連鋳ロールとして、特
公昭52―43451号公報に記載のものが広く実用に
供されており、そのロール構造は第３図に示す通
りであるが、この場合スリーブ合金が13Cr鋼で
あるため高温強度及び耐熱性の面において不充分
であり、非水冷帯で用いるには矢張り問題があ
る。本発明はこの様な実情に照らし、スラブ、ビレ
ツト等の高温連鋳製品との接触でロール表面が非
常に加熱される使用条件の苛酷な非水冷帯で用い
る連鋳ロールとして、ロールの曲りやクラツクの
発生・進展等の問題点を改善し、ロール寿命の延
長を図ることの出来る新しい複合ロールを提供す
るものであり、その特徴とするところは、軸心部
に冷却水孔を有するロール軸と、該ロール軸を外
包する、密着状態に焼嵌められたスリーブ又は肉
盛層とから成る複合ロールであつて、前記ロール
軸は普通鋼又は低合金鋼とすると共に、前記スリ
ーブ又は肉盛層の合金組成がＣ：0.2〜0.60％、
Si：0.1〜3.0％、Mn：0.1〜3.0％、Cr：15〜35
％、Ni：10〜40％、Nb：0.3〜3.0％、残部は実質
的にFeであること、及びこれに更にMo：0.1〜
5.0％、Ｗ：0.1〜5.0％、Ｎ：0.05〜0.30％のうち
１種又は２種以上を含ませたものである。以下本発明について詳述すると、第３図は本発
明の複合ロールにあつて、スリーブ方式を採用し
た場合を図示するものであり、そのロール構造は
特公昭52―43451号に記載のものと同一である。
即ち、図において、２は普通鋼（炭素鋼）又は低
合金鋼から成るロール軸であり、その軸心部には
冷却水孔４を有する。１はこのロール軸２の外包
するスリーブであつて、ロール軸２に密着状態に
焼嵌められ、更に一端を溶接により接合３して一
体のロールに構成したものである。さて、前述の
如く特公昭52―43451号に記載のものでは、スリ
ーブ合金が耐熱性の点で不充分であることに鑑
み、本発明では、このスリーブ１を高温使用に耐
え得る耐熱鋼とし、ロール曲りやクラツクの発
生・進展、更にはロールの酸化・摩耗などの問題
点を改善するものである。即ち、この複合ロール
においては、高温連鋳製品と接し高温に加熱され
るロールのスリーブ１には、充分なる高温強度、
高温耐酸化性を備えた耐熱鋼を用い、これにより
使用条件の苛酷な非水冷帯においても十分使用に
耐える連鋳ロールとするのである。そして、本発
明では真に耐熱鋼であることを要すロール表層部
にのみ耐熱鋼を配し、ロール本体には従来通り普
通鋼又は低合金鋼を配するものであり、これによ
りロール性能を著しく改善できるものであると同
時に、経済性の面でも尚満足することのできるも
のとなる。以下本発明のスリーブ又は肉盛層に使用する合
金の成分限定理由について述べる。Ｃ：0.20〜0.60％ＣはCrと炭化物を形成し耐熱鋼としての高温
強度を向上せしめると共に、高温における耐摩耗
性にも有効に作用する。従つて、0.20％は最低必
要とするものである。しかし、0.60％以上になる
と却つて靭性の大きな低下を招き、鋳造性、溶接
性の面でも問題が生じ、更にはロールとしての耐
クラツク性も大きく低下させるため、その上限を
0.60％とする。 Si：0.1〜3.0％、Mn：0.1〜3.0％ Si並びにMnは共に脱酸剤として最低0.1％以上
の添加が必要である。しかし、3.0％を越えての
添加は脱酸剤としての効果が既に飽和しており、
不必要である。特にSiの場合については、鋳造時
の溶湯流動性や耐酸化性の向上を考えると高めの
添加が指向されるものの、靭性や高温強度の低下
を伴うことを考慮すると、矢張りその上限を3.0
％にする必要がある。 Cr：15〜35％ Crは後述のNiとのバランスによりオーステナ
イト組織を生出せしめ、耐熱性を向上させるのに
必要な元素であり、高温強度、耐酸化性を確保す
るためには最低15％は必要とされる。しかし、
Cr量が余り増大すると高温強度、耐酸化性は向
上される半面、Ni量とのバランスを失うことに
なり、又耐酸化性の改善は35％で飽和し、これを
越えると却つて靭性の低下が大きく、ロールの折
損事故に連がることにもなるため、その上限を35
％とする。 Ni：10〜40％ NiはCrとバランスしてオーステナイト組織を
安定化させるのに必要な元素であり、本発明に使
用する合金では最低10％以上は必要である。そし
て、Ni量が多くなる程オーステナイトの安定に
有効で好ましいのであるが、Niは高価な元素で
あり、経済性の面から考えてその上限を40％とす
る。以上のような合金成分から耐熱合金スリーブを
使用した場合でも可成りのロール寿命が得られる
ものの、長時間高温で使用されると耐熱合金の靭
性が低下する傾向がある。これは800℃前後の高
温に長時間曝されるとM₂₃C₆（Ｍ：Cr、Mo、
Ｗ）の如き二次炭化物が多量に析出し、高温状態
ではこの析出物は高温強度の向上に寄与し高温靭
性にも悪影響を及ぼすことはないが、常温の状態
では著しく靭性を低下させてしまうためである。
すると操業開始時や終了時などに急激な熱変化を
受けたり、これに更に負荷が加わつたりするとク
ラツクが生じ易い欠点が生じる。そこで、本発明
ではこの欠点を解消すべくNbを適量添加するも
のであり、これによつて二次炭化物として析出し
ようとする炭素をNbが優先的に固定し、800℃前
後の温度で長時間使用しても二次炭化物の析出に
よる常温での靭性低下は殆んど起らなくなるので
ある。而して、Nbの添加量としては； Nb：0.3〜3.0％ Nbは上記の如く本発明の最も特徴的且つ有効
な元素であるが、0.3％未満ではその効果は不充
分である（後述の試験片No.12の結果参照）。つま
り、0.3％以上の添加でその効果が明白となり、
800〜900℃に加熱された時に二次炭化物として析
出しようとする炭素を固定し、靭性の低下させる
現象を確実に防止することができる。Nbはまた
高温強度向上にも有効に働き、その効果は著しい
ものであるが、二次炭化物析出による靭性低下防
止元素であるNbも、３％を越えると鋳放し状態
での靭性そのものを低下させ、更に又溶接性、鋳
造性にも問題が生じるため、その上限を3.0％と
する。本特定発明で使用する合金の成分組成は以上の
通りであり、残部は不純物を除き実質的にFeか
ら成るものであるが、合金の高温強度を更に向上
するため、本発明の第２発明においては以下にそ
の範囲を限定するところのMo、Ｗ及びＮについ
て、その１種又は２種以上を含む合金を提示す
る。即ち、 Mo：0.1〜5.0％ Moは耐熱鋼の高温強度を高めるのに有効な元
素である。Moの添加に当つては、0.1％よりも少
ないとその効果は得られず、5.0％を越えると靭
性の低下や耐酸化性の低下を招き逆効果となる。Ｗ：0.1〜5.0％ＷはMoと同様に高温強度を高めるのに有効な
元素でMoの場合と略同様の理由によりその範囲
が限定される。即ち、Ｗの添加に当つては、0.1
％よりも少ないとその効果は得られず、5.0％を
越えると高温連鋳製品から受ける熱による酸化が
増大し、また靭性の低下を起こしてクラツクが進
展し易く、ロール折損事故の惧れが生じる。尚、Mo、Ｗは共に高温における硬度向上効果
も有するもので、ロールの高温使用下での耐摩耗
性に大きく寄与する。Ｎ：0.05〜0.30％Ｎはオーステナイトを安定にすると共に、強度
向上にも有効に作用し、その効果は0.05％以上で
現われる。しかし、0.30％以上のＮを溶湯に含有
させることは実際の作業上困難であり、またこれ
以上のＮはスリーブ又は溶接肉盛層にブローホー
ル等の欠陥を発生し易くなり、品質上も問題とな
る。次に本発明で使用する合金の性能を説明するた
めに以下の実験を行つた。即ち、下記第１表に示
す各種の合金について、各々遠心力鋳造管を製作
し、同鋳造管から試験片を採取し、第２表に示す
高温引張試験（試験温度871℃）、第３表に示す常
温引張試験及び第４表に示すフアイヤークラツク
試験に供した。なお、第３表では鋳放し状態と、
871℃×1000時間時効した場合のものとを対比し
て示す。

【表】

【表】以上の表に示す結果について簡単に説明する
と、従来のロール材である比較合金No.１，２，３
及びNi量の少ない比較合金No.４では、高温強度
が著しく低く、高温に曝されるスリーブ合金とし
ては強度不足である。又、Nbを添加していない
か、Nbの添加量が適正範囲内にない準発明合金
（No.５〜No.13）では、高温強度の面では本発明合
金に四敵するものもあるが、871℃の時効により
伸びの低下が著しく、矢張り靭性の低下を招来す
るものである。（但し、No.13については伸びの低
下率は小さいが、これは鋳放し時における伸びが
もともと少ないためであり、また溶接性にも問題
がありスリーブ材や肉盛合金としては不適であ
る。）。これに対して、本発明に係る合金では何れ
も非常に高い高温強度を有するものであり、しか
も高温で長時間加熱保持してもその伸びの低下率
は極めて小さいものであることが判る。このこと
は、連鋳操業開始時や終了時における急激な熱的
変化や、低温時（スリーブ温度が高くなるまでの
間）における連鋳製品からの負荷でスリーブに苛
酷な衝撃応力が働くことがあつても、充分なる靭
性を保持するものであるため、その変形に対して
よく耐え、クラツクの発生・進展の防止にも優れ
たものであり、ロール寿命の延長を約束するもの
である。尚、本発明の第２発明に属するもの（No.
19〜No.22）では、Mo、Ｗ、Ｎの単独若しくは複
合添加効果が発揮されて一層高温引張強度が向上
するのが認められる。また第４表のフアイヤークラツク試験結果につ
いてみると、Nbを添加していない準発明合金
（No.５〜11）ではクラツク発生までの繰返し数が
22〜33回と少なく、Nbを少量含有せしめたNo.12
も繰返し数38回とやや向上しているも不十分であ
る。一方Nb含有量が多過ぎるNo.13ではかえつて
耐クラツク性に劣る。これに対し、本発明合金
（No.14〜22）ではいずれも準発明合金の約２倍の
繰返し数を示し耐フアイヤークラツク性に良好な
特性を有するものであることが判る。すなわち、
本発明合金は苛酷な熱サイクルを受ける連鋳ロー
ルの用途には耐熱合金のなかでもとりわけ適した
ものであることが明らかとされる。而して、上記の如き合金か成るスリーブを焼嵌
めた本発明の複合ロールを広巾スラブ連鋳機の非
水冷帯でピンチロールとして実用に供した結果で
も、従来のソリツドロールを使用した場合に比
し、その使用寿命が大巾に延長されることを確認
した。下記にその実施例を掲げる。＜実施例＞下記第５表記載の化学成分からなる遠心力鋳造
製スリーブを用いて第３図に示す如きスリーブロ
ールを製作し、各々実プラントで試用に供した。
このさい、テストロールは外径380mmφ、スリー
ブ厚さ50mmであり、各ロール軸にはS35C炭素鋼
を使用した。なお、試用条件はスラブ連鋳機でテ
ストロールのみ外部水冷を中止し内部水冷のみを
実施した。この試用結果によると、第２図に示す如き従来
のソリツドロール（１％Cr―0.3％Mo鍛造ロー
ル）では500チヤージ前後の使用で曲り、フアイ
ヤークラツク等を発生して使用できない状況とな
つていたが、本発明ロールではいずれも約2000チ
ヤージを経過してもなお問題なく使用できた。従
つて、本発明ロールでは従来ロールの少なくとも
４倍以上の寿命向上が実証された。

【表】一般にロールの寿命を支配する要因としては、
クラツクの発生・進展による折損、曲り変形の発
生（２mm以上の曲りは使用不可）、酸化、摩耗等
によるロール径の減少（同じく２mm以上になると
廃棄又は再修正が必要）があり、これらに対し
て、従来の連鋳用ロールを非水冷帯で使用した場
合では、ロールの温度上昇により、ロール強度の
低下、耐酸化性、耐摩耗性の低下を招き、結果と
してロール寿命の短いものとなつた。これに対し
て本発明の複合ロールでは、非常に高温に加熱さ
れるロール表層部を特定成分範囲の合金としてあ
るため、大きな高温強度が確保され、耐酸化性び
耐摩耗性の面でも充分良好なものとなり、更には
Nbの添加によつて靭性も良好なものであつて、
これらによりロール寿命を延長することができ
る。又ロール本体は従来通り普通鋼又は低合金鋼
を用いるのであるが、これは使用状態の低温下
（500℃程度までしか加熱されない）では構造用鋼
として充分な強度を保持し、曲り変形に対しても
強く、従つて非水冷帯でも充分使用に耐える複合
ロールとなるのである。以上は本発明の複合ロールを、スリーブ方式の
ものについて説明したのであるが、本発明ではス
リーブを用いる代りに溶接肉盛を用いることも出
来る。即ち、第４図に示すように、予め製作した
ロール軸２の外周表面にこの合金の溶接肉盛層７
を溶着して一体の複合ロールとすることができ、
これによつても前記スリーブ方式のものと同様に
寿命の長い連鋳用複合ロールが得られる。そして
又、この溶接肉盛によれば、前記の焼嵌めしたス
リーブがクラツクを発生したり或いは摩耗して再
修正を要する場合、第５図に示すように元のスリ
ーブ表面にこれと同材の本発明合金から成る溶接
肉盛層７′を溶着することもでき、この方法によ
れば、ロールの修理再利用が簡単便利なものとな
る。更に又、この溶接肉盛の考えを発展すれば、
ロール軸に焼嵌めるスリーブは低合金鋼スリーブ
としながらも、その高温となる表層部に更に耐熱
鋼を溶接肉盛して複合ロールを製作することが考
えられ。以上要するに、本発明の複合ロールで
は、非水冷帯で用いる連鋳ロールとして、高温の
連鋳製品と接する少なくともその表層部は、焼嵌
めスリーブ又は肉盛層により耐熱鋼とするもので
ある。又肉盛層は溶接によるものでなくエレクト
ロスラグ溶解等による鋳かけによるものであつて
よいのはいうまでもない。以上詳細に説明したように、本発明はロール軸
を外包するスリーブ又は肉盛層に徐述の如き合金
を用いるのであり、従つて、本発明の複合ロール
は非水冷帯で用いるピンチロール、ガイドロール
などの連鋳用ロールとして、従来にない寿命の長
いものとなり、且つ安価に製作されるものであ
り、本発明ロールの実用による工業的なメリツト
は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスリーブロールを示す一部断面
図、第２図は従来のソリツドロールを示す一部断
面図、第３図乃至第５図は本発明に係る複合ロー
ルを示す一部断面図である。１……スリーブ、２……ロール軸、４……冷却
水孔、７，７′……溶接肉盛層。

Claims

【特許請求の範囲】１軸心部に冷却水孔を有するロール軸と、該ロ
ール軸を外包する、密着状態に焼嵌められたスリ
ーブ又は肉盛層とから成る複合ロールであつて、
前記ロール軸は普通鋼又は低合金鋼とすると共
に、前記スリーブ又は肉盛層に合金組成がＣ：
0.2〜0.60％、Si：0.1〜3.0％、Mn：0.1〜3.0％、
Cr：１〜35％、Ni：10〜40％、Nb：0.3〜3.0
％、残部は不純物を除き実質的にFeであること
を特徴とする非水冷帯に使用される連続鋳造用複
合ロール。２軸心部に冷却水孔を有するロール軸と、該ロ
ール軸を外包する、密着状態に焼嵌められたスリ
ーブ又は肉盛層とから成る複合ロールであつて、
前記ロール軸は普通鋼又は低合金鋼とすると共
に、前記スリーブ又は肉盛層の合金組成がＣ：
0.2〜0.60％、Si：0.1〜3.0％、Mn：0.1〜3.0％、
Cr：15〜35％、Ni：10〜40％、Nb：0.3〜3.0％
と、これに更にMo：0.1〜50％、Ｗ：0.1〜5.0
％、Ｎ：0.05〜0.30％のうち１種又は２種以上を
含み、残部は不純物を除き実質的にFeであるこ
とを特徴とする非水冷帯に使用される連続鋳造用
複合ロール。