JPS6153409B2

JPS6153409B2 -

Info

Publication number: JPS6153409B2
Application number: JP10345582A
Authority: JP
Inventors: Shiro Nakamura; Masahiro Fukuda; Yoshihiro Nakagawa; Seitaro Sakamoto; Masayuki Kato
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1982-06-15
Filing date: 1982-06-15
Publication date: 1986-11-18
Also published as: JPS58221659A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は鋼管圧延用の孔型付圧延用ロールに
用いられる複合スリーブの改良に係り、特にその
孔型部における耐摩耗性の向上されたものを得る
ための製造法に関する。従来この種の孔型付圧延用ロールには、第１図
に示すように、アーバー１に孔型５を有するスリ
ーブ２を焼ばめ又はキー止め等の機械的結合手段
により胴部に固定６したスリーブ組立構造のもの
が使用されている。このさいスリーブ２には
Hs65〜75の硬度を有するチルド材質又はグレン
材質が用いられており、またその孔型５は切削加
工によるか又は鋳造時の段階で鋳造形成される。ところで、孔型部５が設けられるスリーブ外層
３は耐摩耗性が必要とされるため上記高硬度チル
ド系材質のように高硬度のもので形成する必要が
あるが、反面この高硬度材では残留応力が大き
く、又焼ばめ等で内層部から割れ等の問題を発生
することがある。そこで従来この種ロールには、
図示の如く外層３は上記のような高硬度材で形成
する一方、内層４は別途靭性に優れた材質をもつ
て形成した複合スリーブを使用する場合が多い。しかして、このような複合スリーブを用いる場
合では、外層３の肉厚t₁が薄く内層４の肉厚t₂が
厚いときでは、残留応力は小さく外層３が高硬度
のものであつても問題ない。しかし乍ら、逆に外
層３の肉厚t₁が厚く内層４の肉厚t₂が薄い場合で
は、スリーブの残留応力が大きくなつて破壊につ
ながりやすく、スリーブ外層３従つて孔型部５の
硬度の上昇には限界がある。このような問題を解決するため、この発明は孔
型付圧延ロールに供する、内層に比べて外層の肉
厚が大きい複合スリーブについて、そのスリーブ
材質、構造を選定、改良すると共に鋳造後におけ
る焼入れ等の熱処理方法を改良工夫することによ
り、スリーブの残留応力を小さくし乍らその外層
特に必要な孔型使用層の一層の高硬度化を図り、
これによつて耐摩耗性等この種ロールの使用性能
を向上させることに成功したものである。すなわち、この発明は孔型付圧延ロール用複合
スリーブの製造方法として、遠心力鋳造により高
クロム鋳鉄の外層次いで外層内面にアダマイト材
の中間層を各々鋳造形成した後、遠心力鋳造又は
静置鋳造によりその内部にダクタイル鋳鉄の内層
を鋳込んで外層、中間層及び内層の三層を溶着一
体化せしめ、外層の肉厚が中間層及び内層の合計
肉厚よりも大きい円筒状の複合スリーブを鋳造
し、その後該複合スリーブに熱処理を施して外層
に予め鋳造形成し又は切削形成された孔型部を高
硬度化する孔型付圧延ロール用複合スリーブの製
造法において、前記熱処理は複合スリーブを800〜950℃及び
600〜700℃での軟化焼鈍を行つた後、900〜1100
℃での孔型部使用層のみの焼入れ及び400〜600℃
での焼戻しを行い、該孔型部の硬度をHs75以上
とすることを特徴としている。以下本発明について詳述する。本発明に係る複
合スリーブは、第２図に示すように、外層７、中
間層８及び内層９の三層構造からなり、かつこれ
らを鋳造により溶着一体化せしめてなるものであ
る。この三層複合スリーブを鋳造するにさいして
は、外層７及び中間層８については遠心力鋳造に
より所定の肉厚に鋳造形成する。すなわち、遠心
力鋳造機上にセツトされた回転金型にまず後に例
示する如き高クロム鋳鉄の外層溶湯を鋳込み、そ
の後所定のタイミングで引続きアダマイト材の中
間層を鋳込み両者を溶着せしめて各々鋳造形成す
る。このさい外層の一部が洗われて中間層に混入
するため、中間層は最終的には後に例示する如き
高クロム系のアダマイト材とされる。外層に必要
な孔型の形成手段は、金型内面に突起するチラー
を設けて鋳造時に直接鋳造形成するようにするこ
ともできるし、三層スリーブを鋳造した後、別途
切削加工により形成するようにしてもよい。しか
して内層の鋳造にさいしては、中間層の鋳込み後
所定のタイミングで引続き遠心力鋳造するように
してもよいし、金型を静置直立せしめて置注ぎ鋳
造しスリーブ内径をボーリング加工して目的の三
層スリーブを得ることもできる。内層は強靭なダ
クタイル鋳鉄で形成する必要があるが、中間層の
一部が洗われて内層に混入するため、内層は最終
的には後に例示する如き若干Crを含むもので形
成される。このようにして各々所定の材質からな
る外層、中間層及び内層を溶着一体化せしめた三
層複合スリーブが鋳造される。次に本発明に係る複合スリーブでは特に中間層
を介在させて三層構造とすることの理由を述べ
る。本発明では外層を高クロム鋳鉄、内層をダク
タイル鋳鉄で形成するものであるが、この場合両
者を直接溶着せしめると外層のクロムが内層に多
量に混入し、内層は非常にCr含有量の高いダク
タイル鋳鉄となつてその靭性の劣化を余儀なくさ
れる。これを避けるため本発明では緩衝剤として
中間層を介在せしめ、内層へのクロムの混入をで
きるだけ少なくするようにしている。従つて、中
間層は複数回に分けて鋳込むことも有効であり、
中間層の層数を増すことにより実質的に四層以上
の複合スリーブとすることもできる。本発明に係る複合スリーブの各層の材質につい
て具体的に説明する。〔外層〕スリーブ外層はその孔型底部の硬度Hs75以上
を目標として高クロム鋳鉄で形成される。該高ク
ロム鋳鉄は、好適にはC1.6〜3.4、Si0.3〜1.5、
Mn0.3〜1.5、Ni0.1〜2.0、Cr10〜25、Mo0.5〜3.0
を各重量％含み、残部Fe及び不純物からなるも
のである。各成分範囲の限定理由は次の通りであ
る。Ｃは（Fe−Cr）₇C₃型炭化物を安定にする範囲
内としてCr量とバランスをとり目的のカーバイ
ド量に応じて決定されるべきであるが、C1.6％
未満では炭化物量が少なく耐摩耗性が不足し、又
3.4％を越えて含有されると炭化物量が多過ぎて
機械的強度特に靭性の点での劣化が著しいためで
ある。 Siは溶湯の脱酸のために0.3％以上は必要であ
るが、1.5％を越えて含有されると機械的性質の
劣化をきたし、同時にAri変態点を下げ硬度が得
られにくくなるためである。 Mnは溶湯の脱酸の補助としてやはり0.3％以上
は必要であるが、1.5％を越えて含有されると機
械的性質特に靭性の点での劣化が著しくなるため
である。 Niは焼入性を向上させ積極的に硬度調整する
ため含有され、0.1％以上は必要であるが、2.0％
を越えて含有されると残留オーステナイトが増加
して硬度が上昇しなくなるためである。 Crは強靭性と耐摩耗性の向上を目的として多
量に含有されるものであるが、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の低
下と共に炭化物の微細均一化が得られず、又25％
を越えて含有されるとM₂₃C₆型の炭化物量が増加
して好ましくない。このM₂₃C₆型の炭化物は
M₇C₃型の炭化物に比べて硬度が低く充分な耐摩
耗性が得られず、M₇C₃型の炭化物の生じる範囲
として前記Ｃ含有量とバランスして、Cr含有量
は10〜25％とする。 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、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
ではその効果が少なく、また3.0％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、かえつて硬化低下を来たすためである。外層の高クロム鋳鉄は上記成分の他は残部Fe
及び不純物からなるが、必要に応じ更にＶ、Ｗ又
はCoを添加することを妨げない。これらの元素
はMoと同様の目的で添加されるものであるが、
余り多量に添加されると不経済でかつ又材質が脆
くなるため、その上限は各々V2.0％、W5.0％、
Co3.0％とする。〔中間層〕中間層は内層へのクロムの混入を防止する緩衝
材の目的でアダマイト材質で形成される。従つて
中間層には外層内面の一部が不可避に溶解され
る。中間層を形成するアダマイト材質はこの外層
一部を溶解することによる成分変動を見込んで、
好ましくは最終的にC1.5〜2.5、Si0.3〜1.5、
Mn0.3〜1.5、Ni0.1〜1.5、Cr3〜15、Mo0.2〜1.5
を各重量％含み、残部Fe及び不純物からなるも
のとされる。Ｃは1.0％以上を目標とし、外層溶湯の混入に
より上限は2.5％まで上昇する。 Siは溶湯の脱酸効果により0.3％以上必要であ
るが、1.5％を越えると脆くなるためである。 Mnは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％以上必要である
が1.5％を越えるとその効果も飽和しかつ機械的
性質の劣化を来たすためである。 Niは外層からの拡散により0.1〜1.5％程度含有
されるが、同時に中間層の機械的性質改善のため
にもこの程度必要である。 Crは低い方が望ましく、鋳込時の中間層成分
では極力低く抑えるが、外層が洗われる結果最終
的には３〜15％必然的に含まれる。 Moは鋳込時には無添加で鋳造されるが、外層
が洗われる結果やはり0.2〜1.5％必然的に含まれ
る。この程度のMo含有量では中間層の機械的性
質の向上にも役立つ。外層の溶着した後の中間層アダマイト材質は上
記成分範囲を有し、残部Fe及び不純物からな
る。なお、外層がＶ、Ｗ又はCoを含む場合で
は、中間層にもその一部が拡散混入して含まれる
ことになる。〔内層〕内層は強靭なダクタイル鋳鉄で形成されるが、
内層には中間層内面の一部が溶解されて混合す
る。しかして内層のダクタイル鋳鉄はこの成分変
動を見込んで、好ましくは最終的にC2.5〜3.6、
Si1.8〜3.5、Mn0.2〜1.0、Ni0.2〜2.5、Cr0.5〜
2.5、Mo0.05〜1.0、Mg0.03〜0.07を各重量％含
み、残部Fe及び不純物からなるものとされる。Ｃは黒鉛晶出のために2.5％以上必要である
が、3.6％を越えて含まれると脆くなるためであ
る。 Siは中間層からCrが多く混入してくるため黒
鉛化を図るために通常のダクタイル鋳鉄よりも多
く含有しなければならない。従つて、この目的か
らSi1.8％以上の含有が必要であるが、余りSi含
有量が高いと脆い材質となるため3.5％がその上
限となる。なお内層の黒鉛化を助長するために接
種量を多くするのが有効な手段である。 Mnは内層ダクタイル鋳鉄の靭性向上のために
低い方が望ましいが、中間層の洗れにより必然的
に0.2〜1.0％含有されるためである。 Niは機械的性質改善のためとCrの害を除去す
るために0.2％以上は必要であるが、多量に添加
すると不経済であるばかりでなくベーナイト地と
なるため2.5％を上限とする。 Crはできるだけその含有量が低い方が望まし
く鋳造時にはCr無添加で鋳込まれるが、中間層
の洗われから0.5〜2.5％の範囲で必然的に含有さ
れる。 Moは機械的性質改善のため0.05％以上は必要
であるが、中間層の洗われによつてもその上限を
1.0％とする。 Mgはダクタイル鋳鉄の黒鉛球状化のために必
要な通常の成分範囲として0.03〜0.07％含まれ
る。中間層と溶着した後の内層ダクタイル鋳鉄は上
記成分範囲を有し、残部はFe及び不純物からな
る。なお、外層がＶ、Ｗ又はCoを含む場合で
は、内層にもその一部が拡散混入して若干量含ま
れることになる。本発明は以上の如く各々所定材質をもつて三層
構造のスリーブを溶着一体化せしめて鋳造した
後、更にこの複合スリーブに次のような熱処理を
施すことを特徴とするものである。すなわち複合
スリーブを鋳造しこれを徐冷した後、まず望まし
くは900〜1100℃での拡散熱処理に供し、次いで
800〜950℃で焼なまし、更に600〜700℃でパーラ
イト変態させる軟化焼鈍に供した後冷却される。しかして複合スリーブ全体にこのような所要の
熱処理を施した後、本発明では第３図に示す如く
外層７に予め鋳造形成し又は別途切削形成されて
ある孔型部５の使用層１０についてのみ焼入れ処
理を行ない、孔型使用層１０の硬度をHs75以上
とする。すなわち、この焼入れ処理は具体的に
は、孔型部５の使用層１０のみに対する900〜
1100℃での中周波焼入れと400〜600℃での焼戻し
によるものである。このようにスリーブ全体に対する軟化焼鈍後、
孔型部５に局部焼入れを採用する本発明の熱処理
方法では、スリーブの残留応力を増加させること
なく必要な孔型部使用層１０に目標の高硬度を付
与することのできるのが特長である。これはスリ
ーブ全体を加熱し均一に焼入れ処理して外層全て
をHs75以上の高硬度のものにする場合では、外
層７の肉厚t₁が内層９及び中間層８の合計肉厚t₂
よりも大きくなると、肉厚t₁の外層７全面に発生
した残留圧縮応力に対応して中間層、内層にはそ
の材質強度以上の大きな残留引張応力を生じ、こ
れがためにスリーブ破壊につながるためである。
従つて、本発明の方法では鋼管圧延用孔型ロール
の如く、その外層使用厚さt₁が大きいものに対し
ては最も効果的であり、加えて従来のチルド、グ
レン材質に比較して外層高クロム鋳鉄は焼入れ性
がよく焼入れ時に割れを発生し難いものであるた
め、外層７の孔型部使用層１０の硬度を容易に所
期目標硬度にまで高めることができる。従つて、
本発明の製造方法によれば、外層７の肉厚t₁が中
間層８及び内層９の合計肉厚t₂よりも大きい複合
スリーブに対して、その孔型部使用層に優れた耐
摩耗性を有する複合スリーブを安全に製造するこ
とができる。なお上記のようにして製造されたス
リーブは、加工後アーバーに焼ばめされて使用に
供される。次に本発明の具体的な実施例を掲げて説明す
る。実施例１製品寸法800φ×500、内径350φ、孔型深さ
110mmの複合スリーブを下記のように製造した。遠心力鋳造により先ず外層を所定厚鋳込み、そ
の後続けて中間層を所定厚鋳込み、両者を溶着せ
しめて各々鋳造形成した。しかる後金型を立てて
内層をなす芯材を鋳込み三者を溶着一体化せしめ
て鋳造した。鋳造後における各層の成分組成は次の通りであ
る。

【表】この鋳造品を1100℃で拡散熱処理し、900℃、
650℃で軟化焼鈍した結果、外層には硬度Hs40〜
43が得られた。しかしてこの鋳造品に孔型加工、
ボーリング加工を加えて複合スリーブに成形した
後、その孔型部のみ950℃で中周波焼入し、500℃
で焼戻した結果、孔型部底部でHs80の硬度が得
られた。実施例２実施例１と同じ寸法形状の複合スリーブを下記
のように製造した。遠心力鋳造により、外層、中間層及び内層を
各々所定厚さ適宜タイミングで順次鋳込み、三層
を完全に溶着一体化せしめた三層複合スリーブを
鋳造した。鋳造後における各層の成分組成は次の通りであ
る。

【表】この複合スリーブを860℃で焼鈍した結果、ス
リーブ外層には硬度Hs48〜50が得られた。しか
してこの複合スリーブに孔型加工し、その孔型部
のみ1000℃で中周波焼入れし、500℃で焼戻した
結果、孔型底部でHs88の硬度が得られた。以上説明した通り、本発明の孔型付圧延ロール
用複合スリーブの製造法によれば、外層から内層
へのクロム混入を防止するための中間層を有する
三層構造の複合スリーブを鋳造した後、所要の軟
化焼鈍後、外層の孔型部使用層のみに所定の焼入
れおよび焼戻し処理を施すので、外層の肉厚が中
間層及び内層の合計肉厚よりも大きい複合スリー
ブに対して、スリーブに残留応力を増大させるこ
となく必要な孔型部使用層の高硬度化が可能とな
り、従来の方法では残留応力によつて実質的に不
可能であつたHs75以上の硬度を孔型部に容易に
付与することができる。従つて、本発明方法によつて得られた複合スリ
ーブをアーバーに組立てて圧延に供すれば、耐摩
耗性等その使用特性を著しく向上させることが可
能となり、生産性の向上に大いに資するものとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の孔型付圧延ロールの構造を現わ
す断面図である。第２図と第３図は本発明に係る
孔型付圧延ロールの構造を現わす断面図であり、
第２図はスリーブの焼入れ前を、第３図はスリー
ブの焼入れ後の状態を示している。１……アーバー、３，７……外層、８……中間
層、４，９……内層、５……孔型（部）、６……
焼ばめ固定面、１０……孔型部使用層（焼入れ
層）。

Claims

【特許請求の範囲】１遠心力鋳造により高クロム鋳鉄の外層次いで
外層内面にアダマイト材の中間層を各々鋳造形成
した後、遠心力鋳造又は静置鋳造によりその内部
にダクタイル鋳鉄の内層を鋳込んで外層、中間層
及び内層の三層を溶着一体化せしめ、外層の肉厚
が中間層及び内層の合計肉厚よりも大きい円筒状
の複合スリーブを鋳造し、その後該複合スリーブ
に熱処理を施して外層に予め鋳造形成し又は切削
形成された孔型部を高硬度化する孔型付圧延ロー
ル用複合スリーブの製造法において、前記熱処理は複合スリーブを800〜950℃及び
600〜700℃での軟化焼鈍を行つた後、900〜1100
℃での孔型部使用層のみの焼入れ及び400〜600℃
での焼戻しを行い、該孔型部の硬度をHs75以上
とすることを特徴とする孔型付圧延ロール用複合
スリーブの製造法。