JPS6154088B2 - - Google Patents

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形成するなどされ
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
クロム鋳鉄の外層を鋳造形成した後、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と内層を溶着一体化せしめ、
外層の肉厚が内層の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
純を行つた後、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
合スリーブは高クロム鋳鉄からなる外層７とダク
タイル鋳鉄からなる内層８とを鋳造により溶着一
体化せしめてなり、かつ第２図に示すように、そ
の孔型部５の使用層９に焼入れ層を形成してなる
ものである。この複合スリーブを鋳造するにさい
しては、外層７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、金型内面に
外層材質の円筒体を形成する。このさい外層に必
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形成するようにすること
もできるし、複合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
内層の鋳込みに移る。内層は外層の鋳込み後所定
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複合ス
リーブを得ることもできる。なお内層は強靭なダ
クタイル鋳鉄で形成されるが、鋳造時に外層の内
面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
なる外層と内層とを溶着一体化した複合スリーブ
が鋳造される。 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、ま
た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Ar₁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、また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、かえつて硬度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。 〔内 層〕 内層は強靭なダクタイル鋳鉄で形成されるが、
内層には外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C2.5〜3.7、Si1.8
〜3.5、Mn0.2〜1.0、Ni0.2〜2.5、Cr0.5〜3.0、
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、3.7％を越えて含まれると脆くなるためであ
る。 Siは外層から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、外層の洗われにより必然的
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、外層
の洗われから0.5〜3.0％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、外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。 外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Fe及び不純物からなる。
なお、外層がＶ、Ｗ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の外内層を溶
着一体化して複合スリーブを鋳造した後、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、600〜700℃で外層をパーライト変
態させる軟化焼鈍に供する。この熱処理によつて
外層の高クロム鋳鉄は軟化し、一方内層のダクタ
イル鋳鉄は強靭性を増して、次の外層の局部焼入
れ作業時の割れ発生、使用時の事故発生を防止す
ることができる。 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２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９についてのみ焼入れ
処理を行ない、孔型部使用層９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９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。 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９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８の肉厚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
に対応して内層８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
は鋼管圧延用孔型付ロールの如く、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９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。また従来の複合ロールでは、外
層がチルド、グレン材質の場合、内層は普通鋳鉄
又はダクタイル鋳鉄が用いられているが、本発明
の方法では内層も高温熱処理しており、このため
そのダクタイル鋳鉄の強靭性を向上させることが
可能である。こ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800〓×500、内径350〓、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
の後続けて内層を所定厚鋳込み、両者を溶着一体
化せしめて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1000℃で拡散熱処理し、
860℃、650℃で軟化焼鈍した結果、外層には硬度
Hs42〜45が得られた。さらに続けて孔型及び内
径加工を行なつた後その孔型部のみ950℃で中周
波焼入れし、480℃で焼戻した結果、孔型部で
Hs82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。 遠心力鋳造により先ず外層を所定厚鋳込み、そ
の後適宜タイミングで金型を立てて内層をなす芯
材を鋳込み両者を溶着一体化せしめて複合スリー
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】 この鋳造品を950℃で拡散熱処理し、900℃、
680℃で軟化焼鈍した結果、外層には硬度Hs48〜
49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1000℃で中周波焼入れし、
520℃で焼戻した結果、孔型部底部でHs86〜88の
硬度が得られた。 以上に述べた如く、この発明の製造方法によれ
ば、外層が高クロム鋳鉄で、内層がダクタイル鋳
鉄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及び
焼戻し処理を施すので、外層の肉厚が内層の肉厚
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孔型部に
Hs75以上の硬度を付与することも容易になし得
るものとなる。またこの複合スリーブの内層は高
温熱処理されたダクタイル鋳鉄によつて強靭性が
確保されるため、焼入れ時及び使用時のいずれに
おいても割れることなく安定である。従つて、こ
の方法により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安全性を損なうことなく
耐摩耗性等その使用特性を著しく向上させること
が可能である。

【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る。 １……アーバー、３，７……外層、４，８……
内層、５……孔型（部）、６……焼ばめ固定面、
９……孔型部使用層（焼入れ層）。

Claims (1)

1. 【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を鋳造
   形成した後、遠心力鋳造又は静置製造によりその
   内部にダクタイル鋳鉄の内層を鋳込んで外層と内
   層を溶着一体化せしめ、外層の肉厚が内層の肉厚
   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。