JPS6230041B2

JPS6230041B2 -

Info

Publication number: JPS6230041B2
Application number: JP57134043A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fukuda; Akitoshi Okabayashi
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1982-07-31
Filing date: 1982-07-31
Publication date: 1987-06-30
Also published as: JPS5924568A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はＨ型鋼の圧延に用いられるロールの改
良に関する。Ｈ型鋼１の圧延に際しては、生産性向上、品質
確保の面から第１図に示すようなユニバーサルミ
ルを使用するのが一般的である。このユニバーサ
ルミルを構成するロールのうちその水平ロール
（スリーブ）２は、第１図に示すように、アーバ
ー３に焼ばめて組立られるため、圧延時の熱応
力、圧延荷重による応力またロールに内在する残
留応力の他に、焼ばめによる応力が発生し焼ばめ
面からの割損事故の例が多い。一方竪ロール４に
ついては、第２図に示すように、ベアリングが挿
入される空洞５を有していると共に、該空洞５の
すぐ外側に図例の如き貫通形式（あるいは盲孔の
雌ネジ形式）のベアリング固定用孔５′を有して
いるため、このベアリング固定用孔５′の縁部で
圧延時の熱応力、圧延荷重による応力および残留
応力が集中し、割損事故の発生率が高い。そこで従来から、この種圧延用ロールについて
は、その使用層（外層）と内層とに分けて、残留
応力の低減と内層の強靭化の対策がとられてい
る。しかし乍ら、残留応力除去のための熱処理を
施すと、外層の耐摩耗性を劣化させる場合もあり
限度がある。また従来その内層に適合する材質と
して、ダクタイル鋳鉄、マレアブル鋳鉄、黒鉛鋼
が一般に知られており、このうちでは黒鉛鋼が最
も良好な特性を示すが、この場合でも圧延条件の
厳しい場合では割損事故を発生している。このような問題に鑑み、本発明は第１図に示す
Ｈ型鋼圧延用ロール（水平ロール２、竪ロール
４）について、従来よりも耐割損性を改善し、か
つ耐摩耗性に優れるロールを提供するものであ
る。すなわち、本発明はＨ型鋼圧延用ロールとし
て、各々下記に詳述する材質からなる外層と内層
とを溶着一体化せしめてなる新規な複合構造のも
のを提供するものである。以下本発明のロールを構成する外内層材質につ
いて説明する。〔外層〕外層は圧延材と直接接触するため、耐摩耗性、
耐焼付性、耐肌荒性が必要であり、また残留応力
を大きくしないことにも留意すべきである。しか
して外層材質には、パーライトを主体とする基地
組織を有するところの次の如き成分組成のいわゆ
る高Ｃ％アダマイト材質が適合している。すなわ
ち外層は、Ｃ 1.8〜2.8、Si 0.2〜1.2、Mn 0.4〜
1.5、Ｐ 0.1以下、Ｓ 0.1以下、Ni 0.5〜2.2、
Cr 0.5〜2.0、Mo 0.5〜2.0を各重量％含み、残部
Feおよび不純物からなり、硬度Hs55〜72を有す
ることを特徴としている。以下に上記成分範囲等
の限定理由を列記する。Ｃ 1.8〜2.8％外層はＣ含有量によつて共晶セメンタイト（以
下単にセメンタイトという）の量が決まり、材質
の耐摩耗性、耐クラツク性がほぼ決定される。Ｃ
1.8％未満ではセメンタイト量が少なく、目的
とする耐摩耗性が発揮できない。一方2.8％を超
えて含まれるとセメンタイト量が多くなり過ぎ
て、耐ヒートクラツク性が劣化し、また欠け落ち
摩耗を発生して好成績が期待できないためであ
る。 Si 0.2〜1.2％ Siは脱酸効果があるため含有される。0.2％未
満ではその効果が期待できず、一方1.2％を超え
るとフエライト中に溶け込んだSiが材質の強靭性
を劣化する傾向が顕著となり問題となるためであ
る。 Mn 0.4〜1.5％ MnはＳの害を除き、硬度、耐摩耗性を増す効
果があるが、0.4％未満ではその効果が少なく、
一方1.5％を超えると材質が脆くなるためであ
る。Ｐ 0.1％以下Ｐは溶湯の流動性を増し、耐摩耗性、耐焼付性
を向上するが、材質を脆くするため少ない程良
く、0.1％以下とする。Ｓ 0.1％以下ＳもＰと同様に材質を脆くするため0.1％以下
とする。 Ni 0.5〜2.2％ Niは材質のA₁変態においてパーライト変態を
長時間側に移行し、基地を硬いパーライトおよび
ベーナイトとして硬度、耐摩耗性の向上に寄与す
る。しかしてこの効果を得るためには、0.5％以
上の含有が必要である。しかし2.2％を超えて含
まれると、パーライト変態、ベーナイト変態が遅
延され過ぎてマルテンサイトが出易くなり、耐肌
荒性、残留応力の面で問題を生じるためである。 Cr 0.5〜2.0％ Crはセメンタイトの安定化と基地の耐摩耗性
向上に効果があり、この目的から0.5％以上必要
である。しかし乍ら、2.0％を超えて含まれると
セメンタイトがネツト状になり易く、また鋳造割
れを発生し易くなるため、2.0％をその上限とす
る。 Mo 0.5〜2.0％ MoにはMiと同様の作用があり、硬度、耐摩耗
性、強靭性の向上のために0.5％以上必要であ
る。しかし2.0％を超えると、硬くなり過ぎて却
つて脆くなり、また経済的な面からも不利となる
ためである。外層材質は基本的には以上の成分を含み、残部
Feおよび不純物からなる。なお外層材質には必
要に応じ、Feに代えて次のような元素を各適量
含有することができる。 Ti、Al、Zrの一種又は二種以上上記外層材質は遠心力鋳造により鋳造すると、
ガスによる鋳造欠陥を発生し易い。そこで、脱
酸、脱窒剤としてTi、Al又はZrを単独もしくは
複合添加すると、その健全性が高められる。なお
これらは余り多く添加されると、溶湯の流動性を
阻害するため、合計量で0.1重量％以下に抑えら
れる。 Nb、Ｖの一種又は二種 Nb及びＶは共に鋳造組織の微細化に効果があ
り、また硬いカーバイドを生成して耐摩耗性の向
上に寄与する。そのためNbとＶを単独又は複合
して含有させれば、より圧延成績の向上を計るこ
とが可能である。しかし乍ら、上記効果も1.0％
を超えると飽和するため、各々1.0重量％をその
上限とする。硬度Hs 55〜72 外層は耐摩耗の面面から、Hs 55以上の硬度を
有することが必要である。すなわち、Hs 55未満
では耐摩耗性の面で充分でなく、また圧縮強度も
低くなるため、高圧延荷重による圧縮破壊を発生
するためである。一方Hs 72を超える場合につい
ては、そのマルテンサイト析出量を多くしなけれ
ばならず、その場合には塑性流動により耐肌荒性
は劣化し、また残留応力は不可避に増大される問
題を来たす。上記の本発明に係る外層材質では、
後述する適当な熱処理を施すことにより、この所
期目標とする硬度範囲のものが得られる。〔内層〕内層は強靭性特に疲労強度を大きくする必要が
ある。しかして本発明では、内層はＣ 1.2〜
1.8、Si 1.0〜2.2、Mn 0.2〜1.0、Ｐ 0.1以下、
Ｓ 0.1以下、Ni 1.2〜2.4、Cr 0.1〜1.0、Mo 0.3
〜1.0を各重量％含み、残部Feおよび不純物から
なり、硬度Hs 45〜55を有することを特徴として
いる。以下に上記成分範囲等の限定理由を列記す
る。Ｃ 1.2〜1.8％内層は黒鉛を晶出させることによつてセメンタ
イトの晶出を抑え、強靭性を付与することを特徴
とするいわゆる黒鉛鋼からなる。本材質ではＣ含
有量が低い程強靭性に優れているが、反面鋳造性
が悪くなり、また外層材質とのＣ含有量の差が大
きくなるとその境界部に巣状欠陥を発生し易くな
る。また一方Ｃ含有量が高過ぎると黒鉛形状が片
状となり、所望の強靭性が発揮できなくなる。そ
こで、これらの問題を惹起せず所望の強靭性を発
揮する範囲として、Ｃ 1.2〜1.8％に限定する。 Si 1.0〜2.2％ Siは黒鉛の晶出を促進する元素であり、1.0％
未満では黒鉛量が少なく強靭性に不足し、一方
2.2％を超えると、黒鉛量の面では問題ないが、
フエライト中に固溶したSiが基地を脆くし問題と
なるためである。 Mn 0.2〜1.0％ MnはＳと結合し、Ｓの悪影響を除去するのに
有効である。しかしてMn 0.2％未満ではその効
果がなく、一方1.0％を超えると材質の強靭性を
劣化するためである。Ｐ 0.1％以下Ｐは溶湯の流動性を高めるが、材質を脆くする
ため0.1％以下とする。Ｓ 0.1％以下ＳもＰと同様に材質を脆弱にするため0.1％以
下とする。 Ni 1.2〜2.4％ Niは材質の焼入れ性を増すので、強靭性特に
疲労強度の向上に効果が大きい。本材質では特に
疲労強度が必要とされるため、その所望の疲労強
度を確保すべくNi 1.2％以上を含有せしめる。た
だし2.4％を超えると、マルテンサイトが生成し
易くなり、靭性の面で劣化するため2.4％以下と
する。 Cr 0.1〜1.0％ Crは強靭化とセメンタイトの安定に有効であ
り、強靭性を確保するため0.1％以上含有させる
が、1.0％を超えると黒鉛が殆んど晶出せず、却
つて強靭性を劣化するため1.0％以下とする。 Mn 0.3〜1.0％ MoにはNiと同様の作用があり、強靭性確保の
ため0.3％以上含まれるが、反面材質を硬く脆く
する1.0％以下に抑える。内層材質は基本的には以上の成分を含み、残部
Feおよび不純物からなる。なお内層材質には必
要に応じ、Feに代えて次のような元素を各適量
含有することができ、また接種処理を施しておく
こともできる。 Ti、Al、Zrの一種又は二種以上内層材質についても鋳造に際してガスによる鋳
造欠陥を発生し易いため、これらの元素を添加し
てその健全性の向上を図ることができる。この場
合、上記元素はいずれも強力な脱ガス剤であるた
め、余り添加量が多いとやはり溶湯の流動性を悪
化し却つて鋳造欠陥を発生し易くなるため、それ
らの添加量は合計量で0.1重量％以下に抑えられ
る。接種一般に黒鉛化の促進、組織微細化の目的のた
め、接種を行なうと好結果が得られることが知ら
れている。本材質についても、接種技術を応用し
て、その鋳込前にCaSi、FeSi等の接種剤をSi分
として0.1〜1.0％添加すると、強靭性の向上に一
層有効となる。接種量は0.1％未満では効果が認
められず、また1.0％を超えるとその効果が飽和
するためである。なお、接種による場合において
も、その接種後のSi含有量は前記1.0〜2.2％の範
囲となるように成分調整される。硬度Hs 45〜55 内層は強靭性の面からHe 45以上の硬度を有す
ることが必要である。すなわち、強靭性は硬度と
も相関関係を有し、Hs 45未満では強靭性特に疲
労強度が低くなるため、長期の使用において割損
事故の発生率が高くなるためである。一方Hs 55
を超えると、疲労強度の面では問題ないが、靭性
の面で劣化し、衝撃的な荷重に対する安全性が低
下して却つて割損事故を発生し易い。上記の本発
明に係る内層材質では、後述する適当な熱処理を
施すことにより、この所期目標の硬度範囲のもの
が得られる。次に本発明に係るロールの製造法について簡単
に説明する。このような目的とする中空ロール
（スリーブ）は遠心力鋳造法（横型、竪型および
傾斜型）を利用することにより容易に製造され
る。例えば第３図に示すように、回転金型６の両
端内面に砂型もしくは耐熱レンガ７を装設して構
成された遠心力鋳造用鋳型に、取鍋８から外層ａ
及び内層ｂの各溶湯を適宜タイミングで順次鋳込
むことにより、冶金学的に一体結合した所期の複
合ロールが鋳造される。なお、内層溶湯の鋳込み
にさいしては、第４図に示す如く、外層ａを鋳造
した鋳型を直立し、これを静置鋳造により鋳込む
こともできる（但しこの場合は後にその芯部を穿
孔する）。このように外層を遠心力鋳造した後、内層を遠
心力鋳造又は静置鋳造することによつて、所望の
形状、肉厚を有するものが容易に製造できる。と
ころで、上記のように製造したものでは、その外
層と内層の境界部に厚さ10〜20mmの混合層（外層
と内層の中間的材質）が生成されることは避けら
れないが、この混合層の生成は余り問題とはなら
ない。なお、内層のＣ含有量が低く外層に比較し
てその差が大きい場合には、凝固形態からその境
界近傍に引巣状欠陥を発生し易いことがある。こ
の場合には、その対策として必要に応じ中間層
（外層と内層の中間的なＣ含有量の材質）を厚さ
10〜40mm介在させて鋳造するのが有効となる。本発明に係るロールの熱処理方法については、
材質の強靭性の確保、硬度調整及び耐摩耗性の調
整向上等を目的として、オーステイナイト域まで
昇温する熱処理と、これに付随する焼戻し、歪取
りのための共析変態温度以下の熱処理が施され
る。次に本発明の実施例を比較例と共に下記に掲げ
る。実施例下表に記載の外層および内層材質を用いて、
各々1060φの複合ロールを製造した。実施例品の
硬度分布を第５図に示す。但し外層厚さ 180mm 内層厚さ 95mm（このうち外層と
内層の中間的な材質範囲は20mm）

【表】

【表】以上詳細に説明したように、本発明はＨ型鋼の
圧延に供する水平ロール、竪ロールについて、そ
の外層は特定成分組成を有し微細パーライトを主
体とする基地組織を具備してなる高Ｃ％アダマイ
ド材質で形成し、一方内層は特定成分組成の強靭
性特に疲労強度に優れる黒鉛鋼で形成し、これら
を溶着一体化せしめて構成したものであるから、
従来のものに比較して耐摩耗性、耐肌荒性、耐焼
付性等の使用特性に優れると同時に、耐割損性に
優れた安全なものが提供された。

【図面の簡単な説明】

第１図はユニバーサルミルによるＨ型鋼の圧延
状況を現わす一部断面正面図である。第２図ａ，
ｂはその竪ロールを示す正面断面図と側面図であ
る。第３図、第４図はいずれも本発明に係る複合
ロールの製造工程を示す断面図である。第５図は
本発明ロールの一実施例について、その半径方向
の硬度分布を測定して示す図である。ａ……外層、ｂ……内層。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ 1.8〜2.8 Ni 0.5〜2.2 Si 0.2〜1.2 Cr 0.5〜2.0 Mn 0.4〜1.5 Mo 0.5〜2.0 Ｐ 0.1以下Ｓ 0.1以下を各重量％含み、残部Feおよび不純物からなる
硬度HS55〜72の外層と、Ｃ 1.2〜1.8 Ni 1.2〜2.4 Si 1.0〜2.2 Cr 0.1〜1.0 Mn 0.2〜1.0 Mo 0.3〜1.0 Ｐ 0.1以下Ｓ 0.1以下を各重量％含み、残部Feおよび不純物からなる
硬度HS45〜55の内層とを溶着一体化せしめてな
ることを特徴とするＨ型鋼圧延用ロール。