JPS6326268A - アダマイト系ロ−ルの肉盛溶接法 - 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） 本発明はアダマイト系ロールの肉盛溶接において、溶接
部での割れ発生を防止する方法に関するものである。

（従来の技術） アダマイトはＣ：　１．３〜２．３％と若干のＮｉ。

Ｃｒ、Ｍｏを含有する合金鋳鋼であり、耐摩耗性、耐肌
荒性等熱間での特性が優れているため、現在熱間圧延用
ロールとして広く使われている。このロールが摩耗、亀
裂等の理由により寿命に達した場合、近年、省資源ある
いはロール性能に対する要求の高度化に伴い、アダマイ
ト系ロールの肉盛溶接が種々、検討され、一部実用化さ
れている。

しかし、アダマイトはＣ：　１．３〜２．３％の高炭素
の合金鋳鋼であり、そのミクロ組織はパーライト地にセ
メンタイトがネット状に分布したものとなっており極め
て溶接性が悪い。従ってこのアダマイト上に肉盛溶接す
ると溶接熱による急熱・急冷により、溶接熱影響部で硬
化をおこし、溶接部に侵入した水素と相まって容易に割
れを発生する。

更にｍ織中に散在するセメンタイトは極めて脆く、溶接
熱影響による急激な膨張、収縮に対応できず自らの内部
に割れを発生し、熱影響部割れの起点となりやすい。

また、溶接金属は希釈による母材からの移入炭素により
溶接割れを発生しやすい。

かかる問題点を解決するためにアーク溶接の場合、通常
、以下に示す方法が検討及び実用されている。

（１１熔接に際して、母材熱影啓部の硬化及び割れを防
止するために、高温に加熱しながら溶接する。

しかし、アダマイトロールを溶接する場合は作業者及び
溶接機の高温雰囲気からの保護のため、実用的には最高
４００〜５００℃程度までしか温度を上げることができ
ない。

（２）肉盛溶接完了後、冷却せずそのまま応力除去焼鈍
を行ないゆるやかに徐冷する。

（３）肉盛溶接の初層には、母材からの炭素移入による
溶接金属の割れを防ぐため、低炭素軟鋼系材料を使用す
る。（アダマイトロールの肉盛方法：特開昭５９−１５
９２６９号公！１１）（４）Ｃと親和力の高いＶ、Ｎｂ
等の合金元素を溶接金属に添加して微細な炭化物を析出
せしめ、溶接金属の割れを防止する。（高Ｃ−Ｖ系硬化
肉盛溶接：住金溶接工業■、溶接学会全国大会’８４−
１１）以上のような対策をしても母材熱影響部の割れを
皆無にすることはできず、実用的には熱影響部に小さな
割れを内在した形で負荷の軽いロールに限定して使用さ
れている。

また、溶接金属の初層の割れは軟鋼系材料を使用しても
皆無にすることは難しい。溶接金属中にＣと親和力の強
い合金元素を添加すれば、溶接金属初層の割れを防止す
ることは可能であるが、溶接材料価格が高価になるとと
もに、割れを防止するためのＣと合金元素量のバランス
の点より、母材成分の変化に応じて、数種類の初層溶接
材料を用意しなければならない。

アーク溶接の他に、エレクトロスラグ溶接が高炭素系材
料の割れ防止法として検討されている。

エレクトロスラグ溶接は溶接入熱が大きいため、除熱及
び徐冷効果が大きく母材熱影響部の割れを防ぐことは可
能である。しかし、エレクトロスラグ溶接は入熱が大き
いため、逆に溶は込みの制御が難しく溶着鋼成分が不均
一となりやすい。

また、形鋼ロールの場合、様々なカリバー形状の変化に
よる施工の複雑さにより、一般的には実用化されていな
い。

従来の肉盛溶接の母材熱影響部の割れ防止法に対する観
点は熱的取扱いで割れを防止しようとするものであるが
以上述べたように、従来の肉盛溶接法では母材熱影響部
の割れを完全に防止することは困難である。

（問題点を解決するための手段） 本発明はかかる問題点を解決するために開発されたもの
である。すなわち、母材表層の炭素量を低減させること
により母材熱影響部の割れを完全に防止しようとするも
のである。また、この場合同時に溶接金属の割れを防止
することも可能となる。本発明は、かかる思想のもとに
構成されたもので、その要旨とするところはアダマイト
系ロールの肉盛溶接において、ロール表面にロール素材
より炭素量の低い脱炭層を形成した後、肉盛溶接するこ
とを特徴とするアダマイト系ロールの肉盛溶接方法であ
る。

以下に本発明につき詳細に説明する。

アダマイト系ロールの肉盛溶接にあたり、母材表層のＣ
量を低減して溶接性を改善しない限り、割れを完全に防
止することは不可能であるため、ロール表層部を脱炭し
てＣ量を低減させる。ロール表層を脱炭させる手段とし
ては従来より行われている白心ならびに焦心可鍛鋳鉄の
製法を利用して脱炭または黒鉛化する熱処理法を採用し
た。かかる熱処理にりよる材質改善の機構は以下の通り
である。

＋ｌ）フェライト化（主に白心可鍛鋳鉄）白銑（Ｆｅ：
＋Ｃ）鋳物で酸化鉄（ミルスケール）又は酸化剤と一緒
に焼鈍ポット中に充填して１０００℃付近の温度に加熱
し続ければ白銑はその表面から脱戻し始める。

−ポット又は炉内の空気の酸素（０□）土表面の炭素（
Ｆ　ｅ　３　Ｃ）　−ＣＯｚさらにＣＯｚ　＋Ｆｅ：＋
Ｃ＝２ＣＯ＋３Ｆｅ （２）黒鉛化（主に焦心可鍛鋳鉄） 遊離セメンタイトとパーライト地からなる白銑を９３０
℃位で長時間保持すると焼戻し炭素とオーステナイトに
なる。

■セメンタイトの直接分解：　Ｆｅ１Ｃ−３Ｆｅ　＋　
Ｃ（焼戻し炭素）＝Ｏ第１段黒鉛化 このまま、室温まで下がるとプルアイ組織（層状パーラ
イト＋フェライトに囲まれた焼戻し炭素）になるのでさ
らに黒鉛化を進めるため ■パーライトの分解＝７００〜７２０℃位で長時間保持
する　　　　　呻第２段黒鉛化 本発明者らは脱炭熱処理による材質改善の状態を確認す
るために、３種の熱サイクルを設定し、供試材の脱炭状
況の調査を行なった。

供試材はアダマイト２種及び４種の２００　Ｘ　１５０
　Ｘ３０ｔ（ｍｕ）の大きさの板を使用した。脱炭剤は
ミルスケール及び酸化剤を使用し焼鈍ポット中に充填し
て熱処理を行なった。

表１に供試材の化学成分を示し、第１図（ａ）〜（Ｃ）
に熱サイクルを示す。

熱処理後、供試材の切断調査の結果、サイクル１は空冷
による基地ｍ織のマルテンサイト化による硬化が認めら
れ、サイクル３ではセメンタイトが完全に分解するに至
っておらず、目的とする組織の改善は認められなかった
。

この点、サイクル２においては、セメンタイトが分解し
表層はフェライト化しており、フェライト＋パーライト
の改善組織が３〜５１１形成されており、本発明の目的
と合致することがＴＪＴ１認された。

第２図にサイクル２の熱処理前後の供試材の断面ミクロ
組織を示す。

そこで次に、該熱サイクル２によって脱炭処理されたア
ダマイト材及び非熱処理アダマイト材を使用して溶接性
改善の確認のための肉盛溶接試験を行なった。

アダマイト材の材質及び寸法は前述の試験材と同じもの
を使用した。供試材の熱処理はステンレス鋼製ポットに
、ミルスケールとともに充填し、マツフル電気炉により
行なった。第３図に熱処理条件を示す。溶接方法は実際
に施工する場合の作業性、品質の安定性を考慮し、現在
、実用されている潜弧溶接法を使用した。また、溶接ワ
イヤは入熱量をできるだけ低く抑えるため、ｌ、　２層
ｍφのワイヤを使用した。表・２に使用した溶接ワイヤ
の化学成分を表・３に溶接条件を示す。

表・２　　溶接ワイヤの化学成分 表・３　溶接条件 熱処理後の素材はサンドラブストにより、表面の黒皮を
除去した後、１．２ｍ＠φのワイヤを使用し、コークス
ガスにて３５０℃又は４５０　’Ｃに予熱し２００Ｘ１
５０ｍのほぼ全面に１層及び２層肉盛溶接行なった後、
２０〜ｂ 肉盛溶接要領を第４図に示す。この試験の調査結果を表
・４に示すと共に以下に述べる。

（１）脱炭処理を行なった素材溶接部断面には母材、熱
影響部、溶接金属全範囲にわたって割れは全く認められ
ない。

（２）脱炭処理を行なわなかった素材溶接部には母材、
熱影響部及び初層溶接金属に割れが認められた。

（３）　　脱炭層（フェライト・パーライト層）の厚さ
は約４鶴得られている。本試験条件での溶接法は込み深
さは約２ｍｌで脱炭層内に収まっている。

（４）溶接金属初層の硬さは熱処理材で平均Ｈｖ２６０
、非熱処理材で平均Ｈν３７０であり母材からの炭素の
移入が少ないことを示している。第５図に断面硬さ分布
を示す。

（５）溶接金属初層の０％は熱処理材が０．１８％。

非熱処理材が０．９０％と脱炭処理の効果が明らかに認
められる。

以上に示す如く、脱炭熱処理の効果が明らかに認められ
、本発明の目的を十分満足する結果が得られたが、本発
明の要点を列記すると以下の如くである。

（１）第３図に示すサイクル２の如き条件で焼鈍ポット
にミルスケールを充填して熱処理を行なえば、表層のセ
メンタイトが分解し、最大６．０１厚さの脱炭層（フェ
ライト・パーライト層）が得られる。さらに６１以上の
脱炭層をうるためには長時間の熱処理を要するため、経
済的でない。

（２）脱炭熱処理をした該アダマイト素材に潜弧溶接法
により軟鋼ワイヤを使用して低入熱溶接を行ない、溶接
の溶は込み深さを脱炭層範囲内に収める。

（３）脱炭熱処理材の肉盛溶接金属初層の炭素量及び硬
さは非熱処理材に較べ、明らかに低く、溶接金属初層の
割れも防止することができる。

（４）従って、脱炭熱処理材を肉盛溶接する場合は、非
熱処理材を肉盛溶接する場合に較べ、溶接時の予熱層間
温度を３５０°Ｃ以下に下げることが可能であり、溶接
時の作業性を改善することができる。

（５）　　熱処理後の黒皮層の除去法は特に限定しない
がサンドブラスト法が一番経済的でかつ有効である。

（６）溶接方法は必ずしも潜弧溶接に限定しないが、Ｍ
ＩＧ溶接等のガスシールドアーク溶接の場合は、予熱ガ
スフレームによるシールドの乱れ、形鋼ロールの場合は
各種孔型形状への対応性の点で問題があり、実用的には
潜弧溶接が最も好ましいものと思われる。

（実施例） 以下に本発明の実施例について説明する。

形鋼工場のＨ２Ｏ０Ｘ１００用ロールに本発明を適用し
た。ロール材質はアダマイト４種でロール寸法は胴径６
７５龍φ、胴長１０００龍、全長２７６５ｍ１ｌである
。表・５にロール化学成分を示す。

表・５　ロール化学成分 （ｗｔ％） 該ロールを所定形状に前加工した後、第３図に示ず熱処
理条件にて脱炭熱処理した。なお、軸部は酸化防止剤を
塗布して脱炭防止をはかった。

熱処理後、ロール表面の黒皮はサンドブラストにより除
去した。次に、ロールを回転装置にセットし、回転しな
がらコークスガスで予熱を行なった。３００〜３５０℃
に昇温後、表・２に示すワイヤで下盛溶接を行なった後
、その上に表・６に示す耐摩耗材料を第６図に示す要領
で上盛溶接した。肉盛溶接完了後、そのまま５８０℃Ｘ
５ｈｒ後熱処理を行なった後、２０〜ｂ た。

表・６　上盛溶接材料化学成分 （ｗｔ％） 冷却後、該ロールを所定寸法に仕上げ加工した後、ＵＳ
Ｔにより内部欠陥の調査を行なったところ、母材、熱影
響部及び下盛層には溶接によると思われる欠陥は認めら
れなかった。該ロールを実機に組込み、２０００　トン
圧延使用したところ、従来のアダマイト肉盛ロールに発
生し易かった。ｉ’！ＩＭや亀裂などの溶接ロール特有
の現象は発生しなかった。

このことにより、本発明の利用法としてアダマイト廃棄
ロールの再生はもちろん、再生肉盛した本発明ロールを
また再生する場合は脱炭層、下盛材はそのまま適用可能
なので、繰り返し使用でき経済効果は大きい。

（発明の効果） 本発明によれば、アダマイト系ロールの肉盛溶接に際し
て、母材、熱影響部、溶接金属全般に亘って割れ等の溶
接欠陥を生ずることなくかつ作業性よく溶接を実施する
ことができ、かつ従来のアダマイト肉盛ロールに発生し
易かった剥離や亀裂などの溶接ロール特有の現象がなく
なるので、本発明は産業上稗益するところが極めて大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は脱炭熱処理の３種の熱サイクル
を示す図、第２図（ａ）、　（ｂｌは第１図のサイクル
２の熱処理前（ａ）及び熱処理後ｆｂ）の供試材の断面
の金属ｗ４微鏡Ｍｉ織写真図、第３図は肉盛溶接試験材
の熱処理条件の熱サイクルを示す図、第４図（ａｌ、　
（ｂ）は肉盛溶接試験要領を示す図で、（ａｌは平面図
、（ｂ）は断面図、第５図は熱処理材及び非熱処理材（
素材材ｆ１．アダマイト４種、予熱温度＝３５０℃）の
肉盛溶接金属初層の断面硬さ分布を示し、ｆａ）は測定
位置が１層目、（ｂｌは測定位置が２層目、（Ｃ）は測
定位置が縦の場合の硬さ分布を示し、（ｄ）は測定位置
を示す図、第６図は実機ロールの肉盛溶接要領を示す図
である。 １７７し３ 第２図 （ＸＺＯ□） 第３図 第４図 （α）（ｂ） ；８様７ｒ＃Ｊ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アダマイト系ロールの肉盛溶接において、脱炭熱処理に
   より、ロール表面にロール素材より炭素量の低い脱炭層
   を形成した後、肉盛溶接することを特徴とするアダマイ
   ト系ロールの肉盛溶接法。