JPS63313652A - 複合ロ−ルの鋳造方法およびその装置 - 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〕 未発１１は芯材と外殻層材の化学組成が異なる複合ロー
ルの製造において、強靭な芯材を有しかつ外殻層材と芯
材とが冶金的に完全に接合されたロールを鋳造する方法
およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

薄鋼板の熱間圧延等に使用されるワークロールでは、圧
延使用層に耐庁耗性が要求され、ロール芯部には耐事故
性が要求される。そのため外殻層（圧延使用層）には高
硬度材を使用し、芯部には強靭な材料を使用した、いわ
ゆる複合ロールが多用されている。このような複合ロー
ルの外ａ層には、ニハード鋳鉄系、高Ｃｒ！１８鉄系等
の材料が使われており、芯材には球状黒鉛鋳鉄等が使用
されている。

従来は、複合ロールの鋳造方法として、遠心鋳造法が一
般的な製造方法であった。

第２図を用いて、従来の遠心鋳造法の概略を説明する。

第２図（ａ）に示すように、金型内に砂型２を内張すし
てロール形状の鋳型１を形成し、この鋳型１′をモータ
３によって高速回転し、鋳型ｌに外殻層を形成する溶湯
４を注入し、遠心力を利用して１円筒状の外殻層５を形
成させる。外殻層５が凝固完了した直後に第２図（ｂ）
に示すように鋳型ｌを直立させ、芯材６を形成する溶湯
７を注入し、外殻層５と芯材６とが冶金的に接合した複
合ロールを得る。

従来技術では、外殻層５と芯材６とを冶金的に接合させ
るために、芯材溶湯７の注入時に、外殻層５の内面を一
部再溶解させている。

この再溶解量は芯材溶湯７を注入するタイミングと鋳込
温度によって変化するが、再溶解量が少ないと、外殻層
５と芯材６との境界部における冶金的接合が不七分なた
め、圧延使用中にロールがスポーリングを起こす危険性
がある。

逆に、再溶解量が多い場合には、外殻層５の成分が芯材
溶湯７に過剰に混入する。その結果、芯材６が珠状黒鉛
鋳鉄の場合には外殻層５側からＣｒが混入し、黒鉛の球
状化を阻害するため芯材６の強度が劣化し、圧延中にロ
ールが折損する等の恐れがあった。

圧延設備や圧延技術の進歩に伴ない、ロールは径小とな
り、ロールへの負荷が高まる中で、従来のロール製造技
術では冶金的接合と芯材の強靭性とを同時に満足させる
ことが困難になりつつある。すなわち従来方法では、芯
材溶湯に外殻層の成分の一部が混入するため、芯材の靭
性が劣化する。

従って、先に芯材を作り、その周囲に外殻層を形成すれ
ば、芯材の靭性劣化の問題点が解決することは容易に想
像することができる。しかしながら、先に芯材を作りそ
の周囲に外殻層を形成する従来の技術、すなわち焼ばめ
法や鋳ぐるみ法は、外殻層の形成方法に問題が残る。

従来から使用されている焼ばめ方式では、外殻層と芯材
とが冶金的に接合していないため、径大のロールには適
用されているものの、径小、胴長のロールでは外殻層が
焼ばめ応力と圧延時に印加される応力の合計応力に耐え
ることができない。

芯材の周囲に冶金的に接合した外殻層を形成する方法と
して、クラツド鋼等の製造に使用されている鋳ぐるみ方
式が考えられる。しかし、例えばφ６００ｍｍＸ２００
０ｍｍ長さの芯材６に厚さ１００ｍｍの外殻層を鋳ぐる
む場合、第３図に示すように外殻層５の凝固は芯材６と
の境界および鋳型ｌに接する外表面から肉厚中央に向っ
て、半径方向に両側から進行し、その結果、最終凝固部
は外殻層５の半径方向肉厚中央近傍となるが、肉厚に比
べて長さが長いため、通常の押湯８は効果がなく、第３
図のＡ−Ａ矢視を第４図に示・すように、外殻層５内に
収縮巣欠陥９が発生する。

鋳鉄系の外殻層は鍛造することができないため、このよ
うな収縮巣欠陥９を解消させることができない、従って
従来の鋳ぐるみ方式では、前述の問題点を解決すること
ができない。

〔発明が解決しようとする闇題点〕

木発ＩＪはこのような従来の問題点を解決し、外殻層と
芯材との境界が廿全で、かつ強靭な芯材を備えた複合ロ
ールの鋳造方法およびその装置を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題解決の技術的７段として、回転自在
なロール鋳型内に芯材を同心に回転自在に保持し、該鋳
型と該芯材を回転させながら、前記＃ＰＩ型内に溶湯を
注入してロールの外殻層を鋳造することを特徴とする。

さらに本発明の第２発明では、回転自在なロール鋳型内
に芯材を同心に回転自在に保持し、該鋳型と該芯材を速
度差をもたせて回転させながら、前記鋳型内に溶湯を注
入し、次いで前記芯材および鋳型を同期速度で回転し外
殻層を鋳造することを特徴としている。

さらにＬ配力法を好適に実施することのできる本発明の
装ごは、 ■　鋳型内に同心に装入した芯材を回転させる芯材回転
装置と、 ■　鋳型回転装置または芯材回転装置の回転抵抗を検出
する検出装置と、 ■　この検出装置の検出値により鋳型および芯材を同期
回転させる制御装置、 を備えたことな技術的特徴とする。

〔作用〕

本発明では、強靭な芯材を予め製作しておき、これを外
殻層溶湯で鋳ぐるむもので、最終凝固部の凝固収縮巣欠
陥の発生を防止するため、遠心鋳造を利用して押湯効果
を数十倍に高めることによって、健全な境界を有する強
靭な芯材を備えた複合ロールの製造を可俺とするもので
ある。

以北の目的を達成するために必要不可欠な要件は、次の
技術手段である。

■　外殻層鋳造用鋳型内に同心に回転自在に芯材を配し
、両者を同一軸上で回転させる。

■　鋳型と芯材との間隙に溶湯を満たして外殻層を形成
する。

さらに第２の発明では第１の発明に、 ■　当初は速度差をもたせて芯材と鋳型を回転させてお
き、次いて同期回転させて外殻層を形成する。

というＬ段を付加した。この付加手段により、芯材６と
外殻層との相対速度差による未凝固溶湯の攪拌効果が最
大となり、一層強固な結合が得られる。

次に未発ＩＪ１の装置は、鋳型回転装置または芯材回転
装置の回転抵抗を検出する装置を備えたことにより、注
入溶湯の凝固を検出し、最も適切なタイミングで鋳型回
転装とまたは心材回転装置を同期回転させ、強固で欠陥
のない理想的な結合部を得るＬ配力法を自動的に実施す
ることができる。

未発Ｉ’ｌｌの構成と作用を第１図を参照しながらさら
に詳細に説明する。

外殻層を鋳造するための円筒状の鋳型ｌをモータ１３、
ロール１４で駆動し回転させる。鋳型１の内部に、芯材
６と鋳型１が同心になるように円柱状の芯材６を配設し
、芯材６をモータ１５により回転させる。モータ１５に
は、制御装置２０が付属しており、この制御装置２０は
、モータ１５の回転抵抗を検出する装置とモータ１５の
回転数を変化させる制御装置とを含んでいる。

外殻層５の鋳造に当っては、芯材６と鋳型１との間隙に
、注入管１０を介して、外殻層溶ｒｇＩ４を必要量注入
する。

外殻層溶湯４は鋳型内で遠心力を受けて中空円筒状とな
り、芯材６と鋳型ｌとの間隙を満たして外殻層５を形成
する。このとき間隙が溶湯で十分に満たされ、かつ押湯
１１が必要量確保され、この押湯１１が最終東回位置と
なることが肝要である。

溶湯４は鋳型ｌおよび芯材６に接する両面から半径方向
に凝固が進行する。凝固の進行に伴ない凝固収縮が起こ
るが、遠心鋳造ではｌＯＯ〜１５０Ｇ（Ｇ：重力加速度
）の加速度を発生させることが可使なため、例えば高さ
５ｃｍの押湯でも、静置状態に換算すると、高さ５ｍ〜
７．５ｍの押湯に相当する静鉄圧を得ることができる。

その結果、その優れた給湯性から、最終凝固部の収縮巣
欠陥の発生を防ｌ二することができ、賛全な外殻層５を
得ることができる。

外殻層５と芯材６との境界については、外殻層溶湯４の
鋳込時および鋳込直後に溶湯と接する芯材６の表層部が
再溶解された後、そこから凝固が進行するため、外殻層
５と芯材６とは冶金的に接合される。芯材６の表層部の
再溶解量の制御が重要であり、（１溶解量が小さいと、
冶金的接合が不ヒ分となる。逆に再溶解量が大きい場合
には、外殻層溶湯に芯材の成分が多量に混入する結果、
外殻層の材質が変化する恐れがある。

芯材の再溶解量には、外殻層溶湯および芯材の温度、比
熱、融点、融解熱が関与している０例えば単位面積の芯
材をχｍｍだけ溶融させるには、を満足するように外殻
層溶湯の鋳込温度を設定する。ただし、 η　：経験から求まる効率（０くη＜１）ｄ　：外殻層
溶湯の厚み Ｃ：外殻層溶湯の比熱 Ｃ′：芯材の比熱 Ｔｃ：外殻層溶湯の鋳込温度 Ｈ：・芯材の凝固潜熱 ＴＬ：芯材の融点 Ｔｏ：芯材の初期温度 である。

上式におて、ηは溶湯流動等が考慮されたパラメータで
あり、流動が激しいほどηは大きくなる。高融点の芯材
あるいは外殻層溶湯が少ない場合には、芯材の再溶解量
を確保するために、鋳型１と芯材６の回転速度に差をつ
けることが有効である。これによって溶湯を強制攪拌し
、ηの値を大きくすることができる。

なお、鋳造後に熱膨張差による外殻層の割れを防止する
ために芯材は予熱しておくこ４とが望ましい。

以上の構成によって、外殻層と芯材との境界が冶金的に
接合し、かつ強靭な芯材を有する複合ロールの製造がＩ
ｌｌ濠になった。

〔実施例〕

実施例１ 本発明による具体的実施例として、外殻層にニッケル・
グレン鋳鉄を用い、芯材に球状黒鉛鋳鉄を用いた複合ロ
ールに本発明を適用した結果を述べる。外殻層および芯
材の化学成分を第１表に示した。

ロールのサイズは胴径φ７６０ｍｍ、胴長２０００ｍｍ
、全長４７００ｍｍ、目標外殻層厚８０ｍｍである。

あらかじめ鋳造した球状黒鉛鋳鉄の芯材を胴径φ６１０
ｍｍに加工し、鋳型内の所定位ｎにセットした。

鋳型内径と芯材外径との間隙は芯材の再溶解ひと鋳造後
の外殻層加工代を考慮して８５　ｍ　ｍとした。

外殻層溶湯的３．６ｔを温度１３５０℃で鋳込んだ、鋳
込時の鋳型の回転速度は６００　ｒ　ｐ　ｍ　（約１２
０Ｇ）、芯材の回転数は７００ｒｐｍとした。ｐＪ型と
芯材の回転方向は同じ方向である。鋳込から５分後に芯
材の回転速度を６０Ｏｒｐｍに落とし、鋳型と芯材の回
転を同期させた。

胴部の溶湯厚みが８５ｍｍであるのに対し、押湯部の溶
湯厚みを約１３０ｍｍにして東回収縮に対して溶湯補給
を行った。この際の芯材の再溶解量は５〜７　ｍ　ｍで
あった。

鋳込から４０分後に鋳型、芯材の回転を停止し、型抜き
後、粗加工、熱処理、仕上げ加工を経てロールを作成し
た。胴端部におけるミクロ組織観察および胴外周からの
超音波探傷から外殻層内および外殻層と芯材との境界に
欠陥がないことが確認された。

実施例２ 本発明を適用した他の例として、外殻層に高クロム鋳鉄
を用い、芯材に球状黒鉛鋳鉄を有する複合ロールに本発
明を適用した結果を述べる。

外殻層および芯材の化学組成は第２表に示す通りである
。ロールの形状は先の実施例１と同じである。鋳造方法
は、外殻層の鋳込温度を１４３０℃とした点を除いて、
先に述べた実施例１の場合と同様とした。その結果、外
殻層と芯材との境界に欠陥のない強靭な複合ロールを得
ることができた。

〔発明の効果〕

以上のように本発明の複合ロール鋳造方法によれば、次
の効果がある。

ｌ）芯材と外殻層を冶金的に接合することができる。

２）芯材に強靭な材料を使用することができる。

３）外殻層内に凝固収縮欠陥がない。

４）外殻層の凝固形態を変えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を好適に実施する装置の断面図、第２図
は従来の遠心鋳造による複合ロールの製造方法を示す説
明図、第３図は従来の鋳ぐるみ鋳造方法をロール製造に
適用した例を示す鋳型の縦断面図、：５４図は第３図の
Ａ−Ａ矢視図である。 ｌ・・・鋳型 ４・・・外殻層溶湯 １０・・・注入管 ５・・・外殻層 ６・・・芯材 １１・・・押湯 １３．１５・・・モータ ９・・・凝固収縮巣 １２・・・保温材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　回転自在なロール鋳型内に芯材を同心に回転自在に
   保持し、該鋳型と該芯材を回転させながら、前記鋳型内
   に溶湯を注入してロールの外殻層を鋳造することを特徴
   とする複合ロールの鋳造方法。 ２　回転自在なロール鋳型内に芯材を同心に回転自在に
   保持し、該鋳型と該芯材を速度差をもたせて回転させな
   がら、前記鋳型内に溶湯を装入し、次いで同期速度で回
   転させて外殻層を鋳造することを特徴とする複合ロール
   の鋳造方法。 ３　回転自在な円筒形鋳型において、該鋳型内に同心に
   該装入した芯材を回転させる芯材回転装置と、鋳型回転
   装置または芯材回転装置の回転抵抗を検出する検出装置
   と、該検出装置の検出値により鋳型および芯材を同期回
   転させる制御装置とを備えたことを特徴とする複合ロー
   ルの鋳造装置。