JPS6338246B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱間もしくは冷間圧延用設備等に供す
る複合ローラー及びその製造方法に関する。

鉄鋼圧延設備等に用いられるローラーは、図の
ような円筒状中空鋳物からなるローラーシエル１
に、別途製作された軸を組立てて構成されるのが
普通である。この際、ローラーシエル１には、そ
の使用条件に応じて、その外面側には耐摩耗性や
耐焼付性などの所要特性を具備し、一方その内面
側には組立て時の強度を具有することが要求され
る。

そこで従来は、例えばシエル厚さ25mm前後の薄
いものが要求される場合では、遠心力鋳造により
鋳鋼材のローラーシエルを形成した後、その外表
面のみを高周波焼入によつて硬化せしめるように
する手段が多く用いられている。また、鋼板の加
工品等、鋼材のシエル素材を用いる場合では、そ
の外表面に耐摩耗性に優れる合金材を肉盛溶接又
は溶射によつて被覆肉盛し、複合ローラーシエル
として使用に供することも実施されている。

一方、シエル厚さが例えば30〜100mmと厚いも
のの場合では、遠心力鋳造により先ず高合金材を
鋳造した後、引続きその内面に低合金強靭材を遠
心力鋳造し、これによつて両者を一体溶着せしめ
る複合鋳物を用いることが行われている。しかし
乍ら、この方法によると、シエル厚さが薄いもの
の場合では、図における外層２の内面が再溶解さ
れて内層３に混合し、内層３が合金化される問題
がある。これは外層２の厚さt1に比し内層３の厚
さt2を薄くしなければならないときに顕著とな
り、外層２との一部混合により内層３の強靭性が
著しく損われる問題を来たす。すなわち、この方
法によると、外層２を特に耐摩耗性、耐食性、耐
焼付付着性に優れた高Ｃ、高Cr材で形成すると、
内層３の高Ｃ、高Cr化も不可避であり、この結
果内層３が脆い材質のものになつてしまうためで
ある。

このような従来の欠点乃至問題点に鑑み、本発
明は複合ローラー特にそのシエル厚さが薄いもの
について、外層には所要の使用特性を具備すると
共に内層には十分な強靭性が確保されるもの、別
言すれば、外内層の溶着によつても内層材が外層
材から悪影響を受けることなく、内層材の強靭性
が十分担保されるものを提供しようとするもので
ある。

すなわち、本発明はそのローラーシエルを高
Cr材等の高合金外層材内面に軟鋼等の強靭性に
優れる低合金内層材を肉盛溶接して構成した新規
複合ローラーの提供に関するものであり、併せて
その好適な製造方法を提供するものである。

本発明に係る複合ローラーにおいては、ローラ
ーシエル外層材として、その使用条件に適応する
特性を備えた種々の高合金材料が用いられる。し
かし、その好適な具体例としては、次の成分範囲
からなる高Cr材が挙げられる。

高Cr材成分（重量％）C1.0〜3.0、Si0.5〜1.5、
Mn0.5〜1.5、Ｐ＜0.1、Ｓ＜0.1、Ni0.2〜2.0、
Cr10〜25、Mo0.2〜3.0、Nb＜1.0、Ｖ＜1.0残り
Fe すなわち、この高Cr材の成分限定理由は後述
の通りであるが、この成分範囲から構成される高
Cr材はHs60〜80の高硬度を有し、また耐摩耗性、
耐食性及び耐焼付性のいずれにも優れており、鉄
鋼圧延設備用ローラーとしては、その最適材質の
１つとして挙げられる。なお、シエル外層材は勿
論この高Cr材のみに限られず、その使用条件に
応じては、例えば特に耐摩耗性あるいは耐食性に
優先的に優れるもの等、耐摩耗性、耐焼付性もし
くは耐食性に優れるその他の高合金材料を選択す
ることも妨げない。

しかして、この外層材のみから構成した単層シ
エルに依つては強度不足であり、またこの外層材
を遠心力鋳造し、その内面に強靭材として鋳鋼材
を鋳込み複合材とする場合も、内層材にＣやCr
が混入して強度劣化を来たすことは先に述べた通
りである。

そこで、本発明はかかる問題点を解消する複合
ローラーシエルを得るため、内層材として軟鋼溶
接材等の強靭性に優れる低合金材（鋼系材料）を
使用すると共に、これを溶接肉盛によつて外層材
内面に被覆溶着し、これによつて所期目的とする
複合ローラーシエルを形成するものである。

これをその好適な製造方法に従い以下に説明す
る。先ず素材とされるシエル外層材は、遠心力鋳
造により形成するのが簡単かつ好適である。この
外層材は外内面の加工代を見込んで余分な適宜の
肉厚を有するように鋳造するのはもとよりであ
る。次にこの外層材の内面に加工を施して平滑面
に仕上げた後、外層素材を適当な温度にまで予熱
しておく。しかして、この状態で外層材内面に、
軟鋼溶接棒等、低合金肉盛材料をもつて、所定厚
さに内層材を肉盛溶接する。しかる後、この形成
される複合シエルに熱処理即ち外層材に耐摩耗性
を付与する熱処理を施し、更には最終的な機械加
工を加えて製品に仕上げる。この際、シエル内面
は別段加工しなくともよい。

なお、上記内層材の肉盛溶接に際しては、目的
とする内層厚さを一度に肉盛することなく、これ
を二層もしくは三層以上に分けて多層肉盛するの
がよく、かくすれば外層材からの混合の影響を一
層有効に抑えることができる。また、内盛時に外
層素材を予熱しておくことは、溶接時のワレ防止
に効果的である。

このようにして、外層材の内面に内層材を溶接
肉盛し、複合ローラーシエルを構成したもので
は、外内層材に各々所要特性を満足させることが
でき、しかも外層材から蒙る内層材への悪影響を
最小限に緩和することができる。従つて、特に薄
肉ローラーシエルの用途に対しても、内層材に強
靭性の劣化を来たすことなく対応できるものとな
る。

ここで、外層材の具体例として上に掲げた高
Cr材の成分限定理由について述べておくと、各
成分範囲は下記の理由に基づいている。

Ｃは（Fe−Cr）₇C₃型炭化物を安定にする範囲
内としてCrとのバランスをとり目的のカーバイ
ト量により決定されるべきであり、Ｃが1.0未満
では炭化物の量が少なく耐摩耗性が減少し、一方
3.0％を越えて含有されると炭化物が多くなり過
ぎて機械的強度特に靭性の点での劣化が著しい。
依つて、Ｃは1.0〜3.0％に規定される。

Siは溶湯の脱酸のために含有され、0.5未満で
はその効果がなく、反面1.5％を越えて含有され
ると機械的性質の劣化を来たし、またAr₁変態点
を下げ硬度が得られ難くなる。依つて、Si含有量
は0.5〜1.5％の範囲に規定される。

MnはSiの脱酸の補助としてその含有量は少な
くとも0.5％なければならず、0.5％未満では脱酸
の効果が得られない。しかし、1.5％を越えて含
有されると機械的性質特に靭性の点で劣化が著し
くなる。従つてMn含有量は0.5〜1.5％とする。

Ｐは特にローラー材質においては少ない程望ま
しい元素で、材質を脆くするという点からも0.1
％以下に規制する。

ＳとＰと同様の理由で0.1％以下に規制する。

Niは焼入性を向上させるため、積極的に硬度
調整するために含有せしめるもので、その含有量
が0.2％未満では所望の効果がなく、他方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
て硬度がむしろ増大し難くなる。従つて、Ni含
有量は0.2〜2.0％の範囲とする。

Crは強靭性と耐摩耗性を向上させるために含
有されるが、その含有量が10％未満ではM₃C型
の炭化物が多く晶出し、強靭性が低下すると共に
炭化物の微細均一化が得られない。また一方、25
％を越えて含有さえると、M₂₃C₆型の炭化物量が
増加し、この炭化物はM₇C₃型炭化物に比べて硬
度が低く、このため充分な耐摩耗性が得られな
い。従つて、Cr含有量はM₇C₃型炭化物の生ずる
範囲として前記Ｃ含有量と勘案して、10〜25％の
範囲に規定される。

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ると共に、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
0.2％未満ではそのような効果が少なく、また3.0
％を越えて含有されると基地中の残留オーステナ
イトが安定化し、却つて硬度低下を来たす。従つ
て、Mo含有量は0.2〜3.0％の範囲とする。

Nbは鋳造組織の微細化に効果があり、Nbが含
有されることにより析出硬化が促進されて耐摩耗
性が向上する。Nbは1.0％未満でこの効果が充分
であり、1.0％を越えるとこの効果が飽和すると
共にコスト高となる。依つて、Nb含有量は1.0％
以下とする。

ＶはNbと同様な目的で含有されるものであり、
その含有量は1.0％未満でよく、1.0％を越えて含
有されるとＶ炭化物が多くなり、靭性の点で劣化
する。依つて、Ｖ含有量は1.0％以下とする。

外層材の具体例として挙げられる高Cr材の成
分限定理由は以上の通りであつて、残部は勿論
Feから構成される。

次に本発明の実施１例を下記に掲げる。

実施例 外径305φ、内径255φ、肉厚25mm、外層厚さ15
mm、内層厚さ10mm、長さ1727mmのホツトストリツ
プミル用ホツトランテーブルローラー（シエル）
を次の如く製造した。

まず遠心力鋳造法により、外径315φ、内径
260φの高Cr材からなる外層シエルを製造した。
この内面を内径269φまで加工し、300℃に予熱し
た後、軟鋼溶接棒を用いてその内面に内径が
255φになるよう肉盛溶接した。しかる後、これ
に980℃での拡散熱処理、焼準及び歪取熱処理を
施し、次いで外表面を305φに仕上げ加工したと
ころ、表面硬度Hs70〜74をする耐摩耗性を具備
した所期目的の複合ローラーシエルが得られた。

以上に詳しく述べたように、本発明は使用条件
に適応する特性を備えた高合金外層材と、該外層
材内面に肉盛溶接した強靭性に優れる低合金内層
材とからローラーシエルを構成しているため、外
内層材には各々所要特性を充分満足せしめること
ができると共に、内層への外層材の混入が少ない
状態で両者を複合化することができる特長を有
し、これによつて内層材の強靭性劣化の問題が確
実に防止される効果が得られる。

従つて、本発明の複合ローラーシエルによれ
ば、特に薄肉のもの、更にはその内層厚さが薄い
ものに対しても容易に対応でき、これらの複合ロ
ーラー用途にも高い性能を有するものが提供でき
る。

なお、叙述の従来技術背景においても説明した
ように、本発明とは逆に、鋼材の内層シエルを素
材とし、これに高合金を外面肉盛して外層を形成
する手段も採られ得るが、この場合では、耐摩耗
性等の高価な高合金溶接材を必要とし経済的でな
いこと、また外層を肉盛形成すると組織ムラやピ
ンホール等の発生によつて、使用層に当る外層の
機能が劣化されることの致命的欠点がある。

この点、本発明は強靭材即ち軟鋼溶接棒等の低
合金溶接材料を使用すればよく、経済的かつその
溶接性にも優れ、外層材に欠陥を発生するおそれ
もない利点がある。

【図面の簡単な説明】

図は複合ローラーシエルの構造を現わす断面図
である。 １……ローラーシエル、２……外層、３……内
層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐摩耗性、耐焼付性もしくは耐食性に優れる
   高合金外層材と、該外層材内面に肉盛溶接した軟
   鋼等の強靭性に優れる低合金内層材とからローラ
   ーシエルを構成してなることを特徴とする溶接肉
   盛複合ローラー。 ２ 高合金外層材が、重量％で、C1.0〜3.0、
   Si0.5〜1.5、Mn0.5〜1.5、Ｐ＜0.1、Ｓ＜0.1、
   Ni0.2〜2.0、Cr10〜25、Mo0.2〜3.0、Nb＜1.0、
   Ｖ＜1.0、残部実質的にFeからなる高Cr材である
   特許請求の範囲第１項記載の複合ローラー。 ３ 遠心力鋳造により形成した高合金外層材のロ
   ーラーシエル内面に、その内面を加工しかつ該シ
   エルを予熱した状態で、軟鋼等の低合金内層材を
   肉盛溶接し、しかる後該複合ローラーシエルに所
   定の熱処理を施すことを特徴とする溶接肉盛複合
   ローラーの製造方法。