JPS6352703A - 複合リングロ−ル - 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、鉄網線材や棒材等の圧延用リングロールに関
する。

〈従来の技術〉 鉄鋼圧延用ロールにおいて特に仕上圧延機用ロールとし
ては、圧延材と接する部分（使用層）に耐摩耗性が要求
される点から、使用層である外層と、強靭材で形成され
た軸芯部とが溶着一体化された複合ロールが使用されて
いる。この複合ロールは主として遠心力鋳造法で鋳造段
階で複合一体化される。

一方、線材圧延機には、最近では殆ど超硬焼結リングロ
ールが用いられ、例えばブロックミルでは第７図の如き
超硬材（例えばＷＣ系）により形成されたリングロール
２１が使用されている。また該リングロールは軸に機械
的に固着され、組立ロールとして使用される。

〈発明が解決しようとする問題点〉 超硬リングロールを軸嵌して組立ロールとして使用する
場合、リングロール全体が超硬材であり経済的でないば
かりか、第８図の如（複雑な組立構造とする必要がある
。即ちリングロール２１を軸に組立て固着する場合、固
定リング２２、スペニサーリング１３等を用いて軸に固
定しており、このようにするのは鋼糸の軸と、超硬リン
グ材の熱膨張係数の大きい差を緩和しつ一強固に固定す
るためであり、その結果非常なコスト高を招来している
。

そこで耐摩耗性に優れる高価な材料は、使用層である外
層のみに用い、内層は安価な強靭材とした複合リングロ
ールが望まれ、か＼る複合リングロールの製造方法とし
て、遠心力鋳造により耐摩耗性に優れる高合金材で外層
を鋳造して後、更に該外層内側へ内層材を鋳込む方法が
あるが、この場合外層内面の一部が溶解し、高合金成分
が内層に混入して内層の強靭性を劣化させると共に、外
層の高合金材の歩留りを低下させる欠点があった。

本発明者等は以上の実情に鑑みて先に、超硬リングロー
ルよりや＼耐摩耗性は劣るが、耐摩耗性と耐焼付性を兼
備し低コストであって、しかも外層から内層への成分移
行も可及的に抑止された強靭な内層を有するところの複
合リングロールを開発し、「特願昭６０−１７９１６号
」に開示した。

即ち、Ｃ：２．０〜４．０％、Ｎｉ：０．５〜２．０％
。

Ｃｒ　：　１０〜２５％、　Ｍｏ　：　　０．５〜３．
０％、Ｐ：ＬＩ−１゜０％（０，１％を除く）を含有す
る高クロム鋳鉄で形成された外層と、鋼材で形成された
内層とが熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）により拡散接合され
た複合リングロールである。

該リングロールばＨＩＰ処理によるため、外層成分の内
層への移行は可及的に抑止され、また故意にＰ含有量を
高くしてステダイト生成による耐焼付性の向上も図って
いるが、鋳造によるため鋳造組織としての粗さは否めず
なお改良の余地を残していた。そこで本発明は粉末冶金
の手法によ、って、細かい組織と共にＨＩ　Ｐ処理のま
＼で高硬度を有し、かつ生産工程面からコスト低減を可
能とした複合リングロールを提供することを目的として
なされたのである。

〈問題点を解決するための手段〉 前記目的を達成するための本発明の特徴とするところは
、重量百分率で、Ｃ：］、、５〜２．０％、Ｎｉ：　　
０．５〜２．０％、　Ｓｔ　：　　０．５〜］、、５％
、Ｃｒ：］Ｏ〜２５％、　Ｍｎ　：　　０．５〜１．５
％、　Ｍｏ　：　　０．５〜３．０％。

Ｐ　：　０．０９％以下、　　Ｓ　：　０．１％以下、
残部実質的にＦｅからなる高クロム材粉末に、黒鉛粉末
を重量百分率で０．５〜１．５％含有させた混合粉末に
より焼結形成された圧延用リングの外層と、鋼材で形成
された内層とが熱間静水圧加圧により拡散接合されてな
る点にある。

〈実施例〉 次に図面を参照して本発明の複合リングロールを詳述す
る。

第１図は本発明の複合リングロール実施例の構造を示す
断面図で、複合リングロール１は既述のように高クロム
材粉末と黒鉛粉末の混合粉末により焼結形成された外層
２と、鋼材で形成された内層３が熱間静水圧加圧により
拡散接合され一体化されている。

か＼る複合リングロール１は、第２図の如く内層素材リ
ング３ａの径方向外側を缶板４で覆い、同缶板４と内層
素材リング３ａの外周面との間に形成された空間、つま
り缶板４と内層材リング３ａとで形成するリング４Ｊｅ
缶容器内に前記焼結用の混合粉末２ａを押圧充填して後
、粉末充填口を密封し、予め缶板４に設けた脱気孔５よ
り残存空気を排出する。空気排出後説気孔５は密封され
る。

このように混合粉末２ａは缶覆い状態のまＸでＩ（ＩＰ
処理（ＣＡＮＮＩＮＧ　−ＨＴ　Ｐ）されるのであり、
同処理によって圧縮焼結されて外層を形成すると同時に
内層素材リング３ａに拡散接合されるのである。

ＨＩＰ処理後は缶板４を除去し、所定形状に加工して複
合リングロール１を得る。

ＨＩＰ処理によれば外層２の高合金成分、特にＣｒが内
層３に混入して内Ｎ３の強靭性を劣化させることがない
。

このように焼結用混合粉末２ａを直接内層素材リング上
で、ＣＡＮＮＩＮＧ充填してＨＩ　Ｐ処理する方法は好
ましい方法であるが、他に混合粉末を予めラバープレス
法等で作成し、冷間静水加圧（Ｃ１２）等で固化した外
層素材リングを、内層素材リング上に嵌合し、ＣＡＮＮ
ＩＮＧ　−ＨＩ　Ｐという方法をとることも可能である
。

又、内層３の外層２との接触面に予め凹凸を設けるなど
の手段によって、その接触面積を拡大することは接合強
化に有力な方法である。

第３図は他の構造例を示す断面図で、内層リング３は外
周面に沿って形成された凹溝７，７を有し、前記焼結用
混合粉末を間溝７，７に充填押圧し、ＣＡＮＮＩＮＧ処
理して後ＨＩＰ処理により、帯状に焼結合金を生成させ
たもの、すなわち帯状外層２’、２’を有するもので、
同外層２”に孔型６を設けている。

なお第１図の外層においても必要形状の孔型を設けるこ
とは可能であり、孔型の個数は第２図では２個形成され
ているものを示したが、１個若しくは２個以上とするこ
とも勿論可能である。

以上に説明した複合リングはブロックミルの如くそのま
＼使用される場合もあるが、軸に組立てて、組立ロール
としても使用される。

第４〜第６図は組立ロール例の断面図であり、第４図は
中央部外周に環状凸部１０が一体的に形成された軸１１
に孔型６を有する複合リングロール１゜１及び端末リン
グ１２．１２が焼ばめ固定されたものであり、第５図は
複合リングロール１，１、端末リング１２．１２及びス
ペーサリング１３が軸１１に焼ばめ固定された組立ロー
ルであり、第６図は３個の複合リングロール１が軸１１
に焼ばめ固定された組立ロールを示す。

複合リングエの軸への固定については、内層３が鋼材で
あるため加工性及び溶接性も良好でしかも強靭であるか
ら、上述の焼ばめ以外に溶接又はキー溝を設けて固定す
る等の従来からの容易な組立て方法によることも可能で
ある。

次に外層を形成するための焼結用粉末について述べる。

高クロム材粉末は通常水アトマイズ法で製造されており
、同粉末及び黒鉛粉末は１００メツシユ以下とする。１
００メソシュ以上では粒形が大きすぎて充填密度が充分
に取れずに、ＨＩＰ後の収縮が大きく装置が大きくなり
過ぎて経済的でない。勿論若干の１００メツシュ以上の
粉末の混入は許容される。

次に高クロム材の成分限定理由について説明する。

Ｃ：ｔ、Ｓ〜２．０％ ＣはＣｒと結合して（Ｆｅ、　Ｃｒ）　７　Ｃ３の硬い
炭化物を形成して耐摩耗性の向上に寄与するため、最終
的には２．５〜３．５％は必要であるが、粉末製造工程
において０１．５％以下では生成の炭化物量が過少であ
り、後述するように黒鉛粉末の全炭素量の調整に当って
は同黒鉛粉末を多量に添加せねばならず、従って高クロ
ム材粉末との均一混合が困難となるのである。

一方Ｃ量が２．０％を越えると粉末自身の硬度が上がり
、常温での固化処理が難かしい。

以上のことがらＣ：ｔ、Ｓ〜２．０％としているのであ
る。

ここで添加黒鉛粉末について触れると、外層の必要とす
る耐摩耗性具備のためには、全炭素量２．５〜３．５％
が必要であり、高クロム材中のＣ量は上述のように１．
５〜２．０％であることから、この不足分を黒鉛粉末と
して高クロム材粉末に混合しておき、ＨＩＰ処理による
焼結時に材質成分として拡散、炭化物を生成させるので
ある。

黒鉛量が混合粉末中１．０〜１．５％を占めるように添
加するのは全炭素量２．５〜３．５％を達成するためで
あり、全炭素量の２．５〜３．５％の限定は、２．５％
以下では高クロム材中の炭化物量が少なく、耐摩耗性の
点で劣り、３．５％以上となるとＣｒ量により異なるが
炭化物量が多過ぎ、また共晶組成若しくは一部過共晶組
成となり強靭性の低下を招来する。

Ｓｉ：０．５〜１．５％ ＳＬは粉末の原料である高クロム材の溶製に当って、同
溶湯の脱酸のために少なくとも０．５％は必要であるが
、１．５％を超えると材質の機械的性質の劣化を来す。

Ｍｎ　：　０．５〜１．５％ ＭｎはＳｉの補助脱酸剤として少なくとも０．５％は必
要であると共に、Ｓの悪影響をＭｎＳとして防止するの
に有用であるが、１．５％を越えると機械的性質、特に
靭性の点で劣化が著しい。

ｐ：ｏ、１％以下 Ｐはロール材質においては少ない程よく、特に靭性面か
らはできるだけ少ない事が望ましいが、工業的な面から
コストを勘案して０．１％以下とした。

ｓ：ｏ、ｉ％以下 Ｓばロール材質においては少ない程望ましく、材質を脆
くするという点から０．１％以下とした。

Ｎｉ：０．５〜２．０　％ Ｎｉについては焼入性を向」ニさせるために積極的に硬
度調整のため添力ｌされるが、そのためには少なくとも
０．５％は必要である。しかし、２゜０％を越えると熱
的に不安定な残留オーステナイトが増え、硬度が上がり
にくい。

Ｃｒ：１０〜２５％ Ｃｒば１０％未満ではＭ３Ｃ型の炭化物が多く晶出し、
強靭性の低下及び炭化物の微細均一化が得られず、一方
、２５％を越えるとＭ２３Ｃ６型炭化物の量が増え強靭
性が劣化する。

Ｍｏ　：　０．５〜３．０％ 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、焼戻し軟化抵抗を増す
ために有効であるが０．５％未満でばこの効果がうすく
、３．０％を越えて添加してもその効果は飽和するため
、コストを考慮して３．０％以下とする。

本発明に係る高クロム材粉末は、上記の合金成分の他、
残部実質的Ｆｅで形成される。

以上の成分組成による粉末の焼結外層は、ＨＩＰ処理後
の放冷たげでＨｓ６０以上の硬度と、微細組織が得られ
、優れた耐摩耗性を有しており、一方粉末ハイス等で代
表される高合金鋼粉末の焼結形成した外層をもつリング
ロールが、該外層の耐摩耗性付与のために通常焼入れ、
焼戻し処理されているのに比し、本発明のリングロール
では単なる残留応力熱処理か或いは熱処理なしでもよく
、低コストである。

次に内層材について述べると、一般に靭性の優れた機械
構造用炭素鋼、構造用合金鋼等から適宜選択できる。

前述のように外層が焼入れ、焼戻し処理を要する場合ば
、同熱処理の内層材に及ぼず影響も十分考慮する必要が
あるが、本発明リングロールではそういった特別の考慮
を佛う必要はない。しかしながら内層にフェライト基地
から成る低炭素低合金鋼の使用器よ、同鋼が焼入れ効果
の及ばない鋼ということ＼ば別に、次のような理由で好
ましい使用である。すなわち同調は熱膨張係数が小さく
、従ってＨＩ　Ｐ処理後の熱収縮が小さく拡散接合面で
の割れ、剥離が生じ難いのである。

次に本発明の具体的実施例について説明する。

製造実施例・・・・・・平鋼圧延用複合リングロール（
φ３３０　Ｘ　２００り） （１）　　内層素材リング寸法 内径・・・１５０耶、外径２８０＋＋ｎ、巾・・・２０
（ｈ＋ｍ同素材成分 Ｃ−０，２５％、５ｉ−０，１２％、Ｍｎ−０，３９％
含有の低Ｃ鋼。

（２）前記内層素材リングの径方向外側を、第２図の如
く缶板で覆い、内層素材リング表面と缶板とで形成する
空間（容器内）に、次表に示す組成の高クロノ、材粉末
り１００メ・ノシ、プ、以下）及び黒鉛粉末（１００メ
ソシユ以下）を１．２％含有する混合粉末をよく攪拌し
て後押圧充填した。充填後、充填口を溶接密封し、同密
封空間内の残存空気を脱気した。

高クロム材組成　リｔ％） 残部実質的にＦｅ （３）」−記ＣＡＮＮＩＮＧ処理粉末のＨＩ　Ｐ処理圧
カー　２００ｋｇｆ／ｃｆｆｌ、温度・１１５０°ＣＨ
ＩＰ処理の結果前記粉末は焼結されると共に内層素材リ
ングと拡散接合した。

ＨＩ　Ｐ処理後缶板を除去し、必要加工を施して複合リ
ングロールを得た。

（４）該リングロールは熱処理を必要とせずＨＩＰ処理
だけで圧延に供し得る複合リングロールであり、内層と
外層の接合は完全で、同接合部から採取した試験片の圧
縮剪断強さは７０ｋｇ　ｆ　／　ｔ（を示し、これば通
常の高クロム鋳鉄祠鋳造の複合ロールとはソ同程度の強
さであり、充分な強度を有していると云える。

また本複合リングロールの外層の硬度はＨＲＣ６２と高
硬度を示し、耐摩耗性に優れていることが判る。

（５）上記複合リングロールの内径をグラインダー加工
して精度を出し、第５図に示すように、該リングロール
（２個）、端末リング（２個）及びスペーサリングを軸
に焼ばめ固定して平鋼圧延用組立ロールを得た。

〈発明の効果〉 以上に説明したとおり本発明の複合リングロールは、特
定組成の高クロム材粉末及び特定量の黒鉛粉末の混合粉
末による焼結合金の外層を有し、しかもその外層が内層
リング上で熱間静水圧加圧によって焼結されるため、焼
結と拡散接合が同時に行われ、従来の遠心力鋳造による
内・外層の一体化における如き、外層の高濃度Ｃｒが内
層へ移行して内層の靭性劣化を招来するような問題もな
く、内・外層の強固接合と共に熱間静水圧加圧後の放冷
のま＼で十分な硬さ、耐摩耗性を有するのであり、この
ことは製造工程の簡略化ひいてはコストダウンにも有利
であり、更には内層を鋼材としていることにより、組立
ロールとする場合は、簡単な焼ばめ法や、溶接、キー、
ネジ、ボルト等で軸に容易に、かつ低コストで組立てる
ことができ、しかも軸の再利用が可能となるなどの効果
を有するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図は本発明に係る複合リングロール実施
例の構造を示す断面図、第２図は第１図の複合リングロ
ールの製造方法の説明図である。 第４図〜第６図は本発明の複合リングロールを適用した
組立ロール例の一部断面図である。 第７図は従来のリングロールの断面図、第８図は従来リ
ングロール適用の組立ロールの断面図である。 １・・・複合リングロール、２・・・外層、２゛・・・
帯状外層、２ａ・・・焼結用混合粉末、３・・・内層（
リング）、３ａ・・・内層素材リング、４・・・缶板、
５・・・脱気孔、６・・・孔型、７・・・凹形溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量百分率で、 Ｃ：１．５〜２．０％Ｎｉ：０．５〜２．０％Ｓｉ：０
   ．５〜１．５％Ｃｒ：１０〜２５％Ｍｎ：０．５〜１．
   ５％Ｍｏ：０．５〜３．０％Ｐ：０．１％以下Ｓ：０．
   １％以下 残部実質的にＦｅからなる高クロム材粉末に、黒鉛粉末
   を重量百分率で０．５〜１．５％含有させた混合粉末に
   より焼結形成された圧延用リングの外層と、鋼材で形成
   された内層とが熱間静水圧加圧により拡散接合されて成
   ることを特徴とする複合リングロール。