JPS6411707B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、複合型で鋳造にて製造される鉄及び
非鉄金属の冷間圧延用加工ロールに関する。 （従来の技術） 従来、斯る冷間圧延用加工ロールの製造には、
炭素0.8乃至0.9％及びクロム1.8乃至３％級の水中
焼入れ鍛造鋼のロールが用いられた。これら鍛造
ロールは、水中急冷でのマルテンサイト焼入れに
より生じる少なからぬ張力に耐えるように、内部
が完全な状態でなければならない。 ある場合、特に焼入れ深さを非常に深くする必
要がある場合、水中焼入れで生じる内部張力は相
当になり、内部張力の少ない鋳造を達成するため
に、電気スラグ再溶解法（ESR法）によらなけ
ればならない程である。このときのロールのクロ
ム含量は５乃至７％に達する。 鉄鍛造業者の間では、再焼入れを要することな
く圧延ミル内のロールの有効部を増大させるた
め、焼入れ深さを深くせんとする競争が起こり、
斯くしてロール有効部は、ロール径上にて測定し
て、10年前に30mmであつたものが70mmまで増加し
てきた。しかしながら、この競争は、圧延作業に
対する堅固性をある程度特徴づける軟化に対する
抵抗力を実質的に改善することはなかつた 更に最近、鋳造ロール製造業者は、高クロム鋳
鉄の外層と球状黒鉛鋳鉄又は片状黒鉛鋳鉄の心金
属から構成される新型ロールを市場に出した。こ
のロールは、軟化に対する耐性、すなわち圧延作
業に対する堅固性が大なること、並びに直径70mm
以上使用する可能性がかなり高いことを特徴と
し、そのため、成長する市場を把えて従来の鍛造
ロールと競合している。 この高クロム鋳鉄ロールの硬度は、水中焼入れ
鍛造鋼の硬度に達しているが、以下の欠点を有す
るためにロールミルへの使用が遅れている。 ａ 研麿が非常に困難である。 実際、このロールを２個ロール間配置で研磨
する時間は、所与の仕上げ操作に於いて鍛造鋼
ロールに要する時間の少なくとも２倍である。 ｂ シヨツトブラスト又はシヨツトピーニングに
関して鍛造ロールよりも困難である。 粗面度を高めることは、特に鋳鋼ロールが非
常に堅い場合には不可能ですらある。 （発明が解決しようとする課題） 本発明の一目的は、軟化に対して良好な耐性を
有すること、並びに、径の有効部分の厚さが大な
ること、等の鋳造法ロールに固有且つ本質的な性
質を保持しつつ前記二大欠点を克服することであ
る。 （課題を解決するための手段） 本発明は、球状黒鉛鋳鉄又は片状黒鉛鋳鉄にて
構成される心金属と、８〜16％のクロム、0.65〜
0.95の炭素、0.4〜0.6％のSi、0.4〜0.8％のMn、
0.7％以下のNi、0.50〜1.50％のMo、0.10〜１％
のＶ、0.025％以下のＳ、0.020％以下のＰ及びFe
と通常の不純物からなるケース金属、との２種類
の金属からなる鋳造された冷間圧延用加工ロール
であり、該クロムと炭素の比が11〜16であり、該
ケース金属の素地の組織が10％未満の残留オース
テナイトを伴つたマルテンサイトであり、硬度が
700HVを越えることを特徴とする冷間圧延用加
工ロールを提供するものである。 上記の組成の金属ロール組織は、先ず最初、８
〜16％のクロム、0.65〜0.95％の炭素、0.4〜0.6
％のSi、0.4〜0.8％のMn、0.7％以下のNi、0.50
〜1.50％のMo、0.10〜１％のＶ、0.025％以下の
Ｓ、0.020％以下のＰ及びFeと通常の不純物から
なる鋼のケース金属層（ここで、クロム／炭素比
は、11乃至16である）を遠心鋳造し、次い球状黒
鉛鋳鉄又は片状黒鉛鋳鉄からなる心金属の芯を鋳
造し、該ロールを900℃以上の温度にて８乃至24
時間オーステナイト化処理し、次に、400乃至500
℃まで冷却し、オーステナイトを再活性化するた
めにロールを400乃至450℃にて８乃至24時間焼き
戻すことからなる熱処理方法により得られる。 オーステナイト化処理は、1000乃至1500℃の温
度で８乃至24時間行うことが好ましい。次に、周
囲空気又は水蒸気空気又はその他の同等の公知な
手段によつて吹き込むことによりロールを焼入れ
するが、ロール温度が500乃至550℃に達したなら
ば、該吹き込みを停止することが好ましい。続い
て、芯部と表皮部の温度を均一にするために、前
記温度の500乃至550℃にされた囲いの中に８乃至
24時間ロールを維持する。引き続き、更に空気中
で急冷することにより、ロール温度を室温に至ら
しめる。次に、約400乃至450℃にて８乃至24時間
に亘りロールの焼戻し処理を行う。 前記組成を有し且つ前記熱処理にて得られるロ
ールは、以下の５つの重要な性質を有する。 １ 有効深さが直径において100mmまで拡大され
る。 ２ 少なくとも450℃までの焼戻し加熱時におい
て軟化に対する耐性が卓越している。 ３ 硬度が高く、そのため傷がつかず、シヨツト
ピーニングよる粗面の耐久時間が長くなる。 ４ 鍛造鋼ロールと同程度に研磨が容易である。 ５ シヨツトピーニングが容易であり、高い粗面
度が容易に達成できる。 単一型ロールにおいて斯る５つの性質が達成さ
れることは、技術の状態をかなり前進させるもの
であり、従来技術でこれらの利点をすべて併せ持
つものは存在しなかつたのである。 このケース金属はクロム及び炭素含量の高い鋼
であり、下記の組成であることが好ましい。

【表】 次に、ケース金属の成分組成範囲の数値限定理
由を述べる。 炭素の含量は0.65〜0.95の範囲であるべきであ
る。炭素が0.65％以下であると、ケース金属の硬
度は低くなりすぎ、また0.95％よりも高いと研磨
及びシヨツトブラストを容易にするという問題が
解決されない。 クロムの含量は８〜11％の範囲であるべきであ
る。クロムが８％以下であると、軟化に対する抵
抗が適当でなく、16以上であると素地の組織がマ
ルテンサイトでなく主にフエライトになる。 更に、Siは0.4〜0.6％の範囲で含まれる。0.4％
以下であると、鋼の脱酸素（還元）が十分でな
く、0.6％を越えると金属の焼入れ性が過度に低
下する。 Mnは通常の量、すなわち0.4〜0.8％だけ含ま
れるべきである。0.4％以下であると、金属の脱
酸素が困難となり、Mnの残留オーステナイトに
対する影響を制限するためには0.8％以下でなけ
ればならない。 Ni含量は0.7％以下に維持されるべきである。 Niは、軟化に対する耐性を減じ且つ残留オー
ステナイトを安定化させるので好ましくない。０
〜0.7％の範囲内のどの値にするかは、円筒の直
径の関数として決定され、円筒の直径が大きい程
この値は大きくなる。 Moの含量は0.5〜1.5％の範囲で選択される。
Moは0.5％より多く含まれることによつて軟化に
対する耐性及び硬度を増す。1.5％を越えると実
質的な効果は得られず、コストが高くなる。 Ｖの好ましい含量は0.1〜１％である。１％を
越えると、硬度に対する好ましい影響力は実質的
でなく、コストが高くなりすぎる。 Ｓ及びＰは避けたほうがよく、Ｓは0.025％以
下、Ｐは0.020％以下に維持すべきである。 一方、心金属は下記組成の球状黒鉛鋳鉄である
ことが好ましい。なぜなら、該球状黒鉛鋳鉄は、
結晶状態が良好なので収縮巣及び軸心部欠陥が少
なく且つ機械的特性が良好なので、引張り強度が
高いからである。 Ｃ 2.90 ――― 3.20 Si 1.50 ――― 2.50 Mn 0.40 ――― １ Ni 0.50 ――― ２ ＜ Cr 0.15 本発明による鋳造ロールは、厚さ30乃至70mmの
ケース金属層を有し、該層は、経済的見地からす
ると、遠心鋳造にて製造されることが下記の理由
から望ましい。 まず、900℃以上に加熱するのはオーステナイ
ト化するためであり、この温度は、上記組成の鋳
造のA₃変態点温度である880℃よりも若干高い温
度として設定されたものである。 次に、空気吹き込み冷却によつて冷却するの
は、表皮部（ケース金属）のみを焼入れ硬化する
ためである。そして、450〜550℃に達すると、こ
の温度で冷却を停止する。ここで、下限を450℃
としたのは、内部応力を増加させないためであ
り、上限を550℃としたのは、550℃以上ではパー
ライトに変態して硬化が得られなくなるためであ
る。 次いで、500〜550℃の温度で一定に保つ。これ
は、表皮部は急速に冷却して焼入れ硬化せしめ、
一方、内部（心金属）は徐々に冷却して、即ち、
焼きなまししてパーライトに変態せしめるためで
ある。 このようにして、内部をパーライトにし、表皮
部をマルテンサイトにした後室温に戻す。しかし
ながら、この状態では残留オーステナイトの含有
量が多く、所望の表皮部硬度が得られない。 そこで、このように室温まで冷却したものを
400〜450℃に再度加熱、すなわち、焼戻しして残
留オーステナイトを再活性化し、マルテンサイト
に変態させて所望の表皮部硬度を得る。ここで、
下限を400℃としたのは、残留オーステナイトを
再活性化してマルテンサイトに変態させるためで
あり、上限を450℃としたのは、硬化を十分にす
るためである。 先に規定した組成及び熱処理が前記の５つの性
質をもたらすのは以下の理由による。 １ 有効な層の厚さが大なること（直径上100mm
まで）、 これは有効な厚さ全体に亘つてマルテンサイ
ト変態が起こり、発生した内部張力が最低水準
に維持されるためである。このマルテンサイト
変態は空気冷却より達成されるものであり、そ
の焼入れ効果が及ぶ範囲はケース金属における
有効層に限定される。心金属は空気冷却により
パーライト変態する。 心金属は、合金化程度が低く且つ機械特性及
び晶出状態が良好な球状黒鉛鋳鉄又は片状黒鉛
鋳鉄から構成されている。この２つの性質は、
ケース金属のマルテンサイト焼入れで生じる引
張り応力に耐えるためには重要である。 ２ 焼戻し加熱時における耐軟化性 ケース金属の組成は、従来技術にて使用され
ている高クロム含量鋳鉄製冷間加工ロールの素
地に近い成分が選択される。本発明に従つて高
合金鋼に用いられる焼戻しでは、オーステナイ
トはベイナイトに変態せずに残留オーステナイ
トの再活性化が起こり、残留オーステナイトは
冷却過程でマルテンサイトに変態し、ベイナイ
トは決して形成されない。 残留オーステナイトを再活性化するために
は、焼入れマルテンサイトを過度に軟化するこ
となく400℃以上の温度にする必要がある。 ３ 硬化が大なること 本発明の新規複合ロールを空気焼入れする
と、硬度は700HV（ビツカース硬さ）に達し、
残留オーステナイト含量は30乃至40％となる。 焼戻し後、オーステナイトの再活性化及びそ
のマルテンサイトへの変態によつて760乃至
800HVの硬度となる。この硬度水準の高さは、
冷間加工において用いられる従来の鍛造鋼ロー
ルによつて通常得られる硬度水準に等しい。 ４ 研磨が容易なこと この性質は、従来技術のロール鋳造物におい
て存在していたM7C3型レデブライトカーバイ
ドを除去することにより得られるものである。 実際、研磨及びシヨツトピーニングの際にこ
れら従来技術のロールが示す特別な挙動は、
個々の硬度1700HV程度のM₇C₃型クロムカー
バイドが鉄組織中に多量に存在する結果である
と説明できる。このカーバイドは、これまた硬
い（700HV）マルテンサイト素地中に堅固に
保持されており、明らかに研磨ホイールの摩耗
作用及びシヨツトピーニングによる変形に対し
て抵抗する。これらの作用はカーバイドの硬度
には程遠いものである（最も硬いシヨツトで
900乃至940HV）。従来技術による高クロム鋳
鉄ロールの使用時挙動を研究の結果、、M₇C₃型
カーバイド相は圧延過程で重要な役割を演じて
おらず、他方、研磨及びシヨツトピーニングの
際の欠点となることが判明した。 本発明よる新合金の組成は、有害なレデブラ
イトカーバイドの存在を回避すべく若干過共析
晶の組成となるように、特に炭素とクロムの含
量を計算したものである。 ５ シヨツトピーニング、特に非常に粗くするた
めのシヨツトピーニングが容易であること ここでも、非常に硬いM₇C₃型の塊状カーバ
イドが存在しないため、前記の噴射シヨツトの
塑性変形効果が改善される。 本発明によるロールのケース金属の主要元素
は、炭素とクロムであるが、その組成研究の結
果、以下の結論が引き出される。 クロムの炭素係数（carbon coefficient）は
0.05であると考えられる。 レデブライトの形成に関して、0.7％の炭素と、
11％のクロムとを含む合金は、0.7＋11×0.05＝
1.25％の炭素を有する鋼と同等である。この含量
はレデブライトカーバイド鋼が出現する下限含量
を表す。 更に、焼戻し加熱時における軟化抵抗性を得る
ためには、素地中のクロム含量が十分でなければ
ならない。オーステナイト化温度に於ける素地の
クロム含量を定めるCr／Ｃ最良比について全系
列の炭素−クロム合金にて実験し、該比が好まし
くは11乃至16であるべきことを見い出した。 その他の元素、すなわちSi及びMnは鋳鉄分析
表の通常の範囲内でなければならない。 ニツケル及びマンガンは、残留オーステナイト
を安定化させる効果があり、それを回避するため
に含量を0.7％に注意深く制限する。 モリブデン及びバナジウムは、オーステナイト
の焼戻しに対する耐性を改善するものであり、冷
間加工用クロム鋼の通常含量範囲内である（米国
分類の第80及び90類）。 斯くして、素地焼戻しによる卓越した軟化に対
する耐性を有する新規な鋳造された冷間圧延用加
工ロールが得られる。 （実施例） 例として下記のケース金属及び心金属から本発
明のロールを製作した。 ケース金属の分析値： Ｃ Si Mn Ｓ Ｐ Cr 0.715 0.470 0.705 0.025 0.02 9.60 Ni Mo Ｖ 0.68 1.150 0.535 心金属の分析値： Ｃ Si Mn Ｓ Ｐ Cr 3.02 2.42 0.48 0.008 0.022 0.10 Ni Mo Ｖ 0.50 − 0.055 斯くして得られたロールを1000℃にて24時間オ
ーステナイト化処理し、次に吹き込み空気焼入れ
を行い、520℃の温度で停止する。続いてロール
温度を520℃の値に20時間維持し、次に空気中急
冷によりロールを室温まで冷却する。 急冷後の硬度は692HVであり、オーステナイ
ト含量は40.6％である。引き続きこのロールを
400℃以上の温度で20時間焼戻すと、該処理終期
での直径50mm上の硬度は780HVである。 このロールを金属薄シートの冷間圧延に用い、
前記の諸利点を確認した。 （発明の効果） 以上の如く、本発明によるロールは、 １ 有効深さが直径において100mmまで拡大され
る。 ２ 少なくとも450℃までの焼戻し加熱時におい
て軟化に対する耐性が卓越している。 ３ 硬度が高く、そのため傷がつかず、シヨツト
ピーニングによる粗面の耐久時間が長くなる。 ４ 鍛造鋼ロールと同程度に研磨が容易である。 ５ シヨツトピーニングが容易であり、高い粗面
度が容易に達成できる。 等の効果を生じる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 球状黒鉛鋳鉄又は片状黒鉛鋳鉄にて構成され
   る心金属と、８〜16％のクロム、0.65〜0.95％の
   炭素、0.4〜0.6％のSi、0.4〜0.8％のMn、0.7％以
   下のNi、0.50〜1.50％のMo、0.10〜１％のＶ、
   0.025％以下のＳ、0.02％以下のＰ及びFeと通常
   の不純物からなるケース金属との２種類の金属か
   らなる鋳造された冷間圧延用加工ロールであつ
   て、 前記クロムと炭素の比が11〜16であり、 前記ケース金属の素地の組織が10％未満の残留
   オーステナイトを伴つたマルテンサイトであり、
   硬度が700HVを越えることを特徴とする冷間圧
   延用加工ロール。 ２ 前記ケース金属の厚みが30乃至70mmであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷間
   圧延加工用ロール。 ３ ケース金属の組成が Ｃ：0.65〜0.95％、 Si：0.4〜0.6％、 Mn：0.4〜0.8％、 Cr：８〜11％、 Ni：0.7％以下、 Mo：0.50〜1.50％、 Ｖ：0.10〜１％、 Ｓ：0.025％以下、 Ｐ：0.020％以下、 残部：Fe及び通常の不純物、 であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の冷間圧延加工用ロール。 ４ 前記心金属が、 Ｃ：2.90〜3.20％、 Si：1.50〜2.50％、 Mn：0.4〜１％、 Ni：0.50〜２％、 Cr：0.15％未満、 残部：Fe及び不可避な不純物、 の球状黒鉛鋳鉄又は片状黒鉛鋳鉄であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   冷間圧延加工用ロール。 ５ 最初、８〜16％のクロム、0.65〜0.95％の炭
   素、0.4〜0.6％のSi、0.4〜0.8％のMn、0.7％以下
   のNi、0.50〜1.50％のMo、0.10〜１％のＶ、
   0.025％以下のＳ、0.020％以下のＰ、及びFeと通
   常の不純物からなる鋼のケース金属層（ここで、
   クロム／炭素比は、11乃至16である）を遠心鋳造
   し、 次に球状黒鉛鋳鉄又は片状黒鉛鋳鉄からなる心
   金属の芯を鋳造し、 該ロールを900℃以上の温度にて８乃至24時間
   オーステナイト化処理し、 続いて、空気又は水蒸気吹込み空気中で冷却す
   ることにより該ロールを焼入れし、450乃至550℃
   の温度で該焼入れを中止し、500乃至550℃の温度
   で８乃至24時間保持し、 吹込み空気中に浸漬することにより該ロールを
   室温にまで冷却し、そして残留オーステナイトを
   再活性化させ、再活性化したオーステナイトの一
   部をマルテンサイトに変態させ、それによつて残
   留オーステナイトの最終含量が10％以下となるよ
   うに該ロールを400乃至450℃の間の温度で８乃至
   24時間焼戻す、 ことからなる心金属とケース金属との２種類の
   金属からなる鋳造された冷間圧延加工用ロールの
   製造方法。 ６ オーステナイト化処理を1000乃至1500℃の温
   度にて行い、焼入れを500乃至520℃の温度にて停
   止する特許請求の範囲第５項記載の方法。