JPS642446B2

JPS642446B2 -

Info

Publication number: JPS642446B2
Application number: JP23021683A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Nakagawa; Takashi Hashimoto; Hiroaki Katayama
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1983-12-05
Filing date: 1983-12-05
Publication date: 1989-01-17
Also published as: JPS60121013A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、ホツトストリツプミル仕上段用ワー
クロールとして使用される複合ロールであつて、
外殻層を第１外層と第２外層とに分け、ロール直
径の減少に伴つて必要特性の異なるスタンドに組
み込むことができるロールであり、一本ですべて
のスタンドで使用可能な複合ロールに関する。ホツトストリツプミルの仕上段において、その
前段には耐肌荒性、耐事故性、耐摩耗性の優れた
ロールが要求され、一方後段には耐摩耗性、耐焼
付性、耐クラツク性の優れたロールが要求され
る。これらの性質を満すロールとして、従来前段
にはアダマイトロールが、後段には高合金グレン
ロールが主として使用されている。このように、仕上段においては少なくとも２種
類のロールが必要であり、ロールの必要本数、常
備数が多くなり取り扱いに窮していた。また、後段に使用されるロールであつて、外殻
層が耐摩耗性を高めつつも熱伝導率を低く押え耐
焼付性や耐クラツク性を保持した黒鉛晶出型の高
Crロールが特願昭57−73946号（特開昭58−
193342号公報）において提案され、現在使用され
るに至つており、その優れた性能の故に重宝され
ているが、このロールであつてもやはり前段には
共用できず、前記取り扱いの煩雑さの解消には至
らなかつた。というのは、このロールを前段に使
用すると、ロールの組織に黒鉛が存在するので黒
鉛を起点とした肌荒れが生じ、更に基地組織が焼
入組織を呈しているため圧延材との接触時間が長
いと熱影響により肌荒れを一層助長することにな
り、圧延上問題となるからである。本発明は以上の点に鑑みなされたもので、その
目的とするところは、１本のロールでホツトスト
リツプミル仕上段のすべてのスタンドで順次移行
して使用できるロールであつて、しかも後段の使
用に当つては特に耐摩耗性に優れた複合ロールを
提供せんとすることにあり、その特徴とするとこ
ろは、圧延材に接しこれを加工する第１外層を後
段用として特定組成からなる黒鉛晶出型高Cr材
で形成し、圧延材に接しこれを加工する第２外層
を前段用として特定組成からなるアダマイト材で
形成し、芯部を靭性に優れた特定組成からなる球
状黒鉛鋳鉄材で形成すると共に、第１外層と第２
外層、及び第２外層と芯部とが各々溶着一体され
てなり、A₁変態点以上の高温熱処理により、第
１外層の硬度がHs80以上でかつ第２外層の硬度
がHs50〜60である点にある。以下本発明について詳述する。本発明のホツトストリツプミル用複合ロールの
構造を第１図に示す。１は第１外層、２は第２外
層、３は芯部であり、第１外層１と第２外層２、
及び第２外層２と芯部３とは各々冶金的に溶着一
体化しており、各々の化学組成は表１の通りであ
る。尚、表１の第１外層において、実質Feの一部
をNb：1.0％以下、Ｖ：1.0％以下の内の１種と置
き換えてもよい。

〔第１外層〕

第１外層は、後段スタンドに使用されるための
必要な特性、すなわち特に耐摩耗性を具えつつ、
耐焼付性、耐摩耗性を有する特定組成の黒鉛晶出
型の高Cr材質である。Ｃ：2.0〜3.2％ＣはCrと結合してクロムカーバイドを形成す
る他、後述するSi、Niの黒鉛化生成元素により
微細な黒鉛を晶出するものである。しかしてC2.0
％未満ではクロムカーバイドが減少すると共に黒
鉛の晶出もなくなり、目的とする高クロム鋳鉄が
得られなくなるためである。一方C3.2％を越える
とCr含有量との関係にもよるが、本発明の場合
ではCr10％以下に抑えられるため、過飽和の炭
素が高いSi、Ni含有量のため黒鉛化し、黒鉛晶
出量が過剰となつて耐摩耗性の点で劣化するため
である。 Si：2.0〜3.4％ Siは高クロム材質に黒鉛を晶出させるために必
要で、2.0％未満ではこの効果がなく、3.4％を越
えると黒鉛晶出が過多となり耐摩耗性の点で劣化
するためである。なおSiについては鋳込前のSi量
を上記成分範囲よりも低目にしておいて、鋳込時
に接種を行ない、最終製品の成分で上記範囲内に
調整する方が黒鉛の晶出に有効である。 Mn：0.5〜1.5％ Mnは溶湯の脱酸のためにSiと共に積極的に添
加される。Mn0.5％未満ではこの効果が不足し、
1.5％を越えると機械的性質特に靭性の点で劣化
が著しくなるためである。Ｐ：0.1％以下Ｐは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％以下とする。Ｓ：0.08％以下ＳもＰと同様に少ない程望ましく、やはり材質
を脆くすることから0.08％以下とする。 Ni：4.5〜10％ Niは基地組織の改良と黒鉛晶出の目的で積極
的に含有される。しかしてNi4.5％未満では黒鉛
の晶出がみられず、一方10％を越えるとSiの場合
と同様黒鉛過多となり、同時に残留オーステナイ
トが増加して後の熱処理によつてもオーステナイ
トが安定で使用時に耐肌荒性の面で問題となると
共にコスト高になるためである。 Cr：５〜10％ CrはＣと結合してCr炭化物を形成するが、５
％未満では炭化物が少なく耐摩耗性の点で劣り、
一方10％を越えると上記Ni、Siの成分範囲によ
つても黒鉛の晶出が得られないためである。 Mo：0.4〜1.5％ Moは焼入焼戻し抵抗を高めると共に炭化物中
に入り、炭化物硬度を高めると同時に焼戻し軟化
抵抗を向上させるのに有効であるが、その含有量
が0.4％未満ではこのような効果が少なく、一方
1.5％を越えると白銑化傾向が強くなつて黒鉛の
晶出が得られなくなるためである。 Nb、Ｖ：1.0％以下 Nb、Ｖは共に鋳造組織の微細化に効果があり、
必要に応じ単独又は複合で1.0％以下含有される。
すなわち、それらが合計量で1.0％以上を越える
と、炭素と結びついてVC、NbC、Nb₂Cを形成
し黒鉛の晶出を妨げると共にコスト高となるため
である。〔第２外層〕第２外層は前段スタンドに使用されるための必
要な特性、すなわち耐肌荒性、耐事故性、耐摩耗
性を有すると共に、第１外層における高Cr材質
から芯部にCrが拡散し、芯部材質がCrにより強
靭性を劣化するのを防止するための特定組成のア
ダマイト材質である。Ｃ：1.0〜2.0％Ｃは共晶セメンタイト（以下、セメンタイトと
称す。）の量を決定し、ロール特性に大きく影響
を与えると共に、それ自身が脱ガス作用を持つも
のである。1.0％未満ではセメンタイト量が少な
く所望の耐摩耗性が発揮できない。一方、2.0％
を越えて含有されるとセメンタイトが過多となり
耐ヒートクラツク性が劣化する。 Si：0.5〜1.5％ Siは脱酸効果を有するが、0.5未満ではその効
果が期待できず、一方1.5％を越えると、フエラ
イト中に溶け込んだSi材質の強靭性、耐ヒートク
ラツク性を劣化させる。 Mn：0.5〜1.5％ MnはＳの害を除去する効果があり、耐摩耗性
の向上にも寄与するためには0.5％以上必要であ
る。しかし、1.5％を越えると硬くなり過ぎると
共に焼戻し脆性が現れるため、耐ヒートクラツク
性の面で問題となる。Ｐ：0.1％以下Ｐは溶湯の流動性を増し、耐摩耗性を付与する
元素ではあるが、材質の強靭性を大きく劣化させ
耐ヒートクラツク性の面で問題となる。そのため
少ないほど望ましく0.1％以下とする。Ｓ：0.1％以下ＳもＰと同様に材質を脆化させるため0.1％以
下とする。 Ni：0.5〜1.5％ NiはA₁変態を遅らせ基地硬度を上昇させるの
で耐摩耗性の向上に効果がある。0.5％未満では
その効果が少なく、一方1.5％を超えると硬く脆
くなり易く、耐ヒートクラツク性が劣化すると共
に未変態組織が残存し易く耐肌荒性が劣化する。 Cr：2.0〜5.0％ Crはセメンタイトの安定化と基地の耐摩耗性
向上の効果があり、この効果を得るためには2.0
％以上必要であり、一方5.0％を越えると鋳造割
れを発生し易くなると共に耐ヒートクラツク性が
劣化する。 Mo：0.55〜1.0％ MoはNiと同様な作用があり、第２外層として
必要な硬度、耐摩耗性の確保を容易にするために
0.55％以上の含有を要し、一方耐ヒートクラツク
性、耐肌荒性の面で問題とならないために1.0％
以下に押える。 Ti：0.1％以下 Tiは脱酸の為必要であるが、0.1％を越えると
溶湯が過酸化の状態になり、かつ溶湯の流動性を
下げる為0.1％以下とする。〔芯部〕芯部を形成する強靭性を有するダクタイル鋳鉄
については、前記第２外層を介在させることによ
り第１外層からのCrの混入・拡散を非常に低く
することができるが、Crの混入を完全に無くす
ことはできない。故に鋳込溶湯については、この
若干のCr増量分、即ち、予め0.5〜1.0％程度を考
慮してその成分組成を選定する必要がある。Ｃ：3.0〜3.8％まずＣについては、3.0％未満では材質のチル
化が進行し、内殻層としての靭性低下が著しいた
めである。またC3.8％を越える場合では、黒鉛化
が過剰となり、内殻材として強度不足となると同
時にネツク部の硬度が低下し、ネツク部が使用中
に肌荒れを起こし易くなるためである。 Si：1.8〜3.0％ Si1.8％未満では黒鉛化が悪く、セメンタイト
を多く析出して内殻層の強度劣化を来たし、また
残留応力により鋳造時に割れ易い欠陥があり、一
方3.0％を超えると黒鉛化が促進され過ぎて強度
の劣化を来たすためである。 Mn：0.3〜1.0％ MnはＳと結合しMnSとしてＳの悪影響を除く
が、0.3％未満ではこの効果がなく、一方1.0％を
越えるとむしろ材質の劣化作用が著しくなるため
である。Ｐ：0.1％以下Ｐは溶湯の流動性を高めるが材質を脆弱にする
ため低い程望ましく、0.1％以下とする。Ｓ：0.02％以下ＳはＰと同様に材質を脆弱にするため低い程望
ましく、かつ又内殻材質は特にダクタイル鋳鉄で
あるため黒鉛球状化に必要なMgをMgSとして減
少するＳは可及的に低く抑えることが必要であ
り、0.02％以下とする。 Ni：2.0％以下 Niは黒鉛の安定化剤として添加されるが、2.0
％を超えても顕著な効果はなく、かつコスト高と
なるため2.0％以下とする。 Cr：1.0％以下 Crは外殻層が高クロム材であるため第２外層
の介在によつてもある程度の混入は避けられない
が、最終的には、1.0％以下のできるだけ低い含
有量に抑えることが必要である。このためにはそ
の鋳込み溶湯成分で、SiとバランスしつつCr含
有量を0.5未満に抑えるのが望ましい。すなわち、
元湯に0.5％以上含有されると外殻層からの混入
分との和で1.0％以上含有され、これによつて材
質中にセメンタイトが多くなり、内殻層の強靭性
が劣化するためである。 Mo：1.0％以下 Moは実害のない1.0％以下とする。 Mg：0.02〜0.1％ Mgは黒鉛の球状化のために添加されるが、
Mg0.02％未満では球状化不良を起こし内殻層を
強靭なダクタイル鋳鉄材に形成することができな
い。しかし、Mgが0.1％を越えて含有されると
Mgのチル化作用及びドロスの点で好ましくない
ためである。上記成分からなる複合ロールは、通常の如く遠
心力鋳造法と置注鋳造法の組み合わせ、又は中抜
鋳造法により製作される。ところで、第１外層と略同じ組成の材質を外殻
層とし、この外殻層のCrが芯部材にまで拡散混
入してくるのを緩和するためアダマイト材を外殻
層と芯部の間に中間層として形成したロールは既
述の特願昭57−73946号において開示されている
が、本発明は第２外層を積極的にロール材として
使用するための化学組成を提供するのに対し、上
記のロールは中間層を使用することなく外殻層を
有効に使用しかつ芯部の強靭性を劣化させない方
策を提供しているに止まり、本発明とは技術的思
想を根本的に異にする。次に、熱処理について説明する。黒鉛を晶出した高Cr材を第１外層とする本発
明に係るロールは、鋳造状態では残留オーステナ
イトを多く有する組織を呈しており、その結果硬
度は低く、組織的にも、硬度上も仕上後段用ワー
クロールとしては不適であり、しかも第２外層の
アダマイト材を使用可能にするためにはA₁点以
上の熱処理によりセメンタイトの粒状化等を行な
い硬度を高める必要がある。上記観点から、本発
明に係るロールを鋳造後、A₁変態点以上の高温
に再加熱し、第１外層の残留オーステナイトを不
安定化し、その後の冷却によりマルテンサイト又
は／及びベーナイトに変態させ、更に周知の如く
焼戻し及び残留応力低減熱処理を施すことによ
り、第１外層の硬度をHs80以上とすることがで
きる。また、上記の熱処理により第２外層も基地
組織が微細パーライト化し硬度Hs50〜60が確保
される。尚、鋳造状態で高硬度を得る方法として、
Mo、Ｖ、Nb、Ti等の合金元素の添加による成
分系の変化による硬化方法も挙げられるが、コス
トの上昇を招来する。次に実施例を掲げて説明する。実施例１製品胴径690φ、胴長1800l、全長3800lmmの製造
実施例。 (1) 第１外層として表２に示す化学組成の高Cr
鋳鉄溶湯を用い、これを遠心力鋳造機上で回転
する金型に1410℃の鋳込温度で肉厚60mm（鋳込
重量1T700Kg）鋳込んだ。 (2) 第１外層の鋳込開始後18分後に、同じく表２
に示す第２外層のアダマイト材溶湯を回転金型
中の第１外層内に1470℃の鋳込温度で肉厚60mm
（鋳込重量1T500Kg）鋳込んだ。 (3) 第１外層の鋳込開始後約30分で第１外層及び
第２外層は完全に凝固した。 (4) その後金型を垂直に立てて上部から同じく表
２に示す球状黒鉛鋳鉄溶湯を1380℃で鋳込み鋳
型内を完全に満たした後、上端を押湯保温材で
カバーした。 (5) 完全に冷却後、ロールを鋳型から取り出し、
800℃で20時間保持した後空冷し、400〜600℃
で焼鈍し、更に歪取り熱処理を行つた後、機械
加工を行なつて最終製品の複合ロールを得た。 (6) 製品の化学組成を表３に示す。 (7) この複合ロールの第１外層及び第２外層の硬
度が測定された結果、第１外層はHs83、第２
外層はHs58であり、所期の硬度を満足した。
尚、第２外層の硬度測定は、ロール解体後に行
なわれたものである。

【表】

【表】実施例２実施例１と同様の製造方法に従い、表４の化学
組成を有する材料を用いて複合ロールを製造し
た。表５には、得られたロールの製品化学組成を
示す。

【表】

【表】この場合、第１外層及び第２外層の硬度測定結
果は各々Hs85、Hs59であつた。第１外層につい
て実施例１と比較すると硬度Hs2の上昇が認めら
れるが、これはNb添加により基地の微細化及び
硬化が生じたためである。上記各実施例で製造されたロールの胴部につい
て超音波探傷を行なつた結果では、いずれもその
第１外層の厚さは第２外層によつて洗われて60mm
前後となつていた。一方、第２外層の厚さはいず
れも45〜50mmで、その部分のCr含有量は、溶湯
の状態に比べて２〜３％上昇していた。そして、
第１外層と第２外層、第２外層と芯部とは各々完
全に結合しており、組織的な連続性も認められ
た。次に、上記複合ロールをホツトストリツプミル
仕上段で後段スタンドから前段スタンドへ移行し
て使用した結果、後段スタンドでは焼付も発生せ
ず、前段スタンドでも肌荒もなく非常に良好であ
つた。以上説明したように、本発明に係る複合ロール
は、ホツトストリツプミル仕上段の後段で使用さ
れる第１外層を黒鉛晶出型の高Cr材質を用い所
定の熱処理を施したので、耐摩耗性に優れつつ
も、所々に晶出した黒鉛の作用で熱伝導性を良好
にし耐クラツク性、耐焼付性にも優れる。また、
前段で使用される第２外層を低Crのアダマイト
材質を用い所定の熱処理を施したので、高Crの
第１外層から芯部材へのCrの混入・拡散が防止
でき、故に芯部の強靭性劣化を防止できると共
に、耐摩耗性を備えつつ耐肌荒性を具備し、前段
に使用されるものとしても好適である。そして、
第１外層と第２外層、及び第２外層と芯部とを冶
金的に溶着一体化したのでロールに割れが発生し
難く、また芯部に強靭性のある球状黒鉛鋳鉄を用
いるので耐折損性にも優れる。更に、１本のロー
ルで全スタンドに適用できるのでロールの取り扱
い上の煩雑さも解消される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る複合ロールの構造を示す
断面図である。１……第１外層、２……第２外層、３……芯
部。

Claims

【特許請求の範囲】１化学組成が重量比で、Ｃ：2.0〜3.2％ Si：2.0〜3.4％ Mn：0.5〜1.5％Ｐ：0.1％以下Ｓ：0.08％以下 Ni：4.5〜10％ Cr：５〜10％ Mo：0.4〜1.5％及び残部が実質的にFeからなり、圧延材に接
しこれを加工する第１外層と、化学組成が重量比で、Ｃ：1.0〜2.0％ Si：0.5〜1.5％ Mn：0.5〜1.5％Ｐ：0.1％以下Ｓ：0.1％以下 Ni：0.5〜1.5％ Cr：2.0〜5.0％ Mo：0.55〜1.0％ Ti：0.1％以下及び残部が実質的にFeからなり、圧延材に接
しこれを加工する第２外層と、化学組成が重量比で、Ｃ：3.0〜3.8％ Si：1.8〜3.0％ Mn：0.3〜1.0％Ｐ：0.1％以下Ｓ：0.02％以下 Ni：2.0％以下 Cr：1.0％以下 Mo：1.0％以下 Mg：0.02〜0.1％及び残部が実質的にFeからなる芯部とで構成
され、第１外層と第２外層、及び第２外層と芯部
とが各々冶金的に溶着一体化されてなり、A₁変
態点以上の高温熱処理により、第１外層の硬度が
Hs80以上でかつ第２外層の硬度がHs50〜60であ
ることを特徴とするホツトストリツプミル用複合
ロール。２化学組成が重量比で、Ｃ：2.0〜3.2％ Si：2.0〜3.4％ Mn：0.5〜1.5％Ｐ：0.1％以下Ｓ：0.08％以下 Ni：4.5〜10％ Cr：５〜10％ Mo：0.4〜1.5％ Nb、Ｖ：各1.0％以下の内１種及び残部が実質的にFeからなり、圧延材に接
しこれを加工する第１外層と、化学組成が重量比で、Ｃ：1.0〜2.0％ Si：0.5〜1.5％ Mn：0.5〜1.5％Ｐ：0.1％以下Ｓ：0.1％以下 Ni：0.5〜1.5％ Cr：2.0〜5.0％ Mo：0.55〜1.0％ Ti：0.1％以下及び残部が実質的にFeからなり、圧延材に接
しこれを加工する第２外層と、化学組成が重量比で、Ｃ：3.0〜3.8％ Si：1.8〜3.0％ Mn：0.3〜1.0％Ｐ：0.1％以下Ｓ：0.02％以下 Ni：2.0％以下 Cr：1.0％以下 Mo：1.0％以下 Mg：0.02〜0.1％及び残部が実質的にFeからなる芯部とで構成
され、第１外層と第２外層、及び第２外層と芯部
とが各々冶金的に溶着一体化されてなり、A₁変
態点以上の高温熱処理により、第１外層の硬度が
Hs80以上でかつ第２外層の硬度がHs50〜60であ
ることを特徴とするホツトストリツプミル用複合
ロール。