TWI787450B - 超硬合金製複合輥以及超硬合金製複合輥的製造方法 - Google Patents

超硬合金製複合輥以及超硬合金製複合輥的製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI787450B
TWI787450B TW108103882A TW108103882A TWI787450B TW I787450 B TWI787450 B TW I787450B TW 108103882 A TW108103882 A TW 108103882A TW 108103882 A TW108103882 A TW 108103882A TW I787450 B TWI787450 B TW I787450B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
mass
iron
aforementioned
outer layer
cemented carbide
Prior art date
Application number
TW108103882A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201936940A (zh
Inventor
大畑拓己
服部敏幸
Original Assignee
日商日立金屬股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商日立金屬股份有限公司 filed Critical 日商日立金屬股份有限公司
Publication of TW201936940A publication Critical patent/TW201936940A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI787450B publication Critical patent/TWI787450B/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F3/15—Hot isostatic pressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/067—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds comprising a particular metallic binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/56—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.7% by weight of carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2203/00—Auxiliary arrangements, devices or methods in combination with rolling mills or rolling methods
    • B21B2203/18—Rolls or rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • B21B27/03—Sleeved rolls
    • B21B27/032—Rolls for sheets or strips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • B21B27/03—Sleeved rolls
    • B21B27/035—Rolls for bars, rods, rounds, tubes, wire or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • B22F2007/042—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal characterised by the layer forming method
    • B22F2007/045—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal characterised by the layer forming method accompanied by fusion or impregnation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/35—Iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2302/00—Metal Compound, non-Metallic compound or non-metal composition of the powder or its coating
    • B22F2302/10—Carbide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0264—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements the maximum content of each alloying element not exceeding 5%

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

一種超硬合金製複合輥，其由內層與外層構成，該內層由鐵系合金構成，該外層由被金屬接合至前述內層的外周之超硬合金構成，其中： 外層的超硬合金含有55～90質量份的碳化鎢粒子與10～45質量份的以鐵作為主要成分且由特定組成所構成之結合相； 在前述內層的軸方向的至少一邊的端部，具有與前述內層作金屬接合之軸部件和軸端部件； 前述內層由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自鉻、鎳及鉬中的至少一種且合計為2.0質量%以上； 前述軸部件和軸端部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自鉻、鎳及鉬中的至少一種且合計為1.5質量%以下。

Description

超硬合金製複合輥以及超硬合金製複合輥的製造方法
本發明關於一種超硬合金製複合輥、及超硬合金製複合輥的製造方法，該超硬合金製複合輥用於軋延薄帶板、板材、線材、棒材等鋼材，並且是由超硬合金構成之外層材料被金屬接合至由韌性優良的材料構成之內層材料的外周而成。
為了呼應提升鋼材尺寸精度、減少表面瑕疵、提升表面光澤度等對於軋延材料的高品質化的要求，耐磨耗性、耐表皮劣化性等優良的超硬合金被應用於線材、鋼棒、鋼板等的軋輥。眾所皆知，超硬合金是將鈷（Co）、鎳（Ni）、鐵（Fe）等金屬作為結合材料而將碳化鎢（WC）加以結合而成之燒結合金，在WC之外，也常見含有鈦（Ti）、鉭（Ta）、鈮（Nb）等之碳化物。
因為超硬合金昂貴且難以製造大型物品，故揭示有將超硬合金製套筒嵌合至金屬製軸材而成之構造的輥。例如，在日本特開昭60-83708號公報中揭示了一種方法，其將形成為從內周部往外周部逐漸變厚的間隔件（spacer）作加熱而使其膨脹的狀態下，與超硬合金製套筒及碟型彈簧(disc spring)一起裝入於軸材而夾入至固定部件之間，藉由間隔件冷卻收縮，會對碟型彈簧產生大的側壓，因而擠壓並固定套筒的側面。然而，這種嵌合方法，其具有間隔件、固定部件等部件數量眾多，組裝構造複雜的問題，並要求高組裝精度，因此會有耗費組裝相關的工時和費用這樣的問題而不切實際。
為了解決上述問題，本申請人在日本特開2003-342668號公報中揭示了一種超硬合金製複合輥，其將由超硬合金構成之外層、與由鐵系合金構成之內層作金屬接合而成，該超硬合金製複合輥的特徵在於：外層中的氧(O)量為0.05質量%以下，且內層包含0.06質量%以上的鉻(Cr)。就超硬合金及鐵系合金而言，其熱膨脹係數分別為約6×10-6/℃及12×10-6/℃這樣約2倍的差異，因此在金屬接合後，於冷卻時，在外層與內層之間的接合邊界部會產生大的拉伸應力。若在此狀態下進行軋延，則軋延造成的應力會進一步作用於接合邊界部，因此拉伸應力與軋延造成的應力之合成應力會作用於接合邊界部。這些合成應力若超過邊界的接合強度，則輥會有破壞之虞，因此以在與外層作金屬接合後之內層引起變韌鐵相變化(bainitic transformation)或麻田散鐵相變化(martensitic transformation)而使拉伸殘留應力下降的方式，使內層含有變韌鐵(bainite)形成元素也就是Cr達0.06質量%以上。
在日本特開2003-342668號公報的實施例3中，在內徑φ200mm且長度2000mm的熱均壓（hot isostatic pressing，HIP）罐的中央配置由鐵系合金構成之實心內層1，該鐵系合金具有下述組成：0.31質量%的碳（C）、0.24質量%的矽（Si）、0.39質量%的錳（Mn）、3.25質量%的Ni、1.81質量%的Cr，並且，在內層的外表面與HIP罐的內表面之間所形成的空隙，配置由80質量%的WC、20質量%的Co構成之外層用的超硬合金材料以及由50質量%的C、50質量%的Co構成之中間層用的超硬合金材料，並進行HIP（熱均壓）處理。
在用於軋延板材之超硬合金製複合輥的情況下，雖然也要取決於板材的板寬，但超硬合金製複合輥的全長會變得較長。因為外層與內層之間的接合是藉由HIP進行，故必須使用能夠容納複合輥的全長之大型HIP爐，例如，在外徑超過200mm且全長超過2000mm這種大型超硬合金製複合輥的情況下，會有HIP爐的運轉費用（running cost）變得巨大的問題。進一步，例如，在全長超過4000mm這種大型超硬合金製複合輥的情況下，還會有不存在能夠容納複合輥的HIP爐，於是實質上無法製造超硬合金製複合輥的問題。
另外，日本特開平5-171339號公報揭示了一種由WC-Co-Ni-Cr合金構成之超硬合金，其中，WC+Cr為95重量%以下，Co+Ni未滿10重量%，Cr/Co+Ni+Cr為2～40重量%。日本特開平5-171339號公報記載，藉由作成這種組成的超硬合金，會成為一種超硬合金，其具有比以往組成的合金更高的耐磨耗性及韌性，故若作為熱軋輥或導引滾輪（guide roller）來使用，則對於增大口徑（caliber）相應的軋延量、減少再磨（regrinding）量、降低裂傷現象（crack damage）等和降低輥的主要成本價（prime cost price）會有很大的貢獻。然而，就由超硬合金構成且該超硬合金是由WC粒子及Co-Ni-Cr系結合相構成之軋輥而言，會有無法充分冷軋延鋼帶板的問題。深入探討的結果，已知此不充分的冷軋延的原因在於：具有Co-Ni-Cr系結合相之超硬合金在壓縮時的降伏強度低至300～500百萬帕（MPa），因此在將鋼帶板作冷軋延時，輥表面會發生降伏（yield）而產生微小凹陷，於是無法充分壓縮鋼帶板。
日本特開2000-219931號公報揭示了一種超硬合金，其是使具有可硬化性（hardenability）的結合相中含有50～90質量%的次微米（submicron）等級的WC而成之超硬合金，前述結合相在Fe之外是由10～60質量%的Co、未滿10質量%的Ni、0.2～0.8質量%的C、以及Cr及鎢（W）及任選之鉬（Mo）及/或釩（V）構成，前述結合相中的C、Cr、W、Mo及V的莫耳分率XC 、XCr 、XW 、XMo 及XV 滿足2XC ＜XW +XCr +XMo +XV ＜2.5XC 的條件，且Cr含量（質量%）滿足0.03＜Cr/[100-WC（質量%）]＜0.05。日本特開2000-219931號公報記載，藉由具有可硬化性的結合相，此超硬合金會具有高的耐磨耗性。然而，因為此超硬合金在結合相中含有10～60質量%的Co，故可硬化性下降，而不具有充分的壓縮降伏強度。進一步，因為WC粒子微細至次微米等級，故此超硬合金缺乏韌性，作為軋輥外層材料，耐龜裂性不良故無法使用。
有鑑於以上情事，期望一種長尺寸的超硬合金製複合輥，其具有充分的壓縮降伏強度，因此即便在用於金屬帶板的冷軋延時，在輥表面也不易產生由於降伏所造成的凹陷，並且，能夠以低成本來製造。
因此，本發明的目的在於提供一種超硬合金製複合輥，其將超硬合金作為外層來使用，該超硬合金具有高耐磨耗性及高機械強度，而且具有充分的壓縮降伏強度，藉此，該超硬合金製複合輥即便在用於金屬帶板的冷軋延時，也不易產生輥表面的凹陷。
本發明的另一個目的在於以低成本提供一種能夠用於板材壓延之長尺寸的超硬合金製複合輥。特別在於提供一種輥直徑超過200mm且全長超過2000mm之長尺寸的超硬合金製複合輥。
本發明人有鑑於上述目的而針對外層的組成、內層及軸部的鐵系合金的組成而深入探討的結果，發現能夠解決上述問題，進而想到本發明。
亦即，本發明的第一超硬合金製複合輥，其由內層與外層構成，該內層由鐵系合金構成，該外層由被金屬接合至前述內層的外周之超硬合金構成，該超硬合金製複合輥的特徵在於：構成前述外層的超硬合金含有55~90質量份的碳化鎢(WC)粒子與10~45質量份的以鐵(Fe)作為主要成分之結合相，前述外層的結合相具有下述化學組成，含有0.5~10質量%的鎳(Ni)、0.2~2.0質量%的碳(C)、0.5~5質量%的鉻(Cr)及0.1~5質量%的鎢(W)，且剩餘部分是由鐵(Fe)及不可避免的雜質構成；在前述內層的軸方向的至少一邊的端部，具有與前述內層作金屬接合之軸部件、及被焊接至前述軸部件上之軸端部件；前述內層由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自鉻(Cr)、鎳(Ni)及鉬(Mo)中的至少一種且合計為2.0質量%以上；前述軸部件和軸端部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自Cr及Mo中的至少一種且合計為1.5質量%以下。
較佳是：在本發明的第一超硬合金製複合輥中，構成前述外層的超硬合金實質上不含具有5微米(μm)以上的圓相當徑的複碳化物。
較佳是：在本發明的第一超硬合金製複合輥中，構成前述外層的超硬合金所包含的前述WC粒子的中值粒徑D50 為0.5～10μm。
較佳是：在本發明的第一超硬合金製複合輥中，構成前述外層的超硬合金的結合相進一步含有0.2～2.0質量%的矽(Si)、0～5質量%的鈷(Co)及0～1質量%的錳(Mn)。
較佳是：在本發明的第一超硬合金製複合輥中，在構成前述外層的超硬合金的結合相中，變韌鐵相及/或麻田散鐵（martensite）相的含量合計為50面積%以上。
本發明的第二超硬合金製複合輥，其由內層、中間層及外層構成，該內層由鐵系合金構成，該中間層由被金屬接合至前述內層的外周之超硬合金構成，該外層由被接合至前述中間層的外周之超硬合金構成，該超硬合金製複合輥的特徵在於： 構成前述外層的超硬合金含有55～90質量份的WC粒子與10～45質量份的以Fe作為主要成分之結合相，前述外層的結合相具有下述化學組成，含有0.5～10質量%的Ni、0.2~2.0質量%的C、0.5~5質量%的Cr及0.1~5質量%的W，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成；在前述內層的軸方向的至少一邊的端部，具有與前述內層作金屬接合之軸部件、及被焊接至前述軸部件上之軸端部件；前述內層由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自Cr、Ni及Mo中的至少一種且合計為2.0質量%以上；前述軸部件和軸端部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自Cr及Mo中的至少一種且合計為1.5質量%以下。
較佳是：在本發明的第二超硬合金製複合輥中，構成前述外層及/或前述中間層的超硬合金實質上不含具有5μm以上的圓相當徑的複碳化物。
較佳是：在本發明的第二超硬合金製複合輥中，構成前述外層及/或前述中間層的超硬合金所包含的前述WC粒子的中值粒徑D50為0.5~10μm。
較佳是：在本發明的第二超硬合金製複合輥中，構成前述外層及/或前述中間層的超硬合金的結合相進一步含有0.2~2.0質量%的Si、0~5質量%的Co及0~1質量%的Mn。
較佳是：在本發明的第二超硬合金製複合輥中，在構成前述外層及/或前述中間層的超硬合金的結合相中，變韌鐵相及/或麻田散鐵相的含量合計為50面積%以上。
較佳是：在本發明的第一及第二超硬合金製複合輥中，前述內層為鐵系合金，該鐵系合金含有0.2~0.45質量%的C、0.5~4.0質量%的Cr、1.4~4.0質量%的Ni及0.10~1.0質量%的Mo，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成。
較佳是：在本發明的第一及第二超硬合金製複合輥中，前述軸部件和軸端部件為鐵系合金，該鐵系合金含有0.2~0.58質量%的C、0~1.2質量%的Cr及0~0.3質量%的Mo，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成。
本發明的第一超硬合金製複合輥的製造方法，該第一超硬合金製複合輥是由內層與外層作金屬接合而成，該內層由鐵系合金構成，該外層由超硬合金構成，該第一超硬合金製複合輥的製造方法的特徵在於：在內層的外周配置外層材料，該內層由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自Cr、Ni及Mo中的至少一種且合計為2.0質量%以上，該外層材料由超硬合金的粉末、成形體、煅燒體或燒結體構成，並且，在前述內層的軸方向的至少一邊的端部配置軸部件，該軸部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自Cr及Mo中的至少一種且合計為1.5質量%以下，之後，利用由鋼系材料構成之熱均壓(HIP)罐來封閉前述外層材料、前述內層、及前述軸部件的外周並抽真空後，進行HIP處理，而將前述外層材料、前述內層、及前述軸部件作一體化。
較佳是：在本發明的第一製造方法中，構成前述外層的超硬合金含有55~90質量份的WC粒子與10~45質量份的以Fe作為主要成分之結合相，前述外層的結合相具有下述化學組成，含有0.5~10質量%的Ni、0.2~2.0質量%的C、0.5~5質量%的Cr及0.1~5質量%的W，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成。
本發明的第二超硬合金製複合輥的製造方法，該第二超硬合金製複合輥是由內層、中間層及外層作金屬接合而成，該內層由鐵系合金構成，該中間層由超硬合金構成，該外層由超硬合金構成，該第二超硬合金製複合輥的製造方法的特徵在於：在內層的外周配置中間層材料與外層材料，該內層由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自Cr、Ni及Mo中的至少一種且合計為2.0質量%以上，該中間層材料由超硬合金的粉末、成形體、煅燒體或燒結體構成，該外層材料由超硬合金的粉末、成形體、煅燒體或燒結體構成，並且，在前述內層的軸方向的至少一邊的端部配置軸部件，該軸部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自Cr及Mo中的至少一種且合計為1.5質量%以下，之後，利用由鋼系材料構成之HIP罐來封閉前述外層材料、前述中間層材料、前述內層、及前述軸部件的外周並抽真空後，進行HIP處理，而將前述外層材料、前述中間層材料、前述內層、及前述軸部件作一體化。
較佳是：在本發明的第二製造方法中，構成前述外層的超硬合金含有55~90質量份的WC粒子與10~45質量份的以Fe作為主要成分之結合相，前述外層的結合相具有下述化學組成，含有0.5~10質量%的Ni、0.2~2.0質量%的C、0.5~5質量%的Cr及0.1~5質量%的W，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成；並且，較佳是：構成前述中間層的超硬合金含有30~65質量份的WC粒子與35~70質量份的以Fe作為主要成分之結合相，前述中間層的結合相具有下述化學組成，含有0.5~10質量%的Ni、0.2~2.0質量%的C、0.5~5質量%的Cr及0.1~5質量%的W，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成。
較佳是：在本發明的超硬合金製複合輥的第一及第二製造方法中，在前述HIP處理後，將軸端部件焊接至前述軸部件上，該軸端部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自Cr及Mo中的至少一種且合計為1.5質量%以下。
若藉由本發明的超硬合金製複合輥，則即便在用於鋼帶板的冷軋延時，也能夠連續地進行鋼板的高品質冷軋延，而且能夠以低成本獲得直徑超過200mm且全長2000mm以上之長尺寸的輥。
在製造超硬合金製複合輥時，會需要以能夠降低由超硬合金構成之外層與由鐵系合金構成之內層之間 的邊界處的殘留應力的方式來選擇內層材料，不過這種內層材料與熱膨脹係數小的外層的超硬合金之間的熱收縮量差大，因此殘留應力會變得過大，而有在實際壓延時強度不足而不耐用之類且進一步在製造中發生破壞之類的情況。為了避免這些問題，在HIP接合後的冷卻時，藉由麻田散鐵等的相變化膨脹來抵消內層熱收縮的方法是有效的。因此，在內層中，必須添加賦予可硬化性的Cr、Ni、Mo這類的合金元素且合計為2%以上。另一方面，這種內層用的高合金鋼(high alloy steel)若進行焊接則容易產生破裂，在受制於HIP爐的尺寸故內層長度不足的情況下，在HIP後，會難以焊接軸端部件來確保長度。若藉由本發明，選擇一種軸部件來配置於內層的端部，該軸部件由適合在HIP時焊接且Cr、Mo含量少之鐵系合金構成，並藉由HIP處理來一體化，因此能夠降低輥在用於軋延時的破壞風險，而且藉由焊接能夠延長軸部，於是能夠以低成本來製造長尺寸的超硬合金製複合輥。
以下，詳細說明本發明的實施型態，但若無特別規定，則關於一實施型態的說明亦適用於其他實施型態。另外，下述說明並非用以限定本發明，在本發明的技術思想的範圍內可施行各種變化。
[1]超硬合金製複合輥 本發明的第一超硬合金製複合輥，其由內層與外層構成，該內層由鐵系合金構成，該外層由被金屬接合至前述內層的外周之超硬合金構成，其中：前述超硬合金含有55～90質量份的WC粒子與10～45質量份的以Fe作為主要成分之結合相，前述外層的結合相具有下述化學組成，含有0.5～10質量%的Ni、0.2～2.0質量%的C、0.5～5質量%的Cr及0.1～5質量%的W，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成；在前述內層的軸方向的至少一邊的端部，具有與前述內層作金屬接合之軸部件、及被焊接至前述軸部件上之軸端部件；前述內層由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自Cr、Ni及Mo中的至少一種且合計為2.0質量%以上；前述軸部件和軸端部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自Cr及Mo中的至少一種且合計為1.5質量%以下。
本發明的第二超硬合金製複合輥，其由內層、中間層及外層構成，該內層由鐵系合金構成，該中間層由被金屬接合至前述內層的外周之超硬合金構成，該外層由被接合至前述中間層的外周之超硬合金構成，其中：構成前述外層的超硬合金含有55~90質量份的WC粒子與10~45質量份的以Fe作為主要成分之結合相，前述外層的結合相具有下述化學組成，含有0.5~10質量%的Ni、0.2~2.0質量%的C、0.5~5質量%的Cr及0.1~5質量%的W，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成；構成前述中間層的超硬合金含有30~65質量份的WC粒子與35~70質量份的以Fe作為主要成分之結合相，前述中間層的結合相具有下述化學組成，含有0.5~10質量%的Ni、0.2~2.0質量%的C、0.5~5質量%的Cr及0.1~5質量%的W，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成；在前述內層的軸方向的至少一邊的端部，具有與前述內層作金屬接合之軸部件、及被焊接至前述軸部件上之軸端部件；前述內層由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自 Cr、Ni及Mo中的至少一種且合計為2.0質量%以上；前述軸部件和軸端部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自Cr及Mo中的至少一種且合計為1.5質量%以下
[1-1]構成外層和中間層的超硬合金
以下，針對構成第一超硬合金製複合輥的外層的超硬合金、還有構成第二超硬合金製複合輥的外層和中間層的超硬合金作說明，但若無特別規定，則外層的構成在第一及第二超硬合金製複合輥中是共通的。
(A)組成
構成第一及第二超硬合金製複合輥的外層的超硬合金，其由55~90質量份的WC粒子與10~45質量份的以Fe作為主要成分之結合相構成，構成第二超硬合金製複合輥的中間層的超硬合金，其由30~65質量份的WC粒子與35~70質量份的以Fe作為主要成分之結合相構成。
在構成外層的超硬合金中，WC粒子的含量c1是55~90質量份。若外層中的WC粒子未滿55質量份，則硬質的WC粒子會變得相對較少，因此超硬合金的楊氏模數(Young’s modulus)會變得過低。另一方面，若WC粒子超過90質量份，則結合相會變得相對較少，因此會成為無法確保超硬合金的強度。外層中的WC粒子的含量下限較佳是60質量份，更佳是65質量份。另外，外層中的WC粒子的含量上限較佳是85質量份。
為了一併提升外層與中間層之間的邊界部分的接合強度、及內層與中間層之間的邊界部分的接合強度，並降低在邊界接合部附近的輥的圓周及軸方向的殘留應力，構成中間層的超硬合金中的WC粒子的含量c2是30～65質量份。中間層中的WC粒子的含量下限較佳是33質量份，更佳是35質量份。另外，中間層中的WC粒子的含量上限較佳是60質量份，更佳是55質量份。
進一步，以外層中的WC粒子的含量c1（質量份）和中間層中的WC粒子的含量c2（質量份）滿足下述關係式的方式，來設定外層和中間層中的WC粒子的含量。 0.45≦c2/c1≦0.85 本發明的第二超硬合金製複合輥，其如後所述，藉由熱均壓(HIP)處理，外層、中間層、內層被金屬接合而一體化，但藉由如上所述地設定外層和中間層中的WC粒子的含量，能夠使中間層的熱收縮量成為外層的熱收縮量與內層的熱收縮量之間的中間值，且能夠在HIP處理後的冷卻過程中降低殘留應力。c2/c1的下限較佳是0.5，更佳是0.55。另外，c2/c1的上限較佳是0.8，更佳是0.75。
（1）WC粒子 構成外層和中間層的超硬合金所包含的WC粒子，其較佳是具有0.5～10μm的中值粒徑D50 （相當於累計體積的50%的粒徑）。在平均粒徑未滿0.5μm時，WC粒子與結合相之間的邊界會增加，因此會變得容易產生後述之複碳化物，於是超硬合金的強度會下降。另一方面，若平均粒徑超過10μm時，超硬合金的強度會下降。WC粒子的中值粒徑D50 的下限較佳是1μm，更佳是2μm，最佳是3μm。另外，WC粒子的中值粒徑D50 的上限較佳是9μm，更佳是8μm，最佳是7μm。
在超硬合金中，WC粒子以連結的方式而密集，因此難以從顯微鏡照片上求取WC粒子的粒徑。本發明使用的超硬合金的情況，其如後所述，是將成形體在液化起始溫度至液化起始溫度加上100℃之間的溫度，於真空中燒結，因此成形用WC粉末的粒徑與超硬合金中的WC粒子的粒徑幾乎沒有差別。因此，將分散於超硬合金中的WC粒子的粒徑以成形用WC粉末的粒徑來表示。
較佳是：WC粒子具有相對平均的粒徑。因此， WC粒子的粒徑分布，其在利用雷射繞射/散射法（laser diffraction/scattering method）所求取的累計粒徑分布曲線中，較佳是在以下範圍內。亦即，D10 （10%的累計體積時的粒徑）的下限較佳是0.3μm，更佳是1μm。D10 的上限較佳是3μm。另外，D90 （90%的累計體積時的粒徑）的下限較佳是3μm，更佳是6μm。D90 的上限較佳是12μm，更佳是8μm。中值粒徑D50 則如前所述。
外層和中間層所包含的WC粒子，其只要滿足上述粒徑分布，則可以相同也可以不同，但較佳是使用相同的粒子。
（2）結合相 在構成外層和中間層的超硬合金中，結合相具有下述組成，含有0.5～10質量%的Ni、0.2～2質量%的C、0.5～5質量%的Cr及0.1～5質量%的W，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成。
（i）必需元素 （a）鎳(Ni)：0.5～10質量% Ni是對於確保結合相的可硬化性所需要的元素。若Ni未滿0.5質量%，則結合相的可硬化性不夠充分，於是材料強度有可能會下降。另一方面，若Ni超過10質量%，則結合相會沃斯田鐵化，於是所獲得的超硬合金不具有充分的壓縮降伏強度。Ni含量的下限較佳是2.0質量%，更佳是2.5質量%，進一步較佳是3質量%，最佳是4質量%。另外，Ni含量的上限較佳是8質量%，更佳是7質量%。
（b）碳(C)：0.2～2.0質量% C是對於確保結合相的可硬化性還有抑制產生複碳化物所需要的元素。在C未滿0.2質量%時，結合相的可硬化性不足，而且會大量產生複碳化物，於是材料強度會下降。另一方面，若C超過2.0質量%，則所生成的複碳化物會變得粗大，於是超硬合金的強度會下降。C含量的下限較佳是0.3質量%，更佳是0.5質量%。另外，C含量的上限較佳是1.5質量%，更佳是1.0質量%。
（c）鉻(Cr)：0.5～5質量% Cr是對於確保結合相的可硬化性所需要的元素。若Cr未滿0.5質量%，則結合相的可硬化性過低，於是無法確保充分的壓縮降伏強度。另一方面，若Cr超過5質量%，則會產生粗大的複碳化物，於是超硬合金的強度會下降。Cr較佳是4質量%以下，更佳是3質量%以下。
（d）鎢(W)：0.1～5質量% 結合相中的W含量是0.1～5質量%。若結合相中的W含量超過5質量%，則會產生粗大的複碳化物，於是超硬合金的強度會下降。W含量的下限較佳是0.8質量%，更佳是1.2質量%。另外，W含量的上限較佳是4質量%。
（ii）任意元素 （a）矽(Si)：0.2～2.0質量% Si是用於強化結合相之元素，視需求而可包含。若Si未滿0.2質量%，則幾乎無法獲得強化結合相的效果。另一方面，若Si成為超過2.0質量%，則容易結晶出石墨，於是超硬合金的強度會下降。因此，在含有Si時，較佳是0.2質量%以上且2.0質量%以下。進一步，結合相的強化效果在Si含量為0.3質量%以上且進一步為0.5質量%以上時會更加發揮。另外，Si含量的上限較佳是1.9質量%。
（b）鈷(Co)：0～5質量% Co具有提升燒結性的作用，但在本發明使用的超硬合金中並非必需。亦即，Co含量較佳是實質上為0質量%。然而，只要Co含量是5質量%以下，則不會影響超硬合金的組織及強度。Co含量的上限更佳是2質量%，最佳是1質量%。
（c）錳(Mn)：0～5質量% Mn具有提升可硬化性的作用，但在本發明使用的超硬合金中並非必需。亦即，Mn含量較佳是實質上為0質量%。然而，只要Mn含量是5質量%以下，則不會影響超硬合金的組織及強度。Mn含量的上限更佳是2質量%，最佳是1質量%。
（iii）不可避免的雜質 作為不可避免的雜質，能夠舉出Mo、V、Nb、Ti、鋁（Al）、銅（Cu）、氮（N）、氧(O)等。較佳是：在該等之中，選自由Mo、V及Nb所組成之群組中的至少一種的含量，其合計是2質量%以下。更佳是：選自由Mo、V及Nb所組成之群組中的至少一種的含量，其合計是1質量%以下，最佳是0.5質量%以下。另外，較佳是：選自由Ti、Al、Cu、N及O所組成之群組中的至少一種的含量，單獨是0.5質量%以下且合計是1質量%以下。特佳是：N和O分別未滿1000ppm。只要不可避免的雜質的含量是在上述範圍內，則實質上不會影響超硬合金的組織及強度。
構成外層和中間層的超硬合金的結合相的組成可以相同也可以不同，但較佳是作成相同組成的結合相。
（B）組織 （1）複碳化物 構成外層和中間層的超硬合金的組織，其較佳是實質上不含具有5μm以上的圓相當徑的複碳化物。複碳化物是指W與金屬元素所成之複碳化物，例如，(W,Fe,Cr)23 C6 、(W,Fe,Cr)3 C、(W,Fe,Cr)2 C、(W,Fe,Cr)7 C3 、(W,Fe,Cr)6 C等。此處，複碳化物的圓相當徑是指與表示超硬合金的研磨剖面之顯微鏡照片（1000倍程度）中的複碳化物粒子的面積具備相同面積之圓的直徑。在結合相中不存在具有5μm以上的圓相當徑的複碳化物之超硬合金，其具有1700MPa以上的抗彎強度。此處，「實質上不含複碳化物」是指在SEM照片（1000倍）上未觀測到具有5μm以上的圓相當徑的複碳化物。針對圓相當徑未滿5μm的複碳化物，在構成本發明的超硬合金製複合輥的外層和中間層的超硬合金中，可以存在利用電子探針顯微分析（electron probe microanalysis，EPMA）所獲得為未滿5面積%的程度。
（2）變韌鐵相及/或麻田散鐵相 構成外層和中間層的超硬合金的結合相，其較佳是具有下述組織：變韌鐵相及/或麻田散鐵相合計含有50面積%以上。並且，設為「變韌鐵相及/或麻田散鐵相」的原因在於，變韌鐵相及麻田散鐵相實質上具有相同作用，且在顯微鏡照片上難以區別二者。藉由這種組織，構成本發明的超硬合金製複合輥的外層和中間層的超硬合金具有高壓縮降伏強度及高強度。
因為在結合相中的變韌鐵相及/或麻田散鐵相的含量合計為50面積%以上，故超硬合金具有1200MPa以上的壓縮降伏強度。較佳是變韌鐵相及/或麻田散鐵相合計為70面積%以上，更佳是80面積%以上，最佳是實質上為100面積%。變韌鐵相及麻田散鐵相以外的相是波來鐵(pearlite)相、沃斯田鐵相等。
(3)Fe向WC粒子中擴散
由EPMA分析的結果可知，在構成本發明的超硬合金製複合輥的外層和中間層的超硬合金內，於WC粒子中，存在0.3~0.7質量%的Fe。
本發明的超硬合金製複合輥的外層，其即便在用於金屬帶板的冷軋延時，也能夠降低輥表面的凹陷的產生。
(C)特性
具有上述組成和組織之超硬合金，其具有1200MPa以上的壓縮降伏強度及1700MPa以上的抗彎強度，因此在將具有由前述超硬合金構成之外層(以及中間層)之軋輥用於金屬帶板(鋼帶板)的冷軋延時，能夠降低輥表面的由於壓縮降伏所造成的凹陷。因此，能夠連續地進行金屬帶板的高品質軋延，而且能夠達成軋輥的長壽命化。當然，本發明的超硬合金製複合輥也能夠用於金屬帶板的熱軋輥。
壓縮降伏強度是指使用第3圖所示的試驗片而在軸方向上施加負載之單軸壓縮試驗中的降伏應力而 言。亦即，將下述定義為壓縮降伏強度：如第2圖所示，在單軸壓縮試驗的應力-應變曲線中，應力與應變由直線關係偏離的點的應力。
在構成外層和中間層的超硬合金中，壓縮降伏強度更佳是1500MPa以上，最佳是1600MPa以上。另外，抗彎強度更佳是2000MPa以上，最佳是2300MPa以上。
構成外層和中間層的超硬合金進一步具有385十億帕(GPa)以上的楊氏模數、及80HRA以上的洛氏硬度(Rockwell hardness)。楊氏模數較佳是400GPa以上，更佳是450GPa以上。另外，洛氏硬度較佳是82HRA以上。
[1-2]內層
內層是由韌性優良的鐵系合金構成，該鐵系合金含有選自Cr、Ni及Mo之至少一種且合計為2.0質量%以上。藉由將這種鐵系合金用於內層，在將外層、中間層及內層作金屬接合後的冷卻過程中，能夠在內層引起變韌鐵相變化或麻田散鐵相變化，其結果，會縮減內層與低熱膨脹的超硬合金之間的熱膨脹差，而能夠降低外層和中間層的殘留應力。
作為用於內層之鐵系合金，較佳是一種鐵系合金，其含有0.2~0.45質量%的C、0.5~4.0質量%的Cr、1.4~4.0質量%的Ni及0.10~1.0質量%的Mo，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成。
(a)C：0.2~0.45質量%
C是為了確保與Fe之合金化和機械性質所需要的元素。若C含量成為未滿0.2質量%，則會成為高熔點，而且會容易產生缺陷，為了相對低價地進行製造，C含量需成為0.2質量%以上。若C含量成為比0.45質量%更高，則會硬質化，而且韌性會下降。
(b)Cr：0.5~4.0質量%
Cr是為了藉由合金化來確保材料強度還有提升可硬化性，並使變韌鐵相變化或麻田散鐵相變化容易引發所需要的元素。在Cr含量未滿0.5質量%時，無法獲得充分的強度。Cr對於可硬化性有效而對於減輕殘留應力有效，但其添加量為4質量%以下即足夠。在此以上的添加，其在成本方面會變得不利，因此Cr添加的上限為4質量%。
(c)Ni：1.4~4.0質量%
Ni是為了提升可硬化性並使變韌鐵相變化或麻田散鐵相變化容易引發的有效元素，且是降低殘留應力的主要元素。在Ni含量未滿1.4質量%時，其效果小，若超過4.0質量%，則沃斯田鐵會過於穩定化，於是會變得難以相變化。
(d)Mo：0.1~1.0%質量
Mo用於提升材質強度還有提升可硬化性並使變韌鐵相變化或麻田散鐵相變化容易引發亦為有效。為了此目的，在Cr和Ni之外添加Mo，但在Mo含量未滿0.1質量 %時，其效果小，若超過1.0質量%，則材質變脆的作用會變大。
作為用於內層之鐵系合金的具體例，能夠舉出SNCM439、SNCM630等鎳鉻鉬鋼。
[1-3]軸部件和軸端部件
作為軸部件和軸端部件，使用一種鐵系合金，其含有選自Cr及Mo之至少一種且合計為1.5質量%以下。軸部件和軸端部件接合至內層並作為超硬合金製複合輥的軸來使用，因此需要強度及耐磨耗性。進一步，為了焊接軸端部件，軸部件需設為與軸端部件的焊接性良好的材質。藉由使用一種鐵系合金，其含有選自Cr及Mo中的至少一種且合計為1.5質量%以下，能夠容易地將軸端部件焊接至HIP處理後的軸部件的端部，因此能夠獲得長尺寸的超硬合金製複合輥。
作為用於軸部件和軸端部件之鐵系合金，較佳是一種鐵系合金，其含有0.2~0.58質量%的C、0~1.2質量%的Cr及0~0.3質量%的Mo，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成。軸部件與軸端部件，其可以是相同組成也可以是不同組成，但由焊接性的觀點來看，較佳是相同組成。
(a)C：0.2~0.58質量%
C是為了確保作為軸部件和軸端部件的降伏強度和硬度所必需，在C含量未滿0.2質量%時，會難以獲得充分的強度和硬度。若超過0.58質量%，則在焊接時容易產生破裂，而會變得難以焊接。
（b）Cr：0～1.2質量% 關於Cr，為了確保作為軸部件和軸端部件的強度而加以添加是有效的。若Cr含量超過1.2質量%，則可硬化性會變得過大，於是在焊接時會容易產生破裂。
（c）Mo：0～0.3質量% 關於Mo，為了確保作為軸部件和軸端部件的強度而加以添加是有效的。若Mo含量超過0.3質量%，則可硬化性會變得過大，於是在焊接時會容易產生破裂。
作為用於軸部件和軸端部件之鐵系合金的具體例，能夠舉出例如S45C、S55C等機械構造用碳鋼和SCM440等鉻鉬鋼。
前述內層與前述軸部件之間的邊界部的接合強度，較佳是以拉伸強度計為600MPa以上。
[2]超硬合金的製造方法 （1）使用超硬合金燒結體的方法 一開始，針對使用超硬合金燒結體作為外層材料（以及中間層材料）的情況，說明超硬合金的製造方法。
（A-1）成形用粉末（外層用） 將55～90質量份的WC粉末與10～45質量份的金屬粉末，利用球磨機等作濕式混合後加以乾燥來調製成為超硬合金材料之成形用粉末，該金屬粉末含有2.5～10質量%的Ni、0.3～1.7質量%的C、0.5～5質量%的Cr、0.2～2.0質量%的Si、0～5質量%的Co及0～2質量%的Mn，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成。在燒結中，由於WC粉末中的W會擴散至結合相，故無需使前述金屬粉末包含W。WC粉末的含量較佳是60～90質量份，更佳是65～90質量份。並且，WC粉末的含量上限較佳是85質量份。另外，為了防止生成複碳化物，前述金屬粉末中的C含量需為0.3～1.7質量%，較佳是0.5～1.5質量%。
（A-2）成形用粉末（中間層用） 將30～65質量份的WC粉末與35～70質量份的金屬粉末，利用球磨機等作濕式混合後加以乾燥來調製成為超硬合金材料的成形用粉末，該金屬粉末含有2.5～10質量%的Ni、0.3～1.7質量%的C、0.5～5質量%的Cr、0.2～2.0質量%的Si、0～5質量%的Co及0～2質量%的Mn，且剩餘部分是由Fe及不可避免的雜質構成。在燒結中，由於WC粉末中的W會擴散至結合相，故無需使前述金屬粉末包含W。WC粉末的含量較佳是33～65質量份，更佳是35～65質量份。並且，WC粉末的含量上限較佳是60質量份。另外，為了防止生成複碳化物，前述金屬粉末中的C含量需為0.3～1.7質量%，較佳是0.5～1.5質量%。
用於形成外層和中間層的成形用粉末還有結合相的金屬粉末，其可以是各個構成元素的粉末的混合物，也可以是將全部構成元素作合金化而成的粉末。碳能以石墨、炭黑等粉末狀來作添加，也可以包含於各金屬或合金的粉末中。Cr能以其與Si所成之合金（例如，CrSi2 ）的狀態來添加。關於各金屬或合金的粉末的中值粒徑D50 ，例如，較佳是：Fe粉末、Ni粉末、Co粉末、Mn粉末及CrSi2 粉末的任一者皆為1～10μm。
（B）成形 在製造第一超硬合金製複合輥時，將外層用的成形用粉末利用模具成形、冷均壓（cold isostatic pressing，CIP）成形等方法來成形，而製作用於接合至前述內層的外周之外層用套筒狀成形體。另外，在製造第二超硬合金製複合輥時，將外層用和中間層用的成形用粉末利用模具成形、冷均壓（CIP）成形等方法來成形，而製作用於將外層隔著中間層而接合至前述內層的外周之中間層用及外層用套筒狀成形體。
（C）燒結 將所獲得的中間層用及外層用套筒狀成形體，在液化起始溫度至液化起始溫度加上100℃之間的溫度，於真空中加以燒結。成形體的液化起始溫度是在燒結的升溫過程中開始液化的溫度，並使用示差熱分析裝置來加以測定。第4圖表示測定結果的一例。成形體的液化起始溫度，其如第4圖的箭頭所示，是吸熱反應開始的溫度。若以超過液化起始溫度加上100℃的溫度進行燒結，則會生成粗大的複碳化物，於是所獲得的超硬合金的強度會下降。另外，若以未滿液化起始溫度的溫度進行燒結，則緻密化會不夠充分，所獲得的超硬合金的強度低。燒結溫度的下限較佳是液化起始溫度加上10℃，燒結溫度的上限較佳是液化起始溫度加上90℃，更佳是液化起始溫度加上80℃。
（D）HIP處理 對所獲得的燒結體進一步進行HIP處理。以製造第二超硬合金製複合輥的情況為例，具體說明如下。並且，在製造第一超硬合金製複合輥時，除了不使用中間層用的燒結體之外，其餘與製造第二超硬合金製複合輥的方法相同。
關於HIP處理，其如第5圖所示，將中間層用的套筒狀燒結體12以其內表面相接於內層材料11的外周的方式來作配置，並將外層用的套筒狀燒結體13以其內表面相接於中間層用的套筒狀燒結體12的外周的方式來作配置。進一步，將軸部件14以其端面抵接於前述內層的端面11a的方式來作配置，並將圓筒狀HIP罐15a配置於外層用的套筒狀燒結體13的外表面，藉由具有凸緣部且該凸緣部用於焊接至前述圓筒狀HIP罐之一圓筒狀HIP罐15b來覆蓋內層材料11和軸部件14，且進一步將圓板狀HIP罐15c焊接至前述具有凸緣部之圓筒狀HIP罐15b，由抽氣用排氣管（未圖示）將HIP罐內抽真空後，將抽氣用排氣管的排氣路徑焊接而密閉。其後，將HIP罐15放入HIP爐內，進行HIP處理。HIP溫度較佳是1150～1300℃，HIP壓力較佳是100～140MPa。在焊接時難以接合的高合金內層材料與軸部件之間的接合也可以藉由HIP實行的擴散接合而無問題地作金屬接合。HIP處理後的HIP罐15及超硬合金製複合輥10的形狀如第6圖所示。
（E）冷卻 HIP處理後，在900℃～600℃之間以60℃/小時以上的平均速率作冷卻。若以未滿60℃/小時的平均速率作冷卻，則超硬合金的結合相中的波來鐵相的比率會變多，因此無法將變韌鐵相及/或麻田散鐵相作成合計50面積%以上，於是超硬合金的壓縮降伏強度會下降。以60℃/小時以上的平均速率作冷卻，其可以在HIP爐中的冷卻過程時進行，也可以在HIP爐中冷卻後，於別的爐中再度加熱至900℃以上並以60℃/小時以上的平均速率進行。
（2）使用超硬合金的成形體或煅燒體的方法 上述針對使用中間層用的套筒狀燒結體12及外層用的套筒狀燒結體13的情況作了說明，但取代中間層用的套筒狀燒結體12及外層用的套筒狀燒結體13，可使用中間層用的超硬合金套筒狀成形體及外層用的超硬合金套筒狀成形體，亦可使用中間層用的超硬合金套筒狀煅燒體及外層用的超硬合金套筒狀煅燒體。在使用成形體或煅燒體時，與使用燒結體時同樣地密封於HIP罐後，進行HIP處理及前述冷卻，而製造超硬合金製複合輥。
（3）使用超硬合金粉末的方法 在本發明中，作為外層材料（以及中間層材料），可使用超硬合金粉末來製造。在使用超硬合金的粉末時，以在內層材料11的外周設置空間的方式來配置HIP罐，並在該空間配置圓環狀隔板，在內層材料的外周與隔板之間充填中間層用的超硬合金粉末，在隔板與HIP罐的內表面之間充填外層用的超硬合金粉末後，去除隔板，並進一步將軸部件14以其端面抵接於前述內層的端面11a地配置而密封HIP罐。其後，與使用燒結體時同樣地進行HIP處理及前述冷卻，而製造超硬合金製複合輥。並且，在不形成中間層的情況下，可以在內層材料11的外周僅設置外層用空間並充填外層用的超硬合金粉末來作製造。
如上述般地實行，能夠獲得如第6圖所示的超硬合金製複合輥10，其由內層1、外層3及軸部件4構成，該內層1由鐵系合金構成，該外層3隔著超硬合金製的中間層2而與前述內層1作金屬接合，該軸部件4在軸方向上被金屬接合至前述內層1的至少一邊的端部且由鐵系合金構成。
為了確保預定的製品長度，將軸端部件焊接至軸部件的端部。因為軸端部件是易於焊接且合金含量低的材質，故電弧焊接（arc welding）、摩擦熔接（friction welding）等各種焊接皆可。在焊接後，可以視需要而進行應變消除之熱處理。
本發明在具有下述步驟時有效而能夠獲得長尺寸的超硬合金製複合輥，其為能夠插入於HIP爐內的尺寸以上之尺寸，該步驟如第7圖所示，在此超硬合金製複合輥1的軸部件4的端部、及軸端部件5，分別設置溝槽6而配置軸端部件5，並焊接此溝槽6而如第8圖所示地形成焊接部7，且將軸部件4與軸端部件5作接合而增設(adding)。
[3]用途
本發明的超硬合金製複合輥的外層，其由於具有高壓縮降伏強度、高抗彎強度、高楊氏模數及高硬度，故特別適合金屬帶板(鋼帶板)的冷軋延。較佳是，本發明的超硬合金製複合輥，其在下述軋機中作為工作輥來使用：(a)六段式軋機，其具備用於軋延金屬帶板之上下一對的工作輥、用於支持各個工作輥之上下一對的中間輥、及用於支持各個中間輥之上下一對的背托輥(back-up roll)；或(b)四段式軋機，其具備用於軋延金屬帶板之上下一對的工作輥、及用於支持各個工作輥之上下一對的背托輥。較佳是：將至少一站的上述軋機設置成複數個軋機站並排而成的串列式軋機(tandem mill)。
藉由以下實施例來進一步詳細說明本發明，但本發明並非限定於這些實施例。
<參考例1>
將WC粉末(純度：99.9%，利用雷射繞射式粒度分布測定裝置(島津製作所股份有限公司製，SALD-2200)所測得的D10：4.3μm，中值粒徑D50：6.4μm，D90：9.0μm)、與以成為表1的組成的方式所調配而成的結合相用粉末，以表2所示的比率加以混合，以調製成形用粉末(試料1~10)。並且，結合相用粉末的任一者皆具有1～10μm的中值粒徑D50 ，並包含微量的不可避免的雜質。
使用球磨機來將所獲得的成形用粉末作濕式混合20小時並乾燥後，以98MPa的壓力作加壓成形，而獲得直徑60mm×高度40mm的圓筒狀成形體（試料1～10）。從各個成形體切出1mm×1mm×2mm的試料，並使用示差熱分析裝置來測定液化起始溫度。結果如表3所示。
[表1]
Figure 108103882-A0304-0001
 註：*為本發明的超硬合金製複合輥所使用的超硬合金的組成範圍之外的例子。 （1）剩餘部分包含不可避免的雜質。
[表2]
Figure 108103882-A0304-0002
 註：*為本發明的超硬合金製複合輥所使用的超硬合金的組成範圍之外的例子。
[表3]
Figure 108103882-A0304-0003
 註：*為本發明的超硬合金製複合輥所使用的超硬合金的組成範圍之外的例子。
將各個成形體在表4所示的條件下作真空燒結後，在表4所示的條件下作HIP處理，而製作試料1～10的超硬合金。將各個超硬合金藉由以下方法來加以評估。並且，試料7、8及10為本發明的超硬合金製複合輥所使用的超硬合金的組成範圍之外的例子。
[表4]
Figure 108103882-A0304-0004
 註：*為本發明的超硬合金製複合輥所使用的超硬合金的組成範圍之外的例子。 （1）900℃～600℃之間的平均冷卻速率。
（1）壓縮降伏強度 由各個超硬合金切出如第3圖所示之各個壓縮試驗用的試驗片，在其中央部分的表面上貼附應變計（strain gauge），並在軸方向上施加負載，而作成應力－應變曲線。將下述設為壓縮降伏強度：在應力－應變曲線中，應力與應變由直線關係偏離時的應力。結果顯示於表5。
（2）抗彎強度 對於由各個超硬合金切出的4mm×3mm×40mm的試驗片，在支點間距30mm的四點彎曲條件下測定抗彎強度。結果顯示於表5。
（3）楊氏模數 對於由各個超硬合金切出的寬度10mm×長度60mm×厚度1.5mm的試驗片，利用自由共振式固有振動法（JIS Z2280）加以測定。結果顯示於表5。
（4）硬度 對於各個超硬合金，測定洛氏硬度（硬度標尺A）。結果顯示於表5。
[表5]
Figure 108103882-A0304-0005
 註：*為本發明的超硬合金製複合輥所使用的超硬合金的組成範圍之外的例子。
（5）觀察組織 將各個試料加以鏡面研磨後，進行SEM觀察，而求取複碳化物的存在、結合相中的變韌鐵相及麻田散鐵相的合計面積比率。結果顯示於表6。第1圖是試料2的超硬合金的SEM照片。白色粒狀部分是WC粒子，灰色部分是結合相。
[表6]
Figure 108103882-A0304-0006
 註：*為本發明的超硬合金製複合輥所使用的超硬合金的組成範圍之外的例子。 （1）在結合相中的變韌鐵相及麻田散鐵相的合計面積比率（%）。 （2）在結合相中是否存在直徑為5μm以上的複碳化物。
（6）結合相的組成 利用場發射電子微探儀（Field Emission-Electron Probe Micro-Analyser，FE-EPMA）來測定各個試料的結合相的組成。藉由電子束直徑1μm的點分析，對WC粒子以外的部分測定任意10處的點後，將所獲得的測定值作平均，藉此求取結合相的組成。不過，當存在直徑為5μm以上的複碳化物時，測定WC粒子及複碳化物之外的部分。結果顯示於表7。
[表7]
Figure 108103882-A0304-0007
 註：*為本發明的超硬合金製複合輥所使用的超硬合金的組成範圍之外的例子。 （1）分析值。 （2）剩餘部分包含不可避免的雜質。
＜參考例2＞ 使用與參考例1中的試料1相同組成之成形用粉末，並利用與參考例1相同的方法來製作圓柱狀成形體。將各個成形體以與參考例1同樣的方式進行燒結，來製作外徑44mm×全長620mm的一體化輥。將此輥使用於厚度0.6mm的純Ni板材的冷軋延的結果，在純Ni板材中並未產生源自輥表面的凹陷之瑕疵。
使用與參考例1中的試料10相同組成之成形用粉末，並同樣地作成外徑44mm×全長620mm的一體化輥。將此輥使用於厚度0.6mm的純Ni板材的軋延的結果，在純Ni板材中產生了源自輥表面的凹陷之瑕疵。
＜實施例1＞ 使用與參考例1中製作的試料1相同的原料，以成為表8的組成的方式來調製成形用粉末，以與參考例1的試料1同樣的方式，來製作外層用和中間層用的套筒狀成形體，與參考例1的試料1同樣地進行真空燒結，來製作外層用的套筒狀燒結體（外徑194mm，內徑171mm，全長1050mm）以及中間層用的套筒狀燒結體（外徑171mm，內徑152mm，全長1050mm）。
[表8]
Figure 108103882-A0304-0008
 （1）相對於WC粉末與結合相用粉末之合計之比率。 （2）結合相用粉末中的各金屬的含有比率。 （3）剩餘部分包含不可避免的雜質。
如第5圖所示，在圓柱狀內層材料11（外徑152mm，全長1150mm，SNCM 439製）的外周配置所獲得之中間層用的套筒狀燒結體12，並在其外周配置所獲得之外層用的套筒狀燒結體13，且使軸部件14（外徑152mm，全長80mm，S45C製）抵接在內層的兩邊的端部來加以配置。進一步，利用圓筒狀HIP罐覆蓋外層用的套筒狀燒結體13的外表面，並藉由具有凸緣部且該凸緣部用於焊接至前述圓筒狀HIP罐之一圓筒狀HIP罐來覆蓋內層材料11和軸部件14，進一步將圓板狀HIP罐焊接至前述具有凸緣部之圓筒狀HIP罐後，由抽氣用排氣管（未圖示）將HIP罐內抽真空後，焊接HIP罐並密閉HIP罐。
其後，將HIP罐放入HIP爐，並在1230℃且140MPa的條件下進行HIP處理。並且，HIP處理後的外層和中間層以成為80～100℃/小時的平均速率的方式作冷卻。
如上述般地實行，能夠獲得如第6圖所示的超硬合金製複合輥10，其由內層1、外層3及軸部件4構成，該內層1由鐵系合金構成，該外層3隔著超硬合金製的中間層2而與前述內層1作金屬接合，該軸部件4在軸方向上被金屬接合至前述內層1的二邊的端部且由鐵系合金構成。與參考例1同樣地求取此超硬合金製複合輥10的中間層2和外層3的結合相的組成。結果顯示於表9。
[表9]
Figure 108103882-A0304-0009
 （1）分析值。 （2）剩餘部分包含不可避免的雜質。
與參考例1同樣地實施此超硬合金製複合輥10的外層3的壓縮降伏強度、抗彎強度、楊氏模數及硬度之測定還有組織觀察。結果顯示於表10及表11。
[表10]
Figure 108103882-A0304-0010
[表11]
Figure 108103882-A0304-0011
 （1）在結合相中的變韌鐵相及麻田散鐵相的合計面積比率（%）。 （2）在結合相中是否存在直徑為5μm以上的複碳化物。
如第7圖所示，將此超硬合金製複合輥10的軸部件4的端部作加工而設置溝槽6，並相對於該端部而配置設有溝槽6之軸端部件5（外徑152mm，全長300mm，S45C製）後，焊接此溝槽6，並如第8圖所示地形成焊接部7後，進行軸部件4與軸端部件5之間的接合和增設。進一步，加工去除HIP罐並進行外型加工而獲得超硬合金製複合輥，其外徑190mm，外層和中間層長度900mm，全長1850mm。
＜實施例2＞ 除了以成為表12的組成的方式來調製成形用粉末之外，與實施例1同樣地製作外層用的套筒狀燒結體（外徑298mm，內徑264mm，全長1720mm）以及中間層用的套筒狀燒結體（外徑：264mm，內徑：254mm，全長：1720mm）。 [表12]
Figure 108103882-A0304-0012
 （1）相對於WC粉末與結合相用粉末之合計之比率。 （2）結合相用粉末中的各金屬的含有比率。 （3）剩餘部分包含不可避免的雜質。
如第5圖所示，在圓柱狀內層材料11（外徑245mm，全長2150mm，SNCM 630製）的外周配置所獲得之中間層用的套筒狀燒結體12，並在其外周配置所獲得之外層用的套筒狀燒結體13，且使軸部件14（外徑245mm，全長500mm，SCM440製）抵接在內層的兩邊的端部來加以配置。進一步，與實施例1同樣地密封於HIP罐。
其後，將HIP罐放入HIP爐並在1230℃且140MPa的條件下進行HIP處理。並且，HIP處理後的外層和中間層以80～100℃/小時的平均速率作冷卻。
如上述般地實行，能夠獲得如第6圖所示的超硬合金製複合輥10，其由內層1、外層3及軸部件4構成，該內層1由鐵系合金構成，該外層3隔著超硬合金製的中間層2而與內層1作金屬接合，該軸部件4在軸方向上被金屬接合至前述內層1的二邊的端部且由鐵系合金構成。與參考例1同樣地求取此超硬合金製複合輥10的中間層2和外層3的結合相的組成。結果顯示於表13。
[表13]
Figure 108103882-A0304-0013
 （1）分析值。 （2）剩餘部分包含不可避免的雜質。
如第7圖所示，將此超硬合金製複合輥10的軸部件4的端部作加工而設置溝槽6，並與該端部相對向而配置已設有溝槽6之軸端部件5（外徑245mm，全長300mm，SCM440製）後，焊接此溝槽6，並如第8圖所示地形成焊接部7後，進行軸部件4與軸端部件5之間的接合和增設。進一步，加工去除HIP罐並進行外型加工而獲得超硬合金製複合輥，其外徑295mm，外層和中間層長度1600mm，全長3700mm。
1‧‧‧內層2‧‧‧中間層3‧‧‧外層4‧‧‧軸部件5‧‧‧軸端部件6‧‧‧溝槽7‧‧‧焊接部10‧‧‧超硬合金製複合輥11‧‧‧內層材料11a‧‧‧端面12‧‧‧中間層用的套筒狀燒結體13‧‧‧外層用的套筒狀燒結體14‧‧‧軸部件15‧‧‧熱均壓罐(HIP罐)15a、15b‧‧‧圓筒狀HIP罐15c‧‧‧圓板狀HIP罐
第1圖是表示試料2的超硬合金的剖面組織之掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)的照片。
第2圖是表示針對試料2和試料8而藉由單軸壓縮試驗(uniaxial compression test)所獲得的應力-應變曲線的圖表。
第3圖是表示用於單軸壓縮試驗之試驗片的示意圖。 第4圖是表示藉由示差熱分析裝置所獲得之液化起始溫度的測定例之圖表。 第5圖是表示將內層材料、中間層用燒結體、外層用燒結體、及軸部件封入HIP罐中的情形之示意剖面圖。 第6圖是表示HIP處理後的形狀之示意剖面圖。 第7圖是表示將軸部件的端部加工後的情形之示意剖面圖。 第8圖是表示藉由將軸端部件焊接至軸部件的端部來增設後的情形之示意剖面圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (14)

  1. 一種超硬合金製複合輥，其由內層與外層構成，該內層由鐵系合金構成，該外層由被金屬接合至前述內層的外周之超硬合金構成，該超硬合金製複合輥的特徵在於：構成前述外層的超硬合金含有60~90質量份的碳化鎢粒子與10~45質量份的以鐵作為主要成分之結合相，前述外層的結合相具有下述化學組成：含有0.5~10質量%的鎳、0.2~2.0質量%的碳、0.5~5質量%的鉻及0.1~5質量%的鎢，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成；在前述內層的軸方向的至少一邊的端部，具有與前述內層作金屬接合之軸部件、及被焊接至前述軸部件上之軸端部件；前述內層由鐵系合金構成，該鐵系合金含有0.2~0.45質量%的碳、0.5~4.0質量%的鉻、1.4~4.0質量%的鎳及0.10~1.0質量%的鉬，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成，並且，該鐵系合金含有鉻、鎳及鉬合計2.0質量%以上；前述軸部件和前述軸端部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有0.2~0.58質量%的碳、0~1.2質量%的鉻及0~0.3質量%的鉬，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜 質構成，並且，該鐵系合金含有鉻及鉬合計1.5質量%以下。
  2. 如請求項1所述之超硬合金製複合輥，其中，構成前述外層的超硬合金實質上不含具有5微米以上的圓相當徑的複碳化物。
  3. 如請求項1所述之超硬合金製複合輥，其中，構成前述外層的超硬合金所包含的前述碳化鎢粒子的中值粒徑D50為0.5~10微米。
  4. 如請求項1所述之超硬合金製複合輥，其中，構成前述外層的超硬合金的結合相進一步含有0.2~2.0質量%的矽、0~5質量%的鈷及0~1質量%的錳。
  5. 如請求項1所述之超硬合金製複合輥，其中，在構成前述外層的超硬合金的結合相中，變韌鐵相及/或麻田散鐵相的含量合計為50面積%以上。
  6. 一種超硬合金製複合輥，其由內層、中間層及外層構成，該內層由鐵系合金構成，該中間層由被金屬接合至前述內層的外周之超硬合金構成，該外層由被接合至前述中間層的外周之超硬合金構成，該超硬合金製複合輥的特徵在於：構成前述外層的超硬合金含有60~90質量份的碳化鎢粒子與10~45質量份的以鐵作為主要成分之結合相，前述外層的結合相具有下述化學組成：含有0.5~10 質量%的鎳、0.2~2.0質量%的碳、0.5~5質量%的鉻及0.1~5質量%的鎢，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成；構成前述中間層的超硬合金含有30~65質量份的碳化鎢粒子與35~70質量份的以鐵作為主要成分之結合相，前述中間層的結合相具有下述化學組成：含有0.5~10質量%的鎳、0.2~2.0質量%的碳、0.5~5質量%的鉻及0.1~5質量%的鎢，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成；在前述內層的軸方向的至少一邊的端部，具有與前述內層作金屬接合之軸部件、及被焊接至前述軸部件上之軸端部件；前述內層由鐵系合金構成，該鐵系合金含有0.2~0.45質量%的碳、0.5~4.0質量%的鉻、1.4~4.0質量%的鎳及0.10~1.0質量%的鉬，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成，並且，該鐵系合金含有鉻、鎳及鉬合計2.0質量%以上；前述軸部件和前述軸端部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有0.2~0.58質量%的碳、0~1.2質量%的鉻及0~0.3質量%的鉬，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成，並且，該鐵系合金含有鉻及鉬合計1.5質量%以下。
  7. 如請求項6所述之超硬合金製複合輥，其中，構成前述外層及/或前述中間層的超硬合金實質上不含具有5微米以上的圓相當徑的複碳化物。
  8. 如請求項6所述之超硬合金製複合輥，其中，構成前述外層及/或前述中間層的超硬合金所包含的前述碳化鎢粒子的中值粒徑D50為0.5~10微米。
  9. 如請求項6所述之超硬合金製複合輥，其中，構成前述外層及/或前述中間層的超硬合金的結合相進一步含有0.2~2.0質量%的矽、0~5質量%的鈷及0~1質量%的錳。
  10. 如請求項6所述之超硬合金製複合輥，其中，在構成前述外層及/或前述中間層的超硬合金的結合相中，變韌鐵相及/或麻田散鐵相的含量合計為50面積%以上。
  11. 一種超硬合金製複合輥的製造方法，該超硬合金製複合輥是由內層與外層作金屬接合而成，該內層由鐵系合金構成，該外層由超硬合金構成，該超硬合金製複合輥的製造方法的特徵在於：在內層的外周配置外層材料，該內層由鐵系合金構成，該鐵系合金含有0.2~0.45質量%的碳、0.5~4.0質量%的鉻、1.4~4.0質量%的鎳及0.10~1.0質量%的鉬，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成，並且，該鐵系 合金含有鉻、鎳及鉬合計2.0質量%以上，該外層材料由超硬合金的粉末、成形體、煅燒體或燒結體構成，並且，在前述內層的軸方向的至少一邊的端部配置軸部件，該軸部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有0.2~0.58質量%的碳、0~1.2質量%的鉻及0~0.3質量%的鉬，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成，並且，該鐵系合金含有鉻及鉬合計1.5質量%以下，之後，利用由鋼系材料構成之熱均壓罐來封閉前述外層材料、前述內層、及前述軸部件的外周並抽真空後，進行熱均壓處理，而將前述外層材料、前述內層、及前述軸部件作一體化，其中，構成前述外層的超硬合金含有60~90質量份的碳化鎢粒子與10~45質量份的以鐵作為主要成分之結合相，前述外層的結合相具有下述化學組成：含有0.5~10質量%的鎳、0.2~2.0質量%的碳、0.5~5質量%的鉻及0.1~5質量%的鎢，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成。
  12. 如請求項11所述之超硬合金製複合輥的製造方法，其中，在前述熱均壓處理後，將軸端部件焊接至前述軸部件上，該軸端部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有0.2~0.58質量%的碳、0~1.2質量%的鉻及0~0.3質量%的鉬，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成，並且，該鐵系合金含有Cr及Mo合計1.5質量% 以下。
  13. 一種超硬合金製複合輥的製造方法，該超硬合金製複合輥是由內層、中間層及外層作金屬接合而成，該內層由鐵系合金構成，該中間層由超硬合金構成，該外層由超硬合金構成，該超硬合金製複合輥的製造方法的特徵在於：在內層的外周配置中間層材料與外層材料，該內層由鐵系合金構成，該鐵系合金含有0.2~0.45質量%的碳、0.5~4.0質量%的鉻、1.4~4.0質量%的鎳及0.10~1.0質量%的鉬，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成，並且，該鐵系合金含有鉻、鎳及鉬合計2.0質量%以上，該中間層材料由超硬合金的粉末、成形體、煅燒體或燒結體構成，該外層材料由超硬合金的粉末、成形體、煅燒體或燒結體構成，並且，在前述內層的軸方向的至少一邊的端部配置軸部件，該軸部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有0.2~0.58質量%的碳、0~1.2質量%的鉻及0~0.3質量%的鉬，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成，並且，該鐵系合金含有鉻及鉬合計1.5質量%以下，之後，利用由鋼系材料構成之熱均壓罐來封閉前述外層材料、前述中間層材料、前述內層、及前述軸部件的外周並抽真空後，進行熱均壓處理，而將前述外層材料、前述中間層材料、前述內層、及前述軸部件作一體化， 其中，構成前述外層的超硬合金含有60~90質量份的碳化鎢粒子與10~45質量份的以鐵作為主要成分之結合相，前述外層的結合相具有下述化學組成：含有0.5~10質量%的鎳、0.2~2.0質量%的碳、0.5~5質量%的鉻及0.1~5質量%的鎢，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成；構成前述中間層的超硬合金含有30~65質量份的碳化鎢粒子與35~70質量份的以鐵作為主要成分之結合相，前述中間層的結合相具有下述化學組成：含有0.5~10質量%的鎳、0.2~2.0質量%的碳、0.5~5質量%的鉻及0.1~5質量%的鎢，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成。
  14. 如請求項13所述之超硬合金製複合輥的製造方法，其中，在前述熱均壓處理後，將軸端部件焊接至前述軸部件上，該軸端部件由鐵系合金構成，該鐵系合金含有0.2~0.58質量%的碳、0~1.2質量%的鉻及0~0.3質量%的鉬，且剩餘部分是由鐵及不可避免的雜質構成，並且，該鐵系合金含有鉻及鉬合計1.5質量%以下。
TW108103882A 2018-01-31 2019-01-31 超硬合金製複合輥以及超硬合金製複合輥的製造方法 TWI787450B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-015990 2018-01-31
JP2018015990 2018-01-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201936940A TW201936940A (zh) 2019-09-16
TWI787450B true TWI787450B (zh) 2022-12-21

Family

ID=67478288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108103882A TWI787450B (zh) 2018-01-31 2019-01-31 超硬合金製複合輥以及超硬合金製複合輥的製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11590545B2 (zh)
EP (1) EP3747564B1 (zh)
JP (1) JP7215431B2 (zh)
KR (1) KR102528207B1 (zh)
CN (1) CN111386158B (zh)
TW (1) TWI787450B (zh)
WO (1) WO2019151402A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3086137A1 (en) * 2019-07-30 2021-01-30 Kennametal Inc. Wear resistant articles and applications thereof
CN113058694B (zh) * 2021-03-19 2022-10-14 河北津西钢铁集团重工科技有限公司 一种半钢复合辊套及其制备方法
CN115502391B (zh) * 2022-09-15 2024-01-09 浙江省冶金研究院有限公司 一种表面陶瓷硬化粉末高速钢的制备方法
CN116790953B (zh) * 2023-07-05 2024-01-05 中国机械总院集团北京机电研究所有限公司 高性能纳米硬质合金制品及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1733378A (zh) * 2004-08-10 2006-02-15 日立金属株式会社 板轧制用超硬合金制复合辊
CN103014532A (zh) * 2013-01-16 2013-04-03 唐山亿联盛轧辊有限公司 一种高耐磨复合轧辊及其制备方法
CN105312540A (zh) * 2015-11-12 2016-02-10 丹阳恒庆复合材料科技有限公司 一种可循环利用辊芯的复合辊制造工艺及设备

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5144502A (en) * 1974-10-16 1976-04-16 Tokyo Shibaura Electric Co Taisanka netsushogekiseishoketsuchokogokin
JPS5669304A (en) * 1979-11-10 1981-06-10 Kobe Steel Ltd Production of roll
JPS6083708A (ja) 1983-10-12 1985-05-13 Mitsubishi Metal Corp 圧延ロ−ルにおけるシヤフトへの超硬合金製リングの固定方法
JPS62280305A (ja) * 1986-05-28 1987-12-05 Kobe Steel Ltd ロ−ルの製造方法
JPH05171339A (ja) 1991-12-16 1993-07-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 超硬合金
EP0913212A4 (en) * 1997-03-21 2002-03-27 Kawasaki Steel Co COMPOSITE ROLLER FOR THIN COLD ROLLED STEEL TAPE AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION
SE519235C2 (sv) 1999-01-29 2003-02-04 Seco Tools Ab Hårdmetall med härbar bindefas
EP1283079A1 (en) * 2000-05-16 2003-02-12 Kawasaki Steel Corporation Composite roll of cemented carbide, and steel hot-rolling method using the same
JP2002301506A (ja) * 2001-04-02 2002-10-15 Hitachi Metals Ltd 超硬合金製複合ロール
JP4277250B2 (ja) 2002-05-24 2009-06-10 日立金属株式会社 超硬合金製複合ロール
JP3743793B2 (ja) * 2002-10-28 2006-02-08 日鉄ハイパーメタル株式会社 熱間圧延用複合ロール及びその製造方法並びにそれを用いた熱間圧延方法
JP2004167503A (ja) 2002-11-18 2004-06-17 Hitachi Metals Ltd 超硬合金製圧延用複合ロール
JP4200479B2 (ja) * 2003-02-14 2008-12-24 日立金属株式会社 超硬合金製圧延用複合ロール
CN1322940C (zh) * 2004-09-26 2007-06-27 河南科技大学 大断面WCp/Fe－C复合材料－球铁复合结构辊环
JP2005262321A (ja) * 2005-05-09 2005-09-29 Hitachi Metals Ltd 超硬合金製複合ロール
CN101412105B (zh) * 2008-11-28 2013-03-06 北京工业大学 一种耐磨复合轧辊的制造方法
CN101695713B (zh) * 2009-10-28 2011-09-14 合肥上雅电子科技有限公司 Wc复合导辊及其制造方法
CN102259114A (zh) * 2011-04-01 2011-11-30 周明 一种仿生高耐磨长寿命宜修复的新型复合轧辊制造方法
MX357864B (es) * 2011-11-21 2018-07-25 Hitachi Metals Ltd Rodillo compuesto fundido centrífugamente y su método de producción.
CN103540933B (zh) * 2013-09-30 2016-04-27 华北水利水电大学 一种Cr-Ni-Mo系不锈钢表面功能梯度陶瓷耐磨涂层的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1733378A (zh) * 2004-08-10 2006-02-15 日立金属株式会社 板轧制用超硬合金制复合辊
CN103014532A (zh) * 2013-01-16 2013-04-03 唐山亿联盛轧辊有限公司 一种高耐磨复合轧辊及其制备方法
CN105312540A (zh) * 2015-11-12 2016-02-10 丹阳恒庆复合材料科技有限公司 一种可循环利用辊芯的复合辊制造工艺及设备

Also Published As

Publication number Publication date
US11590545B2 (en) 2023-02-28
WO2019151402A1 (ja) 2019-08-08
EP3747564A1 (en) 2020-12-09
CN111386158A (zh) 2020-07-07
KR20200115458A (ko) 2020-10-07
JPWO2019151402A1 (ja) 2021-01-28
CN111386158B (zh) 2022-08-19
KR102528207B1 (ko) 2023-05-03
US20210370371A1 (en) 2021-12-02
JP7215431B2 (ja) 2023-01-31
EP3747564B1 (en) 2023-11-01
TW201936940A (zh) 2019-09-16
EP3747564A4 (en) 2021-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI787450B (zh) 超硬合金製複合輥以及超硬合金製複合輥的製造方法
TWI724218B (zh) 超硬合金及其製造方法、以及軋輥
TWI804570B (zh) 超硬合金及軋延用超硬合金製複合輥
TWI787447B (zh) 超硬合金製複合輥
JP6354504B2 (ja) 超硬合金複合ロール及びその製造方法
JP6587204B2 (ja) 超硬合金複合ロール及びその製造方法
WO2015053137A1 (ja) 超硬合金複合ロール及びその製造方法