JPH01252703A - 条鋼圧延用ロールおよびその製造方法 - 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、条鋼圧延用ロールおよびその製造方法に関す
る。

〔従来の技術・〕

アングル等の条鋼の圧延に使用されるロールの胴部材料
として、従来よりチルド鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、アダマ
イト鋳鉄等の鋳鉄材が広く使用されてきた。また、その
耐摩耗性の改善を目的として、鋳鉄の高合金化により、
セメンタイトおよび複炭化物、その他の特殊炭化物を晶
出させて硬度を高めたものも使用されている。このほか
に、鋳鉄ロールに代え、合金粉末（Ｃ：１．３〜３％、
　　Ｃｒ：１５〜２１％、Ｗ＋２Ｍｏ：８％以下）の焼
結晶をロール胴部材として使用することも提案されてい
る（特開昭５８−２１３８５６号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

鋳鉄系のロール胴部は、炭化物がネット状に晶出した粗
大な鋳造組織を有するので、靭性等の機械的性質が十分
でなく、このため平鋼圧延用ロール等と異なって胴部の
表面形状が複雑な条鋼圧延用ロールでは、その胴部表面
に亀裂等が生じ易い。

特に、胴部表面にＶ字型溝を存する凹ロールと、山型突
起を有する凸ロールとで構成されるアングル圧延仕上用
ロールでは、凹ロールのＶ字型溝の底部、および凸ロー
ルの山型突起の稜部におけるヒートクラックの発生傾向
が大きい。また、耐摩耗性も十分とはいえず、凸ロール
では、その山型突起の稜部の摩耗が進行し易い。他方、
前記合金、　粉末の焼結材は、緻密で微細な組織をもち
、鋳鉄ロールを凌ぐ耐摩耗性や耐肌荒性と共に良好な機
械的性質を備えているけれども、被圧延材との接触面に
焼付が生じ易いという問題がある。

殊に近時の条鋼圧延では、製品の多様化、高品質化の要
請に応じ、新しい圧延技術の開発が進められ、それに伴
って圧延用ロールにも高性能化（耐摩耗性、耐焼付性、
耐肌荒性、耐ヒートクラツク性等の強化）がより強く求
められつつあり、従来のロールではその対応が困難とな
っている。

本発明は上記課題を解決するための改良された条鋼圧延
用ロールおよびその製造方法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段および作用］本発明の条鋼
圧延用ロールは、その胴部が、所要の凹凸表面を有する
金属基材の表面要所に、Ｃ：２〜３．５％、Ｓｉ：０．
４％以下、Ｍｎ：０．４％以下、Ｃｒ：３〜６％、Ｖ　
：　６〜１２％、Ｗ：５〜１４％、Ｃｏニア〜１４％、
Ｍｏ：３〜９％、残部実質的にＦｅからなる層厚３〜２
５躯の焼結合金層が形成されている複合体であることを
特徴としている。

以下、本発明につい”Ｃ１まずその焼結合金層の成分限
定理由を説明する。％は重量％である。

Ｃ＋２〜３．５％ Ｃは、マトリックスに固溶し、また一部はＶやＷと結合
して炭化物を形成することにより焼結合金の硬度を高め
る。Ｃ量の下限値を２％としたのは、それより少ないと
、ＶやＷの炭化物の形成に必要なＣ量のバランスが悪（
、焼結合金を高合金化したことの効果が十分に得られず
、他方３．５％をこえると、■やＷの炭化物の粗大化等
により靭性が低下する。よって、２〜３．５％とした。

Ｓｉ：０．４％以下 Ｓｉは焼結合金の焼入れ性を高めるが、焼もどし処理に
よる二次硬化への関与は殆どないため、高温硬さの改善
効果は小さく、従って０．４％までの添加で十分である
。

Ｍｎ：０．４％以下 Ｍｎは焼結合金の焼入れ性を改善する元素であるが、焼
もどし処理による二次硬化は期待できないので、高温硬
さの改善効果は小さく、従って０．４％までの添加で十
分である。

Ｃ「：３〜６％ Ｃｒは焼結合金のマトリックスに固溶して焼入性を大き
く高め、また焼もどし軟化抵抗性を示す元素である。こ
の効果を得るには３％以上の添加を必要とする。しかし
、Ｃ「の増量は、焼結合金の焼付抵抗性の低下を招き、
特に熱間圧延用ロール等の用途においては、６％をこえ
ると、実用上焼付の問題が生じる。よって、Ｃｒ量は３
〜６％とした。

■：６〜１２％ ■は本発明における焼結合金の成分構成を特徴づける最
も重要な元素の１つである。すなわち、■は、焼結合金
のマトリックスに固溶し、焼入れ後の焼もどし処理によ
り、微細なＭＣ型炭化物として析出し顕著な二次硬化現
象を生起し、併せて焼もどし軟化抵抗性を示す。また、
焼結合金組織の微細化とそれによる靭性等の機械的性質
の向上に寄与する。その添加量が、６％未満の少量であ
っても、組織の微細化による機械的性質の改善効果は得
られるが、焼もどし処理により十分な量のＭＣ型炭化物
を析出させて高硬度・高耐摩耗性を得るには、少なくと
も６％の添加を必要とする。

添加量の増加に伴ってその効果は増すが、１２％をこえ
ると、析出炭化物が粗大化し、靭性等の機械的性質が低
下し、また切削加工性等が悪くなる。

よって、ｖｌは６〜１２％とした。

Ｗ：５〜１４％ Ｗは前記Ｖと並ぶ重要な元素である。すなわち、Ｗは強
力な炭化物形成元素であり、マトリックスに固溶し、焼
もどし、処理によりＭＣ型炭化物として微細析出し顕著
な二次硬化を生起させる。また焼もどし軟化抵抗性を示
す。添加量の下限値を５％としたのは、それより少ない
と、ＭＣ型炭化物の析出量が不足し、十分な二次硬化を
達成できないからである。添加量を増すほど、その効果
は増大するが、１４％をこえると、析出炭化物の粗大化
により、靭性等の機械的性質の低下をみる。よって、５
〜１４％に規定した。

Ｃｏニア〜１４％ Ｃｏは、焼もどし処理による炭化物の析出と、マトリッ
クスの二次マルテンサイト化による焼結合金の強化を助
長すると共に、高温硬さの向上に奏効する。この効果を
得るには、少なくとも７％の添加を必要とするが、１４
％をこえるとその効果はほぼ飽和する。従って、７〜１
４％とした。

Ｍｏ：３〜９％ Ｍｏは、焼入れ性を高めると共に、焼もどし処理により
微細な炭化物を形成して顕著な二次硬化を生起し、高温
硬さの保持に奏効する。添加量が３％に満たないと、そ
の効果が十分でなく、他方９％をこえると、その効果は
ほぼ飽和する。よって、３〜９％とした。

第１図は本発明の条鋼圧延用ロールの例として、アング
ル圧延仕上用ロールを構成する１組の上ロール（Ａ）と
下ロール（Ｂ）の断面構造を模式的に示している。（１
０）　（２０）は各ロール（Ａ）（Ｂ）の胴部、（３０
，３０）は各ロールの胴部（１０）　（２０）に嵌着固
定されたアーバーである。上ロール（１０）は胴部の周
面を一周するｖ字型溝（ａ）を有する凹ロール、下ロー
ル（Ｂ）は、その７字型溝（ａ）に対応して胴部周面を
一周する山型突起（ｂ）を有する凸ロールであり、それ
ぞれの胴部（１０）　（２０）は、金属円筒体ｍ）　（
２１）を胴部基材とし、その表面に前記規定の成分組成
を有する焼結合金層（１２）　（２２）が積層形成され
た複合構造を有している。なお、上ロール（Ａ）の胴部
基材（１１）にはＶ字型円周溝（ａｏ）が、また下ロー
ルＣＢ）の胴部基材（２１）には山型円周突起（ｂｏ）
が予め形成されており、焼結合金層（１２）（２２）は
、それらの基材（１１）（１，２）の凹凸表面にそって
ほぼ一定の層厚をなして形成されている。

第１図では、上ロール（Ａ）は、胴部（１０）に１つの
７字型溝（ａ）を、また下ロール（Ｂ）はそれに対応し
て１つの山型突起（ｂ）を有する例を示しているが、所
望により上ロール（Ａ）には、複数の７字型溝（ａ、ａ
、・・・）が設けられ、下ロール（Ｂ）には、その複数
の７字型溝（ａ、ａ、・・・）の数と位置に対応する複
数の山型突起（ｂ、ｂ、・・・）が設けられる。

また、第１図では、上ロール（Ａ）および下ロール（Ｂ
）の胴部基材（１１）　（２１）の表面全体に亘って焼
結合金層（１２）　（２２）を形成した例を示している
が、条鋼圧延ロールの耐摩耗性や耐肌荒性、耐焼付性等
が問題となるのは、被圧延材と直接々触する孔型部分、
すなわち７字型溝（ａ）および山型突起（ｂ）の表面で
あるから、第２図に示すように、そのｖ字型溝（ａ）お
よび山型突起（ｂ）の部分にのみ選択的に焼結合金層（
１２）　（２２）を設け、他の部分は基材（１１）　（
２１）の表面が露出したままの部分複合構造としてよい
ことはいうまでもない。

ロール胴部表面の焼結合金層の層厚は、約３１１１１１
以上であることが好ましい。それより薄い層厚では、圧
延時の圧延荷重により焼結合金層内に生じる剪断応力の
作用で焼結合金層に剥離が生じ易くなり、耐久性に問題
が生じるからである。層厚を厚くする程、耐久性は向上
するが、あまり厚くすると、焼結合金層の緻密性の低下
や熱応力による亀裂の発生傾向の増加等をみるので、約
２５ｍｍを上限とすることが好ましい。

なお、胴部基材の材質は、圧延ロールとして必要な機械
的強度・靭性等を有するものであればよく、各種強靭鋼
、例えばＳＣＭ鋼、ＳＮＣＭ鋼等を、目的とする圧延条
件等に応じて選択使用すればよい。

本発明の条鋼圧延用ロールの胴部は、表面に孔型となる
凹凸形状が形成された断面円形の中空または中実金属体
（鋳造品等）を胴部基材として、その表面に前記成分組
成を有する焼結合金層を形成し、ついでその焼結合金層
を調質するための焼入れおよび焼もどし処理を行うこと
により製造される。

その焼結合金層の形成は、好ましくは熱間静水圧加圧焼
結法により行われる。すなわち、金属基材の表面に、適
宜のカプセル材を用いて焼結材料である金属粉末の充填
層を形成し、その粉末充填層内を脱気したうえ、密封し
、熱間静水圧加圧焼結に付し、好ましくは９００〜１２
００°ｃｘ５００〜１５００ｋｇｆ／ｃｒ！ｒの条件下
に焼結合金層を形成する。焼結材料粉末の粒径は、得ら
れる焼結合金層の金属組織の均質微細化の点から、約３
０〜２５０μｍであるのが好ましい。金属粉末が比較的
多量の酸化皮膜を有するものである場合には、その粉末
充填層の脱気・密封を行う前に、加熱下に還元ガスを導
入して酸化皮膜を還元除去すればよい。焼結完了後、カ
プセル材の除去および必要な形状修正のための機械加工
が加えられる。

焼結合金層の焼入れ処理における焼入れ温度は１０５０
〜１２５０℃１好ましくは、１１００〜１２００’Ｃで
あり、またその温度からの冷却は、亀裂・変形等の防止
のために、略常圧のガスを冷媒とするガス冷却、または
加圧ガス（例えば３〜７　ｋｇ　ｆ　／　ｃ＋＋１）を
冷媒とする強制ガス冷却により行うことが好ましい。

上記焼入れ処理につづく焼もどし処理は、５００〜６０
０℃１より好ましくは５２０〜５８０’Ｃに加熱保持し
た後、徐冷する操作を１回または複数回（例えば２〜４
回）反復することにより好適に達成される。

この焼もどし処理により、焼結合金層は、そのマトリッ
クスのオーステナイトからマルテンサイトもしくはベイ
ナイトへの相変態と、ＭＣ型炭化物やＭ、Ｃ型炭化物の
析出による二次硬化が生起する。その析出炭化物の粒径
は、約１０μｍ以下（おおむね、数μｍないしそれ以下
）と極微細であり、またその析出量は面積率で約２５〜
３５％と、一般の溶製材における炭化物量（通常、約１
０〜１５％）に比し豊富であり、かつ均一分散性を有し
ている。

本発明の条鋼圧延用ロールの胴部表面は、焼結合金層の
緻密かつ微細な組織と、その合金成分組成および焼入れ
・焼もどしの熱処理効果とが相まって、高度の耐摩耗性
、耐肌荒性および耐焼付性を備え、また金属基材との複
合構造であるので、圧延用ロールとして必要な強度・靭
性等の機械的性質をも兼ね備えている。

〔実施例〕

第３図（１）（ｎ　）に示すように、円筒状の金属基材
（１１）　（２１）に円筒状金属カプセル材（Ｃ＋）（
ｃ、＞を嵌装して溶接接合し、カプセル部材の内側の空
間内に、焼結材料である金属粉末（Ｐ）を充填し、室温
で脱気後、密封したうえ、熱間静水圧加圧焼結に付す。

焼結完了後、各カプセル材を機械加工により除去すると
共に、１（ト）の余肉化を残して粗加工を行う。ついで
、焼結合金層の調質のための焼入れ・焼もどし処理を行
う。上記工程を経てアングル圧延仕上用ロールとして第
１図に示す複合構造を有する上ロール（Ａ）と下ロール
（Ｂ）の各Ｆ部（１０）　（２０）を製造した。外径：
４００ｍｍ、内径：　２００胴、長さ：　２７０ｍｍ、
焼結合金層層厚：１５ｍ＋ａ０［１］金属基材 材質：ＳＣＭ４４０鋼（０，４％Ｃ−０，３５％５ｉ−
０，７５％Ｍｎ−１％Ｃｒ　−０，２％Ｍｏ）（ＩＩ）
焼結材料（金属粉末） ガスアトマイズ粉末（粒径：５０〜１５０　ｐ　ｍ　）
成分組成（ｗｔ％）　　：　Ｃ２，２，Ｓ　ｉ　　Ｏ，
３，ＭｎＯ，３，Ｃｒ　４．４．　Ｖ　６．２．　Ｗ　
７．１．　　Ｃｏ　１０．８゜Ｍｏ　７．２．　　Ｆｅ
　ＢａＩ！、。酸素濃度１５０ｐｐｍ。

（ＩＩＩ）焼結条件 １１５０℃ＸＸ１００Ｏ）ｃ　ｆ　／ｃｆｆｌＸ　３　
Ｈｒ（ＩＶ）焼結合金層の熱処理 （１）焼入れ処理 真空焼入れチャンバー内で１２００℃に１時間保持後、
ガス（常温常圧Ａｒガス）を導入してガス冷却により焼
入れ。

（２）焼もどし処理 ５４０℃に５時間加熱保持して放冷する処理を３回反復
実施。

（Ｖ）焼結合金層の品質 （イ）健全性 グイチエツク、および超音波探傷により、焼結合金層内
および金属基材との界面のいずれにも欠陥はなく、その
界面は、全周全長に亘って完全に融着結合していること
が確認された。

（ロ）ミクロ組織 鋳鉄系ロールに比し、均質微細な炭化物（ＭＣ型、Ｍ、
Ｃ型）が分析分散した緻密な組織を有している。第５図
にその顕微鏡組織（倍率：　４０００）を示す。炭化物
粒径は約５μｍ以下であり、面積率は約３０％である。

（ハ）硬度 第４図に焼結合金層の深さ方向の硬度分布を示す。測定
位置は下ロール（凸ロール）の山型突起（ｂ）の斜面で
ある。図示のように、硬度はＨＲＣ６５〜６７と高く、
そのバラツキは±ＩＨ＊ｃと小さく均質である。

（ニ）耐焼付性試験 回転する試験片の表面に相手材（ＳＯ５３０４）を押付
けて回転トルクを測定し、トルクの異常変動の有無によ
り試験片と相手材との摺接面間の焼付の有無を判定する
ファレックス型焼付試験（押付荷重：　１５０ｋｇ）に
より、上記供試材（試験面：焼結合金層）と、従来の鋳
造ロール材料の代表例であるチルド鋳鉄、および従来の
焼結合金（Ｃ２，８％。

ＳｉＯ，４％、Ｍｎ０．４％、Ｎｉ１．２％、Ｃｒ２Ｏ
％、Ｍｏ１％、Ｆｅ　　Ｂａｎ、焼結条件は前記と同一
）について焼付抵抗性の測定を行った。その試験におい
てチルド鋳鉄および比較焼結合金は、いずれも試験開始
後間もなくトルク値の異常変動が生じ、特に比較焼結合
金では荷重の増加に伴ってトルク値の鋭いピークがみら
れるのに対し、発明例の焼結合金層では、トルク値が安
定しており、相手材との摺接面間の焼付きの発生は全く
ないことが観察された。

（ホ）実機使用試験 前記ロール胴部（１０）　（２０）の中空孔内にアーバ
ーを焼嵌めにより嵌着し、圧延ロールとして必要な仕上
げ加工を行ったうえ、アングル仕上圧延用ロールとして
実機使用に供した結果、従来の代表的鋳造ロールである
高硬度ダクタイル鋳鉄ロールに比し、摩耗および肌荒れ
は極く軽微であり、被圧延鋼材との焼付も皆無であった
。

〔発明の効果〕 本発明の条鋼圧延用ロールは、胴部表面の耐摩耗性、耐
肌荒れ性および耐焼付性並びに強度、靭性等にすぐれて
いるので、従来のロールを凌ぐ安定した耐用寿命が得ら
れ、またその胴部表面状態が安定していることにより、
被圧延材の品質改善にも大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す軸方向半裁断面図、第２
図は本発明の他の実施例を示す軸方向要部断面図、第３
図（Ｉ　）（ＩＩ　）はロール胴部基材の外周面に焼結
合金粉末を充填した例を示す軸方向部分断面図、第４図
は焼結合金層の硬度を示すグラフ、第５図は焼結合金層
の金属組織を示す図面代用顕微鏡写真である。 １０．２０：ロール胴部、１１，２１：胴部基材、１２
゜２２：焼結合金層、Ｃ，、Ｃ２；カプセル材、Ｐ：焼
結合金粉末。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所要の凹凸表面を有する金属基材と、その金属基材
   の表面に形成された、 Ｃ：２〜３．５％、Ｓｉ：０．４％以下、Ｍｎ：０．４
   ％以下、Ｃｒ：３〜６％、Ｖ：６〜１２％、Ｗ：５〜１
   ４％、Ｃｏ：７〜１４％、Ｍｏ：３〜９％、残部実質的
   にＦｅである層厚３〜２５ｍｍの焼結合金層とからなる
   ロール胴部を有する耐摩耗性・耐焼付性・耐肌荒性等に
   すぐれた条鋼圧延用ロール。 ２、所要の凹凸表面を有する金属基材の表面に、Ｃ：２
   〜３．５％、Ｓｉ：０．４％以下、Ｍｎ：０．４％以下
   、Ｃｒ：３〜６％、Ｖ：６〜１２％、Ｗ：５〜１４％、
   Ｃｏ：７〜１４％、Ｍｏ：３〜９％、残部実質的にＦｅ
   である金属粉末を焼結材料として熱間静水圧加圧焼結法
   により焼結合金層を形成し、ついで１０５０〜１２５０
   ℃からの焼入れ、および５００〜６００℃での焼もどし
   処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の条鋼圧延
   用ロールの製造方法。