JPH0196355A - 耐摩耗複合ロール材 - 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〕 本発明は熱間または冷間圧延用の耐摩耗複合ロール材に
関し、特に鋳造時における鋳造欠陥の発生を少なくした
耐摩耗複合ロール材に関するものである。

〔従来の技術〕

従来耐摩耗性が要求される熱間または冷間の圧延用ロー
ルには、遠心鋳造法によって製造された鋳鉄製複合ロー
ルが広く使用されている。この複合ロールは、外層を耐
摩耗性の大なる炭化物を晶出させた鋳鉄系の材質で形成
し、内層を靭性の大なるねずみ鋳鉄若しくはダクタイル
鋳鉄によって形成するのが最も一般的であるが、このよ
うな複合ロールを前記遠心鋳造法によって製造する場合
には、内外層を形成する材質に制限がある。すなわち、
外層をＷ、　　Ｖ、　Ｎｂ＋　Ｔｔ＋　Ｔａ＋　Ｚｒ＋
　Ｉｆｆ等の元素が形成する炭化物を多量に晶出するよ
うな材質で形成することは、耐摩耗性の向上に有効であ
るが、このような外層と内層とを遠心鋳造法で製造する
ことは、下記の理由により現実的には°不可能である。

まず前記のような元素が形成する炭化物は、外層溶湯と
の比重が異なるため、外層形成中において遠心分離の作
用が働く結果、均一に分散せず偏析を起し易い点が挙げ
られる。また前記元素には酸化傾向の強いものが多く、
大気中における内層との溶着が著しく困難である。更に
遠心鋳造法においては、内層を形成する材料として黒鉛
を晶出させたねずみ鋳鉄若しくはダクタイル鋳鉄を使用
することによって靭性を確保しているのが一般であるが
、外層を形成する材料中に前記のような白銑化傾向の強
い元素を多量に含有していると、外層成分が内層中に若
干溶は込むため、内層の黒鉛化を阻害して脆（なるとい
う問題点がある。また内外層の境界部付近には炭化物が
集中して発生するため脆く、境界部を起点とした外層の
剥離その他の不都合を起し易い。

次に圧延用ロールの内層を形成するねずみ鋳鉄若しくは
ダクタイル鋳鉄における引張強さは、−般に５５ｋｇ／
ｍｌ１１”程度が限界であり、伸びの値は１％以下であ
る。従ってこれ以上の値を得ようとすると、内層に鋼糸
の材質を使用する必要があるが、遠心鋳造法によって製
造するのは困難である。

すなわち、外層溶湯を鋳込後内層溶湯を鋳込んで外層の
内側部分を溶融して接合するとき、内層の方が外層より
高融点であるため、内外層成分が溶融・混合状態となっ
た境界部が最終凝固層となるため、この境界部に鋳造欠
陥を発生し易（なるためである。

一方圧延用ロールとしては、外層材と軸材とを焼嵌め若
しくは組立てにより一体構造としたものも使用されてい
る。しかしながら最近の圧延用ロールには、−度に多量
の圧延を行なうことによって圧延の合理化を図るためと
、被圧延材の寸法精度を向上させるために、ロールの耐
摩耗性を大幅に向上させることが必要になってきている
。また同時に被圧延材の寸法精度向上のため、圧延によ
る撓みと逆方向にロール軸を曲げる手段や、一つの圧延
スタンドにおける圧下量を増大させる作業が広く採用さ
れる状態になってきたため、ロールの軸に印加される曲
げ応力が極めて大となっており、ロール軸部の強度の向
上が必要になってきている。この場合上記のような焼嵌
め若しくは組立ロールを使用すると、圧延中に外層と軸
材との間に滑りを生ずること、若しくは外層が割れ易い
等の問題点がある。このため外層と軸とは、金属的に完
全に一体接合する必要がある。

上記のような要求を同時に満足させるための手段として
、例えば特開昭６１−６０２５６号公報に記載のような
鋳かけ肉盛方法が有効である。すなわち、外側を誘導加
熱コイルで包囲した耐火枠と、この枠の下に同軸的に設
置した冷却型とからなるモールドの内側に、鋼からなる
軸材を同軸的に遊嵌させ、前記軸材と前記モールドとの
間に形成した空隙に、外層を形成すべき溶湯を注入して
軸材と溶着させ、この溶湯を凝固させながら軸材と共に
移動することにより、軸材の周囲に連続的に鋳かけ肉盛
りするのである。なお本出願人は、外層溶湯に耐摩耗性
を有する合金溶湯を使用した耐摩耗合金複合ロールおよ
びその製造方法についてすでに出願している（特願昭６
２−６９６６６号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の改良方法により、耐摩耗性を有する外層を強靭な
軸材の外周に強固に溶着することができるのであるが、
耐摩耗性を付与させるために、外層に炭化物生成元素で
あるＶ、　Ｎｂ、　Ｔｉ等を多量に含有させた場合には
、特に溶湯の粘性が高くなるため、いわゆる押湯効果が
利きに（く、鋳巣その他の鋳造欠陥を生じ易いという問
題点がある。そしてこのような鋳造欠陥は、上記鋳かけ
肉盛法においては外層肉盛材と軸材との境界部に発生し
易い。このような鋳造欠陥が存在する時には、外層と軸
材との溶着接合強度を著しく低下させるのみならず、ロ
ール全体の強度をも低下させるため、近年の苛酷な圧延
条件に適合し得なくなる。

一方外層を形成する合金成分を所定の量に抑制すること
により、本来固有の炭化物生成特性若しくは耐摩耗を低
下させる。ことなく、前記押湯効果を助長し、鋳造欠陥
の発生を阻止し得ることを見出した。

本発明は前記従来技術に存在する問題点を解決し、鋳造
時における鋳造欠陥の発生を大幅に抑制することができ
る耐摩耗複合ロール材を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記従来技術に存在する問題点を解決するために、本願
の第１の発明においては、Ｃ１，５〜３．５、Ｓｉｎ、
　３〜３．　０、Ｍｎ０．３〜１．５　、Ｎｉ２．０以
下、Ｃｒ３．０〜７．０、Ｍｏ８．０以下、Ｗ　２０．
０以下、Ｖ　３．　０〜１２．０各重量％含有し、残部
実質的にＦｅからなると共に、Ｃ−（０，０６Ｃｒ＋０
．０３３Ｗ＋　０．０６３Ｍｏ＋０．１８Ｖ）の値を１
．０以下とする、という技術的手段を採用した。

また本願の第２の発明においては、Ｃ１，５〜３．５、
Ｓｉ０．３〜３．０１Ｍｎ０．３〜１．５、Ｎｉ２．Ｏ
以下、Ｃｒ３．０〜７．０、Ｍｏ８．０以下、Ｗ２Ｏ，
０以下、Ｖ　３．　０〜１２．０、Ｎｂ５．Ｏ以下各型
量％含有し、残部実質的にＦｅからなると共に、Ｃ−（
０，０６Ｃｒ　＋　０．０３３Ｗ　＋　０．０６３Ｍｏ
　＋０、１８　Ｖ　＋　０．１３Ｎｂ）の値を１．０以
下とする、という技術的手段を採用したのである。

本願発明における各合金元素の含有量の限定理由および
Ｃｒ、　Ｗ、　Ｍ□、　　ＶおよびＮｂ含有量の各係数
の根拠について記述する。

Ｃ：１．５〜３．５％ Ｃは鋳鉄を構成する基本元素の１つであり、特に本願発
明の耐摩耗複合ロール材においては、耐摩耗性を付与す
べきＭＣ，Ｍ４Ｏ２，ＭｚＣ，Ｍ２Ｏ等の硬質炭化物を
形成するための必須元素である。そしてこの量は１．５
％未満では生成する炭化物の量が少ないため、充分な耐
摩耗性を付与することができないのみならず、初晶温度
を上昇させて鋳造性を阻害するため不都合である。一方
３６５％を越えると靭性を低下させてロール材として不
適当となるため好ましくない。

Ｓｉ：０．３〜３．０％ Ｓｉは脱酸剤として必要な元素であり、０．３％以上含
有させる必要がある。またＳｔはＭ、Ｃ炭化物中にＷ、
Ｍｏ等の元素を置換して含有されるため、Ｗ。

Ｍｏ等の高価な元素の節減を図るために有効である。

しかし、３．０％を越えると、前記Ｃと同様に靭性を低
下させるため不都合である。

Ｍｎ：０．３〜１．５％ Ｍｎも前記Ｓｉと同様に脱酸剤として有効であると共に
、不純物であるＳ＠ＭｎＳとして固定するために有効で
あり、０６３％以上含有させる必要がある。

しかし１．５％を越えて含有させても上記作用の著しい
助長とはならないため好ましくない。

Ｎｉ：２．０％以下 Ｎｉは焼入れ性を向上させるため、若干量を含有させる
ことは有効であるが、２．０％を越えると残留オーステ
ナイトの量が過剰となり、硬度の向上が期待できない。

また使用中に変態を惹起することに起因する割れ等の事
故を発生させるため不都合である。

Ｃｒ：３．０〜７．０％ Ｃｒは焼入れ性の向上および炭化物生成のために必要な
元素であり、３．０％以上含有させる。しかし７．０％
を越えると、Ｃｒ系炭化物が過多となるため不都合であ
る。すなわちＣｒ系炭化物例えばＭ２３Ｃ６は、ＭＣ，
Ｍ４Ｃ３１Ｍ６Ｃ，ＭｚＣと比較して硬度が低く、ロー
ル材として必要な耐摩耗性を低下させるため好ましくな
い。

Ｍｏ　：　８．０％以下 ＭｏはＭ２Ｏ，？ｈＣ等の晶出炭化物の形成の作用があ
ると共に、基地中に固溶して焼入れ性の向上および焼戻
し硬さの向上をもたらすために含有させる。

しかしＭｏｉが増加すると、本発明ロール材中の最も硬
い炭化物であるＭＣ，Ｍ、Ｃ，の量を減少させるため好
ましくなく、上限を８．０％とする。

Ｗ：２０．０％以下 Ｗも前記Ｍｏと同様にＭ２Ｏ，ＭｚＣなどの晶出炭化物
を形成するための有効成分である。しかしＭｏと同様に
含有量の増加に従って、硬質のＭＣ炭化物を減少させる
ので、上限を２０．０％とするのが好ましい。

Ｖ　：　３．０〜１２．０％ ■は耐摩耗性の向上に最も貢献するＭ、Ｃ２炭化物を形
成するための必須元素であり、少なくとも３、０％以上
含有させる必要がある。しかし酸素との親和力が大であ
るため、溶湯中における酸化反応が激しくなり、１２．
０％を越えて含有させると大気中における溶解が事実上
不可能となるため不都合である。

Ｎｂ　：　５．０％以下 Ｎｂは本願の第２発明において、前記Ｖの置換元素であ
り、ＭＣ炭化物を微細かつ均一に晶出形成させる作用が
ある。しかし上記Ｖと同様酸素との親和力が大であるた
め、５．０％を越えて含有させることは溶湯中の酸化反
応の激化および大気中の溶解を不可能とするため好まし
くない。

次に本発明の最大の特徴は、上記各合金元素を限定する
と共に、第１発明においては、Ｃ−（０゜０６Ｃｒ十０
．０３３Ｗ＋０．０６３Ｍｏ＋０．１８Ｖ）の値を１．
０以下としたこと、および第２発明においては、Ｃ（０
，０６Ｃｒ＋　０．０３３’Ｗ　＋　０．０６３Ｍｏ＋
０．１８Ｖ　＋０．１３Ｎｂ）の値を１．０以下とした
ことにある。この値が１．０を越えると、後述の実施例
からも明らかなように、溶湯の凝固温度域、すなわち初
晶発生温度と凝固完了温度との差が大となる結果、押し
湯効果を減少させ、引は巣その他の鋳造欠陥を多発する
ため好ましくない。なお上記（）内の値（以下Ｃｂａ　
１と称する）を定めるための各合金元素に乗する係数は
、当該合金元素の含有量の全量が当該合金元素独自の炭
化物を形成するのに充当される場合に必要なＣ（χ）の
量を示す。例えばＣｒの場合には独自の炭化物はＣｒｚ
ｉＣ＆であるから、含有Ｃｒ量がすべてＣｒ２．Ｃ，を
形成するためには、Ｃ（χ）の量は、 ＝０．０６ＸＣｒ（％） （但し、Ｍｃ、　Ｍａｒは、各々Ｃ，Ｃｒの原子量）と
なる。同様にして他の合金元素Ｍｏ、　Ｗ、　　Ｖ、　
Ｎｂについて炭化物を仮定して係数を算出すると、第１
表に示すようになる。

第　　１　　表 従って第１発明におけるＣｂａ　１の値は０．０６Ｃｒ
十０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．１８Ｖにより、
第２発明におけるＣｂａ　１のイ直は０．０６Ｃｒ　＋
０．０６３Ｍｏ　＋０．０３３　Ｗ　＋０．１８Ｖ十〇
、　１３Ｎｂによって各々算出することができる。

〔作　用〕

上記の構成により、溶湯の凝固温度域、すなわち初晶発
生温度と凝固完了温度との差を、例えば２１０℃以下に
抑制し、引は巣その他の鋳造欠陥の発生を阻止し、耐摩
耗性を有する健全なロール材とする作用が期待できるの
である。

〔実施例］ 第１図は本発明の実施例における凝固温度域とＣ−Ｃｂ
ａｌとの関係を示す図であり、第２表に示す合金成分の
ロール材についての値を打点したものである（ロール材
の鋳造手段については後述する）。

第１図から明らかなように、比較材においては何れも凝
固温度域が広＜（２１２°Ｃ以上）、かつＣ−Ｃｂａｌ
Ｏ値が何れも大なる値であると共に、何れも引は巣の発
生が認められた。これに対して本発明の実施例において
は上記例は巣その他の鋳造欠陥は全く認められず、外層
と軸材との溶着が完全なロール材を得ることができた。

なお凝固温度域は何れも１９９°Ｃ′以下になっており
、Ｃ−Ｃｂａｌは１．０以下の値である。

次に第２図は本発明の耐摩耗複合ロール材により、複合
ロールを鋳造する場合の装置の例を示す要部縦断面図で
ある。同図において１は耐火枠であり、耐熱材料により
横断面円形に、かつ上下部に各々テーバ状のおよび平行
な周壁を設けた漏斗状に形成する。耐火枠１の外方には
耐火枠１を外包するように環状に形成した誘導加熱用コ
イル２を配設すると共に、耐火枠ｌの下端部には、耐火
枠１の下端部と同一の内径を有する環状に形成した緩衝
型３を耐火枠１と同軸的に設ける。次に緩１１１型３の
下部には緩衝型３と路間−の内径を有する水冷鋳型４を
同軸的に配設する。上記の各部材を同軸的に組立てて定
位置に固定し、組合せモールド９を構成する。

上記の構成により、ロールの軸部を形成すべき軸材５を
組合せモールド９内に垂直に装入し、軸材５の下端部に
組合せモールド９の内径と路間−の外径を有する閉止部
材（図示せず）を固着すると共に、更にその下端部を軸
材昇降機構（図示せず）に装着する。なお軸材５は鋳鋼
若しくは鍛鋼によって等径に形成するのが好ましい。次
に耐火枠１と軸材５とによって形成される空間内に、ロ
ールの外層を形成すべき本発明の耐摩耗複合ロール材か
らなる溶湯７を注入する。溶湯７の表面は断熱および酸
化防止のため溶融フラックス６によって被覆すると共に
、誘導加熱用コイル２により加熱攪拌し、溶湯７が凝固
しないようにする。図中の矢印Ａは溶湯７の流動方向を
示す。次に前記閉止部材と共に軸材５を逐次降下させる
と、溶湯７も連動して降下し、緩衝型３および水冷鋳型
４に至り、漸次凝固が始まる。一方軸材５の表面は溶湯
７の熱により一部溶解し、溶湯７と混合する。

上記溶湯７は漸次凝固し固液共存部１０になった後、軸
材５と外層８とが完全に溶着する。軸材５の下降に伴な
って溶湯７の表面も順次下降す゛るから、溶湯７を適宜
補給して表面を一定の水準に保持する一方、溶湯７の凝
固界面１０′が緩衝型３の範囲内にはいるように制御す
る。本発明の耐摩耗複合ロール材は、°前記のように凝
固温度域を狭い範囲に抑制し得るため、上記固液共存部
１０が狭くなって押湯効果が効きやすくなり、引は巣欠
陥が発生しなくなる。上記のようにして軸材５の外周に
耐摩耗性が高い外層８を一体的に溶着してなる耐摩耗複
合ロールを得ることができる。

本実施例においては、鋳かけ肉盛法により本発明の耐摩
耗複合ロール材を外層とした複合ロールについて記述し
たが、耐摩耗性の向上に寄与する炭化物について遠心分
離作用により偏析を発生させるおそれのある遠心鋳造法
は別として、他の静置鋳造法等に適用できることは勿論
であり、凝固温度域を狭く抑制することによる押湯作用
の実現、更にはその結果としての引は巣その他の鋳造欠
陥防止の作用も同様に期待できる。

〔発明の効果〕

本発明は以上記述のような構成および作用であるから、
晶出炭化物を含有する外層における偏析の発生がなく、
かつ耐摩耗性を充分に保持しつつ、引は巣その他の鋳造
欠陥のない健全な複合ロールを得ることができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における凝固温度域とＣ−Ｃｂ
ａｌとの関係を示す図、第２図は本発明の耐摩耗複合ロ
ール材により複合ロールを鋳造する場合の装置の例を示
す要部縦断面図である。 ５：軸材、７：溶湯、８：外層。 特許出願人　日立金属株式会社　　、、／”−’　−′
＼−／′ 第１図 Ｃ−Ｃｂａｔ　、　（％） 第２図 特許庁長官　　小　川　邦　夫　　殿 １事件の表示　　昭和６２年特許願第２ｋＱ７８Ｆ乙号
２発明の名称　耐摩耗複合ロール材 ３補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ６補正の対象　　明細書の「特許請求の範囲」及び「発
明補正の内容 １、　明細書第１頁の特許請求の範囲を下記「　」内の
とおり訂正する。 ｒ（１）　　ｃ　ｔ、ｓ　〜３．５、Ｓｉ　０．３〜３
．０、Ｍｎ　Ｏ，３〜１．５、Ｎｉ　２．０以下、Ｃｒ
　３．０〜７．０、蝕８．θ以下、Ｗ　２０．０以下、
■３．０〜１２．０各重量％含有し、残部実質的にＦａ
からなると共に、Ｃ（０，０６Ｃｒ＋０．０６３　Ｍｏ
＋０．０３３　Ｗ＋０．１８　Ｖ）ノ値が１．０以下で
あることを特徴とする耐摩耗複合ロール材。 （２）　　Ｃ１，５〜３．５、Ｓｉ　０．３〜３．０、
Ｍｎ　０．３〜１．５゜Ｎｉ　２．０以下、Ｃｒ　３．
０〜７．０、Ｍｏ　８．０以下、Ｗ　２０．０以下、Ｖ
　３．０−１２．０、Ｎｂ　５．Ｏ以下容重ｆｆｉ％含
有し。 残部実質的にＦｅからなると共に、Ｃ−（０，０６Ｃｒ
＋０．０６３　Ｍｏ＋０．０３３　Ｗ＋０．１８　Ｖ＋
０．１３　Ｎｂ）の値が１．０以下であることを特徴と
する耐摩耗複合ロール材。」 ２、　同書第７頁第１０行及び第１１頁第１１行〜第１
２行のｒ　Ｃ−（０，０６Ｃｒ　＋　０．０３３　Ｗ　
＋　０．０６３Ｍｏ＋０．１８　Ｖ）Ｊをそれぞれｒ　
Ｃ−（０，０６Ｃｒ＋０．０６３　Ｍｏ＋０．０３３　
Ｗ＋Ｏ，Ｌ８　Ｖ）Ｊと訂正する。 ３、　同書第７頁第１７行〜第１８行及び第１１頁第１
３行〜第１４行のｒ　Ｃ−（０，０６Ｃｒ＋０．０３３
Ｗ＋０．０６３　Ｍｏ＋〇、１８　Ｖ＋０．１３　Ｎｂ
）ＪをそれぞれｒＣ（０，０６Ｃｒ＋０．０６３　Ｍｏ
＋０．０３３　Ｗ＋０．１８　Ｖ＋０．１３　Ｎｂ）Ｊ
と訂正する。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ１．５〜３．５、Ｓｉ０．３〜３．０、Ｍｎ０
   ．３〜１．５、Ｎｉ２．０以下、Ｃｒ３．０〜７．０、
   Ｍｎ８．０以下、Ｗ２０．０以下、Ｖ３．０〜１２．０
   各重量％含有し、残部実質的にＦｅからなると共に、Ｃ
   −（０．０６Ｃｒ＋０．０３３Ｗ．＋０．０６３Ｍｏ＋
   ０．１８Ｖ）の値が１．０以下であることを特徴とする
   耐摩耗複合ロール材。（２）Ｃ１．５〜３．５、Ｓｉ０
   ．３〜３．０、Ｍｎ０．３〜１．５、Ｎｉ２．０以下、
   Ｃｒ３．０〜７．０、Ｍ８．０以下、Ｗ２０．０以下、
   Ｖ３．０〜１２．０、Ｎｂ５．０以下各重量％含有し、
   残部実質的にＦｅからなると共に、Ｃ−（０．０６Ｃｒ
   ＋０．０３３Ｗ＋０．０６３Ｍｏ＋０．１８Ｖ＋０．１
   ３Ｎｂ）の値が１．０以下であることを特徴とする耐摩
   耗複合ロール材。