JPH0215150A

JPH0215150A - 黒鉛を有するニッケルクロム鋳鉄焼結材

Info

Publication number: JPH0215150A
Application number: JP16634188A
Authority: JP
Inventors: Takeru Morikawa; 長森川; Takashi Hashimoto; 隆橋本
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1988-07-04
Filing date: 1988-07-04
Publication date: 1990-01-18

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、主としてロール材として使用される耐摩耗性
、耐焼付性および耐スリンプ性に優れたニッケルクロム
鋳鉄材に関する。

（従来の技術）従来、ホットストリップミル仕上スタンド前段ワークロ
ールや同ミル粗スタンドワークロールとして、主にアダ
マイトロールが使用されていたが、近年、耐摩耗性に優
れる高クロムロール材を圧延使用層に適用した高クロム
ロールが普及している。

しかし、高クロムロール材は、熱伝導率が低く焼付が生
じ易いという問題があった。

そこで、本出願人は、特公昭６１−１６４１５号および
特公昭６１−１６３３６号において開示した通り、高ク
ロム組織中に黒鉛を晶出さゼ、耐焼付性を著しく改善し
た黒鉛晶出高クロム鋳鉄材を開発した。

この黒鉛晶出高クロム鋳鉄材を圧延使用層として有する
圧延用ロールによって、従来、焼付が生じ易いとされて
いるステンレス鋼等の特殊鋼を圧延したところ、焼付の
発生も生じず、良好な結果が得られた。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、前記黒鉛晶出高クロム鋳鉄材は、高硬度
の共晶クロム炭化物を多量に有するため、圧延の際にス
リップが生じ易く、このため噛め込み性に劣るという問
題があり、生産性の低−ドを余儀無くされていた。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、耐摩耗性
および面］焼付性を確保しつつ、耐スリップ性をも改善
した鋳鉄材を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するためになされた本発明の鋳鉄材は、
化学組成が重量％で、Ｃ：１．０〜１．９％、　Ｃｒ　：　　２．０〜４．５
％Ｓｉ　：　　１．５〜４．０％、　Ｍｏ　：　　０．
４〜５．０％Ｍｎ　：　　０．５〜１．５％、　Ｎｉ：
　　１３　　％以下ｐ：ｏｙｔ％以下、　Ｃｕ　：　　
０．５〜４．０％Ｓ　：　　０．０８％以下、　Ｎｉ−
１−Ｃｕ　：　４．０〜１５．０％残部実質的にＦｅか
らなるニッケルクロム鋳鉄粉末の焼結材であって、黒鉛
化焼なまし熱処理により組織中に黒鉛が析出してなるこ
とを発明の構成とするものである。

（作　　用）まず、本発明に係るニッケルクロム鋳鉄粉末材を構成す
るニッケルクロム鋳鉄粉末の成分限定理由について説明
する。以下、単位は重量％である。

Ｃ：１．．０〜１．９％ＣはＳｌ、旧の黒鉛化作用によって焼結後の熱処理によ
り黒鉛として析出させるために添加する。

本発明におりるＳｉ、　Ｎｉの成分範囲においては、１
゜０％未満では黒鉛の析出が困難である。一方、１゜９
％を越えて含有されると粉末中の共晶炭化物が多くなり
、耐スリップ性が劣化する。

Ｓｉ：１．５〜４．０％Ｓｉはニッケルクロム鋳鉄粉末を焼結後に熱処理して黒
鉛を析出させるために必要である。本発明の場合、基地
の強度を高めるためにＣｒが２．０〜４゜５％、Ｍｏが
０．４〜５．０％含有されるので、１．５％未満では黒
鉛析出が困難となり、一方４．０％を越えると黒鉛析出
が過多となり、耐摩耗性および機械的性質が劣化する。

Ｍｎ　　：　　０．５〜１．５％Ｍｎは微細象、冷粉未作成前段階の溶湯の脱酸のために
Ｓｉと共に積極的に添加される。０．５％未満では脱酸
作用が不足し、一方１．５％を越えると機械的性質、特
に靭性の劣化が著しく現れる。

Ｐ：０．１％以下Ｐは材質を脆くするため少ないほど望ましく、０．１％
以下とする。

Ｓ：０．０８％以下ＳもＰと同様の理由により少ないほど望ましく０．０８
％以下とする。

Ｃｒ　：　　２．０〜４．５％ＣｒはＣと結合してＣｒ炭化物を形成すると共に、基地
中にも一部固溶して基地の強化に寄与するが、本発明の
場合は主に後者の目的で添加される。

２．０％未満では基地中に固溶されるＣｒ量が少なく、
基地を強化することが困難となる。一方、４．５％を越
えると粉末中の炭化物の晶出が過多となり、耐スリップ
性の向上を阻害すると共に、炭化物が網目状に晶出する
ため、耐肌荒性の点で問題となる。

Ｍｏ　：　　０．４−５．０％Ｍｏは黒鉛の析出を抑制する元素であるが、炭化物中に
入り込んで炭化物の硬度を高めると共に、基地中に固溶
して焼戻し軟化抵抗を向上させるのに有効である。本発
明においては炭化物量がごく少量であるので主に基地組
織の改善を目的として積極的に添加される。０．４％未
満では基地組織の有効な改善を図ることができない。一
方、１．０％を越えると黒鉛の析出が減少するが、黒鉛
析出抑制作用は顕著には増大せず、基地の強化が促進さ
れる。このため基地部分の耐焼付性が向」−シ、若干黒
鉛量が減少しても耐焼付性の劣化を招来せず、むしろ硬
度向」二によって優れた耐摩耗性が得られる。しかし、
５％を越えると黒鉛の析出が著しく抑制されて耐焼付性
が劣化する。尚、基地の強化のほかに、炭化物中に入り
込んで、炭化物の硬度を向上させるには、Ｍｏを２．０
％以上含有させることが好ましい。

Ｎｉ　：　１３％以下Ｎｉは黒鉛析出と基地組織の改良の目的で添加される。

１３％を越えて含有すると、残留オーステナイトの増加
、安定化傾向が増し、後の熱処理によっても残留オース
テナ（ｌ・の分解が困難となる。

このため、熱間で使用した場合、使用部材表面のオース
テナイトが分解し、膨張するため、耐肌荒性が劣化する
。面、Ｎｉの添加下限量は、後述のＣｕとの合計量で決
定される。

Ｃｕ　：　　０．５〜４．０％Ｃｕは黒鉛化を促進すると共に、パーライト強化や熱的
安定化に資する。黒鉛化効果についてはＮｉとほぼ同等
である。０．５％未満では有効な作用を奏せず、一方４
．０％を越えると金属Ｃｕが析出し、機械的性質が劣化
する。

Ｃｕ＋Ｎｉ　：　　４．０〜１５％Ｃｕ、：！−Ｎｉは黒鉛化促進効果としてはほぼ同等で
あり、その合計量が４．０％未満では黒鉛の析出が困難
となる。一方、１５％を越えると黒鉛析出が過多となり
、耐摩耗性が劣化する。尚、Ｎ１栄独で黒鉛析出を図る
とすると、Ｎｉ含有量は４．０〜１５％に規定されるが
、本発明ではＮ１含有量を１３％以下に押えているため
、残留オーステナイトの減少、ひいては耐肌荒性の向上
を図るごとができる点で有利である。また、高価なＮｉ
の使用を押えることができ、経済性の面でも有利である
。

本発明の黒鉛を有する焼結材を構成するニッケルクロム
鋳鉄粉末は以上の成分のばか残部実質的にＦｅで形成さ
れるが、材質特性を向上させるためにＦｅの一部に代え
て下記のＮｂ、　Ｖを必要に応して含有させることがで
きる。

すなわち、Ｎｂ、　Ｖは共に組織の微細化に効果があり
、各々単独又は複合で、１．０％以下含有することがで
きる。１．０％を越えると、炭素と結びついてＶＣ，Ｎ
ｂＣ，Ｎｂ２Ｃ等の炭化物を形成し、黒鉛の晶出を妨げ
る。また、コスト高の要因となる。

前記ニッケルクロム鋳鉄粉末は、通常、所期成分のニッ
ケルクロム鋳鉄粉末を溶製し、これをガスアトマイス法
や水アトマイズ法によって微粉化、急冷凝固して製造さ
れる。使用する粉末粒径は、通常、１００〜２５０メツ
シユ程度である。粉末は急冷凝固しているため、結晶組
織は微細化された状態となっている。かかる微細組織は
従来の溶製材では得られないものである。

前記ニッケルクロム鋳鉄粉末は所期の形状に圧粉成形さ
れ焼結される。この場合、圧粉成形には一軸圧縮や冷間
等方加圧（以下、ＣＩＰという。）を適用することがで
き、また加圧成形と焼結とが同時に行われる熱間等方加
圧（以下、ＨＩＰという。）成形を適用することができ
る。

前記ニッケルクロム鋳鉄粉末の焼結材は、焼結後、組織
中に黒鉛を析出させるための黒鉛化焼なまし熱処理に供
される。この熱処理は、焼結材を９５０〜１２００°Ｃ
に加熱し、数時間保持することによって行われる。これ
により、焼結材中の遊離炭化物は分解し、分解によって
生成されたＣが微細黒鉛となって焼結材中に均一に分散
析出する。

尚、Ｃｒ含有量が高い鋳鉄材質においては、通常、高温
で長時間保持しても黒鉛は析出しない。本発明の場合、
Ｓｉ、　ＮｉおよびＣｕを多量に含有した特定の成分を
選定しているので、熱処理によって組織中に微細黒鉛を
均一・に分散析出させることができる。

上記黒鉛化焼なまし熱処理によって得られた本発明の焼
結材は、ニッケルクロム鋳鉄粉末中のＣ含有量を可及的
に押えているので、共晶炭化物がほとんど生成せず、耐
スリップ性を著しく改善することができる。

尚、ここにいう共晶炭化物とは、Ｍ、Ｃ型のセメンタイ
トにＣｒが入り込んだものであり、従来の高クロム材や
黒鉛晶出高クロム材において晶出するＭ’＋Ｃ３型のク
ロム炭化物とは、炭化物の構造、晶出形態、晶出量が異
なるものである。

一方、特にＮｉ、　Ｃｒ、　Ｍｏの所定量の添加により
、基地組織が強化され、かつ急冷凝固粉末の使用により
結晶組織が微細化されているので、共晶炭化物の減少に
も拘らず、耐摩耗性の低下を防止することができ、機械
的強度が向上し、強靭性が具備されるものとなる。

更に、黒鉛化焼なまし熱処理により、組織中に微細黒鉛
が均一に分散して生成し、耐焼付性が確保される。

尚、黒鉛析出後の焼結材の基地は、焼入れ焼戻しにより
焼戻しマルテンサイトやオーステンバーによりヘーナイ
トとされたり、適宜の冷却速度によってパーライト、フ
ェライト組織に調整される。

本発明の黒鉛を有するニッケルクロム鋳鉄焼結材は、圧
延用複合ロールの圧延使用層たる外層材として好適なも
のであるが、耐摩耗性や耐焼付性が共に要求される種々
の用途（例えば、ガイドロラ、テーブルローラ等の圧延
材周辺のローラ類、熱間塑性加工用部品）に適用される
。尚、複合ロールの外層材として本発明材を使用する場
合は、鋼材等で形成されたロール軸の外周面に前記ニン
ケルクロム鋳鉄粉末によって外層を成形し、ロール軸ご
と焼結処理を行えばよい。

（実施例）丸棒仕上圧延スタンド出口ガイドローラの製造実施例（１）下記組成の高クロム鋳鉄粉末（粒径１４０メツシ
ユアンダー）をＣＩＰ　（圧力５．５　ｋｇｆ／ｃｍ２
）で成形し、外径１７０×内径６０×幅１０５ｍｍの成
形筒体を得た。

・粉末組成（単位重量％、残部実質的Ｆｅ）Ｃ：１．６
０　　％、　　Ｓｉ　：　３．０１％、　　Ｍｎ　：　
　０．５０　　％Ｐ　：　　０．００４％、　　Ｓ：０
．００７　　％、Ｎｉ　・　７．０３　％Ｃｒ　：　　
２．９８　　％、　　Ｍｏ　：　１．６８％、　　Ｃｕ
　：　　２．２２　　％（２）前記成形筒体を加圧２５
０　ｋｇｆ／ｃｍ２、温度】１５０°ＣでＨＩＰ処理し
、焼結筒体を得た。該筒体を製品寸法に対し加工代を１
ｍｍ（ｉけるように鉗加工し、下記の■〜■の熱処理を
施した。

■　黒鉛化焼なまし熱処理１１００°ＣＸ５１１ｒ　　　塩浴中で保持■　基地の
ヘーナイト化熱処理 ■の処理俊速やかに５００°Ｃの塩浴中へ急冷し、５時
間保持後、空中放冷し常温まで冷却した。

■　残留オーステナイトの変態化熱処理５３０°Ｃに加
熱し１０時間保持した後、常温まで冷却した。この処理
を２回繰り返して、残留オーステナイトの低減を図った
。

（３）熱処理後、仕上加工を行い、第１図の製品ローラ
を得た。該ローラの組織は、微細均一に析出した黒鉛と
基地組織およびごく少量の共晶力ハイドから成っており
、基地組織は焼戻しマルテンサイトであり、残留オース
テナイトはほとんど認められなかった。硬度はＨｓ８７
〜８９であった。

（４）上記ローラを３２φ丸鋼仕上圧延機出口側に設置
し、実際に使用した。出口ガイドローラは、圧延材が当
接しないときは回転せず、圧延機から出てきた圧延材が
その周面に当接することによって回転が誘導されるもの
である。このため、かみ込み時にローラに焼き付きが生
じ易く、従来チルト鋳鉄製ローラが使用されていた。こ
の場合、耐摩耗性が悪く約３００　Ｔｏｎ当り１回改削
して使用していたが、本実施例では１回改削当りの圧延
量が１３倍に向上した。尚、使用に際しては、焼付きや
欠は落ち、あるいはクランクは全く生じなかった。

（発明の効果）以上説明し、た通り、本発明の黒鉛を有するニッケルク
ロム鋳鉄焼結材は、Ｃ：１．０〜１．９％の所定成分の
ニンケルクロム鋳鉄粉末によって焼結されたものである
ので、カーバイドがほとんど生成せず、耐スリップ性が
良好である。また、基地の強化と相まって、組織が微細
化されており、これによって耐摩耗性の向上が図られ、
しかも黒鉛化焼なまし熱処理によって焼結材中に微細黒
鉛を均一に分散析出したものとなり、耐焼付が確保され
る。更に、Ｎ＋含有量の減少により、残留オーステナイ
トの低減を図ることができ、経済性にも優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係るローラの半断面図を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）化学組成が重量％で、Ｃ：１．０〜１．９％、Ｃｒ：２．０〜４．５％Ｓｉ：
１．５〜４．０％、Ｍｏ：０．４〜５．０％Ｍｎ：０．
５〜１．５％、Ｎｉ：１３％以下Ｐ：０．１％以下、Ｃ
ｕ：０．５〜４．０％Ｓ：０．０８％以下、Ｎｉ＋Ｃｕ
：４．０〜１５．０％残部実質的にＦｅからなるニッケ
ルクロム鋳鉄粉末の焼結材であって、黒鉛化焼なまし熱
処理により組織中に黒鉛が析出してなることを特徴とす
る黒鉛を有するニッケルクロム鋳鉄焼結材。