JPH0254721A - 複合ロールの熱処理法 - 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〕 本発明は圧延等に供される複合ロールの製造に関する。

〔従来の技術〕

圧延用ロールに最も要求される具備特性は耐摩耗性であ
り、このためには硬い炭化物の利用とともに基地組織を
硬いマルテンサイトにすることが有効である。したがっ
て焼入性の良好な材料が一般に採用されている。一方、
使用中の割れ等の事故を防止することも必要であり、内
部欠陥が少なくかつ強靭性に優れたパーライト基地組織
の内層との複合タイプとして耐摩耗性と耐事故性を兼備
させるたこが多い。

この種のロールの熱処理は硬い基地組織とするため焼入
れが一般に行なわれる。しかしながら完全な焼入れ組織
、すなわち最も硬いマルテンサイトとした場合、その大
きな変態膨張に伴い生じた内部応力により割れることが
しばしばある。そこで、特公昭５６−３４３８１号公報
に開示された技術においては、マルテンサイトよりは軟
かいが比較的硬く、かつ変態膨張が小さいベイナイトや
微細パーライトに一部もしくは全体を変態させることに
より割れを防止した熱処理法が行なわれている。

また、特開昭６２−２８７０１６号公報には、内部応力
を低減し、完全なマルテンサイト組織とする方法が開示
されており、これにおいては、マルテンサイト変態の途
中で一担ロールを４００〜６００℃に加熱し、応力除去
した後再度冷却しマルテンサイト変態を完了させたマル
テンサイトの変態を分割させた熱処理を行っている。

〔発明が解決しようとするｉｌり 耐摩耗性を充分発揮するには基地組織を完全にマルテン
サイトにすることが望まれる。この点、マルチイト変態
による内部応力を軽減し１割れの危険性を改善した前述
の特開昭６２−２８７０１６号公報し一開示された″変
態を分割させた熱処理″は非常に有用である。しかしな
がら、この方法においてもマルテンサイト変態に伴なう
膨張が大きな材料を外層に採用した場合や、ロールの全
断面積に対する外層断面積の比率が大きな場合には、相
対的に収縮する内層に大きな引張り応力が発生するため
、マルテンサイト変態の回数を増加させねばならない。

したがって熱処理の所要時間が長くなり、コストも増加
する。

本発明はこの種の複合ロールについて外層を完全なマル
テンサイトとし、かつ内部応力の軽減による割れを防止
する、安価な熱処理法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、本発明においては、マルテン
サイト組織を有する外層とパーライト組織を有する内層
からなる複合ロールの熱処理において、該複合ロールを
、焼入れ冷却途中で、Ｍｓ点以上でかつ塑性を一部有す
る温度に保持し、ロール断面内の温度差を減少させ、こ
の温度において材料が有する塑性を利用し、それ以前の
冷却で生じた熱応力型の残留応力を軽減除去した後、再
び冷却しマルテンサイト変態を行なわせるものとする。

ただし、Ｍｓ点は、マルテンサイトがオーステナイトか
ら変態を開始する温度である。

〔作用〕

これにより、同一マルテンサイト量においては熱応力型
残留応力による内部応力の低減が可能となり割れを防止
できるとともに、低減した内部応力に相応したマルテン
サイト変態を促進させることにより分割回数を減少させ
ることができる。

ここでは、マルテンサイトが耐摩耗性の点でパーライト
やベイナイトに比べて最も硬く、有効な手段であること
から外層をマルテンサイト組織を有する材料に限定し、
外層が焼入冷却の終末時にマルテンサイト変態膨張する
のに対してパーライトは高温で変態が完了し、低温では
膨張が生じないために外層に比べ相対的に収縮し、第３
図に示すように外Ｆ！Ｊ（表面側）に圧縮応力、内層（
内部）に引張応力型の変態応力が発生することから内層
をパーライト組織を有する材料に限定している。

一方、大径ロールを高温より冷却した場合、表面に比べ
て内部の冷却が遅れるため、表面側に圧縮応力、内部に
引張応力の熱応力型残留応力が冷却終末で生ずることが
一般に知られている。したがって、マルテンサイト組織
を有する外層とパーライト組織を有する内層による複合
ロールの焼入冷却終末時には変態応力と熱応力型残留応
力が同一傾向の応力状態で急激に生ずるため、内部の引
張応力により割れが発生する危険が増大することになる
が、ここで本発明による応力低減の効果が有効に作用す
る。

つまり、本発明において、焼入冷却時、Ｍｓ点以上の温
度まで冷却し、保持している理由は、外層がマルテンサ
イト変態を開始する前に内部温度差を減少させることに
あり、一般に知られているマルテンパーと同様の効果を
狙ったものである（日本鉄鋼協会編「鋼の熱処理」改訂
５版６０ページ参照）。しかしながら、マルテンパーは
Ｍｓ点近傍の低温保持であるため、この時点での熱応力
型残留応力の解消は望めないのに対し、不法は材料が塑
性を有する比較的高温にて保持するため、熱応力型残留
応力をクリープ効果を利用し、大巾にそれを軽減するこ
とが可能になっている。

第５図は本発明を適用した場合の焼入冷却時のロール中
心部の発生応力をシミュレートしたものであるが、同図
に破線で併記した従来法によるそれと比較して本発明の
効果が理解されよう。

ところで、保持温度は高温であるほど応力緩和の効果は
大きいが、あまり高すぎると冷却再開後に再び大きな熱
応力が生じるため最終的には効果が少なくなる。したが
って材料が塑性領域から弾性領域に変わる直上の温度が
最も効果的である。

一般には、５００℃以上で顕著な塑性を示す材料が多く
、この温度の直上で保持することが望ましい。

また、保持時間は長い方が望ましいが、Ｉ＆終的に外層
をマルテンサイト組織にするため、パーライトが保持中
に等温変態を開始する前に保持を終り、冷却を再開しな
ければならない。

以上の条件を考慮し、第２図に本発明による熱処理の概
念を時間と温度との関係で示した。同図には破線で従来
法を併記したので比較されたい。

ここでは、本発明による複合ロールの応力緩和の機構に
ついて述べたが、マルテンサイト変態膨張が大きい材料
や外層断面積比が大きく、大きな内部応力の発生が予想
される場合には前述の特開昭６２−２８７０１．６号公
報に開示された゛マルテンサイトの分割変態″と組合せ
ることによりその効果は増大する。

〔実施例〕

以下、鉄鋼圧延用ロールとして、外層に高クロム材、内
層にダクタイル鋳鉄を採用した複合ロールを、次の第１
表に示す条件にて、本発明法による熱処理を施して製造
した実施例を説明する。

高クロム材はＣｒ５〜２５％を主成分にその他Ｃならび
に適宜の合金元素を含有したものであるが。

それが有する硬いクロム炭化物と良好な焼入れ性により
高い硬度が得やすく、耐摩耗性に優れた材料であり、一
般にダクタイル鋳鉄や高級鋳鉄などを内層とした複合タ
イプにて製造される。もちろん、この場合の外層はマル
テンサイト基地組織を有し、内層パーライト基地組織で
あり、その断面は第１図に示すような概念で把握されよ
う。

ここでは、本発明の効果の理解を助けるために、同一材
質を目標にして、一方の複合ロールには従来法による熱
処理を施し、他方の複合ロールには本発明法による熱処
理を施し、それぞれをごく小さなバラツキで製造された
。

ここで行なった従来法による熱処理は、第６図の熱処理
曲線で示されるように、マルチサイト変態を２回に分割
した焼入れを採用し、本発明法による熱処理は、第７図
の熱処理曲線で示されるように、Ｍｓ点以上の５８０℃
で一担冷却を中断する焼入れを採用している。

その結果、従来法の適用による複合ロールにおいては、
比較的小さな胴径９５０ｍｍでは割れが発生しなかった
が、胴径１２３０＋ａｍでは大径化による熱応力の増大
により割れが発生した。これに対し本実施例、すなわち
、本発明法の適用による複合ロールにおいては、胴径１
２３０ｍ＋ａと同じく大径であるが、割れは発生せず、
硬さも従来法と同等であり１本発明法の効果が顕著に認
められた。

第４図に外層に採用した高クロム材の焼入冷却時の熱膨
張（収縮）を示した。５８０℃にて冷却を中断し１５時
間保持したが、パーライト変態を示す膨張は認められな
い、ちなみに当材質の５８０℃におけるパーライト変態
開始（Ｐｓ）点は約２０時間である。この保持後の冷却
においてはこの材料のＭｓ点である３３０℃以下の温度
でマルテンサイト変態に伴なう膨張が認められる。一方
、内層材のダクタイル鋳鉄は高温にて完全にパーライト
となり、マルテンサイトは生じず、低温での変態膨張は
ない。

第１表に示した例はいずれもマルテンサイト変態途中の
２８０°Ｃにて一担冷却を中断し５００℃の加熱により
応力除去後再び冷却しマルテンサイト変態を完了させた
２分割変態であるが、応力的に厳しい場合には更に分割
数を増加させ、応力的に比較的有利な場合には１回の冷
却で完全にマルテンサイトを行っても、同様の効果が得
られることは容易に理解できる。

なお、実施例ではマルテンサイト変態を完了させた後１
組織の安定化ならびに応力除去の目的で焼戻しを行ない
使用に供した。

〔発明の効果〕

前述のように、本発明の熱処理法によれば、耐摩耗性に
優れた高硬度の複合ロールを複合化に伴なう割れを解消
し、かつ安価に供給することが可能となる。したがって
、本発明は工業的に多大な価値を有するものといえよう
。

【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概略的に現わ
した断面図である。 第２図は本発明の焼入冷却の概念図である。 第３図は焼入冷却時の外層ならびに内層の膨張（収縮）
を示す模式図である。 第４図は本法による実施例における外層の膨張（収縮）
特性を示す図である。 第５図は従来法と本法における焼入冷却時のロール中部
の発生応力をシミューレーションした結果を示す図であ
る。 第６図は第１表における従来法の、第７図は第１表にお
ける実施例の熱処理曲線を示す図である。 ｌ：外層（マルテンサイト組織） ２：内層（パーライト組織）　　　３：空気冷却４：内
層パーライト変態 ５：外層マルテンサイト変態 ６：５８０℃保持による応力緩和 戸１　図 声２図 一局閘 声 図 声 図 戸 図 東 図 ３； 斐気滓岬

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 マルテンサイト組織を有する外層とパーライト組織を有
   する内層からなる複合ロールの熱処理において： マルテンサイトがオーステナイトから変態を開始する温
   度をＭｓ点とすると、 該複合ロールを、焼入冷却途中で、Ｍｓ点以上でかつ塑
   性を一部有する温度に保持した後、パーライト変態の開
   始前に再度冷却することにより外層のマルテンサイト変
   態を行なうことを特徴とする複合ロールの熱処理法。