JPH042762A - 耐摩耗性ロール及びその製造方法 - Google Patents
耐摩耗性ロール及びその製造方法Info
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- JPH042762A JPH042762A JP2101675A JP10167590A JPH042762A JP H042762 A JPH042762 A JP H042762A JP 2101675 A JP2101675 A JP 2101675A JP 10167590 A JP10167590 A JP 10167590A JP H042762 A JPH042762 A JP H042762A
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- Japan
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- thermal spraying
- roll
- film
- pressure
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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。
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、被覆材料として高速度鋼を用いた高厚膜の耐
摩耗性ロール及びその製造方法に関する。
摩耗性ロール及びその製造方法に関する。
F従来の技術]
丸棒、線材等の製造ラインに使用されるガイドロールは
、表面温度500℃以上の高温にさらされるため、激し
い繰り返しの熱衝撃を受け、摩耗が激しく、耐用性が短
い。
、表面温度500℃以上の高温にさらされるため、激し
い繰り返しの熱衝撃を受け、摩耗が激しく、耐用性が短
い。
従来、かかるガイドロールの耐摩耗性を向上させる方法
として、次のようなものがあった。
として、次のようなものがあった。
(1)カプセルHIP法
これは、第6図に示すようにガイドロール1の周囲をそ
の形状に合わせたカプセル2で囲み、カプセル2とガイ
ドロール1との空間に所要の耐摩耗性粉末合金3を充填
し、脱気及びシールを行ったのち、熱間静水圧処理(以
下、HIP処理と呼ぶ)を行って粉末合金3を焼結させ
被覆する方法である。
の形状に合わせたカプセル2で囲み、カプセル2とガイ
ドロール1との空間に所要の耐摩耗性粉末合金3を充填
し、脱気及びシールを行ったのち、熱間静水圧処理(以
下、HIP処理と呼ぶ)を行って粉末合金3を焼結させ
被覆する方法である。
しかし、この方法ではあらかじめガイドロール1の形状
に合わせたカプセル2を製作する必要があるため、カプ
セル加工費が高くつくという問題がある。また耐摩耗性
を必要としない部分も被覆されてしまい無駄が生じる。
に合わせたカプセル2を製作する必要があるため、カプ
セル加工費が高くつくという問題がある。また耐摩耗性
を必要としない部分も被覆されてしまい無駄が生じる。
(2)溶射法
これは、プラズマ溶射法により耐摩耗性合金をガイドロ
ール1の表面に被覆する方法であるが、皮膜層の気孔の
存在は避けられず緻密性が欠如する。また、ガイドロー
ルとの接合力が弱いことも問題である。
ール1の表面に被覆する方法であるが、皮膜層の気孔の
存在は避けられず緻密性が欠如する。また、ガイドロー
ルとの接合力が弱いことも問題である。
(3)溶射後HIF処理する方法
上記(2)で溶射後にHIP処理をすれば皮膜の品質を
改善することが可能である。
改善することが可能である。
しかし、従来の溶射法では上記問題のために皮膜を厚く
することができず、一般に0.5〜1.5鰭の厚さで、
これ以上の厚膜化は困難であった。
することができず、一般に0.5〜1.5鰭の厚さで、
これ以上の厚膜化は困難であった。
(4)特公昭58−39228号の方法これは、Fe基
基材材W、Mo 、Co 、Nl基合金、wc、vcを
含む自溶性合金等の耐熱耐摩耗性合金の粉末を溶射し、
その後HIP処理を加えた被覆方法で、上記(3)に属
する方法である。
基材材W、Mo 、Co 、Nl基合金、wc、vcを
含む自溶性合金等の耐熱耐摩耗性合金の粉末を溶射し、
その後HIP処理を加えた被覆方法で、上記(3)に属
する方法である。
しかし、この方法でも厚膜化は対象となっておらず、ま
た溶射材料に高速度鋼を含んでいない。さらに溶射法と
してガス溶射法、プラズマ溶射法を示しているが、この
プラズマ溶射法は常圧下で行うものと解され、低圧プラ
ズマ溶射法の適用を示唆する記述は認められない。
た溶射材料に高速度鋼を含んでいない。さらに溶射法と
してガス溶射法、プラズマ溶射法を示しているが、この
プラズマ溶射法は常圧下で行うものと解され、低圧プラ
ズマ溶射法の適用を示唆する記述は認められない。
[発明が解決しようとする課題]
上述の従来法に共通の問題は、皮膜層を大にできないこ
とである。仮にそれが可能であるとしても(例えば上記
(1)のカプセルHIP法)、緻密性・接合力の欠如等
が問題となって実質的に不可能である。
とである。仮にそれが可能であるとしても(例えば上記
(1)のカプセルHIP法)、緻密性・接合力の欠如等
が問題となって実質的に不可能である。
溶射法において厚膜化が不可能な理由としては、溶射粒
子の急冷により発生する内部応力(これは、冷却時の熱
収縮と相変態による体積変化に起因するものである)が
膜厚とともに増加し、剥離、割れを招く力として作用す
ること、皮膜内部の気孔、酸化物が割れへの抵抗を弱め
ること、皮膜と基材間の密着力の不足が剥離への抵抗を
弱めることなどがあげられる。
子の急冷により発生する内部応力(これは、冷却時の熱
収縮と相変態による体積変化に起因するものである)が
膜厚とともに増加し、剥離、割れを招く力として作用す
ること、皮膜内部の気孔、酸化物が割れへの抵抗を弱め
ること、皮膜と基材間の密着力の不足が剥離への抵抗を
弱めることなどがあげられる。
一方、高厚膜化が可能になれば、摩耗の程度に応じてガ
イドロールの皮膜層を研削することにより何回でも再使
用可能となるので、耐用性、コスト面でのメリットは大
きい。
イドロールの皮膜層を研削することにより何回でも再使
用可能となるので、耐用性、コスト面でのメリットは大
きい。
そこで、本発明者らは高厚膜を得る目的で、まず被覆材
料の選定にあたり、耐摩耗性及び熱間硬さに優れた高速
度鋼を中心に各種の試験を行い、その結果、特定の製造
プロセスの下では十分目的を達成し得ることを確認した
。
料の選定にあたり、耐摩耗性及び熱間硬さに優れた高速
度鋼を中心に各種の試験を行い、その結果、特定の製造
プロセスの下では十分目的を達成し得ることを確認した
。
したがって、本発明の目的は、上記の知見に基づき、高
厚膜を持つ安価で耐摩耗性に富むロール及びその製造方
法を提供することにある。
厚膜を持つ安価で耐摩耗性に富むロール及びその製造方
法を提供することにある。
[課題を解決するための手段]
上記の目的を達成する本発明に係る耐摩耗性ロールは、
Fe基基材材ロールと、その上に被覆された高速度鋼を
主成分とする厚さ3鰭以上の溶射皮膜との組み合わせか
ら成るものである。
Fe基基材材ロールと、その上に被覆された高速度鋼を
主成分とする厚さ3鰭以上の溶射皮膜との組み合わせか
ら成るものである。
溶射材料の高速度鋼は、耐摩耗性及び熱間硬さに優れた
ものとして知られているW系、Mo系、V系のいずれで
もよいが、中でも高V系のものが適当である。
ものとして知られているW系、Mo系、V系のいずれで
もよいが、中でも高V系のものが適当である。
この耐摩耗性ロールを製造するには、まずロールを60
0℃以上に予熱し、次いでこの予熱温度下にあるロール
の表面に低圧プラズマ溶射法を適用して上記の高速度鋼
を主成分とする溶射材料を溶射し皮膜を形成する。
0℃以上に予熱し、次いでこの予熱温度下にあるロール
の表面に低圧プラズマ溶射法を適用して上記の高速度鋼
を主成分とする溶射材料を溶射し皮膜を形成する。
この場合のプラズマ溶射は、酸素分圧が2 Torr以
下で、全圧が20〜300 Torrの減圧雰囲気の条
件下で行うものとする。また、溶射は局部溶射でよく、
ロールの耐摩耗性を必要とする個所にのみ限定して行え
ばよい。
下で、全圧が20〜300 Torrの減圧雰囲気の条
件下で行うものとする。また、溶射は局部溶射でよく、
ロールの耐摩耗性を必要とする個所にのみ限定して行え
ばよい。
その後、皮膜層の緻密化のためHIP処理と焼入れ焼戻
しの熱処理を行う。
しの熱処理を行う。
[作 用]
被覆材料に高速度鋼を選定することにより、高速度鋼の
持つ耐摩耗性及び熱間硬さの特長を十分に発揮させるこ
とできる。また皮膜の密着力も高い。
持つ耐摩耗性及び熱間硬さの特長を十分に発揮させるこ
とできる。また皮膜の密着力も高い。
次に、溶射前にロールを600℃以上に予熱しておくこ
とにより、溶射粒子の急冷を防止できるため溶射粒子間
の熱歪に基づく内部応力が低減し、また溶射期間中溶射
粒子の熱活性化が保たれるため内部応力が緩和する。そ
の結果、厚膜としても皮膜の剥離、割れ等を生じにくい
のである。
とにより、溶射粒子の急冷を防止できるため溶射粒子間
の熱歪に基づく内部応力が低減し、また溶射期間中溶射
粒子の熱活性化が保たれるため内部応力が緩和する。そ
の結果、厚膜としても皮膜の剥離、割れ等を生じにくい
のである。
次に、上記の予熱温度条件下で、ロール表面に、JIS
G 4403相当の高速度鋼粉末を酸素分圧2 To
rr以下、全圧20〜300 Torrの減圧雰囲気下
でプラズマ溶射し皮膜を形成する。
G 4403相当の高速度鋼粉末を酸素分圧2 To
rr以下、全圧20〜300 Torrの減圧雰囲気下
でプラズマ溶射し皮膜を形成する。
まず、酸素分圧を低く限定することで、予熱中のロール
及び溶射粒子の酸化が防止される。そのため、皮膜の割
れの原因となる酸化物が減少する。
及び溶射粒子の酸化が防止される。そのため、皮膜の割
れの原因となる酸化物が減少する。
次に、雰囲気全圧を上記の低圧条件とすることで、溶射
粒子の加熱溶融を促進し、粒子飛行速度を増大させるた
め、皮膜中の気孔が減り、緻密性が向上し、この結果耐
摩耗性が向上する。また気孔中のガス圧が低いため、後
工程のHIP処理にも都合がよい。なお、全圧の下限値
は実用的経済性の見地から定めている。
粒子の加熱溶融を促進し、粒子飛行速度を増大させるた
め、皮膜中の気孔が減り、緻密性が向上し、この結果耐
摩耗性が向上する。また気孔中のガス圧が低いため、後
工程のHIP処理にも都合がよい。なお、全圧の下限値
は実用的経済性の見地から定めている。
そして最後に、皮膜中にわずかに残る気孔を消失させ完
全に緻密化するために、HIP処理を行い、さらに焼入
れ焼戻しを行って所要の硬さを得る。
全に緻密化するために、HIP処理を行い、さらに焼入
れ焼戻しを行って所要の硬さを得る。
[実施例]
本発明において、基材予熱温度、酸素分圧、及び雰囲気
全圧の影響を調べるために、次のような試験を行った。
全圧の影響を調べるために、次のような試験を行った。
試験は三段階に分けて実施した。
試験1:最初に、気孔の無い緻密な皮膜を形成し、その
上で酸化物巻き込みの観点から、抗折力の低下しない溶
射雰囲気中の酸素分圧の上限を調べた。
上で酸化物巻き込みの観点から、抗折力の低下しない溶
射雰囲気中の酸素分圧の上限を調べた。
試験2:次に、気孔の存在が耐摩耗性を低下させるため
、溶射に引き続<HIP処理によって、完全に気孔の無
くなる溶射雰囲気の全圧の上限を調べた。
、溶射に引き続<HIP処理によって、完全に気孔の無
くなる溶射雰囲気の全圧の上限を調べた。
試験3:最後に、上記二条性を満たした上で、3mm以
上の膜厚が形成できる基材の予熱温度を調べた。
上の膜厚が形成できる基材の予熱温度を調べた。
試験条件及び結果
共通条件
被覆材料 5KHLO相当組成の合金粉末粒径
100μm以下 溶射機 低圧プラズマ溶射機プラズマガス 溶射電流 基材材質 基材寸法 Ar−20%H2 00A 45C 直径80關、高さ100mmの円柱 体(第4図参照、図中、1は 基材、4は皮膜である) 試験1 基材予熱温度 雰囲気全圧 被覆厚 溶射後HIP条件 被覆後熱処理 800 ℃ 100 Torr 5 關 1100℃X 1500kg / cシXIHr焼入れ
1230℃X 1.5 win 加熱後油冷 焼戻し 550℃X3Hr 加熱後空冷 試験方法と結果 皮膜4より、直径5 mmの丸棒状試験片を採取し、3
点曲げ試験機にて抗折力を求めた。
100μm以下 溶射機 低圧プラズマ溶射機プラズマガス 溶射電流 基材材質 基材寸法 Ar−20%H2 00A 45C 直径80關、高さ100mmの円柱 体(第4図参照、図中、1は 基材、4は皮膜である) 試験1 基材予熱温度 雰囲気全圧 被覆厚 溶射後HIP条件 被覆後熱処理 800 ℃ 100 Torr 5 關 1100℃X 1500kg / cシXIHr焼入れ
1230℃X 1.5 win 加熱後油冷 焼戻し 550℃X3Hr 加熱後空冷 試験方法と結果 皮膜4より、直径5 mmの丸棒状試験片を採取し、3
点曲げ試験機にて抗折力を求めた。
その結果を第1図に示す。
これより、皮膜品質の点からは、酸素分圧を2Torr
以下にしなければならないことが明らかとなった。
以下にしなければならないことが明らかとなった。
試験2
基材予熱温度 800℃
酸素分圧 2 Torr
被覆厚 3 mm
溶射後HIP条件 1100℃x 1500kg /
d X I Hr試験方法と結果 皮膜4より試験片を採取し、光学顕微鏡観察により、気
孔の体積率を求めた。
d X I Hr試験方法と結果 皮膜4より試験片を採取し、光学顕微鏡観察により、気
孔の体積率を求めた。
その結果を第2図に示す。
これより、HIP後において、完全に気孔の無い緻密な
膜を得るには溶射時の雰囲気の全圧を300Torr以
下にしなければならないことが明らかとなった。
膜を得るには溶射時の雰囲気の全圧を300Torr以
下にしなければならないことが明らかとなった。
試験3
雰囲気全圧 100 Torr
酸素分圧 2 Torr
試験方法と結果
溶射後室温まで試験体を冷却したときの、皮膜の剥離を
生じない最大の膜厚を求めた。
生じない最大の膜厚を求めた。
その結果を第3図に示す。
これより、試験1,2で求めた、良好な品質を有する皮
膜形成条件下において、3 m+i以上の厚い皮膜を得
るには600℃以上の基材予熱温度の必要なことが明ら
かとなった。
膜形成条件下において、3 m+i以上の厚い皮膜を得
るには600℃以上の基材予熱温度の必要なことが明ら
かとなった。
実施例
以上の試験結果を基に、普通鋼材(直径80+a+s。
高さ100mmの円柱体)の外表面に本発明法と、従来
のカプセルHIP法及び溶射法の3種類によって被覆を
実施し、その後表面から試験片を採取し、その試験片の
耐摩耗性を比較した。
のカプセルHIP法及び溶射法の3種類によって被覆を
実施し、その後表面から試験片を採取し、その試験片の
耐摩耗性を比較した。
耐摩耗性はアムスラー式摩耗試験機により評価した。こ
の試験法は、第5図に示すように845C製の直径40
m+s、厚さ311I!Iの回転円盤5の外周面に、水
冷しながら試験片6を50kgの力で押し当てて、摩擦
距離500m摺動させた後、試験片6の摩耗幅を測定す
ることにより実施した。
の試験法は、第5図に示すように845C製の直径40
m+s、厚さ311I!Iの回転円盤5の外周面に、水
冷しながら試験片6を50kgの力で押し当てて、摩擦
距離500m摺動させた後、試験片6の摩耗幅を測定す
ることにより実施した。
結果は第1表のとおりである。
■本発明法における条件
被覆材料 5KHIO相当組成粉末粒径100
μm以下 溶射条件 溶射法 低圧プラズマ溶射法 プラズマガス Ar−20%H2 電流 600A 雰囲気圧力 300 Torr 酸素分圧 2 Torr 予熱 600℃ 溶射後HIP条件 1100℃X 1500kg /
cd X I Hr被覆後熱処理 焼入れ1230
℃X 1.5 win加熱後油冷 焼戻し 550℃X3Hr 加熱後空冷 ■従来のカプセルHIP法における条件被覆材料
5KHIO相当組成粉末粒径100μm以下 脱気真空度 1O−5Torr 溶射後HIP条件 1100℃x 2000kg /
cj x 3 Hr■従来の溶射法における条件 被覆材料 30%VC添加 Ni−8t−B系自溶合金 溶射法 常圧プラズマ溶射法プラズマガス
Ar−20%H2 電流 600A 予熱 なし 被覆後熱処理 1150℃xlHr第1表から、本
発明品(条件■)は、従来のカプセルHIP法を適用し
た場合(条件■)よりも耐摩耗性が数段優れており、ま
た、従来の代表的な耐摩耗被覆材料とされるWCを30
%添加したNi基自溶合金の溶射法(条件■)と比べる
と、はるかに大きな耐摩耗性を発揮している。しかも高
厚膜が得られている。
μm以下 溶射条件 溶射法 低圧プラズマ溶射法 プラズマガス Ar−20%H2 電流 600A 雰囲気圧力 300 Torr 酸素分圧 2 Torr 予熱 600℃ 溶射後HIP条件 1100℃X 1500kg /
cd X I Hr被覆後熱処理 焼入れ1230
℃X 1.5 win加熱後油冷 焼戻し 550℃X3Hr 加熱後空冷 ■従来のカプセルHIP法における条件被覆材料
5KHIO相当組成粉末粒径100μm以下 脱気真空度 1O−5Torr 溶射後HIP条件 1100℃x 2000kg /
cj x 3 Hr■従来の溶射法における条件 被覆材料 30%VC添加 Ni−8t−B系自溶合金 溶射法 常圧プラズマ溶射法プラズマガス
Ar−20%H2 電流 600A 予熱 なし 被覆後熱処理 1150℃xlHr第1表から、本
発明品(条件■)は、従来のカプセルHIP法を適用し
た場合(条件■)よりも耐摩耗性が数段優れており、ま
た、従来の代表的な耐摩耗被覆材料とされるWCを30
%添加したNi基自溶合金の溶射法(条件■)と比べる
と、はるかに大きな耐摩耗性を発揮している。しかも高
厚膜が得られている。
本発明法は、もちろん局部溶射も可能であり、耐摩耗性
を必要とする個所にのみ溶射できる。
を必要とする個所にのみ溶射できる。
また、本発明は前述のごときガイドロールに限定される
ものではなく、圧延ロール等にも適用できるものである
。
ものではなく、圧延ロール等にも適用できるものである
。
[発明の効果]
以上のように本発明によれば、耐摩耗性、耐用性に優れ
た安価なロールの提供が可能となる。
た安価なロールの提供が可能となる。
また、皮膜の高厚膜化、高緻密化が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明において低圧プラズマ溶射法の適用に際
し、酸素分圧の影響を抗折力の面から調べた線図、第2
図は同じく雰囲気全圧の影響を気孔体積率の面から調べ
た線図、第3図は同じく基材予熱温度の影響を最大膜厚
の面から調べた線図、第4図は本発明の実施例に供した
試験体の斜視図、第5図は摩耗試験方法の説明図、第6
図は従来のカプセルHIP法の説明図である。 ・・・基材 4・・・皮膜
し、酸素分圧の影響を抗折力の面から調べた線図、第2
図は同じく雰囲気全圧の影響を気孔体積率の面から調べ
た線図、第3図は同じく基材予熱温度の影響を最大膜厚
の面から調べた線図、第4図は本発明の実施例に供した
試験体の斜視図、第5図は摩耗試験方法の説明図、第6
図は従来のカプセルHIP法の説明図である。 ・・・基材 4・・・皮膜
Claims (3)
- (1)Fe基基材のロールと、該ロールの表面に施され
た高速度鋼を主成分とする厚さ3mm以上の溶射皮膜と
を有する耐摩耗性ロール。 - (2)Fe基基材のロールをあらかじめ600℃以上に
加熱し、前記ロールの表面に高速度鋼を主成分とする材
料を酸素分圧が2Torr以下、全圧が20〜300T
orrの減圧雰囲気下でプラズマ溶射して皮膜を形成し
、その後熱間静水圧処理、次いで焼入れ焼戻しの熱処理
を行うことを特徴とする耐摩耗性ロールの製造方法。 - (3)前記プラズマ溶射による皮膜は、前記ロールの耐
摩耗性を必要とする個所に限定して形成されることを特
徴とする請求項2記載の耐摩耗性ロールの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2101675A JPH042762A (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | 耐摩耗性ロール及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2101675A JPH042762A (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | 耐摩耗性ロール及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042762A true JPH042762A (ja) | 1992-01-07 |
Family
ID=14306935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2101675A Pending JPH042762A (ja) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | 耐摩耗性ロール及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH042762A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0288756A (ja) * | 1988-09-22 | 1990-03-28 | Kubota Ltd | 耐摩耗被膜の形成方法 |
| JPH02101674A (ja) * | 1988-10-06 | 1990-04-13 | Canon Inc | 情報記録再生装置 |
-
1990
- 1990-04-19 JP JP2101675A patent/JPH042762A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0288756A (ja) * | 1988-09-22 | 1990-03-28 | Kubota Ltd | 耐摩耗被膜の形成方法 |
| JPH02101674A (ja) * | 1988-10-06 | 1990-04-13 | Canon Inc | 情報記録再生装置 |
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