JPH0448864B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、外層と内層（芯部）とが溶着一体化
された熱間圧延用複合ロール、特にホツトストリ
ツプミルの粗スタンドに供される複合ロールの外
層材として用いられる耐スリツプ性の良好な高ク
ロム鋳鉄材に関する。 （従来の技術） ホツトストリツプミルの粗スタンドに使用され
る複合ロールの外層（圧延使用層）に要求される
性質としては、耐摩耗性、耐事故性、耐肌荒性、
耐スリツプ性（噛込性）等を挙げることができる
が、近年、薄板圧延においては高品質化、省エネ
ルギー化が指向されており、叙上の性質のうち特
に耐摩耗性、耐肌荒性の向上が要望されるに及ん
でいる。 従来、前記外層材としては、特殊鋳鋼、アダマ
イト材、鍛鋼焼入れ材、黒鉛鋼、球状黒鉛鋳鉄、
グレン材等が使用されている（単体ロール材とし
て使用されるものもある。）。また、最近、一部の
ミルでは、仕上スタンド前段圧延ロールとして用
いられる高クロム鋳鉄ロールをそのまま粗スタン
ドに用いている例もある。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、アダマイト材及び前記鋼系の外
層材は硬度がHs55以下であり、耐スリツプ性は
良好であるが、耐摩耗性及び耐肌荒性に問題があ
る。 また、球状黒鉛鋳鉄についてはHs50〜75が使
用されているところもあるが、耐摩耗性、耐クラ
ツク性に劣り、更にまた、グレン材については、
Hs65〜75を使用しているところがあるが、耐ク
ラツク性、耐肌荒性に問題がある。 一方、仕上スタンド前段圧延ロールとして用い
られる高クロム鋳鉄ロールは、圧延材とスリツプ
し易く圧延材への噛み込みが悪いうえ、疲労クラ
ツクを発生し易いという問題がある。 本発明はかかる問題に鑑みなされたものであ
り、耐摩耗性及び耐肌荒性に優れ、更に、優れた
耐スリツプ性及び耐クラツク性を兼備した熱間圧
延用複合ロールの外層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） 上記目的を達成するために本発明は、複合ロー
ルの外層材を、重量％で、 Ｃ：0.91〜1.2％ Ni：0.5〜2.0％ Si：0.5〜1.5％ Cr：８〜16％ Mn：0.5〜1.5％ Mo：0.9〜2.5％ Ｐ：0.08％以下 Ｓ：0.06％以下 残部Feおよび通常の不純物からなり、組織が
２次炭化物と焼戻しマルテンサイト及びベイナイ
ト組織からなるマトリツクスとM₇C₃型の共晶ク
ロムカーバイドとの混合組織で、硬度Hs60〜85
を有する低炭素高クロム鋳鉄材で形成した。 （実施例） まず、本発明の外層材の成分限定理由について
述べる。以下、単位は重量％である。 Ｃ：0.91〜1.2％ Ｃは高硬度の（Fe、Cr）₇C₃型炭化物を安定に
する範囲内でCr含有量とバランスをとりつつ目
的とするカーバイド量により決定されるが、Ｃが
0.8％未満ではカーバイド量が過少となり耐摩耗
性が不足するため、0.91％以上含有させるのがよ
く、一方1.2％を越えるとカーバイド量が過多と
なり耐スリツプ性、耐肌荒性、耐クラツク性が低
下する。 Si：0.5〜1.5％ Siは溶湯の脱酸のために必要な元素であり、最
低でも0.5％は含有する必要がある。しかし、Si
はオーステナイト中のＣの溶解度を下げるので過
度の含有は炭化物の生成を不十分にして硬度が得
難くなると共に、機械的性質の劣化を招来するの
で1.5％以下に押える。 Mn：0.5〜1.5％ Mnは溶湯の脱酸のため及び有害なＳの除去の
ために最低0.5％は必要である。しかし、1.5％を
越えると機械的性質、特に靭性の劣化が著しくな
る。 Ｐ：0.08以下 Ｐはロール材質においては少ない程望ましい元
素で、材質の脆化を防止するために0.08％以下と
する。 Ｓ：0.06％以下 ＳもＰと同様に少ない程望ましく、その含有量
は脆化防止のため0.06％以下にする。 Ni：0.5〜2.0％ Niは焼入性を向上させ積極的に硬度調整を計
るために含有されるもので、その含有量が0.5％
未満では充分な効果がなく、一方2.0％を越えて
含有されるとオーステナイトを安定化して残留オ
ーステナイトを増加させ、鋳造後の熱処理による
硬度調整を困難にする。 Cr：８〜16％ Crは強靭性と耐摩耗性を向上させるために含
有されるが、高硬度の（Fe、Cr）₇C₃型カーバイ
ドを得るためには、Ｃ含有量とバランスさせる必
要がある。本発明のＣ含有量では、Cr8％未満で
は前記M₇C₃型のカーバイドを十分得ることがで
きず、一方、16％を越えて含有されるとM₂₃C₆型
の炭化物量が増加する。この炭化物はM₇C₃型炭
化物に比べて硬度が低いので、充分な耐摩耗性が
得られ難くなる。 Mo：0.9〜2.5％ Moは焼戻し抵抗を高めると同時に炭化物中に
入り、炭化物硬度を高めるのに有効であるが、そ
の含有量が0.8％未満ではこのような効果が少な
いため、0.9％以上含有させるのがよく、一方2.5
％を越えて含有されるとオーステナイトが安定化
し、硬度が得難くなる。 本発明に係る外層材は、以上の成分のほか残部
Feおよび通常の不純物で形成される。 前記外層材は、従来の高クロム鋳鉄の場合と同
様に、複合ロールに鋳造された後、高温拡散焼
鈍、焼入れ焼戻し熱処理に供される。 すなわち、Ｃ含有量の高い高クロムステイール
においては鋳放しでマトリツクスはオーステナイ
ト組織を呈しているが耐肌荒性、耐摩耗性の点で
ロール材としては適さない。このオーステナイト
組織をマルテンサイトあるいはベイナイト組織に
変態させるにはこのオーステナイトを不安定化す
る必要がある。すなわち、Ac₁点以上の温度に保
持する事によつてマトリツクス中に、Cr炭化物
が析出し、マトリツクス中のＣ、Cr濃度が下が
る。Cr炭化物の形態はその保持温度によつて異
なり、950℃以上がM₇C₃型の形態をとり易い。 焼入れ組織を得る為には冷却速度はCCTでPs
線と交差しない臨界冷却速度以上が必要である。
高クロム系の場合、比較的遅い冷却でもPs線と
は交差しないが250℃／Hrの冷却速度は必要であ
る。また、焼戻しは熱的に安定な組織を得ると同
時に、製品硬度とのバランスから400〜600℃が適
当である。また歪取り熱処理はロールに発生する
熱応力とのバランスでロールの残留応力を低減す
るため、400〜600℃が適当である。 以上の熱処理の結果、外層材の組織は、マトリ
ツクスと共晶カーバイド（M₇C₃型）の混合組織
となり、マトリツクス組織は析出した２次炭化物
（M₇C₃型）と焼戻しマルテンサイト及びベイナイ
ト組織となり、また硬度はHs60〜85となる。 粗スタンド用圧延ロールは、耐摩耗性、耐肌荒
性、耐スリツプ性が特に要求されるが、Hs60未
満では耐摩耗性に劣り、一方、Hs85を越えると
焼入れ組織が残るため、熱影響の大きい粗スタン
ドの使用では耐肌荒性が問題となる。また、耐ス
リツプ性は硬度よりむしろＣ含有量により左右さ
れることが本発明者により確かめられているが、
本発明の低Ｃ％では問題は生じない。 本発明の外層材を用いた複合ロールの内層材
（軸芯材）としては、強靭性に優れたダクタイル
鋳鉄、高級鋳鉄、黒鉛鋼等から適宜選択される。
例えば、好適なダクタイル鋳鉄としては下記成分
（重量％）のものを例示できる。 Ｃ：3.0〜3.8％ Ni：2.0％以下 Si：1.6〜3.0％ Cr：1.5％以下 Mn：1.0％以下 Mo：1.0％以下 Ｐ：0.1％以下 Mg：0.02〜0.1％ Ｓ：0.02％以下 残部実質的にFe 上記成分で、Crは内層材の材質面からは低い
程望ましいが、外層の内面の一部を溶かして軸芯
材と溶着させるにはある程度の混入拡散は回避で
きない。上記成分では、黒鉛化促進元素Siを1.6
〜3.0％含有しているので、このSi範囲では1.5％
まで許容される。1.5％を越えるとSiをより多く
含有させてセメンタイトが過多となり、強靭性の
劣化が著しくなる。尚、他の成分限定理由を下記
に記す。 Ｃ：3.0〜3.8％ Ｃが3.0％未満の場合、外層から混入して来る
Crにより、材質のチル化が著しく強靭性低下に
つながり、また3.8％を越える黒鉛化が進み、内
層材の強度不足と共にネツク硬度が低下し、ネツ
ク部が使用中に肌荒れを起こしやすくなる。 Si：1.6〜3.0％ Siが1.6％未満の場合、黒鉛化が悪くセメンタ
イトが多く析出し、内層の強度劣化につながり、
3.0％を越えると黒鉛化が促進され強度劣化を来
す。 Mn：1.0％以下 MnはＳと結合しMnSとしてＳの悪影響を除く
が、1.0％を越えると材質の劣化作用が著しい。 Ｐ：0.1％以下 溶湯の流動性を増加させるが、材質を脆弱にす
るため低い程望ましく、コスト面から0.1％以下
とする。 Ｓ：0.02％以下 Ｐと同様低い程望ましく、かつ内層材はダクタ
イル鋳鉄材であるため、黒鉛を球状化するために
は球状化阻害元素であるＳを0.02％以下にするこ
とが必要である。 Ni：2.0％以下 黒鉛の安定化と強靭性の点から添加するが、20
％を越えても顕著な効果はなく、かつ原価的な面
から2.0％以下とする。 Mo：1.0％以下 Moは黒鉛の晶出を阻害するので望ましくない
が、実害のない範囲として1.0％以下とする。 Mg：0.02〜0.1％ 黒鉛球状化のためには0.02％は必要で、これ未
満では球状化不良となり、強靭なダクタイル鋳鉄
が得られない。しかし、0.1％を越えるとMgのチ
ル化作用及びドロスの点で望ましくない。 また、前記ダクタイル鋳鉄の内層材を用いた場
合、外層から内層にCrが混入拡散して内層材質
が高Cr化し、強靭性が劣化するのを確実に防止
するために、下記の特定組成（重量％）の鋳鉄材
からなる中間層を両者の間に介在させることが有
効である。 Ｃ：1.0〜2.5％ Ni：1.5％以下 Si：0.5〜1.5％ Cr：３〜10％以下 Mn：0.5〜1.5％ Mo：1.0％以下 Ｐ：0.1％以下 残部実質的にFe Ｓ：0.1％以下 上記中間層の成分限定理由を以下に記す。 Ｃ：1.0〜2.5％ Ｃは外層のCrが中間層溶湯によつて溶かされ
てこれが完全に均一混合したとすると、中間層の
Crは合計３〜10％になる。Ｃ含有量が1.0％未満
では中間層の鋳込み温度が高くなり、外層が溶か
され易くなつてCr％が更に上省し、Crが軸芯材
に拡散するのを防止するための中間層の意味がな
くなり、また、Ｃ含有量が2.5％を越えると炭化
物が多くなり、中間層自体が靭性に欠け中間層を
設けた意味がなくなる。よつてＣは1.0〜2.5％と
する。 Si：0.5〜1.5％ 溶湯の脱酸のため0.5％は必要である。1.5％を
越えると脆くなり、機械的性質の劣化を招来す
る。 Mn：0.5〜1.5％ Siと同様の作用があり、かつ、MnSとなつて
Ｓの悪影響をなくすため、0.5％は必要であるが、
1.5％を越えて含有されるとその効果も飽和し、
そして、機械的性質の劣化を招来する。 Ｐ：0.1％以下 Ｐは溶湯の流動性を高めるが、ロール材におい
ては材質の靭性を低下させるので0.1％以下とす
る。 Ｓ：0.1％以下 Ｐと同様にロールの材質を脆弱にするので、実
害のない含有量として0.1％以下とする。 Ni：1.5％以下 Niは焼入性、靭性を付与するために含有させ
るのであり、積極的に添加しなくても外層から混
入して0.3％以上になるが、1.5％までの含有では
問題はなく、この効果がある。しかし、その含有
量が1.5％を越えると焼入性が良く、基地が硬く
なり過ぎて、靭性の面、また残留応力の面から望
ましくない。よつて、Ni含有量は1.5％以下とす
る。 Cr：３〜10％以下 Crは中間層を設ける意義からは低い方が望ま
しいが、中間層の鋳込前の取鍋の化学組成として
は工業的に制御し易い1.0％未満とするのがよい。
この場合、鋳込後の組成では外層から入つてくる
Crが加わつてCr含有量が３〜10％と高くなる。
10％を越えると中間層自身の材質劣化が著しくな
る。また、既述した内層材のCrを1.5％以下に押
えるためには中間層のCrは３〜10％の範囲に鋳
造条件で調整する必要がある。従つて、Cr含有
量は３〜10％とする。 Mo：1.0％以下 MoはNiと同様な作用があり、1.0％を越えて
含有されると中間層が硬くなり過ぎるので、この
含有量は1.0％以下とする。 叙上の中間層を用いた場合では、外層から内層
へのCrの混入拡散を確実に防止できるほか、境
界部の脆化を有効に防止できる。すなわち、中間
層を用いないときは、境界部は外層の低Ｃ％と内
層の高Ｃ％の中間的な組成（比較的高Ｃ％、高
Cr％）となり、外層と内層の境界にカーバイド
が層状に晶出し、境界部が脆化するが、この層状
カーバイドの晶出を中間層の介在により阻止する
ことができる。 次に前記複合ロールの製造方法について言及す
る。 一般に、複合ロールの製造方法としては、遠心
力鋳造法を利用するのが簡単である。すなわち、
第１図に示すように、まず所定の遠心力鋳造用鋳
型に上記外層材溶湯を鋳込んで外層Ａを遠心力鋳
造し、更に場合によつては、中間層を外層Ａの内
面に遠心力鋳造し、しかる後第２図の如く、この
鋳型を垂直もしくは傾斜状に起立して、外層Ａを
有する鋳型内に強靭性に富む適宜の内層材溶湯を
鋳込み、外層Ａと内層Ｂとを溶着一体化せしめた
複合ロールを鋳造するのである。かくして内層は
耐折損性に優れる材料で形成され、一方外層は耐
スリツプ性、耐摩耗性等に優れる一体複合ロール
が得られる。 なお第１図において、１は遠心力鋳造用金型、
２はネツク部形成のための砂型、３は回転ローラ
ー、４は駆動モーター、５は注湯樋、６は取鍋を
示し、また第２図において、７は定盤、８はせき
鉢を示している。 次に具体的実施例を掲げて説明する。 実施例 １ 胴径900mm×胴長1500mm（全長3800mm）の２層
複合ロールの製造実施例 (1) ３mm厚さのレジンサイドの塗型が内面に形成
された遠心力鋳造用金型をGNo.で140として回
転させ、第１図の如く、第１表に示す外層材溶
湯を1530℃で厚さ100mmになるよう鋳込んだ。 (2) 22分後に金型の回転を停止し、第２図の如く
垂直に立てた後、外層鋳込開始から27分後に第
１表に示す内層材（ダクタイル鋳鉄）溶湯を
12Ton鋳込んだ。

【表】 (3) 鋳造から３日後に型をばらして、粗加工後、
変態点以上の高温状態に拡散焼鈍し、その後焼
入れ、焼戻し熱処理を施した。 (4) 所定の寸法に機械加工した後の製品ロールの
外層厚さは70〜73mm、表面硬度はHs76〜78で
あつた。また、内層のCrは、外層内面が平均
約15mm溶かされて、外層のCrの一部が内層に
混入拡散したため、溶湯成分より0.6％上昇し、
Cr：0.66％であつた。 (5) 前記複合ロールを仕上げ加工した後、実際の
ホツトストリツプミル粗スタンドに使用した結
果、7000〜7200Ton／mmの実績が得られた。従
来のアダマイトロール（Hs52前後）の圧延成
績は平均4000Ton／mmであるから、本ロールは
従来に対し約1.8倍のTon／mmの向上が図られ、
ロール原単位の大幅な向上につながつた。 また、耐スリツプ性、噛込性についてもアダ
マイトロールに比べて問題はなく、また、肌
荒、クラツクについて全く問題がなかつた。 更に、粗スタンドのアダマイトロールによく
発生するスケールの巻込みによる凹みも、硬度
が高いため全く認められず良好であつた。 実施例 ２ 胴径900mm×胴長1500mm（全長3800mm）の三層
複合ロールの製造実施例 (1) 実施例１と同様の製造条件で、第２表の外層
材溶湯を厚さ100mmになるように鋳込んだ後、
外層の内面の一部が未凝固状態のとき（外層の
鋳込開始から14分後）、該外層の内面に引きつ
づき第２表の中間層材溶湯を厚さ25mm鋳込ん
だ。 (2) 中間層が完全に凝固した後（外層鋳込開始か
ら30分後）、金型の回転を停止し、垂直に立て
て、第２表の内層材溶湯を鋳込んだ。

【表】 (3) 鋳造から３日後に型をばらして、粗加工後、
変態点以上の高温状態に拡散焼鈍し、その後焼
入れ、焼戻し熱処理を施した。 (4) 所定の寸法に機械加工した後の製品ロールの
外層厚さは69〜73mm、中間層厚さは23〜26mmで
あり、外層表面硬度はHs77であつた。また、
中間層のCr含有量は外層からのCrの混入拡散
により4.67％、内層のそれは0.33％であつた。 (5) 前記ロールから、各層の境界面が軸方向に対
して45度となるようにして丸棒試験片を採取し
て圧縮強度を調べた。 その結果、本実施例の外層と中間層との境界
部の45度方向の圧縮強度は187.1Kg／mm²、中間
層と内層との境界部のそれは175.7Kg／mm²であ
つた。 比較のために、前記外層材溶湯と内層材溶湯
を用いて、両者を直接溶着した２層複合ロール
を鋳造したが、この場合の外層と内層との境界
部45度方向の圧縮強度は約145Kg／mm²であり、
前記実施例の圧縮強度に比べて相当低い値であ
つた。 また、前記強度試験の際、本発明実施例では
外層・内層の直接溶着で認められた境界の脆化
に起因する境界部での滑り現象は全く認められ
なかつた。 （発明の効果） 以上説明した通り、本発明に係る高クロム鋳鉄
は、Ｃ：0.8〜1.2％と低く押えているにも拘ら
ず、十分な（Fe、Cr）₇C₃型の高温でも安定な高
硬度カーバイドを晶出させるように他の成分を特
定範囲に規制すると共にマトリツクスを２次炭化
物と焼戻しマルテンサイト及びベイナイト組織と
によつて形成しているので、熱間圧延に要求され
る耐摩耗性及び耐肌荒性を損なうことなく、耐ス
リツプ性の向上を図ることができ、更にカーバイ
ドが過度にならないため、耐クラツク性の向上を
も図ることができる。 このように、本発明の外層材は、優れた耐摩耗
性、耐肌荒性を具備すると共に、耐スリツプ性、
耐クラツク性も良好であるので、これらの性質が
共に要求される熱間圧延分野、例えばホツトスト
リツプミルの粗スタンドの複合ロールの外層材と
して利用価値は著大である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は複合ロールの製造工程を示
す遠心力鋳造用鋳型の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で、 Ｃ：0.91〜1.2％ Si：0.5〜1.5％ Mn：0.5〜1.5％ Ｐ：0.08％以下 Ｓ：0.06％以下 Ni：0.5〜2.0％ Cr：８〜16％ Mo：0.9〜2.5％ 残部Feおよび通常の不純物からなり、組織が
   ２次炭化物と焼戻しマルテンサイト及びベイナイ
   ト組織からなるマトリツクスとM₇C₃型の共晶ク
   ロムカーバイドとの混合組織で、硬度Hs60〜85
   を有する低炭素高クロム鋳鉄材であつて、耐摩耗
   性、耐肌荒性、耐クラツク性及び耐スリツプ性の
   優れたロール材であることを特徴とする熱間圧延
   用複合ロールの外層材。