JPH05320747A

JPH05320747A - 高耐摩耗ロールの製造法

Info

Publication number: JPH05320747A
Application number: JP12900792A
Authority: JP
Inventors: Sada Narahara; 貞楢原; Akitoshi Okabayashi; 昭利岡林; Takeru Morikawa; 長森川; Hiroyuki Kimura; 広之木村; Takashi Shikata; 敬志方
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1992-05-21
Filing date: 1992-05-21
Publication date: 1993-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】ロール外表面近傍を高硬度として耐摩耗性を
付与し、内部（内面）を強靱とすること。【構成】化学組成が重量％で、Ｃ：1.0 〜3.0 ％、
Ｓｉ：0.1 〜2.0 ％、Ｍｎ：0.1 〜2.0 ％、Ｃｒ：3.0
〜10.0％、Ｍｏ：0.1 〜9.0 ％、Ｗ：1.5 〜10.0％、
Ｖ, Ｎb の内一種又は二種の合計：3.0 〜10.0％、およ
び残部が実質的にＦｅよりなるロール素材を鋳造した
後、焼なましを行い、引続き外表面からの急加熱によっ
て外表面近傍の硬度をＨｓ80以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【従来の技術】圧延用ロール、ピンチロール等の中実状
ロールについては、耐摩耗性が基本的機能として重要で
あり、この機能を満足するための材料として高速度工具
鋼材（ハイス材）が注目されている。しかしながら、ロ
ールには高負荷がかかるため、強靱性も併せて必要であ
る。このため強靱性を得るために、芯材をダクタイル鋳
鉄、強靱な高級鋳鉄、鋼等の材質とした複合ロールが製
造されている。

【０００２】一方、ピンチロール、テーブルローラー等
の中空状耐摩耗ローラについては、鋼管への耐摩耗材の
溶接肉盛り、或いは複層鋳鉄材によって製造されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが前者の複合ロ
ールの製造にさいして、その複合化には高度な技術が必
要とされる。また、後者の中空状ロールの場合は、溶接
肉盛材では耐摩耗性が充分でなく、また複層鋳鉄材では
どうしても厚肉となり重量が大となる。そこで前者の如
く高速度工具鋼（ハイス材）を用いれば良い結果が期待
できるが、その製造法には問題がある。

【０００４】本発明は、特に高Ｃの特定化学組成のハイ
ス材に注目し、これに熱処理を施すことにより、ロール
外表面近傍を高硬度として耐摩耗性を付与し、かつ内部
（内面）を強靱とした高耐摩耗ロールを提供することを
目的とする。

【０００５】

【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高耐摩耗ロールの製造法は、化学組
成が重量％で、Ｃ：1.0 〜3.0 ％、Ｓｉ：0.1 〜2.0
％、Ｍｎ：0.1 〜2.0 ％、Ｃｒ：3.0〜10.0％、Ｍｏ：
0.1 〜9.0 ％、Ｗ：1.5 〜10.0％、Ｖ, Ｎb の内一種又
は二種の合計：3.0 〜10.0％、および残部が実質的にＦ
ｅよりなるロール素材を鋳造した後、焼なましを行い、
引続き外表面からの急加熱によって外表面近傍の硬度を
Ｈｓ80以上とすることを特徴とする。

【０００６】この際、前記焼なましは650 〜750 °C 、
１〜10Ｈｒで行ない、外表面からの急加熱速度は200 〜
5000°C/Ｈｒであり、外表面加熱温度は1100〜1190°C
とし、急加熱後、300.〜3000°C/Ｈｒの冷却速度で冷却
し、この冷却後、500 〜620°C の焼もどしを行なうこ
とが好ましい。

【０００７】

【実施例】本発明の高耐摩耗ロールの製造法の実施例を
詳述する。図１は、本発明の製造法で製造された中実単
層ロールであり、図２は同じく中空状単層ロールであ
る。本発明は、先ず前記ロールのロール素材を図１のも
のは静置鋳造で、また図２のものは静置鋳造若しくは遠
心力鋳造で、従来公知の手段より作成する。この際、ロ
ール素材である鋳鉄材は、重量％で下記の化学組成（Wt
％) になるような溶湯を使用して鋳造される。

【０００８】Ｃ：1.0 〜3.0 ％、Ｓｉ：0.1 〜
2.0 ％、Ｍｎ：0.1 〜2.0 ％、Ｃｒ：3.0 〜10.0
％、Ｍｏ：0.1 〜9.0 ％、Ｗ：1.5 〜10.0％、
Ｖ, Ｎb の内一種又は二種の合計：3.0 〜10.0％、およ
びＦｅを実質的に含有する。本発明の鋳鉄材には前記合
金成分の他に、Ｃｏ：0.5 〜7.0 ％、Ａｌ：0.01〜0.50
％、Ｔｉ：0.01〜0.50％の内の一種又は二種以上を含有
するものを含む。

【０００９】本発明の鋳鉄材は、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎ
ｂ，Ｖ，ＦｅおよびＣが相互に結合して生成した高硬度
複合炭化物の存在より、常温および高温硬度が向上し、
耐摩耗性が飛躍的に向上した。また、遠心力鋳造しても
マクロ偏析は生じにくく、組織の均一性に優れる。次
に、本発明が前記鋳鉄材を使用した限定理由を説明す
る。Ｃ：1.0 〜3.0 ％Ｃは主としてＦｅおよびＣｒと結合してＭ₇Ｃ₃型の高
硬度複合炭化物を形成すると共に、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｗと結合してＭＣ型の高硬度複合炭化物をも形成す
る。この高硬度複合炭化物形成のために、1.0 ％以上の
Ｃ％が必要である。一方、3.0 ％を越えてＣが含有され
ると炭化物量が増すと共に脆くなり、耐クラック性が劣
化するため、3.0 ％以下とする。Ｓｉ：0.1 〜2.0 ％Ｓｉは本発明材が鋳造合金であるため、湯流れ性の確保
のために必要な元素であり、同時に又、使用原材料から
0.1 ％程度は不可避的に含有される。しかし、2.0 ％を
越えると靱性の低下を招くため好ましくない。Ｍｎ：0.1 〜2.0 ％Ｍｎは硬化能を増し、また、Ｓと結合してＭｎＳを生成
し、Ｓによる脆化を防ぐ元素であり、同時に使用原材料
から0.1 ％程度は不可避的に含有される。しかし、2.0
％を越えると靱性の低下を招くため好ましくない。Ｃｒ：3.0 〜10.0％ＣｒはＦｅ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗと共にＣと結合して、
高硬度複合炭化物を形成して高温に於ける耐摩耗性の向
上に寄与する。また、一部は基地中に固溶して焼入れ性
および耐摩耗性を改善する。3.0 ％未満ではこれらの効
果が少なく、耐摩耗性改善が期待できない。一方、10.0
％を越えて含有されると靱性の劣化を来すため好ましく
ない。Ｍｏ：0.1 〜9.0 ％ＭｏはＦｅ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗと共にＣと容易に結合
して、主としてＭＣ型複合炭化物を形成し、常温および
高温硬度を高めて耐摩耗性の向上に寄与する。ＭｏはＷ
に比較して少量添加でその効果を発揮する。このさい、
0.1 ％未満では所期の耐摩耗性を得ることができず、一
方、9.0 ％を越えると靱性の低下を来し好ましくない。Ｗ：1.5 〜10.0％Ｗも同様にＦｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，と共にＣと容
易に結合して複合炭化物を形成し、常温および高温硬度
を高めて耐摩耗性の向上に寄与する。1.5 ％未満では所
期の耐摩耗性を得ることができず、一方10.0％を越える
と靱性の低下を来し、耐ヒートクラック性を悪化させ
る。また、遠心力鋳造の際、マクロ偏析を生成し易くさ
せる。このため10.0％以下とする。Ｖ，Ｎｂの内一種又は二種の合計：0.3 〜10.0％ＶはＮｂと同様にＦｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗと共にＣと容易
に結合して、主としてＭＣ型の複合炭化物を形成し、常
温および高温硬度を高めて耐摩耗性の向上に寄与する。
また、このＭＣ型複合炭化物は厚さ方向に枝状に生成す
るため、基地の塑性変形を抑止し、機械的性質、さらに
は耐クラック性の向上にも寄与する。単独または二種を
複合して3.0 ％以上添加しないとかかる効果は現れにく
い。しかし、添加量が10.0％を越えると靱性の低下を招
来すると共に、遠心力鋳造の際、マクロ偏析を生成し易
くなる。このため、10.0％以下とする。

【００１０】本発明の耐摩耗鋳鉄材は以上の合金成分の
ほか残部がＦｅおよび不純物で形成される。尚、Ｐ，Ｓ
は原料より不可避的に混入するが、材質を脆くするので
少ない程望ましく、Ｐ：0.2 ％以下、Ｓ：0.1 ％以下に
止めておくのが良い。本発明の耐摩耗鋳鉄材には、前記
合金成分のほかに、下記組成範囲のＣｏ，Ａｌ，Ｔｉの
内の一種又は二種以上を含有するものを含む。Ｃｏ：0.5 〜7.0 ％Ｃｏは熱処理時にオーステナイトへのＭｏ，Ｗ，Ｖの固
溶を促進し、またＣの拡散を抑制するため、焼戻し二次
硬化能を向上させると共に高温時の硬度低下を抑制す
る。その結果として、耐摩耗性が向上する。0.5 ％未満
ではこのような効果が過少であり、一方7.0 ％を越える
と効果は飽和し、経済性に欠く。Ａｌ：0.01〜0.50％、Ｔｉ：0.01〜0.50％ＡｌおよびＴｉは溶湯中で酸化物を生成して、溶湯中の
酸素含有量を低下させ、製品の健全性を向上させると共
に、生成した酸化物が結晶核として作用するために凝固
組織の微細化に効果がある。0.01％未満ではこの効果は
十分ではなく、0.50％を越えて含有されると介在物とな
って残留し、好ましくない。尚、Ａｌ，Ｔｉは、本発明
では主として鋳造組織の微細化による耐摩耗性改善のた
めに添加されるものであり、単に脱ガスを目的として添
加されるものではない。

【００１１】表１は、本発明鋳鉄材の実施例である。

【００１２】

【表１】

【００１３】次に、本発明は上記のロール素材に対して
熱処理を行なう。先ず、焼なましを温度650 〜750 °C
で１〜10Ｈｒ行なう。このさい、650 °C 未満では所期
する焼なまし効果は得られず、また750 °C を越えると
オーステナイト化するので不適当である。このように、
焼なましされたロール素材は、次に外表面を、ガス加
熱、誘導加熱手段等により急加熱する。このさい、ロー
ル素材の加熱は図１のロール形状の場合は軸を支持して
回転しながら行い、図２のロール形状の場合はロールの
両端に支え治具を取付け、この治具を支持して回転しな
がら行なう（図示省略）。そして急加熱温度は1100〜11
90°C が適切である。このさい、前記温度が1100°C未
満では、オーステナイト中の合金元素の固溶が不充分と
なるため、鋳鉄材の本発明特定化学組成の特徴が発揮で
きない。一方、1190°C を越えると、溶解する可能性が
ある。なお、急加熱速度は、硬化肉厚にもよるが、一般
に図１のロールの場合は50mm以下なので200 〜5000°C/
Ｈｒ、図２のロールの場合は300 〜5000°C/Ｈｒで良
い。

【００１４】次に、上記のように急加熱されたロール素
材は急冷される。この冷却はオーステナイト中に溶け込
んだ合金元素の拡散防止のために、その速度は早い程良
いが、現実的には300 〜3000°C/Ｈｒの冷却速度が適切
である。この冷却手段として例えば強制空気冷却（ファ
ン）、噴霧水冷法がある。にて行なう。

【００１５】かくして、冷却されたロール素材は500 〜
620 °C,１〜20Ｈｒの焼もどしを数回実施する。この
際、前記温度は通常この種の鋳鉄材を対称とする温度で
ある。以下、本発明の具体的実施例を比較例と共に説明
する。（具体的実施例１）静置鋳造により、胴部直径320 ×長さ1500mmの中実
状単層ロール素材を鋳造した。このロール素材の化学組
成（wt％) は下記表２のとおりであった。

【００１６】

【表２】

【００１７】焼なまし：700 °C ×10Ｈｒ外表面急加熱（ガス加熱）加熱速度600 °C 以上において500 °C/Ｈｒ、最高1170
°C 冷却：冷却速度600 °C まで1200°C/Ｈｒ焼もどし：550 °C ×10Ｈｒ×３回硬度（胴中央部）図３引張試験結果（胴中央部）引張強さ(Kg/mm²) 伸び（％) 外表面から10mm 97.9 0.44 外表面から60mm 90.3 0.88 （具体的実施例２）遠心力鋳造により、直径920 ×長さ 2000 （内径直
径680mm)の中空状単層ロール( ピンチロール) 素材を鋳
造した。この素材から直径935 ×長さ 2100 （内径760m
m)のものを切り出した。この切出しロール素材の化学組
成(Wt ％) は下記表３のとおりであった。

【００１８】

【表３】

【００１９】焼なまし：700 °C ×10Ｈｒ外表面急加熱：加熱速度600 °C 以上において80
0 °C/Ｈｒ最高温度1180°C 冷却：冷却速度600 °C まで1000°C/Ｈｒ焼もどし：550 °C ×10Ｈｒ×３回硬度：図４引張試験結果：引張強さ(Kg/mm²) 伸び（％) 外表面から10mm 107.0 0.4 外表面から60mm 89.2 0.92 （比較例１）具体的実施例１に熱処理以外は同一硬度：図３の点線で示した。引張試験結果引張強さ(Kg/mm²) 伸び（％) 外表面から10mm 93.3 0.51 外表面から60mm 89.5 0.41 （比較例２）具体的実施例２に熱処理を施さない他は同一熱処理；均一加熱方式加熱速度； 600 ℃以上において、50℃/ Ｈ
ｒ最高温度； 1100℃×２Ｈｒ冷却速度600 ℃まで； 200 ℃/ Ｈｒ焼もどし； 550 ℃×10Ｈｒ×３回硬度：図４の点線で示した。引張試験結果引張強さ(Kg/mm²) 伸び（％) 外表面から10mm 95.2 0.45 外表面から60mm 90.3 0.39 （評価）以上の、具体的実施例１，２、比較例１，２を
対比すると、実施例のものは、内部と軸部は焼なましの
ままなので、低硬度（Ｈｓ45〜60) であって加工が容易
で、かつ高靱性を備えており、外表面近傍は、本発明特
定化学組成（ハイス材）に基づく特有の高耐摩耗性を有
している。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、請求項１に記載のような特定
の化学組成を有する鋳鉄材によるロール素材に対し、特
定条件の焼なまし、外表面急加熱、急冷及び焼もどしの
熱処理を順次行なうことにより、かつ内部（内面）を強
靱とした高耐摩耗ロールを提供することが出来たものと
して優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法によって製造した中実状ロール断面
図である。

【図２】本発明方法によって製造した中空状ロール断面
図である。

【図３】ロール表面からの距離と硬度の関係を示したグ
ラフ図である。

【図４】ロール表面からの距離と硬度の関係を示したグ
ラフ図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 38/26 (72)発明者木村広之兵庫県尼崎市西向島町64番地株式会社クボタ尼崎工場内 (72)発明者志方敬兵庫県尼崎市西向島町64番地株式会社クボタ尼崎工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学組成が重量％で、Ｃ：1.0 〜3.0 ％、Ｓｉ：0.1 〜2.0 ％、Ｍｎ：0.1
〜2.0 ％、Ｃｒ：3.0〜10.0％、Ｍｏ：0.1 〜9.0 ％、
Ｗ：1.5 〜10.0％、Ｖ, Ｎb の内一種又は二種の合計：
3.0 〜10.0％、および残部が実質的にＦｅよりなるロー
ル素材を鋳造した後、焼なましを行い、引続き外表面か
らの急加熱によって外表面近傍の硬度をＨｓ80以上とす
ることを特徴とする高耐摩耗ロールの製造法。
【請求項２】焼なましは650 〜750 °C 、１〜10Ｈｒ
で行なう請求項１記載の高耐摩耗ロールの製造法。
【請求項３】外表面からの急加熱速度は200 〜5000°
C/Ｈｒであり、外表面加熱温度は1100〜1190°C である
請求項２記載の高耐摩耗ロールの製造法。
【請求項４】急加熱後、300 〜3000°C/Ｈｒの冷却速
度で冷却する請求項３記載の高耐摩耗ロールの製造法。
【請求項５】冷却後、500 〜620 °C の焼もどしを行
なう請求項４記載の高耐摩耗ロールの製造法。