JPH0532122B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） ホツトストリツプミル粗スタンド用等の組立ロ
ールに使用される複合スリーブに関する。 （従来の技術） 圧延使用層を有する圧延用スリーブがアーバー
に焼きばめられて組み立てられたロールは組立ロ
ールと称されており、ホツトストリツプミル粗ス
タンド用等のワークロールとして使用されてい
る。 例えば、ホツトストリツプミルの粗スタンドに
使用される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、耐肌荒性及び耐スリツ
プ性（噛込性）等を挙げることができる。一方、
スリーブの内面側は焼きばめ応力や圧延時の応力
等に耐え得るだけの強靱性が要求される。 これらの相異なる要求を満足させるために、ア
ーバーに焼きばめられるスリーブとしては、第１
図及び第２図に示すように、圧延使用層たる外層
２と内層３とを別材質とした複合スリーブ１が使
用されている。第１図中４は複合スリーブが焼き
ばめられるアーバーである。 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。一方、内層材として
は、強靱性に優れた高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄等
が使用されている。 （発明が解決しようとする問題点） 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、圧延条件もより厳しくな
つてきている。それ故、外層材として耐摩耗性、
耐肌荒性の向上が、内層材としてはより高い強靱
性が要望されるに及んでいる。 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、球状黒鉛鋳鉄につていては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、仕上げ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。 また、内層材としても十分な強靱性が得られて
いない。 本発明はかかる問題に鑑みなされたものであつ
て、耐スリツプ性及び耐クラツク性を低下させる
ことなくより優れた耐摩耗性及び耐肌荒性を有し
た外層と、強靱性に極めて優れた内層とからなる
複合スリーブ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、複合スリーブの外
層を重量％で、Ｃ：0.8〜1.2％、Cr：10〜14％を
有する特定組成のHs65〜80の低 Ｃ高クロム鋳
鉄で遠心力鋳造し、一方、内層をＣ：0.3〜1.0
％、Ni：0.5〜2.0％、Cr：0.5〜３％、Mo：0.1〜
0.8％を有する特定組成の特殊鋳鋼材質で鋳造し、
外層内面に溶着一体化した。 （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：0.8〜1.2％ 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
性が不足し、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、耐クタツ
ク性が低下する。 Si：0.5〜1.2％ 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1.2％以下に押える。 Mn：0.5〜1.2％ 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、1.2％を
越えると機械的性質、特に靱性の劣化が著しくな
る。 Ｐ：0.03％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0.03％以下と
する。 Ｓ：0.03％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0.03％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：10〜14％ Crは強靱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含有量とバンラスさせる必
要がある。本発明のＣ含有量では、Cr10％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、14％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。因みに、M₇C₃はHv2300〜
2400、M₂₃C₆型はHv1500〜1600である。 Mo：1.0〜2.5％ Moは焼入れ焼戻し抵抗を高めると同時に炭化
物を安定にするのに有効であるが、その含有量が
1.0％未満ではこのような効果がなく、一方、本
発明外層材の成分系（Ｃ：0.8〜1.2％、Cr：10〜
14％）において、Hs65〜80を得るには、2.5％以
下に十分である。 本発明に係る外層材は、以上の成分のほか残部
Feおよび不可避的に混入した不純物で形成され
る。 尚、本発明の外層材には、Ｖは不純物として微
量に存在するものを除いて、ほとんど含有されな
い。ＶはＣとの親和力が強く、溶湯中にVCとな
つて生成し、遠心力鋳造の際、層状に偏折し、複
合スリーブの品質低下を招来するからである。 次に、内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：0.3〜1.0％ Ｃ％が低すぎると溶融温度を高くする必要があ
りコスト的に問題となる。また、外層と内層との
Ｃ％差が大きくなれば溶着部に欠陥を発生するお
それがある。以上の理由から0.3％以上とする。
一方、セメンタイトを形成させずかつ強靱性を付
与する範囲として1.0％以下とする。 Si：0.2〜1.0％ 外層の場合と同一の理由により0.2％以上1.0％
以下とする。 Mu：0.2〜1.5％ MnはＳと結合してＳの悪影響をなくするが、
0.2％未満ではこの効果はなく、一方1.5％を超え
ると材質の強靱性劣化が著しくなる。 Ｐ：0.1％以下 Ｐは不純元素であり、材質を脆くするため問題
は発生しない範囲として0.1％以下とする。 Ｓ：0.1％以下 ＳもＰと同様に不純元素であり、材質を脆くす
るため、その影響の少ない範囲として0.1％以下
とする。 Ni：0.5〜3.0％ Niは焼入性を増し強靱性に有効であるが、0.5
％未満ではその効果は殆どなく、一方経済性の面
から3.0％以下に抑える。 Cr：0.5〜5.0％ Crは焼入性を増し強靱性に有効であるが、0.5
％未満ではその効果は殆どなく、一方5.0％を超
えるとチル化して却つて脆くなる。 Mo：0.1〜0.8％ MoはNi、Crと同様に材質の焼入性を増し強靱
化に寄与する。0.1％未満ではその効果が少なく、
一方0.8％を超えると硬くなりすぎて脆くなる。 以上の成分の他に残部実質的にFeから内層材
質を構成されるが、内層の品質を向上させるため
必要に応じてFeの一部に替えて下記の成分の内、
一種又は二種以上を含有することができる。 Nb：0.1〜0.8％ Nbは組織の微細化に寄与し、0.1％未満ではそ
の効果が少なく、一方0.8％を超えるとその効果
は飽和するので経済的な面で不利となる。 Ti，Al，Zr：一種又は二種以上の合計が 0.2％以下 内層は外層よりも低Ｃ％であるため欠陥が発生
し易い。そのため0.2％以下を添加する。 本発明に係る複合スリーブは、以上説明した成
分を含有する外層と内層とからなるが、材質の強
靱性確保及び目標とする硬度、耐摩耗性、耐肌荒
性、耐クラツク性等の品質を得るために、後述す
る製造方法により鋳造されたスリーブ素材をオー
ステナイト域まで昇温する熱処理と、それに不随
して焼戻し、恒温変態、歪取りを目的とした共折
変態温度以下の熱処理を施す。 即ち、Ｃ含有量の高い高クロムステイールにお
いては、鋳放しでマトリクスはオーステナイト組
織を呈しているが、耐摩耗性の点でロール材とし
ては適切でない。このオーステナイト組織をマル
テンサイトあるいはベーナイト組織に変えるに
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A_C1点以上の温度に保持する事によ
りマトリクス中にC_r炭化物が折出し、マトリクス
中のＣ，C_r濃度が下がる。C_r炭化物の形態はその
保持温度により異なり950℃以上がM₇C₃の形態を
とりやすい。 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以上の冷却速度
は必要である。また、焼戻しは熱的は安定な組織
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
応力を低減する為、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ク
スと共晶カーバイド（M₇C₃型）の混合組織とな
り、マトリクス組織は折出した２次炭化物（M₇
C₃型）と焼戻しマルテンサイト及びベーナイト
組織となり、硬度がHs65〜80となる。 また、前記熱処理により、内層材の組織はバー
ライトを主体とし、一部ベーナイトの混合組織と
なり、引張強度が80〜120Kg／mm²となり、従来の
ダクタイル鋳鉄の場合（40〜45Kg／mm²）に比べて
２倍以上の強度の向上が図られる。従つて、割損
に対する抵抗性が増してアーバーに強固に焼きば
めることが可能になり、アーバーから大きな圧延
トルクを伝達することができる。 次に、前記複合スリーブの製造方法について言
及する。 一般に、複合スリーブの製造方法としては、遠
心力鋳造法を利用するのが簡便である。 第３図は、外層２及び内層３を共に遠心力鋳造
する場合を示し、第４図は外層２を遠心力鋳造し
た後、外層の鋳込まれた金型を直立させ静置鋳型
とし、該鋳型に内層鋳造材を静置鋳造する場合を
示す。同図において、５は遠心力鋳造用金型、６
は金型、砂型又は耐火レンガ等で形成された湯止
め用バンド、７は回転ローラ、８は溶湯取鍋、９
は注湯用樋を示す。尚、第３図は、水平方向に回
転軸をもつ遠心鋳造法（いわゆる横型遠心力鋳造
法）を示しているが、斜め又は垂直方向に回転軸
をもつ遠心力鋳造法（いわゆる斜め型遠心力鋳造
法、立型遠心力鋳造法）でも製造可能なことは勿
論である。また、第４図の場合には、鋳造後、素
材中心部に軸嵌用の孔を形成することは当然であ
る。 次に、具体的実施例を揚げて説明する。 胴径900mm×胴長2000mm×肉厚140mmの複合スリ
ーブの製造実施例 (1) 第３図の如く、遠心力鋳造用金型をC_NO.で
140に回転させ、第１表に示す外層材溶湯を鋳
込温度1400℃で肉厚100mm（4T 900Kg）鋳込ん
だ。 (2) 外層内面が凝固直前乃至直後（外層鋳込から
20分後）、同表に示す内層材溶湯を鋳込温度
1550℃で肉厚40mm（1T 700Kg）鋳込んだ。 (3) 完全に凝固した後、型ばらしして複合スリー
ブ素材を取り出し、該素材を1000℃まで昇温し
て５時間保持した後、400℃まで噴霧水冷（250
℃／Hr）し、更に500℃で15Hr保持後炉冷し
た。 (4) 得られた複合スリーブを機械加工した後、超
音波探傷したところ、外層と内層との境界は治
金学的に溶着一体化されているのが確認され
た。また、胴部表面硬度はHs73であり、内層
強度は引張強度93Kg／mm²、伸び７％で極めて強
靱であつた。また、製品の組成を調べた結果を
第１表に示す。

【表】 （発明の効果） 以上説明した通り、本発明の複合スリーブの外
層に係る低Ｃ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）₇
C₃型の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しているので、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。また、本発明の複合ロールの外層は遠
心力鋳造により形成されるため、製作が容易で生
産性に優れる。しかも、遠心力鋳造の際、層状偏
折の原因となるＶは不純物として微量に存在する
に過ぎないため、VCの偏折が生じにくく、品質
が良好である。 また、内層は特定化学組成の特殊鋳鋼で形成し
たので引張強度が80Kg／mm²以上の高強度にするこ
とができ、強靱性に極めて優れ、スリーブの割損
抵抗を著しく向上させることができる。 このように、本発明に係る複合スリーブは、そ
の内層は強靱性に極めて優れ、一方外層は優れた
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圧延分野、例えばホツトス
トリツプミルの粗スタンドに供される組立ロール
のスリーブとして利用価値は著大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は組立ロールの要部縦断面図、第２図は
複合スリーブの横断面図、第３図は内層の遠心力
鋳造状態を示す遠心力鋳造用の鋳型の断面図、第
４図は内層の静置鋳造状態を示す同鋳型の断面図
である。 １……複合スリーブ、２……外層、３……内
層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 遠心力鋳造された圧延使用層である外層の内
   面に強靱材で形成された内層が鋳造により溶着一
   体化された複合スリーブにおいて、外層は重量％
   で、 Ｃ：0.8〜1.2％ Ni：0.5〜2.0％ Si：0.5〜1.2％ Cr：10〜14％ Mn：0.5〜1.2％ Mo：1.0〜2.5％ Ｐ：0.03％以下 Ｓ：0.03％以下 残部Feおよび不可避的不純物からなるHs65〜80
   の低炭素高クロム鋳鉄材で形成され、内層は重量
   ％で、 Ｃ：0.3〜1.0％ Ni：0.5〜3.0％ Si：0.2〜1.0％ Cr：0.5〜5.0％ Mn：0.2〜1.5％ Mo：0.1〜0.8％ Ｐ：0.1％以下 Ｓ：0.1％以下 残部Feおよび不可避的不純物からなる強靱性に
   極めて優れた特殊鋳鋼で形成されてなることを特
   徴とする複合スリーブ。