JPH0669577B2 - 圧延ロール用複合スリーブ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、熱間圧延、冷間圧延等に用いられる圧延ロー
ル用複合スリーブ及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ 近年、熱間圧延の連続化や生産性向上及び品質向上等を
目標として圧延技術が進歩し、それに伴い圧延用ロール
も過酷な条件下で用いられることが多くなり種々の改良
がなされてきた。また、圧延製品の要求品質も高級化
し、それに伴い圧延用ロールに要求される品質も厳しく
なってきている。

そこで従来、圧延用ロールの材質についての検討、圧延
用ロールの強靱化を図るための複合スリーブの採用、及
び複合スリーブの内層をさらに強靱化するための技術が
提案されている。例えば、特公昭59−11657号、特公昭5
9−20417号、特公昭55−158808号、特公昭60−261610号
等は、内層強靱化複合スリーブについての技術を提案し
ている。これら従来の複合スリーブにあっては、外層を
ダクタイル鋳鉄やニッケルグレン鋳鉄とする時、その内
層材として、内外層境界近傍の健全性を確保するため、
普通鋳鉄やダクタイル鋳鉄等の鋳鉄系材料を用いること
としている。

上記従来の圧延ロール用複合スリーブによれば、外層材
を鋳鉄系材料にて構成しているから、外層に必要とされ
る耐摩耗性や耐焼付性が確保できる。

しかしながら、上記従来の圧延ロール用複合スリーブに
あっては、外層材を鋳鉄系材料とする時、内層材も前述
の理由から鋳鉄系材料とするため、内層に高い強靱性を
確保するのに困難がある。ここで、複合スリーブは、圧
延荷重、圧延時の熱応力、スリーブ製造に伴う残留応力
が引張応力として内層に作用するため、内層材には上記
内層引張応力に耐えるだけの強靱性が必要とされる。し
たがって、従来の複合スリーブが高負荷圧延に供される
時、内層材を普通鋳鉄、ダクタイル鋳鉄等の鋳鉄系材料
で構成する場合には、内層の強靱性に不安がある。

しかるに、特開昭58−55552号公報には、外層材を高ク
ロム鋳鉄、内層材を球状黒鉛鋼とし、外層材と内層材の
間に中間層を介装する複合スリーブが開示されている。
ここで、中間層は、高クロム外層材中のCrが内層材鋳込
み時に混入拡散して、内層材が高Cr化により強靱性を劣
化させるのを防止するために設けたものとされている。
この複合スリーブによれば、外層材を鋳鉄系材料にて構
成しているから、外層に必要とされる耐摩耗性や耐焼付
性を確保できる。また、内層材を球状黒鉛鋼にて形成し
ているから、内層にある程度の強靱性を確保できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の圧延ロール用複合スリーブに
あっては、外層材を鋳鉄系材料にて構成し、内層材を球
状黒鉛鋼にて構成したとしても、中間層を設けていて、
この中間層の容積が比較的小さいことから中間層への外
層材混入率が過大となり、中間層の強靱性が大きく損な
われる。このため、Ｈ形鋼圧延用水平スリーブロール等
にあっては、内外層間の中間層の強度劣化により一定の
ロール強度を確保することに困難がある。したがって、
従来技術では、圧延条件の過酷化に伴って要求されてい
る、より高い内外層境界部の強度および内層強度の複合
スリーブを提供することに限界がある。

本発明は、内外層境界近傍の健全性を確保しながら、外
層については耐摩耗性や耐焼付性に優れ、内層について
は強靱性に優れた圧延ロール用複合スリーブを提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る圧延ロール用複合スリーブは、内層材と外
層材がそれぞれ異なる材料からなる圧延ロール用複合ス
リーブにおいて、上記内層材を球状黒鉛鋼とし、外層材
をダクタイル鋳鉄またはニッケルグレン鋳鉄とし、内層
中に外層材を混入させて溶着一体化したものであり、内
層中に混入した外層材重量が全内層溶湯重量に対してな
す外層材混入率が下記の、の如くである圧延ロール
用複合スリーブとしたものである。

外層材がダクタイル鋳鉄、内層材が球状黒鉛鋼である
時の混入率:10〜40％ 外層材がニッケルグレン鋳鉄、内層材が球状黒鉛鋼で
ある時の混入率:10〜40％ 本発明に係る圧延ロール用複合スリーブの製造方法は、
遠心鋳造にて外層溶湯鋳込後内層溶湯鋳込をする圧延ロ
ール用複合スリーブの製造方法において、上記外層溶湯
をダクタイル鋳鉄またはニッケルグレン鋳鉄とし、該外
層溶湯を鋳込して外殻層を形成した後、上記内層溶湯を
球状黒鉛鋼とし、該内層溶湯を鋳込む際に上記外殻層内
表面を内層溶湯により所定量溶かし、内層中に外層材を
混入させて溶着一体化させる製造方法であり、内層中に
混入した外層材重量が全内層溶湯重量に対してなす外層
材混入率が下記の、の如くである圧延ロール用複合
スリーブの製造方法としたものである。

外層材がダクタイル鋳鉄、内層材が球状黒鉛鋼である
時の混入率:10〜40％ 外層材がニッケルグレン鋳鉄、内層材が球状黒鉛鋼で
ある時の混入率:10〜40％ ［作用］ 本発明者は、内層材として球状黒鉛鋼を採用した時、
外層材の合金成分（Cr、Ni等）が内層材に混入しても、
内層材の容積が比較的大きいことから内層への外層材混
入率を10〜40％の比較的低い値とすることができ、結果
として内層の球状黒鉛鋼の強度をほとんど低下させるこ
とがないことを見出した。

そこで、本発明者は、従来技術で外層材成分の内層材へ
の混入防止のために設けられていた中間層をあえて外
し、中間層を設けていた場合に、中間層の容積が比較的
小さいことから中間層への外層材混入率が過大となり、
結果としてＨ形鋼圧延用水平スリーブロール等で内層と
外層との間の中間層の強靱性が大きく損なわれることに
起因するロール強度低下の問題を解決することとした。

したがって、本発明において中間層を設けていないこと
は、外層材中のCr分の内層材中への混入拡散を防止する
必要がないことに基づくものでなく、中間層を設けるこ
との弊害を排除する必要のあること、および中間層を設
けなくても内層への外層材混入率を低く抑えることがで
きることの新たな知見に基づくものである。

他方、本発明では、外層材のダクタイル鋳鉄（凝固開
始温度1220℃、凝固終了温度1100℃）、ニッケルグレン
鋳鉄（凝固開始温度1250℃、凝固終了温度1100℃）と、
球状黒鉛鋼（凝固開始温度1420℃、凝固終了温度1320
℃）との間で、凝固開始温度、凝固終了温度が200℃程
度も大きい上に、内層材の凝固開始温度の方が内層材に
おけるよりも高くなるので、上記により単に中間層を
省くと、第１図に示すように内外層の境界部に収縮巣を
生じ易いという現象が観察された。

そこで、本発明の圧延ロール用複合スリーブの製造時に
は、ダクタイル鋳鉄やニッケルグレン鋳鉄が凝固して形
成した外層内に球状黒鉛鋼からなる内層溶湯を鋳込む
時、外層内表面が内層溶湯にて適正量溶解して外層材が
内層中に混入せしめられるものとすることにより、上記
内外層の境界部における引巣状欠陥の発生を防止し、内
外層を溶着一体化させることとした。

この時、本発明にあっては、第４図、第５図に示した
如くの鋭意研究の結果、外層材をダクタイル鋳鉄、内
層材を球状黒鉛鋼とする場合には内層への外層材混入率
を10〜40％に抑え、外層材をニッケルグレン鋳鉄、内
層材を球状黒鉛鋼とする場合には内層への外層材混入率
を10〜40％に抑えることとしたものである。すなわち、
本発明は、40％以下とすることにより内層強度を確保し
ながら（第５図参照）、10％以上とすることにより内外
層境界部における欠陥発生を防止する（第４図参照）こ
とを可能としたものである。

上記〜の如く、本発明は、あえて中間層を外し、
内層への外層材混入率を請求項記載の如くに限定するこ
とにより、所期の内層強度確保と内外層境界部の溶着一
体化とを確保可能としたものである。すなわち、本発明
は、その目的において斬新特異、作用において極めて顕
著である。

以上により、本発明によれば、内外層境界近傍の健全性
を確保しながら、外層についてはダクタイル鋳鉄或いは
ニッケルグレン鋳鉄を採用して耐摩耗性や耐焼付性に優
れ、内層については強度向上せしめられる球状黒鉛鋼を
採用して強靱性に優れた圧延ロール用複合スリーブを得
ることができる。

［実施例］ 本発明に係る圧延ロール用複合スリーブは、外層材と
してダクタイル鋳鉄、内層材して球状黒鉛鋼を採用して
なる複合スリーブ、外層材としてニッケルグレン鋳
鉄、内層材として球状黒鉛鋼を採用してなる複合スリー
ブである。

以下、上記各材料の成分とその組成の好適範囲について
説明する。

ダクタイル鋳鉄 C:2.8〜3.7wt％…Ｃは2.8wt％（以下単に％で概記す
る）未満では黒鉛の量が少なくなり、ダクタイル鋳鉄ロ
ール材質としての特徴が充分に発揮できない。一方、3.
7％を超えて含有させると脆弱となるため、2.8〜3.7％
の範囲に規定する。

Si:1.2〜2.6％…Siは1.2％未満では黒鉛の量が少なくな
り硬くて脆くなる。一方、2.6％を超えると黒鉛量が多
くなりすぎて軟らかくなり耐摩耗性が低下するので、1.
2〜2.6％の範囲に規定する。

Mn:0.3〜1.0％…MnはＳの害を抑えるのに有効であるが
0.3％未満ではその効果が充分でなく、また1.0％を超え
ると、材質を脆化させるので、0.3〜1.0％の範囲に規定
する。

P:0.1％以下…Ｐは溶湯の流動性を増加させるが、材質
を脆弱にするため、0.1％以下とする。

S:0.04％以下…Ｓは黒鉛の球状化を阻害するため低く抑
える必要があり、0.04％以下とする。

Ni:0.3〜3.0％…Niは黒鉛化を促進して基地硬度を上昇
させるが、0.3％未満ではその効果が不充分であり、3.0
％を超えて含有させると、残留オーステナイトが増加し
て硬度が上がり難くなる。

Cr:0.8％以下…Crはセメンタイトの晶出を促進する元素
であり、0.8％を超えて含有させるとセメンタイト量が
多くなり、脆くなって好ましくないので、0.8％以下と
する。

Mo:1.0％以下…Moは基地硬度を高める効果を有するが、
1.0％を超えると脆くなり、また不経済でもあるので、
1.0％以下とする。

Mg:0.02〜0.1％…Mgは黒鉛の球状化のために必要な元素
であるが、その含有量が0.02％未満ではその効果がな
く、また0.1％を超えるとMgドロス等により鋳造欠陥を
発生しやすくなるので、0.02〜0.1％の範囲に規定す
る。

ニッケルグレン鋳鉄 C:2.7〜3.6％…Ｃは2.7％未満では黒鉛の量が少なくな
りニッケルグレン鋳鉄ロール材質としての特徴が充分に
発揮できない。一方、3.6％を超えて含有させると脆弱
となるため、2.7〜3.6％の範囲に規定する。

Si:0.5〜1.2％…Siは0.5％未満では黒鉛の量が少なくな
り硬くて脆くなる。一方、1.2％を超えると黒鉛量が多
くなりすぎて軟らかくなり耐摩耗性が低下するので、0.
5〜1.2％の範囲に規定する。

Mn:0.3〜1.0％…Mnは0.3％未満ではロール胴表面に白銑
層を生じ、鋳放し時の高温割れの原因になる。一方、1.
0％を超えると炭化物の形状を粗大にし材質を脆化させ
るので、0.3〜1.0％の範囲に規定する。

P:0.2％以下…Ｐは溶湯の流動性を増加させるが材質を
脆弱にするため、0.2％以下とする。

S:0.06％以下…Ｓはロール製造上の必要元素ではなくて
不純物として取り扱う。したがって、0.06％以下とす
る。

Ni:1.3〜4.6％…Niは基地硬度を上昇させるが1.3％未満
ではその効果が充分ではなく、4.6％を超えて含有させ
ると残留オーステナイトの量が増すのみで鋳放し硬度が
下がるため、1.3〜4.6％とする。

Cr:0.9〜2.1％…Crは炭化物生成元素であり、Ｃととも
に耐摩耗性の向上に寄与する。0.9％未満ではその効果
が充分ではなく、2.1％を超えて含有させるとセメンタ
イト量が多くなり脆化してしまうので、0.9〜2.1％の範
囲に規定する。

Mo:1.0％以下…Moは基地硬度を高める効果を有するが、
1.0％を超えると脆くなりまた不経済でもあるので、1.0
％以下とする。

球状黒鉛鋼 C:1.0〜2.0％…Ｃは基地中に溶け込んで強度を確保する
とともに、耐摩耗性に有効な炭化物を生成する。また一
部はグラファイトとなって耐熱亀裂性向上に寄与する。
しかし、Ｃの含有量が1.0％未満では上記効果を得るこ
とができず、一方2.0％を超えるとグラファイトが球状
ではなくなる傾向にあり、強靱性を劣化させる。したが
って、Ｃは1.0〜2.0％の範囲内とする。

Si:1.0〜3.0％…Siは前記のグラファイトを晶出させる
に有効な元素であるが、含有量が1.0％未満ではその効
果が期待できず、また一方3.0％を超えればフェライト
中に溶け込んだSiが材質の強靱性を劣化させるので、Si
の含有量は1.0〜3.0％の範囲内とする。

Mn:0.2〜1.0％…Mnは焼入性向上元素として知られてお
り、この効果を最大限に引き出すとともに、多すぎた場
合の粒界への偏析が靱性を劣化させることを考慮して、
その範囲を0.2〜1.0％とする。

P:0.1％以下…Ｐは溶湯の流動性を増加させるものの、
材質を脆弱にするとともに鋳造欠陥の原因にもなるた
め、その含有量は低いほど望ましく、0.1％以下とす
る。

S:0.1％以下…ＳはＰと同様に材質の脆弱化及び鋳造欠
陥を招くため、含有量は可及的に低いことが望ましく、
0.1％以下とする。

Ni:0.1〜1.0％…Niは強度及び靱性の確保に有効である
が、0.1％未満ではその効果が不充分であり、また1.0％
を超えてもその効果はほとんど飽和し、しかもコスト上
昇を招くためその含有量は必要かつ充分な0.1〜1.0％と
した。

Cr:0.1〜1.0％…Crは基地の強化に寄与するが、0.1％未
満ではその効果がなく、一方1.0％を超えるとグラファ
イトが晶出しにくくなって強靱性を劣化させる。したが
って、0.1〜1.0％とした。

Mo:0.1〜1.0％…MoはNiと同様に強靱性を増加させる。
しかし、0.1％未満ではその効果がなく、一方1.0％を超
えても、添加量増加の割合に比して効果の増加は僅かと
なる。したがって経済性も考慮して、その含有量を0.1
〜1.0％とした。

しかして、本発明の圧延ロール用複合スリーブは、以下
の如くして製造される。

ダクタイル鋳鉄、ニッケルグレン鋳鉄からなる外層溶
湯を遠心鋳造して外殻層（中空状外層）を形成する。

上記外層内に球状黒鉛鋼からなる内層溶湯を鋳込む。
この時、外層材と内層材を完全に溶着させるとともに、
内外層の境界近傍に巣の発生を皆無にする必要がある。

そこで、本発明にあっては、上記において内層溶湯
が外殻層内に鋳込まれる時、内層溶湯が外殻層内表面を
溶かし、内層中に外層材を適正量混入させて溶着一体化
させるようにする。ここで、外殻層内面の溶込量が少な
いと内外層の境界付近に巣（欠陥）を生じ、溶込量が多
すぎると内層材質の靱性低下をもたらす。したがって、
上記にあっては、内層中への外層材の混入率が内外層
の材質の組合せに応じて予め最適化された値となるよう
に、適正な鋳造条件にて鋳造する必要がある。ここで、
上述の外層材混入率とは、内層中に混入した外層材重量
が全内層溶湯重量に対してなす重量％である。そして、
全内層溶湯重量とは、内層溶湯重量に、該内層溶湯に溶
け込んだ外層材重量を含んだ重量である。

しかして、発明者の知見によれば、適正なる鋳造条件を
満足させ得る場合の幾つかを列挙すると次の通りであ
る。

（Ａ）外層溶湯の注入温度、成分によって定まる凝固温
度を100℃程度上廻る加熱温度を採用して鋳造する。

（Ｂ）内外層境界部における欠陥発生を防止するため、
遠心鋳造時の重力倍数（遠心力が重力の何倍になるかを
示す数値：GNO）が、外層溶湯鋳込後の外層溶湯内面に
おいてGNO≧70となるように設定する（第２図参照）。

（Ｃ）内外層境界部における欠陥発生を防止するため、
内層溶湯の注入厚を40mm以上とする（第３図参照）。

（Ｄ）内層強度を確保し、かつ内外層境界部における欠
陥発生を防止するため、外層材をダクタイル鋳鉄、内
層材を球状黒鉛鋼とする場合には内層への外層材混入率
が10〜40％となることを目標として鋳造し（第４図、第
５図参照）、外層材をニッケルグレン鋳鉄、内層材を
球状黒鉛鋼とする場合には内層への外層材混入率が10〜
40％となることを目標として鋳造する（第４図、第５図
参照）。

以上の鋳造条件（Ａ）〜（Ｄ）を採用することにより、
内層はもとより、内外層境界部の機械的性質を著しく向
上し、特に引張強さと衝撃値が著しく向上した複合スリ
ーブを得ることができる。

以下、本発明の具体的実施結果について説明する。

第１表にダクタイル鋳鉄からなる外層材、球状黒鉛鋼
からなる内層材の化学組成を示した。外径860mmφ、内
径400mmφ、長さ2600mmのスリーブロール素材を上記組
成の外層材と内層材にて製造すべく、外層材溶湯厚120m
m、残りを内層材溶湯とした構成で遠心鋳造した。この
時の注入温度は、外層材溶湯が1330℃、外層材凝固後の
中空部内に注入した内層材溶湯が1530℃であり、外層材
溶湯を遠心鋳造後、31分経過してから内層材溶湯を注入
した。得られた複合スリーブは、凝固後熱処理を施し、
機械加工を行なって、Ｈ型鋼圧延用ユニバーサルミルの
竪ロールに供したが、事故もなく順調に圧延することが
できた。なお、内層への外層材混入率は30.3％であり、
内外層境界付近の欠陥は皆無であった。

第２表にニッケルグレン鋳鉄からなる外層材、球状黒
鉛鋼からなる内層材の化学組成を示した。外径900mm
φ、内径460mmφ、長さ1800mmのスリーブロール素材を
上記組成の外層材と内層材にて製造すべく、外層材溶湯
厚105mm、残りを内層材溶湯とした構成で遠心鋳造し
た。この時の注入温度は、外層材溶湯が1320℃、内層材
溶湯が1520℃であり、外層材溶湯の遠心鋳造後、21分経
過してから外層中空内に内層材溶湯を注入した。得られ
た複合スリーブは、凝固後熱処理を施し、機械加工を行
なって、Ｈ型鋼圧延用ユニバーサルミルの竪ロールに供
したが、事故もなく順調に圧延することができた。な
お、内層への外層材混入率は25.4％であり、内外層境界
付近の欠陥は皆無であった。

すなわち、上記各実施例によって明らかなように、ダク
タイル鋳鉄、ニッケルグレン鋳鉄にて外層を形成し、球
状黒鉛鋼にて内層を形成して複合スリーブとすることに
より、Ｈ型鋼圧延用ユニバーサルミルのロールに適用し
ても割損事故等を招くことのない、耐摩耗性や耐焼付性
に優れた外層と強靱性に優れた内層からなる複合スリー
ブが得られた。したがって、高負荷圧延分野へのダクタ
イル鋳鉄ロール、ニッケルグレン鋳鉄ロールの実質的な
適用が可能となり、その使用成績を向上させることがで
きた。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、内外層境界近傍の健全性
を確保しながら、外層については耐摩耗性や耐焼付性に
優れ、内層については強靱性に優れた圧延ロール用複合
スリーブを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内外層境界付近に発生した欠陥の状態を示す模
式図、第２図は外層溶湯内面の重力倍数と境界部欠陥点
数との関係を示す線図、第３図は内層溶湯の注入厚と境
界部欠陥点数との関係を示す線図、第４図は外層材をダ
クタイル鋳鉄もしくはニッケルグレン鋳鉄とする場合の
外層材混入率と境界部欠陥点数との関係を示す線図、第
５図は外層材をダクタイル鋳鉄もしくはニッケルグレン
鋳鉄とする場合の外層材混入率と内層強靱性との関係を
示す線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−55552（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−176409（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−176408（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−30484（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭60−21003（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭53−24371（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内層材と外層材がそれぞれ異なる材料から
   なる圧延ロール用複合スリーブにおいて、上記内層材を
   球状黒鉛鋼とし、外層材をダクタイル鋳鉄またはニッケ
   ルグレン鋳鉄とし、内層中に外層材を混入させて溶着一
   体化したものであり、内層中に混入した外層材重量が全
   内層溶湯重量に対してなす外層材混入率が下記の、
   の如くである圧延ロール用複合スリーブ。 外層材がダクタイル鋳鉄、内層材が球状黒鉛鋼である
   時の混入率:10〜40％ 外層材がニッケルグレン鋳鉄、内層材が球状黒鉛鋼で
   ある時の混入率:10〜40％
2. 【請求項２】遠心鋳造にて外層溶湯鋳込後内層溶湯鋳込
   をする圧延ロール用複合スリーブの製造方法において、
   上記外層溶湯をダクタイル鋳鉄またはニッケルグレン鋳
   鉄とし、該外層溶湯を鋳込して外殻層を形成した後、上
   記内層溶湯を球状黒鉛鋼とし、該内層溶湯を鋳込む際に
   上記外殻層内表面を内層溶湯により所定量溶かし、内層
   中に外層材を混入させて溶着一体化させる製造方法であ
   り、内層中に混入した外層材重量が全内層溶湯重量に対
   してなす外層材混入率が下記の、の如くである圧延
   ロール用複合スリーブの製造方法。 外層材がダクタイル鋳鉄、内層材が球状黒鉛鋼である
   時の混入率:10〜40％ 外層材がニッケルグレン鋳鉄、内層材が球状黒鉛鋼で
   ある時の混入率:10〜40％