JPH0669632B2

JPH0669632B2 - 肉盛ロールの製造方法

Info

Publication number: JPH0669632B2
Application number: JP2062882A
Authority: JP
Inventors: 裕西川; 松吾夏目; 直樹鈴木
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-03-14
Filing date: 1990-03-14
Publication date: 1994-09-07
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPH03264166A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、製鉄機械や製紙機械などの各種ロールに適す
る肉盛ロールの製造方法に関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）製鉄機械の各種ロール、製紙機械の各種ロール等では、
従来より耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性を付与するための
肉盛溶接が多用されてきた。

そのなかで、特に高硬度を必要とするものは、耐割れ性
の優れた高速度鋼系の肉盛金属が使われていた。例え
ば、特開昭61−7090号、特開昭60−162590号、特開昭63
−307442号などが提案されている。

しかしながら、肉盛金属は、溶接時において再加熱を受
けるため、再熱域の発生が避けられず、特に熱処理によ
る時効硬化を基本とする高速度鋼系溶材では、再熱域と
非再熱域に硬さの不均一が生じ、実用上問題となるケー
スがある。この問題は、その後の熱処理（焼戻）によっ
ても解消されず、使用中に偏摩耗が生じることとなる。

このため、肉盛溶接後、溶体化処理を行い、再熱域に発
生した析出炭化物を再溶融させて均一化する方法が考え
られているが、これには高周波加熱、フレームハードニ
ングなどの方法があるものの、溶体化時に肉盛部に割れ
が発生したり、過時効などの問題のため、実用化には至
っていない。

一方、高速度鋼材の場合は、通常、焼入れ、焼戻が行わ
れているが、例えば、金型などの焼入れは550乃至600℃
の第１段階、850乃至900℃の第２段階の予熱経て、焼入
れ温度まで上昇させ、その後400乃至600℃まで急冷し、
それ以下の温度は徐冷する方法が一般的である。しかし
ながら、この方法を肉盛ロールに適用しようとした場
合、肉盛ロールでは母材の焼戻温度を超えるため適用で
きず、したがって、肉盛層のみを溶体化処理する必要が
あり、上述の肉盛ロールの場合と同じ問題が生じる。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、高速度鋼系
の肉盛金属を持った肉盛ロールにおいて、溶体化処理時
の耐割れ性に優れると共に均一な高硬度が安定して得ら
れる技術を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）本発明者等は、上述のような肉盛部の割れ発生及び過時
効の問題について鋭意研究を重ねた結果、溶着金属の化
学組成に大きく影響され、かつ特定条件での溶体化処理
を採用することによって実用化が可能であることを見い
出し、ここに本発明をなしたものである。

すなわち、本発明は、C:0.6〜1.4％、Cr:1.4〜7.0％、M
o:6.0〜14.0％、V:0.4〜3.0％、Co:1.4〜5.0％、Mn:0.3
〜2.0％、Si:0.1〜2.0％、Ｗ＋Nb＋Ti:5.0％未満を含有
し、残部が鉄と不純物からなる鉄系溶着金属を母材表面
上に肉盛溶接した後、そのロール表面について溶体化温
度が1150〜1300℃で、800〜500℃までの冷却速度が50℃
／分以上の条件で溶体化処理を施し、時効硬化処理する
ことを特徴とするものである。

以上に本発明を更に詳細に説明する。

（作用）溶着金属が高速度鋼系の場合、溶体化処理時の肉盛部の
割れは、溶体化温度に大きく影響されることが判明し
た。

すなわち、1150℃未満の温度では、共晶炭化物の部分液
化により、粒界の強度が低下し、マトリックスの熱収縮
力に抗しきれず、割れる。一方、1150℃より高く温度域
では、共晶炭化物の液化が進み、それより高い温度から
急冷される場合には割れが発生しないことを見い出し
た。したがって、溶体化温度は1150℃以上の温度にする
必要がある。

更に、溶体化処理後、800〜500℃までの冷却温度は50℃
／分以上で行う必要があることが判明した。

すなわち、冷却方法の不適切による過時効の問題につい
ては、冷却速度が遅いと液体化処理の最高加熱温度から
500℃までの冷却中に既に炭化物の析出が開始すると共
に炭化物の凝集が進み、そのため、場合によっては硬度
低下することが分かった。そこで、最適冷却速度を調査
した結果、500℃までの冷却速度が50℃／分未満では、
冷却中の炭化物析出により徐々に硬度が上昇し、その後
の時効硬化処理の効果を高めることが判明した。

なお、温度の測定は、放射温度計を用い、測定位置はロ
ール表面とした。

また、溶着金属の成分組成も溶体化処理時の耐割れ性を
向上させる点で重要なポイントであることが判明した。

すなわち、溶着金属がMoを多く含む場合には、共晶炭化
物とマトリックス初晶オーステナイト粒との界面接合強
度が大きく改善され、共晶炭化物の液化割れを防止する
ことが分かった。溶着金属の成分組成のうち、特にMo含
有量が6.0％未満では溶体化処理時の割れが発生し易
く、溶体化処理条件の適正化のみでは、割れの防止が困
難なことが分かった。

本発明は、以上の知見に基づき、溶体化処理時の耐割れ
性に優れた成分組成の溶着金属と、最適な溶体化処理条
件との組合せにより、特に、肉盛金属の再熱域と非再熱
域の硬さの不均一を解消し、ひいては肉盛ロールの使用
中に生じる偏摩耗を防止でき、実用化に至ったものであ
る。

次に本発明における化学成分の限定理由について説明す
る。

C:0.6〜1.4％Ｃは鋼の焼入性を高めるために不可欠な元素であり、か
つ、他の炭化物形成元素と結びついて焼戻による二次硬
化現象を生じさせる作用がある。しかし、0.6％未満で
は２次硬化が殆ど得られず、また1.4％を超えると溶接
時の高温割れが増加するので好ましくない。

Cr:1.4〜7.0％ Crは溶接のままでの硬さを高め、安定化する作用があ
る。２次硬化には寄与率が低いが、耐酸化性を付与する
ため、添加する。しかし、1.4％未満ではその作用がな
く、また7.0％を超えると溶接時の高温割れを助長する
ため、7.0％以下とする。

Mo:6.0〜14.0％ Moは焼戻２次硬化を生じる主要元素である。しかし、6.
0％未満ではその硬化が少なく、かつ、溶接時及び溶体
化処理時の高温割れが生じる。また、14.0％を超えると
その硬化が飽和し、また不経済なため、14.0％以下とす
る。

V:0.4〜3.0％Ｖは溶接時の高温割れ防止に効果がある。0.4％以上で
その効果が得られるが、3.0％を超えると溶接時のスラ
グの剥離性が劣化し、実用上問題となるため好ましくな
い。

Co:1.4〜5.0％ Coは溶接時の収縮割れ防止及び２次硬化の助長作用があ
る。しかし、1.4％未満ではその効果がなく、また5.0％
を超えると不経済となるので、1.4〜5.0％の範囲とす
る。

Mn:0.3〜2.0％、Si:0.1〜2.0％ Mn、Siのいずれも脱酸作用を与え、鋼を清浄化する働き
を有する成分である。しかし、Mnが0.3％未満、Siが0.1
％未満ではその効果が少なく、またそれぞれ2.0％を超
えると耐割れ性が劣化するので好ましくない。

Ｗ＋Nb＋Ti:5.0％未満Ｗ、Nb、Tiはともに２次硬化元素であり、それらの適量
を添加する。5.0％未満の添加は硬さを高める作用があ
るが、5.0％以上の添加では溶接時の収縮割れが発生し
易くなるので好ましくない。なお、この添加量はＷ、N
b、Tiの１種又は２種以上の合計の量である。

次に製造条件について説明する。

上記成分組成の溶着金属は、適当な材質のロール母材上
に常法によって肉盛溶接して得られるが、溶体化処理を
以下の条件で行う必要がある。

溶体化温度:1150〜1300℃ 溶体化処理の方法は各種考えられるが、高周波加熱又は
フレームハードニング等が一般的に使用される。その
際、溶体化温度は、1150℃未満では溶体化時の割れが避
けられず、また溶体化不十分で析出炭化物が充分に固溶
していないため、その後の時効硬化処理によっても硬度
上昇が不十分となる。一方、1300℃を超えると溶接金属
の溶融点を超えるため、実用的でない。

冷却速度:50℃／分以上溶体化温度から800〜500℃までの冷却速度は、50℃／分
以上であると溶体化の効果が損なわれずに冷却できる
が、50℃／分未満では冷却途中で炭化物の析出が始ま
り、徐々に時効されるので好ましくない。なお、冷却速
度は速いほど望ましいが、適用部材が大きい場合は、過
度な冷却速度は収縮割れを招くため、割れの生じない冷
却速度範囲で冷却することは云うまでもない。

溶体化処理前の予熱溶体化処理の本加熱前に予熱を行うと、溶体化処理時の
割れを防止する効果があるので、必要に応じて予熱して
もよい。その場合、予熱温度が200℃未満ではその効果
がなく、また500℃を超えると冷却時の冷却速度が遅く
なり、過時効の原因となるので好ましくない。なお、肉
盛ロール部品が小さい場合には予熱を省略できる。

溶体化処理後の時効硬化処理溶体化処理の後、微細炭化物をマトリックス中に分散、
析出させ、硬さを高めるために時効硬化処理を行う。し
かし、加熱温度が500℃未満では炭化物析出温度以下と
なり、また加熱温度が650℃を超えると急激に炭化物の
析出、凝集が進み、硬さが低下するため、加熱温度は50
0〜650℃とするのが好ましい。

その際、保持時間も要因の１つであり、以下に示すいわ
ゆるLarson−MillerのパラメータＰの値が15.5〜18.5の
範囲内となるような保持時間ｔで熱処理を行うのが最も
好ましい。

P=T(logt+20)×10^-3 ここで、T:加熱温度（絶対温度） t:保持時間（hr）この場合、Ｐの値が15.5未満では炭化物析出が不十分で
硬さが低く、Ｐの値が18.5を超えると炭化物析出が進
み、それらが凝集、粗大化し、逆に硬さの低下を招くの
で好ましくない。なお、加熱条件は溶体化処理後の時効
状態により最適条件を選定すればよい。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例）以下に示す溶接条件で母材に肉盛溶接を行い、第１表に
示す化学成分を有する溶着金属を持った試験ロールを作
製した。

次いで、同表に示す条件で溶体化処理及び時効硬化処理
を行った。

〔溶接条件〕

母材の材質:S25C 〃寸法（mm）:300φ×500〜1000l ワイヤ径:3.2mmφ 電流:300〜400A（DCRP）アーク電圧:23〜25V 速度:40cpm 予熱パス間温度:RT〜400℃ 累層法:3層肉盛溶体化処理時の割れ発生の有無、時効硬化処理後の硬さ
を調べた結果を第１表に併記する。

第１表より明らかなように、本発明例は、いずれも溶体
化処理時に割れが発生せず、しかも、時効硬化処理後の
硬さが高く、かつ、硬さのバラツキが少ない。

一方、比較例は、溶体化処理時に割れが発生したり、割
れが発生しない場合でも、バラツキなく高硬度を得るこ
とができない。肉盛溶接時に既に割れが発生してしまっ
たものもある。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、特定成分組成の
高速度鋼系の溶着金属を持った肉盛ロールにおいて、割
れ発生がなく、かつ、高硬度がバラツキなく且つ安定し
て得られ、特に溶体化処理時の耐割れ性に優れると共に
ロール使用中の偏摩耗を防止できるので、実用化を可能
にした効果は顕著である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で（以下、同じ）、C:0.6〜1.4％、
Cr:1.4〜7.0％、Mo:6.0〜14.0％、V:0.4〜3.0％、Co:1.
4〜5.0％、Mn:0.3〜2.0％、Si:0.1〜2.0％、Ｗ＋Nb＋T
i:5.0％未満を含有し、残部が鉄と不純物からなる鉄系
溶着金属を母材表面上に肉盛溶接した後、そのロール表
面について溶体化温度が1150〜1300℃で、800〜500℃ま
での冷却速度が50℃／分以上の条件で溶体化処理を施
し、時効硬化処理することを特徴とする肉盛ロールの製
造方法。
【請求項２】前記溶体化処理の前に、200〜500℃の予熱
を行う請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記時効硬化処理の加熱温度が500〜650℃
である請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】前記時効硬化処理として、加熱温度500〜6
50℃で、以下のパラメータＰの値が15.5〜18.5の範囲内
となるような保持時間ｔで熱処理を施す請求項１又は３
に記載の方法。 P＝T(logt+20)×10^-3 ここで、T:加熱温度（絶対温度） t:保持時間（hr）