JPS5810982B2

JPS5810982B2 - 冷間圧延用高硬度クロムロ−ル

Info

Publication number: JPS5810982B2
Application number: JP54067041A
Authority: JP
Inventors: 史朗中村; 義弘中川; 隆橋本
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1979-05-28
Filing date: 1979-05-28
Publication date: 1983-02-28
Also published as: JPS55158250A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は冷間圧延用ワークロールとして、外殻を特に耐
摩耗性、耐事故性に優れた高硬度高クロム材で形成し、
内殻を強靭性に富む鋳鉄材で形成した複合ロールから成
る高硬度高クロムロールに関する。

周知のように、冷間圧延用ロールとしては、現在Ｈｓ８
５〜１００の硬度を有す鍛鋼焼入れロールの使用が一般
的であるが、この種圧延用ロールでは、その使用層に一
般に次のような特性が要求される。

耐摩耗性圧延による摩耗量が少ないことは当然望ましく、これは
その硬度及び炭化物量によって決一定される。

従って、冷間圧延用ロールの場合では、耐摩耗性を得る
ために、可及的高硬度とすると共に、組織的な均一性が
均一摩耗に対して効果的となる。

耐事故性冷間圧延における耐事故性は、焼付き、絞込みなどの圧
延時の事故により、ロールが異常研摩され、ロール寿命
を大きく左右するものである。

一方、ロール全体としては、大きな圧延荷重に耐えるべ
く、その胴部及びネック部に充分な強靭性が要求される
ものとなる。

然るに、上記鍛鋼焼入れロールでは、高硬度を確保する
ために、その製造工程において焼入れ後の焼戻し温度を
１５０〜２００℃の低温で行うものであり、このためス
リップや絞込みなどの圧延事故により表面付近が異常発
熱し、他の部分の拘束によりこの部分に大きな引張応力
を発生し、この結果クラックやスポーリングを発生し易
いという欠点があり、又熱影響が軽微な場合でも、高硬
度部が焼戻されて軟化部分を生じ、へこみキズを発生し
易いという難点があった。

本発明は冷間圧延用ロールにおける上記諸問題を解消す
るため、従来の鍛鋼焼入れロールに代り、外殻を高硬度
高クロム材、内殻を鋳鉄材で形成して成る新しい複合ロ
ール、即ち高硬度高クロムロールを提供するものであり
、従って本発明の特徴とする処は、外殻と内殻とを完全
に溶着して一体とした複合ロールにおいて、外殻は、Ｃ
２３，〜３．０％、Ｓｉ０．４〜１．０％、Ｎｉ１．５
〜３．０％、Ｃｒ１３〜２２％、Ｍｏ１．５〜３．５
％、Ｍｎ０．５〜１．５％、残部実質的にＦｅから成
り、かつ硬度Ｈｓ８０以上を有し、内殻は、Ｃ２，８〜
３．４％、Ｓｉ２．５〜３．０％、Ｃｒ２％以下、その
他Ｍｎ、Ｎｉ。

Ｍｏの一種又は二種以上の合計が２．５％以下、残部実
質的にＦｅから成る点にある。

以下本発明について詳述する。

本発明の高硬度高クロムロールは、上記の如く、その使
用層に当る外殻を、所要の耐摩耗性、耐事故性を備える
高硬度高クロム材で形成し、一方内殻は強靭性の不足を
補うべく強靭鋳鉄材で形成し１．且つ外内殻を完全に溶
着せしめて一体とした複合ロールから成るものである。

そこで先ず、本発明ロールの外殻材についてから説明す
ると、その各成分範囲及びその限定理由は以下の通りで
ある。

Ｃ：２．３〜３．０％、Ｃｒ：１３〜２２％Ｃ含有量に
ついては、Ｃｒ量とのバランスに、より炭化物の形状及
び量に大きく影響を与え、特に高硬度で且つ均一なカー
バイトを得るためには（本発明では外殻の目標硬度をＨ
ｓ８０以上としている）、Ｃｒカーバイド面積が２５
％以上を占める必要があり、このためにはＣ量が２．３
％以上必要とされる。

然し乍ら、Ｃ量が３．０％以上になると、カーバイド量
が著しく増大し硬度も益々上昇するのであるが、鋳造ワ
レの原因となって不適である。

又Ｃｒ含有量については、Ｃ量とＣｒ量との比が１：５
．５以上でないと微細均一なＣｒカーバイドが得られず
、そのためＣｒ量は１３〜２２％が必要とされる。

尚Ｃｒ量が２２％以上の場合では、粗大なＣｒカーバイ
ドが現出し、カーバイドの不均一性が著しくなって不適
である。

Ｓｉ：０．４〜１．０％Ｓｉは溶鉄の脱酸のために０．４％以上は必要であるが
、１．０％以上では硬度上昇に寄与する半面材質的に脆
くなることから、その上限を１．０％に規定する。

Ｎｉ：１．５〜３．０％、Ｍｏ：１．５〜３．
５％Ｎｉは目標とする高硬度を得るために１．５％以上
は必要である。

然し、３．０％以上では硬度上昇に相応の効果が得られ
ないことから、その上限を３．０％とする。

又Ｍｏについても、Ｎｉと同様にＨｓ８０以上の高硬度
を得るためには１．５％以上が必要である。

然し、３５％以上では基地組織に余り影響を与えず、炭
化物中に入ってしまうことから、矢張り経済的な面でそ
の上限を３．５％とする。

Ｍｎ：０．５〜１．５％Ｍｎ％については、溶鉄の脱酸のために０．５％以上は
必要であり、１．５％以上ではＳｉと同様硬度上昇に寄
与する反面材質的に脆くなることから、その上限を１．
５％に規定する。

外殻を形成する高硬度高クロム材は、以上の各成分をそ
の基本組成とするものであるが、必要に応じてはその他
若干の適宜合金元素の含有を許容するものであり、残部
は不純物を除き実質的Ｆｅから成る。

次に本発明ロールの内殻材について説明すると、内殻は
外殻の成分、特にＣｒが一部拡散して黒鉛化を阻害し、
硬く脆い材質にしてしまうことを予め考慮に入れて、そ
の成分範囲を選定する必要がある。

Ｃ：２．８〜３．４％Ｃ含有量については、２．８％以下では黒鉛化が不充分
となり１．所要の強靭性が得られず、一方３．４％以上
では、後述のＳｉ量とのバランスにもよるが、黒鉛が多
く出過ぎて脆い材質となる。

Ｓｔ：２．５〜３．０％Ｓｉ含有量については、外殻からのＣｒの拡散の影響を
打ち消す作用があり、２．５％以上は必要である。

然し、３．０％以上では黒鉛化が粗大となり、材質的に
脆くなる。

尚Ｓｉの添加法としては、例えば溶湯時のＳｉ含有量を
２．５％に調整しておき、その鋳込み時に更にＦｅ−８
ｉを０．３〜０．４％添加するなどの接種を併用するよ
うにすれば、一層良好な結果が得られる。

Ｃｒ：２．０％以下（溶湯時０．２％以下）内殻のＣｒ
含有量は２．０％以下で、可及的少量とするのが望まし
い。

即ち、内殻をその特定化学組成範囲内で、Ｃｒ含有量の
みを漸次増加せしめた実験結果によれば、Ｃｒ２．０％
以上では内殻に白銑化を来たし、ロール軸芯部に充分な
る強靭性が得られないことが判明したのである。

従って、内殻のＣｒ含有量は特に２．０％以下に制限す
る必要があるが、このためには、既述の如く予め外殻か
ら拡散されるＣｒ量を加味して、その溶湯時におけるＣ
ｒ量を制限なる必要があり、拡散の度合にもよるが、内
殻溶湯時のＣｒ含有量は０．２％以下で、可及的少量と
するのが望まれる。

内殻を形成する強靭鋳鉄材は、以上の他Ｍｎ。

Ｎｉ、Ｍｏの一種又は二種以上を２．５％以下含有する
。

これらの元素は内殻の強靭性を確保するために必要であ
るが、合計が２．５％以上になると内殻が硬くなりすぎ
靭性の点で劣り、また経済的にも不利である。

残部は不純物を除き実質的にＦｅから成る。

以上のような本発明ロールの製造法について説明すると
、複合ロールの製造法としては一般に、中抜き鋳造法、
スライディングゲート法、遠心力鋳造法が採用されてい
るが、このうち本ロールの場合では、外殻厚さの管理、
内殻へのＣｒの拡散の問題等に照らし、遠心力鋳造法に
よるのが最も管理し易く且つ経済的である。

そこで遠心力鋳造により、図示のような本発明ロールを
製造する場合−例を挙げて説明すると、内面に適宜コー
ティングを施し遠心力鋳造機上で回転される金型に、先
ず外殻１を形成すべく、Ｃ２，３〜３．０％、Ｓｉ０、
５〜１．０％、Ｎｉ１．５〜３．０％、Ｃｒ１３〜２２
％、Ｍｏ１．５〜３．５％、Ｍｎ０．５〜１．５％と
残部Ｆｅから成る外殻溶湯を鋳込み、この外殻１の内面
未凝固時又は凝固後に、内殻２を形成すべく、Ｃ２，５
〜３４％、Ｓｉ２．５〜３．０％、Ｃｒ０．２％以下で
その他Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏの一種又は二種以上
を２．５％以下含み、残部Ｆｅから成る内殻溶湯を鋳込
むのであり（この場合には遠心力鋳造法に限らない）、
これにより外内殻を完全に冶金学的一体とした本発明ロ
ールが製造される。

尚製造後における内殻２のＣｒ含有量を２．０％以下に
するためには、内殻溶湯のＣｒ量を制限すると共に、内
殻溶湯によって一部溶解される外殻１の割合を調整する
必要があり、このためには内殻溶湯の鋳込みのタイミン
グを特に選定して行う必要がある。

今、本発明の具体的１実施例を挙げ、その製造工程から
説明する。

〈実施例〉本実施例は、製品胴径５９０φ、胴長１６７０１、全長
３８００１のロールに本発明を適用した例である。

外殻鋳造条件外殻は、肉厚９５ｍｍ（鋳込み重量２２５０ｋｇ）で、
高Ｃ高Ｃｒ溶湯を回転型に、鋳込温度１４００℃で遠心
力鋳造した。

内殻鋳造条件内殻は、外殻鋳込み開始後２５分後に、金型の回転を停
止し、外殻が完全に凝固したのを確認した後、金型を垂
直に起立し、金型回転停止後４５分後に、鋳込温度１３
８０℃で鋳鉄溶湯を金型上部から鋳込み、外殻と完全に
溶着せしめた。

尚外殻及び内殻の鋳造前における溶湯組成は、下記第１
表の通りである。

上記のような複合ロールを、機械加工後その胴部に超音
波試験並びに破壊試験を行った結果では、外殻と内殻と
は完全に溶着し組織的にも連続したものであることが確
認されると共に、その外殻厚さは内殻によって洗われ６
２〜６５ｍｍに減少していた。

そして、外殻が洗われたことにより、内殻のＣｒ含有量
は溶湯時０．０５％であったものが、胴中央部１．６２
％、上ネック部１．０５％、下ネック部１．６５％に増
大していた。

又、本実施例ロールに５５０℃×１５ｈｒの二段テンパ
ー処理を行った結果では、外殻硬度８０〜８４Ｈｓのも
のが得られた。

尚、本実施例ロールでは、内殻に１．０〜２°０％程度
のＣｒを含有するものであり乍も、その強度靭性は下記
第２表に示す如く、通常の鋳鉄材としてはなお優れたも
のの部類に属することが解る。

以上のような、外殻を高硬度高Ｃｒ材、内殻を強靭鋳鉄
材で形成して成る本発明の高硬度高クロムロール（複合
ロール）では、その外殻にはＨｖ１４００程の高硬度の
クロムカーバイドが組織中に３０％程度得られるものと
なり、又その基地組織は鋳放し状態で既にマルテンサイ
トとオーステナイトとを呈するものであるが、これに５
００℃前後での焼戻し処理を行うことをこより高硬度の
焼戻しマルテンサイト組織が得られるものとなり、これ
ら高硬度のカーバイド並びに基地組織により、外殻には
充分なる耐摩耗性が発揮される。

そして、外殻にはその肉厚方向に亘って殆んど硬度変化
のみられないものであり、使用時には初径から廃却径に
至るまで同一条件で使用出来るものとなる。

又本発明ロールでは、その焼戻し温度を鍛鋼焼入れロー
ルの場合の１５０〜２００℃に比べ、５００℃前後の高
い温度にまで上げて行うものであるため、異常圧延時の
急激な温度上昇に対しても焼戻されることなく安定した
硬度が保持され、クラックも入り難いものとなり、しか
も残留応力は焼入れロールの場合よりも低く耐スポーリ
ング性も安定したものであり、外殻に充分な耐事故性を
備えたものである。

一方、本発明ロールの内殻は強靭性に富む鋳鉄材で形成
されているため、ロール全体としては充分な強靭性を具
有するものとなっている。

従って、本発明の高硬度高クロムロールを、従来、の鍛
鋼焼入れロールに代え冷間圧延予ワークロールとして使
用すれば、その性能並びに使用寿命を著しく改善するも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は複合ロールの一例を示す断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１外殻と内殻とを完全に溶着して一体とした複合ロー
ルにおいて、外殻は、Ｃ２，３〜３．０％、ＳｉＯ，４
〜１．０％、Ｎｉ１．５〜３．０％、Ｃｒ１３〜２２
％、Ｍｏ１．５〜３．５％、Ｍｎ０．５〜１．５％
、残部実質的にＦｅから成り、かつ硬度Ｈｓ８０以上を
有し、内殻は、Ｃ２，８〜３．４％、Ｓｉ２．５〜３．
０％、Ｃｒ２％以下、その他Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏの一
種又は二種以上の合計が２．５％以下、残部実質的にＦ
ｅから成ることを特徴とする冷間圧延用高硬度高クロム
ロール