JPS5830382B2

JPS5830382B2 - 高クロムワ−クロ−ル

Info

Publication number: JPS5830382B2
Application number: JP54138461A
Authority: JP
Inventors: 隆橋本; 義弘中川; 史朗中村
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1979-10-26
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1983-06-29
Also published as: JPS5662950A; US4433032A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は遠心力鋳造により製造された高クロームワーク
ロールに関し、さらに詳しくは、熱間連続薄板圧延機（
ホットストリップミル）、冷間連続圧延機（コールドス
トリップミル）およびホットスキンパス用ロール等の仕
上ケワークロールとして耐摩耗性、耐肌荒性、耐事故性
を備えている高クロムワークロールに関するものである
。

一般に、従来からよく知られているように、熱間圧延、
冷間圧延等における仕上げワークロールは次の特性が要
求される。

（の耐摩耗性圧延材の表面性状、板厚精度に関係する重要な性質であ
る。

（２）耐事故性異常な圧延に対して充分な強靭性を有していることが必
要である。

（３）耐肌荒性ロール表面の性状が圧延材の品質に大きな影響を与える
ので肌荒れに対する抵抗が必要である。

従来から上記３つの特性を備えている材質として、アダ
マイト材、Ｎｉグレン材１．ダクタイル材、チルド材、
鋳鋼材、鍛鋼焼入れ材等が重用されて広く使用されてい
るが、これらの材質には夫々一長一短があって、圧延機
等の仕上げワークロールとして未だ充分なものとはいえ
なかったのであろう即ち、例えば、遊離セメンタイトを
多量に晶出しているアダマイト材やＮｉグレン材では、
耐肌荒性、強靭性にふ−いて問題があす、捷た、黒鉛の
晶出した材質では黒鉛が欠は落ちて肌荒れの原因となる
。

この対策として硬い炭化物を均一に分散させた材質が有
効であり、そのためにＣｒ含有量を多くして耐肌荒性、
耐摩耗性を向上させた材質よりなるロールとするのがよ
いが、同一材質で高硬度にすると、ロールの内部残留応
力が犬きくなり作ることが困難となるので、胴部とネッ
ク部（内層）を別の材質とした複合ロールが用いられて
いることはよく知られている。

このような複合ロールは一般に遠心力鋳造により作られ
る。

しかしながら、上記した複合ロールにかいて、外殻にＣ
ｒ含有量の多い材質を使用し、軸芯材に銅系材質を使用
した場合には、外殻内面のＣｒが軸芯部に拡散してＣｒ
含有量の高い軸芯材を形成しても材質の強靭性は余り劣
化しないので問題がないが、このような軸芯材を銅系材
質とすると上型部の引は巣を防止するための押湯を多く
する必要があり、コストが高くなり、また、弾性係数が
大きいので熱応力や残留応力の面で不利である。

従って、押湯減少と軸芯材の弾性係数を少なくし、熱応
力、残留応力を軽減するため軸芯材を鋳鉄系材料とする
ことが望筐しいが、外殻のＣｒが軸芯材寸で再溶解拡散
した場合は非常に詭い材質となって複合化した意味がな
くなり、昔た、外殻に高Ｃｒ材質を用いた場合、外殻内
面に高融点の酸化膜ができて溶着性が悪いという問題が
ある。

本発明は上記に説明したように、熱間圧延や冷間圧延等
の仕上げワークロールの種々の欠点卦よび問題点を解決
したものであって、耐摩耗性、耐肌荒性卦よび耐事故性
に対して極めて優れた遠心力鋳造により作られた高クロ
ムワークロールである。

本発明に係る高クロムワークロールの特徴とするところ
は、Ｃ２，０〜３゜２褒＊Ｓｌ０．５〜１．５係。

Ｍｎ０．５〜１．５％、ＰＯ，０８％以下、８０
．０６％以下、Ｎｉ１．Ｏ〜２．０％、Ｃｒ
１０〜２５％。

Ｍｏ０．５〜１．５％、Ｎｂ１．０％以下、Ｖ
ｌ、０％以下、残部実質的にＦｅからなる鋳鉄の外層と
、Ｃ３，０〜３．８％、Ｓｉ２．３〜３．０％、
Ｍｎ０．３〜１．０係、Ｐｏ、１多以下、８０．０
２φ以下、Ｎｉ２．０係以下、Ｃｒ１．５％以下、Ｍｏ
１．Ｏｑ６以下、Ｍｇ０．０２〜０．１俤、残部実質的
にＦｅからなる軸芯材との間に中間層として、Ｃ１，Ｏ
〜２．５％、Ｓｉ０、５〜１．５％、Ｍｎ０．５〜
１．５％、Ｎｉ１．５％以下、Ｃｒ５〜１０％
、Ｍｏ１．０％以下、’ｌ” ｉ０．１俤以下、
ｐｏ、１係以下、Ｓｏ、１％以下残部実質的にＦｅから
なる鋳鉄で、中間層が冶金的に一体的に結合されている
ことにある。

本発明に係る高クロムワークロールに関して、これと同
じ技術分野のロールが特開昭５２−５６０１２号公報に
記載されている。

ν そして、この特開昭５２−５６０１２号公報の高クロム
ロールは普通鋳鉄であるのに対して、本発明に係る高ク
ロムワークロールはその軸芯部がＭｇを含有しているダ
クタイル鋳鉄であり、外層が高クロム材であるから中間
層を設けても軸芯部のＣｒ含有量が上昇し、単なるダク
タイル鋳鉄でもチル化し易いものであるのに、Ｃｒ含有
量が約０、５〜１，０条上昇する高クロムロールでは、
普通鋳造の場合はＳｉ含有量を増加させればＣｒの敞害
を防止できるが、ダクタイル鋳鉄ではＳｉ含有量を２．
３〜３．０％と極めて限られた範囲とし、かつ、特殊な
接種および接種後鋳込迄の時間をできる限り短くする必
要がある。

また、特開昭５２−５６０１１号公報に記載の高クロム
ロールの中間層には、Ｔｉ等の脱酸剤が含オれていない
から、溶着部近傍にガス状欠陥ができ易く、中間層と外
層、中間層と軸芯部の境界部では溶着不良ができ易いの
である。

しかし、本発明に係る高クロムワークロールにおいては
、以下詳述するようにこのような問題は全くないもので
ある。

本発明に係る高クロムワークロールについて、以下詳細
に説明する。

先づ、本発明に係る高クロムワークロールの外殻につい
て説明すると、この外層は硬度７０〜８０Ｈｓであり、
以下に、その成分と成分割合について説明する。

Ｃは（Ｆ゛ｅ−Ｃｒ）７Ｃ３型炭化物を安定にする範囲
内としてＣｒとのバランスをとって目的のｃａｒｂｉｄ
ｅ量によって決定され、Ｃ含有量が２．０未満では炭化
物の量が少なく耐摩耗性が減少し、筐た、３．２俤を越
えて含有されると炭化物の量が多くなり過ぎ機械的強度
が劣化する。

よって、Ｃ含有量は２．０〜３．２係とする。

Ｓｉは溶湯の脱酸のためのものであり、０．５％未満
ではその効果がなく、１．５係を越えて含有されると機
械的性質の劣化をきたし、捷た、α−γへの変態温度を
上げるため硬度が得られにくくなる。

よって、Ｓｉ含有量は０．５〜１．５係の範囲とする。

ＭｎばＳｉの脱酸の補助として、その含有量は少くとも
０．５％なければならず、０．５係未満では脱酸の効
果がなく、また、１．５係を越えて含有されると機械的
性質、特に、靭性の点で劣化が著Ｌ−くなる。

従って、Ｍｎ含有量は０．５〜１．５条とする。

Ｐは特にロール材質にあ・いて少なければ少ない程望捷
しいもので、材質を詭くするという点からも０．０８俤
以下とする。

ＳばＰと同様にロール材質を詭くするということから少
なければ少ない程望ましく、含有量は０．０６係以下と
する。

Ｎｉは焼入性を向上させるために積極的に硬度調整とし
て含有させるもので、含有量１．０４未満では効果がな
く、２係を越えて含有されると残留オーステナイトが増
加して硬度が上がりにくく、特に硬度Ｈｓ７０〜８０の
範囲では、Ｎｉ含有量は１．０〜２．０％の範囲とす
る。

Ｃｒは強靭性と耐摩耗性を向上させるためのものである
が、その含有量が１０％未満でばＭ３Ｃ型の炭化物が多
く晶出し、強靭性の低下袋よび炭化物の微細均一化が得
られず、筐た、２５多を越えて含有されるとＭ２３Ｃ８
型炭化物の量が増加し、この炭化物はＭ７Ｃ３の炭化物
に比べて硬度が低いため充分な耐摩耗性が得られない。

よってＣｒ含有量は１０〜２５係とする。

Ｍｏは焼入焼戻し抵抗を高めると同時に炭化物中に入り
炭化物硬度を高めると共に、焼戻し軟化抵抗を促進する
のに有効であり、その含有量が０．５％未満ではこ、の
ような効果が少なく、また、１、５％を越えて含有さ
れると硬度Ｈｓ８０以上となって硬過ぎることになる
。

よってＭｏ含有量は０．５〜１．５優とする。

Ｎｂは鋳造組織の微細化に効果があり、Ｎｂが含有され
ることにより析出硬化が促進され耐摩耗性が向上し、特
に硬度Ｈｓ７０〜８０の範囲では、Ｎｂ含有量が１．０
％未満でこの効果があり、１．０係を越えて含有される
とこの効果は飽和すると共にコストも高くなる。

よって、Ｎｂ含有ｉは１．０多以下とする。

ＶばＮｂと同様な目的で含有させるもので、特に、硬度
Ｈｓ７０〜８０の範囲ではＶ含有量は１．０係未満で
よく、１．０％を越えて含有されると■炭化物が多くな
り、Ｃｒ炭化物が減少することにもなるので耐摩耗性が
逆に低下する。

よって、■含有量は１．０％以下とする。

そして、上記各成分の説明において、硬度Ｈｓ７０〜８
０と関連して説明しであるが、一般に、熱間卦よび冷間
圧延における仕上げワークロールの耐摩耗性は硬度との
相関が強く硬度Ｈｓ７０未満では耐肌荒性、耐摩耗性が
急激に低下し、また、異常圧延に対するロールの局部的
発熱による耐事故性、耐クラツク性に対する抵抗性は硬
１Ｈｓ８０を境にして急激に低下する傾向がある。

従って、優れた耐肌荒性、耐摩耗性、耐事故性、耐クラ
ツク性を確保するためには高クロムワークロールの場合
、硬度Ｈｓ７０〜８０の範囲が好適である。

次に、本発明に係る高クロムワークロールにおける軸芯
材の成分ち−よび成分割合について説明する。

との軸芯材は、中間層を設けることにより、外層のＣｒ
の混入は中間層のない場合に比して非常に低下するが、
全＜Ｃｒの混入を防止することができない。

従って、このＣｒ％の上昇分の約０．５〜１．０％を考
慮して軸芯材の化学成分およびこの割合を選択する必要
がある。

Ｃは靭性と強度を付与するために含有させるが、Ｃ含有
量が３．０係未満では材質のチル化が進行し、軸芯材の
靭性の低下が著しくなり、捷た、３．８俤を越えて含有
されると黒鉛化が過剰となり、軸芯材の強度不足となる
と同時にネック部の硬度が低下し、ネック部が使用中に
肌荒れを起し易くなる。

よって、Ｃ含有量は３．０〜３．８多とする。

Ｓｉは含有量が２．３％未満では黒鉛化が悪く、セメン
タイトが多く析出し、軸芯材の強度が劣化するため残留
応力により鋳造時割れ易くなり、捷た、３．０係を越え
て含有されると黒鉛化が促進して強度の劣化を招来する
。

よって、Ｓｉ含有量は２．３〜３．０俤とする。

ＭｎはＳと結合してＭｎＳとしてＳの悪影響をなく
するが、０．３％未満ではこの効果がなく、また、１．
０咎を越えて含有されると逆にＳの悪影響を防止するよ
りもむしろ材質の劣化作用が著しくなる。

よってＭｎ含有量は０．３〜１．０％とする。Ｐは溶
湯の流動性を増加させるが、材質を脆弱にするので低い
程望オしいもので、Ｐ含有量は０、１多以下とする。

ＳはＰと同様材質を脆弱にするので含有量は低い程良く
、かつ、軸芯材はダクタイル鋳鉄であるのでＭｇと結合
しＭｇＳとなりＳを減少させるが、黒鉛を球状化す
るためにはＳは低いことが必要である。

よって、Ｓ含有量は０．０２％以下とする。Ｎｉは黒鉛
の安定化のために含有されるもので、２．０％を越えて
含有されても顕著な効果がない。

よって、Ｎｉ含有量は２．０％以下とする。

Ｃｒは外層が高クロムであるので中間層が設けられてい
ても、Ｃｒの成る程度の軸芯材への混入は避けられず低
い程車重しいが、Ｓｔとのバランスからその含有量は１
．５俤以下とするのがよく、■、５φを越えて含有され
ると、材質のセメンタイトが多くなり強靭性の点で劣化
する。

よって、Ｃｒ含有量は１．５Ｌ：ｌ）以下とする。

Ｍｏは黒鉛の晶出を阻害するので軽重しい元素であるが
、多量に含有されると硬くなり過ぎるので、Ｍｏ含有量
は１．Ｏ％以下とする。

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％未満では球状化、不良となるため軸
芯材を強靭なダクタイルとすることができず、捷た、０
．１％を越えて含有されるとＭｇのチル化作用および
ドロスの点においても車重しくない。

よって、Ｍｇ含有量は０．０２〜０１多とする。

さらに、本発明に係る高クロムワークロールに卦ける中
間層の成分および成分割合について説明する。

この中間層は外層の高クロムが軸芯材に捷で拡散し軸芯
材がＣｒにより強靭性が劣化するのを防止するのがその
目的である。

Ｃは外層のＣｒが中間溶湯により溶かされてこれが完全
に均一混合したとすると、Ｃｒは合計５〜１０係になり
、Ｃ含有量が１．０％未満では中間層の鋳込み温度が高
くなり、外層が溶かされやすくなってＣｒ量かさらに上
昇しＣｒが軸芯材に拡散するのを防止するための中間層
の意味がなくなり、また、Ｃ含有量が２．５係を越える
と炭化物が多くなり中間層自体が靭性に欠は中間層を設
けた意義がなくなる。

よって、Ｃ含有量は１．０〜２．５優とする。

Ｃｒは中間層を設ける（鋳込む）意義からは低い方が望
芽しいが中間層の鋳込前の取鍋の化学組成としては工業
的に制御し易い１．０係未満とするのがよく、この場合
、Ｃｒ含有量が１．０係を越えて外層から入ってくるＣ
ｒ量との合計のＣｒ含有量が５〜１０％と高くなり、軸
芯材に入るＣｒ量の上昇につながるもので、既述した軸
芯部のＣ％を１．５多以下に抑えるためには中間層のＣ
ｒは５〜１０％の範囲に鋳造条件で調整する必要がある
。

従ってＣｒ含有量は５〜１０％とする。

Ｓｉは溶湯の脱酸作用があり、その含有量は０．５係未
満では効果がなく、少なくとも０．５％の含有量は必要
であり、また、含有量が１．５係を越えると詭〈なり中
間層の機械的性質の劣化を招来する。

よって、Ｓｉ含有量は０．５〜１．５係とする。Ｍｎば
Ｓｉと同様の作用があり、かつ、ＭｎＳとなってＳの悪
影響をなくすため、０．５％の含有量は必要で、１．５
優を越えて含有されるとその効果も飽和し、そして、機
械的性質の劣化を招来する。

よって、Ｍｎ含有量は０．５〜１．５係とする。Ｎｉは
焼入性、靭性を付与するために含有させるのであり、積
極的に添加しなくても外殻から混入して０．３％以上に
なるが、１．５％までの含有では問題はなく、と（７）
！果がある。

しかし、その含有量が１．５多を越えると焼入性が良く
基地が硬くなり過ぎ靭性の面、また、残留応力の面から
望１しくない。

よってＮｉ含有量ば１６５係以下とする。ＭｏばＮｉと
同様な作用があり、１．０係を越えて含有されると中間
層が硬くなり過ぎるので、その含有量は１．０％以下と
する。

なふ・、Ｐ、Ｓ、％−よびＴｉについて説明する。

）Ｐは溶湯の流動性を高めるが、ロール材にふ゛いては
材質の靭性を低下させるので、Ｐ含有量は０．１Ｌ：
Ｉ。

以下とする。

ＳはＰと同様にロールの材質を脆弱にするので実害のな
い含有量として０．１％以下とする。

Ｔｉは溶湯の脱酸のため有効であるが、０．１俤を越え
て含有されると溶湯が過酸化の状態となり、かつ、溶湯
の流動性を下げる。

よって、Ｔｉ含有量は０．１係以下とする。

玄た、Ｔｉ０代りに通常脱酸材として使用されるＡｉ
ｔＺｒを使用することもできる。

本発明に係る高クロムワークロールは上記詳述した構成
を有しているものであり、この高クロムワークロールの
製造法について第１図ａ、ｂに示す例により説明する。

１ず、遠心力鋳造機の上で回転し、内面に耐火物を被覆
した金属製鋳型の中に、外層１を形成すべき溶湯を鋳込
んだ後、その外層１の内面が未凝固の間に中間層２を鋳
込む。

この両者、即ち、外層１、中間層２が完全に凝固後鋳型
を垂直に立てて上部から軸芯材３のダクタイル鋳鉄を鋳
込み、この外層１、中間層２および軸芯材３を完全に冶
金学的に結合させて一体のロールとする。

なか、外層１、中間層２の両者が完全に凝固し終らなく
ても、内面の一部が未凝固の状態で水平または傾斜した
適当な方法により軸芯材３を鋳込んでよいのである。

本発明に係る高クロムワークロールの実施例について説
明する。

実施例製品胴径６８０φ、胴長１８００ｔ、全長３８００ｔの
高クロムワークロールを製造するものである。

（υ 外層として肉厚８０ｍｍ（鋳込重量２Ｔ４００ｋ
ｑ）の高クロム溶湯を遠心力鋳造機上で回転する金型
に１４００℃の鋳込温度で鋳込んだ。

（匂外層を鋳込み始めてから１８分後に中間層溶湯と
して肉厚３５ｍｍ（鋳込重量ＩＴＯＯＯＡｙ）沫※ を
回転鋳型中に１４７０℃で鋳込んだ。

（３）、外層を鋳込み始めてから３３分後に外層よ・よ
び中間層は完全に凝固する。

（４）その後、鋳型を垂直に立て上部から軸芯材のダク
タイル鋳鉄を１３８０℃で鋳込み鋳型を完全に満たし、
後押湯保温材でカバーする。

（５）完全に冷却後ロールを鋳型から取出し、機械加工
を行なって最終製品のロールとする。

ロー刈同部の超音波テストと破断調査の結果外層の厚さ
は中間層の鋳込みにより６０ｍｍとなっており、中間層
の厚さは３０〜３５ｗでＣｒ含有量は６．０〜８．０多
であった。

外層、中間層および軸芯材は完全に結合しており組織的
な連続性は認められた。

外層中間層および軸芯材の化学組成は次表の通りである
。

次に、本発明に係る高クロムワークロールの使用例につ
いて説明する。

上記実施例において説明したものと同じ化学組成を有す
るロールをホットストリップミル用のワークロールとし
て使用した。

その結果、特に変形抵抗の高いＨｉ−Ｃ材圧延で優れた
耐摩性を示した。

通常の１回当りの消耗量０．２１ｒｒｖｎ１
回当りの平均ｒｒｔ１ｎ／ＮＯ，３５ｍｍ本発
明の１回当りの消耗量０．１４ｍ＋＋＋１回当
りの平均ｒＭＬ／ＮＯ，２３ｍ＋ｎオた、耐肌
荒性についても、肌荒れのため異常組替したことは全く
なく、かつ終径壕で（片肉４０閣）全く無事故で良好な
結果が得られた。

以上説明したように、本発明に係る高クロムワークロー
ルは上記の構成を有しているものであるから、耐摩耗性
、耐肌荒性および耐事故性にすぐれた熱間連続圧延機、
冷間連続圧延機用の仕上圧延用ワークロールとして好適
なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂは本発明に係る高クロムワークロールの側
断面図と縦断面図である。１〜外層、２〜中間層、３〜軸芯材。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ２゜０〜３．２％、ＳｉＯ，５〜ｌ。５％２Ｍｎ００５〜１．５％、ｐｏ。０８以下、８０．０６％以下、Ｎｉｌ、０〜２．０％。
Ｃｒ１０〜２５％、Ｍｏ０．５〜１．５％、Ｎｂ
１．０％以下、Ｖｌ、０％以下、残部実質的にＦｅから
なる鋳鉄の外層と、Ｃ３，Ｏ〜３．８係＋Ｓｉ２．
３〜３．０係。Ｍｎ０．３〜１．０％、ＰＯ，１％以下、Ｓｏ、０２％
以下、Ｎｉ２．０以下、Ｃｒ１．５％以下、Ｍｏｌ、０
％以下、Ｍｇ０．０２〜０．１％、残部実質的にＦ
ｅからなる軸芯材との間に中間層として、ＣＩ、０〜２
．５％、ＳｉＯ，５〜１．５％、Ｍｎ０．５
〜１．５％。Ｎｉ１．５％以下、Ｃｒ５〜１０％２Ｍｏ１．０％以下
、ＴｉＯ，１多以下、ＰＯ，１％以下、ｓｏ、ｉ多収
下、残部実質的にＦｅからなる鋳鉄で、中間層が冶金的
に一体的に結合されていることを特徴とする遠心力鋳造
クロムワークロール。