JPS5855224B2 - 耐摩耗性熱間ロ−ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐摩耗性熱間ロールに係り、更に詳しくは耐摩
耗性にすぐれ、かつ硬さむらの少ない肉盛表面層を有す
る熱延あるいはホットランテーブル用等の熱間ロールに
関するものである。

摩耗した機械部品の再生補修方法として肉盛溶接は広く
一般に普及されており、製鉄用ロール補修の分野でも床
机に利用されている。

製鉄ロール肉盛用溶接材料には耐摩耗性の向上を目的と
してＣ，Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗなどのような硬化元素を多
量に含有させることが必要であるが、これらの合金元素
を多量に含有させた場合、肉盛層の延性が低下し、又ロ
ール肉盛の場合、肉盛面積が広いため残留応力が大きい
ので溶接欠陥殊に溶接割れが発生しやすい傾向がある。

このように耐摩耗性の点では、合金を多量に添加するこ
とが望ましいが、ロールに要求される無欠陥の肉盛層を
得るためには、おのずから限度があり、一般的に実用化
されているものはＣ０，５％以下、Ｃｒ７．Ｏ幅板下を
主成分としＭｏ、Ｖ、Ｗなどを少量添加した肉盛層を有
するロールである。

又、これら実用化された肉盛ロールの肉盛層の組織はマ
ルテンサイトが大部分を占めるいわゆるマルテンサイト
系金属組織であり、冷間圧延用ロールとしては非常に適
したものであるが、ロール自体の温度も上昇する熱間圧
延用として使用した場合、温度が上昇するにつれてマル
テンサイトの変態が生じ軟化するためロール寿命の増加
に対する抜本的な解決はなしえなかった。

このように、熱間ロールとして使用する場合はマルテン
サイト系溶接材料により肉盛したのでは使用中に肉盛層
が軟化するという問題もあり、耐久度の向上に一定の限
度があり、それ以上の耐久度の向上をはかるためには鋳
造ロールあるいは鍛造ロールのように炭化物析出型合金
とすることが好ましいことは従来よりよく知られている
ところであるが、肉盛溶接のごとき急熱急冷する施工法
では割れなどの溶接欠陥の発生を防止することは困難で
あり実用に供し得なかった。

かかる事情に鑑み第３元素添加による高クロム鋼の緒特
性改善研究が低炭素（Ｃ量０．２％）のフェライト系ス
テンレス鋼について従来数多〈実施され、その結果Ｔｉ
、Ｎｂが結晶粒の微細化に効果があり、割れの防止及び
延性の向上に寄与することが報告されている。

この場合Ｔｉ、Ｎｂは同様な効果が認められ単独あるい
は複合添加されるがＮｂ単独添加の場合は、一般にＣ量
の６〜１０倍が必要とされておりＣ量に対して多量のＮ
ｂを必要としている。

しかるに多量のＮｂを金属中に含有するとＮｂＣが粒界
析出し熱間亀裂を生ぜしめたり、σ相の生成やＦｅ２Ｎ
ｂやＦ Ｃ４Ｎｂ５ Ｓ ｉ３などが炭化物とともに析
出して靭性を低下するなどの悪影響があるとされている
ので、Ｎｂの添加上限は１多に抑えられているのが現状
である。

従って必然的にＣ量を０．２％程度以下と低く抑えない
限りＮｂの効果は期待できないものであった。

しかるに本発明者らが行なった高炭素高クロム鋼系肉盛
層の耐割れ性に及ぼすＮｂ添加の影響についての検討結
果では、Ｔｉの添加は全く効果がないばかりか悪影響を
及ぼすのに対しＮｂについては従来の実用鋼ではかえっ
て肉盛層の緒特性を劣化させるとされていた範囲の添加
量により著しい効果が生じ、しかも炭素含有量との間に
密接な関係の存在することを見出し本発明をなしたもの
である。

すなわち、本発明者らはその基本成分がＳｉ０．５俤、
Ｍｎ１．５％、Ｃｒ１３．０％で且つＣが０．８〜２．
４饅、ＮｂがＯ〜１５多まで種々変化するような肉盛層
を得るべく合金粉末充填ワイヤによる潜弧溶接法により
６層肉盛し、肉盛層の割れ発生状況及び硬さに及ぼすＣ
、Ｎｂの影響を調査した。

その結果、耐割れ性の向上にＮｂの添加は効果があるが
、その含有量が１．５％未満では効果が顕著でなく、こ
の成分系の溶接割れを防止するためには少なくともＮｂ
１．５％以上の添加が必要であることが判明した。

しかしＮｂ含有量が１．５優以上であれば必らずしも割
れを防止できるということではなくＮｂ／Ｃと耐割れ性
の間には密接な関係があることが分った。

その結果を第１図に示す。図から明らかな如く、肉盛層
Ｎｂ／Ｃが１．０未満であるとＮｂ含有量が１．５優以
上であっても割れは発生し、健全な肉盛層が得られない
ので、Ｎｂ／Ｃは少なくとも１．０ 以上であること
が必要である。

又Ｎｂ／Ｃが６．０ を超えるとＮｂはＮｂＣとして
必要以上のＣを固定してしまうため鋼目体の自硬性が低
下するのでロールのように耐摩耗性を要求される用途に
は適切ではない。

本発明はかかる知見に基いてなされたものである。

すなわち、本発明の要旨はＣ０，８〜２．４％、ＳｉＯ
，２〜３．０％、Ｍ ｎ ０．３〜３．０ ％、Ｃｒ９
．Ｏ〜１７．０咎、Ｎｂ １．５〜１４．４咎を含有し
又はこれに更にＭｏ４．０％以下、Ｗ４．０％以下、Ｖ
２．０％以下の１種以上を含有し、残部は鉄及び不可避
的不純物よりなり、かつＮｂ／Ｃ＝１．０〜６．０なる
関係を満足する肉盛表面層を有することを特徴とする耐
摩耗性熱間ロールにある。

以下に本発明ロールの合金添加範囲を限定した理由を述
べる。

ＣはＣｒ 、 Ｎｂ 、 Ｍｏ 、Ｗ、 Ｖなどの添加
元素と化合し硬さの高い炭化物を析出し耐摩耗性の向上
に寄与するが０．８％未満の添加では各種炭化物の析出
量が少なく十分な耐摩耗性を有することができず、又２
．４俤超では炭化物の析出量が過多となり脆化した肉盛
層の剥離現象が生じやすくなるので０．８〜２．４条の
範囲とした。

Ｓｉを０．２〜３．０優としたのは溶接法の如何を問わ
ず肉盛溶接を行なう場合、脱酸のためＳｉを含有しブロ
ーホール等の溶接欠陥を防止するためには通常０．２％
以上を必要とするが３，０俤超の場合、肉盛層が脆化し
やすい傾向があるからである。

Ｍｎについても通常の鋼に含有している程度の量を脱酸
のために必要であるが、過度に含有すると残留オーステ
ナイト量が増加し硬さの低下をひきおこすので０．３〜
３．０％に限定した。

Ｃｒは焼入性を向上させ、Ｃと結合し硬さの高いクロム
炭化物を析出し耐摩耗性を増加させるとともに、耐食性
、耐熱性を付与する元素であるが９％未満では析出する
炭化物量が少なく十分な特性を発揮することができず、
又１７饅超では析出する炭化物が過多となり脆化するの
で９．０〜１７饅の範囲に限定した。

Ｎｂは前述のように本発明を構成するうえで最も重要な
元素であり、Ｎｂ添加による耐割れ性の向上への顕著な
効果を見出したことにより本発明にいたったものであり
、その下限は前述の理由により１．５俤とした。

なお上限はＣ含有量及びＮｂ／Ｃとの関連から硬さ低下
のない範囲とし１４．４優とした。

なお、現在一般に市販されているＮｂ添加用原材料（金
属ニオブ、フェロニオブ）には不純物として若干のＴａ
を含んでいるので本発明ロールの肉盛層にも通常幾らか
のＴａを含有することになる。

又、本発明においては更にＭｏ４．０％以下、Ｗ４．０
％以下、Ｖ２．０％以下１種以上を添加することができ
、これら元素の添加により更に肉盛層の硬さレベルの増
加、自硬性の向上をはかることができる。

このような成分を有する肉盛層は所要の合金元素を被覆
材あるいは心線中に含有する被覆アーク溶接棒による被
覆アーク溶接法、所要の合金元素を内蔵フラックス中に
含有するフラックス入りワイヤによるガス被包アーク溶
接法、あるいは所要の合金元素を電極及びフラックスの
一方又は双方に含有した電極あるいはフラックスによる
潜弧溶接法などにより得られる。

一般的には作業能率の面からフラックス入りワイヤある
いは帯状電極とボンドフラックスを組合せた潜弧溶接法
が多く利用されるが、形状の複雑なロールカリバ一部の
肉※※盛など自動溶接の困難な場合は被覆アーク溶接法
を適用するなど最も適した溶接方法の採用が望ましい。

本発明は上記のような成分の肉盛層を厚さ５〜１００、
にわたって熱間圧延ロール、特に形鋼圧延におけるカリ
バ一部あるいは定径ロール、ホットランテーブルローラ
の作動面及び連続鋳造ピンチロールの作動面に有するも
のであり、従来の鋳造ロール、鍛造ロールのようにロー
ル全体を高合金鋼で製造することなしに、ロール心材と
しては８３５Ｃ，５４５Ｃなどの炭素鋼あるいは低合金
鋼とし、ロール内面の靭性を高く維持するとともに硬さ
を必要とする表面層のみを高炭素高クロム鋼で肉盛する
ことによりロール全体としての特性を改善したものであ
って、これに伴なって材料費、製作費の面においてもコ
ストダウンをはかり得るものである。

以下に本発明の効果を実施例により、さらに具体的に示
す。

実施例 全試験とも溶接方法は潜弧溶接とし母材は第１表に示す
テーブルローラ（Ｓ３５Ｃ）を使用した。

第２表に使用したフラックス入りワイヤを一括して示し
た。

フラックスは市販のＭｇ０−Ａ！２０３ＣａＯ−８ｉ０
２系ボンドフラツクスを使用した。

全試験とも第３表に示す条件で溶接を行なったが全て良
好な作業性を示した。

第４表に試験結果を一括して示した。

比較のため本発明の範囲外の成分を有する肉盛層につい
ても検討を行なった。

試験結果を第４表に一括して示すが比較例として示した
Ａｌ ｌ 、Ａ、１３及び應１４の肉盛層は溶接割れが
発生し、製鋼用ロールとして実用に供し得ない。

又Ａ１２の肉盛層では溶接割れが発生せず健全な肉盛層
が得られるがその硬さは低く厳しい摩耗環境に対して実
用性があるとはいい難い。

これと比較して本発明範囲の肉盛層では溶接割れは発生
せず肉盛層の硬さも高い水準を維持でき良好な結果を示
した。

以上詳細に説明したように、本発明はＮｂを従来の実用
範囲以上に添加した肉盛表面層を形成せしめることによ
り割れ発生なしに耐摩耗性にすぐれた表面硬化層を有す
るロールを得ることのできる優れたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は肉盛層成分中のＮｂ／Ｃ比と肉盛層の硬さとの
関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｉ Ｃ０，８〜２．４％、Ｓ ｉ ０．２〜３．０
   ％、Ｍｎ０．３〜３．０％、Ｃｒ ９．０〜１７．０％
   、Ｎｂ １．５〜１４．４多を含有し、残部は鉄及び不
   可避不純物よりなり、かつＮｂ／Ｃ＝１．０〜６．０な
   る関係を満足する肉盛表面層を有することを特徴とする
   耐摩耗性熱間ロール。 ２ Ｃ０，８〜２．４％、Ｓｉ Ｏ，２〜３．０％、
   Ｍｎ０．３〜３．０％、Ｃｒ ９．０−１７．０％、Ｎ
   ｂ１．５〜１４．４％を含有するとともに更にＭｏ４．
   ０％以下、Ｗ４．０％以下、Ｖ２．０％以下の１種以上
   を含有し、残部は鉄及び不可避不純物よりなり、かつＮ
   ｂ／Ｃ＝１．０〜６．０なる関係を満足する肉盛表面層
   を有することを特徴とする耐摩耗性熱間ロール。