JPS5948850B2 - 球状黒鉛鋳鉄カリバロ−ルの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカリバ加工成形による球状黒鉛鋳鉄力リバロー
ルについて、特にそのカリバ底での硬度が高く耐摩耗性
に優れかつ耐折損性にも優れるものの好適な製造法を提
供するものである。

熱間圧延における粗スタンドにおいては、圧延材が高温
であり、またその圧延速度も遅く、従ってロールに受け
る熱影響は極めて大であり、このためその箇所で使用さ
れるロールは熱疲労によるクラックを発生し易く、著し
くはそのクラックが進展して折損事故を発生する危険が
大である。

一般に、球状黒鉛鋳鉄ロールはその球状黒鉛の存在によ
って耐クラツク性については良好な性質を示すが、熱的
条件の厳しい上記スタンドで使用した場合では、やはり
折損事故の発生を完全には免れない。

そして又、粗スタンドでは圧延期間が長く、一方球状黒
鉛鋳鉄ロールは硬度落が大きいため、深いカリバを有す
るこの種ロールでは、耐摩耗性の面で満足できる成績を
挙げることができない例も多い。

このように、粗スタンドで使用される球状黒鉛鋳鉄力リ
バロールについては、耐事故性、耐摩耗性の両面で優れ
ていることが要求されているが、現状のこの種カリバロ
ールにあっては、これらを共に満足することができない
実情にある。

そこで従来は、いわゆるカリバ鋳造法を採用してこの問
題に対処していたのであるが、カリバ鋳造法は鋳造コス
トが高くつき、また鋳造欠陥による不良が発生し易いた
め、現在ではあまり賞用されていない。

以上のような技術的背景に立脚して、本発明はより簡便
なる方法によって、球状黒鉛鋳鉄力リバロールをその耐
事故性を損わず、耐摩耗性を向上させることを目的とし
ている。

すなわち、本発明は下記に詳述するところの化学組成を
有する球状黒鉛鋳鉄材質のカリバ加工成形によるカリバ
ロールについて、その強靭性と共に特にそのカリバ底に
おける硬度を従来品のそれよりもＨｓ５〜１５高めたカ
リバロールを提供すべく、加工及び熱処理方法の工夫改
良に依るその有用な製造方法を提供するものである。

以下本発明について詳述する。

まず本発明に係るロールの球状黒鉛鋳鉄材質について、
その化学成分を下記に説明する。

Ｃ：３，０〜３．７％ Ｃは３．０％未満ではセメンタイト、黒鉛の量共に少な
くなり、球状黒鉛鋳鉄ロール材質としての特長が充分に
発揮できなくなり、他方３．７％を超えて含有されると
脆弱となるため、３．０〜３．７％の範囲に規定する。

Ｓｉ ： １．５〜２．５％ Ｓｉは１．５％未満ではセメンタイト量が多過ぎ、硬く
て脆くなり、また一方２．５％を超えると黒鉛量が多く
なり過ぎ、軟くなると共に基地組織が脆弱となるため、
１．５〜２．５％の範囲に規定する。

Ｍｎ ： ０．２〜１． Ｏ％ ＭｎはＳの害を抑えるのに有効であるが、０．２％未満
ではその効果が少ない。

またＭｎは基地硬度の上昇を容易とするが、その含有量
が多過ぎると材質を脆くするため、その上限を１．０％
とする。

Ｐ：０，０１〜０．２％ 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％以下とする必要がある。

Ｐは低い程望ましいが、０．叶％未満では上記影響がわ
ずかであり、また実際上これよりも少なくすることは困
難であるため、０．０１〜０．２％の範囲とする。

Ｓ：０，０６％以下 ＳはＰと同様に材質を脆弱にし、また黒鉛の球状化を阻
害するため低く抑える必要があり、０．０６％以下に制
限する。

Ｎｉ ： ０．７〜３．０％ Ｎｉは黒鉛化と基地硬度に関係する元素であり、０．７
％未満では黒鉛化が不充分であり、また基地硬度も低く
なる。

他方３．０％を超えて含有されると、セメンタイトが少
なくなると共に、基地が熱的に不安定なベーナイト、マ
ルテンサイトになり易く、熱間圧延には適さない。

Ｃｒ ： ０．０５〜０．６％ Ｃｒは主としてセメンタイト量に関係するものであり、
０．０５％未満ではセメンタイトがほとんど品出せず、
耐摩耗性の上で問題となる。

また一方、０．６％を超えて含有されると、セメンタイ
トが多くなり過ぎ脆くなって好ましくない。

Ｍｏ ： ０．１〜０．６％ Ｍｏはセメンタイト量と基地硬度に関係するものであり
、０．１％未満の含有量ではセメンタイト量が少なくな
り、また基地硬度が低くなる。

一方０．６％を超えるとセメンタイト量が多くなり過ぎ
、またその基地硬度を高める効果も少なくなるため、経
済的にも不利である。

Ｍｇ ： ０．０２〜０．１％ Ｍｇは黒鉛の球状化のために必要であるが、０．０２％
未満ではその効果が無く、逆に０．１％を超えると鋳造
欠陥を発生し易い問題を生じるため、０．０２〜０．１
％の範囲とする。

本発明に係るロールの球状黒鉛鋳鉄材質は以上の成分を
各重量％含み、残部はＦｅおよび通常の不純物から構成
される。

しかして、このような球状黒鉛鋳鉄からなる本発明のカ
リバロールをその製造工程順に下記に詳述する。

熱処理前加工 本発明の製造法においては、その鋳造素材から所定のカ
リバ部を成形したカリバロール製品を得るに当って、そ
の熱処理に先たち、カリバ部を適宜の余肉を残すように
して加工成形する粗加工を加えることを特徴としている
。

すなわち、第１図は１例としてダイヤカリバを有するも
のの例を示すが、その製品寸法（図示点線）に対して、
拳法では予め図示実線のようにカリバ部ａを粗加工して
おくのである。

この際、カリバ部ａの余肉（図示寸法α）は１〜２０ｍ
ｍ （片側）とする。

これは、余肉ａは小さい程効果的である反面、１ｍｍ未
満では正規のカリバ仕上げ加工において、熱処理時の脱
炭層を完全に除去できなくなるためであり、また２０ｍ
ｍを超える場合では、本発明の企図する効果が達成され
なくなることに依っている。

なお、その他フランジ部すの余肉や胴長余肉については
、本発明の目的から特に規定する必要はないが、一般に
フランジ部すは片肉３ｍｍ程度、胴長は片側５ｍｍ程度
で行うことが例示できる。

また、ネック部、メタル部の余肉についても重要でなく
、場合によっては、フランジ部、胴長、ネック部、メタ
ル部は加工を加えずに熱処理を実施することができる。

熱処理 上記の如く、カリバ部に粗加工を加えたロール素材に対
し、本発明は第３図に示すような熱処理を施すことを特
徴としている。

第３図において、特にＢゾーンに当る熱処理が重要であ
る。

すなわち、Ｂゾーンは急速加熱によってもロールが割れ
ない温度（５００℃程度）以上において、１００〜５０
０’（：／Ｈｒで急速加熱し、８５０〜９５０℃で短時
間保持し、２００〜ｂ している。

上記熱処理条件を更に詳しく説明すると、次の通りであ
る。

略５００℃以上からの急速加熱は、ロール内部の温度を
上昇させないためであり、その目的からは１００℃／Ｈ
ｒ以上の昇温速度が必要である。

そして、ロールの破損が起らない限り、この昇温速度は
早い程良いが、現実的な困難性及び必要性に勘案すれば
、５００℃／Ｈｒがその上限速度となる。

また８５０〜９５０℃の温度での保持時間については、
ロール内部（表面から１００ｍｍ程度）の温度が８６０
℃以上にならないことに基いて決定したものであり （
第２図の試験結果参照）、通常ＩＨｒを越えると、それ
が困難となる。

しかし、ロール表面がオーステナイト化される時間は、
いわゆる瞬間的であり、従ってその下限はＯＨｒでもよ
い。

なお、ここで第２図の参考試験についても説明しておく
と、この試験はロール寸法：６００φ×１８００１
（胴部）、化学成分（重量％） ： Ｃ３，４２％、Ｓ
ｉｌ、 ９８％、ＭｎＱ、 ５１％、Ｐｏ、 ０７８％
、３０．０１２％、Ｎｉｌ、４５％、Ｃｒｙ、 ２２％
、Ｍｏ０．１８％、Ｍｇ０．０５２％、残Ｆｅの供試ロ
ールについて、その熱処理温度を変えて、保持時間５Ｈ
ｒ、冷却速度２３０℃／Ｈｒで熱処理したものから各試
験片を採出（胴中央部表面から１２０ｍｍ） Ｌ、その
熱処理温度と伸びとの関係を図示したものである。

熱処理温度８５０〜９５０℃の温度範囲については、８
５０℃未満では急速冷却しても硬度の上昇が少なく、ま
た一方９５０℃を越えると硬度上昇の効果も小さくなる
と共に、セメンタイトの分解が起り始めて問題を生じる
という理由に基いている。

次に冷却速度については、本発明の目的がその表面乃至
その近傍のみの基地組織の高硬度化にあるため、早い程
良く２００℃／Ｈｒ以上を必要とする。

しかし乍ら、５００℃／Ｈｒを越えてもそれ以上の効果
が期待できず、また実際上困難であるため、その上限は
５００℃／Ｈｒ以下とする。

なお第３図においてＡゾーンすなわち昇温過程に当るゾ
ーンは、ロールの破損を防止することのみに注意すれば
よく、別設その昇温過程に特色はない。

また第３図におけるＣゾーンは、急速冷却処理後におけ
る通常の歪取り焼鈍に相当し、一般に４００〜６５０℃
の温度で実施される。

本発明はロール素材に粗加工を加えた後、上記のような
熱履歴を与えることを特徴としているが、かかる熱処理
に供する好適な装置１例を挙げれば第５図に示す通りで
ある。

すなわち、図例の装置にあっては、粗加工後の熱処理が
施されるロール素材１をその両端で回転自在に支持２，
２し、このロール１を囲包するようにして、一側には噴
霧水冷ノズル３，３・・・群を配置し、他側には火炎バ
ーナ４，４・・・群を配置して構成され、熱処理に際し
ては、ロール１を回転させつつその一側ではバーナ４群
で急速加熱し、一方その反対側では噴霧水冷によって急
速冷却を実施し、ロール１に短時間で連続的に所定の熱
履歴を与えるようにしたものである。

なお本発明の実施に当っては、勿論この装置を用いるこ
とを必須とするものではなく、例えばその急速加熱手段
としては、低周波乃至高周波加熱を用いることもできる
し、またその急速冷却手段として、塩浴炉に浸漬して冷
却する方法も利用できる。

以上のような粗加工と特定条件の熱処理を施して得られ
る本発明方法による球状黒鉛鋳鉄力リバロールにおいて
は、そのカリバ部特にカリバ底における硬度がフランジ
部における硬度よりもＨｓ５〜１５高硬度となるものが
確実に得られる。

第４図はこれを実施結果に基いて説明するため、下記の
条件で製造されたカリバロール１例についてその硬度分
布を図示するものである。

製造条件 供試ロール寸法：５５醪Ｘ１５００１ （胴部）化学
成分（重量％） ： Ｃ３，３８％、Ｓｉ２．０９％、
ＭｎＯ，４２％、Ｐｏ、 ０６８％、３０．０１２％、
Ｎｉｌ、 ６２％、Ｃｒｙ、１６％、Ｍｏｂ、１８％、
Ｍｇ０．０５５％、残ｅ カリバ形状：ボックス（幅１６０、深さ８０）カリバ熱
処理前余肉：５ｍｍ 熱処理条件：９００℃Ｘ Ｏ，２Ｈｒ、冷却速度３５０
℃／ｒ この第４図の実施結果について検討すれば、本発明に係
るカリバロールのカリバ底における硬度は、熱処理前に
カリバ加工をしていない部分即ちフランジ部における同
一半径位置での硬度に比較して、Ｈｓ５〜１５高硬度と
なることが容易に看取でき、換言すれば、本発明に係る
ものではこの種従来品に比較してそのカリバ部特にカリ
バ底における硬度が飛躍的に優れ、その圧延摩耗量の減
少に奏効することが明らかとなる。

また、カリバ底における組織中の球状黒鉛の量が、フラ
ンジ部における同一半径位置でのものと略同等であるの
で、カリバ底に発生したクラックの進行を可及的に抑止
することができ好適である。

なお本発明による目標硬度上昇量をＨｓ５〜１５の範囲
としているのは、Ｈｓ５未満ではやはり圧延上の改善効
果（耐摩耗性向上）が少なく、またＨｇＩ２を越える場
合では、実際上その達成が困難であり、またその効果も
相応に期待できないためである。

次に、更に本発明の実施例を掲げて説明する。

〈実施例〉 ロール寸法：５００％Ｘ１２００１ （胴部）カリバ
深さ： ６２ｍｍ 硬度（胴部表面） ： Ｈｓ５５±２ 化学成分（重量％） ： Ｃ３，３１％、Ｓｉｌ、 ９
２％、Ｍｎ０．５６％、Ｐｏ、 ０６２％、Ｓｏ、 ０
０９％、Ｎｉ１．３８％、Ｃｒｙ、２２％、Ｍｏｂ、１
３％、Ｍｇ０．０５２％、残ｅ 硬度結果：カリバ底でＨｓ５２ （従来方法では同位置
でＨｓ４３程度） 本発明は以上詳細に述べた通りであって、本発明に係る
球状黒鉛鋳鉄力リバロールにあっては、そのカリバ部周
辺特にそのカリバ底近傍における硬度を従来品のそれに
比較して、確実にＨｓ５〜１５高めることができ、これ
によって圧延成績におけるその摩耗量を減少することが
でき、しかも球状黒鉛鋳鉄材質の熱処理特性を利用すれ
ば、その表面のみを高硬度化し内部は靭性を損わず優れ
た強靭性を確保することも容易であって、更にカリバ底
乃至その近傍における組織中の黒鉛の量が、フランジ部
での同一半径位置でのものと略同等にすることができる
ので、カリバ底に存在する多量の球状黒鉛の作用で、カ
リバ底に発生したクラックの進行を可及的に抑止するこ
とができ、これによって所期目的とする耐摩耗性に優れ
かつ耐事故性に優れる球状黒鉛鋳鉄力リバロールを提供
することができる。

また本発明の製造法では、そのカリバ粗加工を熱処理前
に実施し、かつ特定条件による熱処理を施すようにして
いるため、上記目的力リバロールの製造手段として有効
なものとなり得、特にその熱処理に際しては、ロール内
部の温度を８６０℃以下に抑えるべく急速加熱手段を採
るようにしているため、ロール内部の温度上昇（８６０
℃を越えると脆くなる）をよく抑えることができ、他面
ロール内部の温度が低いため、引き続くロールの急速冷
却が容易になし得るものとなる特長を有するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るカリバ粗加工例を示す説明図、第
２図は球状黒鉛鋳鉄ロールの熱処理温度と伸びとの関係
を表わす参考試験結果についてのグラフ、第３図は本発
明に係る熱処理温度履歴を示すグラフ、第４図は本発明
の実施例を比較例と共にその硬度分布を示すグラフ、第
５図は本発明に係る熱処理の実施に供する装置１例を示
す説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で、Ｃ：３．０〜３．７％ Ｓｉ：１．５〜２．５％ Ｍｎ：０．２〜１．０％ Ｐ：０．０１〜０．２％ Ｓ：０．０６％以下 Ｎｉ ： ０．７〜３．０％ Ｃｒ：０．０５〜０．６％ Ｍｏ ： ０．１〜０．６％ Ｍｇ ： ０．０２〜０．１％ 残部Ｆｅおよび通常の不純物からなる球状黒鉛鋳鉄鋳造
   力リバロール素材に、その熱処理に先たちカリバ部で１
   〜２０ｍｍの余肉を残すように粗加工を加え、しかる後
   略５００℃以上から１００〜ｂＨｒで急速加熱し、８５
   ０〜９５０℃で短時間保持した後、２００〜ｂ し、次いで歪取り焼鈍し仕上ることを特徴とする球状黒
   鉛鋳鉄力リバロールの製造法。