JPS6116334B2

JPS6116334B2 -

Info

Publication number: JPS6116334B2
Application number: JP21317481A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Nakagawa; Takashi Hashimoto; Hiroaki Katayama; Takeru Morikawa
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1981-12-28
Filing date: 1981-12-28
Publication date: 1986-04-30
Also published as: JPS58116911A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はすぐれた耐摩耗性、耐肌荒性並びに耐
事故性を備えた三層構造を有する複合ロール及び
ローラーに関する。周知のように、熱間連続薄板圧延機（通常ホツ
トストリツプミル）における仕上圧延機用ワーク
ロールや冷間連続圧延機用ワークロール等にあつ
ては、圧延材と接する胴部に次のような特性が要
求される。耐摩耗性……圧延材の表面性状、板厚精度に関係
する重要な要因である。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。耐事故性……異常圧延に対して充分な強靭性を有
していること。そこで、従来はこれらの特性に対応するロール
材質として、アダマイト材、Niグレン材、ダク
タイル材、チルド材、鋳鋼材、鍛鋼焼入れ材等が
広く賞用されているが、これらの材質には夫々一
長一短があり、上記諸特性に充分適合し得るもの
は見当らない。例えば、遊離セメンタイトを多量
に晶出したアダマイト材やNiグレン材では、耐
肌荒性、強靭性の点で問題があり、また黒鉛の晶
出した材質では黒鉛が欠け落ち肌荒れの原因とな
る。上記諸特性に最も適合する材質としては、組識
中に高硬度の炭化物を均一に分散せしめたものが
有効であり、このためにはCr含有量を高め、耐
肌荒性、耐摩耗性を向上せしめた高クロム鋳鉄材
を用いるのが有利である。そこで現在では、叙述
のワークロール等やその他耐摩耗ローラー等の用
途に対していわゆる高クロムロールが適用されて
いる。この高クロムロールにあつては、その同一
材質で高硬度ロールに形成するとロール内部の残
留応力が大きくなり、製造上困難を来たすため、
一般にはその胴部（外層）とネツク部（内層）と
を異材質で形成した複合ロールを用いることが多
く、またその製造手段として一般に遠心力鋳造法
が採用されている。しかし乍ら、この複合高クロムロールの場合で
は、その外層には非常に硬度の高い耐摩耗性等に
すぐれたものが得られるものの、外層が高クロム
材であるため、これに例えばダクタイル鋳鉄材の
内層を溶着一体化せしめて鋳造すると、遠心力鋳
造法によつてもその鋳造時には内層に外層から
Crが不可避に混入され、これがため内層の強靭
性が著しく損われる問題点がある。そして、この
内層劣化の問題は中間層を介在せしめた場合に
も、その中間層自身が白銑化して劣化すると解消
できないこととなる。本発明は外層を高クロム材、内層をダクタイル
鋳鉄材により遠心力鋳造複合ロールを形成する場
合、あるいは同外内層の組合せで遠心力鋳造複合
耐摩耗ローラーを形成する場合における上記問題
点を解消することを目的としてなされたものであ
り、本発明は下記に各々詳述するような外層、中
間層及び内層を溶着一体化してなる新規な三層構
造を有する複合ロール及びローラーを提供するも
のである。なお明細書中、化学成分の値は全て重
量％を意味する。以下本発明に係る複合ロール及びローラーの各
層について説明する。〔外層〕外層は、C2.0〜3.2、Si0.5〜1.5、Mn0.5〜1.5、
P0.08以下、S0.06以下、Ni1.0〜2.0、Cr10〜25、
Mo0.5〜1.5を含み、残部実質的にFeでかつ硬度
Hs70〜80を有する高クロム鋳鉄から形成され
る。なお、外層の硬度をさらに高める目的で、上
記Feの１部に代えてNb1.0以下、V1.0以下の１種
又は２種を含有することもできる。外層の成分範囲限定理由は次の通りである。Ｃ：2.0〜3.2 Ｃは（Fe−Cr）₇C₃型炭化物を安定にする範囲
内として後のCr量とバランスし、目的のカーバ
イド量によつて決定される。しかして、C2.0未
満では炭化物量が少なく耐摩耗性に不足し、一方
3.2を超えると炭化物量が過多となり、機械的強
度特に靭性の点で劣化が著しい。 Si：0.5〜1.5 Siは溶湯の脱酸のために必要であるが、0.5未
満ではその効果が充分でない。しかし、1.5を超
えて含有されると、機械的性質の劣化をきたし、
同時にAr₁変態点を下げ硬度を得難くする。 Mn：0.5〜1.5 MnはSiの脱酸の補助として少なくとも0.5以上
の含有を必要とし、0.5未満では充分な脱酸効果
が得られない。しかし、1.5を超えて含有される
と、機械的性質特に靭性の点で劣化が著しい。Ｐ：0.08以下Ｐは特にロール材質においては少ない程望まし
い元素で、材質を脆くするという点からも0.08以
下に抑えられる。Ｓ：0.06以下ＳとＰと同様の理由で少ない程望ましく、その
含有量は0.06以下とする。 Ni：1.0〜2.0 Niは焼入性を向上させ積極的に硬度調整を計
るために含有させるもので、1.0未満では効果が
不足し、一方2.0を超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り難く、特に硬度
Hs70以上を達成する見地からはその含有量を1.0
〜2.0の範囲とする。 Cr：10〜25 Crは強靭性と耐摩耗性を向上させるために含
有されるが、その含有量が10未満ではM₃C型の炭
化物が多く晶出し、強靭性の低下及び炭化物の微
細均一化が得られず、他方25を超えて含有される
とM₂₃C₆型の炭化物量が増加する。この炭化物は
M₇C₃型炭化物に比べて硬度が低く、充分な耐摩
耗性が得られない。従つて、Cr含有量は適正な
M₇C₃型炭化物の得られる範囲として、前記Ｃ含
有量とのバランスを勘案して、10〜25の範囲とす
る。 Mo：0.5〜1.5 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るが、その含有量が
0.5未満ではこのような効果が少なく、一方1.5を
超えて含有されると基地中に残留オーステナイト
が安定化し、かえつて硬度低下を来たすおそれが
ある。外層を形成する高クロム鋳鉄材は以上の成分を
含み、不純物を除き残部Feからなるが、外層材
質には耐摩耗性を更に高める目的で、次のNb、
Ｖの１種又は２種を必要に応じ含有せしめること
ができる。 Nb：1.0以下 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て耐摩耗
性が向上するが、特に硬度Hs70以上ではNb含有
量が1.0以下で必要十分である。すなわち、Nbが
1.0を超えて含有されても、その改善効果はもは
や飽和しコスト高となるためである。Ｖ：1.0以下ＶはNbと同様な目的で含有されるもので、同
様の見地により1.0以下の含有量で必要十分であ
る。すなわち、1.0を超えてもその効果は飽和し
ており、むしろＶ炭化物が多くなり靭性の点で劣
化するためである。〔中間層〕中間層は、C2.0〜3.0、Si0.5〜2.0、Mn0.5〜
1.0、P0.06以下、S0.06以下、Ni8〜20、Cr5以
下、Mo0.5以下、Ti0.1以下を含み、残部実質的
にFeの特にNi含有量の高い鋳鉄から形成され
る。この中間層の意義は、内層へのCrの混入に
よる内層強靭性の劣化防止と共に、中間層自身の
白銑化による劣化を防止することにある。中間層の成分範囲限定理由は次の通りである。Ｃ：2.0〜3.0 中間層のＣ含有量は、外層内面の一部が中間層
溶湯によつて溶解され、外層のＣと中間層のＣが
混合するとき、このＣ含有量の差をできるだけ少
なくし、Ｃ含有量をなめらかに変化させることが
必要である。このため中間層のＣ含有量は2.0以
上必要である。しかし3.0を超えると、中間層が
外層から混入される多量のCrによつて白銑化
し、靭性に劣化をきたすため好ましくない。 Si：0.5〜2.0 Siは溶湯の脱酸効果から0.5以上は必要である
が、2.0を超えると脆くなり、中間層の機械的性
質の劣化を来たす。 Mn：0.5〜1.0 MnについてもSiと同様の効果があり、かつ
MnSとしてＳの悪影響を除去するため0.5以上は
必要であるが、1.0を超えるとその効果も飽和し
かつ機械的性質の劣化を来たすため好ましくな
い。Ｐ：0.06以下Ｐは溶湯の流動性を高めるが、材質の靭性を低
下させるので0.06以下とする。Ｓ：0.06以下ＳもＰと同様にロール材質を脆弱にするため実
害のない0.06以下とする。 Ni：８〜20 Niは外層から混入されるCrの影響を抑え、中
間層の白銑化の防止に効果を奏する。このため
Ni含有量はCr混入量に外じて多量に含まれるこ
とを必要とし、８未満ではその白銑化防止効果が
充分に期待できない。一方Ni含有量が増加し20
を超えると、その効果も殆んど飽和し、反面コス
ト高を招来するため好ましくない。 Cr：５以下 Crは外層から中間層に不可避に混入される
が、５以上含有されると中間層が白銑化して脆く
なり、低い程望ましい。また中間層に５以上Cr
が含まれると、内層溶湯を鋳込んだ際中間層の一
部が洗われて内層に混入されるCr量が増し、ひ
いては内層の靭性低下を来たし好ましくない。 Mo：0.5以下 MoはNiと同様の効果を奏するが、0.5を超える
と硬くなり過ぎ好ましくない。 Ti：0.1以下 Tiについては脱酸のため必要であるが、0.1を
超えて含まれると、溶湯が過酸化状態となり、か
つ溶湯の流動性を低下するため好ましくない。な
おTiの代りにAl、Zr等の脱酸剤で脱酸しても同
様の効果が期待できる。中間層を形成する材質は以上の成分を含み、不
純物を除き残部Feからなる。〔内層〕内層は、C3.0〜3.8、Si2.3〜3.0、Mn0.3〜1.0、
P0.1以下、S0.02以下、Ni2.5以下、Cr1.5以下、
Mo1.0以下、Mg0.03〜0.1を含み、残部実質的に
Feの強靭なダクタイル鋳鉄から形成される。内層の成分範囲限定理由は次の通りである。Ｃ：3.0〜3.8 Ｃ含有量が3.0未満の場合では、材質のチル化
が進行し、内層の靭性低下が著しく、一方3.8を
超えると黒鉛化が過剰となり、内層材として強度
不足となるためである。 Si：2.3〜3.0 Siについては、2.3未満では黒鉛化が悪くセメ
ンタイトが多く析出し、内層の強度が劣化して残
留応力により鋳造割れを起こし易い欠点を生じ、
一方3.0を超えると黒鉛化が過剰となつて強度の
劣化を来たすためである。 Mn：0.3〜1.0 MnはＳと結合しMnSとしてＳの悪影響を除去
するのに有効であるが、0.3未満ではこの効果が
なく、一方1.0を超えるとむしろ材質の劣化作用
が著しく好ましくない。Ｐ：0.1以下Ｐは溶湯の流動性を高めるが、材質を脆弱にす
るため少ない程望ましく、0.1以下とする。Ｓ：0.02以下ＳはＰと同様に材質を脆弱にし、しかもダクタ
イル鋳鉄ではMgと結合しMgSを形成するため、
黒鉛の球状化を図るためにもＳ含有量を低く抑え
る必要があり、0.02以下とする。 Ni：2.5以下 Niは黒鉛の安定化剤として含ませるが、2.5を
超えても顕著な効果がなく、コスト的にも不利と
なるため2.5以下とする。 Cr：1.5以下 Crの含有量は低い程望ましいが、外層のCr含
有量が高いため中間層の介在によつてもある程度
の混入は避けられない。しかし、1.5％を超える
と材質中にセメンタイトが多くなり靭性が劣化す
るため1.5以下とする。 Mo：1.0以下 Moは黒鉛の晶出を阻害するので好ましくない
が、その含有量を実害のない1.0以下とする。 Mg：0.03〜0.1 Mgは黒鉛の球状化を図り内層を強靭なダクタ
イル鋳鉄とするために必要であるが、0.03未満で
は球状化不良を来たす。しかし、Mgが0.1を超え
るとチル化作用及びドロス生成の点において好ま
しくない。内層を形成するダクタイル鋳鉄材は以上の成分
を含み、不純物を除きFeからなる。本発明に係る複合ロール（又はローラー）は、
以上のような外層、中間層及び内層を冶金学的に
溶着一体化せしめてなるものであるが、その遠心
力鋳造法による好適な製造法について下記に説明
する。まず、内面に耐火物を被覆して所定の内面形状
に構成した金属製鋳型を遠心力鋳造機上で回転
し、これに外層を形成すべき溶湯を鋳込み、その
内面が未凝固の間に中間層を鋳込む。しかる後、
外層と中間層が完全に凝固した後、鋳型を垂直に
立てて上部から内層溶湯を鋳込み、ここにおいて
外層、中間層及び内層の三者を冶金学的に完全に
結合させた一体の複合ロール（ローラー）を得る
のである。なお内層の鋳込み時期については、外
層と中間層の両者が未だ完全に凝固していない内
面の一部未凝固状態で、水平又は傾斜状態での適
宜方法により内層を鋳込むようにすることもでき
る。このようにして製造されるロール及びローラー
の具体的な構造例を掲げれば図示の通りであつ
て、図中１は外層、２は中間層、３，３′は内層
を示す。なおローラーの場合では、一体式のもの
の他に、図例のようなアーバーに焼ばめて組立る
中空のものがあり、後者の場合では中実品の内部
を穿孔することによつて形成される。次に本発明の実施例を従来例、参考例と共に説
明する。実施例製品胴径680φ、胴長1800mm、全長3500mmのロ
ールを製造した例。〔製造工程〕 (1) 外層として肉厚80mm（2100Kg）の第１表記載
の高クロム鋳鉄溶湯を遠心力鋳造機上の回転金
型に1400℃で鋳込んだ。 (2) 外層の鋳込開始後13分後に、中間層溶湯を肉
厚30mm（650Kg）分を回転金型に1480℃で鋳込
んだ。 (3) 外層の鋳込開始後34分後に、外層及び中間層
は完全に凝固した。 (4) その後金型を垂直に立てて上部から内層とし
てダクタイル鋳鉄溶湯を1355℃で鋳込み、金型
を完全に満たした後押湯保温材でカバーした。〔試験結果〕上記の製造工程で得られた鋳造複合ロールを機
械加工後、胴部の超音波テスト及び破断調査に供
した。この結果、外層厚さは中間層によつて洗わ
れ64〜67になつており、一方中間層は31〜36mmで
そのCr含有量は6.01％であつた。また外層、中間
層及び内層の三者は完全に結合しており、組識的
な連続性も認められた。なお、外層、中間層及び
内層の化学成分は第２表の通りである。第１表及
び第２表において、成分単位は重量％、残部実質
的にFeである（従来例、参考例において同じ）。

【表】

【表】上記複合ロールの外層と中間層及び中間層と内
層の境界部から丸棒試験片を採取して圧縮試験に
供した。尚、境界面は試験片の軸方向に対して45
度となるように設定された。試験結果は下記の通
りであつた。 ●外層と中間層の境界部圧縮強度……234Kg/mm² 境界にすべりは認められなかつた。 ●中間層と内層の境界部圧縮強度……192Kg/mm² 境界にすべりは認められなかつた。〔使用成績〕前記複合ロールを、ホツトストリツプミルの仕
上前段スタンドに使用した。その成績を第３表に
示す。尚、同表中には比較のため、下記成分の単
体アダマイトロールの使用成績も併記した。本発
明ロールは、使用中、異常摩耗、クラツク、欠け
落ち等はまつたく生じなかつた。 ●比較例（アダマイトロール）の製品化学成分Ｃ：1.60％、Si：0.57％、Mn：0.88％、Ｐ：
0.024％、Ｓ：0.010％、Ni：0.83％、Cr：1.05
％、Mo：0.57％、Ti：0.013％（単位重量％、
残部実質的にFe）

【表】第３表より本発明の複合ロールは、比較例のロ
ールに対して耐摩耗性、耐肌荒性が極めて優れて
いることが判る。従来例下記第４表の溶湯を用いて、実施例と同様の条
件で複合ロールを製造した。製造された複合ロー
ルの製品の化学成分を第５表に示す。該ロール
は、外層が高クロム鋳鉄であるが、中間層が低
Ni材で形成されたものである。

【表】

〔製造工程〕

(1) 外層として肉厚80mm（2100Kg）の高クロム鋳
鉄溶湯を遠心力鋳造機上の回転金型に1400℃で
鋳込んだ。 (2) 外層の鋳込開始後13分後に、中間層溶湯を肉
厚30mm（650Kg）分回転金型に1480℃で鋳込ん
だ。 (3) 外層の鋳込開始後33分後に、外層及び中間層
は完全に凝固した。 (4) その後金型を垂直に立てて上部から内層とし
てダクタイル鋳鉄溶湯を1355℃で鋳込み、金型
を完全に満たした後押湯保温材でカバーした。〔試験結果〕上記の製造工程で得られた鋳造複合ロールを機
械加工後、胴部を超音波テスト及び破断調査に供
した。この結果、外層厚さは中間層によつて洗わ
れ68mm〓になつており、一方中間層は30〜35mmで
そのCr含有量は4.4であつた。また外層、中間層
及び内層の三者は完全に結合しており、組織的な
連続性も認められた。なお、外層、中間層及び内
層の化学成分は下記の通りである。

【表】

〔製造工程〕

(1) 外層として肉厚70mm（1030Kg）の高クロム鋳
鉄溶湯を遠心力鋳造機上の回転金型に1400℃で
鋳込んだ。 (2) 外層の鋳込開始後10分後に、中間層溶湯を肉
厚35mm（410Kg）分回転金型に1500℃で鋳込ん
だ。 (3) 外層の鋳込開始後25分後に、外層及び中間層
は完全に凝固した。 (4) その後金型を垂直に立てて上部から内層とし
てダクタイル鋳鉄溶湯を1400℃で鋳込み、金型
を完全に満たした後押湯保温材でカバーした。 (5) 次に上記工程で得られた中実ロール体の胴部
から800のローラー素材を採取し、これを機
械加工により外径630φに仕上げた。 (6) 次いでその内層部に350φの孔を全長にわた
り穿孔し、所定寸法の中空ローラーを製造し
た。〔試験結果〕上記の製造工程で得られた複合ローラーを胴部
の超音波テスト及び製品加工後における被断調査
に供した。この結果、外層厚さは中間層よつて洗
われ60mm〓になつており、一方中間層は30〜35mm
でそのCr含有量は約4.8であつた。また外層、中
間層及び内層の三者は完全に結合しており、組織
的な連続性も認められた。なお、外層、中間層及
び内層の化学成分は下記の通りである。

【表】

【表】本発明の製造法として、遠心鋳造を述べてきた
が、この外に薄い仕切板を用いた置き注ぎ法等が
ある。以上詳細に述べた如く、本発明に係る複々ロー
ル又はローラーにあつては、外層をHs70〜80の
高硬度を有する高クロム鋳鉄材で形成し、一方内
層を強靭性にすぐれるダクタイル鋳鉄材で形成す
ると共に、両者の間に特にNi含有量の高い中間
層を介在せしめて構成したものであるから、外層
からのCrの混入による内層劣化の問題を防止で
き、かつ又中間層自身が白銑化して脆弱となる従
来複合品の問題も完全に解消できるものであり、
この種複合ロール又はローラーの品質、使用特性
を確実に保証するものである。本発明品の好適な適用用途としては、ホツト又
はコールドストリツプミルの仕上ワークロール、
ホツトスキンパス用ロール、耐摩耗ローラー等が
挙げられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る複合ロールの構造例を現
わす側面縦断面図、第２図はその正面断面図であ
り、第３図は本発明に係る複合ローラーの構造例
を現わす側面縦断面図、第４図はその正面断面図
である。１……外層、２……中間層、３，３′……内
層。

Claims

【特許請求の範囲】１ C2.0〜3.2、Si0.5〜1.5、Mn0.5〜1.5、P0.08
以下、S0.06以下、Ni1.0〜2.0、Cr10〜25、Mo0.5
〜1.5％を各重量％含み、残部実質的にFeでかつ
硬度Hs70〜80を有する高クロム鋳鉄からなる外
層と； C2.0〜3.0、Si0.5〜2.0、Mn0.5〜1.0、P0.06以
下、S0.06以下、Ni8〜20、Cr5以下、Mo0.5以
下、Ti0.1以下を各重量％含み、残部実質的にFe
の鋳鉄からなる中間層と； C3.0〜3.8、Si2.3〜3.0、Mn0.3〜1.0、P0.1以
下、S0.02以下、Ni2.5以下、Cr1.5以下、Mo1.0以
下、Mg0.03〜0.1を各重量％含み、残部実質的に
Feのダクタイル鋳鉄からなる内層とを溶着一体
化してなることを特徴とする複合ロール及びロー
ラー。