JPS6116335B2

JPS6116335B2 -

Info

Publication number: JPS6116335B2
Application number: JP21317581A
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: JPS58116912A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はすぐれた耐摩耗性と耐事故性を兼備す
る中空の複合ローラーに関する。一般に、耐摩耗用ローラーには次の特性が要求
される。 (1) 耐摩耗性この種ローラーは通常大量のものを粉砕する
が、その被粉砕物には比較的硬いものから腐食
性の強いものまで種々のものがある。硬いもの
を粉砕する場合では、ローラーは磨耗されて行
き、被粉砕物に混入される。一方腐食性の強い
ものを粉砕する場合では、その強い腐食性の為
に摩耗が進み、被粉砕物に混入される。従つ
て、このような使用状態からローラーは耐食性
に富みかつ耐摩耗性に優れた組織を均一にもつ
ものでなければならない。 (2) 耐事故性被粉砕物がローラーに流れ込むなどの異常時
には、ローラーに急激な応力が働きローラーの
事故発生に結びつき易い。このためローラーは
耐事故性に劣ると異常摩耗され、ローラー寿命
は著しく減少する。一方ローラー全体として
は、大量の粉砕処理に耐える十分な強靭性が必
要とされる。また、ローラーは通常軸に焼嵌め
て使用されるため、ローラー内面には粉砕荷
重、焼嵌め時の熱応力、ローラー製造に伴なう
残留応力等が引張応力として作用するため、こ
の内面引張応力に耐える必要があり、ローラー
内面は特に強靭性が要求される。上記のような必要特性から、従来はこの種用途
のローラーにはいわゆる高クロムローラーが使用
されている。すなわち、外層を耐摩耗性、耐食性
に優れた高クロム鋳鉄材で形成し、一方内層は耐
事故性を確保すべくダクタイル鋳鉄等の強靭材で
形成し、両者を溶着一体化せしめて中空の複合ロ
ーラーに構成したものである。そして、この複合
ローラーの製造方法としては、外層厚さの管理容
易性、内層へのCrの拡散防止、経済性等の見地
から遠心力鋳造法が最も好適な手段として確立さ
れている。しかし乍ら、この種複合ローラーの問題点とし
て、外層が高クロム材からなるため、製造上内層
へのある程度のCrの混入拡散は避けられず、こ
れがため内層を強靭なダクタイル鋳鉄とすること
が難しく、引張強度で30Kg/mm²以下の普通鋳鉄な
みの強度しか得られず、複合ローラーとしての所
期の強靭性、耐事故性を満足できないことが挙げ
られる。本発明は外層を高クロム鋳鉄材、内層をダクタ
イル鋳鉄材により鋳造複合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
するような外層及び内層を溶着一体化してなる新
規な二層構造を有する中空の鋳造複合ローラーを
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ラーの各層について
その熱処理条件等を併せて説明する。〔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、Cr10〜30、
Mo0.5〜1.5を含み、残部実質的にFeでかつ硬度
Hs70以上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が不足し、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
く、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も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：10〜30 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30を超えると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含有量とバラン
スして、10〜30の範囲に規定される。 Mo：0.5〜1.5 Moは焼入戻し抵抗を高めると同時に炭化物を
形成し、硬度上昇を示す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。上記成分範囲からなる外層高クロム材の鋳鉄組
織は硬い（Fe、Cr）₇C₃型カーバイドと基地は残
留オーステナイト及び一部マルテンサイトより構
成されているが、外層の耐摩耗性及び耐事故性を
向上させる為には、その製造工程で熱処理するの
が通例である。この場合熱処理法には、変態点以
下の温度に加熱し鋳造応力の除去と鋳造状態で生
じた残留オーステナイトを変態させてマルテンサ
イトやパーライト組織にする方法と、変態点より
も高温に加熱してその後の冷却速度を変えること
により鋳造後の冷却速度だけでは得られないよう
な組織を得る方法とがある。耐摩耗用ローラーの用途では、中空ローラー体
をアーバに焼ばめ組立て使用に供されるが、その
場合ローラーはアーバとの焼ばめ部すなわちスリ
ーブ内面からクラツクで割損する例が多い。中空
ローラー体の内層については次に詳述するが、上
記熱処理によれば残留応力の低減と共に内層材質
の強靭性の向上も寄与し、外層のみならず内層材
質の改善にも効果が大きい。なお、上記熱処理後
においては、スリーブの割損に密接な関係のある
残留応力を低減するために適切な温度で歪取り焼
純を行うことは勿論である。以上外層の説明においては硬度Hs70以上と関
連して述べているが、これはこの種ローラーでは
耐摩耗性、耐クラツク性等が要求され、一方耐摩
耗性は硬度との相関が強く、硬度Hs70未満では
耐摩耗性が充分に得られないためである。なお外
層の硬度の上限については規定していないが、前
述の外層化学成分、熱処理では、耐事故性も加味
すると、一般にHs90以上の材質を得ることは困
難である。〔内層〕内層は、C2.0〜3.0、Si2.0〜3.0、Mn0.5〜1.5、
P0.06以下、S0.04以下、Ni13〜25、Cr5以下、
Mo1.0以下、Mg0.02〜0.1を含み、残部実質的に
Feの特にNi含有量の高いダクタイル鋳鉄から形
成される。この内層は外層内面の一部が洗われて
溶着するため、この洗われ量を考慮して内層鋳込
成分を決定する必要がある。内層の成分範囲限定理由は次の通りである。Ｃ：2.0〜3.0 Ｃは靭性と強度を付与するために含有される
が、2.0未満の含有量では材質のチル化が進行
し、内層材としての靭性の低下が著しくなる。一
方3.0を超えて含有されると、黒鉛化が過剰にな
り内層材としての強度不足を来たす。すなわち、
耐摩耗ローラーの用途では通常使用される中空ロ
ーラーとアーバとの機械的結合（通常焼ばめ方
式）時に強度が不足すると大きな嵌合代が取れ
ず、ローラーの軸方向へのズレ、内部からの欠損
に結びつく。 Si：2.0〜3.0 Siは外層のCrが混入して内層材質が脆弱化す
るのを防止するのに有効であるが、2.0未満では
黒鉛化が悪くセメンタイトを多く晶出して強度が
劣化し、残留応力により鋳造時に割れ易くなる。
また3.0を超えると、黒鉛化が促進され過ぎて強
度の劣化を招き好ましくない。なお内層のCr混
入による材質劣化を防止するためには、内層鋳込
時にCa−SiやFe−Siで接種することも有効な方
法であり、この場合にはその接種量を0.2〜0.5
（si分として）とすると共に、接種後のSi含有量
を上記2.0〜3.0の範囲とすることが必要である。 Mn：0.5〜1.5 MnSとは結合してMnSを形成しＳの悪影響を
除去するが、0.5未満ではこの効果が十分でな
く、一方1.5を超えるとＳの有害性の除去よりも
むしろ材質の劣化作用が著しくなつて好ましくな
い。Ｐ：0.06以下Ｐは溶湯の流動性を高めるが、材質を脆弱にす
るため低い程望ましく、0.06以下とする。Ｓ：0.04以下ＳはＰと同様に材質を脆弱にするため低い程望
ましく、かつ又内層ダクタイル鋳鉄の場合ではＳ
がMgと結合しMgSとして黒鉛の球状化を阻害す
るためこの見地からもＳは低い含有量であること
が必要であり、0.04以下とする。 Ni：13〜25 Niは内層の強靭性を確保するためCr量とバラ
ンスして含有される。すなわち、NiはCrが外層
から混入して内層が白銑化するのを防止するため
積極的に添加する元素であり、その含有量を増大
することによつて黒鉛化を助長しかつ基地組織を
強靭性のある材質にするのに著効する。しかし
て、内層に混入されるCr量とのバランスから13
未満ではその効果が確実でなく、一方25を超える
とその効果も飽和し不経済となる。なお、内層の
Cr含有量を1.0程度に抑えることができる場合で
は、Ni含有量は15程度でよく、また外層のCr含
有量が高くそれに伴い内層もCrを５近く含有す
る場合では、そのNi含有量を上限25近くまで増
加することが望ましい。しかし、内層のCr含有
量が５を超える場合では、そのチル化効果が大き
く、Ni、Siの増加だけでは材質を調整することが
できず、内層全体の白銑化は避けられない。一般
に、内層のCr含有量３程度に対して、Ni含有量
を20程度とするのが適当である。 Cr：５以下上記の如く、内層の白銑化、脆弱化を防止する
ためには、Cr含有量を５以下に抑えることが必
要である。なお内層には外層からある程度不可避
にCrが混入されるため、内層鋳込溶湯のCr含有
量は低い程望ましく、1.0未満程度に抑えるのが
好適である。 Mo：1.0以下 Moは1.0を超えて含有されると材質が硬くなり
過ぎるため好ましくない。 Mg：0.02〜0.1 Mgは黒鉛の球状化に必要な元素で、0.02未満
の含有量では球状化不良を起こし、内層を強靭な
ダクタイル鋳鉄とすることができない場合を生ず
る。しかし、0.1を超えて含有されると、Mgのチ
ル化作用及びドロス生成の点で好ましくない。内層を形成するダクタイル鋳鉄材は以上の成分
を含み、不純物を除き残部Feからなる。本発明の係る複合ローラーは、以上のような外
層及び内層を冶金学的に溶着一体化せしめてなる
ものであり、好ましくは遠心力鋳造法を利用して
製造される。このようにして製造される複合ローラーの具体
的な使用構造例を掲げれば図示の通りであつて、
図中１，２は中空ローラーを形成する外層、内層
を示し、３はこの中空ローラーが焼ばめられるア
ーバを示している。尚、アーバーの材質としてはSCM−４、SF−
60、鋳鋼、ダクタイル鋳鉄等が適宜使用される。
もつとも、粉砕ローラーとしての性能はアーバー
の材質が焼嵌めの程度には左右されず、専らロー
ラーの外層硬度と内層強度によつて決まる。次に本発明の実施例を参考例、従来例と共に掲
げて説明する。実施例製品胴径630φ、胴長840lの中空ローラーを製
造した例。〔製造工程〕 (1) 外層として肉厚65mm（鋳込重量955Kg）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９分後に、内層として肉厚
100mm（鋳込重量１^T200Kg）のダクタイル鋳鉄
溶湯を回転金型に1400℃で鋳込んだ。 (3) 外層の鋳込開始後40分後に、外層及び内層は
完全に凝固した。 (4) その後型バラシして中空ローラーを取出し、
これを炉内に装入して1000℃まで昇温し、５時
間保持した後炉外に取出し表面が500℃になる
まで一旦強制空冷し、しかる後炉内で500℃に
保持した後炉冷した。〔試験結果〕上記の製造工程で得られた複合ローラーを機械
加工した後、表面からの超音波テスト及び破断調
査に供した。この結果、外層厚さは内層によつて
洗われ50mm〓となつていた。一方内層のCr含有
量は２〜３％に上昇していた。また外層と内層と
は完全に結合しており、組織的な連続性を認めら
れた。なお、外層及び内層の化学成分は下記の通
りである。

【表】

【表】上記複合ローラーの内層の機械的性質を調べた
ところ、下記の通りであつた。引張強度：48.5Kg/mm² 伸び：14％次にこの複合ローラーの外内面を加工し、内径
を370φに形成した後、これを6/10000の焼ばめ代
でアーバに組立てた。その胴部の硬度を測定した
結果、硬度Hs73が得られた（但し550℃×10Hrの
熱処理を２回行つた）。アーバーに組立てられた前記複合ローラーを石
炭粉砕に使用した結果、外層には凹み、異常摩
耗、腐食割れは生じなかつた。また、アーバーの
駆動によるアーバーとローラーのずれ及びローラ
ー内面の割損は皆無であつた。参考例下記の外層及び内層を用いて実施例１と同様に
複合ローラーを製造した。

【表】

【表】上記複合ローラーの内層の機械的性質を調べた
ところ、下記の通りであつた。引張強度：50Kg/mm² 伸び：14.8％この複合ローラーの外内面を加工し、内径を
370φに形成した後、これを6/10000の焼ばめ代で
アーバに組立てた。その胴部の硬度を測定した結
果、硬度Hs76が得られた（但し、熱処理として
1000゜×5Hr保持後噴霧水冷し、その後550℃×
10Hrの歪取りを行つた）。従来例実施例と同様に、下記成分（単位重量％、残部
実質的にFe）の溶湯により複合ローラーを遠心
力鋳造した。 ●外層溶湯化学成分（高クロム鋳鉄）Ｃ：2.79％、Si：0.69％、Mn：0.84％Ｐ：0.032％、Ｓ：0.25％、Ni：1.76％ Cr：18.00％、Mo：1.14％ ●内層溶湯化学成分（低Niダクタイル鋳鉄）Ｃ：3.53％、Si：2.56％、Mn：0.43％Ｐ：0.070％、Ｓ：0.010％、Ni：0.71％ Cr：0.17％、Mo：0.09％、Mg：0.050％得られた複合ローラーの内層化学成分（単位重
量％、残部Fe）は下記の通りであつた。Ｃ：3.52％、Si：2.43％、Mn：0.50％Ｐ：0.071％、Ｓ：0.012％、Ni：0.70％ Cr：3.35％、Mo：0.29％、Mg：0.049％また、前記内層の強度は下記の通りであり、
FC鋳鉄の強度レベルであつた。引張強度：26.8Kg/mm² 伸び：0.16％更に、外層と内層との境界は黒鉛形状が悪く、
溶着不良が生じた。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。以上に説明した本発明の複合ローラーでは、外
層を高クロム鋳鉄材で形成する一方、内層を特に
Ni含有量の高いダクタイル鋳鉄材で形成したも
のであるから、耐摩耗用ローラー等の用途に適合
する耐摩耗性と強靭性、耐事故性とを兼備したも
のが得られる。すなわち、従来の単体高クロムロ
ーラーの場合では、靭性の点で劣る致命的欠点が
あり、焼ばめ等の機械的組立には適合できず、ま
た普通鋳鉄材等を内層材として用いる従来の複合
ローラーの場合であつても、その内層のCrの混
入による劣化は避けられない問題点であつたが、
本発明に係るものでは内層材質を改良したことに
よつてCrの混入によつても内層の脆弱化は確実
に防止できるものである。従つて、本発明に係る
中空複合ローラーをアーバに焼嵌め組立て使用す
れば、内層の強靭性が大である故その焼嵌め代を
大きくすることも容易となり、組立ローラーとし
ての使用寿命、安全性を倍増することができる。なお、本発明は叙述の如き耐摩耗用ローラー等
の用途に最適のものであるが、例えば線材仕上用
ロールやホツトストリツプミル粗圧延ロール等の
ロール用途にも利用可能性がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る複合ローラーの使用構造
一例を現わす縦断面図、第２図はその横断面図で
ある。１……外層、２……内層、３……アーバ。

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、Cr10〜30、Mo0.5
〜1.5を各重量％含み、残部実質的にFeでかつ硬
度Hs70以上を有する高クロム鋳鉄からなる外層
と； C2.0〜3.0、Si2.0〜3.0、Mn0.5〜1.5、P0.06以
下、S0.04以下、Ni13〜25、Cr5以下、Mo1.0以
下、Mg0.02〜0.1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が溶着一体
化していることを特徴とする中空複合ローラー。