JPS6146544B2 - - Google Patents

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
クラツク性を備えた高クロム材からなる外層と、
引張強さ30Kg／mm²以上を有する軸芯部とを複合一
体化せしめてなる新規なワークロールに関する。 周知の如く、鉄鋼用熱間連続薄板圧延機（通称
ホツトストリツプミル）における仕上圧延機用に
供されるものや冷間延機用に供されるワークロー
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、板厚精度に関与
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
大きく影響するため、肌荒れに対する抵抗が
必要である。 耐クラツク性…ロールの寿命を左右しかつクラ
ツクの進展がロールの外層剥離につながるた
め、異常な圧延に対し充分な耐クラツク性を
具備することが必要である。 そこで、従来はこれら三つの特性を比較的よく
兼備する材質として、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つて、上記特性をすべて満足
させることが要求される圧延機の仕上げワークロ
ール等には未だ充分とはいえない問題点を抱える
ものであつた。 例えば、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、そのセメンタイトの
欠落による耐肌荒性の問題があり、かつその遊離
セメンタイトが大きく連続性があると材質が脆弱
になり、また黒鉛の晶出した材質ではこの黒鉛の
欠損が肌荒れの原因となる。このためその炭化物
を硬くしかつこれを均一に分散させたものが、ロ
ールの耐摩耗性、耐肌荒性に対して有効である。 このような方策の一つとして、Cr含有量を高
めて炭化物の形態をM₃C型からM₇C₃、M₂₃C₆型
のものに変え、これを微細均一に分散せしめる手
段を採るのが有利であるが、同一材質で高硬度ロ
ールを得ようとするとロール内部の残留応力が大
きくなり、使用時にトラブルを起し易い欠点を生
じる。 このためこの種ロールにあつては、一般に遠心
力鋳造法により、その胴部とネツク部（軸心部）
を別種の材質で形成したいわゆる複合ロールを多
用していることも周知の通りである。 一方圧延用複合ロールにあつては、圧延材と接
するロール外層には上記諸特性を有すると共に、
その軸芯部には大きな荷重に耐えるための強靭性
が必要とされる。軸芯部の材質として、一般に鋼
系材質を採用すると、材質の強靭性の点からは問
題ないが、反面弾性係数が大きく熱応力や残留応
力の面で不利があり、また鋳造時にはその上型部
での引け巣を防止するため押湯を大きくする必要
もあり、コスト面でも不利となる難点がある。従
つて、製造上押湯の減少を図ること並びに軸芯材
の弾性係数を小さくし熱応力、残留応力を軽減す
ることの見地からは、軸芯材を黒鉛を有する鋳鉄
系材質とする方が望ましい。 本発明は以上のような技術背景及びそれらの欠
点乃至問題点に基いて、熱間圧延や冷間圧延にお
ける仕上用ロール等に供されるワークロールにつ
いて、その耐摩耗性、耐肌荒性並びに耐クラツク
性のいずれに対しても極めてすぐれた特性を有す
る外層高クロム材質からなる新規なワークロール
を提供せんとするものであり、その特徴とすると
ころは、C2.0〜3.2％、Si0.5〜1.5％、Mn0.5〜1.5
％、P0.08％以下、S0.06％以下、Ni0.5〜2.0％、
Cr10〜25％、Mo0.5〜3.0％を各重量％含み、残
部実質的にFeからなる外層と、C3.4％を越え3.8
％以下、Si2.4〜3.0％、Mn0.2〜1.0％、P0.1％以
下、S0.02％以下、Ni2.0％以下、Cr1.0〜1.5、
Mo1.0％以下、Mg0.02〜0.1％を各重量％含み、
残部実質的にFeからなり、かつ引張強さ30Kg／
mm²以上を有する軸芯部とを冶金学的に一体結合せ
しめてなる点にある。 しかして本発明について説明するにあたり、本
発明の技術的意義について述べる。本発明が対象
としているいわゆる「高クロムワークロール」に
ついては、当該技術分野における先行技術とし
て、特開昭52―56012号、特願昭54―138461号が
ある。ところが、これらに記載された高クロムロ
ールは三重層、即ち外層―中間層―軸芯部からな
るロール構造を有するものであり、この点本発明
のものは中間層を全く介層することなく、これら
従来品とは抜本的に構造の異なる新規なものであ
る。また特願昭54―138461号に記載のものは、特
に外層からのCrの拡散が軸芯部にまで悪影響を
及ぼすのを防止すべく中間層を介層せしめる工夫
をしたものであるが、これはその目的達成手段と
して非常に確実有効なものとなる反面、製造上コ
ストアツプを招来すると共に、ロールの用途種別
によつては必要以上の強靭性を軸芯部に保持せし
めて過剰の品質保証となるきらいが認められる。
これに対して本発明は、その対象用途として、一
応軸芯部に引張強さ30Kg／mm²以上が確保されれば
足りるような形状制御、寸法制御のためのロール
ベンダーの付いたミルについて限定し、かかる目
的に適合し簡易に製造し得る実用性に富む高クロ
ムワークロールを提供するものである。 以下本発明に係る高クロムワークロールについ
て詳述する。 まずその外層材質及びその成分限定理由につい
て述べれば、次の通りである。 Ｃは（Fe―Cr）₇C₃型炭化物を安定にする範囲
内でCr含有量とバランスをとりつつ目的のカー
バイド量により決定されるべきであるが、Ｃが
2.0％未満の含有量では炭化物の量が少なく耐摩
耗性が不足し、他方3.2％を越えて含有されると
炭化物の量が多くなり過ぎて機械的強度特に靭性
の点で劣化が著しい。よつて、Ｃは2.0〜3.2％
（重量％、以下同じ）の範囲に規定する。 Siは溶湯の脱酸のために必要な元素であるが、
0.5％未満の含有量ではその効果が充分でなく、
一方1.5％を越えて含有されると、機械的性質の
劣化をきたし、同時にまたAr₁変態点を下げ硬度
が得られ難くなる。よつて、Si含有量は0.5〜1.5
％の範囲とする。 MnはSiの脱酸の補助として少なくとも0.5％は
含有され、0.5％未満では充分な脱酸効果が得ら
れない。しかし、Mnが1.5％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しくなる。
従つて、Mn含有量は0.5〜1.5％の範囲とする。 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％
以下に規制する。 ＳもＰと同様の理由で少ない程望ましく、その
含有量を0.06以下に規制する。 Niは焼入性を向上させ積極的に硬度調整を計
るために含有されるもので、その含有量が0.5％
未満では充分な効果がなく、一方2.0％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
が上り難く、特に硬度Hs65以上を達成する見地
からは、Ni含有量を0.5〜2.0％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％を越えて含有さ
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3.0
％を越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。従
つて、Mo含有量は0.3〜3.0％とする。 以上の成分が外層材質を構成する必須含有成分
（残部は実質的にFe）であるが、外層材質には耐
摩耗性の向上に有効な成分として、更に次の
Nb、Ｖの１種又は２種が必要に応じて含有され
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て耐摩耗
性が向上し、特に硬度Hs65以上の範囲では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％を越えて含有されても、上記硬度水準
ではもはやその改善効果が飽和しコスト高となる
ためである。 ＶはNbと同様な目的で含有されるものであ
り、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％を越えてＶが含有
されても上記硬度水準にあつては既にその効果が
飽和しており、むしろＶ炭化物が多くなり靭性の
点で劣化する幣害をもたらすためである。 次に本発明に係る高クロムワークロールの軸芯
部材質及びその成分限定理由について述べる。 この軸芯材は製造上外層の内面一部を洗つて溶
着するため、もとよりこの洗われ量を考慮してそ
の鋳込み成分を決定する必要がある。 Ｃは靭性と強度を付与するために含有される
が、その含有量が2.8％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、また、
3.4％以下では材質の黒鉛化が不足し、他方3.8％
を越えて含有されると黒鉛化が過剰となり軸芯材
の強度不足を来たす。よつて、Ｃ含有量は3.4％
を越え3.8％以下の範囲とする。 Siは外層のCrが混入して材質が脆弱になるの
を防止するために必要で、その含有量が1.8未満
では黒鉛化が悪くセメンタイトが多く晶出し、軸
芯部の強度が劣化するため残留応力により鋳造時
割れ易くなる。本発明においては、外層のCrが
軸芯部にまで混入して材質を脆弱にするのを防止
する見地から、2.4％以上を含有させる。しか
し、3.0％を越えて含有させると黒鉛化が過度と
なり強度の劣化を招く。よつて、Si含有量は2.4
〜3.0％の範囲とする。尚、軸芯材鋳込時にCa−
SiやFe−Siを同時に0.2〜0.5％（Si分として）接
種し所期のSi含有量にすることは非常に有効な手
段となり得る。 MnはＳと結合してMnSとしてＳの悪影響を除
去する作用を果すが、0.2％未満の含有量ではそ
の効果が充分でなく、一方1.0％を越えて含有さ
れると逆にＳの悪影響を防止することよりむしろ
材質の劣化作用が著しくなる。よつて、Mn含有
量は0.2〜1.0％の範囲とする。 Ｐは溶湯の流動性を増加させるものの、材質を
脆弱にするため低い程望ましく、その含有量は
0.1％以下に規制する。 ＳはＰと同様材質を脆弱にするため低い程望ま
しく、殊に軸芯材は球状黒鉛鋳鉄であるためMg
と結合しMgSとなるＳはその黒鉛の球状化を図
る見地からも少ない程よく、その含有量は0.02％
以下に規制する。 Niは黒鉛の安定化のために含有されるもので
あるが、2.0％を越えて含有されてもそれ以上の
顕著な効果がなく、従つてNi含有量は2.0％以下
とする。 Crは軸芯材の強靭性確保の見地より少ない程
望ましいが、外層が高クロム材質であるため外層
から軸芯部へのある程度のCrの混入は避けられ
ない。しかし乍ら、その許容含有量はSi量とのバ
ランスをも考慮すると1.5％以下に規制する必要
があり、1.5％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。しか
し、外殻と軸芯部とを溶着一体化するに際し、溶
着部を健全にするためには外殻内面の一部を適量
溶かし込む必要があり、またCr含有量を1.0％未
満とすることは経済的な面からも不利となるの
で、軸芯部のCrは1.0％以上とする。尚、Crが1.0
％以上含有しても、Ｃ：3.4％を越え3.8％以下、
Si：2.4〜3.0％とＣおよびSiの含有量を高く設定
しているので、黒鉛化能の不足による材質脆化、
靭性不足を招来することはない。 Moは含有量が多過ぎると材質的にむしろ硬く
なり過ぎる欠点を生じるため、その含有量は1.0
％以下が適当である。 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を来
たし軸芯部を強靭な球状黒鉛鋳鉄とすることがで
きない。しかし、Mgが0.1％を越えて含有される
とMgのチル化作用及びドロス生成の点で幣害を
生じる。従つて、Mgの含有量は0.02〜0.1％の範
囲とする。 軸芯部材質を構成する必須含有成分（残部は実
質的にFe）は以上の通りであるが、この軸芯材
は引張強さ30Kg／mm²以上を有することを特徴とす
るものである。 そこで今、この軸芯部についての引張強さ30
Kg／mm²以上の限定理由について下記に説明する。 通常ワークロールの軸芯部にかかる力として
は、圧延駆動モーターからの捩り応力がある。ま
たこの種ロールが使用されるミルでは、その殆ん
どがバツクアツプロールを有する４重スタンドで
あるため圧延中の軸芯部の曲げ応力は無視できる
が、一方最近のミルでは板厚精度、寸法制御のた
めにベンダーを併設しているミルがあり、この種
ミルでは軸芯部にベンダー荷重による曲げ応力が
働く。従つて、これら二つの応力を合成すると、
軸芯部にはその太さにもよるが、約８〜10Kg／mm²
の曲げ応力がかかることになり、この場合安全率
として３を剰ずると、軸芯部には最低30Kg／mm²の
引張強さが求められることになる訳である。 なお、ミルの形式によつては、軸芯部に最低限
35〜40Kg／mm²の引張強さが要求される場合も生ず
るが、このような場合は先の特願昭54―138461号
における如き外層から軸芯部への格別のCr拡散
防止手段を溝じたものの方がより高い引張強さを
確保する上で有用なものとなるのである。 本発明に係る高クロムワークロールは、以上の
ような外層と軸芯部とを冶金学的に一体結合せし
めてなるものであるが、その製造法について遠心
力鋳造法による好適な１例を添付図と共に簡単に
説明する。 すなわち、図において１は遠心力鋳造機の上で
回転されその内面に所要の耐火物２を被覆した金
属製鋳型であつて、その中にまず外層３を形成す
べき溶湯を鋳込んだ後、その外層３内面が未凝固
又は凝固後に軸芯部４を形成すべき溶湯を鋳込
み、ここに外層３及び軸芯部４を冶金学的に完全
に結合させて一体複合ロールとするのである。 次に下記寸法の高クロムワークロールの具体的
な製造実施例について、比較例と共に説明する。
尚、比較例は軸芯部のＣおよびSi含有量が本発明
規定外のものである。 （寸法）単位mm 製品胴径680φ、胴長1800、全長3800 （製造工程） (i) 外層として肉厚80mm（２^T400Kg）の高クロム
材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。 (ii) 外層の鋳込み開始後23分後に外層は完全に凝
固する。 (iii) その後金型を垂直に立てて上部から軸芯材用
のダクタイル鋳鉄を1365℃で鋳込み、鋳型内を
完全に満たした後その押湯部上部を保温剤でカ
バーした。 (iv) しかして冷却後ロールを鋳型から取出し、所
定の熱処理を施した後、機械加工を加えて最終
製品ロールを得た。 （製品結果） このようにして得られた製品ロールの外層及び
軸芯部における化学組成は第１表の通りである。

【表】 これらのロール胴部を超音波試験に供した結果
では、その外層の厚さは軸芯部溶湯の鋳込みによ
り洗われ67〜72mmの範囲の厚さに減少しており、
一方軸芯部のCr含有量はその機械加工の取代部
で調査した結果、いずれも1.5％以下の値に保た
れていた。そして、外層と軸芯材とは完全に結合
しており、組織的な連続性も認められた。 また、軸芯部の引張強さをCr含有量が最も高
いと推測される下部軸芯部の取代部で調査した結
果、全てのロールで30Kg／mm²以上の値が確認さ
れ、本発明の有効性が充分に裏付けられた。ただ
し、本発明の成分範囲外であるC3.29％、Si2.22
％の比較例のロール軸芯部は本発明の実施例に対
して引張り強さが劣り、軸芯部の強靭性の点で本
発明実施例が優れることが確認された。なおこの
引張試験結果並びに硬度試験結果も上表に掲げ
る。 （製品ロール実施結果） 上表掲載のホツトストリツプミル用ワークロー
ルを仕上前段スタンド及び仕上後段スタンドに組
込み実使用に供した結果、前段スタンド用ロール
は特殊鋼圧延で従来から使用されていたアダマイ
トロールに比べて50％前後上回る良好な耐摩耗成
績を示し、また耐肌荒性についても肌荒れのため
に異常組替されたことはなく、異常圧延時の噛止
めクラツクについても全く問題はなかつた。 後段スタンド用ロールについても、従来から使
用されていたNiグレンロールに比べて耐摩耗性
の点では同等の成績を示し、一方耐クラツク性の
点で優位性が認められた。またNiグレンロール
で認められる圧延材エツジ部のエツジ摩耗は高ク
ロムロールの場合半減した。 また冷間圧延用ワークロールとして使用された
硬度Ｈ_S92の高クロムロールは、従来の鍛鋼焼入
れロールに比べて耐事故性の点で約２倍の優位性
が認められた。 以上詳細に述べた如く、本発明に係る高クロム
ワークロールにあつては、外層を特定組成の高ク
ロム鋳鉄材で形成し、軸芯部を高Ｃ高Siの特定組
成の球状黒鉛鋳鉄材で形成し、かつ両者を溶着一
体化したから、ロールの構造が簡単で経済性に優
れると共に、圧延使用層に当る外層は耐摩耗性、
耐肌荒性および耐クラツク性のいずれにも優れた
特性を有し、一方軸芯部は高Ｃ高Si組成であるが
故に黒鉛化能に優れ、外層からCrが混入しても
30Kg／mm²を充分上回る強度を確保することがで
き、強靭性に優れる。従つて熱間連続圧延機用及
び冷間圧延機用に供されるワークロールとして従
来品に代えて使用すれば頗る優秀な圧延成績を収
めるものとなる。

【図面の簡単な説明】

添付図は本発明に係る高クロムワークロールの
製造方法１例を説明するための断面図である。 ３……外層、４……軸芯部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：2.0〜3.2％ Ni：0.5〜2.0％ Si：0.5〜1.5％ Cr：10〜25％ Mn：0.5〜1.5％ Mo：0.5〜3.0％ Ｐ：0.08％以下 Ｓ：0.06％以下 を各重量％含み残部実質的にFeからなる外層
   と、 Ｃ：3.4％を越え3.8％以下 Si：2.4〜3.0％ Ni：2.0％以下 Mn：0.2〜1.0％ Cr：1.0〜1.5％ Ｐ：0.1％以下 Mo：1.0％以下 Ｓ：0.02％以下 Mg：0.02〜0.1％ を各重量％含み残部実質的にFeからなり、かつ
   引張強さ30Kg／mm²以上を有する軸芯部とを冶金学
   的に一体結合せしめてなることを特徴とする高ク
   ロムワークロール。