JP2898749B2 - 高耐摩耗ロール材およびその製造法 - Google Patents
高耐摩耗ロール材およびその製造法Info
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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Description
れるロール材に関する。
圧延使用層の材質として、高クロム鋳鉄材や耐焼付性を
改善した黒鉛晶出型高クロム鋳鉄材が使用されていた。
が要求されるようになり、前記鋳鉄中にNb,Vの一種又は
二種を合計で2%以下添加して、その微細炭化物を結晶
核として生成させ、これによって組織の微細化緻密化を
図り、もって耐摩耗性を改善する試みも行われている
が、耐摩耗性の向上要求に十分対応しているとはいえな
いのが実情である。
は、材質中にWを多量に添加すればよい。しかしなが
ら、複合ロールの外層は、主として遠心力鋳造によって
鋳造されることから、Wが比重差により分離し、周方向
に偏析が生じて均一な材質が得難いという問題がある。
ない均一な材質が容易に得られ、かつ耐摩耗性に優れた
ロール材およびその鋳造法を提供することを目的とす
る。
は、遠心力鋳造装置で鋳造された外層の化学組成を重量
%で、 C :1.9〜3.0%、 Si:0.1〜 2.0% Mn:0.1〜2.0% Cr:3.0〜10.0% Mo:0.1〜9.0% W :1.5〜10.0% V,Nbの内一種又は二種の合計:3.0〜10.0% 残部Feおよび不純物によって構成したものである。
る。
い。
摩耗ロール材溶湯を遠心力鋳造装置で金型内に鋳込んで
複合ロール又は複合スリーブの外層として鋳造後、ロー
ル全体を焼入れ温度(オーステナイト化温度)から400
〜650℃までの温度域を250℃/Hr以上の冷却速度で焼入
れした後、500〜600℃の温度で少なくとも1回以上焼戻
しを行なう。
より限定される。単位は重量%である。
合炭化物を形成すると共にCr,Mo,V,Nb,Wと結合してMC型
の高硬度複合炭化物をも形成する。この高硬度複合炭化
物形成のために、1.9%以上のC%が必要である。一
方、3.0%を越えてCが含有されると炭化物量が増すと
共に脆くなり、耐クラック性が劣化するため、3.0%以
下とする。
のために必要な元素であり、同時に又、使用原材料か
ら、0.1%程度は不可避的に含有される。しかし、2.0%
を越えると靱性の低下を招くため好ましくない。
し、Sによる脆化を防ぐ元素であり、同時に使用原材料
から0.1%程度は不可避的に含有される。しかし、2.0%
を越えると靱性の低下を招くため好ましくない。
炭化物を形成して高温に於ける耐摩耗性の向上に寄与す
る。また、一部は基地中に固溶して焼入れ性および耐摩
耗性を改善する。3.0%未満ではこれらの効果が少な
く、耐摩耗性改善が期待できない。一方、10.0%を越え
て含有されると靱性の劣化を来すために好ましくない。
C型複合炭化物を形成し、常温および高温硬度を高めて
耐摩耗性の向上に寄与する。MoはWに比較して少量添加
でその効果を発揮する。このさい、0.1%未満では所期
の耐摩耗性を得ることができず、一方、9.0%を越える
と靱性の低下を来し好ましくない。
合炭化物を形成し、常温および高温硬度を高めて耐摩耗
性の向上に寄与する。1.5%未満では所期の耐摩耗性を
得ることができず、一方、10.0%を越えると靱性の低下
を来し、耐ヒートクラック性を悪化させる。また、遠心
力鋳造の際、マクロ偏析を生成し易くさせる。このため
10.0%以下とする。V,Nbの内一種又は二種の合計:3.0〜
10.0% V,Nbと同様にFe,Cr,Mo,Wと共にCと容易に結合して、
主としてMC型複合炭化物を形成し、常温および高温硬度
を高めて耐摩耗性の向上に寄与する。また、このMC型複
合炭化物は厚さ方向に枝状に生成するために、基地の靱
性変形を抑止し、機械的性質、さらには耐クラック性の
向上にも寄与する。単独または二種を複合して、3.0%
以上添加しないとかかる効果は現れにくい。しかし、添
加量が10.0%を越えると靱性の低下を招来すると共に、
遠心力鋳造の際、マクロ偏析を生成し易くなる。このた
め、10.0%以下とする。
分という)の他、Feの一部に代えて、Al:0.01〜0.50%
を含有させたものである。Alは溶湯中で酸化物を生成し
て、溶湯中の酸素含有量を低下させ、製品の健全性を向
上させると共に、生成した酸化物が結晶核として作用す
るために凝固組織の微細化による耐摩耗性改善に効果が
あると共に、遠心力鋳造における偏析をも併せて改善す
る効果がある。
は知見した。
C1型炭化物に負うところが大きい。このM1C1型炭化物は
実質的にはV1C1炭化物、Nb1C1炭化物、あるいは(V、Nb)1
C1炭化物であるが、溶湯の凝固過程においては固相率の
小さい段階で晶出するため、遠心力鋳造すると、晶出し
たM1C1型炭化物の粒子と溶湯の平均比重との差違によっ
て、その粒子に内面向きあるいは外面向きの遠心分離力
が働き、偏析を助長する。
動速度は粒子の径に比例するから、遠心力鋳造された溶
湯中に晶出したM1C1型炭化物の粒子が小さいほど、遠心
力による移動は抑えられる。
し、M1C1型炭化物晶出の核となるため、M1C1型炭化物を
微細・分散化させる効果があり、上記のメカニズムによ
って遠心力鋳造における耐摩耗性と偏析を改善する。
01〜0.50%含有させるのであるが、0.01%未満ではこの
効果は十分ではなく、0.50%を越えて含有されると介在
物となって残留し、好ましくない。
および不純物で形成される。尚、P、Sは原料より不可
避的に混入するが、材質を脆くするので少ない程望まし
く、P:0.2%以下、S:0.1%以下に止めておくのがよい。
鋳造、例えば横型遠心力鋳造するのが一般的であるが、
該横型遠心力鋳造に比べて立型遠心力鋳造はGの変動、
遠心力鋳造用金型の振動が小さいので、金型内に鋳込ま
れた溶湯の成分の移動が起こりにくいため、組織均一性
に優れたロール材が容易に得られる。このため、立型遠
心力鋳造すると、横型遠心力鋳造する場合に比べて、特
に鋳込温度を高くすることができ、鋳込作業に時間的余
裕が出来るため作業の容易化が図られ、湯面に形成され
た酸化物等の巻き込みによる鋳造欠陥も防止しうる。
たものや、外層内面に内層を溶着した複合スリーブをロ
ール軸に焼きばめ等により固着したものであるが、本発
明のロール材はいずれのタイプについても、その外層材
として使用可能である。尚、外層から軸芯部や内層に合
金元素が混入し、軸芯材等の強靱性が劣化するのを防止
するために、その間に中間層を鋳造形成することもあ
る。前記軸芯や内層材としては下記第1表(溶湯組成)
に例示した高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼等の強靱
材が使用され、中間層材としてはアダマイト材が使用さ
れる。
造によって形成されている。第1図は横型遠心力鋳造装
置を示しており、遠心力鋳造用金型1は回転ローラ2,2
によって回転自在に支持されており、外層材溶湯は堰鉢
3から注湯桶4を介して金型内に鋳込まれる。5は湯止
め用砂型である。軸芯部を鋳込むときは、外層6を内有
した遠心力鋳造用金型1を起立させ、その両端に軸芯部
形成用の上型、下型を連設した静置鋳型を構成し、その
内部に軸芯材溶湯を鋳込めばよい。該横型遠心力鋳造装
置においては、金型内に鋳込まれた溶湯の各部は金型の
回転毎に上下動するため、Gの変動があり、またローラ
や金型の偏心や傷により振動が発生し易く、鋳込まれた
溶湯中の成分は移動し易い。このため、成分の移動によ
り偏析が生じ易くなるので、通常、凝固開始温度+70℃
程度以下として比較的低温で鋳込むのが良い。
造金型11の上下端には上型12、下型13が組み立てられて
おり、該鋳型は回転する基盤14に同心状に機械的に固定
されている。このため、堰鉢15を介して鋳型内に鋳込ま
れ、遠心力の作用で金型11内面に上昇し付着した外層材
溶湯16は、Gの変動や振動を受けにくい。尚、遠心力鋳
造用金型11のみ基盤14に固定し、外層鋳造後、上型、下
型を組み立て、軸芯部を静置鋳造してもよいことは勿論
である。
外層として鋳造後、ロール全体を焼入れ温度(オーステ
ナイト化温度)から400〜650℃までの温度域を250℃/Hr
以上の冷却速度で焼入れることにより、良好な焼入れ組
織を得ることができる。尚、焼戻しは500〜600℃の温度
で1回ないし数回行うとよい。
ルのみならず圧延付帯設備におけるローラに適用可能な
材質であることを意味し、圧延用ロールの外層材に限ら
ず、例えばホットランテーブルローラ等の中空円筒状ロ
ールの外層材としても適用できる。
た複合ロールの具体的製造実施例を比較例、及び従来例
と対比しつつ説明する。
φ420mm)に凝固開始温度+50℃の鋳込温度で鋳込ん
だ。鋳込量は肉厚で65mm分とした。同表中にNbを有しな
い実施例1、実施例2及びNbを有する実施例3と、比較
例1、比較例2及び従来例を例示したが、該従来例は耐
摩耗性を改善した高クロム鋳鉄材である。
て、両端に上型および下型を連設して、その内部に軸芯
材(高級鋳鉄)溶湯を鋳込んだ。
工後、1000℃で2時間保持後、420℃/Hrで450℃まで冷
却し、50℃/Hrで常温まで冷却した後、550℃×10Hr保持
の焼戻し熱処理を2回繰り返した。熱処理後の外層表面
硬度は下記第3表通りであった。
ろ、実施例1〜3は横型遠心力鋳造にも拘らず成分の偏
析も殆んど認められなかった。また、外層より板状試験
片を採取し、固定した試験片に回転輪を押し付けて比摩
耗量を測定した。試験結果を第4表に示す。
倍、耐摩耗性が優れていることが認められた。
よび実施例2は、Nbが含有されていない比較例1に比べ
て耐摩耗性がよく、Nbが含有されている実施例3は、Nb
が含有されている比較例2に比べて耐摩耗性がよいこと
がわかる。従って、これにより、Nbが非含有、含有にか
かわらずAl含有により耐摩耗性が向上していることがわ
かる。
造用金型(内径φ420mm)に肉厚で50mm分鋳込んだ。金
型回転数は共にGNo.で100とした。鋳造種別、鋳込温度
は下記の通りである。尚、外層材の凝固開始温度は、各
実施例とも約1330℃である。
有しないものである。
持した後、冷却し、550℃で10Hr焼鈍した。
し、縦断面のマクロ組織が目視観察した結果、実施例4
は部分的に軽度の偏析が認められたが、実施例5〜7は
偏析が殆ど認められなかった。
と略同値である。これに対して、比較例3は偏析が全体
にわたり認められた。
装置で鋳造された外層の化学組成が重量%で C :1.9〜3.0%、Si:0.1〜 2.0% Mn:0.1〜2.0%、Cr:3.0〜10.0% Mo:0.1〜9.0% W :1.5〜10.0% V,Nbの内一種又は二種の合計:3.0〜10.0% Al:0.01〜0.50%, 残部Feおよび不純物よりなり、特に遠心力鋳造装置に
おいて、その鋳造中に前記、遠心鋳造ハイス特定成分に
添加されたAlの特定含有によって、溶湯中で酸化物を生
成して、溶湯中の酸素含有量を低下させ、生成した酸化
物を形成して微細に分散し、M1C1型炭化物晶出の核とな
るため、M1C1型炭化物を微細・分散化させるために耐摩
耗性改善の効果に加えて遠心力鋳造における排除できな
かった偏析を大いに改善するという効果を顕著に発揮す
るものとして優れる。
金型内に鋳込んで複合ロール又は複合スリーブの外層と
して鋳造後、ロール全体を焼入れ温度(オーステナイト
化温度)から400〜650℃までの温度域を250℃/Hr以上の
冷却速度で焼入れした後、500〜600℃の温度で少なくと
も1回以上焼戻しを行なうことにより、偏析の少ない均
一な材質が容易に得られ、かつ耐摩耗性に優れたロール
材が得られた。
立型遠心力鋳造装置の主要部断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】遠心力鋳造装置で鋳造された外層の化学組
成が重量%で C :1.9〜3.0%、 Si:0.1〜 2.0% Mn:0.1〜2.0% Cr:3.0〜10.0% Mo:0.1〜9.0% W :1.5〜10.0% V,Nbの内一種又は二種の合計:3.0〜10.0% Al:0.01〜0.50%, 残部Feおよび不純物よりなることを特徴とする高耐摩耗
ロール材。 - 【請求項2】請求項(1)の高耐摩耗ロール材溶湯を遠
心力鋳造装置で金型内に鋳込んで複合ロール又は複合ス
リーブの外層として鋳造後、ロール全体を焼入れ温度
(オーステナイト化温度)から400〜650℃までの温度域
を250℃/Hr以上の冷却速度で焼入れした後、500〜600℃
の温度で少なくとも1回以上焼戻しを行なうことを特徴
とする高耐摩耗ロール材の製造法。
Priority Applications (5)
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