JP3258154B2 - 連続鋳造用ロールの製造方法及び該方法によって製造された連続鋳造用ロール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造用ロールの製
造方法、及び該方法によって製造された連続鋳造用ロー
ルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造設備に多用されている連続鋳造
用ロールは、溶接肉盛による複合ロールが最も一般的で
あり、その他電磁誘導加熱を利用し、母材の周囲に所望
の材質の溶湯を注入し、溶着、凝固せしめて母材の外周
に肉盛層を形成せしめる方法（以下、連続注入クラッド
法と称す）により製造した複合材を機械加工して仕上げ
た連続鋳造用ロールなどが使用されている。これらの使
用層である肉盛層は１１〜１６％のＣｒと、１〜４％の
Ｎｉとを含有するマルテンサイト系材料が主として使用
されている。次に、ロールの寿命を支配する損耗現象に
着目すると、ロールはモールドから出てくる高温の鋳片
に繰り返し接触するため、磨耗及びヒートクラックによ
る損耗が大きな寿命律速要因となっている。すなわち、
トップゾーンをはじめとして、上流部分では磨耗が支配
的で、下流部分ではヒートクラックが支配的である。し
たがって、ロール寿命を向上させるためには耐磨耗性、
耐ヒートクラック性が大きいことが必要で、高強度、高
硬さ、高靱性、高延性の材料が望ましい。しかるに、溶
接肉盛法及び連続注入クラッド法による肉盛層では、化
学成分組成と熱処理を適切に組合せることにより、高硬
度の特性を得ることができるが、肉盛層は凝固組織であ
るため高強度、高靱性、高延性を得るには本質的に限界
がある。複合ロールとしてかってスリーブ焼ばめ方式の
ロールも使用されたが、上記の損耗現象に加えて、時と
してスリーブが膨れる等の問題があり、現在ではほとん
ど使用されていない。また、ロールの使用方法について
は、磨耗、ヒートクラック等が生じた表面層を改削し、
繰り返し用いる使い方は、ほとんど行われておらず、例
えばクラックの深さが２０ｍｍ前後になるとロールを廃
棄しているのが現状である。改削し、繰り返し使用しな
い理由の一つとして、改削して繰り返し使用するために
は使用層であるマルテンサイト系材料の肉盛層が厚いこ
とが必要であるが、最も一般的な溶接肉盛法は、厚い肉
盛層を得るには不適で、肉盛層を厚くするためには極め
て層数の多い多層盛溶接が必要で、溶接費用が増加して
経済的でない。もう一つの理由は、改削、繰り返し使用
するためにはクラックが浅く、いいかえれば耐ヒートク
ラック性が大きくクラックが発生してもその進展速度が
遅いことが必要で、現在使用されている溶接肉盛ロール
のように比較的短期間でクラックが深くなる場合は改削
してもクラックが残留し改削の意味がないからである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来の溶接肉盛法による連続鋳造用ロールでは使
用層である肉盛層が薄く、かつ、肉盛層の延性、靱性が
低く、ヒートクラックが進退し易く、改削、繰り返し使
用に適していないという点である。また連続注入クラッ
ド法による連続鋳造用ロールは肉盛層を厚くできても、
延性、靱性が不足しヒートクラックが進退し易く、やは
り改削、繰り返し使用に適していないという点である。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、強度及び
靱性に優れ、しかも肉盛り層が厚く繰り返し使用できる
連続鋳造用ロールの製造方法及び該方法によって製造さ
れた連続鋳造用ロールを提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的に沿う請求項１
記載の連続鋳造用ロールの製造方法は、電磁誘導加熱コ
イルで外包された耐火性加熱型の下部に、冷却型を内蔵
したモールドを一体的に配置した組合せモールドの中
に、中実の母材を垂直に挿入し、母材と組合せモールド
との間の空隙部に、別途準備した所望材質の溶湯を注入
し、上記母材を断続的に降下せしめ上記溶湯を母材外表
面に溶着させながら、冷却により凝固せしめて母材の外
周に肉盛層を形成させた複合材を、熱間鍛造するように
して構成されている。また、請求項２記載の連続鋳造用
ロールは、請求項１記載の製造方法によって製造された
連続鋳造用ロールにおいて、上記肉盛層が重量比で、
Ｃ：０．１〜１．２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：
０．２〜２％、Ｃｒ：８〜１８％、Ｎｉ：０．２〜６
％、Ｍｏ：０〜６％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的
不純物から構成されている。そして、請求項３記載の連
続鋳造用ロールは、請求項１記載の連続鋳造用ロールの
製造方法によって製造された連続鋳造用ロールにおい
て、上記肉盛層が重量比で、Ｃ：０．１〜１．２％、Ｓ
ｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．２〜２％、Ｃｒ：８〜１
８％、Ｎｉ：０．２〜６％、Ｍｏ：０〜６％を含有する
ほか、Ｖ：０．１〜２％、Ｗ：０．５〜２％の１種また
は２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から構
成されている。

【０００５】

【作用】請求項１記載の連続鋳造用ロールの製造方法に
おいては、電磁誘導加熱を利用し、母材の周囲に所望の
材質の溶湯を注入し、溶着、凝固せしめて母材の外周に
肉盛層を形成させ複合材を造るようにしているので、肉
盛層を厚くすることに対して実質的に制約はなく、肉盛
溶接法に比べ、極めて容易に厚い肉盛層を得ることがで
きる。上記の方法で得た複合材の肉盛層は溶接肉盛法に
よる肉盛層と同様な凝固組織であるため、熱処理によっ
て高硬度にすることはできるが、熱処理のみで凝固組織
を破壊することはできないため延性、靱性、強度につい
ては、化学成分組成からくる本来性能を十分に発揮させ
ることができない。しかるに、上記複合材に熱間鍛造を
加え、塑性加工を与えることにより凝固組織が破壊さ
れ、組織が緻密化し、延性、靱性、強度を大幅に向上さ
せることができる。かくして、従来の最も一般的な肉盛
溶接肉方式による連続鋳造用ロールにくらべ厚い肉盛を
有し、延性、靱性が高く、耐ヒートクラック性に優れた
連続鋳造用ロールが得られる。次に、請求項２及び３記
載の連続鋳造用ロールにおいて、肉盛層の化学成分組成
を限定した理由は次の通りである。Ｃを重量比で０．１
〜１．２％と限定した理由：Ｃは焼入れによりマルテン
サイト組成を得るための最も基本的な元素であり、０．
１％未満では高硬度のマルテンサイトを得ることが困難
なため０．１％を下限とした。また、Ｃ含有量が多くな
るほど高硬度のマルテンサイト組織を得ることができる
が、１．２％を越えるとその効果も薄く、靱性も低下す
るため、１．２％を上限とした。Ｃｒを重量比で８〜１
８％と限定した理由：Ｃｒは自硬性を高める最も主要な
元素であるが８％未満は十分な自硬性が得られず、また
耐高温磨食性の点からもＣｒ含有量が高いことが望まし
いため８％を下限とした。自硬性はＣｒが１０〜１２％
で最も大きくなり、さらにＣｒ含有量が増加すると自硬
性が低下するとともにフェライトが現れ易くなり、１８
％を越えると他の元素と組合せても十分な硬さが得られ
ないため上限を１８％とした。Ｓｉを重量比で０．１〜
１％と限定した理由：Ｓｉは脱酸剤として必要で０．１
％未満ではその効果は不十分であるため０．１％を下限
とした。１％を越えても脱酸剤としてそれ以上の効果は
なく、靱性も低下するため上限を１％とした。Ｍｎを重
量比で０．２〜２％と限定した理由：Ｍｎは脱酸剤とし
て、また不純物として混入するＳをＭｎＳとし、Ｓの影
響を軽減するために必要であるが、０．２％未満ではそ
の効果が不十分なため、下限を０．２％とし、一方、Ｍ
ｎを増加させ２％を越えても、それ以上の効果を得られ
ないので２％を上限とした。Ｎｉを重量比で０．２〜６
％と限定した理由：Ｎｉは硬化性を高め、安定してマル
テンサイト組織とし、高硬度を得るために必要であり、
０．２％未満では効果が不十分なため０．２％を下限と
した。Ｎｉはオーステナイト形成元素であり、Ｎｉ含有
量が６％を越えると残留オーステナイトが現れ、かえっ
て高硬度がえられないため、６％を上限とした。Ｍｏを
重量比で０〜６％と限定した理由：Ｍｏを含有しなくて
も十分使用できるロールを得ることができるため、下限
を０とした。しかしながら、Ｍｏは焼戻し軟化抵抗を高
めるとともに高温強度を高めるため、高温で使用される
ロールの肉盛層はＭｏを含有することが望ましい。一
方、Ｍｏはフェライト形成元素であり、６％を越えると
フェライトが現れ十分な硬さが得られないため上限を６
％とした。上記の化学成分組成のマルテンサイト系材料
を肉盛層とすることにより高硬度、高強度でしかも延
性、靱性の良好な連続鋳造用ロールを得ることができる
が、さらにＶ、Ｗを加えると、さらに耐磨耗性、高温強
度に優れた肉盛層を得ることができる。請求項３記載の
連続鋳造用ロールにおいて、Ｖ、Ｗについて化学成分組
成を限定した理由は次の通りである。Ｖを重量比で０．
１〜２％と限定した理由：Ｖは強い炭化物形成元素であ
り、炭化物を均一微細に分布させることにり耐磨耗性が
向上する。０．１％未満ではその効果が不十分なため
０．１％を下限とした。一方、Ｖが２％を越えると靱性
が低下するため２％を上限とした。Ｗを重量比で０．５
〜２％と限定した理由：Ｗは高温強度を高めるととも、
強い炭化物形成元素であり、炭化物を均一微細に分布さ
せることにより、耐磨耗性が向上する。０．５％未満で
はその効果が不十分なため０．５％を下限とした。一
方、２％を越えるとその効果も薄く、靱性も低下するた
め２％を上限とした。

【０００６】

【実施例】続いて、本発明を具体化した実施例につき説
明し、本発明の理解に供する。ここに、図１は本発明の
一実施例に使用する装置の概略断面図、図２は耐ヒート
クラック性を評価するためのヒートチェック試験の試験
片の正面図である。まず、図１に示すように、電磁誘導
加熱コイル１で外包された耐火性加熱型２の下部に、該
加熱型２と同軸の内孔を有する黒鉛系緩衝型３を配設
し、更にその下部に同軸の中空式冷却型４を一体的に重
ねて組合せモールドＡを形成している。そして、この装
置を使用する場合には、上記組合せモールドＡ中に中実
の母材５を垂直に挿入する。次いで別途準備した外層に
なる肉盛材の溶湯６を上記母材５と組合せモールドＡと
の間の空隙部７に注入し、母材５を断続的に降下せしめ
る。すると溶湯６は母材５表面に溶着しながら、上記黒
鉛系緩衝型３を及び中空式冷却型４によって順次冷却凝
固され肉盛層８が形成される。この場合において、母材
５の外周に予めケイ酸ガラス皮膜９を形成させておき、
上記モールド金型Ａの上に配置された予熱用電磁誘導加
熱コイル１０を配置し、該予熱用電磁誘導加熱コイル１
０で母材を予熱すると共に、上記ケイ酸ガラス皮膜９を
溶融焼成させることによって、母材表面を清浄に保ちな
がら肉盛層８を形成できる。以下、本発明の実施例を従
来例と対比しながら、更に詳しく説明する。

【０００７】実施例１ 図１に示す如き装置を用いて、母材５としてＳ３５Ｃ材
を用い、肉盛層となるべき溶湯６には重量比で表１の記
号Ａ及びＡＣで示す化学成分組成を有し、更に残部Ｆｅ
及び不可避的不純物からなる鋼を用い、母材５の外周に
肉盛層８を形成せしめる連続注入クラッド法によりφ４
００×２５００ｍｍの中実複合材を製造する。そして、
該中実複合材を３００ｍｍ長さと２２００ｍｍ長さに切
断し、２２００ｍｍ長さのものについては鍛錬成形比
１．５で熱間鍛造した。鍛造後８７０℃×８ｈで焼なま
しを行い、仕上代を残して機械加工をしたのち９５０℃
で焼ならし、さらに焼戻しを行った。焼戻しは、特に延
性、靱性に重点を置き、高めの温度６００℃で行った。
その後仕上の機械加工を行い胴部径φ３００の連続鋳造
用ロールに仕上げた。３００ｍｍ長さのものについては
鍛造は行わず、そのまま上記鍛造した連続鋳造用ロール
と全く同一の熱処理を行って、比較用の３００ｍｍ長さ
の従来法サンプルロールを製造した。

【０００８】

【表１】

【０００９】表２はこのようにして製造した本発明の一
実施例法（連続注入クラッド法＋鍛造）の肉盛層及び従
来法（連続注入クラッド法で鍛造なし）の肉盛層の引張
特性、硬さ及び衝撃特性を示している。また、表２には
最も一般的な従来法である溶接肉盛法で、別途製造した
同一外径で表１の記号ＡＷで示す化学成分組成で残部が
Ｆｅ及び不可避的不純物からなる記号Ａ及びＡＣで示さ
れる溶湯の成分とほぼ同一化学成分組成の肉盛層の機械
的性質を併示した。表２から連続注入クラッド法に鍛造
を加えた本発明法による肉盛層の特性は従来の連続注入
クラッド法のみの肉盛層及び溶接肉盛法による肉盛層の
特性と比較して、硬さは同程度であるが、耐力、引張強
さ、伸び、絞りが著しく向上していることがわかる。

【００１０】

【表２】

【００１１】表３は、図２の如き試験片を用いて試験し
たヒートチェック試験結果を示したもので、１００℃か
ら６５０℃まで急速加熱し、次に６５０℃から１００℃
まで急冷する操作をサイクル３分で繰り返し、割れが発
生するまでの繰り返し数を示した。表２から延性、靱性
の高い本発明法による肉盛層は従来法による肉盛層に比
べ耐ヒートクラック性が著しく優れていることが判る。
なお、図２において１１は熱電対取付孔を示す。

【００１２】

【表３】

【００１３】実施例２ 図１に示す装置を用い、母材５としてＳ３５Ｃを用い、
肉盛層８となるべき溶湯６には表４の化学成分組成に示
すように記号Ｂ、ＢＣ及びＣ、ＣＣで示す２種類の鋼に
ついて、それぞれ、母材の外周に肉盛層８を形成せし
め、φ４３０×２７００ｍｍの中実複合材を製造する。
そして、該中実複合材を３００ｍｍ長さと２４００ｍｍ
長さに切断し、２４００ｍｍ長さのものについては鍛練
形成比１．５で熱間鍛造した。鍛造後７６０℃×８ｈの
焼きなましを行い、仕上代を残して機械加工したのち、
１０５０℃で焼ならし、さらに焼戻しを行った。焼戻し
は、強度、硬さに重点をおき低めの温度５５０℃で焼戻
した。その後仕上の機械加工を行い胴部径φ３２０の連
続鋳造用ロールに仕上げた。３００ｍｍ長さのものにつ
いては鍛造せず、そのまま上記鍛造した連続鋳造用ロー
ルと全く同一の熱処理を行った。

【００１４】

【表４】

【００１５】表５はこのようにして製造した本発明法
（連続注入クラッド法＋鍛造）の肉盛層及び従来法（連
続注入クラッド法で鍛造なし）の肉盛層の引張特性及び
硬さを示した。また表４の記号ＢＷで示すように記号Ｂ
及びＢＣとほぼ同一化学成分組成で同一外形の肉盛層を
有する連続鋳造用ロールを別途溶接肉盛法で製造し、記
号Ｂ及びＢＣと全く同一熱処理を行った。表５に溶接肉
盛法による肉盛層の引張特性及び硬さを併示した。表５
から本発明法による肉盛層も従来法による肉盛層も極め
て高い硬さで、しかも同一水準にあるにもかかわらず、
強度、延性は本発明法による肉盛層が著しく向上してい
る。すなわち、鍛造することによって、強度、延性が大
幅に向上することが判る。表６は実施例１と同様のヒー
トチェック試験結果を示したもので、本発明法による肉
盛層は耐ヒートクラック性も著しく向上していることが
判る。

【００１６】

【表５】

【００１７】

【表６】

【００１８】

【発明の効果】以上説明してきた如く、請求項１〜３記
載の連続鋳造用ロールの製造方法及び該方法によって製
造された連続鋳造用ロールは、従来法に比べ強度及び靱
性に優れ、しかも、肉盛層が厚く、改削、繰り返し使用
ができる連続鋳造用ロールを提供することができる。ま
た、電磁誘導加熱コイルを備えた組合せモールドを用い
た装置により厚い肉盛層の複合材が容易に製造できるた
め、強度及び靱性に優れた連続鋳造用ロールの製造が極
めて経済的であり、また製造された連続鋳造用ロールは
改削、繰り返し使用できるため、連続鋳造用ロールの廃
棄に至るまでの寿命を大きく向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる装置の要部断面図である。

【図２】耐ヒートクラック性を評価するためのヒートチ
ェック試験の試験片の形状を示した図である。

【符号の説明】

１ 電磁誘導加熱コイル ２ 耐火性加熱型 ３ 黒鉛系緩衝型 ４ 中空式冷却型 ５ 母材 ６ 溶湯 ７ 空隙部 ８ 肉盛層 ９ ケイ酸ガラス被膜 １０ 予熱用電磁誘導加熱コイル １１ 熱電対取付孔 Ａ 組合せモールド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾崎 健一 福岡県北九州市戸畑区牧山新町４番31号 株式会社フジコー 北九州工場内 (56)参考文献 特開 平５−220544（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−123854（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−254354（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−210434（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−65214（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−194151（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−244559（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−130758（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/00 B22D 19/16 B22D 19/00 B22D 23/04 B21K 1/00 B21K 5/00 C22C 38/00 302 C22C 38/46

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁誘導加熱コイルで外包された耐火性
   加熱型の下部に、冷却型を内蔵したモールドを一体的に
   配置した組合せモールドの中に、中実の母材を垂直に挿
   入し、母材と組合せモールドとの間の空隙部に、別途準
   備した所望材質の溶湯を注入し、上記母材を断続的に降
   下せしめ上記溶湯を母材外表面に溶着させながら、冷却
   により凝固せしめて母材の外周に肉盛層を形成させた複
   合材を、熱間鍛造することを特徴とする繰返し改削し使
   用できる連続鋳造用ロールの製造法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の製造方法によって製造さ
   れる連続鋳造用ロールにおいて、上記肉盛層が重量比
   で、Ｃ：０．１〜１．２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍ
   ｎ：０．２〜２％、Ｃｒ：８〜１８％、Ｎｉ：０．２〜
   ６％、Ｍｏ：０〜６％を含有し、残部がＦｅ及び不可避
   的不純物からなることを特徴とする連続鋳造用ロール。
3. 【請求項３】 請求項１記載の製造方法によって製造さ
   れる連続鋳造用ロールにおいて、上記肉盛層が重量比
   で、Ｃ：０．１〜１．２％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍ
   ｎ：０．２〜２％、Ｃｒ：８〜１８％、Ｎｉ：０．２〜
   ６％、Ｍｏ：０〜６％を含有するほか、Ｖ：０．１〜２
   ％、Ｗ：０．５〜２％の１種または２種を含有し、残部
   がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする連
   続鋳造用ロール。