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
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Info
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
ェック試験の試験片の形状を示した図である。
Claims (3)
- 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP28572193A JP3258154B2 (ja) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28572193A JP3258154B2 (ja) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | 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 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH07116780A JPH07116780A (ja) | 1995-05-09 |
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Family
ID=17695173
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP28572193A Expired - Lifetime JP3258154B2 (ja) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | 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 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP3258154B2 (ja) |
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JP5757466B2 (ja) * | 2011-08-12 | 2015-07-29 | 大同特殊鋼株式会社 | 溶加材及びこれを用いた肉盛金属部材 |
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-
1993
- 1993-10-20 JP JP28572193A patent/JP3258154B2/ja not_active Expired - Lifetime
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