JPH029882B2

JPH029882B2 -

Info

Publication number: JPH029882B2
Application number: JP6437881A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Nakagawa; Takashi Hashimoto; Atsushi Funakoshi
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1981-04-28
Filing date: 1981-04-28
Publication date: 1990-03-05
Also published as: JPS57181358A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、線材、棒鋼、平鋼等の中間あるいは
仕上圧延用に供される複合ロールの外殻の鋳造方
法に関する。（従来の技術）一般に複合ロールは、圧延材に接するロール外
殻と、外殻に固着されたロール軸部とで構成され
ており、前記固着手段としては、外殻と軸部とを
溶着一体化する方法、及び外殻を円筒状のスリー
ブとして製作し、別途準備された軸材とを焼嵌め
等によつて機械的に結合する方法がある。線材や棒鋼・平鋼等の中間・仕上圧延用複合ロ
ールにおいて、外殻がスリーブの場合、被圧延材
と接する外殻外表面部は耐摩耗性確保のため高合
金チルド材や高合金グレン材等の高硬度炭化物が
晶出した高合金硬質鋳鉄材によつて形成され、一
方軸材に固着される内表面部は鋳造時の割れ防止
や使用時の強度確保の見地から強靭性を有する高
級鋳鉄やダクタイル鋳鉄等の黒鉛が晶出した軟質
鋳鉄材で形成されるのが通例である。また、溶着ロールの場合も、外殻内表面部を軟
質鋳鉄材で形成し、その内面に同鋳鉄材により軸
部を鋳造することが行われている。軸部材溶湯を
外殻内面に鋳込んだとき、外殻内面は一部溶損さ
れて、軸部材溶湯中に溶け込むが、外殻が高合金
硬質鋳鉄材のみで形成されていると、外殻の高合
金成分（炭化物形成元素）が軸部材溶湯中に混入
し、軸部鋳鉄材において炭化物の生成を促進して
硬化させ、軸部材の靭性を劣化させるからであ
る。前記外殻の外表面部および内表面部は、通常、
外表面部が遠心力鋳造された後、その内面に内表
面部が遠心力鋳造され、両者が溶着一体化され
る。そして、鋳造後、外表面部の耐摩耗性を確保
向上させるため、基地中の残留オーステナイトを
ベーナイトやマルテンサイト組織にするための熱
処理（焼戻し熱処理ともいう。）が施される。（発明が解決しようとする課題）しかしなながら、叙上のように、外殻を高合金
硬質鋳鉄材によつて形成された外表面部と軟質鋳
鉄材によつて形成された内表面部とを遠心力鋳造
しようとすると、二種類の溶湯が必要となり、鋳
造作業も煩雑となり、生産性が低下する。また、
従従来の外表面部を形成する高合金硬質鋳鉄材の
炭化物はセメンタイトを主体とするものであるた
め、基地を熱処理により硬化させてもHs70〜80゜
が限度であり、外表面部の硬度向上ひいては耐摩
耗性向上に対する要求も強い。本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、
外表面部に高硬度の硬質鋳鉄材層が、内表面部に
軟質鋳鉄材層が容易に一体形成される複合ロール
の外殻の鋳造方法を提供することを目的とする。（課題を解決するための手段）上記目的を達成するためになされた本発明の鋳
造方法は、化学組成が、Ｃ：2.5〜4.0％ Ni：3.5〜5.0％ Si：1.0〜2.5％ Cr：1.0〜2.0％ Mn：0.5〜1.5％ Mo：0.2〜1.5％Ｐ：0.1％以下Ｗ：10〜25％Ｓ：0.1％以下を各重量％含み、残部実質的にFeから成る外殻
溶湯を遠心力鋳造し、鋳放し状態で外殻外表面側
に主としてマルテンサイトと残留オーステナイト
からなるマトリクス中に高硬度のＷ複炭化物を晶
出させると共に外殻内表面側に黒鉛が晶出した軟
質鋳鉄材層を一体的に形成することを発明の構成
とするものである。（作用）本発明に使用する鋳鉄溶湯の化学組成は以下の
理由により限定される。単位は重量％である。Ｃ：2.5〜4.0％ＣはSiと共に、外殻の外表面部における炭化
物、内表面部における黒鉛の比率を決定する重要
な元素であり、2.5％未満では、Ｗ、Cr、Mo、
Feの複炭化物の量が少なく、外表面部に高硬度
が得られず耐摩耗性に劣る。一方、4.0％を超え
ると、逆に炭化物の量が過多となり、外表面部が
脆化するので好ましくない。 Si：1.0〜2.5％ Siは黒鉛の晶出・形状に影響を与え、1.0％未
満では炭化物形成傾向の強いＷ、Mo、Crの影響
が大で外殻内表面部において黒鉛の晶出に寄与し
ない。一方、2.5％を超えると内表面部には多量
に黒鉛が晶出されるが、反面黒鉛形状が劣化し、
かえつて強靭性の低下につながる。 Mn：0.5〜1.5％ MnはＳと結合し、Ｓの害を除去しかつ脱酸作
用を有するが、0.5％未満ではその効果がほとん
どなく、一方1.5％を超えると、機械的性質の面
で劣化が著しい。Ｐ：0.1％以下Ｓ：0.1％以下ＰおよびＳはロール材質には少ない程望まし
く、実害のない0.1％を上限とする。 Ni：3.5〜5.0％ Niは外殻外表面部の基地の硬度増及び鋳放し
でマルテンサイト、下部ベイナイトもしくは残留
オーステナイト組織を得るために多く添加され
る。すなわち、3.5％未満では基地部の顕著に硬
度上昇は望めない。しかし、5.0％を超えると、
残留オーステナイトが過剰もしくは安定化し、後
の熱処理におけるマルテンサイトやベイナイトへ
の変態が抑えられ、かえつて硬度低下を来すこと
になる。 Cr：1.0〜2.0％ Crは炭化物中に優先的に入り、他の合金元素
と共に複炭化物を形成し硬度上昇を果すと共に、
一部は基地に固溶し焼入性の向上を果す有効な元
素である。1.0％未満ではこの効果が少なく、一
方2.0％を超えても炭化物形成傾向の強いＷやMo
の影響を受け、またＣ含有量も低いためそれ以上
の添加効果が得られない。 Mo：0.2〜1.5％ Moは焼入・焼戻し軟化抵抗を高めると共に、
析出硬化を促進する効果があり、基地硬度を高め
耐摩耗性の向上に寄与する。Mo2.0％未満ではこ
の効果がほとんどなく、一方1.5％を超えると残
留オーステナイトを増加安定させる。Ｗ：10〜25％Ｗは他の合金元素と結合して凝固途中にＷ複炭
化物（例えば、（Fe，Ｗ）₆C）を晶出させ、この
複炭化物はセメンタイトと比べると非常に高硬度
であり、従つてＷはHs80〜95゜のような高硬度の
確保更には高耐摩耗性の確保に最も寄与し得る元
素である。10％未満では、Ｗはオーステナイト中
に固溶され易く、すなわちＷ複炭化物を晶出し難
く、また晶出してもその量が少ないため、外殻外
表面部における高硬度を確保できず、一方25％を
超えると逆にその炭化物量が多過ぎて、外殻内表
面部の黒鉛の晶出も抑えるため不適当である。本発明に係る高Ｗ合金鋳鉄溶湯は、以上の各成
分を各重量％含み、残部は実質的にFeからなる
ものであるが、Ｗと共にFeの一部を置換してＶ、
Ti、Nb等の合金元素を添加することもでき、か
くすれば耐摩耗性の一層の改善が図られる。尚、高Ｗ合金鋳鉄溶湯の溶製に際しては、Ｗ添
加剤として、例えばJIS Ｇ 2306に規定されたフ
エロタングステンを使用できるので、高価なWC
を使う必要がなく、製造コストを軽減できる。上記高Ｗ合金鋳鉄溶湯は、遠心力鋳造に供され
て複合ロールの外殻となる。前記溶湯が遠心力鋳
造されると、溶湯中の高比重の多量のＷは遠心力
の作用で外殻の外表面側へ移行し、多量の高硬度
のＷ複炭化物となつて溶湯中より均一に晶出す
る。また、移行の途中に溶湯中より晶出したＷ炭
化物も外表面側に移行し集中する。一方、外殻の
内表面側の溶湯はＷないしＷ複炭化物の外表面側
への移行によりＷ含有量が減少した状態となる。
そして、すべての溶湯が凝固すると、鋳放し状態
で外殻外表面部は主としてマルテンサイトと残留
オーステナイトからなるマトリクス中に高硬度の
Ｗ複炭化物が晶出する組織となり、一方、その内
表面部はＷ含有量の減少によりＷ複炭化物の晶出
がほとんどなく、黒鉛の晶出が見られる強靭な軟
質鋳鉄組織となり、両者は一体的に形成されたも
のとなる。本発明によつて鋳造された外殻を溶着複合ロー
ルの外殻として用いるときは、外殻内表面部の内
面に高級鋳鉄やダクタイル鋳鉄等の強靭な軟質鋳
鉄材を鋳込んで軸部を鋳造すればよい。この際、
外殻内表面部は、鋳込み時の溶湯においては高濃
度であつたＷ含有量が数％程度まで減少している
ため、軸部材溶湯の鋳込みに際し、外殻内表面部
が一部溶損し、軸部材溶湯中に溶け込んでも、炭
化物の形成を促進するまでには到らず、軸部材の
靭性劣化を招来することはない。尚、上記外殻の
内面に強靭軟質鋳鉄材からなる内層を遠心力鋳造
して、複合スリーブを得る場合も、溶着ロールの
軸部と同様の効果が得られる。上記外殻をスリーブとして用いるときは遠心力
鋳造後に、一方溶着複合ロールの外殻として用い
るときは軸部の鋳造後に、粗加工後、外殻外表面
部の残留オーステナイトをマルテンサイトやベイ
ナイトに変態させるための熱処理（300〜500℃で
10〜30Hr保持）が施されて、製品スリーブや製
品ロールとされる。上記熱処理により、外殻外表
面部はHs80〜95゜の硬度が得られる。ところで、特公昭52−15047号公報には、軟質
鋳鉄溶湯とWC粉粒体とを混合し、これを遠心力
鋳造し、WC粒子を比重分離して外周側に偏在さ
せ、外周部にWC粒子を軟質鋳鉄によつて結合し
た硬質層を形成し、一方中心部にはWC粒子をほ
とんど含まない軟質鋳鉄層からなる円筒状鋳物を
鋳造する方法が開示されている。しかし、鋳造に
際してはWC粉粒体と鋳鉄溶湯とが必要であり、
また遠心力鋳造の鋳込期間中、鋳鉄溶湯中にWC
粒子を均一に分散混合しておくことが難しいた
め、外周部全体に亘つて均一な高硬度層を得難
い。特に、大形のものではこの傾向が著しい。更
に外周部のWC粒子は軟質鋳鉄基地中に単に埋入
されているだけであるから欠け落ちが生じ易い。
これに対して、本発明では、鋳造に際しては一種
類の溶湯ですみ、しかも外表面部のＷ複炭化物は
溶湯中に均一に発生した凝固核が成長して晶出し
たもの故、硬度むらが生じることはなく、また欠
け落ちが生じるおそれもほとんどない。また、特開昭53−25213号公報には、Ｗを0.5〜
3.5％含有したアダマイト材溶湯を遠心力鋳造し
てロール外殻を形成する技術が開示されている
が、Ｗは固体のオーステナイト中に固溶させると
共に冷却に伴つてオーステナイト中より炭化物と
して析出させ、オーステナイトを低Ｃ化するため
のものであつて、溶湯と共存して溶湯中に炭化物
として晶出することはなく、遠心力の作用でＷ複
炭化物を外殻外表面部に晶出させることはできな
い。尚、上記引例によつて形成された外殻はアダ
マイト材（ミクロ組織中に共晶セメンタイトを有
する白鋳的ロール材）であり、黒鉛の晶出は見ら
れないものである。また、特公昭50−14214号公報には、Ｗを0.5〜
2.0％含有した白鋳鉄又は斑鋳鉄のロール外殻材
が開示されているが、該外殻材におけるＷも前記
アダマイト材と同様、オーステナイト中に固溶
し、あるいはオーステナイト中より炭化物となつ
て析出するものであつて、溶湯中より炭化物とな
つて晶出するものではなく、遠心力の作用で高硬
度のＷ複炭化物を外殻外周部に集中的に晶出させ
ることはできない。（実施例）実施例１外径240φ×内径140φ×100（単位mm）のスリ
ーブを遠心力鋳造により製造した。この場合、鋳
込厚さ50mm、鋳込重量24Kgで、鋳込溶湯の取鍋成
分は第１表の通りである。尚、成分表における単
位は重量％、残部は実質的にFeである。他の表
においても同様である。

【表】このスリーブに450℃×10Hrの焼戻し熱処理を
施した結果、スリーブ外表面硬度はHs93.8゜が得
られ、またスリーブ肉厚方向の硬度変化を測定し
たところ、第１図に示すような硬度変化が得られ
た。上記スリーブの外表面から10mmの位置Ａおよび
内表面から10mmの位置Ｂにおける組成を調べた。
その結果を第２表に示す。同表より、内表面部の
Ｗ含有量は溶湯時のものと比べて極めて少ないこ
とがわかる。また、内表面の鋳鉄組織を観察した
ところ、ねずみ鋳鉄系組織であつた。

【表】一方比較のため、同一サイズでかつ下記第３表
のようにＷを含有しない点を除き同等の合金成分
を有する溶湯を鋳造して得られたスリーブについ
て、上記と同一熱処理を施した結果では、その外
表面硬度はHs71.2゜であつた。

【表】実施例２ 400φ×500の溶着複合ロールを製造した。こ
の場合、外殻は外殻厚さ50mm、鋳込重量225Kgで
遠心力鋳造により鋳造し、一方軸部は鋳型を直立
して外殻内に置注き鋳造により鋳込んだ。外殻及
び軸部（高級鋳鉄）の取鍋成分は下記第４表の通
りである。

【表】この複合ロールに420℃×15Hrの熱処理を施し
た結果、ロール外殻表面硬度はHs94.2゜が得られ
た。一方比較のため、同一サイズでかつ下記第５表
のように外殻がＷを含有しない点を除き同等の合
金成分を有する外殻及び軸部溶湯を鋳造して得ら
れた複合ロールについて、上記と同一熱処理を施
した結果では、そのロール外殻表面硬度は
Hs73.0゜であつた。

【表】また、上記両複合ロールの外殻外表面から10mm
深さ位置で摩耗試験片を採出し、アルミナ粉末を
減摩剤とする摩耗試験を実施した結果、本発明に
係るロールのものでは比較ロールのものの0.48倍
の摩耗減量が測定され、本発明に係る複合ロール
がこすり摩耗に対して非常に良好な特性を具備し
ていることが判明した。このことにより、本発明
に係る複合ロールを実際に線材仕上圧延用ロール
として使用した場合、従来の高合金グレンロール
や高合金チルドロールに比べて、非常に高い耐摩
耗性を発揮するものと予測される。なお、この実施例により得られた本発明に係る
複合ロールを製品分析して調査した結果では、外
殻外表面から25mmの位置ではＷ含有量22.7％であ
り、外表面から100mmの内部ではＷ含有量0.20％
であり、内部へのＷの拡散は非常に少ないことが
確認された。（発明の効果）以上説明した通り、本発明の複合ロールの外殻
の鋳造方法によれば、Ｗ：10〜25％を含む所定の
高Ｗ合金鋳鉄溶湯を遠心力鋳造するので、遠心力
の作用で、外表面部に高硬度のＷ複炭化物を多量
に晶出させることができ、一方内表面部に同炭化
物をほとんど含まず、低Ｗ含有量の黒鉛が晶出し
た軟質鋳鉄材層を一体的に形成することができ、
外表面部および内表面部に要求される所期の特性
を備えた外殻を単一の溶湯を用いて極めて容易に
鋳造することができる。また、外表面部のＷ複炭化物はセメンタイトに
比べて極めて高硬度のもの故、外表面部の基地中
の残留オーステナイトに対しマルテンサイトおよ
びベーナイト化の熱処理を施すことにより、外表
面部をHs80〜95゜の高硬度層とすることができ
る。また、外表面部のＷ複炭化物は溶湯中より晶出
したものであるから、外表面部全体に亘つて均一
に存在し、硬度むらがなく、欠け落ちが生じにく
く、耐摩耗性のみならず耐肌荒性にも優れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る複合ロールの外殻の一実
施例についての硬度分布を現わす説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】１化学組成が、Ｃ：2.5〜4.0％ Ni：3.5〜5.0％ Si：1.0〜2.5％ Cr：1.0〜2.0％ Mn：0.5〜1.5％ Mo：0.2〜1.5％Ｐ：0.1％以下Ｗ：10〜25％Ｓ：0.1％以下を各重量％含み、残部実質的にFeから成る外殻
溶湯を遠心力鋳造し、鋳放し状態で外殻外表面側
に主としてマルテンサイトと残留オーステナイト
からなるマトリクス中に高硬度のＷ複炭化物を晶
出させると共に外殻内表面側に黒鉛が晶出した軟
質鋳鉄材層を一体的に形成することを特徴とする
複合ロールの外殻の鋳造方法。