JPH05311339A - Built-up welded roll for hot rolling - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide the objective thermally stable build-up welded roll for hot rolling having wear resistance and thermal impact resistance. CONSTITUTION:On the outer circumference of a steel roll core part 2 having toughness, a build up layer 1 having the following compsn. (wt.%) is formed by plasma powder welding: 1.5 to 2.5% C, 0.1 to 1.5% Si, 0.1 to l.0% Mn, 0.1 to 1.5% Ni, 1.0 to 5.0% Cr, 1.0 to 5.0% Mo, 5.0 to 10.0% Co, 5.0 to 10.0% W, 6.0 to 15.0% V and 1.0 to 5.0% Ta, and the balance substantial Fe.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は安価で靱性を有する鋼材
によるロール芯部と、ロール使用層にプラズマ粉体肉盛
溶接による、硬質炭化物含有の肉盛層を備えた熱間圧延
用溶接肉盛ロールに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a welding core for hot rolling, which is provided with a roll core portion made of an inexpensive and tough steel material, and a overlay layer containing hard carbide by plasma powder overlay welding in a roll use layer. Regarding Sori Roll.

【０００２】[0002]

【従来の技術】熱間圧延用ロールは一般に耐摩耗性、耐
クラック性（靱性）があって肌荒れやヒートクラックの
発生し難い材質が要求され、従来ロールには例えば合金
チルドロール、高合金グレンロール、アダマイトロール
などの単体ロールや、高クロム鋳鉄、高合金グレン、ア
ダマイトなどを外層とする複合ロールが使用されてい
る。2. Description of the Related Art Rolls for hot rolling are generally required to have materials having abrasion resistance and crack resistance (toughness) and which are unlikely to cause rough skin and heat cracks. Conventional rolls include, for example, alloy chilled rolls and high alloy grain. A single roll such as a roll or an adamite roll, or a composite roll having a high chromium cast iron, a high alloy grain or an adamite as an outer layer is used.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来ロールの材質
には熱間圧延用ロールとしての必要特性を兼備させるべ
く種々の成分が配合されているが、各必要特性を十分兼
備させることは困難であり、一般に耐摩耗性に優れるも
のは靱性に劣り、ヒートクラックも発生しやすい。しか
も単体ロールの場合は高価な材料をロール全体に使用す
るのも問題である。The above-mentioned conventional roll material is blended with various components so as to have the required properties as a roll for hot rolling, but it is difficult to sufficiently provide each required property. In general, a material having excellent wear resistance is inferior in toughness, and heat cracks easily occur. Moreover, in the case of a single roll, it is a problem to use an expensive material for the whole roll.

【０００４】一方複合ロールにおいては、使用層である
外層と芯部材は、それぞれ必要特性を強調した材質とす
ることができ、しかも外層のみが通常高価な材質である
という利点があるが、高コストの遠心力鋳造に依らねば
ならぬ点が問題である。また単体、複合のいずれにして
も耐事故性の面からの靱性確保が必要であり、従って自
ら組成の制約があって飛躍的耐摩耗性の向上は望めなか
った。本発明は以上の問題点に鑑み十分な靱性を備える
と共に使用層には優れた耐摩耗性、耐熱衝撃性を有し熱
的に安定な、かつ経済性にも有利な熱間圧延用溶接肉盛
ロールの提供を目的とする。On the other hand, in the composite roll, the outer layer and the core member, which are used layers, can be made of materials emphasizing the required characteristics, respectively, and there is an advantage that only the outer layer is usually expensive material, but high cost is required. The problem is that we have to rely on centrifugal casting. In addition, it is necessary to secure toughness from the viewpoint of accident resistance, either as a single material or as a composite material. Therefore, due to the compositional limitation by itself, dramatic improvement in wear resistance could not be expected. The present invention has sufficient toughness in view of the above problems, and also has excellent wear resistance and thermal shock resistance in the use layer, is thermally stable, and is economically advantageous welded meat for hot rolling. The purpose is to provide a roll.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は以上の目的を達
成するために次のような手段を採用した。すなわち、靱
性を有する鋼材によるロール芯部の外周に、プラズマ粉
体溶接によって肉盛層が形成され、この肉盛層はその組
成が重量百分率で、Ｃ ：1.5 〜 2.5％、 Ｓｉ：0.1
〜 1.5％、 Ｍｎ：0.1 〜 1.0％、Ｎｉ：0.1 〜 1.5
％、 Ｃｒ：1.0 〜 5.0％、 Ｍｏ：1.0 〜 5.0％、Ｃ
ｏ：5.0 〜10.0％、 Ｗ ：5.0 〜10.0％、 Ｖ ：6.
0 〜15.0％、Ｔａ：1.0 〜 5.0％及び残部実質的にＦｅ
からなるものである。The present invention employs the following means in order to achieve the above object. That is, a build-up layer is formed by plasma powder welding on the outer periphery of a roll core made of steel having toughness, and the composition of the build-up layer is a weight percentage, C: 1.5 to 2.5%, Si: 0.1
~ 1.5%, Mn: 0.1 ~ 1.0%, Ni: 0.1 ~ 1.5
%, Cr: 1.0 to 5.0%, Mo: 1.0 to 5.0%, C
o: 5.0-10.0%, W: 5.0-10.0%, V: 6.
0 to 15.0%, Ta: 1.0 to 5.0% and the balance substantially Fe
It consists of

【０００６】[0006]

【実施例】以下図面を参照して実施例を説明する。図１
は本発明の一実施例ロールの一部断面図であり、1 がプ
ラズマ粉体肉盛溶接による肉盛層、2 が芯部 (母材) で
ある。上記芯部2 は靱性を有する鋼材、たとえばＳＣＭ
４４０材のような通常の安価な鋼材の使用が可能であ
り、同芯部2 を母材として同芯部外周に前記特定組成の
肉盛層をプラズマ粉体溶接により形成したものである。Embodiments will be described below with reference to the drawings. Figure 1
1 is a partial cross-sectional view of a roll according to an embodiment of the present invention, in which 1 is a build-up layer formed by plasma powder build-up welding, and 2 is a core (base material). The core 2 is made of a tough steel material such as SCM.
It is possible to use an ordinary inexpensive steel material such as 440 material, and the build-up layer of the above-mentioned specific composition is formed by plasma powder welding on the outer periphery of the concentric portion with the concentric portion 2 as the base material.

【０００７】上記特定組成の肉盛層は高速度鋼系類似の
組成であるが、溶製高速度鋼材では含有限界が５〜６％
とされたＶ量を 6.0〜15.0％として、Ｍｏ，Ｗの炭化物
より高硬度のＶ炭化物を多量に析出させ、さらにＴａを
含有することによって、６５０℃まで高温硬度を維持さ
せ高温での耐摩耗性に優れると共に熱的にも安定してお
り、熱処理を加えても微細で均一に分散した炭化物を維
持し、靱性面でも溶製材より優れたもので、以下にその
成分の限定理由を述べる。The build-up layer having the above-mentioned specific composition has a composition similar to that of high-speed steel, but the content limit of molten high-speed steel is 5-6%.
The content of V is 6.0 to 15.0%, and a large amount of V carbide having a hardness higher than that of Mo and W carbides is precipitated, and by containing Ta, the high temperature hardness is maintained up to 650 ° C and the wear resistance at high temperature is maintained. It has excellent toughness and thermal stability, maintains fine and uniformly dispersed carbides even after heat treatment, and is superior in toughness to ingot materials. The reasons for limiting the components are described below.

【０００８】Ｃ ：1.5 〜 2.5％、 Ｃは炭化物生成元素であるが、 1.5％未満では炭化物の
量が少なく耐摩耗性が不足し、一方 2.5％を越えると生
成炭化物が粗大化し、耐熱衝撃性が劣化する。 Ｓｉ：0.1 〜 1.5％、 Ｓｉは脱酸剤として有効であるが、量を多くすると基地
を脆くするもので、 0.1％未満では脱酸効果が不足し、
1.5％以上は必要とする靱性を保持できない。C: 1.5 to 2.5%, C is a carbide-forming element, but if it is less than 1.5%, the amount of carbide is small and wear resistance is insufficient, while if it exceeds 2.5%, the formed carbide becomes coarse and the thermal shock resistance is high. Deteriorates. Si: 0.1-1.5%, Si is effective as a deoxidizing agent, but if it is added in a large amount, the matrix becomes brittle. If it is less than 0.1%, the deoxidizing effect is insufficient.
The required toughness cannot be maintained if 1.5% or more.

【０００９】Ｍｎ：0.1 〜 1.0％、 ＭｎはＳと結合してＳの害を失わせるが、 0.1％未満で
はその効果は少なく、一方 1.0％を越えると材質の強靱
性を劣化する。 Ｎｉ：0.1 〜 1.5％、 Ｎｉは基地硬度を高めるが反面組織の高温安定性を減じ
る。従って良好な硬度及び高温安定性を付与する範囲と
して 0.1〜 1.5％とした。Mn: 0.1-1.0%, Mn combines with S to lose the harm of S, but if it is less than 0.1%, its effect is small, while if it exceeds 1.0%, the toughness of the material deteriorates. Ni: 0.1-1.5%, Ni increases the matrix hardness, but decreases the high temperature stability of the structure. Therefore, the range that gives good hardness and high-temperature stability is 0.1 to 1.5%.

【００１０】Ｃｒ：1.0 〜 5.0％、 Ｃｒはカーバイドの安定と共に、基地の耐摩耗性を向上
するが、 1％未満ではその効果は少なく、一方 5％を越
えると脆弱な共晶炭化物を晶出し靱性を低下する。 Ｍｏ：1.0 〜 5.0％、 Ｍｏは基地硬度を高めるが、 1.0％未満ではその効果は
十分でなく、また 5％を越えても相応の効果はない。ゆ
えに経済的な面から 1.0〜 5.0％とした。Cr: 1.0 to 5.0% Cr stabilizes carbide and improves abrasion resistance of the matrix, but if less than 1%, its effect is small, while if more than 5%, a fragile eutectic carbide is crystallized. Reduces toughness. Mo: 1.0-5.0%, Mo enhances the matrix hardness, but if it is less than 1.0%, its effect is not sufficient, and if it exceeds 5%, there is no corresponding effect. Therefore, it was set to 1.0-5.0% from the economical aspect.

【００１１】Ｃｏ：5.0 〜10.0％、 Ｃｏは大部分基地に固溶し、耐熱性を向上させるが、 5
％未満では、その効果は少なく、10％を越えると靱性が
劣化する。 Ｗ ：5.0 〜10.0％、 ＷはＣと化合してタングステン炭化物を形成し、耐摩耗
性に寄与するが、熱伝導度が低いので多量に含有すると
熱歪による耐クラック性が劣化する。Co: 5.0-10.0%, Co dissolves in the matrix to a large extent to improve the heat resistance.
If it is less than 10%, the effect is small, and if it exceeds 10%, the toughness deteriorates. W: 5.0-10.0%, W combines with C to form tungsten carbide and contributes to wear resistance, but since it has a low thermal conductivity, if it is contained in a large amount, crack resistance due to thermal strain deteriorates.

【００１２】従って良好な耐摩耗性と耐クラック性を備
える範囲として 5.0〜10.0％と限定した。 Ｖ ：6.0 〜15.0％、 ＶはＣと化合してバナジウム炭化物を形成する。バナジ
ウム炭化物はクロム炭化物より硬度が２〜３倍高く、ま
た球状に析出し靱性も良好にするが、6 ％未満では耐摩
耗性が不足であり、15％を越えると基地に固溶するＶ量
が増加して焼入れ性を低下させる。Therefore, the range having good wear resistance and crack resistance is limited to 5.0 to 10.0%. V: 6.0 to 15.0%, V combines with C to form vanadium carbide. Vanadium carbide has a hardness 2 to 3 times higher than that of chromium carbide, and it precipitates spherically to improve toughness, but if it is less than 6%, the wear resistance is insufficient, and if it exceeds 15%, the amount of V dissolved in the matrix becomes solid. To increase hardenability.

【００１３】Ｔａ：1.0 〜 5.0％ Ｔａは二次硬化能を増大させ、高温での軟化抵抗性を付
与するが、 1％未満ではその効果は少なく、 5％を越え
ると安定な炭化物を形成し、それ相応の効果が得られな
い。従って、経済性の面も含め、1.0 〜 5.0％とした。
なお残部は実質的にＦｅである。Ta: 1.0 to 5.0% Ta increases the secondary hardening ability and imparts resistance to softening at high temperatures, but if it is less than 1%, its effect is small, and if it exceeds 5%, stable carbides are formed. , I can't get the corresponding effect. Therefore, including economic aspects, it was set to 1.0-5.0%.
The balance is substantially Fe.

【００１４】なお上記肉盛層形成のためのプラズマ肉盛
溶接は公知の方法によることができ、その概要を図６の
説明図に示した。同図において3 がプラズマアーク溶接
トーチであり、2 がロールの芯部 (母材) である。4 は
タングステン電極、5 は冷却水6 で冷却されるジャケッ
ト構造の銅電極で、溶接開始に当たってのパイロットア
ークを、前記タングステン電極4 との間に発生させるた
めの電極である。この銅電極5 の外側を外筒7 が取り巻
き、銅電極5 と外筒7 の間に導入された混合粉末8 は、
プラズマガス9 により形成されかつタングステン電極4
と母材2 間をとぶプラズマアークによって母材2 上に溶
接金属を形成し、肉盛層1 を形成するのである。The plasma overlay welding for forming the overlay layer can be performed by a known method, the outline of which is shown in the explanatory view of FIG. In the figure, 3 is the plasma arc welding torch, and 2 is the roll core (base material). 4 is a tungsten electrode, 5 is a copper electrode having a jacket structure cooled by cooling water 6, and is an electrode for generating a pilot arc at the start of welding between the tungsten electrode 4 and the electrode. The outer cylinder 7 surrounds the outside of the copper electrode 5, and the mixed powder 8 introduced between the copper electrode 5 and the outer cylinder 7 is
Formed by plasma gas 9 and tungsten electrode 4
The weld metal is formed on the base metal 2 by the plasma arc that blows between the base metal 2 and the base metal 2 to form the overlay layer 1.

【００１５】10はプラズマアークの外側をシールドする
シールドガスノズルであり、11がシールドガスである。
図２、図４は、ロール芯部2 が軸心2bの外周にスリーブ
2aを焼嵌めて構成されたロールの場合で、スリーブ2aを
母材としてプラズマ粉体肉盛溶接による肉盛層1 が形成
された実施例であり、通常肉盛されたスリーブを軸心2b
に焼嵌める。図２はロール胴部相当部分の全長に亘り、
肉盛層1 を備えたスリーブ2aが焼嵌められているロー
ル、図３は上記肉盛層1 を備えたスリーブ2aが分割型で
あり、各分割型スリーブ2aを相接して軸芯部2bに焼嵌め
したロール、図４は各分割型スリーブ2aを間隔を置いて
軸芯部2bに焼嵌めしたロールであり、これらスリーブ2a
には通常の鋼材による鋼管の使用が可能である。Reference numeral 10 is a shield gas nozzle for shielding the outside of the plasma arc, and 11 is a shield gas.
2 and 4, the roll core 2 has a sleeve on the outer periphery of the shaft center 2b.
In the case of a roll configured by shrink-fitting 2a, the build-up layer 1 is formed by plasma powder build-up welding using the sleeve 2a as a base material.
Shrink fit. Figure 2 shows the entire length of the roll body
A sleeve 2a having a built-up layer 1 is shrink-fitted on the roll. In FIG. 3, the sleeve 2a having the built-up layer 1 is a split type, and the split type sleeves 2a are in contact with each other to form a shaft portion 2b. FIG. 4 shows rolls that are shrink-fitted onto the shaft core portion 2b at intervals with the split sleeves 2a.
It is possible to use steel pipes made of ordinary steel.

【００１６】なお図には分割型スリーブを３個用いる場
合を示しているが、３個に限られるべきでないことは云
うまでもない。なお、スリーブ2aと軸芯部2bを焼嵌めで
なく鋳造又は鍛造により一体となした芯部としてもよ
い。さらに、スリーブ2aを省略し、軸芯部2bのみを芯部
としてもよい。The figure shows the case where three split sleeves are used, but it goes without saying that the number of split sleeves should not be limited to three. It should be noted that the sleeve 2a and the shaft core portion 2b may be integrally formed by casting or forging instead of shrink fitting. Further, the sleeve 2a may be omitted and only the shaft core portion 2b may be used as the core portion.

【００１７】次に本発明の具体的実施例を示す。 a) ロールサイズ φ４００×３５０Ｌ b) ロール芯材 ＳＣＭ４４０ c) 肉盛層 １０mm d) 使用粉末 組成（wt％) Ｃ ：2.05％、 Ｓｉ：0.30％、 Ｍｎ：0.45％、 Ｎ
ｉ：0.34％ Ｃｒ：3.97％、 Ｍｏ：4.65％、 Ｃｏ：7.50％、 Ｗ
：6.70％ Ｖ ：8.50％、 Ｔａ：2.60％ 残部実質的にＦｅ。Next, specific examples of the present invention will be described. a) Roll size φ400 × 350L b) Roll core material SCM440 c) Overlay layer 10 mm d) Powder composition (wt%) C: 2.05%, Si: 0.30%, Mn: 0.45%, N
i: 0.34% Cr: 3.97%, Mo: 4.65%, Co: 7.50%, W
: 6.70% V: 8.50%, Ta: 2.60% The balance is substantially Fe.

【００１８】e) 肉盛条件 予熱温度 ５２０℃ 主電流 １８０Ａ 電 圧 ３５Ｖ f) 熱処理 焼入温度 １１６０℃ 焼戻温度 ５６０℃ 焼戻しは３回実施した。E) Overlay condition Preheating temperature 520 ° C. Main current 180 A, voltage 35 V f) Heat treatment Quenching temperature 1160 ° C. Tempering temperature 560 ° C. Tempering was carried out three times.

【００１９】以上のようにして得た実施例ロールの肉盛
部分の硬度はＨｓ８５〜８８であった。図５は上記具体
的実施例に用いた粉末による溶接肉盛金属とチルト材の
高温硬度を調査してグラフ図としたものであり、６５０
℃まで高い硬度を維持していることがわかる。The hardness of the built-up portion of the example roll obtained as described above was Hs 85 to 88. FIG. 5 is a graph obtained by investigating the high temperature hardness of the weld overlay metal and the tilt material by the powder used in the above-mentioned specific examples.
It can be seen that high hardness is maintained up to ℃.

【００２０】[0020]

【発明の効果】本発明は以上のように、靱性を有する鋼
材によるロール芯部外周に、プラズマ溶接肉盛によって
既述のような高Ｖ及びＴａ含有の肉盛層を形成するよう
にしたので、従来の鋳造ロールはもとより肉盛ロールに
比しても高温硬度その他の機械的性質に優れ、従って耐
摩耗性、強靱性に富む使用層を有すると共に、耐事故性
の面からも十分な靱性を有する熱間圧延用のロールとす
ることができた。しかもロール芯部は通常の安価な鋼
材、またスリーブも同様に安価な鋼管を使用することが
可能であって、経済性にも優れたもので、本発明の工業
的価値は著大である。As described above, according to the present invention, the above-mentioned built-up layer containing high V and Ta is formed on the outer periphery of the roll core made of steel having toughness by plasma welding. , Superior in high temperature hardness and other mechanical properties compared to conventional casting rolls as well as hardfacing rolls, and therefore has a wear layer with high wear resistance and toughness, as well as sufficient toughness in terms of accident resistance. It was possible to obtain a roll for hot rolling. Moreover, the roll core can use a normal inexpensive steel material, and the sleeve can also use a cheap steel pipe, which is excellent in economic efficiency, and the industrial value of the present invention is remarkable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】ロール芯部を母材としたプラズマ粉体溶接によ
る肉盛層を備えたロール例である。FIG. 1 is an example of a roll including a build-up layer formed by plasma powder welding using a roll core as a base material.

【図２】焼嵌めたスリーブを母材としたプラズマ粉体溶
接による肉盛層を備えたロール例である。FIG. 2 is an example of a roll provided with a build-up layer by plasma powder welding using a shrink-fitted sleeve as a base material.

【図３】焼嵌めたスリーブを母材としたプラズマ粉体溶
接による肉盛層を備えたロール例である。FIG. 3 is an example of a roll provided with a buildup layer by plasma powder welding using a shrink-fitted sleeve as a base material.

【図４】焼嵌めたスリーブを母材としたプラズマ粉体溶
接による肉盛層を備えたロール例である。FIG. 4 is an example of a roll provided with a buildup layer by plasma powder welding using a shrink-fitted sleeve as a base material.

【図５】具体的実施例に用いた粉末による溶接肉盛金属
とチルド材の高温硬度を調査したグラフ図である。FIG. 5 is a graph chart in which the high temperature hardness of the weld overlay metal and the chilled material made of the powder used in the specific example is investigated.

【図６】プラズマ粉体肉盛溶接の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of plasma powder overlay welding.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 肉盛層 2 芯部 1 Overlay layer 2 Core

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 靱性を有する鋼材によるロール芯部の外
周に、プラズマ粉体溶接によって肉盛層が形成され、こ
の肉盛層はその組成が重量百分率で、 Ｃ ：1.5 〜 2.5％、 Ｓｉ：0.1 〜 1.5％、 Ｍｎ：
0.1 〜 1.0％、 Ｎｉ：0.1 〜 1.5％、 Ｃｒ：1.0 〜 5.0％、 Ｍｏ：
1.0 〜 5.0％、 Ｃｏ：5.0 〜10.0％、 Ｗ ：5.0 〜10.0％、 Ｖ ：
6.0 〜15.0％、 Ｔａ：1.0 〜 5.0％及び残部実質的にＦｅからなること
を特徴とする熱間圧延用溶接肉盛ロール。1. A build-up layer is formed by plasma powder welding on the outer periphery of a roll core made of a tough steel material, and the build-up layer has a composition in percentage by weight, C: 1.5 to 2.5%, Si: 0.1-1.5%, Mn:
0.1 to 1.0%, Ni: 0.1 to 1.5%, Cr: 1.0 to 5.0%, Mo:
1.0 to 5.0%, Co: 5.0 to 10.0%, W: 5.0 to 10.0%, V:
A weld overlay roll for hot rolling, characterized by comprising 6.0 to 15.0%, Ta: 1.0 to 5.0%, and the balance being substantially Fe. 【請求項２】 前記ロール芯部が軸芯にスリーブを焼嵌
めて構成されたものであることを特徴とする請求項１記
載の熱間圧延用肉盛ロール。2. The build-up roll for hot rolling according to claim 1, wherein the roll core portion is formed by shrink-fitting a sleeve on a shaft core.