JPH0580542B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0580542B2
JPH0580542B2 JP6263885A JP6263885A JPH0580542B2 JP H0580542 B2 JPH0580542 B2 JP H0580542B2 JP 6263885 A JP6263885 A JP 6263885A JP 6263885 A JP6263885 A JP 6263885A JP H0580542 B2 JPH0580542 B2 JP H0580542B2
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JP
Japan
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roll
ring
composite
inner layer
outer layer
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JP6263885A
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Japanese (ja)
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Yoshihiro Nakagawa
Takashi Hashimoto
Hideo Fujita
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Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Publication date
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Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B27/00Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02Shape or construction of rolls
    • B21B27/03Sleeved rolls

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は、鉄鋼線材及び棒材等の圧延用リング
ロールに関する。 (従来の技術) 鉄鋼圧延用ロールにおいて特に仕上圧延機用ロ
ールとしては、圧延材と接する部分(使用層)に
耐摩耗性が要求される点から、使用層である外層
と、強靭材で形成された軸芯部とが溶着一体化さ
れた複合ロールが使用されている。複合ロール
は、主として遠心力鋳造法で鋳造段階で複合一体
化される。 一方、線材圧延機には、最近は殆ど超硬焼結リ
ングロールが用いられ、例えば、ブロツクミルで
は第6図如き超硬材(WC粉末とCoが主体)によ
り形成されたリングロールが使用されている。ま
た、該リングロールは、軸に機械的に固着して組
立ロールとして使用される。 (発明が解決しようとする問題点) 超硬リングロールを軸嵌して組立ロールとして
使用する場合、リング全体が超硬材であり経済的
でないばかりか、複雑な組立構造とする必要があ
る。すなわち、リングロールを軸に組立て固着す
る場合、固定リング、スペーサーリング等を用い
て軸に強固に固定する必要があり、又鋼系の軸と
超硬リング材の熱膨張係数の大きい差を緩和する
必要があるからである。その結果、斯かる組立ロ
ールはコストが非常に高くなる。 そこで、高価な材料を圧延使用層である外層に
用い、内層は安価な強靭材とした複合リングロー
ルが要望されている。斯かる複合リングロールの
製造法として遠心力鋳造による方法がある。しか
し、この場合、高合金材の外層に内層を鋳造した
ときに、外装内面が溶解されて高合金成分が内層
に混入し、内層の強靭性を劣化させると共に、外
層の高合金材の歩留を悪化させる欠点がある。 本発明は叙上の問題に鑑みなされたものであつ
て、その目的は、超硬リングロールよりやや圧延
性能が劣るが、低コストであつて、しかも外層か
ら内層への成分の移行が可及的に抑止された強靭
な内層を有する複合リングロールを提供すること
を目的とするものである。 (問題点を解決するための手段) 前記目的を達成するために次の手段を講じた。 すなわち、複合リングロールの外層を、化学組
成が重量%で、 C:1.0〜2.8% Cr:2〜10% Si:0.2〜2.0% Mo:3〜15% Mn:1.5%以下 V:0.1〜3% P:0.1〜0.5% 残部実質的にFeからなる高合金鋼材で形成し、
内層を靭性に優れた鋼材で形成し、両者を熱間静
水圧加圧により拡散接合した。 (作用) 叙上の手段によれば、外層を形成する高合金鋼
材は耐摩耗性及び耐焼付性に優れるので、圧延使
用層に好適であり、また前記外層と靭性に優れた
鋼材で形成された鋼材とを、熱間静水圧加圧によ
り拡散接合したから、外層から内層へ高合金成分
の移行を可及的に抑止することができ、内層の強
靭性を劣化させることがない。 (実施例) 次に図面を参照して本発明の複合リングロール
について詳述する。 第1図は本発明に係る複合リングロールの構造
を示す断面図である。 複合リングロール1は、耐摩耗性及び耐焼付性
に優れた高合金鋼材で遠心力鋳造若しくは置注鋳
造により形成された外層2と、靭性に優れた鋼材
で形成された内層3とが熱間静水圧加圧(以下、
HIPという。)により拡散接合されて一体化され
ている。 斯かる複合リングロール1は、第2図1,2の
如く、高合金鋼材で形成された外層素材リング
2′と強靭性のある鋼材で形成された内層素材リ
ング3′とを適宜寸法に加工した後、両者を嵌合
しHIP処理により拡散接合して得られた複合素材
を所望の形状に加工して製作された。 この場合、外層素材リング2′の外径D1′は、第
1図の製品外径D1より加工代部分だけ大きくし、
又その内径D2は、製品の外層2と内層3との境
界の直径D2と同じとする。一方、内層素材リン
グ3′の外径はD2とし、その内径はD3′は、内面
の加工代部分だけ製品内径D3より小さくするの
は当然である。又素材リングの幅も製品幅より加
工代分を見込んで大きくする。このようにして得
られた外層素材リング2′と内層素材リング3′と
をHIP処理により拡散接合する。その結果、外層
から内層へCrの混入が可及的に抑止され、かつ
両者が強固に結合一体化された複合素材が得られ
る。 外層を形成する高合金鋼材の化学組成は、下記
の理由から限定される。以下、単位は重量%であ
り、残部はFe及び不可避的に混入する不純物で
ある。 C:1.0〜2.8% Cは複合炭化物を形成しロール材として要求
される硬度、耐摩耗性などを向上させる。1.0
%未満では塊状セメンタイトが不足して十分な
硬度が得られない。一方、2.8%を越えると塊
状セメンタイトが過剰となり靭性に欠き、また
肌荒れの要因となる。 Si:0.2〜2.0% Siは湯流れ性を確保するため0.2%以上含有
され、また使用原料から0.2%程度は不可避的
に含有されるが、2.0%を越えて含有されると
靭性の低下を招来し好ましくない。 Mi:1.5%以下 Mnについても使用原料から不可避的に含有
されるが、1.5%を越えると靭性の低下を招来
し好ましくない。 Cr:2〜10% Crは炭化物生成元素であり、本ロース材の
場合硬い塊状セメンタイトを生成させ、耐摩耗
性確保のために必要な元素である。2%未満で
は塊状セメンタイトが少なく耐摩耗性の確保が
難しくなり、一方10%を越えると塊状セメンタ
イトが過多となり靭性が低下する。 Mo:3〜15% Moは本発明に係るロール材の主要成分の一
つであつて、高硬度の炭化物を形成して耐摩耗
性を向上せしめ、かつ歪取り熱処理における軟
化抵抗を付与する元素である。3%未満では、
飛躍的な耐摩耗性の向上を図るために必要な硬
度が得られず、一方15%を越えると塊状セメタ
イトが過多となり靭性が劣化する。 V:0.1〜3% Vは硬い塊状セメンタイトを形成し、非常に
優れた耐摩耗性を与えると共に、鋳造材におい
てはネツト状塊状セメンタイトの生成を防止
し、独立した塊状セメンタイトを形成せしめて
靭性を良好にする。0.1%未満では塊状セメン
タイトの独立に効果がなく、一方3%を越える
と塊状セメンタイトが過多となり靭性が低下す
る。 P:0.1〜0.5% PはFe、Mo、Cと共に4元共晶を生成する
が、この4元共晶はロールの圧延に際してロー
ル表面より剥離して潤滑材の作用をなし、耐焼
付性を極めて良好にする。0.1%未満では4元
共晶が少なく耐焼付性向上効果を期待し難い。
一方、0.5%を越えると4元共晶が過度となり
靭性の低下を招来し好ましくない。 叙上の成分で構成された高合金鋼材は、高温硬
度が高く、耐摩耗性及び耐焼付性に著しく優れる
ので、圧延使用層として用いるのに好適である。 内層に用いる鋼材は、一般に靭性の優れた機械
構造用炭素鋼、構造用合金鋼等の材料から適宜選
択できる。特に、フエライト基地からなる低炭素
低合金鋼を用いると、HIP処理に際して、又前記
複合素材の焼入に際して好適である。すなわち、
斯かるフエライト基地からな材質は、熱膨張係数
が小さいので、HIP処理時の加熱冷却の温度変化
によつても変形が小さく、拡散接合面で割れ、剥
離が生じ難い。また、複合素材は外層を耐磨耗性
に優れたものにするために焼入・焼戻し熱処理に
供されるが、内層に前記フエライト基地の低炭素
低合金鋼材を使用すれば、複合素材全体を焼入れ
ても内層には焼入作用が及ばず、靭性劣化が生じ
ない。もし、内層に焼入効果があると、リングロ
ールを軸嵌して組立ロールとする際、割損を生じ
易くなり好ましくない。尚、複合素材の外層のみ
を焼入熱処理に供することもできるが、全体を処
理するのに比べて荒業が煩雑で生産性の点で劣
る。 以上説明した複合リングロール1は、ブロツク
ミルの如く軸に組立てずにそのまま使用される場
合もあるが、第3図〜第5図に示す如く軸に組立
てて組立ロールとして使用される。 すなわち、第3図の如く、中央部外周に環状凸
部22が一体的に形成された軸21に焼ばめ固定
したり、又第4図及び第5図の如く、軸23に複
合リングロール1とスペーサーリング24又は/
及び端末リング25を焼ばめて組立ロールとして
使用することも可能である。 尚、複合リングロール1の軸への組立は、圧延
機の形式により複合リングロールを1個としても
よく、又2個以上としてもよいことは勿論であ
る。更に、軸材は、一般的には強靭で溶接固定が
可能な鋼材を用いるが、圧延荷重が小さい場合、
ダクタイル鋳鉄等の鋳鉄材としてもよいことは勿
論である。 次に具体的実施例を掲げて説明する。 (実施例) 外径D1=φ320mm、内径D3=φ180mm、外層・内
層境界系D2=φ260mm、幅200mmの複合リングロー
ルの製造実施例。 (1) 第1表に示した組成の高合金鋼材及びC:
0.24%、Si:0.11%、Mn:0.44%、残部実質的
Feの低C鋼で、下記寸法の素材リングを製作
した。 ●外層素材リング D1′=φ323、D2=φ260、幅205mm ●内層素材リング D2=φ260、D3′=φ175、幅205mm
(Industrial Application Field) The present invention relates to a ring roll for rolling steel wire rods, bars, etc. (Prior art) Rolls for steel rolling, especially rolls for finishing rolling mills, are required to have wear resistance in the part that contacts the rolled material (used layer), so the outer layer and the used layer are made of tough materials. A composite roll is used in which the shaft core part and the core part are welded together. The composite roll is mainly integrated into a composite roll at the casting stage using a centrifugal casting method. On the other hand, most wire rod rolling mills these days use cemented carbide sintered ring rolls. For example, block mills use ring rolls made of cemented carbide (mainly made of WC powder and Co) as shown in Figure 6. There is. Further, the ring roll is mechanically fixed to a shaft and used as an assembly roll. (Problems to be Solved by the Invention) When a carbide ring roll is shaft-fitted and used as an assembly roll, the entire ring is made of carbide, which is not only uneconomical but also requires a complicated assembly structure. In other words, when assembling and fixing a ring roll to a shaft, it is necessary to firmly fix it to the shaft using a fixing ring, spacer ring, etc., and also to alleviate the large difference in thermal expansion coefficient between the steel shaft and the carbide ring material. This is because it is necessary. As a result, such assembled rolls are very costly. Therefore, there is a demand for a composite ring roll in which an expensive material is used for the outer layer used for rolling, and an inexpensive tough material is used for the inner layer. One method for manufacturing such a composite ring roll is centrifugal casting. However, in this case, when the inner layer is cast on the outer layer of high alloy material, the inner surface of the exterior is melted and the high alloy components are mixed into the inner layer, deteriorating the toughness of the inner layer and reducing the yield of the high alloy material of the outer layer. There are drawbacks that make it worse. The present invention was developed in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to achieve rolling performance that is slightly inferior to that of a carbide ring roll, but to be low-cost and to allow the transfer of components from the outer layer to the inner layer. It is an object of the present invention to provide a composite ring roll having a strong inner layer that is restrained in terms of strength. (Means for solving the problem) The following measures were taken to achieve the above objective. That is, the chemical composition of the outer layer of the composite ring roll is as follows in weight percent: C: 1.0 to 2.8% Cr: 2 to 10% Si: 0.2 to 2.0% Mo: 3 to 15% Mn: 1.5% or less V: 0.1 to 3 % P: 0.1~0.5% The remainder is made of high alloy steel material consisting essentially of Fe,
The inner layer was formed from a steel material with excellent toughness, and the two were diffusion bonded by hot isostatic pressing. (Function) According to the above means, the high alloy steel material forming the outer layer has excellent wear resistance and seizure resistance, so it is suitable for the layer used for rolling, and the outer layer is made of a steel material with excellent toughness. Since the steel materials are diffusion bonded by hot isostatic pressing, the transfer of high alloy components from the outer layer to the inner layer can be suppressed as much as possible, and the toughness of the inner layer will not deteriorate. (Example) Next, the composite ring roll of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a composite ring roll according to the present invention. The composite ring roll 1 consists of an outer layer 2 formed by centrifugal casting or cast casting using a high-alloy steel material with excellent wear resistance and seizure resistance, and an inner layer 3 formed from a steel material with excellent toughness. Hydrostatic pressurization (hereinafter referred to as
It's called HIP. ) are integrated by diffusion bonding. As shown in FIGS. 1 and 2, such a composite ring roll 1 is made by processing an outer material ring 2' made of high-alloy steel and an inner material ring 3' made of strong steel into appropriate dimensions. After that, the two were fitted and diffusion bonded using HIP processing, and the resulting composite material was processed into the desired shape. In this case, the outer diameter D 1 ' of the outer layer material ring 2' is made larger than the product outer diameter D 1 in Fig. 1 by the machining allowance.
Further, the inner diameter D 2 is the same as the diameter D 2 of the boundary between the outer layer 2 and the inner layer 3 of the product. On the other hand, the outer diameter of the inner material ring 3' is set to D2 , and the inner diameter D3 ' is naturally smaller than the product inner diameter D3 by the machining allowance on the inner surface. Also, the width of the material ring is made larger than the product width to account for the processing allowance. The thus obtained outer layer material ring 2' and inner layer material ring 3' are diffusion bonded by HIP processing. As a result, a composite material is obtained in which the mixing of Cr from the outer layer to the inner layer is suppressed as much as possible, and the two are strongly bonded and integrated. The chemical composition of the high alloy steel material forming the outer layer is limited for the following reasons. Hereinafter, the unit is % by weight, and the remainder is Fe and unavoidably mixed impurities. C: 1.0 to 2.8% C forms a composite carbide and improves the hardness, wear resistance, etc. required for a roll material. 1.0
If it is less than %, there will be insufficient bulk cementite and sufficient hardness will not be obtained. On the other hand, if it exceeds 2.8%, massive cementite becomes excessive, resulting in a lack of toughness and causing rough skin. Si: 0.2 to 2.0% Si is contained at 0.2% or more to ensure melt flowability, and about 0.2% is unavoidably contained in the raw materials used, but if it is contained in excess of 2.0%, it may reduce toughness. I don't like it. Mi: 1.5% or less Mn is also unavoidably contained in the raw materials used, but if it exceeds 1.5%, it is undesirable because it causes a decrease in toughness. Cr: 2-10% Cr is a carbide-forming element, and in the case of this loin material, it is an element necessary to generate hard massive cementite and ensure wear resistance. If it is less than 2%, there will be little lumpy cementite and it will be difficult to ensure wear resistance, while if it exceeds 10%, there will be too much lumpy cementite and the toughness will decrease. Mo: 3 to 15% Mo is one of the main components of the roll material according to the present invention, and is an element that forms high hardness carbides to improve wear resistance and provides softening resistance during strain relief heat treatment. It is. Below 3%,
The hardness necessary to dramatically improve wear resistance cannot be obtained, and on the other hand, if it exceeds 15%, there will be too much bulk cementite and the toughness will deteriorate. V: 0.1 to 3% V forms hard massive cementite and provides excellent wear resistance. In cast materials, it prevents the formation of net-like massive cementite and forms independent massive cementite to improve toughness. make it good. If it is less than 0.1%, there is no effect on the independence of massive cementite, while if it exceeds 3%, there will be too much lumpy cementite and the toughness will decrease. P: 0.1 to 0.5% P forms a quaternary eutectic together with Fe, Mo, and C. During rolling, this quaternary eutectic peels off from the roll surface and acts as a lubricant, improving seizure resistance. Make it extremely good. If it is less than 0.1%, the amount of quaternary eutectic is small and it is difficult to expect an effect of improving seizure resistance.
On the other hand, if it exceeds 0.5%, the quaternary eutectic becomes excessive, resulting in a decrease in toughness, which is not preferable. The high-alloy steel material composed of the above-mentioned components has high high-temperature hardness and excellent wear resistance and seizure resistance, so it is suitable for use as a rolling layer. The steel material used for the inner layer can be appropriately selected from materials such as mechanical structural carbon steel and structural alloy steel, which generally have excellent toughness. In particular, the use of low carbon, low alloy steel consisting of a ferrite base is suitable for HIP treatment and for quenching the composite material. That is,
Such a ferrite-based material has a small coefficient of thermal expansion, so it is less deformed by temperature changes during heating and cooling during HIP processing, and is less likely to crack or peel at the diffusion bonding surface. In addition, composite materials are subjected to quenching and tempering heat treatment to make the outer layer superior in wear resistance, but if the ferrite-based low-carbon, low-alloy steel material is used for the inner layer, the entire composite material can be improved. Even if quenched, the quenching effect does not reach the inner layer, and no deterioration in toughness occurs. If the inner layer has a hardening effect, it is undesirable because breakage tends to occur when the ring roll is fitted into an assembled roll. It is also possible to subject only the outer layer of the composite material to the quenching heat treatment, but compared to treating the entire composite material, the rough work is complicated and the productivity is inferior. The composite ring roll 1 described above may be used as it is without being assembled on a shaft, such as in a block mill, but it may be used as an assembled roll by being assembled on a shaft as shown in FIGS. 3 to 5. That is, as shown in FIG. 3, the annular convex portion 22 is integrally formed on the outer periphery of the central portion of the shaft 21, which is shrink-fitted and fixed, or as shown in FIGS. 4 and 5, a composite ring roll is fixed to the shaft 23. 1 and spacer ring 24 or/
It is also possible to shrink-fit the terminal ring 25 and use it as an assembly roll. It goes without saying that when assembling the composite ring roll 1 to the shaft, one composite ring roll or two or more composite ring rolls may be assembled depending on the type of rolling mill. Furthermore, the shaft material is generally made of steel that is strong and can be fixed by welding, but when the rolling load is small,
Of course, a cast iron material such as ductile cast iron may also be used. Next, specific examples will be listed and explained. (Example) Example of manufacturing a composite ring roll with outer diameter D 1 = φ320 mm, inner diameter D 3 = φ180 mm, outer layer/inner layer boundary system D 2 = φ260 mm, and width 200 mm. (1) High alloy steel materials with the composition shown in Table 1 and C:
0.24%, Si: 0.11%, Mn: 0.44%, remainder substantial
A material ring with the following dimensions was manufactured using Fe low C steel. ●Outer layer material ring D 1 ′ = φ323, D 2 = φ260, width 205mm ●Inner layer material ring D 2 = φ260, D 3 ′ = φ175, width 205mm

【表】 (2) 前記外層及び内層素材リングを嵌合して、圧
力200Kg/cm2、温度1140℃でHIP処理し、両者
を拡散接合して複合素材を得た。 (3) その後、前記複合素材を焼入・焼戻し熱処理
を行つた後、機械加工により複合リングロール
を得た。製品外層の硬度は、Hs87であり、内
層の硬度はHs34であつた。 (4) 前記複合リングロールを各々2個用意し、第
3図の如く軸に焼ばめ固定し、胴長500mmlの
棒鋼圧延用組立ロールを得た。 (発明の効果) 以上説明した通り、本発明に係る複合リングロ
ールは、外層を耐摩耗性及び耐焼付性に優れた高
合金鋼材で形成し、内層を強靭な鋼材で形成した
から、鉄鋼線材及び棒材等の圧延用ロールとして
低コストであり、しかも寿命的にも優れる。ま
た、外層と内層とをHIP処理により拡散接合した
から、高合金材質の外層から内層への高合金成分
の混入を可及的に防止でき、内層の靭性を劣化さ
せることがない。 従つて、内層が強靭材で形成されている本発明
の複合リングロールを組立ロールに適応すれば、
簡単な焼ばめ法や、溶接、ネジ、ボルト等で軸に
低コストで組立てることができ、しかも軸の再利
用が可能となる。
[Table] (2) The outer layer and inner layer material rings were fitted together and subjected to HIP treatment at a pressure of 200 Kg/cm 2 and a temperature of 1140° C., and the two were diffusion bonded to obtain a composite material. (3) Thereafter, the composite material was subjected to quenching and tempering heat treatment, and then a composite ring roll was obtained by machining. The hardness of the outer layer of the product was Hs87, and the hardness of the inner layer was Hs34. (4) Two of each of the above composite ring rolls were prepared and fixed to the shaft by shrink fitting as shown in Fig. 3 to obtain an assembled roll for rolling steel bars with a body length of 500 mm. (Effects of the Invention) As explained above, the composite ring roll according to the present invention has an outer layer made of a high alloy steel material with excellent wear resistance and seizure resistance, and an inner layer made of a tough steel material. It is low cost as a rolling roll for rolling bars, etc., and has an excellent lifespan. Furthermore, since the outer layer and the inner layer are diffusion bonded by HIP processing, it is possible to prevent the high alloy component from entering the inner layer from the outer layer made of a high alloy material, and the toughness of the inner layer is not deteriorated. Therefore, if the composite ring roll of the present invention whose inner layer is made of a tough material is applied to an assembly roll,
It can be assembled onto the shaft using a simple shrink fit method, welding, screws, bolts, etc. at low cost, and the shaft can be reused.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る複合リングロールの断面
図、第2図1,2は素材リングの断面図、第3図
〜第5図は本発明に係る複合リングロールを適用
した組立ロールの一部断面図、第6図は従来のリ
ングロールの断面図を示す。 1……複合リングロール、2……外層、3……
内層。
Fig. 1 is a sectional view of a composite ring roll according to the present invention, Figs. 2 1 and 2 are sectional views of a raw material ring, and Figs. 3 to 5 are an assembled roll to which the composite ring roll according to the present invention is applied. Partial sectional view, FIG. 6 shows a sectional view of a conventional ring roll. 1...Composite ring roll, 2...Outer layer, 3...
Inner layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 化学組成が重量%で、 C:1.0〜2.8% Cr:2〜10% Si:0.2〜2.0% Mo:3〜15% Mn:1.5%以下 V:0.1〜3% P:0.1〜0.5% 残部実質的にFeで形成された高合金鋼材の外
層と、靭性に優れた内層とが熱間静水圧加圧によ
り拡散接合されてなることを特徴とする複合リン
グロール。 2 内層はフエライト基地からなる低炭素低合金
鋼材で形成されてなることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の複合リングロール。
[Claims] 1 Chemical composition in weight%: C: 1.0-2.8% Cr: 2-10% Si: 0.2-2.0% Mo: 3-15% Mn: 1.5% or less V: 0.1-3% P : 0.1 to 0.5% The remainder A composite ring roll characterized in that an outer layer of high-alloy steel material substantially made of Fe and an inner layer with excellent toughness are diffusion bonded by hot isostatic pressing. 2. The composite ring roll according to claim 1, wherein the inner layer is formed of a low-carbon, low-alloy steel material comprising a ferrite base.
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JPS61219406A JPS61219406A (en) 1986-09-29
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