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JP2888041B2 - 複合ロールおよびその製造法 - Google Patents

複合ロールおよびその製造法

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JP2888041B2
JP2888041B2 JP19385492A JP19385492A JP2888041B2 JP 2888041 B2 JP2888041 B2 JP 2888041B2 JP 19385492 A JP19385492 A JP 19385492A JP 19385492 A JP19385492 A JP 19385492A JP 2888041 B2 JP2888041 B2 JP 2888041B2
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利博 工藤
邦明 枝松
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複合ロールおよびそ
製造法、特に鋼板等の鉄鋼材の熱間仕上圧延機のワーク
ロールなどに使用される、耐久性に優れた複合ロール
よびその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の鉄鋼圧延技術においても圧延製品
の品質向上および経済性の改善が強く求められ、特にホ
ットストリップの圧延技術におけるそれらの要求は、圧
延時の負荷応力がますます増大してきていることから、
耐摩耗性と強靱性に一層優れた圧延用ロールを求めてい
る。
【0003】従来、かかる用途には耐摩耗性に優れた外
層と靱性に優れた軸芯鋼材とから形成される圧延用複合
ロールが使用されてきており、その製造法としては、低
合金鋼からなる芯材の周囲に高合金材の溶湯を鋳造して
外層を形成させて複合素材を得、次いで、これに焼鈍・
荒加工・焼入れ・焼戻しおよび仕上加工を施工して、十
分な表面硬さと形状を付与する方法が知られている。
【0004】すなわち、特公昭44−4903号公報には、外
層と軸芯鋼材とを溶着一体化せしめる好適な複合素材の
製造法として連続肉盛溶接法が開示されている。また、
特開平1−96355 号公報には、上記外層に相当する圧延
使用層の耐摩耗性を確保する高炭素高合金材が開示され
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の複合ロールの製造法においては、以下のような問
題点がある。
【0006】まず、連続肉盛溶接法は、外層と軸芯鋼材
とを溶着一体化することを主眼とした複合素材の製造法
であり、円環状の誘導加熱コイルを内蔵した耐火材製枠
と冷却型とからなるモールドの内側に、鋼からなる芯材
を同心状に挿入し、前記モールドと前記芯材との環状空
隙に外層材溶湯を注入して、この溶湯を芯材に溶着させ
るとともに凝固させながら連続的に肉盛する方法であ
る。外層材溶湯の凝固は冷却型に接する外周部からのみ
ならず一部芯材側からも進行するので、凝固時の固液共
存温度域すなわち初晶開始温度と凝固完了温度との差が
大きい外層材溶湯の場合には外層と芯材との境界近傍の
外層最終凝固部に収縮巣等の鋳造欠陥が発生しやすいと
いう問題点を有している。
【0007】このような鋳造欠陥の発生を少なくする方
法として特開平1−96355 号公報開示の外層材において
は、固液共存温度域が小さくなるような組成範囲に限定
することを提唱している。しかしながら、C含有量が1.
5 %以上の高炭素高合金材において、固液共存温度域を
小さくする組成にすることは、必然的に凝固時に晶出す
る粗大共晶炭化物量が多くなることであり、この粗大共
晶炭化物は熱間圧延用ロール材の重要な性能である耐摩
耗性、耐熱性 (耐肌荒性および耐熱衝撃性) を著しく劣
化させる作用を有しているので、鋳造欠陥の発生は少な
くなる可能性はあるが性能的には劣化することになる。
【0008】一方、耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール
材として、特開平3−56642 号公報に開示された高炭素
高バナジウム系耐摩耗材がある。これは胴内部および軸
部が強靱性に富み、表層部が耐摩耗性と耐熱性に優れた
一体型高耐久性熱間圧延用ロール等を目的として開発さ
れたものである。そのため粒状で高硬度のV炭化物を多
量に分散させて耐摩耗性を確保するとともに、強靱性、
耐摩耗性および耐熱性を著しく劣化させる粗大共晶炭化
物の晶出量を制限する組成としている。したがって、耐
摩耗性と耐熱性を兼備した熱間圧延用複合ロールの外層
材としても好適であるが、固液共存温度域は粗大共晶炭
化物の晶出量を低減する組成とするほど大きくなる傾向
を有しているため、鋳造欠陥の発生は避けられない。
【0009】したがって、耐摩耗性および耐熱性に優れ
る外層を備えた複合ロールを、上述のような鋳造複合素
材を用いて製造する場合には、外層における粗大共晶炭
化物の晶出量を低減させる組成をする結果、固液共存温
度域は大きくなっており、得られる鋳造複合素材の境界
近傍に鋳造欠陥が発生しやすく、過酷な圧延条件で長期
間使用するワークロールとしては、鋳造欠陥部を起点と
した外層の剥離に至る場合もあり信頼性に欠けるもので
あった。特に、かかる傾向は、今日のように性能的に粗
大共晶炭化物の晶出量を極力低減せざるを得ない場合に
は顕著となって、その解決が求められる。
【0010】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、鋳造複合素材に発生する鋳造欠陥を解消すること
ができる高耐久性複合ロールおよびその製造法を提供す
ることを目的とする。
【0011】より具体的には、本発明は鋳造複合素材か
ら複合ロールを製造するに際して、粗大共晶炭化物の晶
出量を極力低減する組成から成る外層材を使用しても最
終的に鋳造欠陥の残留しない高耐久性複合ロールおよび
の製造法を提供することを目的とする。
【0012】ここに、「耐久性」は、耐摩耗性、耐肌荒
れ性、そして耐事故性を綜合的に判断していわゆるロー
ル耐用寿命の長いことを意味するのである。したがっ
て、本発明における高耐久性は、例えば、従来はロール
1本当たりの圧延量が60万tであったのを300 万tとい
うように長期化することを可能とする意味である。
【0013】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するめ
に種々検討を重ねたところ、むしろ、粗大共晶炭化物の
晶出を積極的に低減することで耐摩耗性のみならず、強
靱性、耐熱性の改善を図り、その結果として生じる固液
共存温度域の拡大に起因する収縮巣などの鋳造欠陥の発
生は、事後的に外層を鍛造加工して解消することで、総
合的に高耐久性を実現できることを知り、本発明を完成
した。
【0014】なお、従来より鋳造素材に鍛造加工を施す
ことは場合によって行われてきたが、その対象はもとも
と冷間圧延用ロール素材あるいは一体的な素材であっ
て、鋳造組織を破壊して鍛造組織とすることを目的とし
ており、上述のような主として熱間圧延用ロールに用い
られる複合構造のものを対象とするものではなく、また
収縮巣などの鋳造欠陥の修復を主目的とするものでもな
い。
【0015】ここに、本発明の要旨とするところは、
靱性に優れた軸芯鋼材の周囲に、重量%で、C:1.5 〜
2.5 %およびV:4.5 〜8.0 %を有する鋼組成を有し、
耐摩耗性および耐熱性に優れた外層を連続肉盛溶接法に
より鋳造して複合素材を得、次いで該複合素材に、900
〜1150℃の加熱温度で、前記外層の最終凝固域に発生し
た収縮巣を圧着解消させる鍛造加工を行われてなること
を特徴とする複合ロールである。 また、別の面からは、
本発明は、強靱性に優れた軸芯鋼材の周囲に、重量%
で、C:1.5 〜2.5 %およびV:4.5 〜8.0 %を有する
鋼組成を有し、耐摩耗性および耐熱性に優れた外層を
続肉盛溶接法により鋳造して複合素材を得、次いで該複
合素材に、900 〜1150℃の加熱温度で、前記外層の最終
凝固域に発生した収縮巣を圧着解消させる鍛造加工を行
うことを特徴とする複合ロールの製造法である。
【0016】
【作用】本発明によれば、例えば従来公知の連続肉盛溶
接法などの手段でもって軸芯鋼材の周囲に外層を鋳造し
て得た複合素材に900 〜1150℃の加熱温度で鍛造加工を
行うのであるが、本発明によれば鋳造複合素材の境界近
傍に発生していた鋳造欠陥を圧着解消せしめることがで
きる。
【0017】また、鋳造時に高温加熱されて粗大化した
軸芯鋼材表層部の結晶粒を微細化することができ境界部
の強靱性を向上させ、高耐久性ロールとしての信頼性を
さらに高めることができる。
【0018】したがって、本発明によれば外層材として
低合金鋼から高合金鋼まで幅広い組成の選択を可能とす
るが、実用上の点からは、本発明に係る複合ロールの外
層に使用される高合金材としては、前述の特開平3−56
642 号公報に開示された耐摩耗性および耐熱性が確保で
きる下記組成 (wt%) のものがある
【0019】すなわち、重量%で、 C: 1.5 〜2.5 %、 Si: 1.2 %以下、 Mn: 1.2 %以下、 Cr: 1.5 〜6.0 %、 Mo+0.5W: 1.5 〜6.0 %、 V: 4.5 〜8.0 %、 さらに、所望に応じて、Ni: 3.0 %以下、 Co: 5.0%以
下、Nb: 2.0 %以下、およびTi: 2.0 %以下から成る群
から選んだ少なくとも1種 残部実質的にFeから成る鋼組成である。
【0020】外層鋳造による複合素材の製造法について
、前述の連続肉盛溶接法を用いる。
【0021】従来の連続肉盛溶接法によれば、性能を犠
牲にした成分組成の制約のみならず、収縮巣等の鋳造欠
陥の発生を可及的に抑制するための鋳造条件の的確な設
定、更には製品検査を厳重にすることで鋳造欠陥の発生
している素材を排除する等の対処が重要な管理項目とな
っていたが、本発明によればロール性能に直接的に関与
する圧延使用層を適正な凝固組織から成るものとするた
めの鋳造条件の設定がほぼ唯一の管理項目となる。
【0022】このようにして得られた複合素材について
は鍛造加工を行うが、鍛造時の加熱温度を900〜11
50℃にしているのは、900℃未満では塑性変形抵抗
が大きく鋳造欠陥の圧着解消が困難となり、1150℃
を越えると外層凝固完了温度を越える場合が発生するか
らである。本発明にあって、鍛造加熱温度としては11
00±20℃として鍛造仕上げ温度を900℃以上とす
ることが好ましい。
【0023】鍛造の際の加工度、つまり鍛造比は、鋳造
欠陥の圧着が主目的であるから通常は1.1 〜1.5 程度で
十分であり、さらに鋳造組織の破壊・組織の微細化を付
与する場合には1.5 以上の鍛造比が好ましい。
【0024】鍛造加工は通常プレスを使用して行なう
が、複合素材が小さい場合にはハンマーを使用して行っ
てもよい。
【0025】
【実施例】以下に具体的実施例を掲げる。
【0026】実施例1 本例では、特公昭44−4903号公報に開示された連続肉盛
溶接法により、鋼(SCM440)と表1に示す外層溶湯成分と
からなる、胴部寸法が直径240 ×長さ1500mm、外層厚さ
40mmの複合素材を鋳造した。
【0027】得られた複合素材の胴端から400mm位
置の断面マクロ腐食を行って得た金属組織写真を図1に
示す。倍率は1:1である。図1からも分かるように、
マクロ腐蝕により、境界から約12mmまでの外層最終
凝固部に顕著な鋳造欠陥が観察される。
【0028】図2は、その鋳造欠陥部顕微鏡により
して示す金属組織写真(倍率30倍)であり、それに
よれば鋳造欠陥は収縮巣の集合したものであることが分
かる。
【0029】この複合素材の残材600 mmを直径220 に旋
削後1080℃に均熱加熱して、直径200 mmにハンマーを使
って鍛造加工を施した。鍛造比は1.21であった。
【0030】このようにして鍛造された複合素材の胴端
から200mm位置断面マクロ腐食により示す金属組
写真および境界部近傍顕微鏡により拡大して示す金
属組織写真を、それぞれ図3および図4に示す。
【0031】各図からも分かるように、鋳造複合素材に
発生していた鋳造欠陥は、鍛造加工施工により圧着解消
していることが分かる。
【0032】次いで、鍛造加工の有無による境界部の強
靱性を比較するために、これらの複合素材の断面マクロ
腐食を行った円板より試験片を採取した抗折試験を行っ
たところ、鋳造のままでは抗折力が641MPaであるのに対
し鍛造加工施工材では864MPaとなっており、鍛造により
200MPa以上の強靱性の向上が認められた。すなわち、鍛
造加工により鋳造欠陥が圧着解消するのみならず、鍛造
加工は境界部の強靱性の改善に著しく有用であることが
分かる。
【0033】
【表1】
【0034】実施例2 本例では実施例1に示す外層材に代えて表2に示す各鋼
組成の外層材を使用し、実施例1と同様の試験を行っ
た。
【0035】複合素材としてはいずれも収縮巣を生じて
いたが、それらは鍛造加工によって圧着修復された。
【0036】
【表2】
【0037】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明により、鋳造
複合素材に発生する鋳造欠陥を圧着解消することができ
るので、耐摩耗性と耐熱性を兼備しかつ信頼性を著しく
向上した高耐久性ロールを安定して供給することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋳造複合素材の境界部近傍に発生した鋳造欠陥
の状況を断面マクロ腐食により示す金属組織写真であ
る。
【図2】図1に認められる鋳造複合素材の鋳造欠陥
微鏡により拡大して示す金属組織写真である。
【図3】本発明実施例の鍛造施工された鋳造複合素材
断面マクロ腐食により示す金属組織写真である。
【図4】図3の鍛造施工複合素材の境界近傍顕微鏡
より拡大して示す金属組織写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−122251(JP,A) 特開 昭50−29453(JP,A) 特開 昭57−2862(JP,A) 特開 昭61−284527(JP,A) 特開 昭54−120260(JP,A) 特開 平6−210434(JP,A) 特開 平6−226306(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22D 27/04 B22D 19/19 B21B 27/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強靱性に優れた軸芯鋼材の周囲に、重量
    %で、C:1.5〜2.5 %およびV:4.5 〜8.0 %を有す
    る鋼組成を有し、耐摩耗性および耐熱性に優れた外層を
    連続肉盛溶接法により鋳造して複合素材を得、次いで該
    複合素材に、900 〜1150℃の加熱温度で、前記外層の最
    終凝固域に発生した収縮巣を圧着解消させる鍛造加工を
    行われてなることを特徴とする複合ロール。
  2. 【請求項2】 強靱性に優れた軸芯鋼材の周囲に、重量
    %で、C:1.5〜2.5 %およびV:4.5 〜8.0 %を有す
    る鋼組成を有し、耐摩耗性および耐熱性に優れた外層を
    連続肉盛溶接法により鋳造して複合素材を得、次いで該
    複合素材に、900 〜1150℃の加熱温度で、前記外層の最
    終凝固域に発生した収縮巣を圧着解消させる鍛造加工を
    行うことを特徴とする複合ロールの製造法。
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