(57)【要約】【課題】本発明は、従来より寿命が長く、且つ圧延した製品に肌荒れが生じ難いロールを製造可能な複合ロールの遠心鋳造方法を提供することを目的としている。【解決手段】ロールのワーク部を形成する金型、両端部を形成する砂製の上型及び下型を備えた鋳型を一定角度で傾斜、回転させ、該鋳型に最初は溶融状態にある外層用素材を注入し、該外層用素材が凝固した後に芯材用素材を注入する複合ロールの遠心鋳造方法を改良した。その内容は、注入された溶融状態の素材の撹拌が促進されるよう、素材が凝固後にクロップとして切り捨てられる部分の下型内面に、断面視で中心側に突出した凸条を形成した下型を用いることである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロールのワーク部を形成する金型、両端部を形成する砂製の上型及び下型を備えた鋳型を一定角度で傾斜、回転させ、該鋳型に最初は溶融状態にある外層用素材を注入し、該外層用素材が凝固した後に芯材用素材を注入する複合ロールの遠心鋳造方法において、
注入された溶融状態の素材の撹拌が促進されるよう、素材が凝固後にクロップとして切り捨てられる部分の下型内面に、断面視で中心側に突出した凸条を形成した下型を用いることを特徴とする複合ロールの遠心鋳造方法。
【請求項２】
前記凸条の形状を山形とすることを特徴とする請求項１記載の複合ロールの遠心鋳造方法。
【請求項３】
前記鋳型の傾斜を５°以上、回転速度を３００〜１０００ｒｐｍとすることを特徴とする請求項１又は２記載の複合ロールの遠心鋳造方法。
【請求項４】
前記外層用素材がハイス系合金であり、前記芯材用素材がダクタイル鋳鉄であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合ロールの遠心鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合ロールの遠心鋳造方法に係わり、詳しくは、耐摩耗性に優れ、従来より寿命が長い複合ロールの製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、金属材料、例えば鋼材や鋼板は、溶鋼を連続鋳造等して得た鋼鋳片を、熱間又は冷間で圧延して製造される。その圧延にはロールが使用されるが、該ロールの良否は、製造される鋼材、鋼板等の品質や価格に多大な影響を与える。特に、近年は、熱間圧延技術の進歩が目覚しく、それに伴い、使用する熱間圧延用ロールの特性、特に耐摩耗性の向上が強く要求されるようになった。
【０００３】
このような耐摩耗性の向上要求に応え、ロールを芯材と被圧延材に接する外層（ワーク層ともいう）との二重構造とし、該外層の素材を高速度工具鋼の組成に類似した組成とし、ロールの製造時に硬質な炭化物を析出させて、耐摩耗性を格段に向上させた高性能の複合ロール（ハイス系ロール）が開発され、実用化されている。例えば、ロール芯材の上に、Ｃ：２．４〜２．９質量％，Ｓｉ：１質量％以下，Ｍｎ：１質量％以下，Ｃｒ：１２〜１８質量％，Ｍｏ：３〜９質量％，Ｖ：３〜８質量％，Ｎｂ：０．５〜４質量％を含有し，０．２７≦Ｍｏ／Ｃｒ≦０．７及び（Ｃ＋０．２Ｃｒ）≦６．２を満足する組成のハイス系外層を有する熱間圧延用ロールが提案されている（特許文献１）。ここで、かかる複合ロールの製造には、図３に示すような遠心鋳造法が利用される。つまり、素材を電気炉（例えば、低周波溶解炉等）１で溶解し、一定角度で傾斜させて回転している鋳型２に注ぎ、遠心力をかけた状態で凝固させた後、熱処理炉３及び加工機械４を経由させてロール１１とする。その際、素材には、最初に注入する外層用及び後から注入する芯材用の二種類を用いることになる。
【０００４】
また、本出願人も、同様に遠心鋳造法で製造され、Ｃ：１．６〜２．９質量％，Ｓｉ：１質量％以下，Ｍｎ：１質量％以下，Ｃｒ：４〜１８質量％，Ｍｏ：１〜９質量％，Ｖ：３〜８質量％，Ｎｂ：０．５質量％以下の鉄で外殻を形成してなるロールであって、前記鉄に、さらに該鉄に非固溶な金属を含有させ、凝固後のロール使用層に鉄に非固溶な金属の微粒子を分散させてなることを特徴とする金属材料の熱間圧延用ロールを開示している（特許文献２参照）。このロールによれば、被圧延材との焼付き頻度が低減し、従来よりクラックの発生が減り、ロールの寿命が延長できるようになった。
【０００５】
しかしながら、最近は、圧延製品の品質及び生産性の向上に対する要求が従来より一層高まり、それに呼応して、圧延に用いるロールの寿命を一段と延長することが熱望されている。
【特許文献１】特開平１０−１８３２８９号公報
【特許文献２】特開２００３−３０６７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑み、従来より寿命が長く、且つ圧延した製品に肌荒れが生じ難いロールを製造可能な複合ロールの遠心鋳造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【０００８】
すなわち、本発明は、ロールのワーク部を形成する金型、両端部を形成する砂製の上型及び下型を備えた鋳型を一定角度で傾斜、回転させ、該鋳型に最初は溶融状態にある外層用素材を注入し、該外層用素材が凝固した後に芯材用素材を注入する複合ロールの遠心鋳造方法において、外層用として注入された溶融状態の素材の撹拌が促進されるよう、素材が凝固後にクロップとして切り捨てられる部分の下型内面に、断面視で中心側に突出した凸条を形成した下型を用いることを特徴とする複合ロールの遠心鋳造方法である。この場合、前記凸条の形状を山形とするのが良い。また、前記鋳型の傾斜を５°以上、回転速度を３００〜１０００ｒｐｍとしたり、あるいは前記外層用素材がハイス系合金であり、前記芯材用素材がダクタイル鋳鉄であるのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鋳型の回転力が注入当初に下型に溜まった溶融状態にある素材へ迅速、且つ確実に伝達され、該素材に遠心力が作用するまでの時間が早くなる。その結果、ロールの外層表面の結晶粒が微細になり、耐摩耗性が向上する。つまり、従来より寿命が長く、且つ圧延した製品に肌荒れが生じ難いロールを安定して製造できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。
【００１１】
遠心鋳造でロールを製造する場合、溶融状態にある素材（以下、溶湯５という）を上型６、金型７及び下型８を組合せて構成した一般的な鋳型２に注入開始すると、該溶湯５は、図２に溶湯の流れを矢印で示すように、一旦鋳型の下型８内に溜まり、鋳型２の回転が溶湯５に伝わって遠心力が働き、金型７へ移動して円筒状に広がる。その溶湯５への回転力は、溶湯５と鋳型２との摩擦力だけで付与されるが、該摩擦力は鋳型２の内面性状の影響が大きく、金型７に円筒状に溶湯５が充満されるまでの期間における溶湯５の挙動が一定しない傾向があった。そのため、凝固形態にムラが発生していた。つまり、ロール表面の結晶粒が大きいもの小さいもの様々で、不均一な粒度分布を呈し、肌荒れが存在するばかりでなく、耐摩耗性に好ましくないと考えられた。ところが、従来、このムラの解消に有効と考えられる下型内における溶湯の撹拌力強化については、何ら対策が施されていない。
【００１２】
そこで、発明者は、この下型８内での溶湯５の撹拌力を強化できれば、特に注湯初期において金型７への溶湯５の逆上り流が多くなるばかりでなく、結晶の核生成が増大して結晶組織を細粒で均一にできると考えた。そして、まず、注入された溶湯が凝固後にクロップとして切り捨てられる長さ（図２では、記号Ｌで示す）に対応する下型の内面位置に、数枚の鋼鉄製フィン（板状の撹拌翼）を下型の長手方向に沿って設け、溶湯の撹拌を強化しようと試みた。
【００１３】
しかしながら、該試みは、溶湯の注入後すぐにフィンが溶解してその形がくずれてしまうため失敗に終わった。そのため、発明者は、引き続きその代案を種々検討し、フィンに代えて、断面視で中心側に突出した凸条９を砂で形成したところ、溶湯５の回転が強まることを見出した。そして、該凸条９として、図１（ｂ）〜（ｃ）に断面視で示すような種々の形状を有する下型８を試作し、それを組み込んだ鋳型２で実際に溶湯５の遠心鋳造を行ってロールを製造した。つまり、図１（ａ）の下型において，記号Ｌで示す領域はＢ−Ｂ視のような凸条９を有する断面（図１（ｂ）あるいは（ｃ））とし、それより金型７側の領域はＡ−Ａ視のような円形断面（図１（ｄ））とした。なお、上記Ｌの長さは、通常、下型の底面より１００ｍｍ以下であるが、撹拌効果を大きくするために、Ｌの長さを２００ｍｍ程度とした。
【００１４】
その結果、それらの凸条９が撹拌翼のように作用し、ロールの外層は結晶粒が従来より細かく、且つ均一で、緻密な肌を有するようになった。しかも、かかるロールで鋼鋳片を熱間圧延したところ、ロールの寿命が従来より２０％程度長くなり、製造した鋼板の表面に生じる肌荒れも低減することが確認されたので、上記のような下型を用いる遠心鋳造方法を本発明としたのである。
【００１５】
なお、本発明では、前記凸条９の形状としては、山形、スクリュウ状、堰状等、種々のものが採用できるが、山形の形状が最も好ましい。鋳造終了後に肉眼で観察したところ、最も形の崩れが少ないので、効果も大きいと予想できるからである。また、凸条の長さ（図１及び図２のＬ）や高さ、断面積、内面へ突き出すサイズ等については、本発明では特に限定しない。事前の試験等により予め定めれば良いからである。
【００１６】
さらに、本発明では、前記鋳型２の傾斜を５°以上、回転速度を３００〜１０００ｒｐｍとするのが好ましい。鋳型２の傾斜が５°未満では、注入した溶湯が撹拌強化部（つまり、凸条を設けた部分）を十分に満たさず、意図する撹拌が得られない。また、鋳型の回転速度が３００ｒｐｍ未満だと撹拌力が弱すぎて、意図する効果が出現しないし、１０００ｒｐｍを超えると、効果が飽和し無意味となるだけでなく、撹拌による下型内凸状の損傷が大きくなるという悪影響が生じる。
【００１７】
なお、ロールを遠心鋳造する際の鋳型の回転速度は、鋳型内の溶湯にかかる遠心力によって決まり、重力に比べて溶湯にかかる遠心力が不十分だと、鋳型内で溶湯の形状が均一にならないという問題点が生じる。
【００１８】
加えて、本発明では、溶湯５の組成についても特に限定しないことにした。凸条９を設けた下型８は、ロールの素材に利用できる溶鋼、各種金属及び合金のいずれに対しても有効だったからである。しかしながら、試作ロールの使用結果では、前記外層用素材がハイス系合金で、前記芯材用素材がダクタイル鋳鉄である場合が最も良い成績を示したので、それら溶湯を限定使用することも本発明に加えることにした。
【実施例】
【００１９】
Ｃ：２．５質量％，Ｓｉ：０．８質量％以下，Ｍｎ：０．９質量％以下，Ｃｒ：１３質量％，Ｍｏ：５質量％，Ｖ：３質量％，Ｎｂ：０．３質量％を含み，残部鉄及び不可避不純物元素からなるハイス系合金をロールの外層材に、ダクタイル鋳鉄を芯材として、複合ロールを製造した。その際、外層の鋳造に図２に示した本発明に係る遠心鋳造法を適用した。上記素材は、電気炉１として低周波誘導方式の炉を用いて溶解し、温度が１４５０℃の溶湯として回転中の傾斜した鋳型２へ注入し、外層用のハイス系合金の凝固が完了した後、該鋳型の回転を止めて直立させ、芯材を鋳込むようにした。最初に鋳込むロール外層用のハイス系合金を３．６トン、後に鋳込む芯材用のダクタイル鋳鉄を７．６トンとした。なお、鋳型２の上型６及び下型８は、枠内に砂を固めて製作し、金型は鍛鋼で製作した。また、鋳型の傾斜角は２０°で、回転速度は５５０ｒｐｍとした。さらに、鋳型は、本発明に基づき、その下型８の内面を特殊な形状とした。つまり、内径４５０ｍｍφの円筒状内面に、Ｌが２００ｍｍで高さ５０ｍｍの山形の凸条を形成した。そして、内面（内径４５０ｍｍφ）の通常通りの下型を用いる従来の鋳造方法での場合と比較した。
【００２０】
実施結果を、製造したロールを用いて鋼材を圧延し、その圧延量が１００００トンを超えた時における使用したロールの「表面疲労層厚」及び「無改削最大圧延量」で評価し、表１に一括整理した。ここで、「表面疲労層厚」は、圧延に使用した時にロール表層の数十μｍ厚に生成する微細なクラックが入った領域で、圧延ヘルツ応力及び急熱急冷によって生じると考えられているものである。また、表面疲労層は、表面波によるロールの超音波探傷において、その存在が確認でき、その厚さのことである。さらに、「無改削最大圧延量」とは、ロールを研磨せずに繰り返して使用できた時の圧延量の最大値である。
【００２１】
【表１】
2006095595.tif 000003
【００２２】
表１より、本発明に係る複合ロールの遠心鋳造方法によれば、ロールの外層表面の結晶粒が微細になり、耐摩耗性が向上して従来より寿命が長く、且つ圧延した製品に肌荒れが生じ難いロールを安定して製造できることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る複合ロールの遠心鋳造方法を説明する図であり、（ａ）は鋳型全体の側面を、（ｂ）〜（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ視であり、下型の内面に砂で形成した凸条を断面で示し、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ視で、凸条が設けられていない部分である。
【図２】鋳型に最初の溶湯を注入し、回転を開始する前の状況を示す側面図である。
【図３】遠心鋳造でロールを製造する一般的な工程を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    電気炉
２    鋳型
３    熱処理炉
４    加工機械
５    溶湯
６    上型
７    金型
８    下型
９    凸条
１０  ロール
【図１】
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【図２】
2006095595.tif 000005
【図３】
2006095595.tif 000006