(57)【要約】【課題】ＨＩＰ装置を用いることなく、製造原価が比較的安価になると共に、製造可能サイズが装置の寸法制約を受けず、鋼系または鉄系材料からなる内層と超硬合金からなる外層が強固に接合できる超硬合金製圧延用複合ロールの製造方法を提供する。【解決手段】鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に超硬合金からなる外層が金属接合した超硬合金製圧延用複合ロールの製造方法において、外層の素材として超硬合金の成形体、仮焼結体および焼結体のうちいずれか１種からなる中空スリーブを用いて、この中空スリーブを内層の外周に遊嵌して、中空スリーブの内面と内層の外面との間に形成した隙間に中間層となる材料を装入あるいは充填した後、これら全体を真空中または不活性ガス雰囲気中で加熱することにより拡散接合を行う。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に超硬合金からなる外層が金属接合した超硬合金製圧延用複合ロールの製造方法において、外層の素材として超硬合金の成形体、仮焼結体および焼結体のうちいずれか１種からなる中空スリーブを用いて、この中空スリーブを内層の外周に遊嵌して、中空スリーブの内面と内層の外面との間に形成した隙間に中間層となる材料を装入あるいは充填した後、これら全体を真空中または不活性ガス雰囲気中で加熱することにより拡散接合を行うことを特徴とする超硬合金製圧延用複合圧延用複合ロールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、靭性に優れる鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に、高硬度の超硬合金からなる外層を形成する超硬合金製圧延用複合ロールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延においては、肌品質の向上、耐摩耗性の向上の要求から、従来はダクタイル系鋳鉄、グレン系鋳鉄、チルド系鋳鉄ロールが広く用いられてきたが、近年は高品質な圧延用ロールの使用が進んでいる。特に耐摩耗性の要求が強い分野では、ハイス系ロールが用いられている。
【０００３】
さらに最近では、ハイス系ロールなどに比べて耐摩耗性が格段に優れる超硬合金を用いたロールが提案されている。超硬合金は公知のごとく、ＷＣをＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅなどの金属元素で結合した焼結合金であり、ＷＣの他にＴｉ、Ｔａ、Ｎｂなどの炭化物を含有することもしばしばある。
【０００４】
例えば特許文献１には超硬合金と鋼材を金属的に接合した超硬合金製複合ロールが記載されている。これは鋼材からなる内層を形成するスリーブの外周に、周期律表のＩＶａ〜ＶＩａ族元素の炭化物、窒化物および炭窒化物の硬質粒子の少なくとも１種または２種以上を６０〜９０重量％と、残部実質的にＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＷの少なくとも１種または２種以上の金属粉末とからなる混合粉末を焼結すると同時に拡散接合させた超硬合金製の外層を有し、外層表面に１００ＭＰａ以上の円周方向の圧縮残留応力を付与した複合スリーブを、ロール軸材に嵌合固定したものである。
【０００５】
また、特許文献２には、鉄基耐摩耗材で形成された外層と鉄基強靭材で形成された内層とを嵌合して、両部材を拡散接合する複合ロールの製造方法において、内層としてオーステナイト化温度が外層よりも低くかつオーステナイト域での熱膨張率が外層よりも大きいものを用い、外層と内層との嵌合体を真空下で加熱する方法が記載されている。外層と内層との嵌合体を真空下で加熱するので、接合面が酸化することなく、内層の熱膨張に起因した外層への加圧力によって、ＨＩＰ炉を用いることなく、両部材を簡単容易に拡散接合できるものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−８２１２号公報
【特許文献２】
特開平５−２１２５５８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のような超硬合金製複合ロールは、組立て式超硬ロールにおける固定リング、皿バネなどが不要であり、ロール胴部長さの全表面を外層で構成するため圧延に使用できる部分を拡大できるので、組立て式超硬ロールでは超硬合金の外層長さが不足して適用できなかった幅広の板圧延にも適用できる利点がある。
【０００８】
このような超硬合金製複合ロールの製造方法としては、通常、超硬合金の外層と鉄系または鉄系材料からなる内層の両部材をＨＩＰ缶と呼ばれる鋼製の容器に封入し、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）装置を用いて両部材を拡散接合させることが行なわれる。
【０００９】
しかしながら、ＨＩＰ装置を用いる方法は、製造原価が高くなると共に、製造可能サイズがＨＩＰ装置の制約を受けるという問題がある。一方、特許文献２のようにＨＩＰ装置を用いない方法はあるが、拡散接合させる両部材の組み合わせが異なり、超硬合金の外層と鉄基材料の内層を一層強固に接合させる手段はなんら開示されていない。
【００１０】
そこで本発明は、ＨＩＰ装置を用いることなく、製造原価が比較的安価になると共に、製造可能サイズが装置の寸法制約を受けず、鋼系または鉄系材料からなる内層と超硬合金からなる外層が強固に接合できる超硬合金製圧延用複合ロールの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に超硬合金からなる外層が金属接合した超硬合金製圧延用複合ロールの製造方法において、外層の素材として超硬合金の成形体、仮焼結体および焼結体のうちいずれか１種からなる中空スリーブを用いて、この中空スリーブを内層の外周に遊嵌して、中空スリーブの内面と内層の外面との間に形成した隙間に中間層となる材料を装入あるいは充填した後、これら全体を真空中または不活性ガス雰囲気中で加熱することにより拡散接合を行うことを特徴とする。
【００１２】
【作用】
外層の素材として超硬合金の成形体、仮焼結体および焼結体のうちいずれか１種からなる中空スリーブを用いて、それを鉄基合金の内層と拡散接合させる場合、外層の素材と内層を直接接合すると、外層と内層の炭素活量の差により接合界面で、超硬合金の外層から内層側に炭素の拡散移動が起こる。この炭素の拡散により接合界面近傍の超硬合金層にη相と呼ばれる異相が発生し、接合強度の低下を招く。これを防止するため外層と内層との間に中間層を挿入しこの炭素の拡散移動を抑制することにより信頼性の高い強固な接合ができる。
【００１３】
中間層としては、外層と内層の中間的なヤング率あるいは、両者よりさらに低いヤング率を持つ材質を選定することにより、内部応力の緩和を図り、圧延応力の作用に対して、十分な強度を有するロールを得ることが容易になる。
【００１４】
本発明の方法により、外層と内層との間に挟まれた中間層は、超硬合金からなる外層の焼結時の収縮により、あるいは超硬合金の外層より熱膨張率の大きな内層の熱膨張により高温での拡散接合時に圧縮応力が付与され容易に拡散接合される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、外層の素材として、組成がＷＣ８０重量％、Ｃｏ２０重量％の超硬合金粉末を、パラフィンを用いてＣＩＰ成形した中空スリーブ成形体を作製した。中空スリーブ成形体は外径３５０ｍｍ、内径２５０ｍｍ、長さ５００ｍｍである。中空スリーブ成形体の成形密度は、真密度の５０％である。この成形体を外径２４０ｍｍ、内径１５０ｍｍ、長さ５００ｍｍの内層となる鍛鋼製スリーブの外周に同心状に遊嵌した。
【００１６】
中空スリーブ成形体の内面と内層となる鍛鋼製スリーブの外面との間に形成した隙間に、中間層として重量％でＷＣ５０％、Ｃｏ５０％の混合粉末合金を充填した。これら全体を真空炉に装入し、４００℃でパラフィンを脱脂した。その後、続けて１２５０〜１４５０℃に適宜加熱することにより外層および中間層の超硬合金を焼結すると共に、外層、中間層および内層を拡散接合して複合スリーブを得た。
【００１７】
拡散接合後、カラーチェックおよび、超音波検査を行い、接合が健全になされていることを確認した。外内径および両端を機械加工した後、鍛鋼製のシャフトにこの複合スリーブを焼き嵌め、超硬合金製圧延用複合ロールを完成させた。
【００１８】
外層の素材となる中空スリーブとしては、前記実施例のような超硬合金の成形体のみならず、予め超硬合金を仮焼結または焼結したものを用いてもよい。また、外層の内面と内層の外面との間に形成した隙間に設ける中間層としては、前記実施例のような粉末のみならず、予め超硬合金やサーメット系材料を仮焼結または焼結したものや、金属を装入してもよい。
【００１９】
本発明の製造方法は、実施例に述べたような中空の複合スリーブのみでなく、中実ロールに適用することも可能である。また、外層の中空スリーブは、短尺の分割スリーブとして複数個製作し、それらを同心軸上に積み重ね、拡散接合時に内層および中間層と接合させるとともに同心軸上で分割スリーブ同士を接合させて長尺のロールとすることも可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の超硬合金製圧延用複合ロールの製造方法によれば、ＨＩＰ装置を用いることなく、製造原価が比較的安価になると共に、製造可能サイズが装置の寸法制約を受けず、鋼系または鉄系材料からなる内層と超硬合金からなる外層が強固に接合できる。