(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強靱性にすぐれる材質からなるロール本体と、耐摩耗性材料からなり、前記ロール本体を外包する外殻層とが溶着一体化された圧延用複合ロールを製造する方法において、ロール本体を鋳造した後、ロール本体との間に所定の環状空間が形成される内径寸法を有する下注ぎ式静置鋳造鋳型の中にロール本体を配置し、ロール本体と前記鋳型の間の環状空間へ外殻層用溶湯を鋳込み、ロール本体の外周面が外殻層用溶湯の熱により再溶融してロール本体と外殻層とが溶着一体化されるようにしたことを特徴とする圧延用複合ロールの製造方法。
【請求項２】
強靱性にすぐれる材質からなるロール本体と、耐摩耗性材料からなり、カリバーを有する外殻層とが溶着一体化された圧延用複合ロールを製造する方法において、ロール本体を鋳造する工程、鋳造されたロール本体の外周に外殻層のカリバーに対応する溝形状を有する凹部を機械加工により形成する工程、ロール本体の凹部との間に所定の環状空間が形成される内径寸法を有する下注ぎ式静置鋳造鋳型の中にロール本体を配置する工程、ロール本体と前記鋳型の間の環状空間へ外殻層用溶湯を鋳込み、ロール本体の外周面が外殻層用溶湯の熱により再溶融してロール本体と溶着一体化するように、ロール本体の外周を鋳ぐるんで外殻層を形成する工程、鋳造された外殻層に機械加工を施してカリバーを形成する工程を備えていることを特徴とする圧延用複合ロールの製造方法。
【請求項３】
ダクタイル鋳鉄、片状黒鉛鋳鉄又は黒鉛鋼で構成される強靱性にすぐれる材質からなるロール本体と、ハイス系鋳鉄材で構成される耐摩耗性材料からなり、前記ロール本体を外包する外殻層とが溶着一体化された圧延用複合ロールを製造する方法において、ロール本体の外周面に外殻層を設けるための凹部を、ロール本体を鋳造した後機械加工により形成するか又はロール本体鋳造時に同時に形成し、その後、ロール本体の凹部との間に所定の環状空間が形成される内径寸法を有する下注ぎ式静置鋳造鋳型の中にロール本体を配置した後、ロール本体と前記鋳型の間の環状空間へ外殻層用溶湯を鋳込み、ロール本体の外周面が外殻層用溶湯の熱により再溶融してロール本体と外殻層とが溶着一体化された後、外殻層の外周に機械加工を施すことを特徴とする圧延用複合ロールの製造方法。
【請求項４】
ダクタイル鋳鉄、片状黒鉛鋳鉄又は黒鉛鋼で構成される強靱性にすぐれる材質からなるロール本体と、ハイス系鋳鉄材で構成される耐摩耗性材料からなり、カリバーを有する外殻層とが溶着一体化された圧延用複合ロールを製造する方法において、ロール本体を鋳造する工程、鋳造されたロール本体の外周に外殻層のカリバーに対応する溝形状を有する凹部を機械加工により形成する工程、ロール本体の凹部との間に所定の環状空間が形成される内径寸法を有する下注ぎ式静置鋳造鋳型の中にロール本体を配置する工程、ロール本体と前記鋳型の間の環状空間へ外殻層用溶湯を鋳込み、ロール本体の外周面が外殻層用溶湯の熱により再溶融してロール本体と溶着一体化するように、ロール本体の外周を鋳ぐるんで外殻層を形成する工程、鋳造された外殻層に機械加工を施してカリバーを形成する工程を備えていることを特徴とする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、ロール本体の外周に外殻層が溶着一体化された圧延用複合ロールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼材料等の構造用材料の熱間又は冷間圧延に使用される圧延用ロールは、被圧延材と接触する外殻層側に耐摩耗性、芯部側のロール本体に強靱性が要求される。
この種ロールとして、ロール本体にはダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼などの強靱性材料、ロール本体を外包する外殻層にはハイス系鋳鉄材などの耐摩耗性材料を使用し、ロール本体の外周と外殻層の内面が溶着一体化された複合ロールがある。
【０００３】
この圧延用複合ロールは、まず最初に、外殻層となる円筒体を鋳造により形成し、次に、その円筒体の少なくとも内面及び両端面を鋳ぐるむように、ロール本体用溶湯を鋳込んで作製される。ロール本体の鋳込み時、円筒体の内面はロール本体用溶湯の熱によって再溶融し、ロール本体と共に再凝固して、ロール本体と円筒体が溶着一体化される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、外殻層を構成するハイス系鋳鉄材は、耐摩耗性向上元素として、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ等の炭化物形成元素を相当量含んでいる。従来の製造方法では、外殻層とロール本体の溶着時に、外殻層に含まれる炭化物形成元素が再溶融してロール本体用溶湯へ混入するが、ロール本体を構成するダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼等の材料の場合、Ｃｒ、Ｗ、Ｖ等の炭化物形成元素の含有量があまり多くなると、黒鉛化不良を起こす不都合がある。黒鉛化不良を起こすと、材質の脆化を招き、ロール本体に要求される強靱性が損なわれる。
ロール本体用溶湯を鋳込む前に、外殻層とロール本体との中間成分の溶湯を鋳込んでおくことにより、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ等のロール本体への混入を少なくすることはできるが、中間層用の溶湯をさらに準備せねばならず、ロール製造費用が高くなる。
【０００５】
また、外殻層にカリバーを有する複合ロールの場合、外殻層となる円筒体を鋳造した後、該円筒体の内周側にも、外周側のカリバーに対応する形状の機械加工を夫々施すことが望ましい。その理由は、外殻層の内周側に、カリバーに対応する形状の機械加工を施さない場合には、カリバーの溝底と外殻層の内周との間の肉厚を十分なものに設定すると、カリバーの上端面と外殻層の内周との肉厚が厚くなりすぎて、外殻層全体の質量効果が大きくなり、熱処理時に割れを生じ易くなる問題があるし、外殻層の質量効果を小さくするために、カリバーの溝底での肉厚を薄くすると、圧延使用後におけるカリバー表面の再研磨回数が少なくなり、ロールの低寿命化を招くからである。
しかし、複数のカリバーに対応する形状の機械加工を内周側に施すことは、外周側に施す場合と比べて加工能率が大幅に劣るため、ロール製造費用が高くなる。また、外殻層は高硬度であり、加工能率が良くないため、外殻層の機械加工はできるだけ少なくすることが好ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、強靱性にすぐれる材質からなるロール本体と、耐摩耗性材料からなり、前記ロール本体を外包する外殻層とが溶着一体化された圧延用複合ロールを製造する方法において、該複合ロールは、ロール本体を鋳造した後、鋳造されたロール本体の外周を鋳ぐるんで外殻層を形成することにより作製され、ロール本体の外周を鋳ぐるむ際、ロール本体の外周面が再溶融してロール本体と外殻層とが溶着一体化されるようにしたものである。
【０００７】
また、本発明では、強靱性にすぐれる材質からなるロール本体と、耐摩耗性材料からなり、カリバーを有する外殻層とが溶着一体化された圧延用複合ロールを製造する方法において、該複合ロールは、ロール本体を鋳造する工程、鋳造されたロール本体の外周に外殻層のカリバーに対応する形状の機械加工を施す工程、ロール本体の外周面が再溶融してロール本体と溶着一体化するように、ロール本体の外周を静置鋳造法により鋳ぐるんで外殻層を形成する工程、鋳造された外殻層にカリバーを形成する工程により作製されるようにしたものである。
【０００８】
【作用及び効果】
請求項１に係る方法では、ロール本体の外周表面は、外殻層用溶湯の熱によって再溶融し、外殻層と共に再凝固することにより、ロール本体と外殻層が溶着一体化される。ロール本体を構成する材質は、Ｆｅを主体とし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等を含んでいるが、外殻層との溶着時にこれらの元素が外殻層へ混入しても、外殻層の材質劣化を招くことはなく、強靱性にすぐれる複合ロールを作製することができる。
【０００９】
請求項２に係る方法では、ロール本体の外周に、外殻層のカリバーに対応する形状の機械加工を施すようにしたから、外殻層の内周側に同形状の機械加工を施す場合に比べて、機械加工工程での能率が向上する。また、ロール本体に機械加工を施す方が、高硬度の外殻層を機械加工するよりも、加工が容易である。それゆえ、本発明の方法では、複合ロールをより安価に製造することができ、ロール製造コストの低減を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１に係る方法における複合ロールの製造工程を説明する図である。
まず、砂型で構成された下注ぎ式静置鋳造鋳型(12)の中に、ロール本体用の溶湯(14)を注ぐ(図１(ａ)参照)。溶湯が凝固すると、ロール本体(10)が作製されるが、図１(ｂ)に示すように、ロール本体(10)の外周面には、外殻層を設けるための凹部(11)が形成されている。この凹部(11)は、図示のように、鋳造時に同時に形成されるようにしてもよいし、ロール本体(10)の胴部を段差なく鋳込んだ後、機械加工により形成してもよい。
【００１１】
次に、ロール本体(10)の凹部(11)と所定の環状空間が形成される内径寸法を有する下注ぎ式静置鋳造鋳型(13)を砂型で構成し、該鋳型(13)の中にロール本体(10)を配置した後、ロール本体(10)と鋳型(13)の間の環状空間へ、外殻層用溶湯(15)が鋳込まれる(図１(ｂ)参照)。
【００１２】
なお、外殻層用溶湯(15)の温度は、ロール本体(10)の材質の融点以上とする。従って、ロール本体(10)の外周表面は、外殻層用溶湯(15)の熱によって一旦再溶融した後、外殻層と共に再凝固することにより、ロール本体(10)と外殻層(20)が溶着一体化された複合ロール(1)が作製される(図１(ｃ)参照)。
【００１３】
作製された複合ロール(1)は、必要に応じて、その外周に適宜の機械加工が施されて仕上げられる(図１(ｄ)参照)。
【００１４】
図２は、請求項２に係る方法における複合ロールの製造工程を説明する図である。
まず、図１(ａ)と同じ要領にて、ロール本体(10)を鋳造により作製する(図２(ａ)参照)。
【００１５】
次に、ロール本体(10)の外周に、外殻層(20)のカリバー(17)(図２(ｄ)参照)に対応する溝形状(16)の機械加工を施す(図２(ｂ)参照)。
【００１６】
次に、図１(ｂ)と同様に、ロール本体(10)の凹部(11)と所定の環状空間が形成される内径寸法を有する下注ぎ式静置鋳造鋳型(13)を砂型で構成し、該鋳型(13)の中にロール本体(10)を配置し、該ロール本体(10)と鋳型(13)の間の環状空間へ、外殻層用溶湯(15)が鋳込まれる(図２(ｃ)参照)。
【００１７】
外殻層用溶湯(15)の温度は、ロール本体(10)の材質の融点以上であり、ロール本体(10)の外周表面は、外殻層用溶湯(15)の熱によって一旦再溶融した後、外殻層と共に再凝固して、ロール本体(10)と外殻層(20)が溶着一体化された複合ロール(1)が作製される(図２(ｄ)参照)。
【００１８】
作製された複合ロール(1)は、外殻層(20)の所定箇所に機械加工を施して仕上げられ、カリバー(17)が形成される(図２(ｅ)参照)。
【００１９】
本発明の複合ロールは、ロール鋳造後、常法とおり、約１０００℃以上の温度に加熱した後、約３００℃/h〜４００℃/hの冷却速度で冷却する焼入れ熱処理を行なった後、５００〜６００℃の温度で１回乃至数回の焼戻し熱処理を行なう。なお、ロール本体(10)は、前述の中実状のもの以外に中空状のものであってもよい。
【００２０】
ロール本体を構成する材料は、ダクタイル鋳鉄、片状黒鉛鋳鉄又は黒鉛鋼などの黒鉛を晶出する材料が好適に用いられる。これらの材料は、強靱性にすぐれており、過負荷時にロールの扁平化によって負荷を吸収し、耐事故性を向上させることができる。
【００２１】
ダクタイル鋳鉄として、Ｃ：２.５〜４.０％(重量％、以下同じ)、Ｓｉ：１.３〜３.５％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：２.０％以下、Ｍｏ：２.０％以下、Ｍｇ：０.０２〜０.１％を含有し、残部実質的にＦｅからなるものを挙げることができる。
【００２２】
片状黒鉛鋳鉄として、Ｃ：２.５〜４.０％(重量％、以下同じ)、Ｓｉ：０.８〜２.５％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：２.０％以下、Ｍｏ：２.０％以下を含有し、残部実質的にＦｅからなるものを挙げることができる。
【００２３】
黒鉛鋼として、Ｃ：１.０〜２.３％(重量％、以下同じ)、Ｓｉ：０.５〜３.０％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：２.０％以下、Ｍｏ：２.０％以下を含有し、残部実質的にＦｅからなるものを挙げることができる。
【００２４】
外殻層を構成する材料は、耐摩耗性にすぐれるハイス系鋳鉄材が好適に使用される。
このハイス系鋳鉄材として、重量％にて、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｓｉ：０.１〜２.０％、Ｍｎ：０.１〜２.０％、Ｃｒ：３.０〜１５.０％、Ｍｏ：０.１〜９.０％、Ｗ：１.５〜１０.０％、Ｖ、Ｎｂの一種又は二種の総計で３.０〜１０.０％を含有し、残部実質的にＦｅからなるものを挙げることができ、必要に応じて、Ｎｉ：３.０〜１０.０％を含むことができる。
ハイス系鋳鉄材の他の例として、重量％にて、Ｃ：１.８〜３.６％、Ｓｉ：１.０〜３.５％、Ｍｎ：０.１〜２.０％、Ｃｒ：０.２〜１０.０％、Ｍｏ：０.１〜１０％、Ｗ：０.１〜１０％、Ｖ、Ｎｂ：一種又は二種の総計で１.５〜１０.０％を含有し、残部実質的にＦｅからなるものを挙げることができ、必要に応じて、Ｎｉ：０.５〜１０.０％、又はＣｏ：０.５〜１０.０％、又はＢ：０.０１〜０.５０％、又はＡｌ：０.０１〜０.５０％、Ｔｉ：０.０１〜０.５０％及びＺｒ：０.０１〜０.５０％からなる群から選択される少なくとも一種を含むことができる。
【００２５】
【実施例】
本発明の具体的実施例を以下に説明する。
まず、胴部の寸法が、直径３９０mm、外径７００mmのロール本体用素材を静置鋳造により作製する。
使用した材料は、重量％にて、Ｃ：３.２７％、Ｓｉ：２.２５％、Ｍｎ：０.３９％、Ｐ：０.００９％、Ｓ：０.０１０％、Ｎｉ：０.５８％、Ｃｒ：０.１４％、Ｍｏ：０.３０％、Ｍｇ：０.０５％、残部実質的にＦｅからなるダクタイル鋳鉄であり、その融点は約１１４５℃である。
前記ロール本体用素材の胴部には、外殻層が配備されるべき外周面に、深さ４０mm×長さ６００mmの凹部を機械加工により形成し、ロール本体を作製した。
【００２６】
このロール本体の凹部と所定の環状空間が形成されるように作られた砂型の中に、約１５０℃の温度に予熱されたロール本体を配置した後、外殻層用溶湯を鋳込んだ。
使用した材料は、重量％にて、Ｃ：３.８４％、Ｓｉ：０.８７％、Ｍｎ：０.６８％、Ｐ：０.０２３％、Ｓ：０.０２５％、Ｃｒ：１０.２％、Ｍｏ：８.８０％、Ｗ：９.２４％、Ｖ：１０.０％、残部実質的にＦｅからなるハイス系鋳鉄材である。
外殻層用溶湯鋳込み時の溶湯温度は約１５８０℃であり、ロール本体の融点よりも高いため、ロール本体の外周表面は、外殻層用溶湯の熱によって一旦再溶融した後、外殻層と共に再凝固し、ロール本体と外殻層が溶着一体化された複合ロールが得られた。
【００２７】
この複合ロールは、機械加工により粗仕上げを行なった後、１０５０℃の温度にて約３５０℃の速度で焼入れし、５５０℃×１０時間の焼戻しを３回行なった。表面硬度はＨｓ８５〜９０であった。
さらに、機械加工により最終仕上げを行ない、胴部の直径３６０mm、長さ６５０mmの複合ロールが得られた。
【００２８】
ロール本体の機械的性質を測定したところ、引張強度は６６０ＭＰａ、伸びは１.４％であった。従来の方法により作製された複合ロール(中間層なしのロール)におけるロール本体の機械的性質は、引張強度が約４５０ＭＰａ、伸びが約０.３〜０.４％程度であるので、引張強度で約１.５倍、伸びで約３.５〜４.７倍高い数値であった。
その理由として、従来の方法では、ロール本体と外殻層の溶着時、外殻層成分がロール本体へ混入してロール本体の材質劣化を生じているのに対し、本発明の方法では、外殻層成分がロール本体へ混入しないため、溶着一体後もロール本体の材質の健全性が維持されるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (ａ)乃至(ｄ)は、本発明に係る複合ロールの製造方法における製造工程の一実施例を説明する図である。
【図２】  (ａ)乃至(ｅ)は、本発明に係る複合ロールの製造方法における製造工程の他の実施例を説明する図である。
【符号の説明】
(1)  複合ロール
(10)  ロール本体
(17)  カリバー
(20)  外殻層
【図１】
0003830688.tif 000002
【図２】
0003830688.tif 000003