JPH0241566B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は圧延用に供される複合ロールの製造に
適用されるものである。 従来の技術 ロールに最も要求される具備特性は耐摩耗性で
あり、基地組織を硬いマルテンサイトにすること
が有効である。したがつて焼入性の良好な材料が
広く採用されている。一方、使用中の割れ等の事
故を防止することも必要であり、内部欠陥が少な
く靭性に優れたパーライト基地組織の内層との複
合タイプとし、耐摩耗性と耐事故性を兼備させる
ことが多い。 この種のロールの熱処理は前述のマルテンサイ
ト基地組織とするため焼入れが一般に行なわれ
る。 発明が解決しようとする問題点 耐摩耗性を充分発揮するには基地組織を完全に
マルテンサイトにすることが望まれる。一般にマ
ルテンサイト変態はパーライト変態を防止する充
分な焼入冷却速度、すなわち臨界冷却速度以上で
はMs点にて変態が開始し、温度低下とともに変
態量が増し、Mf点にて完全にマルテンサイトの
均一組織となる。 しかしながら多くの材料はMf点が０℃以下で
あるため室温までの通常の焼入冷却では完全にマ
ルテンサイトにならずオーステナイトが一部残留
する。オーステナイトはマルテンサイトに比べ極
めて軟らかく耐摩耗性を損なう。そこでサブゼロ
処理が行なわれることもあるが、サブゼロ処理は
ドライアイス等の冷媒を必要とするため高価とな
る上、低温にするための特別な冷却設備が必要で
ある。また鉄鋼圧延用ロールの場合、最大70ton
にも及ぶ大単重のため極めて難しい作業といえ
る。 一方第２図に示すようにマルテンサイト変態は
著しい体積膨張を伴なうため、膨張を伴なわない
パーライト組織を内層とした複合ロールでは内部
応力が発生する。すなわちマルテンサイト変態膨
張する外層には圧縮応力が、膨脹しない内層には
引張応力が発生する。したがつてマルテンサイト
変態が多すぎると内層に大きな引張応力が働らき
割れが発生する。 そこで本発明はこの種の複合ロールについて内
部応力による割れを防止し、かつ外層を完全にマ
ルテンサイトにする簡便な熱処理法を提供せんと
するものである。 問題を解決するたの手段 本発明は、マルテンサイト基地組織を有する外
層と、パーライト基地組織を有する内層からなる
複合ロールの熱処理に際し、焼入冷却途中で、マ
ルテンサイト変態開始温度（Ms点）から、室温
もしくは室温以上のマルテンサイト変態終了温度
（Mf点）までの温度範囲内で、冷却を中断し、
400〜600℃の焼入温度に再加熱し、その後、焼入
冷却を行う焼入を、少なくとも１回以上行い、引
き続き焼戻しを行うことを特徴とする複合ロール
の熱処理方法である。 これにより外層のマルテンサイト変態を促進す
るとともに、加熱が最初の冷却時に生じたマルテ
ンサイト変態による残留応力を除去するため、同
一マルテンサイト量での熱処理途中の内部応力な
らびに残留応力の低減が可能となり割れを防止で
きる。 作 用 本発明において外層をマルテンサイト基地組織
を有する材料に限定したのは、耐摩耗性の点でパ
ーライトやベイナイトに比べマルテンサイトが最
も硬く有効な手段であること、また高温で変態が
完了するパーライトでは本発明の特徴である低温
での熱処理操作が最終的な基地組織にほとんど影
響を及ぼさないためである。 内層をパーライト基地組織を有する材料に限定
したのは、外層のマルテンサイト変態膨脹に伴な
い膨脹の生じないパーライト基地の内層が相対的
に収縮し、引張応力が生ずるため割れが発生する
危険があり、本発明による応力低減効果が有効と
なるためである。 焼入冷却時、焼入冷却途中で、マルテンサイト
変態開始温度（Ms点）から、室温もしくは室温
以上のマルテンサイト変態終了温度（Mf点）ま
での温度範囲内で、冷却を中断するのは前述した
ように外層のマルテンサイト変態量が多すぎて、
外層と内層との膨張差が大きくなり割れが発生す
るのを防止する目的でマルテンサイト変態量を抑
制するものである。 次に400〜600℃の加熱を実施するのは、最初の
焼入冷却で残留したオーステナイトを活性化さ
せ、続いて行なう冷却時のMs点を上昇させ、比
較的高温でマルテンサイト変態を行なうことがで
きる（日本鉄鋼協会編、「鋼の熱処理」改訂５版
67ページ参照）。 したがつてMf点が０℃以下の材料の場合、大
気温度までの１回の焼入冷却では必らずオーステ
ナイトが残留するが、この加熱により室温以上の
温度でもマルテンサイト変態を完了させることが
可能となる。そこで単に硬度を高める目的で高速
度工具鋼などの単一材料の熱処理に一部採用され
ている。 しかしながら、この加熱温度では応力除去の効
果があり、これを利用し最初の焼入れによる外層
のマルテンサイト膨張により発生した複合ロール
の内部応力を軽減させたうえで、再びマルテンサ
イト変態膨張を行なうため、最終的には同一マル
テンサイト量でも熱処理途中の内部応力ならびに
残留応力の低減が可能となり、したがつて複合ロ
ールの割れの危険性を著しく軽減させる。 ここで加熱温度が低すぎた場合には残留したオ
ーステナイトの活性化の効果が少なく、続く冷却
時に高温側でマルテンサイト変態が図れず、また
応力除去の効果も少ない。更に低温の100〜200℃
ではかえつてオーステナイトが安定してしまう。
逆に加熱温度が高すぎた場合には残留したオース
テナイトがパーライトに変態し、かつ最初に生じ
たマルテンサイトも焼戻軟化することにより硬度
が低下する。もちろんこの場合、続く冷却時にお
いてマルテンサイト変態は生じない。 以上、外層のマルテンサイト変態を２回に分割
して行なわせる場合について述べたが、マルテン
サイト変態膨張が大きい材質や、外層断面積比が
大きく、大きな内部応力の発生が予想される場合
には、分割回数を増加し、この処理を繰返せばそ
の効果は増大する。 実施例 鉄鋼圧延用ロールとして外層に高クロム鋳鉄、
内層にダクタイル鋳鉄を採用し、複合ロールを第
１表に示す条件にて製造した。高クロム鋳鉄は
Cr10〜25％を主成分に、その他Ｃならびに適宜
の合金元素を含有したものであるが、それが有す
る硬いクロム炭化物と良好な焼入性により高硬度
が得やすく、耐摩耗性に優れた材料であり、一般
にダクタイル鋳鉄や高級鋳鉄などを内層とした複
合タイプにて製造される。もちろんこの場合の外
層はマルテンサイト基地組織を有し、内層はパー
ライト基地組織である。 従来法と実施例は同一形状ならびに同一材質で
あるが、従来法では硬度（Hsc）85であるにもか
かわらず、熱処理中に内部応力過大により割れが
発生したのに対し、実施例では硬度（Hsc）91.5
と高くなり、かつ割れは発生せず、本法の効果は
顕著である。 第３図に実施例で採用した外層の焼入冷却時の
熱膨張（収縮）を示した。この材料の場合Ms点
は220℃であり、これ以下の温度でマルテンサイ
ト変態に伴なう膨張が認められる。80℃にて冷却
を中断し、500℃に加熱した後再度冷却した時に
は、冷却を中断した温度より70℃高い150℃より
マルテンサイト変態が再開され80℃にて変態が完
了している。 これより、マルテンサイト変態が分割して進ん
でいること、また第２回目の変態は高温側で生
じ、最終的には室温以上で変態を完了しているこ
とがわかる。実施例はマルテンサイト変態を２回
に分割した例であるが、更に分割を多くしても同
様の効果が得られることは容易に理解できる。 なお実施例、従来例ともマルテンサイト変態を
完了させた後、組織の安定化ならびに応力除去の
目的で焼戻しを行なつた。

【表】 発明の効果 本発明は、下記の顕著な効果を奏する。 ロールに最も要求される高硬度で、耐摩耗性
を具備しているマルテンサイト基地組織の外層
を、内部欠陥を生じさせずにロールに使用でき
るので、耐摩耗性に優れ、高寿命の高品質ロー
ルを製造できる。 ０℃以下のマルテンサイト変態終了温度
（Mf点）まで焼入冷却する、ドライアイス等の
冷媒を使用した大掛かりで高価なサブゼロ処理
をする必要がない。 そのため、熱処理が容易で、かつ安価にでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る複合ロールの構造を概略
的に現わした断面図である。第２図は焼入冷却時
の外層ならびに内層の膨張（収縮）を示す模式図
である。第３図は本法による実施例における外層
の膨張（収縮）特性を示す図である。第４図は第
１表における従来法の、第５図は第１表における
実施例の熱処理曲線を示す図である。 １……外層、２……内層、３……冷却、Ms点
……マルテンサイト変態開始温度、Mf点……マ
ルテンサイト変態終了温度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マルテンサイト基地組織を有する外層と、パ
   ーライト基地組織を有する内層からなる複合ロー
   ルの熱処理に際し、焼入冷却途中で、マルテンサ
   イト変態開始温度（Ms点）から、室温もしくは
   室温以上のマルテンサイト変態終了温度（Mf点）
   までの温度範囲内で、冷却を中断し、400〜600℃
   の焼入温度に再加熱し、その後、焼入冷却を行う
   焼入を、少なくとも１回以上行い、引き続き焼戻
   しを行うことを特徴とする複合ロールの熱処理方
   法。