JPH0643602B2

JPH0643602B2 - 冷間圧延用ワ−クロ−ルの製造方法

Info

Publication number: JPH0643602B2
Application number: JP60298541A
Authority: JP
Inventors: 保富出谷; 孝一梅田; 康代林
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-12-29
Filing date: 1985-12-29
Publication date: 1994-06-08
Anticipated expiration: 2009-06-08
Also published as: JPS62158803A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は冷間圧延用ワークロールの製造に係り、より詳
細には、外殻材が粉末焼結層からなる複合型の冷間圧延
用ワークロールの製造方法に関する。

（従来の技術）冷間圧延用ワークロールは表面性状が良好な薄鋼板乃至
鋼帯を高能率で製造するために高硬度で、かつ、優れた
耐摩耗性、耐事故性、耐肌荒性等を具備する必要があ
る。

従来、圧延用ロールを製造する方法としては、通常、鋳
造若しくは鍛造による一体型で所要の熱処理により所望
の特性を付与する方法が採用されているが、最近、表層
部に粉末焼結層を形成した複合型のロールとして製造す
る方法が注目されている。

後者の製造方法としては、例えば、特開昭４７−２８５
１号公報に開示されているように、ＳＩＳ１５５０、Ｓ
ＩＳ１６５０、ＳＩＳ２２４４、ＳＩＳ２５４１又はハ
ッドフィールドのマンガン鋼からなるロール軸芯材の周
囲に環状空間を形成するべく金属カプセルを取付け、そ
の環状空間内に高速度鋼若しくは硬質金属からなる粉末
を充填して外殻層とした後、高温高圧ガス雰囲気下で熱
間静水圧プレス処理することにより、前記ロール軸芯材
と外殻層を一体化して複合ロールを得、その後、熱処理
として焼入れ焼戻し処理を施すという方法が知られてい
る。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、この製造方法は、粉末冶金的手段によって複合
構造のロール素材を製造する点に主眼をおいており、一
般に圧延ロール、特に複合ロールにおいてかなり重要と
考えられている熱処理については、単に焼入れ焼戻しを
実施するということを言及しているにすぎず、その具体
的条件については全く明らかにされていない。

この程度の製造技術では、圧延用ロール素材を製造する
ことはできても、高硬度で、かつ、優れた耐摩耗性、耐
事故性、耐肌荒性等が要求される冷間圧延用のワークロ
ールを製造することはできない。

本発明は、圧延ロールの製造に関する上記従来技術をベ
ースとし、更に冷間圧延用ワークロールとして必要な特
性である高硬度で、かつ、優れた耐摩耗性、耐事故性及
び耐肌荒性を備えた複合ロールを安価に製造する方法を
提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明者は、粉末冶金的手段
を用いて複合ロールを製造する上記従来技術を改良して
冷間圧延用ワークロールの製造法として確立するべく鋭
意研究を重ねた結果、ロール軸芯材及び外殻材の材質乃
至成分を特定して必要な表面硬度を得、更にこの種のロ
ールとして重要な熱処理として、焼入れ手段及び条件を
特定すると共に特定温度にて少なくとも２回以上の焼戻
し処理を施すという熱処理法を適用することにより、は
じめて可能であることを見い出した。また上記処理の前
処理として調質処理を施すことにより、複合ロールの境
界部の疲労特性が向上することも判明した。

すなわち、本発明の要旨とするところは、低合金鋼から
なるロール軸芯材の周囲に環状空間を形成するように金
属カプセルを設け、該環状空間内に重量割合でＣ:１．
５〜３．０％とＣr:１４．０〜２５．０％と、更にＭo
及び／又はＶが合計で１．５〜６．０％とを基本成分と
する高Ｃ高Ｃr系工具鋼粉末を充填した後、高温高圧ガ
ス雰囲気下において熱間静水圧プレス処理を施すことに
より、前記粉末を緻密に焼結すると共に前記ロール軸芯
材と一体化し、次いで熱処理を施して該複合ワークロー
ルに表面硬度Ｈv７５０〜８５０を付与する方法におい
て、前記熱処理として、該粉末焼結層からなる胴部外殻
材の表層のみに対し、表面温度を１０５０〜１２００℃
に加熱保持した後に噴水冷却する漸進誘導焼入れを施
し、次いで５００〜５４０℃の温度にて少なくとも２回
以上の焼戻し処理、もしくは−３０〜−１００℃の温度
にてサブゼロ処理を施し、更に５４０℃以下の温度にて
焼戻し処理を施すことを特徴とする高硬度で耐摩耗性、
耐事故性及び耐肌荒性が優れた冷間圧延用ワークロール
の製造方法、にある。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

まず、ロール素材の製造としては、金属カプセル内に環
状空間ができるようにロール軸芯材を挿入し、或いは取
付け、その環状空間内に高Ｃ高Ｃr系工具鋼からなる金
属粉末を充填した後、脱気、密封し、高温高圧ガス雰囲
気下、好ましくは１０００〜１２００℃、７００〜１０
００kg/cm²の条件にて熱間静水圧処理（ＨＩＰ）を施
す。ロール軸芯材としては低合金鋼を用いるのが適当で
あり、特に後述の調質処理に対し好ましい。また充填す
べき金属粉末としては、熱処理により、所要の表面硬度
(Ｈv７５０〜８５０)を確保すると共に他の必要な特性
を保証するために、Ｃ:１．５〜３．０％とＣr:１４．
０〜２５．０％、更にＭo及びＶのうちの１種又は２種
が合計で１．５〜６．０％となるものを基本成分とする
高Ｃ高Ｃr系工具鋼を用いる必要がある。この条件を満
たすならば、公知の工具鋼であってもよい。従来法のよ
うに単に高速度鋼又は硬質金属からなる粉末を用いただ
けでは、本発明での熱処理を施しても本発明の狙いとす
る優れた特性は得られない。

次に、このようにして得た緻密な焼結層の外殻材を有す
る複合ロール素材につき、冷間圧延用ワークロールに要
求される品質特性を付与するため、胴部の外殻材の表層
部のみに対し、誘導加熱による焼入れ・焼戻しの熱処理
を施す。

すなわち、上記表層部のみを１０５０〜１２００℃の温
度に急速加熱した後、噴水冷却して焼入れる。前記高Ｃ
高Ｃr系工具鋼を焼入れてＨｖ７５０以上の高硬度の表
面硬度を得るためには最低１０５０℃以上の温度に加熱
する必要がある。１０５０℃未満では冷間圧延用ワーク
ロールに要求される前記高硬度が得られ難く、また１２
００℃を超えると、結晶粒界での溶融が起り始め、上記
粉末としての特性が失われてしまう。

焼戻し処理としては、５００〜５４０℃の温度範囲にて
少なくとも２回以上の焼戻し処理を実施する必要があ
り、これにより組織が安定化すると共に所要の高硬度を
得ることができる。焼戻し温度が５００℃未満では、２
次硬化析出による硬度上昇が少なく、また５４０℃を超
えると、過時効となり、所要の前記高硬度が得られ難
い。高硬度を得るための適正焼戻し温度は焼入れ温度が
前記高硬度が得られる範囲内で高くできるなら、高くす
ることが望ましい。また、上記焼戻し処理が１回である
と、焼入れ時の残留オーステナイトがマルテンサイト組
織に変態して脆い組織が残留するので、少なくとも２回
以上の焼戻し処理を実施して安定な組織にする必要があ
る。２回目の焼戻し処理は１回目よりも５〜１０℃低い
温度で実施し、硬度を低下させないようにするのが好ま
しい。

また、誘導焼入れ後サブゼロ処理を施しておけば、焼入
れによる残留オーステナイトは分解しマルテンサイト領
域に変態するので、その後の焼戻し処理は１回のみで安
定した組織が得られる。

サブゼロ処理の温度としては−３０〜−１００℃が良
い。−３０℃以上では残留オーステナイトの分解が不十
分であり、また−１００℃で残留オーステナイトの分解
は飽和するので、それ以下の温度は必要ない。また焼戻
し処理は焼入れによるマルテンサイト組織変態のみを考
慮すればよいので、５４０℃以下が好ましく、それ以上
では軟化が著しくなり、ロールに要求される硬度が得ら
れない。

焼戻し温度が高くなれば５４０℃までは、その温度に応
じてゆるやかに硬度が低下しい行くので、その範囲内で
ロールの要求品質に合わせた硬度設計がしやすい。

以上の製造方法により、所要の高硬度を低下させること
なく、靭性のある安定した組織を有し、耐摩耗性、耐事
故性及び耐肌荒性が優れた冷間圧延用ワークロールを製
造することができる。

なお、前記誘導焼入れ処理の前処理として、軸材を対象
とした調質処理を施すならば、軸芯材の組織の改善によ
る靭性の向上と、軸材に所要硬度を付与することがで
き、特に使用時の境界の疲労特性を向上することもでき
る。

具体的には、機械加工により軸部を削り出した後、軸芯
材(低合金鋼)のＡc₃変態点と外殻材(高Ｃ高Ｃr系工具
鋼)のＡc₁変態点の間の温度に加熱保持した後、全体を
空冷し、その後焼戻し処理を施すことにより、軸芯材の
組織を改善でき、軸部に所要の表面硬度を(Ｈｓ３０〜
３５)を付与することができる。また、軸部にそれ以上
の表面硬度が必要な場合には、前記温度範囲に加熱保持
後、胴部は空冷し、一方、軸部のみをその中心温度が３
５０〜４５０℃になる時間まで噴水冷却し、その後全体
を空冷し、更に焼戻し処理を施すことにより、軸部を調
質してもよい。なお、上記の如く噴水冷却の時間として
軸部の中心部の温度が３５０〜４５０℃になるまでとし
た理由は、３５０℃より低くすると胴部と軸部で温度勾
配が大きくなり、その部分で熱応力が増大し、割損に至
る危険が増すと共に境界での疲労特性が低下するからで
あり、また４５０℃を超える温度で噴水冷却を停止する
と、胴部の熱により軸部が復熱し、軸部表面が高温で焼
戻されて所要の軸部表面硬度が得られ難くなるからであ
る。また、上記焼戻し処理は、要求される軸部表面硬度
となるように適正な焼戻し温度を選んで実施することは
云うまでもない。

（実施例１）内寸法２３０mmφ×１２００mmｌの金属カプセルに１５
０mmφで第１表に示す化学成分のロール軸芯材を挿入し
てその中心を固定し、得られた環状間隙に同表に示す化
学成分の高Ｃ高Ｃr系工具鋼粉末(外殻材)を充填し、金
属カプセル上端に上蓋を溶接した後、３００℃の温度下
で金属カプセル内を１０^-2Ｔorrまで真空脱気し、脱気
管をプレスと溶接により密封した。

次いで、ＨＩＰ処理装置内に上記金属カプセルを装入
し、１１５０℃で１０００kg／cm²の高温高圧ガス雰囲
気下で５時間保持してＨＩＰ処理した。

その後、得られたロール素材に機械加工を行なって軸部
と胴部を削り出した後、表面焼入れを実施した。表面焼
入れ方法としては、誘導加熱焼入れ法を適用した。すな
わち、胴径２０３mmφ、外殻層厚さ２６mmtの形状を有
する胴部を周波数６ＫＨｚ、表面加熱温度１１４０℃、
コイル通過時間１５０秒の条件にて誘導加熱した後、噴
水焼入れした。

更に、焼戻し処理を２回実施した。なお、焼戻し温度は
１回目を５２０℃、２回目を５１０℃とした。この方法
により製造した冷間圧延用複合ワークロールには、焼入
れに伴う境界部での割れ発生は認められず、胴部表面硬
度はＨv８５０を示し、Ｈv７５０以上で規定される硬化
深度は、第１図に示すように、８．５mmtであった。

（実施例２）実施例１と同様の方法により、胴径４２５mmφ、胴長１
４２０mmｌのロール形状を得ることができる寸法のロー
ル素材を製造した。但し、軸芯材及び外殻材(粉末材)は
第２表に示すものを用いた。

このロール素材に対し、調質処理として、前記軸芯材の
Ａc₃変態点(８３０℃)と外殻材のＡc₁変態点(８５０℃)
との間の温度範囲に加熱保持した後、ロール全体を空冷
して焼入れ、その後６００℃で焼戻し処理した。

次いで、表面焼入れ方法として二重周波誘導焼入れ方法
を適用した。すなわち、胴部４２３mmφ、外殻層厚さ８
０mmtの形状を有する胴部を周波数が６０Ｈｚと１２０
０Ｈｚの二重周波で、表面加熱温度１１４０℃、各コイ
ルの通過時間５００秒の条件にて誘導加熱した後、噴水
焼入れした。

更にその後、焼戻し温度が１回目を５２０℃、２回目を
５１０℃とする焼戻し処理を実施した。

この方法により製造した冷間圧延用複合ワークロール
は、胴部表面硬度がＨv８４０を示し、Ｈv７５０以上で
規定される硬化深度は、第１図に示すように、３１mmt
であり、また軸部表面硬度はＨs３８であった。

（実施例３）実施例１と同様の方法、化学成分及び寸法形状で誘導焼
入れまでを実施した後、ロール本体を−７０℃の温度に
て１hrサブゼロ処理した後、１２０℃の温度にて焼戻し
処理を実施した。

この方法により製造した冷間圧延用複合ワークロール胴
部表面硬度はＨｖ９００を示し、Ｈｖ７５０以上で規定
される硬化深度は第１図に示すように９．５mmtであっ
た。

（実施例４）実施例２と同様の方法で製造した複合ワークロールの胴
部表層から各種試験片を採取し、従来ロール材との比較
試験を行なった。なお、従来ロール材は第３表に示す化
学成分の溶解材Ａ、Ｂからなる一体ロールであり、本発
明例では、外殻材Ｃのみを第３表に示す化学成分のもの
を用い、軸芯材は実施例２と同様である。各供試材の硬
さを第３表に併記した。

耐摩耗性については、ＳＣＭ４１５を相手材として２種
類の異なる摩擦速度０．３ｍ／sec、２．８６ｍ／secで
摩耗試験を行なった結果、第２図に示すように、いずれ
の摩擦速度の場合でも本発明の２Ｃ−１８Ｃr系外殻材
Ｃが最も優れている。

また、耐事故性については耐熱衝撃クラック性で調査し
た。耐熱衝撃クラック性試験は、１２００rpmで回転し
ているディスクに水を噴付けつつ試験片(２０ｔ×４０
ｗ×５０mmｌ)を１６０kgの荷重で２秒間押付け、発生
したクラック深さを調べた。各試験片のクラック深さを
硬さとの関係で整理した結果を第３図に示す。なお、Ａ
材、Ｂ材は１００〜１５０℃で焼戻しを行なったもので
ある。

同図より、２Ｃ−１８Ｃr系のＣ材がＡ材及びＳＫＤ１
１のＢ材に比べてかなり優れていることが確認された。

また、被圧延材の表面品質を決定する耐肌荒性について
も、第４図に示すように、従来材であるＢ材が塊状の大
きな炭化物が認められるのに対し、Ｃ材では細かい炭化
物が一様に分布していることから判断して、Ｃ材はかな
り優れていると判断できる。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、軸芯材として低
合金鋼を、外殻材として特定成分の高Ｃ高Ｃr系工具鋼
粉末材を用いて粉末冶金的手段によって複合構造のロー
ルにし、更に特定の熱処理を施すので、冷間圧延用ワー
クロールとして必要な諸特性において欠けるところのな
い高品質で高信頼性のロールを提供することができるも
のである。

また、ロール軸芯材を対象として特定の加熱温度範囲で
の調質処理を施すことにより、内外層境界での残留応力
が可及的に小さくでき、冷間圧延に供した時の境界の疲
労特性を向上できる利点もある。

また、従来の溶解材(ＳＫＤ１１材等)による一体ロール
に比べ、より高Ｃ高Ｃr系の鋼を外殻材として適用で
き、しかも微細な炭化物を均一に分布できるため、優れ
た耐摩耗性が得られるのみならず、偏析が殆どないた
め、優れた耐肌荒性が得られる。更に、０．８５Ｃ−
３．５Ｃr系の従来ロール材(溶解材)に比べても、熱衝
撃クラックが入り難く、たとえクラックが入ってもその
クラック深さは浅いので、圧延に供した場合、優れた耐
事故性が期待できる。

このように、本発明では、高耐摩耗性、耐事故性及び耐
肌荒性を必要とする胴部表層のみを高Ｃ高Ｃr系工具鋼
化し、それらの特性を必要としない部分である軸芯部に
は低合金鋼を採用することにより、安価で、かつ、耐折
損性にも優れた複合ロールを提供できると共に、高硬度
で、かつ、耐摩耗性、耐事故性及び耐肌荒性に優れた冷
間圧延用ワークロールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で得られる冷間圧延用ワークロールの硬
化深度曲線を示す図、第２図は各種ロール材の耐摩耗性を比較して示す図、第３図は各種ロール材の耐熱衝撃クラック特性(耐事故
性)を比較して示す図、第４図は冷間圧延用ワークロールの胴部表層の金属組織
を示す顕微鏡写真(×４００)で、(ａ)は本発明に用いる
外殻材(粉末材)の場合、(ｂ)は従来ロール材(ＳＫＤ１
１)の場合である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低合金鋼からなるロール軸芯材の周囲に環
状空間を形成するように金属カプセルを設け、該環状空
間内に重量割合でＣ:１．５〜３．０％とＣr:１４．０〜２５．０％と、更にＭo及び／又はＶが
合計で１．５〜６．０％とを基本成分とする高Ｃ高Ｃr
系工具鋼粉末を充填した後、高温高圧ガス雰囲気下にお
いて熱間静水圧プレス処理を施すことにより、前記粉末
を緻密に焼結すると共に前記ロール軸芯材と一体化し、
次いで熱処理を施して該複合ワークロールに表面硬度Ｈ
v ７５０〜８５０を付与する方法において、前記熱処理
として、該粉末焼結層からなる胴部外殻材の表層のみに
対し、表面温度を１０５０〜１２００℃に加熱保持した
後に噴水冷却する漸進誘導焼入れを施し、次いで５００
〜５４０℃の温度にて少なくとも２回以上の焼もどし処
理を施すことを特徴とする高硬度で耐摩耗性、耐事故性
及び耐肌荒性が優れた冷間圧延用ワークロールの製造方
法。
【請求項２】前記誘導焼入れ後の熱処理として、−３０
〜−１００℃の温度にてサブゼロ処理を施した後、５４
０℃以下の温度にて焼戻し処理を施す特許請求の範囲第
(1)項記載の冷間圧延用ワークロールの製造方法。
【請求項３】前記誘導焼入れ前の軸芯材の調質処理とし
て、該ロール軸芯材のＡc₃変態点と該外殻材のＡc₁変態
点の間の温度に加熱保持した後、該複合ワークロール全
体を空冷し、或いは軸部のみをその中心温度が３５０〜
４５０℃になるまで噴水冷却し、その後空冷する特許請
求の範囲第(１)項記載の冷間圧延用ワークロールの製造
方法。