BR112015019928B1

BR112015019928B1 - Material de camada externa de cilindro, e cilindro compósito para laminação a quente

Info

Publication number: BR112015019928B1
Application number: BR112015019928-3A
Authority: BR
Inventors: Kenji Ichino; Tetsuo Mochida; Hiromitsu Shibata
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2022-07-19
Also published as: EP2962776A4; US9708695B2; CN105121043B; TW201446351A; EP2962776A1; CA2899293A1; WO2014132628A1; ES2629413T3; CA2899293C; JP2014168783A; KR20150110733A; JP5949596B2; TWI577461B; CN105121043A; BR112015019928A2; US20150376748A1; KR101785182B1; EP2962776B1

Abstract

MATERIAL DE CAMADA EXTERNA DE CILINDRO, E CILINDRO COMPÓSITO PARA LAMINAÇÃO A QUENTE. A presente invenção refere-se a um material de camada externa para um cilindro para laminação a quente, no qual a camada de superfície de cilindro tem excelente resistência à fadiga e os arranhões de fadiga e lascamento não ocorrem rapidamente. Refere-se, também, a um cilindro compósito para laminação a quente. Um material de camada externa de cilindro que contém, por mm2, de 500 a 2.500 carbonetos finos que têm um diâmetro circular equivalente de 3 a 30 (Mi)m e não mais do que 20 carbonetos grossos que têm um diâmetro circular equivalente de 50 (Mi)m ou mais e que têm uma composição que contém preferencialmente, em massa, de 2,4 a 2,9% de C; de 0,2 a 1,0% de Si; de 0,2 a 1,0% de Mn; de 4,0 a 7,5% de Cr; de 4,0 a 6,5% de Mo; de 5,3 a 7,0% de V e de 0,5% a 3,0% de Nb e que satisfaz 1,5 (Menor igual) (Cr + Mo)/V (Menor igual) 2,4 (em que Cr, Mo e V representam as quantidades de cada elemento contido (em % de massa)) e que contém mais preferencialmente de 0,001 a 0,05% de Al ou de 0,001 a 0,03% de um ou mais tipos de REM, em que o restante é composto por Fe e impurezas inevitáveis. Adicionalmente, um cilindro compósito para laminação a quente que tem uma camada externa produzida do material de camada externa.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[0001] A presente invenção refere-se a um material de camada externa de cilindro para formar uma camada externa de um cilindro compósito para laminação a quente em um laminador de finalização a quente para lâminas de aço, e um cilindro compósito para laminação a quente que tem uma camada externa composta do material de camada externa de cilindro.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[0002] Recentemente, o ambiente de uso de um cilindro está se tornando muito mais rude na medida em que as técnicas de laminação a quente para produzir lâminas de aço progridem. Além disso, recentemente, têm crescido a quantidade produzida de lâminas de aço tais como lâminas de aço de alta resistência e lâminas de aço finas as quais exigem uma alta carga de laminação. Assim, existe uma crescente tendência de ocorrerem deterioração de superfície e marcas de lascamento devido à fadiga de uma superfície de laminação de um cilindro para laminação a quente. No presente documento, "cilindro para laminação a quente" refere-se a um cilindro de trabalho para ser usado em laminação de finalização.

[0003] Hoje em dia, um cilindro de aço de alta velocidade, cuja resistência à abrasão é aumentada pela adição de V ao aço em uma grande quantidade em porcentagem a fim de formar carbonetos duros em uma grande quantidade é muito usado na laminação a quente.

[0004] Por exemplo, a Literatura de Patente 1 e a Literatura de Pa-tente 2 propõem materiais de camada externa de cilindros de aço de alta velocidade para laminação a quente. O material de camada externa de cilindro para laminação a quente descrito na Literatura de Paten- te 1 contém C: de 1,5% a 3,5%, Si: 5,5% ou menos, Cr: de 5,5% a 12,0%, Mo: de 2,0% a 8,0%, V: de 3,0% a 10,0% e Nb: de 0,5% a 7,0%. Adicionalmente, o material de camada externa de cilindro para laminação a quente descrito na Literatura de Patente 1 contém Nb e V de forma que os teores de Nb, V, e C satisfaçam uma relação específica e de modo que a razão entre os teores de Nb e V esteja dentro de uma faixa específica. Diz-se que, ao usar esse material, visto que a segregação de carbonetos duros no material de camada externa é inibida mesmo que um método de fundição centrífuga seja usado , é possível obter um material de camada externa de cilindro para lamina- ção a quente excelente em termos de resistência à abrasão e resistência à fissura.

[0005] O material de camada externa de cilindro para laminação a quente descrito na Literatura de Patente 2 contém C: de 1,5% a 3,5%, Cr: de 5,5% a 12,0%, Mo: de 2,0% a 8,0%, V: de 3,0% a 10,0% e Nb: de 0,5% a 7,0%. Adicionalmente, o material de camada externa de cilindro para laminação a quente descrito na Literatura de Patente 2 contém C, Nb, e V de modo que os teores de Nb, V, e C satisfaçam uma relação específica e de modo que a razão entre os teores de Nb e V está dentro de uma faixa específica. Ao usar esse material, há um aumento na resistência à abrasão e na resistência à fissura do cilindro para laminação a quente, visto que a segregação de carbonetos duros no material de camada externa é suprimida mesmo se um método de fundição centrífuga for usado. Portanto, diz-se que a técnica descrita na Literatura de Patente 2 contribui para um aumento na eficiência da laminação a quente.

[0006] Contudo, o ambiente de uso de um cilindro para laminação a quente está se tornando mais rude com a qualidade aprimorada e a produtividade aumentada de produtos que são produzidos pela reali-zação de laminação a quente. Além disso, visto que a exigência pela qualidade de superfície dos produtos que são produzidos pela realização de laminação a quente tem aumentado, e, visto que o número de lâminas de aço que são produzidas pelo uso de processos de lamina- ção contínua tem aumentado, inibir os danos relativos à fadiga de uma superfície de cilindro, tal como deterioração de superfície, é um problema maior a ser resolvido do que suprimir a abrasão de um cilindro.

[0007] A fim de resolver tal problema, a Literatura de Patente 3 propõe um cilindro compósito produzido através do método de fundição centrífuga, o qual contém C: de 2,2% a 2,6%, Cr: de 5,0% a 8,0%, Mo: de 4,4% a 6,0%, V: de 5,3% a 7,0% e Nb: de 0,6% a 1,3%, e no qual os teores de C, Mo, V e Nb são controlados de modo que os teores de Mo+V e C-0,24V-0,13Nb estejam dentro de faixas específicas. Diz-se que esse cilindro compósito produzido através do método de fundição centrífuga tem uma camada de superfície de cilindro excelente em termos de resistência à fadiga em um ambiente de laminação a quente.

LISTA DE CITAÇÃO LITERATURA DE PATENTE

[0008] Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês n° 4-365836

[0009] Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês n° 5-1350

[0010] Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês n° 2009-221573

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA DA TÉCNICA

[0011] Contudo, nos últimos anos, a tecnologia de laminação tem progredido a uma velocidade impressionante a fim de produzir lâminas de aço laminado de maior qualidade e maior grau. Além disso, é grande a exigência de que se diminua o custo da laminação. Conforme descrito acima, o ambiente de uso de um cilindro para laminação a quente tem se tornado mais rude. Em particular, a ocorrência de danos relativos à fadiga na superfície de um cilindro para laminação a quente tal como deterioração de superfície e lascamento, os quais são causados principalmente pela quebra de um carboneto de tamanho grande na superfície de um cilindro para laminação a quente, é visto como um problema. É confirmado que os danos relativos à fadiga descritos acima ainda ocorrem mesmo com o uso da técnica descrita na Literatura de Patente 3.

[0012] Um objetivo da presente invenção é resolver os problemas mostrados em relação à tecnologia da técnica descrita acima, ao fornecer um material de camada externa de cilindro para laminação a quente que tem uma camada de superfície excelente em termos de resistência à fadiga (no presente documento, "resistência à fadiga" refere-se à qualidade de inibir danos relativos à fadiga tais como deterioração de superfície e lascamento, os quais ocorrem na camada de superfície de um cilindro quando se realiza laminação a quente), e fornecer um cilindro compósito para laminação a quente produzido através de fundição centrífuga (doravante no presente documento, no presente relatório descritivo, também chamado de cilindro compósito para lami- nação a quente) que tem uma camada externa composta do material de camada externa de cilindro.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0013] Os presentes inventores, a fim de alcançar o objetivo acima, fizeram cuidadosas observações e investigações nas superfícies de cilindro nas quais a deterioração de superfície ou o lascamento devido à laminação a quente (laminação em alta temperatura), e obtiveram um importante conhecimento de que a camada de superfície de um cilindro quebra por causa de uma fissura cuja iniciação e propagação ocorrem em um carboneto de tamanho grande que tem um diâmetro circular equivalente de mais do que 50 μm, o que resulta em deterioração de superfície ou lascamento. Portanto, os presentes inventores conduziram incansavelmente investigações para saber como controlar a morfologia do carboneto a fim de aumentar a resistência à fadiga através, por exemplo, de investigações acuradas na morfologia do dano induzido por carbonetos na superfície da camada externa de um cilindro compósito para laminação a quente, e como resultado, encontraram um novo fenômeno no qual, no caso em que há diminuição do número de carbonetos de tamanho grande que têm um diâmetro circular equivalente de 50 μm ou mais e no caso em que há aumento no número de carbonetos de tamanho pequeno (que têm diversos tamanhos de 3 a 30 μm em termos do diâmetro circular equivalente), a ocorrência de danos na superfície da camada externa de um cilindro compósito para laminação a quente é significativamente suprimida.

[0014] Os presentes inventores, a fim de realizar tecnologicamente um aumento significativo na resistência à fadiga, conduziram incansavelmente mais investigações e esclareceram quais são as faixas ideais de quantidade para carbonetos de tamanho grande e carbonetos de tamanho pequeno.

[0015] Além disso, ao conduzir as investigações em uma composi-ção química, os presentes inventores encontraram faixas preferenciais para os teores dos elementos químicos constituintes e obtiveram o conhecimento não convencional de que, ao controlar os teores dos elementos químicos constituintes de modo que o teor de V e (teor de Cr + teor de Mo) satisfaçam uma relação específica, há um aumento significativo na resistência à fadiga de um cilindro quando se realiza lamina- ção a quente.

[0016] Primeiramente, os resultados experimentais baseados nos quais a presente invenção foi realizada serão descritos.

[0017] A fim de preparar matérias-primas para servirem de amos- tras de teste de fadiga de contato em laminação a quente com inúmeros carbonetos de tamanho grande que têm um diâmetro circular equivalente de 50 μm ou mais e inúmeros carbonetos de tamanho pequeno que têm um diâmetro circular equivalente de 3 a 30 μm, aços derretidos que têm composições químicas que contêm, % em massa, C: de 1,9% a 2,9%, Si: de 0,3% a 0,9%, Mn: de 0,4% a 1,0%, e o restante de Fe e impurezas inevitáveis, e que contêm adicionalmente Cr, Mo, V, Nb, Al, e REM em diversas quantidades dentro das faixas de Cr: de 3,7% a 13,6%, Mo: de 4,1% a 7,0%, V: de 4,5% a 8,1% e Nb: de 0% a 3,6%, Al: de 0% a 0,046%, e REM: de 0% a 0,027% foram produzidos pelo uso de um forno de alta frequência e fundidos em materiais de cilindro de anel (que têm um diâmetro externo de 250 mmΦ, uma largura de 75 mm, e uma espessura de 55 mm) os quais correspondem aos materiais de camada externa de cilindros com o uso de um método de fundição centrífuga. Nesse momento, a temperatura de fundição foi de 1450 °C a 1530 °C e a força centrífuga foi de 180 G em múltiplos de gravidade. Adicionalmente, depois da fundição ter sido realizada, ao realizar um tratamento de têmpera e revenimento múltiplas vezes com uma temperatura de têmpera de 1.050 °C e com uma te mperatura de revenimento de 530 °C a 560 °C, a dureza de shore d os materiais de cilindro de anel descritos acima foi controlada para estar entre HS80 e HS87.

[0018] Uma amostra de teste de fadiga de contato em laminação a quente (com um diâmetro externo de 60 mmΦ e uma espessura de 10 mm) a qual foi retirada do material de cilindro de anel foi usada para realizar um teste de fadiga de contato em laminação a quente (um teste descrito na Publicação de Pedido de Patente Japonês n° 2010101752) pelo qual a avaliação da resistência à fadiga de um cilindro de trabalho para laminação a quente em uma linha de produção real pode ser realizada repetidas vezes. Nesse momento, conforme ilustrado na Figura 3, os entalhes (que têm uma profundidade t de 1,2 mm e um comprimento L na direção circunferencial de 0,8 mm) foram formados em duas posições na superfície circunferencial externa da amostra de teste de fadiga de contato em laminação a quente pelo uso de um método de formação de faísca elétrica (método de corte com fio) com um fio que tem um diâmetro de 0,2 mmΦ. Adicionalmente, as bordas da superfície de contato de laminação da amostra de teste de fadiga de contato em laminação a quente tinham cantos chanfrados de 1,2 C.

[0019] O teste de fadiga em laminação a quente foi realizado, con-forme ilustrado na Figura 3, entre dois discos os quais serviram como amostra de teste entalhada (amostra de teste de fadiga de contato em laminação a quente) e um material oposto aquecido pelo uso de um método do tipo fadiga em laminação deslizante. Isto é, conforme ilustrado na Figura 3, enquanto a amostra de teste (amostra de teste de fadiga em laminação a quente) foi resfriada com água e girada em uma velocidade rotacional de 700 rpm, a peça oposta (composta por S45C e que tem um diâmetro externo de 190 mmΦ e uma largura de 15 mm) foi aquecida a uma temperatura de 810 °C, pressionada contra a amostra de teste giratória com uma carga de contato de 980 N, e girada com uma razão de deslizamento de 9%. Ao girar a amostra de teste até que os dois entalhes formados na amostra de teste de fadiga de contato em laminação a quente quebrassem, os números de rotação até os entalhes quebrarem foram respectivamente contados e a média dos dois números de rotação foi definida como a vida da fadiga de contato em laminação a quente. No caso em que a vida da fadiga de contato em laminação a quente foi maior do que 300 mil foi classificado como um caso significativo de excelente de vida da fadiga de contato em laminação a quente. Os resultados obtidos são ilustrados nas Figuras 1 e 2. A Figura 1 ilustra a relação entre a vida da fadiga de contato em laminação a quente (visto que fadiga em laminação a quente refere-se à fadiga de contato em laminação a quente, resistência à fadiga em laminação a quente refere-se à vida da fadiga de contato em laminação a quente) e os números de carbonetos de tamanho grande e carbonetos de tamanho pequeno por unidade de área e a Figura 2 ilustra a relação entre a vida da fadiga de contato em lamina- ção a quente e (Cr(%)+Mo(%))/V(%).

[0020] Conforme indicado na Figura 1, fica evidente que a vida da fadiga de contato em laminação a quente aumenta significativamente com o aumento do número de carbonetos de tamanho pequeno que têm um diâmetro circular equivalente de 3 a 30 μm. Contudo, no caso em que o número de carbonetos de tamanho grande que têm um diâmetro circular equivalente de 50 μm ou mais é maior do que 20 par- tes/mm2, há uma diminuição significativa na vida da fadiga de contato em laminação a quente mesmo no caso em que o número de carbonetos de tamanho pequeno que têm um diâmetro circular equivalente de 3 a 30 μm é grande. A partir desse resultado (Figura 1), fica evidente que é necessário controlar o número de carbonetos de tamanho grande que tem um diâmetro circular equivalente de mais do que 50 μm para 20 partes/mm2 ou menos e o número de carbonetos de tamanho pequeno que tem um diâmetro circular equivalente de 3 a 30 μm para 500 a 2.500 partes/mm2 a fim de alcançar uma vida da fadiga de contato em laminação a quente de 300 mil ou mais (a fim de aumentar significativamente a vida da fadiga de contato em laminação a quente).

[0021] Ademais, do ponto de vista da razão de uma composição química, conforme ilustrado na Figura 2, há uma significativa diminuição na vida da fadiga de contato em laminação a quente no caso em que (Cr(%)+Mo(%))/V(%) é menor do que 1,5 ou maior do que 2,4. Nesse momento, Cr e Mo são elementos químicos os quais tendem a formar carbonetos de tamanho grande, enquanto V é um elemento químico que tende a formar carbonetos de tamanho pequeno e que é eficaz para dividir os carbonetos de tamanho grande descritos acima e para diminuir o tamanho dos carbonetos. Portanto, (Cr(%)+Mo(%))/V(%) é uma expressão de limite que acaba de ser encontrada como um índice para aprimorar a morfologia de carboneto a fim de aumentar a vida da fadiga de contato em laminação a quente.

[0022] A partir da investigação conduzida pelos presentes invento-res, através do uso desse teste de fadiga de contato de laminação a quente, é possível avaliar facilmente a vida da fadiga de contato em laminação a quente do material de um cilindro para laminação a quente. Quando o valor que indica a vida da fadiga de contato em lamina- ção a quente de um material de camada externa de cilindro é alto, o material pode apresentar excelente durabilidade para a camada externa de um cilindro compósito para laminação a quente de modo que a deterioração de superfície tenha menos chance de ocorre e o número de lascamentos seja menor mesmo se o material for usado em um ambiente de laminação rude.

[0023] A quantidade de microestrutura dos carbonetos em um ci-lindro foi determinada pelo uso do seguinte método. Primeiro, um polimento espelhado foi realizado na superfície de corte de uma amostra a qual foi cortada de uma porção arbitrária de 20 a 25 mm na direção de profundidade a partir da superfície do cilindro no estágio inicial de uso. Em seguida, a superfície de corte polida foi um pouco entalhada pelo uso de uma solução nital de modo que os carbonetos ficaram com aparência branca sobre uma fase de base preta vistos através de um microscópio óptico. Depois, a morfologia do carboneto na superfície de corte foi observada pelo uso de um dispositivo de análise de imagens com uma ampliação de 100 vezes pelo microscópio (200 vezes no monitor). O número de carbonetos de tamanho grande que têm um diâmetro circular equivalente de 50 μm ou mais e o número de carbonetos de tamanho pequeno que têm um diâmetro circular equiva- lente de 3 a 30 μm foi determinado. Nesse momento, o campo observado da área de vista era 9 mm2.

[0024] A presente invenção foi realizada com base no conhecimento descrito acima. Isto é, a matéria objeto da presente invenção é con-forme descrita a seguir.

[0025] [1] Um material de camada externa de cilindro, que é um material de camada externa de cilindro de ferro fundido para ser usado na camada externa de um cilindro compósito para laminação a quente, sendo que o material contém carbonetos de tamanho pequeno que têm um diâmetro circular equivalente de 3 e 30 μm em um número de 500 a 2.500 partes/mm2 e carbonetos de tamanho grande que têm um diâmetro circular equivalente de 50 μm ou mais em um número de 20 partes/mm2 ou menos.

[0026] [2] O material de camada externa de cilindro de acordo com o item [1], sendo que o material que tem uma composição química contém, % em massa, C: de 2,4% ou mais e 2,9% ou menos, Si: de 0,2% ou mais e 1,0% ou menos, Mn: de 0,2% ou mais e 1,0% ou menos, Cr: de 4,0% ou mais e 7,5% ou menos, Mo: de 4,0% ou mais e 6,5% ou menos, V: de 5,3% ou mais e 7,0% ou menos, Nb: de 0,5% ou mais e 3,0% ou menos, e o restante de Fe e impurezas inevitáveis, nos quais os teores de Cr, Mo, e V satisfazem a expressão(1) abaixo:

[0027] em que Cr, Mo, e V respectivamente representam os teores (% em massa) dos elementos químicos correspondentes.

[0028] [3] O material de camada externa de cilindro de acordo com o item [2], sendo que o material que tem a composição química contém adicionalmente, % em massa, um ou mais de Al: de 0,001% ou mais e 0,05% ou menos, e REM: de 0,001% ou mais, e 0,03% ou menos.

[0029] [4] Um cilindro compósito para laminação a quente, que é um cilindro compósito para laminação a quente formado em uma camada externa e uma camada interna que são juntas e integralmente soldadas, sendo que a camada externa é formada pelo material de camada externa de cilindro de acordo com qualquer um dos itens de [1] a [3].

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0030] Mesmo no caso em que o cilindro compósito para lamina- ção a quente de acordo com a presente invenção é usado em um ambiente rude de laminação a quente no qual alta carga de laminação é aplicada ou no qual laminação contínua é frequentemente realizada, os danos relativos à fadiga em laminação a quente (danos relativos à fadiga devido à laminação a quente) de uma superfície de cilindro tais como deterioração de superfície e lascamento de superfície têm menos chance de ocorrer. Portanto, de acordo com a presente invenção, é possível alcançar um aumento significativo na qualidade da superfície e um aumento na vida do cilindro ao mesmo tempo.

[0031] De acordo com a presente invenção, é possível produzir facilmente um cilindro compósito para laminação a quente que tenha uma resistência à fadiga significativamente maior. Portanto, de acordo com a presente invenção, é possível alcançar um aumento na produtividade, um aumento significativo na qualidade da superfície e um aumento na vida do cilindro de uma lâmina de aço laminada a quente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0032] A Figura 1 é um diagrama que ilustra a relação de vida da fadiga de contato em laminação a quente em um teste de fadiga de contato em laminação a quente na razão de área de carbonetos granulares e do número de carbonetos de tamanho grande por unidade de área.

[0033] A Figura 2 é um diagrama que ilustra a relação entre vida da fadiga de contato em laminação a quente em um teste de fadiga de contato em laminação a quente e o valor de (Cr(%)+Mo(%))/V(%).

[0034] A Figura 3 é um diagrama esquemático que ilustra a estru-tura de uma máquina de teste usada para um teste de fadiga de contato de laminação a quente, uma amostra de teste de fadiga de contato em laminação a quente (amostra de teste de fadiga) e o formato e o tamanho de um entalhe que foi formado na superfície circunferencial externa da amostra de teste de fadiga de contato em laminação a quente (amostra de teste de fadiga).

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0035] Visto que o material de camada externa de cilindro, de acordo com a presente invenção, é produzido através de um método de fundição centrífuga, é possível usar o material como um cilindro de anel ou um cilindro em forma de manga no estado fundido. Adicionalmente, o material de camada externa de cilindro, de acordo com a presente invenção, é usado como um material de camada externa de um cilindro compósito para laminação a quente o qual pode idealmente ser usado para laminação de finalização a quente. Adicionalmente, o cilindro compósito para laminação a quente, de acordo com a presente invenção, é composto de uma camada externa a qual é produzida pelo uso de um método de fundição centrífuga e uma camada interna a qual é soldada integralmente à camada externa. Nesse momento, uma camada intermediária pode ser colocada entre a camada externa e a camada interna. Isto é, o cilindro pode ser composto pela camada externa, pela camada intermediária a qual é integralmente soldada à camada externa e pela camada interna a qual é integralmente soldada à camada intermediária, ao invés de ser composto pela camada externa e pela camada interna a qual é integralmente soldada à camada externa. Nesse caso, pode-se dizer que a camada externa e a camada interna são juntas e integralmente soldadas com a camada intermediária sendo interposta entre as mesmas. Nesse momento, é preferencial que a camada interna seja produzida pelo uso de um método de fundição estática. Apesar de não haver limite para as composições químicas da camada interna e da camada intermediária na presente invenção, é preferencial que a camada interna seja composta por ferro fundido de grafite nodular e que a camada intermediária seja composta por material de aço de alto carbono que contenha C: de 1,5 a 3% em massa.

[0036] As razões para as limitações na faixa preferencial da com-posição química da camada externa do material de camada externa de cilindro serão descritas. Doravante no presente documento, % em massa é representado simplesmente por %, a menos que indicado de outra forma.

[0037] C: 2,4% ou mais, e 2,9% ou menos

[0038] C é eficaz para aumentar a dureza da fase de base ao formar uma solução sólida e aumentar a resistência à abrasão do material de camada externa de cilindro pela combinação com elementos formadores de carboneto para formar carbonetos duros. A forma pela qual os carbonetos influenciam as propriedades de uso na laminação varia de acordo com o teor de C. Nesse momento, "propriedades de uso em laminação" refere-se a uma propriedade exigida para um material de camada externa de cilindro de laminação, sendo que a propriedade exigida é uma combinação do desempenho de lubrificação e da resistência à fadiga da superfície de um material de camada externa de cilindro quando a laminação é realizada. No caso em que o teor de C é menor do que 2,4%, visto que a quantidade de carbonetos é insuficiente, a força de atrito na superfície do material de camada externa de cilindro é aumentada quando a laminação é realizada, o que pode resultar em um estado de laminação instável. Por outro lado, no caso em que o teor de C é maior do que 2,9%, visto que há um aumento excessivo na quantidade de carbonetos, carbonetos de tamanho gran de combinados são formados, os quais podem resultar em uma diminuição na resistência à fadiga. Portanto, é preferencial que o teor de C permaneça dentro do limite da faixa de 2,4% ou mais e 2,9% ou menos. Adicionalmente, é preferencial que o teor de C permaneça dentro do limite da faixa de 2,7% ou mais e 2,9% ou menos no caso de Al ou REM não ser adicionado.

[0039] Si: 0,2% ou mais, e 1,0% ou menos

[0040] Si é um elemento químico que funciona como um agente desoxidante e que aumenta o desempenho de fundição de aço derretido. É preferencial que o teor de Si seja 0,2% ou mais na presente invenção. Adicionalmente, no caso em que o teor de Si é maior do que 1,0%, visto que os efeitos tornam-se saturados, é impossível esperar um aumento no efeito correspondente a um aumento no teor de Si, o que resulta em uma desvantagem econômica devido a um aumento no custo que resulta de um aumento no teor de Si. Portanto, é preferencial que o teor de Si permaneça dentro do limite da faixa de 0,2% ou mais, e 1,0% ou menos.

[0041] Mn: 0,2% ou mais, e 1,0% ou menos

[0042] Mn é eficaz para gerar S não prejudicial ao fixar S na forma de MnS. Adicionalmente, Mn é um elemento químico que é eficaz para aumentar capacidade de dureza ao formar uma solução sólida na fase de base. É preferencial que o teor de Mn seja 0,2% ou mais a fim de realizar tais efeitos. Adicionalmente, no caso em que o teor de Mn é maior do que 1,0%, visto que os efeitos se tornam saturados, é impossível esperar um aumento no efeito correspondente a um aumento no teor de Mn, o que resulta em uma desvantagem econômica devido a um aumento no custo causado pelo aumento no teor de Mn. Adicionalmente, no caso em que o teor de Mn é maior do que 1,0% pode haver uma diminuição na tenacidade de um material de cilindro. Portanto, é preferencial que o teor de Mn permaneça dentro do limite da faixa de 0,2% ou mais e 1,0% ou menos.

[0043] Cr: 4,0% ou mais e 7,5% ou menos

[0044] Cr é um elemento químico que é eficaz para aumentar a resistência à abrasão ao combinar com C para formar principalmente carbonetos eutéticos e que é eficaz para estabilizar a laminação ao reduzir os danos de uma superfície de cilindro como resultado da diminuição da força de atrito entre uma lâmina de aço e a superfície de um material de camada externa de cilindro quando a laminação é realizada. Ademais, na presente invenção, Cr é eficaz para aumentar a resistência de um material de camada externa de cilindro ao formar uma quantidade apropriada de solução sólida em carbonetos granulares e na fase de base. A fim de realizar tais efeitos, é preferencial que o teor de Cr seja 4,0% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de Cr é maior do que 7,5%, visto que há um excessivo aumento na quantidade de carbonetos eutéticos de tamanho grande, pode haver uma diminuição na resistência à fadiga. Portanto, é preferencial que o teor de Cr permaneça dentro do limite da faixa de 4,0% ou mais e 7,5% ou menos.

[0045] Mo: 4,0% ou mais, e 6,5% ou menos

[0046] Mo é um elemento químico o qual aumenta a resistência à abrasão pela combinação com C para formar carbonetos duros. Adicionalmente, Mo aumenta a resistência dos carbonetos ao formar uma solução sólida em carbonetos duros do tipo MC e também aumentam a resistência à fissura de carbonetos eutéticos ao formar uma solução sólida nos carbonetos eutéticos. Através desses efeitos, Mo aumenta a resistência à fadiga de um material de camada externa de cilindro. A fim de realizar tais efeitos, é preferencial que o teor de Mo seja 4,0% ou mais. Adicionalmente, no caso em que o teor de Mo é maior do que 6,5%, visto que carbonetos duros e quebradiços que contêm principalmente Mo são formados, pode haver uma diminuição na resistência à fadiga. Portanto, é preferencial que o teor de Mo permaneça dentro do limite da faixa de 4,0% ou mais e 6,5% ou menos.

[0047] V: 5,3% ou mais, e 7,0% ou menos

[0048] V é um elemento químico que é importante na presente in-venção para alcançar resistência à abrasão e resistência à fadiga satisfatória ao mesmo tempo. V é um elemento químico que aumenta a resistência à abrasão ao formar carbonetos granulares muito duros (carbonetos do tipo MC) e que significativamente aumenta a resistência à fadiga de um material de camada externa de cilindro ao funcionar de maneira eficaz para dividir carbonetos eutéticos de tamanho grande a fim de permitir que os carbonetos eutéticos cristalizem de modo disperso. Tais efeitos são significativos no caso em que o teor de V é 5,3% ou mais. Adicionalmente, no caso em que o teor de V é maior do que 7,0%, visto que pode haver um aumento no diâmetro de grão de carbonetos do tipo MC, e visto que a segregação de fundição centrífuga de carbonetos do tipo MC pode ser realizada, várias propriedades de um cilindro para laminação a quente tornam-se instáveis. Portanto, é preferencial que o teor de V permaneça dentro do limite da faixa de 5,3% ou mais e 7,0% ou menos.

[0049] Nb: 0,5% ou mais, e 3,0% ou menos

[0050] Nb aumenta a resistência à fadiga ao aumentar a resistência de carbonetos do tipo MC como um resultado da formação de uma solução sólida em carbonetos granulares do tipo MC e ao aumentar a resistência à fissura como resultado de coexistir com Mo. Adicionalmente, visto que Nb é um elemento químico que é eficaz para evitar que carbonetos eutéticos quebrem ao promover a divisão de carbonetos eutéticos de tamanho grande, Nb é um elemento químico que é eficaz para aumentar a resistência à fadiga de um material de camada externa de cilindro. Adicionalmente, Nb é eficaz para evitar a segregação de carbonetos do tipo MC quando a fundição centrífuga é realiza- da. Tais efeitos tornam-se significativos no caso em que o teor de Nb é 0,5% ou mais. Adicionalmente, no caso em que o teor de Nb é maior do que 3,0%, visto que o crescimento de carbonetos do tipo MC em aço derretido é promovido, a segregação de carbonetos pode ser promovida quando a fundição centrífuga é realizada. Portanto, é preferencial que o teor de Nb permaneça dentro do limite da faixa de 0,5% ou mais e 3,0% ou menos, ou mais preferencialmente 0,5% ou mais e 2,0% ou menos.

[0051] Um ou mais dentre Al: de 0,001% ou mais, e 0,05% ou me-nos e REM: de 0,001% ou mais, e 0,03% ou menos

[0052] Visto que Al e REM são ambos eficazes para promover de maneira forte a nucleação de carbonetos granulares, Al e REM são eficazes para aumentar o número de carbonetos de tamanho pequeno. Portanto, Al e REM proporcionam excelente resistência à fadiga a um material de camada externa de cilindro. A fim de realizar tal efeito, é preferencial que pelo menos um dentre o Al e o REM seja adicionado a uma quantidade de 0,001% ou mais no total. No caso em que o teor de Al é maior do que 0,05% ou no caso em que o teor de REM é maior do que 0,03%, o efeito se torna saturado e um defeito de gás tende a ocorrer. Portanto, é preferencial que um ou mais de Al: de 0,001% ou mais e 0,05% ou menos e REM: de 0,001% ou mais e 0,03% ou menos seja adicionado.

[0053] Nesse momento, REM é um Mischmetal, que é uma mistura de dois ou mais elementos terra rara, e o teor de REM pode ser definido como o dobro do teor de Ce analisado no caso em que é difícil analisar todos os elementos terra rara.

[0054] Na presente invenção, é preferencial que Cr, Mo, e V sejam apropriadamente adicionados para satisfazer a expressão (1) abaixo, enquanto os teores dos mesmos estejam dentro de respectivas faixas descritas acima.

[0055] (em que Cr, Mo, e V: os teores (% em massa) dos elemen-tos químicos correspondentes)

[0056] No caso em que a expressão (1) não é satisfeita, isto é, no caso em que a razão entre a quantidade de (Cr+Mo) e a quantidade de V é menor do que 1,5, pode haver um caso em que a vida excelente antes da fadiga de contato em laminação a quente desejada não pode ser alcançada. Por outro lado, a razão da quantidade de (Cr+Mo) para a quantidade de V é maior do que 2,4, visto que há um excessivo aumento no número de carbonetos eutéticos de tamanho grande, pode haver uma significativa diminuição na vida da fadiga de contato em laminação a quente. Portanto, é preferencial que (Cr+Mo)/V permaneça dentro do limite da faixa de 1,5 ou mais e 2,4 ou menos.

[0057] O equilíbrio da composição química descrita acima inclui Fe e impurezas inevitáveis. Exemplos das impurezas inevitáveis incluem P: 0,05% ou menos, S: 0,05% ou menos, N: 0,06% ou menos, B: 0,03% ou menos, e Ni: 0,2% ou menos.

[0058] Visto que P deteriora as propriedades de material como re-sultado da segregação nos limites do grão, é preferencial que o teor de P seja o menor possível na presente invenção. Contudo, é aceitável que o teor de P seja 0,05% ou menos.

[0059] Adicionalmente, visto que S deteriora as propriedades de material como resultado da existência na forma de inclusões com base em sulfeto, é preferencial que o teor de S seja o menor possível. Contudo, é aceitável que o teor de S seja 0,05% ou menos.

[0060] N é misturado ao aço em uma quantidade de cerca de 0,01% a 0,06% em um processo comum de produção de aço. O efeito da presente invenção não é afetado por tal teor de N. No entanto, visto que N pode causar um defeito de gás que ocorre nos limites entre a camada externa e a camada intermediária de um cilindro compósito ou entre a camada intermediária e a camada interna de um cilindro compósito, é preferencial que o teor de N esteja limitado a menos do que 0,05%.

[0061] Adicionalmente, B é um elemento químico que é misturado em aço de, por exemplo, sucata, que é uma matéria-prima para derre- timento de aço, e um fundente, e B tem um efeito negativo de diminuir carbonetos ao formar uma solução sólida nos carbonetos. É preferencial que o teor de B seja o menor possível na presente invenção. Contudo, é aceitável que o teor de B seja 0,03% ou menos, porque não há efeito negativo registrado nos efeitos da presente invenção.

[0062] Ni é um elemento químico que é misturado com aço de su-cata, que é matéria-prima para derretimento de aço, e, visto que Ni tem um efeito negativo sobre a capacidade de dureza de um material de camada externa de cilindro, Ni causa variações na dureza e na tensão residual após um tratamento de calor ser realizado. É preferencial que o teor de Ni seja o menor possível na presente invenção. No entanto, é aceitável para produzir um cilindro que o teor de Ni seja 0,2% ou menos.

[0063] Doravante no presente documento, será descrito um método preferencial para produzir o cilindro compósito para laminação a quente de acordo com a presente invenção.

[0064] Na presente invenção, o material de camada externa de ci-lindro é produzido através de um método de fundição centrífuga que é pouco dispendioso por causa de baixo custo de energia do mesmo.

[0065] Primeiramente, o aço derretido que tem a composição quí-mica para um material de camada externa de cilindro descrito acima é despejado em um molde de fundição rotatório cuja superfície interna é coberta com uma camada refratária composta principalmente de zircô- nio e similares e que tem uma espessura de 1 a 5 mm de modo que a camada externa de cilindro que tem uma espessura específica seja formada pelo uso de um método de fundição centrífuga. Nesse mo-mento, é preferencial que a velocidade rotacional do molde de fundição seja ajustada de modo que uma força centrífuga de 120 a 220 G em múltiplos de gravidade seja aplicada à superfície do cilindro. Adicionalmente, no caso em que uma camada intermediária é formada, é preferencial que a camada intermediária seja formada pelo uso de um método de fundição centrífuga de maneira que o aço derretido que tem uma composição química para a camada intermediária seja despejado no molde de fundição rotatório no meio da solidificação ou após a solidificação do material de camada externa de cilindro ter sido completada. Após a camada externa ou a camada intermediária ter sido completamente solidificada, é preferencial que um cilindro compósito seja produzido, ao parar a rotação do molde de fundição, depois erguer o molde de fundição, e após isso formar uma camada interna pelo uso de um método de fundição estática. Com esse método, visto que o lado da superfície interna de um material de camada externa de cilindro é derretido novamente, um cilindro resultante é um cilindro compósito que tem a camada externa e a camada interna as quais são integralmente soldadas juntas ou um cilindro compósito que tem a camada externa, a camada intermediária que é integralmente soldada à camada externa e a camada interna que é integralmente soldada à camada intermediária.

[0066] No presente documento, é preferencial que a camada interna a qual é fundida pelo uso de um método de fundição estática seja formada de, por exemplo, ferro fundido de grafite nodular ou ferro fundido de grafite grafite vermicular (ferro fundido VC) os quais são excelentes em termos de desempenho de fundição e propriedades mecânicas. Visto que um cilindro, que é produzido através de um método de fundição centrífuga, é formado por uma camada externa e uma camada interna que são integralmente soldadas ferro fundido de grafite, os elementos constituintes do material de camada externa são misturados à camada interna em uma quantidade de cerca de 1% a 8%. No caso de os elementos formadores de carboneto tais como Cr e V que são contidos no material de camada externa serem misturados à camada interna, há uma diminuição na tenacidade da camada interna. Portanto, é preferencial que a quantidade dos elementos constituintes da camada externa misturados à camada interna seja menor do que 6%.

[0067] Adicionalmente, no caso em que uma camada intermediária é formada, é preferencial que, por exemplo, aço de grafite, aço de alto carbono ou ferro fundido hipoeutético sejam usados como um material de camada intermediária. Visto que a camada intermediária e a camada externa são integralmente soldadas juntas como no caso com a camada externa e a camada interna, os elementos constituintes da camada externa são misturados à camada intermediária em uma quantidade de 10% a 95%. É importante que a quantidade dos elementos constituintes da camada externa que são misturados à camada intermediária seja a menor possível a partir do ponto de vista de diminuição da quantidade dos elementos constituintes da camada externa misturados à camada interna.

[0068] É preferencial que o cilindro compósito para laminação a quente, de acordo com a presente invenção, seja submetido a um tratamento de calor após a fundição ter sido realizada. É preferencial que o tratamento de calor seja realizado pelo uso de um processo no qual o cilindro é aquecido a uma temperatura de 950 °C a 1150 °C e submetido à refrigeração por ar ou refrigeração por sopro de ar e um processo no qual o cilindro é adicionalmente aquecido a uma temperatura de 450 °C a 600 °C, mantido à temperatura, e resfri ado uma vez ou mais vezes.

[0069] Nesse momento, é preferencial que a dureza do cilindro compósito para laminação a quente, de acordo com a presente inven- ção, seja de 79 a 88 HS ou mais, preferencialmente, de 80 a 87 HS. É recomendado que o tratamento de calor após a fundição ter sido realizada seja controlado de modo que tal dureza seja alcançada de maneira estável.

EXEMPLO 1

[0070] Aços derretidos que têm as composições químicas para um material de camada externa de cilindro fornecidas na Tabela 1 foram preparados pelo uso de um forno de alta frequência, e depois, materiais de teste em forma de anel (cilindros de anel que têm um diâmetro externo de 250 mmΦ, uma largura de 75 mm e uma espessura de 55 mm) foram preparados pelo uso de um método de fundição centrífuga. Nesse momento, a temperatura de fundição era de 1430 °C a 1550 °C, e a força centrífuga era de 180 G em múltiplos de gravidade. Após a fundição ter sido realizada, através da realização *da têmpera com uma temperatura de têmpera de 1.050 °C, e através d a realização de revenimento com uma temperatura de revenimento de 540 °C a 560 °C, a dureza foi controlada para ser de 79 a 86 HS. Uma amostra de teste para a observação de microestrutura e uma amostra de teste de fadiga foram tomadas do material de teste em forma de anel obtido, e a observação de microestrutura e um teste de fadiga de contato em laminação a quente foram realizados. Os métodos dos testes foram os seguintes.

(1) TESTE DE FADIGA DE CONTATO DE LAMINAÇÃO A QUENTE

[0071] Uma amostra de teste de fadiga ilustrada na Figura 3 (que tem um diâmetro externo de 60 mmΦ, uma espessura de 10 mm e cantos chanfrados) foi tirada do material de teste em forma de anel obtido. Conforme ilustrado na Figura 3, os entalhes (que têm uma profundidade t de 1,2 mm e um comprimento L na direção circunferencial de 0,8 mm) foram formados em duas posições na superfície circunferencial externa da amostra de teste de fadiga pelo uso de um método de formação de faísca elétrica (método de corte com fio) com um fio que tem um diâmetro de 0,2 mmΦ.

[0072] Um teste de fadiga de contato em laminação a quente foi realizado, conforme ilustrado na Figura 3, entre dois discos os quais eram amostra de teste de fadiga de contato em laminação a quente e um material oposto que usava um método do tipo laminação deslizante de tal maneira que, enquanto a amostra de teste de fadiga de contato em laminação a quente foi resfriada com água e girada em uma velocidade rotacional de 700 rpm, a peça oposta (composta por S45C, e que tem um diâmetro externo de 190 mmΦ e uma largura de 15 mm) foi aquecida a uma temperatura de 810 °C, pressiona da contra a amostra de teste giratória com uma carga de contato de 980 N, e girada com uma razão de deslizamento de 9%. Ao girar a amostra de teste até que os dois entalhes formados na amostra de teste de fadiga de contato em laminação a quente quebrassem, os números de rotação foram respectivamente contados e a média dos dois números da rotação foi definida como a vida da fadiga de contato em laminação a quente. Um caso em que essa vida da fadiga de contato em laminação a quente foi mais do que 300 mil foi classificado como um caso de excelente vida da fadiga de contato em laminação a quente.

[0073] Os resultados obtidos são mostrados na Tabela 2.

TABELA 2

[0074] No caso de todos os exemplos da presente invenção, houve um aumento significativo na vida da fadiga de contato em laminação a quente comparado com os exemplos comparativos.

[0075] No caso dos exemplos comparativos M, R, S, U e V, visto que o número de carbonetos de tamanho pequeno que têm um diâmetro circular equivalente de 3 a 30 μm é pequeno, houve uma diminuição na vida da fadiga de contato em laminação a quente. Adicionalmente, no caso dos exemplos comparativos L, M, N, P, Q, S a T, visto que existe um número excessivo de carbonetos de tamanho grande que têm um diâmetro circular equivalente de mais do que 50 μm, fissuras se propagaram através dos carbonetos de tamanho grande, o que resultou em uma significativa diminuição na resistência à fadiga de contato em laminação a quente. Adicionalmente, no caso do exemplo comparativo W, visto que o número de carbonetos de tamanho pequeno era excessivamente grande, fissuras se propagaram através dos carbonetos adjacentes, o que resultou em uma significativa diminuição na vida da fadiga de contato em laminação a quente.

Claims

1. Material de camada externa de cilindro, caracterizado pelo fato de ser um material de camada externa de cilindro de ferro fundido para ser usado na camada externa de um cilindro compósito para laminação a quente, sendo que o material contém carbonetos de ta-manho pequeno que têm um diâmetro circular equivalente de 3 a 30 μm em um número de 500 a 2.500 partes/mm2 e carbonetos de tamanho grande que têm um diâmetro circular equivalente de 50 μm ou mais em um número de 20 partes/mm2 ou menos.

2. Material de camada externa de cilindro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tem uma composição química que contém, % em massa, C: 2,4% ou mais e 2,9% ou menos, Si: 0,2% ou mais e 1,0% ou menos, Mn: 0,2% ou mais e 1,0% ou menos, Cr: 4,0% ou mais e 7,5% ou menos, Mo: 4,0% ou mais e 6,5% ou menos, V: 5,3% ou mais e 7,0% ou menos, Nb: 0,5% ou mais e 3,0% ou menos, e o restante é composto por Fe e impurezas inevitáveis, em que os teores de Cr, Mo e V (1) satisfazem a expressão abaixo:

em que Cr, Mo e V representam respectivamente os teores (% em massa) dos elementos químicos correspondentes.

3. Material de camada externa de cilindro, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que tem a composição quí-mica que contém adicionalmente, % em massa, um ou mais de Al: 0,001% ou mais e 0,05% ou menos e REM: 0,001% ou mais e 0,03% ou menos.

4. Cilindro compósito para laminação a quente, caracterizado pelo fato de ser formado de uma camada externa e uma camada interna que são integralmente soldadas juntas, sendo que a camada externa é formada do material de camada externa de cilindro como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3.