CN101386960A

CN101386960A - 轧辊

Info

Publication number: CN101386960A
Application number: CNA2007101422848A
Authority: CN
Inventors: 大畑拓己
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2009-03-18

Abstract

本发明的目的在于提供一种提高轧辊所要求的耐磨损性、进而耐表面粗糙性及耐事故性优越的轧辊。本发明的轧辊，其外层的化学成分按照质量％含有C：超过3.0％且在4.0％以下、Si：3.0％以下、Ni：2.3～5.5％、Cr：0.1～2.0％、V+Nb：0.3～10.0％、Mg或Ca的一种或两种：0.005～0.5％、B：0.01～0.5％，剩余部分由Fe及杂质元素构成，金属组织中具有石墨，所述轧辊的特征在于，在所述金属组织的基体中按照面积％具有0.1～2.0％的碳化硼。

Description

轧辊

技术领域

本发明涉及耐磨损性、耐表面粗糙性及耐事故性优越的轧辊。特别是涉及适于作为热薄板轧机的精轧列的后级上使用的工件轧辊的轧辊。

背景技术

一直以来，在热薄板轧机的精轧列的后级上使用由麻口细晶粒合金(グレン)类铸铁材料构成的轧辊。一般而言，麻口细晶粒合金类轧辊具有的优点是耐烧结性优越，即使遇到拉深轧制事故时，被轧制材料的烧结也少，从而具有此时的裂纹的发生进展也少的优点。

不过，与采用含有大量Cr、Mo、V、W等合金、结晶出非常硬的MC型碳化物的高速钢类材料作为外层材料的轧辊相比，耐磨损性相当差。

作为提高轧辊的耐磨损性的方案，已知结晶或析出MC类、M₂C类等硬质碳化物的方法。另外，作为提高耐烧结性的方案，还已知结晶作为固体润滑剂的石墨的方法。不过，MC类碳化物容易不均匀地结晶出，从而，轧辊的磨损形态不均匀，耐磨损性和耐表面粗糙性还不充分。另外，还存在硬质碳化物的形状很难成为缺口系数低的微细粒状、耐事故性也不充分的问题。

为了解决这些问题而提出了各种发明。专利文献1中，揭示了一种轧辊，其外层的化学成分按照质量％含有C：超过3.0％且在4.0％以下、Si：3.0％以下、Ni：2.3～5.5％、Cr：0.1～2.0％、V：0.3～10.0％、Mg或Ca的一种或两种：0.005～0.5％、另外还含有稀土类元素(REM)：0.005～0.5％、再有还含有Mn：0.3～2.0％、Mo：0.2～3.0％、W：0.1～3.0％、Co：0.1～10.0％、Ti：0.01～2.0％、B：0.002～0.2％、Cu：0.02～1.0％的一种或两种以上，剩余部分由Fe及杂质元素构成，金属组织中具有0.5～5.0面积％的石墨。

专利文献2中，揭示了一种热轧辊外层材料，其具有以下所述的组成和含有石墨的组织，所述组成按照质量％含有C：2.4～3.2％、Si：0.9～2.5％、Mn：0.2～1.5％、Cr：0.8～2.5％、Mo：1.2～4.0％、Ni：2.0～7.0％、V：1.5～2.7％、Nb：0.1～0.8％、B：0.020～0.2％、REM：0.0006～0.04％，且C、Cr、Nb、V含有量满足下述(1)～(3)式，

1.8≦C—(0.236×V+0.129×Nb)≦2.6 (1)

Cr/C<1.0 (2)

3.0≦Cr+V≦4.6 (3)

再有，还含有从Ti：小于0.05％、Al：0.1％以下中选择的一种或两种，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成。

专利文献1：特开2005—68465号公报

专利文献2：特开2003—342669号公报

所述专利文献1及2的热轧辊，将硬质的MC类碳化物控制为粒状，再使其微细均匀地分散，由此提高耐磨损性、耐表面粗糙性、耐事故性。不过，近年来，要求现有技术以上的耐磨损性，从而存在不足以满足该要求的问题。

发明内容

本发明的目的在于消除这些问题，提供一种耐磨损性、耐表面粗糙性及耐事故性优越的轧辊。

本发明者针对耐烧结性优越的专利文献1的轧辊外层材料进行改良，特别是在金属基体的基体中析出碳化硼，由此可提高耐磨损性。

即，本发明的轧辊，其外层的化学成分按照质量％含有C：超过3.0％且在4.0％以下、Si：3.0％以下、Ni：2.3～5.5％、Cr：0.1～2.0％、V+Nb：0.3～10.0％、Mg或Ca的一种或两种：0.005～0.5％、B：0.01～0.5％，剩余部分由Fe及杂质元素构成，金属组织中具有石墨，所述轧辊的特征在于，在所述金属组织的基体中按照面积％具有0.1～2.0％的碳化硼。

其特征在于，按照质量％还含有Mn：0.3～2.0％、Mo：0.2～3.0％、W：0.1～3.0％、Co：0.1～10.0％、Ti：0.01～2.0％、Cu：0.02～1.0％的一种或两种以上。

另外，其特征在于，按照面积％具有0.5～5.0％的所述石墨。

关于本发明中各化学成分的含有范围(质量％)的限定理由进行说明。

C：超过3.0％且在4.0％以下

C是与Fe、Cr、V等结合生成渗碳体和MC、M₂C、M₆C、M₄C、M₇C₃类碳化物等硬质碳化物、提高耐磨损性，并且结晶石墨而赋予耐烧结性所必需的元素。另外，C在3.0％以下时，碳化物量不足，并且石墨的结晶量也不足。若超过4.0％，则渗碳体和硬质碳化物过多而韧性下降。C的含有量优选超过3.0％且在3.4％以下。

Si：3.0％以下

Si是石墨化促进元素。若外层材料中的全部Si量超过3.0％，则基体脆化、韧性下降。另外，要使石墨结晶，需要孕育添加全部Si量中0.03％以上。孕育的Si量优选是全部Si量的0.1～0.5％。外层材料中的全部Si量优选是0.8～3.0％，更优选是1.0～2.0％。

Ni：2.3～5.5％

Ni对于提高石墨的结晶及基体组织的淬火性有效。本发明的轧辊不是特别需要铸造后的淬火，从而，含有2.3％以上即可。若超过5.5％，则奥氏体过于稳定，很难相变为贝氏体或马氏体。Ni的含有量优选是3.0～5.0％，更优选是4.0～5.0％。

Cr：0.1～2.0％

Cr是对于使基体组织为贝氏体或马氏体、确保硬度、维持耐磨损性而有效的元素，需要含有0.1％以上。若Cr超过2.0％，则防碍石墨的结晶或使基体组织的韧性下降。另外，形成Cr类碳化物(M₇C₃类、M₂₃C₆类)，该碳化物比MC类、M₆C类碳化物硬度低，从而不能期待耐磨损性提高效果，且变脆。为此，Cr的上限定为2.0％。Cr的含有量更优选是1.0～1.8％。

V：0.3～10.0％

V与C结合生成MC类碳化物。该MC类碳化物的硬度为Hv2500～3000，是非常硬质的。从而，V是对于提高耐磨损性有效的元素。不仅作为结晶碳化物，而且作为基体中的微细的析出碳化物有助于耐磨损性的提高。可是，若过剩地含有，则妨碍石墨的结晶，韧性下降。与此同时，MC类碳化物粗大化，耐表面粗糙性下降，因此不是优选的。V的含有量优选是2.0％～5.0％。

Mg、Ca：0.005～0.5％

Mg及Ca是脱氧和脱硫作用强的元素，形成氧化物和硫化物。详细的现象虽不明确，不过，推测是它们悬浊在熔液中成为核，微细均匀地结晶MC类碳化物。另外，与球状石墨铸铁的石墨由于Mg等的添加而被球状化同样，推测结晶的MC类碳化物成为粒状。要使MC类碳化物的形状为微细的粒状，并且均匀地分散在金属组织中，需要0.005％以上的Mg及Ca的一种或两种。另一方面，若超过0.5％，则其效果饱和，另外，大量的添加导致与熔液的反应激烈，在作业方面造成困难。

V+Nb：0.3～10.0％

本发明的轧辊中，V及Nb的总计含有量可定为0.3～10.0％。Nb与V同样，与C结合形成MC类碳化物。用离心力铸造法形成轧辊的外层材料时，Nb具有至少减轻MC类碳化物的偏析的效果。可按照离心力铸造时V的添加量，选择是否需要添加Nb。

B：0.01～0.5％

B是本发明的轧辊中最具特征的元素。B与C结合，主要形成由B₄C构成的硬质碳化硼。另外，B是形成MC类碳化物时的核，有助于微细均匀地结晶MC类碳化物。再有，B具有溶入基体中、增大基体淬火性的效果。B小于0.01％时，不会形成碳化硼，不能实现耐磨损性的提高。若B超过0.50％，则助长基体中非粒状碳化物的生成，成为基体脆化、发生表面粗糙的原因。B的含有量优选是0.01～0.3％。

碳化硼：0.1～2.0面积％

所述B与C结合，主要形成由B₄C构成的硬质碳化硼。该B₄C是Hv5000，在碳化物中硬度最高，飞跃性地提高轧辊的耐磨损性。碳化硼的面积％小于0.1％时，不能发挥耐磨损性提高的效果。若碳化硼的面积％超过2.0％，则基体脆化，从而，不是优选的。

本发明的轧辊的基本化学成分如上所述，不过，按照轧辊的用途、使用特性等，能够选择性地添加以下各种化学成分。

Mn：0.3～2.0％

Mn用于熔液的脱氧和将杂质S固定为MnS，含有0.3％以上有效果。若Mn超过2.0％，则容易产生剩余奥氏体而不能稳定地维持硬度。Mn的含有量优选是0.4～1.5％，更优选是0.4～1.0％。

Mo：0.2～3.0％

Mo与C结合生成硬质的M₆C类、M₂C类碳化物，且固溶在基体组织中、强化基体组织，因此对于耐磨损性有效，含有0.2％以上有效果。若超过3.0％，则妨碍石墨的结晶，因此不是优选的。Mo的含有量优选是0.2～1.0％。

W：0.1～3.0％

W与Mo同样，与C结合生成硬质的M₆C类、M₂C类碳化物，且固溶在基体组织中、强化基体组织，因此对于提高耐磨损性有效，含有0.1％以上有效果。若超过3.0％，则妨碍石墨的结晶，因此不是优选的。W的含有量优选是0.2～2.0％。

Co：0.1～10.0％

Co是对于基体组织的强化有效的元素，不过，若过剩则使韧性下降。从而，Co的含有量为0.1～10.0％。另外，Co也具有使渗碳体不稳定化、容易结晶石墨的效果。Co的含有量优选是3.0～7.0％。

Ti：0.01～2.0％

Ti将作为石墨化防碍元素的N及O结合、形成氧氮化物。Ti小于0.01％时，不能期待效果，另外，按照所含有的N及O的量，含有2.0％的Ti是充分的。Ti的含有量优选是0.05～0.5％。

Cu：0.02～1.0％

Cu与Co同样，具有使渗碳体不稳定化、容易结晶石墨的效果。小于0.02％其效果不充分，若超过1.0％，则使韧性下降。Cu的含有量优选是0.1～0.5％。

所述元素以外，除了杂质剩余部分实质上是Fe。作为杂质主要的元素为P及S。为了防止韧性的下降，优选是P的含有量为0.1％以下，S的含有量为0.08％以下。

为了确保轧辊外层材料的耐事故性，需要提高耐烧结性及破坏韧性值。耐烧结性及破坏韧性值随着金属组织中的石墨量而提高。石墨量按照面积％小于0.5％时，耐烧结性的效果不充分。另外，若石墨量超过5.0％，则耐烧结性及破坏韧性值的提高效果饱和，耐磨损性下降。石墨量优选是1.0～3.0％。

本发明的轧辊，能够利用离心力铸造法或连续堆焊铸造法形成。要想进一步发挥本发明的效果，优选离心力铸造法。任意一种方法中，在铸造时都需要使用Si含有孕育剂进行孕育。

本发明的轧辊，由于石墨和硬质碳化物共存，从而，兼具耐磨损性和耐事故性。特别是由于B的添加，而含有极硬质的B₄C，从而，耐磨损性特别优越。另外，使硬质碳化物微细均匀地分散，形状为粒状，由此能够进一步提高耐磨损性及耐事故性。本发明的轧辊，在所有热轧用工件轧辊、特别是热薄板轧机的精轧列后级上发挥优越的性能，有助于轧制工厂的生产率的提高。

附图说明

图1是实施方式中采用的热处理循环的图。

图2是实施方式中采用的轧制磨损试验机的概略图。

图3是实施方式中采用的摩擦热冲击试验机的概略图。

图中：1—轧制磨损试验机，2—试验用轧辊，3—试验用轧辊，4—加热炉，5—冷却水槽，6—卷绕机，7—张力控制器，S—轧制材料，8—齿条，9—平衡锤，10—小齿轮，11—供试材料，12—咬入材料。

具体实施方式

将表1所示的化学成分(供试材料No.1～No.25)的熔液，浇注到在离心铸造机中高速旋转的圆筒模具内进行铸造。关于Si、Mg、Ca向熔液中的添加，是在出炉后的熔液中，利用杓(取鍋)添加Fe—Si孕育剂、Ni—Mg孕育剂、Ca—Si孕育剂。

将如此获得的供试材进行T1处理，在400～500℃下加热，缓慢冷却，从而，进行剩余奥氏体的分解和变形消除。再在400～500℃下进行T2、T3处理，在所述供试材料的基体组织中析出碳化硼。图1表示热处理循环。本发明的组织中存在的碳化硼以在热处理中析出的物质为主体。

表1所示的供试材料No.1～No.7为本发明例，供试材料No.21～No.25为比较例。还有，供试材料No.31为现有的麻口细晶粒合金类材料，供试材料No.32为现有的高速钢类材料。

[表1]

从这些供试材料中选取试验片，利用图像解析装置测定组织构成要素的面积％，另外，还测定破坏韧性值及抗拉强度。另外，利用轧制试验机进行磨损试验，利用摩擦热冲击试验机进行烧结试验。还有，表2表示各试验结果。

图2表示轧制磨损试验机的概略图。图2中，轧制磨损试验机由轧机1、对轧制材料S进行预热的加热炉4、冷却轧制材料S的冷却水槽5、轧制材料S的卷绕机6和张力控制器7构成。轧机1中组装有试验用轧辊2、3。试验用轧辊采用由所述供试材料制作、外径60mm、内径40mm、宽度40mm的小型套筒轧辊。往轧制试验机上组装试验用轧辊，试验条件按照轧制材料：SUS304、压下率：25％、轧制速度：150m/min、轧制温度：900℃、轧制距离：300m/次、轧辊冷却：水冷、轧辊数：4重式，进行试验。轧制后，利用触针式表面粗糙计测定在试验用轧辊的表面产生的磨损的深度。

图3表示摩擦热冲击试验机的概略图。图3中，摩擦热冲击试验机通过向齿条8落下平衡锤9从而使小齿轮10转动，使咬入材料12与供试材料11强烈地接触。

[表2]

本发明的轧辊，由于在基体中析出B₄C，从而，发挥极优越的耐磨损性。另外，基于B及Mg或Ca的效果，使MC类碳化物的形状为微细的粒状，并且均匀地分散在金属组织中，因此，获得耐磨损性、耐表面粗糙性及耐事故性均良好的效果。

与本发明例的供试材料No.1～7相比，比较例21没有添加对于耐磨损性及碳化物的微细均匀分散有效的B。另外，还不含有具有使MC类碳化物微细均匀地结晶的效果的Mg及Ca。从而，磨损量为8.0μm，效果差。

比较例22，B的添加量小于0.008％，磨损量为7.3μm，效果差。

比较例23，由于Cr的添加量为4.3％，过剩，基体脆化，从而，破坏韧性值为58kg·mm^-3/2、抗拉强度为43kg/mm²，效果差。再有，由于发生脱落磨损，从而，磨损量为9.8μm，表面粗糙度为4.0μm，效果差。

比较例24，由于B的添加量为0.53％，过剩，从而，破坏韧性值为51kg·mm^-3/2、抗拉强度为40kg/mm²，效果差。再有，由于B过剩，从而基体脆化，发生脱落磨损，另外，由于没有添加V，从而，磨损量为15.1μm，表面粗糙度为5.5μm，效果差。

比较例25，由于B的添加量为0.87％，过剩，从而，破坏韧性值为39kg·mm^-3/2、抗拉强度为36kg/mm²，效果差。再有，由于B过剩，从而基体脆化，发生脱落磨损。从而，磨损量为19.2μm，表面粗糙度为7.5μm，效果差。

产业上的可利用性

如上所述，本发明的轧辊，由于石墨和硬质碳化物共存，从而兼具耐磨损性和耐事故性。特别是由于B的添加，而含有极硬质的B₄C，从而，耐磨损性特别优越。另外，使硬质碳化物微细均匀地分散，形状为粒状，由此能够进一步提高耐磨损性及耐事故性。本发明的轧辊，在所有热轧用工件轧辊、特别是热薄板轧机的精轧列后级上发挥优越的性能，有助于轧制工厂的生产率的提高。

Claims

1.一种轧辊，其外层的化学成分按照质量％含有C：超过3.0％且在4.0％以下、Si：3.0％以下、Ni：2.3～5.5％、Cr：0.1～2.0％、V+Nb：0.3～10.0％、Mg或Ca的一种或两种：0.005～0.5％、B：0.01～0.5％，剩余部分由Fe及杂质元素构成，金属组织中具有石墨，所述轧辊的特征在于，在所述金属组织的基体中按照面积％具有0.1～2.0％的碳化硼。

2.根据权利要求1所述的轧辊，其特征在于，按照质量％还含有Mn：0.3～2.0％、Mo：0.2～3.0％、W：0.1～3.0％、Co：0.1～10.0％、Ti：0.01～2.0％、Cu：0.02～1.0％的一种或两种以上。

3.根据权利要求1或2所述的轧辊，其特征在于，按照面积％具有0.5～5.0％的所述石墨。