CN103025908B - 热轧设备用辊及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

廉价地提供辊基材为高硬度、不易受到凹陷等变形损伤、而且被覆在辊基材表面的喷镀覆膜在覆膜密合性、耐磨耗性、钢板通板性方面优异的、适用于热轧设备的辊，并且提供其有利的制造方法。作为其解决方案，优选在使用Cr为0.9～3.2质量%且下述(1)式定义的碳当量Ceq为0.45～1.65质量%的钢而成的辊基材的表面覆盖含有硬质陶瓷颗粒的自熔合金的喷镀覆膜后，在非氧化性气氛下实施熔合处理而在上述喷镀覆膜与辊基材之间形成厚度为30～200μm的扩散层后，进行冷却或热处理，使辊基材的硬度按肖氏硬度HS计为35～60。

Description

热轧设备用辊及其制造方法
技术领域
本发明涉及热轧设备用辊及其制造方法，具体而言，涉及热轧的卷取设备的夹送辊、外卷辊等(以下也将它们总称为“卷取设备用辊”)中使用的耐冲击损伤性、耐热冲击性、耐磨耗性和钢板通板性优异的辊及其制造方法。
背景技术
热轧的卷取设备中使用的夹送辊、外卷辊(有时也称为助卷辊)等卷取设备用辊，在受到由于与900℃～500℃的高温下进入到卷取设备中的钢板碰撞所导致的冲击载荷、由于与上述钢板接触所导致的滑动或升温、或者由于冷却水所导致的冷却或腐蚀等的非常苛刻的环境下使用，因此耐冲击损伤性、耐热冲击性、耐磨耗性、耐腐蚀性优异是必要的。
以往，上述辊使用硬化堆焊辊、焊补辊、锻钢辊等，但是均在耐冲击损伤性、耐磨耗性等方面存在问题。因此，作为解决上述问题的技术，日本特公昭63-032543号公报中提出了一种辊，通过对铁系辊的圆筒部表面进行硬化堆焊，进而在其上堆焊自熔合金喷镀层，将母材的硬度和堆焊层与自熔合金喷镀层的硬度控制在适当范围内，由此耐散裂性、耐磨耗性得到改善。另外，日本特开平08-121464号公报中提出了一种热轧工厂卷取机用辊，通过在铁系辊的圆筒部表面形成Hs50以上硬度的硬化堆焊层，进而在其上形成Hs50以上硬度的自熔硬化合金喷镀层而成。但是，这些辊从辊性能方面考虑时，耐磨耗性的提高存在限度，另外，与通板材的输送性相关的喷镀层表面的摩擦系数低，对于进行顺利的通板来说存在困难。
因此，作为解决上述耐磨耗性和钢板通板性问题的技术，日本特开平09-067054号公报中提出了一种热轧工厂卷取设备用辊，通过在辊的圆筒部表面形成基底硬化堆焊层，进而在其上形成厚度0.5mm以上的碳化物颗粒分散形自熔合金喷镀层，由此耐磨耗性和钢板通板性得到改善。
发明内容
发明要解决的问题
但是，上述现有技术的辊由于使用低碳系或低合金系的焊接性良好的铁系原材料作为辊基材，在为了增加被覆在辊表面的喷镀层的密度或者提高密合性而进行的再熔融处理(以下也称为熔合处理)中，加热到900～1300℃的温度时，辊基材软化，肖氏硬度HS会降低到30以下。其结果，将上述辊用于热轧机的卷取设备时，由于钢板前端与辊碰撞时受到的冲击载荷等，辊基材自身产生凹陷等变形损伤，由此存在喷镀到表层上的覆膜产生剥离而辊寿命显著降低的问题。
对于这种问题，上述现有技术中，作为自熔合金喷镀覆膜的基底处理进行了硬化堆焊来降低基材的硬度降低的影响。但是，由于硬化堆焊的厚度薄，不能完全解决上述问题。另外，上述硬化堆焊由于为含有大量Cr的成分体系，因此熔合处理中容易在自熔合金覆膜与硬化堆焊的边界产生硬而脆的Cr碳化物相或Cr硼化物相，另外焊缝层间产生成分偏析、组织变化，因此有时引起密合力的降低。进而，进行堆焊时，在其上喷镀自熔性合金之前有必要对堆焊后的表面进行研磨，因此还存在制造成本升高的问题。
本发明是鉴于现有技术存在的上述问题而提出的，其目的在于，廉价地提供辊基材为高硬度、不易受到凹陷等变形损伤， 而且被覆在辊基材表面的喷镀覆膜在覆膜密合性、耐磨耗性、钢板通板性方面优异的、适用于热轧设备的辊，并且提供其有利的制造方法。
用于解决问题的方案
发明人等为了解决上述问题而重复进行了深入地研究。其结果发现，通过对成分组成进行最优化的钢制辊基材的表面直接喷镀含有硬质陶瓷颗粒的自熔合金后，在非氧化性气氛下实施再熔合处理(熔合处理)，从而在辊基材与自熔合金喷镀覆膜之间形成厚度厚的扩散层，同时将上述熔合处理后的辊基材的硬度控制在规定范围内，由此可以得到耐冲击损伤性、耐磨耗性、覆膜密合性、钢板通板性均优异的热轧设备用辊，从而完成了本发明。
即，本发明的热轧设备用辊，其是在肖氏硬度HS为35～60的钢制辊基材的表面覆盖含有硬质陶瓷颗粒的自熔合金的喷镀覆膜，在上述自熔合金喷镀覆膜与辊基材之间形成厚度为30～200μm的扩散层而成的。
本发明的热轧设备用辊的辊基材的特征在于，其由Cr为0.9～3.2质量%且下述(1)式定义的碳当量Ceq为0.45～1.65质量%的钢形成。
碳当量Ceq(质量%)=C＋Si/24＋Mn/6＋Ni/40＋Cr/5＋Mo/4＋V/14    (1) 
其中，上述式中的各元素符号表示该元素的含量(质量%)。
另外，本发明的热轧设备用辊的自熔合金的喷镀覆膜的特征在于，其由在JIS H8303中规定的Ni自熔合金MSFNi1～5中的任意一种中含有WC颗粒而成的合金、或者JIS H8303中规定的碳化钨自熔合金MSFWC2～4中的任意一种形成。
另外，本发明的热轧设备用辊的特征在于，其为卷取设备 用辊。
另外，本发明提供一种热轧设备用辊的制造方法，其特征在于，在钢制辊基材的表面覆盖含有硬质陶瓷颗粒的自熔合金的喷镀覆膜后，在非氧化性气氛下实施熔合处理而在上述喷镀覆膜与辊基材之间形成厚度为30～200μm的扩散层，进行冷却，使辊基材的硬度按肖氏硬度HS计为35～60。
另外，本发明的热轧设备用辊的制造方法的特征在于，辊基材使用Cr为0.9～3.2质量%且下述(1)式定义的碳当量Ceq为0.45～1.65质量%的钢。
碳当量Ceq(质量%)=C＋Si/24＋Mn/6＋Ni/40＋Cr/5＋Mo/4＋V/14     (1) 
其中，上述式中的各元素符号表示该元素的含量(质量%)。
另外，本发明的热轧设备用辊的制造方法的特征在于，使用在JIS H8303中规定的Ni自熔合金MSFNi1～5中的任意一种中含有WC颗粒而成的合金、或者JIS H8303中规定的碳化钨自熔合金MSFWC2～4中的任意一种形成上述自熔合金的喷镀覆膜。
另外，本发明的热轧设备用辊的制造方法的特征在于，在形成由Ar气体、He气体和N2气体中的任意一种或两种以上的混合气体构成的非活性气体气氛或上述非活性气体的减压气氛、或者真空气氛的热处理炉内进行熔合处理。
另外，本发明的热轧设备用辊的制造方法的特征在于，熔合处理后，对炉内的气氛气体的压力、温度和流量中的任意一种以上进行调整而控制冷却速度来进行冷却。
另外，本发明的热轧设备用辊的制造方法的特征在于，进行熔合处理、冷却后，进一步进行热处理。
另外，本发明的热轧设备用辊的制造方法的特征在于，使 用粉末式火焰喷镀法、等离子体喷镀法和高速气体火焰喷镀法(HVOF)中的任意一种方法进行自熔合金喷镀覆膜的喷镀。
另外，本发明的热轧设备用辊的制造方法的特征在于，使自熔合金喷镀覆膜的厚度按熔合处理前的厚度计为0.5～5.0mm。
发明的效果
根据本发明，由于辊基材的硬度高且形成在其表面的含有硬质陶瓷颗粒的自熔合金喷镀覆膜的覆膜密合性可以得到大幅改善，因此可以廉价地提供耐冲击损伤性、耐磨耗性、钢板通板性、耐腐蚀性等全部方面均优异的热轧设备用辊。另外，本发明的热轧设备用辊，由于可以显著延长辊寿命，产业上发挥的效果极大。
附图说明
图1为对实施例1的落球试验中使用的试验装置进行说明的图。
图2为熔合处理中形成在辊基材与自熔合金喷镀覆膜之间的扩散层的截面照片的一例，(a)为以往的在大气中进行熔合处理的例子，(b)为在非氧化性气氛下进行熔合处理的例子。
图3为表示利用EPMA对熔合处理中形成在辊基材与自熔合金喷镀覆膜之间的扩散层的截面进行线性分析得到的结果的一例的图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明。
首先，本发明的热轧设备用辊有必要是在肖氏硬度HS为35～60的钢制辊基材的表面覆盖含有硬质陶瓷颗粒的Ni自熔合 金的喷镀覆膜，在上述自熔合金喷镀覆膜与辊基材之间形成厚度为30～200μm的扩散层而成的。
其中，上述钢制辊基材的硬度按肖氏硬度HS计限定在35～60范围内的理由在于：小于HS35时，由于辊基材过于软质，例如用于热轧机的卷取设备时，由于因与钢板碰撞所导致的冲击载荷、咬入钢板时的压力而辊基材自身局部产生凹陷等变形，其结果覆盖在辊基材表面的喷镀覆膜产生剥离。另一方面，若超过HS60，则辊基材(钢)的显微组织中的马氏体等相变组织的比例增加，因此由于相变带来的体积膨胀，在与覆盖在辊基材表面的喷镀覆膜之间产生内部应力而覆膜容易产生裂纹或产生剥离。需要说明的是，上述钢制辊基材的硬度优选按HS计处于35～45的范围内。
另外，构成本发明辊中上述辊基材的钢优选Cr为0.9～3.2质量%。这是由于：Cr为提高耐氧化性的元素，小于0.9质量%时，在喷镀前的预热时在基材表面形成氧化覆膜，因此阻碍后述喷镀后的熔合处理中的扩散层的形成，导致覆膜的密合性降低。另一方面，若Cr超过3.2质量%，则由于熔合处理而在辊基材与自熔合金喷镀覆膜的边界形成硬而脆的Cr碳化物相、Cr硼化物相，从而覆膜的密合性降低。需要说明的是，Cr也为提高耐腐蚀性的元素，另外，从熔合处理后的冷却中确保适当的淬火性、稳定地确保辊基材的适当硬度的观点考虑，优选含量处于0.9～2.4质量%的范围内，更优选处于0.9～1.6质量%的范围内。
作为满足上述Cr含量的钢，可列举出例如JIS G4053中规定的“机械结构用合金钢钢材”、JIS G4805中规定的“高碳铬轴承钢钢材”、规定于JIS G4404中的“合金工具钢钢材”中规定的SKD5等。
进而，本发明中的上述钢制辊基材，在上述Cr含量的基础上优选下述(1)式定义的碳当量Ceq处于0.45～1.65质量%的范围内，
碳当量Ceq(质量%)=C＋Si/24＋Mn/6＋Ni/40＋Cr/5＋Mo/4＋V/14     (1) 
其中，上述式中的各元素符号表示该元素的含量(质量%)。
这是由于：在此上述(1)式为将成分元素对钢的淬火性的影响换算为碳的影响度来表示的碳当量的通式，Ceq小于0.45质量%时，熔合处理后的冷却、热处理中难以使辊基材的硬度为肖氏硬度HS35以上。另一方面，若Ceq超过1.65质量%则相反地淬火性过高，熔合处理后的冷却、热处理中辊基材的硬度有可能超过HS60。
另外，本发明的热轧设备用辊有必要是在上述钢制辊基材的表面覆盖含有硬质陶瓷颗粒的Ni自熔合金而成的。
其中，作为上述Ni自熔合金，若为JIS H8303中规定的镍自熔合金SFNi1～5中的任意一种则可以合适地使用。
另外，使上述Ni自熔合金含有硬质陶瓷颗粒的目的在于，改善喷镀覆膜的耐磨耗性，同时提高与钢板的摩擦系数而提高钢板的通板性。其中，作为上述自熔合金中含有的硬质陶瓷颗粒，可以使用选自WC、Cr3C2、NbC、VC、MoC、TiC和SiC等碳化物，或者将这些碳化物颗粒用Co等粘合剂金属烧结后粉碎而成的颗粒等中的一种或两种以上，其中，WC的颗粒和以Co等作为粘合剂将WC的粉末烧结并粉碎而成的颗粒(以下也将它们总称为“WC颗粒”)，从确保耐磨耗性的观点考虑可以优选使用。
需要说明的是，本发明中，替代上述自熔合金，还可以使用同样在JIS H8303中规定的在Ni自熔合金中含有20～80质量 %WC颗粒而成的碳化钨自熔合金(MSFWC2～4)中的任意一种。
另外，本发明的热轧设备用辊有必要在上述自熔合金喷镀覆膜与辊基材之间形成厚度为30～200μm的扩散层。这是由于：上述扩散层的厚度小于30μm时，原子的扩散不充分，因此喷镀覆膜的致密化、覆膜的密合性的改善效果不充分。另一方面，若上述扩散层的厚度超过200μm，则形成在覆膜与基材边界部的脆的Cr碳化物层、Cr硼化物层极度发达，密合力反而降低。需要说明的是，上述扩散层的优选的厚度处于30～100μm的范围内。
接着对本发明的热轧设备用辊的制造方法进行说明。
本发明的热轧设备用辊可以如下制造：在钢制辊基材的表面覆盖含有硬质陶瓷颗粒的Ni自熔合金的喷镀覆膜后，在非氧化性气氛下实施熔合处理，在上述喷镀覆膜与辊基材之间形成厚度为30～200μm的扩散层后，进行冷却，或者进一步进行热处理，将辊基材的硬度按肖氏硬度HS计控制在35～60的范围内，由此可以制造本发明的热轧设备用辊。
在此，对于本发明的热轧设备用辊的辊基材中使用的钢而言，若为Cr处于0.45～3.2质量%的范围内且上述(1)式定义的碳当量Ceq处于0.45～1.65质量%的范围内的钢即可，另外，对于辊基材的制造方法，例如可以为对轧制材进行加工而成的辊基材、进行锻造而制造的辊基材、进行离心铸造而制造的辊基材等中的任意一种而没有特别限定。
另外，喷镀覆盖在上述辊基材的表面的自熔合金若为含有硬质陶瓷颗粒的自熔合金则没有特别限定，其中，可以适宜使用在上述JIS H8303中规定的镍自熔合金(SFNi1～5)中含有硬质陶瓷颗粒而成的合金或者同样在JIS H8303中规定的含有WC的镍自熔合金(MSFWC2～4)。
另外，对于自熔合金中含有的硬质陶瓷颗粒没有特别限制，例如可以使用WC、Cr3C2、NbC、VC、MoC、TiC和SiC等碳化物，或者这些碳化物颗粒复合而成的碳化物颗粒等，其中，可以适宜使用WC颗粒。
需要说明的是，优选上述硬质陶瓷颗粒的大小为3～300μm的粒状或片状的硬质陶瓷颗粒。这是由于：小于3μm时，难以均匀地分散到熔敷金属内，同时与钢板的摩擦系数减小而钢板通板性降低。另一方面，若超过300μm则容易以该颗粒为起点而产生覆膜破坏。
另外，作为自熔合金中含有硬质陶瓷颗粒的量，优选处于3～60质量%的范围内。这是由于：含量小于3质量%时，得不到硬质陶瓷颗粒的添加效果，另一方面，若超过60质量%，则添加效果饱和，导致原材料成本升高并且喷镀覆膜的韧性降低。
需要说明的是，对于喷镀上述自熔合金的方法而言，若为自熔合金的喷镀中通常使用的方法则没有特别限制，例如若为粉末式火焰喷镀法、等离子体喷镀法和高速气体火焰喷镀法(HVOF)中的任意一种方法则可以合适地使用。
另外，上述自熔合金的喷镀覆膜的厚度优选在后述熔合处理前的状态下处于0.5～5.0mm的范围内。这是由于：厚度小于0.5mm时，覆膜厚度过薄而不能得到喷镀覆膜的效果。另一方面，若超过5.0mm，则熔合处理后的冷却或此后的热处理中产生的喷镀覆膜内的残留应力升高，覆膜产生剥离、裂纹。更优选喷镀覆膜的厚度处于2.5～3.5mm的范围内。
然后，有必要对如上述那样在辊基材的表面直接形成自熔合金的喷镀覆膜而成的辊实施熔合处理(再熔融处理)，从而减少喷镀覆膜内的气孔，实现致密化，同时在辊基材与喷镀覆膜之间形成厚度为30μm以上的扩散层，从而形成密合力高的喷镀 覆膜。为此，上述熔合处理优选在非氧化性气氛下、在1000～1100℃的温度下实施30～240分钟的伴随有再熔融的热处理。
熔合处理在非氧化性气氛下进行的理由如以下所述。
自熔合金喷镀覆膜的熔合处理通常在大气中利用火焰燃烧器加热到900～1200℃的温度来进行。但是该方法中，由于氧侵入到自熔合金的喷镀层的内部，在喷镀后颗粒的表面形成氧化覆膜，因此原子的扩散得到抑制，喷镀覆膜的致密化受到阻碍、或者形成在辊基材与喷镀覆膜之间的扩散层的生长受到阻碍。其结果，形成在自熔合金和辊基材之间的扩散层的厚度充其量为15μm左右，通常最大也不足30μm。因此，利用以往的方法进行了熔合处理的喷镀覆膜存在密合力低、容易产生剥离等缺点。
因此，本发明中为了避免上述弊病而在非氧化性气氛下进行熔合处理。由此，能够防止喷镀覆膜内部的氧化，因此喷镀覆膜的致密化得到促进，进而，形成在辊基材与喷镀覆膜之间的扩散层的生长得到促进，其结果可以容易地得到利用以往的熔合处理时不能实现的30μm以上的扩散层，从而可以形成密合力优异、不易产生剥离的喷镀覆膜层。
作为上述那样在非氧化性气氛下进行熔合处理的方法，优选为将被覆了喷镀覆膜的辊整体装入到炉内可以形成非氧化性气氛的热处理炉，例如炉内可以形成非活性气体气氛或上述非活性气体的减压气氛、或者真空气氛的热处理炉中，在该炉内实施上述规定的温度×时间的熔合处理的方法。需要说明的是，作为上述非活性气体，优选为Ar气体、He气体和N2气体中的任意一种或两种以上的混合气体，但是从成本方面考虑最优选为N2气体。
需要说明的是，上述非氧化性气氛下进行的熔合处理优选在1000～1100℃×30～240分钟的条件下进行的理由在于：熔合温度低于1000℃或少于30分钟时，原子的扩散不充分，不能得到30μm以上的扩散层，另一方面，超过1100℃或超过240分钟时，形成过熔合，得不到充分的覆膜硬度，扩散层超过200μm，形成在覆膜与基材的边界部的脆的Cr碳化物相、Cr硼化物相极度发达，密合力反而降低或导致制造成本升高。
此后，对于实施了上述熔合处理的辊，根据辊基材的Ceq的值控制冷却速度来进行冷却，将辊基材的硬度控制在按肖氏硬度HS计35～60的范围内。需要说明的是，关于上述冷却速度的控制，可以通过对导入到熔合处理后的热处理炉内的气氛气体的压力进行调整而改变气氛气体的热传导率、或者改变导入到炉内/由炉内排出的气氛气体的流量、温度来进行。
需要说明的是，通过上述熔合处理后的冷却可以将辊基材的硬度控制在按肖氏硬度HS计35～60范围内的理由在于：本发明的辊基材由于为含有0.9质量％以上的Cr且Ceq为0.45质量％以上的钢，因此除了固熔硬化做出贡献之外，通过熔合处理后的冷却时产生淬火、并形成马氏体相、贝氏体相等低温相变相而实现的相变硬化做出贡献，通过冷却中析出Cr碳化物、Cr硼化物等而实现的析出硬化等做出贡献。
 需要说明的是，如上所述仅通过熔合处理后的冷却就可以确保所希望的硬度，但是还可以在上述冷却后进一步实施热处理来确保所希望的硬度。上述热处理可以使用与熔合处理相同的炉来进行，但是想要进一步提高冷却速度来进行冷却的情况、想要以更好的精度控制冷却速度的情况等时，还可以使用其它热处理方法来进行。此时，由于致密化和扩散层的形成已经完成，因此优选加热温度处于800～1100℃的范围内，然后控制在得到所希望硬度的速度来进行冷却。另外，热处理气氛还可以在大气气氛中进行。因此，还可以不使用热处理炉而与以往的
熔合处理同样地在大气中进行燃烧器加热来进行。
对于通过上述本发明的方法制造的热轧设备用辊而言，由于耐冲击损伤性、耐磨耗性、钢板通板性优异，将上述辊用于热轧机的卷取设备的夹送辊或外卷辊(助卷辊)等卷取设备用辊时，可以大幅延长辊寿命。
实施例1
使用Cr含量和C当量Ceq不同的表1所示成分组成的各种钢材，制作外径内径长度100mm的环状试验片。接着，在该试验片的外周表面，使用粉末式火焰喷镀法喷镀混入有30质量%粒径为45～125μm的WC颗粒(WC-12Co烧结粉碎粉末)的Ni自熔合金，形成厚度3mm的自熔合金喷镀覆膜。但是，对于一部分试验片，在喷镀自熔合金之前的基底上设置厚度为10mm的硬化堆焊层或者形成仅Ni自熔合金而不含有WC颗粒的覆膜作为比较例。上述覆膜形成中使用的自熔合金和硬化堆焊成分如表2所示。
接着，对上述喷镀覆膜形成后的试验片在形成减压至20托(torr)的氮气的非氧化性气氛的热处理炉中实施1000℃×60分钟熔合处理后，对液氮气化而成的氮气进行控制并将其导入到炉内，从上述处理温度冷却至300℃(炉冷)。此时，对于一部分试验片，增加上述氮气的流量而加快冷却速度(急速炉冷)，或者上述熔合处理后在另外的大气气氛炉中实施900℃×30分钟的热处理后急速炉冷。进而，对于其它一部分的试验片，在大气中进行燃烧器加热，实施1000℃×20分钟的熔合处理后，在大气中进行自然冷却处理。
对上述环状试验片实施的处理条件一并示于表3中。
表1
表2
表3
接着将上述熔合处理后的环状试验片供于以下的评价试验中。
<基材硬度的测定>
将环状试验片的端部切断，通过圆筒磨削(金刚石砂轮#120)磨削除去覆膜，进而切削至距覆膜与基材的边界部1mm深度后，测定肖氏硬度，将肖氏硬度HS处于35～60范围内的情况评价为合格。
<扩散层的厚度测定>
将环状试验片的端部切断，利用EPMA对基材与喷镀覆膜的边界部的Fe与Ni的厚度方向的浓度分布进行线性分析，对通过熔合处理形成在自熔合金层与辊基材之间或者自熔合金层与硬化堆焊层之间的扩散层的厚度进行测定。
<喷镀覆膜有无裂纹的确认>
对被覆在环状试验片外周的喷镀覆膜的表面进行比色检验(渗透探伤检查)，调查有无产生由于热处理后的冷却伴随的热应变、相变应变所导致的覆膜裂纹，将未确认有裂纹的情况判定为○，将确认有裂纹的情况判定为×。
<钢球落下试验>
对于冷却后或热处理后的喷镀覆膜未确认有裂纹的环状试验片，使用#400的金刚石砂轮对外周面进行研磨，然后使用图1所示的试验装置，使得对SUJ2进行淬火处理而成的直径的钢球从高2.1m的高度连续100次落下到该研磨后的外周表面，测定外周面产生的凹陷的深度。其结果，若凹陷深度小于0.2mm则评价为耐冲击损伤性良好(○)，若为0.2mm以上且小于0.4mm则评价为不好(△)，若为0.4mm以上则评价为差(×)。需要说明的是，作为比较，对未形成喷镀覆膜的试验片也进行同样的评价。
上述试验的结果一并示于表3中。由该结果可知，对于基材 的硬度处于本发明的范围内、形成适合本发明的喷镀覆膜的发明例的试验片而言，均不会产生熔合处理、热处理后的冷却伴随的覆膜的裂纹，钢球落下试验的结果也良好。因此，适合本发明的喷镀覆膜即使用于热轧设备用辊也具有优异的耐通板损伤性。
需要说明的是，图2为表示以往的在大气中进行熔合处理的例子(No.10)和在非氧化性气氛下进行熔合处理的例子(No.11)中的自熔合金喷镀覆膜的截面照片，可知实施本发明的熔合处理时，能得到气孔少而致密的喷镀覆膜。另外，图3表示利用EPMA对上述No.11例子中的扩散层进行线性分析的结果，可知实施本发明的熔合处理时，在基材与喷镀覆膜的边界部形成大的扩散层。
实施例2
从表1所示的各种钢材采集20mmt×100mm×100mm的平板，在实施例1的表3所示的喷镀条件中冷却后或热处理后的喷镀覆膜未确认有裂纹的条件下对该平板的一侧表面被覆喷镀覆膜，进行熔合处理后，实施冷却或热处理。接着使用#400的金刚石砂轮对上述喷镀覆膜的表面进行研磨后，切断侧面和非喷镀面并进行磨削，制作5mmt×50mm×50mm的板状磨耗试验片，供于JIS H8503中规定的Suga磨耗试验。
上述磨耗试验在以32N的载荷按压SiC#320研磨纸并往复运动2000次的条件下进行，由试验前后的试验片的质量变化(失重)评价耐磨耗性。其结果若磨耗失重小于20mg则评价为耐磨耗性良好(○)，若为20mg以上且小于100mg则评价为不好(△)，若为100mg以上则评价为差(×)。需要说明的是，作为比较，对未形成喷镀覆膜的试验片也进行同样的评价。
上述磨耗试验的结果一并记于表3中。由该结果可知，适合 本发明的含有硬质陶瓷颗粒(WC)的自熔合金喷镀覆膜具有优异的耐磨耗性。
实施例3
在与实施例1的落球试验和实施例2的磨耗试验中表现出良好结果的No.11相同的处理条件下，对使用表1所示的C的钢(Cr：1.3质量%、Ceq：1.25质量%)作为辊原材料制作的外径 的辊外周面喷镀含有WC的Ni自熔合金，形成3mm厚的喷镀覆膜后，进行熔合处理，然后进行冷却，从而制作辊基材的肖氏硬度HS为45、辊基材与自熔合金的扩散层的厚度为30μm的热轧设备用辊。将该辊适用于炼铁厂的热轧卷取设备的外卷辊的结果，由于钢板前端部的进入所导致的辊表面凹陷、其伴随的喷镀覆膜的剥离大幅降低，决定辊寿命的限制主要原因在于因与钢板的接触所导致的磨耗。其结果，相对于在硬化堆焊层上形成自熔合金的喷镀覆膜的专利文献1～3中公开的现有辊的寿命约为6个月，可以达成其2倍以上的1年以上的寿命。
产业上的可利用性
对于本发明的热轧设备用辊而言，由于耐冲击损伤性、耐磨耗性、耐腐蚀性等优异，除了热轧机的夹送辊或外卷辊(助卷辊)等卷取设备用辊之外，还可以合适地用于要求与上述相同特性的设置在全部炼铁设备，例如酸洗作业线、冷轧作业线、连续退火作业线、表面处理作业线等中的输送用辊。

Claims (14)

1.一种热轧设备用辊，其是在钢制辊基材的表面覆盖含有硬质陶瓷颗粒的自熔合金的喷镀覆膜后，在形成非氧化性气氛的炉内实施1000～1100℃×30～240分钟的熔合处理而在所述喷镀覆膜与辊基材之间形成厚度为30～200μm的扩散层，所述熔合处理后，对炉内的气氛气体的压力、温度和流量中的任意一种以上进行调整来进行冷却，使辊基材的硬度按肖氏硬度HS计为35～60而成的。
2.根据权利要求1所述的热轧设备用辊，其特征在于，所述辊基材由Cr为0.9～3.2质量％且下述(1)式定义的碳当量Ceq为0.45～1.65质量％的钢形成，
碳当量Ceq(质量％)＝C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14  (1)
其中，上述式中的各元素符号表示该元素的含量(质量％)。
3.根据权利要求1或2所述的热轧设备用辊，其特征在于，所述自熔合金的喷镀覆膜由在JIS H8303中规定的Ni自熔合金MSFNi1～5中的任意一种中含有WC颗粒而成的合金、或者JISH8303中规定的碳化钨自熔合金MSFWC2～4中的任意一种形成。
4.根据权利要求1或2所述的热轧设备用辊，其特征在于，所述热轧设备用辊为卷取设备用辊。
5.根据权利要求3所述的热轧设备用辊，其特征在于，所述热轧设备用辊为卷取设备用辊。
6.一种热轧设备用辊的制造方法，其特征在于，在钢制辊基材的表面覆盖含有硬质陶瓷颗粒的自熔合金的喷镀覆膜后，在形成非氧化性气氛的炉内实施1000～1100℃×30～240分钟的熔合处理而在所述喷镀覆膜与辊基材之间形成厚度为30～200μm的扩散层后，对炉内的气氛气体的压力、温度和流量中的任意一种以上进行调整，以辊基材的硬度按肖氏硬度HS计达到35～60的冷却速度进行冷却。
7.根据权利要求6所述的热轧设备用辊的制造方法，其特征在于，所述辊基材使用Cr为0.9～3.2质量％且下述(1)式定义的碳当量Ceq为0.45～1.65质量％的钢，
碳当量Ceq(质量％)＝C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14  (1)
其中，上述式中的各元素符号表示该元素的含量(质量％)。
8.根据权利要求6或7所述的热轧设备用辊的制造方法，其特征在于，使用在JIS H8303中规定的Ni自熔合金MSFNi1～5中的任意一种中含有WC颗粒而成的合金、或者JIS H8303中规定的碳化钨自熔合金MSFWC2～4中的任意一种形成所述自熔合金的喷镀覆膜。
9.根据权利要求6或7所述的热轧设备用辊的制造方法，其特征在于，在形成由Ar气体、He气体和N2气体中的任意一种或两种以上的混合气体构成的非活性气体气氛或所述非活性气体的减压气氛、或者真空气氛的热处理炉内进行所述熔合处理。
10.根据权利要求6或7所述的热轧设备用辊的制造方法，其特征在于，进行所述熔合处理、冷却后，进一步进行热处理。
11.根据权利要求6或7所述的热轧设备用辊的制造方法，其特征在于，使用粉末式火焰喷镀法、等离子体喷镀法和高速气体火焰喷镀法(HVOF)中的任意一种方法进行所述自熔合金喷镀覆膜的喷镀。
12.根据权利要求10所述的热轧设备用辊的制造方法，其特征在于，使用粉末式火焰喷镀法、等离子体喷镀法和高速气体火焰喷镀法(HVOF)中的任意一种方法进行所述自熔合金喷镀覆膜的喷镀。
13.根据权利要求6或7所述的热轧设备用辊的制造方法，其特征在于，使所述自熔合金喷镀覆膜的厚度按熔合处理前的厚度计为0.5～5.0mm。
14.根据权利要求10所述的热轧设备用辊的制造方法，其特征在于，使所述自熔合金喷镀覆膜的厚度按熔合处理前的厚度计为0.5～5.0mm。
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