CN105579158A - 离心铸造制热轧用复合辊 - Google Patents

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Abstract

一种离心铸造制热轧用复合辊，其是通过离心铸造法形成的外层、和由球墨铸铁构成的内层经熔敷一体化而成的，外层具有如下化学组成，即以以质量标准计，含有C：1.6～3％、Si：0.3～2.5％、Mn：0.3～2.5％、Ni：0.1～5％、Cr：2.8～7％、Mo：1.8～6％、V：3.3～6.5％、和B：0.02～0.12％(或B：0.01～0.12％和S：0.05～0.2％)，余量由Fe和不可避免的杂质构成，并且满足由Cr/(Mo+0.5W)≥-2/3[C-0.2(V+1.19Nb)]+11/6表示的关系(其中，不含W和Nb时，W＝0以及Nb＝0。)，以面积率计，含有1～15％的MC碳化物，0.5～20％的碳硼化物，及1～25％的Cr系碳化物。

Description

离心铸造制热轧用复合辊
技术领域
本发明涉及具有耐磨耗性、抗咬合性(抗事故性)及抗表面粗糙性优异的外层和韧性优异的内层的复合结构的离心铸造制热轧用复合辊。
背景技术
经连续铸造等制造的厚度数百mm的加热板坯，由具有粗轧机和精轧机的热带钢轧机，轧制成数～数十mm的厚度的钢板。精轧机通常是将5～7架的四辊式轧机串列配置。7架精轧机的情况下，从第一架至第三架称为前机架，从第四架至第七架称为后机架。
用于这样的热带钢轧机的工作辊，由与热薄板相接的外层，和在外层的内面熔敷一体化的内层构成。与热薄板接触的外层，由于一定的期间的热轧而受到大的热量和机械性的轧制负荷，因此表面发生磨耗、表面粗糙、热裂纹等的损伤不可避免。从外层磨削除去这些损伤之后，工作辊再度供轧制使用。从辊外层磨削除去损伤部被称为“修磨”。工作辊从最初直径被修磨至轧制中可以使用的最小直径(最终直径)后，被废弃。从最初直径截止到最终直径称为“轧制有效直径”。轧制有效直径内的外层，为了防止热裂纹这样的大的损伤，而希望具有优异的耐磨耗性、抗事故性和抗表面粗糙性。
作为要求有优异的耐磨耗性，抗事故性和抗表面粗糙性的热带钢轧机的精轧后机架用的工作辊，提出有一种复合辊，其是为了一直以来在抗事故性良好的高合金未淬火铸铁(高合金グレン鋳鉄)中使耐磨耗性提高，而以添加有Mo、V等的硬质碳化物形成元素的合金作为外层材的复合辊。例如，日本特开2004-82209号，提出有一种离心铸造制热轧用复合辊，其外壳层的化学成分以质量比计，由C：3.0～4.0％、Si：0.8～2.5％、Mn：0.2～1.2％、Ni：3.0～5.0％、Cr：0.5～2.5％、Mo：0.1～3.0％、V：1.0～5.0％、余量Fe和不可避免的杂质构成，轴芯部由含有C：2.5～4.0％的普通铸铁或球状石墨铸铁形成，外壳层的厚度(T)与轴芯部的半径(R)满足0.03≤T/R≤0.5的关系。该复合辊具有良好的抗咬合性及耐磨耗性。但是，热轧用复合辊的外层还要求更高的耐磨耗性。
还提出具有有着高耐磨耗性的高速度钢所构成的外层的热轧用复合辊。例如，作为用于热轧最后前段的复合辊的外层材，日本特开平08-020837号，提出有一种摩擦系数小的高速度钢系轧制用辊外层材，其以重量比计，含有C：1.50～3.50％、Si：1.50％以下、Mn：1.20％以下、Cr：5.50～12.00％、Mo：2.00～8.00％、V：3.00～10.00％、Nb：0.60～7.00％、B：高于0.01且为0.200％以下、N：高于0.08且为0.300％以下，且满足下式(1)和(2)，V+1.8Nb≤7.5C-6.0…(1)，及0.20≤Nb/V≤0.80…(2)，余量由Fe和不可避免的杂质构成。通过B的添加，外层材的抗咬合性提高，但关于热轧用复合辊的外层所要求的耐磨耗性、抗事故性及抗表面粗糙性尚不充分。
日本特开2005-264322号公开有一种抗咬合性优异的热轧用复合辊，其是外层与内层熔敷一体化而成的热轧用复合辊，其中，所述外层具有如下组成：以质量比计，含有C：1.8～3.5％、Si：0.2～2％、Mn：0.2～2％、Cr：4～15％、Mo：2～10％、V：3～10％、P：0.1～0.6％和B：0.05～0.5％，此外还可以含有Nb：3％以下、W：5％以下、Ni：5％以下和Co：2％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。日本特开2005-264322号记述，也可以含有0.03％以下的S。但是，该外层的耐磨耗性、抗事故性和抗表面粗糙性不充分。
日本特开平10-008212号公开有一种热轧用辊，至少辊的外壳层，由如下高碳高速度钢构成，即以重量比计，含有C：1.5～3％、Cr：0.5～5％、Mo：0.5～8％、V：1～8％、W：高于1且为8％以下、Nb：0.1～5％和B：0.01～1％，组织中，粒径为15μm以下，长径/短径比为2以下的MC型碳化物有5～20面积％。其记述有S被视为不可避免的杂质，如果在0.08％以下，也可以含有。但是，该外壳层不具备充分的耐磨耗性、抗事故性和抗表面粗糙性。
日本特开昭61-26758号公开有一种抗咬合性优异的复合辊外层，其化学组成以重量比计，含有C：1.0～2.0％、Si：0.2～2.0％、Mn：0.5～1.5％、Ni：3.0％以下、Cr：2～5％、Mo：3～10％、V：4.0％以下和S：0.1～0.6％，余量实质上由Fe构成。该复合辊外层完全不含B，因此有不具备充分的耐磨耗性、抗事故性和抗表面粗糙性。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种离心铸造制热轧用复合辊，其具有耐磨耗性、抗事故性及抗表面粗糙性优异的外层和强韧的内层。
本发明的第一离心铸造制热轧用复合辊，其特征在于，是通过离心铸造法形成的外层、和球墨铸铁所构成的内层经熔敷一体化而成的，所述外层具有如下化学组成：以质量标准计，含有C：1.6～3％、Si：0.3～2.5％、Mn：0.3～2.5％、Ni：0.1～5％、Cr：2.8～7％、Mo：1.8～6％、V：3.3～6.5％、和B：0.02～0.12％，余量由Fe和不可避免的杂质构成，并且满足由下式(1)表示的关系：
Cr/(Mo+0.5W)≥-2/3[C-0.2(V+1.19Nb)]+11/6…(1)
(其中，不含作为任意成分的W及Nb时，W＝0以及Nb＝0。)，以面积率计，含有1～15％的MC碳化物、0.5～20％的碳硼化物及1～25％的Cr系碳化物。
本发明的第二离心铸造制热轧用复合辊，其特征在于，是通过离心铸造法形成的外层、和球墨铸铁所构成的内层经熔敷一体化而成的，所述外层具有如下化学组成：以质量标准计，含有C：1.6～3％、Si：0.3～2.5％、Mn：0.3～2.5％、Ni：0.1～5％、Cr：2.8～7％、Mo：1.8～6％、V：3.3～6.5％、B：0.01～0.12％、和S：0.05～0.2％，余量由Fe和不可避免的杂质构成，并且满足由下式(1)表示的关系：
Cr/(Mo+0.5W)≥-2/3[C-0.2(V+1.19Nb)]+11/6…(1)
(其中，不含作为任意成分的W和Nb时，W＝0及Nb＝0。)，以面积率计，含有1～15％的MC碳化物、0.5～20％的碳硼化物及1～25％的Cr系碳化物。
在所述第一和第二离心铸造制热轧用复合辊中，优选所述外层还含有2.5质量％以下的Nb和3质量％以下的W。优选所述外层还含有0.01～0.07质量％的N。
在所述第一和第二离心铸造制热轧用复合辊中，优选所述外层，以质量标准计，还含有从Co：5％以下、Zr：0.5％以下、Ti：0.5％以下和Al：0.5％以下所构成的群中选择的至少一种。
在所述第一和第二离心铸造制热轧用复合辊中，优选所述外层满足下式(2)的关系。
87.56+3.80×(MC碳化物的面积率)-3.06×(Cr系碳化物的面积率)-11.26×(碳硼化物的面积率)≤50…(2)
优选所述外层具有500以上的维氏硬度Hv。
本发明的第一离心铸造制热轧用复合辊的外层，不仅利用MC碳化物而具有高耐磨耗性，而且利用由0.02～0.12质量％的B生成的碳硼化物，从而抗咬合性提高。另外本发明的第二离心铸造制热轧用复合辊的外层，因为同时含有0.01～0.1质量％的B和0.05～0.2质量％的S，所以不仅抗咬合性提高，而且借助MnS的润滑作用，耐磨耗性也提高。另外，本发明的辊，因为耐磨耗性优异，所以对于轧制负荷产生的表面损伤少，另外因为抗咬合性也优异，所以对于轧制材咬粘、附着的表面粗糙也具有优异的特性。其结果是，轧制后的辊表面光滑，由此得到的轧制的制品品质也良好。如此，具有优异的耐磨耗性、抗咬合性和抗表面粗糙性的本发明的第一和第二离心铸造制热轧用复合辊，适合用于热带钢轧机的终轧段。
附图说明
图1是表示热轧用复合辊的概略剖面图。
图2(a)是表示用于本发明的离心铸造制复合辊的制造的铸模的一例的分解剖面图。
图2(b)是表示用于本发明的离心铸造制复合辊的制造的铸模的一例的剖面图。
图3是表示以Cr系碳化物为主体的共晶碳化物生成区域的图解。
图4是表示轧制磨耗试验机的概略图。
图5是表示摩擦热冲击试验机的概略图。
图6是实施例8的试验片的光学显微镜照片A。
图7是实施例8的试验片的光学显微镜照片B。
图8是实施例8的试验片的光学显微镜照片C。
图9是实施例8的试验片的光学显微镜照片D。
具体实施方式
以下详细地说明本发明的实施方式，但本发明并不受其限定，在不脱离本发明的技术思想的范围内也可以进行各种变更。除非特别指出，否则仅记述为“％”时，意思是“质量％”。
[1]离心铸造制热轧用复合辊
第一和第二离心铸造制热轧用复合辊的不同点，只是外层中有无S，因此以下汇总说明两者，只有不同点的说明区分第一和第二离心铸造制热轧用复合辊。
图1表示通过离心铸造法形成的外层1，和与外层1熔敷一体化的内层2所构成的热轧用复合辊10。由球墨铸铁构成的内层2，具有熔敷于外层1的筒芯部21，和从筒芯部21的两端一体延长的轴部22、23。优选外层1由高速度钢构成。
(A)外层
(1)必须元素
(a)C：1.6～3质量％
C与V(Nb)、Cr和Mo结合而生成硬质的碳化物，有助于耐磨耗性的提高。C低于1.6质量％时，有助于耐磨耗性的MC碳化物的晶化不充分，另外若高于3质量％，则碳化物量过剩而韧性降低。C含量的下限优选为1.7质量％，更优选为1.8质量％。另外C含量的上限优选为2.9质量％，更优选为2.8质量％。
(b)Si：0.3～2.5质量％
Si通过熔液的脱氧而具有使氧化物的缺陷减少的效果。Si低于0.3质量％时，脱氧效果不充分。Si是在基体中优先固溶的元素，但若高于2.5质量％，则外层脆化。Si含量的下限优选为0.4质量％，更优选为0.45质量％。另外Si含量的上限优选为2.2质量％，更优选为2质量％。
(c)Mn：0.3～2.5质量％
Mn除了具有熔液的脱氧作用以外，还与S结合而生成具有润滑作用的MnS。Mn低于0.3质量％时，这些效果不充分。另一方面，即使Mn高于2.5质量％，也得不到进一步的效果。Mn含量的下限优选为0.35质量％。另外Mn含量的上限优选为2.4质量％，更优选为2.2质量％，最优选为2质量％。
(d)Ni：0.1～5质量％
Ni具有使基体的淬火性提高的作用，因此若在大型的复合辊的情况下添加Ni，防止冷却中的珠光体的发生，能够使外层的硬度提高。但是，若Ni高于5质量％，则奥氏体过于稳定化，硬度难以提高。Ni含量的上限优选为4.5质量％，更优选为4质量％。为了得到充分的添加效果，Ni含量的下限为0.1质量％，优选为0.3质量％。
(e)Cr：2.8～7质量％
Cr使基体为贝氏体或马氏体而保持硬度，对于维持耐磨耗性是有效的元素。Cr低于2.8质量％时，其效果不充分，另外若高于7质量％，则基体组织脆化。Cr的含量的下限优选为3.2质量％，更优选为3.6质量％，最优选为4质量％。另外Cr含量的上限优选为6.8质量％，更优选为6.5质量％。
(f)Mo：1.8～6质量％
Mo与C结合而形成硬质碳化物(M6C，M2C)，使外层的硬度增加。另外，Mo与V(和Nb)一起生成强韧并且硬质的MC碳化物，使耐磨耗性提高。Mo低于1.8质量％时，这些效果不充分。另一方面，若Mo高于6质量％，则外层的韧性劣化。Mo含量的下限优选为2.0质量％，更优选为2.5质量％。另外Mo含量的上限优选为5.5质量％，更优选为5质量％。
(g)V：3.3～6.5质量％
V是与C结合而生成硬质的MC碳化物的元素。该MC碳化物具有2500～3000的维氏硬度Hv，在碳化物之中最硬。V低于3.3质量％时，MC碳化物的晶化量不充分。另一方面，若V高于6.5质量％，则比重轻的MC碳化物由于离心铸造中的离心力而在内面侧稠化，不仅MC碳化物的半径方向偏析变得显著，而且外层难以与内层熔敷一体化。V含量的下限优选为3.4质量％，更优选为3.5质量％。另外V含量的上限优选为6.4质量％。
(h-1)B：0.02～0.12质量％
第一离心铸造制热轧用复合辊含有0.02～0.12质量％的B，但不会含有超过杂质量的S。B形成具有润滑作用的碳硼化物。碳硼化物是含有金属元素、碳和硼的相，代表性的是以50～80质量％的Fe、5～17质量％的Cr、0.5～2质量％的V、5～17质量％的Mo+W、3～9质量％的C和1～2.5质量％的B为主成分。碳硼化物作为微量成分也可以含有Si、Mn、Ni和Nb。
碳硼化物的润滑作用特别在高温下得到显著发挥，因此对于热轧材在咬入时的咬合防止有效。为了发挥有效的润滑作用，碳硼化物的面积率为1～20％。B低于0.02质量％时，无法形成上述面积率范围的碳硼化物。另一方面，若B高于0.12质量％，则外层脆化。B含量的下限优选为0.025质量％。另外，B含量的上限优选为1质量％，更优选为0.08质量％。
(h-2)B：0.01～0.12质量％和S：0.05～0.2质量％
第二离心铸造制热轧用复合辊同时含有0.01～0.1质量％的B和0.05～0.2质量％的S。B含量的下限优选为0.02质量％，上限优选为0.08质量％。另外，形成含有润滑作用的MnS的S低于0.05质量％时，得不到充分的润滑作用，另外若高于0.2质量％，则发生外层的脆化。S含量的下限优选为0.1质量％，更优选为0.15质量％。
(2)任意元素
(a)Nb：2.5质量％以下
与V同样，Nb也与C结合而生成硬质MC碳化物。Nb通过与V和Mo的复合添加，固溶在MC碳化物中而使MC碳化物强化，使外层的耐磨耗性提高。NbC与VC相比，与熔液密度差小，因此使MC碳化物的偏析减轻。若Nb高于2.5质量％，则MC碳化物凝集，难以得到健全的外层。为了得到外层的耐磨耗性提高效果，优选Nb含量的下限为0.1质量％。Nb含量的上限优选为2.3质量％，更优选为2质量％。
(b)W：3质量％以下
W与C结合而生成硬质的M6C和M2C的碳化物，有助于外层的耐磨耗性提高。另外也固溶于MC碳化物而使其比重增加，具有减轻偏析的作用。但是，若W高于3质量％，则加重熔液的比重，因此碳化物偏析容易发生。因此，添加W时，其优选的含量为3质量％以下。W含量的上限更优选为2.8质量％，最优选为2.5质量％。另外，为了得到充分的添加效果，W的含量的下限优选为0.1质量％，更优选为0.2质量％。
(c)N：0.01～0.07质量％
N具有使碳化物微细化的效果，但若高于0.07质量％，则外层脆化。为了得到充分的碳化物微细化效果，N含量的下限优选为0.01质量％，更优选为0.015质量％。另外N含量的上限更优选为0.06质量％。
(d)Co：5质量％以下
Co对于基体组织的强化是有效的元素，但若高于5质量％，则使外层的韧性降低。为了得到充分的基体组织强化效果，Co含量的下限优选为0.1质量％。Co含量的上限更优选为3质量％。
(e)Zr：0.5质量％以下
Zr与C结合而生成MC碳化物，使耐磨耗性提高。另外，Zr在熔液中生成氧化物，该氧化物作为结晶核起作用，因此凝固组织变得微细。此外，Zr使MC碳化物的比重增加，对于偏析防止有效。但是，若Zr高于0.5质量％，则成为夹杂物，因此不为优选。Zr含量的上限更优选为0.3质量％。另外，为了得到充分的添加效果，Zr的含量的下限更优选为0.01质量％。
(f)Ti：0.5质量％以下
Ti与N和O结合，形成氧氮化物。其悬浮在熔液中而成为核，使MC碳化物微细化和均质化。但是，若Ti高于0.5质量％，则熔液的粘性增加，铸造缺陷容易发生。为了得到充分的添加效果，Ti含量的下限优选为0.005质量％，更优选为0.01质量％。另外Ti含量的上限更优选为0.3质量％，最优选为0.2质量％。
(h)Al：0.5质量％以下
Al与作为石墨化阻害元素的N和O结合，形成氧氮化物。其悬浮在熔液中而成为核，使MC碳化物微细均匀地晶化。但是，若Al高于0.5质量％，则外层变脆，招致机械的性质的劣化。为了得到充分的添加效果，Al含量的下限优选为0.001质量％，更优选为0.01质量％。另外，Al含量的上限更优选为0.3质量％，最优选为0.2质量％。
(3)不可避免的杂质
外层的组成的余量实质上由Fe和不可避免的杂质构成。不可避免的杂质之中，因为P招致机械的性质的劣化，所以优选尽可能少。具体来说，优选P的含量为0.1质量％以下。作为其他的不可避免的杂质，Cu、Sb、Te、Ce等的元素合计0.7质量％以下即可。
(4)关系式
外层以满足由下式(1)代表的关系为特征：
Cr/(Mo+0.5W)≥-2/3[C-0.2(V+1.19Nb)]+11/6…(1)
[其中，C、Cr、Mo、V、Nb和W的符号表示由其代表的元素的含量(质量％)，不含Nb和W时，Nb和W为0。]。式(1)是对于含有这些成分的钢材的组织进行调查得到的结果。式(1)的左边的Cr/(Mo+0.5W)表示Cr系碳化物形成元素和Mo系碳化物形成元素的比率，右边的[C-0.2(V+1.19Nb)]表示C平衡。下式(1’)：
Cr/(Mo+0.5W)＝-2/3[C-0.2(V+1.19Nb)]+11/6…(1’)
在图3中由直线A表示，直线A以上(含线上)是以Cr系碳化物为主体的共晶碳化物生成的区域，直线A以下(不含线上)是以Mo系碳化物为主体的共晶碳化物生成的区域。因此，式(1)表示图3中直线A以上(含线上)的以Cr系碳化物为主体的共晶碳化物生成的区域。直线A以上的以Cr系碳化物为主体的共晶碳化物生成的区域，一般来说与直线A以下的以Mo系碳化物为主体的共晶碳化物生成的区域相比，可以说抗事故性良好。
(5)组织
外层的组织，含有MC碳化物、M7C3、M23C6的以Cr为主体的碳化物(Cr系碳化物)、和碳硼化物。分析的结果认为，碳硼化物具有M3(C，B)的组成。外层的组织除此之外，还含有少许量的M2C和M6C的以Mo为主体的碳化物(Mo系碳化物)。
外层以面积率计含有1～15％的MC碳化物。有助于耐磨耗性的MC碳化物的面积率低于1％时，外层1不具备充分的耐磨耗性。另一方面，若MC碳化物的面积率高于15％，则外层1脆化。MC碳化物的面积率的下限优选为1％，更优选为4％。另外，MC碳化物的面积率的上限优选为12％。
无论哪种离心铸造制热轧用复合辊，外层1以面积率计均含有0.5～20％的碳硼化物。利用碳硼化物的润滑作用而显示出优异的抗咬合性。碳硼化物的面积率的下限优选为1％，更优选为2％。另外，碳硼化物的面积率的上限优选为10％，更优选为9％。
外层以面积率计含有1～25％的Cr系碳化物，有助于耐磨耗性。Cr系碳化物的面积率的下限优选为3％，更优选为5％。另外，Cr系碳化物的面积率的上限优选为25％。基体虽是马氏体和/或贝氏体为主体，但也有屈氏体析出的情况。
外层1优选满足下式(2)的关系。
87.56+3.80×(MC碳化物的面积率)-3.06×(Cr系碳化物的面积率)-11.26×(碳硼化物的面积率)≤50…(2)
式(2)是根据各组织要素对于抗咬合性的影响实验性地求得的。通过MC碳化物的面积率、Cr系碳化物的面积率和碳硼化物的面积率满足式(2)的关系，能够得到抗咬合性优异的外层1。外层1的维氏硬度Hv优选为500以上，更优选为550～800。
(B)内层
内层2由高强度的球墨铸铁(也称为“球状石墨铸铁”。)构成。为了对应外层1的长寿命化，也延长内层2的轴颈部(轴部)22、23的寿命，优选具有高耐磨耗性。若由于轴颈部的磨耗而与轴承之间的游隙变大，则不得不废弃复合辊10。为了提供高耐磨耗性的轴颈部，优选内层2的球墨铸铁具有35％以下的铁素体面积率。在球墨铸铁中，由于球状石墨的晶化，其周围的碳量降低，容易成为低硬度的铁素体组织。铁素体面积率越多，基体的硬度越降低，因此耐磨耗性降低。内层2用的球墨铸铁的铁素体面积率优选为32％以下。
球墨铸铁的铁素体面积率，受合金元素的量影响。铁素体面积率为35％以下的球墨铸铁的组成，以质量标准计，含有C：2.3～3.6％、Si：1.5～3.5％、Mn：0.2～2.0％、Ni：0.3～2.5％、Cr：0.05～1.0％、Mo：0.05～1.0％、Mg：0.01～0.08％、和V：0.05～1.0％，余量是Fe和不可避免的杂质。除了上述必须元素以外，也可以含有Nb：0.7％以下和W：0.7％以下。此外，为了使铁素体面积率降低，P作为通常杂质元素而以0.005～0.05％左右进入球墨铸铁，但为了使铁素体面积率降低，也可以添加至0.5％。球墨铸铁中，铁基体以铁素体和珠光体为主体，此外含有石墨和微量的渗碳体。
[2]离心铸造制热轧用复合辊的制造方法
图2(a)和图2(b)，表示用离心铸造用圆筒状铸模30离心铸造外层1之后，铸造内层2所用的静置铸造用铸模的一例。静置铸造用铸模100，由在内面具有外层1的圆筒状铸模30，与设于其上下端的上模40和下模50构成。圆筒状铸模30内的外层1的内面具有用于形成内层2的筒芯部21的模腔60a，上模40具有用于形成内层2的轴部23的模腔60b，下模50具有用于形成内层2的轴部22的模腔60c。使用圆筒状铸模30的离心铸造法为水平型、倾斜型或垂直型均可。
若在圆筒状铸模30的上下组装上模40和下模50，则外层1内的模腔60a与上模40的模腔60b和下模50的模腔60c连通，构成一体地形成内层1整体的模腔60。圆筒状铸模30内的32和33是砂模。另外，上模40内的42和下模50内的52分别是砂模。还有，下模50中设有用于保持内层用熔液的底板53。在轴部22形成用的下模50之上，竖立设置离心铸造外层1的圆筒状铸模30，在圆筒状铸模30之上设置轴部23形成用的上模40，构成内层2形成用的静置铸造用铸模100。
在静置铸造用铸模100中，通过离心铸造法形成的外层的凝固途中或凝固后，随着内层2用的球墨铸铁熔液从上模40的上方开口部43注入模腔60内，模腔60内的熔液的液面从下模50逐渐上升至上模40，由轴部22、筒芯部21和轴部23构成的内层2被一体地铸造。
若由离心铸造法形成外层后浇铸内层用的熔液，则在内层用熔液的影响下，外层1的温度上升。这时的外层1的使用域的温度称为外层1的再加热温度。含有B的外层1中会生成熔点较低(约1100℃)的碳硼化物，若再加热温度高达超过1100℃的程度，则碳硼化物熔化，微型孔洞缺陷发生。反之，若外层1的再加热温度过低(内层2的浇铸温度过低)，则外层1与内层2的熔敷不充分。因此，优选使外层1的使用域的再加热温度达到500℃～1100℃。该条件至少在外层1的轧制有效直径内满足即可。
通过以下的实施例详细地说明本发明，但本发明不受其限定。
实施例1～8、比较例1和2
将图2(a)所示的构造的圆筒状铸模30(内径800mm和长度2500mm)设置在水平型的离心铸造机上，使用表1所示的组成的各熔液铸造外层1。外层1凝固后，使内面形成有外层1(厚度：90mm)的圆筒状铸模30竖立，在轴部22形成用的中空状下模50(内径600mm和长度1500mm)之上立设圆筒状铸模30，在圆筒状铸模30之上形成轴部23形成用的中空状上模40(内径600mm和长度2000mm)，构成图2(b)所示的静置铸造用铸模100。
向静置铸造用铸模100的模腔60中，从上方开口部43浇注具有如下化学组成的球墨铸铁熔液，即以质量标准计，含有C：3.0％、Si：2.6％、Mn：0.3％、Ni：1.4％、Cr：0.1％、Mo：0.2％、Mg：0.05％、P：0.03％、和S：0.03％，余量实质上是Fe和不可避免的杂质，途中接种含有Si的石墨化接种材，制造在外层1的内面一体化熔敷有内层2的复合辊。
【表1-1】
【表1-2】
注：“-”意思是“未添加”。
【表1-3】
注：(1)Cr/(Mo+0.5W)的值。
(2)-2/3[C-0.2(V+1.19Nb)]+11/6的值。
测量从各实施例和各比较例的外层切下的各试料的维氏硬度Hv。结果显示在表3中。
对于从各实施例和各比较例的外层切下的试验片，按下述的步骤用光学显微镜进行组织观察。
工序1：以不使碳化物突出的方式对于各试验片进行镜面研磨。
工序2：对于各试验片以村上氏药剂腐蚀约30秒钟以后，拍摄各试验片的组织的光学显微镜照片A。
工序3：对于各试验片，以平均粒径3μm的金刚石微粒的研磨膏抛光10～30秒钟。
工序4：在与工序2的照片相同的视野拍摄各试验片的组织的光学显微镜照片B。
工序5：通过铬酸电解腐蚀对于各试验片腐蚀约1分钟。
工序6：以村上氏药剂腐蚀约30秒钟后，在与工序2的照片相同的视野拍摄各试验片的组织的光学显微镜照片C。
工序7：以过硫酸铵水溶液腐蚀各试验片约1分钟。
工序8：在与工序2的照片相同的视野拍摄各试验片的组织的光学显微镜照片D。
关于实施例8的试验片，光学显微镜照片A显示在图6中，光学显微镜照片B显示在图7中，光学显微镜照片C显示在图8中，光学显微镜照片D显示在图9中。从照片A～D可以测量的组织要素在表2中由○标记表示。
【表2】
使用图像分析软件，通过下述的方法，由各个照片求得MC碳化物、Cr系碳化物和碳硼化物的面积率。结果显示在表3中。
(1)在光学显微镜照片A中，黑色的部分是Mo系碳化物和Cr系碳化物，因此由照片A求得Mo系碳化物+Cr系碳化物的面积率。
(2)在光学显微镜照片B中，黑色的部分是Mo系碳化物，因此由照片B求得Mo系碳化物的面积率。从根据照片A求得的Mo系碳化物+Cr系碳化物的面积率中，减去根据照片B求得的Mo系碳化物的面积率，由此求得Cr系碳化物的面积率。
(3)在光学显微镜照片C中，黑色的部分是MC碳化物、Mo系碳化物和Cr系碳化物，因此由照片C求得MC碳化物+Mo系碳化物+Cr系碳化物的面积率。从根据照片C求得的MC碳化物+Mo系碳化物+Cr系碳化物的面积率中，减去根据照片A求得的Mo系碳化物+Cr系碳化物的面积率，由此求得MC碳化物的面积率。
(4)在光学显微镜照片D中，黑色的部分是基体、MC碳化物、Mo系碳化物和Cr系碳化物，因此由照片D求得白色部分的碳硼化物的面积率。
【表3】
注：式(2)的左边＝87.56+3.80×(MC碳化物的面积率)-3.06×(Cr系碳化物的面积率)-11.26×(碳硼化物的面积率)。
实施例1～8的外层组织的观察结果是，在轧制有效直径内未确认到微型孔洞。若通过内层的浇铸，外层被再加热到超过1100℃，则由于低熔点的碳硼化物的熔融，导致微型孔洞发生，因此由以上的观察结果能够推定，轧制有效直径内的外层的再加热温度在1100℃以下。
对于实施例8的外层组织中存在的碳硼化物，以场发射电子探针显微分析仪FE-EPMA)进行分析，其结果可知，碳硼化物具有以68.5质量％的Fe、7.4质量％的Cr、1.4质量％的V、12.3质量％的Mo+W、7.2质量％的C、和1.7质量％的B为主成分的组成。
使用实施例1～8和比较例1和2的各外层用熔液，制作外径60mm，内径40mm和宽40mm的套筒构造的试验用辊。为了评价耐磨耗性，使用图4所示的轧制磨耗试验机，对于各试验用辊进行磨耗试验。轧制磨耗试验机，具备如下：轧机11；组装在轧制机11上的试验用辊12、13；预热轧制材18的加热炉14；冷却轧制材18的冷却水槽15；轧制中施加一定的张力的卷取机16；调节张力的控制器17。轧制磨耗条件如下。轧制后，用触针式表面粗糙度仪测量试验用辊的表面产生的磨耗的深度。结果显示在表4中。
轧制材：SUS304
压下率：25％
轧制速度：150m/分钟
轧制材温度：900℃
轧制距离：300m/次
辊冷却：水冷
辊数：4辊式
为了评价抗事故性，使用图5所示的摩擦热冲击试验机，对于各试验用辊进行咬合试验。关于摩擦热冲击试验机，通过使铅锤72落在齿条71上，使小齿轮73转动，使咬入材75与试验材74强力接触。咬合的程度根据咬合面积率以如下方式评价。结果显示在表4中。咬合越少，抗事故性越好。
○：几乎无咬合(咬合面积率低于40％)。
△：有一点咬合(咬合面积率在40％以上并低于60％)。
×：有显著的咬合(咬合面积率在60％以上)。
【表4】
【符号的说明】
10…离心铸造制热轧用复合辊
1…外层2…内层
21…筒芯部22、23…轴部
11…轧机12，13…试验用辊
14…加热炉15…冷却水槽
16…卷取机17…控制器
18…轧制材100…静置铸造用铸模
30…离心铸造用圆筒状铸模32、33、42、52…砂模
40…静置铸造用上模50…静置铸造用下模
60、60a、60b、60c…模腔71…齿条
72…铅锤73…小齿轮
74…试验材75…咬入材

Claims (7)

1.一种离心铸造制热轧用复合辊，其特征在于，是通过离心铸造法形成的外层、和由球墨铸铁构成的内层经熔敷一体化而成的，其中，所述外层具有如下化学组成，即以质量标准计，含有C：1.6～3％、Si：0.3～2.5％、Mn：0.3～2.5％、Ni：0.1～5％、Cr：2.8～7％、Mo：1.8～6％、V：3.3～6.5％、和B：0.02～0.12％，余量由Fe和不可避免的杂质构成，并且满足由下式(1)表示的关系：
Cr/(Mo+0.5W)≥-2/3[C-0.2(V+1.19Nb)]+11/6…(1)
式中，不含作为任意成分的W和Nb时，W＝0以及Nb＝0，
所述外层以面积率计，含有1～15％的MC碳化物、0.5～20％的碳硼化物、及1～25％的Cr系碳化物。
2.一种离心铸造制热轧用复合辊，其特征在于，是通过离心铸造法形成的外层，和由球墨铸铁构成的内层经熔敷一体化而成的，其中，所述外层具有如下化学组成，即以质量标准计，含有C：1.6～3％、Si：0.3～2.5％、Mn：0.3～2.5％、Ni：0.1～5％、Cr：2.8～7％、Mo：1.8～6％、V：3.3～6.5％、B：0.01～0.12％、及S：0.05～0.2％，余量由Fe和不可避免的杂质构成，并且满足由下式(1)表示的关系：
Cr/(Mo+0.5W)≥-2/3[C-0.2(V+1.19Nb)]+11/6…(1)
式中，不含作为任意成分的W及Nb时，W＝0及Nb＝0，
所述外层以面积率计，含有1～15％的MC碳化物、0.5～20％的碳硼化物、及1～25％的Cr系碳化物。
3.根据权利要求1或2所述的离心铸造制热轧用复合辊，其特征在于，所述外层还含有2.5质量％以下的Nb及3质量％以下的W。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的离心铸造制热轧用复合辊，其特征在于，所述外层还含有0.01～0.07质量％的N。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的离心铸造制热轧用复合辊，其特征在于，所述外层以质量标准计，还含有从Co：5％以下、Zr：0.5％以下、Ti：0.5％以下及Al：0.5％以下所构成的群中选择的至少一种。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的离心铸造制热轧用复合辊，其特征在于，所述外层满足下式(2)的关系，
87.56+3.80×(MC碳化物的面积率)-3.06×(Cr系碳化物的面积率)-11.26×(碳硼化物的面积率)≤50…(2)。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的离心铸造制热轧用复合辊，其特征在于，所述外层具有500以上的维氏硬度Hv。
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