CN106574332A - 轧制用复合辊的外层材料及轧制用复合辊 - Google Patents

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Abstract

[课题] 本发明提供：轧制用复合辊的外层材料，其中，通过降低二次共晶碳化物中的B量，可以改善耐表面粗糙性；及将其作为外层的轧制用复合辊。[解决手段]本发明的轧制用复合辊的外层材料是一种轧制用复合辊的外层材料，以质量%计，含有：C：1.8%以上且2.5%以下、Si：大于0%且1.0%以下、Mn：大于0%且1.0%以下、Ni：大于0%且0.5%以下、Cr：大于3.0%且8.0%以下、Mo：大于2.0%且10.0%以下、W：大于0%且10.0%以下、V：大于0%且10.0%以下、B：大于0%且低于0.01%、余量的Fe和不可避免的杂质。

Description

轧制用复合辊的外层材料及轧制用复合辊
技术领域
本发明涉及热轧中使用的轧制用复合辊的外层材料及将其作为外层的轧制用复合辊。
背景技术
热轧中使用的轧制用复合辊中，与钢板接触的外层要求优异的耐磨耗性、耐表面粗糙性及抗裂纹性。因此，构成辊外层的外层材料使用高速钢系铸铁材料(例如参照专利文献1)。
近年来，考虑到生产率提高的方面，轧制间距变短，辊外层表面的热负荷增大。而且，轧制的钢板变得又薄又硬，辊外层的磨耗增大。
辊表面由于反复暴露于轧制时1000℃左右的高温和30℃左右的水冷，基于热冲击产生表面热裂纹，或进一步产生微观的组织脱落。这些热裂纹、组织脱落的程度浅，则称为耐表面粗糙性良好。热裂纹、组织脱落在成为最终凝固部分的晶界的共晶碳化物上容易优先产生。
外层在凝固后暴露于基于中间层或内层的熔融液的热或基于奥氏体化等高温热处理的加热。已知在该加热时，若温度上升至超过外层材料的晶界的共晶碳化物的熔点，则共晶碳化物部分熔损，形成空腔。空腔的形成导致外层的耐表面粗糙性降低，且辊表面的损伤加深，因此辊寿命可能变短。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平05-320819号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
由高速钢铸铁材料形成的外层中，Cr、Mo、W、V、Nb、Fe等与C键合，形成主要为MC型的碳化物。该碳化物提高常温及高温硬度，有助于耐磨耗性的提高。由于轧制时受到热冲击，会在外层表面发生龟裂，发明者判明，与MC型碳化物相比热冲击弱的晶界的二次共晶碳化物存在部分熔损。
查明二次共晶碳化物发生部分熔损的原因是二次共晶碳化物中的B。即，发现若将B浓度高的熔融液进行铸造，则B浓缩并混入二次共晶碳化物中，二次共晶碳化物的熔点降低，容易发生部分熔损。
但是，B在铸造时有净化熔融液的作用，并是有效提高淬火性的成分，通过哪怕微量地含有B，使良好的淬火成为可能。
本发明的目的是提供：轧制用复合辊的外层材料，其中，通过使二次共晶碳化物中含有微量的B量，可以提高二次共晶碳化物的强度和熔点，改善耐表面粗糙性；及将其作为外层的轧制用复合辊。
解决课题的手段
本发明的轧制用复合辊的外层材料如下。
轧制用复合辊的外层材料，以质量%计，含有：
C：1.8%以上且2.5%以下、Si：大于0%且1.0%以下、Mn：大于0%且1.0%以下、Ni：大于0%且0.5%以下、Cr：大于3.0%且8.0%以下、Mo：大于2.0%且10.0%以下、W：大于0%且10.0%以下、V：大于0%且10.0%以下、B：大于0%且低于0.01%、余量的Fe和不可避免的杂质。
理想的是，外层材料中，以质量%计，还含有Nb：0.01%以上且2.0%以下和/或Ti：0.01%以上且1.0%以下。
理想的是，外层材料在铸造时的凝固速度为8mm/min以上。
理想的是，外层材料含有二次共晶碳化物，所述二次共晶碳化物的熔融温度大于1100℃。另外，理想的是，将外层材料表面的B浓度的质量%记为B(t1)，且将外层材料内面的B浓度的质量%记为B(t2)时，B(t2)-B(t1)≥0.002。
另外，本发明的轧制用复合辊中，将上述外层材料作为外层，且该外层材料的内侧具有内层、或中间层和内层。
发明的效果
本发明的轧制用复合辊的外层材料中，通过如上所述地调整B量，可以降低二次共晶碳化物所含有的B量。由此，可以实现二次共晶碳化物的强度提高，因此，凝固后即使暴露于1100℃左右的高温，也可以防止二次共晶碳化物熔损。具有无熔损部分的二次共晶碳化物的高速钢辊的外层可发挥优异的耐表面粗糙性。
将本发明的外层材料用作外层的轧制用复合辊中，二次共晶碳化物的强度高，耐表面粗糙性优异。因此，可减少轧制时外层表面的组织脱落，可以降低外层表面的磨削频率，和降低与此伴随的外层的消耗。
＜成分限定理由＞
构成本发明的轧制用复合辊的外层的外层材料为高速钢系铸铁材料，含有以下的成分。需说明的是，以下在没有特别明示的情况下，“%”是质量%。
C：1.8%以上且2.5%以下
C在主要与Fe和Cr键合形成M7C3型的高硬度复合碳化物的同时，与Mo、V、Nb、W等键合，形成MC型、M6C型、M2C型等高硬度复合碳化物。为了形成该高硬度复合碳化物，需要1.8%以上的C%，更优选为1.85%以上。另一方面，若含有超过2.5%的C，则在碳化物量增加的同时变脆，抗裂纹性变差，因此规定为2.5%以下，更优选为2.25%以下。
Si：大于0%且1.0%以下
Si由于是确保熔融液流动性和用于脱氧的必需元素而添加。另一方面，若超过1.0%则淬火性降低，材质变脆，因此Si的含量设为大于0%且1.0%以下。
Mn：大于0%且1.0%以下
Mn起到增加硬化能力的作用。而且，与S键合生成MnS，是有效防止S所导致的脆化的元素。另一方面，若含量过多则导致韧性降低，因此规定Mn的含量为大于0%且1.0%以下。
Ni：大于0%且0.5%以下
Ni使高温硬度降低，因此少的添加量为宜，但在制造大型的轧制用复合辊之际、热处理时无法获得足够的淬火速度的情况下，或如本发明那样低C高V系的材质的材料本身的淬火性差的情况下，为了改善淬火性而添加。Ni的含量的下限优选设为0.01%。另一方面，Ni若超过0.5%，则高温硬度大幅降低，因此上限设为0.5%，优选设为0.3%。
Cr：3.0%以上且8.0%以下
Cr固溶于基质中，改善淬火性。而且，与Mo、W一起形成共晶碳化物。为了改善淬火性，需要含有3.0%以上的Cr，反之若超过8.0%，则共晶碳化物增多，材质的抗张强度降低，因此规定Cr为3.0%~8.0%。优选Cr设为3.5%以上且6.5%以下。
Mo：2.0%以上且10.0%以下
Mo与Fe、Cr、Nb、W一起键合C，形成主要为M7C型、M6C型、M2C型的复合碳化物，提高常温及高温硬度，有助于耐磨耗性的提高。因此，至少含有2.0%以上、优选4.0%以上的Mo。另一方面，若过多地含有，则残留奥氏体稳定化，难以获得高硬度，因此规定上限为10.0%，优选7.0%。
W：大于0%且10.0%以下
W同样与Fe、Cr、Mo、Nb一起键合C，形成复合碳化物，提高常温及高温硬度，有助于耐磨耗性的提高，因此而含有。另一方面，若过多地含有，则导致韧性降低，使抗热裂纹性变差。因此，规定上限为10.0%。优选W的上限设为2.0%。
V：大于0%且10.0%以下
V与Fe、Cr、Mo、W一起键合C，凝固时主要构成MC型碳化物，提高常温及高温硬度，有助于耐磨耗性的提高。
含有V的MC型碳化物，提高常温及高温硬度，有助于耐磨耗性的提高。该MC型碳化物沿厚度方向呈枝状地生成，抑制基质的塑性变形，因此有助于提高机械性质、进而提高抗裂纹性。另一方面，若过多地含有，则容易引起碳化物偏析。因此，规定V的上限为10.0%，优选8.0%。
B：大于0%且0.01%以下
基于溶入基质中的B，具有淬火性的增大效果，因此而含有B。B的含量优选将其下限设为0.0002%。在如轧制用复合辊那样的质量大的铸造物的情况下，通常难以加快冷却速度，但通过提高淬火性，容易获得良好的淬火组织。另一方面，若含量过多则二次共晶碳化物的熔点下降，材质变脆，不优选，因此将在铸铁材料中的含量的上限设为0.01%。
需说明的是，与外层材料铸造时结晶的微细的MC碳化物等一次碳化物相比，在最终凝固的粗大的二次共晶碳化物中，比基质更多地浓缩B，而且伴随着基质的B量增加，二次共晶碳化物中的B浓度更为升高。二次共晶碳化物中，若B的浓度升高，则不仅二次共晶碳化物变得粗大，而且熔点下降。若像这样二次共晶碳化物的熔点下降，则基于外层凝固后中间层或内层的熔融液的热、或在奥氏体化等高温热处理时，二次共晶碳化物熔融，产生空腔状的熔损。晶界的二次共晶碳化物比其它部分脆，因此在该二次共晶碳化物中优先产生轧制的表面粗糙，该熔损进一步促进这一倾向。但通过调整外层中的B量，可以解决该问题。进而，通过将外层材料的凝固速度设为10mm/min以上，可以将B保留在基质中，降低二次共晶碳化物中的B量，因此可以抑制熔损的发生。由于可以抑制熔损的发生，所以可以提高外层的耐表面粗糙性。另外，通过设置外层材料的内面的B浓度与外层材料的表面(外面)的B浓度的浓度差，可在外层的高温热处理中得到均质的材质。B浓度差可通过向熔融液分开添加B等进行调整。具体而言，在将外层材料表面的B浓度的质量%记为B(t1)、且将外层材料内面的B浓度的质量%记为B(t2)时，优选B(t2)-B(t1)的值为0.002以上。更优选为0.003以上。
需说明的是，若B(t2)-B(t1)的值过大，则外层材料内面的B浓度过高，因此优选为0.008以下，更优选为0.005以下。
上述外层中还可以含有以下的成分。
Nb：0.01%以上且2.0%以下，和/或Ti：0.01%以上且1.0以下
Nb与Fe、Cr、Mo、W一起键合C，形成主要为MC型的碳化物，提高常温及高温硬度，有助于耐磨耗性的提高。而且，Nb在将MC型碳化物微分散的同时，有使组织微细化的效果，有助于提高机械性质、进而提高抗裂纹性。因此，含有的Nb为0.01%以上，优选0.1%以上。另一方面，若过多地含有，则容易引起碳化物偏析。因此，规定Nb的上限为1.0%，优选0.5%。
另外，Ti在熔融液中生成氧化物，使熔融液中的氧含量降低，在提高制品的坚固性(健全性)的同时，生成的氧化物作为晶核起作用，因此对凝固组织的微细化有效。另一方面，若过多地含有，则有成为夹杂物残留的不良情况。因此，在添加Ti的情况下，将含量设为0.01%以上且1.0%以下。
本发明的外层材料含有上述成分，余量由Fe和不可避免地混入的杂质形成。
另外，余量中可含有P及S，在该情况下，优选如下地规定成分。若P的含量超过0.08%，S的含量超过0.06%，则抗氧化性、韧性降低，因此P和S分别优选为0.08%以下、0.06%以下。理想的是，P和S的上限设为0.05%以下。另一方面，P提高切削性，因此含有大于0%的P是适宜的，优选含有0.015%以上。另外S与Mn化合，提高切削性，因此含有大于0%的S是适宜的，优选含有0.005%以上。
附图说明
图1是对作为发明例的实施例3的试验片进行染色渗透探伤检测所得的照片。
图2是对比较例2的试验片进行染色渗透探伤所得的照片。
图3是将图2的熔损部位放大示出的照片。
具体实施方式
本发明的轧制用复合辊可以由供轧制的外层、在外层的内侧的中间层和/或内层、和轴材料构成。作为构成内层的内层材料可以示例出高级铸铁、球墨铸铁、石墨钢等具有强韧性的材料，作为构成中间层的中间层材料可以示例出阿达迈特镍铬耐磨铸铁(Adamite)材料。
可熔制上述成分的外层材料的合金熔融液，并通过例如离心铸造或静置铸造将外层模铸。离心铸造可以是立式(旋转轴为垂直方向)、倾斜式(旋转轴为倾斜方向)和卧式(旋转轴为水平方向)中的任一种。
在外层材料模铸时，凝固速度设为8mm/min以上。凝固速度的调整可通过将铸模空冷或水冷来实施。
通过这样规定外层材料的凝固速度，可以增加基质所含的B量，可以抑制B混入二次共晶碳化物。
通过在铸造的外层材料上将内层或中间层和内层模铸或冷缩配合等，制作轧制用复合辊。
理想的是对轧制用复合辊实施淬火处理。B可以提高淬火性，本发明中，B的不浓缩于二次共晶碳化物的部分大量包含于基质中，因此通过淬火可进一步提高基质的硬度。
本发明所涉及的外层中，通过施行上述成分、凝固速度，可使二次共晶碳化物的维氏硬度例如为1500HV~1900HV。认为这样的硬度升高是因为二次共晶碳化物的B量降低。
于是，将上述外层材料作为外层而构成的轧制用复合辊中，在抑制二次共晶碳化物的粗大的同时，强度及熔点升高，由此，即使受到热处理或轧制时的热冲击，也可以防止二次共晶碳化物脱落、熔损。
观察制作的外层的表面，结果发现MC型碳化物的面积率为7%~15%，二次共晶碳化物的面积率为1%~6%，余量为基质。通过调整B的含量，进而调整凝固速度，可以抑制二次共晶碳化物的生长。这表示可以将二次共晶碳化物的面积率抑制为较低。另外，测定外层的B量，结果发现外层表面的B量为0.006%，外层内面的B量为0.009%，在将外层材料表面的B浓度的质量%记为B(t1)、将外层材料内面的B浓度的质量%记为B(t2)时，B(t2)-B(t1)的值为0.002以上。
将本发明的外层材料用作外层的轧制用复合辊中，二次共晶碳化物的强度高，耐表面粗糙性优异。因此，可以抑制轧制时外层表面的缺损，可以降低外层表面的磨削频率和降低与此伴随的外层的消耗。
将本发明的外层材料作为外层而构成的轧制用复合辊特别适合用于要求操作稳定性的热精轧的前、中段机座。
实施例
用高频感应熔炉熔制表1所示的各种成分的合金熔融液，进行离心铸造。进行调整，使铸造时外层材料的凝固速度为8mm/min以上。表1中，实施例1~5为发明例。需说明的是，比较例1及比较例2是B量超过0.01%的外层材料。
[表1]
模铸外层材料后，模铸内层，制作轧制用复合辊。
对获得的轧制用复合辊实施淬火。淬火中，使用大型扇风机进行强制空冷，使从奥氏体化温度到700℃为止的辊表面的冷却速度为900℃/h以上。
对实施了淬火的实施例及比较例的轧制用复合辊，实施机械加工后，分别各切出多个一条边具有30mm以上且厚度为10mm左右的试验片，如表2所示，在1050℃~1125℃的温度下保持30分钟，对各试验片实施染色渗透探伤检测，观察其表面的状态。表2中，“○”为染色渗透探伤检测中确认了熔损的试验片，“×”为未确认熔损的试验片。
[表2]
参照表2可知，作为发明例的实施例1至实施例5，即使在1050℃~1125℃下保持30分钟的情况下，也都没有产生二次共晶碳化物的熔损。图1为发明例3的试验片的照片。参照图1，在试验片的表面未观察到裂纹指示。
这表示在实施例的试验片中，通过将凝固速度设为8mm/min，B在基质中大量残留，可抑制其向二次共晶碳化物混入。即可知，通过防止浓缩的B向二次共晶碳化物混入，可提高二次共晶碳化物的硬度，在高温下保持的情况下，也可以防止二次共晶碳化物熔融或缺损。
另一方面可知，比较例中虽然在1050℃下无法确认二次共晶碳化物有熔损，但在1100℃以上确认了熔损。图2为比较例2的试验片的照片。参照图2，在试验片表面的多个部位观察到二次共晶碳化物熔融而成的裂纹指示。图3是图2的裂纹指示的放大照片。如图中所示，由裂纹指示可知组织脱落。这是B浓缩并混入二次共晶碳化物中的结果，表示二次共晶碳化物因高温而熔融。
需说明的是，即使对于实施例，在1150℃×30min的条件下保持的情况下，也确认了二次共晶碳化物的熔损。
上述说明用于说明本发明，不应解释为限定权利要求书中所述的发明、或限定缩小范围。另外，本发明的各部分构成不限于上述实施例，当然可在权利要求书中所述的技术范围内进行各种变形。
工业实用性
本发明可用于热轧中使用的轧制用复合辊的外层材料及将其作为外层的轧制用复合辊。

Claims (6)

1.轧制用复合辊的外层材料，其特征在于，以质量%计，含有：
C：1.8%以上且2.5%以下、Si：大于0%且1.0%以下、Mn：大于0%且1.0%以下、Ni：大于0%且0.5%以下、Cr：大于3.0%且8.0%以下、Mo：大于2.0%且10.0%以下、W：大于0%且10.0%以下、V：大于0%且10.0%以下、B：大于0%且低于0.01%、余量的Fe和不可避免的杂质。
2.权利要求1所述的轧制用复合辊的外层材料，其中，以质量%计，还含有Nb：0.01%以上且2.0%以下，和/或Ti：0.01%以上且1.0%以下。
3.权利要求1或2所述的轧制用复合辊的外层材料，其中，在铸造时的凝固速度为8mm/min以上。
4.权利要求1至3中任一项所述的轧制用复合辊的外层材料，其中，外层材料含有二次共晶碳化物，所述二次共晶碳化物的熔融温度大于1100℃。
5.权利要求1至4中任一项所述的轧制用复合辊的外层材料，其特征在于，将外层材料表面的B浓度的质量%记为B(t1)，且将外层材料内面的B浓度的质量%记为B(t2)时，B(t2)-B(t1)≥0.002。
6.轧制用复合辊，其中，将权利要求1至5中任一项所述的外层材料作为外层，且该外层材料的内侧具有内层、或中间层和内层。
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