JP2000239779A

JP2000239779A - 遠心鋳造製圧延ロール用外層材、圧延ロールおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2000239779A
Application number: JP11042174A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ichino; 健司市野; Tomoya Koseki; 智也小関; Takaaki Toyooka; 高明豊岡
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2000-09-05
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: JP3975600B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ロール特性に優れしかも鋼板に偏析模様を
生じさせず、圧延トラブルを惹起することもない遠心鋳
造製圧延ロール用外層材、圧延ロールおよびその製造方
法を提供する。【解決手段】重量％で、Ｃ：1.5 〜3.5 ％、Si：0.1
〜2.0 ％、Mn：0.1 〜2.0 ％、Cr：５〜25％、Mo：２〜
12％、Ｖ：３〜10％、Nb：0.5 〜５％を含有し、かつ
〔％Mo〕／〔％Cr〕：0.25〜0.7 で、残部Feおよび不可
避的不純物からなり、さらに半径方向に表面から30mmま
での領域で隣り合う極大値と極小値の差が平均値の20％
以下となる炭化物量分布を有する遠心鋳造製圧延ロール
用外層材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠心鋳造製圧延ロ
ール用外層材、圧延ロールおよびその製造方法に関し、
とくに、組織偏析が無く、かつ、耐肌荒れ性と通板性に
優れる遠心鋳造製圧延ロール用外層材、圧延ロールおよ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼圧延用のロール（圧延ロール）は、
被圧延材と接触する外殻層を遠心鋳造法により製造する
のが一般的である。これは、遠心鋳造法が、製造コスト
低減や省エネルギーの観点から非常に有利であるためで
ある。一方、近年、熱間圧延用ロールの耐久性向上要求
に応じて、適用材の主流が従来の高Cr系ロールから、耐
摩耗性、耐肌荒れ性のより優れたハイス系ロールへと切
り換えられている。ハイス系ロールが優れた耐摩耗性、
耐肌荒れ性を持つのは、硬質なMC型炭化物（ＶやNbが主
体）あるいはM₂C やM₆C 型炭化物（Mo、Ｗが主体）ある
いはM₇C₃型炭化物(Cr 、Moが主体）が多量に出現した金
属組織を持つためである。

【０００３】ハイス系ロールの耐摩耗性、耐肌荒れ性を
さらに向上させるために、特開平８−73977 号公報で
は、前段圧延用ロールの耐肌荒れ性、耐摩耗性の向上と
摩擦係数低減を目的として、高Ｃ高Cr高Mo化による共晶
炭化物の強化と増量を行い、10＜6.5[%C]-1.3[%V]-0.7
[%Nb]≦2[%Cr]-2、を満たす成分系とすることが提案さ
れている。

【０００４】しかし、遠心鋳造では、溶湯中に析出した
炭化物が溶湯との比重差によって遠心分離して偏析する
ことがあり、特にＣ、Crの量が多くなると多量のCr炭化
物が溶湯中に晶出し、それが遠心分離して著しい炭化物
偏析が形成される。炭化物が偏析すると、その偏析層は
硬く脆くなるため、圧延中の熱衝撃によって粗大なクラ
ックが形成され、また不均一摩耗を誘発してロール表面
の肌荒れをもたらす。

【０００５】これに対し、特開平10−183289号公報で
は、耐肌荒れ性、耐摩耗性の著しい向上と炭化物偏析の
抑制を目的とし、Ｃ、Cr、Moの最適調整（Cr≧12% ）を
行い、[%C]+0.2[%Cr] ≦6.2 、0.27≦[%Mo]/[%Cr] ＜0.
7 、を満たす成分系とすることが提案され、これによ
り、炭化物の著しい偏析は大幅に軽減された。一方、遠
心鋳造法で製造したロール（とくに外殻層）には組織偏
析が生成し、その偏析模様が被圧延材（鋼板）表面に転
写して鋼板の表面品質を低下させたり、耐肌荒れ性や耐
クラック性などのロール特性を劣化させる問題がつきま
とっている。その主たる原因は、硬質な炭化物が多量に
存在する層と炭化物が少ない層とがロール径方向にバン
ド状（層状）あるいは斑状に偏在するためである。図５
に示すようにロール径方向にバンド状（層状）をなす偏
析をラミネーション偏析と呼ぶ。なお、図５は熱延用ロ
ールの外殻層１内にデンドライト（基地）の濃化部（基
地濃化層２）と炭化物の濃化部（炭化物濃化層３）とが
ロール径方向に交互に積層して形成されたラミネーショ
ン偏析(30 〜100mm 程度の肉厚内に２〜６本程度形成）
の例を示す。

【０００６】ハイス系ロールは高合金組成であるがゆえ
に遠心鋳造過程で顕著な炭化物偏析やラミネーション偏
析が発生しやすい。これらの偏析抑制を重視すると合金
設計の自由度が小さくなってロール特性の改善がままな
らず、逆にロール特性を重視して高合金化すると顕著な
偏析が出現する。そのため、最近の表面品質に厳格な鋼
板を圧延する場合、ロールの使用が制限（とくに最終ス
タンドへの使用が忌避）されてしまうという憂いがあっ
た。

【０００７】遠心鋳造方法の改良によりラミネーション
偏析等の組織偏析を無くそうとする実用技術は、本発明
者らが調査した限りではほとんど開示がなく、従来の遠
心鋳造法では、なるべく静かに凝固させた方がよいとい
う基本的思想から、外力がなるべく作用しないように、
鋳型回転数を一定に精度よく保持し、かつ鋳型振動を抑
えて鋳込むことが通例であった。一方、特許第2778896
号公報に、遠心鋳造製ロール外殻層の組織を微細かつ均
一にして耐肌荒れ性、耐クラック性を向上させるため
に、鋳型への溶融金属（溶湯）の供給温度（鋳込み温
度）を初晶生成温度Tc（℃）からTc＋90（℃）にかけて
の温度域に保って平均積層速度（鋳込み速度）を２〜40
mm／分に管理する遠心鋳造方法が開示されている。この
ようなロール外殻層の組織均一化を狙った発明でも、鋳
型回転数は、溶湯表面の遠心力の重力倍数が一例では14
0G、他例では120Gとなるよう、一定の値に設定されてい
る。

【０００８】しかし、従来の遠心鋳造法では、上記炭化
物偏析やラミネーション偏析を無くすことはできず、特
に、ラミネーション偏析は遠心鋳造にとって宿命的なも
ので回避不可能と考えられていた。さらに、ロールは鋼
板の熱間圧延中に熱膨張するのであるが、ハイスロール
は耐摩耗性に優れるがゆえに摩耗量よりも熱膨張量の方
が大きくなってサーマルクラウンが増大する。このた
め、鋼板の通板性が劣化して鋼板の噛込み不良や絞り等
の圧延トラブルを誘発しやすいという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来、
圧延ロールは、経済的に有利な遠心鋳造法で製造され、
ロール材質は耐摩耗性、耐肌荒れ性等のロール特性に優
れるハイス系ロールが主流であるが、遠心鋳造法に特有
のラミネーション偏析があって鋼板に偏析模様を付与す
るため表面厳格鋼板の圧延には使用が憚られている。ま
た、従来のハイス系ロールではサーマルクラウンが大き
くなって圧延トラブルを引き起こしやすいという問題が
ある。

【００１０】本発明の目的は、これら従来技術の問題点
を一挙に解決し、ロール特性に優れしかも鋼板に偏析模
様を生じさせず、圧延トラブルを惹起することもない遠
心鋳造製圧延ロール用外層材、圧延ロールおよびその製
造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】金属材料を遠心鋳造で製
造しようとすると、凝固の過程で溶湯中に晶出したデン
ドライトあるいは炭化物が、溶湯との比重差によって遠
心分離する（溶湯より重い相は外周側、軽い相は中心側
に移動する）現象が起こる。一方、ラミネーション偏析
はデンドライト濃化層と炭化物濃化層が交互に重なって
バンド状に偏析した形態を呈している。バンド状偏析の
形成原因は、遠心鋳造での凝固過程における固相−液相
界面（固液共存相）の剪断的流動にあると考えられ、大
中ら（例えば、鋳造工学第69巻(1997)第３号第240 〜24
6 頁）は横型遠心鋳造でのバンド状偏析の発生には重力
（1G）が影響していると報告している。この考え方によ
れば、重力が鋳型回転方向に作用する横型あるいは斜め
型遠心鋳造を行う限りラミネーション偏析を回避するこ
とは困難であり、現に経験している通りである。なお、
従来の遠心鋳造では、前記したように、溶湯に振動や剪
断力がなるべくかからないようにするとの基本思想か
ら、鋳造機と基礎の剛性を高め、鋳型回転数を極力一定
に制御する操業がなされていたが、この方法ではラミネ
ーション偏析の回避は不可能であった。また、前記特許
第2778896 号公報に開示された方法では、鋳込み速度が
著しく小さいため、凝固が不安定となって外層表面に２
枚皮欠陥やスパッタ状欠陥が生じやすい。また、鋳込み
速度が非常に小さいことに加え鋳込み温度もTc〜 Tc+90
℃と低く管理範囲も狭いことから、溶湯の流動性を確保
することは困難であり、かつ管理範囲を逸脱しやすく安
定した操業を行うことも難しい。

【００１２】本発明者らは、前記従来の基本思想ではラ
ミネーション偏析を解消できないことに鑑み、重力の影
響でラミネーション偏析が生成するのなら、従来とは逆
に溶湯に積極的に回転方向の加速度を付与すれば、そこ
で生まれた剪断力によって任意の本数のバンド状偏析を
生成させることができるのではないかと考えた。この逆
転の発想に基づき、ラミネーション偏析の抑制法を鋭意
検討した結果、鋳型回転速度を連続的あるいは断続的に
変更して鋳型回転方向に加速度を付与することにより、
無数のバンド状偏析を生成させることも原理的に可能で
あり、しかるに無数のバンド状偏析が生成すれば、マク
ロ的には均一な組織が得られたことになり、実用上も全
く問題がないという知見を得た。

【００１３】一方、ロール特性を向上させる手段につい
ても鋭意検討し、特定量のＶとNbを含有せしめたハイス
系ロールにおいて、CrとMoをバランスよく増量すると、
耐摩耗性と耐肌荒れ性をハイレベルに維持しながら、線
膨張係数が著しく低下してサーマルクラウンが減じ、噛
込み不良や絞り等の圧延トラブルを起こさない、すなわ
ち通板性にも優れたロールとなることを見いだした。

【００１４】本発明はこれらの知見に基づいて成された
ものである。すなわち、本発明は、以下の項に記載の遠
心鋳造製圧延ロール用外層材である。 (1) 重量％で、Ｃ：1.5 〜3.5 ％、Si：0.1 〜2.0 ％、
Mn：0.1 〜2.0 ％、Cr：５〜25％、Mo：２〜12％、Ｖ：
３〜10％、Nb：0.5 〜５％を含有し、かつ〔％Mo〕／
〔％Cr〕：0.25〜0.7 で、残部Feおよび不可避的不純物
からなり、さらに半径方向に表面から30mmまでの領域で
隣り合う極大値と極小値の差が平均値の20％以下となる
炭化物量分布を有することを特徴とする遠心鋳造製ロー
ル用外層材。 (2) さらに、重量％で、Co：10％以下を含有する(1) に
記載の遠心鋳造製圧延ロール用外層材。 (3) さらに、重量％で、Ni：５％以下を含有する(1) ま
たは(2) に記載の遠心鋳造製圧延ロール用外層材。 (4) さらに、重量％で、Ta：10％以下を含有する(1) 〜
(3) のいずれかに記載の遠心鋳造製圧延ロール用外層
材。 (5) さらに、重量％で、Ｗ：10％以下を含有する(1) 〜
(4) のいずれかに記載の遠心鋳造製圧延ロール用外層
材。 (6) さらに、重量％で、Ti：３％以下を含有する(1) 〜
(5) のいずれかに記載の遠心鋳造製圧延ロール用外層
材。 (7) さらに、重量％で、Ｂ：0.1 ％以下を含有する(1)
〜(6) のいずれかに記載の遠心鋳造製圧延ロール用外層
材。 (8) さらに、重量％で、Bi：0.1 ％以下を含有を含有す
る(1) 〜(7) のいずれかに記載の遠心鋳造製圧延ロール
用外層材。

【００１５】また、本発明は、以下の項に記載の圧延ロ
ールである。 (9) 外殻層、中間層、内層の３層構造、または外殻層、
内層の２層構造をもつ圧延ロールにおいて、前記外殻層
が(1) 〜(8) のいずれかに記載の遠心鋳造製圧延ロール
用外層材からなることを特徴とする圧延ロール。また、
本発明は、以下の項に記載の遠心鋳造製圧延ロール用外
層材の製造方法である。 (10)遠心鋳造鋳型に外層材溶湯を鋳込んで圧延ロール用
外層材を製造するにあたり、前記外層材溶湯を、重量％
で、Ｃ：1.5 〜3.5 ％、Si：0.1 〜2.0 ％、Mn：0.1 〜
2.0 ％、Cr：５〜25％、Mo：２〜12％、Ｖ：３〜10％、
Nb：0.5 〜５％を含有し、あるいはさらに下記第２成分
の１種または２種以上を含有し、かつ〔％Mo〕／〔％C
r〕：0.25〜0.7 で、残部Feおよび不可避的不純物から
なる溶湯とし、該溶湯の鋳込み中に前記鋳型の回転数を
変動させることを特徴とする遠心鋳造製圧延ロール用外
層材の製造方法。

【００１６】記〔第２成分〕 Co：10％以下、Ni：５％以下、Ta：10％
以下、Ｗ：10％以下、Ti：３％以下、Ｂ：0.1 ％以下、
Bi：0.1 ％以下また、本発明は、以下の項に記載の圧延ロールの製造方
法である。 (11)遠心鋳造鋳型に外層材溶湯を鋳込んで外殻層を形成
し、次いで、中間材溶湯を鋳込んで中間層を形成後、あ
るいは該中間層の形成を行わず、軸材溶湯を鋳込んで内
層を形成する圧延ロールの製造方法において、前記外層
材溶湯を、重量％で、Ｃ：1.5 〜3.5 ％、Si：0.1 〜2.
0 ％、Mn：0.1 〜2.0 ％、Cr：５〜25％、Mo：２〜12
％、Ｖ：３〜10％、Nb：0.5 〜５％を含有し、あるいは
さらに下記第２成分の１種または２種以上を含有し、か
つ〔％Mo〕／〔％Cr〕：0.25〜0.7 で、残部Feおよび不
可避的不純物からなる溶湯とし、該溶湯の鋳込み中に前
記鋳型の回転数を変動させることを特徴とする圧延ロー
ルの製造方法。

【００１７】記〔第２成分〕 Co：10％以下、Ni：５％以下、Ta：10％
以下、Ｗ：10％以下、Ti：３％以下、Ｂ：0.1 ％以下、
Bi：0.1 ％以下

【００１８】

【発明の実施の形態】まず、本発明における化学組成
（成分系）の限定理由を述べる。Ｃ：1.5 〜3.5 ％Ｃは、ロールの耐摩耗性を向上させるための炭化物形成
に必須の元素であり、1.5 ％未満では炭化物量が不足し
て優れた耐摩耗性を得ることができない。一方、3.5 ％
を超えても耐摩耗性は向上せず、炭化物量が過多となっ
て肌荒れが促進される。

【００１９】Si：0.1 〜2.0 ％ Siは、脱酸材として必要な元素であり、また、Crと共に
基地に固溶して高温酸化への抵抗力を高める作用もある
が、0.1 ％未満では効果に乏しく、2.0 ％超えでは効果
が飽和する。 Mn：0.1 〜2.0 ％ Mnは、溶湯中のＳをMnS として固定し、Ｓの悪影響を除
去するために添加する。また、焼入れ性を向上させる効
果もある。しかし0.1 ％未満では効果に乏しく、一方、
2.0 ％を超える添加はオーステナイトが多量に残留して
ロール特性を劣化させる。

【００２０】Cr：５〜25％ Crは、耐摩耗性と耐肌荒れ性を向上させるためのCr系炭
化物を出現させる作用があり、さらにロールの熱膨張量
を減少せしめ、ロールの通板性を向上させる非常に有用
な効果があるが、５％未満ではかかる作用効果が不足
し、一方、25％を超えると炭化物過多となって耐肌荒れ
性が低下する。なお、より好ましくは７〜20％である。

【００２１】Mo：２〜12％、〔％Mo〕／〔％Cr〕：0.25
〜0.7 Moは、上述のCr系炭化物およびMC型炭化物中に濃化して
それらの炭化物を強化することでロールの耐肌荒れ性と
耐摩耗性を著しく高める効果を持つ。この効果を得るた
めにMoは２％以上必要であり、かつ、〔％Mo〕／〔％C
r〕の値が0.25以上となるように添加されなければなら
ない。一方、Moが12％を超えるかあるいは〔％Mo〕／
〔％Cr〕の値が0.7 を超えると、上記強化されたCr系炭
化物に比べて脆弱なMo系炭化物が多量に出現し、耐肌荒
れ性と耐摩耗性が著しく劣化する。

【００２２】Ｖ：３〜10％Ｖは、硬質なMC型炭化物を形成し、ハイス系ロールとし
て一定レベルの耐摩耗性を得るために必須の元素であ
る。その効果を得るためには３％以上必要であるが、10
％を超えると溶湯の融点を上昇させるとともに溶湯の流
動性を低下させ、遠心鋳造時に未凝固領域への十分な剪
断力を付与できなくなる。なお、より好ましくは３〜７
％である。

【００２３】Nb：0.5 〜５％ NbもＶ同様MC型炭化物形成元素であるが、MC炭化物をよ
り強靱な(V,Nb,Mo)C系組成の複合MC型炭化物に改質し、
耐摩耗性を著しく向上させる。その効果を得るためには
Nbは0.5 ％以上必要であるが、５％を超えて添加すると
MC型炭化物の晶出温度が著しく上昇するとともにMC型炭
化物の著しい粗大化を招いて炭化物の偏析を助長する。
なお、より好ましくは0.5 〜３％である。

【００２４】さらに、本発明では、遠心鋳造時の未凝固
領域の攪拌作用により、高合金化しても成分偏析が起こ
りにくく均一かつ安定した組織が得られることから、C
o、Ni、Ta、Ｗ、Ti、Ｂ、Biを、以下に述べるそれぞれ
の作用効果を勘案して必要に応じて任意に選択し、単独
であるいは複合して添加することができる。 Co：10％以下 Coは、基地中に固溶するとともに他の合金元素の基地へ
の固溶量を高めて基地をより強化する作用をもつ。ただ
し、10％を超えて添加してもその効果が飽和する。

【００２５】Ni：５％以下 Niは、焼入れ性の向上作用があり、熱処理での変態挙動
を制御するのに有用な元素となる。ただし、耐摩耗性を
劣化させる作用も併せ持ち、５％を超えて添加するとこ
の作用が顕著になるとともに、焼入れ性を高める作用も
飽和する。 Ta：10％以下 Taは、ＶやNbと同様、硬質なMC型炭化物の形成元素であ
り、耐摩耗性を向上する作用があるため含有せしめるこ
とができる。ただし、10％を超えると溶湯の流動性が著
しく低下し、鋳造を困難にする。

【００２６】Ｗ：10％以下Ｗは、硬質な炭化物を形成する元素であることから添加
してもよい。ただし、10％を超える添加は炭化物過多と
なって耐肌荒れ性と靱性を劣化させる。 Ti：３％以下 Tiは、MC型炭化物の形成元素であるとともに組織を微細
化する作用も持つため添加することができる。ただし、
３％を超えて添加してもその効果が飽和するばかりか、
溶湯の流動性を著しく劣化させる。

【００２７】Ｂ：0.1 ％以下本発明の外層材は、Ｎと親和力の強いCr、Ｖ、Nbなどの
合金元素を多量に含有するため、通常の大気溶解で多量
のＮが不可避的に溶湯に混入する。ＢはＮと結合してBN
を生成せしめることで、Ｎを安定にしてガス欠陥の生成
を抑制する作用、および切削性を向上させる作用を持
つ。ただし、0.1 ％を超えると効果が飽和する。

【００２８】Bi：0.1 ％以下 Biは、組織を微細化する作用を持つが、0.1 ％を超える
添加では外層材が著しく脆化する。本発明の外層材、外
殻層、外層材溶湯の組成においては、上記成分元素以外
の残部はFeおよび不可避的不純物からなる。不可避的不
純物としてはＰ、Ｓ、Ｏ、Ｎ等があるが、Ｐは脆化防止
の観点から0.1 ％以下、Ｓは介在物防止の観点から0.1
％以下、Ｏはザク巣防止の観点から200ppm以下、Ｎはザ
ク巣防止の観点から1500 ppm以下に、それぞれ制限する
ことが望ましい。

【００２９】本発明(9) の中間層、内層の材質は特に限
定されない。中間層は例えば黒鉛鋼で形成でき、内層は
例えば球状黒鉛鋳鉄で形成できる。本発明(11)の中間材
溶湯、軸材溶湯の成分系は特に限定されない。中間材溶
湯には例えば黒鉛鋼を溶解したものを使用でき、軸材溶
湯には例えば球状黒鉛鋳鉄を溶解したものを使用でき
る。

【００３０】次に、本発明(1) において、上記成分系要
件に加え、半径方向に表面から30mmまでの領域で隣り合
う極大値と極小値の差が平均値の20％以下となる炭化物
量分布を有するという金属組織要件を設けた理由を述べ
る。遠心鋳造法で製造した圧延ロール用外層材にはラミ
ネーション偏析等の組織偏析が存在し、その偏析模様が
鋼板表面に転写して鋼板の表面品質を低下させたり、ロ
ールの耐肌荒れ性や耐クラック性などのロール特性を劣
化させることは前述した。本発明者らの鋭意研究結果に
よれば、偏析模様や肌荒れは、近接２層の炭化物量の差
によるところが大きい。すなわち、この差が大きいと両
層で摩耗量に大差が生じ、外殻層表面に小さな凹凸がで
き、この凹凸が巨視的には偏析模様や肌荒れとなって現
れる。

【００３１】近接２層の炭化物量の差は、図１に示され
るような半径方向の炭化物量分布を測定し、この分布内
で隣り合う極大値と極小値の差（Δｘ_i＝｜ｘ_i+1−ｘ
_i｜）で評価することができる。この差と偏析模様、肌
荒れ発生状況との関係を調査し、この差が当該分布の平
均値の20％を超えると大きな偏析模様や肌荒れを生じる
が、20％以下であれば問題になるほどの偏析模様や肌荒
れは生じないことがわかった。そして、かかる分布条件
が表面から30mmまでの領域で満足されると、圧延用ロー
ルとして十分に使用できる。よって上記のように限定し
た。

【００３２】なお、分布内に複数存在するΔｘ_iと分布
全体の平均値の比を、炭化物量分布の「変化率」と定義
する。この定義を用いれば、本発明圧延ロール用外層材
は、表面から30mmまでの領域で変化率20％以下の炭化物
量分布を有する圧延ロール用外層材であるということが
できる。炭化物量の測定方法は特に限定されないが、本
発明者らは、外層材の横断面（ロール軸に直交する断
面）をビレラ液で腐食して現出させた金属組織の100 倍
観察像から画像解析装置により炭化物面積率（炭化物量
に相当）を測定した。また、半径方向の分布を求める
際、測定位置は表面から半径方向に１mmピッチの位置と
し同位置で円周方向４点の測定値を平均して同位置での
炭化物量データとし、測定位置と炭化物量データの関係
を図１のようにグラフ化して隣接関係にある極大値と極
小値の組を求めた。また、分布の平均値は炭化物量デー
タ全体を平均して求めた。なお、半径方向測定ピッチは
上記１mmに限定されず、適宜選択することができる。

【００３３】次に、本発明に係る製造方法において、外
層材溶湯の鋳込み中に鋳型（遠心鋳造鋳型）の回転数を
変動させる点について説明する。一定鋳型回転速度で遠
心鋳造する従来の横型あるいは斜め型遠心鋳造法では、
重力（1G）の影響で固液共存領域に剪断力が作用してラ
ミネーション偏析等の粗大な組織偏析が不可避的に生成
する。これに対し、本発明では、図２に示すように鋳込
み中に軸心Ｏを中心として回転する鋳型４の回転数ｎを
強制的に変動させるようにした。これにより、鋳込み材
に負荷される遠心力Gnを変動させるとともに、鋳込み材
に剪断力Gvを連続的あるいは断続的に付与する(Gv ≠
０）ことができ、したがって、任意に固液共存相の剪断
作用と未凝固領域の攪拌作用を付与することができ、そ
れゆえに組織偏析の分散と偏析成分の攪拌均一化を有効
に促進できるのである。

【００３４】鋳型の回転数の変動パターンは特に限定さ
れるものではなく、例えば、振幅、周期とも一定として
連続的に変動させるパターン（図３（Ａ））、振幅、周
期のいずれか一方または両方を変化させながら連続的に
変動させるパターン（図３（Ｂ））、断続的に変動させ
るパターン（図３（Ｃ））など、剪断力Gvを付与できる
ものであればいかなるパターンであってもよい。

【００３５】なお、鋳型の回転数変動制御は、鋳込み材
の外表面に負荷される遠心力（重力倍数で表す。以下同
じ）の増減速度が１G/s 以上となるように行うのが好ま
しい。これが1G/sに満たないと、重力によるラミネーシ
ョン偏析形成作用に打ち勝つことが難しい。また、本発
明では、凝固過程での固液共存領域に剪断力を付与する
ことで攪拌均一化が叶って偏析防止および組織微細化を
達成できるので、これらを目的とした鋳込み速度や鋳込
み温度の厳密な管理は不要であり、厳格な管理規制を緩
和できて操業をより安定化させることができる。

【００３６】

【実施例】（実施例１）表１に示す本発明適合組成の材
料Ａ〜Ｄを溶解してなる溶湯を、表２のＡ〜Ｄ欄に示す
鋳造条件で横型遠心鋳造機の鋳型に供給し、外径250mm
、内径150mm のスリーブロール（圧延ロール用外層材
に相当）を鋳造した。

【００３７】鋳込み中、発明例１（Ａ）、発明例２
（Ｂ）では本発明に従い鋳型回転数ｎを変動させた。変
動パターンには周期Τ(s) の周期関数ｎ＝α＋βcos(２
πt/Τ)[rpm]（ｔは鋳込み開始からの時間(s) ）を採用
し、発明例１ではα＝970rpm、β＝30rpm （すなわちｎ
の変動範囲は1000〜940rpm）、Τ＝12s （すなわちｎの
平均増減速度は60/(12/2)=10rpm/s ）とし、発明例２で
はα＝925rpm、β＝25rpm （すなわちｎの変動範囲は95
0 〜900rpm）、Τ＝６s （すなわちｎの平均増減速度は
50/(6/2)=17rpm/s）とした。このとき、スリーブロール
表面の遠心力の増減速度は、発明例１ではｎ＝1000rpm,
940rpmのときの遠心力がそれぞれ140G,124G であること
から平均約2.7G/s、発明例２ではｎ＝950rpm,900rpm の
ときの遠心力がそれぞれ126G,113G であることから平均
約4.3G/sである。

【００３８】一方、比較例１（Ｃ）、比較例２（Ｄ) で
は従来通りｎは一定（950rpm）とし、遠心力の増減はな
い。鋳造後、スリーブロール横断面を研磨後硝酸水溶液
でエッチングして現出させたマクロ組織を観察した。こ
の観察結果の一例を図６に写真で示す。また、同断面半
径方向に表面から30mmまでの領域の炭化物量分布を前述
の要領で測定して図４に示すようなグラフに整理し、こ
れら分布の変化率を求めた。その結果を表２に示す。な
お、表２には分布内に複数ある変化率データのうち最大
のものを、該最大データ算出に用いた隣り合う極大値、
極小値、それらの差、および分布全体の平均値（全平
均）と共に掲げた。

【００３９】表２より、本発明の製造方法に則り鋳型回
転数を変動させながら遠心鋳造した発明例１、２では、
ラミネーション偏析はほとんど認められず（図６(a) 参
照)、炭化物量分布の変化率は20％以下であった。これ
に対し、比較例１、２では、ラミネーション偏析が顕著
に認められ（図６(b) 参照) 、炭化物量分布の変化率は
20％を超えていた。

【００４０】このように、本発明圧延ロール用外層材は
ラミネーション偏析の軽微なものとなるから、表面品質
厳格材の仕上げ圧延に憂いなく使用できる。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】（実施例２）表３に示す組成を有し、かつ
変化率20％以下の炭化物量分布を有する遠心鋳造製圧延
ロール用外層材を製造し、1050℃から焼入れ、500 ℃で
焼戻しを施して得られた素材から試験片を作製し、摩耗
試験を行った。なお、表３において、A1〜A11 は本発明
適合組成の発明例、B1,B2 は本発明逸脱組成の比較例で
ある。

【００４４】摩耗試験は相手材（S45C）と試験片の２円
盤のすべり摩耗方式で行い、相手材を800 ℃に加熱し、
試験片を水冷しながら800rpmで回転させ、試験片と相手
材とをすべり率10％、荷重100kg で30分間圧接した。こ
の試験を、相手材を替えて４回行った後、試験片の摩耗
減量を測定した。また、発明例A1〜A7、比較例B1,B2 に
ついてはφ５×20(mm)の丸棒試験片を作製し、熱膨張試
験機を用いて25℃から100 ℃の間の線膨張係数を測定し
た。

【００４５】これらの試験結果を表３に示す。表３よ
り、発明例A1〜A11 は、比較例B1,B2 に比べて優れた耐
摩耗性を有しており、特に、高Cr組成とした例で耐摩耗
性が著しく向上した。また、発明例A1〜A7の線膨張係数
は比較例B1,B2 に比べて小さく、特にCrが７％を超える
例では11×10^-6を下回る低線膨張係数が得られた。

【００４６】このように、本発明圧延ロール用外層材
は、優れた耐摩耗性を有し、しかも線膨張係数が小さい
ことから、長寿命であるうえ、鋼板熱間圧延中のロール
の形状変化（熱膨張）が抑制されて、通板性にも優れる
のである。

【００４７】

【表３】

【００４８】

【発明の効果】かくして本発明によれば、ロール特性に
優れしかも鋼板に偏析模様を生じさせず、圧延トラブル
を惹起することもない遠心鋳造製圧延ロール用外層材お
よび圧延ロールが得られるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属組織要件の説明図である。

【図２】本発明に係る製造方法の説明図である。

【図３】鋳型の回転数変更パターンの例を示す波形図で
ある。

【図４】炭化物量分布の実例（(a) は発明例１、(b) は
比較例１）を示すグラフである。

【図５】ラミネーション偏析の例を示す模式図である。

【図６】スリーブロールの横断面組織の一例を示す写真
である（a:発明例２、b:比較例１）。

【符号の説明】

１外殻層２基地濃化層３炭化物濃化層４鋳型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者豊岡高明愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内Ｆターム(参考） 4E016 AA02 DA03 EA02 EA03 FA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：1.5 〜3.5 ％、Si：0.1
〜2.0 ％、Mn：0.1〜2.0 ％、Cr：５〜25％、Mo：２〜1
2％、Ｖ：３〜10％、Nb：0.5 〜５％を含有し、かつ
〔％Mo〕／〔％Cr〕：0.25〜0.7 で、残部Feおよび不可
避的不純物からなり、さらに半径方向に表面から30mmま
での領域で隣り合う極大値と極小値の差が平均値の20％
以下となる炭化物量分布を有することを特徴とする遠心
鋳造製圧延ロール用外層材。
【請求項２】さらに、重量％で、Co：10％以下を含有
する請求項１に記載の遠心鋳造製圧延ロール用外層材。
【請求項３】さらに、重量％で、Ni：５％以下を含有
する請求項１または２に記載の遠心鋳造製圧延ロール用
外層材。
【請求項４】さらに、重量％で、Ta：10％以下を含有
する請求項１〜３のいずれかに記載の遠心鋳造製圧延ロ
ール用外層材。
【請求項５】さらに、重量％で、Ｗ：10％以下を含有
する請求項１〜４のいずれかに記載の遠心鋳造製圧延ロ
ール用外層材。
【請求項６】さらに、重量％で、Ti：３％以下を含有
する請求項１〜５のいずれかに記載の遠心鋳造製圧延ロ
ール用外層材。
【請求項７】さらに、重量％で、Ｂ：0.1 ％以下を含
有する請求項１〜６のいずれかに記載の遠心鋳造製圧延
ロール用外層材。
【請求項８】さらに、重量％で、Bi：0.1 ％以下を含
有を含有する請求項１〜７のいずれかに記載の遠心鋳造
製圧延ロール用外層材。
【請求項９】外殻層、中間層、内層の３層構造、また
は外殻層、内層の２層構造をもつ圧延ロールにおいて、
前記外殻層が請求項１〜８のいずれかに記載の遠心鋳造
製圧延ロール用外層材からなることを特徴とする圧延ロ
ール。
【請求項10】遠心鋳造鋳型に外層材溶湯を鋳込んで圧
延ロール用外層材を製造するにあたり、前記外層材溶湯
を、重量％で、Ｃ：1.5 〜3.5 ％、Si：0.1〜2.0 ％、M
n：0.1 〜2.0 ％、Cr：５〜25％、Mo：２〜12％、Ｖ：
３〜10％、Nb：0.5 〜５％を含有し、あるいはさらに下
記第２成分の１種または２種以上を含有し、かつ〔％M
o〕／〔％Cr〕：0.25〜0.7 で、残部Feおよび不可避的
不純物からなる溶湯とし、該溶湯の鋳込み中に前記鋳型
の回転数を変動させることを特徴とする遠心鋳造製圧延
ロール用外層材の製造方法。記〔第２成分〕 Co：10％以下、Ni：５％以下、Ta：10％
以下、Ｗ：10％以下、Ti：３％以下、Ｂ：0.1 ％以下、
Bi：0.1 ％以下
【請求項11】遠心鋳造鋳型に外層材溶湯を鋳込んで外
殻層を形成し、次いで、中間材溶湯を鋳込んで中間層を
形成後、あるいは該中間層の形成を行わず、軸材溶湯を
鋳込んで内層を形成する圧延ロールの製造方法におい
て、前記外層材溶湯を、重量％で、Ｃ：1.5 〜3.5 ％、
Si：0.1 〜2.0 ％、Mn：0.1 〜2.0 ％、Cr：５〜25％、
Mo：２〜12％、Ｖ：３〜10％、Nb：0.5 〜５％を含有
し、あるいはさらに下記第２成分の１種または２種以上
を含有し、かつ〔％Mo〕／〔％Cr〕：0.25〜0.7 で、残
部Feおよび不可避的不純物からなる溶湯とし、該溶湯の
鋳込み中に前記鋳型の回転数を変動させることを特徴と
する圧延ロールの製造方法。記〔第２成分〕 Co：10％以下、Ni：５％以下、Ta：10％
以下、Ｗ：10％以下、Ti：３％以下、Ｂ：0.1 ％以下、
Bi：0.1 ％以下