JP2000309841A

JP2000309841A - 熱間圧延用複合ロール

Info

Publication number: JP2000309841A
Application number: JP11308699A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kubo; 修久保; Teruyoshi Hiraoka; 照祥平岡; Mitsuo Hashimoto; 光生橋本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2000-11-07

Abstract

(57)【要約】【課題】熱間圧延用ロールにおいて耐摩耗性、耐肌荒
れ性を兼備した高性能ロールを提供し、長時間の連続操
業による生産性の向上を計る。【解決手段】鋳鋼又は鍛鋼からなる芯材の周囲に連続
鋳掛け法にて外層を形成してなる熱間圧延用複合ロール
において前記外層材の成分を重量比で、Ｃ：１．０〜
２．０％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、
Ｖ：３．０〜１０．０％、Ｃｒ：３．０〜１０．０％お
よびＭｏ、Ｗの１種または２種以上を２．０％以上含有
し、下記式によるＣバランス（Ｃｂａｌ）を０．５０％
以下とし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、鋳
造後晶出炭化物の平均粒径を１５μｍ以下とした材料か
らなり、ロール表面のショア硬さが７５以上であること
を特徴とする熱間圧延用複合ロール。Ｃｂａｌ＝Ｃ−（０．１９３Ｖ＋０．０１５Ｃｒ＋０．
００９Ｍｏ＋０．００３Ｗ）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼の圧延におい
て特に熱間圧延に用いられるワークロールに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】耐摩耗性に優れたロール材として近年、
Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗを多量に含有した白鋳鉄が採用され
るところとなった。とりわけ特許国際公開Ｗ０８８／０
７５９４もしくはてＷ０９１／１９８２４号公報に示さ
れた連続鋳掛け方法によるロールは良好な耐摩耗性を発
揮し、ホットストリップ仕上圧延用ワークロールとして
普及した。このロールはそれまで使用されていた既存の
材質、すなわち高クロム鋳鉄もしくは高合金グレン鋳鉄
ロールに比べ耐摩耗性・耐肌荒れ性及び強靱性が向上
し、特に耐摩耗性において５倍以上の著しい性能向上が
図られた。この結果、この種のロールを使用した圧延操
業においては製品圧延長さ（すなわち、最後段圧延機で
の圧延長さ）で約５０ｋｍにてロールを交換していたの
に対し、ロールを組替えることなく連続して圧延が可能
となり、仕上げ前段圧延機では全面的に既存ロールから
切り替わった。

【０００３】また、従来の遠心鋳造法によりこの種の材
質で製造するに際し、特にＶ炭化物の遠心分離による偏
析を抑制し、耐摩耗性、耐クラック性及び研削性を兼備
するための方策として含有するＶとのバランスをとって
Ｎｂを添加し、さらに炭化物及び基地組織を限定したロ
ールが特開平５−３３９６７３号公報に開示されてい
る。しかしながら、いずれも耐摩耗性を向上する目的で
大きな非粒状の炭化物、具体的にはＣｒ₇Ｃ₃あるいは
Ｍ₂Ｃ炭化物を生成させているため、長時間の連続圧延
において、これらが欠け落ち、ロール表面の粗度を増大
させ、圧延製品の表面を損傷し、連続して圧延する量を
増大させることができなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ホットストリップ仕上
げ圧延用ワークロールにおいて、これを長時間の連続圧
延において使用しても圧延製品を損傷せず、良好な製品
表面を安定して提供する高性能ロールを供給するととも
に生産性が高く経済的な圧延方法を提供するものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、鋳鋼又は、鍛鋼からなる芯材の周囲に連続鋳掛け
法にて外層を形成してなる熱間圧延用複合ロールにおい
て前記外層材の成分を重量比で、Ｃ：１．０〜２．０
％、Ｖ：３．０〜１０．０％、Ｃｒ：３．０〜１０．０
％およびＭｏ、Ｗの１種または２種以上を２．０％以上
含有し、Ｃバランスを０．５０％以下とし残部Ｆｅおよ
び不可避的不純物からなり、晶出炭化物の平均粒径を１
５μｍ以下とした材料からなり、ロール表面のショア硬
さが７５以上であることを特徴とする圧延用ロールを提
供するものである。

【０００６】まず、本発明材の金属組織について述べ
る。まず耐摩耗性と耐肌荒れ性を併せて向上させるため
炭化物は硬くて粒状のものが望ましく、ＭＣ型炭化物を
主体に使用する。特に本発明を適用するホットストリッ
プ仕上圧延において長時間連続して圧延を行った場合、
炭化物が大きかったり、多量に凝集した炭化物は使用中
に高温の圧延製品との接触により繰り返し受ける熱負荷
及び機械的負荷により剥離し、これが欠落ちてロール表
面の粗度を大きくし、その結果圧延製品を損傷する。こ
れを防止するため、粗大な炭化物の生成、もしくは炭化
物の凝集を抑制しなければならない。

【０００７】図１にホットストリップ仕上げ圧延機にお
いて使用したロールの炭化物の平均粒径と圧延製品の表
面粗度の関係を示す。従来は炭化物の平均粒径が１５μ
ｍを超えるロールを使用していたため圧延製品の表面粗
度はＲｍａｘで平均１０μｍであった。炭化物の平均粒
径を１５μｍ以下に限定した場合は圧延製品はＲｍａｘ
５〜８μｍと良好な表面粗度を示し、この値は長時間圧
延しても変わらず極めて有用なことがわかった。ここで
炭化物の平均粒径は４００倍の顕微鏡組織写真にて、６
０ｍｍ×９０ｍｍ視野における大きなものより１０個の
炭化物を選び、その面積を測定し相当する等価円の直径
の平均値を採用した。この際、凝集して複数の炭化物が
密集して晶出するＦ₃Ｃ，Ｍ₇Ｃ₃，Ｍ₂Ｃ（Ｍ₆Ｃ）
の炭化物の場合はこれらを一つの炭化物として外挿して
測定した（たとえば図３における破線部）。

【０００８】また、図２に示した使用後のロール表面の
粗度では従来ロールの場合は製品圧延長さで１００ｋｍ
を超えると粗度が増加するが、本発明のロールにおいて
は長時間圧延を行っても粗度の増加は極めて少なく、従
来ロールに比べ小さいものであった。なお、図１、図２
ともに６基の仕上圧延機列を有するホットストリップ仕
上圧延において熱および機械的負荷の両方が厳しい入側
から３番目の圧延機において試験したものである。一
方、耐摩耗性を向上させるため硬くすることが不可欠で
あり、ショア硬度７５以上にある必要があり、このため
に基地組織は最も硬いマルテンサイトもしくはそれに準
じて硬いベイナイト組織とし、これを熱間圧延に供した
際に温度上昇に伴い組織が変態しないように予め高温に
て焼戻しを実施して組織を安定にして良好な性能を常に
発揮させる。

【０００９】ここで化学成分を限定した理由を以下に述
べる。Ｃはロールの性能に直接影響する硬さを得るため
に最も重要な元素である。Ｃ量が１．０％より少ないと
耐摩耗性および耐肌荒れ性を向上させるために有効な硬
い炭化物の晶析出が少なく、さらに基地に固溶するＣが
不足し、焼き入れによっても十分な基地硬さが得られな
くなると同時に、合金添加の効果を十分発揮できず耐摩
耗性が著しく劣化し向上が望めない。一方、２．０％を
越えると脆い炭化物の晶出量が増加し、特に粗大な炭化
物が凝集して結晶粒界に晶出し、前述のとおり圧延中に
これが表層から剥離し圧延製品を損傷し使用に耐えない
ためこれを上限とした。

【００１０】Ｖは優先的にＣと結合し、前記既存ロール
に認められるセメンタイト（Ｆｅ₃Ｃ）やクロム炭化物
（Ｃｒ₇Ｃ₃）に比べ極めて硬く粒状のＭＣ型炭化物、
すなわちＶＣ炭化物を晶出し耐摩耗性を向上させるため
に極めて有用な元素である。また本発明においては晶出
炭化物の平均粒径を１５μｍ以下に限定することが大き
な特徴であり、微小で粒状に晶出し、かつ極めて硬いＶ
Ｃ炭化物を積極的に利用することが不可欠である。ま
た、ＶＣ炭化物は溶湯より優先的に初晶として晶出し、
凝固組織を決定する理由からもＶは重要な元素であり、
その含有量はＣとの関係で選択される。

【００１１】本発明のＣ：１．０〜２．０％の範囲では
３．０％未満ではＶＣ炭化物が晶析出せず、耐摩耗性を
向上させ得ないため下限とした。一方、１０％以上では
前記のとおり初晶の炭化物が多量に晶出し、材料強度を
損なうとともに炭化物が粒界に偏析して、これが圧延使
用中に欠け落ち耐肌荒れ性を損なうためこれを上限とし
た。

【００１２】Ｃｒは単独ではＣと結合しＣｒ₇Ｃ₃炭化
物として結晶粒界に網目状に多量に凝集して晶出するた
め、これを生成させないため１０％以下に限定して含有
させる。また、Ｍｏ，Ｗとともに硬いＭ₂Ｃ型の共晶炭
化物を形成することがあるが、後述するとおりその晶出
量を限定する必要がある。一方、Ｃｒは基地組織にも固
溶し焼き入れにより硬さを向上させ、さらに焼戻しにお
いて析出硬化を促進するために有用な元素であり、その
効果を発揮するためには３．０％以上含有することが必
要であり、これを下限値として採用した。

【００１３】ＭｏおよびＷは主として硬いＭ₂Ｃ型の共
晶炭化物を形成し耐摩耗性を向上させるもので、前記開
示特許においては積極的に用いられていた。この炭化物
は棒状に結晶粒界に晶出する。この点、前述の凝集して
晶出するＦｅ₃ＣやＣｒ₇Ｃ ₃炭化物ほど著しく有害で
はないが、複数の炭化物が密集して晶出した場合は、結
果的に大きな炭化物とみなされ、これが欠け落ちるため
晶出量を少量に抑制することが不可欠であり、実用的に
は組織に占める面積比で３％以下とすることが望まし
い。なお、本発明材においては鋳造時に晶出したＭ₂Ｃ
型炭化物はその後の熱処理工程を経てＭ₆Ｃ型炭化物に
なる。

【００１４】一方、ＭｏはＣｒと同様一部が基地組織に
も固溶し焼き入れにより硬さを向上させ、さらに焼戻し
において析出硬化を促進し、Ｗも一部が基地組織にも固
溶し高温での強度及び硬さを向上するため、熱間圧延に
供した場合、耐摩耗性を向上させる作用を有しており、
その効果が現れるためには１種または２種を２％以上含
有することが必要であり、前記晶出炭化物の量を考慮し
た場合、望ましくは両元素の総量が４％以上１５％以下
である。

【００１５】ここでＣバランス（Ｃ）を限定した理由を
のべる。本発明は炭化物の平均粒径を１５μｍ以下にす
ることを最大の特徴の一つとしており、このために図３
に示すとおり式Ｃｂａｌ＝Ｃ−（０．１９３Ｖ＋０．０
１５Ｃｒ＋０．００９Ｍｏ＋０．００３Ｗ）を用いたＣ
バランスを０．５％以下とすることにより達成される。
本式は本発明材において粒状に晶出するＭＣ型炭化物の
晶出をＶに加え他の炭化物形成元素を考慮して見出した
ものであり、併せて他の非粒状炭化物、すなわちＭ₂Ｃ
（Ｍ₆Ｃ）、Ｍ₇Ｃ₃型炭化物の晶出を制限する指標と
して有効である。その結果、前記のとおり炭化物の平均
粒径を１５μｍ以下にすることが可能となる。なお、下
限については硬さを確保するために基地組織へのＣの固
溶も不可欠であり０％以上が望ましい。

【００１６】Ｎｉは０．２％程度以上を添加すると焼き
入れ性を向上させる効果を有する。直径の大きいロール
など大きい硬化深度が要求される場合にはその要求に応
じて添加するとよい。しかし多量に添加すると残留オー
ステナイトが過剰となりかえって高硬度が得られなくな
るため５％以下の範囲で用いることも有効である。Ｃｏ
は０．５％程度以上添加すると高温使用下で基地の硬さ
と強度を向上させるもので、特に熱間圧延用のロールに
は１０％以下の範囲で用いることも有効である。

【００１７】Ｓｉ，Ｍｎは本発明を特徴ずける必須のも
のではないが、ともに脱酸効果ならびに溶湯の流動性を
高める観点から各々２％以下の一般の高速度鋼に含まれ
ている量を含有させるが、これらは本発明による効果に
対して何等影響を及ぼすものではない。Ａｌ，Ｔｉ，Ｚ
ｒ，はＭＣ型炭化物の晶出核を生成し、炭化物の大きさ
を減少し且つ分散晶出させる効果があり、この目的で添
加されても本発明の効果を損なうものではない。

【００１８】次に製造方法について述べる。まず本発明
の化学成分からなる溶湯を耐火枠と芯材との間に注入し
て誘導加熱を行い、ついで該耐火枠の下方に設けた水冷
モールドで前記溶湯を凝固して外層部を形成し、しかる
後、一体となった外周部と芯材を順次下方へ引出して複
合ロールを製造する。これにより、本発明材の理想的な
鋳造組織となり、かつ他法に比べ極めて緻密な組織が得
られるものである。

【００１９】次に本発明の基地組織を達成するための熱
処理について述べる。前述のとおり、本発明において
は、まず焼き入れにより基地組織をマルテンサイトもし
くはベイナイトとする必要がある。そこで熱処理炉にて
ロール全体を約１０００℃に加熱し一定時間保持した
後、大気中もしくは衝風にて常温近くまで冷却すること
により焼き入れ硬化する。もちろん、焼き入れ時に割れ
が発生しない範囲で冷却速度を高めてもよく、本発明の
効果を損なうものではない。

【００２０】しかしながら、焼き入れにより生成された
マルテンサイトもしくはベイナイトは非常に硬いが、高
温では不安定な組織であるため、特に熱間圧延に供する
本発明においては、使用中に高温に加熱され別の組織に
不均一に変態し望ましくない。そこで、焼き入れ後は引
き続き５００℃以上で焼戻しを実施し、析出硬化作用と
適度の靱性を付与するとともに焼き入れにより生じた大
きな残留応力を低減させ、耐事故性を向上させることが
不可決である。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例として表１に示す化学成分に
て連続鋳掛け法にて鋳造し、前記熱処理を施した後、ホ
ットストリップ仕上げ圧延に供した。ロールは外径８５
０ｍｍ、胴長１．８４０ｍｍ、全長５．７５０ｍｍのロ
ールを製造した。なお、新製時の外層厚みは平均６５ｍ
ｍとした。また比較例として前記従来例として示した特
許に開示されたロール、及び類似ロールを示した。

【００２２】

【表１】

【００２３】以下、実際の圧延試験での評価結果を詳述
する。ロール性能の評価は前記と同様入側３番目の仕上
圧延機にて使用して行った。耐摩耗性はロールの直径が
１ｍｍ消耗する間に圧延できた製品重量で表した。圧延
量は研削をせず連続して圧延した製品の長さの累計であ
る。また、ロール粗度は圧延終了後の表面の粗度を示し
た。

【００２４】まず、Ｎｏ１に記載のものはＷ０８８／０
７５９４号公報に開示されたこの種の最も一般的なロー
ルであるが、前述のとおりＭＣに加えＭ₂Ｃ炭化物が多
量に晶出しており、図５（ａ）に示す顕微鏡組織写真
（倍率４００）および図５（ｂ）に示す平均粒径を測定
した炭化物のように、炭化物の平均粒径が１７．４μｍ
と大きく、非粒状のＭ₆Ｃ炭化物も３．０％と多量に晶
出している。このため、圧延使用後のロール表面粗度も
４５μｍと大きくなっており、圧延終了直前の１０コイ
ルの製品表面粗度は約Ｒｍａｘ１０μｍであり向上が望
まれる。

【００２５】Ｎｏ２に記載のものＷ０９１／１９８２４
号公報に開示されたロールであるが、Ｃｏの添加により
耐摩耗性は向上しているものの基本的にはＮｏ１と同様
に、Ｍ₂Ｃ炭化物の多量晶出により製品品質を阻害して
おり、更なる向上が望まれる。Ｎｏ３に記載のものは特
開平５−３３９６７３号公報に開示された遠心鋳造法に
よるもので、偏析をなくすためＮｂを添加している。し
かしながら、凝固組織そのものが大きく、かつ凝集して
多量に晶出しており、ロール表面肌が著しく悪く、大量
圧延には全く耐えることができなかった。また基地組織
をベイナイトに限定していることもあって、耐摩耗性に
おいても満足できるものではなかった。

【００２６】一方、図４に示す本発明に係るＮｏ４の顕
微鏡組織写真（倍率４００）および図４（ｂ）に示す平
均粒径を測定した炭化物の図のように、ＭＣ炭化物の晶
出も少なく、しかも炭化物の平均粒径も少なく、本発明
例であるＮｏ４、Ｎｏ５、Ｎｏ６及びＮｏ７はいずれも
良好な耐摩耗性を発揮するとともに、長時間の連続圧延
においても良好なロール表面肌を維持し、特に圧延製品
の品質において著しい改善が認められた。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば耐摩耗
性、耐肌荒れ性を兼備した高性能ロールを供給すること
ができ、長時間の連続操業による生産性の向上が可能と
なり、さらに圧延製品の著しい品質向上がなされ、工業
的に大きな価値を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ホットストリップ圧延における製品表面粗度と
ロールの平均炭化物粒径との関係を示す図。

【図２】ホットストリップ圧延における圧延量とロール
表面粗度の関係を示す図。

【図３】本発明材におけるＣバランスと平均炭化物粒径
の関係を示す図。

【図４】本発明材における代表的（表１のＮｏ４）顕微
鏡組織写真（倍率４００）および平均粒径を測定した炭
化物の図。

【図５】従来材の代表的（表１のＮｏ１）顕微鏡組織写
真（倍率４００）および平均粒径を測定した炭化物の図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本光生福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本製鐵株式会社エンジニアリング事業本部内Ｆターム(参考） 4E016 AA03 CA08 DA03 EA02 EA22 FA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳鋼又は鍛鋼からなる芯材の周囲に連続
鋳掛け法にて外層を形成してなる熱間圧延用複合ロール
において前記外層材の成分を、重量比で、Ｃ：１．０〜２．０％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｖ：３．０〜１０．０％、Ｃｒ：３．０〜１０．０％およびＭｏ、Ｗの１種または２種以上を２．０％以上含
有し、下記式によるＣバランス（Ｃｂａｌ）を０．５０
％以下とし残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、鋳
造後、晶出炭化物の平均粒径を１５μｍ以下とした材料
からなり、ロール表面のショア硬さが７５以上であるこ
とを特徴とする熱間圧延用複合ロール。Ｃｂａｌ＝Ｃ−（０．１９３Ｖ＋０．０１５Ｃｒ＋０．
００９Ｍｏ＋０．００３Ｗ）
【請求項２】重量比で、Ｎｉ：０．２〜５．０％含有
したことを特徴とする請求項１記載の熱間圧延用複合ロ
ール。
【請求項３】重量比で、Ｃｏ：０．５〜１０．０％含
有したことを特徴とする請求項１または２記載の熱間圧
延用複合ロール。