JP2001247928A

JP2001247928A - 圧延用複合ロールの外層材

Info

Publication number: JP2001247928A
Application number: JP2000059933A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kubo; 修久保; Mitsuo Hashimoto; 光生橋本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2001-09-14
Anticipated expiration: 2020-03-06
Also published as: JP3927347B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐摩耗性及び耐肌荒れ性に優れた熱間或いは
冷間圧延用のロール外層材質を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：１〜３％、Ｓｉ：０．２
〜２％、Ｍｎ：０．２〜２％、Ｍｏ：０．２〜１０％、
Ｃｒ：２〜１０％、Ｖ：２〜１０％及びＭｇまたはＣａ
の１種または２種を０．００５〜０．１％含有し、残部
Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする圧延
用複合ロールの外層材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧延用複合ロール
のロール外層材質に関し、特に耐摩耗性及び耐肌荒れ性
に優れた熱間或いは冷間圧延用のロール外層材質に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、鉄鋼圧延分野においては、鋼板の
板厚精度向上や表面品質向上の要求が高く、圧延用ロー
ルに対しても、高い耐摩耗性と耐肌荒れ性が求められて
いる。これらの高品質要求に対応するロール外層材質と
しては、従来、高合金グレン鋳鉄材や高クロム鋳鉄材等
が用いられて来たが、最近では、例えば特開平８−６０
２８９号公報に開示されているような、さらに耐摩耗性
に優れたハイスロール材が適用されて来ている。

【０００３】このハイスロール材は、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，
Ｗ等の合金を多量に含有させ、非常に硬い炭化物を晶析
出させて、優れた耐摩耗性を発揮させたものであるが、
単に合金を高含有させただけでは、硬質な炭化物が不均
一に晶析出するため、極低炭素鋼（Ｃ：０．０１％以
下）等の難圧延材を圧延する際に、炭化物が集まった部
分で微小な欠け落ちが発生し、それが成長してロール表
面全体の肌荒れに至っていた。

【０００４】そこで、ハイスロール材の炭化物を微細に
晶析出させる方法については、例えば特開平８−１９９
３０５号公報に開示されているような、ＴｉやＺｒを用
いる方法が示されているが、これらの方法では晶析出す
る炭化物の形状は多角形で、そのために、圧延中に欠け
落ちしやすい形状となっており、圧延用ロール材とし
て、耐肌荒れ性が十分なものではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ハイスロー
ル材に晶析出する炭化物の内、最も硬質なＭＣ炭化物に
注目し、このＭＣ炭化物を欠け落ちしにくい球状形状と
すること、及び微細均一に晶出させることにより、耐肌
荒れ性を向上させると共に、付随して耐摩耗性について
も優れた性能を持つハイスロール材を提供するものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した問題を
解消したもので、その発明の要旨とするところは、（１）質量％で、Ｃ：１〜３％、Ｓｉ：０．２〜２％、
Ｍｎ：０．２〜２％、Ｍｏ：０．２〜１０％、Ｃｒ：２
〜１０％、Ｖ：２〜１０％及びＭｇまたはＣａの１種ま
たは２種を０．００５〜０．１％含有し、残部Ｆｅ及び
不可避的不純物からなることを特徴とする圧延用複合ロ
ールの外層材。（２）さらに、質量％で、Ｗ：０．２〜
１０％、Ｎｉ：０．１〜２％、Ｎｂ：０．２〜６％、Ｃ
ｏ：０．２〜８％、Ｔｉ：０．０１〜２％の１種または
２種以上含有する請求項１記載の圧延用複合ロールの外
層材にある。

【０００７】以下、本発明について詳細に説明する。ハ
イスロール材のミクロ組織は、一般的に硬質のＶＣを主
体としたＭＣ炭化物とＭ₆ＣもしくはＭ₇Ｃ₃炭化物及
び適度な熱処理を施してマルテンサイトとなったマトリ
ックス組織で構成されている。本発明は、この内、最も
硬質なＭＣ炭化物に注目し、ＭｇまたはＣａを単独もし
くは複合で含有させることにより、ＭｇＯやＣａＯの酸
化物を生成させ、これを核として溶湯中から直接、ＭＣ
炭化物を微細均一かつ球状に晶出させたミクロ組織を得
るものである。このハイスロール材を遠心鋳造法や連続
鋳掛け法等によって製造する圧延用複合ロールの外層材
に適用し、耐摩耗性や耐肌荒れ性を大幅に向上させるも
のである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る各化学成分
の限定理由について述べる。Ｃ：１〜３％Ｃは主として、マトリックス中に固溶されマルテンサイ
ト相を生成する。また、さらに、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｖ，Ｗ等と結合して種々の炭化物を形成する。しかし、
１％未満であると炭化物量が少なく、耐摩耗性が得られ
ない。また、逆に３％を超えると、粗大な炭化物が形成
され、靱性の低下や肌荒れの原因となる。従って、その
範囲を１〜３％とする。

【０００９】Ｓｉ：０．２〜２％Ｓｉは脱酸作用を目的として添加する。しかし、０．２
％未満であるとその効果が不十分であり、逆に、２％を
超える添加は靱性を低下させるため、その範囲を０．２
〜２％とする。Ｍｎ：０．２〜２％Ｍｎは脱酸、脱硫作用を目的として添加する。しかし、
０．２％未満であるとその効果が不十分であり、また、
２％を超えると靱性を低下させるため、その範囲を０．
２〜２％とする。

【００１０】Ｃｒ：２〜１０％Ｃｒはマトリックス中に固溶されて焼入れ性を高めると
共に、Ｃと結合して炭化物を形成する。しかし、２％未
満だと炭化物量が少なく、耐摩耗性が低下し、逆に、１
０％を超えると、粗大な炭化物が形成され、靱性の低下
や肌荒れを招く。従って、その範囲を２〜１０％とす
る。Ｍｏ：０．２〜１０％ＭｏもＣｒと同様に、マトリックス中に固溶されて基地
を強化すると共に、Ｃと結合して炭化物を形成する。従
って、基地強化のためには、最低０．２％以上の含有が
必要であるが、１０％を超えると粗大炭化物が形成され
靱性が低下する。また、遠心鋳造法で１０％を超えた場
合、層状偏析が発生する。従って、その範囲を０．２〜
１０％とする。

【００１１】Ｖ：２〜１０％ＶはＣと結合してＭＣ炭化物を形成する重要な元素であ
る。しかし、２％未満では炭化物量が不十分で耐摩耗性
が確保できず、１０％を超えると、ＭＣ炭化物が粗大化
し過ぎてやはり靱性の低下に繋がる。また、遠心鋳造法
で製造する場合にはＶＣ炭化物の比重が溶湯よりも軽い
ために分離して偏析の原因となる。従って、その範囲を
２〜１０％とする。

【００１２】Ｍｇ，Ｃａ：０．００５〜０．１％Ｍｇ，Ｃａは、本発明の圧延用ロールの耐肌荒れ性向上
に最も寄与する元素である。Ｍｇ及びＣａは、脱酸や脱
硫作用の強い元素であり、ＭｇＯやＣａＯの酸化物を生
成し、これが溶湯中に懸濁されて核となり、ＭＣ炭化物
を初晶として微細均一に晶出させる。また、その理由は
明らかでないが、球状黒鉛鋳鉄の黒鉛がこれらの元素の
添加によって球状化されるのと同様の現象と予測される
作用によって、晶出するＭＣ炭化物が球状となることを
見出した。Ｍｇ，Ｃａの単独の量、または両者の合計量
が０．００５％以上でその効果が認められる、しかし、
０．１％を超えてはその効果が飽和すると共に、Ｍｇ合
金やＣａ合金の大量の添加は溶湯との反応が激しいため
に作業的に危険である。従って、Ｍｇ，Ｃａの単独の
量、または両者の合計量の範囲を０．００５〜０．１％
とする。

【００１３】本発明材の基本成分は、上記の通りである
が、適用を対象とするロールのサイズ、要求されるロー
ルの使用特性等により、その他の化学成分として、上記
した本発明の化学成分に加えて、以下の種々の化学成分
を適宜選択元素として含有してもよい。Ｗ：０．２〜１０％ＷはＭｏと同様にマトリックス中に固溶されて基地を強
化すると共に、Ｃと結合して炭化物を形成する。基地強
化のためには、最低０．２％以上の含有が必要である
が、１０％を超えると粗大炭化物が形成され靱性が低下
する。また、遠心鋳造法で１０％を超えた場合、層状偏
析が発生する。なお、Ｗの添加有無の選択については、
例えば使用特性上の耐摩耗性や耐クラック性等を考慮
し、その添加の要否を適宜判断するとよい。

【００１４】Ｎｉ：０．１〜２％Ｎｉはマトリックス中に固溶され、基地のオーステナイ
トを安定化して焼入れ性を向上する。そのため、０．１
％以上の少量を含有させるが、２％を越えて含有させた
場合、オーステナイトが安定化しすぎてオーステナイト
の残留を来して、硬度の確保が困難になったり、圧延使
用中の変形等を起こすことがある。なお、前記Ｎｉ添加
の選択有無については、例えば製造を対象とする圧延ロ
ールのサイズ、硬度等を考慮し、その添加の要否を適宜
判断するとよい。

【００１５】Ｎｂ：０．２〜６％ＮｂはＶと同様にＣと結合して高硬度のＭＣ炭化物を形
成する。また、遠心鋳造法で製造する場合には、ＶＣ炭
化物の偏析を軽減させる効果をもっている。０．２％未
満ではその効果は不十分であり、６％を越えて含有させ
た場合、ＭＣ炭化物が粗大化しすぎて靱性の低下に繋が
る。なお、Ｎｂ添加の選択有無については、例えば、遠
心鋳造する際のＶの添加量に応じた内面偏析の軽減等を
考慮し、その添加の要否を適宜判断するとよい。

【００１６】Ｃｏ：０．２〜８％Ｃｏはその殆どがマトリックス中に固溶され基地を強化
する。そのため、高温での硬度及び強度を向上させる作
用を有している。しかし、０．２％未満ではその効果は
不十分であり、８％を越えてはその効果が飽和するた
め、経済性の観点からも８％以下が望ましい。なお、Ｃ
ｏ添加の選択有無については、例えば、使用特性上の高
温硬度や摩擦係数低減等を考慮し、その添加の要否を適
宜判断するとよい。

【００１７】Ｔｉ：０．０１〜２％ＴｉはＣと結合して高硬度のＭＣ炭化物を形成する。ま
た、ＮやＯと反応して窒化物や酸化物を生成する。この
酸化物はＭｇやＣａと同様にＭＣ炭化物の核生成物質と
なり、炭化物の球状化効果は持たないものの微細化効果
を有する。しかし、０．０１％未満ではその効果は不十
分であり、２％を越えて含有してもその効果が飽和し、
作業的にも溶湯流動性を低下させるために鋳造が困難と
なる。なお、Ｔｉ添加の選択有無については、例えば、
炭化物の微細均一化をさらに発揮させる必要がある場合
等に、その添加の要否を適宜判断するとよい。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を従来材及び比較例と
ともに説明する。（実施例１）高周波誘導炉にて溶解した後、表１に示す
化学成分の溶湯を、遠心鋳造機で高速回転させている外
径２５０ｍｍ、内径１８０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒
金型内に注入し、外径１７４ｍｍ、肉厚３５ｍｍ、長さ
３００ｍｍのスリーブを鋳造した。なお、前記試験材の
製造において、表１に示す本発明例であるＡ〜Ｐ材及び
比較例であるＳ〜Ｖ材についての溶湯へのＣａ，Ｍｇの
添加については、炉から出湯後の溶湯に、取鍋にてＣａ
−Ｓｉ合金やＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を添加した。このよ
うにして製造されたスリーブを１０００℃からの焼入れ
処理とさらに５００〜５５０℃の焼戻し処理を施した
後、図１に示す要領でミクロ組織試験片及び回転摩耗試
験片を採取した。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１に示す化学組成としては、Ａ〜Ｐは本
発明例であり、Ｑ，Ｒは従来例であり、また、Ｓ〜Ｖは
比較例である。その各試験材でのミクロ組織の結果を図
２によって模式図をもって示す。すなわち、図２（ａ）
は遠心鋳造試験機で製造したスリーブから採取した材料
の金属組織の模式図である。この図２（ａ）に示すよう
に、スリーブ表面より１０ｍｍ深さ位置のミクロ組織を
本発明例（代表例としてＩ相）と図２（ｂ）に示す従来
例（代表例としてＱ材）で比較して示した。この図２
（ｂ）から従来例の組成Ｑ材の化学成分のものでは、そ
のミクロ組織は、最も硬質なＭＣ炭化物が結晶粒界のみ
に殆ど晶出し、全体的な均一化が図られていないことが
明らかである。また、一部にマトリックス内にも一部の
その晶出が認められるが、形状は不規則な多角形となっ
ている。これに対して、本発明例のＩ材のものは、ＭＣ
炭化物がマトリックス内も含め均一、かつ微細に晶出し
ており、また、その形状も不均則に角張った所がなく、
球状に近い形状で晶出していることが明らかである。

【００２１】次に、図３に示す回転摩耗試験機を用い
て、比較試験を行った。すなわち、相手材：ＳＵＳ３０４試験温度：常温線荷重：６０Ｎ／ｍｍすべり率：１０％回転数：５×１０⁴回の条件で試験を行い、試験前後の摩耗減量及び試験後の
表面粗度を測定した。

【００２２】図４は本発明材及び従来材の回転摩耗試験
による摩耗減量の測定結果を示す図である。また、図５
は本発明材及び従来材の回転摩耗試験後の表面粗度の測
定結果を示す図である。この図４及び図５から明らかな
ように、本発明材は従来材に比較し、いずれもその摩耗
減量が少なく、また、耐肌荒れ性の評価の指標となる表
面粗度も小さくなっている。また、比較材の化学成分
は、本発明材の特徴とするＣａ、Ｍｇの量が本発明材と
比べ低いものと、高いものであり、そのため低いＳ，Ｔ
材のものでは、その添加の効果が不十分なため、従来材
と変わらない摩耗減量と表面粗度となっている。

【００２３】一方、高いＵ，Ｖ材のものでは、本発明材
と同等の摩耗減量と表面粗度となっているが、本発明材
を超える結果は得られず、効果が飽和してきている。こ
のように、高いＣａ，Ｍｇの添加は、添加時の安全性確
保の点から好ましくない。以上、各種の試験結果によ
り、本発明材は、実際の圧延ロールに適用した場合、そ
の目的とする耐摩耗性と耐肌荒れ性の作用、効果を十分
に奏することが明らかとなり、続いて、実際の圧延ロー
ルに適用した結果について説明する。

【００２４】（実施例２）低周波誘導炉を用いて溶解し
た外層溶湯に、出湯後取鍋にてＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を
添加して、表２に示す本発明の化学組成のものを、熱間
圧延用ロールの用途として、下記の通り製造した。すな
わち、上記化学組成の溶湯を傾斜角２０度の遠心鋳造機
に組み込んだ内径８００ｍｍ、長さ２０００ｍｍの回転
鋳型内に注入した。さらに、適正な待ち時間を経た後、
内層用材料として表２に示す化学組成のダクタイル鋳鉄
を数度に分けて注入した。次に、このロールを冷却・遠
心鋳造鋳型から解体後、粗削加工を行い、１０００℃の
焼入れと５００〜５５０℃で数回の焼き戻し処理を実施
した後、仕上げ加工を行った。その後、超音波探傷を行
い、欠陥のない健全なロールであることを確認した。ま
た、ロール胴部の表面ミクロ組織を確認し、図６に本発
明の実施により製造したロールの胴部中央における金属
組織の顕微鏡写真（１００倍）を示す。この図からも、
硬質なＭＣ炭化物が球状で微細均一に晶出されているこ
とが確認できる。

【００２５】

【表２】

【００２６】（実施例３）高周波誘導炉を用いて溶解し
た外層溶湯に、出湯時Ｃａ−Ｓｉ合金を添加して、表３
に示す本発明の化学組成とした。この溶湯を、鋳造製芯
材のまわりに配された耐火枠内に注入する連続肉盛鋳造
により、胴径６５０ｍｍ、長さ２０００ｍｍの複合ロー
ルを製造した。このロールを冷却後粗削加工を行い、１
０００℃の焼入れと５００〜５５０℃で数回の焼戻し処
理を実施した後、仕上げ加工を行った。このように、本
発明材を他の製造方法での適用可否を実証するため、ロ
ールを連続肉盛製造により製造した結果、本発明材が適
用可能であることを確認した。

【００２７】

【表３】

【００２８】すなわち、実施例２と同様に、仕上げ加工
後超音波探傷を行い、欠陥のない健全なロールであるこ
とを確認した。また、胴部の表面ミクロ組織を確認し、
図７に本発明の他の実施により製造したロールの胴部中
央における金属組織の顕微鏡写真（１００倍）を示す。
この図に示すように、やはり硬質なＭＣ炭化物が球状で
微細均一に晶出していることを確認した。なお、前記の
実施例２及び３で製造したロールは、外層材とロール軸
材とが溶着一体化した複合ロールであるが、本発明材の
用途としては、これに限定されるものではない。例え
ば、遠心鋳造法により本発明材の化学成分からなるスリ
ーブを製作し、その後別途作製した、例えば鋼製のロー
ル軸に取り付け、一体型の圧延用ロールとすることも可
能である。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の組成からな
る材料を外層材として圧延用複合ロールを使用すること
により、硬質のＭＣ炭化物の球状化と微細均一化によ
り、耐肌荒れ性と耐摩耗性の大幅な向上が可能となり、
圧延ロールの長寿命化が図れる。また、ロール性能の向
上による圧延製品の品質改善にも大幅に寄与する効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】遠心鋳造試験機で製造したスリーブから、金属
組織試験片及び回転摩耗試験片を採取する要領を示す図
である。

【図２】遠心鋳造試験機で製造したスリーブから採取し
た材料の金属組織の模式図である。

【図３】回転摩耗試験機の構成を示す図である。

【図４】本発明材及び従来材の回転摩耗試験による摩耗
減量を示す図である。

【図５】本発明材及び従来材の回転摩耗試験後の表面粗
度を示す図である。

【図６】本発明の実施により製造したロールの胴部中央
における金属組織の顕微鏡写真（１００倍）である。

【図７】本発明の他の実施により製造したロールの胴部
中央における金属組織の顕微鏡写真（１００倍）であ
る。

【符号の説明】

１スリーブ２ミクロ組織試験片３回転摩耗試験片４基地（マルテンサイト）５ＭＣ炭化物６Ｍ₇Ｃ₃炭化物７相手片（ＳＵＳ３０４）８試験片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｃ 37/06 Ｃ２２Ｃ 37/06 Ｚ 37/08 37/08 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：１〜３％、Ｓｉ：０．２〜２％、Ｍｎ：０．２〜２％、Ｍｏ：０．２〜１０％、Ｃｒ：２〜１０％、Ｖ：２〜１０％及びＭｇまたはＣａの１種または２種を０．００５〜
０．１％含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる
ことを特徴とする圧延用複合ロールの外層材。
【請求項２】さらに、質量％で、Ｗ：０．２〜１０％、Ｎｉ：０．１〜２％、Ｎｂ：０．２〜６％、Ｃｏ：０．２〜８％、Ｔｉ：０．０１〜２％の１種または２種以上含有する請求項１記載の圧延用複
合ロールの外層材。