JP2001340991A

JP2001340991A - 連続鋳造用ロール

Info

Publication number: JP2001340991A
Application number: JP2000162496A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yamamura; 恭山村; Shigenobu Takada; 重信高田; Keishi Matsuda; 恵嗣松田; Sachiro Emoto; 幸朗江本; Kazuyuki Takahashi; 一之高橋
Original assignee: Tokushu Denkyoku Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Tokuden Co Ltd Hyogo
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-12-11

Abstract

(57)【要約】【課題】耐ヒートクラック性、耐摩耗性、および耐食
性に優れた連続鋳造用ロールを提案する。【解決手段】心材の表面に、Ｃ：0.07％以下、Si：1.
00％以下、Mn：1.00％以下、Ｐ：0.030 ％以下、Ｓ：0.
030 ％以下、Ni：3.00〜5.00％、Cr：15.5〜17.5％、C
u：3.00〜5.00％、Mo：1.50％以下、Nb：0.30〜0.60％
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる肉盛層
を溶接により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼などの連続鋳造
設備で用いられる連続鋳造用ロールに係り、とくに耐ヒ
ートクラック性および耐摩耗性および耐食性の改善に関
する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造設備の引き抜き部あるいは冷却
支持案内部には多数のロールが配設されている。これら
ロールは、鋳片と接しない時には200 ℃程度であるが、
鋳片と接触した時には500 ℃程度まで上昇するいう熱履
歴を繰り返し受け、さらにはスケールが付着した高温鋳
片と繰り返し接触するうえ、冷却水や水蒸気にも晒され
るという過酷な環境のもとで使用されている。これらロ
ールでは損耗が激しく、ロールまたはロールを組み込ん
だセグメントを定期的に交換する必要がある。このた
め、ロールの保守費用が多大となり、ロールの寿命延長
が強く要望されていた。

【０００３】このような要望に対し、ロール材質の変更
が考えられた。連続鋳造用ロールは、当初ＳＣ材を用い
て製造されていたが、その後、高温強度を含めた強度の
増加を図るために、ＤＩＮ規格の21CrMoV511、ＪＩＳ規
格のSUS 431 などの材料が使用されてきた。さらに、最
近では、これら材料の耐摩耗性、耐ヒートクラック性を
補うために、これら材料を心材とし、心材の表面に、13
Cr-1〜4Ni 系材料を肉盛溶接することも行われるように
なってきた。また、SUH 660 系の材料を肉盛溶接するこ
とも行われている。

【０００４】しかしながら、心材の表面に、13Cr-1〜4N
i 系材料を肉盛溶接したロールであっても、耐摩耗性、
耐ヒートクラック性の観点から十分とはいえず、更なる
性能向上が求められていた。また、肉盛材としてSUH 66
0 系材料を使用すると、耐摩耗性、耐ヒートクラック性
は改善されるが、Ni含有量が高いため、材料費が高価に
なるという問題があった。

【０００５】このような問題に対し、特許第2971326 号
公報には、心材の表面にSUS 630 系のマルテンサイト系
ステンレス鋼の肉盛層を有する連続鋳造用ロールが提案
されている。SUS 630 系のマルテンサイト系ステンレス
鋼を肉盛溶接することにより、耐摩耗性、耐ヒートクラ
ック性が著しく向上するほか、耐食性の点でも優れた特
性を示すとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特許第2971326 号公報
に記載された連続鋳造用ロールは、13Cr-1〜4Ni 系材料
を肉盛溶接したロールに比べ、耐摩耗性、耐ヒートクラ
ック性が向上し、耐食性の向上に対してもある程度の効
果が認められた。しかし、最近では、ロール保守費用の
更なる削減のため、連続鋳造用ロールの更なる寿命向上
が要求されている。

【０００７】本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑
み、従来より優れた、耐ヒートクラック性、耐摩耗性、
および耐食性を有する連続鋳造用ロールを提案すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
課題を達成するため、連続鋳造ロールの寿命に影響する
要因について、さらに検討を行った。連続鋳造ロールの
寿命を延長するためには、ロールの材料特性として、水、水蒸気に晒される環境において、酸化、腐食が少
なく、耐食性に優れること、熱衝撃、熱疲労に起因したクラック（ヒートクラッ
ク）の発生が少なく、耐ヒートクラック性に優れるこ
と、スケールが付着した鋳片との繰り返し接触しても、摩
耗量が少なく、耐摩耗性に優れること、を具備すること
が要求される。このようなロールの寿命延長の観点か
ら、特許第2971326 号公報に記載された連続鋳造用ロー
ルの特性をさらに検討したところ、耐ヒートクラック
性、とくに耐食性の更なる向上が必要であることに想到
した。

【０００９】そして本発明者らは、連続鋳造用ロールの
耐ヒートクラック性、とくに耐食性の向上について、鋭
意研究した。その結果、心材表面に、SUS 630 系ステン
レス鋼を基本成分として、Nb含有量を増加するととも
に、Moを1.5 質量％以下含有させた肉盛層を形成するこ
とにより、ロールの耐ヒートクラック性、とくに耐食性
が顕著に向上することを見いだした。

【００１０】まず、本発明者らが行った基礎的実験につ
いて、説明する。0.035 質量％Ｃ−4.28質量％Ni−15.6
2 質量％Cr−3.35質量％Cu−0.10質量％Nb系肉盛材料
（材料Ａ）、および0.036 質量％Ｃ−4.26質量％Ni−1
5.79 質量％Cr−3.28質量％Cu−0.38質量％Nb−0.94質
量％Mo系肉盛材料（材料Ｂ）から、3mmt×10×30mmの試
験片を採取し、表１に示す条件で腐食試験を行い、試験
後腐食増量を測定し耐食性を評価した。また、上記した
材料ＡおよびＢから、15mmφ×5mmの試験片を採取し、
表２に示す条件で加熱冷却する熱サイクルを付与し、試
験片の表面に発生したクラックの大きさを測定し、クラ
ック最大長さで耐ヒートクラック性を評価した。それら
の結果を表３に示す。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】

【表３】

【００１４】表３から、Nb含有量を増加しMoを含有する
材料Ｂは、SUS 630 系の材料Ａに比較し、腐食増量も少
なく、クラック最大長さも短く、耐食性および耐ヒート
クラック性に優れることがわかる。本発明は、上記した
知見に基づいて完成されたものである。すなわち、本発
明は、心材の表面に肉盛層を形成してなる連続鋳造用ロ
ールであって、前記肉盛層が、質量％で、Ｃ：0.07％以
下、Si：1.00％以下、Mn：1.00％以下、Ｐ：0.030 ％以
下、Ｓ：0.030 ％以下、Ni：3.00〜5.00％、Cr：15.5〜
17.5％、Cu：3.00〜5.00％、Mo：1.50％以下、Nb：0.30
〜0.60％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からな
るマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼からなるこ
とを特徴とする耐ヒートクラック性、耐摩耗性および耐
食性に優れた連続鋳造用ロールである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の連続鋳造用ロールは、心
材の表面に肉盛層が形成されたロールである。まず、心
材の表面に形成される肉盛層の組成限定理由について説
明する。なお、以下、質量％は、単に％と記す。Ｃ：0.07％以下Ｃは、強度および耐摩耗性向上のために必要な元素であ
るが、0.07％を超えて含有すると、基地硬さが高くなり
すぎるとともに、炭化物が多量に析出して、使用時にヒ
ートクラックが発生しやすくなる。また、Ｃが0.07％を
超えて含有されると、肉盛溶接時の作業性が低下する。
このため、Ｃは0.07％以下に限定した。なお、好ましく
は0.05％以下である。

【００１６】Si：1.00％以下 Siは、脱酸剤として作用するとともに、固溶強化により
硬さを増加させる元素であるが、過剰な含有は溶接割れ
を生じやすくする。このため、Siは1.00％以下に限定し
た。なお、好ましくは0.20〜0.60％である。 Mn：1.00 Mnは、脱酸剤として作用するとともに、焼入れ性を向上
し均一なマルテンサイト組織を形成させる作用を有する
元素であるが、過剰な含有は延性、靱性および高温酸化
性を低下させる。このため、Mnは1.00％以下に限定し
た。なお、強度、靱性の観点から好ましくは0.40〜0.80
％である。

【００１７】Ｐ：0.030 ％以下Ｐは、靱性を低下させる有害な元素であり、できるだけ
低減するのが望ましいが、0.030 ％までは許容できる。
なお、好ましくは、0.015 ％以下である。Ｓ：0.030 ％以下Ｓは、Ｐと同様に、靱性を低下させる有害な元素であ
り、できるだけ低減するのが望ましいが、0.030 ％まで
は許容できる。なお、好ましくは、0.010 ％以下であ
る。

【００１８】Ni：3.00〜5.00％ Niは、固溶強化で強度を増加させるとともに、焼入れ性
を向上させ、均一なマルテンサイト組織を形成させる作
用を有する元素である。このような効果を得るためには
3.00％以上の含有を必要とするが、5.00％を超えて含有
しても効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できな
い。このため、Niは3.00〜5.00％の範囲に限定した。な
お、好ましくは、3.50〜4.50％である。

【００１９】Cr：15.5〜17.5％ Crは、高温強度、耐摩耗性、耐酸化性、耐ヒートクラッ
ク性および耐食性を向上させる元素であり、本発明で
は、所望の耐食性、耐ヒートクラック性を得るために、
15.5％以上の含有を必要とする。一方、17.5％を超えて
含有すると強度が低下する。このため、Crは15.5〜17.5
％の範囲に限定した。

【００２０】Cu：3.00〜5.00％ Cuは、高温強度を増加させるとともに、Cuを含む析出物
を介し耐食性を改善させる有効な元素であり、本発明で
は3.00％以上の含有を必要とする。一方、5.00％を超え
て含有すると溶接性が低下する。このため、Cuは3.00〜
5.00％の範囲に限定した。

【００２１】Mo：1.50％以下 Moは、高温強度を増加するとともに、耐酸化性を向上さ
せ、連続鋳造用ロールの耐食性を向上させる元素であ
る。このような効果は、0.5 ％以上の含有で顕著に認め
られ、0.5 ％以上より好ましくは1.0 ％以上含有するの
が望ましい。一方、1.50％を超える含有は、肉盛層の延
性、靱性、耐ヒートクラック性を低下させる。このた
め、Moは1.50％以下に限定した。

【００２２】Nb：0.30〜0.60％ Nbは、炭化物を形成し、肉盛層の組織を微細化し、耐食
性を向上させる効果を有する。このような効果は0.30％
以上の含有で認められるが、一方、0.60％を超えて含有
すると延性、靱性が低下し溶接割れや耐ヒートクラック
性の低下をもたらす。このようなことから、Nbは0.30〜
0.60％の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.35〜0.
45％である。

【００２３】上記した成分以外の残部は、Feおよび不可
避的不純物である。また、本発明の連続鋳造用ロールの
肉盛層は、溶接法により形成するのが好ましい。なかで
も、溶接能率が高いサブマージアーク溶接法が適してい
る。溶接の際に用いる電極の組成は、上記した組成の肉
盛層が形成できればよく、心材の希釈率を考慮して適宜
決定すればよい。溶接したのち、後熱処理と析出処理を
兼ねた熱処理を施すのが好ましい。熱処理は、610 〜63
0 ℃×４〜８hrとするのが好ましい。熱処理の温度を変
化させることにより、所望の硬さ、延性を付与できる。

【００２４】本発明では、心材の材質については、とく
に規定する必要がないが、鋳片から受ける負荷に耐える
ことができる程度以上の強度を有する材料とすることは
言うまでもない。使用される場所によって、ロールに要
求される特性レベルは変化するが、700MPa以上の引張強
さを有する溶接性良好な鋼材が望ましい。例えば、心材
として好適な材料としては、Ｃ：0.17〜0.25％、Si：0.
30〜0.60％、Mn：0.30〜0.50％、Ni：0.50％以下、Cr：
1.20〜1.50％、Mo：1.00〜1.20％、Ｖ：0.25〜0.35％、
Ｐ：0.035 ％未満、Ｓ：0.035 ％未満を含む組成を有す
る鋼材（DIN 21CrMoＶ511 ）が例示できる。

【００２５】

【実施例】表４に示す組成の心材表面に、サブマージア
ーク溶接により、肉盛溶接を行い表４に示す組成の肉盛
層を形成した。肉盛溶接後、620 ℃×８ｈの熱処理を施
し、さらに機械研削加工を施し肉盛層の厚さが３mm厚で
ある295 mmφ×1107mmの連続鋳造用ロールとした。得ら
れたロールを、連続鋳造設備の湾曲部の位置に各４本組
み込み、約5400チャージ分の鋳造を行った。鋳造が完了
したのち、取り出し、各ロールの摩耗量、およびクラッ
ク最大深さを測定した。それらの結果を表５に示す。摩
耗量は、使用後のロールの胴径をノギスにより測定しロ
ールの摩耗量とした。また、クラック最大深さは使用後
のロールを施盤でクラックがなくなるまで加工し、その
加工量をクラック最大深さとした。なお、摩耗量、クラ
ック最大深さは各ロールの平均値とした。

【００２６】

【表４】

【００２７】

【表５】

【００２８】本発明例は、連続鋳造設備という腐食性が
強く、厳しい使用環境下で使用しても、摩耗量も顕著に
少なく、またクラック深さも格段に短く、従来例にくら
べ、耐食性、耐摩耗性、および耐ヒートクラック性が著
しく向上していることがわかる。（従来例に比し、耐摩
耗性は2.1 倍となり、ヒートクラック深さは１／1.8と
なっている。）

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、耐ヒートクラック性、
耐食性および耐摩耗性に優れ、安価で長寿命の連続鋳造
ロールを得ることができ、産業上格段の効果を奏する。
なお、本発明は、内盛層が摩耗し、再び肉盛溶接して肉
盛層を再生し製品（連続鋳造用ロール）とする場合にも
適用できることはいうまでもない。

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 38/46 Ｃ２２Ｃ 38/46 (72)発明者高田重信岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者松田恵嗣岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者江本幸朗兵庫県尼崎市東難波町３丁目26番29号特殊電極株式会社内 (72)発明者高橋一之兵庫県尼崎市東難波町３丁目26番29号特殊電極株式会社内Ｆターム(参考） 4E004 LC10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】心材の表面に肉盛層を形成してなる連続
鋳造用ロールであって、前記肉盛層が、質量％で、Ｃ：0.07％以下、 Si：1.00％以下、 Mn：1.00％以下、Ｐ：0.030 ％以下、Ｓ：0.030 ％以下、 Ni：3.00〜5.00％、 Cr：15.5〜17.5％、 Cu：3.00〜5.00％、 Mo：1.50％以下、 Nb：0.30〜0.60％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるマルテ
ンサイト系析出硬化型ステンレス鋼からなることを特徴
とする耐ヒートクラック性、耐摩耗性および耐食性に優
れた連続鋳造用ロール。