JP2002331344A

JP2002331344A - 熱間圧延用ロールの製造方法

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Publication number: JP2002331344A
Application number: JP2001133715A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ichino; 健司市野; Takaaki Toyooka; 高明豊岡
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-19
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP4254075B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ラミネーション偏析の発生を防止した遠心鋳
造製熱間圧延ロール用外層材の製造方法を提案する。【解決手段】鋳型表面に厚み１〜５mmの耐火物層を形
成した鋳型とし、外層材溶湯の鋳込み温度を（固相温度
＋ 160℃）〜（固相温度＋ 400℃）の範囲とし、溶湯の
鋳込み中に、鋳型の回転数を、遠心力が重力倍数で160
〜200 Ｇとなるように調整して遠心力鋳造する。外層材
溶湯をＣ：1.5 〜４％、Cr：１〜30％、Mo：0.5 〜10％
を含む組成とすることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠心鋳造製熱間圧
延ロール用外層材の製造方法および遠心鋳造製熱間圧延
用ロールの製造方法に係り、とくに、ラミネーション偏
析、チル品等の組織不均一の発生防止と組織粗大化によ
る肌荒れの防止に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼圧延用ロールでは、そのロール外層
（被圧延材と接触する円筒状部分、すなわち圧延作業
層）は、製造コスト低減や省エネルギーの観点から、軸
心を中心にして回転する鋳型に溶融金属を鋳込む、いわ
ゆる遠心鋳造法により製造するのが有利である。

【０００３】しかし、遠心鋳造された熱延用ロールで
は、図２に示すように、ロールの外殻層１内に、デンド
ライトの濃化部（デンドライト濃化層２）と硬質な炭化
物の濃化部（炭化物濃化層３）とが交互に積層された形
態の、半径方向に帯状あるいは斑状の層をなすバンド状
偏析（以下、ラミネーション偏析ともいう）が形成され
る。これらの濃化層はロール外殻層内に１〜６本程度生
じる。

【０００４】このようなラミネーション偏析は、圧延中
の磨耗や肌損傷に応じて幾度も研削されるロール表面に
偏析模様となって現出し、偏摩耗や肌荒れ等を発生させ
る原因となる。とくに仕上げミル最終スタンドにラミネ
ーション偏析が存在するロールを使用すると、その偏析
模様が被圧延材の表面に転写して圧延製品の表面品質を
低下させる。

【０００５】このような問題に対し、特許第2778896 号
公報には、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
〜40mm／分に管理し、ロール外殻層組織を微細かつ均一
にする遠心鋳造方法が提案されている。特許第2778896
号公報に記載された技術によれば、遠心鋳造製ロール外
殻層組織を微細かつ均一にすることにより、耐肌荒れ
性、耐クラック性が向上するとされる。しかしながら、
特許第2778896 号公報に記載された技術では、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殻層表
面に２枚皮欠陥やスパッタ状欠陥が生じやすく、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℃と低いため、溶湯の流動性を確保することが困
難であり安定した操業を行うことが難しいという問題が
あった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】熱延ロール用外層材を
遠心鋳造法で製造すると、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、溶湯との比重差で遠
心分離する。ラミネーション偏析はデンドライト濃化層
と炭化物濃化層とが交互に重なってバンド状に偏析した
形態を呈するが、このバンド状偏析の形成は、遠心鋳造
での凝固過程における固相ー液相界面 (固液共存相）の
剪断的流動にあると考えられる。大中らはアルミニウム
合金を用いてラミネーション偏析について調査し、横型
遠心鋳造でのバンド状偏析の発生には重力（1G）および
鋳型回転数が影響していると報告している。（例えば、
鋳造工学第69巻（1997) 第２号、第119 〜126 頁、鋳造
工学第69巻（1997) 第３号、第240 〜246 頁）一方、特
開2000-141004 号公報には、Ｃ：1.0 〜4.0 ％、Mo+2
Ｗ：2.0 〜24.0％を含有する鋳鉄材からなる外層を遠心
鋳造により形成し、該外層に内層を溶着一体化させるこ
とにより圧延用複合ロールを製造する方法において、外
層の遠心力鋳造工程で金型の回転数を、外層の鋳造後の
外径寸法に応じ適宜変化する圧延用複合ロールの製造方
法が提案されている。特開2000-141004 号公報に記載さ
れた技術によれば、重力作用に起因する溶湯の速度差が
小さくなり、炭化物の「年輪状偏析」が低減するとされ
る。

【０００７】しかしながら、特開2000-141004 号公報に
記載された技術では、ロール外径が大きくなるとともに
回転数を増大する必要があり必然的に大型の鋳造機を必
要とするうえ、鋼種によっては、ラミネーション偏析が
出現する場合があり、ラミネーション偏析を完全には回
避できるまでに至っていないのである。また過度に遠心
力を増加すると図１に示すように表層に柱状晶が発達し
たチル晶が大きな厚みで出現し、チル晶を研削して除去
すると所定のロール外層原を確保できないという問題が
あった。また過度の遠心力増加は溶湯の流動を抑制し、
凝固組織の成長を助長し、組織が粗大化するという問題
もあった。

【０００８】本発明は、このような従来技術の問題に鑑
みてなされたものであり、ラミネーション偏析、チル晶
の発生を防止し、さらに組織の粗大化を抑制し、極めて
優れたロール肌を実現できる。遠心鋳造製熱間圧延ロー
ル用外層材の製造方法および熱間圧延用ロールの製造方
法を提案することを目的とする。

【０００９】

【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に、外層材におけるラミネーション
偏析生成とチル晶の生成および組織粗大化に影響する因
子について鋭意研究した。その結果、鋳造鋳型の回転数
を、鋳型内表面に作用する遠心力を特定範囲となるよう
に調整し、鋳造鋳型表面に耐火物層を１〜５mm形成し
て、外層材溶湯の鋳込み温度を特定範囲として遠心力鋳
造することにより、外層材の組織がマクロ的には均一な
組織となり、ラミネーション偏析の発生、チル晶の発
生、および組織の粗大化が実用上全く問題ない程度とな
ることを知見した。

【００１０】本発明は、上記した知見に基づいて、さら
に検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発
明は、遠心鋳造鋳型に外層材溶湯を鋳込んで圧延ロール
用外層材を形成する熱間圧延ロール用外層材の製造方法
において、前記遠心鋳造鋳型を、鋳型表面に厚み１〜５
mmの耐火物層を形成した鋳型とし、前記外層材溶湯の鋳
込み温度を、（固相温度＋160 ℃）〜（固相温度＋400
℃）の範囲とし、かつ前記外層材溶湯の鋳込み中に、前
記遠心鋳造鋳型の回転数を、該遠心鋳造鋳型内面に作用
する遠心力が重力倍数で160 〜200 Ｇとなるように調整
して遠心力鋳造することを特徴とする熱間圧延ロール用
外層材の製造方法である。

【００１１】また、本発明では、前記外層材溶湯の組成
が、重量％で、Ｃ：1.5 〜４％、Si：0.2 〜3 ％、Mn：
0.2 〜2 ％、Cr：1 〜30％、Mo：0.5 〜８％を含み、あ
るいはさらにNi：６％以下、Ｖ：８％以下、Nb：３％以
下、Co：４％以下、REM ：0.5 ％以下、Ｂ：0.3 ％以下
のうちの１種または２種以上を含有する組成とすること
が好ましい。

【００１２】また、本発明は、上記したいずれかの熱間
圧延ロール用外層材の製造方法で製造された外層材を外
殻層とし、ついで遠心力鋳造法で中間層を形成し、ある
いは中間層を形成することなく、内層材溶湯を鋳込んで
内層を形成し一体溶着させた複合ロールとする熱間圧延
ロールとする熱間圧延ロールの製造方法である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明では、外層材溶湯の鋳込み
中に、遠心鋳造鋳型の回転数を、鋳型内面に作用する遠
心力が重力倍数で160 〜200 Ｇとなるように調整して遠
心力鋳造する。これにより、ラミネーション偏析の生
成、チル晶の生成、および組織の粗大化が抑制されて実
用上問題のないレベルの均一組織とすることができる。
鋳型内面に作用する遠心力が重力倍数で160 Ｇ未満とな
る回転数では、ラミネーション偏析を抑制することは不
可能である。また、遠心力が重力倍数で200 Ｇを超える
回転数ではチル晶の著しい成長と、組織の粗大化を抑制
することが困難となり、ロール肌荒れが助長される。

【００１４】なお、本発明では鋳型内面の遠心力が160
〜200 Ｇの範囲であれば、鋳造開始から凝固終了の範囲
の一部あるいは全てを回転数を変動させることによって
遠心力を強制変動させてもよい。遠心力を変動させると
未凝固相の成分偏析を抑制する効果が得られる。また、
本発明では、上記した遠心鋳造鋳型の回転数を、調整す
ることに加えて、遠心鋳造鋳型内表面に厚み１〜５mmの
耐火物層を形成する。これにより、溶湯の鋳型からの抜
熱が抑制され、チル晶の成長を抑制でき、凝固組織を均
一化することが可能となる。

【００１５】耐火物層の厚みが１mm未満では、上記した
効果が少なく、一方５mmを超えると、凝固速度が小さく
なりすぎて組織が粗大化する。なお、耐火物組成は特に
限定刷る必要はなく、市販のジルコン系、シリカ系、あ
るいはムライト系などの耐火物を使用することができ
る。また、本発明では、外層材溶湯の鋳込み温度を（固
相温度＋160 ℃）〜（固相温度＋400 ℃）の範囲とす
る。

【００１６】鋳込み温度が低いと溶湯の粘性が増加する
ため、凝固過程での流動や速度差が抑制されてラミネー
ション偏析が抑制される傾向にあるが、場合によって
は、鋳型と溶湯が接触した際に初晶が晶出して遠心分離
され、偏析が発生することがある。さらに、凝固速度の
増大によりチル晶の生成領域が拡大する傾向もある。一
方、鋳込み温度が高いと、逆にラミネーション偏析が発
生しやすくなるとともに凝固組織が粗大化する。またさ
らには高温溶解に起因したチル晶の発達も生ずる。

【００１７】鋳込み温度を（固相温度＋160 ℃）以上と
することにより、初晶の遠心分離偏析とチル晶の成長を
抑制することができる。また、鋳込み温度が（固相温度
＋160 ℃）未満では、鋳造性が著しく低下し、鋳造欠陥
が発生する。一方、鋳込み温度が（固相温度＋400 ℃）
を超えるとラミネーション偏析と組織の粗大化の抑制が
困難となる。

【００１８】つぎに、本発明における外層材の好ましい
組成範囲について、説明する。以下、組成における％
は、質量％を意味するものとする。Ｃ：1.5 〜４％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うえ、溶湯の鋳
造性が劣化する。一方、４％を超えると、炭化物が過多
となり、炭化物偏析や肌荒れが促進される。

【００１９】Si：0.2 〜３％ Siは、脱酸剤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、0.2 ％未満ではこれらの効果が認められず、一方、
３％超えでは効果が飽和する。 Mn：0.2 〜２％ Mnは、溶湯中のＳをMnS として固定し、Ｓの悪影響を除
去する効果を有し、さらには、Mnは、焼入れ性を向上さ
せる効果も有する。しかし、0.1 ％未満ではこのような
効果は認められず、一方、２％を超える含有は、組織中
に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：１〜30％ Crは、Ｃと結合しCr系炭化物を形成し、耐磨耗性と耐肌
荒れ性を向上させる作用を有し、さらにロールの熱膨張
量を現象せしめ、ロールの通板性を向上させる有用な作
用がある。このような効果は、１％以上の含有で顕著と
なる。一方、30％を超える含有は、炭化物を初晶として
晶出させ炭化物偏析を助長させる。なお、好ましくは１
〜25％である。

【００２１】Mo：0.5 〜10％ Moは，Cr系炭化物およびMC型炭化物中に濃化して、それ
らの炭化物を強化して、ロールの耐肌荒れ性と耐摩耗性
を高める効果を有する。このような効果を得るために
は、Moを0.5 ％以上含有する必要がある。一方、Moが10
％を超える含有は、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】本発明では、上記した成分に加えてさら
に、Ni：６％以下、Ｖ：８％以下、Nb：３％以下、Co：
４％以下、REM ：0.5 ％以下、Ｂ：0.3 ％以下のうちの
１種または２種以上を含有することができる。 Ni：６％以下 Niは、焼入れ性を増加させる元素であり、熱処理での変
態挙動を抑制する際に有用である。また、黒鉛存在型の
ロールでは、Niは黒鉛の出現を促進させる作用を有す
る。しかし、６％を超えて含有しても効果が飽和し、オ
ーステナイト相の残留を助長し、むしろ耐摩耗性を劣化
させる。

【００２３】Ｖ：８％以下Ｖは、硬質なMC型炭化物を形成し、ロールの耐摩耗性を
著しく向上させる元素であるが、８％を超えると液相温
度が著しく上昇し、鋳造性が劣化する。Nb：３％以下Nb
は、Ｖと同様に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系の複合MC型炭化物に改質し、
耐摩耗性を著しく、また、NbはMC型炭化物の鋳造偏析を
抑制する。しかし、３％を超えて含有すると液相温度が
著しく上昇し、鋳造性を劣化させるとともに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。

【００２４】Co：４％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
強化する作用を有するが、４％を超えて含有してもその
効果が飽和する。 REM ：0.5 ％以下 REM は、脱酸作用と炭火物形成作用を持ち、さらに黒鉛
存在型ロールにおいては黒鉛を球状化して耐摩耗性を向
上する作用を有する。しかし、0.5 ％を超えて含有する
と脆弱な炭火物が生成し、ロール肌荒れを助長する。

【００２５】Ｂ：0.3 ％以下Ｂは、炭火物形成作用と黒鉛出現作用を合せ持ち、炭火
物と黒鉛の形態制御に有用な元素である。しかし、0.3
を超えて含有するとロールを著しく脆弱にする。本発明
では、上記した成分以外に、炭化物形成元素であり、耐
摩耗性を向上する作用がある。0.3 ％以下のTa、１％以
下のＷ，O.1 ％以下のTi、の１種または２種以上を選択
して含有しても何ら問題はない。また、ロール快削性向
上のために0.3 ％以下のPb、Biおよび0.2 ％以下のＳを
含有してもよい。

【００２６】本発明の外層材、外層材溶湯の組成におい
ては、上記した成分以外の残部は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Ｎ等があるが、Ｎ
はザク巣防止の観点から0.1 ％以下に制限することが望
ましい。本発明では。上記した成分組成の外層材用溶湯
を溶製し、遠心鋳造鋳型に鋳込んで熱間圧延ロール用外
層材を形成する。溶湯の溶製方法はとくに限定する必要
はなく、通常公知の溶製方法がいずれも好適である。

【００２７】また、本発明では、上記した好ましい組成
の外層を形成し熱間圧延ロールの外殻層としたのち、つ
いで、遠心力鋳造法によりに中間層を形成し、あるいは
中間層を形成することなく、さらに内層を鋳造して、熱
間圧延ロール用の複合ロールとする。本発明では、中間
層、内層の材質は特に限定されないが鋳造用に優れ、か
つ高強度あるいは高動性を有する材質とすることが好ま
しい。中間層は例えば黒鉛鋼で形成することが好まし
く、内層は例えば球状黒鉛鋳鉄で形成することが好まし
い。

【００２８】

【実施例】表１に示す組成の溶湯を、表２に示す鋳込温
度内径680mm φあるいは、720mmφ（外層No.10 、 No.11
のみ肉厚200mm ）遠心鋳造機の遠心鋳造鋳型に供給
し、厚さ80mmの熱間圧延ロール用外層材を鋳造した。な
お、遠心鋳造鋳型の表面（内面）には、表２に示す厚さ
の耐火物層を形成した。

【００２９】表２に示す条件で凝固完了まで遠心鋳造鋳
型の回転数ｎを一定とした。なお、鋳型表面（内面）に
作用する遠心力の重力倍数は、Dn²/178730（ここに、
Ｄ：鋳型内径cm、ｎ：回転数rpm ）により算出した。鋳
造後、外層材から試験片を採取し、600 ℃×10h の焼戻
処理を行ったのち、ロール径方向断面を研磨後王水でエ
ッチングして現出させたマクロ組織を観察した。

【００３０】マクロ組織を目視でラミネーション偏析
（初晶偏析を含む）の有無を観察し、ラミネーション偏
析よりを×、なしを○として評価した。また、マクロ組
織からチル晶の厚みを測定し、チル晶の厚さが外表面か
ら10mm以下であれば○、10mmを超える場合を×として評
価した。また、粗大化した組織が存在する場合には×、
ない場合には○とした。

【００３１】得られた結果を表２に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】表２より、本発明例はいずれも、ラミネー
ション偏析、初晶偏析、チル晶の著しい成長および組織
の粗大化は全く認められなかった。これに対し、本発明
の範囲を外れる比較例では、ラミネーション偏析、初晶
の偏析、チル晶の著しい成長あるいは組織の粗大化のい
ずれかが顕著に認められた。

【００３５】

【発明の効果】このように、本発明によれば、難しい制
御を行うことなく、ラミネーション偏析の生成、チル晶
の成長や組織の粗大化を抑制でき、圧延トラブルを生じ
る恐れのない遠心鋳造製熱間圧延ロール用外層材および
熱間圧延ロールが安価でかつ容易に得られるという産業
上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、均質、
高性能の圧延ロールが安価に製造でき、製造コストの削
減、合金設計の自由度の増加、圧延成品の品質向上、圧
延の生産性向上などの効果も期待できる。さらに、偏析
を助長しない範囲でCr、 Mo、 V 、 Mb等の炭火物あるいは
基地強化元素を添加することにより、ロールの耐摩耗性
が向上でき、圧延コストの低減も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧延ロール用外層材の断面組織の一例を模式的
に示す説明する説明図である。

【図２】ラミネーション偏析の例を示す模式図である。

【符号の説明】

１外殻層 (外層）２デンドライト濃化層３炭化物濃化層４鋳型

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｂ２１Ｂ 27/00 Ｂ２１Ｂ 27/00 ＡＣＣ２２Ｃ 37/00 Ｃ２２Ｃ 37/00 Ｂ 37/08 37/08 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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形成する熱間圧延ロール用外層材の
製造方法において、前記遠心鋳造鋳型を、鋳型内表面に
厚み１〜５mmの耐火物層を形成した鋳型とし、前記外層
材溶湯の鋳造温度を、（固相温度＋160 ℃）〜（固相温
度＋400 ℃）の範囲とし、かつ前記遠心鋳造鋳型の回転
数を、該遠心鋳造鋳型内面に作用する遠心力が重力倍数
で160〜200 Ｇとなるように調整して遠心力鋳造するこ
とを特徴とする熱間圧延ロール用外層材の製造方法。
【請求項２】前記外層材溶湯の組成が、質量％で、
Ｃ：1.5 〜4 ％、Si：0.2 〜3 ％、Mn：0.2 〜2 ％、C
r：1 〜30％、Mo：0.5 〜10％を含み、あるいはさらにN
i：6 ％以下、Ｖ：8 ％以下、Nb：3 ％以下、Co：4 ％
以下、REM ：0.5％以下、Ｂ：0.3 ％以下のうちの１種
または２種以上を含有する組成とすることを特徴とする
請求項１に記載の熱間圧延ロール用外層材の製造方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の熱間圧延ロー
ル用外層材の製造方法で製造された外層材を外殻層と
し、ついで遠心力鋳造法で中間層を形成し、あるいは中
間層を形成することなく、内層材溶湯を鋳込んで内層を
形成し一体溶着させたロールとする熱間圧延ロールの製
造方法。