JP2002346613A - 熱間圧延用複合ロールおよびそれを用いた熱間圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 帯鋼または鋼板の熱間連続圧延用として、圧
延鋼材との間で高い摩擦力を有し摩耗が少なく、かつ偏
平や降伏損傷しない熱間圧延複合ロールおよびそれを用
いた熱間圧延方法を提供する。 【解決手段】 帯鋼または鋼板を熱間連続圧延する仕上
げタンデム圧延機群の後方３基の圧延機に作動ロールと
して組み込まれる熱間圧延用複合ロールであって、該ロ
ールの直径を２５０〜６２０ｍｍとし、縦弾性係数を２
００〜２６０Ｇｐａにすると共に、外層の化学成分が質
量比で、Ｃ：１．０〜３．０％、Ｓｉ：０．２〜２．０
％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｖ：３．０〜１０．０
％、Ｃｒ：３．０〜１０．０％およびＭｏ，Ｗの１種ま
たは２種を２．０〜１０．０％含有し、残部Ｆｅおよび
不可避的不純物からなることを特徴とする熱間圧延用複
合ロールおよびそのロールを用いて後方３基の仕上圧延
機の少なくとも１基以上の圧延機にて圧下率４０％以上
で圧延する熱間圧延方法。

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、特に熱間帯鋼連続圧延、すなわちホットストリップ
ミルの仕上圧延機群に用いられる作動ロールおよびその
ロールを用いた圧延方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に熱間仕上げタンデム圧延におい
て、圧下率を大きくすれば、圧延時間が短縮され圧延中
の圧延鋼材の温度低下を少なく抑えることができるた
め、圧延前の圧延鋼材の加熱温度を低くでき省エネルギ
ー効果が大きい。一方、近年、金属組織を微細化するこ
とにより、引張強度、靱性、疲労強度などの特性が向上
することが確認され、本鋼材の実機圧延機での生産が課
題となっている。熱間帯鋼連続圧延機にて微細粒組織を
得るための重要な要素技術の一つとして、例えば圧延の
最終１もしくは２パスでの高圧下圧延が、特定の圧延鋼
材および圧延条件下で特公平５−６５５６４号公報にて
提案されている。

【０００３】しかしながら、特に、仕上げ厚み６．０ｍ
ｍ以下の薄板を仕上げタンデム圧延機群にて圧延するに
際し、高圧下圧延を行うとすると従来材質のロールでは
スリップ現象が現れ、安定的な圧延ができないという問
題があった。そのために高圧下圧延を可能とするため、
特開平６−１２２００２号公報においては、粗圧延機に
おいて圧延ロールと鋼材との間の摩擦係数を増加させる
ため金属、金属炭化物、金属窒化物等の粉粒体をロール
と圧延鋼材との間に介在させながら圧延することが開示
されている。しかしながら、この方法は設備的にも、ま
た粉粒体が使用消耗する両面からコスト増に繋がり望ま
しいものではなかった。

【０００４】このような状況下において、この種のロー
ル材質としては、従来高合金グレン鋳鉄ロールが一般に
使用されてきたが、近年、特許国際公開ＷＯ８８／０７
５９４号公報もしくはＷＯ９１／１９８２４号公報に開
示されているＶ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗを多量に含有し摩耗の
少ない白鋳鉄が仕上げ前段圧延機では全面的に既存ロー
ルから切り替わり、後段圧延機においても一部普及して
いる。このロールは摩耗が極めて小さいが、ロールと圧
延鋼材間の摩耗は個々のロールで著しく異なっている。

【０００５】後段圧延機群にて高圧下圧延を実現するに
おいては、前段圧延機群に比べ圧延鋼材の板厚が著しく
小さく、鋼材の温度も低く変形しにくいために、作動ロ
ールとの短い接触部において大きな圧延荷重に耐え、安
定して鋼材を圧延する、すなわち、摩擦により前進させ
ることができるロールが不可欠である。従って、圧延鋼
材との間で高く安定した摩擦係数を確保し、さらにロー
ル偏平が小さいロールが強く望まれていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな問題を解消するためのものであって、熱間帯鋼連続
圧延において、圧延鋼材との間で高い摩擦を有し摩耗が
少なく、かつ偏平や降伏損傷しない作動ロールを提供す
ると共に、これを用いて仕上げ後段群において高圧下圧
延を行うことにより、生産性が高く経済的な圧延方法を
提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】その発明の要旨とすると
ころは、 （１）帯鋼または鋼板を熱間連続圧延する仕上げタンデ
ム圧延機群の後方３基の圧延機に作動ロールとして組み
込まれる熱間圧延用複合ロールであって、該ロールの直
径を２５０〜６２０ｍｍとし、縦弾性係数を２００〜２
６０Ｇｐａにすると共に、外層の化学成分が質量比で、
Ｃ：１．０〜３．０％、Ｓｉ：０．２〜２．０％、Ｍ
ｎ：０．２〜２．０％、Ｖ：３．０〜１０．０％、Ｃ
ｒ：３．０〜１０．０％およびＭｏ，Ｗの１種または２
種を２．０〜１０．０％含有し、残部Ｆｅおよび不可避
的不純物からなることを特徴とする熱間圧延用複合ロー
ル。

【０００８】（２）質量比で、Ｎｉ：０．２〜５．０％
またはＣｏ：０．２〜１０．０％の１種または２種を含
有したことを特徴とする前記（１）に記載の熱間圧延用
複合ロール。 （３）帯鋼または鋼板を熱間連続圧延にて圧延成形する
熱間圧延方法において、仕上げタンデム圧延機群の後方
３基の圧延機の少なくとも１基以上の圧延機にて前記
（１）または（２）に記載の圧延用複合ロールを使用
し、圧下率４０％以上で圧延することを特徴とする熱間
圧延方法にある。

【０００９】先ず、本発明ロール材の金属組織について
述べる。耐摩耗性を確保し、圧延鋼材との間で大きな摩
擦を確保するためには、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後段圧延機群において高
圧下圧延を実現するためには、ＭＣ炭化物の晶出量は面
積率で５％以上確保することが必要である。一方、同時
に晶出する、Ｍ₇ Ｃ₃ ，Ｍ₂ ＣもしくはＭ₃ Ｃ炭化物は
少量では本発明の効果を損なうものではないが、１０％
以下にすることが望ましい。すなわち、これらの炭化物
はＭＣ炭化物に比べ粗大で、かつ集合して晶出するため
にその量が多過ぎるとかえってロール表面は平坦にな
り、また、粒状で微細なＭＣ炭化物の効果も損ない、圧
延鋼材との間で十分な摩擦を確保できなくなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る化学成分の限
定した理由を述べる。 Ｃ：１．０〜３．０％ 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。しかし、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％を超え
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、前述の通り圧延中にこれが
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。

【００１１】Ｓｉ：０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜
２．０％ Ｓｉ、Ｍｎは、本発明を特徴ずけるものではないが、共
に脱酸効果および溶湯の流動性を高めることを目的とし
て、各々０．２〜２．０％の一般の高速度鋼に含まれて
いる量を含有させるが、しかし、０．２％未満であると
その効果が不十分であり、２．０％を超えると靱性が低
下するためその範囲とする。

【００１２】Ｖ：３．０〜１０．０％ 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（Ｃｒ₇ Ｃ
₃ ）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
有効な元素である。また、本発明においては晶出炭化物
の平均粒径を１５μｍ以下にすることが望ましく、微小
で粒状に晶出し、かつ極めて硬いＶＣ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。本発明のＣ：１．０〜３．０％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％を超
えると前記の通り初晶の炭化物が多量に晶出し、材料強
度を損なうと共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。

【００１３】Ｃｒ：３．０〜１０．０％ Ｃｒは、単独ではＣと結合してＣｒ₇ Ｃ₃ 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
を多量に生成させないため１０．０％以下に限定して含
有させる。また、Ｍｏ，Ｗとともに硬いＭ₂ Ｃ型の共晶
炭化物を形成することがあるが、後述する通り、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
固溶し焼入れにより硬さを向上させ、さらに焼戻しにお
いては析出硬化を促進するために有効な元素であり、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、これを下限値とした。

【００１４】Ｍｏ，Ｗの１種または２種を２．０〜１
０．０％ ＭｏおよびＷは、主として硬いＭ₂ Ｃ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Ｆｅ₃
ＣやＣｒ₇ Ｃ₃ 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Ｍ₂ Ｃ型炭化物はその後
の熱処理工程を経てＭ₆ Ｃ型炭化物になる。一方、Ｍｏ
はＣｒと同様、一部が基地組織にも固溶し焼入れにより
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および
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２．０〜１０．０％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】Ｎｉ：０．２〜５．０％ Ｎｉは、０．２％以上を添加すると焼入性を向上させる
効果を有する。直径の大きいロールなどが大きい硬化深
度が要求される場合には、その要求に応じて添加すると
良い。しかし、多量に添加すると残留オーステナイトが
過剰になり、かえって高硬度が得られなくなるため、
５．０％以下の範囲で用いることが有効である。

【００１６】Ｃｏ：０．２〜１０．０％ Ｃｏは、０．５％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、特に熱間圧延用ロールに
は１０．０％以下の範囲で用いることが有効である。Ａ
ｌ，Ｔｉ，Ｚｒ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、かつ、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。

【００１７】高圧下圧延を行った場合には、圧延荷重は
基本的に大きくなる。このときロールの縦弾性係数が小
さいとロールが大きく偏平し鋼材との接触長が大きくな
り、このことが、さらに圧延荷重を増大させることにな
り、経済的でなく圧延作業も不安定になる。本発明がな
された仕上圧延機群の後方圧延機においては、特にこの
現象が起こらないようにすることが必要である。そこで
ロールの偏平を小さく抑え、本発明の効果を達成するた
め、発明材の縦弾性係数を２００ＧＰａ以上とした。な
お、縦弾性係数の上限値は鉄系ロールにて実用的に可能
な２６０ＧＰａとした。

【００１８】さらに、仕上後段圧延機群において高圧下
圧延を行うに際し、ロール直径を小さくすれば圧延荷
重、すなわち、駆動動力を小さくでき経済的である。し
かしながら、前述の通り小径ではロールと圧延鋼材との
接触長さがさらに小さくなり、特に４０％以上の圧下率
では従来のロールでは圧延に必要な摩擦力を確保でき
ず、小径化が難しかった。一方、本発明ロール材におい
ては十分な摩擦力を確保できるため、ロールを小径とす
ることができ、実用的にその効果が顕著になる値とし
て、従来は、６２５〜８００ｍｍであったロールの直径
を６２０ｍｍ以下とし、その下限値は前記圧延機群にお
いては折損事故等の圧延事故の発生を実用的に防止でき
るロール強度が確保できる２５０ｍｍとした。

【００１９】次に、製造方法について述べる。先ず、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ない、次いで、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。

【００２０】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。前述の通り、本発明において
は、先ず焼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
により焼入れ硬化する。勿論、焼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。

【００２１】しかしながら、焼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、焼入れ後は引続き
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。

【００２２】

【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、図
１に示す熱間圧延設備の構成図のように、６基の仕上連
続圧延機を有するホットストリップミルにおいて仕上後
段圧延機群３として仕上後段作動ロール１のところに組
み込み圧延作業に供した。なお、符号２は補強ロールで
あり、４は仕上前段圧延機群であり、５は粗圧延機を示
す。また、ロールの直径は６００ｍｍとしたが、表１に
示すＮｏ．２の本発明例であるロールでは最終Ｎｏ．６
圧延機の上方ロールを直径４９０ｍｍの小径ロールと
し、下方ロールを直径６００ｍｍとした。なお、ロール
は胴長１８５０ｍｍ、全長４４７０ｍｍとした。圧下率
は前段から順に、５０％、４５％、４０％、５０％、４
５％、４０％とし、後段圧延機３基は、いずれも圧下率
４０％以上にて厚み２．０ｍｍの帯鋼に熱間圧延成形を
行ったがスリップ現象は生じることなく圧延が可能であ
った。

【００２３】

【表１】

【００２４】これに対し、Ｎｏ．３の従来例において
は、従来の高合金グレン鋳鉄ロールにて通常行われてい
る圧延条件、すなわち、後段圧延機３基は４０％未満で
ある３０〜２０％の圧下率での圧延作業条件を示した。
また、Ｎｏ．４の従来例においては、従来の高合金グレ
ン鋳鉄ロールを用いて試験的に後段圧延機にて４０％以
上の圧下率で行った結果を示したが、スリップが発生し
圧延をすることが出来なかった。

【００２５】図２は、本発明に係るロールと従来ロール
の圧延可能な圧下率範囲を示す図であり、図３は、本発
明に係るロールと従来ロールを使用に供した際の圧延鋼
材との摩擦係数を示す図である。いずれも最終仕上Ｎ
ｏ．６圧延機にて、いずれも直径６００ｍｍの前記従来
ロールと本発明ロールを用いて圧下率を１０〜５０％変
化させて圧延を行った結果である。従来ロールでは圧下
率が３５％以上ではスリップによる圧延ができなかった
のに対し、本発明ロールでは高い摩擦係数、すなわち、
摩擦力を確保し、高圧下率でも圧延が可能であった。な
お、摩擦係数は柳本らにより提案された圧延荷重と摩擦
係数との関係式（日本機械学会論文集４２（１９７６）
第９６５頁参照）を用いて実際の圧延荷重より求めた。

【００２６】このように、従来ロールでは高圧下圧延を
行ったところ、スリップ現象が生じ、圧延作業ができな
かったのに対し、本発明ロールを供することにより高圧
下条件下においても安定した圧延が可能となった。な
お、ここでは連続鋳掛け法による複合ロールを本発明の
実施例として示したが、遠心鋳造法等の既存の製造方法
による複合ロールにおいても、本発明の作用・効果は得
られる。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によりホット
ストリップミルの仕上後段圧延機列での高圧下圧延が可
能となり経済的で生産性の向上ができ、さらに圧延製品
の品質向上がなされ、本発明は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】本発明材になる熱間連続圧延設備の構成図、

【図２】本発明に係るロールと従来ロールの圧延可能な
圧下率範囲を示す図、

【図３】本発明に係るロールと従来ロールを使用に供し
た際の圧延鋼材との摩擦係数を示す図である。

【符号の説明】

１ 仕上後段作動ロール ２ 補強ロール ３ 仕上後段圧延機群 ４ 仕上前段圧延機群 ５ 粗圧延機

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年２月２６日（２００２．２．２
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】Ｃｏ：０．２〜１０．０％ Ｃｏは、０．２％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、特に熱間圧延用ロールに
は１０．０％以下の範囲で用いることが有効である。Ａ
ｌ，Ｔｉ，Ｚｒ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、かつ、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。

───────────────────────────────────────────────────── 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 38/56 Ｃ２２Ｃ 38/56 // Ｂ２１Ｂ 1/26 Ｂ２１Ｂ 1/26 Ｅ (72)発明者 大友 清司 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 (72)発明者 倉橋 隆郎 大阪府大阪市大正区船町１−１−66 株式 会社中山製鋼所内 (72)発明者 竹士 伊知郎 大阪府大阪市大正区船町１−１−66 株式 会社中山製鋼所内 (72)発明者 吉村 卓郎 大阪府大阪市大正区船町１−１−66 株式 会社中山製鋼所内 Ｆターム(参考） 4E002 AD04 BA01 BC05 CB09 4E016 AA03 BA02 CA04 CA08 DA11 DA19 EA03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯鋼または鋼板を熱間連続圧延する仕上
   げタンデム圧延機群の後方３基の圧延機に作動ロールと
   して組み込まれる熱間圧延用複合ロールであって、該ロ
   ールの直径を２５０〜６２０ｍｍとし、縦弾性係数を２
   ００〜２６０Ｇｐａにすると共に、外層の化学成分が質
   量比で、Ｃ：１．０〜３．０％、Ｓｉ：０．２〜２．０
   ％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｖ：３．０〜１０．０
   ％、Ｃｒ：３．０〜１０．０％およびＭｏ，Ｗの１種ま
   たは２種を２．０〜１０．０％含有し、残部Ｆｅおよび
   不可避的不純物からなることを特徴とする熱間圧延用複
   合ロール。
2. 【請求項２】 質量比で、Ｎｉ：０．２〜５．０％また
   はＣｏ：０．２〜１０．０％の１種または２種を含有し
   たことを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延用複合ロ
   ール。
3. 【請求項３】 帯鋼または鋼板を熱間連続圧延にて圧延
   成形する熱間圧延方法において、仕上げタンデム圧延機
   群の後方３基の圧延機の少なくとも１基以上の圧延機に
   て請求項１または２に記載の圧延用複合ロールを使用
   し、圧下率４０％以上で圧延することを特徴とする熱間
   圧延方法。