JP2003342669A - 熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロール - Google Patents
熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロールInfo
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Abstract
もに優れた、熱間圧延用ロール外層材及び熱間圧延用複
合ロールを提案する。 【解決手段】外層材の組成を、C:2.4 〜3.2 %、Si:
0.9 〜2.5 %、Mn:0.2〜1.5 %、Cr:0.8 〜2.5 %、M
o:1.2 〜4.0 %、Ni:2.0 〜7.0 %、V:1.5〜2.7
%、Nb:0.1 〜0.8 %、B:0.020 〜0.2 %、REM :0.
0006〜0.040 %、を含み、かつC、Cr、Nb、V含有量
が、1.8 ≦ C−(0.236×V+0.129 ×Nb)≦ 2.6 、C
r/C <1.0 、3.0 ≦ Cr+V ≦4.6 (ここで、
C、V、Nb、Cr:各元素の含有量(質量%))を満足
し、さらに、Ti:0.05%未満、Al:0.1%以下のうちか
ら選ばれた1種または2種を含み、残部Feおよび不可避
的不純物からなる組成とし、組織を黒鉛を含む組織とす
る。
Description
ールに係り、とくに耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒
れ性に優れ、鋼板の熱間圧延仕上ミル用や継目無鋼管造
管用として好適な熱間圧延用複合ロールに関する。
はめざましく、それに伴い、使用される熱間圧延用ロー
ルの特性、とくに耐摩耗性の向上が強く要求されてき
た。このような耐摩耗性向上の要求に対し、外層組成を
高速度工具鋼組成に類似した組成とし、硬質な炭化物を
析出させて、耐摩耗性を格段に向上させた高性能ロール
(ハイス系ロール)が開発され実用化されている。
スタンドやミルでは、黒鉛を含有し耐焼付き性に優れた
Niグレン鋳鉄ロールが組み込まれて熱間圧延が行われて
きた。熱間圧延用ロールに黒鉛を含有させることは、黒
鉛が潤滑性に富むことから焼付き防止には有効である。
しかし、従来のNiグレン鋳鉄ロールは、耐摩耗性が劣
り、そのためロール寿命が短いという問題があった。一
方、耐摩耗性に優れたハイス系ロールは、焼付きや粗大
絞り亀裂の生成など耐事故性の観点で問題があり、例え
ば、鋼板の絞り圧延事故の発生頻度が高い鋼板の熱間圧
延仕上後段スタンドでは、ハイス系ロールを安定して使
用することはできず、依然として、多量のNiグレン鋳鉄
ロールが使用されている。
287248号公報には、Niグレン鋳鉄に1.0 〜5.0 %のVを
添加し、耐摩耗性を向上させるとした熱間圧延用ロール
が提案されている。また、特開平6-335712号公報には、
Niグレン鋳鉄に2.0 〜8.0 %のVを添加し、0.5 〜5%
の黒鉛に加えて0.2 〜10%のMC型炭化物を出現させて耐
摩耗性を向上させるとした熱間圧延用ロールが提案され
ている。さらに特開平6-256889号公報には、2〜10%の
Crと0.1 〜10%のWと、V、Nbのうちの1種または2種
を合計で1.5 〜10%を含み、黒鉛を有するハイス系鋳鉄
材が提案されている。
も、熱間圧延用ロールへの耐焼付き性と耐摩耗性の向上
が強く要望されている。
延製品の品質向上と効率的生産のため、圧延速度の増加
や連続圧延量の増加などが指向されており、熱間圧延用
ロールの使用環境はますます過酷化している。さらに、
被圧延材の高合金化や圧延製品の表面品質要求の厳格化
などにより、耐摩耗性と耐焼付き性に優れるとともに、
耐肌荒れ性にも優れた熱間圧延作業ロールが熱望される
ようになった。
の含有量を制御して、炭化物の重力偏析を抑制し、肌荒
れの発生を抑制した熱間圧延用ロールが提案されてい
る。また、特開2001-181780 号公報には、成分調整し、
2%以上の黒鉛を晶出させ、肌荒れの発生を抑制した耐
摩耗性熱間圧延用ロールが提案されている。しかしなが
ら、特開2001-20335号公報、特開2001-181780 号公報に
記載された技術で製造された熱間圧延用ロールでは、耐
摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒れ性を同時に満足する
ことは不可能であった。
に解決し、耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒れ性がと
もに優れた、熱間圧延用ロール外層材及び熱間圧延用複
合ロールを提案することを目的とする。
課題を達成するために、熱間圧延用ロールの耐摩耗性、
耐焼付き性、耐肌荒れ性に影響する種々の要因について
鋭意検討した。V、Nb、CrおよびWの多量添加で耐摩耗
性が向上することは、 従来からよく知られたことであ
り、とくに、V、Nbは、耐摩耗性向上に極めて大きな効
果を有し、必要最低限の耐摩耗性を確保するうえでは、
1.5 質量%以上のV含有を必要とする。しかし、本発明
者らの検討によれば、黒鉛を晶出するような成分系でV
を1.5 質量%以上含有すると、羽毛状の粗大なMC炭化
物が晶出する。この粗大なMC炭化物は熱間圧延におい
てロール表面に凸状に残存し、肌荒れを誘引する。本発
明者らは、粗大なMC炭化物の晶出抑制方法について、
更なる検討を行い、Nbの添加が有効であることを見出し
た。Nbは、炭化物を形成しMC炭化物の晶出核となるこ
とで、MC炭化物の粗大化を抑制する作用を有する。し
かし、Nbの添加のみでは、耐肌荒れ性を向上することは
困難である。
有することにより、Nb炭化物を微細に分散せしめ、微細
分散したNb炭化物を核にMC炭化物を生長させること
で、MC炭化物の粗大化を抑制し、耐肌荒れ性を改善す
ることができるという知見も得た。なお、Nb、Al、Tiを
含有した場合でも、肌荒れを抑制するためには、Vは2.
7 質量%以下に限定する必要がある。
上させる目的でCrやWを増量すると、肌荒れが一層顕著
になり、また、V(Nb)、Cr、Wを同時に増量すると、
耐焼付き性が劣化するという知見も得た。本発明者ら
は、CrやWで形成される共晶炭化物が肌荒れを促進した
り、焼付きを発生させるためと考え、Cr量を最低限に抑
え、Wを無添加とし、その上でMoを増量することを思い
付いた。これにより、Cr量増加材やW添加材に比べて耐
摩耗性が向上し、肌荒れも抑制される傾向となることを
知見した。
めに、共晶炭化物を減少させる方法として、有効C量
(=C−(0.236×V+0.129 ×Nb))を低減することを
考えた。VとNbによってMC炭化物の形成に消費された
残りのC量(有効C量)が、共晶炭化物や黒鉛の形成に
寄与する。しかし、有効C量を低減すれば、共晶炭化物
が減少し耐肌荒れ性は向上すると考えられるが、耐焼付
き性に効果がある黒鉛も減少する。そこで、本発明者ら
は、有効C量を厳格に調整すれば、耐焼付き性と耐肌荒
れ性を兼備させることも可能であると考えた。
について、説明する。質量%で、2.1 〜3.9 %Cー1.9
%Si−0.4 %Mn−4.5 %Ni−1.6 %Cr−2.4%Mo−2.0
%V−0.4 %Nb−0.05%Al−0.07%B−0.002 %REM −
残部Feを含有する溶湯を溶製し、厚さ35mmのY型キール
ブロックを作製し、試験材とした。これら試験材から試
験片を採取し、焼付き試験、摩耗試験を実施した。ま
た、3.2%C−1.9 %Si−0.4 %Mn−4.5 %Ni−1.6 %C
r−2.4 %Mo−0.5 %Nb−0.05%Al−0.07%B−0.003 R
EM を含有し、さらにVを2.8 %、あるいは3.5 %含有
し、残部Feの溶湯(有効C量:2.4 、2.2 )を溶製し、
同様に試験材とし、摩耗試験を実施した。
加熱コイルにより900 ℃に加熱され、150rpmで回転する
円板状の相手材(材質:SUS410、大きさ:190mm φ)を
25mm厚の板状試験片に100kgf(980 N)で10s間圧接し
た。試験後、板状試験片の表面を観察し、表面に相手材
の焼付き(へばりつき)が認められる場合を、「焼付き
有り」とし、相手材の焼付き(へばりつき)が認められ
ず摩耗している場合を、「焼付き無し」とした。
大きさ:190mm φ)と試験片(大きさ:60mmφ)の2円
盤すべり摩耗方式で実施した。回転数700rpmで回転させ
ながら、相手材を800 ℃に加熱し、試験片を水冷し、試
験片と相手材のすべり率を10%として、荷重100kgf(98
0 N)で圧接しながら150min間転動させた。試験後、試
験片の摩耗減量(摩耗量)を測定した。さらに試験片表
面の肌荒れ状況を目視で観察すると共に、肌荒れの大き
な部分について、試験片周辺方向に10mmの長さにわた
り、 触針式粗さ計を用いてJIS B 0601の規定に準拠して
粗さ曲線を求め、十点平均粗さRz を求めた。
6 ×V+0.129 ×Nb)}との関係で図1に示す。なお、
Cr,C,V,Nbは、各元素の含有量(質量%)である。
有効C量が3.2 %と3.4 %の試験片(図中の×印)で
は、大きな肌荒れの発生と同時に摩耗量が他の2質量%
Vを含有する試験片の1.3 倍以上に増加して、耐摩耗性
の著しい低下がみられた。
十点平均粗さ(Rz )が著しく増加し、著しい肌荒れが
発生することがわかる。また、有効C量が1.8 %未満で
は焼付きが発生している。有効C量を1.8 〜2.6 %の範
囲に限定することにより、耐焼付き性、耐肌荒れ性を兼
備した熱間圧延用ロールが得られるという知見を得た。
も、V量が2.8 質量%(▲部)、3.5 質量%(■部)と
高くなると、著しい肌荒れが発生することがわかる。有
効C量が所定の範囲内であっても、耐肌荒れ性が劣化す
る場合があり、本発明者らは、更なる検討を行った。優
れた耐摩耗性、優れた耐肌荒れ性および優れた耐焼付き
性を兼備した熱間圧延作業用ロールとするためには、有
効C量を1.8 〜2.6 %の範囲に調整したうえで、さらに
CrとVの合計含有量(Cr+V)を、所定範囲内に調整す
る必要があることを知見した。Crは、硬質な共晶炭化物
を形成して耐摩耗性を向上するがCr量を増加すると共晶
炭化物が増加し、耐肌荒れ性が劣化する。また、Vは、
耐摩耗性向上に極めて有用であるがV量が増加するとMC
型炭化物が粗大化して肌荒れが発生する。このため耐肌
荒れ性と耐摩耗性を両立するには、Cr量とV量を好適範
囲にバランスさせることが有効となる。
結果について、説明する。質量%で、2.9 %C−1.8 %
Si−0.5 %Mn−4.5 %Ni−1.86〜1.92%Cr−2.3%Mo−
1.01〜3.43%V−0.29〜0.35%Nb−0.05%Al−0.06%B
−0.015 %REM −残部Feを含有する溶湯を溶製し、厚さ
35mmのY型キールブロックを作製し、試験材とした。な
お、試験材の有効C量は2.09〜2.64%であった。これら
試験材から試験片を採取し、摩耗試験を実施した。
さ:190mm φ)と試験片(大きさ:60mmφ)の2円盤す
べり摩耗方式で実施した。回転数700rpmで回転させなが
ら、相手材を800 ℃に加熱し、試験片を水冷し、試験片
と相手材のすべり率を10%として、荷重100kgf (980 N)
で圧接しながら150min間転動させた。試験後、試験片の
摩耗減量(摩耗量)を測定した。さらに試験片表面の肌
荒れ状況を目視で観察し、肌荒れの大きな部分について
試験片周辺方向に10mmの長さにわたり、 触針式粗さ計を
用いてJIS B 0601の規定に準拠して粗さ曲線を求め、十
点平均粗さRz を求めた。
2に示す。なお、Cr,Vは、各元素の含有量(質量%)
である。図2から、(Cr+V)が3.0 未満では摩耗量が
増大し、 耐摩耗性が低下することがわかる。また、(Cr
+V)が4.6 を超えて増大すると、表面粗さ(Rz)が増
大し耐肌荒れ性が劣化していることがわかる。本発明者
らは、耐摩耗性と耐肌荒れ性をともに向上させるため
に、CrとVの合計含有量(Cr+V)を3.0 〜4.6 の範囲
に限定する必要があることを知見した。
を抑制するため、あるいは、基地や炭化物へのCr濃化に
起因した焼付きの発生を防止するために、Cr/Cを1.0
未満に制限する必要があることを知見した。また、本発
明者らは、耐焼付き性を向上させるために、ロール組織
中に黒鉛を有することが重要であることに鑑み、黒鉛の
晶出を促進する要因について検討した。黒鉛晶出を促進
するには、炭化物形成元素を減ずること、炭化物形成を
促進するO、Nを低減すること、黒鉛の核となる物質を
添加することが考えられる。
手段は、Cr、Wが強力な炭化物形成元素であることか
ら、黒鉛晶出には有利となる。また、AlやTiの含有は、
AlやTiがO、Nを固定する作用を有していることから、
黒鉛晶出には有利となる。しかし、これらの手段だけで
は、優れた耐摩耗性と耐肌荒れ性を維持しつつ、優れた
耐焼付き性を有する熱間圧延作業用ロールとすることは
難かしい。そこで、本発明者らは、さらに検討を行なっ
た結果、さらに加えてBを含有することにより耐焼付き
性が向上することを見出した。
化物と共晶炭化物と基地が共存する組織を有するロール
が得られるが、熱間圧延作業用ロールとしてはさらに粗
大片状黒鉛の晶出を防止する必要がある。粗大片状黒鉛
は、切欠きとして作用し、ロールの圧延表面の欠け落ち
を発生させて、肌荒れと摩耗量を増加させる。本発明者
らは、粗大片状黒鉛の生成を抑制する要因について鋭意
検討し、微量のREM を含有することにより、粗大片状黒
鉛の晶出が抑えられ、微細片状、塊状、球状のいずれか
の黒鉛が出現し、黒鉛形態が改善されること見出した。
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、熱間圧延用複合ロールの外層に用いられる外層材
であって、質量%で、C:2.4 〜3.2 %、Si:0.9 〜2.
5 %、Mn:0.2 〜1.5 %、Cr:0.8 〜2.5 %、Mo:1.2
〜4.0 %、Ni:2.0 〜7.0 %、V:1.5 〜2.7 %、Nb:
0.1 〜0.8 %、B:0.020 〜0.2 %、REM :0.0006〜0.
040 %、を含み、かつC、Cr、Nb、V含有量が次(1)
〜(3)式 1.8 ≦ C−(0.236×V+0.129 ×Nb) ≦ 2.6 ・・・(1) Cr/C <1.0 ・・・(2) 3.0 ≦ Cr+V ≦4.6 ・・・(3) (ここで、C、V、Nb、Cr:各元素の含有量(質量
%))を満足し、さらに、Ti:0.05%未満、Al:0.1 %
以下のうちから選ばれた1種または2種を含み、残部Fe
および不可避的不純物からなる組成と、黒鉛を含む組織
とを有することを特徴とする耐摩耗性、耐焼付き性およ
び耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロール外層材である。
また、本発明では、前記組成に加えてさらに、質量%
で、Co:0.5 〜4.0 %含む組成とすることが好ましい。
してなる熱間圧延用複合ロールであって、前記外層が、
質量%で、C:2.4 〜3.2 %、Si:0.9 〜2.5 %、Mn:
0.2〜1.5 %、Cr:0.8 〜2.5 %、Mo:1.2 〜4.0 %、N
i:2.0 〜7.0 %、V:1.5〜2.7 %、Nb:0.1 〜0.8
%、B:0.020 〜0.2 %、REM :0.0006〜0.040 %を含
み、かつCr、C、V、Nb含有量が前記(1)〜(3)式
を満足し、さらに、Ti:0.05%未満、Al:0.1 %以下の
うちから選ばれた1種または2種を含み、残部Feおよび
不可避的不純物からなる組成と、黒鉛を含む組織とを有
することを特徴とする耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌
荒れ性に優れた熱間圧延用複合ロールである。また、本
発明では、前記外層が、前記組成に加えて、さらに質量
%で、Co:0.5 〜4.0 %含む組成とすることが好まし
い。
ールの外層(外層材)の組成限定理由について説明す
る。なお、組成における質量%は単に%と記す。 C:2.4 〜3.2 % Cは、V、Nb、Cr、Moと結合して、ロールの耐摩耗性を
向上するための硬質炭化物形成に必須な元素であるとと
もに、黒鉛の晶出ならびに耐焼付き性を確保するために
必要な元素であり、本発明では2.4 %以上の含有を必要
とする。一方、3.2 %を超えて含有すると共晶炭化物が
多量に出現し、またMC型炭化物が粗大化して、耐肌荒れ
性が低下する。このため、Cは2.4 〜3.2 %の範囲に限
定した。
し黒鉛を晶出させやすくする元素であり、本発明では0.
9 %以上の含有を必要とする。一方、2.5 %を超えて含
有すると、本発明成分において黒鉛の粗大化及び組織の
粗大化を発生させ、ロールの耐肌荒れ性や耐摩耗性が著
しく低下する。このようなことから、Siは0.9 〜2.5 %
の範囲に限定した。
するSを無害、安定化するために有効である。また、焼
入れ性を向上させ硬さを増加させるという効果もある。
このような効果を得るためには、0.2 %以上の含有が必
要である。しかし、1.5 %を超えて含有すると凝固界面
に偏析し材料を脆化させる。このため、Mnは0.2 〜1.5
%の範囲に含有した。なお、好ましくは0.3 〜1.0 %で
ある。
り、Moとともに含有させることにより、ロール圧延時の
炭化物破壊を抑制し耐摩耗性を向上させる効果を有す
る。このような効果を得るためには、0.8 %以上の含有
を必要とする。一方、2.5 %を超えて含有すると、共晶
炭化物が増加し耐肌荒れ性が低下するとともに、黒鉛量
が減少して耐焼付き性も低下する。このため、Crは0.8
〜2.5 %に限定した。
や基地を強化する作用を有し、優れた耐肌荒れ性を維持
しつつ耐摩耗性を向上させる効果を有する。特に、Nbと
複合して含有することにより、硬質なMC型炭化物を強化
し、耐摩耗性を顕著に向上させる重要な効果を発揮する
が、このような効果を得るためには、1.2 %以上の含有
を必要とする。一方、4.0 %を超えて含有すると、Mo主
体の硬く脆弱な炭化物が多量に形成され、耐肌荒れ性が
劣化する。このため、Moは1.2 〜4.0 %に限定した。な
お、好ましくは1.5 〜3.5 %である。
耗性を向上させる効果を有する。また、Niは黒鉛の晶出
を促進させる効果も有する。このような効果は2.0 %以
上の含有で認められるが、7.0 %を超えて含有すると、
オーステナイトを著しく安定化し、残留オーステナイト
量が増加し耐焼付き性を低下させる。このため、Niは2.
0 〜7.0 %の範囲に限定した。なお、好ましくは3.0 〜
6.0 %である。
る効果を有する元素である。本発明では、一定レベル以
上の耐摩耗性を得るために、1.5 %以上の含有を必要と
する。一方、2.7 %を超えると、MC型炭化物が粗大化し
て肌荒れが発生する。さらに、焼付きが発生しやすくな
ったりする等の弊害もある。このため、Vは1.5 〜2.7
%の範囲に限定した。なお、好ましくは、1.5 〜2.3 %
である。
する元素であり、とくに、本発明の含有範囲内のCr、M
o、Vと複合して含有することにより、炭化物を著しく
強化して耐摩耗性を顕著に向上させる重要な効果を有し
ている。Vのみの含有ではMC型炭化物が羽毛状に成長し
て組織が粗大化し、ロールの肌荒れを誘引するが、Nbと
Vを複合して含有することにより、MC型炭化物の羽毛状
化を抑制することができ、さらにTi、Alと複合添加する
ことにより、炭化物が微細化し、肌荒れが抑制される。
このような効果を得るためには、0.1 %以上のNb含有を
必要とする。なお、Nbが0.1 %未満では、MC型炭化物の
偏析や粗大化が発生する。一方、0.8 %を超えて含有す
ると、MC型炭化物がデンドライト状に粗大化するため、
却って肌荒れが発生するようになる。また、遠心鋳造法
で製造すると、MC型炭化物の偏析が生じる。このような
ことから、Nbは0.1 〜0.8 %の範囲に限定した。
を向上させる作用を有する。このような効果はREM 共存
下で0.020 %以上の含有で認められるが、0.2%を超え
て含有すると、炭化物が脆弱化し、耐摩耗性が低下する
とともに、黒鉛量も減少する。このため、Bは0.020 〜
0.2 %の範囲に限定した。なお、好ましくは0.04〜0.10
%である。
な元素である。REM は、肌荒れ性と耐摩耗性に顕著な悪
影響を及ぼす粗大片状黒鉛の晶出を抑制する作用を有
し、さらに組織を微細化する効果も有する。このような
効果を得るためには、0.0006%以上の含有を必要とす
る。一方、0.040 %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うえ、焼付きを抑制
する黒鉛量を減少する傾向を示す。このため、REM は0.
0006〜0.040 %の範囲に限定した。なお、好ましくは、
0.001 〜0.03%である。
ら選ばれた1種または2種 Ti、Alは、いずれも、炭化物生成を助長するOやNを固
定することにより、黒鉛化を促進する作用を有し、ま
た、Nb炭化物の核となることによりMC型炭化物を微細分
散させる重要な効果を有する。このような効果は、Tiが
0.01%以上、Alが0.03%以上の含有で顕著に認められ
る。 一方、Tiを0.05%以上含有すると、微細MC型炭化物
が密集し、その部分で大きな肌荒れを発生させる。ま
た、Alを0.1 %を超えて含有すると、溶湯の流動性が低
下して鋳造欠陥が発生しやすくなる。このため、Tiは0.
05%未満、Alは0.1 %以下に限定した。なお、Al、Tiの
いずれも含有しない場合には、耐焼付き性が劣化すると
共に、MC型炭化物が粗大化し、肌荒れ性が発生する。な
おTiは0.010 〜0.040 %とすることが好ましい。また、
Alは0.02〜0.06%とすることが好ましい。
したうえで、さらに次(1)〜(3)式 1.8 ≦C−(0.236 ×V+0.129 ×Nb)≦2.6 % ……(1) Cr/C<1.0 ……(2) 3.0 ≦Cr+V≦4.6 ……(3) (ここで、C、V、Nb、Cr:各元素の含有量 (質量
%))を満足するように各成分の含有量を調整すること
が重要である。これにより、優れた耐摩耗性、耐肌荒れ
性及び耐焼付き性を兼備した熱間圧延作業用ロール外層
(外層材)となる。
未満では、黒鉛の生成が認められなくなり、 耐焼付き性
が劣化する。一方、2.6 %を超えると共晶炭化物が過度
に増加し、顕著な肌荒れが発生し耐肌荒れ性が劣化す
る。このため、有効C量:{C−(0.236 ×4+0.129
×Nb)}を1.8 以上2.6 以下に限定した。なお、V含有
量が2.1 %を超える場合には、肌荒れの抑制の観点から
有効C量は2.5 以下にすることが好ましい。(0.236 ×
V+0.129 ×Nb)は、VとNbによってMC型炭化物の形成
に消費されるC量を意味し、{C−0.236 ×V−0.129
×Nb}は、耐焼付き性向上に有利な黒鉛や共晶炭化物の
生成に寄与する残されたC量を示す値である。
なる場合には、基地中および炭化物中のCr濃度が増加
し、また黒鉛量が減少するため、焼付きが顕著に発生し
やすくなる。Cr/Cを1.0 未満とすることにより、従来
のNiグレン鋳鉄ロールと同等の優れた耐焼付き性を維持
できる。
が著しく増大する。一方、4.6 を超えると肌荒れが著し
く大きくなる。このため、本発明では、(Cr+V)を3.
0 〜4.6 の範囲に限定した。なお、耐肌荒れ性を重視す
る場合には、Cr+Vを3.0 近い組成とし、耐摩耗性を重
視する場合は、Cr+Vを4.6 に近い組成とすることが好
ましい。
した(1)、(2)、(3)式をすべて満足するように
組成を調整することにより、耐摩耗性、 耐焼付き性およ
び耐肌荒れ性を同時に向上させることができる。また、
本発明の外層材 (外層)は、上記した組成に加えてさら
に、Co:0.5 〜4.0 %を含有してもよい。
ると共に、基地を強化し、粗大な絞りクラックの生成を
抑える効果があり、必要に応じ含有することができる。
このような効果を得るためには、Coを0.5 %以上含有す
ることが好ましい。一方、4.0 %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ず、高価
な元素であるため経済的に不利となる。このため、Coは
0.5 〜4.0 %の範囲に限定することが好ましい。
した組成に加えて、黒鉛を含む組織を有する。黒鉛は、
耐焼付き性の向上に有効に作用する。このような効果は
0.1%以上の黒鉛の含有で顕著となるが、2%を超えて
存在すると、耐摩耗性が著しく低下する。このため、黒
鉛は2%以下とすることが好ましい。本発明では、外層
材の製造方法は特に限定されないが、上記した組成の溶
湯を、遠心鋳造法で所定の寸法形状の外層材とすること
が製造コストの観点から好ましい。この場合、外層材の
凝固途中あるいは完全凝固後に、鋳型の回転を停止し内
層材を静置鋳造して、複合ロールとすることが好まし
い。これにより外層材の内面側が再溶解され外層と内層
が溶着一体化した、複合ロールとなる。
質に優れた球状黒鉛鋳鉄やいも虫状黒鉛鋳鉄あるいは黒
鉛鋼などを用いるのが好ましい。また、外層と内層の間
に、黒鉛鋼や高炭素鋼からなる中間層を設けてもよい。
遠心鋳造法でロールを製造する場合、中間層は、外層の
遠心鋳造に引きつづいて、遠心鋳造すれば良い。なお、
以上の説明は、主として、鋼板の熱間圧延用ロールを対
象に説明してきたが、本発明は、鋼板の熱間圧延用複合
ロールに限定されることはなく、カリバー付き鋼管圧延
用複合ロールに適用しても何ら問題ないことはいうまで
もない。なお、鋼管圧延用のスリープ式ロールを製造す
る場合は、外層を遠心鋳造後、球状黒鉛鋳鉄や、高炭素
鋼を内層材として、遠心鋳造すれば良い。
溶解し、Ca−Siで接種した後、ロール外層材に相当する
リング状試験材( 外径:250 mmφ、肉厚:80mm) を遠心
鋳造方法により鋳造した。なお、鋳込み温度は1450℃、
遠心力は重力倍数で160 Gとした。鋳造後、試験材に50
0 ℃で焼戻し処理を施した。焼戻し後の硬さは、Hs77〜
86であった。なお、Niグレン鋳鉄を従来例とした。
し、組織観察、摩耗試験、および焼付き試験を行った。 (1) 組織観察 リング状試験材から組織観察用試験片を採取し、リング
状試験材中央断面について、まず黒鉛の有無を観察し
た。ついで、リング状試験材断面について、硝酸水溶液
で腐食しマクロ組織を観察し、MC型炭化物の偏析状況
を調査した。偏析模様が観察される場合を偏析有り、そ
の他の場合を偏析無しとした。 (2) 摩耗試験 リング状試験材から試験片(大きさ:60mmφ)を採取
し、相手材(材質:S45C、大きさ:190 mmφ) と試験片
の2 円盤すべり摩耗方式で摩耗試験を実施した。試験片
を回転数700rpmで回転させながら、相手材を800 ℃に加
熱し、試験片を水冷し、試験片と相手材のすべり率を10
%として、荷重100kgf(980 N )で圧接しながら150min
間転動させた。試験後、試験片の摩耗減量(摩耗量)を
測定した。さらに試験片表面の肌荒れ状況を目視で観察
し、一部の肌荒れの大きな部分について試験片周辺方向
に10mmの長さにわたり、 触針式粗さ計を用いてJIS B 06
01の規定に準拠して粗さ曲線を求め、十点平均粗さRz
を求めた。 (3) 焼付き試験 リング状試験材から試験片(25mm厚の板状) を採取し、
図3に示す方式の試験機で焼付き試験を実施した。試験
片(25mm厚板状) に、高周波加熱コイルにより、900 ℃
に加熱されて150rpmで回転する円板状の相手材(材料:
SUS410、大きさ:190 mmφ) を100kgf(980 N)で10s間
圧接した。試験後の試験片表面に相手材(金属)のへば
り付きがある場合を「焼付き有り」(×)、へばり付き
がなく表面が摩耗している場合を「焼付きなし」(○)
として、耐焼付き性を評価した。
つ焼付きや肌荒れの発生がなく、極めて優れた耐摩耗
性、耐焼付き性および耐肌荒れ性を有するロール外層材
となっている。一方、本発明の範囲から外れる比較例
は、耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒れ性の少なくと
も1つ以上が低下している。(Cr+V)量、V含有量が
本発明範囲を低い外れる比較例(リング材No. A)で
は、摩耗量が多く耐摩耗性が低下している。また、(Cr
+V)量、V含有量が本発明範囲を高く外れる比較例
(リング材No. F,No. G)では、著しい肌荒れが発生
し、耐肌荒れ性が低下している。また、Cr含有量、Cr/C
量、(Cr+C)量が本発明範囲を高く外れる比較例(リ
ング材No. M,No. N)では、摩耗量が増加し耐摩耗性
が低下するとともに、肌荒れ、焼付きが発生し耐肌荒れ
性、耐焼付き性が低下している。また、Al、Ti、REM を
含有しない比較例(リング材No. O)では、焼付き、肌
荒れがともに発生し、耐肌荒れ性、耐焼付き性が低下
し、、REM を含有しないためさらには耐摩耗性が低下し
ている。また、Ti含有量が高くはずれ、Nb,B,REM を
含有しない比較例(リング材No. P)では、肌荒れが発
生し、耐肌荒れ性が低下している。C含有量が本発明範
囲を低く外れる比較例(リング材No. Q)では、焼付き
が発生し、 耐焼付き性が低下している。また、Al、Ti、
REM を含有せず、有効C量が本発明範囲を高く外れ、Mo
含有量が本発明範囲を低く外れる比較例(リング材No.
W)では、有効C量の過剰とTi、Alを含有しないことで
肌荒れが発生し、Mo量の不足とREM を含有しないことに
起因して摩耗量が著しく増加し、耐摩耗性、耐肌荒れ性
が低下している。また、V含有量が本発明範囲を高く外
れ、有効C量が本発明範囲を低く外れる比較例(リング
材No. X)では、焼付きが発生し、耐焼付き性が低下し
ている。なお、従来例(リング材No.NiG)は耐焼付き性
に優れるが耐摩耗性が著しく劣っている。 (実施例2)製品胴径685 mm、胴長2380mmの複合ロール
を以下の手順で製造した。
して肉厚120 mmになるように、外層材溶湯を鋳込んだ。
外層が凝固した後に鋳型の回転を停止し、鋳型を立てて
内層材( 球状黒鉛鋳鉄)を鋳造することで、外層−内層
を一体化させ、外層の表面温度が80℃以下になるまで冷
却した後、鋳型を解体し、外層−内層からなる複合ロー
ルとした。
熱したのち徐冷する熱処理(焼戻し処理)を実施し、外
層の硬さを79〜83Hsとした。熱処理後、ロール胴端部か
ら外層の化学組成分析用試験材、組織観察用試験片を採
取した。なお、内層についてはロール軸端の中心部から
化学組成分析用試料を採取した。各複合ロールの外層、
内層の化学組成を表3に示す。
のF7スタンドの作業ロールとして投入し、中炭素鋼10本
の試験圧延を実施した。なお、その中の1 本で絞り圧延
を再現し、焼付き状況を比較した。
ールであるNiG 鋳鉄ロールの約2倍の極めて良好な耐摩
耗性と耐肌荒れ性を有することが確認された。また、絞
り圧延において焼付きは発生しなかった。
圧延スタンド用ロールとして、耐摩耗性、耐焼付き性お
よび耐肌荒れ性を兼備した複合ロールが安価に製造で
き、産業上格段の効果を奏する。また、本発明の複合ロ
ールは、優れた耐焼付き性、耐肌荒れ性および耐摩耗性
が要求される鋼管圧延用ロールとしても適用できる。
C量との関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 熱間圧延用複合ロールの外層に用いられ
る外層材であって、質量%で、 C:2.4 〜3.2 %、 Si:0.9 〜2.5 %、 Mn:0.2 〜1.5 %、 Cr:0.8 〜2.5 %、 Mo:1.2 〜4.0 %、 Ni:2.0 〜7.0 %、 V:1.5 〜2.7 %、 Nb:0.1 〜0.8 %、 B:0.020 〜0.2 %、 REM:0.0006〜0.040 %、 を含み、かつC、Cr、Nb、V含有量が下記(1)〜
(3)式を満足し、さらに、Ti:0.05%未満、Al:0.1
%以下のうちから選ばれた1種または2種を含み、残部
Feおよび不可避的不純物からなる組成と、黒鉛を含む組
織とを有することを特徴とする耐摩耗性、耐焼付き性お
よび耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロール外層材。記 1.8 ≦ C−(0.236×V+0.129 ×Nb) ≦ 2.6 ・・・(1) Cr/C <1.0 ・・・(2) 3.0 ≦ Cr+V ≦4.6 ・・・(3) ここで、C、V、Nb、Cr:各元素の含有量(質量%) - 【請求項2】 前記組成に加えてさらに、質量%で、C
o:0.5 〜4.0 %含む組成とすることを特徴とする請求
項1に記載の熱間圧延用ロール外層材。 - 【請求項3】 外層と内層が溶着一体化してなる熱間圧
延用複合ロールであって、前記外層が、質量%で、 C:2.4 〜3.2 %、 Si:0.9 〜2.5 %、 Mn:0.2 〜1.5 %、 Cr:0.8 〜2.5 %、 Mo:1.2 〜4.0 %、 Ni:2.0 〜7.0 %、 V:1.5 〜2.7 %、 Nb:0.1 〜0.8 %、 B:0.020 〜0.2 %、 REM:0.0006〜0.040 %、 を含み、かつCr、C、V、Nb含有量が下記(1)〜
(3)式を満足し、さらに、Ti:0.05%未満、Al:0.1
%以下のうちから選ばれた1種または2種を含み、残部
Feおよび不可避的不純物からなる組成と、黒鉛を含む組
織とを有することを特徴とする耐摩耗性、耐焼付き性お
よび耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用複合ロール。記 1.8 ≦ C−(0.236×V+0.129 ×Nb) ≦ 2.6 ・・・(1) Cr/C <1.0 ・・・(2) 3.0 ≦ Cr+V ≦4.6 ・・・(3) ここで、C、V、Nb、Cr:各元素の含有量(質量%) - 【請求項4】 前記外層が、前記組成に加えて、さらに
質量%で、Co:0.5〜4.0 %含む組成とすることを特徴
とする請求項3に記載の熱間圧延用複合ロール。
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