JP2004009063A - 熱間圧延用複合ロール - Google Patents
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Abstract
【課題】耐焼付性を十分確保するとともに、耐摩耗性、耐クラック性を向上させた、また鋳造後の冷却時に外層に割れが生じることを防止した熱間圧延用複合ロールを提供する。
【解決手段】第１の外層と、第１の外層の内周面に溶着された第２の外層と、第２の外層の内周面に溶着された内層とから構成され、第１の外層は、化学成分が重量％で、Ｃ：２．５〜３．５％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｎｉ：４．０〜５．５％、Ｃｒ：１．０〜２．５％、Ｖ：０．５〜４．０％、Ｍｏ：０．１〜２．０％を含有するＦｅ基合金からなり、金属組織中に面積％で黒鉛が０．５〜５％、ＭＣ系炭化物が１．０〜１０％分散されてなることを特徴とする。
【選択図】 なし
【解決手段】第１の外層と、第１の外層の内周面に溶着された第２の外層と、第２の外層の内周面に溶着された内層とから構成され、第１の外層は、化学成分が重量％で、Ｃ：２．５〜３．５％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｎｉ：４．０〜５．５％、Ｃｒ：１．０〜２．５％、Ｖ：０．５〜４．０％、Ｍｏ：０．１〜２．０％を含有するＦｅ基合金からなり、金属組織中に面積％で黒鉛が０．５〜５％、ＭＣ系炭化物が１．０〜１０％分散されてなることを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性、耐焼付性および耐クラック性に優れた熱間圧延用複合ロールに関し、特に熱間厚板圧延用ワークロールに好適なロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間厚板圧延用のワークロールとして、高合金グレン材からなる外層と靭性に優れた鉄系合金からなる内層が溶着一体化された複合ロールが用いられている。一般に、高合金グレン材は金属組織中に存在する黒鉛の潤滑作用によって耐焼付き性に優れている特徴を有し、絞り圧延事故に遭遇した際でも、被圧延材の焼付きが少なく、その際のクラックの発生進展も少なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高合金グレンロールは耐摩耗性が十分ではなかった。高合金グレン材は基地、セメンタイト、黒鉛から金属組織を構成する。そこで、耐摩耗性を向上させるためには、セメンタイトの増量や、基地硬さの上昇が有効な手段と考えられるが、ロール使用時の耐クラック性の低下を招き、圧延事故発生時のクラックが深くなるため限界があった。
【０００４】
また、鋳造後の冷却時に外層の変態温度の低下に起因して、外層と内層の間に収縮差が生じるため、外層に割れが生じることがあるという問題があった。
【０００５】
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、耐焼付性を十分確保するとともに、耐摩耗性、耐クラック性を向上させた、また鋳造後の冷却時に外層に割れが生じることを防止した熱間圧延用複合ロールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱間圧延用複合ロールは、第１の外層と、第１の外層の内周面に溶着された第２の外層と、第２の外層の内周面に溶着された内層とから構成され、第１の外層は、化学成分が重量％で、Ｃ：２．５〜３．５％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｎｉ：４．０〜５．５％、Ｃｒ：１．０〜２．５％、Ｖ：０．５〜４．０％、Ｍｏ：０．１〜２．０％を含有するＦｅ基合金からなり、金属組織中に面積％で黒鉛が０．５〜５％、ＭＣ系炭化物が１．０〜１０％分散されてなり、第２の外層は、化学成分が重量％で、Ｃ：２．５〜３．５％、Ｓｉ：１．５〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｎｉ：３．５〜５．０％、Ｃｒ：０．８〜２．０％、Ｖ：０．１〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜１．５％を含有するＦｅ基合金からなり、内層は、強靭なＦｅ基合金からなることを特徴とする。
【０００７】
前記本発明において、第１の外層の厚みをａ、第２の外層の厚みをｂとした場合、ａ＋ｂが、製品使用開始時の初径から７０ｍｍ以上であることを特徴とする。また、第１の外層の厚みをａ、第２の外層の厚みをｂとした場合、ｂ／（ａ＋ｂ）が０．１〜０．５を満足する範囲内にあることを特徴とする。また、第１の外層の金属組織中に面積％で、セメンタイトが１０〜４５％分散されていることを特徴とする。さらに、第１の外層は、化学成分が重量％でさらに、Ｗ：０．３〜４．０％、Ｃｏ：１．０〜１０．０％、Ｎｂ：１．０〜１０．０％、Ｔｉ：０．０１〜２．０％、Ｂ：０．００２〜０．２％、Ｃｕ：０．０２〜１．０％の内の１種または２種以上を含有することを特徴とする。本発明の熱間圧延用複合ロールを厚板圧延用ワークロールに用いることを特徴とする。
【０００８】
【作用】
従来の高合金グレン材では、基地がセメンタイトに比べ比較的軟質なために優先的に摩耗していた。そこで、本発明は外層を第１の外層とその内側の第２の外層で構成し、第１の外層は、基地中に硬質なＭＣ系炭化物を晶出させることにより耐摩耗性を著しく向上させた。
【０００９】
また、外層の厚みを確保するのに、第１の外層の耐摩耗性を向上させるため、ＭＣ系炭化物を晶出させる元素であるＶなどを添加すると金型から離れた凝固が遅い位置では黒鉛が晶出し難くなる。そこで、第１の外層の内側に黒鉛が晶出しやすい成分からなる第２の外層を用いて、第２の外層を金型から離れた位置で凝固させることにより、第１の外層と同様に黒鉛が十分晶出した層を形成でき、第１の外層と第２の外層からなる外層の厚みを厚くすることができる。
【００１０】
また、第２の外層の変態温度が、第１の外層より少し高い温度の材料とすることにより、第１の外層と第２の外層からなる外層と内層の間の収縮差を緩和できるため、外層と内層の間の発生応力を緩和し割れを防止することができる。
【００１１】
第１の外層の厚みをａ、第２の外層の厚みをｂとした場合、第１の外層と第２の外層からなる外層の厚みａ＋ｂを、製品使用開始時の初径から７０ｍｍ以上にすることにより、耐クラック性を向上できる。ロール使用終了時のロール廃却径とロール初径との径差から算出できるロール外層使用厚みはほとんどの圧延ミルで４０〜５０ｍｍである。そこで、ロール廃却径から最低２０ｍｍ以上の厚さを形成することにより、ロール初径から廃却径まで使用時の外層表面付近の圧縮残留応力を減少させ、クラックが発生しても残留応力の減少によりクラック進展を小さくできるので、発生したクラックを浅く抑えて耐クラック性を向上できる。
【００１２】
本発明ロールの第１の外層の化学組成（重量％）の限定理由について説明する。
Ｃ：２．５〜３．５％
Ｃは、同時に含有されるＣｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗと結合して硬質炭化物（ＭＣ、Ｍ２Ｃ、Ｍ６Ｃ、Ｍ７Ｃ３等）を生成し耐摩耗性を高めるとともに、ＳｉやＮｉの黒鉛化促進元素によって組織中に黒鉛を晶出して耐焼付性を付与するのに必要な元素である。Ｃが２．５％未満では硬質炭化物の生成量が不足するとともに黒鉛がほとんど晶出しない。Ｃが３．５％を超えると、セメンタイトや硬質炭化物が多くなりすぎ靭性が低下する。Ｃのより好ましい含有量は２．８〜３．４％である。
【００１３】
Ｓｉ：０．５〜２．０％
Ｓｉは、黒鉛化促進元素であるため０．５％以上必要である。Ｓｉが２．０％を超えると、基地が脆化し靭性が低下する。また黒鉛を晶出させるためには、この範囲の含有総Ｓｉ量のうち０．１％以上を接種で添加する必要がある。接種するＳｉ量は、好ましくは全Ｓｉの０．１〜０．８％とする。なお、第１の外層中のＳｉ全含有量は、より好ましくは０．８〜２．０％であり、さらに好ましくは１．０〜２．０％である。
【００１４】
Ｍｎ：０．１〜１．５％
Ｍｎは、溶湯の脱酸や不純物であるＳをＭｎＳとして固定する効果があり、０．１％以上必要である。Ｍｎが１．５％を超えると残留オーステナイトを生じやすくなり安定して硬さを維持できない。Ｍｎの含有量は、より好ましくは０．２〜１．０％であり、さらに好ましくは０．４〜０．９％である。
【００１５】
Ｎｉ：４．０〜５．５％
Ｎｉは、黒鉛の晶出および基地組織の焼入れ性を向上させるため有効な元素であり、４．０％以上必要である。５．５％を超えるとオーステナイトが安定しすぎ、ベイナイトあるいはマルテンサイトに変態しにくくなる。Ｎｉの含有量は、より好ましくは４．０〜５．０％である。
【００１６】
Ｃｒ：１．０〜２．５％
Ｃｒは、基地組織をベイナイトあるいはマルテンサイトにして硬さを保持し、耐摩耗性を保持するのに有効な元素であり、１．０％以上必要である。Ｃｒが２．５％を超えると、黒鉛の晶出を阻害したり基地組織の靭性を低下させたりするばかりでなく、Ｃｒ系炭化物（Ｍ７Ｃ３系、Ｍ２３Ｃ６系）を形成する。この炭化物は、硬さがＭＣ系、Ｍ６Ｃ系炭化物に比べて低いため耐摩耗性向上効果が期待できず、かつ脆くなる。このためＣｒの上限は２．５％とする。Ｃｒの含有量は、より好ましくは１．０〜２．０％である。
【００１７】
Ｖ：０．５〜４．０％
ＶはＣと結合してＭＣ系炭化物を生成する。このＭＣ系炭化物の硬さはＨｖ２５００〜３０００であり、炭化物の中でも非常に硬質である。このため、Ｖは耐摩耗性の向上に最も効果のある必須元素の１つである。晶出炭化物だけでなく、基地中の微細な析出炭化物として耐摩耗性の向上に寄与する。しかし過剰になると黒鉛の晶出を阻害し、かつセメンタイトで囲まれる基地粒径が粗大化する。そのため、Ｖの含有量は０．５〜４．０％とする。Ｖの含有量は、より好ましくは２．０〜４．０％である。
【００１８】
Ｍｏ：０．１〜１．５％
Ｍｏは、Ｃと結合して硬質のＭ６Ｃ系、Ｍ２Ｃ系炭化物を生成し、かつ基地組織中に固溶して基地組織を強化するので耐摩耗性の向上に有効な元素である。反面、白銑化元素であるので過剰になると、黒鉛の晶出を阻害する。このため、好ましいＭｏの含有量は、０．１〜１．５％である。より好ましいＭｏの含有量は０．５〜１．５％である。
【００１９】
Ｗ：０．３〜４．０％
本発明の第１の外層は上記必須元素の他にＷを含有することができる。ＷはＭｏと同様、Ｃと結合して硬質のＭ６Ｃ系、Ｍ２Ｃ系炭化物を生成し、かつ基地組織中に固溶して基地組織を強化するので耐摩耗性の向上に有効な元素である。反面、白銑化元素であるので過剰になると、黒鉛の晶出を阻害する。このため、好ましいＷの含有量は、０．３〜４．０％である。より好ましいＷの含有量は０．５〜２．０％である。
【００２０】
Ｃｏ：１．０〜１０．０％
本発明の第１の外層は上記必須元素の他にＣｏを含有することができる。Ｃｏは、基地組織の強化に有効な元素であるが、過剰になると靭性を低下させる。そのため、Ｃｏの含有量は１．０〜１０．０％とする。また、Ｃｏにはセメンタイトを不安定化し、黒鉛を晶出しやすくする効果もある。より好ましいＣｏ量は、３．０〜７．０％である。
【００２１】
Ｎｂ：１．０〜１０．０％
本発明の第１の外層は上記必須元素の他にＮｂを含有することができる。Ｎｂは、Ｖと同様にＣと結合してＭＣ系炭化物を生成する。ＭＣ系炭化物は炭化物の中で最も硬いので、Ｎｂは耐摩耗性の向上に最も効果のある元素であるが、過剰になると、黒鉛の晶出を阻害する。そのため、Ｎｂの含有量は１．０〜１０．０％とする。より好ましいＮｂの含有量は、２．０〜１０．０％である。
【００２２】
Ｔｉ：０．０１〜２．０％
本発明の第１の外層は上記必須元素の他にＴｉを含有することができる。Ｔｉは、黒鉛化阻害元素であるＮおよびＯと結合して酸窒化物を形成する。Ｔｉは０．０１％未満では効果を期待できず、また含まれているＮおよびＯの量からＴｉは２．０％で十分である。より好ましいＴｉの含有量は、０．０５〜０．５％である。
【００２３】
Ｂ：０．００２〜０．２％
本発明の第１の外層は上記必須元素の他にＢを含有することができる。Ｂは、炭化物を微細化する効果があり、０．００２％未満ではその効果が十分に発揮されず、０．２％を超えると、炭化物が不安定になる。より好ましいＢの含有量は０．０１〜０．０５％である。
【００２４】
Ｃｕ：０．０２〜１．０％
本発明の第１の外層は上記必須元素の他にＣｕを含有することができる。ＣｕはＣｏと同様、セメンタイトを不安定化し、黒鉛を晶出しやすくする効果がある。０．０２％未満ではその効果が十分でなく、１．０％を超えると靭性を低下させる。より好ましいＣｕの含有量は、０．１〜０．５％である。
【００２５】
上記元素以外は不純物を除いて残部は実質的にＦｅである。不純物として主な元素はＰおよびＳであるが、Ｐは靭性低下防止のため０．１％以下、Ｓも同様の理由により０．０８％以下が好ましい。
【００２６】
本発明の第１の外層の金属組織は基地、炭化物、黒鉛から構成される。耐焼付性は黒鉛量に応じて向上する。ロール外層の金属組織中に面積％で黒鉛を０．５〜５％晶出させる必要がある。黒鉛量が面積％で０．５％未満では耐焼付性の効果が十分でない。また、黒鉛量が５％を超えると機械的性質が著しく低下する。このため、必要とされる黒鉛量は０．５〜５％である。好ましい黒鉛量は２〜４％であり、黒鉛粒子の粒径は５〜５０μｍが望ましい。
【００２７】
耐摩耗性を向上させるためには、硬質な炭化物を分散させる必要がある。特に硬質な炭化物であるＭＣ系炭化物は面積％で１．０〜１０％含有する必要がある。硬質炭化物の面積％が１．０％未満では耐摩耗性が十分でない。また黒鉛との共存関係により、１０％を超えて硬質炭化物を含有させるのは製造上困難である。好ましいＭＣ系炭化物の面積％は２．０〜６％である。
【００２８】
セメンタイトはＭＣ系炭化物に比べ軟質であるものの、高価な合金を使用することなく容易に晶出できる。また多量に晶出させることにより、軟質な基地の粒径を微細にし、かつ基地面積率を減少させ、耐摩耗性を向上させることができる。炭化物の大部分を占めるのはセメンタイトであり、これにより囲まれる基地粒径が粗大になると、摩耗の損傷形態が大きくなり、耐摩耗性が劣化する。このためセメンタイトで囲まれる平均基地粒径は１００μｍ以下とすることが必要である。セメンタイトの晶出量は１０％未満では黒鉛の晶出が困難になり、４５％を超えると靭性が低下する。好ましいセメンタイトの面積％は１５〜４０％である。
【００２９】
基地は炭化物と比較し軟質であり、圧延に使用すると優先的に基地が摩耗する。そのため耐摩耗性を改善するには基地を硬くする必要がある。ロールの基地組織は実質的にマルテンサイト、ベイナイトまたはパーライトからなるが、マルテンサイト量の増加等の組織的な硬化だけでは製造上限界が有り、また高温での硬さが期待できない。この点を改善するために基地中に微細な硬質の炭化物を析出させる析出硬化を行うことにより常温で基地硬さＨｖ６００以上を得られる。
【００３０】
次に、本発明ロールは、第１の外層の内周面に第２の外層を設ける。本発明の第２の外層は、化学成分が重量％で、Ｃ：２．５〜３．５％、Ｓｉ：１．５〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｎｉ：３．５〜５．０％、Ｃｒ：０．８〜２．０％、Ｖ：０．１〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜１．５％を含有するＦｅ基合金からなるのが好ましい。
【００３１】
第２の外層を設けることにより、第１の外層と第２の外層からなる外層の厚みをロール使用開始時に７０ｍｍ以上形成することができる。第１の外層のみで外層厚みを７０ｍｍ以上にすると、耐摩耗性を向上させるためにＶなどの強い白銑化元素を含む第１の外層では、接種などで黒鉛を晶出させているので金型から離れた凝固が遅い位置では接種効果が小さくなり黒鉛が晶出し難くなる。このため、セメンタイトなどの炭化物が過剰に生成し、基地組織もより低温で変態するベイナイトおよびマルテンサイトが多くなる。セメンタイトなどの炭化物がロール廃却径付近で過剰に生成すると、セメンタイトが過剰に生成した部分は脆弱になりロール使用中にスポーリング事故が発生しやすくなる。また、基地組織がより低温で変態するベイナイトおよびマルテンサイトからなるような状態では、鋳造後の冷却時に外層の変態温度が低下にして、外層と内層の間に収縮差が生じるため、外層に割れが生じ製造困難になるため好ましくない。
【００３２】
本発明では、第１の外層より黒鉛を晶出しやすくした第２の外層を設けて、第１の外層と第２の外層からなる外層厚みを７０ｍｍ以上にすることにより、前記のロール使用中の事故や鋳造後の外層の割れなどの問題を防止できる。第２の外層は、第１の外層の凝固途中に鋳込みを行うため接種効果のフェーディングを第１の外層より防止できるようにする。第２の外層は、第１の外層より黒鉛を出しやすくするため、Ｓｉを多くし白銑化元素であるＶなどを少なくし、基地組織はベイナイトおよびマルテンサイトとして第１の外層と同様に内層の基地組織であるパーライトに対して変態差が発生するように、かつ第１の外層のベイナイト変態温度より５０℃未満の温度で高く変態する化学成分に調整される。また、第２の外層の金属組織は、第１の外層と同様に基地、炭化物、黒鉛から構成されているが、第１の外層より炭化物は少なく、黒鉛は多く晶出するようにしている。
【００３３】
第２の外層を前記のような金属組織、基地組織、変態温度特性にすることにより、第１の外層と第２の外層からなる外層の厚みを７０ｍｍ以上とし、ロール初径から廃却径まで使用時の外層表面付近の圧縮残留応力を小さくし、クラックが発生しても残留応力の減少によりクラック進展を小さくできるので、発生したクラックを浅く抑えて耐クラック性を向上できる。また、第２の外層は第１の外層より基地の変態温度を少し上げているので、第１の外層と第２の外層からなる外層と内層の間の発生応力を緩和し割れを防止することができる。
【００３４】
また本発明ロールは、ロール回転軸方向と直角をなす断面における、第１の外層の厚みをａ、第２の外層の厚みをｂとした場合、ｂ／（ａ＋ｂ）で表わす比が０．１〜０．５を満足する範囲内にあることが好ましい。ｂ／（ａ＋ｂ）が０．１未満では第２の外層が及ぼす効果が十分でなく、０．５を超えると鋳造方案の設計が困難となるので好ましくない。
【００３５】
本発明の内層としては、高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼、鋳鋼などの強靭材が使用される。その引張強さは４０ｋｇ／ｍｍ２以上、伸びは０．３％以上が望ましい。これは圧延用ロールとして用いた場合に大きな圧下力がかかるとともに、圧延中の撓みを補正するために軸の両端部に曲げ力をかけるので、それらに対する耐久力を有する必要があるからである。また、内層は外層と強固に接合させ、内層材と外層が接合された境界部の引張試験を行った場合、境界部から破断しないことが必要である。
【００３６】
本発明のロールは、遠心力鋳造法により第１の外層を鋳造した後、同じく遠心力鋳造法により第２の外層を鋳造する。その後、その内部に内層を静置鋳造する。スリーブ状のロールを製造するときは、内層も遠心力鋳造法してよい。
【００３７】
また鋳造に際して、第１の外層の溶湯にＳｉ含有接種剤を用いて接種する必要がある。接種するＳｉの量は０．１重量％以上必要であり、０．５重量％を超えると接種剤が溶湯に均一に溶けにくくなり、鋳造組織にむらが生じ易くなる。遠心力鋳造法の場合、回転する鋳型内の溶湯中に、Ｓｉ含有接種剤を注入する。Ｓｉ含有接種剤としては、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｃａ−Ｓｉ等が挙げられる。接種剤中のＳｉの含有量は３０〜８０重量％である。
【００３８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
表１に示す本発明の第１の外層の化学成分（本発明材）の１６００℃に加熱した溶湯を、前もってＳｉ接種材をＳｉ量で０．１重量％入れた直径８０ｍｍ、深さ１００ｍｍの砂型へ鋳込温度１３００℃で鋳込んだ。このようにして得た試験材を、４５０℃で１０時間加熱し、徐冷することにより、残留オーステナイトの分解と鋳造応力の除去を行った。比較のため、表１に示す比較材（従来のグレン材）も同様に試験を行った。
【００３９】
試験材の底面から２０ｍｍの位置より試験片を切り出し、組織構成要素の面積％を画像解析装置（日本アビオニクス（株）製）により測定した結果、表２に示すように、面積％で黒鉛が２．２％、ＶＣ炭化物（ＭＣ系炭化物）が２．２％、セメンタイトが３３．５％であった。セメンタイトで囲まれる平均基地粒径は６０μｍであった。また、常温での基地硬さはＨｖ６０２であった。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
表１の試験材から外径６０ｍｍ、内径４０ｍｍ、幅４０ｍｍの小型スリーブロール試験片を作製し、圧延摩耗試験機で摩耗試験を、摩擦熱衝撃試験機で焼付試験を行った。
【００４３】
図１は圧延摩耗試験機の概略図を示す。図１において、圧延摩耗試験機は、圧延機１と、圧延材Ｓを余熱する加熱炉４と、圧延材Ｓを冷却する冷却水槽５と、圧延材Ｓの巻取り機６とテンションコントローラ７とから構成される。圧延機１には試験用ロール２、３が組み込まれる。圧延摩耗試験機に試験用ロールを組み込み、試験条件が、圧延材料：ＳＵＳ３０４、圧下率：２５％、圧延速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、圧延温度：９００℃、圧延距離：３００ｍ／回、ロール冷却：水冷、ロール数：４重式にて試験を行った。圧延後、試験用ロールの表面に生じた摩耗の深さを触針式表面粗さ計（ＳＵＲＦＣＯＭ）により測定した。
【００４４】
図２は摩擦熱衝撃試験機の概略図を示す。図２において、摩擦熱衝撃試験機は、ラック８に重り９を落下させることによりピニオン１０を回動させ、試験材１１に噛み込み材１２を強く接触させるものである。
【００４５】
表２に試験結果を示す。本発明材は、摩耗量が従来のグレン材の約６０％であり、また、焼付き面積率が従来のグレン材とほぼ同等であった。これらの結果より、本発明ロールは、耐焼付性が従来のグレン材と同等で、耐摩耗性が約１．６倍という優れた性能を発揮することが明らかとなった。
【００４６】
（実施例２）
本発明の第１の外層用溶湯を回転する遠心力鋳造用金型に注湯して遠心力鋳造した。円筒状の外層が完全に凝固した後、続いて、本発明の第２の外層用の溶湯を遠心力鋳造し、第１の外層と第２の外層とを溶着させた。鋳込み量は肉厚で第１の外層が９５ｍｍ、第２の外層が２５ｍｍである。第１の外層および第２の外層が完全に凝固した後、金型の回転を止め、第１の外層と第２の外層を内面に有する金型を垂直に立てて、両端に上型および下型をセットして、金型の内部に内層としてダクタイル鋳鉄を鋳込んだ。そして、第２の外層と内層を完全に溶着させた。このようにして複合ロールが完全に冷却した後、金型から取り出した。表３に本発明のロールの第１の外層および第２の外層の化学成分を分析した結果を示す。
【００４７】
【表３】
【００４８】
図３は、このようにして得られた本発明のロールの胴部断面図を示す。本発明のロールは、第１の外層１４と、第１の外層１４の内周面に溶着された第２の外層１５と、第２の外層１５の内周面に溶着された内層１６とからなる。超音波探傷試験によって溶着状況を確認したところ、溶着は良好であった。
【００４９】
第１の外層表面の圧縮残留応力を測定した結果、−１７ｋｇ／ｍｍ２とロールの残留応力としては適正・十分な応力値が得られた。このため、外層は使用時のクラック進展を十分防止できることが確認できた。また、鋳造後の冷却時に外層と内層の収縮差により、外層に割れが生じることも無く健全に製造できた。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の熱間圧延用複合ロールは、耐摩耗性を向上でき、外層の耐クラック性も十分得られる、鋳造後の冷却時に外層に割れが生じることを防止できる。この熱間圧延用複合ロールは特に熱間厚板圧延用ワークロールにおいて優れた性能を発揮し、圧延工場における生産性の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態で用いた圧延摩耗試験機の概略図である。
【図２】実施の形態で用いた摩擦熱衝撃試験機の概略図である。
【図３】本発明例のロールの胴部断面図である。
【符号の説明】
１ 圧延摩耗試験機、 ２ 試験用ロール、 ３ 試験用ロール、
４ 加熱炉、５ 冷却水槽、 ６ 巻取り機、 ７ テンションコントローラ、
Ｓ 圧延材、 ８ ラック、 ９ 重り、 １０ ピニオン、
１１ 試験材、 １２ 噛み込み材
１４ 第１の外層、 １５ 第２の外層、 １６ 内層
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性、耐焼付性および耐クラック性に優れた熱間圧延用複合ロールに関し、特に熱間厚板圧延用ワークロールに好適なロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間厚板圧延用のワークロールとして、高合金グレン材からなる外層と靭性に優れた鉄系合金からなる内層が溶着一体化された複合ロールが用いられている。一般に、高合金グレン材は金属組織中に存在する黒鉛の潤滑作用によって耐焼付き性に優れている特徴を有し、絞り圧延事故に遭遇した際でも、被圧延材の焼付きが少なく、その際のクラックの発生進展も少なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高合金グレンロールは耐摩耗性が十分ではなかった。高合金グレン材は基地、セメンタイト、黒鉛から金属組織を構成する。そこで、耐摩耗性を向上させるためには、セメンタイトの増量や、基地硬さの上昇が有効な手段と考えられるが、ロール使用時の耐クラック性の低下を招き、圧延事故発生時のクラックが深くなるため限界があった。
【０００４】
また、鋳造後の冷却時に外層の変態温度の低下に起因して、外層と内層の間に収縮差が生じるため、外層に割れが生じることがあるという問題があった。
【０００５】
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、耐焼付性を十分確保するとともに、耐摩耗性、耐クラック性を向上させた、また鋳造後の冷却時に外層に割れが生じることを防止した熱間圧延用複合ロールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱間圧延用複合ロールは、第１の外層と、第１の外層の内周面に溶着された第２の外層と、第２の外層の内周面に溶着された内層とから構成され、第１の外層は、化学成分が重量％で、Ｃ：２．５〜３．５％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｎｉ：４．０〜５．５％、Ｃｒ：１．０〜２．５％、Ｖ：０．５〜４．０％、Ｍｏ：０．１〜２．０％を含有するＦｅ基合金からなり、金属組織中に面積％で黒鉛が０．５〜５％、ＭＣ系炭化物が１．０〜１０％分散されてなり、第２の外層は、化学成分が重量％で、Ｃ：２．５〜３．５％、Ｓｉ：１．５〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｎｉ：３．５〜５．０％、Ｃｒ：０．８〜２．０％、Ｖ：０．１〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜１．５％を含有するＦｅ基合金からなり、内層は、強靭なＦｅ基合金からなることを特徴とする。
【０００７】
前記本発明において、第１の外層の厚みをａ、第２の外層の厚みをｂとした場合、ａ＋ｂが、製品使用開始時の初径から７０ｍｍ以上であることを特徴とする。また、第１の外層の厚みをａ、第２の外層の厚みをｂとした場合、ｂ／（ａ＋ｂ）が０．１〜０．５を満足する範囲内にあることを特徴とする。また、第１の外層の金属組織中に面積％で、セメンタイトが１０〜４５％分散されていることを特徴とする。さらに、第１の外層は、化学成分が重量％でさらに、Ｗ：０．３〜４．０％、Ｃｏ：１．０〜１０．０％、Ｎｂ：１．０〜１０．０％、Ｔｉ：０．０１〜２．０％、Ｂ：０．００２〜０．２％、Ｃｕ：０．０２〜１．０％の内の１種または２種以上を含有することを特徴とする。本発明の熱間圧延用複合ロールを厚板圧延用ワークロールに用いることを特徴とする。
【０００８】
【作用】
従来の高合金グレン材では、基地がセメンタイトに比べ比較的軟質なために優先的に摩耗していた。そこで、本発明は外層を第１の外層とその内側の第２の外層で構成し、第１の外層は、基地中に硬質なＭＣ系炭化物を晶出させることにより耐摩耗性を著しく向上させた。
【０００９】
また、外層の厚みを確保するのに、第１の外層の耐摩耗性を向上させるため、ＭＣ系炭化物を晶出させる元素であるＶなどを添加すると金型から離れた凝固が遅い位置では黒鉛が晶出し難くなる。そこで、第１の外層の内側に黒鉛が晶出しやすい成分からなる第２の外層を用いて、第２の外層を金型から離れた位置で凝固させることにより、第１の外層と同様に黒鉛が十分晶出した層を形成でき、第１の外層と第２の外層からなる外層の厚みを厚くすることができる。
【００１０】
また、第２の外層の変態温度が、第１の外層より少し高い温度の材料とすることにより、第１の外層と第２の外層からなる外層と内層の間の収縮差を緩和できるため、外層と内層の間の発生応力を緩和し割れを防止することができる。
【００１１】
第１の外層の厚みをａ、第２の外層の厚みをｂとした場合、第１の外層と第２の外層からなる外層の厚みａ＋ｂを、製品使用開始時の初径から７０ｍｍ以上にすることにより、耐クラック性を向上できる。ロール使用終了時のロール廃却径とロール初径との径差から算出できるロール外層使用厚みはほとんどの圧延ミルで４０〜５０ｍｍである。そこで、ロール廃却径から最低２０ｍｍ以上の厚さを形成することにより、ロール初径から廃却径まで使用時の外層表面付近の圧縮残留応力を減少させ、クラックが発生しても残留応力の減少によりクラック進展を小さくできるので、発生したクラックを浅く抑えて耐クラック性を向上できる。
【００１２】
本発明ロールの第１の外層の化学組成（重量％）の限定理由について説明する。
Ｃ：２．５〜３．５％
Ｃは、同時に含有されるＣｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗと結合して硬質炭化物（ＭＣ、Ｍ２Ｃ、Ｍ６Ｃ、Ｍ７Ｃ３等）を生成し耐摩耗性を高めるとともに、ＳｉやＮｉの黒鉛化促進元素によって組織中に黒鉛を晶出して耐焼付性を付与するのに必要な元素である。Ｃが２．５％未満では硬質炭化物の生成量が不足するとともに黒鉛がほとんど晶出しない。Ｃが３．５％を超えると、セメンタイトや硬質炭化物が多くなりすぎ靭性が低下する。Ｃのより好ましい含有量は２．８〜３．４％である。
【００１３】
Ｓｉ：０．５〜２．０％
Ｓｉは、黒鉛化促進元素であるため０．５％以上必要である。Ｓｉが２．０％を超えると、基地が脆化し靭性が低下する。また黒鉛を晶出させるためには、この範囲の含有総Ｓｉ量のうち０．１％以上を接種で添加する必要がある。接種するＳｉ量は、好ましくは全Ｓｉの０．１〜０．８％とする。なお、第１の外層中のＳｉ全含有量は、より好ましくは０．８〜２．０％であり、さらに好ましくは１．０〜２．０％である。
【００１４】
Ｍｎ：０．１〜１．５％
Ｍｎは、溶湯の脱酸や不純物であるＳをＭｎＳとして固定する効果があり、０．１％以上必要である。Ｍｎが１．５％を超えると残留オーステナイトを生じやすくなり安定して硬さを維持できない。Ｍｎの含有量は、より好ましくは０．２〜１．０％であり、さらに好ましくは０．４〜０．９％である。
【００１５】
Ｎｉ：４．０〜５．５％
Ｎｉは、黒鉛の晶出および基地組織の焼入れ性を向上させるため有効な元素であり、４．０％以上必要である。５．５％を超えるとオーステナイトが安定しすぎ、ベイナイトあるいはマルテンサイトに変態しにくくなる。Ｎｉの含有量は、より好ましくは４．０〜５．０％である。
【００１６】
Ｃｒ：１．０〜２．５％
Ｃｒは、基地組織をベイナイトあるいはマルテンサイトにして硬さを保持し、耐摩耗性を保持するのに有効な元素であり、１．０％以上必要である。Ｃｒが２．５％を超えると、黒鉛の晶出を阻害したり基地組織の靭性を低下させたりするばかりでなく、Ｃｒ系炭化物（Ｍ７Ｃ３系、Ｍ２３Ｃ６系）を形成する。この炭化物は、硬さがＭＣ系、Ｍ６Ｃ系炭化物に比べて低いため耐摩耗性向上効果が期待できず、かつ脆くなる。このためＣｒの上限は２．５％とする。Ｃｒの含有量は、より好ましくは１．０〜２．０％である。
【００１７】
Ｖ：０．５〜４．０％
ＶはＣと結合してＭＣ系炭化物を生成する。このＭＣ系炭化物の硬さはＨｖ２５００〜３０００であり、炭化物の中でも非常に硬質である。このため、Ｖは耐摩耗性の向上に最も効果のある必須元素の１つである。晶出炭化物だけでなく、基地中の微細な析出炭化物として耐摩耗性の向上に寄与する。しかし過剰になると黒鉛の晶出を阻害し、かつセメンタイトで囲まれる基地粒径が粗大化する。そのため、Ｖの含有量は０．５〜４．０％とする。Ｖの含有量は、より好ましくは２．０〜４．０％である。
【００１８】
Ｍｏ：０．１〜１．５％
Ｍｏは、Ｃと結合して硬質のＭ６Ｃ系、Ｍ２Ｃ系炭化物を生成し、かつ基地組織中に固溶して基地組織を強化するので耐摩耗性の向上に有効な元素である。反面、白銑化元素であるので過剰になると、黒鉛の晶出を阻害する。このため、好ましいＭｏの含有量は、０．１〜１．５％である。より好ましいＭｏの含有量は０．５〜１．５％である。
【００１９】
Ｗ：０．３〜４．０％
本発明の第１の外層は上記必須元素の他にＷを含有することができる。ＷはＭｏと同様、Ｃと結合して硬質のＭ６Ｃ系、Ｍ２Ｃ系炭化物を生成し、かつ基地組織中に固溶して基地組織を強化するので耐摩耗性の向上に有効な元素である。反面、白銑化元素であるので過剰になると、黒鉛の晶出を阻害する。このため、好ましいＷの含有量は、０．３〜４．０％である。より好ましいＷの含有量は０．５〜２．０％である。
【００２０】
Ｃｏ：１．０〜１０．０％
本発明の第１の外層は上記必須元素の他にＣｏを含有することができる。Ｃｏは、基地組織の強化に有効な元素であるが、過剰になると靭性を低下させる。そのため、Ｃｏの含有量は１．０〜１０．０％とする。また、Ｃｏにはセメンタイトを不安定化し、黒鉛を晶出しやすくする効果もある。より好ましいＣｏ量は、３．０〜７．０％である。
【００２１】
Ｎｂ：１．０〜１０．０％
本発明の第１の外層は上記必須元素の他にＮｂを含有することができる。Ｎｂは、Ｖと同様にＣと結合してＭＣ系炭化物を生成する。ＭＣ系炭化物は炭化物の中で最も硬いので、Ｎｂは耐摩耗性の向上に最も効果のある元素であるが、過剰になると、黒鉛の晶出を阻害する。そのため、Ｎｂの含有量は１．０〜１０．０％とする。より好ましいＮｂの含有量は、２．０〜１０．０％である。
【００２２】
Ｔｉ：０．０１〜２．０％
本発明の第１の外層は上記必須元素の他にＴｉを含有することができる。Ｔｉは、黒鉛化阻害元素であるＮおよびＯと結合して酸窒化物を形成する。Ｔｉは０．０１％未満では効果を期待できず、また含まれているＮおよびＯの量からＴｉは２．０％で十分である。より好ましいＴｉの含有量は、０．０５〜０．５％である。
【００２３】
Ｂ：０．００２〜０．２％
本発明の第１の外層は上記必須元素の他にＢを含有することができる。Ｂは、炭化物を微細化する効果があり、０．００２％未満ではその効果が十分に発揮されず、０．２％を超えると、炭化物が不安定になる。より好ましいＢの含有量は０．０１〜０．０５％である。
【００２４】
Ｃｕ：０．０２〜１．０％
本発明の第１の外層は上記必須元素の他にＣｕを含有することができる。ＣｕはＣｏと同様、セメンタイトを不安定化し、黒鉛を晶出しやすくする効果がある。０．０２％未満ではその効果が十分でなく、１．０％を超えると靭性を低下させる。より好ましいＣｕの含有量は、０．１〜０．５％である。
【００２５】
上記元素以外は不純物を除いて残部は実質的にＦｅである。不純物として主な元素はＰおよびＳであるが、Ｐは靭性低下防止のため０．１％以下、Ｓも同様の理由により０．０８％以下が好ましい。
【００２６】
本発明の第１の外層の金属組織は基地、炭化物、黒鉛から構成される。耐焼付性は黒鉛量に応じて向上する。ロール外層の金属組織中に面積％で黒鉛を０．５〜５％晶出させる必要がある。黒鉛量が面積％で０．５％未満では耐焼付性の効果が十分でない。また、黒鉛量が５％を超えると機械的性質が著しく低下する。このため、必要とされる黒鉛量は０．５〜５％である。好ましい黒鉛量は２〜４％であり、黒鉛粒子の粒径は５〜５０μｍが望ましい。
【００２７】
耐摩耗性を向上させるためには、硬質な炭化物を分散させる必要がある。特に硬質な炭化物であるＭＣ系炭化物は面積％で１．０〜１０％含有する必要がある。硬質炭化物の面積％が１．０％未満では耐摩耗性が十分でない。また黒鉛との共存関係により、１０％を超えて硬質炭化物を含有させるのは製造上困難である。好ましいＭＣ系炭化物の面積％は２．０〜６％である。
【００２８】
セメンタイトはＭＣ系炭化物に比べ軟質であるものの、高価な合金を使用することなく容易に晶出できる。また多量に晶出させることにより、軟質な基地の粒径を微細にし、かつ基地面積率を減少させ、耐摩耗性を向上させることができる。炭化物の大部分を占めるのはセメンタイトであり、これにより囲まれる基地粒径が粗大になると、摩耗の損傷形態が大きくなり、耐摩耗性が劣化する。このためセメンタイトで囲まれる平均基地粒径は１００μｍ以下とすることが必要である。セメンタイトの晶出量は１０％未満では黒鉛の晶出が困難になり、４５％を超えると靭性が低下する。好ましいセメンタイトの面積％は１５〜４０％である。
【００２９】
基地は炭化物と比較し軟質であり、圧延に使用すると優先的に基地が摩耗する。そのため耐摩耗性を改善するには基地を硬くする必要がある。ロールの基地組織は実質的にマルテンサイト、ベイナイトまたはパーライトからなるが、マルテンサイト量の増加等の組織的な硬化だけでは製造上限界が有り、また高温での硬さが期待できない。この点を改善するために基地中に微細な硬質の炭化物を析出させる析出硬化を行うことにより常温で基地硬さＨｖ６００以上を得られる。
【００３０】
次に、本発明ロールは、第１の外層の内周面に第２の外層を設ける。本発明の第２の外層は、化学成分が重量％で、Ｃ：２．５〜３．５％、Ｓｉ：１．５〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｎｉ：３．５〜５．０％、Ｃｒ：０．８〜２．０％、Ｖ：０．１〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜１．５％を含有するＦｅ基合金からなるのが好ましい。
【００３１】
第２の外層を設けることにより、第１の外層と第２の外層からなる外層の厚みをロール使用開始時に７０ｍｍ以上形成することができる。第１の外層のみで外層厚みを７０ｍｍ以上にすると、耐摩耗性を向上させるためにＶなどの強い白銑化元素を含む第１の外層では、接種などで黒鉛を晶出させているので金型から離れた凝固が遅い位置では接種効果が小さくなり黒鉛が晶出し難くなる。このため、セメンタイトなどの炭化物が過剰に生成し、基地組織もより低温で変態するベイナイトおよびマルテンサイトが多くなる。セメンタイトなどの炭化物がロール廃却径付近で過剰に生成すると、セメンタイトが過剰に生成した部分は脆弱になりロール使用中にスポーリング事故が発生しやすくなる。また、基地組織がより低温で変態するベイナイトおよびマルテンサイトからなるような状態では、鋳造後の冷却時に外層の変態温度が低下にして、外層と内層の間に収縮差が生じるため、外層に割れが生じ製造困難になるため好ましくない。
【００３２】
本発明では、第１の外層より黒鉛を晶出しやすくした第２の外層を設けて、第１の外層と第２の外層からなる外層厚みを７０ｍｍ以上にすることにより、前記のロール使用中の事故や鋳造後の外層の割れなどの問題を防止できる。第２の外層は、第１の外層の凝固途中に鋳込みを行うため接種効果のフェーディングを第１の外層より防止できるようにする。第２の外層は、第１の外層より黒鉛を出しやすくするため、Ｓｉを多くし白銑化元素であるＶなどを少なくし、基地組織はベイナイトおよびマルテンサイトとして第１の外層と同様に内層の基地組織であるパーライトに対して変態差が発生するように、かつ第１の外層のベイナイト変態温度より５０℃未満の温度で高く変態する化学成分に調整される。また、第２の外層の金属組織は、第１の外層と同様に基地、炭化物、黒鉛から構成されているが、第１の外層より炭化物は少なく、黒鉛は多く晶出するようにしている。
【００３３】
第２の外層を前記のような金属組織、基地組織、変態温度特性にすることにより、第１の外層と第２の外層からなる外層の厚みを７０ｍｍ以上とし、ロール初径から廃却径まで使用時の外層表面付近の圧縮残留応力を小さくし、クラックが発生しても残留応力の減少によりクラック進展を小さくできるので、発生したクラックを浅く抑えて耐クラック性を向上できる。また、第２の外層は第１の外層より基地の変態温度を少し上げているので、第１の外層と第２の外層からなる外層と内層の間の発生応力を緩和し割れを防止することができる。
【００３４】
また本発明ロールは、ロール回転軸方向と直角をなす断面における、第１の外層の厚みをａ、第２の外層の厚みをｂとした場合、ｂ／（ａ＋ｂ）で表わす比が０．１〜０．５を満足する範囲内にあることが好ましい。ｂ／（ａ＋ｂ）が０．１未満では第２の外層が及ぼす効果が十分でなく、０．５を超えると鋳造方案の設計が困難となるので好ましくない。
【００３５】
本発明の内層としては、高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼、鋳鋼などの強靭材が使用される。その引張強さは４０ｋｇ／ｍｍ２以上、伸びは０．３％以上が望ましい。これは圧延用ロールとして用いた場合に大きな圧下力がかかるとともに、圧延中の撓みを補正するために軸の両端部に曲げ力をかけるので、それらに対する耐久力を有する必要があるからである。また、内層は外層と強固に接合させ、内層材と外層が接合された境界部の引張試験を行った場合、境界部から破断しないことが必要である。
【００３６】
本発明のロールは、遠心力鋳造法により第１の外層を鋳造した後、同じく遠心力鋳造法により第２の外層を鋳造する。その後、その内部に内層を静置鋳造する。スリーブ状のロールを製造するときは、内層も遠心力鋳造法してよい。
【００３７】
また鋳造に際して、第１の外層の溶湯にＳｉ含有接種剤を用いて接種する必要がある。接種するＳｉの量は０．１重量％以上必要であり、０．５重量％を超えると接種剤が溶湯に均一に溶けにくくなり、鋳造組織にむらが生じ易くなる。遠心力鋳造法の場合、回転する鋳型内の溶湯中に、Ｓｉ含有接種剤を注入する。Ｓｉ含有接種剤としては、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｃａ−Ｓｉ等が挙げられる。接種剤中のＳｉの含有量は３０〜８０重量％である。
【００３８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
表１に示す本発明の第１の外層の化学成分（本発明材）の１６００℃に加熱した溶湯を、前もってＳｉ接種材をＳｉ量で０．１重量％入れた直径８０ｍｍ、深さ１００ｍｍの砂型へ鋳込温度１３００℃で鋳込んだ。このようにして得た試験材を、４５０℃で１０時間加熱し、徐冷することにより、残留オーステナイトの分解と鋳造応力の除去を行った。比較のため、表１に示す比較材（従来のグレン材）も同様に試験を行った。
【００３９】
試験材の底面から２０ｍｍの位置より試験片を切り出し、組織構成要素の面積％を画像解析装置（日本アビオニクス（株）製）により測定した結果、表２に示すように、面積％で黒鉛が２．２％、ＶＣ炭化物（ＭＣ系炭化物）が２．２％、セメンタイトが３３．５％であった。セメンタイトで囲まれる平均基地粒径は６０μｍであった。また、常温での基地硬さはＨｖ６０２であった。
【００４０】
【表１】
【表２】
表１の試験材から外径６０ｍｍ、内径４０ｍｍ、幅４０ｍｍの小型スリーブロール試験片を作製し、圧延摩耗試験機で摩耗試験を、摩擦熱衝撃試験機で焼付試験を行った。
【００４３】
図１は圧延摩耗試験機の概略図を示す。図１において、圧延摩耗試験機は、圧延機１と、圧延材Ｓを余熱する加熱炉４と、圧延材Ｓを冷却する冷却水槽５と、圧延材Ｓの巻取り機６とテンションコントローラ７とから構成される。圧延機１には試験用ロール２、３が組み込まれる。圧延摩耗試験機に試験用ロールを組み込み、試験条件が、圧延材料：ＳＵＳ３０４、圧下率：２５％、圧延速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、圧延温度：９００℃、圧延距離：３００ｍ／回、ロール冷却：水冷、ロール数：４重式にて試験を行った。圧延後、試験用ロールの表面に生じた摩耗の深さを触針式表面粗さ計（ＳＵＲＦＣＯＭ）により測定した。
【００４４】
図２は摩擦熱衝撃試験機の概略図を示す。図２において、摩擦熱衝撃試験機は、ラック８に重り９を落下させることによりピニオン１０を回動させ、試験材１１に噛み込み材１２を強く接触させるものである。
【００４５】
表２に試験結果を示す。本発明材は、摩耗量が従来のグレン材の約６０％であり、また、焼付き面積率が従来のグレン材とほぼ同等であった。これらの結果より、本発明ロールは、耐焼付性が従来のグレン材と同等で、耐摩耗性が約１．６倍という優れた性能を発揮することが明らかとなった。
【００４６】
（実施例２）
本発明の第１の外層用溶湯を回転する遠心力鋳造用金型に注湯して遠心力鋳造した。円筒状の外層が完全に凝固した後、続いて、本発明の第２の外層用の溶湯を遠心力鋳造し、第１の外層と第２の外層とを溶着させた。鋳込み量は肉厚で第１の外層が９５ｍｍ、第２の外層が２５ｍｍである。第１の外層および第２の外層が完全に凝固した後、金型の回転を止め、第１の外層と第２の外層を内面に有する金型を垂直に立てて、両端に上型および下型をセットして、金型の内部に内層としてダクタイル鋳鉄を鋳込んだ。そして、第２の外層と内層を完全に溶着させた。このようにして複合ロールが完全に冷却した後、金型から取り出した。表３に本発明のロールの第１の外層および第２の外層の化学成分を分析した結果を示す。
【００４７】
【表３】
図３は、このようにして得られた本発明のロールの胴部断面図を示す。本発明のロールは、第１の外層１４と、第１の外層１４の内周面に溶着された第２の外層１５と、第２の外層１５の内周面に溶着された内層１６とからなる。超音波探傷試験によって溶着状況を確認したところ、溶着は良好であった。
【００４９】
第１の外層表面の圧縮残留応力を測定した結果、−１７ｋｇ／ｍｍ２とロールの残留応力としては適正・十分な応力値が得られた。このため、外層は使用時のクラック進展を十分防止できることが確認できた。また、鋳造後の冷却時に外層と内層の収縮差により、外層に割れが生じることも無く健全に製造できた。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の熱間圧延用複合ロールは、耐摩耗性を向上でき、外層の耐クラック性も十分得られる、鋳造後の冷却時に外層に割れが生じることを防止できる。この熱間圧延用複合ロールは特に熱間厚板圧延用ワークロールにおいて優れた性能を発揮し、圧延工場における生産性の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態で用いた圧延摩耗試験機の概略図である。
【図２】実施の形態で用いた摩擦熱衝撃試験機の概略図である。
【図３】本発明例のロールの胴部断面図である。
【符号の説明】
１ 圧延摩耗試験機、 ２ 試験用ロール、 ３ 試験用ロール、
４ 加熱炉、５ 冷却水槽、 ６ 巻取り機、 ７ テンションコントローラ、
Ｓ 圧延材、 ８ ラック、 ９ 重り、 １０ ピニオン、
１１ 試験材、 １２ 噛み込み材
１４ 第１の外層、 １５ 第２の外層、 １６ 内層
Claims (6)
- 第１の外層と、第１の外層の内周面に溶着された第２の外層と、第２の外層の内周面に溶着された内層とから構成され、第１の外層は、化学成分が重量％で、Ｃ：２．５〜３．５％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｎｉ：４．０〜５．５％、Ｃｒ：１．０〜２．５％、Ｖ：０．５〜４．０％、Ｍｏ：０．１〜２．０％を含有するＦｅ基合金からなり、金属組織中に面積％で黒鉛が０．５〜５％、ＭＣ系炭化物が１．０〜１０％分散されてなり、第２の外層は、化学成分が重量％で、Ｃ：２．５〜３．５％、Ｓｉ：１．５〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｎｉ：３．５〜５．０％、Ｃｒ：０．８〜２．０％、Ｖ：０．１〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜１．５％を含有するＦｅ基合金からなり、内層は、強靭なＦｅ基合金からなることを特徴とする熱間圧延用複合ロール。
- 前記第１の外層の厚みをａ、第２の外層の厚みをｂとした場合、ａ＋ｂが、製品使用開始時の初径から７０ｍｍ以上である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。
- 前記第１の外層の厚みをａ、第２の外層の厚みをｂとした場合、ｂ／（ａ＋ｂ）が０．１〜０．５を満足する範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の熱間圧延用複合ロール。
- 前記第１の外層の金属組織中に面積％で、セメンタイトが１０〜４５％分散されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱間圧延用複合ロール。
- 前記第１の外層は、化学成分が重量％でさらに、Ｗ：０．３〜４．０％、Ｃｏ：１．０〜１０．０％、Ｎｂ：１．０〜１０．０％、Ｔｉ：０．０１〜２．０％、Ｂ：０．００２〜０．２％、Ｃｕ：０．０２〜１．０％の内の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱間圧延用複合ロール。
- 厚板圧延用ワークロールに用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱間圧延用複合ロール。
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