JP2004114048A - 耐摩耗性冷間圧延用ロール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋳鋼または鍛鋼からなる芯材の周囲に、連続鋳掛肉盛法にて外層を形成してなる冷間圧延用ロールであって、外層がMC炭化物、M2C炭化物、M6C炭化物、M4C3炭化物、M7C3炭化物およびM23C6炭化物のいずれか1種類以上を含み、前記炭化物の面積率の総和が12%以上であり、かつ外層表面のショア硬さがHs80以上であることを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼の冷間圧延に用いられる冷間圧延用ロールに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、鉄鋼の冷間圧延用ロールとして、Crを5.0〜7.0重量%含む鋼塊をエレクトロスラグ溶解法にて作製し、鍛造工程を経て焼入れ焼戻し処理を行った鍛造ロールが広く適用されてきた。また近年では、連続鋳掛肉盛法により製造され、外層にMo、V、W等を少量添加した、いわゆるセミハイス系の複合ロールの適用が広がりつつある。
【0003】
セミハイス系のロールとして(例えば特許文献1参照)には、重量%で、C:0.9〜1.5%、Si:0.3〜1.0%、Mn:0.3〜1.0%、Cr:4.0〜10.0%、Mo:3.0〜8.0%、V:0.5〜5.0%、Ni:5%以下含有し残部Fe及び不可避不純物からなる外層部を鋳鋼あるいは鍛鋼にて構成される芯材の周囲に連続鋳掛肉盛法により形成し、この外層部がM6Cを主体とするネット状共晶炭化物、粒状のMC炭化物、焼戻しマルテンサイト及び残留オーステナイトで組織が構成され、硬さがHs90以上であり、ネット状炭化物の面積率が5%以上で、外層部の結晶粒径が150μm以下であることを特徴とする冷間圧延用ロールが開示されている。
【0004】
また、冷間圧延用ロールにおいて、鋳鋼または鍛鋼からなる芯材の周囲に、連続鋳掛肉盛法にて外層を形成してなる冷間圧延用ワークロールであって、外層が重量%で、C:0.8〜2.0%、Si:0.3〜2.0%、Mn:0.3〜2.0%、Cr:4.0〜10.0%、Mo:1.0〜6.0%、V:0.5〜3.0%、W:3.0%以下、Ni:5.0%以下、残部Fe及び不可避的不純物からなると共に、Cbal=C−(0.06Cr+0.063Mo+0.033W+0.235V)の式においてCbalを0.1〜1.0とし、外層のビッカース硬さを750以上にしているものもある(例えば特許文献2参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−277611号公報
【特許文献2】
特開平11−302777号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
通常冷間圧延では、ショア硬さHs90以上の高硬度のセミハイス系ロールが用いられてきた。しかし、ある条件下において、セミハイス系ロールでは摩耗、特に通板エッジ部のロール摩耗が大きく、コイルの板形状・板厚精度が悪化することから圧延作業の継続が困難となり、圧延を中断し新たに研削加工したロールと取替えざるを得ず、操業性が悪いという例がある。
【0007】
また、冷間圧延用ロールでは、一般的に高硬度化の為に焼入時の急速冷却や焼戻し温度を下げることが行なわれているが、これはロール表面の圧縮応力を上げる方向となる。過度にロール表面の圧縮応力を上げるとスポーリングの一因となり、耐事故性の点から好ましくないという問題があった。
【0008】
したがって、本発明は従来よりも耐摩耗性及び耐事故性に優れる冷間圧延用ロールを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の耐摩耗性冷間圧延用ロールは、鋳鋼または鍛鋼からなる芯材の周囲に、連続鋳掛肉盛法にて外層を形成してなる冷間圧延用ロールであって、外層がMC炭化物、M2C炭化物、M6C炭化物、M4C3炭化物、M7C3炭化物およびM23C6炭化物のいずれか1種類以上を含み、前記炭化物の面積率の総和が12%以上であり、かつ外層表面のショア硬さがHs80以上であることを特徴とする。
【0010】
また、本発明において外層の成分が重量%で、C:1.5%を超え3.5%以下、Si:0.3〜2.0%、Mn:0.3〜2.0%、Ni:3.0%以下、Cr:4.0〜10.0%、Mo:1.0〜15.0%、V:3.0%を超え9.0%以下、W:10.0%以下を含有し残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする。
【0011】
【作用】
本発明を検討するにあたり、冷間圧延を行った際のロールの摩耗形態を組織や硬さの異なるもので比較した。この結果、冷間圧延においては基地が炭化物に優先して摩耗しており、これが通板エッジ部では特に顕著であることが判った。もちろん基地の硬度を上げることも耐摩耗性の改善に有効であるが、たとえばセミハイス系ロールのように硬さをHs90以上にしなくとも炭化物の面積率を上げることで大幅に耐摩耗性が改善されることが判った。
【0012】
本発明の冷間圧延用ロールは、圧延材と接するロール外層を構成する炭化物の種類を特定し、その炭化物の総和の面積率を最適な範囲に制御することにより、つまり外層がMC炭化物、M2C炭化物、M6C炭化物、M4C3炭化物、M7C3炭化物およびM23C6炭化物のいずれか1種類以上を含み、前記炭化物の面積率の総和が12%以上とすることにより、耐摩耗性を格段に向上させることができる。また、特にMC炭化物、M2C炭化物、M6C炭化物の総和10%以上が好ましい。そのため、従来のセミハイス系ロールのようにショア硬さ90以上の高硬度でなくても、本発明のロールは外層のショア硬さHs80以上で耐摩耗性を十分に発揮できるため、無理な焼入れを行わずに済み、耐事故性も飛躍的に良好になり、冷間圧延用ロールとして有効に用いることができる。
【0013】
従来のセミハイス系ロールでは炭化物面積率が1.0〜5.0%程度であるが、本発明ロールでは、炭化物の総和の面積率を12%以上とすることで耐摩耗性を大幅に向上できるので望ましい。また、針状やネットワーク状の共晶炭化物量が過多になると必要な機械的特性、特に靭性が確保できなくなるが、Vを3.0%を超えて添加することで、粒状のMC型炭化物を適度に晶出させ、M2C、M7C3型炭化物のネットワークを分断し靭性を確保できる。
【0014】
また、本発明は耐摩耗性を向上させるため、硬質の晶出炭化物を利用することを最大の特徴としている。炭化物はVによるMC型に加えCr,Mo,WによるM2C型等を主として含有させた。
【0015】
本発明における外層の各成分元素の含有範囲(重量%)の限定理由について説明する。
【0016】
C:1.5%を超え3.5%以下
Cは、耐摩耗性向上のための炭化物の形成と、基地への固溶による焼入れ・焼戻し時の基地硬さの向上に必要である。Cは、耐摩耗性を付与すべきMC、M4C3、M2C、M6C、M7C3 、M23C6などの炭化物を生成する。Cが1.5%以下であると耐摩耗性を向上させるために有効な炭化物の晶出が少なく、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高合金化が難しくなる。一方、3.5%を超えると炭化物が粗大化しその晶出量も過大となり冷間圧延用ロールとして必要な機械的特性が得られないため上限を3.5%とした。
【0017】
Si:0.3〜2.0%
Siの含有量は0.3〜2.0%が好ましい。Siは、脱酸剤として作用し、またM6C炭化物中に固溶してW、Moなどの元素を置換して含有されるため、W、Moなどの高価な元素の節減を図るために有効である。Siが0.3%未満では脱酸効果が不足して鋳造欠陥を生じやすい。また、2.0%を超えると脆化が生じやすい。
【0018】
Mn:0.3〜2.0%
Mnの含有量は0.3〜2.0%が好ましい。Mnは、Siと同様に脱酸作用がある。また、不純物であるSをMnSとして固定する作用がある。Mnが0.3%未満では脱酸性に乏しい。また、2.0%を超えると残留オーステナイトが生じやすくなり、安定して十分な硬さを維持できない。
【0019】
Ni:3.0%以下
Niは焼入性を向上させ高硬度化させる効果を有する。しかし、3.0%を超えると残留オーステナイトが過剰となりかえって高硬度が得られなくなるためその上限を3.0%とした。より好ましいNi含有量は2%以下である。さらに0.2〜0.8であることが好ましい。
【0020】
Cr:4.0〜10.0%
CrはCと結合し炭化物を晶出生成し、また基地に固溶し基地硬さをあげることで、耐摩耗性を向上させる。Crが4.0%未満ではその効果が小さい。また、10.0%を超えると、常温での残留オーステナイトが多くなるので、焼戻し回数が多くなり不経済となる。さらに、Crは比較的硬さの低いM7C3やM23C6炭化物を形成し、多量の添加はこれらの炭化物が過剰となり耐摩耗性が劣化する。しかしながら、添加量が少ないとその効果が十分確保できず、多すぎると炭化物が粗大化し靱性が低下する。そこで最適な範囲は4.0%〜10.0%とした。
【0021】
Mo:1.0〜15.0%
MoはCrと同様に硬質の炭化物が得られ、また高温で焼戻しを行う場合、その二次硬化に強く寄与する元素である。MoはCと結合して硬質のM2C、M6C炭化物を生成する。Moが1.0%未満ではその効果が小さい。また、15.0%を超えると、CとVとMoのバランスにおいてM2C、M6C炭化物が多く晶出しすぎ、耐事故性が低下するため、その適切な範囲を1.0%〜15.0%とした。
【0022】
V:3.0%を超え9.0%以下
Vは、耐摩耗性の向上に最も寄与する硬質な炭化物であるMC、M4C3を形成する。Vが3.0%以下では炭化物の生成が少なく耐摩耗性が劣化する。Vが9.0%を超えると、C含有量とのバランスにより、初晶としてオーステナイト、もしくはMC、M4C3炭化物が晶出する。オーステナイトが初晶で晶出すれば硬さが不十分となる。また、MC、M4C3が初晶で晶出すれば凝固中に凝集し、圧延用ロールとして使用した場合、硬質炭化物であるMC、M4C3の凝集偏析が被圧延材に転写されるので好ましくない。
【0023】
W:10.0%以下
Wは、Moと同様に焼入れ性の向上と基地の高温硬さを得るために必要である。また、WはCrやMoと同様に硬い炭化物を生成する為これらの元素に置換して添加することも有効である。さらに、基地の焼入れ性を上げ、Cと結合して硬質のM2C、M6C炭化物を生成する。Wの下限は0%である。また、10.0%を超えると、M6C炭化物が粗大化し耐事故性が低下するため、その適切な範囲を10.0%以下とした。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明の耐摩耗性冷間圧延用ロールの実施例について以下に説明する。
【0025】
表1に実施例および比較例の外層の化学成分、MC、M2C、M6C、M4C3、M7C3、M23C6炭化物の総和の面積率および硬さを示す。実施例No.1及びNo.2は、鋼系芯材との組合せにより連続鋳掛肉盛法にて、胴径300mm、胴長1500mm、全長3710mmの冷間圧延用ロールを製造した。本発明は鋳造後、軟化焼鈍を施し、粗加工を実施後、焼入れを表面温度950〜1200℃にて行った。さらに、焼戻しは450〜600℃で実施した。
【0026】
また、比較例No.3は連続鋳掛肉盛法で製造を行い、前記実施例No.1同様の焼入れ、焼戻しを行った。比較例No.4及びNo.5は鍛造にて製造し、硬度を上げるため焼入れを950〜1200℃から急速冷却を行い焼戻しは400〜500℃の低温で行った。
【0027】
【表1】
【0028】
表2に製造ロールの諸特性として各ロールの実際の冷延工場における使用評価結果を示す。なお、表2において、耐摩耗指数は比較例No.5を1.0として比較した。
【0029】
【表2】
【0030】
表2より明らかなように、本発明の実施例No.1の耐摩耗指数は、比較例No.3、4、5のいずれにも優っている。さらに本発明例No.2の耐摩耗指数は、比較例No.5で示す従来のセミハイスロールのそれに比べ4倍以上であり、また、耐摩耗性の向上を図った比較例No.4が2.4倍程度に留まっていることと比べても飛躍的に耐摩耗性が向上している。
【0031】
本発明の実施例No.1及びNo.2はショア硬さ(Hs)が86および89と比較例No.4に比べて低いにもかかわらず、炭化物の総和の面積率を上げているため、基地が優先して摩耗せず、耐摩耗性は逆に向上している。
【0032】
また、ロール外層表面の圧縮残留応力を測定したところ、実施例No.1及びNo.2は20〜40kg/mm2であり耐事故性に十分優れていることが判った。また比較例No.3も20〜40kg/mm2であったが、耐摩耗性が劣る。比較例No.4及びNo.5の圧縮残留応力は60〜70kg/mm2と高く、スポーリング事故が発生しやすく、耐事故性に劣ることがわかった。
【0033】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば耐摩耗性及び耐事故性を向上させた冷間圧延用ロールを得ることができる。
Claims (2)
- 鋳鋼または鍛鋼からなる芯材の周囲に、連続鋳掛肉盛法にて外層を形成してなる冷間圧延用ロールであって、外層がMC炭化物、M2C炭化物、M6C炭化物、M4C3炭化物、M7C3炭化物およびM23C6炭化物のいずれか1種類以上を含み、前記炭化物の面積率の総和が12%以上であり、かつ外層表面のショア硬さがHs80以上であることを特徴とする耐摩耗性冷間圧延用ロール。
- 前記外層の成分が重量%で、C:1.5%を超え3.5%以下、Si:0.3〜2.0%、Mn:0.3〜2.0%、Ni:3.0%以下、Cr:4.0〜10.0%、Mo:1.0〜15.0%、V:3.0%を超え9.0%以下、W:10.0%以下を含有し残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1に記載の耐摩耗性冷間圧延用ロール。
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JP2002276622A JP2004114048A (ja) | 2002-09-24 | 2002-09-24 | 耐摩耗性冷間圧延用ロール |
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-
2002
- 2002-09-24 JP JP2002276622A patent/JP2004114048A/ja active Pending
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EP1832665A1 (en) * | 2004-09-13 | 2007-09-12 | Hitachi Metals, Ltd. | Centrifugally cast external layer for rolling roll and method for manufacture thereof |
EP1832665A4 (en) * | 2004-09-13 | 2009-08-26 | Hitachi Metals Ltd | SLICED OUTER LAYER FOR ROLLING ROLLERS AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF |
US8156651B2 (en) | 2004-09-13 | 2012-04-17 | Hitachi Metals, Ltd. | Centrifugally cast external layer for rolling roll and method for manufacture thereof |
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