JP2005169421A - Composite rolling roll - Google Patents

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JP2005169421A JP2003409844A JP2003409844A JP2005169421A JP 2005169421 A JP2005169421 A JP 2005169421A JP 2003409844 A JP2003409844 A JP 2003409844A JP 2003409844 A JP2003409844 A JP 2003409844A JP 2005169421 A JP2005169421 A JP 2005169421A
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Kiyoshi Hayashi
清 林
Ryota Honda
亮太 本田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite rolling roll excellent in abrasion resistance, surface roughening resistance, and accident resistance, and excellent in mechanical properties in the vicinity of the boundary of an outer layer and an inner layer. <P>SOLUTION: The outer layer of the roll consists of an Fe-based alloy containing 0.005-0.5% of 1 or 2 kinds from Mg and Ca, and has, by area%, 0.5-5.0% of graphite, 0.1-10.0% of MC carbide, and 10.0-45.0% of cementite in its metallic structure. The inner layer of the roll consists of either of flake graphite cast iron, spheroidal graphite cast iron, or graphite steel. The roll has, between the outer and inner layers, an intermediate layer containing 3.0-4.0% C, ≤ 4.0% Si, 1.0-5.0% Ni, 0.1-1.5% Cr, 0.1-8.0% V, and the balance Fe with impurity elements. The above outer layer contains > 3.0% and ≤ 4.0% C, ≤ 3.0% Si, 2.3-5.5% Ni, 0.1-2.0% Cr, and 0.3-10.0% V. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、耐摩耗性、耐肌荒れ性および耐事故性に優れた圧延用複合ロールに関する。特に熱間薄板圧延機の仕上列の後段に用いるワークロールとして好適なものである。   The present invention relates to a composite roll for rolling excellent in wear resistance, rough skin resistance and accident resistance. In particular, it is suitable as a work roll used in the subsequent stage of the finishing row of a hot sheet rolling mill.

従来、熱間薄板圧延機の仕上列の後段にはグレン系鋳鉄材を外層材とするロールが使われていた。一般にグレン系ロールは耐焼付性に優れ、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い利点がある。   Conventionally, a roll using a Glen-based cast iron material as an outer layer material has been used in the subsequent stage of the finishing line of a hot sheet rolling mill. In general, the Glen-based roll has excellent seizure resistance, and has an advantage that even if a rolling accident is encountered, there is little seizure of the material to be rolled, and there is little progress of occurrence of cracks.

しかしながら、Cr、Mo、V、Wなどの合金を多量に含有させ、非常に硬いMC系炭化物を晶析出させたハイス系材を外層材とするロールに比べて耐摩耗性はかなり劣っている。   However, the wear resistance is considerably inferior to that of a roll containing a high-speed material containing a large amount of an alloy such as Cr, Mo, V, and W and crystallizing a very hard MC-based carbide.

そこで、ロールの耐摩耗性を向上させる手段としては、MC系、M2C系等の硬質炭化物を晶出あるいは析出させる方法が知られている。また、耐焼付性を向上させる手段としては、固体潤滑剤である黒鉛を晶出させる方法が知られている。しかしながら、硬質炭化物を構成する元素であるV、Mo、Wは白銑化元素であり、黒鉛と共存させることは困難であった。また、V等を含有したグレン系ロールを遠心力鋳造法で製造した場合、晶出炭化物と溶湯との比重差により、例えばMC系炭化物は内面側に偏析するという問題があった。 Therefore, as a means for improving the wear resistance of the roll, a method of crystallizing or precipitating hard carbides such as MC and M 2 C is known. As a means for improving seizure resistance, a method of crystallizing graphite, which is a solid lubricant, is known. However, V, Mo, and W, which are elements constituting the hard carbide, are whitening elements and have been difficult to coexist with graphite. In addition, when a Glen-based roll containing V or the like is manufactured by a centrifugal casting method, there is a problem that, for example, MC-based carbide segregates on the inner surface side due to a difference in specific gravity between the crystallized carbide and the molten metal.

このような問題を解決するために種々の発明がなされ、本出願人も既に特許文献1を提案した。すなわち、特許文献1には、化学成分が質量%で、C:2.0〜4.0%、Si:0.5〜4.0%、Mn:0.1〜1.5%、Ni:2.0〜6.0%、Cr:1.0〜7.0%、V:2.0〜8.0%、残部Feおよび不純物元素からなり、基地組織と、面積%で0.5〜5.0%の黒鉛と、0.2〜10.0%のMC系炭化物と、10.0〜40.0%のセメンタイトとからなる金属組織を有する耐摩耗耐焼付性熱間圧延用ロールが記載されている。   Various inventions have been made to solve such problems, and the present applicant has already proposed Patent Document 1. That is, in Patent Document 1, the chemical component is mass%, C: 2.0 to 4.0%, Si: 0.5 to 4.0%, Mn: 0.1 to 1.5%, Ni: 2.0 to 6.0%, Cr: 1.0 to 7.0%, V: 2.0 to 8.0%, balance Fe and impurity elements, and 0.5 to 0.5% by area structure A wear-resistant and seizure-resistant hot rolling roll having a metal structure composed of 5.0% graphite, 0.2 to 10.0% MC-based carbide, and 10.0 to 40.0% cementite. Has been described.

特開平6−335712号公報JP-A-6-335712

前記特許文献1の熱間圧延用ロールは、硬質のMC系炭化物を晶析出させて、耐摩耗性を向上させたものである。しかしながら、単に合金を高濃度に含有させると、MC系炭化物が不均一に晶析出しやすいため、ロールの摩耗形態が不均一となり、耐摩耗性や耐肌荒れ性が未だ十分でなかった。また、硬質炭化物の形状が切り欠き係数の低い微細な粒状になりにくく耐事故性も十分でないという問題があった。   The hot rolling roll of Patent Document 1 is obtained by crystallizing hard MC carbide to improve wear resistance. However, when the alloy is simply contained at a high concentration, MC carbides are likely to crystallize in a non-uniform manner, so the wear form of the roll becomes non-uniform, and the wear resistance and rough skin resistance are still insufficient. In addition, there is a problem that the shape of the hard carbide is not easily formed into a fine grain having a low notch coefficient, and the accident resistance is not sufficient.

さらに、従来の外層と内層が金属接合された複合ロールでは、外層から合金成分が内層に混入して、外層と内層の間の境界部に欠陥や炭化物濃化層が発生し、境界部近傍の強度や靭性等の機械的性質が劣化しやすいという問題もあった。   Furthermore, in the conventional composite roll in which the outer layer and the inner layer are metal-bonded, alloy components are mixed into the inner layer from the outer layer, and defects and carbide concentrated layers are generated at the boundary between the outer layer and the inner layer. There was also a problem that mechanical properties such as strength and toughness were easily deteriorated.

したがって、本発明の目的は、これらの問題を解消し、耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐事故性に優れた、および外層と内層との境界近傍の機械的性質に優れた圧延用複合ロールを提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems, and to provide a composite roll for rolling excellent in wear resistance, rough skin resistance and accident resistance, and excellent in mechanical properties in the vicinity of the boundary between the outer layer and the inner layer. Is to provide.

本発明者は、耐焼付性に優れた特許文献1のロール外層材に対して改良を図り、特にMgまたはCaを含有させることにより、MC系炭化物の形状を微細な粒状にするとともに、金属組織中に均一に分散できることを見いだし、耐摩耗性、耐肌荒れ性および耐事故性を向上させ得た。   The inventor has improved the roll outer layer material of Patent Document 1 excellent in seizure resistance, and in particular, by containing Mg or Ca, the shape of the MC-based carbide is made into a fine granular shape, and the metal structure It was found that it could be dispersed uniformly in the inside, and improved wear resistance, rough skin resistance and accident resistance.

さらに、外層と内層の間に所定成分の中間層を設けることで、外層から内層への合金成分の混入を抑制することを見出し、外層と内層の境界部近傍の機械的性質を向上させ得た。   Furthermore, it was found that by providing an intermediate layer of a predetermined component between the outer layer and the inner layer, mixing of the alloy components from the outer layer to the inner layer was suppressed, and the mechanical properties near the boundary between the outer layer and the inner layer could be improved. .

すなわち、本発明の圧延用複合ロールは、質量%で、MgまたはCaの1種または2種を0.005〜0.5%含有するFe基合金からなり、その金属組織に面積%で0.5〜5%の黒鉛と、0.1〜10.0%のMC系炭化物と、10.0〜45.0%のセメンタイトを有する外層と、片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄および黒鉛鋼のいずれかからなる内層との間に、C:3.0〜4.0%、Si:4.0%以下、Ni:1.0〜5.0%、Cr:0.1〜1.5%、V:0.1〜8.0%を含有し、残部Feおよび不純物元素からなる中間層を有することを特徴とする。   That is, the composite roll for rolling of the present invention is composed of an Fe-based alloy containing 0.005 to 0.5% of Mg or Ca in an amount of 0.005 to 0.5% by mass, and the metal structure has an area% of 0.005. Any of 5-5% graphite, 0.1-10.0% MC carbide, outer layer having 10.0-45.0% cementite, flake graphite cast iron, spheroidal graphite cast iron and graphite steel C: 3.0 to 4.0%, Si: 4.0% or less, Ni: 1.0 to 5.0%, Cr: 0.1 to 1.5% V: 0.1 to 8.0% is contained, and it has an intermediate layer composed of the remaining Fe and impurity elements.

また、前記外層が質量%で、C:3.0%を超えて4.0%以下、Si:3.0%以下、Ni:2.3〜5.5%、Cr:0.1〜2.0%、V:0.3〜10.0%を含有し、さらに、希土類元素(REM)を0.005〜0.5%含有することを特徴とする。また、前記外層に質量%で、Mn:0.3〜2.0%、Mo:0.2〜3.0%、W:0.1〜3.0%、Nb:0.3〜10.0%、Co:0.1〜10.0%、Ti:0.01〜2.0%、B:0.002〜0.2%、Cu:0.02〜1.0%の1種または2種以上を含有することを特徴とする。   Further, the outer layer is in mass%, C: more than 3.0% and 4.0% or less, Si: 3.0% or less, Ni: 2.3 to 5.5%, Cr: 0.1 to 2 0.0%, V: 0.3 to 10.0%, and further rare earth element (REM) 0.005 to 0.5%. Further, the outer layer is in mass%, Mn: 0.3 to 2.0%, Mo: 0.2 to 3.0%, W: 0.1 to 3.0%, Nb: 0.3 to 10. One of 0%, Co: 0.1 to 10.0%, Ti: 0.01 to 2.0%, B: 0.002 to 0.2%, Cu: 0.02 to 1.0% or It contains 2 or more types.

また、前記中間層のロール半径方向の厚みが10mm以上であることを特徴とする。また、本発明の圧延用複合ロールを熱間薄板圧延機の仕上列の後段用ワークロールに用いたことを特徴とする。   The intermediate layer has a thickness in the roll radial direction of 10 mm or more. Moreover, the composite roll for rolling of the present invention is used for a work roll for a subsequent stage of a finishing row of a hot sheet rolling mill.

本発明の圧延用複合ロールの外層材はその金属組織に黒鉛を有し、耐事故性を確保するために必要な優れた耐焼付性、破壊靭性値は黒鉛量に応じて向上する。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5.0%を超えると耐焼付き性、破壊靭性値の向上の効果は飽和し、耐摩耗性が低下する。このため、必要とされる黒鉛量は0.5〜5.0%である。より好ましい黒鉛量は1.0〜3.0%である。   The outer layer material of the composite roll for rolling of the present invention has graphite in its metal structure, and excellent seizure resistance and fracture toughness values necessary for ensuring accident resistance are improved according to the amount of graphite. When the amount of graphite is less than 0.5% in area%, the seizure resistance effect is not sufficient. On the other hand, if the amount of graphite exceeds 5.0%, the effect of improving the seizure resistance and fracture toughness value is saturated and the wear resistance is lowered. For this reason, the amount of graphite required is 0.5 to 5.0%. A more preferable amount of graphite is 1.0 to 3.0%.

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0.1〜10.0%含有する必要がある。硬質炭化物の面積%が0.1%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、10.0%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。より好ましいMC系炭化物の面積%は0.5〜6.0%である。   In order to improve the wear resistance, it is necessary to disperse hard carbides. In particular, MC carbide, which is a hard carbide, needs to be contained in an area of 0.1 to 10.0%. When the area percentage of the hard carbide is less than 0.1%, the wear resistance is not sufficient. In addition, due to the coexistence with graphite, it is difficult to produce hard carbide exceeding 10.0%. A more preferable area percentage of the MC-based carbide is 0.5 to 6.0%.

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。セメンタイトの晶出量は10.0%未満では黒鉛の晶出が困難になり、45.0%を超えると靭性が低下する。より好ましいセメンタイトの面積%は15.0〜40.0%である。   Although cementite is softer than MC carbide, it can be easily crystallized without using an expensive alloy. Moreover, by crystallizing in a large amount, the particle size of the soft matrix can be made fine, the matrix area ratio can be reduced, and the wear resistance can be improved. If the crystallization amount of cementite is less than 10.0%, crystallization of graphite becomes difficult, and if it exceeds 45.0%, the toughness decreases. More preferable area percent of cementite is 15.0 to 40.0%.

また、外層材の基地組織は、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のが好ましい。   The base structure of the outer layer material is preferably substantially composed of martensite, bainite or pearlite.

本発明の圧延用複合ロールの外層材は、その金属組織に所定量の黒鉛と、MC系炭化物と、セメンタイトを有し、かつMgまたはCaを含有させることにより、MC系炭化物の形状を微細な粒状にするとともに、金属組織中に均一に分散できる。本発明の外層材の金属組織を達成するためには、外層材の各化学成分の含有範囲(質量%)は以下が望ましい。   The outer layer material of the composite roll for rolling of the present invention has a predetermined amount of graphite, MC-based carbide, cementite in its metal structure, and contains Mg or Ca, so that the shape of the MC-based carbide is fine. It can be granulated and can be uniformly dispersed in the metal structure. In order to achieve the metal structure of the outer layer material of the present invention, the content range (% by mass) of each chemical component of the outer layer material is preferably as follows.

C:3.0%を超えて4.0%以下
Cは、Fe、Cr、Vなどと結合してセメンタイトやMC、M2C、M6C、M73系炭化物などの硬質炭化物を生成し耐摩耗性を高めるとともに、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3.0%以下では炭化物量が不足するとともに黒鉛の晶出量も不足する。4.0%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の含有量は、好ましくは3.0%を超えて3.4%以下である。
C: More than 3.0% and 4.0% or less C combines hard carbides such as cementite, MC, M 2 C, M 6 C, M 7 C 3 carbides by combining with Fe, Cr, V, etc. It is an element necessary for generating and enhancing the wear resistance and crystallization of graphite to impart seizure resistance. When C is 3.0% or less, the amount of carbide is insufficient and the amount of crystallization of graphite is also insufficient. If it exceeds 4.0%, the amount of cementite and hard carbide increases, and the toughness decreases. The content of C is preferably more than 3.0% and not more than 3.4%.

Si:3.0%以下
Siは、黒鉛化促進元素である。外層材中の全Si量が3.0%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、全Si量のうち0.03%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量の0.1〜0.5%とする。外層材中の全Si量は、好ましくは0.8〜3.0%であり、より好ましくは1.0〜2.0%である。
Si: 3.0% or less Si is a graphitization promoting element. If the total amount of Si in the outer layer material exceeds 3.0%, the matrix becomes brittle and the toughness decreases. Moreover, in order to crystallize graphite, it is necessary to add 0.03% or more of the total Si amount by inoculation. The amount of Si to be inoculated is preferably 0.1 to 0.5% of the total amount of Si. The total amount of Si in the outer layer material is preferably 0.8 to 3.0%, more preferably 1.0 to 2.0%.

Ni:2.3〜5.5%
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である。本発明の外層材は鋳造後の焼入れを特に必要としないため、2.3%以上含有すればよい。5.5%を超えるとオーステナイトが安定しすぎて、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、好ましくは3.0〜5.0%であり、より好ましくは、4.0〜5.0%である。
Ni: 2.3 to 5.5%
Ni is effective for improving the crystallization of graphite and the hardenability of the matrix structure. Since the outer layer material of the present invention does not require quenching after casting, it may be contained by 2.3% or more. If it exceeds 5.5%, austenite becomes too stable, and it becomes difficult to transform into bainite or martensite. The content of Ni is preferably 3.0 to 5.0%, more preferably 4.0 to 5.0%.

Cr:0.1〜2.0%
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確保し、耐摩耗性を維持するのに有効な元素であり、0.1%以上必要である。Crが2.0%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る。また、Cr系炭化物(M73系、M236系)を形成し、この炭化物はMC系、M6C系炭化物に比べて硬さが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2.0%とする。Crの含有量は、より好ましくは1.0〜1.8%である。
Cr: 0.1 to 2.0%
Cr is an element effective for securing hardness and maintaining wear resistance by making the base structure bainite or martensite, and is required to be 0.1% or more. When Cr exceeds 2.0%, the crystallization of graphite is inhibited or the toughness of the base structure is lowered. In addition, Cr carbide (M 7 C 3 system, M 23 C 6 system) is formed, and since this carbide has lower hardness than MC system and M 6 C system carbide, the effect of improving wear resistance cannot be expected. And become brittle. For this reason, the upper limit of Cr is set to 2.0%. The content of Cr is more preferably 1.0 to 1.8%.

V:0.3〜10.0%
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、過剰に含有させると黒鉛の晶出を阻害し、靭性が低下する。それとともに、MC系炭化物が粗大化し耐肌荒れ性が低下するので好ましくない。Vの含有量は、好ましくは2.0〜5.0%である。
V: 0.3 to 10.0%
V combines with C to produce MC carbide. The hardness of this MC-based carbide is Hv 2500 to 3000, and is extremely hard among the carbides. For this reason, V is one of the essential elements that is most effective in improving wear resistance. Not only crystallized carbides but also fine precipitated carbides in the matrix contributes to improved wear resistance. However, if excessively contained, crystallization of graphite is hindered and toughness is reduced. At the same time, MC-based carbides are coarsened and the rough skin resistance is lowered, which is not preferable. The content of V is preferably 2.0 to 5.0%.

Mg、Ca:0.005〜0.5%
MgおよびCaは本発明のロール外層材において最も特徴とする元素である。これらは脱酸や脱硫作用の強い元素であり、酸化物や硫化物を形成する。詳細な現象は不明であるが、これらが溶湯中に懸濁されて核となり、MC系炭化物を微細均一に晶出させる。また、球状黒鉛鋳鉄の黒鉛がMgなどの添加によって球状化されるのと同様に、晶出するMC系炭化物が粒状となると推測される。MC系炭化物の形状を微細な粒状にするとともに、金属組織中に均一に分散させるためには、MgおよびCaの1種または2種を0.005%以上必要である。一方、0.5%を超えるとその効果が飽和し、また大量の添加は溶湯との反応が激しく作業的に困難になる。
Mg, Ca: 0.005 to 0.5%
Mg and Ca are the most characteristic elements in the roll outer layer material of the present invention. These are elements having a strong deoxidation and desulfurization action, and form oxides and sulfides. Although the detailed phenomenon is unknown, these are suspended in the molten metal to become nuclei and cause MC-based carbides to crystallize uniformly and finely. In addition, the MC-based carbide crystallized is assumed to be granular, just like the graphite of spheroidal graphite cast iron is spheroidized by adding Mg or the like. In order to make the shape of the MC carbide fine particles and uniformly disperse it in the metal structure, one or two of Mg and Ca needs to be 0.005% or more. On the other hand, if it exceeds 0.5%, the effect is saturated, and addition of a large amount makes the reaction with the molten metal difficult and makes it difficult to work.

希土類元素(REM):0.005〜0.5%
本発明の外層材において、希土類元素(REM)を0.005〜0.5%添加してもよい。詳細は未だ明らかでないが、希土類元素(REM)は、MgおよびCaと同様にMC系炭化物を粒状にするとともに、黒鉛を球状化する作用を有する。
Rare earth element (REM): 0.005 to 0.5%
In the outer layer material of the present invention, 0.005 to 0.5% of rare earth element (REM) may be added. Although details are not yet clear, rare earth elements (REM) have the effect of granulating MC carbides and spheroidizing graphite in the same manner as Mg and Ca.

本発明の外層材の基本化学成分は上記のとおりであるが、ロールの用途、使用特性などにより以下の種々の化学成分を選択的に添加することができる。   Although the basic chemical components of the outer layer material of the present invention are as described above, the following various chemical components can be selectively added depending on the application and usage characteristics of the roll.

Mn:0.3〜2.0%
Mnは、溶湯の脱酸や不純物であるSをMnSとして固定し、0.3%以上含有で効果がある。Mnが2.0%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、好ましくは0.4〜1.5%であり、より好ましくは0.4〜1.0%である。
Mn: 0.3 to 2.0%
Mn is effective when deoxidation of molten metal and S, which is an impurity, are fixed as MnS and contained in an amount of 0.3% or more. If Mn exceeds 2.0%, retained austenite tends to be generated, and the hardness cannot be stably maintained. The Mn content is preferably 0.4 to 1.5%, more preferably 0.4 to 1.0%.

Mo:0.2〜3.0%
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であり、0.2%以上含有で効果がある。3.0%を超えると、黒鉛の晶出を阻害するので好ましくない。Moの含有量は、好ましくは0.2〜1.0%である。
Mo: 0.2-3.0%
Mo combines with C to form hard M 6 C-based and M 2 C-based carbides, and dissolves in the base structure to strengthen the base structure, so it is effective in improving wear resistance. .Effective when contained in 2% or more. If it exceeds 3.0%, crystallization of graphite is inhibited, which is not preferable. The Mo content is preferably 0.2 to 1.0%.

W:0.1〜3.0%
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であり、0.1%以上含有で効果がある。3.0%を超えると、黒鉛の晶出を阻害するので好ましくない。Wの含有量は、好ましくは0.2〜2.0%である。
W: 0.1-3.0%
W, like Mo, combines with C to form hard M 6 C and M 2 C carbides, and dissolves in the base structure to strengthen the base structure, so it is effective in improving wear resistance. Yes, containing 0.1% or more is effective. If it exceeds 3.0%, crystallization of graphite is inhibited, which is not preferable. The content of W is preferably 0.2 to 2.0%.

Nb:0.3〜10.0%
Nbは、Vと同様にCと結合してMC系炭化物を生成する。ロールの外層材を遠心力鋳造法で形成させる場合、NbはMC系炭化物の偏析を少なからず軽減させる効果を有する。遠心力鋳造する際のVの添加量に応じて、Nbの添加の要否を選択すればよい。
Nb: 0.3 to 10.0%
Nb combines with C in the same manner as V to produce MC-based carbides. When the outer layer material of the roll is formed by a centrifugal casting method, Nb has an effect of reducing the segregation of MC carbides. What is necessary is just to select the necessity of addition of Nb according to the addition amount of V at the time of centrifugal force casting.

Co:0.1〜10.0%
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0.1〜10.0%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。Coの含有量は、好ましくは3.0〜7.0%である。
Co: 0.1-10.0%
Co is an element effective for strengthening the base structure, but when it is excessive, toughness is reduced. Therefore, the Co content is 0.1 to 10.0%. Co also has the effect of destabilizing cementite and facilitating crystallization of graphite. The content of Co is preferably 3.0 to 7.0%.

Ti:0.01〜2.0%
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。Tiの含有量は、好ましくは0.05〜0.5%である。
Ti: 0.01 to 2.0%
Ti combines with N and O, which are graphitization inhibiting elements, to form oxynitrides. If Ti is less than 0.01%, the effect cannot be expected, and 2.0% is sufficient for Ti from the amount of N and O contained. The content of Ti is preferably 0.05 to 0.5%.

B:0.002〜0.2%
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。Bの含有量は、好ましくは0.01〜0.05%である。
B: 0.002 to 0.2%
B has an effect of making carbide finer. If it is less than 0.002%, the effect is not sufficiently exhibited. If it exceeds 0.2%, the carbide becomes unstable. The content of B is preferably 0.01 to 0.05%.

Cu:0.02〜1.0%
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。Cuの含有量は、好ましくは0.1〜0.5%である。
Cu: 0.02 to 1.0%
Cu, like Co, has the effect of destabilizing cementite and facilitating crystallization of graphite. If it is less than 0.02%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 1.0%, the toughness is lowered. The content of Cu is preferably 0.1 to 0.5%.

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。靭性の低下を防止するため、Pの含有量は0.1%以下、Sの含有量は0.08%以下が好ましい。   Except for the above elements, the balance is substantially Fe except for impurities. The main elements as impurities are P and S. In order to prevent a decrease in toughness, the P content is preferably 0.1% or less, and the S content is preferably 0.08% or less.

本発明の複合ロールの内層は、靭性に優れるものが好ましく、具体的には、片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄および黒鉛鋼のいずれかからなるものが好ましい。   The inner layer of the composite roll of the present invention is preferably excellent in toughness, and specifically, is preferably composed of any one of flake graphite cast iron, spheroidal graphite cast iron and graphite steel.

また、前記本発明の外層と内層との間に、質量%でC:3.0〜4.0%、Si:4.0%以下、Ni:1.0〜5.0%、Cr:0.1〜1.5%、V:0.1〜8.0%を含有し、残部Feおよび不純物元素からなる中間層を設ける。この中間層を設けることにより、外層から内層への合金成分の混入を抑制することができ、外層と内層の境界部近傍の強度や靭性等の機械的性質を向上させることができる。中間層の効果を十分に発揮するには、中間層の厚みはロール中径方向で10mm以上必要である。より好ましい中間層の厚みは15mm以上である。   In addition, between the outer layer and the inner layer of the present invention, C: 3.0 to 4.0%, Si: 4.0% or less, Ni: 1.0 to 5.0%, Cr: 0 in mass%. An intermediate layer containing 0.1 to 1.5%, V: 0.1 to 8.0%, and remaining Fe and impurity elements is provided. By providing this intermediate layer, mixing of alloy components from the outer layer to the inner layer can be suppressed, and mechanical properties such as strength and toughness in the vicinity of the boundary between the outer layer and the inner layer can be improved. In order to fully exhibit the effect of the intermediate layer, the thickness of the intermediate layer is required to be 10 mm or more in the roll medium diameter direction. A more preferable intermediate layer thickness is 15 mm or more.

本発明の圧延用複合ロールは、遠心力鋳造法により形成することが好ましい。鋳造に際しては、Si含有接種剤を用いて接種する必要がある。   The rolling composite roll of the present invention is preferably formed by a centrifugal casting method. In casting, it is necessary to inoculate using a Si-containing inoculant.

表1に示す化学成分(供試材No.1〜No.25)の外層用溶湯に、取鍋にてFe−Si接種剤、Ni−Mg接種剤、Ca−Si接種剤を添加することで、Si、Mg、Caの添加を行い、該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。溶湯円筒状の外層がほぼ完全に凝固した後、続いて、前述の本発明の化学成分からなる中間層用の溶湯を遠心力鋳造し、外層の内面に中間層を溶着させた。外層と中間層がほぼ完全に凝固した後、金型の回転を止め、この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球状黒鉛鋳鉄を鋳込んだ。そして中間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、本発明のロールを製造した。   By adding the Fe-Si inoculum, Ni-Mg inoculum, and Ca-Si inoculum in the ladle to the outer layer molten metal of the chemical components (sample Nos. 1 to 25) shown in Table 1 Then, Si, Mg, and Ca were added, and the molten metal for outer layer was poured into a rotating mold for centrifugal casting to perform centrifugal casting. After the molten cylindrical outer layer was almost completely solidified, the molten intermediate layer composed of the chemical component of the present invention was cast by centrifugal force, and the intermediate layer was deposited on the inner surface of the outer layer. After the outer layer and the intermediate layer are almost completely solidified, stop the mold rotation, stand the mold vertically, set the upper and lower molds at both ends, and spheroidal graphite cast iron as the inner layer inside the mold Was cast. Then, the intermediate layer and the inner layer were completely welded. Thus, after the composite roll was completely cooled, it was taken out from the mold to produce the roll of the present invention.

図3に本発明の複合ロール胴体部の概略断面図を示す。図3において本発明のロールは外層21と内層23の間に、中間層22を設けて構成される。なお、中間層は、一層のみでなく二層以上設けてもよい。さらに、内層は中実状のみならず、中空スリーブ状であってもよい。   FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the composite roll body of the present invention. In FIG. 3, the roll of the present invention is configured by providing an intermediate layer 22 between an outer layer 21 and an inner layer 23. Note that the intermediate layer may be provided not only in one layer but also in two or more layers. Further, the inner layer may have a hollow sleeve shape as well as a solid shape.

表1に示す供試材No.1〜No.7は本発明例、供試材No.21〜No.25は比較例である。なお、供試材No.31は従来のグレン系材、供試材No.32は従来のハイス系材である。   Specimen No. shown in Table 1 1-No. 7 is an example of the present invention; 21-No. Reference numeral 25 is a comparative example. The test material No. No. 31 is a conventional Glen-based material, test material No. 32 is a conventional high-speed material.

これらの供試材から試験片を採取し、画像解析装置により組織構成要素の面積%を測定し、また破壊靭性値および引張強度を測定した。また、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。なお、表2にそれぞれの試験結果を示す。   Specimens were collected from these test materials, the area percentage of the structural components was measured by an image analyzer, and the fracture toughness value and tensile strength were measured. Also, a wear test was conducted with a rolling wear tester, and a seizure test was conducted with a frictional thermal shock tester. Table 2 shows the test results.

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。試験用ロールは前記の供試材から作製し、外径60mm、内径40mm、幅40mmの小型スリーブロールを用いた。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により測定した。   FIG. 1 shows a schematic view of a rolling wear tester. In FIG. 1, the rolling wear tester includes a rolling mill 1, a heating furnace 4 for preheating the rolled material S, a cooling water tank 5 for cooling the rolled material S, a winder 6 for the rolled material S, and a tension controller 7. Consists of Test rolls 2 and 3 are incorporated in the rolling mill 1. A test roll was prepared from the above-described test material, and a small sleeve roll having an outer diameter of 60 mm, an inner diameter of 40 mm, and a width of 40 mm was used. A test roll is incorporated into a rolling wear tester, and the test conditions are rolling material: SUS304, rolling reduction: 25%, rolling speed: 150 m / min, rolling temperature: 900 ° C., rolling distance: 300 m / time, roll cooling: water cooling The number of rolls: The test was performed by a quadruple type. After rolling, the depth of wear generated on the surface of the test roll was measured with a stylus type surface roughness meter.

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、供試材11に噛み込み材12を強く接触させるものである。   FIG. 2 shows a schematic diagram of a frictional thermal shock tester. In FIG. 2, the frictional thermal shock tester rotates a pinion 10 by dropping a weight 9 on a rack 8, and causes the biting material 12 to come into strong contact with the test material 11.

表2から本発明例のロール外層材は、MgまたはCaを含有させることにより、MC系炭化物の形状を微細な粒状にするとともに、金属組織中に均一に分散させたので、耐摩耗性、耐肌荒れ性および耐事故性とも良好な結果が得られた。   From Table 2, the roll outer layer material of the present invention example contains Mg or Ca, so that the shape of the MC-based carbide is finely granulated and uniformly dispersed in the metal structure. Good results were obtained for both rough skin and accident resistance.

本発明例に比べて、比較例21は破壊靭性値に劣る。比較例22は摩耗量が多く耐摩耗性に劣る。比較例23は焼付面積率が大きく耐焼付性に劣る。比較例24は摩耗量が多く耐摩耗性に劣る。比較例25は焼付面積率が大きく、また肌粗さも大きいので耐焼付性、耐肌荒れ性に劣ることが確認できた。   Compared to the inventive example, Comparative Example 21 is inferior in fracture toughness value. Comparative Example 22 has a large amount of wear and is inferior in wear resistance. Comparative Example 23 has a large seizure area ratio and is inferior in seizure resistance. Comparative Example 24 has a large amount of wear and is inferior in wear resistance. It was confirmed that Comparative Example 25 was inferior in seizure resistance and rough skin resistance because the area ratio of baking was large and the skin roughness was also large.

また、外層として本発明例の供試材No.1、内層として球状黒鉛鋳鉄を用いた中間層を有する本発明の複合ロールにおいて、外層と中間層との境界部、中間層と内層の境界部の引張強度を測定した。その結果、それぞれの境界部の引張強度は、57.4kg/mm、60.7kg/mmであった。 In addition, as the outer layer, the test material No. 1. In the composite roll of the present invention having an intermediate layer using spheroidal graphite cast iron as the inner layer, the tensile strength at the boundary between the outer layer and the intermediate layer and the boundary between the intermediate layer and the inner layer was measured. As a result, the tensile strength of each boundary part was 57.4 kg / mm 2 and 60.7 kg / mm 2 .

また、外層として本発明例の供試材No.1、内層として球状黒鉛鋳鉄を用いた複合ロール、すなわち中間層を有しない比較例のロールにおいて、前記同様に外層と内層の境界部の引張強度を測定した。その結果、境界部の引張強度は50.7kg/mmであった。つまり、本発明の圧延用複合ロールは中間層を設けたため、外層から内層への合金混入が抑制され、境界部の強度が十分であることが判った。 In addition, as the outer layer, the test material No. 1. In a composite roll using spheroidal graphite cast iron as an inner layer, that is, a comparative roll having no intermediate layer, the tensile strength at the boundary between the outer layer and the inner layer was measured in the same manner as described above. As a result, the tensile strength at the boundary was 50.7 kg / mm 2 . That is, it was found that the composite roll for rolling of the present invention was provided with an intermediate layer, so that alloy mixing from the outer layer to the inner layer was suppressed, and the strength of the boundary portion was sufficient.

以上述べたように、本発明の圧延用複合ロールの外層材は黒鉛と硬質炭化物の共存により、耐摩耗性と耐事故性を併せ持つ。また硬質炭化物を微細均一に分散させ、形状を粒状にすることでさらに耐摩耗性および耐事故性を向上させることができる。また、中間層を設けることにより外層と内層との境界部近傍の機械的性質を向上させることができる。本発明の圧延用ロールの外層材は熱間圧延用ワークロール全般で、特に熱間薄板圧延機の仕上列後段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。   As described above, the outer layer material of the rolling composite roll of the present invention has both wear resistance and accident resistance due to the coexistence of graphite and hard carbide. Further, wear resistance and accident resistance can be further improved by finely and uniformly dispersing hard carbide and making the shape granular. Further, by providing the intermediate layer, the mechanical properties in the vicinity of the boundary between the outer layer and the inner layer can be improved. The outer layer material of the roll for rolling according to the present invention exhibits excellent performance in the entire work roll for hot rolling, particularly in the latter stage of the finishing row of the hot sheet rolling mill, and contributes to the improvement of productivity in the rolling mill.

実施の形態で用いた圧延摩耗試験機の概略図である。1 is a schematic view of a rolling wear tester used in an embodiment. 実施の形態で用いた摩擦熱衝撃試験機の概略図である。It is the schematic of the friction thermal shock tester used in embodiment. 本発明の複合ロール胴体部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the composite roll trunk | drum part of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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 供試材、
12 噛み込み材、 21 外層、 22 中間層、 23 内層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rolling wear test machine, 2 Test roll, 3 Test roll, 4 Heating furnace,
5 Cooling water tank, 6 Winder, 7 Tension controller, S Rolled material,
8 racks, 9 weights, 10 pinions, 11 specimens,
12 biting material, 21 outer layer, 22 intermediate layer, 23 inner layer

Claims (6)

質量%で、MgまたはCaの1種または2種を0.005〜0.5%含有するFe基合金からなり、その金属組織に面積%で0.5〜5.0%の黒鉛と、0.1〜10.0%のMC系炭化物と、10.0〜45.0%のセメンタイトを有する外層と、片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄および黒鉛鋼のいずれかからなる内層との間に、C:3.0〜4.0%、Si:4.0%以下、Ni:1.0〜5.0%、Cr:0.1〜1.5%、V:0.1〜8.0%を含有し、残部Feおよび不純物元素からなる中間層を有することを特徴とする圧延用複合ロール。 It is made of an Fe-based alloy containing 0.005 to 0.5% of Mg or Ca in an amount of 0.5% by mass. Between an outer layer having 0.1 to 10.0% MC-based carbide, 10.0 to 45.0% cementite, and an inner layer made of any one of flake graphite cast iron, spheroidal graphite cast iron, and graphite steel, C: 3.0-4.0%, Si: 4.0% or less, Ni: 1.0-5.0%, Cr: 0.1-1.5%, V: 0.1-8.0 %, And has an intermediate layer composed of the remaining Fe and impurity elements. 前記外層が質量%で、C:3.0%を超えて4.0%以下、Si:3.0%以下、Ni:2.3〜5.5%、Cr:0.1〜2.0%、V:0.3〜10.0%を含有することを特徴とする請求項1に記載の圧延用複合ロール。 The outer layer is in mass%, C: more than 3.0% and 4.0% or less, Si: 3.0% or less, Ni: 2.3 to 5.5%, Cr: 0.1 to 2.0 %, V: 0.3-10.0% is contained, The composite roll for rolling of Claim 1 characterized by the above-mentioned. さらに質量%で、希土類元素(REM)を0.005〜0.5%含有することを特徴とする請求項2に記載の圧延用複合ロール。 The composite roll for rolling according to claim 2, further comprising 0.005 to 0.5% of a rare earth element (REM) by mass%. 前記外層がさらに、質量%で、Mn:0.3〜2.0%、Mo:0.2〜3.0%、W:0.1〜3.0%、Nb:0.3〜10.0%、Co:0.1〜10.0%、Ti:0.01〜2.0%、B:0.002〜0.2%、Cu:0.02〜1.0%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2に記載の圧延用複合ロール。 Further, the outer layer is in mass%, Mn: 0.3 to 2.0%, Mo: 0.2 to 3.0%, W: 0.1 to 3.0%, Nb: 0.3 to 10. One of 0%, Co: 0.1 to 10.0%, Ti: 0.01 to 2.0%, B: 0.002 to 0.2%, Cu: 0.02 to 1.0% or The composite roll for rolling according to claim 2, containing two or more kinds. 前記中間層のロール半径方向の厚みが10mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の圧延用複合ロール。 The composite roll for rolling according to claim 1, wherein the thickness of the intermediate layer in the roll radial direction is 10 mm or more. 熱間薄板圧延機の仕上列の後段用ワークロールに用いたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の圧延用複合ロール。 The composite roll for rolling according to any one of claims 1 to 5, wherein the composite roll for rolling according to any one of claims 1 to 5 is used as a work roll for a subsequent stage of a finishing row of a hot sheet rolling mill.
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