JP2005171285A - 圧延用ロールの外層材および圧延用ロール - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、MC系炭化物の形状を粒状にするともに、MC系炭化物を微細均一に分散させることにより、耐摩耗性および耐肌荒れ性に優れた圧延用ロールの外層材およびそれを用いた圧延用ロールを提供する。
【解決手段】 本発明の圧延用ロールの外層材は、化学成分が質量%で、C:1.0〜3.0%、Si:0.3〜3.0%、Mn:0.3〜1.5%、Ni:0.1〜2.0%、Cr:3.0〜7.0%、Mo:0.1〜8.0%、V:3.0〜12.0%、Ce:0.005〜0.1%を含有し、残部Feおよび不純物元素からなり、その金属組織に粒状のMC系炭化物を5〜15面積%有することを特徴とする。
【選択図】 なし
【解決手段】 本発明の圧延用ロールの外層材は、化学成分が質量%で、C:1.0〜3.0%、Si:0.3〜3.0%、Mn:0.3〜1.5%、Ni:0.1〜2.0%、Cr:3.0〜7.0%、Mo:0.1〜8.0%、V:3.0〜12.0%、Ce:0.005〜0.1%を含有し、残部Feおよび不純物元素からなり、その金属組織に粒状のMC系炭化物を5〜15面積%有することを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
本発明は、耐摩耗性および耐肌荒れ性に優れた圧延用ロールの外層材に関する。特に熱間薄板圧延機の仕上列に用いるワークロールの外層材として好適なものである。
圧延用ロールの外層材として、Cr、Mo、W、Vなどの合金元素を各数%含有させたハイス系材が用いられている。ハイス系材は、V系炭化物であるMC(Mはメタルをさす)、Mo及びW系炭化物であるM6CやM2Cなどの高硬度の炭化物を晶出あるいは析出させて、Feの基地と炭化物の総和としての硬さを高め、Mo、Wにより高温での基地硬さの低下を抑えた材料である。
ハイス系材では硬質炭化物が不均一に晶析出すると、ロールの摩耗形態が不均一となり、耐摩耗性および耐肌荒れ性に劣るようになる。そこで、最も硬質なMC系炭化物を微細均一かつ球状に晶出させることが望ましい。この種の公知例として、たとえば特許文献1には、化学成分が質量%で、C:1〜3%、Si:0.2〜2%、Mn:0.2〜2%、Mn:0.2〜10%、Mo:0.2〜10%、Cr:2〜10%、V:2〜10%、およびMgまたはCaの1種または2種を0.005〜0.1%含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる圧延用複合ロールの外層材が開示されている。さらに、前記の化学成分に、W:0.2〜10%、Ni:0.1〜2%、Nb:0.2〜6%、Co:0.2〜8%、Ti:0.01〜2%の1種または2種以上を添加することが記載されている。
本発明は、MC系炭化物の形状を粒状にするともに、MC系炭化物を微細均一に分散させることにより、耐摩耗性および耐肌荒れ性に優れた圧延用ロールの外層材およびそれを用いた圧延用ロールを提供することを目的とする。
本発明の圧延用ロールの外層材は、化学成分が質量%で、C:1.0〜3.0%、Si:0.3〜3.0%、Mn:0.3〜1.5%、Ni:0.1〜2.0%、Cr:3.0〜7.0%、Mo:0.1〜8.0%、V:3.0〜12.0%、Ce:0.005〜0.1%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、その金属組織に粒状のMC系炭化物を5〜15面積%有することを特徴とする。
また、前記の化学成分に加えて、質量%で、W:0.1〜10.0%、Nb:0.1〜5.0%、Co:0.1〜10.0%、Ti:0.01〜2.0%、B:0.002〜0.2%の1種または2種以上を含有することを特徴とする。
さらに、前記本発明の外層材で形成した圧延用ロールを特徴とする。また圧延用ロールを熱間薄板圧延機の仕上列のワークロールに用いることを特徴とする。
本発明における各化学成分の含有範囲(質量%)の限定理由について説明する。
C:1.0〜3.0%
Cは、耐摩耗性を付与すべきMC、M4C3、M2C、M6C系など硬質炭化物を形成するための必須元素である。その量が1.0%未満では、生成する炭化物の量が少ないため、十分な耐摩耗性を付与することができない。また、初晶温度を上昇させて鋳造性を阻害するため不都合である。一方、3.0%を超えるとVとのバランスがくずれ、VCが均一に分布した組織形態がくずれ、耐肌荒れ性および強靭性の点で劣るようになる。
C:1.0〜3.0%
Cは、耐摩耗性を付与すべきMC、M4C3、M2C、M6C系など硬質炭化物を形成するための必須元素である。その量が1.0%未満では、生成する炭化物の量が少ないため、十分な耐摩耗性を付与することができない。また、初晶温度を上昇させて鋳造性を阻害するため不都合である。一方、3.0%を超えるとVとのバランスがくずれ、VCが均一に分布した組織形態がくずれ、耐肌荒れ性および強靭性の点で劣るようになる。
Si:0.3〜3.0%
Siは、脱酸剤として必要な元素であり、0.3%以上含有させる必要がある。またM6C系炭化物中に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のに有効である。その量が0.3%未満の場合、脱酸効果が乏しく鋳造欠陥を生じやすい。一方、3.0%を超えると靭性を劣化させるので不都合である。
Siは、脱酸剤として必要な元素であり、0.3%以上含有させる必要がある。またM6C系炭化物中に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のに有効である。その量が0.3%未満の場合、脱酸効果が乏しく鋳造欠陥を生じやすい。一方、3.0%を超えると靭性を劣化させるので不都合である。
Mn:0.3〜1.5%
Mnは、脱酸剤として作用するとともに、不純物であるSをMnSとして固定するのに有効であり、0.3%以上含有させる必要がある。その量が0.3%未満の場合、脱酸効果が乏しい。一方、1.5%を超えると残留オーステナイトが生じやすくなり、硬さを安定に維持できない。
Mnは、脱酸剤として作用するとともに、不純物であるSをMnSとして固定するのに有効であり、0.3%以上含有させる必要がある。その量が0.3%未満の場合、脱酸効果が乏しい。一方、1.5%を超えると残留オーステナイトが生じやすくなり、硬さを安定に維持できない。
Ni:0.1〜2.0%
Niは、焼入れ性を向上させるために有効であり、0.1%以上含有させる必要がある。2.0%を超えると残留オーステナイトの量が過剰となり、硬度の向上が期待できない。
Niは、焼入れ性を向上させるために有効であり、0.1%以上含有させる必要がある。2.0%を超えると残留オーステナイトの量が過剰となり、硬度の向上が期待できない。
Cr:3.0〜7.0%
Crは、焼入れ性の向上および炭化物生成のために必要な元素であり、3.0%以上含有させる。しかし、7.0%を超えるとCr系炭化物が過多となるため不都合である。Cr系炭化物例えばM23C6は、MC、M4C3、M6C、M2Cと比べて硬度が低く、耐摩耗性を劣化させるので好ましくない。
Crは、焼入れ性の向上および炭化物生成のために必要な元素であり、3.0%以上含有させる。しかし、7.0%を超えるとCr系炭化物が過多となるため不都合である。Cr系炭化物例えばM23C6は、MC、M4C3、M6C、M2Cと比べて硬度が低く、耐摩耗性を劣化させるので好ましくない。
Mo:0.1〜8.0%
Moは、M6C、M2Cなどの晶出炭化物の形成の作用があるとともに、基地中に固溶して焼入れ性の向上および焼戻し硬さの向上をもたらすために、0.1%以上含有させる。しかし、Mo量が増加すると、本発明ロール材中の最も硬い炭化物であるMCの量を減少させるため好ましくないので8.0%を上限とする。
Moは、M6C、M2Cなどの晶出炭化物の形成の作用があるとともに、基地中に固溶して焼入れ性の向上および焼戻し硬さの向上をもたらすために、0.1%以上含有させる。しかし、Mo量が増加すると、本発明ロール材中の最も硬い炭化物であるMCの量を減少させるため好ましくないので8.0%を上限とする。
V:3.0〜12.0%
Vは、耐摩耗性の向上に最も寄与するMC系炭化物を形成する元素であり、少なくとも3.0%以上含有させる必要がある。一方、12.0%を超えると上記Cの範囲とのバランスでMC系炭化物が均一に分布しにくくなる。
Vは、耐摩耗性の向上に最も寄与するMC系炭化物を形成する元素であり、少なくとも3.0%以上含有させる必要がある。一方、12.0%を超えると上記Cの範囲とのバランスでMC系炭化物が均一に分布しにくくなる。
Ce:0.005〜0.1%
Ce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。Ceは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晶出させる。この効果を得るには、少なくとも0.005%以上必要である。一方、0.1%を超えると介在物が増えて鋳造欠陥の原因となるおそれがある。ロールの鋳造に際しては、添加原料として、ミッシュメタルが使用される。ミッシュメタルは、CeとLaが約60〜80%を含有し、残部にはNd、Pr、Pm、Smなどが含まれる。
Ce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。Ceは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晶出させる。この効果を得るには、少なくとも0.005%以上必要である。一方、0.1%を超えると介在物が増えて鋳造欠陥の原因となるおそれがある。ロールの鋳造に際しては、添加原料として、ミッシュメタルが使用される。ミッシュメタルは、CeとLaが約60〜80%を含有し、残部にはNd、Pr、Pm、Smなどが含まれる。
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。
W:0.1〜10.0%
WはMoと同様、Cと結合して硬質のM6C、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。一方、10.0%を超えると、M6C系炭化物が増加して耐肌荒れ性が劣化するので好ましくない。
WはMoと同様、Cと結合して硬質のM6C、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。一方、10.0%を超えると、M6C系炭化物が増加して耐肌荒れ性が劣化するので好ましくない。
Nb:0.1〜5.0%
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。
Co:0.1〜10.0%
Coは、基地組織の強化に有効な元素であり、0.1%以上含有で効果がある。一方、10.0%を超えると靭性を低下させる。
Coは、基地組織の強化に有効な元素であり、0.1%以上含有で効果がある。一方、10.0%を超えると靭性を低下させる。
Ti:0.01〜2.0%
Tiは、炭化物を微細化する効果があり、0.01%未満では効果を期待できず、2.0%を超えてはその効果が飽和する。
Tiは、炭化物を微細化する効果があり、0.01%未満では効果を期待できず、2.0%を超えてはその効果が飽和する。
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%を超えてはその効果が飽和する。
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%を超えてはその効果が飽和する。
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。
本発明のロールの外層材は、Ce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。MC系炭化物の面積%が5%未満では耐摩耗性が十分でない。15%を超えると粒状化が難しくなり耐肌荒れ性に劣るようになる。
本発明のロールの外層材は、遠心力鋳造法あるいは連続肉盛鋳造法により形成することができる。本発明の効果をより一層発揮させるには遠心力鋳造法の方が好ましい。
表1に示す圧延用ロール材の化学成分(質量%)にて、No.1〜4の本発明実施例の各供試材と、No.21〜22の比較例の各供試材を、1500〜1550℃まで加熱、溶解し、直径90mm、高さ90mmの円柱状の鋳型に鋳込んだ。冷却後、インゴットを取りだし、1000〜1200℃で、焼入れを行い、500〜600℃で3回焼戻しを行った。
これらの供試材から試験片を採取し、図1に示す圧延摩耗試験機で、摩耗試験を行った。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。
表2に試験結果を示す。表2から、本発明のロール外層材は、摩耗量および肌粗さが、比較例のロール材に比べ良好な結果が得られた。すなわち、本発明のロール外層材は、Ce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、耐摩耗性および耐肌荒れ性が良好であることがわかった。
以上述べたように、本発明の圧延用ロールの外層材はMC系炭化物を微細均一に分散させ、形状を粒状にすることで従来よりも耐摩耗性および耐肌荒れ性を向上させることができる。本発明の外層材を用いた圧延用ロール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。
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
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
Claims (4)
- 化学成分が質量%で、C:1.0〜3.0%、Si:0.3〜3.0%、Mn:0.3〜1.5%、Ni:0.1〜2.0%、Cr:3.0〜7.0%、Mo:0.1〜8.0%、V:3.0〜12.0%、Ce:0.005〜0.1%を含有し、残部Feおよび不純物元素からなり、その金属組織に粒状のMC系炭化物を5〜15面積%有することを特徴とする圧延用ロールの外層材。
- さらに、質量%で、W:0.1〜10.0%、Nb:0.1〜5.0%、Co:0.1〜10.0%、Ti:0.01〜2.0%、B:0.002〜0.2%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に記載の圧延用ロールの外層材。
- 請求項1または2に記載の圧延用ロールの外層材で形成したことを特徴とする圧延用ロール。
- 熱間薄板圧延機の仕上列のワークロールに用いることを特徴とする請求項3に記載の圧延用ロール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003409850A JP2005171285A (ja) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | 圧延用ロールの外層材および圧延用ロール |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2006342422A (ja) * | 2005-05-10 | 2006-12-21 | Hitachi Metals Ltd | 圧延ロール用外層材および圧延ロール |
WO2007077637A1 (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Hitachi Metals, Ltd. | 遠心鋳造複合ロール |
JP2016180167A (ja) * | 2015-03-25 | 2016-10-13 | 日立金属株式会社 | 連続鋳掛け肉盛鋳造製圧延用複合ロール |
CN109702165A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-05-03 | 常州凯达重工科技有限公司 | 一种超高钒高速钢金属瓦楞辊及其制造方法 |
-
2003
- 2003-12-09 JP JP2003409850A patent/JP2005171285A/ja active Pending
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