JP2005290533A - 高耐摩耗性ロール材及び高耐摩耗性複合ロール - Google Patents
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Abstract
【課題】 耐摩耗性と耐クラック性にすぐれ、熱膨張率の低い熱間圧延用ロールを提供する。
【解決手段】 重量％にて、Ｃ：３.１〜３.７％、Ｓｉ：０.３〜１.０％、Ｍｎ：０.１〜１.５％、Ｎｉ：２.５〜５.０％、Ｃｒ：１.０〜２.５％、Ｍｏ：０.１〜１.０％、Ａｌ：０.０１〜０.２％、Ｎ：０.００５〜０.０５％、及び、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖから選択される少なくとも１種を合計量で０.２〜２.５％を含み、残部実質的にＦｅであり、Ｖ：１.５％以下、Ｎｂ：２.５％以下、Ｔｉ：０.５％以下、２.９％≦Ｃ−(０.２４×Ｖ＋０.１３×Ｎｂ＋０.２５×Ｔｉ)＋０.３３×Ｓｉ＋０.５２×Ａｌ＋０.８６×Ｎ≦４.０％を満たす。
【選択図】 図１
【解決手段】 重量％にて、Ｃ：３.１〜３.７％、Ｓｉ：０.３〜１.０％、Ｍｎ：０.１〜１.５％、Ｎｉ：２.５〜５.０％、Ｃｒ：１.０〜２.５％、Ｍｏ：０.１〜１.０％、Ａｌ：０.０１〜０.２％、Ｎ：０.００５〜０.０５％、及び、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖから選択される少なくとも１種を合計量で０.２〜２.５％を含み、残部実質的にＦｅであり、Ｖ：１.５％以下、Ｎｂ：２.５％以下、Ｔｉ：０.５％以下、２.９％≦Ｃ−(０.２４×Ｖ＋０.１３×Ｎｂ＋０.２５×Ｔｉ)＋０.３３×Ｓｉ＋０.５２×Ａｌ＋０.８６×Ｎ≦４.０％を満たす。
【選択図】 図１
Description
本発明は、圧延に用いられるロール材及び該ロール材を用いた複合ロールに関するものであり、より具体的には、低摩擦係数及び高耐摩耗性を有するロール材及び複合ロールに関するものである。
熱間圧延用ロールには、耐摩耗性と耐クラック性にすぐれ、熱膨張率の低い材料が望まれている。
その種の材料として、高合金グレン鋳鉄やハイス系材料が使用されている(例えば特許文献１、２参照)。
しかしながら、高合金グレン鋳鉄は、熱膨張率が小さく、耐クラック性にすぐれるが、耐摩耗性が十分ではない問題があった。また、ハイス系材料は、耐摩耗性にはすぐれるが、熱膨張率が大きく、耐クラック性に劣る問題があった。
その種の材料として、高合金グレン鋳鉄やハイス系材料が使用されている(例えば特許文献１、２参照)。
しかしながら、高合金グレン鋳鉄は、熱膨張率が小さく、耐クラック性にすぐれるが、耐摩耗性が十分ではない問題があった。また、ハイス系材料は、耐摩耗性にはすぐれるが、熱膨張率が大きく、耐クラック性に劣る問題があった。
これら問題を解決するために、高合金グレン鋳鉄のすぐれた耐クラック性と熱膨張率を具備し、ハイス系材料のすぐれた耐摩耗性を具備する材料の開発が望まれている。
そこで、特許文献２に示すように、高合金グレン鋳鉄に、ＶやＮｂなどのＭＣ型炭化物形成元素を添加して、耐摩耗性を向上させることが考えられるが、ＭＣ型炭化物生成元素は、白銑化の強い元素であるため、これら元素を添加すると、基地中に晶出する黒鉛の量が少なくなり、脆化してしまう問題があった。また、これら元素から形成されるＭＣ型炭化物によって摩擦係数が高くなると共に、耐クラック性が低下してしまう問題もあった。
本発明の目的は、耐摩耗性と耐クラック性にすぐれ、熱膨張率の低い熱間圧延用ロールを提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の高耐摩耗性ロール材は、重量％にて、Ｃ：３.１〜３.７％、Ｓｉ：０.３〜１.０％、Ｍｎ：０.１〜１.５％、Ｎｉ：２.５〜５.０％、Ｃｒ：１.０〜２.５％、Ｍｏ：０.１〜１.０％、Ａｌ：０.０１〜０.２％、Ｎ：０.００５〜０.０５％、及び、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖから選択される少なくとも１種を合計量で０.２〜２.５％を含み、残部実質的にＦｅであり、
Ｖ：１.０％未満、Ｎｂ：２.５％以下、Ｔｉ：０.５％以下、２.９％≦Ｃ−(０.２４×Ｖ＋０.１３×Ｎｂ＋０.２５×Ｔｉ)＋０.３３×Ｓｉ＋０.５２×Ａｌ＋０.８６×Ｎ≦４.０％を満たす。
Ｖ：１.０％未満、Ｎｂ：２.５％以下、Ｔｉ：０.５％以下、２.９％≦Ｃ−(０.２４×Ｖ＋０.１３×Ｎｂ＋０.２５×Ｔｉ)＋０.３３×Ｓｉ＋０.５２×Ａｌ＋０.８６×Ｎ≦４.０％を満たす。
また、本発明の高耐摩耗性ロール材は、重量％にて、Ｃ：３.１〜３.７％、Ｓｉ：０.３〜１.０％、Ｍｎ：０.１〜１.５％、Ｎｉ：２.５〜５.０％、Ｃｒ：１.０〜２.５％、Ｍｏ：０.１〜１.０％、Ｂ：０.０１〜０.０５％、Ｎ：０.００５〜０.０５％、Ａｌ：０.０１〜０.２％、及び、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖから選択される少なくとも１種を合計量で０.２〜２.５％を含み、残部実質的にＦｅであり、
Ｖ：１.０未満、Ｎｂ：２.５％以下、Ｔｉ：０.５％以下、２.９％≦Ｃ−(０.２４×Ｖ＋０.１３×Ｎｂ＋０.２５×Ｔｉ)＋０.３３×Ｓｉ＋０.５２×Ａｌ＋１.１×Ｂ＋０.８６×Ｎ≦４.０％を満たす。
Ｖ：１.０未満、Ｎｂ：２.５％以下、Ｔｉ：０.５％以下、２.９％≦Ｃ−(０.２４×Ｖ＋０.１３×Ｎｂ＋０.２５×Ｔｉ)＋０.３３×Ｓｉ＋０.５２×Ａｌ＋１.１×Ｂ＋０.８６×Ｎ≦４.０％を満たす。
成分限定理由
Ｃ：３.１〜３.７％
Ｃは主としてＦｅと結合し、セメンタイトを形成すると共に、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉと結合してＭＣ型炭化物を形成する。また、晶出及び析出黒鉛となって摩擦係数を低減する効果がある。しかしながら、含有量が３.１％未満では黒鉛化が促進されず、３.７％を越えると黒鉛が粗大且つ過多となり、耐肌荒れ性及び耐摩耗性の劣化を招く。Ｃの含有量は３.３〜３.５％がさらに望ましい。
Ｃ：３.１〜３.７％
Ｃは主としてＦｅと結合し、セメンタイトを形成すると共に、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉと結合してＭＣ型炭化物を形成する。また、晶出及び析出黒鉛となって摩擦係数を低減する効果がある。しかしながら、含有量が３.１％未満では黒鉛化が促進されず、３.７％を越えると黒鉛が粗大且つ過多となり、耐肌荒れ性及び耐摩耗性の劣化を招く。Ｃの含有量は３.３〜３.５％がさらに望ましい。
Ｓｉ：０.３〜１.０％
Ｓｉは湯流れ性の確保と黒鉛の晶出、析出のために必要な元素である。しかしながら、０.３％未満ではその効果が十分でなく、１.０％を越えると黒鉛が過多となり黒鉛を起点とする摩耗が激しくなり、耐摩耗性が劣化する。Ｓｉの含有量は０.４〜０.９％がより望ましい。なお、鋳込み時に、０.０５〜０.１５％程度の接種を行ない、最終製品の成分では上記範囲に調整することが望ましい。
Ｓｉは湯流れ性の確保と黒鉛の晶出、析出のために必要な元素である。しかしながら、０.３％未満ではその効果が十分でなく、１.０％を越えると黒鉛が過多となり黒鉛を起点とする摩耗が激しくなり、耐摩耗性が劣化する。Ｓｉの含有量は０.４〜０.９％がより望ましい。なお、鋳込み時に、０.０５〜０.１５％程度の接種を行ない、最終製品の成分では上記範囲に調整することが望ましい。
Ｍｎ：０.１〜１.５％
Ｍｎは硬化能を増し、また、原材料中に不可避的に含まれるＳと結合してＭｎ
Ｓを生成し、Ｓによる劣化を防ぐ元素である。Ｓは原材料中に０.１％程度含有されるため、Ｍｎは０.１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、１.５％を越えると靭性の低下を招くため好ましくない。Ｍｎの含有量は０.３〜０.９％がより望ましい。
Ｍｎは硬化能を増し、また、原材料中に不可避的に含まれるＳと結合してＭｎ
Ｓを生成し、Ｓによる劣化を防ぐ元素である。Ｓは原材料中に０.１％程度含有されるため、Ｍｎは０.１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、１.５％を越えると靭性の低下を招くため好ましくない。Ｍｎの含有量は０.３〜０.９％がより望ましい。
Ｎｉ：２.５〜５.０％
Ｎｉは基地組織の改良と黒鉛を晶出、析出させる目的で含有させる。２.５％未満であると黒鉛量が過少となりやすく、５.０％を越えるとＳｉの場合と同様に黒鉛が過多となり、また、残留オーステナイトが増加し、後の熱処理によっても強靭組織にすることが難しくなり、耐摩耗性が低下する。Ｎｉの含有量は４.０〜４.９％がより望ましい。
Ｎｉは基地組織の改良と黒鉛を晶出、析出させる目的で含有させる。２.５％未満であると黒鉛量が過少となりやすく、５.０％を越えるとＳｉの場合と同様に黒鉛が過多となり、また、残留オーステナイトが増加し、後の熱処理によっても強靭組織にすることが難しくなり、耐摩耗性が低下する。Ｎｉの含有量は４.０〜４.９％がより望ましい。
Ｃｒ：１.０〜２.５％
Ｃｒは一部が基地中に固溶して焼入れ性を改善し、耐摩耗性を向上させる。又、セメンタイトにも固溶し、セメンタイトの硬度を向上させる。１.０％未満であれば、このような作用を得ることができず、２.５％を越えると黒鉛化を阻害する。Ｃｒの含有量は１.５〜１.９％がより望ましい。
Ｃｒは一部が基地中に固溶して焼入れ性を改善し、耐摩耗性を向上させる。又、セメンタイトにも固溶し、セメンタイトの硬度を向上させる。１.０％未満であれば、このような作用を得ることができず、２.５％を越えると黒鉛化を阻害する。Ｃｒの含有量は１.５〜１.９％がより望ましい。
Ｍｏ：０.１〜１.０％
Ｍｏは、主に基地に固溶し、焼入れ性を改善し、耐摩耗性を向上させる。しかしながら、０.１％未満ではこのような効果が不十分であり、１.０％を越えると黒鉛化を阻害する。Ｍｏの含有量は０.３〜０.８％がより望ましい。
Ｍｏは、主に基地に固溶し、焼入れ性を改善し、耐摩耗性を向上させる。しかしながら、０.１％未満ではこのような効果が不十分であり、１.０％を越えると黒鉛化を阻害する。Ｍｏの含有量は０.３〜０.８％がより望ましい。
Ａｌ：０.０１〜０.２％
ＡｌはＮと結びついて、ＡｌＮを形成し、黒鉛晶出の核となる。黒鉛は、溶湯中に分散しているＡｌＮを基点として晶出する。従って、ＡｌＮの核が基地中に多数分散して存在することにより、晶出する黒鉛も微細に分散する。また、ＡｌＮは溶湯中の酸素とも結合して溶湯中の酸素含有量を低減するため、Ｓｉ接種の効果も大きくなる。さらに、Ａｌは組織の均一性を高める効果もある。含有量が、０.０１％未満であればその効果を十分に得ることができず、０.２％を越えると、このような効果が飽和すると共に、材質を劣化させる。０.０１〜０.１％がより望ましい。
ＡｌはＮと結びついて、ＡｌＮを形成し、黒鉛晶出の核となる。黒鉛は、溶湯中に分散しているＡｌＮを基点として晶出する。従って、ＡｌＮの核が基地中に多数分散して存在することにより、晶出する黒鉛も微細に分散する。また、ＡｌＮは溶湯中の酸素とも結合して溶湯中の酸素含有量を低減するため、Ｓｉ接種の効果も大きくなる。さらに、Ａｌは組織の均一性を高める効果もある。含有量が、０.０１％未満であればその効果を十分に得ることができず、０.２％を越えると、このような効果が飽和すると共に、材質を劣化させる。０.０１〜０.１％がより望ましい。
Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ：少なくとも１種を合計量で０.２〜２.５％、但し、各元素は、Ｖ：１.０％未満、Ｎｂ：２.５％以下、Ｔｉ：０.５％以下とする。
Ｖ、Ｎｂ、ＴｉはＣと結合し、ＭＣ型炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。しかしながら、合計量が０.２％未満であればその効果が不十分となる。一方、合計量が２.０％を越えるとＭＣ型炭化物が過多となり、摩擦係数が大きくなると共に、黒鉛化を阻害する影響も高くなる。各元素は、Ｖ：０.８％以下、Ｎｂ：０.８％以下、Ｔｉ：０.２％以下がより望ましい。また、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの含有量は少なくとも１種を合計量で０.４〜２.０％とすることがより望ましい。
なお、Ｖなどの含有により、ロール作製中の割れ(主として鋳造割れ)などが発生しやすくなるが、Ａｌや後述のＢの含有により防止できる。
Ｖ、Ｎｂ、ＴｉはＣと結合し、ＭＣ型炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。しかしながら、合計量が０.２％未満であればその効果が不十分となる。一方、合計量が２.０％を越えるとＭＣ型炭化物が過多となり、摩擦係数が大きくなると共に、黒鉛化を阻害する影響も高くなる。各元素は、Ｖ：０.８％以下、Ｎｂ：０.８％以下、Ｔｉ：０.２％以下がより望ましい。また、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの含有量は少なくとも１種を合計量で０.４〜２.０％とすることがより望ましい。
なお、Ｖなどの含有により、ロール作製中の割れ(主として鋳造割れ)などが発生しやすくなるが、Ａｌや後述のＢの含有により防止できる。
Ｎ：０.００５〜０.０５％
Ｎは合金の溶製上不可避的に混入する元素であるが、Ａｌ又は選択的に含有されるＢと結合して、黒鉛晶出の核となるＡｌＮ又はＢＮを形成する。０.００５％未満ではＡｌ又はＢと結合するのに十分ではないため組織の微細化及び黒鉛化を達成できない。一方、０.０５％を越えると、窒化物を形成し、材質を劣化させる。０.０１〜０.０３％がより望ましい。
Ｎは合金の溶製上不可避的に混入する元素であるが、Ａｌ又は選択的に含有されるＢと結合して、黒鉛晶出の核となるＡｌＮ又はＢＮを形成する。０.００５％未満ではＡｌ又はＢと結合するのに十分ではないため組織の微細化及び黒鉛化を達成できない。一方、０.０５％を越えると、窒化物を形成し、材質を劣化させる。０.０１〜０.０３％がより望ましい。
なお、上記した成分について、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉは、Ｃと１対１で結合するため、Ｃ当量の(０.２４×Ｖ＋０.１３×Ｎｂ＋０.２５×Ｔｉ)が多いほど黒鉛化を阻害する。また、逆にＳｉは黒鉛化を促進し、黒鉛と同じ作用をするＡｌＮは黒鉛量に換算すると０.５２×Ａｌ＋０.８６×Ｎで表せるから、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＡｌについて、２.９％≦Ｃ−(０.２４×Ｖ＋０.１３×Ｎｂ＋０.２５×Ｔｉ)＋０.３３×Ｓｉ＋０.５２×Ａｌ＋０.８６×Ｎ≦４.２％を満たすようにする。３.１≦Ｃ−(０.２４×Ｖ＋０.１３×Ｎｂ＋０.２５×Ｔｉ)＋０.３３×Ｓｉ＋０.５２×Ａｌ＋０.８６×Ｎ≦３.８がより望ましい。
Ｂ：０.０１〜０.１％
ＢはＮと結びついてＢＮを形成し、黒鉛晶出の核になるため、必要に応じて選択的に含有させる。黒鉛は、前述のＡｌＮと同様に溶湯中に分散しているＢＮを起点として晶出する。従って、ＢＮの核が基地中に多数分散して存在することにより、晶出する黒鉛も微細に分散する。また、ＢＮは、黒鉛と同じ稠密六方構造であるため、固体潤滑作用を有する。さらに、Ｂは組織の均一性を高める効果がある。０.０１％未満であればその効果が十分ではなく、０.１％を越えるとその効果は飽和すると共に、黒鉛量が過多になり、材質の劣化や黒鉛を起点とする肌荒れが起こりやすい。Ｂの含有量は０.０１〜０.０５％がより望ましい。
ＢはＮと結びついてＢＮを形成し、黒鉛晶出の核になるため、必要に応じて選択的に含有させる。黒鉛は、前述のＡｌＮと同様に溶湯中に分散しているＢＮを起点として晶出する。従って、ＢＮの核が基地中に多数分散して存在することにより、晶出する黒鉛も微細に分散する。また、ＢＮは、黒鉛と同じ稠密六方構造であるため、固体潤滑作用を有する。さらに、Ｂは組織の均一性を高める効果がある。０.０１％未満であればその効果が十分ではなく、０.１％を越えるとその効果は飽和すると共に、黒鉛量が過多になり、材質の劣化や黒鉛を起点とする肌荒れが起こりやすい。Ｂの含有量は０.０１〜０.０５％がより望ましい。
なお、Ｂを含有する場合、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ及びＢについて、２.９％≦Ｃ−(０.２４×Ｖ＋０.１３×Ｎｂ＋０.２５×Ｔｉ)＋０.３３×Ｓｉ＋０.５２×Ａｌ＋１.１×Ｂ＋０.８６×Ｎ≦４.０％を満たすようにする。ここで、０.５２×Ａｌ＋１.１×Ｂ＋０.８６×Ｎは、ＡｌＮ及びＢＮの量を黒鉛量に換算したものである。３.１≦Ｃ−(０.２４×Ｖ＋０.１３×Ｎｂ＋０.２５×Ｔｉ)＋０.３３×Ｓｉ＋０.５２×Ａｌ＋１.１×Ｂ＋０.８６×Ｎ≦３.８とすることがより望ましい。
その他、Ｐ、Ｓ、Ｏ等の不可避的な不純物の混入は許容される。しかしながら、これら不純物は材質を脆くするため、合計で約０.２％以下に抑えることが望ましい。
本発明の高耐摩耗性ロール材及び高耐摩耗性複合ロールは、上記成分とすることによって、高合金グレン鋳鉄のすぐれた特性を維持しつつ、高耐摩耗化を実現できる、すなわち、黒鉛及びＭＣ型炭化物の晶出量が適度に調整できるから、低摩擦係数、高耐摩耗性、すぐれた耐焼付き性及びすぐれた通板性を実現でき、黒鉛の平均粒面積が上記範囲を満たすことにより、高い耐クラック性を具備できる。
また、基本的な組成が高合金グレン鋳鉄と重複するため、高合金グレン鋳鉄とほぼ同程度のすぐれた熱膨張率を具備する。
また、基本的な組成が高合金グレン鋳鉄と重複するため、高合金グレン鋳鉄とほぼ同程度のすぐれた熱膨張率を具備する。
本発明のロール材は、遠心力鋳造や静置鋳造、或いは、特開平０１ー９６３５５公報に示されるような連続肉盛り鋳掛け法により作製することができる。
遠心力鋳造の場合、遠心力鋳造用金型の中に上記組成となるように溶湯を鋳込んで中空状に形成することができる。得られたロール材は、遠心力鋳造金型から取り出して、熱処理、機械加工を施すことによって、単層の圧延用ロールとして用いることができる。
また、必要に応じて、溶湯を鋳込んだ後、次に内層溶湯を鋳込むことにより、外層のロール材と内層が冶金的に一体化された圧延用複合ロールを形成することもできる。
この場合、内層材料として、ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼、又は、２.０％以下のＣを含有する鋳鋼を例示できる。
さらに、外層の鋳造後、内層を鋳込む前に、中間層を鋳込むことにより、外層、中間層、内層が冶金的に一体化した圧延用複合ロールを形成することができる。中間層の成分として、Ｃ：２.５〜４.０％、Ｓｉ：０.５〜３.５％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｎｉ：０％を越えて３.０％以下、Ｃｒ：０％を越えて２.５％以下、Ｍｏ：０％を越えて２.０％以下、Ｍｇ：０.０２〜０.１％以下、及び、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂから選択される少なくとも１種を合計量で０％を超えて２.０％以下を含むダクタイル鋳鉄や、Ｃ：１.０〜２.５％、Ｓｉ：０.５〜１.５％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｎｉ：０％を越えて１.５％以下、Ｃｒ：０％を越えて２.５％以下、Ｍｏ：０％を越えて２.０％以下、及び、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ及びＢの少なくとも１種を合計量で０％を越えて１.５％以下、及び、残部実質的にＦｅからなる黒鉛を有する材料を例示できる。
遠心力鋳造の場合、遠心力鋳造用金型の中に上記組成となるように溶湯を鋳込んで中空状に形成することができる。得られたロール材は、遠心力鋳造金型から取り出して、熱処理、機械加工を施すことによって、単層の圧延用ロールとして用いることができる。
また、必要に応じて、溶湯を鋳込んだ後、次に内層溶湯を鋳込むことにより、外層のロール材と内層が冶金的に一体化された圧延用複合ロールを形成することもできる。
この場合、内層材料として、ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼、又は、２.０％以下のＣを含有する鋳鋼を例示できる。
さらに、外層の鋳造後、内層を鋳込む前に、中間層を鋳込むことにより、外層、中間層、内層が冶金的に一体化した圧延用複合ロールを形成することができる。中間層の成分として、Ｃ：２.５〜４.０％、Ｓｉ：０.５〜３.５％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｎｉ：０％を越えて３.０％以下、Ｃｒ：０％を越えて２.５％以下、Ｍｏ：０％を越えて２.０％以下、Ｍｇ：０.０２〜０.１％以下、及び、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂから選択される少なくとも１種を合計量で０％を超えて２.０％以下を含むダクタイル鋳鉄や、Ｃ：１.０〜２.５％、Ｓｉ：０.５〜１.５％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｎｉ：０％を越えて１.５％以下、Ｃｒ：０％を越えて２.５％以下、Ｍｏ：０％を越えて２.０％以下、及び、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ及びＢの少なくとも１種を合計量で０％を越えて１.５％以下、及び、残部実質的にＦｅからなる黒鉛を有する材料を例示できる。
得られたロール材(外層)は、黒鉛晶出の核となるＡｌＮ、ＢＮと黒鉛が晶出している。黒鉛、ＡｌＮ及びＢＮは、固体潤滑作用を有しており、圧延時に鋼材との間の摩擦を低減し、圧延荷重を低くすることができるから、圧延時のトラブルを低減できる。また、黒鉛を有しているため、耐焼付き性にもすぐれる。
上記組成のロール材(外層)は、任意の面に出現する黒鉛の平均粒面積が４００μm2以下となっていることが望ましい。黒鉛の平均粒面積とは、任意の面に出現した黒鉛粒の数と、その総面積を計測し、得られた総面積を黒鉛粒の数で割ることによって算出することができる。
任意の面のすべてについて、平均粒面積を求めることは困難であるため、該面の任意の領域、例えば、１.９ｍｍ×１.４ｍｍの領域のミクロ組織写真を撮影し、画像解析して、黒色に見える部分の面積及び個数を測定すればよい。このとき、黒色に見える部分は、黒鉛と黒鉛晶出の核となるＡｌＮ及びＢＮである。しかしながら、黒鉛とＡｌＮ、ＢＮとを見分けることは困難であるから、本願では、黒鉛、ＡｌＮ及びＢＮの合計を黒鉛粒としている。
なお、上記において、任意の面とは、ロール材の断面、例えば、縦断面、横断面等や、ロール材の外表面、端面をも含むものとする。
黒鉛の平均粒面積が４００μm2以下となることにより、図１(ａ)に示すように、ロール材の基地(10)中に粗大な黒鉛粒(12)が晶出しているのではなく、図１(ｂ)に示すように、微細な黒鉛粒(14)が多数晶出しているため、ロール材基地(10)にクラック(16)が発生しても、クラック(16)が黒鉛粒(14)に当たることによって、クラックの先端は尖った形ではなく、ほぼ球状となり、クラックの進展を遅らせる(点線で示す)ことができ、耐クラック性を高めることができる。一方、図１(ａ)のように粗大な黒鉛粒(12)の場合、黒鉛粒(12)どうしの間隔が大きいため、クラック(16)が発生したときに、クラック(16)が黒鉛粒(12)に当たらずに延びていくため、耐クラック性に劣る。また、黒鉛面積率が同じ場合、黒鉛の粒度が細かい図１(ｂ)の方が、黒鉛粒子間の距離が短くなり、クラック進展の際にクラックが黒鉛に当たり、進展速度が低下する確率が高くなる。
任意の面のすべてについて、平均粒面積を求めることは困難であるため、該面の任意の領域、例えば、１.９ｍｍ×１.４ｍｍの領域のミクロ組織写真を撮影し、画像解析して、黒色に見える部分の面積及び個数を測定すればよい。このとき、黒色に見える部分は、黒鉛と黒鉛晶出の核となるＡｌＮ及びＢＮである。しかしながら、黒鉛とＡｌＮ、ＢＮとを見分けることは困難であるから、本願では、黒鉛、ＡｌＮ及びＢＮの合計を黒鉛粒としている。
なお、上記において、任意の面とは、ロール材の断面、例えば、縦断面、横断面等や、ロール材の外表面、端面をも含むものとする。
黒鉛の平均粒面積が４００μm2以下となることにより、図１(ａ)に示すように、ロール材の基地(10)中に粗大な黒鉛粒(12)が晶出しているのではなく、図１(ｂ)に示すように、微細な黒鉛粒(14)が多数晶出しているため、ロール材基地(10)にクラック(16)が発生しても、クラック(16)が黒鉛粒(14)に当たることによって、クラックの先端は尖った形ではなく、ほぼ球状となり、クラックの進展を遅らせる(点線で示す)ことができ、耐クラック性を高めることができる。一方、図１(ａ)のように粗大な黒鉛粒(12)の場合、黒鉛粒(12)どうしの間隔が大きいため、クラック(16)が発生したときに、クラック(16)が黒鉛粒(12)に当たらずに延びていくため、耐クラック性に劣る。また、黒鉛面積率が同じ場合、黒鉛の粒度が細かい図１(ｂ)の方が、黒鉛粒子間の距離が短くなり、クラック進展の際にクラックが黒鉛に当たり、進展速度が低下する確率が高くなる。
また、上記組成のロール材(外層)は、ロール材の基地の任意の面に出現する黒鉛の面積率が０.５〜５.０％であり、ＭＣ型炭化物の面積率が１.０％以下であることが望ましい。黒鉛の面積率が０.５％未満であれば、黒鉛晶出による効果を十分に得ることができず、５.０％を越えると、黒鉛を起点とする摩耗が激しくなり、逆に耐摩耗性を劣化させてしまうからである。また、黒鉛は、耐焼付き性を向上するために重要であるが、ＭＣ型炭化物の面積率が１.０％を越えると、基地中に晶出する黒鉛の量が少なくなり、耐焼付き性の劣化と摩擦係数の増大を招来し、通板性が低下してしまう。
黒鉛の面積率及びＭＣ型炭化物の面積率は、上記と同様に、ある面の任意の領域の画像解析により測定することができる。なお、黒鉛の面積率については、黒鉛とＡｌＮ、ＢＮとの見分けは困難であるから、黒鉛、ＡｌＮ及びＢＮの合計を黒鉛の面積率として測定すればよい。
黒鉛の面積率及びＭＣ型炭化物の面積率は、上記と同様に、ある面の任意の領域の画像解析により測定することができる。なお、黒鉛の面積率については、黒鉛とＡｌＮ、ＢＮとの見分けは困難であるから、黒鉛、ＡｌＮ及びＢＮの合計を黒鉛の面積率として測定すればよい。
さらに、上記組成のロール材は、基地硬さ(マイクロビッカース硬さ：荷重５０ｇｆ)が５５０Ｈｖ以上であることが望ましい。基地硬さが５５０Ｈｖ未満であると、十分な圧延性能を具備できないからである。
横型遠心力鋳造機を用いて、Ｇno.１２０、鋳込み温度１３１０℃の条件で、直径３００ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ５０ｍｍのロール材(発明例１〜７及び比較例１〜７)を作製した。各ロール材の組成を表１に示す。なお、溶解時点でＡｒガス或いはＮ2ガスのバブリングにより、所定のＮ含有量に調整し、鋳込み時には、Ｓｉ：０.１％を目標にＣａＳｉによるＳｉ接種を行なった。凝固後、常温まで冷却した後で、４００℃で２０時間保持する組織調整熱処理を実施した。
得られたロール材の外側表面から２０ｍｍの位置で直径１０ｍｍ、長さ３５ｍｍのファレックス試験片を採取し、以下の条件で、黒鉛の平均粒面積、黒鉛面積率、ＭＣ型炭化物の面積率、基地硬さ、摩擦係数、及び、摩耗重量を測定した。
黒鉛の平均粒面積、黒鉛面積率及びＭＣ型炭化物の面積率は、試験片の１.９ｍｍ×１.４ｍｍの部分についてミクロ組織写真を撮影し、画像解析を行なうことによって実施した。
基地硬さは、マイクロビッカース硬度計を用いて荷重５０ｇｆの条件で測定した。
摩擦係数及び摩耗重量は、ファレックス試験機を用いて測定した。測定条件は、相手材をＳＳ４００とし、試験荷重を５０ｋｇｆ、保持時間３分で実施した。摩擦係数は、測定された荷重とトルクから算出し、摩耗重量は、試験前後での重量減少量を比較した。
黒鉛の平均粒面積、黒鉛面積率及びＭＣ型炭化物の面積率は、試験片の１.９ｍｍ×１.４ｍｍの部分についてミクロ組織写真を撮影し、画像解析を行なうことによって実施した。
基地硬さは、マイクロビッカース硬度計を用いて荷重５０ｇｆの条件で測定した。
摩擦係数及び摩耗重量は、ファレックス試験機を用いて測定した。測定条件は、相手材をＳＳ４００とし、試験荷重を５０ｋｇｆ、保持時間３分で実施した。摩擦係数は、測定された荷重とトルクから算出し、摩耗重量は、試験前後での重量減少量を比較した。
結果を表２に示す。
表２を参照すると、発明例１〜７は、本発明の組成範囲を満足しているから、黒鉛の平均粒面積、黒鉛の面積率、及び、ＭＣ型炭化物の面積率が好適であり、その結果、基地硬さが高く、摩擦係数が低く、摩耗重量も小さくできたことがわかる。
一方、比較例１〜７は、組成範囲が本発明から外れいるか、黒鉛の平均粒面積、黒鉛の面積率、又は、ＭＣ型炭化物の面積率が本発明の既定値を満足していない。その結果、基地硬さが低くなったり、摩擦係数が高くなったり、摩耗重量が大きくなるなど、圧延用ロールとしての十分な性能を具備できないことがわかる。通板性を安定させるには、摩擦係数は０.３３以下が望ましい。
一方、比較例１〜７は、組成範囲が本発明から外れいるか、黒鉛の平均粒面積、黒鉛の面積率、又は、ＭＣ型炭化物の面積率が本発明の既定値を満足していない。その結果、基地硬さが低くなったり、摩擦係数が高くなったり、摩耗重量が大きくなるなど、圧延用ロールとしての十分な性能を具備できないことがわかる。通板性を安定させるには、摩擦係数は０.３３以下が望ましい。
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
(10) 基地
(12) 黒鉛粒
(14) 黒鉛粒
(16) クラック
(12) 黒鉛粒
(14) 黒鉛粒
(16) クラック
Claims (8)
- 重量％にて、Ｃ：３.１〜３.７％、Ｓｉ：０.３〜１.０％、Ｍｎ：０.１〜１.５％、Ｎｉ：２.５〜５.０％、Ｃｒ：１.０〜２.５％、Ｍｏ：０.１〜１.０％、Ａｌ：０.０１〜０.２％、Ｎ：０.００５〜０.０５％、及び、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖから選択される少なくとも１種を合計量で０.２〜２.５％を含み、残部実質的にＦｅであり、
Ｖ：１.０％未満、Ｎｂ：２.５％以下、Ｔｉ：０.５％以下、２.９％≦Ｃ−(０.２４×Ｖ＋０.１３×Ｎｂ＋０.２５×Ｔｉ)＋０.３３×Ｓｉ＋０.５２×Ａｌ＋０.８６×Ｎ≦４.０％を満たす高耐摩耗性ロール材。 - 重量％にて、Ｃ：３.１〜３.７％、Ｓｉ：０.３〜１.０％、Ｍｎ：０.１〜１.５％、Ｎｉ：２.５〜５.０％、Ｃｒ：１.０〜２.５％、Ｍｏ：０.１〜１.０％、Ｂ：０.０１〜０.１％、Ｎ：０.００５〜０.０５％、Ａｌ：０.０１〜０.２％、及び、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖから選択される少なくとも１種を合計量で０.２〜２.５％を含み、残部実質的にＦｅであり、
Ｖ：１.０％未満、Ｎｂ：２.５％以下、Ｔｉ：０.５％以下、２.９％≦Ｃ−(０.２４×Ｖ＋０.１３×Ｎｂ＋０.２５×Ｔｉ)＋０.３３×Ｓｉ＋０.５２×Ａｌ＋１.１×Ｂ＋０.８６×Ｎ≦４.０％を満たす高耐摩耗性ロール材。 - ロール材の任意の面に出現する黒鉛の平均粒面積が４００μm2以下である請求項１又は請求項２に記載の高耐摩耗性ロール材。
- ロール材の任意の面に出現する黒鉛の面積率が０.５〜５.０％であり、ＭＣ型炭化物の面積率が１.０％以下である請求項１乃至請求項３の何れかに記載の高耐摩耗性ロール材。
- 基地硬さが５５０Ｈｖ以上である請求項１乃至請求項４の何れかに記載の高耐摩耗性ロール材。
- 請求項１乃至請求項５の何れかに記載の高耐摩耗性ロール材を外層とし、該外層の内側に、ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼、又は、２.０％以下のＣを含有する鋳鋼からなる内層を具える高耐摩耗性複合ロール。
- 内層と外層との間に、Ｃ：２.５〜４.０％、Ｓｉ：０.５〜３.５％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｎｉ：０％を越えて３.０％以下、Ｃｒ：０％を越えて２.５％以下、Ｍｏ：０％を越えて２.０％以下、Ｍｇ：０.０２〜０.１％以下、及び、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂから選択される少なくとも１種を合計量で０％を超えて２.０％以下を含み、残部実質的にＦｅからなるダクタイル鋳鉄の中間層を具える請求項６に記載の高耐摩耗性複合ロール。
- 内層と外層との間に、Ｃ：１.０〜２.５％、Ｓｉ：０.５〜１.５％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｎｉ：０％を越えて１.５％以下、Ｃｒ：０％を越えて２.５％以下、Ｍｏ：０％を越えて２.０％以下、及び、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂから選択される少なくとも１種を合計量で０％を超えて２.０％以下を含み、残部実質的にＦｅからなる黒鉛を有する中間層を具える請求項６に記載の高耐摩耗性複合ロール。
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-
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