JP2006075892A

JP2006075892A - 遠心鋳造製圧延用ロール

Info

Publication number: JP2006075892A
Application number: JP2004265627A
Authority: JP
Inventors: Ryota Honda; 亮太本田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-23

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遠心鋳造製圧延用ロールを提供する。
【解決手段】
本発明の遠心鋳造製圧延用ロールは、外層の化学成分が質量％で、Ｃ：１．０〜３．０％、Ｓｉ：０．３〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：３．０〜１０．０％、Ｍｏ：０．１〜８．０％、Ｖ：３．０〜１２．０％、Ｔｉ：０．００５〜１．０％、Ａｌ：０．００１〜０．５％を含有し残部Ｆｅおよび不純物元素からなり、その金属組織中に粒状の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ＭＣ系炭化物の球状化率が０．５以上であることを特徴とする。さらに、前記外層の化学成分が質量％で、Ｗ：０．１〜５．０％、Ｎｂ：０．１〜１０．０％、Ｃｏ：０．１〜５．０％、を含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遠心鋳造製圧延用ロールに関する。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。

この種の公知例として、たとえば特許文献１には、Ｃ：１．０〜２．５％、Ｓｉ：０．３〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：３．０〜１０．０％、Ｍｏ＜６．０％、Ｗ＜６．０％、Ｖ：４．０〜１５．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる成分に、Ｔｉ：０．０１〜１．０％、Ｚｒ：０．０１〜０．１％を添加混合することで、Ｔｉ、Ｚｒの酸化物の周辺にＭＣ系炭化物が微細に晶析出することが記載されている。

また、特許文献２には、質量％で、Ｃ：０．７〜３．６％、Ｓｉ：０．２〜２．５％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｃｒ：２．０〜１０％、Ｍｏ：０．２〜１０％、Ｖ：２．０〜１０％、Ｂ：０．００１〜０．５０％、Ａｌ：０．００１〜０．５０％、Ｔｉ：０．００１〜０．５０％、Ｚｒ：０．００１〜０．５０％、Ｃｕ：０．００１〜０．５０％、Ｍｇ：０．００１〜０．５０％、Ｃａ：０．００１〜０．５０％、を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、さらに、質量％で、Ｎｉ：０．１〜１０％、Ｗ：０．２〜１０％、Ｎｂ：０．２〜１０％、Ｃｏ：０．２〜１０％、の１種または２種以上含有する材質が開示されている。このＡｌ，Ｔｉ，Ｚｒは、溶湯中で酸化物を生成して、溶湯中の酸素含有量を低下させ、製品の健全性を向上させると共に、生成した酸化物が結晶核として作用するために凝固組織の微細化に効果があることが記載されている。

特開平５−３１５０７号公報特開２００２−１６１３３１号公報

本発明は、最も硬質なＭＣ系炭化物を微細均一に分散させかつ形状を粒状にすることにより、耐摩耗性および耐肌荒れ性に優れた遠心鋳造製圧延用ロールを提供することを目的とする。

外層の化学成分が質量％で、Ｃ：１．０〜３．０％、Ｓｉ：０．３〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：３．０〜１０．０％、Ｍｏ：０．１〜８．０％、Ｖ：３．０〜１２．０％、Ｔｉ：０．００５〜１．０％、Ａｌ：０．００１〜０．５％を含有し残部Ｆｅおよび不純物元素からなり、その金属組織中に粒状の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ＭＣ系炭化物の球状化率が０．５以上であることを特徴とする。

さらに、前記外層の化学成分が質量％で、Ｗ：０．１〜５．０％、Ｎｂ：０．１〜１０．０％、Ｃｏ：０．１〜５．０％、を含有す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るため、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。

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。

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。

Ｃｒ：３．０〜１０．０％
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、１０．０％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ので、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。

Ｔｉ：０．００５〜１．０％
Ｔｉ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。ＴｉはＮおよびＯと結合して酸窒化物を形成し、これらが溶湯中に懸濁されて核となり、ＭＣ系炭化物を粒状とし微細均一に晶出させる。ＭＣ系炭化物の形状を微細な粒状の粒にするとともに、金属組織中に均一に分散させるためには、Ｔｉを０．００５％以上必要である。一方、含まれているＮおよびＯの量からＴｉは１．０％で十分である。Ｔｉの含有量は、好ましくは０．０５〜０．５％である。

Ａｌ：０．００１〜０．５％
ＡｌもＴｉと同様に、溶湯中のＮおよびＯと結合して酸窒化物を形成し、これらが溶湯中に懸濁されて核となり、ＭＣ系炭化物を粒状とし微細均一に晶出させる。ＭＣ系炭化物の形状を微細な粒状の粒にするとともに、金属組織中に均一に分散させるためには、Ａｌを０．００１％以上必要である。一方、含まれているＮおよびＯの量からＡｌは０．５％で十分である。Ａｌの含有量は、好ましくは０．００１〜０．１％である。

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：０．１〜５．０％
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、５．０％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。好ましいＷの範囲は０．１〜２．０％である。

Ｎｂ：０．１〜１０．０％
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。

Ｃｏ：０．１〜５．０％
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、５．０％を超えると靭性を低下させる。

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０．１％以下が好ましい。

本発明のロールの外層材は、ＴｉとＡｌを複合添加させることにより、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。

また、本発明のロール外層材は、ＴｉとＡｌを複合添加することにより、その金属組織中のＭＣ系炭化物の形状が微細な粒状になる。本発明のＭＣ系炭化物の球状化率が０．５未満であると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低下する。より好ましいＭＣ系炭化物の球状化率は０．７〜１．０である。

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．２１〜２３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、画像解析装置（日本アビオニクス株式会社製ＳＰＩＣＣＡ−ＩＩ）により、組織構成要素の面積％、ＭＣ系炭化物の球状化率を測定した。

図１はＭＣ系炭化物の球状化率を説明するための図を示す。図１において、１５は測定対象物であり、本発明ではＭＣ系炭化物を指す。供試材から採取した試験片を鏡面研摩した後、その鏡面研摩部を硫酸アンモニウム腐食を行なった。そして、腐食させた部分を倍率４００倍にて２０個所の視野で画像解析を行い、その平均を球状化率とした。

測定対象物の面積をＡ、測定対象物の周囲長をＬとすると、球状化率は数式（１）で表され、１．０に近づくほど真円に近くなる。

また、圧延試験機を用いて圧延後の摩耗量及び肌粗さを測定した。図２は圧延試験機の概略図を示す。図２において、圧延試験機は、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及び肌粗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、ＴｉとＡｌを複合添加させることにより、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。

表１および表２から、本発明例のロール外層材は、ＴｉおよびＡｌを複合添加させることにより、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とも良好な結果が得られた。

本発明例に比べて、比較例２１はＭＣ炭化物の球状化率が０．５未満であるため耐摩耗性、耐肌荒れ性に劣る。比較例２２はＴｉ単独添加であり球状化率が０．５であるものの本発明に比べて耐摩耗性に劣る。比較例２３はＡｌの単独添加であり球状化率が０．５未満となるため耐摩耗性、耐焼付き性に劣ることがわかった。

以上述べたように、本発明の遠心鋳造製圧延用ロールは外層材の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。本発明の遠心鋳造製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。

ＭＣ炭化物の球状化率を説明するための図である。実施の形態で用いた圧延摩耗試験機の概略図である。

符号の説明

１５測定対象物、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

Claims

外層の化学成分が質量％で、Ｃ：１．０〜３．０％、Ｓｉ：０．３〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：３．０〜１０．０％、Ｍｏ：０．１〜８．０％、Ｖ：３．０〜１２．０％、Ｔｉ：０．００５〜１．０％、Ａｌ：０．００１〜０．５％を含有し残部Ｆｅおよび不純物元素からなり、その金属組織中に粒状のＭＣ系炭化物を５〜１５面積％有することを特徴とする遠心鋳造製圧延用ロール。
前記ＭＣ系炭化物の球状化率が０．５以上であることを特徴とする請求項１に記載の遠心鋳造製圧延用ロール。
さらに、外層の化学成分が質量％で、Ｗ：０．１〜５．０％、Ｎｂ：０．１〜１０．０％、Ｃｏ：０．１〜５．０％、を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の圧延用ロールの外層材。