JP2007245217A - 圧延用複合ロール - Google Patents
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Abstract
【課題】ハイス系鋳鉄からなる外層とダクタイル鋳鉄からなる芯材を有する圧延用複合ロールにおいて、芯材におけるチャンキー黒鉛の晶出を防止する。
【解決手段】芯材は、重量％にて、Ｃ：２.８〜４.０％、Ｓｉ：１.５〜４.５％、Ｍｎ：０.３〜１.０％、Ｎｉ：０.１〜３.０％、Ｍｇ：０.０２〜０.１％、Ｓｂ：０.００１〜０.１％を含有すると共に、所望により、Ｓｎ：０.００１〜０.１３％及び／又はＢｉ：０.０００４〜０.１％を含有し、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＮｂの含有量は合計量で４.０重量％以下であり、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなる。上記成分を有するダクタイル鋳鉄材からなる芯材の組織は、チャンキー黒鉛のような異常黒鉛は観察されず、パーライトを主体とする基地と、球状黒鉛及び少量の炭化物の３相からなる。
【選択図】 図２
【解決手段】芯材は、重量％にて、Ｃ：２.８〜４.０％、Ｓｉ：１.５〜４.５％、Ｍｎ：０.３〜１.０％、Ｎｉ：０.１〜３.０％、Ｍｇ：０.０２〜０.１％、Ｓｂ：０.００１〜０.１％を含有すると共に、所望により、Ｓｎ：０.００１〜０.１３％及び／又はＢｉ：０.０００４〜０.１％を含有し、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＮｂの含有量は合計量で４.０重量％以下であり、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなる。上記成分を有するダクタイル鋳鉄材からなる芯材の組織は、チャンキー黒鉛のような異常黒鉛は観察されず、パーライトを主体とする基地と、球状黒鉛及び少量の炭化物の３相からなる。
【選択図】 図２
Description
本発明は、鉄鋼の熱間圧延又は冷間圧延用の複合ロールに関する。
鉄鋼の圧延用複合ロールとして、圧延材に接する外層(使用層)を耐摩耗性にすぐれるハイス系鋳鉄材から形成し、芯材を強靱性にすぐれるダクタイル鋳鉄材から形成したものが使用されている。
ハイス系鋳鉄材は、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ等の合金元素を多く含んでおり、これら元素がＣと結合して炭化物を晶出することにより、すぐれた耐摩耗性を発揮する。また、ダクタイル鋳鉄材は、球状化黒鉛を晶出することにより、すぐれた強靱性を発揮する。
ハイス系鋳鉄材は、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ等の合金元素を多く含んでおり、これら元素がＣと結合して炭化物を晶出することにより、すぐれた耐摩耗性を発揮する。また、ダクタイル鋳鉄材は、球状化黒鉛を晶出することにより、すぐれた強靱性を発揮する。
この複合ロールの製作は、一般的には、外層を遠心力鋳造にて鋳造し、外層の凝固が完了した後、又は凝固途中に遠心力回転を停止し、次に、芯材を静置鋳造することにより行われ、外層と芯材は冶金学的に一体化される。
複合ロールには、外層と芯材の間に中間層を設けるものがある。この場合、外層の凝固完了後又は凝固途中に中間層を遠心力鋳造し、中間層の凝固が完了した後、又は凝固途中に遠心力回転を停止し、次に、芯材を静置鋳造することにより、外層、中間層及び芯材が冶金学的に一体化された複合ロールが製作される。
複合ロールには、外層と芯材の間に中間層を設けるものがある。この場合、外層の凝固完了後又は凝固途中に中間層を遠心力鋳造し、中間層の凝固が完了した後、又は凝固途中に遠心力回転を停止し、次に、芯材を静置鋳造することにより、外層、中間層及び芯材が冶金学的に一体化された複合ロールが製作される。
ところで、芯材のダクタイル鋳鉄材は、黒鉛の球状化が不十分であったり、チャンキー黒鉛と称される異常黒鉛が発生すると、強度の低下を招く。
芯材にＣｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ等の炭化物生成元素が含まれると、炭化物が形成され、Ｃが炭化物の生成に消費される結果、黒鉛化が阻害される。また、炭化物量が増加すれば、芯材が硬く脆くなる不都合がある。しかしながら、冶金学的一体化の過程で、外層の合金成分が、直接又は中間層を介して、芯材へ混入することは不可避である。
一方、黒鉛化促進のために、Ｓｉ、Ｎｉ等の黒鉛化促進元素を添加するとチャンキー黒鉛の発生を招く。特に、熱間圧延用ロールは、一般的には、約０.５トン〜１６トンもある大型鋳造品であり、芯材鋳造時の凝固速度が遅いため、チャンキー黒鉛が発生し易い傾向にある。
一方、黒鉛化促進のために、Ｓｉ、Ｎｉ等の黒鉛化促進元素を添加するとチャンキー黒鉛の発生を招く。特に、熱間圧延用ロールは、一般的には、約０.５トン〜１６トンもある大型鋳造品であり、芯材鋳造時の凝固速度が遅いため、チャンキー黒鉛が発生し易い傾向にある。
圧延用複合ロールの芯材に用いられるダクタイル鋳鉄材の黒鉛を制御する技術として、Ｂｉを含有させるものがある(特許文献１及び特許文献２)。また、Ｂｉと共にＳｎを同時に添加するものがある(特許文献３)。
特許文献１及び特許文献２のダクタイル鋳鉄材は、Ｂｉによって黒鉛を微細化し、黒鉛粒数を増加させるものであるが、大型複合ロールの芯材のように凝固速度が遅い場合、黒鉛の微細効果が不十分であり、チャンキー黒鉛を晶出する問題がある。
特許文献３のダクタイル鋳鉄材は、大型複合ロールの芯材のように凝固速度が遅い場合でも黒鉛の微細晶出効果が得られるように、Ｂｉと同時にＳｎを適量含有させるものであるが、チャンキー黒鉛の晶出を完全に抑制するには不十分である。
Ｓｂは、黒鉛球状化の阻害作用が特に強い元素であるから、これまで、圧延用複合ロールの芯材を構成するダクタイル鋳鉄材に用いられたことはなかった。
特許文献３のダクタイル鋳鉄材は、大型複合ロールの芯材のように凝固速度が遅い場合でも黒鉛の微細晶出効果が得られるように、Ｂｉと同時にＳｎを適量含有させるものであるが、チャンキー黒鉛の晶出を完全に抑制するには不十分である。
Ｓｂは、黒鉛球状化の阻害作用が特に強い元素であるから、これまで、圧延用複合ロールの芯材を構成するダクタイル鋳鉄材に用いられたことはなかった。
それゆえ、本発明の技術的課題は、外層にハイス系鋳鉄材、芯材にダクタイル鋳鉄材を用いた圧延用複合ロールにおいて、芯材におけるチャンキー黒鉛の晶出を防止した圧延用複合ロールを提供することである。
本発明の圧延用複合ロールは、耐摩耗性にすぐれるハイス系鋳鉄材からなる外層の内側に、強靱性にすぐれるダクタイル鋳鉄の芯材が鋳造され、外層と芯材は冶金学的に一体化されており、外層は、重量％にて、Ｃ：１.０〜２.５％、Ｓｉ：０.２〜１.２％、Ｍｎ：０.２〜１.２％、Ｎｉ：０.０５〜３.０％、Ｃｒ：２.０〜８.０％、Ｖ：２.０〜８.０％を含有すると共に、Ｍｏ：２.０〜８.０％及び／又はＷ：０.０５〜５.０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなり、芯材は、重量％にて、Ｃ：２.８〜４.０％、Ｓｉ：１.５〜４.５％、Ｍｎ：０.３〜１.０％、Ｎｉ：０.０５〜３.０％、Ｍｇ：０.０２〜０.１％、Ｓｂ：０.００１〜０.１％を含有し、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ及びＷの含有量は合計量で４.０重量％以下であり、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなる。
外層は、所望により、重量％にて、Ｔｉ：０.５％、Ｎｂ：２.０％以下及びＣｏ：５.０％以下の少なくとも１種をさらに含有することができ、その場合、芯材は、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＮｂの含有量が合計量で４.０重量％以下である。
芯材は、所望により、重量％にて、Ｓｎ：０.００１〜０.１３％及び／又はＢｉ：０.０００４〜０.１％を含有することができる。
外層と芯材の間に中間層を鋳造することもでき、外層、中間層及び芯材は冶金学的に一体化される。中間層の例として、重量％にて、Ｃ：１.５〜２.５％、Ｓｉ：０.２〜１.２％、Ｍｎ：０.２〜１.２％、Ｎｉ：０.０５〜３.０％、Ｃｒ：０.５〜４.０％、Ｖ：１.０〜４.０％を含有すると共に、Ｍｏ：０.５〜４.０％及び／又はＷ：０.０５〜３.０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなるもの、又は、重量％にて、Ｃ：１.０〜２.５％、Ｓｉ：０.５〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜１.２％、Ｎｉ：０.０５〜３.０％、Ｃｒ：０.５〜４.０％、Ｖ：１.０〜４.０％を含有すると共に、Ｍｏ：０.５〜４.０％及び／又はＷ：０.０５〜３.０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなるものを挙げることができる。
中間層は、所望により、重量％にて、Ｔｉ：０.３％以下、Ｎｂ：１.０％以下及びＣｏ：３.０％以下の少なくとも１種をさらに含有することができる。
この場合、芯材は、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＮｂの含有量が合計量で４.０重量％以下である。
この場合、芯材は、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＮｂの含有量が合計量で４.０重量％以下である。
ダクタイル鋳鉄材からなる本発明の圧延用複合ロールの芯材は、炭化物生成元素の芯材への混入を可及的に少なく抑えられており、また、適量のＳｉ、Ｎｉを含有することにより黒鉛化が促進され、適量のＭｇを含有することにより良好な球状化状態が有する黒鉛を晶出させることができる。また、黒鉛の球状化に悪影響を及ぼさない範囲内でＳｂを含有させることにより、チャンキー黒鉛の晶出が阻止されるので、芯材はすぐれた強靱性を具備することができる。
従って、ハイス系材料による高耐摩耗性の外層と、強靱性にすぐれる芯材を有する圧延用複合ロールを提供することができる。
従って、ハイス系材料による高耐摩耗性の外層と、強靱性にすぐれる芯材を有する圧延用複合ロールを提供することができる。
本発明の圧延用複合ロールは、公知の如く、外層の凝固完了後又は凝固途中に、外層の内側に芯材が鋳造され、外層と芯材とが冶金学的に一体化される。或はまた、外層の凝固完了後又は凝固途中に、外層の内側に中間層が鋳造され、さらに中間層の凝固完了後又は凝固途中に、中間層の内側に芯材が鋳造され、外層、中間層及び芯材が冶金学的に一体化される。
外層及び中間層の鋳造は、遠心力鋳造法により行われ、芯材の鋳造は、静置鋳造法により行われる。遠心力鋳造法として、円筒状金型の回転軸が水平方向の横型、斜め方向の傾斜型、垂直方向の縦型の各種方法を適用することができる。
図１は、外層と芯材の間に中間層を有する鋳造後の複合ロールを示しており、(1)は外層、(2)は芯材、(3)は中間層である。
なお、本発明の圧延用複合ロールは、公知の如く、ロール鋳造後、所定の焼入れ及び焼戻しが施された後、機械加工を行ない、最終製品となる。
外層及び中間層の鋳造は、遠心力鋳造法により行われ、芯材の鋳造は、静置鋳造法により行われる。遠心力鋳造法として、円筒状金型の回転軸が水平方向の横型、斜め方向の傾斜型、垂直方向の縦型の各種方法を適用することができる。
図１は、外層と芯材の間に中間層を有する鋳造後の複合ロールを示しており、(1)は外層、(2)は芯材、(3)は中間層である。
なお、本発明の圧延用複合ロールは、公知の如く、ロール鋳造後、所定の焼入れ及び焼戻しが施された後、機械加工を行ない、最終製品となる。
外層を構成する材料として、耐摩耗性にすぐれるハイス系鋳鉄材が使用される。このハイス系鋳鉄材は、重量％にて、Ｃ：１.０〜２.５％、Ｓｉ：０.２〜１.２％、Ｍｎ：０.２〜１.２％、Ｎｉ：０.０５〜３.０％、Ｃｒ：２.０〜８.０％、Ｖ：２.０〜８.０％を含有すると共に、Ｍｏ：２.０〜８.０％及び／又はＷ：０.０５〜５.０％を含有し、所望により、Ｔｉ：０.５％以下、Ｎｂ：２.０％以下及びＣｏ：５.０％以下の少なくとも１種をさらに含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなる。
外層を構成する前記ハイス系鋳鉄材の成分限定理由は次の通りである。
Ｃは、耐摩耗性を向上させるために１.０％以上含有させる。２.５％を超えると材質が脆くなるので、上限を２.５％とする。
Ｓｉは、脱酸作用及び湯流れ性を確保するために０.２％以上含有させる。しかし、１.２％を超えると焼入れ性が低下し、材質が脆くなるので、上限を１.２％とする。
Ｍｎは、Ｓと結合してＭｎＳを形成し、Ｓによる脆化を防止するために０.２％以上含有させる。１.２％を超えると材質が脆くなるので、上限を１.２％とする。
Ｎｉは、基地の強化を図るために０.０５％以上含有させる。しかし、３.０％を越えても含有量の増加に対応する効果を得られないので、上限を３.０％とする。
Ｃは、耐摩耗性を向上させるために１.０％以上含有させる。２.５％を超えると材質が脆くなるので、上限を２.５％とする。
Ｓｉは、脱酸作用及び湯流れ性を確保するために０.２％以上含有させる。しかし、１.２％を超えると焼入れ性が低下し、材質が脆くなるので、上限を１.２％とする。
Ｍｎは、Ｓと結合してＭｎＳを形成し、Ｓによる脆化を防止するために０.２％以上含有させる。１.２％を超えると材質が脆くなるので、上限を１.２％とする。
Ｎｉは、基地の強化を図るために０.０５％以上含有させる。しかし、３.０％を越えても含有量の増加に対応する効果を得られないので、上限を３.０％とする。
Ｃｒは、Ｃと結合して炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させるため、２.０％以上含有させる。一方、８.０％を超えると材質が脆くなるので、上限を８.０％とする。
Ｖは、Ｃと結合し高硬度のＭＣ型炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させるため、２.０％以上含有させる。一方、８.０％を超えると偏析の防止が困難となるので、上限を８.０％とする。
ＭｏはＣと結合してＭ2Ｃ型又はＭ6Ｃ型の炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与するため、２.０％以上含有させることが好ましい。一方、含有量があまりに多くなると残留オーステナイトが安定化し、高硬度が得られ難くなるので、上限を８.０％とする。
Ｗは、Ｍｏと同様、Ｃと結合してＭ2Ｃ型又はＭ6Ｃ型の炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与するため、０.０５％以上含有させることが好ましい。一方、５.０％を超えて含有すると材質が脆くなるので、上限を５.０％とする。
Ｔｉは、ＭＣ型炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与する他、溶湯中で酸化物を生成して、鋳造品質の健全性を向上させる作用を有するので含有することが好ましい。しかし、含有量が０.５％を超えると介在物が残留するので、上限は０.５％とする。
Ｎｂは、ＭＣ型炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与するので、含有することが好ましい。しかし、２.０％を超えて含有すると、偏析を発生し易くなるので上限を２.０％とする。
Ｖは、Ｃと結合し高硬度のＭＣ型炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させるため、２.０％以上含有させる。一方、８.０％を超えると偏析の防止が困難となるので、上限を８.０％とする。
ＭｏはＣと結合してＭ2Ｃ型又はＭ6Ｃ型の炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与するため、２.０％以上含有させることが好ましい。一方、含有量があまりに多くなると残留オーステナイトが安定化し、高硬度が得られ難くなるので、上限を８.０％とする。
Ｗは、Ｍｏと同様、Ｃと結合してＭ2Ｃ型又はＭ6Ｃ型の炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与するため、０.０５％以上含有させることが好ましい。一方、５.０％を超えて含有すると材質が脆くなるので、上限を５.０％とする。
Ｔｉは、ＭＣ型炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与する他、溶湯中で酸化物を生成して、鋳造品質の健全性を向上させる作用を有するので含有することが好ましい。しかし、含有量が０.５％を超えると介在物が残留するので、上限は０.５％とする。
Ｎｂは、ＭＣ型炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与するので、含有することが好ましい。しかし、２.０％を超えて含有すると、偏析を発生し易くなるので上限を２.０％とする。
Ｃｏは、基地に固溶され、基地を強化する作用を有するので含有することが好ましい。しかし、５.０％を超えてても含有量の増加に対応する効果を得られないので、上限を５.０％とする。
なお、不純物元素であるＰ、Ｓは材質を脆くするため、できるだけ少ない方がよく、Ｐは０.１％以下、Ｓは０.０６％以下にすることが望ましい。
なお、不純物元素であるＰ、Ｓは材質を脆くするため、できるだけ少ない方がよく、Ｐは０.１％以下、Ｓは０.０６％以下にすることが望ましい。
芯材を構成する材料として、強靱性にすぐれるダクタイル鋳鉄材が使用される。このダクタイル鋳鉄材は、重量％にて、Ｃ：２.８〜４.０％、Ｓｉ：１.５〜４.５％、Ｍｎ：０.３〜１.０％、Ｎｉ：０.０５〜３.０％、Ｍｇ：０.０２〜０.１％、Ｓｂ：０.００１〜０.１％を含有すると共に、所望により、Ｓｎ：０.００１〜０.１３％及び／又はＢｉ：０.０００４〜０.１％を含有し、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＮｂの含有量が合計量で４.０重量％以下であり、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなる。
上記成分を有するダクタイル鋳鉄材からなる芯材の組織は、パーライトを主体とする基地と、球状黒鉛及び少量の炭化物の３相からなり、チャンキー黒鉛のような異常黒鉛は観察されない。
上記成分を有するダクタイル鋳鉄材からなる芯材の組織は、パーライトを主体とする基地と、球状黒鉛及び少量の炭化物の３相からなり、チャンキー黒鉛のような異常黒鉛は観察されない。
芯材を構成する前記ダクタイル鋳鉄材の成分限定理由は次の通りである。
Ｃは、黒鉛を晶出するために２.８％以上含有させる。しかし、４.０％を超えると黒鉛量が過多となり、強靱性の低下を招くので、上限を４.０％とする。
Ｓｉは、黒鉛化を促進するので１.５％以上含有させるものとし、２.０％以上の含有がより好ましい。しかし、含有量が多くなると基地が脆くなるので、上限を４.５％とする。
Ｍｎは、Ｓと結合してＭｎＳを形成し、Ｓによる脆化を防止するために０.３％以上含有させる。１.０％を超えると材質が脆くなるので、上限を１.０％とする。
Ｎｉは、黒鉛化を促進するので０.０５％以上含有させる。しかし、３.０％を越えても含有量の増加に対応する効果を得られないので、上限を３.０％とする。
Ｍｇは、黒鉛を球状化させるために０.０２％以上含有させる。しかし、０.１％を超えて含有すると黒鉛化が阻害され、強靱性の低下を招くので、上限を０.１％とする。
Ｃは、黒鉛を晶出するために２.８％以上含有させる。しかし、４.０％を超えると黒鉛量が過多となり、強靱性の低下を招くので、上限を４.０％とする。
Ｓｉは、黒鉛化を促進するので１.５％以上含有させるものとし、２.０％以上の含有がより好ましい。しかし、含有量が多くなると基地が脆くなるので、上限を４.５％とする。
Ｍｎは、Ｓと結合してＭｎＳを形成し、Ｓによる脆化を防止するために０.３％以上含有させる。１.０％を超えると材質が脆くなるので、上限を１.０％とする。
Ｎｉは、黒鉛化を促進するので０.０５％以上含有させる。しかし、３.０％を越えても含有量の増加に対応する効果を得られないので、上限を３.０％とする。
Ｍｇは、黒鉛を球状化させるために０.０２％以上含有させる。しかし、０.１％を超えて含有すると黒鉛化が阻害され、強靱性の低下を招くので、上限を０.１％とする。
Ｓｂは、チャンキー黒鉛の晶出を抑制する作用を有する。チャンキー黒鉛は、前述の如く、Ｓｉ、Ｎｉ等の黒鉛化元素の含有によって晶出し易いが、Ｓｂの含有によって、このチャンキー黒鉛の晶出を阻止することができる。このチャンキー黒鉛晶出抑制作用を有効に発揮させるために、Ｓｂは、０.００１％以上含有させるものとし、０.００１５％以上含有させることが好ましい。
一方、Ｓｂは、黒鉛の球状化を阻害する作用があり、あまりに多く含有すると、芋虫状の黒鉛を発生させる傾向があり、強靱性の低下を招く。このため、Ｓｂの含有量の上限は０.１％とする。Ｓｂは、チャンキー黒鉛の晶出を抑制できれば、黒鉛球状化への悪影響を回避するためにその含有量は少ない方が好ましい。それゆえ、上限は、０.００８０％とすることが好ましい。
一方、Ｓｂは、黒鉛の球状化を阻害する作用があり、あまりに多く含有すると、芋虫状の黒鉛を発生させる傾向があり、強靱性の低下を招く。このため、Ｓｂの含有量の上限は０.１％とする。Ｓｂは、チャンキー黒鉛の晶出を抑制できれば、黒鉛球状化への悪影響を回避するためにその含有量は少ない方が好ましい。それゆえ、上限は、０.００８０％とすることが好ましい。
Ｓｎは、パーライトを安定化する作用があり、また、Ｓｂと同様、チャンキー黒鉛の晶出を抑制する作用を有するので、０.００１％以上含有することが好ましく、０.０２％以上含有することがより好ましい。一方、Ｓｂと同様、黒鉛の球状化を阻害する作用を有するため、上限は０.１３％、より好ましくは０.１０％とする。
Ｂｉは、Ｓｂと同様、チャンキー黒鉛の晶出を抑制する作用を有するので、０.０００４％以上含有させることが好ましい。Ｂｉもまた、黒鉛の球状化を阻害する元素であるので、上限は０.１％とする。
Ｂｉは、Ｓｂと同様、チャンキー黒鉛の晶出を抑制する作用を有するので、０.０００４％以上含有させることが好ましい。Ｂｉもまた、黒鉛の球状化を阻害する元素であるので、上限は０.１％とする。
Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＮｂは、炭化物を生成し、生成された炭化物によって芯材の強靱性の低下を招く。また、Ｃが炭化物生成のために消費されると、黒鉛化に必要なＣが不足することになり、結果として黒鉛化が阻害される。
それゆえ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＮｂは、芯材に積極的に添加する元素ではないが、ハイス系鋳鉄材の外層にこれら元素を含まれる以上、外層と芯材、又は中間層と芯材を冶金学的に一体化させる際に外層から芯材へ不可避的に混入するので、芯材への混入量は合計量で４.０％以下となるように、外層及び中間層の成分を調整する。
それゆえ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＮｂは、芯材に積極的に添加する元素ではないが、ハイス系鋳鉄材の外層にこれら元素を含まれる以上、外層と芯材、又は中間層と芯材を冶金学的に一体化させる際に外層から芯材へ不可避的に混入するので、芯材への混入量は合計量で４.０％以下となるように、外層及び中間層の成分を調整する。
不純物元素であるＰ、Ｓは材質を脆くするため、できるだけ少ない方がよく、Ｐは０.１％以下、Ｓは０.０２％以下にすることが望ましい。
外層にＣｏが含まれる場合、芯材へ混入することがあるが、芯材に含まれるＣｏは特に有害ではないので、最大２％程度含まれていても差し支えない。
また、接種材として、Ｃａ、Ａｌ、Ｂａなどを添加することがあり、これら各成分が不純物として残留する場合もあるが、夫々、０.０５％以下の含有であれば差し支えない。
外層にＣｏが含まれる場合、芯材へ混入することがあるが、芯材に含まれるＣｏは特に有害ではないので、最大２％程度含まれていても差し支えない。
また、接種材として、Ｃａ、Ａｌ、Ｂａなどを添加することがあり、これら各成分が不純物として残留する場合もあるが、夫々、０.０５％以下の含有であれば差し支えない。
中間層は、外層の合金成分の芯材への混入量を少なくするために設けられ、中間層を形成する材料として、アダマイト材又は黒鉛鋼が好適に用いられる。
アダマイト材は、重量％にて、Ｃ：１.５〜２.５％、Ｓｉ：０.２〜１.２％、Ｍｎ：０.２〜１.２％、Ｎｉ：０.０５〜３.０％、Ｃｒ：０.５〜４.０％、Ｖ：１.０〜４.０％を含有すると共に、Ｍｏ：０.５〜４.０％及び／又はＷ：０.０５〜３.０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなる。
アダマイト材の成分限定理由は次の通りである。
Ｃは、含有量が１.５％より少ないと凝固点が高くなり、溶着不良が起こり易くなるので１.５％以上含有させる。一方、２.５％を超えて含まれると炭化物が過多となり材質が脆くなるので、上限は２.５％とする。
Ｓｉは、脱酸性及び湯流れ性の向上のために０.２％以上含有させる。しかし、１.２％を超えると焼入れ性が低下し、材質が脆くなるので、上限を１.２％とする。
Ｍｎは、Ｓを固定化してＳによる脆化を防ぐ役割を有するので０.２％以上含有させる。一方、含有量が多くなると靱性の低下を招くので、上限は１.２％とする。
Ｎｉは材質を強化する作用を有するので、０.０５％以上含有させる。しかし、３.０％を越えても含有量の増加に対応する効果を得られないので、上限を３.０％とする。
Ｃｒは材質を強化する作用を有するので、０.５％以上含有させる。一方、４.０％を超えると材質が脆くなるので、上限を４.０％とする。
Ｖは材質を強化する作用を有するので、１.０％以上含有させる。しかし、４.０％を超えると材質が脆くなるので、上限を４.０％とする。
Ｃは、含有量が１.５％より少ないと凝固点が高くなり、溶着不良が起こり易くなるので１.５％以上含有させる。一方、２.５％を超えて含まれると炭化物が過多となり材質が脆くなるので、上限は２.５％とする。
Ｓｉは、脱酸性及び湯流れ性の向上のために０.２％以上含有させる。しかし、１.２％を超えると焼入れ性が低下し、材質が脆くなるので、上限を１.２％とする。
Ｍｎは、Ｓを固定化してＳによる脆化を防ぐ役割を有するので０.２％以上含有させる。一方、含有量が多くなると靱性の低下を招くので、上限は１.２％とする。
Ｎｉは材質を強化する作用を有するので、０.０５％以上含有させる。しかし、３.０％を越えても含有量の増加に対応する効果を得られないので、上限を３.０％とする。
Ｃｒは材質を強化する作用を有するので、０.５％以上含有させる。一方、４.０％を超えると材質が脆くなるので、上限を４.０％とする。
Ｖは材質を強化する作用を有するので、１.０％以上含有させる。しかし、４.０％を超えると材質が脆くなるので、上限を４.０％とする。
Ｍｏは材質を強化する作用を有するため、０.５％以上含有させることが好ましい。一方、含有量が４.０％を超えると材質が脆くなるので、上限を４.０％とする。
Ｗは、Ｍｏと同様の作用を有し、材質を強化するため、０.０５％以上含有させることが好ましい。しかし、含有量が３.０％を超えると材質が脆くなるので、上限を３.０％とする。
なお、不純物元素であるＰ、Ｓは材質を脆くするため、できるだけ少ない方がよく、Ｐは０.１％以下、Ｓは０.０６％以下にすることが望ましい。
Ｗは、Ｍｏと同様の作用を有し、材質を強化するため、０.０５％以上含有させることが好ましい。しかし、含有量が３.０％を超えると材質が脆くなるので、上限を３.０％とする。
なお、不純物元素であるＰ、Ｓは材質を脆くするため、できるだけ少ない方がよく、Ｐは０.１％以下、Ｓは０.０６％以下にすることが望ましい。
黒鉛鋼は、重量％にて、Ｃ：１.０〜２.５％、Ｓｉ：０.５〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜１.２％、Ｎｉ：０.１〜３.０％、Ｃｒ：０.５〜４.０％、Ｖ：１.０〜４.０％を含有すると共に、Ｍｏ：０.５〜４.０％及び／又はＷ：０.０５〜３.０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなる。
黒鉛鋼の成分限定理由は次のとおりである。
Ｃは、凝固点が高くなって溶着不良が起こり易くならないように、１.０％以上含有させる。一方、２.５％を超えて含まれると材質が脆くなるので、上限は２.５％とする。
Ｓｉは、脱酸性及び湯流れ性の向上並びに黒鉛化のために０.５％以上含有させる。しかし、２.０％を超えると材質が脆くなるので、上限を２.０％とする。
なお、ＣとＳｉ以外は、前記アダマイト材と同様である。
Ｃは、凝固点が高くなって溶着不良が起こり易くならないように、１.０％以上含有させる。一方、２.５％を超えて含まれると材質が脆くなるので、上限は２.５％とする。
Ｓｉは、脱酸性及び湯流れ性の向上並びに黒鉛化のために０.５％以上含有させる。しかし、２.０％を超えると材質が脆くなるので、上限を２.０％とする。
なお、ＣとＳｉ以外は、前記アダマイト材と同様である。
中間層を形成する前記アダマイト材及び黒鉛鋼は、所望により、Ｔｉを０.３％以下、Ｎｂを１.０％以下、Ｃｏを３.０％以下の範囲内で含有させることが好ましい。
Ｔｉ及びＮｂは、材質を強化する作用を有し、Ｃｏは、基地を強化する作用を有するからである。
Ｔｉ及びＮｂは、材質を強化する作用を有し、Ｃｏは、基地を強化する作用を有するからである。
＜実施例１＞
次に、外層と芯材が冶金学的に一体化された圧延用複合ロールの実施例を掲げる。
内径５９０ｍｍの遠心力鋳造用金型に外層材溶湯を遠心力鋳造した。鋳込量は、肉厚で外層６６ｍｍである。金型の回転を止め、外層が鋳造された金型を垂直に立てて、両端に上型と下型を連設して、その内部に芯材溶湯を鋳込み、外層と芯材が冶金学的に一体化された供試ロールを作製した。供試ロールNo.１〜No.７の外層及び芯材の合金化学成分を表１に示す。No.１〜No.５が発明例、No.６及びNo.７が比較例である。
次に、外層と芯材が冶金学的に一体化された圧延用複合ロールの実施例を掲げる。
内径５９０ｍｍの遠心力鋳造用金型に外層材溶湯を遠心力鋳造した。鋳込量は、肉厚で外層６６ｍｍである。金型の回転を止め、外層が鋳造された金型を垂直に立てて、両端に上型と下型を連設して、その内部に芯材溶湯を鋳込み、外層と芯材が冶金学的に一体化された供試ロールを作製した。供試ロールNo.１〜No.７の外層及び芯材の合金化学成分を表１に示す。No.１〜No.５が発明例、No.６及びNo.７が比較例である。
＜実施例２＞
次に、外層、中間層及び芯材が夫々冶金学的に一体化された圧延用複合ロールの実施例を掲げる。
内径８５０ｍｍの遠心力鋳造用金型に外層材溶湯を遠心力鋳造し、外層が完全に凝固した後引き続いて中間層材溶湯を遠心力鋳造し、外層と中間層とを溶着させた。鋳込量は、肉厚で外層９０ｍｍ、中間層２５ｍｍとした。中間層が凝固するのを待って、金型の回転を止め、外層と中間層を内有した金型を垂直に立てて、両端に上型と下型を連設して、その内部に芯材となる内層材溶湯を鋳込み、外層、中間層及び芯材が冶金学的に一体化された供試ロールを作製した。供試ロールNo.１１〜No.１７の外層、中間層及び芯材の合金化学成分を表２に示す。No.１１〜No.１５が発明例、No.１６及びNo.１７が比較例である。
次に、外層、中間層及び芯材が夫々冶金学的に一体化された圧延用複合ロールの実施例を掲げる。
内径８５０ｍｍの遠心力鋳造用金型に外層材溶湯を遠心力鋳造し、外層が完全に凝固した後引き続いて中間層材溶湯を遠心力鋳造し、外層と中間層とを溶着させた。鋳込量は、肉厚で外層９０ｍｍ、中間層２５ｍｍとした。中間層が凝固するのを待って、金型の回転を止め、外層と中間層を内有した金型を垂直に立てて、両端に上型と下型を連設して、その内部に芯材となる内層材溶湯を鋳込み、外層、中間層及び芯材が冶金学的に一体化された供試ロールを作製した。供試ロールNo.１１〜No.１７の外層、中間層及び芯材の合金化学成分を表２に示す。No.１１〜No.１５が発明例、No.１６及びNo.１７が比較例である。
各圧延ロールの芯材の余長部より金属組織観察用試験片を採取し、金属顕微鏡(倍率５０倍)にて、黒鉛の晶出量及び球状化の状況並びにチャンキー黒鉛の晶出の有無を観察した。また、前記芯材の余長部より引張試験片を採取し、ＪＩＳに準拠して引張試験を行なった。
実施例１及び実施例２について、黒鉛の観察結果及び引張試験結果を表１及び表２に合わせて示す。
実施例１及び実施例２について、黒鉛の観察結果及び引張試験結果を表１及び表２に合わせて示す。
表１及び表２の結果より、発明例のNo.１〜No.５及びNo.１１〜No.１５は、チャンキー黒鉛の晶出が観察されず、また、黒鉛の球状化が良好であり、高い引張強度を具えていることを示している。
これに対し、比較例のNo.６及びNo.１６は、Ｓｂの含有量が本発明の規定よりも少ないため、チャンキー黒鉛の晶出が観察され、引張強度の低下を招いている。また、比較例のNo.７及びNo.１７は、Ｓｂの含有量が本発明の規定よりも多いため、芋虫状黒鉛の晶出が観察され、黒鉛の球状化不良により、引張強さが低くなっている。
これに対し、比較例のNo.６及びNo.１６は、Ｓｂの含有量が本発明の規定よりも少ないため、チャンキー黒鉛の晶出が観察され、引張強度の低下を招いている。また、比較例のNo.７及びNo.１７は、Ｓｂの含有量が本発明の規定よりも多いため、芋虫状黒鉛の晶出が観察され、黒鉛の球状化不良により、引張強さが低くなっている。
図２は、発明例No.１１の金属顕微鏡写真であり、良好な球状黒鉛を有している。図３は、比較例No.１６の金属顕微鏡写真であり、チャンキー黒鉛の晶出が観察される。
上記実施例では、外層をハイス系鋳鉄材から形成した圧延用複合ロールについて説明したが、本発明の複合ロールの外層材は、上記のハイス系鋳鉄材に限定されるものではなく、耐摩耗性にすぐれるその他材料を用いることができる。その種材料として、例えば、高クロム材、高合金グレン材、アダマイト材を挙げることができる。
高クロム材として、重量％にて、Ｃ：２.０〜３.２％、Ｓｉ：０.５〜１.５％、Ｍｎ：０.５〜１.５％、Ｎｉ：１.０〜２.０％、Ｃｒ：１０.０〜２５.０％、Ｍｏ：０.５〜１.５％、Ｖ：２.０％以下、Ｎｂ：１.０％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなるものを示すことができる。
高合金グレン材として、重量％にて、Ｃ：２.７〜３.９％、Ｓｉ：０.４〜１.５％、Ｍｎ：０.３〜１.０％、Ｎｉ：３.５〜５.０％、Ｃｒ：１.０〜２.５％、Ｍｏ：０.１〜２.０％、Ｗ：１.０％以下、Ｖ：２.０％以下、Ｃｏ：１.０％以下、Ｎｂ：１.０％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなるものを示すことができる。
アダマイト材として、重量％にて、Ｃ：１.０〜２.８％、Ｓｉ：０.２〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜１.２％、Ｎｉ：０.５〜５.０％、Ｃｒ：０.５〜２.５％、Ｍｏ：０.１〜２.０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなるものを示すことができる。
高クロム材として、重量％にて、Ｃ：２.０〜３.２％、Ｓｉ：０.５〜１.５％、Ｍｎ：０.５〜１.５％、Ｎｉ：１.０〜２.０％、Ｃｒ：１０.０〜２５.０％、Ｍｏ：０.５〜１.５％、Ｖ：２.０％以下、Ｎｂ：１.０％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなるものを示すことができる。
高合金グレン材として、重量％にて、Ｃ：２.７〜３.９％、Ｓｉ：０.４〜１.５％、Ｍｎ：０.３〜１.０％、Ｎｉ：３.５〜５.０％、Ｃｒ：１.０〜２.５％、Ｍｏ：０.１〜２.０％、Ｗ：１.０％以下、Ｖ：２.０％以下、Ｃｏ：１.０％以下、Ｎｂ：１.０％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなるものを示すことができる。
アダマイト材として、重量％にて、Ｃ：１.０〜２.８％、Ｓｉ：０.２〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜１.２％、Ｎｉ：０.５〜５.０％、Ｃｒ：０.５〜２.５％、Ｍｏ：０.１〜２.０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなるものを示すことができる。
本発明の圧延用複合ロールは、外層が耐摩耗性にすぐれ、芯材は強靱性にすぐれるので、熱間圧延用及び冷間圧延用として利用され、ロール性能の向上により、圧延製品の品質改善に対する寄与も大きい。
Claims (9)
- 耐摩耗性にすぐれるハイス系鋳鉄材からなる外層の内側に、強靱性にすぐれるダクタイル鋳鉄の芯材が鋳造され、外層と芯材とが冶金学的に一体化された圧延用複合ロールであって、
外層は、重量％にて、Ｃ：１.０〜２.５％、Ｓｉ：０.２〜１.２％、Ｍｎ：０.２〜１.２％、Ｎｉ：０.０５〜３.０％、Ｃｒ：２.０〜８.０％、Ｖ：２.０〜８.０％を含有すると共に、Ｍｏ：２.０〜８.０％及び／又はＷ：０.０５〜５.０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなり、
芯材は、重量％にて、Ｃ：２.８〜４.０％、Ｓｉ：１.５〜４.５％、Ｍｎ：０.３〜１.０％、Ｎｉ：０.０５〜３.０％、Ｍｇ：０.０２〜０.１％、Ｓｂ：０.００１〜０.１％を含有し、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ及びＷの含有量は合計量で４.０重量％以下であり、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなることを特徴とする圧延用複合ロール。 - 外層は、重量％にて、Ｔｉ：０.５％以下及び／又はＮｂ：２.０％以下をさらに含有し、芯材は、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＮｂの含有量が合計量で４.０重量％以下である請求項１に記載の圧延用複合ロール。
- 外層は、重量％にて、Ｃｏ：５.０％以下をさらに含有している請求項１又は２に記載の圧延用複合ロール。
- 芯材は、重量％にて、Ｓｎ：０.００１〜０.１３％及び／又はＢｉ：０.０００４〜０.１％をさらに含有している請求項１乃至３の何れかに記載の圧延用複合ロール。
- 外層と芯材の間に中間層が鋳造され、外層、中間層及び芯材は冶金学的に一体化されている請求項１乃至４の何れかに記載の圧延用複合ロール。
- 中間層は、重量％にて、Ｃ：１.５〜２.５％、Ｓｉ：０.２〜１.２％、Ｍｎ：０.２〜１.２％、Ｎｉ：０.０５〜３.０％、Ｃｒ：０.５〜４.０％、Ｖ：１.０〜４.０％を含有すると共に、Ｍｏ：０.５〜４.０％及び／又はＷ：０.０５〜３.０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなる請求項５に記載の圧延用複合ロール。
- 中間層は、重量％にて、Ｃ：１.０〜２.５％、Ｓｉ：０.５〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜１.２％、Ｎｉ：０.０５〜３.０％、Ｃｒ：０.５〜４.０％、Ｖ：１.０〜４.０％を含有すると共に、Ｍｏ：０.５〜４.０％及び／又はＷ：０.０５〜３.０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避の不純物からなる請求項５に記載の圧延用複合ロール。
- 中間層は、重量％にて、Ｔｉ：０.３％以下及び／又はＮｂ：１.０％以下をさらに含有している請求項６又は７に記載の圧延用複合ロール。
- 中間層は、重量％にて、Ｃｏ：３.０％以下をさらに含有している請求項６乃至８の何れかに記載の圧延用複合ロール。
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