JP2008050681A

JP2008050681A - 遠心鋳造製圧延用複合ロ−ルの外層材

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Publication number: JP2008050681A
Application number: JP2006231246A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kudo; 利博工藤; Yukiteru Takeshita; 幸輝竹下
Original assignee: NITTETSU SUMIKIN ROLLS KK
Current assignee: NITTETSU SUMIKIN ROLLS KK
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-08-28
Also published as: JP4778863B2

Abstract

【課題】耐摩耗性を向上させるためにVとともにNbを同時に添加した時の重力偏析の発生および粗大なMC炭化物や粗大結晶粒の晶出といった問題点を解決し、耐摩耗性が高くかつ肌荒れ等の品質問題のない高品質な遠心鋳造製圧延用複合ロ−ルを提供することを目的とする。
【解決手段】質量％でC：2.5〜3.4、Si：0.5〜2.0、Mn：0.5〜1.0、Ni：3.0〜6.0、Cr：1.0〜2.0、Mo：0.2〜0.8、V：1.0〜4.0、Nb：0.2〜1.0含有すると共に、VとNbの質量％が下記（１）、（２）式を満たし、残部Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする、遠心鋳造製圧延用複合ロ−ルの外層材である。
1≦（V−1）／Nb≦４・・・（１）
0.7≦1.8（V−1）+Nb≦5.0・・・（２）
【選択図】なし

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遠心鋳造製圧延用複合ロ−ルの外層材に関する。

近年、圧延技術の向上に伴い、圧延時のロ−ルへの負荷はより過酷になってきている。かかる状況下、より耐摩耗性・耐事故性に優れ、かつ、ロ−ル原単位にも優れたロ−ルが要求されている。かかる事情の元で、遠心鋳造製圧延用複合ロ−ルの中でも、特に熱延仕上後段に用いられるニッケルグレンロ−ルにおいて、圧延使用に供する外層に硬質炭化物を分散させることで耐摩耗性の向上が図られてきた（特許文献１〜３）。特許文献１は、VおよびNbの同時添加で耐摩耗性を向上し、かつ重力偏析を抑制するものである。特許文献２は、VおよびNbの同時添加＋Mg/Ca添加でMC炭化物を微細均一分散化し、耐摩耗性・耐肌荒れ性・耐事故性を向上するものである。特許文献３は、VおよびNbの同時添加＋Al、 B添加で耐摩耗性・耐焼き付き性を向上するものである。

特開平2001−279367号公報特開2005−68464号公報特開2003−73767号公報

上記特許文献１〜３に示されるように、硬質炭化物（MC）を形成させ耐摩耗性を向上させる効果の高い元素としてはV、Nbが知られている。しかし、外層材溶湯にこれらの元素を添加して遠心鋳造した場合には、凝固過程で形成されるこれらの炭化物と溶湯とには比重差があるので（VC：5.65g/cc、NbC：7.89g/cc、溶湯：約7g/cc）、軽いVCは内側、重いNbCは外側へ偏りやすいと言った遠心鋳造特有の重力偏析が生じることになる。このため、粗大なMC炭化物の生成や結晶粒の粗大化が特に内周側で顕著となり、その部位がロ−ル表面に出てくるといわゆる肌荒れ現象が顕著となり、被圧延材に模様が転写されてしまうという不具合が発生する。そこで、使用径が残っている段階で廃却したり、仕上最終段での使用は避けなければならないといった圧延操業時の手間や、これを抑制するためにこれらの元素の添加量が制限され耐摩耗性の向上代が小さくなってしまうといった問題点があった。

VとともにNbをただ単に同時添加するだけでは、重力偏析の抑制効果は充分ではなく、また耐摩耗性向上効果も必ずしも充分とは言えず、ロ−ルの廃却径付近になると重力偏析に起因する粗大な炭化物や結晶粒が出現し、肌荒れを起こして被圧延材の品質に支障をきたすと言った問題点があった。この問題を回避するために使用径を限定するという手法もあるが、それではロ−ル原単位が低下し、コストアップという新たな問題を呈する。

本発明は、耐摩耗性を向上させるためにVとともにNbを同時に添加した時の重力偏析の発生および粗大なMC炭化物や粗大結晶粒の晶出といった問題点を解決し、耐摩耗性が高くかつ肌荒れ等の品質問題のない高品質な遠心鋳造製圧延用複合ロ−ルを提供することを目的とする。

本発明者が、種々のV/Nb比の合金を作製し、出現した相（レーデブライトM₃C、
硬質炭化物MC、基地）の化学組成を調べてみたところ、それらの相の組成に特異な傾向があることがわかった。

すなわち、Vは添加量1%まではM₃Cに固溶するためMCの晶出にはほとんど関与せず、（V−1）%分のみがMC晶出に関与するが、NbはM₃Cへの固溶がほとんどなく、添加した分だけMCの形成に寄与している。一方、Vが多すぎるとNbを添加しても遠心鋳造時に外側と内側で組成差（偏析）が生じるが、ある添加割合では組成差が出ないことがわかった。更に、偏析の生じない添加割合を詳細に調べていくと、MC形成に寄与する（V−1）%とNb%との特定比率で整理できることが判明した。本発明では、VとともにNbをただ単に同時添加するだけでは解決できなかった肌荒れ問題を、それらの最適な添加割合を規定することで解決できることを発見した。

かかる知見に基づき、本発明によれば、質量％でC：2.5〜3.4％、Si：0.5〜2.0％、Mn：0.5〜1.0％、Ni：3.0〜6.0％、Cr：1.0〜2.0％、Mo：0.2〜0.8％、V：1.0〜4.0％、Nb：0.2〜1.0％含有すると共に、VとNbの質量％が下記（１）、（２）式を満たし、残部Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする、遠心鋳造製圧延用複合ロ−ルの外層材が提供される。
1≦（V−1）／Nb≦４・・・（１）
0.7≦1.8（V−1）+Nb≦5.0・・・（２）

この外層材は、更に、質量％でB：0.01〜0.1%を含むことができる。

本発明によれば、耐摩耗性に優れ、重力偏析および粗大なMC炭化物の晶出による肌荒れのない高性能遠心鋳造製圧延用複合ロ−ルの外層材を提供することができる。

先ず、本発明の外層材の各成分について、その限定理由を説明する。なお、以下において、％はいずれも質量％である。

C：炭化物、黒鉛形成元素であり、2.5%未満では炭化物の量が不足し、耐摩耗性が低下する。一方、3.4%を超えると炭化物の量が過多となり、耐事故性が劣化する。よって2.5〜3.4%に限定した。

Si：黒鉛化促進元素であり、Cの炭化物／黒鉛の比率に影響を及ぼす。0.5%未満では黒鉛量が不足し、2.0%以上では効果は飽和するため、0.5〜2.0%に限定した。

Mn：基地を硬化させ耐摩耗性を向上する元素である。0.5%未満では効果が小さく、1.0%を超えると脆くなりすぎてしまう。よって0.5〜1.0%に限定した。

Ni：焼き入れ性を向上し、基地を硬化させて耐摩耗性を向上させる。3.0%未満ではかかる効果が少なく、6.0%を超えると残留オ−ステナイトの増加で鋳放し時の割れを助長する。よって3.0〜6.0に限定した。

Cr：焼き入れ性を向上すると共に黒鉛量と炭化物量にも影響を及ぼす。1.0%未満では効果が不十分で充分な硬さが得られないだけでなく、炭化物量が過少となる。2.0%を超えると炭化物が過多になり、また著しく黒鉛化を阻害するため脆くなってしまう。よって1.0〜2.0%とした。

Mo：焼き入れ性を向上し、基地を硬化させるとともに炭化物も形成し、耐摩耗性の向上に寄与する。0.2%未満ではかかる効果が不十分で、0.8%を超えると黒鉛化を阻害するとともに残留オ−ステナイトを増加させる。よって0.2〜0.8%に限定した。

V：硬質のMC炭化物を形成する元素であり、耐摩耗性の向上に寄与する。1.0%未満では効果はほとんどなく、4.0%以上では著しく黒鉛化を阻害し耐事故性が劣化する。よって1.0〜4.0%とした。

Nb：硬質のMC炭化物を形成する元素であり、耐摩耗性の向上に寄与する。0.2%未満ではかかる効果は不十分で、1.0%を超えると炭化物が粗大化すると共に白銑化が顕著となる。よって0.2〜1.0%とした。

本発明の外層材の基本成分は以上の通りであるが、その他の成分として、B：0.01〜0.1%を含んでも良い。Bは、黒鉛の微細分散に効果を有する元素である。0.01%未満では効果は不十分で、0.1%を超えると耐摩耗性が低下する。

更に、本発明の外層材にあっては、VとNbの添加割合が次のように規定される。

1≦（V−1）／Nb≦４・・・（１）
この比（V−1）/Nbは、本発明の組成範囲でのMC中のV量とNb量の比率を表す。（V−1）はV添加量のうちMC形成に寄与する分を示している。これは添加量の1%がM₃C中に取り込まれるためその分を差し引いた（V−1）がMC形成に寄与することになるためである。一方NbはM₃Cへの取り込みがほとんどないため、添加した量がそのままMC形成に寄与する。この比（V−1）/Nbは、遠心鋳造時の重力偏析の発生および粗大なMC炭化物の晶出の起こりやすさに影響を及ぼす。つまりこの比が4を超えるとMCはV
richとなり、重力偏析が起こりやすくなる。一方、この比（V−1）/Nbが小さすぎるとNb
richとなり、粗大なMCが晶出しやすくなるので下限を1とした。なお、［1.8（V−1）+Nb］が少ない、すなわちMC晶出量が少ない場合には、（V−1）/Nb＜1でも粗大なMCが晶出せず、また（V−1）/Nb＞４でも重力偏析が起こらない場合もあるが、MC晶出量に関わらず重力偏析の発生を起こさず、かつ粗大なMCを晶出させないために、（V−1）/Nbを1〜４の範囲に限定した。

0.7≦1.8（V−1）+Nb≦5.0・・・（２）
本発明では［1.8（V−1）+Nb］で表される量が5.0以下である。これより大きくなるとMC量は増えるが白銑化傾向が強くなりすぎ、耐事故性が劣化する。またこの量が0.7より小さい場合にはMC量が不十分で充分な耐摩耗性向上効果が得られない。よって0.7〜5.0と限定した。

本発明の外層材は、以上に説明した成分以外は、残部Feおよび不可避不純物からなる。

表１に示す組成の合金を溶解し、FeSiで接種（Si量で0.1%添加相当）した後、遠心鋳造機にて外径φ600、長さ2000mm、厚さ70mmとなるように鋳造した。室温まで冷却後、歪取りおよび残留オ−ステナイト分解のため450℃×10h加熱保持後徐冷した。そこから試験片を切り出し、各種供試材とした。

（高温摩耗試験にて摩耗量調査）
供試材と相手材（炭素鋼）の２円盤によるすべり摩耗式による評価を行った。相手材を800℃に加熱し、供試材を水冷しながら周速50m/minで回転させ、両円盤のすべり率を6%として荷重400kgで20000回転試験を行ない、試験前後での供試材の重量変化を摩耗量（g）とした。

（熱衝撃試験による耐事故性評価）
軟鋼製の高速回転円盤に直方体試験片（40×50×厚み25mm）を荷重200kgで15sec間押し付けた直後に水冷する方式で、この時に試験片に発生するクラックの深さ（mm）を測定することにより、耐事故性の指標となる耐熱衝撃特性の比較を行った。

（偏析）
重力偏析の発生程度を鋳造品の半径方向におけるV成分の分布状況により調査した。具体的には、表面から5〜10mm部（a）、30〜35mm部（b）、55〜60mm部（c）の位置からブロックを切り出して化学分析（ICP）によりV成分を分析し、a、b、cの最大濃度差が遠心鋳造直前に溶湯から採取した試験片のV分析値の5%以上の場合は偏析有り、5%未満の場合は偏析無しとした。

（組織観察）
晶出しているMCの大きさを観察した。大きさ10μm以上の粗大なMCが見られた場合に粗大MC有りとした。

以上の結果、比較例では、摩耗大、または、摩耗小で偏析有り、および/または粗大MCの晶出有りとなった。これに対して、本発明例では、摩耗小、かつ偏析および粗大なMCの晶出無し、かつ熱衝撃特性良好（熱衝撃試験での亀裂深さが〜６mm程度までを良好）となった。

本発明は、遠心鋳造製圧延用複合ロ−ルの外層材に適用できる。

Claims

質量％で
C：2.5〜3.4％、
Si：0.5〜2.0％、
Mn：0.5〜1.0％、
Ni：3.0〜6.0％、
Cr：1.0〜2.0％、
Mo：0.2〜0.8％、
V：1.0〜4.0％、
Nb：0.2〜1.0％含有すると共に、VとNbの質量％が下記（１）、（２）式を満たし、残部Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする、遠心鋳造製圧延用複合ロ−ルの外層材。
1≦（V−1）／Nb≦４・・・（１）
0.7≦1.8（V−1）+Nb≦5.0・・・（２）
更に、質量％でB：0.01〜0.1%を含むことを特徴とする、請求項１記載の遠心鋳造製圧延用複合ロ−ルの外層材。