JP2017185548A

JP2017185548A - 遠心鋳造製熱間圧延用複合ロール

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Publication number: JP2017185548A
Application number: JP2017069754A
Authority: JP
Inventors: 泰則野崎; Yasunori Nozaki; 小田　望; Nozomi Oda; 望小田; 服部　敏幸; Toshiyuki Hattori; 敏幸服部
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP6948556B2

Abstract

【課題】外層の局部摩耗を軽減でき、耐摩耗性に優れた外層を有する遠心鋳造製熱間圧延用複合ロール及びその製造方法の提供。【解決手段】質量基準で、C：2.6〜3.8％、Si：0.1〜3.0％、Mn：0.3〜2.0％、Ni：2.3〜5.5％、Cr：0.5〜2.5％、Mo：0.2〜3.0％、V：0.2〜3.8％、Nb：0.4〜6.8％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、面積基準で0.3〜10％の黒鉛相を含む組織を有する外層と、ダクタイル鋳鉄からなる軸芯部とを有し、外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のC含有量が、外層の軸方向長さの中央のC含有量に対し、0.05〜0.3質量%多く、外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のNb含有量が、外層の軸方向長さの中央のNb含有量に対し、0.5〜3.0質量％多い遠心鋳造製熱間圧延用複合ロール。【選択図】図１

Description

本発明は、ロール外層と軸芯部とを有する遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールに関し、特に鋼板の熱間圧延用ワークロールに好適な遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールに関する。

鋼板の熱間圧延に用いられるワークロールは、圧延量が増加するにしたがいロール外層(以下「外層」と略すことがある)表面の摩耗が進行する。一般に圧延される鋼板の両側の幅端部（エッジ）近傍は、鋼板の中央部に比べ鋼板の温度が低いため、圧延条件が過酷になり、鋼板の幅端部が接触するロール外層表面が他の外層表面部分よりも局部的に大きく摩耗することが知られている。このような局部摩耗が大きくなると、圧延材の形状不良の一因となり、製品品質の低下を招く。このためロールを再び圧延に供する場合、ロール研磨の際に局部摩耗した部分が消滅するまで平坦に研磨する必要があり、局部摩耗が大きいほどロール外層材の損失が大きくなるという不具合がある。

従来技術として、圧延される鋼板の幅中央部に相対する外層中央部と、鋼板の両側の幅端部近傍に相対する外層端部とが平均的に摩耗が進行するように外層の局部摩耗を軽減させるために、外層中央部と外層端部を形成する外層を異材質とした圧延用複合ロールが提案されている。

例えば、特許文献１は、ロール軸方向に成分変化を与えるために、ロール胴表層部の板耳部（圧延される鋼板の両側の幅端部近傍）を形成する材質とロール胴中央部を形成する材質を有する複合材からなる金属円筒状消耗電極をエレクトロスラグ再溶解して円柱状ロール芯材の周囲に溶着させ、ロール胴表層部の板耳部をロール胴中央部より高い耐摩耗性を有する金属材料で構成した圧延用ロールを開示している。しかし、これはエレクトロスラグ溶解による製造方法が簡便でなく製造コストが高くなるという問題がある。また、エレクトロスラグ溶解法は、鋳造後の熱収縮による割れの問題や、黒鉛を十分均質に晶出させる接種が困難という問題があるため、熱間圧延の仕上げ用ロールに用いられるような黒鉛を含有する外層の製造には適していない。

特許文献2は、重量％で、C：2.5〜3.7％、Si：0.2〜2.2％、Mn：0.2〜1.5％、P：0.1％以下、S：0.08％以下、Ni：0.8〜4.5％、Cr：0.5〜5.0％、Mo：0.2〜1.5％、残部が実質的にFeからなる組成を有する鋳鉄ロールであって、ロール胴部中央部が黒鉛鋳鉄、ロール胴端部が白鋳鉄からなる耐エッジ摩耗性に優れた圧延用ロールを開示している。この鋳鉄ロールは、遠心鋳造法により製造され、ロール胴部中央部の黒鉛鋳鉄、および胴端部の白鋳鉄に相当する部分をそれぞれ砂型、および金型で構成した鋳型を使用することで黒鉛鋳鉄、白鋳鉄が出現することが記載されている。しかし、ロール胴部中央部に砂型、胴端部に金型を構成した特殊な鋳型を用いる必要があり、製造コストが高くなるという問題がある上、金型部と砂型部で外層凝固時の冷却速度が異なるためこれに応じて外層の組織サイズが異なり、均質な品質の鋼板製造が困難となる。さらには、外層凝固後、内層を鋳造して接合一体化する際の接合タイミングが軸方向で異なるため、軸方向全域にわたる健全な外内層の接合を得ることが極めて困難である。また外層がMC炭化物等の硬質炭化物を多量に含まないためロールの耐摩耗性が不十分であった。

圧延ロール外層の遠心鋳造法については、例えば特許文献３に記載されている。図３は文献３の横型遠心鋳造装置の主要部断面図を示しており、遠心鋳造用金型41は回転ローラ46により回転自在に支持されており、外層溶湯は漏斗43から注湯ノズル45を介して金型内の端部に鋳込まれている。軸芯部は凝固後の外層を内有した遠心鋳造用金型を起立させ、その両端に軸芯部形成用の上型、下型を連接して静置鋳型を構成し、その内部に軸芯材溶湯を鋳込んで外層と軸芯部が一体化した複合ロールを得る方法である。

特開昭62-54509号公報特開昭63-174706号公報特開平11-264051号公報

本発明の目的は、圧延される鋼板の幅中央部に相対する外層中央部と、鋼板の両側の幅端部近傍に相対する外層端部とが平均的に摩耗が進行するように外層の局部摩耗を軽減でき、かつ耐摩耗性に優れた外層を有する、特に鋼板の熱間圧延用ワークロールに好適な遠心鋳造製熱間圧延用複合ロール及びその製造方法を提供することである。

本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールは、質量基準で、C：2.6〜3.8％、Si：0.1〜3.0％、Mn：0.3〜2.0％、Ni：2.3〜5.5％、Cr：0.5〜2.5％、Mo：0.2〜3.0％、V：0.2〜3.8％、Nb：0.4〜6.8％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、面積基準で0.3〜10％の黒鉛相を含む組織を有する外層と、ダクタイル鋳鉄からなる軸芯部とを有し、前記外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のC含有量が、前記外層の軸方向長さの中央のC含有量に対し、0.05〜0.3質量%多く、前記外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のNb含有量が、前記外層の軸方向長さの中央のNb含有量に対し、0.5〜3.0質量％多いことを特徴とする。

前記本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールにおいて、外層がさらに質量基準で、W：0.01〜3.0％、Ti：0.01〜0.5％、Al：0.01〜0.5％、Zr：0.01〜0.5％、B：0.001〜0.5％及びCo：0.1〜5.0％のうちいずれか1種以上を含有するのが好ましい。

本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールの製造方法は、回転する遠心鋳造用金型内に、質量基準で、C：2.8〜3.8％、Si：0.1〜3.0％、Mn：0.3〜2.0％、Ni：2.3〜5.5％、Cr：0.5〜2.5％、Mo：0.2〜3.0％、V：0.3〜4.0％、Nb：0.5〜4.0％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる外層用の溶湯を、遠心鋳造用金型内の軸方向中心部に落下させて遠心鋳造した後、この遠心鋳造用金型内に軸芯部を形成するためのダクタイル鋳鉄の溶湯を注湯することを特徴とする。

前記本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールの製造方法において、外層用の溶湯がさらに質量基準で、W：0.01〜3.0％、Ti：0.01〜0.5％、Al：0.01〜0.5％、Zr：0.01〜0.5％、B：0.001〜0.5％及びCo：0.1〜5.0％のうちいずれか1種以上を含有するのが好ましい。

本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールは、圧延される鋼板の幅中央部に相対する外層中央部と、鋼板の両側の幅端部近傍に相対する外層端部とが平均的に摩耗が進行するように外層の局部摩耗を軽減できるとともに、耐摩耗性に優れた外層を有する。外層がロール軸方向で平均的に摩耗が進行することにより、ロールを再び圧延に供する場合、ロール研磨の際に局部摩耗した部分が消滅するまでの研磨が少ないロスで抑えられ、外層材の損失を小さくできる。

本発明の熱間圧延用複合ロールを示す概略断面図である。本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールの製造方法を示す概略図である。従来の遠心鋳造方法を示す横型遠心鋳造装置の主要部断面図である。

本発明の実施形態を以下詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変更をしても良い。特に断りがなければ、単に「％」と記載しているときは「質量％」を意味する。

[1] 遠心鋳造製熱間圧延用複合ロール図1は、遠心鋳造法により形成された外層2と、外層2に溶着一体化した軸芯部3とからなる熱間圧延用複合ロール1を示す。ダクタイル鋳鉄からなる軸芯部3は、外層2に溶着した胴芯部4と、胴芯部4の両端から一体的に延出する軸部5、6を有する。外層2は圧延される鋼板の幅中央部に相対する外層中央部21と、外層2の一方の外層端面22の近くに、圧延される鋼板の幅端部近傍に相対する外層端部24と、他方の外層端面23の近くに、圧延される鋼板の幅端部近傍に相対する外層端部25がある。本発明において、外層の軸方向端面から100mmの位置27、28は、外層端部24、25に存在する。圧延される鋼板の幅端部は中央部に比べ温度が低く変形抵抗が高いため外層端部のロールへの圧延負荷も高くなり、ロール摩耗が進行しやすい。鋼板の幅寸法は各種あり、鋼板の幅端部位置もこれに応じて異なるが、鋼板の幅端部はロール外層の端部から100mm位置付近となることが多く、この位置の耐摩耗性を中央部に比べ向上させることは幅端部の摩耗を減少し、ロール軸方向摩耗の平均化に有効である。また本発明において、外層の軸方向長さの中央26は、外層の軸方向長さを等分した位置のことを言う。

(A) 外層以下、外層2の組成について説明する。(1) 組成(i) 必須組成(a) C：2.6〜3.8質量％ CはV、Nb、Cr、Mo及びWと結合して硬質の炭化物を生成し、耐摩耗性の向上に寄与する。またSi及びNi等の黒鉛化促進元素により組織中に黒鉛として晶出し、もって外層に耐焼付性を付与するとともに、外層の靭性を向上させる。Cが2.6質量％未満では黒鉛の晶出が不十分であるだけでなく、硬質の炭化物の晶出量が少なすぎて外層に十分な耐摩耗性を付与することができない。

一方、Cが3.8質量％を超えると黒鉛が過剰となるとともに、その形状も紐状となり、外層の強度が低下する。また炭化物の晶出量が過多となって外層の靱性が低下し、耐クラック性が低下するため、圧延によるクラックが深くなり、ロール損失が増加する。Cの含有量の下限は好ましくは2.7質量％であり、より好ましくは2.8質量％である。Cの含有量の上限は好ましくは3.7質量％である。

(b) Si：0.1〜3.0質量％ Siは溶湯の脱酸により酸化物欠陥を減少するとともに、黒鉛の晶出を助長する作用を有し、耐焼付き性及び亀裂の進展の抑制に寄与する。Siが0.1質量％未満では溶湯の脱酸作用が不十分であり、黒鉛晶出の作用も少ない。一方、Siが3.0質量％を超えると合金基地が脆化し、外層の靱性は低下する。Siの含有量の下限は好ましくは0.5質量％である。Siの含有量の上限は好ましくは2.9質量％である。

(c) Mn：0.3〜2.0質量％ Mnは溶湯の脱酸作用の他に、不純物であるSをMnSとして固定する作用を有する。Mnが0.3質量％未満ではそれらの効果は不十分である。一方、Mnが2.0質量％を超えてもさらなる効果は得られない。Mnの含有量の下限は好ましくは0.4質量％である。Mnの含有量の上限は好ましくは1.9質量％である。

(d) Ni：2.3〜5.5質量％ Niは黒鉛を晶出させる作用があり、耐焼付き性に寄与する。Niはまた基地組織の焼入れ性を向上させる作用を有する。Niが2.3質量％未満ではその作用が十分に得られない。一方、Niが5.5質量％を超えるとオーステナイトが安定化しすぎ、ベイナイト又はマルテンサイトに変態しにくくなる。Niの含有量の下限は好ましくは2.4質量％である。Niの含有量の上限は好ましくは4.9質量％である。

(e) Cr：0.5〜2.5質量％ Crは焼き入れ性を向上させるとともに、基地をベイナイト又はマルテンサイトにして硬さを保持し、耐摩耗性を維持するのに有効な元素である。Crが0.5質量％未満ではその添加効果は不十分である。一方、Crが2.5質量％を超えると、黒鉛の晶出を阻害するだけでなく、粗大な共晶炭化物を形成し、基地組織の靭性を低下させる。Crの含有量の下限は好ましくは0.6質量％である。Crの含有量の上限は好ましくは2.4質量％である。

(f) Mo：0.2〜3.0質量％ MoはCと結合して硬質のMo炭化物を形成し、外層の硬さを増加させるとともに、基地の焼入れ性を向上させる。Moが0.2質量％未満ではそれらの効果は不十分である。一方、Moが3.0質量％を超えると、外層の靭性が劣化し、白銑化傾向が強くなるので黒鉛の晶出を阻害する。
Moの含有量の下限は好ましくは0.3質量％である。Moの含有量の上限は好ましくは2.9質量％である。

(g) V：0.2〜3.8質量％ VはCと結合して硬質のMC炭化物を生成する元素である。Vが0.2質量％未満では、MC炭化物の晶出量は不十分である。一方、Vが3.8質量％を超えると、比重の軽いMC炭化物が遠心鋳造中の遠心力により外層の内側に濃化し、MC炭化物の半径方向偏析が著しくなるだけでなく、MC炭化物が粗大化して合金組織が粗くなり、圧延時に肌荒れしやすくなる。Vの含有量の下限は好ましくは1.0質量％であり、より好ましくは1.5質量％である。Vの含有量の上限は好ましくは3.7質量％である。

(h) Nb：0.4〜6.8質量％ NbはCと結合してMC炭化物を生成する。NbはVとの複合添加により、MC炭化物に固溶してMC炭化物を強化し、外層の耐摩耗性を向上させる。NbC系のMC炭化物は、VC系のMC炭化物より溶湯密度との差が小さいので、MC炭化物の偏析を軽減させる。Nbが0.4質量％未満ではこれらの効果は不十分である。また、Nbが0.4質量％未満であると、外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のNb含有量が、外層の軸方向長さの中央のNb量に対して0.5質量％以上多くすることが困難となる。一方、Nbが6.8質量％を超えると、MC炭化物が凝集し、健全な外層を得にくくなる。Nbの含有量の下限は好ましくは0.5質量％である。Nbの含有量の上限は好ましくは6.7質量％である。

(ii) 任意組成本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールの外層は、上記必須組成要件の他に、少なくとも一種の下記の元素を含有しても良い。

(a) W：0.01〜3.0質量％ WはCと結合して硬質のM₂Cの炭化物を生成し、外層の耐摩耗性向上に寄与する。またMC炭化物にも固溶してその比重を増加させ、偏析を軽減させる作用を有する。しかし、Wが3.0質量％を超えると、溶湯の比重を重くするため、炭化物偏析が発生しやすくなる。従って、Wを添加する場合、その好ましい含有量は3.0質量％以下である。Wの含有量の下限はより好ましくは0.02質量％である。Wの含有量の上限はより好ましくは2.9質量％である。

(b) Ti：0.01〜0.5質量％ Tiは黒鉛化阻害元素であるN及びOと結合し、酸化物又は窒化物を形成する。酸化物又は窒化物は溶湯中に懸濁されて核となり、MC炭化物を微細化及び均質化する。しかし、Tiが0.5質量％を超えると、溶湯の粘性が増加し、鋳造欠陥が発生しやすくなる。従って、Tiを添加する場合、その好ましい含有量は0.5質量％以下である。一方、Tiが0.01質量％未満ではその添加効果は不十分である。Tiの含有量の下限はより好ましくは0.02質量％である。Tiの含有量の上限はより好ましくは0.4質量％である。

(c) Al：0.01〜0.5質量％ Alは黒鉛化阻害元素であるN及びOと結合して、酸化物又は窒化物を形成し、それが溶湯中に懸濁されて核となり、MC炭化物を微細均一に晶出させる。しかし、Alが0.5質量％を超えると、外層が脆くなり、機械的性質の劣化を招く。従って、Alを添加する場合、その好ましい含有量は0.5質量％以下である。一方、Alの含有量が0.01質量％未満では、その添加効果は不十分である。Alの含有量の下限はより好ましくは0.02質量％である。Alの含有量の上限はより好ましくは0.4質量％である。

(d) Zr：0.01〜0.5質量％ ZrはCと結合してMC炭化物を生成し、外層の耐摩耗性を向上させる。また溶湯中で生成したZr酸化物は結晶核として作用するために、凝固組織が微細になる。またMC炭化物の比重を増加させ偏析を防止する。しかし、Zrが0.5質量％を超えると、介在物を生成し好ましくない。従って、Zrを添加する場合、その含有量は0.5質量％以下が好ましい。一方、Zrが0.01質量％未満では、その添加効果は不十分である。Zrの含有量の下限はより好ましくは0.02質量％である。Zrの含有量の上限はより好ましくは0.4質量％である。

(e) B：0.001〜0.5質量％ Bは炭化物を微細化する作用を有する。また微量のBは黒鉛の晶出に寄与する。しかし、Bが0.5質量％を超えると、白銑化効果が強くなり黒鉛が晶出しにくくなる。従って、Bを添加する場合、その含有量は0.5質量％以下が好ましい。一方、Bが0.001質量％未満では、その添加効果は不十分である。Bの含有量の下限はより好ましくは0.002質量％である。Bの含有量の上限はより好ましくは0.4質量％である。

(f) Co：0.1〜5.0質量％ Coは基地組織の強化に有効な元素である。また、Coは黒鉛を晶出し易くする。しかし、Coが5.0質量％を超えると外層の靱性は低下する。従って、Coを添加する場合、その含有量は5.0質量％以下が好ましい。一方、Coが0.1質量％未満では、その添加効果は不十分である。Coの含有量の下限はより好ましくは0.2質量％である。Coの含有量の上限はより好ましくは4.9質量％である。

(iii) 不純物外層組成の残部は実質的にFe及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物のうち、P及びSは機械的性質の劣化を招くので、できるだけ少なくするのが好ましい。具体的には、Pの含有量は0.1質量％以下が好ましく、Sの含有量は0.1質量％以下が好ましい。その他の不可避的不純物として、Cu、Sb、Te、Ce等の元素は合計で0.7質量％以下であればよい。

(2)組成分布本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールは、前記外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のC含有量が、前記外層の軸方向長さの中央のC含有量に対し、0.05〜0.3質量%多く、前記外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のNb含有量が、前記外層の軸方向長さの中央のNb含有量に対し、0.5〜3.0質量％多い。すなわち、外層のC含有量及びNb含有量が軸方向中央部に対して軸方向端部の方が多くなっている。この理由については、明確にはなっていないが、後述する本発明の遠心鋳造製圧延用複合ロールの製造方法に記載した、特定組成の溶湯を特定の遠心鋳造方法で鋳造することに得られたものと考えている。

このような構成とすることにより、外層の軸方向端部のMC炭化物量が外層の軸方向中央部より増え、圧延される鋼板の幅中央部に相対する外層中央部と、鋼板の両側の幅端部近傍に相対する外層端部とが平均的に摩耗が進行するようになり、外層の局部摩耗を軽減できる。

前記外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のC含有量が、外層の軸方向長さの中央のC含有量に対して0.05質量%より多くない、或いは外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のNb含有量が、前記外層の軸方向長さの中央のNb含有量に対して0.5質量％より多くない場合には、外層端部の局部摩耗が大きくなりやすく、局部摩耗の低減効果が不十分である。

前記外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のC含有量が、前記外層の軸方向長さの中央のC含有量に対して0.3質量%より多いと、或いは外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のNb含有量が、前記外層の軸方向長さの中央のNb含有量に対して3.0質量％より多いと、外層端部が外層中央部に比べて硬くなりすぎて外層中央部と外層端部とが平均的に摩耗しにくくなり、局部摩耗の低減効果が不十分である。

前記外層の軸方向長さの中央のC含有量を3.6質量%以下とすることが好ましい。前記外層の軸方向長さの中央のC含有量が3.6質量%を超えると、外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のC含有量が3.8質量%を超えることもあり、軸方向端部の靱性が低下し、耐クラック性の低下につながることもあるからである。また、前記外層の軸方向長さの中央のNbを4質量%以下とすることが好ましい。前記外層の軸方向長さの中央のNb含有量が4質量%を超えると、外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のNb含有量が6.8質量%を超えることもあり、軸方向端部にMC炭化物が凝集して健全な外層を得にくくなることもあるからである。

(3) 組織主に圧延に使用される領域である外層中央部について述べる。本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールの外層（外層中央部）の組織は、基地、黒鉛、MC炭化物、セメンタイト、MC炭化物及びセメンタイト以外の炭化物（M₂C等）を有する。本発明の遠心鋳造製圧延用複合ロールの外層の組織は0.3〜10面積％の黒鉛相を有する。外層組織は3〜20面積％のMC炭化物を有する。外層の基地組織は実質的にマルテンサイト、ベイナイト又はパーライトからなるのが好ましい。外層の基地組織はさらに15〜45面積％のセメンタイト相を有するのが好ましい。

(a) 黒鉛相の面積率：0.3〜10％外層組織に晶出する黒鉛相（黒鉛粒子）の面積率は0.3〜10％である。黒鉛相の面積率が0.3％未満では、外層の耐焼付性向上の効果が不十分である。一方、黒鉛相が10面積％を超えると、外層の機械的性質は低下する。黒鉛相の面積率は好ましくは0.5〜8％であり、より好ましくは1〜7％である。

(b) MC炭化物の面積率：2〜15％外層組織に晶出するMC炭化物の面積率が2％未満であると、外層は十分な耐摩耗性を有さないことがある。また黒鉛との共存関係によりMC炭化物の面積率を15％超にするのは困難である。MC炭化物の面積率は、2.2%以上がより好ましく、2.5%以上が更に好ましい。またMC炭化物は、黒鉛の面積率を0.3〜10%とする観点から、12%以下がより好ましく、10%以下が更に好ましい。更には7%以下が更に好ましい。

また、局部摩耗の低減効果を得るため、前記外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のMC炭化物の面積率が、前記外層の軸方向長さの中央のMC炭化物の面積率に対し、0.5〜3%大きいことが、局部摩耗の低減効果を得るため好ましい。

(4) 特性 (a) 耐摩耗性外層の耐摩耗性は、MC、M₂C等の硬質炭化物及び硬質な基地組織により得られる。特にV及びNb等からなるMC炭化物は非常に硬質である。また硬質な基地組織はMo、W等の元素により得られる。

(B) 軸芯部軸芯部を形成するダクタイル鋳鉄の組成は、質量基準でC：2.3〜3.6％、Si：1.5〜3.5％、Mn：0.2〜2.0％、Ni：0.3〜2.0％、Cr：0.05〜1.0％、Mo：0.05〜1.0％、Mg：0.01〜0.08％、及びV：0.05〜1.0％を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなるのが好ましい。上記必須元素の他に、Nb：0.7％以下、及びW：0.7％以下を含有しても良い。ダクタイル鋳鉄は、鉄基地がフェライト及びパーライトを主体とし、その他は黒鉛及び微量のセメンタイトを主に含む。

(C) ロールサイズ・用途本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールのサイズは特に限定されないが、好ましい例は、外層の外径が400〜1300 mmで、外層の長さが1400〜6000 mmで、外層の圧延使用層（圧延有効径）の厚さが30〜200 mmである。本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールは、鋼板の熱間圧延用ワークロールに好適である。

[2] 遠心鋳造製圧延用複合ロールの製造方法本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールの製造方法について図２を用いて説明する。本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールの製造方法は、(a)回転ローラ36により所望の遠心力がかかるように回転支持された遠心鋳造用円筒状金型31の内部に、質量基準で、C：2.8〜3.8％、Si：0.1〜3.0％、Mn：0.3〜2.0％、Ni：2.3〜5.5％、Cr：0.5〜2.5％、Mo：0.2〜3.0％、V：0.3〜4.0％、Nb：0.5〜4.0％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる外層用の溶湯32を漏斗33に注湯して注湯ノズル35の端部から、遠心鋳造用金型内の軸方向中心部に落下させて遠心鋳造した後、 (b) 外層の凝固後に、外層を有する円筒状金型を起立させ、その上下端に上型及び下型を設けて、静置鋳造用鋳型を構成し、(c) 前記上型、前記外層を有する円筒状金型及び前記下型により構成される中空部（キャビティ）に軸芯部用溶湯を鋳込むことにより製造する。遠心鋳造は水平型あるいは傾斜型遠心鋳造で行われる。なお、外層を形成する円筒状金型と、軸芯部を形成する上型及び下型が予め一体に設けられた鋳型を静置鋳造用鋳型としてもよい。ここで、遠心鋳造用金型内の軸方向中心部とは、遠心鋳造用金型の内寸法軸方向長さの中心34から軸方向に±300mmの範囲内の位置のことを言う。本発明の複合ロールの外層の軸方向長さの中央26は、遠心鋳造用金型内の軸方向中心部に相
対する。

(1) 外層用溶湯の鋳込み外層用溶湯を遠心鋳造用金型内に鋳込むとき、水平型あるいは傾斜型遠心鋳造の場合、鋳込まれた溶湯は、溶湯落下位置から軸方向前方側、後方側の両方向に分かれて遠心鋳造用金型内の軸方向に分散していく。移動した溶湯は遠心鋳造用金型からの抜熱により凝固する。本発明の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールの製造方法の組成を有する外層用溶湯を、遠心鋳造用金型内の軸方向中心部に落下させて遠心鋳造することにより、外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のC含有量が、前記外層の軸方向長さの中央のC含有量に対し、0.05〜0.3質量%多く、前記外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のNb含有量が、前記外層の軸方向長さの中央のNb含有量に対し、0.5〜3.0質量％多い複合ロールが得られるものと考えている。通常、外層用溶湯は取鍋から漏斗33、注湯ノズル35等を介して、又はタンディッシュから注湯ノズル35等を介して、遠心鋳造用金型内に鋳込まれる。

(2) 熱処理複合ロールの軸芯部の鋳造後400〜550℃の焼戻し処理を1回以上行うのが望ましい。

本発明を以下の実施例により詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。

表1に示す組成（質量％）の溶湯を、表２に示す、鋳造条件で、高速回転する内径400 mm、長さ1500 mmのダクタイル鋳鉄製の遠心鋳造用円筒状金型に鋳込み、実施例１、２及び比較例１，２の外層を遠心鋳造した。なお、遠心鋳造は、長尺の注湯ノズル35を使用して、溶湯の遠心鋳造用円筒状金型の軸方向の落下位置を調整した。

中空状外層が凝固した後、遠心鋳造用円筒状金型の回転を止め、円筒状金型の上下端にそれぞれ上型（長さ1000 mm）及び下型（長さ1000 mm）を設けて静置鋳造用鋳型を構成した。上型、外層を有する金型及び下型からなる静置鋳造用鋳型のキャビティに、C：3.1％、Si：2.5％、Mn：0.6％、P：0.03％以下、Ni：0.6％、Cr：0.1％、Mo：0.1％、V：0.1％、Mg：0.07％を含有し、残部が実質的にFe及び不可避的不純物の組成を有する軸芯部用ダクタイル鋳鉄溶湯を鋳込み、軸芯部を静置鋳造した。軸芯部用ダクタイル鋳鉄溶湯の鋳込み温度は1450℃であった。

軸芯部の凝固完了後、静置鋳造用鋳型を解体して、得られた複合ロールを取り出し、500℃で10時間の焼戻し処理を行った。超音波探傷により検査した結果、得られた軸芯部と外層の接合部に欠陥はなく、両者は健全に溶着していたことを確認した。また、得られた外層の平均厚さは96 mmであった。その後、機械加工を施して外層の外径が370 mm、外層の長さが1200 mmの実施例１、２及び比較例１，２の複合ロールを得た。なお機械加工の際には、外層の軸方向長さの両端面からの加工代が均等になるようにした。

得られた実施例１、２及び比較例１，２の複合ロールの外層から、外層の軸方向長さの中央及び端面から100mm離れた位置から切り出した試験片の外層表面から25mm深さ位置における外層の組成を分析した。結果を表３に示す。

また、これらの試験片を鏡面研磨、エッチング処理を施し光学顕微鏡写真を撮影した。光学顕微鏡写真から、画像解析ソフトを用いて、黒鉛粒子及びMC炭化物の面積率を求めた。結果を表４に示す。

実施例１及び２の複合ロールは、外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のC含有量が、外層の軸方向長さの中央のC含有量に対し、0.05〜0.3質量％多く、外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のNb含有量が、外層の軸方向長さの中央のNb含有量に対し、0.5〜3.0質量％多いものであった。一方、比較例１及び２の複合ロールは、外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のC含有量が、外層の軸方向長さの中央のC含有量に対して0.05質量％より少なく、外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のNb含有量が、外層の軸方向長さの中央のNb含有量に対して0.5質量％より少なかった。

上述のように実施例１及び２の複合ロールは、外層端部と外層中央部においてNb含有量差があるので、圧延される鋼板の幅中央部に相対する外層中央部と、鋼板の両側の幅端部近傍に相対する外層端部とが平均的に摩耗が進行して、すなわち圧延される鋼板の両側の幅端部近傍に相対する外層端部が外層中央部よりも局部的に著しく摩耗することがなく、外層の局部摩耗の軽減が期待できる。一方、比較例１及び比較例２の複合ロールは、外層端部と外層中央部においてNb含有量が同程度となっており、圧延される鋼板の幅中央部に相対する外層中央部に対して、鋼板の両側の幅端部近傍に相対する外層端部の摩耗量が多くなって、外層の局部摩耗が発生するため、外層の損失が大きくなる可能性がある。

1・・・圧延用複合ロール、2・・・外層、3・・・軸芯部、4・・・胴芯部、5・・・軸部、6・・・軸部、21・・・外層中央部、22・・・一方の外層端面、23・・・他方の外層端面、24・・・外層端部、25・・・外層端部26・・・外層の軸方向長さの中央27、28・・・外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置31、41・・・遠心鋳造用金型、32・・・溶湯、33、43・・・漏斗、34・・・金型内寸法軸方向長さの中心、35、45・・・注湯ノズル36、46・・・回転ローラ

Claims

質量基準で、C：2.6〜3.8％、Si：0.1〜3.0％、Mn：0.3〜2.0％、Ni：2.3〜5.5％、Cr：0.5〜2.5％、Mo：0.2〜3.0％、V：0.2〜3.8％、Nb：0.4〜6.8％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、面積基準で0.3〜10％の黒鉛相を含む組織を有する外層と、ダクタイル鋳鉄からなる軸芯部とを有し、前記外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のC含有量が、前記外層の軸方向長さの中央のC含有量に対し、0.05〜0.3質量%多く、前記外層の両端面から軸方向にそれぞれ100mm離れた位置のNb含有量が、前記外層の軸方向長さの中央のNb含有量に対し、0.5〜3.0質量％多いことを特徴とする遠心鋳造製熱間圧延用複合ロール。
請求項1に記載の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールにおいて、前記外層がさらに質量基準で、W：0.01〜3.0％、Ti：0.01〜0.5％、Al：0.01〜0.5％、Zr：0.01〜0.5％、B：0.001〜0.5％及びCo：0.1〜5.0％のうちいずれか1種以上を含有することを特徴とする遠心鋳造製熱間圧延用複合ロール。
回転する遠心鋳造用金型内に、質量基準で、C：2.8〜3.8％、Si：0.1〜3.0％、Mn：0.3〜2.0％、Ni：2.3〜5.5％、Cr：0.5〜2.5％、Mo：0.2〜3.0％、V：0.3〜4.0％、Nb：0.5〜4.0％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる外層用の溶湯を、遠心鋳造用金型内の軸方向中心部に落下させて遠心鋳造した後、この遠心鋳造用金型内に軸芯部を形成するためのダクタイル鋳鉄の溶湯を注湯することを特徴とする遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールの製造方法。
請求項3に記載の遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールの製造方法において、前記外層用の溶湯がさらに質量基準で、W：0.01〜3.0％、Ti：0.01〜0.5％、Al：0.01〜0.5％、Zr：0.01〜0.5％、B：0.001〜0.5％及びCo：0.1〜5.0％のうちいずれか1種以上を含有することを特徴とする遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールの製造方法。