JP2024075137A - Roll outer layer material for hot rolling and composite roll for hot rolling - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロールに係り、特に鋼板の粗圧延に好適な熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロールに関する。 The present invention relates to a hot rolling roll outer layer material and a hot rolling composite roll that have excellent abrasion resistance, slip resistance, and surface roughening resistance, and in particular to a hot rolling roll outer layer material and a hot rolling composite roll that are suitable for rough rolling of steel plates.
近年、高品質な鋼板の需要が増加しており、それにともない鋼板の熱間圧延技術を向上させることを求められている。そのため、熱間圧延設備で使用される熱間圧延用ロールの特性の向上、具体的には耐摩耗性や耐焼付き性、耐スリップ性、耐肌荒れ性等の向上が強く要求されている。耐摩耗性を向上させるため、Cr系のM7C3炭化物を組織中に導入したHiCr鋳鋼ロールや、工具鋼の一種である高速度鋼をベースにV、Cr、Mo、Wなどの炭化物形成元素を含有し、V系MC炭化物、Mo、W系M2C炭化物、Cr系M7C3炭化物(Mは炭化物を形成する金属元素を示す。)などの硬質炭化物を組織中に多量に導入したハイスロールが用いられている。しかし、耐摩耗性を向上させるために多量の炭化物を導入すると、硬さが高く耐摩耗性が良いため、ロールの表面粗さが小さくなり、圧延中の摩擦係数が小さくなることから、スリップが発生しやすくなる他、多量の炭化物の導入時に生じた粗大な炭化物の脱落に起因する肌荒れが発生しやすくなる。 In recent years, the demand for high-quality steel sheets has been increasing, and accordingly, there is a demand for improving the hot rolling technology of steel sheets. Therefore, there is a strong demand for improving the properties of hot rolling rolls used in hot rolling equipment, specifically, wear resistance, seizure resistance, slip resistance, surface roughening resistance, etc. In order to improve wear resistance, HiCr cast steel rolls in which Cr-based M 7 C 3 carbides are introduced into the structure, and high-speed steel rolls based on high-speed steel, a type of tool steel, contain carbide-forming elements such as V, Cr, Mo, and W, and introduce a large amount of hard carbides such as V-based MC carbides, Mo, W-based M 2 C carbides, and Cr-based M 7 C 3 carbides (M indicates a metal element that forms carbides) into the structure are used. However, when a large amount of carbide is introduced to improve wear resistance, the roll surface roughness is reduced due to high hardness and good wear resistance, and the friction coefficient during rolling is reduced, making slippage more likely to occur and making the surface roughness more likely to occur due to the drop-off of coarse carbide particles that occurs when a large amount of carbide is introduced.
このような問題を解決するために様々な技術が開示されており、例えば特許文献1には、C:0.8~4.0%、Si:0.2~2.0%、Mn:0.2~2.0%、Cr:3.0~15%、V:3.0~15%、Mo、Wの1種または2種:≧2%、かつMo+0.5W:≧6.1%、あるいはさらに、Ni:0.2~5%、Co:0.5~10%、Nb:0.50~5.0%、Al、Ti、Zrの1種以上:≦0.5%の1種または2種以上を含有させ、外層材の金属組織が面積率で5~30%の炭化物を有し、該各炭化物の分布を隣接する炭化物間の平均間隙が20μm以下であることを特徴とする熱間圧延用複合ロールが提案されている。これによって、粒状炭化物の適正量を微細かつ各炭化物間の隣接する間隙を小さく分散させることで、耐スリップ性、耐焼付き性が向上する熱間圧延用複合ロールになるとしている。 Various techniques have been disclosed to solve these problems. For example, Patent Document 1 proposes a composite roll for hot rolling that contains C: 0.8-4.0%, Si: 0.2-2.0%, Mn: 0.2-2.0%, Cr: 3.0-15%, V: 3.0-15%, one or two of Mo and W: ≧2%, and Mo+0.5W: ≧6.1%, or further contains one or more of the following: Ni: 0.2-5%, Co: 0.5-10%, Nb: 0.50-5.0%, one or more of Al, Ti, Zr: ≦0.5%, the metal structure of the outer layer material has an area ratio of 5-30% carbides, and the distribution of each carbide is such that the average gap between adjacent carbides is 20 μm or less. This allows the appropriate amount of granular carbide to be finely dispersed with small gaps between adjacent carbides, resulting in a composite roll for hot rolling with improved slip resistance and seizure resistance.
また、特許文献2には、C:1.0~2.6%、Si:1.2%以下、Mn:1.2%以下、Ni:3.0%以下、Cr:1.5~6.0%、Mo及びWはMo+0.5Wとして1.5~5.0%、V:6.0~12.0%、Co:5.0%以下を含有するとともに、Ti:2.0%以下又はNb:2.0%以下のうち少なくとも1種を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる鉄基合金組成の相当粒径√Scが1μm以上である炭化物の面積率Sr(%)が20%以下であるMC型炭化物を、その粒間間隔Lc(μm)の平均値が30μm以下となるように、分散させることで、耐摩耗性、耐肌荒れ性及び耐焼付き性が向上する熱間圧延用ロールになるとしている。
特許文献3には、質量%で、C:0.90~1.40%、Si:0.50~1.50%、Mn:0.50~1.50%、Ni:0.5~2.0%、Cr:9.0~16.0%、Mo:1.00~3.00%、Al:0.010~0.030%、を含有するとともに、V:0.05~0.50%、Ti:0.05~0.50%、Nb:0.02~0.20%、のうち少なくとも1種を含有し、かつ、(1)式:8≦Cr/C≦14、(2)式:3.0≦12.3C+0.55Cr-15.2≦7.0、および(3)式:26.0≦15.5C+Crを満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる溶湯組成を有する鋳鋼からなる外殻層と、該外殻層の内側に鋳造されたダクタイル鋳鉄からなる軸芯材が、中間層を介して一体化していることを特徴とする熱間圧延粗圧延スタンド用ワークロールが提案されている。これにより、C量とCr量を適切量添加し、M7C3炭化物量を制御することで、耐摩耗性と耐スリップ性が両立できる熱間圧延粗圧延スタンド用ワークロールになるとしている。 Patent Document 3 describes a steel sheet containing, in mass %, C: 0.90 to 1.40%, Si: 0.50 to 1.50%, Mn: 0.50 to 1.50%, Ni: 0.5 to 2.0%, Cr: 9.0 to 16.0%, Mo: 1.00 to 3.00%, Al: 0.010 to 0.030%, and at least one of V: 0.05 to 0.50%, Ti: 0.05 to 0.50%, and Nb: 0.02 to 0.20%, and containing the following formula (1): A work roll for a hot rolling rough rolling stand has been proposed, which is characterized in that an outer shell layer made of cast steel having a molten metal composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities and a shaft core material made of ductile cast iron cast inside the outer shell layer are integrated through an intermediate layer. By adding appropriate amounts of C and Cr and controlling the amount of M7C3 carbide , a work roll for a hot rolling rough rolling stand that can achieve both wear resistance and slip resistance is obtained.
しかしながら、高品質鋼板の需要が高まる中で鋼板の熱間圧延技術の向上にともなって、ますます熱間圧延用ロールに要求される特性が厳しくなり、特に耐摩耗性の向上がより強く要求されている。耐摩耗性の要求に合わせてロールを設計すると、かえってスリップや肌荒れし易くなり、その結果ロールトラブルの発生頻度が増加する。特許文献1~3に記載された従来の熱間圧延用ロールでは、耐摩耗性、耐スリップ性、耐肌荒れ性のいずれかが十分ではない。 However, as demand for high-quality steel sheets increases and hot rolling technology for steel sheets improves, the properties required for hot rolling rolls are becoming increasingly strict, with particular demand for improved wear resistance. If rolls are designed to meet the wear resistance requirement, they will be more susceptible to slippage and roughening, resulting in an increased frequency of roll troubles. The conventional hot rolling rolls described in Patent Documents 1 to 3 are insufficient in either wear resistance, slippage resistance, or roughening resistance.
そこで本発明は、上記課題を解決した、耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロールを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a hot rolling roll outer layer material and a hot rolling composite roll that solve the above problems and have excellent abrasion resistance, slip resistance, and surface roughening resistance.
本発明者らは、熱間圧延用ロールの基地、組織中の炭化物、硬さ、摩耗量、摩擦係数、化学成分(成分組成)およびロール材組織とロールに付着しているスケールとの関係を詳細に調査した。その結果、炭化物の量や種類、硬さ、共晶セルサイズが特定の範囲になるような化学成分や鋳込み方法、および熱処理条件を最適化させることで、耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ性が向上することを見出した。
本発明は、これらの知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次の通りである。
[1] 質量%で、
C:1.1~2.6%、
Si:0.15~2.50%、
Mn:0.15~2.50%、
Ni:0.1~6.0%、
Cr:1.5~10.0%、
Mo:3.5~12.5%、
V:2.5~7.5%、
W:0.1~6.0%、
P:0.01~0.04%、
S:0.001~0.015%を含有し、
Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、Wの含有量が下記の(1)式を満たし、C、Cr、Mo、V、Wの含有量が下記の(2)式を満たし、残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
粒径1.0μm以上の炭化物が面積率で7.5~18.0%存在し、共晶セルサイズが65~100μmであり、600℃の時のショア硬さが44.0HS以上かつ52.0HS以下であることを特徴とする、熱間圧延用ロール外層材。
50.0≦([%Cr]×[%Mo]×[%V]×[%W])/([%Si]×[%Mn]×[%Ni])≦150.0 ・・・(1)
0.90≦[%C]×((0.177×[%V])/(0.099×[%Cr]+0.063×[%Mo]+0.033×[%W]))≦3.00 ・・・(2)
ここで(1)式および(2)式において、[%C]、[%Si]、[%Mn]、[%Ni]、[%Cr]、[%Mo]、[%V]、[%W]は、各元素の含有量(質量%)である。
[2] 外層と内層の2層、または外層と中間層および内層の3層を有する熱間圧延用複合ロールであって、前記外層が質量%で、
C:1.1~2.6%、
Si:0.15~2.50%、
Mn:0.15~2.50%、
Ni:0.1~6.0%、
Cr:1.5~10.0%、
Mo:3.5~12.5%、
V:2.5~7.5%、
W:0.1~6.0%、
P:0.01~0.04%、
S:0.001~0.015%を含有し、
Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、Wの含有量が下記の(1)式を満たし、C、Cr、Mo、V、Wの含有量が下記の(2)式を満たし、残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
粒径1.0μm以上の炭化物が面積率で7.5~18.0%存在し、共晶セルサイズが65~100μmであり、600℃の時のショア硬さが44.0HS以上かつ52.0HS以下であることを特徴とする、熱間圧延用複合ロール。
50.0≦([%Cr]×[%Mo]×[%V]×[%W])/([%Si]×[%Mn]×[%Ni])≦150.0 ・・・(1)
0.90≦[%C]×((0.177×[%V])/(0.099×[%Cr]+0.063×[%Mo]+0.033×[%W]))≦3.00 ・・・(2)
ここで(1)式および(2)式において、[%C]、[%Si]、[%Mn]、[%Ni]、[%Cr]、[%Mo]、[%V]、[%W]は、各元素の含有量(質量%)である。
The present inventors have investigated in detail the relationship between the base of a hot rolling roll, carbides in the structure, hardness, wear amount, friction coefficient, chemical components (composition), and the structure of the roll material and the scale adhering to the roll. As a result, they have found that the wear resistance, slip resistance, and surface roughening resistance can be improved by optimizing the chemical components, casting method, and heat treatment conditions so that the amount and type of carbides, hardness, and eutectic cell size are within specific ranges.
The present invention has been completed based on these findings and further investigations. That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] In mass%,
C: 1.1 to 2.6%,
Si: 0.15 to 2.50%,
Mn: 0.15 to 2.50%,
Ni: 0.1 to 6.0%,
Cr: 1.5 to 10.0%,
Mo: 3.5 to 12.5%,
V: 2.5 to 7.5%,
W: 0.1 to 6.0%,
P: 0.01 to 0.04%,
S: 0.001 to 0.015%;
The contents of Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V, and W satisfy the following formula (1), the contents of C, Cr, Mo, V, and W satisfy the following formula (2), and the balance is Fe and unavoidable impurities,
A roll outer layer material for hot rolling, characterized in that carbides having a grain size of 1.0 μm or more are present in an area ratio of 7.5 to 18.0%, the eutectic cell size is 65 to 100 μm, and the Shore hardness at 600° C. is 44.0 HS or more and 52.0 HS or less.
50.0≦([%Cr]×[%Mo]×[%V]×[%W])/([%Si]×[%Mn]×[%Ni])≦150.0 ... (1)
0.90≦[%C]×((0.177×[%V])/(0.099×[%Cr]+0.063×[%Mo]+0.033×[%W]))≦3.00 ... (2)
In formulas (1) and (2), [%C], [%Si], [%Mn], [%Ni], [%Cr], [%Mo], [%V], and [%W] are the contents (mass%) of each element.
[2] A composite roll for hot rolling having two layers, an outer layer and an inner layer, or three layers, an outer layer, an intermediate layer and an inner layer, wherein the outer layer is, in mass%,
C: 1.1 to 2.6%,
Si: 0.15 to 2.50%,
Mn: 0.15 to 2.50%,
Ni: 0.1 to 6.0%,
Cr: 1.5 to 10.0%,
Mo: 3.5 to 12.5%,
V: 2.5 to 7.5%,
W: 0.1 to 6.0%,
P: 0.01 to 0.04%,
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The contents of Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V, and W satisfy the following formula (1), the contents of C, Cr, Mo, V, and W satisfy the following formula (2), and the balance is Fe and unavoidable impurities,
A composite roll for hot rolling, characterized in that carbides having a grain size of 1.0 μm or more are present in an area ratio of 7.5 to 18.0%, the eutectic cell size is 65 to 100 μm, and the Shore hardness at 600° C. is 44.0 HS or more and 52.0 HS or less.
50.0≦([%Cr]×[%Mo]×[%V]×[%W])/([%Si]×[%Mn]×[%Ni])≦150.0 ... (1)
0.90≦[%C]×((0.177×[%V])/(0.099×[%Cr]+0.063×[%Mo]+0.033×[%W]))≦3.00 ... (2)
In formulas (1) and (2), [%C], [%Si], [%Mn], [%Ni], [%Cr], [%Mo], [%V], and [%W] are the contents (mass%) of each element.
本発明により、耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロールを提供することができる。その結果、熱間圧延用ロールの寿命が向上し、それにともない熱延鋼板の生産性が向上するという効果がある。 The present invention provides a hot rolling roll outer layer material and a hot rolling composite roll that are excellent in wear resistance, slip resistance, and surface roughening resistance. As a result, the life of the hot rolling roll is improved, and the productivity of hot rolled steel sheets is improved accordingly.
本発明の熱間圧延用ロールの外層材(以下、単に外層ともいう。)の組成限定理由について説明する。なお、以下、質量%は、特に断らない限り、単に%と記す。 The reasons for limiting the composition of the outer layer material (hereinafter simply referred to as the outer layer) of the hot rolling roll of the present invention will be explained. In the following, mass% will be simply written as % unless otherwise specified.
C:1.1~2.6%
CはV、Cr、Mo、W等と結合して硬質炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与する。また、基地への固溶強化により基地硬さを向上させる効果を奏する。Cが1.1%未満では炭化物量が不足し、優れた耐摩耗性を得ることができない。また、硬さが低くなるため、塑性流動が起こり、塑性流動に起因する肌荒れ等の影響で摩擦係数が大きくなる。一方で、Cが2.6%を超えると炭化物が過剰に生成し、耐肌荒れ性が低下する。また、Cが2.6%を超えて硬さが高くなると摩擦係数が低下し、スリップが発生する。よって、C含有量は1.1%以上、2.6%以下に限定した。C含有量は、好ましくは1.3%以上であり、より好ましくは1.5%以上である。また、C含有量は、好ましくは2.3%以下であり、より好ましくは2.0%以下である。
C: 1.1 to 2.6%
C combines with V, Cr, Mo, W, etc. to form hard carbides, which contribute to improving wear resistance. It also has the effect of improving the hardness of the matrix by solid solution strengthening. If C is less than 1.1%, the amount of carbides is insufficient, and excellent wear resistance cannot be obtained. In addition, the hardness is low, so plastic flow occurs, and the friction coefficient increases due to the effects of roughening caused by plastic flow. On the other hand, if C exceeds 2.6%, carbides are generated excessively, and the roughening resistance decreases. In addition, if C exceeds 2.6% and the hardness increases, the friction coefficient decreases and slip occurs. Therefore, the C content is limited to 1.1% or more and 2.6% or less. The C content is preferably 1.3% or more, and more preferably 1.5% or more. In addition, the C content is preferably 2.3% or less, and more preferably 2.0% or less.
Si:0.15~2.50%
Siは、溶湯中で脱酸剤として作用し、溶湯の流動性を良くし、鋳造欠陥を防ぐ効果を奏する。Si含有量が0.15%未満では、脱酸に対する効果が不足し、Si含有量が2.50%を超えると脱酸に対する効果が飽和する。よって、Si含有量は0.15%以上、2.50%以下に限定した。Si含有量は、好ましくは0.25%以上であり、より好ましくは0.60%以上である。また、Si含有量は、好ましくは2.00%以下であり、より好ましくは1.50%以下である。
Si: 0.15 to 2.50%
Silicon acts as a deoxidizer in the molten metal, improving the fluidity of the molten metal and preventing casting defects. If the Si content is less than 0.15%, the deoxidizing effect is insufficient, and if the Si content exceeds 2.50%, the deoxidizing effect is saturated. Therefore, the Si content is limited to 0.15% or more and 2.50% or less. The Si content is preferably 0.25% or more, and more preferably 0.60% or more. The Si content is preferably 2.00% or less, and more preferably 1.50% or less.
Mn:0.15~2.50%
Mnは、溶湯の脱酸に対する効果や、製品への悪影響を及ぼすSをMnSとして固定する効果を奏する。Mn含有量が0.15%未満では、SをMnSとして固定する効果が不十分である。一方で、Mn含有量が2.50%を超えると、効果が飽和する。よって、Mn含有量は0.15%以上、2.50%以下に限定した。Mn含有量は、好ましくは0.25%以上であり、より好ましくは0.35%以上である。また、Mn含有量は、好ましくは2.00%以下であり、より好ましくは1.50%以下である。
Mn: 0.15 to 2.50%
Mn has an effect of deoxidizing the molten metal and fixing S, which has a detrimental effect on the product, as MnS. If the Mn content is less than 0.15%, the effect of fixing S as MnS is insufficient. On the other hand, if the Mn content exceeds 2.50%, the effect is saturated. Therefore, the Mn content is limited to 0.15% or more and 2.50% or less. The Mn content is preferably 0.25% or more, and more preferably 0.35% or more. In addition, the Mn content is preferably 2.00% or less, and more preferably 1.50% or less.
Ni:0.1~6.0%
Niは、基地の焼入れ性を向上させ、基地の硬さを向上させる効果を奏する。Ni含有量が0.1%未満では、基地硬さを向上させる効果が不十分となる。一方で、Ni含有量が6.0%を超えると、オーステナイトが残留しやすくなるため、硬さが低下する。よって、Ni含有量は0.1%以上、6.0%以下に限定した。Ni含有量は、好ましくは1.0%以上であり、より好ましくは1.5%以上である。また、Ni含有量は、好ましくは5.0%以下であり、より好ましくは4.0%以下である。
Ni: 0.1 to 6.0%
Ni has the effect of improving the hardenability of the matrix and improving the hardness of the matrix. If the Ni content is less than 0.1%, the effect of improving the matrix hardness is insufficient. On the other hand, if the Ni content exceeds 6.0%, austenite is likely to remain, so the hardness decreases. Therefore, the Ni content is limited to 0.1% or more and 6.0% or less. The Ni content is preferably 1.0% or more, and more preferably 1.5% or more. In addition, the Ni content is preferably 5.0% or less, and more preferably 4.0% or less.
Cr:1.5~10.0%
Crは、炭化物形成元素であり、Cと結合してM7C3炭化物を形成する。M7C3炭化物は、硬質な炭化物であるため、耐摩耗性を向上させる効果を奏する。Cr含有量が1.5%未満では、M7C3炭化物量が不足し、耐摩耗性が低下する。一方で、Cr含有量が10.0%を超えると、粗大なM7C3炭化物が生成し、かえって耐摩耗性が悪化する。よって、Cr含有量は1.5%以上、10.0%以下に限定した。Cr含有量は、好ましくは2.5%以上であり、より好ましくは3.5%以上である。また、Cr含有量は、好ましくは8.0%以下であり、より好ましくは6.0%以下である。
Cr: 1.5 to 10.0%
Cr is a carbide-forming element and combines with C to form M7C3 carbide. Since M7C3 carbide is a hard carbide, it has the effect of improving wear resistance. If the Cr content is less than 1.5%, the amount of M7C3 carbide is insufficient, and wear resistance is reduced. On the other hand, if the Cr content exceeds 10.0%, coarse M7C3 carbide is generated, and wear resistance is deteriorated. Therefore, the Cr content is limited to 1.5% or more and 10.0% or less. The Cr content is preferably 2.5% or more, and more preferably 3.5% or more. The Cr content is preferably 8.0% or less, and more preferably 6.0% or less.
Mo:3.5~12.5%
Moは、炭化物形成元素であり、Cと結合してM2C炭化物を形成する。M2C炭化物は、M7C3炭化物よりも硬質な炭化物であるため、さらに耐摩耗性を向上させる効果を奏する。Mo含有量が3.5%未満では、M2C炭化物量が不足し、耐摩耗性を向上させる効果が不十分である。一方で、Mo含有量が12.5%を超えると、粗大なM2C炭化物が生成し、耐摩耗性の悪化や、靭性の低下が起こる。よって、Mo含有量は3.5%以上、12.5%以下に限定した。Mo含有量は、好ましくは4.0%以上であり、より好ましくは4.5%以上である。また、Mo含有量は、好ましくは10.5%以下であり、より好ましくは8.0%以下である。
Mo: 3.5 to 12.5%
Mo is a carbide-forming element and combines with C to form M2C carbide. M2C carbide is harder than M7C3 carbide , and therefore has the effect of further improving wear resistance. When the Mo content is less than 3.5%, the amount of M2C carbide is insufficient, and the effect of improving wear resistance is insufficient. On the other hand, when the Mo content exceeds 12.5%, coarse M2C carbide is generated, which deteriorates wear resistance and reduces toughness. Therefore, the Mo content is limited to 3.5% or more and 12.5% or less. The Mo content is preferably 4.0% or more, and more preferably 4.5% or more. The Mo content is preferably 10.5% or less, and more preferably 8.0% or less.
V:2.5~7.5%
Vは、炭化物形成元素であり、Cと結合してMC炭化物を形成する。MC炭化物はビッカース硬さHvで2800程度の値を有し、最も硬い炭化物のうちの一つであり、耐摩耗性を向上させる効果を奏する。V含有量が2.5%未満では、MC炭化物量が不足し、耐摩耗性を向上させる効果が不十分である。一方で、V含有量が7.5%を超えると、鉄溶湯より比重の軽いVC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、偏析が起こる。よって、V含有量は2.5%以上、7.5%以下に限定した。V含有量は、好ましくは3.0%以上であり、より好ましくは4.0%以上である。また、V含有量は、好ましくは7.0%以下であり、より好ましくは6.5%以下である。
V: 2.5-7.5%
V is a carbide-forming element and combines with C to form MC carbide. MC carbide has a Vickers hardness Hv value of about 2800, is one of the hardest carbides, and has the effect of improving wear resistance. If the V content is less than 2.5%, the amount of MC carbide is insufficient, and the effect of improving wear resistance is insufficient. On the other hand, if the V content exceeds 7.5%, the VC carbide, which has a lower specific gravity than the molten iron, is concentrated inside the outer layer due to the centrifugal force during centrifugal casting, and segregation occurs. Therefore, the V content is limited to 2.5% or more and 7.5% or less. The V content is preferably 3.0% or more, and more preferably 4.0% or more. The V content is preferably 7.0% or less, and more preferably 6.5% or less.
W:0.1~6.0%
Wは、炭化物形成元素であり、Cと結合して硬質なM2C等の硬質な炭化物を生成し、外層の硬さが増加するとともに、耐摩耗性を向上させる効果を奏する。W含有量が0.1%未満では、その効果が不十分であり、耐摩耗性が悪化する。一方で、W含有量が6.0%を超えると、粗大なM2C炭化物が生成し、耐摩耗性がかえって悪化する。よって、W含有量は0.1%以上、6.0%以下に限定した。W含有量は、好ましくは0.5%以上であり、より好ましくは1.0%以上である。また、W含有量は、好ましくは5.0%以下であり、より好ましくは4.5%以下である。
W: 0.1 to 6.0%
W is a carbide-forming element, and combines with C to form hard carbides such as hard M 2 C, which increases the hardness of the outer layer and improves wear resistance. If the W content is less than 0.1%, the effect is insufficient and wear resistance is deteriorated. On the other hand, if the W content exceeds 6.0%, coarse M 2 C carbides are formed, and wear resistance is deteriorated. Therefore, the W content is limited to 0.1% or more and 6.0% or less. The W content is preferably 0.5% or more, and more preferably 1.0% or more. The W content is preferably 5.0% or less, and more preferably 4.5% or less.
P:0.01~0.04%
Pは、ロール製造過程で混入し、機械的特性が低下すると考えられてきたが、本発明者らの鋭意検討の結果、少量のPの含有は硬さや耐摩耗性を向上させる効果があることを明らかにした。P含有量が0.01%未満では、硬さや耐摩耗性の向上効果が十分ではなく、一方で、P含有量が0.04%超えでは機械的性質が劣化する。よって、P含有量は0.01%以上、0.04%以下に限定した。P含有量は、好ましくは0.02%以上である。また、P含有量は、好ましくは0.03%以下である。
P: 0.01 to 0.04%
It has been thought that P is mixed in during the roll manufacturing process and reduces mechanical properties, but as a result of intensive research by the present inventors, it has been clarified that the inclusion of a small amount of P has the effect of improving hardness and wear resistance. If the P content is less than 0.01%, the effect of improving hardness and wear resistance is insufficient, while if the P content exceeds 0.04%, the mechanical properties deteriorate. Therefore, the P content is limited to 0.01% or more and 0.04% or less. The P content is preferably 0.02% or more. Moreover, the P content is preferably 0.03% or less.
S:0.001~0.015%
Sは、通常、鉄系合金では有害元素として取り扱われ、一定量以下の含有量に制限されるが、その範囲内において、MnSは潤滑材の効果を奏する。一方で、含有量が多いと材質が脆くなる。よって、S含有量は0.001%以上、0.015%以下に限定した。S含有量は、好ましくは0.002%以上である。また、S含有量は、好ましくは0.010%以下である。
S: 0.001 to 0.015%
S is usually considered a harmful element in iron-based alloys and is limited to a certain amount or less, but within that range, MnS has a lubricant effect. On the other hand, if the content is too high, the material becomes brittle. Therefore, the S content is limited to 0.001% or more and 0.015% or less. The S content is preferably 0.002% or more. Also, the S content is preferably 0.010% or less.
また、本発明では、C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、Wの含有量が上記の範囲内であり、加えて下記の(1)式および下記の(2)式を満たすことを特徴とする。
50.0≦([%Cr]×[%Mo]×[%V]×[%W])/([%Si]×[%Mn]×[%Ni])≦150.0 ・・・(1)
0.90≦[%C]×((0.177×[%V])/(0.099×[%Cr]+0.063×[%Mo]+0.033×[%W]))≦3.00 ・・・(2)
ここで(1)式および(2)式において、[%C]、[%Si]、[%Mn]、[%Ni]、[%Cr]、[%Mo]、[%V]、[%W]は、各元素の含有量(質量%)である。
The present invention is also characterized in that the contents of C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V, and W are within the above-mentioned ranges, and further that the following formula (1) and formula (2) are satisfied:
50.0≦([%Cr]×[%Mo]×[%V]×[%W])/([%Si]×[%Mn]×[%Ni])≦150.0 ... (1)
0.90≦[%C]×((0.177×[%V])/(0.099×[%Cr]+0.063×[%Mo]+0.033×[%W]))≦3.00 ... (2)
In formulas (1) and (2), [%C], [%Si], [%Mn], [%Ni], [%Cr], [%Mo], [%V], and [%W] are the contents (mass%) of each element.
(1)式における([%Cr]×[%Mo]×[%V]×[%W])/([%Si]×[%Mn]×[%Ni])について、このパラメータは、各炭化物形成元素(V、Cr、Mo、W)の含有量の積と各炭化物非形成元素(Si、Mn、Ni)の含有量の積の比を示しており、(1)式を満たすように調整することで炭化物の生成量や共晶セルサイズが適正化され、耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ性が向上する。([%Cr]×[%Mo]×[%V]×[%W])/([%Si]×[%Mn]×[%Ni])の値が50.0未満であると、炭化物の生成量が不足し十分な耐摩耗性を得ることができない。また、共晶セルサイズが大きくなり、圧延中の摩擦係数が高い値を維持できず、十分な耐スリップ性を得ることができない。一方、150を超えると、粗大な炭化物が多量に生成し、十分な耐摩耗性、耐肌荒れ性を得ることができない。また、共晶セルサイズが小さくなることで、圧延中の摩擦係数が高くなり鋼材が焼付きやすくなる。よって、([%Cr]×[%Mo]×[%V]×[%W])/([%Si]×[%Mn]×[%Ni])の値は50以上、150以下に限定した。さらに好ましくは70以上、130以下である。 Regarding ([%Cr] x [%Mo] x [%V] x [%W]) / ([%Si] x [%Mn] x [%Ni]) in formula (1), this parameter indicates the ratio of the product of the contents of each carbide-forming element (V, Cr, Mo, W) to the product of the contents of each non-carbide-forming element (Si, Mn, Ni). By adjusting to satisfy formula (1), the amount of carbide generated and the eutectic cell size are optimized, and the wear resistance, slip resistance, and surface roughness resistance are improved. If the value of ([%Cr] x [%Mo] x [%V] x [%W]) / ([%Si] x [%Mn] x [%Ni]) is less than 50.0, the amount of carbide generated is insufficient and sufficient wear resistance cannot be obtained. In addition, the eutectic cell size becomes large, and the friction coefficient during rolling cannot be maintained at a high value, and sufficient slip resistance cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 150, a large amount of coarse carbides are generated, and sufficient wear resistance and surface roughness resistance cannot be obtained. In addition, the eutectic cell size becomes small, which increases the friction coefficient during rolling and makes the steel material more susceptible to seizure. Therefore, the value of ([%Cr] x [%Mo] x [%V] x [%W])/([%Si] x [%Mn] x [%Ni]) is limited to 50 or more and 150 or less. More preferably, it is 70 or more and 130 or less.
(2)式における[%C]×((0.177×[%V])/(0.099×[%Cr]+0.063×[%Mo]+0.033×[%W]))について、このパラメータは、MC炭化物量と(M2C炭化物量+M7C3炭化物量)の比を表しており、(2)式を満たすように調整することで、各炭化物量の割合が適正化され、耐摩耗性、耐肌荒れ性の向上および圧延中の摩擦係数が焼付きおよびスリップが起こらない値を取ることが可能となる。[%C]×((0.177×[%V])/(0.099×[%Cr]+0.063×[%Mo]+0.033×[%W]))の値が0.90未満の場合、硬質なMC炭化物量が少なく、十分な耐摩耗性を得られない。また、MC炭化物量が減り、圧延中の摩擦係数が高い値を維持できず、十分な耐スリップ性を得ることができない。一方、3.00を超えると、MC炭化物量の割合が多くなる。これは、微細な粒状な炭化物であり、ロール表面の突起部が多くなることにより圧延中の摩擦係数が大きくなり、焼付きが発生し易くなる。よって、[%C]×((0.177×[%V])/(0.099×[%Cr]+0.063×[%Mo]+0.033×[%W]))の値は0.90以上、3.00以下に限定した。さらに好ましくは1.20以上、2.50以下である。 Regarding [%C] × ((0.177 × [%V]) / (0.099 × [%Cr] + 0.063 × [%Mo] + 0.033 × [%W])) in the formula (2), this parameter represents the ratio of the amount of MC carbide to (the amount of M2C carbide + the amount of M7C3 carbide ), and by adjusting it to satisfy the formula (2), the ratio of the amount of each carbide is optimized, and it is possible to improve the wear resistance and the surface roughening resistance, and to obtain a value of the friction coefficient during rolling that does not cause seizure or slippage. If the value of [%C] × ((0.177 × [%V]) / (0.099 × [%Cr] + 0.063 × [%Mo] + 0.033 × [%W])) is less than 0.90, the amount of hard MC carbide is small, and sufficient wear resistance cannot be obtained. In addition, the amount of MC carbide is reduced, and the coefficient of friction during rolling cannot be maintained at a high value, and sufficient slip resistance cannot be obtained. On the other hand, when it exceeds 3.00, the ratio of the amount of MC carbide increases. This is a fine granular carbide, and the number of protrusions on the roll surface increases, which increases the coefficient of friction during rolling and makes it easier for seizure to occur. Therefore, the value of [%C] x ((0.177 x [%V]) / (0.099 x [%Cr] + 0.063 x [%Mo] + 0.033 x [%W])) is limited to 0.90 or more and 3.00 or less. More preferably, it is 1.20 or more and 2.50 or less.
残部:Fe及び不可避的不純物
上記した成分以外の残部は、Fe及び不可避的不純物からなる。
Balance: Fe and inevitable impurities The balance other than the above components consists of Fe and inevitable impurities.
次に、本発明の熱間圧延用ロール外層材の組織限定理由について説明する。 Next, we will explain the reasons for limiting the structure of the outer layer material for hot rolling rolls of the present invention.
本発明の熱間圧延用ロール外層材は、上記した範囲の成分組成を有し、粒径1.0μm以上の炭化物が面積率で7.5~18.0%存在し、共晶セルサイズが65~100μmであることを特徴とする。炭化物とは凝固中に晶出したMC炭化物、M2C炭化物、M7C3炭化物であり、また、基地中に存在する析出炭化物は1.0μm未満であることから、1.0μm以上の炭化物に限定した。ここで、基地はマルテンサイトまたはベイナイトであることが好ましい。各炭化物量を適切な割合にするため、上記した範囲の組成を有し、かつ1μm以上の炭化物が面積率で7.5~18.0%存在し、共晶セルサイズが65~100μmである組織に限定することで、耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ性が向上することを発見した。なお、共晶セルサイズとは、後述の方法で測定した共晶セルのサイズの平均値である。熱延用ロールについては様々な研究がされているが、熱延用ロールとスケールの関係はほとんど研究されていない。発明者らの鋭意検討の結果、ロールの基地上にはスケールが付着しており、炭化物上にはスケールが付着しておらず、スケール付着の有無による凹凸がロール表面に存在していることがわかった。耐摩耗性、耐スリップ性、耐肌荒れ性を全て同時に満たすことはできないと考えられてきたが、炭化物面積率および炭化物種類ごとの割合を適正化し、耐摩耗性を向上させるとともに共晶セルサイズを調整し、ロール表面の凹凸間隔を制御することで、摩擦係数を高い値で維持することが可能となり、耐スリップ性が向上したと考えられる。また、肌荒れの原因の1つとなる黒皮剥離は、共晶セル内部の基地上の黒皮が、ロールの回転によってロール周方向に応力を受け、黒皮が剥離すると考えられる。そのため、共晶セルサイズを適切な範囲にすることで、黒皮の剥離を抑制でき、耐肌荒れ性が向上したと考えられる。 The hot rolling roll outer layer material of the present invention is characterized in that it has a component composition in the above-mentioned range, carbides with a grain size of 1.0 μm or more are present at an area ratio of 7.5 to 18.0%, and the eutectic cell size is 65 to 100 μm. The carbides are MC carbides, M 2 C carbides, and M 7 C 3 carbides crystallized during solidification, and since the precipitated carbides present in the base are less than 1.0 μm, the carbides are limited to carbides of 1.0 μm or more. Here, the base is preferably martensite or bainite. In order to obtain an appropriate ratio of each carbide amount, it has been found that the wear resistance, slip resistance, and surface roughening resistance are improved by limiting the structure to one having a composition in the above-mentioned range, carbides with a grain size of 1 μm or more are present at an area ratio of 7.5 to 18.0%, and the eutectic cell size is 65 to 100 μm. The eutectic cell size is the average value of the size of the eutectic cells measured by the method described below. Although various studies have been conducted on hot rolling rolls, the relationship between hot rolling rolls and scale has hardly been studied. As a result of intensive studies by the inventors, it was found that scale adheres to the base of the roll, scale does not adhere to the carbide, and unevenness due to the presence or absence of scale adhesion exists on the roll surface. It has been thought that it is impossible to simultaneously satisfy all of the wear resistance, slip resistance, and surface roughness resistance, but it is possible to maintain a high friction coefficient and improve slip resistance by optimizing the carbide area ratio and the ratio of each carbide type, and controlling the unevenness interval on the roll surface. In addition, it is thought that the peeling of the black scale, which is one of the causes of surface roughness, is caused by the black scale on the base inside the eutectic cell being subjected to stress in the roll circumferential direction by the rotation of the roll, causing the black scale to peel off. Therefore, it is thought that the peeling of the black scale can be suppressed and the surface roughness resistance is improved by setting the eutectic cell size in an appropriate range.
共晶セルサイズが65μm未満の場合、表面の凹凸が多すぎることで摩擦係数が高く、焼付きが発生する。一方、100μmを超えると、表面の凹凸が少ないことから摩擦係数が十分な値を維持できず、スリップが発生する。よって、共晶セルサイズは65μm以上、100μm以下に限定した。共晶セルサイズは、好ましくは70μm以上であり、より好ましくは75μm以上である。また、共晶セルサイズは、好ましくは95μm以下であり、より好ましくは90μm以下である。 If the eutectic cell size is less than 65 μm, the surface will be too uneven, resulting in a high coefficient of friction and seizure. On the other hand, if it exceeds 100 μm, the surface will be too uneven, resulting in a failure to maintain a sufficient coefficient of friction and causing slippage. Therefore, the eutectic cell size is limited to 65 μm or more and 100 μm or less. The eutectic cell size is preferably 70 μm or more, and more preferably 75 μm or more. The eutectic cell size is also preferably 95 μm or less, and more preferably 90 μm or less.
組織(基地組織)において、炭化物の他には、マルテンサイトまたはベイナイトを面積率で82.0~92.5%有していてよい。 In addition to carbides, the structure (base structure) may contain martensite or bainite in an area ratio of 82.0 to 92.5%.
組織の観察方法は以下の通りである。
まず、得られた外層材に鏡面研磨を施した後にナイタール液で腐食した後、デジタルマイクロスコープで組織観察を行う。撮影する視野内に共晶セルが200個以上確認できる視野で撮影を行った。また、画像解析ツール(ImageJ)を用いて、測定倍率200倍の写真の二値化処理を行う。写真中の基地組織と炭化物の輝度に違いがあるため、二値化処理をすることで、基地組織と炭化物を分類し面積を求めることができる。各試料5枚撮影し、炭化物の面積率の平均値を算出する。200倍で撮影したデジタルマイクロスコープ画像から、炭化物の直径を測定し、炭化物の直径を炭化物の粒径とした。また、炭化物の形状が楕円形等の場合は、炭化物内で最も距離の長い線分に対して垂直二等分線を引き、その垂直二等分線が前記炭化物の粒界と交わる2点間の長さを炭化物の粒径とした。
The method for observing the tissue is as follows.
First, the obtained outer layer material is mirror-polished, corroded with nital solution, and then the structure is observed with a digital microscope. The photograph is taken in a field where 200 or more eutectic cells can be confirmed within the field of view. In addition, an image analysis tool (ImageJ) is used to perform binarization processing of the photograph at a measurement magnification of 200 times. Since there is a difference in brightness between the base structure and the carbide in the photograph, the base structure and the carbide can be classified and their areas can be obtained by performing binarization processing. Five photographs of each sample are taken, and the average value of the area ratio of the carbide is calculated. The diameter of the carbide is measured from the digital microscope image taken at 200 times, and the diameter of the carbide is taken as the grain size of the carbide. In addition, when the shape of the carbide is an ellipse, a perpendicular bisector is drawn to the longest line segment in the carbide, and the length between the two points where the perpendicular bisector intersects with the grain boundary of the carbide is taken as the grain size of the carbide.
また、得られた外層材に鏡面研磨を施した後にナイタール液で腐食した後、デジタルマイクロスコープを用いて測定倍率100倍で組織観察を行う。各試料で3視野撮影し、得られた1つの画像に対して計6本の直線を引く。下記の(3)式に示すように、粒径が5.0μmを超える炭化物と直線との交点の個数を、直線長さで除した値から共晶セルサイズを算出する。各試料の共晶セルサイズは3視野の平均値から得た。なお、粒径が5.0μmを超える炭化物が共晶セルの境界に存在することを利用し、上記の方法により共晶セルサイズを求めている。
((L1/N1)+(L2/N2)+(L3/N3)+(L4/N4)+(L5/N5)+(L6/N6))/6 ・・・(3)
ここで、Liはi本目の直線長さ、Niはi本目の直線と粒径が5.0μmを超える炭化物の交点の個数である。
The outer layer material thus obtained is mirror-polished and then etched with nital solution, after which the structure is observed at a magnification of 100x using a digital microscope. Three fields of view are photographed for each sample, and a total of six straight lines are drawn for each image obtained. As shown in the following formula (3), the eutectic cell size is calculated from the number of intersections between the lines and carbides with a grain size of more than 5.0 μm divided by the length of the lines. The eutectic cell size of each sample was obtained from the average value of the three fields of view. The eutectic cell size is determined by the above method, taking advantage of the fact that carbides with a grain size of more than 5.0 μm exist at the boundaries of eutectic cells.
((L1/N1)+(L2/N2)+(L3/N3)+(L4/N4)+(L5/N5)+(L6/N6))/6 ... (3)
Here, Li is the length of the i-th straight line, and Ni is the number of intersections between the i-th straight line and carbides having a grain size exceeding 5.0 μm.
また、本発明の熱間圧延用ロール外層材の硬さは、600℃の時のショア硬さで44.0HS以上52.0HS以下である。20℃の時のショア硬さは74.0HS以上86.0HS以下であることが好ましい。 The hardness of the outer layer material for hot rolling rolls of the present invention is 44.0 HS or more and 52.0 HS or less in Shore hardness at 600°C. It is preferable that the Shore hardness at 20°C is 74.0 HS or more and 86.0 HS or less.
また、熱間圧延中のロール表面温度は約600℃付近であり、600℃時のショア硬さが44.0HS未満では、塑性流動が起こり、鋼材がロール面に焼付きやすくなる。一方で、硬さが52.0HSを超えると、ロール硬さが高すぎることで、圧延中にスリップが発生し易くなる。このような硬さは、本発明の成分を有するロールを、後述する焼戻しパラメータPが10000~20000の範囲内となるように熱処理することで安定して確保できる。 In addition, the roll surface temperature during hot rolling is around 600°C, and if the Shore hardness at 600°C is less than 44.0HS, plastic flow occurs and the steel material is likely to seize onto the roll surface. On the other hand, if the hardness exceeds 52.0HS, the roll hardness is too high and slippage is likely to occur during rolling. Such hardness can be reliably ensured by heat treating a roll having the composition of the present invention so that the tempering parameter P, described below, is in the range of 10,000 to 20,000.
20℃の時のショア硬さと600℃の時のショア硬さについては、まず、ビッカース硬さ計(試験力:1kgf)で20℃の時と600℃の時のビッカース硬さHVを各5点測定し、その平均値を算出する。 To measure the Shore hardness at 20°C and at 600°C, first use a Vickers hardness tester (test force: 1 kgf) to measure the Vickers hardness HV at five points each at 20°C and 600°C, and then calculate the average value.
まず、20℃でのビッカース硬さ測定については、ニコン製QM-2(圧子および試験片の同時加熱式)の試験機を用いて、圧子はダイヤモンドを使用し、試験雰囲気はアルゴンガス雰囲気中、荷重保持時間は10secで実験を行う。その後、昇温速度20℃/minで600℃まで昇温した後、20℃の時と同じ試験条件で600℃の時のビッカース硬さを測定する。なお、600℃でのビッカース硬さ測定においては、JIS Z2252「高温ビッカース硬さ試験方法」に準拠する。
これらの得られたビッカース硬さをJIS B 7731の計算式でショア硬さに換算する。
First, the Vickers hardness measurement at 20°C is performed using a Nikon QM-2 (simultaneous heating of indenter and test piece) testing machine, a diamond indenter is used, the test atmosphere is an argon gas atmosphere, and the load holding time is 10 seconds. After that, the temperature is raised to 600°C at a heating rate of 20°C/min, and the Vickers hardness at 600°C is measured under the same test conditions as at 20°C. The Vickers hardness measurement at 600°C complies with JIS Z2252 "High temperature Vickers hardness test method".
The obtained Vickers hardness is converted into Shore hardness using the calculation formula of JIS B 7731.
次に、本発明の熱間圧延用ロール外層材及び熱間圧延用複合ロールの好ましい製造方法について説明する。 Next, we will explain the preferred manufacturing method for the hot rolling roll outer layer material and hot rolling composite roll of the present invention.
本発明では、ロール外層材の製造方法としては、特に限定されず、遠心鋳造法や連続肉盛鋳造法などが好ましいが、製造コストの観点から着目すると、遠心鋳造法がより好ましい。遠心鋳造法を採用する場合、まず、内面にジルコン等を主材とした耐火物が1~5mm厚で被覆された回転する鋳型に、上記した熱間圧延用ロール外層材組成の溶湯(単に外層材溶湯と称する)を、所定の肉厚となるように注湯し、遠心鋳造する。 In the present invention, the method for producing the roll outer layer material is not particularly limited, and centrifugal casting and continuous build-up casting are preferred, but from the viewpoint of production costs, centrifugal casting is more preferred. When centrifugal casting is used, first, a molten metal having the above-mentioned composition of the hot rolling roll outer layer material (simply referred to as the molten metal of the outer layer material) is poured into a rotating mold whose inner surface is covered with a refractory material mainly made of zircon to a thickness of 1 to 5 mm, so as to obtain a predetermined thickness, and then centrifugal casting is performed.
本発明の熱間圧延用複合ロールは、遠心鋳造法でロール外層材を鋳造する場合、遠心鋳造された外層と、該外層と溶着一体化した内層とを有する。なお、外層と内層との間に中間層を配してもよい。すなわち、外層と溶着一体化した内層に代えて、外層と溶着一体化した中間層および該中間層と溶着一体化した内層の3層を有する熱間圧延用複合ロールであってもよい。なお、内層は静置鋳造法で製造することが好ましい。 When the roll outer layer material is cast by centrifugal casting, the hot rolling composite roll of the present invention has a centrifugally cast outer layer and an inner layer fused and integrated with the outer layer. An intermediate layer may be disposed between the outer layer and the inner layer. That is, instead of the inner layer fused and integrated with the outer layer, the hot rolling composite roll may have three layers: an intermediate layer fused and integrated with the outer layer, and an inner layer fused and integrated with the intermediate layer. The inner layer is preferably manufactured by static casting.
静置鋳造する内層は、鋳造性や機械的性質に優れた球状黒鉛鋳鉄、いも虫状黒鉛鋳鉄(CV鋳鉄)などを用いることが好ましい。遠心鋳造製ロールは、外層と内層が溶着一体化しており、外層材の成分が内層に混入する。外層材に含まれるCr、V等の炭化物形成元素が内層へ混入すると、内層を脆弱化する。このため、外層成分への混入率はできるだけ抑えるのが好ましい。 For the statically cast inner layer, it is preferable to use spheroidal graphite cast iron, caterpillar graphite cast iron (CV cast iron), etc., which have excellent castability and mechanical properties. In a centrifugally cast roll, the outer layer and inner layer are welded together, and the components of the outer layer material are mixed into the inner layer. If carbide-forming elements such as Cr and V contained in the outer layer material are mixed into the inner layer, it weakens the inner layer. For this reason, it is preferable to keep the mixing rate of the outer layer components as low as possible.
また、中間層を形成する場合は、中間層材として、黒鉛鋼、高炭素鋼、亜共晶鋳鉄等を用いることが好ましい。中間層と外層は溶着一体化しており、外層材の成分が中間層に混入する。内層への外層材成分の混入率を抑制するためには、外層材の中間層への混入率はできるだけ抑えるのが好ましい。 When forming an intermediate layer, it is preferable to use graphite steel, high carbon steel, hypoeutectic cast iron, etc. as the intermediate layer material. The intermediate layer and the outer layer are integrated by welding, and the components of the outer layer material are mixed into the intermediate layer. In order to suppress the mixing rate of the outer layer material components into the inner layer, it is preferable to suppress the mixing rate of the outer layer material into the intermediate layer as much as possible.
熱間圧延用複合ロールを構成する外層(熱間圧延用ロール外層材)における目的の組織として、粒径1.0μm以上の炭化物が面積率で7.5~18.0%存在し、共晶セルサイズが65~100μmである組織を有するためには、金型温度を250℃以下にし、鋳込み温度1350~1550℃で鋳造する。また、熱処理は900~1100℃に加熱し、空冷あるいは衝風空冷する焼入れ処理と、さらに下記の(4)式に記載している焼戻しパラメータPが10000~20000の範囲内となるように、加熱保持したのち冷却する焼戻し処理を2回以上行うことが好ましい。この時、焼入れ温度、焼戻しパラメータ、焼戻し回数は成分に応じて記載の範囲内で変更することによって、前述した組織を得ることが可能となる。
P=T(log(t)+A) ・・・(4)
ここで、Tは焼戻し温度(K)、tは焼戻し時間(h)、Aは定数である。(本発明ではA=20を使用)
In order to obtain a target structure in the outer layer (outer layer material of hot rolling roll) constituting the hot rolling composite roll in which carbides having a grain size of 1.0 μm or more are present at an area ratio of 7.5 to 18.0% and the eutectic cell size is 65 to 100 μm, the die temperature is set to 250° C. or less and the casting temperature is set to 1350 to 1550° C. In addition, it is preferable that the heat treatment is a quenching treatment in which the material is heated to 900 to 1100° C. and air-cooled or air-blast cooled, and further a tempering treatment in which the material is heated and held and then cooled two or more times so that the tempering parameter P described in the following formula (4) is within the range of 10000 to 20000. At this time, the quenching temperature, tempering parameter, and number of tempering times can be changed within the ranges described depending on the components to obtain the above-mentioned structure.
P = T (log (t) + A) ... (4)
Here, T is the tempering temperature (K), t is the tempering time (h), and A is a constant (A=20 is used in the present invention).
以上より、外層、中間層、内層の3層、または外層、内層の2層を有する熱間圧延用複合ロールを得ることができる。 As a result of the above, a composite roll for hot rolling can be obtained that has three layers, an outer layer, an intermediate layer, and an inner layer, or two layers, an outer layer and an inner layer.
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
表1に示す熱間圧延用ロール外層材の化学組成(残部はFe及び不可避的不純物である。)にて、No.1~6の本発明例の各供試材と、No.7~16の比較例の各供試材を、1450~1550℃まで加熱、溶解し、Y型キールブロック鋳型(直方体部:厚み35mm、幅230mm、高さ120mm)に鋳造した。冷却後、鋳塊を取り出し、900~1100℃で焼入れ処理したのち、焼戻しパラメータPが10000~20000の範囲内となるように、加熱保持したのち冷却する焼戻し処理を3回行った。その後、組織観察、硬さ測定、熱間転動摩耗試験を行った。なお、本実施例では組織観察、硬さ測定、熱間転動摩耗試験片は肉厚中心部から採取したが、外層材中のどの位置であってもよい。 The test materials No. 1 to 6 of the present invention and No. 7 to 16 of the comparative examples, with the chemical composition of the outer layer material of the hot rolling roll shown in Table 1 (the balance is Fe and unavoidable impurities), were heated to 1450 to 1550°C, melted, and cast into a Y-shaped keel block mold (rectangular parallelepiped part: thickness 35 mm, width 230 mm, height 120 mm). After cooling, the ingot was removed and quenched at 900 to 1100°C, and then tempered three times by heating and holding and then cooling so that the tempering parameter P was in the range of 10,000 to 20,000. Then, structure observation, hardness measurement, and hot rolling wear test were performed. In this example, the test pieces for structure observation, hardness measurement, and hot rolling wear were taken from the center of the wall thickness, but they may be taken from any position in the outer layer material.
本発明例及び比較例の鋳塊から切り出した各試料をビッカース硬さ計(試験力:1kgf)で20℃の時のビッカース硬さHVと600℃の時のビッカース硬さHVを各5点測定し、その平均値を算出した。 The Vickers hardness HV at 20°C and 600°C of each sample cut from the ingots of the present invention and comparative examples was measured at five points using a Vickers hardness tester (test force: 1 kgf), and the average value was calculated.
20℃でのビッカース硬さ測定については、ニコン製QM-2(圧子および試験片の同時加熱式)の試験機を用いて、圧子はダイヤモンドを使用し、試験雰囲気はアルゴンガス雰囲気中、荷重保持時間は10secで実験を行った。その後、昇温速度20℃/minで600℃まで昇温した後、20℃の時と同じ試験条件で600℃の時のビッカース硬さを測定した。なお、600℃でのビッカース硬さ測定においては、JIS Z2252「高温ビッカース硬さ試験方法」に準拠した。得られたビッカース硬さをJIS B 7731の計算式でショア硬さに換算した。 For the Vickers hardness measurement at 20°C, a Nikon QM-2 (simultaneous heating of indenter and test piece) testing machine was used, a diamond indenter was used, the test atmosphere was argon gas, and the load holding time was 10 seconds. After that, the temperature was raised to 600°C at a heating rate of 20°C/min, and the Vickers hardness was measured at 600°C under the same test conditions as at 20°C. The Vickers hardness measurement at 600°C was performed in accordance with JIS Z2252 "High temperature Vickers hardness test method". The obtained Vickers hardness was converted to Shore hardness using the formula of JIS B 7731.
熱間転動摩耗試験方法は次の通りとした。得られた各本発明例及び各比較例の鋳塊から、熱間転動摩耗試験片(外径60mmφ、幅10mm、C1面取りあり)を採取した。摩耗試験は、図1に示すように、試験片1と相手片4との2円盤すべり転動方式で行った。試験片1を冷却水2で水冷しながら700rpmで回転させ、回転する該試験片1に、高周波誘導加熱コイル3で800℃に加熱した相手片4(外径190mmφ、幅15mm、C1面取り)を荷重の方向7に荷重686Nを加え、接触させながら転動させた。試験片1の回転方向5と相手片4の回転方向6は、試験片1と相手片4の接点における接線が同一方向となる回転方向である。摩耗試験は135分間実施し、45分(試験片31500回転)ごとに相手片を新品に更新して計3回(試験片94500回転)試験を行い、試験前後の試験片の質量減少量、すなわち摩耗量を測定した。
The hot rolling wear test method was as follows. Hot rolling wear test pieces (outer diameter 60 mmφ, width 10 mm, with C1 chamfer) were taken from the ingots of each of the present invention examples and each of the comparative examples obtained. The wear test was performed using a two-disk sliding rolling method with a test piece 1 and a mating piece 4, as shown in Figure 1. The test piece 1 was rotated at 700 rpm while being cooled with cooling
熱間転動摩耗試験機を用いた摩擦係数測定方法は次の通りとした。熱間転動摩耗試験時と同様に、得られた各本発明例及び各比較例の鋳塊から熱間転動摩耗試験片(外径60mmφ、幅10mm、C1面取りあり)を採取した。摩耗試験は、図1に示すように、試験片1と相手片4との2円盤すべり転動方式で行った。試験片1を冷却水2で水冷しながら76rpmで回転させ、回転する該試験片1に、高周波誘導加熱コイル3で1000℃に加熱した相手片4(外径190mmφ、幅15mm、C1面取り)を荷重の方向7に荷重686Nを加え、接触させながら転動させた。試験片1の回転方向5と相手片4の回転方向6は、試験片1と相手片4の接点における接線が同一方向となる回転方向である。摩擦係数測定方法は、試験を5時間実施し、1時間ごとに相手片を新品に更新して計5回試験を行った。試験中のトルクと荷重を測定し、下式(5)から摩擦係数を算出した。
μ=T/P×L ・・・(5)
ここで、μは摩擦係数、Tはトルク(kgf・m)、Pは荷重(kgf)、Lは試験片の半径(m)である。
The friction coefficient measurement method using a hot rolling wear tester was as follows. As in the hot rolling wear test, hot rolling wear test pieces (outer diameter 60 mmφ, width 10 mm, with C1 chamfer) were taken from the ingots of each of the present invention examples and each of the comparative examples obtained. The wear test was performed by a two-disk sliding rolling method between a test piece 1 and a mating piece 4, as shown in FIG. 1. The test piece 1 was rotated at 76 rpm while being water-cooled with cooling
μ=T/P×L (5)
Here, μ is the friction coefficient, T is the torque (kgf·m), P is the load (kgf), and L is the radius of the test piece (m).
上記試験は、熱間圧延の連続的な操業を想定している試験のため、相手片を1000℃に加熱し、300分後における摩擦係数や焼付き状況を評価している。 The above test is designed to simulate continuous hot rolling operations, so the mating piece is heated to 1000°C and the friction coefficient and seizure state are evaluated after 300 minutes.
熱処理後の各試料について、鏡面研磨を施した後にナイタール液で腐食した後、デジタルマイクロスコープで組織観察を行った。撮影する視野内に共晶セルが200個以上確認できる視野で撮影を行った。また、画像解析ツール(ImageJ)を用いて、測定倍率200倍の写真の二値化処理を行う。写真中の基地組織と炭化物の輝度に違いがあるため、二値化処理をすることで、基地組織と炭化物を分類し面積を求めることができる。各試料5枚撮影し、炭化物の面積率の平均値を算出した。200倍で撮影したデジタルマイクロスコープ画像から、炭化物の直径を測定し、炭化物の直径を炭化物の粒径とした。また、炭化物の形状が楕円形等の場合は、炭化物内で最も距離の長い線分に対して垂直二等分線を引き、その垂直二等分線が前記炭化物の粒界と交わる2点間の長さを炭化物の粒径とした。 After the heat treatment, each sample was polished to a mirror finish, etched with nital solution, and then observed for its structure using a digital microscope. The photographs were taken in a field where 200 or more eutectic cells could be confirmed. In addition, an image analysis tool (ImageJ) was used to perform binarization of the photographs at a measurement magnification of 200 times. Since there is a difference in brightness between the base structure and the carbide in the photograph, the base structure and the carbide can be classified and their areas can be calculated by performing binarization. Five photographs of each sample were taken, and the average value of the area ratio of the carbide was calculated. The diameter of the carbide was measured from the digital microscope image taken at 200 times, and the diameter of the carbide was used as the grain size of the carbide. In addition, when the shape of the carbide was elliptical, a perpendicular bisector was drawn to the longest line segment in the carbide, and the length between the two points where the perpendicular bisector intersected with the grain boundary of the carbide was used as the grain size of the carbide.
また、共晶セルサイズの算出のために、熱処理後の各試料について、得られた外層材に鏡面研磨を施した後にナイタール液で腐食した後、デジタルマイクロスコープを用いて測定倍率100倍で組織観察を行う。各試料で3視野撮影し、得られた1つの画像に対して計6本の直線を引く。下記の(3)式に示すように、粒径が5.0μmを超える炭化物と直線との交点の個数を、直線長さで除した値から共晶セルサイズを算出する。各試料の共晶セルサイズは3視野の平均値から得た。
((2574/N1)+(2574/N2)+(2574/N3)+(2574/N4)+(2574/N5)+(2574/N6))/6 ・・・(3)
ここで、直線長さは2574μm、Niはi本目の直線と粒径が5.0μmを超える炭化物の交点の個数である。
In order to calculate the eutectic cell size, the outer layer material of each heat-treated sample was mirror-polished and then etched with nital solution, and the structure was observed at a measurement magnification of 100 times using a digital microscope. Three fields of view were photographed for each sample, and a total of six straight lines were drawn on each obtained image. As shown in the following formula (3), the eutectic cell size was calculated from the value obtained by dividing the number of intersections between carbides with a grain size of more than 5.0 μm and the straight lines by the length of the straight lines. The eutectic cell size of each sample was obtained from the average value of the three fields of view.
((2574/N1)+(2574/N2)+(2574/N3)+(2574/N4)+(2574/N5)+(2574/N6))/6 ... (3)
Here, the straight line length is 2574 μm, and Ni is the number of intersections between the i-th straight line and carbides having a grain size exceeding 5.0 μm.
得られた結果を表2に示す。 The results are shown in Table 2.
表2の摩耗量は0.46g以下である場合を合格(耐摩耗性が良好であることを意味する。)とし、0.46gよりも大きい値である場合は不合格とした。また、摩擦係数は、0.12~0.30の範囲で合格、0.12未満もしくは0.30より大きい値は不合格とした。摩擦係数が0.12未満の場合、試験中の摩擦係数が小さいことから耐スリップ性が十分ではないため、摩擦係数が0.12以上の場合を耐スリップ性に優れるとした。また、焼付きと肌荒れが無い場合を耐肌荒れ性に優れるとした。表2から明らかなように、比較例は耐摩耗性と耐スリップ性のいずれかまたは両方に優れていないが、本発明例は優れた耐摩耗性および耐スリップ性の両方を有することが確認できた。また、0.30より大きい場合は、試験中の摩擦係数が高いため、焼付きが発生したと考えられる。炭化物面積率および炭化物種類ごとの割合を適正化し、耐摩耗性を向上させるとともに共晶セルサイズを調整し、ロール表面の凹凸間隔を制御することで、摩擦係数を高い値で維持することが可能となり、耐スリップ性も同時に向上した。また、本発明例の試験片表面は焼付きや肌荒れを生じることなく良好な耐肌荒れ性を示した。 In Table 2, the amount of wear was rated as pass (meaning good wear resistance) when it was 0.46 g or less, and as fail when it was greater than 0.46 g. The coefficient of friction was rated as pass when it was in the range of 0.12 to 0.30, and as fail when it was less than 0.12 or greater than 0.30. When the coefficient of friction was less than 0.12, the friction coefficient during the test was small, so the slip resistance was insufficient, and when the coefficient of friction was 0.12 or greater, the slip resistance was deemed excellent. When there was no seizure or roughness, the resistance to roughness was deemed excellent. As is clear from Table 2, the comparative example did not excel in either or both of the wear resistance and slip resistance, but it was confirmed that the examples of the present invention had both excellent wear resistance and slip resistance. When it was greater than 0.30, it is considered that seizure occurred due to the high friction coefficient during the test. By optimizing the carbide area ratio and the ratio of each carbide type, wear resistance was improved, and the eutectic cell size was adjusted, and the unevenness intervals on the roll surface were controlled, making it possible to maintain a high friction coefficient and simultaneously improving slip resistance. Furthermore, the surface of the test piece in the present invention showed good resistance to roughening without any seizure or roughening.
したがって、本発明によれば、耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロール外層材および複合ロールを製造することが可能となる。その結果、熱間圧延用ロールの寿命の向上や、ロールトラブル発生による圧延中断時の時間損失が低減することで熱間圧延用ロールの圧延効率の向上にともない熱間圧延鋼板の生産性が向上するという効果も得られる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to manufacture a hot rolling roll outer layer material and a composite roll that are excellent in abrasion resistance, slip resistance, and surface roughness resistance. As a result, the life of the hot rolling roll is improved, and time lost during rolling interruptions due to roll trouble is reduced, thereby improving the rolling efficiency of the hot rolling roll and improving the productivity of hot rolled steel sheets.
1:試験片
2:冷却水
3:高周波誘導加熱コイル
4:相手片
5:試験片の回転方向
6:相手片の回転方向
7:荷重の方向
1: Test piece 2: Cooling water 3: High frequency induction heating coil 4: Counterpart 5: Rotation direction of test piece 6: Rotation direction of counterpart 7: Load direction
Claims (2)
C:1.1~2.6%、
Si:0.15~2.50%、
Mn:0.15~2.50%、
Ni:0.1~6.0%、
Cr:1.5~10.0%、
Mo:3.5~12.5%、
V:2.5~7.5%、
W:0.1~6.0%、
P:0.01~0.04%、
S:0.001~0.015%を含有し、
Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、Wの含有量が下記の(1)式を満たし、C、Cr、Mo、V、Wの含有量が下記の(2)式を満たし、残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
粒径1.0μm以上の炭化物が面積率で7.5~18.0%存在し、共晶セルサイズが65~100μmであり、600℃の時のショア硬さが44.0HS以上かつ52.0HS以下であることを特徴とする、熱間圧延用ロール外層材。
50.0≦([%Cr]×[%Mo]×[%V]×[%W])/([%Si]×[%Mn]×[%Ni])≦150.0 ・・・(1)
0.90≦[%C]×((0.177×[%V])/(0.099×[%Cr]+0.063×[%Mo]+0.033×[%W]))≦3.00 ・・・(2)
ここで(1)式および(2)式において、[%C]、[%Si]、[%Mn]、[%Ni]、[%Cr]、[%Mo]、[%V]、[%W]は、各元素の含有量(質量%)である。 In mass percent,
C: 1.1 to 2.6%,
Si: 0.15 to 2.50%,
Mn: 0.15 to 2.50%,
Ni: 0.1 to 6.0%,
Cr: 1.5 to 10.0%,
Mo: 3.5 to 12.5%,
V: 2.5 to 7.5%,
W: 0.1 to 6.0%,
P: 0.01 to 0.04%,
S: 0.001 to 0.015%;
The contents of Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V, and W satisfy the following formula (1), the contents of C, Cr, Mo, V, and W satisfy the following formula (2), and the balance is Fe and unavoidable impurities,
A roll outer layer material for hot rolling, characterized in that carbides having a grain size of 1.0 μm or more are present in an area ratio of 7.5 to 18.0%, the eutectic cell size is 65 to 100 μm, and the Shore hardness at 600° C. is 44.0 HS or more and 52.0 HS or less.
50.0≦([%Cr]×[%Mo]×[%V]×[%W])/([%Si]×[%Mn]×[%Ni])≦150.0 ... (1)
0.90≦[%C]×((0.177×[%V])/(0.099×[%Cr]+0.063×[%Mo]+0.033×[%W]))≦3.00 ... (2)
In formulas (1) and (2), [%C], [%Si], [%Mn], [%Ni], [%Cr], [%Mo], [%V], and [%W] are the contents (mass%) of each element.
C:1.1~2.6%、
Si:0.15~2.50%、
Mn:0.15~2.50%、
Ni:0.1~6.0%、
Cr:1.5~10.0%、
Mo:3.5~12.5%、
V:2.5~7.5%、
W:0.1~6.0%、
P:0.01~0.04%、
S:0.001~0.015%を含有し、
Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、Wの含有量が下記の(1)式を満たし、C、Cr、Mo、V、Wの含有量が下記の(2)式を満たし、残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
粒径1.0μm以上の炭化物が面積率で7.5~18.0%存在し、共晶セルサイズが65~100μmであり、600℃の時のショア硬さが44.0HS以上かつ52.0HS以下であることを特徴とする、熱間圧延用複合ロール。
50.0≦([%Cr]×[%Mo]×[%V]×[%W])/([%Si]×[%Mn]×[%Ni])≦150.0 ・・・(1)
0.90≦[%C]×((0.177×[%V])/(0.099×[%Cr]+0.063×[%Mo]+0.033×[%W]))≦3.00 ・・・(2)
ここで(1)式および(2)式において、[%C]、[%Si]、[%Mn]、[%Ni]、[%Cr]、[%Mo]、[%V]、[%W]は、各元素の含有量(質量%)である。 A composite roll for hot rolling having two layers, an outer layer and an inner layer, or three layers, an outer layer, an intermediate layer and an inner layer, wherein the outer layer is
C: 1.1 to 2.6%,
Si: 0.15 to 2.50%,
Mn: 0.15 to 2.50%,
Ni: 0.1 to 6.0%,
Cr: 1.5 to 10.0%,
Mo: 3.5 to 12.5%,
V: 2.5 to 7.5%,
W: 0.1 to 6.0%,
P: 0.01 to 0.04%,
S: 0.001 to 0.015%;
The contents of Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V, and W satisfy the following formula (1), the contents of C, Cr, Mo, V, and W satisfy the following formula (2), and the balance is Fe and unavoidable impurities,
A composite roll for hot rolling, characterized in that carbides having a grain size of 1.0 μm or more are present in an area ratio of 7.5 to 18.0%, the eutectic cell size is 65 to 100 μm, and the Shore hardness at 600° C. is 44.0 HS or more and 52.0 HS or less.
50.0≦([%Cr]×[%Mo]×[%V]×[%W])/([%Si]×[%Mn]×[%Ni])≦150.0 ... (1)
0.90≦[%C]×((0.177×[%V])/(0.099×[%Cr]+0.063×[%Mo]+0.033×[%W]))≦3.00 ... (2)
In formulas (1) and (2), [%C], [%Si], [%Mn], [%Ni], [%Cr], [%Mo], [%V], and [%W] are the contents (mass%) of each element.
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