JP2688629B2

JP2688629B2 - 圧延用焼入れロールの製造方法

Info

Publication number: JP2688629B2
Application number: JP3297148A
Authority: JP
Inventors: 雅之江良; 英世児玉; 保夫近藤; 哲郎内田; 修下タ村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1991-11-13
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JPH05132738A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合金鋼を用いた圧延用
焼入ロールの製造法に係り、高硬度と耐摩耗性、耐事故
性（靭性）及び耐食性に富み、特に焼入れ性に優れた金
属用冷間圧延ロール及び熱間圧延ロールの製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷間圧延用作業ロールは炭化物形
成元素のＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，及びＶ等を含有した特殊用途
鋼が用いられている。特殊用途鋼はセミハイス系で組成
はＣ：０.８〜１.４％，Ｓｉ：０.２５％，Ｍｎ：０.２
５％，Ｃｒ：４％，Ｍｏ：１.０〜４.２５％，Ｗ：２.
０％以下，Ｖ：１.０〜２.０％である。特殊用途鋼は鍛
造により炭化物を細かく破砕して使用される。用途は木
工用工具、高温用のベアリング及びローラベアリングの
レース等の小型の部材に使用される（特殊鋼の熱処理：
昭和４６年６月、日刊工業）。また、通常の工具鋼の熱
処理においては十分な硬さが得られ、焼入性の点におい
ても問題はなかった。

【０００３】しかし、最近、太径のロール又は鋼製の芯
材の外周に高硬度の材質の外層を溶着した太径の複合ロ
ールの製造が試みられるようになり、従来用いられてい
た特殊用途鋼では焼入性の点で問題が生じてきた。太径
ロールの焼入は漸進加熱をしながら加熱部に液体冷媒を
噴射して行なうため直径４０ｍｍ以上の太ものロールに
なると冷却速度が遅くなり、焼入時の硬さが出にくくな
り、また硬さが得られても硬さむらを起すという問題が
ある。

【０００４】いま一つの問題点は高硬度を得るために焼
入温度を高くすると、表面のみが局部加熱を起し割れ発
生の原因を生ずる。また、焼入温度を高くして強制的に
冷却すると硬さはある程度上昇するが割れ発生の原因と
なる。その上、結晶粒が粗大化し靭性が劣化し、太径ロ
ールを製造する上に問題を生じる。

【０００５】一方、熱間圧延機においては、圧延材を冷
却するため多量の冷却水が使用される。このため、補強
ロールは腐食により孔食を発生し表面の肌荒れが起き
て、著しく劣化させる問題が生じた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、圧延用焼入れロールに用いる材料は特殊用途鋼であ
り、また熱処理方法は漸進焼入法を用いるため、十分に
満足するロールの硬さを得ることは困難であった。

【０００７】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るため、従来の特殊用途鋼の組成にＭｎ及びＮｉを複合
添加し、あるいはさらにＮｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌ及びＣ
ｕ等を添加した合金鋼を用いることにより、サブゼロ処
理後焼もどしによる残留オーステナイト量を１５〜４０
％残留させても、高硬度と耐摩耗性、耐事故性（靭性）
及び耐食性に富み、焼入性を向上させた圧延用焼入ロー
ルの製造方法を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上述の焼入
性についての問題点を解決するために、従来材の特殊用
途鋼の組成であるＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ及び
Ｖに加えて、Ｍｎ含有量を増加すると共にＮｉを複合添
加した合金鋼により、ロールの焼入性の向上を図った。
このＭｎ，Ｎｉを複合添加した合金鋼により、又はこの
合金鋼にさらにＮｂ，Ｔｉ，Ｚｒ、Ａｌ、Ｃｕ及びＣｏ
のうちの１種以上を添加した別の合金鋼によれば、サブ
ゼロ処理後焼もどしによる残留オーステナイト量が１５
〜４０％残留するにもかかわらず、１００〜６５０℃の
焼もどしの熱処理でＨｓ８０以上の高い硬度が得られ、
しかも太径ロールでも十分に焼が入り、その上、耐摩耗
性及び耐事故性（靭性）並びに耐食性を向上すること見
出し、本発明を完成した。

【０００９】本発明の第１の圧延用焼入れロールの製造
方法は、重量％でＣ：０.７〜１.４％，Ｓｉ：０.８〜
２.５％，Ｍｎ：０.８〜２.５％，Ｎｉ：０.５〜２.５
％，Ｃｒ：２.５〜６.５％，Ｍｏ：２.５〜８.５％，
Ｗ：０.３〜３.０％，Ｖ：０.５〜４.５％，Ｃｏ：５.
５０〜１２.０％，残部Ｆｅ及び不可避的不純物からな
るロール材を焼入れする工程、該焼入れされたロール材
をサブゼロ処理する工程、該サブゼロ処理されたロール
材を焼もどしする工程を有し、該焼もどし後のロール材
に含む残留オーステナイト量を２０〜４０体積％とする
ことを特徴とする。

【００１０】また、本発明の第２の圧延用焼入れロール
の製造方法は、重量％でＣ：０.７〜１.４％，Ｓｉ：
０.８〜２.５％，Ｍｎ：０.８〜２.５％，Ｎｉ：０.５
〜２.５％，Ｃｒ：２.５〜６.５％，Ｍｏ：２.５〜８.
５％，Ｗ：０.３〜３.０％，Ｖ：０.５〜４.５％，Ｃ
ｏ：５.５０〜１２.０％と、Ｔｉ：１.０％以下，Ｎ
ｂ：１.０％以下，Ｚｒ：１.０％以下，Ａｌ：１.０％
以下及びＣｕ：１.０％以下の少なくとも一種と、残部
Ｆｅ及び不可避的不純物からなるロール材を焼入れする
工程、該焼入れされたロール材をサブゼロ処理する工
程、該サブゼロ処理されたロール材を焼もどしする工程
を有し、該焼もどし後のロール材に含む残留オーステナ
イト量を１５〜４０体積％とすることを特徴とする。

【００１１】本発明の第３の圧延用焼入れロールの製造
方法は、鋼製芯材と、該芯材の外周に溶着した外層材と
からなる圧延用焼入ロールの製造方法において、外層材
は重量％でＣ：０.７〜１.４％，Ｓｉ：０.８〜２.５
％，Ｍｎ：０.８〜２.５％，Ｎｉ：０.５〜２.５％，Ｃ
ｒ：２.５〜６.５％，Ｍｏ：２.５〜８.５％，Ｗ：０.
３〜３.０％，Ｖ：０.５〜４.５％，Ｃｏ：５.５０〜１
２.０％と、Ｔｉ：１.０％以下，Ｎｂ：１.０％以下，
Ｚｒ：１.０％以下，Ａｌ：１.０％以下及びＣｕ：１.
０％以下の少なくとも一種と、残部Ｆｅ及び不可避的不
純物からなるロール材を焼入れする工程、該焼入れされ
たロール材をサブゼロ処理する工程、該サブゼロ処理さ
れたロール材を焼もどしする工程を有し、該焼もどし後
の外層材材に含む残留オーステナイト量を１５〜４０体
積％とすることを特徴とする。

【００１２】また、本発明の第４の圧延用焼入れロール
の製造方法は、重量％でＣ：０.７〜１.４％，Ｓｉ：
０.８〜２.５％，Ｍｎ：０.８〜２.５％，Ｎｉ：０.５
〜２.５％，Ｃｒ：２.５〜６.５％，Ｍｏ：２.５〜８.
５％，Ｗ：０.３〜３.０％，Ｖ：０.５〜４.５％，Ｃ
ｏ：５.５０〜１２.０％，残部Ｆｅ及び不可避的な不純
物からなる鋼塊を、またはその鋼塊の組成にさらにＴ
ｉ：１.０％以下，Ｎｂ：１.０％以下，Ｚｒ：１.０％
以下，Ａｌ：１.０％以下及びＣｕ：１.０％以下の少な
くとも一種を添加した別の鋼塊を１１００〜１２３０℃
で拡散焼鈍する焼鈍工程と、該拡散焼鈍された鋼塊を１
０５０〜１２００℃鍛造する鍛造工程と、該鍛造された
鋼塊を所定形状のロール材に加工する機械加工工程と、
該ロール材を１０００〜１３００℃から焼入れする焼入
れ工程と、該焼入れされたロール材を０〜−１９６℃に
急冷してサブゼロ処理を行うサブゼロ処理工程と、該サ
ブゼロ処理されたロール材を１００〜６５０℃で焼戻し
する焼もどし工程とを有し、焼もどし後のロール材に含
む残留オーステナイト量を１５〜４０体積％とすること
を特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明の方法により製造される圧延用焼入れロ
ールは、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ及びＶを含む
従来の特殊用途鋼に、Ｍｎを増しそれと共にＮｉを複合
添加させた合金鋼から構成され、又はこの合金鋼にさら
にＡｌ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｔｉ及びＺｒの少なくとも１種を
添加した別の合金により構成されている。このように上
記合金元素を添加することにより、合金鋼を高硬度と
し、耐摩耗性、耐事故性（靭性）、耐食性を向上させ
た。しかも、焼入れ後のサブゼロ処理及び焼もどしによ
る残留オーステナイト量が１５〜４０％残留しても、硬
さがＨｓ８０以上が得られる。また、焼入の際に発生す
る表面の割れ及び表面の溶融による割れの問題もなく、
高硬度と耐摩耗性、耐事故性（靭性）、耐食性に優れた
太径ロールの製造が容易になった。

【００１４】これらは冷間圧延機に組み入れられ長時間
使用される作業ロール、熱間圧延機の補強ロール用の合
金材料として極めて好ましい作用と効果を持っている。
次に、低合金高速度工具鋼の各成分範囲の限定理由につ
いて説明する。

【００１５】Ｃは焼入状態で一部基地に溶解し、合金鋼
の強度、硬度を向上させる。Ｃ量が少ないと二次硬化が
少なく、またＣ量が高すぎると溶融点が下がり、焼入温
度を下げないと共晶組織を生じて脆くなる。今回の詳し
い検討からＣ量が０.７％未満では炭化物を作るための
Ｃ量が少なく、１.４％を超えると靭性が劣化するの
で、最適範囲としては０.７〜１.４％である。

【００１６】Ｓｉは製鋼精錬において普通元素として分
類され、鋼中にある程度不可避的に含まれている成分で
ある。通常は脱酸の目的で添加される程度であり、含有
量も０.４％以下となっている。低合金高速度工具鋼に
Ｓｉを添加することは焼もどし二次硬化現象を促進さ
せ、高硬度と耐摩耗性、靭性、耐酸化性を向上させる。
０．８％未満では二次硬化現象による硬さの増加が少な
く、２．５％を超えると靭性が損なわれる。従って、含
有量としては０.８〜２.５％が望ましい。

【００１７】Ｍｎは製鋼上必ず含んでいる元素で、通常
添加される量は０.４％以下である。今回の実験におい
てＭｎ量を０.８〜２.５％とした。その根拠としてＭｎ
は焼入性に寄与する元素であり、０.８％未満では効果
が少なく、２.５％を超えると残留オーステナイトが安
定化し、硬さを上げることが困難となり、また鋼塊に割
れが生じやすくなることを考慮して、０.８〜２.５％と
する。Ｎｉとの共存で更に効果を増す。

【００１８】Ｎｉはオーステナイト及びフェライトにも
固溶して基地組織を強化する。また、基地組織を微細に
する。Ｃｒ及びＭｏと共存して焼入性を増し、基地の強
化と靭性、耐摩耗性を向上させる効果がある。０.５未
満ではその効果性が発揮されず、２.５％を超えるとオ
ーステナイトが残留して硬さが得られない。Ｍｎとの複
合添加で効果を上げる。特に０．５〜２．０％が好まし
い。

【００１９】ＣｒはＣと結合して炭化物を晶出し、硬
度、耐摩耗性、焼入性、耐食性の向上に寄与する元素で
ある。Ｃｒ含有量が２．５％未満では耐摩耗性が不足
し、６．５％を超えると靭性が低下する。従って２.５
〜６.５％とする。

【００２０】Ｍｏはその一部がＣと結合してＭ₆Ｃ炭化
物を形成し、残部は基地に固溶して、二次硬化現象で硬
さを増加させる元素である。また、耐食性の向上にも寄
与する。少ないと熱処理の安定性を欠き、多いとＭｏの
炭化物が網目状となり好ましくない。２.５〜８.５％十
分な働きをする。

【００２１】ＷはＭｏと同様に一部Ｃと結合してＭ₆Ｃ
炭化物を形成し、残部は基地に固溶して二次硬化現象に
より硬さを増加させる。その含有量は０.３〜３.０％が
適当であり、多くても少なくても特性が発揮されない。

【００２２】ＶはＣと結合して極めて硬いＭＣ型炭化物
を作り、耐摩耗性を上げる。また、研削性を困難にする
元素でもあり、Ｖ炭化物は高温で固溶しにくく、結晶粒
の成長を妨げる。一方、ＶはＣとの結びつきが強いので
焼入時に固溶し、析出炭化物を析出させる。最適の焼入
れ焼もどし硬さを得るにはＣとＶの量的関係が必要であ
る。今回の実験から０.５〜４.５％で十分であり、０.
５％未満では特性が発揮されず、４.５％を超えると溶
解作業性及び研削性の点で問題を生ずる。

【００２３】Ｎｂは一部Ｃと結合してＮｂＣ炭化物を形
成する。ＮｂＣは硬い炭化物を生成して耐摩耗性を増す
と同時に、Ｖの共存によってＶ炭化物の形態を多角形上
から球状となり、靭性及び耐粒界腐食性を向上させる。
１.０％を超えるとＮｂ炭化物が共晶状となり、靭性が
低下する。従ってＮｂは１．０％以下とした。

【００２４】Ｔｉは一部Ｃと結合してＴｉＣを形成し、
Ｖ及びＣｒと併用して用いると耐摩耗性と耐粒界腐食性
を向上させる。１％を超えるとスクラッチ疵が発生する
ので、１％以下で十分な働きをするＺｒは炭化物及びフ
ェライト生成元素であり、強力な清浄作用や結晶粒の微
細化効果をもたらす。また、安定なＺｒＣ炭化物を形成
する。１％を超えると単独添加では炭化物が角状とな
り、靭性を劣化させる。従って、Ｚｒは１．０％とし
た。

【００２５】Ａｌは脱酸剤として用いられる元素で、結
晶粒の微細化元素及び耐酸化性に寄与する。１％以下で
十分な働きをする。１％を超えると鋼の鋳造性を悪くす
る。

【００２６】Ｃｕは組織の微細化に寄与する元素であ
り、また、耐酸化性を向上する。１％以下が好ましく、
１％を超えると鋳造の際に割れ発生の原因となる。

【００２７】Ｃｏは炭化物を形成せずほとんど基地中に
固溶する。ＣｏはＣのＦｅへの固溶度を高め、炭化物が
基地中に固溶する量を増大するので焼もどし硬さ、高温
硬さ及び基地の強度を増す。また、脱炭性を増し溶融点
を上げ、残留オーステナイト量を増す傾向がある。その
量は１２．０％以下で十分である。

【００２８】その他、不可避的に含有される不純物の
Ｐ，Ｓ，Ｎについて説明する。

【００２９】Ｐは微量でも偏析する元素であり、焼割れ
の原因となる。脆性を著しく増加するので普通は０．１
％以下であれば特に問題はない。

【００３０】ＳはＰと同様に有害な元素であるが、Ｍｎ
Ｓ，ＴｉＳなどなるべく害の少ない形にするため、０.
１％以下であればよい。

【００３１】次に、サブゼロ処理後焼もどしによる残留
オーステナイトが１５％を超え４０％の範囲にするため
には、１００〜６５０℃の焼もどしにより、残留オース
テナイトを分解するとともに基地中に炭化物を析出させ
て硬度と耐摩耗性を向上させる。耐事故性（靭性）の点
からは残留オーステナイト量を１５〜４０％の範囲で残
留させることにより、靭性が向上してクラック発生後に
クラックの進展を防止する。

【００３２】また、熱間圧延機用の補強ロールは鋼材を
冷却するために、圧延冷却水を多量に使用することか
ら、残留オーステナイト量は１５％以上で４０％以下の
範囲で残留させることにより、耐食性を著しく向上させ
ることができる。

【００３３】サブゼロ処理は、材料を焼入れして室温ま
で下げた後、室温以下の冷媒中に入れて行う処理で、０
〜マイナス１９６℃で行われ、マイナス５０〜マイナス
７０℃が好ましい。

【００３４】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。

【００３５】〈実施例１〉本発明にかかる圧延用焼入れロールは、従来からロール
材として用いらるＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ及び
Ｖを含む特殊工具鋼よりＭｎの含有量を高くすると共に
Ｎｉを複合添加した合金鋼により、またはこの合金鋼に
の組成にさらにＡｌ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ及びＣｏ
のうちの少なくとも１種とを含む別の合金鋼により構成
され、そしてサブゼロ処理後焼もどしによる残留オース
テナイト量を１５〜４０％有するものである。従って、
この圧延用焼入れロールは、高硬度であり、耐摩耗性、
耐事故性（靭性）、耐食性、焼入性に優れている。

【００３６】表１に本発明の圧延用焼入れロールを構成
する各種の合金鋼（以後本発明材という）の化学組成
を、それと比較する比較材及び従来材の化学組成と共に
示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１において、本発明材はＮｏ．１〜１０
の符号で示し、比較材はＮｏ．１１，１２，１３の符号
で、従来材はＮｏ．１４の符号で示す。従来材Ｎｏ．１
４は従来からこの種ロールに用いられていた特殊用途鋼
であり、本発明材に比較してＳｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｍｏ，
Ｗ及びＶの含有量が低い。比較材について、Ｎｏ．１１
は本発明材よりＣとＭｏの含有量が低いが、Ｍｎ，Ｎｉ
の含有量は高く、Ｗ及びＶは添加されていない。Ｎｏ．
１２はＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏは本発明材の
成分範囲にあり、その他Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒが添加さ
れているが、本発明材の成分範囲を超えていおり、Ｗは
添加されていない。また、Ｎｏ．１３は本発明材よりＣ
とＮｉの含有量が高く、Ｓｉ，Ｗの含有量が低く、Ｃｕ
及びＡｌがそれぞれ２％、２.５％含有している。

【００３９】本発明材、比較材及び従来材それぞれの残
留オーステナイト量の測定、熱処理硬さ、摩耗試験及び
曲げ試験を行なうために、試料を作製した。各試料は、
それぞれ所定の化学組成になるように原材料を高周波溶
解炉で溶解し、金型に鋳込んで鋼塊として作製した。鋳
込後の鋼塊は８８０℃で１０Ｈｒ保持し、それから温度
を下げて７５０℃で１５Ｈｒ保持した後、炉冷による焼
鈍しを行なった。

【００４０】表２の第１欄は残留オーステナイト量の測
定結果を示す。残留オーステナイトの測定には、鋼塊か
ら作製した直径５mmで長さ７５mmの棒状の試験片を用
い、磁気分析法により測定した。残留オーステナイトの
測定のあたり、本発明材Ｎｏ．１〜１０は１０００〜１
１００℃から焼入を行ない、直ちに液体窒素で冷却した
マイナス７０℃のアルコール中でサブゼロ処理を施し、
その後、４８０〜５００℃で焼もどしを行なった。また
比較材Ｎｏ．１１〜１３は１１００℃から焼入後、同様
にサブゼロ処理を施し、それから５００℃で焼もどしを
行なった。また従来材１４も１１２５℃から焼入れ後、
同様にサブゼロ処理を施し、５００℃の焼もどしを行な
った。

【００４１】

【表２】

【００４２】本発明材のＮｏ．１〜１０の残留オーステ
ナイト量は、焼入時で４５〜８９％の範囲にあり、サブ
ゼロ処理及び焼もどしによって２０〜４０％に減少し
た。また比較材の試料Ｎｏ．１１，１２，１３の残留オ
ーステナイト量は、焼入時でそれぞれ９５，５０，８０
％を示し、また焼もどしによりそれぞれ５０，１０，４
５に減少し、その結果本発明材の範囲（１５〜４０％）
から外れている。従来材の試料Ｎｏ．１４残留オーステ
ナイト量は焼入時で４５％であり、焼もどしを行なうと
により５％と低い値となった。

【００４３】表２第２欄は熱処理硬さを示す。熱処理硬
さは１５ｍｍ角の試験片を用いてロックウェル硬度計で
測定した。表２では測定した硬度ＨRＣをＨｓに換算し
た値を示す。熱処理については、上記と同じく、本発明
材Ｎｏ．１〜１０は１０００〜１１００℃から焼入れ、
サブゼロ処理及び５００℃の焼もどしを、比較材Ｎｏ．
１１〜１３は１１００℃から焼入れ、サブゼロ処理及び
５００℃での焼もどしを、また比較材Ｎｏ．１４は１１
２５℃から焼入れ、サブゼロ処理及び５００℃での焼も
どしを施した。

【００４４】熱処理硬さは従来材Ｎｏ．１４がＨｓ７８
であり、比較材Ｎｏ．１１，１２，１３はＨｓ７８〜７
９であるが、本発明材１〜１０はＨｓ８８〜９７の高硬
度が得られた。

【００４５】表２の第３欄は研摩式摩耗試験による摩耗
減量を示す。この試験方法は回転数６００ｒｐｍで回転
する直径２０cmのターンテーブルにエメリーペーパを張
り、その上に、直径１.８cmの試験片を荷重800gで押し
つけ、２分２０秒間摩耗させる試験法を用いた。試験前
後の重量差をもって摩耗量とし、各試験材の耐摩耗性の
比較を行なった試験の結果は、従来材Ｎｏ．１４の摩耗
減量が４５mgと最も多く、比較材Ｎｏ．１１，１２，１
３は４０〜４４mgであった。一方本発明材Ｎｏ．１〜１
０は３０〜３８mgと摩耗減量が少なく、従来材に比較し
て１．２〜１．５倍耐摩耗性に優れていることが明かと
なった。

【００４６】表２の第４欄は靭性評価のための静的曲げ
試験の結果を示す。支点間距離４０ｍｍ、中央一点荷重
曲げ治具を用いて試験を行った。目標となる従来材Ｎ
ｏ．１４の坑折力は３００Ｋｇ／ｍｍ²で、撓み量１.２
ｍｍである。本発明材Ｎｏ．１〜１０は高硬度であるに
もかかわらず坑折力は３５０〜３７５Ｋｇ／ｍｍ²で、
撓み量１.３〜１.４５ｍｍと高い値を示した。

【００４７】〈実施例２〉表１に示す本発明材Ｎｏ．３の合金鋼を用いて多段式圧
延機の作業ロールを作成した。図１は、その作業ロール
を組み込んだ多段式圧延機のロール構成を示す図であ
る。この多段式圧延機において、２本の作業ロール１は
圧延材５を挾むように上下に配置され、そしてそれぞれ
の作業ロール１はそれと直接接する２本の第一中間ロー
ル２によりバックアップされ、その２本の第一中間ロー
ル２は３本の第二中間ロール３により、さらに３本の第
二中間ロールは４本のバックアツプベアリングロール４
によりバックアップされている。そして上記の作業ロー
ル１、中間ロール３，４及びバックアツプベアリングロ
ール４は、ロールハウジング６により支持されている。

【００４８】作業ロールの作製方法はつぎのとおりであ
る。まず本発明材Ｎｏ．３の合金鋼の原材料を高周波溶
解炉で溶解し、鋼塊を製造した。その鋼塊を、８８０℃
で５Ｈｒ保持し、それから温度を下げて７２５℃で１０
Ｈｒ保持した後、炉冷する二段焼なましを行った。次い
で１１５０℃で拡散焼鈍し、１０５０〜１１５０℃でプ
レス、タップ鍛造、拘束鍛造により鍛造した。鍛造した
素材は直径８５ｍｍ、長さ１２００ｍｍに機械加工し
て、作業ロールの形状に仕上げた。機械加工されたロー
ル材は、磁気探傷及び染色探傷試験により検査を行った
結果、無欠陥であった。このロール材を無酸化炉を用い
て１０５０℃から空冷し、直ちにマイナス７０℃のサブ
ゼロ処理し、その後５００℃で焼もどしした。その結
果、ロール材の金属組織はマルテンサイト組織、ＭＣ，
Ｍ₆Ｃ，Ｍ₇Ｃ₃および残留オーステナイトを有し、ロー
ル表面の硬さはＨｓ９１（ＨＲＣ６５）の高硬度が得ら
れた。

【００４９】この作業ロールを多段式圧延機に組入れて
使用した結果、従来材Ｎｏ．１４からなる作業ロールに
比較して、本発明材Ｎｏ．３からなる作業ロールは非常
に良好な成績を示し、ロール寿命を大巾に延長すること
ができた。本発明材は多段式圧延機の作業ロールの他
に、中間ロールとしても好敵な材質であることが明白で
ある。

【００５０】〈実施例３〉表１に示す本発明材Ｎｏ．３の合金を用いて４重式圧延
機用で直径４５０ｍｍの作業ロールを作製した。図２は
４重式圧延機のロール構成図を示す。圧延材７を直接圧
延する上、下一対の作業ロール８，９は補強ロール１
０，１１で支持されている。１２，１２′は圧延荷重、
１３，１３′はロールベンデング力を示している。

【００５１】図３は作業ロールの作製方法を示す図で、
作業ロールはエレクトロスラグ再溶解装置を用いて作製
した。図３に示すように、作業ロールとなる鋼塊は回転
定盤２０の上に立てられた直径２００ｍｍの鋼製の芯材
１５（軸受鋼）の外周に本発明材Ｎｏ．３からなる外層
１４を溶製して製作される。ここで外層１４の外形を形
成するために環状の水冷鋳型１９が用いられ、この環状
の水冷鋳型１９と芯材１５の間に溶融される電極パイプ
１６が挿入されている。外層１４を溶製するための電力
は、電極パイプ１６、外層１４の上部に形成される溶融
スラグ１７、外層１４、定盤２０及びその定盤２０に接
触するカーボンブラシ２１を介して供給される。なお、
スタート盤１８は外層１４の端部を形成するために用い
られる。

【００５２】溶製した鋼塊の溶着性について調べるた
め、超音波探傷試験により接合境界部の健全性について
チエックした。その結果、外層部は芯材と完全に溶着一
体化されていることが確認された。また、溶製後の鋼塊
を横断面から切断してマクロ組織による外観を観察し
た。マクロ組織は接合部にミクロキャビテイ等の内部欠
陥は発生していなかった。従って、高速圧延、高圧下、
高荷重圧延を行っても接合境界部からの剥離現象は生じ
ていなことが明白となった。

【００５３】溶解後の鋼塊は１１７５℃で１５Ｈｒ時間
拡散焼鈍を行った。拡散焼鈍した鋼塊を作業ロールの形
状に機械加工した後、そのロール部材を１０５０℃から
漸進焼入を行い、サブゼロ処理を行い、さらに焼もどし
を順次行った。焼もどしは、５００℃で１Ｈｒ保持した
後、空冷する工程を３回繰返した。このようにして得た
作業ロールの外層部における残留オーステナイト量は３
５％であった。

【００５４】本発明材からなるロールは、適度の残留オ
ーステナイト量を有するために、従来ロールに比べて熱
処理時に発生する割れもなく、しかもロール表面の硬さ
はＨｓ９１（ＨＲＣ６５）を示し、４重式圧延機の作業
ロールとして優れた材質であることが明かとなった。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、圧延用焼入れロール
を、従来のＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ及びＶを含
む特殊用途鋼に、Ｍｎを増しそのＭｎと共にＮｉを複合
添加させた合金鋼から構成して、又はこの合金鋼にさら
にＡｌ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｔｉ及びＺｒの少なくとも１種を
添加した別の合金により構成して、焼入後焼もどしによ
る残留オーステナイト量を１５〜４０％含ませるものと
したので、従来の特殊用途鋼からなる圧延用焼入れロー
ルに比較して、高硬度であり、耐摩耗性が１．２〜１.
５倍向上させることができ、また、耐事故性（靭性）、
耐食性、焼入性を向上させることができる。そして、本
発明の圧延用焼入れロールは、多段式圧延機のロールの
他に４重式及び６重式圧延機の作業ロール、中間ロー
ル、補強ロール等に用いた場合にそれらロールの寿命を
大巾に延長することができ、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】多段式圧延機のロール構成を示す概略断面図で
ある。

【図２】４重式圧延機のロール構成を示す概略断面図で
ある。

【図３】エレクトロスラグ再溶解装置を示す概略断面図
である。

【符号の説明】

１作業ロール２第一中間ロール３第二中間ロール４バックアップベアリングロール５圧延材６ハウジング７圧延材８，９作業ロール１０，１１補強ロール１２，１２′ 圧延荷重１３，１３′ ロールベンデイング力１４外層１５芯材１６電極パイプ１７溶融スラグ１８スタート盤１９水冷鋳型２０回転定盤２１カーボンブラシ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内田哲郎茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者下タ村修茨城県勝田市堀口832番地の２株式会社日立製作所勝田工場内 (56)参考文献特開平３−122251（ＪＰ，Ａ) 特開平２−153045（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でＣ：０.７〜１.４％，Ｓｉ：
０.８〜２.５％，Ｍｎ：０.８〜２.５％，Ｎｉ：０.５
〜２.５％，Ｃｒ：２.５〜６.５％，Ｍｏ：２.５〜８.
５％，Ｗ：０.３〜３.０％，Ｖ：０.５〜４.５％，Ｃ
ｏ：５.５０〜１２.０％，残部Ｆｅ及び不可避的不純物
からなるロール材を焼入れする工程、該焼入れされたロ
ール材をサブゼロ処理する工程、該サブゼロ処理された
ロール材を焼もどしする工程を有し、該焼もどし後のロ
ール材に含む残留オーステナイト量を２０〜４０体積％
とすることを特徴とする圧延用焼入ロールの製造方法。
【請求項２】重量％でＣ：０.７〜１.４％，Ｓｉ：
０.８〜２.５％，Ｍｎ：０.８〜２.５％，Ｎｉ：０.５
〜２.５％，Ｃｒ：２.５〜６.５％，Ｍｏ：２.５〜８.
５％，Ｗ：０.３〜３.０％，Ｖ：０.５〜４.５％，Ｃ
ｏ：５.５０〜１２.０％と、Ｔｉ：１.０％以下，Ｎ
ｂ：１.０％以下，Ｚｒ：１.０％以下，Ａｌ：１.０％
以下及びＣｕ：１.０％以下の少なくとも一種と、残部
Ｆｅ及び不可避的不純物からなるロール材を焼入れする
工程、該焼入れされたロール材をサブゼロ処理する工
程、該サブゼロ処理されたロール材を焼もどしする工程
を有し、該焼もどし後のロール材に含む残留オーステナ
イト量を２０〜４０体積％とすることを特徴とする圧延
用焼入ロールの製造方法。
【請求項３】鋼製芯材と、該芯材の外周に溶着した外
層材とからなる圧延用焼入ロールの製造方法において、
外層材は重量％でＣ：０.７〜１.４％，Ｓｉ：０.８〜
２.５％，Ｍｎ：０.８〜２.５％，Ｎｉ：０.５〜２.５
％，Ｃｒ：２.５〜６.５％，Ｍｏ：２.５〜８.５％，
Ｗ：０.３〜３.０％，Ｖ：０.５〜４.５％Ｃｏ：５.５
０〜１２.０％と、Ｔｉ：１.０％以下，Ｎｂ：１.０％
以下，Ｚｒ：１.０％以下，Ａｌ：１.０％以下及びＣ
ｕ：１.０％以下の少なくとも一種と、残部Ｆｅ及び不
可避的不純物からなるロール材を焼入れする工程、該焼
入れされたロール材をサブゼロ処理する工程、該サブゼ
ロ処理されたロール材を焼もどしする工程を有し、該焼
もどし後の外層材材に含む残留オーステナイト量を２０
〜４０体積％とすることを特徴とする圧延用焼入ロール
の製造方法。
【請求項４】重量％でＣ：０.７〜１.４％，Ｓｉ：
０.８〜２.５％，Ｍｎ：０.８〜２.５％，Ｎｉ：０.５
〜２.５％，Ｃｒ：２.５〜６.５％，Ｍｏ：２.５〜８.
５％，Ｗ：０.３〜３.０％，Ｖ：０.５〜４.５％，Ｃ
ｏ：５.５０〜１２.０％，残部Ｆｅ及び不可避的な不純
物からなる鋼塊を、または重量％でＣ：０.７〜１.４
％，Ｓｉ：０.８〜２.５％，Ｍｎ：０.８〜２.５％，Ｎ
ｉ：０.５〜２.５％，Ｃｒ：２.５〜６.５％，Ｍｏ：
２.５〜８.５％，Ｗ：０.３〜３.０％，Ｖ：０.５〜４.
５％，Ｃｏ：５.５０〜１２.０％，と，Ｔｉ：１.０％
以下，Ｎｂ：１.０％以下，Ｚｒ：１.０％以下，Ａｌ：
１.０％以下及びＣｕ：１.０％以下の少なくとも一種
と、残部Ｆｅ及び不可避的な不純物からなる鋼塊を１１
００〜１２３０℃で拡散焼鈍する焼鈍工程と、該拡散焼
鈍された鋼塊を１０５０〜１２００℃鍛造する鍛造工程
と、該鍛造された鋼塊を所定形状のロール材に加工する
機械加工工程と、該ロール材を１０００〜１３００℃か
ら焼入れする焼入れ工程と、該焼入れされたロール材を
０〜−１９６℃に急冷してサブゼロ処理を行うサブゼロ
処理工程と、該サブゼロ処理されたロール材を１００〜
６５０℃で焼戻しする焼もどし工程とを有し、該焼もど
し後のロール材に含む残留オーステナイト量を２０〜４
０体積％とすることを特徴とする圧延用焼入ロールの製
造方法。