JP2833374B2

JP2833374B2 - 低硬度、長寿命転動疲労強度焼入れロール鋼

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Publication number: JP2833374B2
Application number: JP24676492A
Authority: JP
Inventors: 勲竹内; 安広神保
Original assignee: KANTO TOKUSHU SEIKO KK
Current assignee: KANTO TOKUSHU SEIKO KK
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1992-09-16
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: JPH0693373A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばゼンジマーミル
等の多段ミル用中間ロール材および６Hiミルの中間ロー
ル材として用いるのに好適な、低硬度、長寿命転動疲労
強度焼入れロール鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば６Hiミルの中間ロール
材としては、0.8 Ｃ−５Crといった５％Cr鋼 (本明細書
においては特にことわりがない限り「％」は「質量％」
を意味するものとする) やまた、ゼンジマーミル等の小
径多段ミル用中間ロール材としては、0.5 Ｃ−0.5 Si−
５Cr−１Mo−１Ｗといった熱間ダイス鋼等が使用されて
いた。

【０００３】ところで、製造コスト低減および品質向上
の観点から、ワークロールの凹み対策が従来より推進さ
れてきたが、その一つとして、鉄圧延用または非鉄圧延
用を問わずに中間ロールの硬度 (現状 HS 78〜80) を H
S 5 程度低減して、ワークロールの硬度 (現状 HS 88以
上) に比較して HS 13〜14以上低減することによりワー
クロールの凹みを大幅に抑制できることが知られてい
た。

【０００４】図３には、従来の0.5C−0.5Si −５Cr−１
Mo−１Ｗについて、中間ロールの硬度(HS)とワークロー
ルの飛び込み疵 (凹み) の発生率 (％) との関係をグラ
フで示す。同図から、中間ロールの硬度を HS 78〜80か
ら HS 72〜74に低減することにより、ワークロールの飛
び込み疵の発生率は45％程度から16％程度に激減するこ
とがわかる。また、図４には、中間ロール (IR) とワー
クロール (WR) との硬度差がワークロールの飛び込み疵
(凹み) の発生率に及ぼす影響をグラフで示すが、同図
から、中間ロールの硬度をワークロールの硬度よりも H
S 13〜14以上低減するとワークロールの凹み疵の発生が
大幅に抑制されることがわかる。このように、ワークロ
ールの凹み疵の抑制のみを考えるならば中間ロールの硬
度を従来よりも HS 5 程度低下させればよいことにな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、中間ロールの
硬度を単に低下すると、中間ロールの転動疲労寿命 (ロ
ール使用開始時から中間ロールの表面または表面直下に
微小なピット状の凹みが発生する時期までの期間をい
う) が極端に短縮されてしまうため、操業を度々中断し
て中間ロールを早期に組み替える必要が生じてしまう。
このため、ワークロールの凹み疵の抑制対策として中間
ロールの硬度を現状よりも低下させることは、現実には
不可能であった。

【０００６】ここに、本発明の目的は、ワークロールの
凹み対策として中間ロールの硬度を現状の HS 78〜80か
ら HS 73〜75に HS 5 程度低下して中間ロールとワーク
ロールとの硬度差を HS 14以上に拡大しても、転動疲労
寿命が従来の中間ロールと同等かそれ以上であって、例
えばゼンジマーミル等の小径多段ミル用中間ロール材ま
たは６Hiミルの中間ロール材として用いるのに好適な、
低硬度、長寿命転動疲労強度焼入れロール鋼を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような現
状に鑑み、転動疲労寿命を低下することなくワークロー
ルの耐凹み性を改善することができるロール材、例えば
中間ロール材を提供するためになされたものである。

【０００８】すなわち、本発明は、Ｃ：0.40〜1.00％、
Si：0.30〜3.00％、Mn：0.10〜2.00％、Ni：0.30〜3.00
％、Cr：2.5 〜7.5 ％、Mo：0.20〜3.0 ％、Ｖ：0.05〜
2.00％、Si＋Ni≧1.0 ％、必要に応じてＷ：0.20〜3.00
％、残部Feおよび不可避的不純物である合金よりなるこ
とを特徴とする低硬度、長寿命転動疲労強度焼入れロー
ル鋼である。本発明の重要な特徴は、Si含有量およびNi
含有量を最適な範囲に設定することにより、低硬度化と
転動疲労強度の長寿命化とをともに達成した点にある。

【０００９】

【作用】以下、本発明を作用効果とともに詳述する。ま
ず、本発明にかかるロール鋼の組成を限定する理由を順
に説明する。

【００１０】Ｃ：0.40〜1.00％Ｃは、鉄鋼材料においては諸性質に著しい影響を及ぼす
主要な元素の一つであり、本発明においても重要な元素
である。最終製品であるロールが目的とする耐摩耗性や
研削性等に応じて必要な炭化物量が定まるため、Ｃ量に
も自ずから適正な範囲が存在する。すなわち、Ｃ量が0.
40％より少ないと硬度が低くなり過ぎ、一方Ｃ量が1.00
％を越えると残留オーステナイト量が多くなり過ぎ、次
第に硬度が低下し必要な硬度が得られなくなるととも
に、耐クラック性および靱性も劣化してしまう。そこ
で、本発明ではＣ量は、0.40％以上1.00％以下と限定す
る。

【００１１】Si：0.30〜3.00％ Siは、通常は基地に固溶して焼戻し抵抗性を高める効果
を有する。一方、Siは脱酸剤でもあるために不可避的に
ある量が含有される。しかし、本発明では、これらの効
果にとどまらずさらに重要な効果を有する。すなわち、
Niと適量だけ複合添加されることにより、ロールの転動
疲労寿命を大幅に向上させることができる。かかる効果
を発揮させるためには0.30％以上の添加が必要である。
一方3.00％超添加するとロールが脆くなってしまう。そ
こで、本発明ではSi量は、0.30％以上3.00％以下と限定
する。好ましくは0.50〜2.00％である。

【００１２】Mn：0.10〜2.00％ Mnは、焼入れ性を改善するとともに基地に固溶し易い。
また、これまでに述べた元素とは異なり変態点を下げる
ため焼入れ温度を低下することが可能である。さらに、
Siと同様に脱酸元素であるため必ず含有される元素であ
り、通常は0.10％以上含有される。一方、2.00％を越え
て含有されると耐クラック性を悪化させる。そこで、本
発明ではMn量は、0.10％以上2.00％以下と限定する。

【００１３】Ni：0.30〜3.00％ Niは、鉄鋼材料の靱性向上に有効な元素であるとともに
焼入れ性も著しく向上させる元素である。炭化物は殆ど
作らないため残留オーステナイトを安定化させる。さら
に、本発明では、Siとの複合添加により転動疲労寿命を
大幅に向上させる。かかる効果を奏するためには、0.30
％以上の添加が必要である。一方、3.00％超添加すると
脆くなる。そこで、本発明ではSi量は、0.30％以上3.00
％以下と限定する。好ましくは0.80〜2.00である。

【００１４】Si＋Ni：1.0 ％以上 Si＋Niが1.0 ％未満であると、転動疲労寿命が低下し、
所望の性能が得られない。そこで、本発明では、Si＋Ni
量は、1.0 ％以上と限定する。

【００１５】Cr：2.5 〜7.5 ％ Crは、炭化物形成元素であり高温のオーステナイト状態
に加熱した時に基地に最も固溶し易い元素である。1000
℃以上の温度から焼入れを行って高温で焼戻しを行うと
２次硬化が顕著に現れ、耐凹み性や耐摩耗性の改善に大
きく寄与する。Cr量が2.5 ％未満ではかかる効果が少な
く、一方7.5 ％を越えると網目状炭化物が顕著になり靱
性が低下するとともに硬度も低下する。そこで、本発明
ではCr量は、2.5 ％以上7.5 ％以下と限定する。

【００１６】Mo：0.20〜3.0 ％ Moは、Crと同様に強力な炭化物形成元素であり、硬度、
耐凹み性さらには耐摩耗性に影響を与える元素である。
さらに、焼戻し抵抗性や析出硬化に対してもCr以上に強
い作用を示す元素である。Mo量が0.20％未満であると前
述の諸性質に対する効果が少なく、一方3.0 ％を越える
と熱的扱いが困難になるとともにミクロ組織的にも共晶
炭化物の傾向を強め靱性の劣化を生じる。そこで、本発
明ではMo量は、0.20％以上3.0 ％以下と限定する。

【００１７】Ｖ：0.05〜2.00％Ｖは、Ｃと結合して安定な炭化物を作る強力な炭化物形
成元素である。また、ＶはCrやMoよりも基地に固溶し難
く、Moと同様に耐摩耗性や研削性に強い影響を与える元
素である。このようにＶは強力な炭化物形成元素である
ため、Ｖ量はＣ量によって大きな制約を受けることにな
る。Ｖ量が2.00％を越えると基地中のＣ量が減少して目
的とする硬度が得られなくなる。一方、0.05％より少な
いと耐摩耗性に優れた炭化物が少なくなり、目的とする
諸性質に対する効果が著しく減少する。そこで、本発明
ではＶ量は、Ｃ量を勘案して、0.05％以上2.00％以下と
限定する。

【００１８】Ｗ：0.20〜3.00％Ｗは、炭化物形成元素であり、耐凹み性や耐摩耗性の改
善に有効である等Moと類似の効果を奏する元素であり、
通常Moの２倍量と等価である。したがって、本発明で
は、Ｗは必要に応じて添加される任意添加元素であり、
Moと置換して用いられる元素である。かかる効果を奏す
るためには、Ｗを添加する場合には0.20％以上添加する
ことが望ましいが、Ｗ量が3.00％超になると共晶炭化物
が大きく発達し靱性の劣化を来すおそれがある。そこ
で、本発明ではＷを添加する場合には、その含有量は0.
20％以上3.00％以下と限定することが望ましい。上記以
外の組成は、Feおよび不可避的不純物である。

【００１９】かかる組成を有する本発明にかかる低硬
度、長寿命転動疲労強度焼入れロール鋼からなるロー
ル、特に中間ロールは、ショアー硬さで５度以上低下さ
せても、転動疲労寿命が従来の中間ロールと同等かそれ
以上であって、例えばゼンジマーミル等の小径多段ミル
用中間ロール材および６Hiミルの中間ロール材として用
いるのに好適な、低硬度、長寿命転動疲労強度焼入れロ
ール鋼である。

【００２０】本発明にかかる低硬度、長寿命転動疲労強
度焼入れロール鋼を母材として低硬度、長寿命転動疲労
強度焼入れロールが製造されるが、その製造工程は従来
の焼入れロールと全く同じでよく、何ら限定を要さな
い。例えば、電気炉−炉外製錬装置−真空脱ガス・鋳造
装置を用いる通常工程、およびエレクトロスラグ溶解炉
を用いてインゴットを製造した後、プレスまたはハンマ
による鍛造、焼鈍、外径旋削を行った後、焼入れ、仕上
加工を行い、HS 72 〜74に調整されて製造される。

【００２１】このように、本発明にかかる低硬度、長寿
命転動疲労強度焼入れロール鋼は、SiおよびNiの複合添
加という新規な鋼組成の選定により、硬度を低下してワ
ークロールの耐凹み性を改善しても、転動疲労寿命とい
う中間ロールの場合には最も重要な特性を損なうことな
く、むしろ向上させることができる。さらに、本発明を
実施例を参照しながら詳述するが、これは本発明の例示
であり、これにより本発明が限定されるものではない。

【００２２】

【実施例】Si量およびNi量を種々変更させた、表１に示
す組成を有する鋼１ないし鋼13からなる試験片につい
て、試験片の側面 (転動面と90°交差する面) の硬度を
測定して硬度(HRC) を測定するとともに、微小スポーリ
ングを発生した場合に発する異常振動を、加速度計によ
り通常の転動時の振動からの変化をとらえることによ
り、感知し、装置を自動停止したときの総回転数を転動
疲労数 (Ｎ) として測定した。

【００２３】

【表１】

【００２４】Si＋Ni量 (％) と転動疲労数 (Ｎ) との関
係を図１に、表１の試料No.4または試料No.5について焼
入れ条件を変更させて硬度を HRC 52 から HRC 60 の範
囲で変化させた場合の、硬度(HRC) と転動疲労数 (Ｎ)
との関係を図２に、それぞれグラフで示す。なお、図２
の横軸にはショア硬さHSも併記する。

【００２５】図１から、Si＋Ni量が1.0 ％以上であると
転動疲労数が急激に増加することがわかる。また、図２
から、本発明によれば、転動疲労数が著しく増加してい
ることもわかる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ワークロールの凹み対策として中間ロールの硬度を現状
の HS 78〜80から HS 73〜75に低下して中間ロールとワ
ークロールとの硬度差を HS 14以上に拡大しても、転動
疲労寿命が従来の中間ロールと同等かそれ以上であっ
て、例えばゼンジマーミル等の小径多段ミル用中間ロー
ル材または６Hiミル用中間ロール材として用いるのに好
適な、低硬度、長寿命転動疲労強度焼入れロール鋼を提
供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる低硬度、長寿命転動疲労強度焼
入れロール鋼におけるSi＋Ni量と転動疲労数との関係を
示すグラフである。

【図２】本発明にかかる低硬度、長寿命転動疲労強度焼
入れロール鋼と従来の熱間ダイス鋼とについて、硬度と
転動疲労数との関係を示すグラフである。

【図３】中間ロールの硬度とワークロールの飛び込み疵
（凹み）の発生率との関係を示すグラフである。

【図４】中間ロール〜ワークロールの硬度差と、ワーク
ロールの飛び込み疵（凹み）の発生率との関係を示すグ
ラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 B21B 27/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：0.40〜1.00％、Si：0.30〜3.00％、Mn：0.10〜2.00
％、Ni：0.30〜3.00％、Cr：2.5 〜7.5 ％、Mo：0.20〜
3.0 ％、Ｖ：0.05〜2.00％、Si＋Ni≧1.0 ％、残部Feお
よび不可避的不純物である合金よりなることを特徴とす
る低硬度、長寿命転動疲労強度焼入れロール鋼。
【請求項２】前記合金は、質量％で、さらにＷ：0.20〜3.00％を含有することを特徴とする請求項１記載の低硬度、長
寿命転動疲労強度焼入れロール鋼。