JP2851967B2 - 圧延用ロール外層材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性と耐クラック
性を兼備した圧延用ロール外層材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、耐摩耗性が要求される熱間圧延用
ロールは、外層と内層からなる複合ロールとされ、外層
材をセメンタイト系の炭化物が晶出した高Ｃｒ鋳鉄、又
はＮｉ−グレン鋳鉄、内層材を靱性の良いねずみ鋳鉄、
又はダクタイル鋳鉄として、遠心力鋳造法によって製造
されている。

【０００３】然るに、圧延条件の苛酷化及び圧延におけ
る生産性向上の要求等から、より一層の耐摩耗性と耐ク
ラック性を備えた圧延用ロールの提供が要求されてい
る。

【０００４】このような状況から、例えば特開昭60-124
407 号、特開昭61-177355 号には、従来の遠心力鋳造ロ
ールの外層材として高Ｖ鋳鉄を用いることが提案されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、遠心力鋳
造ロールの外層材として高Ｖ鋳鉄を用いる圧延用ロール
では、比重の小さいＶ炭化物が遠心分離し、ロール外層
内の特性が肉厚方向で不均一になる。この傾向は大型ロ
ールで外層肉厚が大なるほど著しく、実用ロールとして
の使用に耐えることができないという問題点がある。

【０００６】尚、特開昭58-87249号、特開平1-96355 号
には、高速度鋼なみに高合金化した鋳鋼、鋳鉄を適用し
たロール材が提案されている。然しながら、特開昭58-8
7249号は焼嵌め又は組立ロールを対象としたものであ
り、圧延中に生ずる外層と軸材間の滑りが問題となる。
また、特開平1-96355 号公報は特殊な鋳かけ肉盛法等、
遠心力鋳造法以外の特殊な製造手法しか適用できず、生
産性、経済性の面で問題がある。

【０００７】即ち、圧延用ロールの製造に際し、ロール
外層にＶを多量に含有させることにより、耐摩耗性を著
しく向上させることは可能であるが、複合ロール製造時
に生産性、経済性が最も優れているとして一般に実施さ
れている遠心力鋳造法を採用した場合には、炭化物の遠
心分離を生じ所定の特性を均一に得られないという問題
点がある。

【０００８】本発明は、外層を形成する合金成分を適正
化し、炭化物組成を限定することにより、生産性、経済
性の優れた遠心力鋳造法を適用しても、偏析等の生じな
い耐摩耗性と耐クラック性の均一な圧延用ロール外層材
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の圧延用ロール外
層材は、Ｃ：1.5 〜 3.5％，Ｓｉ：1.5 ％以下，Ｍｎ：
1.2 ％以下，Ｃｒ：4.0 〜12.0％，Ｍｏ：2.0 〜8.0
％，Ｖ：3.0 〜10.0％，Ｎｂ：0.6 〜7.0 ％，Ｃｏ：1
0.0％以下を含有し、且つ下記(1) 式と(2) 式を満足
し、 Ｖ＋ 1.8Ｎｂ ≦ 7.5 Ｃ−6.0(％) …(1) 0.2 ≦ Ｎｂ／Ｖ ≦ 0.8 …(2) 残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなるようにしたもので
ある。

【００１０】

【作用】本発明における各合金元素の含有量の限定理由
及びＶ，Ｎｂ，Ｃ量の限定式について説明する。

【００１１】Ｃ：1.5 〜3.5 ％ Ｃはロール外層材の耐摩耗性を向上する硬い炭化物を形
成するための必須元素で1.5 ％以上必要であるが、3.5
％を越えると耐クラック性が著しく低下するため上限を
3.5 ％とする。

【００１２】Ｓｉ：1.5 ％以下 Ｓｉは脱酸剤及び鋳造性の確保に必要な元素で添加する
が、1.5 ％を越えると耐クラック性を低下するため上限
を1.5 ％とする。

【００１３】Ｍｎ：1.2 ％以下 Ｍｎも上記Ｓｉと同様必要であるが、1.2 ％を越えると
耐クラック性が低下するため好ましくなく上限を1.2 ％
とする。

【００１４】Ｃｒ：4.0 〜12.0％ Ｃｒは炭化物を形成し、耐摩耗性を向上するために必要
な元素で4.0 ％以上添加するが、12.0％を越えると本発
明が対象とするＶ，Ｎｂを添加した場合には耐摩耗性が
劣化するため上限を12.0％とする。

【００１５】Ｍｏ：2.0 〜8.0 ％ ＭｏはＣｒと同様に炭化物を形成して耐摩耗性の向上に
有効であるとともに、基地の焼入性、焼もどし軟化抵抗
を向上し、基地組織の強化に有効であるため2.0 ％以上
必要であるが、8.0 ％を越えると耐クラック性が低下す
るため、上限を8.0 ％をする。

【００１６】Ｃｏ：10.0％以下 Ｃｏは高温における組織を安定化させるために添加する
が、10.0％を越えるとその耐熱性向上効果が飽和するた
め経済性の点から上限を10.0％をする。

【００１７】Ｖ：3.0 〜10.0％、Ｎｂ：0.6 〜7.0 ％ Ｖ，Ｎｂは本発明における最も重要な必須元素であり、
これらの複合添加と含有量制限条件が本発明の最大の特
徴である。

【００１８】Ｖは耐摩耗性の向上に最も有効な硬いＭＣ
又はＭ₄ Ｃ₃ 炭化物を形成するための必須元素で、その
効果を発揮するためには3.0 ％以上必要であるが、10.0
％を越えると耐クラック性の低下、製造上の問題を生じ
るため上限を10.0％とする。

【００１９】ＮｂもＶ同様耐摩耗性に有効な硬いＭＣ炭
化物を形成するが、単独添加では粗大な塊状炭化物とな
りその効果が得られないだけでなく耐クラック性が問題
となる

【００２０】そこで、ＶとＮｂを複合添加した場合の母
材硬さに及ぼすＣ量との関係、及び遠心力鋳造したリン
グ材の炭化物分布に起因する外層、内層間の熱間摩耗
比、熱衝撃試験におけるクラックの最大深さとＮｂ，Ｖ
の含有量比Ｎｂ／Ｖとの関係を調べた結果をそれぞれ図
１及び図２に示す。

【００２１】図１から耐摩耗熱間圧延用ロールとして必
要な硬さＨs 75以上を得るためには Ｖ＋1.8 Ｎｂ≦7.5 Ｃ−6.0 （％） を満足する必要があることが明らかとなった。

【００２２】尚、図１の実験は、Ｓｉ：0.3 ％，Ｍｎ：
0.4 ％, Ｃｒ：6.0 ％，Ｍｏ：3.2％，Ｃｏ：4.1 ％を
含有し、Ｃ，Ｎｂ，Ｖを変化させた溶湯を鋳造した25mm
Ｙ／ブロックについて、1050℃焼入れ処理、550 ℃焼も
どし処理を施した試料を用いた。

【００２３】また、図２から遠心力鋳造法で製造した場
合にも均一な外層材を得ることができ、かつ耐クラック
性も損なわないためには 0.2 ≦Ｎｂ／Ｖ≦0.8 を満足する必要があることが明らかとなった。

【００２４】尚、図２において、「摩耗比（内層／外
層）」は、リング材の内層側から採取した試験片の摩耗
量（Ｉw ）と外層側から採取した試験片の摩耗量（Ｏw
）との比（Ｉw ／Ｏw ）であり、「熱衝撃クラック最
大深さ」は、熱衝撃試験で発生したクラックの最大深さ
である。

【００２５】また、図２の実験は、Ｃ：2.2 ％，Ｓｉ：
0.3 ％，Ｍｎ：0.4 ％，Ｃｒ：6.0％，Ｍｏ：3.2 ％，
Ｖ：5.1 ％，Ｃｏ：4.1 ％を含有し、Ｎｂ添加量を変化
させた溶湯を遠心力鋳造（140 Ｇ）して得た肉厚100mm
のリングサンプルについて、1050℃焼入れ処理、550 ℃
焼もどし処理を施した試料を用いた。

【００２６】そして、摩耗試験は、φ190 ×15の相手材
とφ50×10の試験材の２円盤のすべり摩耗方式で相手材
を800 ℃に加熱し、荷重100Kgfで圧接した状態で試験材
を800rpmで回転させ、すべり率3.9 ％として120 分後の
摩耗減量を測定して行なった。

【００２７】また、熱衝撃試験は、1200rpm で回転して
いるローラーに55×40×15の板状試験片を圧接する方式
で、荷重150kgf、接触時間15ｓの条件で行ない、試験片
に発生したクラック長さを測定した。

【００２８】

【実施例】表１に示す化学組成の溶湯（本発明材：Ｂ〜
Ｅ、比較材：Ａ、Ｆ〜Ｐ）を遠心力鋳造により鋳造し、
肉厚100mm のリングサンプルを試作し、ショアー硬さ、
熱間摩耗及び熱衝撃試験を行なった。

【００２９】

【表１】

【００３０】尚、摩耗試験は、リング材の内層側と外層
側からそれぞれφ50×10の試験片を採取し、前記条件と
同一の方法で行なった。

【００３１】また、熱衝撃試験は、リング材の外層側よ
り前記した板状試験片を採取し、同一の条件で行なっ
た。

【００３２】それら摩耗試験と熱衝撃試験の結果を表２
に示す。表２によれば、本発明材は従来のＮｉ−グレン
材（Ａ材）と比べ、硬さは同程度であるが、耐摩耗性、
耐クラック性ともに著しく向上していることが認められ
る。

【００３３】また、比較材Ｆ〜Ｐ材は本発明の限定をは
ずれているため、Ｆ材はＣ量が低いため硬さが不足して
いるとともに炭化物の偏析で外層の耐摩耗性が低下し、
Ｇ材については炭化物の偏析で外層の耐摩耗性が低下
し、Ｈ材については耐クラック性が低下し、Ｉ材につい
ては硬さが不足している。また、Ｊ材はＣ量が過多であ
るため耐クラック性が低下し、Ｋ材はＳｉ量が過多であ
るため耐クラック性が低下し、Ｌ材はＭｎ量が過多であ
るため耐クラック性が低下し、Ｍ材はＣｒ量が過多であ
るため耐摩耗性、耐クラック性が低下し、Ｎ材はＭｏ量
が過多であるため耐クラック性が低下し、Ｏ材はＶ量が
不足しているため耐摩耗性、耐クラック性が低下し、Ｐ
材はＶ量が過多であるため耐クラック性が低下してい
る。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、生産性、
経済性の優れた遠心力鋳造法を適用しても、偏析等の生
じない耐摩耗性と耐クラック性に優れた圧延用ロール外
層材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はＶとＮｂの複合添加量とＣ量とが母材硬
さに及ぼす影響を示す線図である。

【図２】図２は遠心力鋳造したリング材の炭化物分布に
起因する外層と内層間の熱間摩耗比と、熱衝撃試験にお
けるクラック最大深さに及ぼすＮｂとＶの含有量比Ｎｂ
／Ｖの影響を示す線図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：1.5 〜 3.5％，Ｓｉ：1.5 ％以下，
   Ｍｎ：1.2 ％以下，Ｃｒ：4.0 〜12.0％，Ｍｏ：2.0 〜
   8.0 ％，Ｖ：3.0 〜10.0％，Ｎｂ：0.6 〜7.0 ％，Ｃ
   ｏ：10.0％以下を含有し、且つ下記(1) 式と(2) 式を満
   足し、 Ｖ＋ 1.8Ｎｂ ≦ 7.5 Ｃ−6.0(％) …(1) 0.2 ≦ Ｎｂ／Ｖ ≦ 0.8 …(2) 残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなる圧延用ロール外層
   材。