JP2899176B2

JP2899176B2 - 研削性の優れた圧延用ワークロール材

Info

Publication number: JP2899176B2
Application number: JP20499092A
Authority: JP
Inventors: 達己木村; 正武石井; 虔一天野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1991-11-20
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JPH05195159A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧延用ワークロール材
に関し、特に、耐摩耗性や耐事故性のみならず、良好な
研削性をも兼ねそなえたワークロール材を提案するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋼の熱間圧延や冷間圧延について
は、高圧下, 高速連続圧延化、ステンレス鋼や珪素鋼の
ような難圧延材の増加、あるいは製品の薄物化などが進
み、ロールの使用条件は苛酷化の一途をたどっている。
このような斯界の実情に鑑み、従来は、耐摩耗性の優れ
た材料が賞用されてきた。例えば、耐摩耗性を向上した
冷間圧延用のワークロールについては、特公昭56−9323
号公報や特開昭54−159323号公報、特開昭57−47849 号
公報などに開示されているものがある。さらに、最近で
は、熱間圧延用ワークロールとして、高Ｃ−高Ｖ系の高
速度工具鋼を用いることが提案され（「材料とプロセ
ス」のVOL.4(1991)-442 同VOL.4(1991)-450 参照 )、そ
れぞれ優れた耐摩耗性を示すロールが得られたことが報
告されている。

【０００３】これらの既知技術は、いずれも耐摩耗性向
上を主目的としており、そのために硬質の炭化物形成元
素を添加することが基本理念となっている。しかし、こ
のような方法によれば、耐摩耗性の向上は期待できるも
のの、研削性の方は却って低下するという問題が生じ
る。すなわち、一般に圧延用ワークロールというのは、
要求される圧延製品の表面粗さに応じた所定の目標粗さ
に研削し、あるいはその研削を行なった後にショットブ
ラスト加工や放電加工、さらにレーザービーム加工など
の粗面化加工を行ってから使用に供されるので、上述し
た研削性の低下はワークロールにとって大きな障害とな
る。

【０００４】また、かかる研削作業は、所定のロール表
面粗さを付与する目的の他に、さらに、圧延で生じた転
位密度の高い表面硬化層を除去し、圧延中のロールの疲
労破壊を防止するという重要な目的をも合わせ持ってい
ることから、重要でかつ必要不可欠な作業である。この
研削作業は、主として、ロールショップにてAl₂O₃など
の砥粒を用いる砥石研削法が一般的である。

【０００５】ところで、ロール表面の耐摩耗性を向上さ
せるために、素材中に硬質の炭化物形成元素を添加した
ロールについては、研削を施しても所定の目標粗度にす
るのが困難であるとか、スクラッチ傷が多発することな
どのために、研削加工時間の増大あるいは砥石消費量の
増大を招き、いわゆるロールショップにおける作業効率
が著しく阻害されるという問題があった。なお、高Ｃ−
高Ｖ高速度工具鋼をワークロールに適用する場合、従来
の砥石では全く削ることができないという問題があっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、耐摩
耗性を付与した従来ワークロールが抱えている上述した
問題点を有利に解決し、耐摩耗性、耐事故性および研削
性がともに優れる圧延用ワークロール材を提供するとこ
ろにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】さて、上掲の目的につき
その実現に向けて鋭意研究した結果、次のような知見を
得て本発明を完成した。すなわち、発明者らはまず、圧
延用ワークロールの耐摩耗性の向上を目指し、硬質炭化
物（ＭＣ）を積極的に利用することを考えた。しかしな
がら、予想されたことではあるが、これら硬質炭化物を
形成する合金元素の多量添加は、耐摩耗性向上には有効
であったものの、研削性の極端な低下を招くことが判明
し、耐摩耗性と研削性の両方をともに向上させることは
できなかった。また、耐事故性（すなわち、圧延中に板
破断, スリップ等のトラブルによって受けるロール破損
のこと）を向上させるという観点からは、高い温度の焼
もどし処理が必要となるが、ＭＣ系の炭化物が増加する
にしたがって、通常の焼入温度では必要な焼もどし硬さ
が得られなかった。

【０００８】そこで、ワークロール材を取り巻くこのよ
うな背景の下で、耐事故性を向上させるための二次硬化
焼もどし処理を施すことを前提とし、さらに硬さおよび
耐摩耗性に加えて研削性をも、ともに向上させることが
できる条件について、特に、合金元素の影響を調査した
ところ、Ｃ, Cr, Mo, ＶおよびさらにCoを適正に添加す
れば、上述のいずれの特性をも改善できることを見い出
した。

【０００９】いわゆる本発明は、このような知見の下に
開発されたものであって、Ｃ：0.8 〜1.0 wt％、 Si：
0.5 〜1.0 wt％、Mn：0.1 〜1.0 wt％、 Ni：0.1 〜0.
5 wt％、Cr：4.5 〜10.0wt％、 Mo：6.0 〜12.0wt％、
およびＶ：1.5 wt％以下を含有し、残部がFeと不可避的
不純物からなる研削性の優れた圧延用ワークロール材
（第１発明）、

【００１０】そして、Ｃ：0.8 〜1.0 wt％、 Si：0.5
〜1.0 wt％、Mn：0.1 〜1.0 wt％、 Ni：0.1 〜0.5 wt
％、Cr：4.5 〜10.0wt％、 Mo：6.0 〜12.0wt％、Ｖ：
1.5 wt％以下、および Co： 2.0〜8.0 wt％を含有し、
残部がFeと不可避的不純物からなる研削性の優れた圧延
用ワークロール材（第２発明）である。

【００１１】

【作用】以下、本発明に想到するに至った実験結果につ
いて説明する。さて、この実験は、研削性の改善を目的
とした以下に述べるような方法で行なったものである。
この実験において、砥石には、表２に示すAl₂O₃砥粒の
ビトリファイド系の砥石を用い、この砥石にて所定量の
ロール材を表３に示す条件で研削した。そして、研削性
に関しての評価は、単位面積当たりの試験片（ロール
材）の重量減少量と砥石の重量減少量との比で示された
砥石消費率によって行なった。

【００１２】図１は、５％Cr系のロール材について、
Ｃ, MoおよびＶなどの合金元素量および焼もどし温度を
変化させた場合の, 硬さ（ＨＲＣ）と砥石消費率（％）
の関係を示すグラフである。この図に示す結果から明ら
かなように、砥石消費率はロール硬さに依存しない。そ
こで、図１中における硬さ（ＨＲＣ60〜65) を示すロー
ル材について、Ｖ添加量と砥石消費率の関係について、
さらに調査したところ、図２に示すようになった。この
図に示されているように、Ｖ量が増加するに従って砥石
消費率も増加し、特に 1.5％を超えると研削性は著しく
悪くなることが判る。

【００１３】次に、図３は、Ｖ添加量を１％とし、Mo添
加量を変化させた場合の砥石消費率とMo添加量との関係
を示すグラフである。この実験において、硬さは60〜65
ＨＲＣの範囲であった。Mo添加量が６％以上になると、
砥石消費率が減少し、優れた研削性を示している。

【００１４】そして、図４は、二次硬化焼もどし処理後
の硬さに及ぼすCoの影響を示すグラフである。この図４
に示すところから判るように、上記ロール材にさらにCo
を添加すると、二次硬化硬さが向上している。従って、
このCoの添加は、冷間圧延用ワークロールの耐摩耗性お
よび凹み疵に対して有利に作用する元素であることが判
る。

【００１５】上述した実験結果が示唆するところを考慮
し、上記目的を果たし得るワークロール材の好適成分組
成の範囲について検討した結果、本発明ワークロール材
については、次のような成分組成にすることが必要であ
るとの結論に達した。以下にその成分組成限定の理由に
ついて説明する。

【００１６】Ｃ：0.8 〜1.0 wt％Ｃは、一部基地中に固溶し、鋼の焼入性を向上させるの
で、ある程度の硬化深度が必要なワークロール材では最
も有用な元素である。しかし、このＣが 0.8wt％に満た
ないと、焼入性が確保できず、また、二次硬化焼もどし
処理において満足いく硬さが保証できない。一方、この
Ｃが 1.0wt％を越えると、凝固過程で晶出する共晶炭化
物量を増加させ、鍛造性を低下させるばかりでなく、ロ
ール研削時にスクラッチ傷を生成し、表面品質も阻害す
る。従って、Ｃ含有量は0.8 〜1.0 wt％の範囲とした。

【００１７】Si：0.5 〜1.0 wt％ Siは、焼もどし軟化抵抗性を高め、耐熱衝撃性を向上さ
せる有用な元素である。しかし、このSiが 0.5wt％未満
では、その添加の効果が乏しく、一方、1.0 wt％を越え
ると、鋼の脆化を助長する。従って、Si含有量は 0.5〜
1.0 wt％の範囲とした。

【００１８】Mn：0.1 〜1.0 wt％ Mnは、焼入性の向上に有効に寄与するが、その含有量が
0.1wt％未満ではその添加効果に乏しく、一方、1.0 wt
％を越えると鋼の脆化を助長する。従って、Mnの含有量
は 0.1〜1.0 wt％の範囲とした。

【００１９】Ni：0.1 〜0.5 wt％ Niは、炭素との親和力を持たないため、高Ｃ鋼において
は固溶Ｃ量を減少させることなく焼入性を向上させる上
で極めて有用な元素である。特に、ロールのような深さ
方向にある程度の硬化深度を必要とする部材に対して、
Niの添加は有効である。しかし、このNiが 0.1wt％未満
では、その効果が小さく、逆に 0.5wt％を越えると、焼
入れ時の残留オーステナイト量を増加させると共に残留
オーステナイトが安定となり、二次硬化焼もどし処理を
施しても残存し、硬さを低くする。従って、Ni含有量は
0.1〜0.5 wt％の範囲とした。

【００２０】Cr：4.5 〜10.0wt％ Crは、この成分系のものでは主に焼入時に基地へ固溶し
て焼入性ならびに焼もどし軟化抵抗性を高める。また、
複合炭化物は組織中に一部残存して耐摩耗性を向上させ
る。しかし、このCrの含有量が、4.5 wt％未満ではこれ
らの効果が乏しく、一方、10.0wt％を越えると、共晶炭
化物を粗大化させ、製造時の割れを助長する。従って、
Cr含有量は 4.5〜10.0wt％の範囲で含有させることとし
た。

【００２１】Mo：6.0 〜12.0wt％ Moは、二次硬化焼もどし処理において基地を強化すると
共に、複合炭化物の主成分をなし、耐摩耗性を向上させ
ると同時に研削性を向上させるので、この発明において
最も重要かつ特徴的な元素である。このMo添加量が 6.0
wt％未満では、研削性向上に対して不十分である。一
方、このMoを12.0wt％を越えて添加してもそれに見合う
研削性ならびに耐摩耗性の向上が望めないので、経済性
を考慮して上限を12.0wt％とした。

【００２２】Ｖ：1.5 wt％以下Ｖは、本来Ｃと結合して硬いＶＣを形成し、耐摩耗性を
向上させる特徴をもつ反面、研削時の砥石の消費量を大
幅に悪化させ、研削作業性を低下させることから、研削
性の付与に対して最も有害な元素である。従って、この
Ｖは、少なくとも研削性向上の観点からは添加しないこ
とが望ましい。しかしながら、Ｃを 0.8〜1.0 wt％, Cr
を 4.5〜10.0wt％、さらにMoを6.0 〜12.0wt％の範囲内
で添加している場合には、このＶを 1.5wt％を上限とし
て添加しても、有害なＶＣの形成がなく、一方でこのＶ
は、Moを主とした複合炭化物中に含まれることとなり、
研削性を低下させることなく耐摩耗性を向上させる。よ
って、Ｖの範囲は1.5 wt％を上限として含有させる。

【００２３】Co：2.0 〜8.0 wt％ Coは、二次硬化硬さおよび耐摩耗性を向上させると同時
に、凹み疵の生成を阻止することに対して有利に作用す
る元素である。また、鍛造や熱処理における酸化スケー
ルの生成を防止する効果もあり、鍛造および熱処理作業
を容易にする。こうした効果を得るためには、少なくと
も 2.0wt％の添加が必要であるが、8.0wt％を超えて添
加しても、硬さおよび耐酸化性向上に対してそれに見合
う効果が望めないことから、 2.0〜8.0 wt％の範囲に限
定した。

【００２４】その他、不可避的に混入する不純物として
は、主にＰとＳがあるが、それぞれＰ：0.025 wt％以
下、Ｓ：0.010 wt％以下程度の含有量であれば許容でき
る。

【００２５】次に、本発明ワークロール材の好適製造条
件について説明する。まず、焼入加熱温度については10
50〜1150℃の範囲が好ましい。焼入加熱温度が1050℃に
満たないと、基地への炭化物の固溶量が不足し、焼もど
し後に充分な硬さが得られない。一方、1150℃を越えて
の加熱は、炭化物の基地への固溶量が逆に増加し、残留
オーステナイトが安定するので焼入後の硬さが確保でき
ない。また、このような高温からの焼入れは、焼入れ時
の変態応力と熱応力による割れの危険性も高まることか
ら、上記の温度域で行うのが好適である。

【００２６】なお、焼入れ時の冷却は冷間圧延用ワーク
ロールの場合には焼もどし後の硬さ確保の目的でスプレ
ー冷却あるいは水槽浸漬の強制冷却を必要とするが、硬
さの低い熱間圧延用ワークロールの場合には強制空気冷
却程度で十分である。焼もどし処理温度については二次
硬化を示す温度範囲、すなわち 500〜580 ℃で行うこと
とし、好ましくは２回ないしそれ以上繰り返して焼もど
しを行うことが望ましい。なお、鋼塊は鍛造前あるいは
鍛造中に鍛造加熱温度に対して 100℃前後高めた温度で
高温加熱拡散処理を10〜100 時間施すことが望ましく、
鍛伸成形比も２Ｓ以上とすることが望ましい。

【００２７】

【実施例】実施例１表１に示す種々の成分組成になる鋼塊を電気炉にて溶製
し、拡散焼なましを含む1100〜850 ℃の温度範囲で鍛造
後、焼ならし(900℃−４ｈ）、球状化焼なまし(850℃−
６ｈに引続き 760℃−３ｈの恒温変態処理）、ついで 9
50℃−４ｈ加熱・焼入れ〜 740℃−６ｈの焼もどしの調
質熱処理を施したのち、表１に併記した焼入れ、焼もど
し処理を施してワークロール材を得た。このような製造
工程を経て得られた製品（ワークロール）の研削性につ
いて、表２, 表３に示す条件で試験を行い、その結果を
表１に併せて示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】上記表１に示す結果から明らかなように、
本発明の第１発明に従う適合例（Ａ，Ｂ，Ｃ）は、いず
れも比較例（Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ）と比べて汎用の鍛鋼ロー
ル材と同等の研削性を有し、Cr, Moの増加による耐摩耗
性、二次硬化焼もどし処理の採用に伴う熱衝撃特性も良
好であることが確認された。

【００３２】また、図５は、本発明例および比較例の各
ワークロール材についての研削性試験後の表面粗さプロ
フィルを三次元的に示す図であり、この図から判るよう
に、本発明系Ａのワークロール材は研削後の表面粗さ
が、汎用の鍛鋼ロール材と同じ表面状態を示しており、
砥石の消費率といった研削効率の他に表面粗さの均一性
も保証できることを示している。なお、高Ｃ−高Ｖ材
（Ｆ）については、砥石消費率は高く、しかも表面はほ
とんど粗さが付与されておらず、研削性は非常に悪いこ
とが判る。

【００３３】実施例２表４に示す種々の成分組成になる鋼塊を電気炉にて溶製
し、拡散焼なましを含む1100〜850 ℃の温度範囲で鍛造
後、焼ならし(900℃×４ｈ）、球状化焼なまし(850℃×
６ｈに引続き 760℃×３ｈの恒温変態処理）、ついで 9
50℃×４ｈ加熱・焼入れ〜 740℃×６ｈの焼もどしの調
質熱処理を施したのち、表４に併記した焼入れ、焼もど
し処理を施してワークロール材を得た。このような製造
工程を経て得られた製品（ワークロール）の研削性につ
いて、表２, 表３に示す条件で試験を行い、その結果を
表４に併せて示す。

【００３４】

【表４】

【００３５】この表４に示す結果から明らかなように、
本発明の第２発明に従う適合例（Ａ，Ｂ，Ｃ）は、汎用
の鍛鋼ロール材（Ｄ）と比べて同等の研削性を有し、耐
摩耗性および熱衝撃特性も良好であることが確認され
た。なお、高Ｃ−高Ｖ高速度工具鋼（Ｅ）については、
砥石消費率が高く、研削性は非常に悪いことが判る。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、耐
摩耗性, 耐事故性に優れると共に、さらに研削性にも優
れた圧延用ワークロール材を得ることができる。なお、
本発明は、二次硬化焼もどしにより熱的に安定な組織を
有していることから、熱間圧延用ワークロールとしても
使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】硬さと砥石消費率との関係を示すグラフであ
る。

【図２】砥石消費率に及ぼすＶ添加量の影響を示すグラ
フである。

【図３】砥石消費率に及ぼすMo添加量の影響を示すグラ
フである。

【図４】二次硬化焼もどし処理後の硬さに及ぼすCo添加
量の影響を示すグラフである。

【図５】(a),(b) は、実施例と比較例の表面の三次元粗
さプロフィルを示す線図である。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−100153（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−219405（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−213641（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−153869（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 38/00 302 B21B 27/00 C22C 38/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.8 〜1.0 wt％、 Si：0.5 〜1.0 wt
％、Mn：0.1 〜1.0 wt％、 Ni：0.1 〜0.5 wt％、Cr：
4.5 〜10.0wt％、 Mo：6.0 〜12.0wt％、およびＶ：1.
5 wt％以下を含有し、残部がFeと不可避的不純物からな
る研削性の優れた圧延用ワークロール材。
【請求項２】Ｃ：0.8 〜1.0 wt％、 Si：0.5 〜1.0 wt
％、Mn：0.1 〜1.0 wt％、 Ni：0.1 〜0.5 wt％、Cr：
4.5 〜10.0wt％、 Mo：6.0 〜12.0wt％、Ｖ：1.5 wt％
以下およびCo：2.0 〜8.0 wt％を含有し、残部がFeと不
可避的不純物からなる研削性の優れた圧延用ワークロー
ル材。