JP2927143B2 - 熱間圧延用ロール材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐肌荒れ性および耐摩
耗性に優れた熱間圧延用ロール材に関する。

【０００２】

【従来の技術】特に近年に至り、熱間圧延製品の低コス
ト化および高級化指向に対応するため、単位ロール当た
りの圧延量の拡大、すなわち熱間圧延製品の製造時にお
ける圧延スケジュールの弾力化が可能な耐摩耗性に優れ
た圧延ロールの開発・実用化が推進されている。

【０００３】例えば、特開平３−56642 号公報には、
Ｃ:1.5〜2.5 ％、Ｖ:4.5〜8.0 ％を含有する高炭素高バ
ナジウム系耐摩耗材からなる熱間圧延用ロールの製造法
が提案されている。この高炭素高バナジウム系耐摩耗材
からなる熱間圧延用ロールは、圧延使用層に高硬度のＭ
Ｃ型炭化物を分散させたことに特徴を有し、従来のNi−
グレン鋳鉄材または高クロム鋳鉄材等を用いた耐摩耗鋳
鉄ロールに比較して、５〜15倍程度の極めて優れた耐摩
耗性を備えている。

【０００４】したがって、比較的に摩耗量の多い熱間仕
上圧延機の中・後段にこのロールを用いた場合には、単
位ロール当たりの圧延量を、従来の圧延ロールの５倍以
上に増加でき、それによって圧延スケジュールの大幅な
拡大を図ることが可能となり、直接的に圧延コストを低
減できるとともに、製鋼工程における製造ロットの集約
化等により鉄鋼材の製造コストを大幅に低減できる。

【０００５】しかしながら、その後の実際の圧延操業の
経験によれば、ロール表面に黒皮と称される酸化皮膜が
形成しやすく、それによってロール肌荒れが促進され、
その優れた耐摩耗性を十分に発揮できない場合があるこ
とが判明した。例えば熱間仕上圧延機の前段に、このロ
ールを用いた場合には、黒皮の剥離が起因の肌荒れ発生
により、その優れた特徴である耐摩耗性を充分に発揮で
きないままにロール組替えをせざるを得ず、所期の目的
である圧延スケジュールの大幅な拡大が図れないという
問題を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、従来の高クロ
ム鋳鉄材等による熱間圧延用ロールの表面に形成される
黒皮は、圧延使用中の被圧延材のスケールの移着あるい
は／およびロールの自己酸化によって生成し、ロール基
地の欠落ち・塑性流動等の損傷に伴って剥離することが
知られている。しかし、高炭素高バナジウム系耐摩耗ロ
ールにおける黒皮の形成および剥離のメカニズムについ
ては、いまだ明らかにされておらず、さらには、黒皮の
剥離による肌荒れの発生を軽減できる本質的な方策の提
言もなされていない。

【０００７】本発明は、飛躍的に優れた耐摩耗性を有す
る高炭素高バナジウム系ロールに発生する黒皮の剥離に
起因した肌荒れを解消し、熱間仕上げ圧延機の前段に用
いた場合にあっても圧延スケジュールの大幅な拡大を可
能とする熱間圧延用ロール材を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するためには、まず高炭素高バナジウム系耐摩耗材
による熱間圧延用ロールの黒皮の形成・剥離のメカニズ
ムを解明する必要があると考えた。

【０００９】そこで、本発明者は、熱間仕上圧延機の前
段に使用された高クロム鋳鉄ロールおよび高炭素高バナ
ジウム系耐摩耗ロールの黒皮性状を詳細に調査した結
果、両ロールの黒皮性状に大きな差異があることを見い
出した。表１は、調査を実施したロールの化学組成であ
り、表２に両ロールの圧延量、摩耗量および黒皮性状の
差異をまとめる。

【００１０】高炭素高バナジウム系耐摩耗ロールは、高
クロム鋳鉄ロール対比で約３倍の圧延量であるが、摩耗
量は約1/3 倍であるので約８倍強の耐摩耗性を有してい
るが、調査の対象としたのは、このような圧延に使用し
た結果、黒皮剥離に起因する肌荒れが発生し、圧延継続
不可と判定されたロールである。両ロールの黒皮性状を
調査した結果、次のような知見を得た。

【００１１】両ロールの黒皮表面組成を分析した結
果、両ロールの黒皮とも同じくロール成分を含有してい
るので、黒皮は被圧延材のスケールとロールの自己酸化
成分が混合、反応して形成したものと考えられる。 しかしながら、両ロールの表層部断面を観察した結
果、両ロールの性状に大きな差異があることが判明し
た。

【００１２】高クロム鋳鉄ロールの場合には、前記の混
合、反応物 (黒皮) のほゞ単一相がロール基地表面に形
成されており、かつ黒皮とロール基地との結合性が良
く、黒皮の剥離はロール基地の損傷によって発生する。
それに対して、高炭素高バナジウム系耐摩耗性ロールの
場合には、前記の混合、反応物 (黒皮) の他に、その直
下、すなわちロール基地表層にロールの自己酸化層が形
成しており、ロール基地の著しい損傷がない場合にも自
己酸化層と黒皮との界面で黒皮の剥離が発生する。

【００１３】すなわち、高炭素高バナジウム系耐摩耗
性ロールにおいては、耐摩耗性が飛躍的に大である一方
で自己酸化速度も大なために、圧延使用中に自己酸化層
が生成し、これがために黒皮とロール基地との結合力が
劣化し黒皮の剥離による肌荒れが発生する。

【００１４】したがって、ロールの自己酸化速度を摩耗
速度よりも小さく、具体的にはロールの自己酸化能を従
来の上記高炭素高バナジウム系耐摩耗性ロール材の1/2
以下、好ましくは1/3 以下に抑制すれば自己酸化層の形
成を解消し黒皮剥離による肌荒れ発生を著しく軽減でき
る。

【００１５】高炭素高バナジウム系耐摩耗材の組成に
ついて、自己酸化能という観点から各添加元素を評価す
ると、むしろＷが自己酸化しにくく、一方Moは容易に酸
化してしまう傾向がみられ、これらを考慮して鋼組成を
適正な範囲に限定すれば、ロールの自己酸化能を大幅に
抑制でき、黒皮の剥離が起因となる肌荒れを解消できる
ことを知り、本発明を完成した。

【００１６】ここに、本発明の要旨とするところは、重
量％で、 Ｃ：1.5 〜2.5 ％、 Si：1.2 ％未満、 Mn：1.2 ％以下、 Cr：1.5 〜6.0 ％、 Mo：2.0 ％以下、 Ｗ：1.0 ％超10.0％以下、 Ｖ：4.5 〜7.0 ％、 かつ、下記式(1) 〜(2) を満足し、 5.0 ≧Mo＋0.5W≧1.5 ・・・(1) Ｗ≧Mo ・・・(2) さらに所望により、Co：5.0 ％以下を含有し、 残部Feおよび不可避的不純物 より成る鋼組成を有する耐摩耗性および、黒皮剥離に対
する耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロール材である。

【００１７】

【作用】次に、本発明にかかるロール材の作用について
詳細に説明するが、上記のような成分系に限定した理由
をまず説明する。なお、本明細書において「％」は特に
ことわりがない限り、「重量％」である。

【００１８】(1) Ｃ: 1.5 〜2.5 ％、Ｖ: 4.5 〜7.0 ％ Ｃ含有量およびＶ含有量を、それぞれ1.5 〜2.5 ％、4.
5 〜7.0 ％としたのは、Ｃ含有量およびＶ含有量が、そ
れぞれ1.5 ％未満、4.5 ％未満では粒状で高硬度のＭＣ
型炭化物の生成量が不足し、圧延スケジュールを大幅に
拡大できる程度に向上することができないからである。

【００１９】一方、Ｃ含有量が2.5 ％超であると得られ
た鋳塊の凝固組織の均質性が劣化するからである。ま
た、Ｖ含有量を7.0 ％以下としたのは、7.0 ％超である
と鋳塊の凝固組織の均質性が劣化するとともに酸化能が
増大するためであり、好ましくは6.5 ％以下とするのが
よい。

【００２０】(2) Si：1.2 ％未満、Mn：1.2 ％以下Siは、脱酸調整、流動性改善、焼入性改善を目的に、通
常の鋼材と同様1.2 ％未満含有される。また、MnはSiと
同様の目的で、通常の鋼材と同様1.2 ％以下まで含有さ
れる。

【００２１】(3) Cr: 1.5 〜6.0 ％、Mo＋0.5W: 1.5 〜
5.0 ％ これらの元素(Cr 、Mo、Ｗ) は焼入性および焼戻し軟化
抵抗の増大に有効であり、耐摩耗性および耐熱性の付与
のために添加される。

【００２２】Cr含有量および (Mo＋0.5W) 含有量を、そ
れぞれ、1.5 ％以上および 1.5％以上としているのは、
実際のロールに行われる熱処理 (焼入れ、高温焼戻し)
でHS70 以上の高硬度を実現させるためであり、Ｗの効
果がMoの 0.5倍であるからである。

【００２３】さらに、耐摩耗性向上を目的にHS 75 以上
の硬さを得るためには (0.3 Cr＋Mo＋0.5W) 含有量を3.
1 ％以上にすることが好ましい。Cr含有量および (Mo＋
0.5W) 含有量を、それぞれ、6.0 ％以下および5.0 ％以
下としたのは、それぞれ6.0 ％超、5.0 ％超であると、
粗大共晶炭化物の晶出量が増大し耐熱衝撃性が劣化する
からである。特に、 (Mo＋0.5W) 含有量を4.0 ％以上と
する場合には、Cr含有量を 5.0％以下とすることが好ま
しい。

【００２４】 (4) Mo：2.0 ％以下、Ｗ：1.0 ％超10.0％以下、Mo≦Ｗ Mo含有量を2.0 ％以下、Ｗ含有量を1.0 ％超、かつMo含
有量をＷ含有量以下とすることにより、ロールの事故酸
化能を著しく抑制し、黒皮剥離の起因となる自己酸化層
の形成を解消でき、耐肌荒れ性が大幅に改善できる。こ
の場合、Mo含有量が2.0 ％超、かつＷ含有量よりも多い
場合には自己酸化能の改善は認められない。

【００２５】一般に、高炭素高バナジウム系耐摩耗材に
おいては、耐摩耗性および耐熱性の改善のために、Cr、
Mo、Ｗの添加がなされているが、前述の如くそれらの性
能に対するMoの寄与が著しく大であるので合金添加コス
トの観点から2.0 ％超添加されている。また、Mo含有量
あるいは (Mo＋0.5W) 含有量が比較的少ない場合には、
それらの性能に対する寄与の小さいCrを、比較的多量
に、例えば6.0 ％超添加しているのが通常である。

【００２６】本発明のMo含有量およびＷ含有量の組成範
囲は、上記従来の合金設計とは異なり、自己酸化能の著
しい抑制を図るという観点から最適範囲を設定したもの
である。

【００２７】さらに、Coは自己酸化能を抑制するので必
要に応じ5.0 ％以下で添加する。Co含有量を5.0 ％以下
としたのは、5.0 ％超では焼入性が悪くなり耐摩耗性お
よび耐凹み性が劣化するためである。さらに、HS 75 以
上の硬さを得るためには4.5％未満の添加が好ましい。

【００２８】上記記載組成以外に、所望により、Ｖと同
様のＭＣ型炭化物を形成するNbおよびTiや、焼入性の増
大に効果のあるNi等を通常添加される範囲内で添加して
もよい。

【００２９】なお、本発明にかかるロール材からのロー
ルの製造に当たっては、ESR 法および肉盛溶接法等の溶
製法により得られた鋳塊を、熱処理により硬度をHS 70
以上、好ましくはHS 75 以上に調整して耐摩耗性の維持
が可能になるようにする必要がある。次に、実施例によ
って本発明の効果についてさらに具体的に説明する。

【００３０】

【実施例】本発明の実施例として表３に示す成分の一般
の高炭素高バナジウム耐摩耗材 (比較材) 、本発明によ
るロール材について高温酸化能評価試験および実際のロ
ールに採用されている熱処理による硬さ測定を行った。
高温酸化能評価試験は実際の圧延ラインを想定した条件
下におけるロールの自己酸化をシミュレートする条件で
実施した。

【００３１】すなわち、熱間圧延時のロール表面は、圧
延材との接触弧内で約750 ℃にも達するとされており、
かつロール水冷などで蒸気雰囲気にさらされているの
で、高温酸化試験は、あらかじめ765 ℃に加熱した炉中
で、かつ20％O₂＋80％N₂の混合ガスを80℃に加熱した水
の中を通すことによって得られた水蒸気を含む酸化雰囲
気中で行った。また、酸化時間は16分であり、これは通
常の圧延スケジュールにおけるロールと被圧延材との接
触時間の５〜10倍に相当する。

【００３２】酸化能は、約20×25×５mmの試験片の、単
位表面積当たりの酸化増量で評価した。熱処理硬さ測定
は、1050℃×10分の加熱後、実体に即した冷却速度で冷
却した後、500 ℃以上の焼戻しを行って得られる最高硬
さで評価した。

【００３３】これらの結果を表４にまとめて示すが、特
に酸化増量に対するMo、Ｗの各含有量の影響については
図１にグラフで示す。図中の添字は酸化増量（mg／cm²)
を示す数字であり、斜線領域が本発明の範囲である。表
４および図１の結果より、本発明にかかるロール材は従
来より使用されてきている高炭素高バナジウム材より自
己酸化能の改善が著しいことがわかる。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】

【発明の効果】以上より、本発明にかかる熱間圧延用ロ
ールを使用することにより、高硬度化およびＭＣ型炭化
物の分散による耐摩耗性の向上とともに、自己酸化能の
抑制による黒皮剥離に起因する肌荒れの解消が可能とな
り、圧延スケジュールの大幅な拡大が得られ、鉄鋼材の
製造コストを大幅に低減する等、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の結果をまとめて示すグラフである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：1.5 〜2.5 ％、 Si：1.2 ％未満、 Mn：1.2 ％以下、 Cr：1.5 〜6.0 ％、 Mo：2.0 ％以下、 Ｗ：1.0 ％超10.0％以下、 Ｖ：4.5 〜7.0 ％、 かつ、下記式(1) 〜(2) を満足し、 5.0 ≧Mo＋0.5W≧1.5 ・・・(1) Ｗ≧Mo ・・・(2) 残部Feおよび不可避的不純物 より成る鋼組成を有する耐摩耗性および、黒皮剥離に対
   する耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロール材。
2. 【請求項２】 重量％で、 Co：5.0 ％以下をさらに含有する請求項１記載の熱間圧
   延用ロール材。