JP2971326B2

JP2971326B2 - 連続鋳造用ロール

Info

Publication number: JP2971326B2
Application number: JP14757494A
Authority: JP
Inventors: 恭山村; 廣大西; 文一小原; 功夫松井; 伸司白石; 幸朗江本; 一之高橋
Original assignee: Tokushu Denkyoku Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Tokuden Co Ltd Hyogo
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JPH0810922A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鋼などの連続鋳造に
用いられる連続鋳造用ロールに関し、その使用環境にお
いて、特に耐ヒートクラック性および耐磨耗性の有利な
改善を図ろうとするものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造設備の冷却支持案内部あるいは
引き抜き部には多数のロールが設けられている。これら
のロールは、高温の鋳片に接するとともに、水や水蒸気
にもさらされるといった過酷な環境の下で使用される。
例えば、ロールが１回転する間にうける温度履歴は、図
５の測定例からもわかるように、ロールが鋳片と接しな
い時には２００℃程度であるが、鋳片と接する時には５
００℃程度まで上昇する過酷なものである。すなわち、
このロールは、操業時には上述した熱履歴を繰り返して
受けることに加え、スケールが付着した高温の鋳片と直
接接触するために、極めて厳しい環境で使用されるもの
である。

【０００３】上述したような理由から、連続鋳造用ロー
ルは損耗が激しくそのために、ロールまたはロールを組
み込んだセグメントを定期的に交換する必要があった。
ところが、ロールまたはセグメントの交換に必要なコス
トは、その補修、再生コストを含めると、連続鋳造装置
のメンテナンスに必要なコストの約３０％も占めるとい
われている。従って、連続鋳造用ロールにかかるコスト
を削減することは、連続鋳造コストの低減ひいては鉄鋼
製品のコストの低減に大きく寄与することになり、ロー
ル寿命の延長は多年の課題となっていた。

【０００４】一般に、上述したような過酷な使用環境下
で使われるロール寿命の延長を図るには、次のような材
料特性を有することが必要である。１）熱履歴の繰り返しにより受ける熱衝撃、熱疲労に起
因してロール表面に生ずるヒートクラックが少ないこと
（耐ヒートクラック性）。２）鋳片との接触により起こる磨耗が少ないこと（耐磨
耗性）。３）水、水蒸気環境の下での酸化や腐食が少ないこと
（耐食・耐酸化性）。４）鋳片から受ける負荷に耐えうること（機械強度）。

【０００５】ところで、連続鋳造用ロール寿命の改善に
ついては、これまでにも数多くの提案がなされている。
例えば、開発初期はＳＣ材を用いていたが、その後ＤＩ
Ｎ規格の21CrMoV511、ＪＩＳ規格のSUS 431 などの材料
を用いることにより、機械強度（高温の機械強度を含
む）の改善を図ってきた。さらに、最近では、これら材
料の耐ヒートクラック性や耐磨耗性を向上させるため
に、その材料を心材として心材の表面に数mm程度の13Cr
−(1〜4)Ni系の肉盛溶接を施すことも行われるようにな
ってきた。さらにはSUH 660(15Cr-25Ni)の肉盛ロールが
使用される場合もある。

【０００６】しかしながら、心材の表面に低Ni材の肉
盛、すなわち13Cr−(1〜4)Ni系の肉盛を施したロールで
あっても、未だ、耐クラック性および耐磨耗性の点では
十分ではなく、連続鋳造コストの大幅な低減をもたらす
までには至っていないのが実情である。また、上記SUH
660 の肉盛を施したものは、耐クラック性および耐磨耗
性の点は改善されたものの、そもそも肉盛材の化学組成
が高Niであるために、ロールそのもののコストが高くな
り、それ故に、連続鋳造コストの大幅な低下にはつなが
らなかった。以上説明したように、例えば、肉盛材の化
学組成が低Ni材（低コスト材）の場合には耐クラック性
や耐磨耗性が十分ではなく、一方高Ni材は、ロールその
もののコスト高を招くという問題を抱えていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、肉盛材の化学組成が低Ni材であっても上記既知技術
が抱えている上述した問題を惹起することのない連続鋳
造用ロールを提供することにある。この発明の他の目的
は、肉盛材の化学組成が低Ni材であって、耐クラック性
および耐磨耗性を兼備した連続鋳造用ロールを提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】さて、上掲の目的の実現
に向けて鋭意研究した結果、発明者らは、意外にも、肉
盛材に析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼を適用
すれば、耐クラック性および耐磨耗性を改善することが
可能となることを見いだし、本発明を完成するに至っ
た。

【０００９】すなわち、本発明は、上記の知見を具体化
した下記の構成を要旨とするものである。 (1) 心材の表面に、化学組成が、Ｃ：0.07wt％以下、 Si：1.00wt％以下、Mn：1.00wt％以下、 Ni：3.00〜5.00wt％、 Cr：15.5〜17.5wt％、 Cu：3.0 〜5.0 wt％、 Nb＋Ta：0.10〜0.30wt％、Ｐ：0.030 wt％以下、Ｓ：0.030 wt％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的
不純物からなる、析出硬化型マルテンサイト系ステンレ
ス鋼の肉盛層を有することを特徴とする連続鋳造用ロー
ル。

【００１０】(2) 肉盛層の厚みが３〜６mmである上記
(1)記載の連続鋳造用ロール。

【００１１】

【００１２】

【作用】発明者らは、各種化学組成のステンレス鋼を肉
盛材として鋭意実験を重ねた。その結果、従来、連続鋳
造用ロールの肉盛材として全く顧みられたことがなかっ
た、析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼、とくに
17-4 PH 系（SUS 630 系）のステンレス鋼が有効である
との知見を得た。すなわち、この鋼を連続鋳造用ロール
のを肉盛材として採用したところ、耐ヒートクラック性
および耐磨耗性が著しく向上するほか、耐食性の点でも
優れた特性を示すことを見いだしたのである。なお、上
記17-4 PH 系のステンレス鋼に代表される析出硬化型マ
ルテンサイト系ステンレス鋼は、従来、その常温の高強
度特性を生かして、シャフト、航空機部品など限られた
特殊な用途の材料としては用いられていたものである。
しかし、連続鋳造用ロールとしては従来、全く検討され
ていなかった。その理由は、これらの析出硬化型マルテ
ンサイト系ステンレス鋼の使用温度は、いずれも比較的
低温であり、高温における使用は勿論、高温における特
性についてはもともと注目されていなかったからであ
る。

【００１３】そこで、上記の知見を験証するために、発
明者らは、まず析出硬化型マルテンサイト系ステンレス
鋼として17-4 PH ＰＨ系ステンレス鋼を選び、その0.2
％耐力について600 ℃の温度域まで調査した。その結果
を、13Cr-4Ni材および21CrMoV511と対比して図１に示
す。図１から、17-4 PH 系ステンレス鋼の強度は、常温
では、従来多用されていた13Cr-4Ni材と殆ど同じ強度を
示すが、連続鋳造用ロールが鋳片と接触する際の温度に
相当する高温域では、13Cr-4Ni材よりも50 N/mm²以上も
高い強度を有することがわかった。いわゆる、析出硬化
型マルテンサイト系ステンレス鋼が有するこのような性
質、すなわち、高温域にて高強度を示すために、このよ
うな鋼を肉盛層としてロール表面に形成すると、結果的
に連続鋳造用ロールの耐クラック性および耐磨耗性を向
上させることができるのである。なお、17-4 PH 系ステ
ンレス鋼の耐食性（海水中）の試験結果を比較材のそれ
とともに表１に示す。表１から、17-4 PH 系ステンレス
鋼は、耐食性においても、SUS 410 や SUS 431のステン
レス鋼よりも優れていることがわかった。

【００１４】

【表１】

【００１５】次に、本発明において、肉盛層である析出
硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼として、好ましい
化学組成を上記要旨構成のとおりに限定した理由につい
て説明する。

【００１６】Ｃ：0.07wt％以下；Ｃは、強度および耐磨
耗性向上のために必要な元素であるが、0.07wt％を超え
て添加するとマトリックスの硬化および炭化物の析出が
過剰になり、使用時における熱衝撃および熱疲労により
ヒートクラックが発生しやすくなるほか、肉盛溶接時に
おける溶接作業性が悪化するので、その添加範囲は0.07
wt％以下、好ましくは0.05wt％以下とする。

【００１７】Si：1.00wt％以下；Siは、鋼の脱酸剤とし
て有効な元素であるが、過剰に添加しても効果が飽和す
るのみでなく溶接割れを生じやすくするので、その添加
範囲は1.00wt％以下、好ましくは0.20〜0.60wt％とす
る。

【００１８】Mn：1.00wt％以下；Mnは、鋼の脱酸剤とし
て、また均一なマルテンサイト組織を形成させるために
有効な元素である。しかし、1.00wt％を超えて添加する
と、延性、靱性および高温酸化性が劣化するので、その
添加範囲は1.00wt％以下とする。なお、Mnの好まし添加
範囲は、強度確保を考慮して、0.40〜0.80wt％の範囲で
ある。

【００１９】Ni：3.00〜5.00wt％；Niは、均一なマルテ
ンサイト組織を形成させ、強度を向上させる元素であ
る。その効果を得るためには、少なくとも3.00wt％の添
加が必要であるが、5.00wt％を超えて添加しても効果が
飽和するので、Niの添加量は3.00〜5.00wt％とする必要
がある。なお、Niの好ましい添加範囲は3.50〜4.50wt％
である。

【００２０】Cr：15.5〜17.5wt％；Crは、高温強度、耐
磨耗性、耐酸化性および耐食性を確保するためには不可
欠な元素である。これらの特性は、Cr添加量が15.5〜1
7.5wt％の範囲で達成される。すなわち、15.5wt％未満
では耐酸化性および耐食性が低下し、一方、17.5wt％を
超えると強度の低下をもたらすからである。

【００２１】Cu：3.0 〜5.0 wt％；Cuは、高温酸化を損
なわずに高温強度を向上させるのに極めて有効な元素で
あるとともに、Cuを含む析出物を介して耐食性改善にも
寄与する元素である。その効果を得るためには、Cuの添
加は少なくとも3.0 wt％必要であるが、5.0 wt％を超え
ると溶接性を劣化させるので、その添加範囲は3.0 〜5.
0 wt％とする。

【００２２】Nb＋Ta：0.10〜0.30wt％；NbおよびTaは、
いずれも組織の微細化に寄与し、その効果は互いに置換
可能である。前記効果を得るためには、Nb＋Taにして0.
10wt％以上必要であるが、0.30wt％を超えると溶接性が
悪くなる。したがって、その添加範囲はNb＋Taにして0.
10〜0.30wt％とする。

【００２３】Ｐ：0.030 wt％以下；Ｐは、靱性を劣化さ
せる有害な元素であり、その影響は0.030 wt％を超える
と顕著になるので、0.030 wt％以下、好ましくは0.015
wt％以下にする必要がある。

【００２４】Ｓ：0.030 wt％以下；Ｓは、Ｐと同様に、
靱性を劣化させる有害な元素であり、その影響は0.030
wt％を超えると顕著になるので、0.030 wt％以下、好ま
しくは0.010 wt％以下にする必要がある。

【００２５】また、析出硬化型マルテンサイト系ステン
レス鋼からなる肉盛層の好ましい厚みを、３〜６mmの範
囲としたのは、３mm未満では肉盛再生する頻度が多くな
り、また６mmを超えると１回の再生費用が高くなるから
でる。

【００２６】次に、本発明の肉盛層の形成方法について
説明する。まず、肉盛方法は、溶接法、とくに帯状電極
を用いたサブマージアーク溶接が適している。このとき
用いる電極の化学組成は、心材の希釈率を考慮して決定
すればよい。溶接の後、後熱処理と析出処理を兼ねた 4
50〜 650℃で４〜８hrの熱処理を施す。その際、熱処理
温度を変化させることによって、強度、延性、硬さ等を
所望の範囲に調整することができる。なお、心材の鋼種
については特に定める必要はないが、前述したように、
ロールが鋳片から受ける負荷に耐えるために必要な強度
は保持していることが要求される。このことから、心材
としての好適な鋼種は、ロールの使用場所によっても必
要な強度レベルが異なるが、例えばの引張強さ60kg/mm²
以上の溶接性の良好な低合金鋼が挙げられる。また、心
材の化学組成についても同様に特に定める必要はない
が、例えば、好適な鋼種としては、ＤＩＮ２１ＣｒＭｏ
Ｖ５１１（Ｃ：0.17〜0.25wt％、Si：0.30〜0.60wt％、
Mn：0.30〜0.50wt％、Ｐ：0.035 wt％以下、Ｓ：0.035
wt％以下、Ni：0.60wt％以下、Cr：1.2 〜1.5 wt％、M
o：1.0 〜1.2 wt％、Ｖ：0.25〜0.35wt％) のようなも
のが推奨される。

【００２７】

【実施例】実施例１表２に示す化学組成を有する２種の肉盛材用の素材およ
び心材から15mmφ× 5mmの試験片を採取し、この試験片
に表３に示す条件で加熱、冷却の熱サイクルを加えた
後、試験片の縦断面に発生したクラックの大きさ分布を
観察した。その結果を図２に示す。図２より、本発明の
肉盛層に適用する析出硬化型マルテンサイト系ステンレ
ス鋼は、13Cr-4Ni材（比較材）や心材に比べて、耐ヒー
トクラック性が著しく優れていることがわかった。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】実施例２表２に示す化学組成を有する心材の表面に、肉盛材とし
て同表に示す２種の帯状電極を用いてサブマージアーク
溶接による肉盛を行った後、600 ℃で８hrの熱処理を施
し、機械研削加工により仕上げて4.5 mm の肉盛層を形
成し、380 mmφ×2350mmのロールに仕上げた。得られた
連続鋳造用ロールの肉盛層の化学組成を同様に表２に示
す。このロールを、連続鋳造設備の水平部の位置に組み
込み、鋳造経過によるクラック深さと磨耗量の変化の状
況を調査した。その結果を、それぞれ図３と図４に示
す。図３および図４から、本発明による連続鋳造用ロー
ルは、従来の13Cr-4Ni材によって肉盛層を形成したもの
（比較材）に比べ、クラック深さ、磨耗量ともに約１／
５に激減したことが認められた。

【００３１】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、連続
鋳造用ロールの耐ヒートクラック性および耐磨耗性を著
しく向上させることができる。しかも、このような優れ
た特性を示す連続鋳造用ロールを低Niの肉盛で達成でき
るので、連続鋳造装置のメンテナンスコストの削減に大
きく寄与する。また、本発明は、肉盛した連続鋳造用ロ
ールをそれが磨耗した場合には、再び肉盛を繰り返し研
削して製品とする場合にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】肉盛材および心材の 0.2％耐力の温度依存性を
示すグラフである。

【図２】肉盛材および心材のクラックの大きさ分布を示
すグラフである。

【図３】肉盛した連続鋳造用ロールの鋳造経過によるク
ラック深さの変化を示すグラフである。

【図４】肉盛した連続鋳造用ロールの鋳造経過による磨
耗量の変化を示すグラフである。

【図５】操業時における連続鋳造用ロールの温度変化を
示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小原文一岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者松井功夫岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者白石伸司岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者江本幸朗兵庫県尼崎市東難波町３丁目26番29号特殊電極株式会社内 (72)発明者高橋一之兵庫県尼崎市東難波町３丁目26番29号特殊電極株式会社内 (56)参考文献特開昭54−69522（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/128

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】心材の表面に、化学組成が、Ｃ：0.07wt％以下、 Si：1.00wt％以下、Mn：1.00wt％以下、 Ni：3.00〜5.00wt％、 Cr：15.5〜17.5wt％、 Cu：3.0 〜5.0 wt％、 Nb＋Ta：0.10〜0.30wt％、Ｐ：0.030 wt％以下、Ｓ：0.030 wt％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的
不純物からなる、析出硬化型マルテンサイト系ステンレ
ス鋼の肉盛層を有することを特徴とする連続鋳造用ロー
ル。
【請求項２】肉盛層の厚みが３〜６mmである請求項１
記載の連続鋳造用ロール。