JP3428576B2 - 熱間圧延用ロール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱間圧延用ロールに
関し、更に詳しくは分塊、鋼片、線材、棒鋼圧延用とし
て主に粗列スタンドロール等に使用することができる高
合金ダクタイル鋳鉄材からなる熱間圧延用ロールに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】分塊、鋼片、線材、棒鋼圧延用の熱間圧
延用ロールには、強靭性（耐折損性）、耐ヒートクラッ
ク性、耐肌荒れ性、耐摩耗性等の特性が求められるが、
主に粗列スタンドロール等で非常に圧延負荷の激しいス
タンドには、強靭性（耐折損性）を重視し、鍛造アダマ
イト、特殊鋳鋼、又はアダマイト材質からなるロールが
使用されている。しかし、これらの材質からなる熱間圧
延用ロールは、強靭性（耐折損性）には優れているが、
耐ヒートクラック性、耐肌荒れ性、耐摩耗性に難点があ
る。一方、ダクタイル鋳鉄材質からなる熱間圧延用ロー
ルは、前記耐ヒートクラック性、耐肌荒れ性、耐摩耗性
には優れているものの、強靭性において不安があり、適
用できない。更に従来からある通常の高合金ダクタイル
鋳鉄製ロールは、鋳造後、３５０〜５５０℃の温度で、
歪み取り熱処理を施して使用されるのが一般的であり、
耐摩耗性等には優れているが、強靭性はあまり高くな
い。このため前記強靭性の向上を目的として、前記高合
金ダクタイル鋳鉄製ロールを、８００〜９００℃に加熱
してオーステナイト化した後、焼入れ・焼戻し処理を実
施することで、基地をベイナイト組織にしたものも提供
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記基
地をベイナイト組織とした高合金ダクタイル鋳鉄製ロー
ルであっても、その強靭性の向上には限界があり、圧延
負荷の厳しい環境下で用いられる熱間圧延用ロールとし
ては、強靭性の点で不十分であった。

【０００４】そこで本発明は上記従来における欠点を解
消し、分塊、鋼片、線材、棒鋼圧延用粗列スタンドロー
ル等として、圧延負荷の厳しい環境下で用いられる場合
であっても、優れた耐ヒートクラック性、耐肌荒れ性、
耐摩耗性を備え、且つ十分な強靭性（耐折損性）を備え
た熱間圧延用ロールの提供を課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記耐ヒー
トクラック性、耐肌荒れ性、耐摩耗性に優れた高合金ダ
クタイル鋳鉄製ロールにおいて、上記強靭性の問題を解
決するために種々の実験を重ねた結果、例え上記高合金
ダクタイル鋳鉄製ロールを８００〜９００℃でオーステ
ナイト化した後、焼入れ・焼戻し処理をしてベイナイト
基地組織にしたところで、組織内の炭化物分布は鋳造時
の状態からほとんど変化せず、セメンタイトがネット状
に分布したままであることが、正にこの高合金ダクタイ
ル鋳鉄製ロールにおいて強靭性を十分に向上させること
ができなかった原因であることを突き止め、本発明を完
成するに至った。即ち、上記課題を解決する本発明の熱
間圧延用ロールは、成分組成が重量％で、Ｃ：２．８〜
３．８％（２．８％を除く）、Ｓｉ：１．６〜２．０％
（２．０％を除く）、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｎｉ：
１．５〜２．５％、Ｃｒ：０．１〜１．０％、Ｍｏ：
０．５〜１．０％を含有すると共に、残部が実質的にＦ
ｅから成る高合金ダクタイル鋳鉄材からなるロールを、
鋳造後に９３０〜１０００℃で一定時間保持すること
で、組織中の炭化物の５０％以上を塊状若しくは粒状化
させ、且つその後にベイナイト変態処理を施して基地を
ベイナイト変態させ、更に焼戻し処理を施してなること
を第１の特徴としている。また本発明の熱間圧延用ロー
ルは、上記第１の特徴に加えて、成分組成として、更に
重量％で、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの１種または２種以上を
０．１０〜１．２０％含有することを第２の特徴として
いる。

【０００６】上記第１の特徴によれば、そこに示す範囲
の成分からなる高合金ダクタイル鋳鉄材質からなるロー
ルを、鋳造後に９３０〜１０００℃で一定時間保持する
ことで、基地中にネット状に分布する共晶炭化物（セメ
ンタイト）の５０％以上を塊状若しくは粒状化させるこ
とにより、前記ネット状のセメンタイトを十分に分断さ
せることができる。そしてネット状セメンタイトを分断
させることで、ネット状セメンタイトの存在に起因する
脆さを解消することができ、強靭性（耐折損性）を大幅
に向上させることができる。またネット状セメンタイト
を分断させることで、セメンタイトに沿って進展しやす
いヒートクラックを十分に防止することができる。加え
て、基地をベイナイト組織にすることで、ロールの強靭
性を増大させることができる。勿論、高合金ダクタイル
鋳鉄が本来有する耐ヒートクラック性、耐肌荒れ性、耐
摩耗性の良い性質を引き続き享受することができる。従
って第１の特徴によれば、分塊、鋼片、線材、棒鋼圧延
用粗列スタンドロール等として、圧延負荷の厳しい環境
下で用いられる場合であっても、優れた耐ヒートクラッ
ク性、耐肌荒れ性、耐摩耗性を備え、且つ十分な強靭性
（耐折損性）を備えた熱間圧延用ロールを提供すること
ができる。また本発明の第２の特徴によれば、上記第１
の特徴による作用効果に加えて、熱間圧延用ロールの成
分組成として、更に重量％で、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの１
種又は２種以上を０．１０〜１．２０％含有することに
より、晶出する黒鉛を微細に且つ均一に分布させ、また
基地中に微細な硬質炭化物を晶出・析出させることがで
き、熱間圧延用ロールの強靭性を更に特殊鋳鋼並みに向
上させると共に、耐摩耗性を向上させることができる。

【０００７】本発明の熱間圧延用ロールについて、その
成分組成における各成分元素の含有範囲の限定理由につ
いて、以下に説明する。なお成分組成は全て重量％で示
す。

【０００８】Ｃの含有量は２．８〜３．８％とする。Ｃ
は球状黒鉛の晶出及び炭化物の生成に必要である。２．
８％未満では球状黒鉛、炭化物の晶出が少なく、３．８
％を超えると黒鉛と炭化物が過多となり、靭性を低下さ
せる。Ｃの含有量はより好ましくは、３．２〜３．６％
とするのがよい。

【０００９】Ｓｉの含有量は１．２〜２．２％とする。
１．２％未満では、晶出黒鉛が少なくなり、ダクタイル
材質の特性を低下させる。また２．２％を超えると材質
を脆くする。Ｓｉの含有量はより好ましくは、１．６〜
２．０％とするのがよい。

【００１０】Ｍｎの含有量は０．３〜１．０％とする。
Ｍｎは炭化物生成元素であるが、ロールの強靭性を重視
して低めに設定している。Ｍｎの含有量はより好ましく
は、０．４〜０．６％とするのがよい。

【００１１】Ｎｉの含有量は０．５〜３．０％とする。
Ｎｉは黒鉛化促進元素であると同時に、基地に固溶して
ロールの基地を強化し、焼入れ性を向上させる。Ｍｏと
同様に、材質の強靭性に大きく影響を与える。Ｎｉの含
有量はより好ましくは、１．５〜２．５％とするのがよ
い。

【００１２】Ｃｒの含有量は０．１〜１．０％とする。
Ｃｒは炭化物生成元素であるが、ロールの強靭性を重視
して低めに設定している。Ｃｒの含有量はより好ましく
は、０．１〜０．４％とするのがよい。

【００１３】Ｍｏの含有量は０．３〜１．５％とする。
Ｍｏは基地に固溶して基地の高温硬度を高めると共に、
焼入れ性を向上させる。また基地のベイナイト化を容易
にして、強靭性と耐摩耗性を大幅に向上させる。Ｍｏの
含有量はより好ましくは、０．５〜１．０％とするのが
よい。

【００１４】Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉは任意成分であるが、
その１種または２種以上を０．１０〜１．２０％含有さ
せることにより、黒鉛を微細にし、且つ分布を均等にす
ることができ、機械的性質を向上させることができる。
また基地中に微細な硬質炭化物を形成し、耐摩耗性を向
上させる。１種のみの添加でも効果があるが、２種以上
の複合添加により、更に耐摩耗性の向上に効果がある。
１種の添加量は０．３０％以下とすることが好ましい。
含有過多になるとセメンタイトを安定化させて、強靭性
の向上を阻害する。

【００１５】以上のような成分組成からなる高合金ダク
タイル鋳鉄材からなるロールを鋳造した後、９３０〜１
０００℃に加熱して一定時間保持する。保持の時間は、
ロールの厚みを考慮して、要するにロール基地中の炭化
物の５０％以上が塊状若しくは粒状となる時間とする。
この時間は、例えば１０時間とすることができるが、少
なくとも数時間以上とすることが好ましい。勿論、実際
には予め実験によりロールの厚みに応じて適切な時間を
定めることになる。上記のようにして９３０〜１０００
℃に一定時間保持した後、ベイナイト変態を起こさせ
る。このベイナイト変態処理は、例えば前記９３０〜１
０００℃に一定時間保持したものを、ＣＣＴ曲線のパー
ライトノーズ（約６００〜７００℃に存在する）にかか
らない速度、即ち１０℃／分以上の冷却速度で４００〜
５００℃まで冷却し、直ちに焼戻し処理を施す。焼戻し
温度は５００〜５８０℃とし、焼戻しの保持時間は５〜
１５時間とする。ここで保持時間は、ロールの肉厚に応
じて、内部まで均一温度になる時間とする。焼戻し冷却
はベイナイト変態を安定化させると共に、残留応力の除
去のため、できるだけ徐冷する。徐冷温度は１０℃／時
間以下が望ましい。なお、前記焼戻しは１回以上繰り返
すことができる。

【００１６】以上の成分組成及び熱処理により、高合金
ダクタイル鋳鉄からなる熱間圧延ロールの特性として、
以下の向上が期待できる。 （１）．強靭性（耐折損性）の向上 ネット状に分布するセメンタイトがダクタイル材質の強
靭性を低下させている。本発明では、それを９３０〜１
０００℃での高温熱処理によって塊状若しくは粒状に分
布させることにより、セメンタイトのネットが分断さ
れ、強靭性が向上する。更に基地をベイナイト化するこ
とで、鋳造アダマイト系、特殊鋳鋼系材質並みの強靭性
の確保が可能になる。 （２）．耐ヒートクラック性の向上 ダクタイル材料は組織中に球状黒鉛を多量に晶出させて
いるため、熱伝導率がアップし、他のロール材質と比較
して耐ヒートクラック性に優れた特徴がある。鍛造アダ
マイト系、特殊鋳鋼系材料には黒鉛が晶出していないの
で、ヒートクラックが発生しやすく、発生したクラック
が深く進展しやすい欠点があり、ロールのカリバー底に
クラックが発生すると、それが切り欠きとなり、耐折損
性が低下する。本発明のロールでは、ネット状セメンタ
イトを分断したことにより、セメンタイトに沿って進展
するヒートクラックを防止する効果が期待でき、更に耐
折損性が向上する。 （３）．耐肌荒れ性、耐摩耗性の向上 アダマイト系、特殊鋳鋼系材質ロールは、塑性流動肌荒
れ、ヒートクラックの交点が欠落する欠け落ち肌荒れが
発生しやすく、また組織中に一次炭化物をほとんど晶出
させていないため耐摩耗性は良くない。それに比べて、
ダクタイル材質ロールは表面が均一摩耗する特性があ
り、耐肌荒れ性に優れている。また組織中に含まれるセ
メンタイトが多いため、同一硬度の場合、ダクタイルロ
ールの方が耐摩耗性に優れている。

【００１７】

【実施例】表１に示す成分組成の実施例１〜６と比較例
１について、胴径６００ｍｍのロールを鋳造した。ロー
ル表面を粗加工後、胴部から各２００ｍｍ幅で熱処理用
サンプル各４個を切断して得た。熱処理は、実施例１〜
６については９３０℃、９６０℃、１０００℃に加熱
し、１０時間保持した後、約１５℃／分の速度で５００
℃まで焼入れ冷却を行い、直ちに５６０℃の温度で１０
時間、焼戻し処理を行った。また比較例１については、
８３０℃で１０時間保持した後、同様に焼入れ・焼戻し
を行った。９３０℃以上の温度で処理した実施例１〜６
については、全て晶出炭化物の５０％以上が塊状若しく
は粒状化しており、ネット状炭化物が分断されているこ
とが確認された。１０００℃で処理した実施例６では、
炭化物量がかなり減少してしまっており、若干の硬度低
下も認められる。

【００１８】

【表１】

【００１９】実施例１〜６、比較例１についての強靭性
の評価をするため、各実施例１〜６及び比較例１につい
てロール表層部から５０ｍｍ内部の位置より確性試験用
テストピースを採取し、引っ張り強さ、伸び、シャルピ
ー衝撃値、破壊靭性、ショア硬度について測定した。結
果を表２に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】表２より、比較例１においてもダクタイル
材質としてのそれなりの強靭性を示しているが、この比
較例１に比べて実施例１〜６では引っ張り強さ、伸び、
シャルピー衝撃値、破壊靭性において、その値が大きく
改善されており、大幅に強靭性が向上していることがわ
かる。強靭性に関しては、通常のアダマイト材質を上回
る値であり、鍛造アダマイト、特殊鋳鋼ロール（一般的
な０．８〜１．６％Ｃのロール）に匹敵する値を示して
いる。なお、焼入れ前における上記保持温度が高くなる
につれて、多少の硬度低下が認められるが、それによっ
て耐摩耗性が大きく低下することはない。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上の構成、作用よりなり、請
求項１に記載の熱間圧延用ロールによれば、成分組成が
重量％で、Ｃ：２．８〜３．８％（２．８％を除く）、
Ｓｉ：１．６〜２．０％（２．０％を除く）、Ｍｎ：
０．３〜１．０％、Ｎｉ：１．５〜２．５％、Ｃｒ：
０．１〜１．０％、Ｍｏ：０．５〜１．０％を含有する
と共に、残部が実質的にＦｅから成る高合金ダクタイル
鋳鉄材からなるロールを、鋳造後に９３０〜１０００℃
で一定時間保持することで、組織中の炭化物の５０％以
上を塊状若しくは粒状化させ、且つその後にベイナイト
変態処理を施して基地をベイナイト変態させ、更に焼戻
し処理を施してなるので、分塊、鋼片、線材、棒鋼圧延
用粗列スタンドロール等として、圧延負荷の激しい環境
下で用いられる場合であっても、ダクタイル鋳鉄材の特
性である優れた耐ヒートクラック性、耐肌荒れ性、耐摩
耗性を保持しつつ、且つ十分な強靭性（耐折損性）を備
えた熱間圧延用ロールを提供することができる。また請
求項２に記載の熱間圧延用ロールによれば、請求項１の
構成による効果に加えて、熱間圧延用ロールの成分組成
として、更に重量％で、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの１種また
は２種以上を０．１０〜１．２０％含有するので、晶出
する黒鉛を微細且つ均一に分布させ、また基地中に微細
な硬質炭化物を晶出・析出させることができ、ダクタイ
ル鋳鉄の特性を保持しつつ、熱間圧延用ロールの強靭性
を更に特殊鋳鋼並みに向上させると共に、耐摩耗性の向
上も期待できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−1121（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−56819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−19759（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−25213（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−149450（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−65632（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−199035（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−14214（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 37/00 B21B 27/00 C21D 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成分組成が重量％で、 Ｃ ： ２．８〜３．８％（２．８％を除く） Ｓｉ： １．６〜２．０％（２．０％を除く） Ｍｎ： ０．３〜１．０％ Ｎｉ： １．５〜２．５％ Ｃｒ： ０．１〜１．０％ Ｍｏ： ０．５〜１．０％ を含有すると共に、残部が実質的にＦｅから成る高合金
   ダクタイル鋳鉄材からなるロールを、鋳造後に９３０〜
   １０００℃で一定時間保持することで、組織中の炭化物
   の５０％以上を塊状若しくは粒状化させ、且つその後に
   ベイナイト変態処理を施して基地をベイナイト変態さ
   せ、更に焼戻し処理を施してなることを特徴とする熱間
   圧延用ロール。
2. 【請求項２】 成分組成として、更に重量％で、Ｗ、
   Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの１種または２種以上を０．１０〜１．
   ２０％含有することを特徴とする請求項１に記載の熱間
   圧延用ロール。