JP3468380B2

JP3468380B2 - 組立式圧延用ロール

Info

Publication number: JP3468380B2
Application number: JP22948494A
Authority: JP
Inventors: 朗野田; 昌彦大島; 和敬原藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 2003-11-17
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: JPH0892698A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高耐摩耗性を有すると共
に、耐焼付き性と経済性に優れた圧延用ロールに関し、
特に連続熱間薄板圧延機の作動ロールとして好適な組立
式圧延用ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、連続熱間薄板圧延機の作動ロール
にはグレン鋳鉄材質等を外層とする一体式複合ロールが
用いらていた。グレン鋳鉄材質はその金属組織中に黒鉛
が含まれており、圧延中に例えば絞り圧延事故に遭遇し
たときでも、黒鉛の効果により被圧延材の焼付きが少な
く、且つ亀裂の発生及び進展が比較的少ないので、安定
した材質として永年に亘って重用されてきた。しかし、
ロールに要求される水準の高度化に伴って、耐摩耗性の
点で不満足となりつつあった。最近は、この要求を満た
すものとして、例えばWO88/07594号公報に開示されてい
る外層がハイス系材質の高耐摩耗性ロールの適用が拡が
りつつある。ハイス系材質のロールは、耐摩耗性が飛躍
的に優れているので、圧延技術の向上に著しく貢献して
いるが、耐焼付き性の点でまだ十分に満足されていな
い。

【０００３】熱間圧延用ロールは、圧延中に例えば絞り
圧延事故に遭遇したとき、強圧を受けて被圧延材が焼付
き、それに起因して亀裂が発生及び進展しやすい。場合
によっては、亀裂が著しく進展してロール全体が破損す
ることがある。ロール全体が破損すると、単なる外層材
質の損害だけでなく、ロール全体を作り替えなければな
らない。特にハイス系材質を用いたロールのときは、高
価であるだけに損害が大きい。また、ロールの破損によ
る圧延作業の停止は莫大な損害となる。

【０００４】ロール全体を作り替えると非経済的である
ので、胴部のみの取替えを可能にするものとして、種々
の組立式圧延用ロールが開示されている。例えば、実公
昭45-7640号公報には、熱亀裂の発生及び伝播に対して
強い材料からなるスリーブをアーバーに焼嵌めした組立
式熱間圧延用作動ロールが、特開昭50-3922号公報に
は、高合金鋳鋼の外層と低合金強靱鋳鋼の内層とからな
り、「外層の肉厚／内層の肉厚」比を0.4〜1.2とした外径
1000mm以上の大形厚肉高硬度複合スリーブが、特開昭54
-86463号公報には、ネック部径と胴部外径との比、胴部
廃却径と胴部外径との比を特定し、スリーブの内径を軸
受部径に略等しくした圧延用組立ワークロールが開示さ
れている。

【０００５】一方、特開平2-30730号公報には金属組織
中に黒鉛を含むハイス系材質の開示がある。同公報の材
質は、金属組織中に黒鉛と面積比で20％以上のMC系、M₄
C₃系、M₂C系、M₆C系の硬質炭化物とを有し、化学成分が
重量比でC:2.5〜4％、Si:2〜5％、Mn:0.1〜1.5％、Ni:3
〜8％、Cr:7％以下、Mo:4〜12％、V:2〜8％からなり、
さらにCo:2〜8％を含むことができるFe基合金であっ
て、熱間或いは冷間圧延用ロール等に用いられる。ま
た、特開平4-191347号公報には黒鉛を含まないハイス系
材質を用いた組立式圧延ロール用中空スリーブ材が、特
開平4-344807号公報には外層を黒鉛を含まないハイス系
材質、内層を強靱鋳鉄又は黒鉛鋼により形成したＨ形鋼
圧延用複合スリーブロールが開示されている。

【０００６】これら従来から公知のロールにおいて、個
別に耐摩耗性又は耐焼付き性を向上させる配慮はなされ
ているが、外層に黒鉛を有するハイス系材質の複合スリ
ーブを用いることにより耐摩耗性と共に耐焼付き性の向
上を図り、胴部の複合スリーブ部分のみを取替え可能に
することにより経済性の向上を図った組立式圧延用ロー
ルについての開示はない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
のハイス系材質ロールの問題点を解消し、ハイス系材質
が本来有する高耐摩耗性を発揮すると共に耐焼付き性に
優れ、さらに経済性に優れた組立式圧延用ロールを提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者は圧延材と当接する外層材質として黒鉛を
有するハイス系材質を追究し、高耐摩耗性と耐焼付き性
を得ると共に、それを複合スリーブ化して軸材に嵌合固
定することにより経済性に優れた組立式圧延用ロールが
得られるという結論を得た。

【０００９】本発明の第１発明は、連続熱間薄板圧延機
の作動ロールであって、胴部構成用複合スリーブは遠心
力鋳造法、連続肉盛鋳造法、静置鋳造法のうちいずれか
の鋳造法で製作され、重量比でC:2〜4％、Si:0.5〜4
％、Mn:0. 1〜1.5％、Cr:1〜7％、Mo:2〜10％、V:2〜10
％の化学成分を含み残部が実質的にFe及び不可避的不純
物からなり、金属組織は基地組織と面積比で0.5〜5％の
黒鉛と0.2〜10％のMC系炭化物と40％以下のセメンタイ
トとを含み、硬さがHS:70以上の外層と、重量比でC:0.1
〜2％を含む鋳鋼又は鍛鋼又は黒鉛鋳鋼の内層とからな
る胴部構成用複合スリーブを軸材に嵌合固定されてなる
ことを特徴とする組立式圧延用ロールである。

【００１０】第２発明は、第１発明ロールの複合スリー
ブの外層の金属組織がMC系炭化物以外にさらにM₂C系炭
化物、M₆C系炭化物、M₇C₃系炭化物の何れか１種以上を
面積比で0.2〜20％含む組立式圧延用ロール。

【００１１】第３発明は、第１発明ロール又は第２発明
ロールの複合スリーブの外層は、さらに重量比でNi:0.2
〜4％、W:2〜10％、Co:1〜10％、Nb:1〜10％、Ti:0.01
〜2％、B:0.002〜0.2％、Cu:0.02〜1％の内の何れか１
種以上を含む組立式圧延用ロールである。

【００１２】

【作用】本発明における複合スリーブの外層材質が含む
合金元素量は、外層材質として必要な耐摩耗性と耐焼付
き性を確保する上で、次の通り限定される。

【００１３】C:2〜4重量％ Cは同時に含まれるCr、V、Mo、Wと結合して硬質の炭化
物を生成して耐摩耗性の向上に寄与すると共に、黒鉛を
晶出して耐焼付き性を付与するのに必要である。Cが1重
量％未満では硬質の炭化物量が不足して耐摩耗性が得ら
れず、4重量％を越えるとセメンタイトや硬質の炭化物
が多くなりすぎて靭性が低下する。

【００１４】Si:0.5〜4重量％ Siは黒鉛化を促進するため0.5重量％以上必要である。
また、脱酸剤としても有効である。しかし、4重量％を
越えると材質的に脆化して靭性が低下する。また、黒鉛
を晶出させるために0.1重量％以上、好ましくは0.1〜0.
8重量％のSiを接種により添加する必要がある。接種Si
量が0.8重量％を越えると接種剤が溶湯中に溶けに難く
なり、鋳造組織にむらが生じ易くなる。この接種により
添加するSi量と溶湯中に最初から存在していたSi量との
合計量が上記Siの含有量となる。

【００１５】Mn:0.1〜1.5重量％ Mnは溶湯の脱酸や脱硫に効果があり、0.1重量％以上必
要である。しかし、1.5重量％を越えると基地組織中に
残留オーステナイトが生じ易くなり、製作する際に、安
定した硬さを得難くなるので好ましくない。

【００１６】Cr:1〜7重量％ Crは基地組織をベイナイト又はマルテンサイトにして硬
化するので、耐摩耗性の向上に有効であり、1重量％以
上必要である。しかし、7重量％を越えると基地組織の
靱性が低下するばかりでなく、M₇C₃系、M₂₃C₆系炭化物
を形成して、VによるVCのようなさらに硬質のMC炭化物
の生成を阻害するので、耐摩耗性向上効果が飽和する。

【００１７】Mo:2〜10重量％ Moは基地組織中に固溶して基地組織を強化すると共に、
Cと結合してM₂C系、M₆C系炭化物を生成するので、耐摩
耗性の向上に有効であり、2重量％以上必要である。し
かし、10重量％を越えると黒鉛の晶出を阻害すると共
に、VCのようなさらに硬質のMC系炭化物の生成を少なく
する。

【００１８】V:2〜10重量％ VはCと結合してVC、即ちMC系炭化物を生成する。VCの硬
さはHV 2500〜3000であり、炭化物の内で最も硬い。こ
のため、Vは耐摩耗性の向上に最も有効な必須元素であ
る。Vの量が2重量％未満ではVCの量が不足し、10重量％
を越えると黒鉛の晶出を阻害すると共に材質を脆化す
る。

【００１９】本発明における複合スリーブの外層材質
は、上記以外の合金元素として、さらに次の合金元素を
それぞれ単独又は複合して含むことができる。Ni:0.2〜4重量％ Niは黒鉛の晶出及び基地組織の焼入れ性向上に有効であ
る。含有量が0.2重量％以下ではその効果が期待でき
ず、4重量％を越えるとオーステナイトが安定化しす
ぎ、硬い基地組織のベイナイト又はマルテンサイトへ変
態し難くなり、耐摩耗性が得られなくなる。

【００２０】W:2〜10重量％ WはMoと同様に基地組織中に固溶して基地組織を強化す
ると共にCと結合してM₂C系、M₆C系炭化物を生成するの
で、耐摩耗性向上に有効であり、2重量％以上添加でき
る。しかし、10重量％を越えると、黒鉛の晶出を阻害す
ると共にさらに硬質のVC等MC系炭化物の生成を少なくす
る。

【００２１】Co:1〜10重量％ Coは高温状態における基地を強化するので、特に熱間圧
延に用いたとき、耐摩耗性、耐肌あれ性の向上に有効で
あり、1重量％以上添加できる。しかし、Co量が10重量
％を越えると靭性が低下する。なお、Coにはセメンタイ
トを不安定にして黒鉛を晶出し易くする効果もある。

【００２２】Nb:1〜10重量％ NbはVと同様にMC系の硬質炭化物を生成する。前述の通
りMC系炭化物は炭化物の中で最も硬いので、Nbは耐摩耗
性の向上に有効な元素であるが、過剰になると黒鉛の晶
出を阻害する。このため、Nbの添加量は1〜10重量％と
する。

【００２３】Ti:0.01〜2重量％ Tiは黒鉛化阻害元素であるOやNと結合して、これらの元
素を酸化物や窒化物にすることにより固定する。その添
加量が0.01重量％未満では効果が期待できない。また、
含まれているOやNの量からみて、添加量の上限は2重量
％で十分である。

【００２４】B:0.002〜0.2重量％ Bは炭化物を微細化するが、添加量が0.002重量％未満で
はその効果を期待できず、0.2重量％を越えると炭化物
が不安定になる。

【００２５】Cu:0.02〜1重量％ CuはCoと同様にセメンタイトを不安定化し、黒鉛を晶出
し易くする作用がある。添加量が0.02重量％未満ではそ
の効果を期待できず、1重量％を越えると靭性が低下す
る。

【００２６】上述の元素以外は、不純物を除いて残部は
実質的にFeである。不純物として主な元素はPとSである
が、Pは靭性低下防止のため0.05重量％以下、Sも同様理
由により0.03重量％以下にするのが望ましい。

【００２７】本発明における胴部構成用複合スリーブの
外層材質が具備すべき金属組織構成について研究を行っ
た結果は次の通りである。黒鉛:0.5〜5面積％焼付き実験を行った結果、黒鉛量は耐焼付き性に比例
し、黒鉛量が0.5面積％未満では耐焼付き性向上の効果
が少なく、5面積％を越えると機械的性質が著しく低下
する。なお、黒鉛粒子の粒径は5〜50μmである。

【００２８】MC系炭化物:0.2〜10面積％耐摩耗性を向上させるためには、硬質炭化物が十分に分
散している必要がある。このため、最も硬質であるMC系
炭化物を0.2〜10面積％分散させる。MC系炭化物が0.2面
積％未満では耐摩耗性が十分でない。一方、10面積％を
越えてMC系炭化物を分散させるのは、黒鉛との共存関係
により、製作する上で困難である。

【００２９】セメンタイト:40面積％以下セメンタイトは耐焼付き性向上に寄与するが、軟質炭化
物であるため耐摩耗性向上効果が少ない。このため可能
な限り少なくしたいが、黒鉛とほぼ同時期に晶出するの
で、セメンタイトの晶出なしに黒鉛を晶出させることは
実際面で困難である。セメンタイトは過剰になると靭性
を低下させるので、40面積％以下にする必要がある。

【００３０】M₂C系炭化物、M₆C系炭化物、M₇C₃系炭化物
の何れか１種以上:0.2〜20面積％ MC系炭化物以外に、さらにこれらの炭化物を分散させて
もよい。これらの炭化物が0.2面積％未満ではその影響
が十分に認められず、20面積％を越えるとセメンタイト
と合わせた炭化物の合計面積が過剰となり、靭性が低下
する。

【００３１】本発明における複合スリーブは遠心力鋳造
法により製作するのが好ましいが、これにこだわること
なく、連続肉盛鋳造法、静置鋳造法等そのときの状況に
応じて他の鋳造法によっても製作できる。

【００３２】複合スリーブの外層の硬さはHS:70以上が
必要である。これにより、外層材質が必要とする耐摩耗
性、耐焼付き性を確保する。

【００３３】複合スリーブの内層材質は重量比でC:0.1
〜2％を含む鋳鋼又は鍛鋼又は黒鉛鋳鋼である。これら
の材質において、Cが2％を越えると炭化物量又は黒鉛量
が過剰になるので、内層として必要な強さが得られな
い。また、Cが0.1％未満のときは軟弱すぎるので、必要
な強さが得られない。

【００３４】以上により構成される複合スリーブを軸材
に嵌合固定して、本発明の組立式圧延用ロールが得られ
る。

【００３５】

【実施例】実施例１ 1550℃に加熱した表１に示す化学成分の溶湯を、Ca-60w
t％Si合金の接種剤をSi量で0.2重量％予め入れておいた
直径 100mm、深さ 100mmの砂型へ、鋳込温度1400℃で鋳
込んだ。こうして得た試片は、1100℃で焼入を行い、続
けて550℃での焼戻しを3回行った。表１の試片 1〜 7は
本発明の材質であり、試片 8は比較用のグレン鋳鉄材で
あり、試片 9は比較用の接種していない高耐摩耗合金材
である。

【００３６】

【表１】

【００３７】試片 2の底面から50mm位置の金属組織写真
（100 倍）を図３〜図５に示す。図３はダイヤモンドで
研摩した試片表面の金属組織を示し、黒色部が黒鉛粒
子、白地部が炭化物と基地組織である。図４はピクリン
酸で腐食した試片表面の金属組織を示す。腐食すること
により焼戻しベイナイト及びマルテンサイトの基地組織
と炭化物が観察される。図５は、さらにクロム酸で電解
腐食した金属組織である。クロム酸の電解腐食によりMC
系炭化物が黒色部として観察されるが、この黒色部には
黒鉛粒子も含まれる。さらに過硫酸アンモニウム液で腐
食することで全炭化物（MC系、M₂C系、M₆C系、セメンタ
イト等）が観察される。試片 2、5、8、9の硬さと、画
像解析装置（日本アビオニクス〔株〕製）による黒鉛面
積比と炭化物面積比の測定結果を表２に示す。

【００３８】

【表２】

【００３９】実施例２実施例１の試片 2及び 5から外径60mm、内径40mm、幅40
mmの小型スリーブロールを製作し、図６に示す圧延試験
機で摩耗試験を、図７に示す摩擦熱衝撃試験機で焼付試
験をそれぞれ行なった。比較のため、グレン鋳鉄材(試
片 8)と接種していない高耐摩耗合金材(試片 9)につい
ても同様に試験した。

【００４０】圧延試験機は、圧延機11に組み込まれた上
ロール12及び下ロール13と、圧延材Sを予熱する加熱炉1
4と、圧延材Sを冷却する冷却水槽15と、圧延中に一定の
テンションを与える巻取機16と、テンションを調節する
テンションコントローラ17とからなる。圧延試験条件は
次のとおりであり、同じ圧延を3回行った後の摩耗量を
測定した。圧延材：SUS304、厚さ 1mm、幅 15mm 圧延機：４重式圧下率：25％圧延速度：150m/min 圧延材温度：900℃ 圧延距離：300m/回ロール冷却：水冷

【００４１】摩擦熱衝撃試験機は、ラック24に重り25を
落下させることによりピニオン23を回動させ、ピニオン
23に固定した圧延材該当の噛み込み材22を、試片21に衝
撃的に強圧接触させる方式である。

【００４２】試験結果を表２に示す。本発明試片の摩耗
量は全体的にグレン鋳鉄材試片 8の約1/3、接種なしの
ため黒鉛がない高耐摩耗合金材試片 9とほぼ同等であ
る。本発明試片の焼付面積はグレン鋳鉄材試片とほぼ同
等、黒鉛がない高耐摩耗合金材試片の約60％である。こ
れらの結果より、耐焼付性は黒鉛量に応じて向上してお
り、本発明によるロールは、耐焼付性が従来のグレン鋳
鉄ロールと同等で、耐摩耗性が3倍である。また、黒鉛
がない高耐摩耗合金材ロールに対して、耐焼付性が改善
される。

【００４３】実施例３及び実施例４図１は本発明実施例ロールを説明する回転軸方向の断面
図、図２は同じく回転軸と直角方向の胴部の断面図であ
る。これらの図において、外層１と内層２とからなる胴
部形成用の複合スリーブは軸材３に焼嵌め固定されてい
る。実施例として、表３に示す連続熱間薄板圧延に用い
る組立式圧延用ロールを製作した。

【００４４】製作した各例複合スリーブの化学成分を表
４に示す。外層材質は何れも本発明の成分系であり、内
層材質は実施例 3が黒鉛鋳鋼、実施例 4がJIS-G-4105 S
CM-440相当の鍛鋼である。また、実施例 3は例えば特開
昭50-3922号公報に記載の方法と類似の遠心力鋳造法、
実施例 4の複合スリーブは、中空円筒状に形成した上記
鍛鋼を軸材として用い、例えばWO88/07594号公報に記載
の方法と類似の連続肉盛鋳造法により製作した。

【００４５】外層材質を鋳造するときは、黒鉛を晶出さ
せるため、Si含有の接種剤を用いて接種した。接種剤は
Fe-Si系合金よりもCa-Si系合金のほうが良好な黒鉛晶出
が得られるので好ましい。各例においては、Ca-60％Si
合金を用い、表４に示すSi量の接種をした。実施例 3は
遠心力鋳造作業中に鋳造しながら湯受け内の溶湯中へ、
実施例 4は連続肉盛鋳造作業中に鋳造しながら耐火枠内
の溶湯中へ接種した。

【００４６】

【表３】

【００４７】

【表４】

【００４８】鋳造した各例の複合スリーブに所定の熱処
理と表５に示す諸元の加工を施し、軸材へ焼嵌めにより
嵌合固定して本発明の組立式圧延用ロールを製作した。
得られたロールの外層の硬さ、黒鉛面積比、MC炭化物面
積比、MC炭化物以外の他形態炭化物の面積比を表６に示
す。

【００４９】

【表５】

【００５０】

【表６】

【００５１】組立式圧延用ロールを圧延に用いると、複
合スリーブには、圧延応力の他に、熱応力、焼嵌め応
力、残留応力が作用している。複合スリーブの内層はこ
れらの応力に耐える強さを有していなければならず、こ
れが不足するとスリーブ割損等の恐れがある。表５にお
ける実施例 4の複合スリーブは、別途検討した強さ検討
結果に基づき、外径を表３に示す圧延機規定の外径寸法
より意図的に小さくして外層を薄くし、内層を相対的に
厚くした。なお、外層を薄くするため、外径を規定通り
とし、廃却径を規定より大きくすることにより内層を相
対的に厚くしても良い。こうすることにより、本発明の
組立式圧延用ロールは、使用に際して割損の恐れがな
く、安全に使用できる。

【００５２】表６により、本発明実施例ロールの金属組
織構成は、実施例 1及び実施例 2に示した本発明実施例
試片と同等水準であり、優れた耐摩耗性と耐焼付き性を
有している。

【発明の効果】本発明の組立式圧延用ロールは、材質が
本来有する耐摩耗性を発揮すると共に、耐焼付き性に優
れている。その結果、圧延に用いて、ロール焼付きに起
因する被害が抑制される。また、新品ロールと交換する
ときは複合スリーブのみの交換ですむので、経済性に優
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例ロールを説明する回転軸方向の断
面図である。

【図２】本発明実施例ロールを説明する回転軸と直角方
向の胴部の断面図である。

【図３】本発明実施例試片をダイヤモンド研摩した面の
金属組織写真(100 倍)である。

【図４】本発明実施例試片をピクリン酸腐食した面の金
属組織写真(100 倍)である。

【図５】本発明実施例試片をクロム酸電解腐食した面の
金属組織写真(100 倍)である。

【図６】本発明実施例を確性した圧延試験機の説明図で
ある。

【図７】本発明実施例を確性した摩擦熱衝撃試験機の説
明図である。

【符号の説明】

1：外層 2：内層 3：軸材
11：圧延機 12：上ロール 13：下ロール 14：加熱炉
15：冷却水槽 16：巻取機 17：テンションコントローラ
21：試片 22：噛み込み材 23：ピニオン 24：ラック
25：重り S：圧延材

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ２２Ｃ 38/24 Ｃ２２Ｃ 38/24 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 1/00 - 49/14 B21B 27/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】連続熱間薄板圧延機の作動ロールであっ
て、胴部構成用複合スリーブは遠心力鋳造法、連続肉盛
鋳造法、静置鋳造法のうちいずれかの鋳造法で製作さ
れ、重量比でC:2〜4％、Si:0.5〜4％、Mn:0. 1〜1.5
％、Cr:1〜7％、Mo:2〜10％、V:2〜10％の化学成分を含
み残部が実質的にFe及び不可避的不純物からなり、金属
組織は基地組織と面積比で0.5〜5％の黒鉛と0.2〜10％
のMC系炭化物と40％以下のセメンタイトとを含み、硬さ
がHS:70以上の外層と、重量比でC:0.1〜2％を含む鋳鋼
又は鍛鋼又は黒鉛鋳鋼の内層とからなる胴部構成用複合
スリーブを軸材に嵌合固定されてなることを特徴とする
組立式圧延用ロール。
【請求項２】胴部構成用複合スリーブの外層の金属組
織は、MC系炭化物以外にさらにM₂C系炭化物、M₆C系炭化
物、M₇C₃系炭化物の何れか１種以上を面積比で0.2〜20
％含むことを特徴とする請求項１記載の組立式圧延用ロ
ール。
【請求項３】胴部構成用複合スリーブの外層は、さら
に重量比でNi:0.2〜4％、W:2〜10％、Co:1〜10％、Nb:1
〜10％、Ti:0.01〜2％、B:0.002〜0.2％、Cu:0.02〜1％
の内の何れか１種以上を含むことを特徴とする請求項１
又は請求項２記載の組立式圧延用ロール。