JP3530379B2 - 冷間圧延用ワークロール - Google Patents

冷間圧延用ワークロール

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼の冷間圧延に
用いられる冷間圧延用ワークロールに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、鉄鋼の冷間圧延用ワークロールと
しては、C:0.8〜1.2%、Cr:5〜7%を基本
化学成分とした鍛造ロール(クロム系ロールと称する)
が適用されてきた。また近年、特公平7−68588号
公報に開示されているロールのようなMo,V,W等を
少量添加した、いわゆるセミハイス系ロールが一部使用
されている。
【0003】前記、従来の冷間圧延用ワークロールの製
造は大半がエレクトロ・スラグ再溶解法にて単一材質の
鋼塊を製造し、鍛造工程を経て焼入れ焼戻し熱処理を実
施していた。焼入れ焼戻し熱処理は漸進誘導加熱・急速
水冷により強力な焼入れを行い、さらに硬さを損なわな
いように200℃以下の低温で焼戻すことにより、ロー
ル表面に700Mpa以上の極めて高い圧縮応力を残留
させてショアー硬度95以上の高硬度としている。一
方、他の製造法として、特公平5−21973号公報に
は芯材の周囲にCr,Mo,V,W等を多量に含有する
外層材料を連続鋳掛肉盛法にて成形する、いわゆるハイ
ス系ロールが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】冷間圧延用ワークロー
ルとして最も一般的なクロム系ロールは摩耗が大きい上
に研削もしくはダル加工により予め付与した表面粗度が
圧延により短時間で低下するため圧延作業の継続が困難
となり、圧延を中断し新たに研削もしくはダル加工した
ロールと取替えざるを得ず、極めて操業性が悪かった。
また、合金を添加し耐摩耗性を改善したセミハイス系ロ
ールにおいては晶出した炭化物が極めて大きく、またハ
イス系ロールでは炭化物が多量に晶出するため研削性が
劣り、特に品質要求の高い鋼材あるいは圧延スタンドで
の使用には全く適用できない。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述したような問題を解
決するべく、発明者らは鋭意開発を進めた結果、従来の
冷間圧延用ワークロールの課題であった耐摩耗性、粗度
保持性を改善すると共に、耐凹性(ロール表面に微小な
凹が発生しない)、研削性、圧延トラブル時の耐亀裂性
(耐事故性と称する)を兼備させるものである。その発
明の要旨とするところは、 (1)鋳鋼または鍛鋼からなる芯材の周囲に、連続鋳掛
肉盛法にて外層を形成してなる冷間圧延用ワークロール
であって、前記芯材の周囲に、成分が重量%で、C:
0.8〜2.0%、Si:0.3〜2.0%、Mn:
0.3〜2.0%、Cr:4.0〜10.0%、Mo:
1.0〜6.0%、V:0.5〜2.0%、残部がFe
及び不可避的不純物からなると共に、下記式のCbal
を0.1〜1.0からなる外層用溶湯を連続鋳掛肉盛法
にて外層を形成し、形成後の晶出炭化物で囲まれた結晶
粒径を30〜100μmとしたことを特徴とする冷間圧
延用ワークロール。
【0006】(2)前記(1)に記載の外層用溶湯の成
分に加えて、W:3.0%以下、Ni:5.0%以下の
1種または2種を添加したことを特徴とする冷間圧延用
ワークロール。 (3)外層のビッカース硬度を750以上にしたことを
特徴とする前記(1)または(2)記載の冷間圧延用ワ
ークロールにある。
【0007】
【発明の実施の形態】先ず、本発明は耐摩耗性を向上さ
せるため、硬質の晶出炭化物を利用することを最大の特
徴の一つとし、さらに基地組織の硬さをビッカース硬度
で750以上とした。炭化物はVによるMC型あるいは
Cr,Mo,WによるM7 3 型等を主として利用し
た。従来、最も一般的であったクロム系ロールでは析出
炭化物のみ利用し晶出炭化物は全く利用していなかっ
た。また、一部で使用されているセミハイス系およびハ
イス系ロールにおいては晶出炭化物を利用しているが、
後述のとうりセミハイス系ロールでは晶出する炭化物が
粗大で、ハイス系ロールでは炭化物が多量に晶出するた
め目的とする効果が得られない。
【0008】次に、硬さは従来ロールの場合、高い残留
応力をも利用してショアー硬度を管理指標としていた
が、耐摩耗性、粗度保持性、耐凹性についての耐久性を
確保し向上させる上ではビッカース硬度を管理指標とし
て750以上、望ましくは800以上とすることで耐久
性の向上を達成した。特に耐事故性を向上させるために
高温で焼戻しを実施した場合は低い残留応力となり、従
って、ショアー硬度は従来ロールのように95以上とい
った高い硬度とする必要はなく、例えば、ショアー硬度
90以下でもビッカース硬度を前記値以上にすれば十分
な耐久性の向上が図られ、耐事故性も兼備された。
【0009】また、圧延中のロール表面の粗度を所用の
範囲に保持できれば圧延操業が安定し、かつ長時間にわ
たり連続して圧延作業ができ操業性が向上させることが
できる。そこで、本発明ロール材を外層表層材として連
続鋳掛肉盛法にて鋳造し、圧延中のロール表面の粗度保
持性を格段に向上させた。これは、表面粗度と強い関係
がある鋳造組織を連続鋳掛肉盛法の有する大きな凝固速
度により緻密なものに制御することにより達成される。
本発明法によれば晶出炭化物で囲まれた結晶粒径は15
0μm以下の緻密な鋳造組織となるが、望ましくは30
〜100μmである。30μm未満ではロール表面粗度
が小さく圧延途中でスリップが発生することがあり、圧
延作業が安定しない。一方、100μm超では粗度がか
えって大きくなり圧延材表面を美麗に保てない。
【0010】本発明の最大の特徴である、この粗度保持
性をエレクトロ・スラグ再溶解鋼塊を鍛造で製造する従
来ロールと比較する。従来ロールの凝固過程においてエ
レクトロ・スラグ再溶解法の凝固形態から鋼塊の下方か
ら上方へ、すなわち、ロールの軸方向にデンドライトが
大きく成長する。さらに、鍛造作業にて凝固組織そのも
のも破壊してしまうため鋳造組織を利用できなかった一
方、本発明の凝固組織ではデンドライトがロール表面か
ら内部に成長し、さらに前述のとうりその組織は緻密な
ものであるため圧延中に適正粗度を長時間維持できるも
のである。
【0011】ここで、本発明に係る外層の成分を限定し
た理由を以下に述べる。Cは硬さを得るための重要な元
素である。C量が0.8%未満であると耐久性を向上さ
せるために有効な炭化物の晶出が少なく、さらに、基地
に固溶するCが不足し、焼入れによっても十分な基地硬
さが得られなくなると同時に高合金化が難しくなる。一
方、2.0%を超えると炭化物が粗大化しその晶出量も
過大となり冷間圧延用ワークロールとして必要な均質性
が保てず、特に研削むらやスクラッチ傷(研削時の引掻
き状の小さな傷)が発生するため上限を2.0%とし
た。
【0012】Si,Mnは共に脱酸効果を有し、同時に
溶湯の流動性の点から欠くことのできない元素であり、
各々2%以下の一般の高速度鋼に含まれている量を含有
させるが、これらは本発明による効果に対して何ら影響
を及ぼすものでない。CrはCと結合しM7 3 系の硬
い炭化物を結晶粒界に晶出生成し、耐摩耗性を向上させ
るとともに鋳造組織を明確なものとする。しかしなが
ら、添加量が少ないとその効果が十分確保できず、一方
多すぎると炭化物が粗大化し網目状に発達し組織の均質
化、研削性が阻害されるとともに靱性が低下する。そこ
で最適な範囲は4.0%以上10.0%以下とした。
【0013】MoはCrと同様に硬質の炭化物が得ら
れ、また高温で焼戻しを行う場合、その二次硬化に強く
寄与する元素である。1.0%未満の場合、炭化物とし
ての析出が不十分である。しかし、6.0%を超えると
網目状の粗大な炭化物となるため、その適切な範囲を
1.0%以上6.0%以下とした。Vは極めて高硬度の
粒状のMC系炭化物を形成するため、耐摩耗性を向上さ
せるために有用な元素である。しかし、0.5%未満で
あるとその効果は小さく、2.0%を超えるとMC系炭
化物がスクラッチ傷の発生原因となり研削性が阻害され
るため、その範囲を0.5%以上2.0%以下とした。
【0014】Niは焼入性を向上させる効果を有する。
径の大きいロールなど大きい硬化深度が要求される場合
にはその要求に応じて添加すると良い。しかし、5.0
%を超えると残留オーステナイトが過剰となりかえって
高硬度が得られなくなるためその上限を5.0%とし
た。WはCrやMoと同様に硬い炭化物を生成するた
め、これらの元素と置換して添加することも3.0%以
下の範囲で有効である。
【0015】さらに、Cbalの値は炭化物が存在する
材質において炭化物と基地組織をバランスさせ、特に基
地中の固溶Cを管理する上で重要である。本発明材では
前述の硬質炭化物を適量晶出させ、さらに、焼入れによ
り基地硬度を確保する上でその値、すなわち、Cbal
=C−(0.06Cr+0.063Mo+0.033W
+0.235V)の値を0.1〜1.0とした。0.1
未満ではCの基地組織への固溶が少なく硬さが得られな
い。一方、1.0を超えると炭化物が多くなり研削性を
損なう。
【0016】
【実施例】表1に示す化学成分を外層表層材とし、鋼系
芯材との組合せにより連続鋳掛肉盛法にて、胴径φ55
0mm、胴長1500mm、全長3000mmの冷間圧
延用ワークロールを製造した。しかも、本発明および比
較例ともに鋳造後、軟化焼鈍を施し、粗加工を実施後、
炭化物の分断を目的として調質処理を行った。その後、
焼入れは表面温度950〜1100℃にて漸進誘導加熱
・水焼入により行った。さらに、焼戻しは450〜60
0℃で実施した。表2には製造ロールの諸特性として各
ロールの外層の化学成分、Cbal、晶出炭化物量、結
晶粒径、硬度等に併せて実際の冷延工場における使用評
価結果を示す。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】表2より明らかなように、本発明例No1
〜5、比較例No5〜10において、本発明ロールはロ
ール直径が1mm摩耗する間に圧延できた製品重量(ト
ン)で比較した場合、比較例No6で示す最も一般的な
クロム系ロールに比べ5倍以上であり、また、耐摩耗性
の向上を図った比較例No7,8およびNo9,10が
2〜3倍に留まっていることと比べても飛躍的に耐摩耗
性が向上している。また、本発明ロールは2500トン
の大量を連続して圧延した後もロールの表面粗度(R
a)を0.5μmと保持しており粗度保持性も極めて良
好であった。さらに、本発明の化学成分範囲において、
Hv750以上の高硬度、耐凹性、研削性および耐事故
性(圧延事故遭遇時の耐亀裂性)の確保が可能であるこ
とが明らかである。
【0020】すなわち、比較例No6として示すクロム
系ロールは粗度保持性に劣り、わずかに500トンの圧
延で取替えざるを得ず、耐摩耗性においても満足できる
ものではない。比較例No7,8として示すセミハイス
系およびハイス系ロールは耐摩耗性は向上したものの研
削性が全く確保できなかった。次に、本発明と同じ製造
法であるが、C含有量、Cbalが低い比較例No9は
硬度が低く耐凹性が悪く、一方、C含有量、Cbalが
高い比較例No10は研削性が劣っている。また、本発
明ロールは従来一般的な指標であったショアー硬度(H
s)では90および89と比較例No6,7に比べて低
いにもかかわらず、ビッカース硬度(Hv)が800お
よび810と高い値を確保しており、耐摩耗性は逆に向
上している。なお、図1は本発明に係るロールの代表的
な顕微鏡組織を示す顕微鏡写真で、炭化物(白い部分)
が適量に緻密な凝固組織の結晶粒界に晶出していること
が判る。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば研削
性ならびに耐事故性を兼備し、耐久性を飛躍的に向上さ
せた高性能の冷間圧延用ワークロールを得ることができ
る極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るロールの代表的な顕微鏡組織を示
す顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C22C 38/28 C22C 38/28 38/46 38/46 38/58 38/58 (72)発明者 倉橋 隆郎 兵庫県姫路市広畑区富士町1番地 新日 本製鐵株式会社 広畑製鐵所内 (56)参考文献 特開 平3−122251(JP,A) 特公 平5−21973(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 B21B 27/00 B22D 19/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋳鋼または鍛鋼からなる芯材の周囲に、
    連続鋳掛肉盛法にて外層を形成してなる冷間圧延用ワー
    クロールであって、前記芯材の周囲に、成分が重量%
    で、 C:0.8〜2.0%、 Si:0.3〜2.0%、 Mn:0.3〜2.0%、 Cr:4.0〜10.0%、 Mo:1.0〜6.0%、 V:0.5〜2.0%、 残部がFe及び不可避的不純物からなると共に、下記式
    のCbalを0.1〜1.0からなる外層用溶湯を連続
    鋳掛肉盛法にて外層を形成し、形成後の晶出炭化物で囲
    まれた結晶粒径を30〜100μmとしたことを特徴と
    する冷間圧延用ワークロール。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の外層用溶湯の成分に加
    えて、W:3.0%以下、Ni:5.0%以下の1種ま
    たは2種を添加したことを特徴とする冷間圧延用ワーク
    ロール。
  3. 【請求項3】 外層のビッカース硬度を750以上にし
    たことを特徴とする請求項1または2記載の冷間圧延用
    ワークロール。
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