JP3659031B2

JP3659031B2 - Outer layer material for centrifugal casting roll

Info

Publication number: JP3659031B2
Application number: JP32271698A
Authority: JP
Inventors: 智也小関; 健司市野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2018-11-12
Also published as: JP2000144303A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延用複合ロールに好適なロール用素材に係り、とくに遠心鋳造法により製造可能なロール用外層材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延用ロールの素材として、従来から、Niグレン鋳鉄、アダマイト、高Cr鋳鉄等が使用されてきた。しかし、最近ではロールの耐摩耗性をより向上させるために、ロール素材として、Mo、Ｗ、Ｖ等の炭化物であるＭＣ型炭化物の析出を利用する高速度工具鋼（ハイス）系材料が用いられるようになってきた。
【０００３】
例えば、特開平4-176840号公報には、ロール用素材として、重量％で、Ｃ：1.0 〜3.0 ％、Si：0.1 〜2.0 ％、Mn：0.1 〜2.0 ％、Cr：3.0 〜10.0％、Mo：0.1 〜6.0 ％、Ｗ：1.5 〜10.0％、Ｖ、Nbの１種または２種の合計で3.0 〜10.0％、を含有し残部Feおよび不可避的不純物からなるハイス系鋳鉄材が開示されている。しかし、特開平4-176840号公報に記載された素材は、安価な製造方法である遠心鋳造法を利用してロールとする場合には、ロール半径方向に成分の偏析、組織の相違が発生する。
【０００４】
このような問題に対し、安価な遠心鋳造法の適用が可能となるロール素材が開発されている。例えば、特開平4-365836号公報には、重量％で、Ｃ：1.5 〜3.5 ％、Si：1.5 ％以下、Mn：1.2 ％以下、Ni：5.5 ％以下、Cr：5.5 〜12.0％、Mo：2.0 〜8.0 ％、Ｖ：3.0 〜10.0％、Nb：0.6 〜7.0 ％を含有し、かつ、次（５）式
Ｖ＋1.8Nb ≦7.5 Ｃ−6.0 ………（５）
、および次（６）式
0.2 ≦Nb／Ｖ≦0.8 ………（６）
を満足し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる圧延用ロール外層材が開示されている。この圧延用ロール外層材は、遠心鋳造法を適用したにもかかわらず、成分の偏析や組織の変化もみられず、しかも耐摩耗性や耐クラック性がともに優れている。しかしながら、この圧延用ロール外層材を用いた複合ロールは、ロールの摩擦係数が高くなり、圧延使用時に圧延荷重の増大や摩擦発熱による製品表面の疵発生などの問題が生じる場合があることが判明した。
【０００５】
そこで、このような問題に対し、摩擦係数の低減のため、ハイス系素材に黒鉛を存在させたロール用素材およびこのロール用素材を外層とした複合ロールが提案されている。
例えば、特開平6-256888号公報には、wt％で、Ｃ：1.8 〜3.6 ％、Si：1.0 〜3.5 ％、Mn：0.1 〜2.0 ％、Cr：2.0 〜10％、Mo：0.1 〜10％、Ｗ：0.1 〜10％、Ｖ、Nb：１種又は２種の総計で1.5 〜10％、あるいはさらにCo：0.5 〜10.0％、またはAl：0.01〜0.50％、Ti：0.01〜0.50％、Zr：0.01〜0.50％の１種または２種、またはＢ：0.01〜0.50％を含有し、および残部が実質的にFeからなり、黒鉛を有するハイス系鋳鉄材と、そのハイス系鋳鉄材を外層材とする複合ロールが提案されている。また、特開平6-256889号公報には、特開平6-256888号公報に記載された黒鉛を有するハイス系鋳鉄材の組成に加えて、Ni：0.5 〜10.0％を含有するハイス系鋳鉄材および複合ロールが提案されている。
【０００６】
また、特開平6-335712号公報には、重量比で、Ｃ：2.0 〜4.0 ％、Si：0.5 〜4.0 ％、Mn：0.1 〜1.5 ％、Ni：2.0 〜6.0 ％、Cr：1.0 〜7.0 ％、Ｖ：2.0 〜8.0 ％、残部はFe及び不純物元素からなり、基地組織と0.5 〜５面積％の黒鉛と0.2 〜10面積％のセメンタイトとからなる金属組織を有することを特徴とする耐摩耗耐焼付性熱間圧延用ロールが提案されている。
【０００７】
また、特開平8-209299号公報には、重量％で、Ｃ：2.0 〜4.0 ％、Si：1.0 〜5.0 ％、Mn：0.1 〜2.0 ％、Cr：0.1 〜6.0 ％、Mo：0.1 〜6.0 ％、Ｖ：0.1 〜6.0 ％、Ni：1.0 〜8.0 ％を含有し、残部がFe及び不純物元素である高耐焼付性熱間圧延用ロール材が提案されている。このロール材は、上記組成に調整することにより黒鉛の晶出を促進させ耐焼付性を向上させている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
黒鉛を利用することにより、従来のハイス系鋳鉄ロール材の欠点であった、圧延荷重の増大やそれに伴う製品の表面品質の低下を防止し、さらに過大な負荷によって発生するクラックの進展を抑制することができる。しかし、上記した特開平6-256888号公報、特開平6-256889号公報、特開平6-335712号公報、特開平8-209299号公報に記載された組成の黒鉛を有するロールを、遠心鋳造法で製造すると、遠心分離により、ＭＣ型炭化物の形態や分布、および黒鉛の形態が外層厚さ方向で変化し、ロール特性がロールの摩耗とともに変化するという問題が残されていた。とくに、黒鉛形態によっては、耐摩耗性が著しく劣化するという問題があった。
【０００９】
このようなことから、遠心鋳造法を用いて、黒鉛を有する高品質ロールを安定して製造することに対しては依然として解決すべき問題が残されていた。また、形鋼圧延に用いられるスリーブ型垂直ロールでは、圧延時衝撃的な応力が負荷されるため、ロール表面部の引張応力が増大し、径小ロールではロールの割損が懸念される。このため、引張強度を高めた高品質ロール外層材が要望されている。
【００１０】
本発明は、上記した従来技術に鑑み、遠心鋳造法を適用しても成分等の偏析が少なく、低摩擦係数で、耐クラック性、耐摩耗性に優れ、かつ高引張強さを有する遠心鋳造ロール用外層材を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題のうち、摩擦係数の低減、および耐焼付性の向上のためには、黒鉛の利用が有効であることから、遠心鋳造ロール用外層材における黒鉛の晶出についてまず検討した。
黒鉛は、固体潤滑剤としての作用を有し、摩擦係数を低減し、またロールの耐焼付性を向上させる。しかし、その含有量が多すぎたり、形態が片状であると耐摩耗性や引張強さを低下させる。そこで、黒鉛含有量の制御や黒鉛形態制御が重要となる。黒鉛の晶出量は、その素となるＣ、黒鉛晶出の促進作用を有するSi、Ni、黒鉛晶出を抑制し白銑化させるCr、黒鉛が晶出する前にＣと結合しＣを消費するＶ、Nbの含有量で決定される。そこで、本発明者らは、Crや、Ｖ、Nbが多量添加され有効Ｃ量が低くなるロール用外層材においては、黒鉛晶出のために、Si、Ni量の調整が重要であることに想到した。
【００１２】
まず、本発明者らは、Nb：1.5mass ％、Ｖ：3.5mass ％、Ｂ：0.0200mass％を含有し、Ｃ含有量を 2.3〜3.8mass ％の範囲で変化させさらにSi、Ni含有量を変化した組成の鋳鉄において、黒鉛晶出におよぼすSi、Ni量の影響について実験した。黒鉛の晶出の有無を、Ｃ含有量と計算共晶値ｙとの関係で整理し、その結果を図１に示す。なお、計算共晶値ｙは、ｙ＝4.30−0.33Si−0.047Ni ＋0.0055（Si＋Ni）で表され、液相Ｌからγと黒鉛が晶出する共晶Ｃ量の変化を推定できる式である。
【００１３】
図１から、Ｃ量が 2.3〜 3.8mass％の範囲で、黒鉛の晶出が期待できるのは、計算共晶値ｙが3.4 以下の場合であり、3.4 を超えると黒鉛の晶出はみられなくなる。このことから、本発明者らは、黒鉛の晶出を十分にはかるためには、計算共晶値ｙが3.4 以下となるようにSi、Ni量を調整する必要があるという知見を得た。
【００１４】
ついで、本発明者らは、黒鉛晶出によるロール外層材の耐摩耗性の低下を防止する手段について検討した。
ハイス系鋳鉄ロール材の耐摩耗性は、硬いＭＣ型炭化物により維持されている。ここで、ＭＣ型炭化物とは、Ｖ、Nb、Ｗ、Mo、Ti、Hf等の金属原子とＣ原子が結合した炭化物を総称していう。ハイス系鋳鉄ロールでは、ＭＣ型炭化物としてVC、WC、NbC などが利用されている。しかし、WCを利用する場合には高温加熱の焼入れ・焼戻しを必要とするため、軸材として、遠心鋳造複合ロールで広く利用されている融点の低いダクタイル鋳鉄の利用ができなくなる。そのため、最近では、溶湯の凝固過程で晶出するVCが主として利用されるようになっている。ＭＣ型炭化物としてVCを主として利用する場合でも、黒鉛を晶出させると必然的に耐摩耗性は低下する。そのため、耐摩耗性の低下を補うために晶出した炭化物を強靱化することが肝要となる。
【００１５】
そこで、本発明者らは、炭化物の強靱化について検討した結果、Cr、Moが炭化物を強靱化し耐摩耗性の向上に強く影響することを見いだした。
本発明者らは、Ｃ：2.8mass ％、Si：2.5mass ％、Mn：0.5mass ％、Nb：1.5mass ％、Ｖ：3.5mass ％、Ni：8.0mass ％を含有し、Cr：2.0 〜3.0mass ％、Mo：0.5 〜5.0mass ％の範囲で変化させた組成の鋳鉄を溶製し、厚さ50mmのキールブロックに鋳込み凝固させた。凝固後、500 ℃の焼戻し処理を施し、円盤状試験片（φ50×10mm）を採取した。これら円盤状試験片を用いて、耐摩耗性試験を実施した。
【００１６】
耐摩耗性試験は、２円盤式熱間摩耗試験機を使用し、以下に示す条件で実施した。800 ℃に加熱された相手材（φ190 ×15mm）に回転数を800rpmとした円盤状試験片を荷重100kgfで圧接し、すべり率3.9 ％として120min間転動させた。試験後、円盤状試験片の摩耗減量を測定し耐摩耗性の評価とした。
その結果を、摩耗減量とMo／Crとの関係で図２に示す。
【００１７】
図２から、Mo／Crを1.0 以上とすることにより、摩耗減量が減少することがわかる。このことから、耐摩耗性を向上させるにはMo／Crが1.0 以上となるように、Mo、Cr含有量を調整するのが好ましい。
つぎに、本発明者らは、遠心分離による組織偏析の抑制について検討した。
ＭＣ型炭化物としてVCを利用する場合、このVCは、比重が溶湯より小さいため、遠心分離により外層材の内側に凝集、偏析し、組織偏析が生じる。そこで、まず、特開平4-365863号公報に示されるように、VCを(V,Nb)C なる複合炭化物となるようにＶ含有量に応じてNb含有量を調整し、VCと溶湯との比重差に起因した遠心分離による組織偏析を軽減しておく必要があることに思い至った。
【００１８】
本発明者らは、Ｃ：2.8mass ％、Si：2.5mass ％、Mn：0.5mass ％、Cr：2.0mass ％、Mo：3.0mass ％を含有し、Ｖ：1.0 〜5.0mass ％、Nb：0 〜5.0mass ％の範囲に変化しNb／Ｖ比を変えた溶湯を遠心鋳造（140G) して得たリング材（肉厚85mm）を用いて、耐摩耗性を調査した。リング材は、凝固後、550 ℃で焼戻し処理を施されたのち、リング材の外表面側と内表面側から円盤状試験片（φ50×10mm）を採取した。これら円盤状試験片を用いて、上記したと同様の耐摩耗性試験を実施した。
【００１９】
それらの結果を、外表面側の試験片の摩耗量WR₀、と内表面側の試験片の摩耗量WR₁の比、WR₀/WR₁とNb／Ｖの関係で整理し図３に示す。
図３から、外表面側と内表面側の摩耗量がほぼ等しくなるのは、Nb／Ｖが0.2 以上の場合である。Nb／Ｖ比を0.2 以上とすることにより、耐摩耗性の観点からの遠心分離による組織偏析は問題ない範囲となるという知見を得た。
【００２０】
しかしながら、黒鉛が晶出するようなハイス系鋳鉄ロールの成分系では、ＭＣ型炭化物の高比重化だけでは、炭化物の遠心分離を完全には抑制できない。
そこで、本発明者らは、ＭＣ型炭化物を高比重化することに加え、溶湯からＭＣ型炭化物が晶出したのちの比較的早い時期に、溶湯よりわずかに比重の大きいγをＭＣ型炭化物に付着する形で晶出させれば、すなわちＭＣ型炭化物の晶出温度とγの晶出温度を近ずけることにより、ＭＣ型炭化物の遠心分離を抑制できることに想到した。
【００２１】
そして、本発明者らは、ＭＣ型炭化物の晶出温度とγの晶出温度の温度差を小さくするには、Ｃ、Ｖ、Nb量を低減しＭＣ型炭化物の晶出温度を低下し、Ｃ、Cr量を低減してγの晶出温度を増加させることが重要であるとの知見を得た。
このような検討から、遠心分離による炭化物、組織の偏析を抑制し、低摩擦係数、高耐摩耗性、高強度の遠心鋳造ロール用外層材を得るためには、本発明者らは、Si、Ni量を調整し黒鉛を適正に晶出させたうえ、Mo／Cr、Nb／Ｖを調整し炭化物の強靱化と高比重化を図り、さらに各成分量を適正範囲に調整して、ＭＣ型炭化物の晶出温度とγの晶出温度の差を小さくし、さらに基地組織をベイナイトあるいはマルテンサイトとすることが重要であるという技術思想を得た。
【００２２】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加え完成されたものである。すなわち、本発明は、mass％で、Ｃ：2.3 〜3.0 ％、Si：2.0 〜3.0 ％、Mn：0.1 〜2.0 ％、Cr：0.5 〜3.0 ％、Mo：1.5 〜5.0 ％、Ni：7.0 〜10.0％、Ｖ：1.0 〜5.0 ％、Nb：0.5 〜3.0 ％、Ｂ：0.0050〜0.0800％、REM ：0.0050〜0.0500％を含み、かつ、次（１）式、（２）式および（３）式

（ここで、Si、Ni、Mo、Cr、Nb、Ｖ：Si、Ni、Mo、Cr、Nb、Ｖ各元素の含有量（mass％））
を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成からなり、さらに黒鉛を有することを特徴とする遠心鋳造ロール用外層材である。
【００２３】
また、本発明では、前記組成に加えて、さらにＷ：1.5 ％以下を含有することができ、また、本発明では、前記黒鉛を面積率で0.5 〜５％含有するのが好ましい。また、本発明の遠心鋳造ロール用外層材の基地組織は、ベイナイトあるいはマルテンサイト、またはそれらの混合組織からなる組織とするのが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の遠心鋳造ロール用外層材の化学組成の限定理由を説明する。なお、以下とくに限定しないかぎり％は、mass％を表すものとする。
Ｃ：2.3 〜3.0 ％
Ｃは、ロール外層材の耐摩耗性を向上させる硬質炭化物を形成させ、さらに、黒鉛を基地組織内に晶出させる重要な元素であり、本発明では2.3 ％以上の含有を必要とする。一方、3.0 ％を超える含有はγの晶出温度が低下しすぎ、ＭＣ型炭化物の遠心分離による偏析が助長される。このようなことから、Ｃは2.3 〜3.0 ％の範囲に限定した。
【００２５】
Si：2.0 〜3.0 ％
Siは、溶湯の脱酸剤として作用し、さらに溶湯の鋳造性を高めるとともに、黒鉛の晶出を促進させる作用を有する。Si含有量が2.0 ％未満では、黒鉛の晶出が不足する。一方、3.0 ％を超える含有は黒鉛晶出量が多くなりすぎ、黒鉛の形態が片状となり耐摩耗性および引張強さが低下する。このため、Siは2.0 〜3.0 ％の範囲に限定した。なお、黒鉛晶出量の観点から好ましくは、 2.5〜 3.0％である。
【００２６】
Mn：0.1 〜2.0 ％
Mnは、溶湯の脱酸剤として作用し、さらにＳと結合しMnS を形成しＳによる脆化を防止する作用を有する。このような作用は0.1 ％以上の含有で認められるが、2.0 ％を超える含有は耐クラック性が低下する。このため、Mnは0.1 〜2.0 ％の範囲に限定した。なお、作業性、経済性の観点から好ましくは、 0.3〜 1.0％である。
【００２７】
Cr：0.5 〜3.0 ％
Crは、Ｃと結合し炭化物を形成するとともに、基地に固溶して耐摩耗性を向上させる作用を有する。このような作用は0.5 ％以上の含有で認められるが、一方、3.0 ％を超える含有は、Crが非常に強い白銑化元素であるため、凝固過程での黒鉛の晶出が抑制され、炭化物が増量して引張強さが低下する。このため、Crは0.5 〜3.0 ％の範囲に限定した。なお、耐摩耗性の観点から好ましくは、 1.0〜 2.0％である。
【００２８】
Mo：1.5 〜5.0 ％
Moは、Crと同様に炭化物の形成と基地および炭化物の強化し、耐摩耗性を向上させさらに耐クラック性を向上させる作用を有する元素である。このような作用は1.5 ％以上の含有で認められるが、5.0 ％を超える含有は耐クラック性と靱性を低下させる。このため、Moは1.5 〜5.0 ％の範囲に限定した。なお、ロール特性と経済性の観点から好ましくは、 2.5〜 4.0％である。
【００２９】
Ni：7.0 〜10.0％
Niは、基地に固溶し焼入れ性を高めて基地を強化するとともに、黒鉛の晶出を促進する元素であり、Ｃ量が低くNb、Ｖ等のＣと結合する元素が多く、溶湯の有効Ｃ量が少ない本発明の外層材においては、黒鉛を適正に晶出させるための重要な元素である。Ni含有量が7.0 ％未満では、黒鉛の晶出が見られず、一方、10.0％を超える含有は安定なオーステナイトが多量に残留し耐摩耗性が低下する。このため、Niは7.0 〜10.0％の範囲に限定した。なお、安定製造の観点から好ましくは、 8.0〜 9.0％である。
【００３０】
Ｖ：1.0 〜5.0 ％
Ｖは、Ｃと結合し硬いＭＣ型炭化物（MCまたはM₄C₃）を形成し耐摩耗性の向上に有効に作用する。このような作用は、1.0 ％以上の含有で認められるが、5.0 ％を超える含有はＭＣ型炭化物の晶出温度が高くなりすぎて、遠心分離による偏析が発生し、さらに耐クラック性の低下や溶解不良などの製造上の問題を生じる。このため、Ｖは1.0 〜5.0 ％の範囲に限定した。なお、耐摩耗性の観点から好ましくは、 2.5〜 4.0％である。
【００３１】
Nb：0.5 〜3.0 ％
Nbは、Ｖと複合炭化物(V,Nb)C を形成し、形成される炭化物の比重を増加させ、溶湯との比重差に起因した遠心分離による偏析を軽減する作用を有している。このような作用はNb含有量が0.5 ％以上で認められるが、Nb含有量が3.0 ％を超えると、ＭＣ型複合炭化物(V,Nb)C の晶出温度が高くなりすぎて、遠心分離による偏析が発生し、さらに耐クラック性の低下や溶解不良などの製造上の問題を生じる。このため、Nbは0.5 〜3.0 ％の範囲に限定した。好ましくは、 0.8〜 1.5％である。
【００３２】
Ｂ：0.0050〜0.0800％
Ｂは、焼入れ性を高めるとともに、Ｂ窒化物を形成し黒鉛の晶出核として作用する。本発明では、黒鉛量の増加を図るため、黒鉛の晶出核を増加させる目的で添加する。この目的のためには、Ｂは0.0050％以上の含有を必要とする。一方、0.0800％を超える含有は、かえって黒鉛量の減少を招く。このため、Ｂは0.0050〜0.0800％の範囲に限定した。なお、黒鉛量の観点から好ましくは、0.0150〜0.0400％である。
【００３３】
REM ：0.0050〜0.0500％
REM は、黒鉛を球状化する作用を有し、この作用は0.0050％以上のREM の含有で認められるが、0.0500％を超えるREM の含有は、黒鉛量を減少させ炭化物量を増加させる。このため、REM は0.0050〜0.0500％の範囲に限定した。なお、効果と経済性を考慮して好ましくは、0.0150〜0.0300％である。
【００３４】
4.30−0.33Si−0.047Ni ＋0.0055（Si＋Ni）≦ 3.4
（１）式( 上式）の左辺、ｙ＝4.30−0.33Si−0.047Ni ＋0.0055（Si＋Ni）は、液相Ｌから黒鉛＋γが晶出する共晶Ｃ量を推定する式で、計算共晶値と称される値である。計算共晶値が3.4 を超えると、図１に示すように黒鉛の晶出が期待できない。このため、計算共晶値ｙが3.4 以下となるように、黒鉛晶出を促進する元素であるSi、Ni量を調整する。なお、ｙは好ましくは 3.1〜 3.2である。
【００３５】
Mo／Cr≧ 1.0
本発明では、黒鉛の晶出による耐摩耗性の低下を炭化物の強靱化により補うため、Mo／Cr比を調整する。（２）式（上式）のように、Mo／Crを1.0 以上とすることにより、耐摩耗性が向上する（図２）。なお、好ましくはMo／Crは 1.2〜 1.8である。
【００３６】
0.2 ≦Nb／Ｖ≦ 1.0
本発明では、ＭＣ型炭化物（ここではVC）の比重を高めるため、Ｖ含有量に応じNb含有量を調整して、VCを(V,Nb)C の複合炭化物とし、溶湯との比重差に起因する遠心分離による偏析を軽減する。Nb／Ｖが0.2 未満では、遠心分離による組織偏析が生じ、ロール材質が均一とならない。一方、Nb／Ｖが1.0 を超えると、耐クラック性が劣化する。耐クラック性におよぼすNb／Ｖの影響を図４に示す。
【００３７】
図４は、Ｃ：2.8mass ％、Si：2.5mass ％、Mn：0.5mass ％、Cr：2.0mass ％、Mo：3.0mass ％を含有し、Ｖ：1.0 〜5.0mass ％、Nb：0 〜5.0mass ％の範囲に変化しNb／Ｖ比を変えた溶湯を遠心鋳造（140G) して得たリング材（肉厚85mm）を用いて、熱衝撃特性（耐クラック性）を調査した結果である。凝固後、550 ℃で焼戻し処理を施したのち、リング材の外表面側から板状試験片（55×40×15mm）を採取した。これら板状試験片を用いて、1200rpm で回転しているローラに15sec 間圧接したのち、直に水冷し、クラックの発生の有無を観察する熱衝撃試験を実施し、発生したクラック深さで耐クラック性を評価した。圧接時の荷重は150kgfとした。図４から、Nb／Ｖが1.0 を超えると、クラック深さが増大し、耐熱衝撃性（耐クラック性）が低下する。
【００３８】
このようなことから、Nb／Ｖは0.2 〜1.0 の範囲に限定した。なお、好ましくは、 0.4〜 0.8である。
Ｗ：1.5 ％以下
Ｗは、Ｃと結合し炭化物を形成して耐摩耗性の向上に寄与するが、1.5 ％を超えての含有は、遠心鋳造に際し、遠心分離による偏析を生じる。このため、Ｗは1.5 ％以下に限定するのが好ましい。
【００３９】
本発明のロール外層材は、上記した成分以外の残部はFeおよび不可避的不純物からなる。
不可避的不純物としては、Ｐ、Ｓ、Ｎ、As、Biがあるが、これら元素はロール脆性を劣化させるためできるだけ低減するのが望ましいが、Ｐ：0.05％以下、Ｎ：0.0800％以下、Ｓ： 0.020％以下、As：0.0150％以下、Bi：0.0150％以下は許容される。
【００４０】
本発明のロール外層材は、基地組織として、ベイナイトあるいはマルテンサイト、またはそれらの混合組織とするのが望ましい。ベイナイトあるいはマルテンサイト以外の組織では、高い引張強さ（引張強さ： 600MPa 以上）を確保することができない。ベイナイト、マルテンサイト組織は、上記した組成であれば、通常の冷却条件で得られる。
【００４１】
また、本発明のロール外層材では、黒鉛を面積率で0.5 〜５％含有する組織とするのが望ましい。黒鉛の面積率が0.5 ％未満では、摩擦係数を低くすることができない。また、黒鉛の面積率が５％を超えると、耐摩耗性、および引張強さが低下する。また、本発明のロール外層材では、炭化物が面積率で40％以下とするのが望ましい。炭化物が40％を超えると、耐クラック性が低下し、また引張強さも低下する等の問題が生ずる。
【００４２】
【実施例】
表１に示す組成の溶湯を溶製し、遠心鋳造法（125G) によりリング材（肉厚100mm ）に鋳造した。凝固後、これらリング材に、500 ℃の温度で焼鈍処理を施した。焼鈍後、これらリング材から、試験片を採取し、ショアー硬さ試験、熱間摩耗試験、熱衝撃試験、および引張試験を実施した。
【００４３】
摩耗試験は、リング材の外表面側および内表面側からそれぞれφ50×10mmの円盤状試験片を採取した。800 ℃に加熱された相手材（φ190 ×15mm）に回転数を800rpmとした円盤状試験片を荷重100kgfで圧接し、すべり率3.9 ％として120min間転動させた。試験後、円盤状試験片の摩耗減量を測定し耐摩耗性の評価とした。なお、摩擦係数は、摩耗試験時の試験片半径と荷重、試験片に作用するトルクから求めた。
【００４４】
熱衝撃試験は、リング材の外表面側から採取した板状試験片（55×40×15mm）を用いて、1200rpm で回転しているローラに15sec 間圧接したのち、直に水冷し、クラックの発生の有無を観察した。発生したクラック深さ（熱亀裂深さ）で耐クラック性を評価した。なお、圧接時の荷重は150kgfとした。
引張試験は、リング材の外表面側から採取した丸棒試験片（φ10×50mm）を用いて、引張強さを求めた。
【００４５】
硬さ試験は、ショアー硬さ計を使用して、リング材の外表面側で測定した。
それらの結果を表２に示す。
【００４６】
【表１】

【００４７】
【表２】

【００４８】
本発明例は、いずれも摩耗減量が少なく耐摩耗性に優れ、摩擦係数も0.36以下と低く低摩擦係数を有し、また熱亀裂深さも浅く耐クラック性に優れ、さらに引張強さも620 MPa 以上と高引張強さを有し、しかもリング材の内外で組織の偏析も少なく材質の均一性に優れたロール外層材である。
これに対し、本発明の範囲を外れる比較例では、耐摩耗性、摩擦係数、耐クラック性、引張強さのいずれかが劣化し、しかも材質の均一性が低下する。比較例No.B1 は、Ｃ含有量が本発明の範囲を高く外れ、黒鉛量が多すぎて耐摩耗性が低下し、炭化物の偏析が生じ材質の均一性が低い。比較例No.B2 は、Ni含有量が本発明の範囲を低く外れ、黒鉛の晶出が認められず、摩擦係数が0.56と高い。比較例No.B3 は、Si含有量が本発明の範囲を高く外れ、黒鉛量が多すぎ、また片状となり、耐摩耗性と引張強さが低下した。比較例No.B4 は、Cr含有量が本発明の範囲を高く外れ、黒鉛の晶出が認められなく、摩擦係数が0.48と高く、また耐クラック性も低下している。比較例No.B5 は、Mo含有量が本発明の範囲を低く外れ、炭化物の強靱化程度が低く耐摩耗性が若干低下している。比較例No.B6 は、Ｖ,Nb 含有量が本発明の範囲を高く外れ、炭化物の偏析が著しく、また耐クラック性が低下している。比較例No.B7 は、Cr含有量が本発明の範囲を低く外れ、耐摩耗性が劣化している。比較例No.B8 は、Ｖ含有量が本発明の範囲を低く外れ、耐摩耗性が劣化している。比較例No.B9 は、REM 、Ｂ含有量が本発明の範囲を低く外れ、摩耗係数が高く、熱衝撃特性が劣化している。
【００４９】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、成分、組織等の偏析が少なく、材質均一性に優れ、さらに低摩擦係数で、高耐クラック性、高耐摩耗性で、かつ高引張強さを有する遠心鋳造ロール用外層材を安価に提供でき、産業上格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】黒鉛晶出に及ぼすＣ含有量と計算共晶値ｙとの関係を示すグラフである。
【図２】摩耗量に及ぼすMo／Crの影響を示すグラフである。
【図３】リング材の外表面側の摩耗量（WR₀）と内表面側の摩耗量（WR₁）との比、WR₀／ WR₁に及ぼすNb／Ｖの影響を示すグラフである。
【図４】熱衝撃試験におけるクラック深さに及ぼすNb／Ｖの影響を示すグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a roll material suitable for a composite roll for hot rolling, and more particularly to a roll outer layer material that can be manufactured by centrifugal casting.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, Ni grain cast iron, adamite, high Cr cast iron, and the like have been used as a material for hot rolling rolls. However, recently, in order to further improve the wear resistance of the roll, a high-speed tool steel (high-speed) material that uses precipitation of MC type carbides such as Mo, W, V, etc. is used as the roll material. It has become like this.
[0003]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-176640 discloses, as a roll material, by weight, C: 1.0 to 3.0%, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.1 to 2.0%, Cr: 3.0 to 10.0%, Mo : High-speed cast iron material containing 0.1 to 6.0%, W: 1.5 to 10.0%, 3.0 to 10.0% in total of one or two of V and Nb, and remaining Fe and unavoidable impurities is disclosed . However, when the material described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-176640 is made into a roll by using a centrifugal casting method which is an inexpensive manufacturing method, segregation of components and a difference in structure occur in the roll radial direction. .
[0004]
In order to solve such a problem, a roll material capable of applying an inexpensive centrifugal casting method has been developed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-365836 discloses, by weight, C: 1.5 to 3.5%, Si: 1.5% or less, Mn: 1.2% or less, Ni: 5.5% or less, Cr: 5.5 to 12.0%, Mo: 2.0 to 8.0%, V: 3.0 to 10.0%, Nb: 0.6 to 7.0%, and the following formula (5): V + 1.8Nb ≦ 7.5 C−6.0 (5)
And the following equation (6)
0.2 ≦ Nb / V ≦ 0.8 (6)
And a roll outer layer material for rolling made of the balance Fe and inevitable impurities is disclosed. This roll outer layer material for rolling does not show segregation of components or change in structure despite the application of the centrifugal casting method, and is excellent in both wear resistance and crack resistance. However, it has been found that the composite roll using the roll outer layer material for rolling has a high friction coefficient of the roll, which may cause problems such as an increase in rolling load and generation of wrinkles on the product surface due to frictional heat generation during rolling. did.
[0005]
Therefore, in order to reduce such a problem, a roll material in which graphite is present in a high-speed material and a composite roll having the roll material as an outer layer have been proposed.
For example, in JP-A-6-256888, wt%, C: 1.8 to 3.6%, Si: 1.0 to 3.5%, Mn: 0.1 to 2.0%, Cr: 2.0 to 10%, Mo: 0.1 to 10% , W: 0.1 to 10%, V, Nb: 1.5 to 10% in total of one or two kinds, or Co: 0.5 to 10.0%, or Al: 0.01 to 0.50%, Ti: 0.01 to 0.50%, Zr : 0.01 to 0.50% of one or two, or B: 0.01 to 0.50%, the balance being substantially Fe, and a high-speed cast iron material having graphite, and the high-speed cast iron material as an outer layer material A composite roll is proposed. In addition, in JP-A-6-56889, in addition to the composition of high-speed cast iron material having graphite described in JP-A-6-256888, high-speed cast iron material containing Ni: 0.5 to 10.0% and Composite rolls have been proposed.
[0006]
In JP-A-6-335712, C: 2.0 to 4.0%, Si: 0.5 to 4.0%, Mn: 0.1 to 1.5%, Ni: 2.0 to 6.0%, Cr: 1.0 to 7.0% by weight ratio. V: 2.0 to 8.0%, the balance being Fe and impurity elements, and having a metal structure consisting of a matrix structure, 0.5 to 5 area% graphite and 0.2 to 10 area% cementite A roll for seizure hot rolling has been proposed.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-209299 discloses weight percentages of C: 2.0 to 4.0%, Si: 1.0 to 5.0%, Mn: 0.1 to 2.0%, Cr: 0.1 to 6.0%, Mo: 0.1 to 6.0%. , V: 0.1 to 6.0%, Ni: 1.0 to 8.0%, and a highly seizure-resistant hot rolling roll material in which the balance is Fe and impurity elements has been proposed. This roll material is adjusted to the above composition to promote crystallization of graphite and improve seizure resistance.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By using graphite, it prevents the increase in rolling load and the resulting deterioration in the surface quality of the product, which was a drawback of conventional high-speed cast iron roll materials, and further suppresses the development of cracks caused by excessive loads. be able to. However, a roll having graphite having the composition described in JP-A-6-256888, JP-A-6-56889, JP-A-6-335712, JP-A-8-209299 is prepared by a centrifugal casting method. In this case, the problem remains that the form and distribution of MC type carbides and the form of graphite change in the thickness direction of the outer layer due to centrifugation, and the roll characteristics change with the wear of the roll. In particular, depending on the graphite form, there is a problem that the wear resistance is remarkably deteriorated.
[0009]
For these reasons, there remains a problem to be solved for stably producing a high-quality roll having graphite using the centrifugal casting method. In addition, in a sleeve type vertical roll used for shape steel rolling, an impact stress is applied during rolling, so that the tensile stress of the roll surface portion increases, and there is a concern about roll breakage in a small diameter roll. For this reason, the high quality roll outer layer material which raised the tensile strength is desired.
[0010]
In view of the above-described prior art, the present invention is a centrifugal casting that has little segregation of components and the like even when a centrifugal casting method is applied, has a low coefficient of friction, is excellent in crack resistance and wear resistance, and has high tensile strength. It aims at providing the outer-layer material for rolls.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Among the above-mentioned problems, the present inventors have found that the use of graphite is effective for reducing the friction coefficient and improving the seizure resistance, so that the crystallization of graphite in the outer layer material for centrifugal casting rolls. First examined.
Graphite acts as a solid lubricant, reduces the coefficient of friction, and improves the seizure resistance of the roll. However, if the content is too large or the shape is flaky, wear resistance and tensile strength are reduced. Therefore, control of the graphite content and graphite shape control are important. The amount of graphite crystallized is C, which is the element, Si, Ni, which has the effect of accelerating graphite crystallization, Cr which suppresses graphite crystallization and whitens, C combines with C before graphite crystallizes, and C It is determined by the content of V and Nb to be consumed. Therefore, the present inventors have found that in the outer layer material for rolls in which a large amount of Cr, V, and Nb is added to reduce the effective C amount, it is important to adjust the amounts of Si and Ni for crystallization of graphite. I came up with it.
[0012]
First, the present inventors contain Nb: 1.5 mass%, V: 3.5 mass%, B: 0.0200 mass%, change the C content in the range of 2.3 to 3.8 mass%, and further change the Si and Ni contents. The effect of Si and Ni contents on graphite crystallization was investigated in cast iron with varied composition. The presence or absence of crystallization of graphite is arranged by the relationship between the C content and the calculated eutectic value y, and the results are shown in FIG. The calculated eutectic value y is expressed by y = 4.30−0.33Si−0.047Ni + 0.0055 (Si + Ni), and is an equation that can estimate the change in the amount of eutectic C from which γ and graphite crystallize from the liquid phase L. is there.
[0013]
From Fig. 1, graphite crystallization can be expected when the C content is in the range of 2.3 to 3.8 mass% when the calculated eutectic value y is 3.4 or less, and when it exceeds 3.4, crystallization of graphite is observed. Disappear. From this fact, the present inventors have found that it is necessary to adjust the amounts of Si and Ni so that the calculated eutectic value y is 3.4 or less in order to achieve sufficient crystallization of graphite.
[0014]
Next, the present inventors examined a means for preventing a decrease in wear resistance of the outer roll layer material due to graphite crystallization.
The wear resistance of the high-speed cast iron roll material is maintained by the hard MC type carbide. Here, the MC-type carbide is a generic term for carbides in which metal atoms such as V, Nb, W, Mo, Ti, and Hf and C atoms are bonded. In high-speed cast iron rolls, VC, WC, NbC, etc. are used as MC type carbides. However, when WC is used, high temperature heating quenching and tempering are required, and as a shaft material, ductile cast iron having a low melting point widely used in centrifugal cast composite rolls cannot be used. Therefore, recently, VC that crystallizes during the solidification process of the molten metal is mainly used. Even when VC is mainly used as the MC type carbide, wear resistance is inevitably lowered when graphite is crystallized. Therefore, it is important to toughen the crystallized carbide to compensate for the decrease in wear resistance.
[0015]
Thus, as a result of examining the toughening of carbides, the present inventors have found that Cr and Mo strengthen the carbides and strongly affect the wear resistance.
The present inventors contain C: 2.8 mass%, Si: 2.5 mass%, Mn: 0.5 mass%, Nb: 1.5 mass%, V: 3.5 mass%, Ni: 8.0 mass%, Cr: 2.0 to 3.0 Cast iron having a composition changed in the range of mass%, Mo: 0.5 to 5.0 mass% was melted and cast into a keel block having a thickness of 50 mm and solidified. After solidification, a tempering treatment at 500 ° C. was performed, and a disk-shaped test piece (φ50 × 10 mm) was collected. Using these disc-shaped test pieces, an abrasion resistance test was performed.
[0016]
The abrasion resistance test was carried out using a two-disc type hot abrasion tester under the following conditions. A disk-shaped test piece with a rotation speed of 800 rpm was pressed against a mating material (φ190 × 15 mm) heated to 800 ° C. with a load of 100 kgf, and rolled for 120 minutes at a slip rate of 3.9%. After the test, the wear loss of the disk-shaped test piece was measured to evaluate the wear resistance.
The results are shown in FIG. 2 in terms of the relationship between wear loss and Mo / Cr.
[0017]
From FIG. 2, it is understood that the wear loss is reduced by setting Mo / Cr to 1.0 or more. Therefore, in order to improve the wear resistance, it is preferable to adjust the contents of Mo and Cr so that Mo / Cr is 1.0 or more.
Next, the present inventors examined suppression of tissue segregation by centrifugation.
When VC is used as the MC type carbide, the specific gravity of this VC is smaller than that of the molten metal, and therefore, aggregation and segregation occur inside the outer layer material by centrifugation, resulting in tissue segregation. Therefore, first, as shown in JP-A-4-365863, the Nb content is adjusted according to the V content so that VC becomes a composite carbide of (V, Nb) C. It came to mind that it is necessary to reduce tissue segregation due to centrifugation caused by the difference in specific gravity.
[0018]
The present inventors contain C: 2.8 mass%, Si: 2.5 mass%, Mn: 0.5 mass%, Cr: 2.0 mass%, Mo: 3.0 mass%, V: 1.0 to 5.0 mass%, Nb: 0 Wear resistance was investigated using a ring material (wall thickness: 85 mm) obtained by centrifugal casting (140G) of a molten metal having a Nb / V ratio changed to a range of ˜5.0 mass%. The ring material was subjected to tempering at 550 ° C. after solidification, and then disk-shaped test pieces (φ50 × 10 mm) were collected from the outer surface side and the inner surface side of the ring material. Using these disk-shaped test pieces, the same abrasion resistance test as described above was performed.
[0019]
The results, shown in the wear amount WR _0, the ratio of the wear amount WR ₁ of the inner surface of the test piece, WR ₀ / WR ₁ and organize in relation Nb / V Figure 3 the outer surface side of the test piece .
From FIG. 3, the amount of wear on the outer surface side and the inner surface side becomes almost equal when Nb / V is 0.2 or more. It has been found that when the Nb / V ratio is 0.2 or more, the structure segregation due to centrifugation from the viewpoint of wear resistance is within a problem-free range.
[0020]
However, in a high-speed cast iron roll component system in which graphite is crystallized, the centrifugal separation of carbide cannot be completely suppressed only by increasing the specific gravity of MC type carbide.
Therefore, in addition to increasing the specific gravity of MC type carbide, the present inventors, in a relatively early period after MC type carbide crystallizes from the molten metal, γ having a slightly higher specific gravity than the molten metal is converted into MC type carbide. It has been conceived that the centrifuging of MC type carbides can be suppressed by crystallizing in an adhering form, that is, by bringing the crystallization temperature of MC type carbides close to the crystallization temperature of γ.
[0021]
And in order to reduce the temperature difference between the crystallization temperature of MC type carbide and the crystallization temperature of γ, the present inventors reduce the amount of C, V, Nb and reduce the crystallization temperature of MC type carbide. It was found that it is important to increase the crystallization temperature of γ by reducing the amount of C and Cr.
From such examination, in order to suppress the segregation of carbide and structure due to centrifugation, and to obtain a low friction coefficient, high wear resistance, high strength outer layer material for centrifugal casting rolls, the present inventors, Si, MC type by adjusting the amount of Ni to properly crystallize, adjusting Mo / Cr and Nb / V to increase the toughness and high specific gravity of carbides, and further adjusting the amount of each component to an appropriate range. We obtained the technical idea that it is important to reduce the difference between the crystallization temperature of carbide and the crystallization temperature of γ and to make the base structure bainite or martensite.
[0022]
The present invention has been completed with further studies based on the above findings. That is, the present invention is mass%, C: 2.3 to 3.0%, Si: 2.0 to 3.0%, Mn: 0.1 to 2.0%, Cr: 0.5 to 3.0%, Mo: 1.5 to 5.0%, Ni: 7.0 to 10.0 %, V: 1.0 to 5.0%, Nb: 0.5 to 3.0%, B: 0.0050 to 0.0800%, REM: 0.0050 to 0.0500%, and the following formulas (1), (2) and (3)

(Here, Si, Ni, Mo, Cr, Nb, V: Content of each element of Si, Ni, Mo, Cr, Nb, V (mass%))
Is an outer layer material for a centrifugal casting roll, characterized in that it has a composition comprising the balance Fe and inevitable impurities, and further has graphite.
[0023]
In the present invention, in addition to the above composition, W: 1.5% or less can be further contained. In the present invention, the graphite is preferably contained in an area ratio of 0.5 to 5%. The base structure of the outer layer member for centrifugal casting rolls of the present invention is preferably in the tissue consisting of bainite or martensite or their mixed structure.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the reason for limiting the chemical composition of the outer layer material for the centrifugal casting roll of the present invention will be described. Unless otherwise specified, “%” represents “mass%”.
C: 2.3-3.0%
C is an important element that forms a hard carbide that improves the wear resistance of the outer layer material of the roll, and further crystallizes graphite in the matrix structure. In the present invention, C is required to be contained in an amount of 2.3% or more. On the other hand, if the content exceeds 3.0%, the crystallization temperature of γ is excessively lowered, and segregation due to centrifugation of MC type carbides is promoted. Therefore, C is limited to the range of 2.3 to 3.0%.
[0025]
Si: 2.0 to 3.0%
Si acts as a deoxidizer for the molten metal, and further enhances the castability of the molten metal and promotes the crystallization of graphite. If the Si content is less than 2.0%, the crystallization of graphite is insufficient. On the other hand, if the content exceeds 3.0%, the amount of crystallization of graphite becomes too large, and the form of graphite becomes flakes, resulting in a decrease in wear resistance and tensile strength. For this reason, Si was limited to the range of 2.0 to 3.0%. From the viewpoint of the amount of graphite crystallization, 2.5 to 3.0% is preferable.
[0026]
Mn: 0.1 to 2.0%
Mn acts as a deoxidizer for molten metal, and further has an action of binding to S to form MnS and preventing embrittlement due to S. Such an effect is recognized when the content is 0.1% or more, but when the content exceeds 2.0%, the crack resistance decreases. For this reason, Mn was limited to the range of 0.1 to 2.0%. From the viewpoint of workability and economy, it is preferably 0.3 to 1.0%.
[0027]
Cr: 0.5-3.0%
Cr combines with C to form carbides, and has the effect of improving the wear resistance by dissolving in a matrix. Such an effect is recognized with a content of 0.5% or more. On the other hand, a content exceeding 3.0% suppresses the crystallization of graphite during solidification because Cr is a very strong whitening element. Increases the tensile strength. For this reason, Cr was limited to the range of 0.5 to 3.0%. From the viewpoint of wear resistance, it is preferably 1.0 to 2.0%.
[0028]
Mo: 1.5-5.0%
Mo, like Cr, is an element that acts to form carbides and strengthen the matrix and carbides to improve wear resistance and crack resistance. Such an effect is observed at a content of 1.5% or more, but a content exceeding 5.0% lowers crack resistance and toughness. For this reason, Mo was limited to the range of 1.5 to 5.0%. In view of roll characteristics and economy, 2.5 to 4.0% is preferable.
[0029]
Ni: 7.0 to 10.0%
Ni is an element that dissolves in the base and enhances the hardenability to strengthen the base and promotes the crystallization of graphite. The amount of C is low, and there are many elements that combine with C, such as Nb and V. In the outer layer material of the present invention having a small amount of C, it is an important element for properly crystallizing graphite. When the Ni content is less than 7.0%, no crystallization of graphite is observed. On the other hand, when the Ni content exceeds 10.0%, a large amount of stable austenite remains and wear resistance decreases. For this reason, Ni was limited to the range of 7.0 to 10.0%. From the viewpoint of stable production, it is preferably 8.0 to 9.0%.
[0030]
V: 1.0-5.0%
V combines with C to form a hard MC type carbide (MC or M ₄ C ₃ ) and effectively acts to improve wear resistance. Such an effect is recognized when the content is 1.0% or more, but when the content exceeds 5.0%, the crystallization temperature of the MC-type carbide becomes too high, segregation due to centrifugation occurs, and crack resistance decreases. This causes manufacturing problems such as poor dissolution. For this reason, V was limited to the range of 1.0 to 5.0%. From the viewpoint of wear resistance, 2.5 to 4.0% is preferable.
[0031]
Nb: 0.5-3.0%
Nb has a function of forming composite carbide (V, Nb) C with V, increasing the specific gravity of the formed carbide, and reducing segregation due to centrifugal separation caused by the difference in specific gravity from the molten metal. Such an effect is observed when the Nb content is 0.5% or more. However, when the Nb content exceeds 3.0%, the crystallization temperature of the MC type composite carbide (V, Nb) C becomes too high, and it is caused by centrifugation. Segregation occurs, and further manufacturing problems such as a decrease in crack resistance and poor dissolution occur. For this reason, Nb was limited to the range of 0.5 to 3.0%. Preferably, it is 0.8 to 1.5%.
[0032]
B: 0.0050-0.0800%
B enhances hardenability and forms B nitride to act as a crystallization nucleus of graphite. In the present invention, in order to increase the amount of graphite, it is added for the purpose of increasing the crystallization nuclei of graphite. For this purpose, B needs to contain 0.0050% or more. On the other hand, the content exceeding 0.0800% leads to a decrease in the amount of graphite. For this reason, B was limited to the range of 0.0050 to 0.0800%. In addition, from the viewpoint of the amount of graphite, it is preferably 0.0150 to 0.0400%.
[0033]
REM: 0.0050-0.0500%
REM has the effect of spheroidizing graphite, and this effect is observed when the content of REM is 0.0050% or more. However, the content of REM exceeding 0.0500% decreases the amount of graphite and increases the amount of carbide. For this reason, REM was limited to the range of 0.0050 to 0.0500%. In consideration of the effect and economic efficiency, it is preferably 0.0150 to 0.0300%.
[0034]
4.30−0.33Si−0.047Ni +0.0055 (Si + Ni) ≦ 3.4
(1) The left side of the formula (formula above), y = 4.30-0.33Si-0.047Ni + 0.0055 (Si + Ni) is an equation for estimating the amount of eutectic C from which the graphite + γ crystallizes from the liquid phase L. It is a value called a crystal value. If the calculated eutectic value exceeds 3.4, crystallization of graphite cannot be expected as shown in FIG. For this reason, the amounts of Si and Ni, which are elements that promote graphite crystallization, are adjusted so that the calculated eutectic value y is 3.4 or less. In addition, y is preferably 3.1 to 3.2.
[0035]
Mo / Cr ≧ 1.0
In the present invention, the Mo / Cr ratio is adjusted in order to compensate for a decrease in wear resistance due to crystallization of the graphite by toughening the carbide. (2) Wear resistance improves by making Mo / Cr 1.0 or more like a formula (top formula) (Drawing 2). The Mo / Cr is preferably 1.2 to 1.8.
[0036]
0.2 ≦ Nb / V ≦ 1.0
In the present invention, in order to increase the specific gravity of the MC type carbide (here VC), the Nb content is adjusted according to the V content to make the composite carbide of VC (V, Nb) C, and the specific gravity difference from the molten metal Reduce segregation due to centrifugation. If Nb / V is less than 0.2, the structure segregation due to centrifugation occurs, and the roll material is not uniform. On the other hand, when Nb / V exceeds 1.0, the crack resistance deteriorates. The effect of Nb / V on crack resistance is shown in FIG.
[0037]
FIG. 4 contains C: 2.8 mass%, Si: 2.5 mass%, Mn: 0.5 mass%, Cr: 2.0 mass%, Mo: 3.0 mass%, V: 1.0 to 5.0 mass%, Nb: 0 to 5.0 It is the result of investigating the thermal shock characteristics (crack resistance) using a ring material (wall thickness 85mm) obtained by centrifugal casting (140G) of a molten metal with a mass% range and Nb / V ratio changed. . After solidification, after tempering at 550 ° C., a plate-shaped test piece (55 × 40 × 15 mm) was taken from the outer surface side of the ring material. Using these plate-shaped test pieces, they were pressed against a roller rotating at 1200 rpm for 15 seconds, then directly cooled with water and subjected to a thermal shock test to observe the occurrence of cracks. The crack property was evaluated. The load at the time of press contact was 150 kgf. From FIG. 4, when Nb / V exceeds 1.0, the crack depth increases and the thermal shock resistance (crack resistance) decreases.
[0038]
For this reason, Nb / V was limited to a range of 0.2 to 1.0. In addition, Preferably, it is 0.4-0.8.
W: 1.5% or less W combines with C to form carbides and contributes to the improvement of wear resistance. However, inclusion exceeding 1.5% causes segregation due to centrifugal separation during centrifugal casting. For this reason, W is preferably limited to 1.5% or less.
[0039]
In the roll outer layer material of the present invention, the balance other than the above components is composed of Fe and inevitable impurities.
Inevitable impurities include P, S, N, As, and Bi. These elements are desirably reduced as much as possible in order to degrade roll brittleness, but P: 0.05% or less, N: 0.0800% or less, S: 0.020% or less, As: 0.0150% or less, Bi: 0.0150% or less are allowed.
[0040]
The outer layer material of the roll of the present invention is preferably bainite, martensite, or a mixed structure thereof as a base structure. In structures other than bainite or martensite, high tensile strength (tensile strength: 600 MPa or more) cannot be secured. The bainite and martensite structure can be obtained under normal cooling conditions if the composition is as described above.
[0041]
In the roll outer layer material of the present invention, it is desirable to have a structure containing 0.5 to 5% of graphite by area ratio. If the area ratio of graphite is less than 0.5%, the friction coefficient cannot be lowered. On the other hand, if the area ratio of graphite exceeds 5%, the wear resistance and the tensile strength decrease. Moreover, in the roll outer layer material of the present invention, it is desirable that the carbide is 40% or less in area ratio. If the carbide content exceeds 40%, problems such as a decrease in crack resistance and a decrease in tensile strength occur.
[0042]
【Example】
A molten metal having the composition shown in Table 1 was melted and cast into a ring material (thickness 100 mm) by centrifugal casting (125G). After solidification, these ring materials were annealed at a temperature of 500 ° C. After annealing, specimens were collected from these ring materials and subjected to Shore hardness test, hot wear test, thermal shock test, and tensile test.
[0043]
In the wear test, disk-shaped test pieces of φ50 × 10 mm were collected from the outer surface side and the inner surface side of the ring material. A disk-shaped test piece with a rotation speed of 800 rpm was pressed against a mating material (φ190 × 15 mm) heated to 800 ° C. with a load of 100 kgf, and rolled for 120 minutes at a slip rate of 3.9%. After the test, the wear loss of the disk-shaped test piece was measured to evaluate the wear resistance. The friction coefficient was obtained from the radius and load of the test piece during the wear test and the torque acting on the test piece.
[0044]
In the thermal shock test, a plate-shaped specimen (55 × 40 × 15mm) taken from the outer surface of the ring material was used for 15 seconds, and then directly cooled with water to cracks. The presence or absence of occurrence was observed. Crack resistance was evaluated based on the generated crack depth (thermal crack depth). The load at the time of press contact was 150 kgf.
In the tensile test, the tensile strength was determined using a round bar test piece (φ10 × 50 mm) collected from the outer surface side of the ring material.
[0045]
The hardness test was performed on the outer surface side of the ring material using a Shore hardness meter.
The results are shown in Table 2.
[0046]
[Table 1]

[0047]
[Table 2]

[0048]
Each of the inventive examples has low wear loss, excellent wear resistance, a low coefficient of friction of 0.36 or less, a low thermal crack depth, excellent crack resistance, and a tensile strength of 620 MPa or more. It is a roll outer layer material that has high tensile strength and has excellent material uniformity with little segregation of the structure inside and outside the ring material.
On the other hand, in the comparative example outside the scope of the present invention, any one of the wear resistance, the friction coefficient, the crack resistance and the tensile strength is deteriorated, and the uniformity of the material is lowered. In Comparative Example No. B1, the C content deviates from the range of the present invention, the graphite amount is too high, wear resistance is reduced, carbide segregation occurs, and the material uniformity is low. In Comparative Example No. B2, the Ni content is outside the range of the present invention, no crystallization of graphite is observed, and the friction coefficient is as high as 0.56. In Comparative Example No. B3, the Si content deviated from the range of the present invention, the amount of graphite was too much, and it became flakes, and the wear resistance and tensile strength decreased. In Comparative Example No. B4, the Cr content is outside the range of the present invention, no crystallization of graphite is observed, the friction coefficient is as high as 0.48, and the crack resistance is also lowered. In Comparative Example No. B5, the Mo content is out of the range of the present invention, the toughness of the carbide is low, and the wear resistance is slightly lowered. In Comparative Example No. B6, the V and Nb contents are out of the range of the present invention, the segregation of carbides is remarkable, and the crack resistance is lowered. In Comparative Example No. B7, the Cr content is out of the range of the present invention, and the wear resistance is deteriorated. In Comparative Example No. B8, the V content is out of the range of the present invention, and the wear resistance is deteriorated. In Comparative Example No. B9, the REM and B contents are out of the range of the present invention, the wear coefficient is high, and the thermal shock characteristics are deteriorated.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, centrifugal components having less segregation of components, structures, etc., excellent material uniformity, a low friction coefficient, high crack resistance, high wear resistance, and high tensile strength. The outer layer material for casting rolls can be provided at a low cost, and has an industrially significant effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between C content and calculated eutectic value y on graphite crystallization.
FIG. 2 is a graph showing the effect of Mo / Cr on the amount of wear.
FIG. 3 is a graph showing the ratio of the amount of wear on the outer surface side of the ring material (WR ₀ ) and the amount of wear on the inner surface side (WR ₁ ), and the influence of Nb / V on WR ₀ / WR ₁ .
FIG. 4 is a graph showing the influence of Nb / V on crack depth in a thermal shock test.

Claims

mass%
C: 2.3 to 3.0%, Si: 2.0 to 3.0%,
Mn: 0.1 to 2.0%, Cr: 0.5 to 3.0%,
Mo: 1.5-5.0%, Ni: 7.0-10.0%,
V: 1.0-5.0%, Nb: 0.5-3.0%,
B: 0.0050 to 0.0800%, REM: 0.0050 to 0.0500%
And an outer layer for a centrifugal casting roll, which satisfies the following formulas (1), (2) and (3), is composed of the remaining Fe and unavoidable impurities, and further has graphite Wood.

The outer layer material for centrifugal casting rolls according to claim 1, further comprising, in addition to the composition, mass% and W: 1.5% or less.

The outer layer material for centrifugal casting rolls according to claim 1 or 2, wherein the graphite is contained in an area ratio of 0.5 to 5%.

Base organization, bainite or martensite or claims 1 to centrifugally cast roll outer layer material according to any one of 3, characterized in that consisting of mixed structure.