JP3675707B2

JP3675707B2 - 圧延鋼板矯正機用ロール

Info

Publication number: JP3675707B2
Application number: JP2000291191A
Authority: JP
Inventors: 将夫後藤; 晋也松田; 哲也清水; 茂夫菊地; 道生岡部
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2020-09-25
Also published as: JP2002102927A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は圧延鋼板矯正機用ロール、特にその表面部分の組成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧延鋼板の矯正機には、矯正加工のワークロールバックアップに使用されるバックアップロールや、あるいはレベラ−用のワークロールなどのロールが使用されている（本明細書では、これらを総称して圧延鋼板矯正機用ロールと称する）。これらのロールは軸線方向に通孔を有した中空円筒状に形成され、通孔にはロールを回転可能に支持するためのシャフトがベアリングを介して挿通される。このような矯正機用ロールは、外周面部分においてはワークやワークロール等との接触により、ロール内周面部分においてはベアリング等との接触により高負荷摺動を受けるため、耐摩耗性を十分に確保しておく必要がある。また、熱間圧延加工に使用する場合には、工業用水を冷却水として用いることが多いが、工業用水は水道水等と比較して塩素などの腐食性成分含有量が多く、腐食がより進行しやすい環境にある。従って、圧延鋼板矯正機用ロールも、耐食性に優れた材質を使用する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
矯正機用ロールの材料としては、従来、ＳＵＳ４２０Ｊ２や、これに類似した組成のマルテンサイト系のステンレス鋼が広く使用されてきた。該材料は、比較的良好な耐食性と耐摩耗性とを有していることから、矯正機用ロールの材質として広く使用されてきた。しかしながら、近年は、製造能率向上のためラインが高速化しており、圧延鋼板矯正機用ロールの使用環境もより厳しくなりつつあり、上記ＳＵＳ４２０Ｊ２等よりも、さらに高い耐摩耗性あるいは耐食性を有したロール素材が求められている。
【０００４】
本発明の課題は、より高い耐摩耗性を有し、安定な表面硬さを有するとともに、さらに一層優れた耐食性を有する圧延鋼板矯正機用ロールを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明の圧延鋼板矯正機用ロールは、軸線方向にシャフト挿入孔を有し、かつ、Ｆｅを主成分とし、０．４〜０．６５質量％のＣ、１１〜１５質量％のＣｒ、０．５〜１．５質量％のＭｏを含有するとともに、Ｓｉ及びＭｎの含有量がそれぞれ０．５質量％以下、さらに、Ｃｕ及びＮｉの含有量がそれぞれ１質量％以下、Ｐの含有量が０．０４質量％以下、Ｓの含有量が０．０３質量％以下、Ｎの含有量が０．０５質量％以下、及びＯの含有量が０．０２質量％以下とされ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ及びＴａから選ばれる１種又は２種以上を合計で０．１〜０．５質量％含有するＦｅ系材料にて構成されることを特徴とする。なお、本明細書において主成分とは、含有されている物質のうち最も含有量（質量％）の多いものをいう。
【０００６】
本発明の圧延鋼板矯正機用ロールは、上記組成のＦｅ系材料を使用することによって、内周面あるいは外周面の耐摩耗性、及び耐食性を極めて良好に確保することができる。具体的には、ロール材質であるＦｅ系材料は、基本組成はマルテンサイト系ステンレス鋼の一種であるが、上記組成範囲のＭｏが含有されていることで、既存の圧延鋼板矯正機用ロールに使用されている材料よりも良好な耐食性を確保できる。また、Ｃ、Ｍｎ及びＳｉの含有量を調整し、適正化を図ることにより上記Ｆｅ系材料の焼入れ性を高め、耐摩耗性の向上が図られている。
【０００７】
以下、使用されるＦｅ系材料の、各成分の含有範囲の限定理由について説明する。
（１）Ｃ：０．４〜０．６５質量％
ＣはＦｅ系材料の硬さを確保するために添加される。しかしながら、含有量が０．４未満であると、硬さを向上させる効果にほとんど寄与しない。また、含有量が０．６５質量％を超えると、Ｃを含有させる効果が飽和するとともに、必要以上に大きな１次炭化物が生成することにより、焼鈍時の切削性が悪化し、加工性が低下することとなる。
【０００８】
（２）Ｃｒ：１１〜１５質量％
Ｃｒは耐食性を確保する上で必須の元素である。その含有量が１１質量％未満では耐食性が不足することにつながる。他方１５質量％を超えると、相安定性が損なわれて高温脆性を生じやすく、熱間加工性が劣化することにつながる。また、含有量が多くなると靭性の低下を招くことも考えられる。特に、４００〜５４０℃での中温域で長時間加熱すると、常温靭性が損なわれやすくなる。したがって、Ｃｒの含有量は１１〜１５質量％の範囲で設定するのが良く、より望ましくは１２〜１４質量％の範囲で設定するのが良い。
【０００９】
（３）Ｍｏ：０．５〜１．５質量％
Ｍｏは耐食性を高めるためには必須の元素である。その含有量が０．５質量％未満では耐食性改善効果に乏しく、１．５質量％を超えると熱間加工性を劣化させるほか、製造コストの上昇を招くため好ましくない。そのため、Ｍｏの含有量は０．５〜１．５質量％の範囲で設定するのが良く、より望ましくは０．８〜１．２質量％の範囲で設定するのが良い。
【００１０】
（４）Ｓｉ：０．５質量％以下
Ｓｉは鋼の脱酸剤として添加することができる。しかし、０．５質量％を超えて含有されると、マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）が低下して、残留オーステナイト量が増し、その結果焼き入れ後の硬さを確保することが困難となる。そのため、Ｓｉの含有量は０．５質量％以下と制限するのが良い。なお、脱酸剤としての効果を得るには０．２質量％以上含有されているのが良い。
【００１１】
（５）Ｍｎ：０．５質量％以下
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として添加することができるが、０．５質量％を超えて含有されると、Ｍｓ点が低下して、残留オーステナイト量が増し、その結果焼き入れ後の硬さを確保することが困難となる。そのため、Ｍｎの含有量は０．５質量％以下に制限するのが良い。なお、脱酸剤としての効果を得るには０．２質量％以上含有されているのが良い。
【００１２】
（６）Ｐ：０．０４質量％以下
Ｐは粒界に偏析しやすく、粒界腐食感受性を高めるほか、靭性の低下を招くこともあり、０．０４質量％以下に含有量を制限するのが望ましい。Ｐの含有量はなるべく低いほうが良く、０．０２質量％とすればより望ましいが、必要以上の含有量の低減は、製造コストの上昇を招く場合もあり、好ましくない。
【００１３】
（７）Ｓ：０．０３質量％以下
Ｓは、粒界に集中しやすく、赤熱脆性により熱間加工性を低下させたり、耐食性に悪影響を及ぼすことから、その含有量は、０．０３質量％以下に制限するのが良い。ただし、被削性を向上させるために上記範囲内にて積極添加することもできる。なお、顕著な被削性向上を期待する場合には、その含有量は０．０１質量％以上とするのがよい。
【００１４】
（８）Ｃｕ、Ｎｉ：１質量％以下
Ｃｕ、及びＮｉは耐食性、とくに還元性酸環境中での耐食性を向上させるために有効に添加される。しかしながら、過剰な添加は、焼鈍時の硬さの上昇を招き熱間加工性を劣化させるとともに、Ｎｉにあっては、製造コストの上昇を招く。したがって、Ｃｕ、Ｎｉの含有量は１質量％以下に留めておくのが良く、耐食性とのバランスを考えれば、０．０１〜０．５質量％の範囲で設定するのが良い。
【００１５】
（９）Ｎ：０．０５質量％以下
Ｎは硬さや耐食性の確保に有効であるが、過剰に添加されると窒化物が形成され、鋼塊の健全性を低下させるとともに、被削性が悪化するという問題もある。そのため、Ｎの含有量は０．０５質量％以下とするのがよい。
【００１６】
（１０）Ｏ：０．０２質量％以下
Ｏは、過剰に添加されると酸化物が形成され、その酸化物がロール内外周面の研磨時において脱粒するために、研磨面の加工精度が低下したり、酸化物の生成により耐食性を低下させたりする問題がある。そのため、Ｏの含有量は０．０２質量％以下と制限するのが良い。
【００１７】
また、本発明の圧延鋼板矯正機用ロールに使用されるＦｅ形材料は、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びＴａから選ばれる１種又は２種以上を０．１〜０．５質量％含有するとすることができる。これら元素は、炭窒化物を形成して鋼の結晶粒を微細化し、固溶効果により靭性を高める効果があり、有効に添加することができる。しかしながら、過剰に添加すれば、炭窒化物等の成長が促進され、ロール内外周面の研磨時においてこれら炭窒化物が研磨面において脱粒し、研磨面の加工精度を悪化させることにつながる。したがって、上記元素の含有量は０．１〜０．５質量％の範囲で設定するのが良く、より望ましくは０．１５〜０．３５質量％の範囲で設定するのが良い。
【００１８】
本発明の圧延鋼板矯正機用ロールは、ロール内周面部及び／又は外周面部に、高周波焼入れを施したものとすることもできる。また、ロールの外周面から深さ５ｍｍまでの領域（以下、外周面部という）の硬さがＨＲＣ４０〜５０であり、ロールの内周面から３ｍｍまでの領域の硬さ（以下、内周面部という）が、ＨＲＣ５８以上とすることができる。なお、本明細書において硬さとは、ＪＩＳ−Ｚ２２４５に規定されているロックウェル硬さ試験によって求められたＣスケールのロックウェル硬さをいう。
【００１９】
前述のＦｅ系材料を使用して、図１に示すような軸線方向の通孔４の形成された中空のロール形状に加工する。そして、外周面部２ａあるいは内周面部３ａを、例えば高周波焼入れすることにより、前記材質の選択とも相俟って、その硬さを上記範囲に調整することができる。高負荷摺動を受ける内周面部あるいは外周面部の硬さを上記範囲に調整することで、耐摩耗性、あるいは冷却水等に対する耐熱衝撃性を、圧延鋼板矯正機用ロールとして必要十分なレベルに確保できる。なお、外周面２あるいは内周面３には、所望の面仕上げ状態が得られるように、研磨加工を施すことができる。
【００２０】
鋼の耐摩耗性を高めるためには硬度が大であることが有利であるが、これと相反して靭性は低下し、耐熱衝撃性等が損なわれやすくなる。ここで、ロール外周面部２ａは、内周面部３ａと比べると冷却水等により、より急冷されやすい環境にあるため、該外周面部２ａの硬さを、後述する内周面部３ａよりも低いＨＲＣ４０〜５０に留め、耐熱衝撃性の向上を図っている。硬さがＨＲＣ４０未満であると、耐摩耗性が不充分となり不適となる。また、硬さがＨＲＣ５０を超えると耐熱衝撃性が不足して、ロールに割れなどの損傷が生じやすくなる。外周表面の硬さはより望ましくはＨＲＣ４３〜４７の範囲で設定するのが良い。
【００２１】
なお、ワークロールとして使用する場合は、より急冷される環境にて使用するため、耐熱衝撃性をより考慮して外周面部２ａの硬さを設定するのが良い。また、バックアップロールとして使用する場合は次のことを考慮して硬さを設定するのが良い。バックアップロールの外周面部２ａの硬さとワークロールの外周面部２ａとの硬さが接近していると、これらのロールが接触して使用されるときにワークロールにキズがついたりする。また硬さが低すぎると耐磨耗性が低下する。したがって、バックアップロールの外周面部の硬さは上記の条件を考慮し、ワークロールの外周面部硬さと適当な硬度差（例えば、ＨＲＣで４〜８）をつけて設定するのが良い。
【００２２】
なお、外周面部２ａは、硬さが小さい分だけ焼入れ層全体の剛性を高めるために、後述する内周面部３ａよりも層厚を大きく設定している。また一定期間使用したロールでも、その表面を研磨して再度使用することがあるが、層厚を少なくとも５ｍｍと比較的厚めに設定しておけば、再研磨を数回行っても内周面との硬度差を確保することが可能となる。
【００２３】
他方、内周面部３ａは、冷却水等による急冷を受けにくく、外周面部２ａほどには大きな熱衝撃を受けにくい。そのため、内周面部３ａにおいては、耐摩耗性向上をより優先させることができる。具体的には内周面部２ａの硬さをＨＲＣ５８以上とすることが、ロールシャフトやベアリング等の軸受け部との摺動に対する耐摩耗性を良好に確保する上で望ましい。内周面部３ａの硬さは、より望ましくはＨＲＣ５８〜６３以上であるのが良い。なお、内周面部３ａは高硬度であるため剛性が高く、前述の外周面部２ａよりも薄く形成すればよい。
【００２４】
【実験例】
以下、本発明の効果を確認するために次の実験を行った。
まず、表１に示す配合組成により、各々５０ｋｇの鋼塊を電気炉溶解により製造し、さらに、凝固組織の改善及び偏析低減のためにエレクトロスラグ再溶解（ＥＳＲ）処理を実施した。次いで、処理後の鋼塊を１１５０〜１２００℃にて熱間鍛造したのち、さらに、８７０℃で３時間加熱したあと空冷することにより球状化焼鈍処理を行った。該処理により軟化した鋼塊は、冷間鍛造及び切削により図１に示すロール形状となるように素加工を行った。その後９５０℃に加熱、及び油冷することによって焼入れし、さらに６８０℃に加熱、及び空冷することにより焼戻しを行った。
【００２５】
【表１】

【００２６】
次に、焼戻し後のロール内周面及び外周面の硬さを、ＪＩＳ−Ｚ２２４５に規定されているロックウェル硬さ試験によって、Ｃスケールロックウェル硬さを測定した。その結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】

【００２８】
次に、焼戻し後のロールの内周面及び外周面に対して、高周波焼入れを行った。なお、ロールの内周面及び外周面の硬さは焼き入れ周波数をそれぞれ１０ｋＨｚ及び３ｋＨｚとすることにより調節した。その後、ロール内周面と外周面とを表面を研磨仕上げすることにより、最終的な圧延鋼板矯正機用ロールとした。
【００２９】
そして、得られた圧延鋼板矯正機用ロールを用いて次の実験を行った。まず、焼入れ後のロールの内周面及び外周面のロックウェル硬さを測定した。なお、焼入れ深さはロール軸断面の硬度測定により確認したが、内周面部においては少なくとも深さ３ｍｍまで、外周面部においては少なくとも深さ５ｍｍまで、表面と略同じ硬度となっていることが確認された。
【００３０】
次に、ロール内周面及び外周面の耐食性を、以下に示す試験により行った。まず、ロールの外周面を脱脂・洗浄し、これを温度５０℃、相対湿度９８％ＲＨの恒温恒湿槽内に４８時間試験保持した。そして、試験保持後のロール表面の発錆面積率を目視観察により測定し、発錆が実質的に観察されなかったものをＡ（優）、発錆面積率が２％未満のものをＢ（良）、発錆面積率が２％以上のものをＣ（不良）、とした。以上の結果を表２に示す。
【００３１】
すなわち表２から明らかなように、本発明の請求項に記載した組成を有するＦｅ系材料にて構成した圧延鋼板矯正機用ロールは、高周波焼入れすることにより、その内外周面部に十分な硬さを付与することができ、また、良好な耐食性を実現できていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧延鋼板矯正機用ロールの一例を示す斜視図及び軸断面模式図。
【符号の説明】
１圧延鋼板矯正機用ロール
２外周面
２ａ外周面部
３内周面
３ａ内周面部
４通孔

Claims

軸線方向にシャフト挿入孔を有し、かつ、Ｆｅを主成分とし、０．４〜０．６５質量％のＣ、１１〜１５質量％のＣｒ、０．５〜１．５質量％のＭｏを含有するとともに、Ｓｉ及びＭｎの含有量がそれぞれ０．５質量％以下、さらに、Ｃｕ及びＮｉの含有量がそれぞれ１質量％以下、Ｐの含有量が０．０４質量％以下、Ｓの含有量が０．０３質量％以下、Ｎの含有量が０．０５質量％以下、及びＯの含有量が０．０２質量％以下とされ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ及びＴａから選ばれる１種又は２種以上を合計で０．１〜０．５質量％含有するＦｅ系材料にて構成されることを特徴とする圧延鋼板矯正機用ロール。
ロール内周面部及び／又は外周面部に、高周波焼入れを施した請求項１記載の圧延鋼板矯正機用ロール。
ロールの外周面から深さ５ｍｍまでの領域の硬さがＨＲＣ４０〜５０であり、ロールの内周面から３ｍｍまでの領域の硬さが、ＨＲＣ５８以上である請求項１又は２に記載の圧延鋼板矯正機用ロール。