JP3773725B2 - 圧延ロール用外層及び圧延ロール - Google Patents
圧延ロール用外層及び圧延ロール Download PDFInfo
- Publication number
- JP3773725B2 JP3773725B2 JP32196899A JP32196899A JP3773725B2 JP 3773725 B2 JP3773725 B2 JP 3773725B2 JP 32196899 A JP32196899 A JP 32196899A JP 32196899 A JP32196899 A JP 32196899A JP 3773725 B2 JP3773725 B2 JP 3773725B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- outer layer
- rolling
- carbide
- variation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外層にハイス系鋳鉄材を用いた熱間又は冷間圧延用複合ロールにおける外層の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱間又は冷間圧延ロールは、外面側に耐摩耗性、内部側に強靱性が要求されることから、耐摩耗性にすぐれるハイス系鋳鉄材を遠心力鋳造により形成した外層と、強靱性にすぐれる鋳鉄若しくは鋳鋼又は合金鋼の内層(又はコア)を、冶金的又は機械的に一体化した複合構造のロールが従来より使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種ハイス系鋳鉄材は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ等の炭化物形成元素を相当量含んでおり、溶湯の凝固過程で炭化物を晶出する。この晶出炭化物が耐摩耗性の向上に大きく寄与する。
ところで、このハイス系材料を用いて、遠心力鋳造によりロール外層を作製した場合、炭化物は、均一に分布して晶出するのではなく、炭化物量の多い層と少ない層とが交互に同心円状に形成されることが、横断面のミクロ組織観察によって認められる。この炭化物の濃淡層は、一般に、年輪状偏析(又はバンド状偏析)と称されている。
【０００４】
この年輪状偏析は、同じハイス系鋳鉄材でも、横型遠心力鋳造の場合に特に発生し易いことがわかっている。
この理由について、溶湯の状態を模式的に示した図１を参照して検討すると、横型遠心力鋳造の場合、溶湯に対して、上昇時に重力による減速力、下降時に重力による加速力が働くため、上部の流速は小さく、下部の流速は大きくなっている。この現象から、遠心力鋳造時における年輪状偏析の発生原因の１つとして、凝固途中の溶湯の回転速度が変化していることが考えられる。
【０００５】
ロールの外層に生ずる年輪状偏析は、完全な同心円ではないため、ロールの外層表面には炭化物の多い高硬度領域と炭化物の少ない低硬度領域が存在する。それゆえ、実際の圧延作業において、ロール外表面は、炭化物の多い領域では摩耗が生じ難く、一方炭化物の少ない領域では摩耗を生じ易いことから、ロールの外表面に摩耗差が生じ、それが圧延製品に転写されて、品質に影響を及ぼす。
圧延製品の転写模様を回避するには、圧延に供されるロール表面の研磨をより頻繁に行わねばならず、ロールの表面研磨１回当たりの圧延量が低下し、またロールの低寿命化を招く。
【０００６】
本発明の目的は、炭化物のバラツキ度が小さく、炭化物の年輪状偏析が殆んど存在しない圧延ロールの外層及び圧延ロールを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された本発明の圧延ロール用外層は、遠心力鋳造により作製され、重量％にて、少なくとも、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｍｏ＋２Ｗ：２.０〜２４.０％を含有する鋳鉄材からなり、Ｃのバラツキ度Ｓ1が１２％以下であり、炭化物がほぼ均一に分布した組織を有している。
ここで、Ｃのバラツキ度Ｓ1は、外層断面を、ＥＰＭＡ(Ｘ線マイクロアナライザー)により径方向に１mm以下のピッチで夫々複数箇所を走査し、各ピッチにおけるＣの測定数(cps)の平均値を算出することにより求められ、該平均値の最大値をＢ1max、最小値をＢ1minとし、Ｃの全測定数(cps)の平均値をＡ1としたとき、バラツキ度Ｓ1は、Ｓ1＝[(Ｂ1max−Ｂ1min)／Ａ1]×１００％で表される。
【０００８】
請求項２に記載された本発明の圧延ロール用外層は、遠心力鋳造により作製され、重量％にて、少なくとも、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｍｏ＋２Ｗ：２.０〜２４.０％を含有する鋳鉄材からなり、炭化物のバラツキ度Ｓ2が２０％以下であり、炭化物がほぼ均一に分布した組織を有している。
ここで、炭化物のバラツキ度Ｓ2は、外層断面の炭化物面積率を、径方向に５mm以下のピッチでそれぞれ複数箇所について測定し、各ピッチにおける炭化物面積率の平均値を算出することにより求められ、該平均値の最大値をＢ2max、最小値をＢ2minとし、炭化物面積率の全測定値の平均値をＡ2としたとき、バラツキ度Ｓ2は、Ｓ2＝[(Ｂ2max−Ｂ2min)／Ａ2]×１００％で表される。
【０００９】
請求項３に記載された本発明の圧延ロール用外層は、、遠心力鋳造により作製され、重量％にて、少なくとも、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｍｏ＋２Ｗ：２.０〜２４.０％を含有する鋳鉄材からなり、硬さのバラツキ度Ｓ3が１０％以下であり、炭化物がほぼ均一に分布した組織を有している。
ここで、硬さのバラツキ度Ｓ3は、外層断面の硬さを、径方向に５mm以下のピッチでそれぞれ複数箇所について測定し、各ピッチにおける硬さの平均値を算出することにより求められ、該平均値の最大値をＢ3max、最小値をＢ3minとし、硬さの全測定値の平均値をＡ3としたとき、バラツキ度Ｓ3は、Ｓ3＝[(Ｂ3max−Ｂ3min)／Ａ3]×１００％で表される。
【００１０】
【作用及び効果】
本発明の圧延ロールの外層は、炭化物のバラツキ度が小さく、炭化物の年輪状偏析は殆んど存在しないか、あるいはロールとしての使用上、問題のない範囲まで大幅に軽減されており、実際の圧延作業において、圧延に供されるロール外表面に摩耗差を生ずることは殆んどない。
従って、圧延製品にロール外表面の模様が転写して形成されることはなく、ロール表面の研磨回数は少なくてすむから、ロールの表面研磨１回当たりの圧延量が増大し、ひいては圧延ロールの高寿命化を達成できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の圧延ロール用外層は、例えば、横型遠心力鋳造用金型の中に所定成分の鋳鉄材溶湯を鋳込んで中空状に形成される。
次に、金型の回転を停止し、金型を直立させて、ロール軸部となる鋳型をセットし、次に内層溶湯を鋳込むことにより、外層と内層(ロール軸部)が冶金的に一体化された圧延用複合ロールが形成される。
なお、必要に応じて、外層の鋳造時、金型の回転を停止させる前に、外層の凝固後直ちに中間層溶湯を鋳込んで外層と中間層を冶金的に一体化させておくこともできる。この中間層は、外層材と内層材の中間成分の材質を有し、外層と内層との溶着性改善のために設けられるものであり、本願明細書では、広義の内層という概念に含まれるものとする。
また、圧延用複合ロールについては、遠心力鋳造により形成された中空状外層を、ロール軸部となる内層に対して焼嵌め等を行なうことにより、外層と内層(ロール軸部)を機械的に一体化することもできる。
【００１２】
本発明の圧延ロール用外層は、外層断面をＥＰＭＡで測定したときのＣのバラツキ度Ｓ1が１２％以下である。Ｃのバラツキ度Ｓ1が、１２％以下であれば、炭化物の偏析は少なく、圧延に使用した際、外層表面に摩耗ムラを生じ難い。バラツキ度Ｓ1が１２％を越えると、高さ方向(ロール外層の径方向)での炭化物の偏析が多くなり、圧延に使用した際、外層表面に摩耗ムラが生じ易くなる。なお、Ｃのバラツキ度Ｓ1は１０％以下がより望ましい。
また、本発明の圧延ロール用外層は、外層断面における炭化物のバラツキ度Ｓ2が２０％以下である。炭化物面積率のバラツキ度Ｓ2は、２０％以下であれば、炭化物の偏析が少なく、圧延に使用した際、外層表面に摩耗ムラを生じ難い。一方、バラツキ度Ｓ2が２０％を越えると、高さ方向(ロール外層の径方向)での炭化物の偏析が多く、圧延に使用した際、ロール外層表面に摩耗ムラが生じ易くなる。なお、炭化物のバラツキ度Ｓ2は１５％以下がより望ましい。
さらにまた、本発明の圧延ロール用外層は、外層断面における硬さのバラツキ度Ｓ3が１０％以下である。硬さのバラツキ度Ｓ3は、１０％以下であれば、炭化物の偏析が少なく、圧延に使用した際、外層表面に摩耗ムラを生じ難い。バラツキ度Ｓ3が１０％を越えると、高さ方向(ロール外層の径方向)での炭化物の偏析が多く、圧延に使用した際、ロール外層表面に摩耗ムラが生じ易くなる。なお、硬さのバラツキ度Ｓ3は５％以下がより望ましい。
なお、硬さの測定器具については、ロックウエル、マイクロビッカース、ショアなどの種々の硬度計が用いられる。また、先端に超硬球が埋め込まれたハンマを試料表面に衝突させて、その反発量によって硬度を判定するエコーチップ硬度計を使用することもできる。
【００１３】
なお、Ｃのバラツキ度Ｓ1、炭化物のバラツキ度Ｓ2、硬さのバラツキ度Ｓ3の測定は、外層の端面で行なうことができる。即ち、「外層断面」とは、外層の端面を含む意味と解されるべきである。
【００１４】
Ｃのバラツキ度Ｓ1、炭化物のバラツキ度Ｓ2、硬さのバラツキ度Ｓ3が上記のとおり規定される圧延ロール用外層を作製するには、横型の遠心力鋳造装置を用いて、次の遠心力鋳造条件で鋳込むことができる。
【００１５】
まず、外周部分における重力倍数を１５０Ｇ以上、望ましくは１８０Ｇ以上とする条件で鋳込むことにより作製することができる。なお、Ｍｏ＋２Ｗの重量％をα％とし、αが１０以上のとき、重力倍数を(２０×α−５０)Ｇ以上、望ましくは(２２×α−４０)Ｇとすることが望ましい。
【００１６】
重力倍数Ｇを決定すると、遠心力鋳造金型の内径を基準として、以下の式に示すように、鋳造時の金型の回転数が算出される。なお、外層の鋳造外径寸法は、凝固による収縮のため、式中の金型内径寸法よりも若干小さくなるが、本願明細書では、この凝固収縮分は考慮しないものとする。
【００１７】
【数１】
【００１８】
また、鋳造外径寸法に応じて、鋳造時における金型の回転数を次のように設定することができる。
即ち、鋳造外径寸法が３５０mm未満のときは１０３０rpm以上、望ましくは１１３０rpm以上とし、３５０mm以上５００mm未満のときは８７０rpm以上、望ましくは９００rpm以上とし、５００mm以上７００mm未満のときは７１０rpm以上、望ましくは７６０rpm以上とし、７００mm以上９００mm未満のときは６１０rpm以上、望ましくは６４０rpm以上とし、９００mm以上のときは５５０rpm以上、望ましくは５８０rpm以上とする条件で鋳込むことにより作製することができる。
なお、圧延に供される面を形成するために、外層の外周面を削り取る場合、削り取られた後の外径仕上がり寸法が、２３０mm以上３３０mm未満のときは金型の回転数を１０３０rpm以上とする条件で、外径仕上がり寸法が３３０mm以上４８０mm未満のときは金型の回転数を８７０rpm以上とする条件で、外径仕上がり寸法が４８０mm以上６８０mm未満のときは、金型の回転数を７１０rpm以上とする条件で、外径仕上がり寸法が６８０mm以上８８０mm未満のときは、金型の回転数を６１０rpm以上とする条件で、外径仕上がり寸法が８８０mm以上のときは、金型の回転数を５５０rpm以上とする条件で鋳込むようにすることが望ましい。
「外径仕上がり寸法」とは、圧延用複合ロールとして圧延に使用されるときの最初の外径寸法を意味している。
【００１９】
鋳造された外層は、通常、表面に鋳造欠陥等を含んでいるため、外周面から５mm〜４０mmの部分が機械加工によって取り除いて使用され、その面より数mm〜数十mmの厚さ部分が圧延に供される。
この機械加工は、外層の鋳造完了後に実施してもよいし、内層を一体化した後に実施してもよい。
【００２０】
本発明の圧延ロール用外層は、重量％にて、少なくとも、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｍｏ＋２Ｗ：２.０〜２４.０％を含有する鋳鉄材からなる。
Ｃ：１.０〜４.０％とするのは、Ｃの含有量が１.０％に満たないと、Ｍｏ、Ｗ等の炭化物の晶出量が不足し、耐摩耗性が不十分となるためであり、Ｃの含有量が４.０％を越えると内層を形成するための鋳鉄又は鋳鋼材との凝固点差が過大となり、溶着不良が発生し易くなるためである。
また、ＭｏとＷの含有を規定するのは、ＭｏとＷが炭化物の晶出と年輪状偏析に最も影響を及ぼす元素であり、Ｍｏ＋２Ｗとするのは、ＷはＭｏの２倍の影響を有するためである。Ｍｏ＋２Ｗが２.０％に満たないと、炭化物の晶出量が不足し、２４.０％を越えると、靱性の低下を招く。
【００２１】
前記材料として、より具体的には、重量％にて、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｓｉ：０.１〜３.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：３.０〜１２.０％、Ｍｏ：０.５〜８.０％、Ｗ：８.０％以下、Ｖ：１.０〜８.０％、但し、Ｍｏ＋２Ｗは２.０〜２４.０％であり、残部がＦｅ及び不可避不純物のハイス系鋳鉄材を示すことができる。
Ｓｉは湯流れ性の確保、あるいは場合によっては黒鉛を晶出させるために０.１〜３.０％含有させる。
Ｍｎは硬化能を増し、Ｓによる脆化を防ぐために、０.２〜２.０％含有させる。
Ｎｉは基地組織を改良するために３.０％以下含有させる。
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＶは、Ｃと結合して炭化物を晶出し、耐摩耗性の向上を図るために、夫々、３.０〜１２.０％、０.５〜８.０％、８.０％以下、及び１.０〜８.０％の範囲内でそれぞれ含有させる。
【００２２】
このハイス系鋳鉄材は、重量％にて、Ｎｂ：３.０％以下、Ｃｏ：５.０％以下の１種又は２種、及び／又は、Ｔｉ：１.０％以下、Ｚｒ：１.０％以下、Ａｌ：０.５％以下、Ｂ：０.５％以下からなる群から選択される少なくとも１種を必要に応じて含むことができる。
Ｎｂ：３ . ０％以下とするのは、Ｎｂは極めて硬いＭ1Ｃ1型の炭化物を形成し、耐摩耗性を改善すると共に、基地中に入って基地の強化に寄与するからである。
Ｃｏ：５ . ０％以下とするのは、Ｃｏも基地中に固溶されて基地の強化に寄与するからである。
Ｔｉ：１ . ０％以下、Ｚｒ：１ . ０％以下、Ａｌ：０ . ５％以下、Ｂ：０ . ５％以下とするのは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＢは溶湯中で酸化物あるいは窒化物を生成して、溶湯中の酸素含有量、窒素含有量を低下させ、製品の健全性を向上させるためである。生成した酸化物、あるいは窒化物が結晶核として作用するために凝固組織の微細化に効果があり、耐摩耗性も改善される。
さらに、ハイス系鋳鉄材の耐摩耗性は、極めて硬いＭ1Ｃ1型炭化物に負うところが大きい。このＭ1Ｃ1型炭化物は実質的にはＶ1Ｃ1炭化物、Ｎｂ1Ｃ1炭化物、あるいは(Ｖ、Ｎｂ)1Ｃ1炭化物であるが、溶湯の凝固過程においては固相率の小さい段階で晶出するため、遠心力鋳造すると、晶出したＭ1Ｃ1型炭化物の粒子と溶湯の平均比重との差異によって、粒子に内面向きあるいは外面向きの遠心分離力が働き、偏析を助長する。粘性流体中(この場合はハイス系鋳鉄材溶湯)での粒子の移動速度は粒子の径に比例するから、遠心力鋳造された溶湯中に晶出したＭ1Ｃ1型炭化物の粒子が小さいほど、遠心力による移動は抑えられる。
Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｂの酸化物、あるいは窒化物は溶湯中で微細に分散し、Ｍ1Ｃ1型炭化物晶出の核となるため、Ｍ1Ｃ1型炭化物を微細・分散化させる効果があり、上記のメカニズムによって遠心力鋳造における偏析を軽減する効果がある。
従って、これら元素は、前記範囲内で、必要に応じて含有させることが好ましい。
【００２３】
内層材としては、高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼、鋳鋼等の強靱性を有する材料が使用される
高級鋳鉄の好適な組成例として、Ｃ：２.５〜４.０％(重量％、以下同じ)、Ｓｉ：０.８〜２.５％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：２.０％以下、Ｍｏ：２.０％以下、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを総計で４％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるものを示すことができる。
ダクタイル鋳鉄の好適な組成例として、Ｃ：２.５〜４.０％(重量％、以下同じ)、Ｓｉ：１.３〜３.５％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：２.０％以下、Ｍｏ：２.０％以下、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを総計で４％以下、Ｍｇ：０.０２〜０.１％、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるものを示すことができる。
黒鉛鋼の好適な組成例として、Ｃ：１.０〜２.３％(重量％、以下同じ)、Ｓｉ：０.５〜３.０％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：２.０％以下、Ｍｏ：２.０％以下、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを総計で４％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるものを示すことができる。
【００２４】
内層と外層との溶着性を改善するために中間層を設ける場合、中間層はアマダイト材あるいは黒鉛鋼等が好適に用いられる。
中間層のアマダイト材の好適な組成として、重量％にてＣ：１.０〜２.５％、Ｓｉ：０.２〜３.０％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：４.０％以下、Ｃｒ：４.０％以下、Ｍｏ：４.０％以下、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを総計で１２％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるものを示すことができる。
中間層の黒鉛鋼の好適な組成として、重量％にて、Ｃ：１.０〜２.３％、Ｓｉ：０.５〜３.０％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：４.０％以下、Ｃｒ：４.０％以下、Ｍｏ：４.０％以下、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを総計で１２％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるものを示すことができる。
【００２５】
【実施例】
横型遠心力鋳造により、各種鋳鉄材の溶湯を、８０mmの厚さになるまで鋳込んで供試用ロール外層(発明例１〜発明例４、比較例１)を作製した。溶湯の鋳込み温度は１３８５℃であり、凝固完了後、常温まで冷却して、７００℃で１０時間軟化熱処理を実施した。
金型の内径、金型の回転数、重力倍数及び外層の組成を表１に記載している。なお、遠心力鋳造用金型は、内面に耐火材(塗型)が塗布されており、内径５８７mm、長さ１１５０mmの鋼製のものと、内径７７０mm、長さ２２００mmの鋼製のものを使用した。
この供試用ロール外層について、炭素又は炭化物の分布状態と、金型の回転数及び重力倍数との関係を調べた。
【００２６】
【表１】
【００２７】
作製された発明例１と比較例１のロール外層を、ロールの長手方向に切断して、粒度２４０のサンドペーパーを用いて研磨後、硝酸水溶液のエッチング処理を施し、長手方向に１００mm、径方向に８０mmの範囲のマクロ組織写真を撮影した。図３は発明例１、図４は比較例１の組織写真である。
図３と図４を比較すると、図４では偏析が生じた結果、複数の帯状模様が観察されたのに対し、図３にはそのような帯状模様は認められなかった。
【００２８】
次に、各ロール外層(10)の軸方向中央から、図２に示すように、ロールの長手方向に２０mm(試験片については「幅方向」という)、周方向に１０mm(試験片については「奥行方向」)という)、径方向に８０mm(試験片については「高さ方向」という)の試験片(20)を切り出した。
試験片は、１１５０℃で３０分間オーステナイト化熱処理した後焼入れ熱処理を行ない、５５０℃で１０時間の焼戻し熱処理を２回実施した。熱処理終了後、各試験片を粒径６μmのダイヤモンド粒子でバフ研磨した。
【００２９】
作製されたロール外層(10)は、削り代分を考慮し、図２に斜線で示すように、外周面から高さ方向に１０〜５０mmの部分(以下「被測定部分」という)について炭素又は炭化物の分布状態を調べることにした。
【００３０】
ＥＰＭＡ ( Ｘ線マイクロアナライザー ) による測定
ＥＰＭＡを用いて、試験片の炭素の分布状態を測定した。
各試験片の被測定部分の幅１４.９８mmの範囲に対し、ＥＰＭＡ装置を用いて、加速電圧１５ｋＶ、ビーム径５０μmの電子線を、高さ方向に７０μm、幅方向に７０μmのピッチで走査した。
炭素の分布状態は、Ｋα線の波長分散分析による測定数(cps:Count Per Second)で評価した。
【００３１】
測定終了後、各ピッチ毎における測定数(cps)の平均値を算出した。さらに算出された平均値について、その最大値をＢ1max、最小値をＢ1minとし、全測定数の平均値をＡ1としたときに、Ｓ1＝[(Ｂ1max−Ｂ1min)／Ａ1]×１００を、ＥＰＭＡによるＣのバラツキ度(％)と規定した。バラツキ度Ｓ1が大きいほど、炭素の分布が不均一で炭化物の偏析が多く存在し、逆にバラツキ度Ｓ1が小さければ、炭素の分布が均一で炭化物の偏析が少ないことを意味する。
【００３２】
結果を表１に示す。
表１を参照すると、発明例は、Ｃのバラツキ度Ｓ1が比較例１に比べて小さく、炭素の分布が均一であることがわかる。また、発明例どうしを比較すると、同一組成では金型の回転数と重力倍数が大きいほど、Ｃのバラツキ度Ｓ1が小さくなっており、炭素の分布がより均一となることを示している。これは、金型の回転数と重力倍数が大きくなるにつれて、ロール外層鋳込み時の重力作用の影響がより小さくなったためと考えられる。一方、比較例１のバラツキ度Ｓ1が大きいのは、図４に示すように、ロール外層中に炭化物が年輪状に偏析しているためである。
【００３３】
炭化物面積率による評価
炭化物の分布状態を調べるために、外層断面における炭化物が占める面積の割合を測定した。
各試験片には、５％濃度のナイタール液を用いてエッチング処理を施し、光学顕微鏡を用いて被測定部分の１００倍の組織写真を撮影した。撮影は、試験片の高さ方向に５mmピッチで行ない、各ピッチ毎に、幅方向にずらして７枚の組織写真を撮影した。
各ピッチ毎に、画像解析手法によって組織写真の５０mm×１００mm(試験片における実寸０.５mm×１mm)の範囲の全炭化物の面積率(以下「炭化物面積率」)を測定し、異常値を削除するために最大と最小を除いた５つのデータについて、その平均値を算出した。さらに算出された各ピッチ毎の炭化物面積率の平均値のうち、最大値をＢ2max、最小値をＢ2min、すべての炭化物面積率の平均Ａ2としたときに、Ｓ2＝[(Ｂ2max−Ｂ2min)／Ａ2]×１００を炭化物面積率のバラツキ度(％)と規定した。バラツキ度Ｓ2が大きいほど、炭化物面積率の変動が大きく、炭化物量に偏りが生じていることを意味する。
【００３４】
結果を表１に示す。
表１を参照すると、発明例は、炭化物面積率のバラツキ度Ｓ2が比較例１に比べて小さく、炭化物の分布が均一であることがわかる。また、発明例どうしを比較すると、金型の回転数と重力倍数が大きいほど、バラツキ度Ｓ2が小さくなっており、炭化物の分布がより均一となることを示している。これは、金型の回転数と重力倍数が大きくなると、ロール外層鋳込み時の重力作用の影響が小さくなるためと考えられる。一方、比較例１のバラツキ度Ｓ2が大きな値となっているのは、図４に示すように、ロール外層中に炭化物が年輪状に偏析しているためである。
【００３５】
硬さによる評価
ハイス系鋳鉄材のミクロ組織は、Ｍ1Ｃ1型炭化物、Ｍ7Ｃ3型炭化物、Ｍ6Ｃ1型炭化物、Ｍ2Ｃ型炭化物などの各種晶出炭化物と基地からなる。これら晶出炭化物の硬さは、基地の硬さに比べて硬く、また、炭化物量の多い部分は炭化物の少ない部分に比べて硬い。そこで、試験片の硬さを測定することによって、炭化物の分布状態を評価した。なお、測定には、ロックウェル硬さ試験法(Ｃスケール)を用いた。
試験片の被測定部分を高さ方向に５mmピッチで測定し、各ピッチについて、幅方向にずらして７回ずつロックウェル硬さを測定した。異常値を削除するために測定結果の最大と最小を除く５回の測定値から平均値を算出した。さらに算出された平均値のうち、その最大値をＢ3max、最小値をＢ3minとし、すべての硬さの平均値Ａ3としたとき、Ｓ3＝[(Ｂ3max−Ｂ3min)／Ａ3]×１００を硬さのバラツキ度(％)と規定した。バラツキ度Ｓ3が大きいほど、硬度の変動が大きく、炭化物量の偏りが大きいことを意味する。
【００３６】
結果を表１に示す。
表１を参照すると、発明例は、硬さのバラツキ度Ｓ3が比較例１に比べて小さく、炭化物の分布が均一であることがわかる。また、発明例どうしを比較すると、金型の回転数と重力倍数が大きいほど、バラツキ度Ｓ3が小さくなっており、炭化物の分布がより均一となることを示している。これは、金型の回転数と重力倍数が大きくなると、ロール外層鋳込み時の重力作用の影響が小さくなるためと考えられる。一方、比較例１のバラツキ度Ｓ3が大きな値となっているのは、図４に示すように、ロール外層中に炭化物が年輪状に偏析しているためである。
【００３７】
ＥＰＭＡのバラツキ度Ｓ1、炭化物面積率のバラツキ度Ｓ2又は硬さのバラツキ度Ｓ3が上記範囲内にある外層を有する圧延用複合ロールを、実際の圧延作業に用いたところ、摩耗ムラを生じ難く、従来のロールよりも外層の研磨頻度を少なくすることができた。
【００３８】
なお、上記実施例の横型遠心力鋳造は、遠心力鋳造金型の軸心がほぼ水平の状態で回転するものであるが、本発明は、横型遠心力鋳造装置に限定されず、遠心力鋳造金型の軸心が約３５°以下の傾きである傾斜型遠心力鋳造装置を用いても、実質的に上記と同じ条件で遠心力鋳造を行なうことにより、本発明の圧延ロール用外層及び圧延ロールを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】横型遠心力鋳造における溶湯の状態を模式的に示す図である。
【図２】試験片の説明図である。
【図３】本発明のロール外層の金属組織を示す図面代用写真である。
【図４】比較例のロール外層の金属組織を示す図面代用写真である。
【符号の説明】
(10) ロール外層
(20) 試験片
【発明の属する技術分野】
本発明は、外層にハイス系鋳鉄材を用いた熱間又は冷間圧延用複合ロールにおける外層の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱間又は冷間圧延ロールは、外面側に耐摩耗性、内部側に強靱性が要求されることから、耐摩耗性にすぐれるハイス系鋳鉄材を遠心力鋳造により形成した外層と、強靱性にすぐれる鋳鉄若しくは鋳鋼又は合金鋼の内層(又はコア)を、冶金的又は機械的に一体化した複合構造のロールが従来より使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種ハイス系鋳鉄材は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ等の炭化物形成元素を相当量含んでおり、溶湯の凝固過程で炭化物を晶出する。この晶出炭化物が耐摩耗性の向上に大きく寄与する。
ところで、このハイス系材料を用いて、遠心力鋳造によりロール外層を作製した場合、炭化物は、均一に分布して晶出するのではなく、炭化物量の多い層と少ない層とが交互に同心円状に形成されることが、横断面のミクロ組織観察によって認められる。この炭化物の濃淡層は、一般に、年輪状偏析(又はバンド状偏析)と称されている。
【０００４】
この年輪状偏析は、同じハイス系鋳鉄材でも、横型遠心力鋳造の場合に特に発生し易いことがわかっている。
この理由について、溶湯の状態を模式的に示した図１を参照して検討すると、横型遠心力鋳造の場合、溶湯に対して、上昇時に重力による減速力、下降時に重力による加速力が働くため、上部の流速は小さく、下部の流速は大きくなっている。この現象から、遠心力鋳造時における年輪状偏析の発生原因の１つとして、凝固途中の溶湯の回転速度が変化していることが考えられる。
【０００５】
ロールの外層に生ずる年輪状偏析は、完全な同心円ではないため、ロールの外層表面には炭化物の多い高硬度領域と炭化物の少ない低硬度領域が存在する。それゆえ、実際の圧延作業において、ロール外表面は、炭化物の多い領域では摩耗が生じ難く、一方炭化物の少ない領域では摩耗を生じ易いことから、ロールの外表面に摩耗差が生じ、それが圧延製品に転写されて、品質に影響を及ぼす。
圧延製品の転写模様を回避するには、圧延に供されるロール表面の研磨をより頻繁に行わねばならず、ロールの表面研磨１回当たりの圧延量が低下し、またロールの低寿命化を招く。
【０００６】
本発明の目的は、炭化物のバラツキ度が小さく、炭化物の年輪状偏析が殆んど存在しない圧延ロールの外層及び圧延ロールを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された本発明の圧延ロール用外層は、遠心力鋳造により作製され、重量％にて、少なくとも、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｍｏ＋２Ｗ：２.０〜２４.０％を含有する鋳鉄材からなり、Ｃのバラツキ度Ｓ1が１２％以下であり、炭化物がほぼ均一に分布した組織を有している。
ここで、Ｃのバラツキ度Ｓ1は、外層断面を、ＥＰＭＡ(Ｘ線マイクロアナライザー)により径方向に１mm以下のピッチで夫々複数箇所を走査し、各ピッチにおけるＣの測定数(cps)の平均値を算出することにより求められ、該平均値の最大値をＢ1max、最小値をＢ1minとし、Ｃの全測定数(cps)の平均値をＡ1としたとき、バラツキ度Ｓ1は、Ｓ1＝[(Ｂ1max−Ｂ1min)／Ａ1]×１００％で表される。
【０００８】
請求項２に記載された本発明の圧延ロール用外層は、遠心力鋳造により作製され、重量％にて、少なくとも、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｍｏ＋２Ｗ：２.０〜２４.０％を含有する鋳鉄材からなり、炭化物のバラツキ度Ｓ2が２０％以下であり、炭化物がほぼ均一に分布した組織を有している。
ここで、炭化物のバラツキ度Ｓ2は、外層断面の炭化物面積率を、径方向に５mm以下のピッチでそれぞれ複数箇所について測定し、各ピッチにおける炭化物面積率の平均値を算出することにより求められ、該平均値の最大値をＢ2max、最小値をＢ2minとし、炭化物面積率の全測定値の平均値をＡ2としたとき、バラツキ度Ｓ2は、Ｓ2＝[(Ｂ2max−Ｂ2min)／Ａ2]×１００％で表される。
【０００９】
請求項３に記載された本発明の圧延ロール用外層は、、遠心力鋳造により作製され、重量％にて、少なくとも、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｍｏ＋２Ｗ：２.０〜２４.０％を含有する鋳鉄材からなり、硬さのバラツキ度Ｓ3が１０％以下であり、炭化物がほぼ均一に分布した組織を有している。
ここで、硬さのバラツキ度Ｓ3は、外層断面の硬さを、径方向に５mm以下のピッチでそれぞれ複数箇所について測定し、各ピッチにおける硬さの平均値を算出することにより求められ、該平均値の最大値をＢ3max、最小値をＢ3minとし、硬さの全測定値の平均値をＡ3としたとき、バラツキ度Ｓ3は、Ｓ3＝[(Ｂ3max−Ｂ3min)／Ａ3]×１００％で表される。
【００１０】
【作用及び効果】
本発明の圧延ロールの外層は、炭化物のバラツキ度が小さく、炭化物の年輪状偏析は殆んど存在しないか、あるいはロールとしての使用上、問題のない範囲まで大幅に軽減されており、実際の圧延作業において、圧延に供されるロール外表面に摩耗差を生ずることは殆んどない。
従って、圧延製品にロール外表面の模様が転写して形成されることはなく、ロール表面の研磨回数は少なくてすむから、ロールの表面研磨１回当たりの圧延量が増大し、ひいては圧延ロールの高寿命化を達成できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の圧延ロール用外層は、例えば、横型遠心力鋳造用金型の中に所定成分の鋳鉄材溶湯を鋳込んで中空状に形成される。
次に、金型の回転を停止し、金型を直立させて、ロール軸部となる鋳型をセットし、次に内層溶湯を鋳込むことにより、外層と内層(ロール軸部)が冶金的に一体化された圧延用複合ロールが形成される。
なお、必要に応じて、外層の鋳造時、金型の回転を停止させる前に、外層の凝固後直ちに中間層溶湯を鋳込んで外層と中間層を冶金的に一体化させておくこともできる。この中間層は、外層材と内層材の中間成分の材質を有し、外層と内層との溶着性改善のために設けられるものであり、本願明細書では、広義の内層という概念に含まれるものとする。
また、圧延用複合ロールについては、遠心力鋳造により形成された中空状外層を、ロール軸部となる内層に対して焼嵌め等を行なうことにより、外層と内層(ロール軸部)を機械的に一体化することもできる。
【００１２】
本発明の圧延ロール用外層は、外層断面をＥＰＭＡで測定したときのＣのバラツキ度Ｓ1が１２％以下である。Ｃのバラツキ度Ｓ1が、１２％以下であれば、炭化物の偏析は少なく、圧延に使用した際、外層表面に摩耗ムラを生じ難い。バラツキ度Ｓ1が１２％を越えると、高さ方向(ロール外層の径方向)での炭化物の偏析が多くなり、圧延に使用した際、外層表面に摩耗ムラが生じ易くなる。なお、Ｃのバラツキ度Ｓ1は１０％以下がより望ましい。
また、本発明の圧延ロール用外層は、外層断面における炭化物のバラツキ度Ｓ2が２０％以下である。炭化物面積率のバラツキ度Ｓ2は、２０％以下であれば、炭化物の偏析が少なく、圧延に使用した際、外層表面に摩耗ムラを生じ難い。一方、バラツキ度Ｓ2が２０％を越えると、高さ方向(ロール外層の径方向)での炭化物の偏析が多く、圧延に使用した際、ロール外層表面に摩耗ムラが生じ易くなる。なお、炭化物のバラツキ度Ｓ2は１５％以下がより望ましい。
さらにまた、本発明の圧延ロール用外層は、外層断面における硬さのバラツキ度Ｓ3が１０％以下である。硬さのバラツキ度Ｓ3は、１０％以下であれば、炭化物の偏析が少なく、圧延に使用した際、外層表面に摩耗ムラを生じ難い。バラツキ度Ｓ3が１０％を越えると、高さ方向(ロール外層の径方向)での炭化物の偏析が多く、圧延に使用した際、ロール外層表面に摩耗ムラが生じ易くなる。なお、硬さのバラツキ度Ｓ3は５％以下がより望ましい。
なお、硬さの測定器具については、ロックウエル、マイクロビッカース、ショアなどの種々の硬度計が用いられる。また、先端に超硬球が埋め込まれたハンマを試料表面に衝突させて、その反発量によって硬度を判定するエコーチップ硬度計を使用することもできる。
【００１３】
なお、Ｃのバラツキ度Ｓ1、炭化物のバラツキ度Ｓ2、硬さのバラツキ度Ｓ3の測定は、外層の端面で行なうことができる。即ち、「外層断面」とは、外層の端面を含む意味と解されるべきである。
【００１４】
Ｃのバラツキ度Ｓ1、炭化物のバラツキ度Ｓ2、硬さのバラツキ度Ｓ3が上記のとおり規定される圧延ロール用外層を作製するには、横型の遠心力鋳造装置を用いて、次の遠心力鋳造条件で鋳込むことができる。
【００１５】
まず、外周部分における重力倍数を１５０Ｇ以上、望ましくは１８０Ｇ以上とする条件で鋳込むことにより作製することができる。なお、Ｍｏ＋２Ｗの重量％をα％とし、αが１０以上のとき、重力倍数を(２０×α−５０)Ｇ以上、望ましくは(２２×α−４０)Ｇとすることが望ましい。
【００１６】
重力倍数Ｇを決定すると、遠心力鋳造金型の内径を基準として、以下の式に示すように、鋳造時の金型の回転数が算出される。なお、外層の鋳造外径寸法は、凝固による収縮のため、式中の金型内径寸法よりも若干小さくなるが、本願明細書では、この凝固収縮分は考慮しないものとする。
【００１７】
【数１】
また、鋳造外径寸法に応じて、鋳造時における金型の回転数を次のように設定することができる。
即ち、鋳造外径寸法が３５０mm未満のときは１０３０rpm以上、望ましくは１１３０rpm以上とし、３５０mm以上５００mm未満のときは８７０rpm以上、望ましくは９００rpm以上とし、５００mm以上７００mm未満のときは７１０rpm以上、望ましくは７６０rpm以上とし、７００mm以上９００mm未満のときは６１０rpm以上、望ましくは６４０rpm以上とし、９００mm以上のときは５５０rpm以上、望ましくは５８０rpm以上とする条件で鋳込むことにより作製することができる。
なお、圧延に供される面を形成するために、外層の外周面を削り取る場合、削り取られた後の外径仕上がり寸法が、２３０mm以上３３０mm未満のときは金型の回転数を１０３０rpm以上とする条件で、外径仕上がり寸法が３３０mm以上４８０mm未満のときは金型の回転数を８７０rpm以上とする条件で、外径仕上がり寸法が４８０mm以上６８０mm未満のときは、金型の回転数を７１０rpm以上とする条件で、外径仕上がり寸法が６８０mm以上８８０mm未満のときは、金型の回転数を６１０rpm以上とする条件で、外径仕上がり寸法が８８０mm以上のときは、金型の回転数を５５０rpm以上とする条件で鋳込むようにすることが望ましい。
「外径仕上がり寸法」とは、圧延用複合ロールとして圧延に使用されるときの最初の外径寸法を意味している。
【００１９】
鋳造された外層は、通常、表面に鋳造欠陥等を含んでいるため、外周面から５mm〜４０mmの部分が機械加工によって取り除いて使用され、その面より数mm〜数十mmの厚さ部分が圧延に供される。
この機械加工は、外層の鋳造完了後に実施してもよいし、内層を一体化した後に実施してもよい。
【００２０】
本発明の圧延ロール用外層は、重量％にて、少なくとも、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｍｏ＋２Ｗ：２.０〜２４.０％を含有する鋳鉄材からなる。
Ｃ：１.０〜４.０％とするのは、Ｃの含有量が１.０％に満たないと、Ｍｏ、Ｗ等の炭化物の晶出量が不足し、耐摩耗性が不十分となるためであり、Ｃの含有量が４.０％を越えると内層を形成するための鋳鉄又は鋳鋼材との凝固点差が過大となり、溶着不良が発生し易くなるためである。
また、ＭｏとＷの含有を規定するのは、ＭｏとＷが炭化物の晶出と年輪状偏析に最も影響を及ぼす元素であり、Ｍｏ＋２Ｗとするのは、ＷはＭｏの２倍の影響を有するためである。Ｍｏ＋２Ｗが２.０％に満たないと、炭化物の晶出量が不足し、２４.０％を越えると、靱性の低下を招く。
【００２１】
前記材料として、より具体的には、重量％にて、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｓｉ：０.１〜３.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：３.０〜１２.０％、Ｍｏ：０.５〜８.０％、Ｗ：８.０％以下、Ｖ：１.０〜８.０％、但し、Ｍｏ＋２Ｗは２.０〜２４.０％であり、残部がＦｅ及び不可避不純物のハイス系鋳鉄材を示すことができる。
Ｓｉは湯流れ性の確保、あるいは場合によっては黒鉛を晶出させるために０.１〜３.０％含有させる。
Ｍｎは硬化能を増し、Ｓによる脆化を防ぐために、０.２〜２.０％含有させる。
Ｎｉは基地組織を改良するために３.０％以下含有させる。
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＶは、Ｃと結合して炭化物を晶出し、耐摩耗性の向上を図るために、夫々、３.０〜１２.０％、０.５〜８.０％、８.０％以下、及び１.０〜８.０％の範囲内でそれぞれ含有させる。
【００２２】
このハイス系鋳鉄材は、重量％にて、Ｎｂ：３.０％以下、Ｃｏ：５.０％以下の１種又は２種、及び／又は、Ｔｉ：１.０％以下、Ｚｒ：１.０％以下、Ａｌ：０.５％以下、Ｂ：０.５％以下からなる群から選択される少なくとも１種を必要に応じて含むことができる。
Ｎｂ：３ . ０％以下とするのは、Ｎｂは極めて硬いＭ1Ｃ1型の炭化物を形成し、耐摩耗性を改善すると共に、基地中に入って基地の強化に寄与するからである。
Ｃｏ：５ . ０％以下とするのは、Ｃｏも基地中に固溶されて基地の強化に寄与するからである。
Ｔｉ：１ . ０％以下、Ｚｒ：１ . ０％以下、Ａｌ：０ . ５％以下、Ｂ：０ . ５％以下とするのは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＢは溶湯中で酸化物あるいは窒化物を生成して、溶湯中の酸素含有量、窒素含有量を低下させ、製品の健全性を向上させるためである。生成した酸化物、あるいは窒化物が結晶核として作用するために凝固組織の微細化に効果があり、耐摩耗性も改善される。
さらに、ハイス系鋳鉄材の耐摩耗性は、極めて硬いＭ1Ｃ1型炭化物に負うところが大きい。このＭ1Ｃ1型炭化物は実質的にはＶ1Ｃ1炭化物、Ｎｂ1Ｃ1炭化物、あるいは(Ｖ、Ｎｂ)1Ｃ1炭化物であるが、溶湯の凝固過程においては固相率の小さい段階で晶出するため、遠心力鋳造すると、晶出したＭ1Ｃ1型炭化物の粒子と溶湯の平均比重との差異によって、粒子に内面向きあるいは外面向きの遠心分離力が働き、偏析を助長する。粘性流体中(この場合はハイス系鋳鉄材溶湯)での粒子の移動速度は粒子の径に比例するから、遠心力鋳造された溶湯中に晶出したＭ1Ｃ1型炭化物の粒子が小さいほど、遠心力による移動は抑えられる。
Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｂの酸化物、あるいは窒化物は溶湯中で微細に分散し、Ｍ1Ｃ1型炭化物晶出の核となるため、Ｍ1Ｃ1型炭化物を微細・分散化させる効果があり、上記のメカニズムによって遠心力鋳造における偏析を軽減する効果がある。
従って、これら元素は、前記範囲内で、必要に応じて含有させることが好ましい。
【００２３】
内層材としては、高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼、鋳鋼等の強靱性を有する材料が使用される
高級鋳鉄の好適な組成例として、Ｃ：２.５〜４.０％(重量％、以下同じ)、Ｓｉ：０.８〜２.５％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：２.０％以下、Ｍｏ：２.０％以下、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを総計で４％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるものを示すことができる。
ダクタイル鋳鉄の好適な組成例として、Ｃ：２.５〜４.０％(重量％、以下同じ)、Ｓｉ：１.３〜３.５％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：２.０％以下、Ｍｏ：２.０％以下、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを総計で４％以下、Ｍｇ：０.０２〜０.１％、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるものを示すことができる。
黒鉛鋼の好適な組成例として、Ｃ：１.０〜２.３％(重量％、以下同じ)、Ｓｉ：０.５〜３.０％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：２.０％以下、Ｍｏ：２.０％以下、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを総計で４％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるものを示すことができる。
【００２４】
内層と外層との溶着性を改善するために中間層を設ける場合、中間層はアマダイト材あるいは黒鉛鋼等が好適に用いられる。
中間層のアマダイト材の好適な組成として、重量％にてＣ：１.０〜２.５％、Ｓｉ：０.２〜３.０％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：４.０％以下、Ｃｒ：４.０％以下、Ｍｏ：４.０％以下、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを総計で１２％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるものを示すことができる。
中間層の黒鉛鋼の好適な組成として、重量％にて、Ｃ：１.０〜２.３％、Ｓｉ：０.５〜３.０％、Ｍｎ：０.２〜１.５％、Ｐ：０.２％以下、Ｓ：０.２％以下、Ｎｉ：４.０％以下、Ｃｒ：４.０％以下、Ｍｏ：４.０％以下、Ｗ、Ｖ、Ｎｂを総計で１２％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるものを示すことができる。
【００２５】
【実施例】
横型遠心力鋳造により、各種鋳鉄材の溶湯を、８０mmの厚さになるまで鋳込んで供試用ロール外層(発明例１〜発明例４、比較例１)を作製した。溶湯の鋳込み温度は１３８５℃であり、凝固完了後、常温まで冷却して、７００℃で１０時間軟化熱処理を実施した。
金型の内径、金型の回転数、重力倍数及び外層の組成を表１に記載している。なお、遠心力鋳造用金型は、内面に耐火材(塗型)が塗布されており、内径５８７mm、長さ１１５０mmの鋼製のものと、内径７７０mm、長さ２２００mmの鋼製のものを使用した。
この供試用ロール外層について、炭素又は炭化物の分布状態と、金型の回転数及び重力倍数との関係を調べた。
【００２６】
【表１】
作製された発明例１と比較例１のロール外層を、ロールの長手方向に切断して、粒度２４０のサンドペーパーを用いて研磨後、硝酸水溶液のエッチング処理を施し、長手方向に１００mm、径方向に８０mmの範囲のマクロ組織写真を撮影した。図３は発明例１、図４は比較例１の組織写真である。
図３と図４を比較すると、図４では偏析が生じた結果、複数の帯状模様が観察されたのに対し、図３にはそのような帯状模様は認められなかった。
【００２８】
次に、各ロール外層(10)の軸方向中央から、図２に示すように、ロールの長手方向に２０mm(試験片については「幅方向」という)、周方向に１０mm(試験片については「奥行方向」)という)、径方向に８０mm(試験片については「高さ方向」という)の試験片(20)を切り出した。
試験片は、１１５０℃で３０分間オーステナイト化熱処理した後焼入れ熱処理を行ない、５５０℃で１０時間の焼戻し熱処理を２回実施した。熱処理終了後、各試験片を粒径６μmのダイヤモンド粒子でバフ研磨した。
【００２９】
作製されたロール外層(10)は、削り代分を考慮し、図２に斜線で示すように、外周面から高さ方向に１０〜５０mmの部分(以下「被測定部分」という)について炭素又は炭化物の分布状態を調べることにした。
【００３０】
ＥＰＭＡ ( Ｘ線マイクロアナライザー ) による測定
ＥＰＭＡを用いて、試験片の炭素の分布状態を測定した。
各試験片の被測定部分の幅１４.９８mmの範囲に対し、ＥＰＭＡ装置を用いて、加速電圧１５ｋＶ、ビーム径５０μmの電子線を、高さ方向に７０μm、幅方向に７０μmのピッチで走査した。
炭素の分布状態は、Ｋα線の波長分散分析による測定数(cps:Count Per Second)で評価した。
【００３１】
測定終了後、各ピッチ毎における測定数(cps)の平均値を算出した。さらに算出された平均値について、その最大値をＢ1max、最小値をＢ1minとし、全測定数の平均値をＡ1としたときに、Ｓ1＝[(Ｂ1max−Ｂ1min)／Ａ1]×１００を、ＥＰＭＡによるＣのバラツキ度(％)と規定した。バラツキ度Ｓ1が大きいほど、炭素の分布が不均一で炭化物の偏析が多く存在し、逆にバラツキ度Ｓ1が小さければ、炭素の分布が均一で炭化物の偏析が少ないことを意味する。
【００３２】
結果を表１に示す。
表１を参照すると、発明例は、Ｃのバラツキ度Ｓ1が比較例１に比べて小さく、炭素の分布が均一であることがわかる。また、発明例どうしを比較すると、同一組成では金型の回転数と重力倍数が大きいほど、Ｃのバラツキ度Ｓ1が小さくなっており、炭素の分布がより均一となることを示している。これは、金型の回転数と重力倍数が大きくなるにつれて、ロール外層鋳込み時の重力作用の影響がより小さくなったためと考えられる。一方、比較例１のバラツキ度Ｓ1が大きいのは、図４に示すように、ロール外層中に炭化物が年輪状に偏析しているためである。
【００３３】
炭化物面積率による評価
炭化物の分布状態を調べるために、外層断面における炭化物が占める面積の割合を測定した。
各試験片には、５％濃度のナイタール液を用いてエッチング処理を施し、光学顕微鏡を用いて被測定部分の１００倍の組織写真を撮影した。撮影は、試験片の高さ方向に５mmピッチで行ない、各ピッチ毎に、幅方向にずらして７枚の組織写真を撮影した。
各ピッチ毎に、画像解析手法によって組織写真の５０mm×１００mm(試験片における実寸０.５mm×１mm)の範囲の全炭化物の面積率(以下「炭化物面積率」)を測定し、異常値を削除するために最大と最小を除いた５つのデータについて、その平均値を算出した。さらに算出された各ピッチ毎の炭化物面積率の平均値のうち、最大値をＢ2max、最小値をＢ2min、すべての炭化物面積率の平均Ａ2としたときに、Ｓ2＝[(Ｂ2max−Ｂ2min)／Ａ2]×１００を炭化物面積率のバラツキ度(％)と規定した。バラツキ度Ｓ2が大きいほど、炭化物面積率の変動が大きく、炭化物量に偏りが生じていることを意味する。
【００３４】
結果を表１に示す。
表１を参照すると、発明例は、炭化物面積率のバラツキ度Ｓ2が比較例１に比べて小さく、炭化物の分布が均一であることがわかる。また、発明例どうしを比較すると、金型の回転数と重力倍数が大きいほど、バラツキ度Ｓ2が小さくなっており、炭化物の分布がより均一となることを示している。これは、金型の回転数と重力倍数が大きくなると、ロール外層鋳込み時の重力作用の影響が小さくなるためと考えられる。一方、比較例１のバラツキ度Ｓ2が大きな値となっているのは、図４に示すように、ロール外層中に炭化物が年輪状に偏析しているためである。
【００３５】
硬さによる評価
ハイス系鋳鉄材のミクロ組織は、Ｍ1Ｃ1型炭化物、Ｍ7Ｃ3型炭化物、Ｍ6Ｃ1型炭化物、Ｍ2Ｃ型炭化物などの各種晶出炭化物と基地からなる。これら晶出炭化物の硬さは、基地の硬さに比べて硬く、また、炭化物量の多い部分は炭化物の少ない部分に比べて硬い。そこで、試験片の硬さを測定することによって、炭化物の分布状態を評価した。なお、測定には、ロックウェル硬さ試験法(Ｃスケール)を用いた。
試験片の被測定部分を高さ方向に５mmピッチで測定し、各ピッチについて、幅方向にずらして７回ずつロックウェル硬さを測定した。異常値を削除するために測定結果の最大と最小を除く５回の測定値から平均値を算出した。さらに算出された平均値のうち、その最大値をＢ3max、最小値をＢ3minとし、すべての硬さの平均値Ａ3としたとき、Ｓ3＝[(Ｂ3max−Ｂ3min)／Ａ3]×１００を硬さのバラツキ度(％)と規定した。バラツキ度Ｓ3が大きいほど、硬度の変動が大きく、炭化物量の偏りが大きいことを意味する。
【００３６】
結果を表１に示す。
表１を参照すると、発明例は、硬さのバラツキ度Ｓ3が比較例１に比べて小さく、炭化物の分布が均一であることがわかる。また、発明例どうしを比較すると、金型の回転数と重力倍数が大きいほど、バラツキ度Ｓ3が小さくなっており、炭化物の分布がより均一となることを示している。これは、金型の回転数と重力倍数が大きくなると、ロール外層鋳込み時の重力作用の影響が小さくなるためと考えられる。一方、比較例１のバラツキ度Ｓ3が大きな値となっているのは、図４に示すように、ロール外層中に炭化物が年輪状に偏析しているためである。
【００３７】
ＥＰＭＡのバラツキ度Ｓ1、炭化物面積率のバラツキ度Ｓ2又は硬さのバラツキ度Ｓ3が上記範囲内にある外層を有する圧延用複合ロールを、実際の圧延作業に用いたところ、摩耗ムラを生じ難く、従来のロールよりも外層の研磨頻度を少なくすることができた。
【００３８】
なお、上記実施例の横型遠心力鋳造は、遠心力鋳造金型の軸心がほぼ水平の状態で回転するものであるが、本発明は、横型遠心力鋳造装置に限定されず、遠心力鋳造金型の軸心が約３５°以下の傾きである傾斜型遠心力鋳造装置を用いても、実質的に上記と同じ条件で遠心力鋳造を行なうことにより、本発明の圧延ロール用外層及び圧延ロールを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】横型遠心力鋳造における溶湯の状態を模式的に示す図である。
【図２】試験片の説明図である。
【図３】本発明のロール外層の金属組織を示す図面代用写真である。
【図４】比較例のロール外層の金属組織を示す図面代用写真である。
【符号の説明】
(10) ロール外層
(20) 試験片
Claims (13)
- 圧延用複合ロールの外層であって、遠心力鋳造により作製され、重量％にて、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｓｉ：０.１〜３.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：３.０〜１２.０％、Ｍｏ：０.５〜８.０％、Ｗ：８.０％以下、Ｖ：１.０〜８.０％、但し、Ｍｏ＋２Ｗは２.０〜２４.０％であり、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるハイス系鋳鉄材からなるものにおいて、
Ｃのバラツキ度Ｓ1が１２％以下であって、炭化物がほぼ均一に分布した組織を有することを特徴とする圧延ロール用外層。
但し、Ｃのバラツキ度Ｓ1は、外層断面を、ＥＰＭＡ(Ｘ線マイクロアナライザー)により、径方向に１mm以下のピッチでそれぞれ複数箇所を走査し、各ピッチにおけるＣの測定数(cps)の平均値を算出することにより求められ、該平均値の最大値をＢ1max、最小値をＢ1minとし、Ｃの全測定数(cps)の平均値をＡ1としたとき、バラツキ度Ｓ1は、Ｓ1＝[(Ｂ1max−Ｂ1min)／Ａ1]×１００％で表される。 - 圧延用複合ロールの外層であって、遠心力鋳造により作製され、重量％にて、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｓｉ：０.１〜３.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：３.０〜１２.０％、Ｍｏ：０.５〜８.０％、Ｗ：８.０％以下、Ｖ：１.０〜８.０％、但し、Ｍｏ＋２Ｗは２.０〜２４.０％であり、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるハイス系鋳鉄材からなるものにおいて、
炭化物のバラツキ度Ｓ2が２０％以下であって、炭化物がほぼ均一に分布した組織を有することを特徴とする圧延ロール用外層。
但し、炭化物のバラツキ度Ｓ2は、外層断面の炭化物面積率を、径方向に５mm以下のピッチでそれぞれ複数箇所について測定し、各ピッチにおける炭化物面積率の平均値を算出することにより求められ、該平均値の最大値をＢ2max、最小値をＢ2minとし、炭化物面積率の全測定値の平均値をＡ2としたとき、バラツキ度Ｓ2は、Ｓ2＝[(Ｂ2max−Ｂ2min)／Ａ2]×１００％で表される。 - 圧延用複合ロールの外層であって、遠心力鋳造により作製され、重量％にて、Ｃ：１.０〜４.０％、Ｓｉ：０.１〜３.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：３.０％以下、Ｃｒ：３.０〜１２.０％、Ｍｏ：０.５〜８.０％、Ｗ：８.０％以下、Ｖ：１.０〜８.０％、但し、Ｍｏ＋２Ｗは２.０〜２４.０％であり、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるハイス系鋳鉄材からなるものにおいて、
硬さのバラツキ度Ｓ3が１０％以下であって、炭化物がほぼ均一に分布した組織を有することを特徴とする圧延ロール用外層。
但し、硬さのバラツキ度Ｓ3は、外層断面の硬さを、径方向に５mm以下のピッチでそれぞれ複数箇所について測定し、各ピッチにおける硬さの平均値を算出することにより求められ、該平均値の最大値をＢ3max、最小値をＢ3minとし、硬さの全測定値の平均値をＡ3としたとき、バラツキ度Ｓ3は、Ｓ3＝[(Ｂ3max−Ｂ3min)／Ａ3]×１００％で表される。 - バラツキ度は、外層の端面での測定によって求められた値である請求項１乃至請求項３の何れかに記載の圧延ロール用外層。
- ハイス系鋳鉄材は、重量％にて、Ｎｂ：３.０％以下、Ｃｏ：５.０％以下の１種又は２種を含有する請求項１乃至請求項４の何れかに記載の圧延ロール用外層。
- ハイス系鋳鉄材は、重量％にて、Ｔｉ：１.０％以下、Ｚｒ：１.０％以下、Ａｌ：０.５％以下、Ｂ：０.５％以下からなる群から選択される少なくとも１種を含有する請求項１乃至請求項５の何れかに記載の圧延ロール用外層。
- 遠心力鋳造は、外周部分における重力倍数を１５０Ｇ以上とする条件で行われたものである請求項１乃至請求項６の何れかに記載の圧延ロール用外層。
- 遠心力鋳造は、鋳造外径寸法が２５０mm以上３５０mm未満のとき、金型の回転数を１０３０rpm以上とする条件で行われたものである請求項１乃至請求項６の何れかに記載の圧延ロール用外層。
- 遠心力鋳造は、鋳造外径寸法が３５０mm以上５００mm未満のとき、金型の回転数を８７０rpm以上とする条件で行われたものである請求項１乃至請求項６の何れかに記載の圧延ロール用外層。
- 遠心力鋳造は、鋳造外径寸法が５００mm以上７００mm未満のとき、金型の回転数を７１０rpm以上とする条件で行われたものである請求項１乃至請求項６の何れかに記載の圧延ロール用外層。
- 遠心力鋳造は、鋳造外径寸法が７００mm以上９００mm未満のとき、金型の回転数を６１０rpm以上とする条件で行われたものである請求項１乃至請求項６の何れかに記載の圧延ロール用外層。
- 遠心力鋳造は、鋳造外径寸法が９００mm以上のとき、金型の回転数を５５０rpm以上とする条件で行われたものである請求項１乃至請求項６の何れかに記載の圧延ロール用外層。
- 請求項１乃至請求項１２の何れかに記載の外層を、内層と冶金的又は機械的に一体化することにより形成される圧延ロール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32196899A JP3773725B2 (ja) | 1998-11-12 | 1999-11-12 | 圧延ロール用外層及び圧延ロール |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-340987 | 1998-11-12 | ||
| JP34098798 | 1998-11-12 | ||
| JP32196899A JP3773725B2 (ja) | 1998-11-12 | 1999-11-12 | 圧延ロール用外層及び圧延ロール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000204431A JP2000204431A (ja) | 2000-07-25 |
| JP3773725B2 true JP3773725B2 (ja) | 2006-05-10 |
Family
ID=26570643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32196899A Expired - Lifetime JP3773725B2 (ja) | 1998-11-12 | 1999-11-12 | 圧延ロール用外層及び圧延ロール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3773725B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1507023A1 (de) * | 2003-08-14 | 2005-02-16 | Voith Paper Patent GmbH | Legierung zur Herstellung von verschleissresistenten Werkzeugen |
| JP4498751B2 (ja) * | 2004-01-13 | 2010-07-07 | 日本電子株式会社 | 試料評価方法及び試料評価装置 |
| JP7363462B2 (ja) * | 2019-12-23 | 2023-10-18 | 大同特殊鋼株式会社 | 材料評価方法 |
-
1999
- 1999-11-12 JP JP32196899A patent/JP3773725B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000204431A (ja) | 2000-07-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101471502B1 (ko) | 원심 주조제 복합 압연롤 및 그 제조 방법 | |
| CN105121044B (zh) | 离心铸造制热轧用复合辊 | |
| EP0560210B1 (en) | Compound roll and method of producing same | |
| EP3050636B1 (en) | Centrifugally cast, hot-rolling composite roll | |
| EP3050637B1 (en) | Centrifugally cast, hot-rolling composite roll | |
| EP0430241A1 (en) | Wear-resistant compound roll | |
| JPWO2018147370A1 (ja) | 圧延用複合ロール及びその製造方法 | |
| EP0525932B1 (en) | Compound roll and method of producing same | |
| JP3766202B2 (ja) | 耐肌荒れ性にすぐれる黒鉛晶出ハイス系鋳鉄材 | |
| JP3773725B2 (ja) | 圧延ロール用外層及び圧延ロール | |
| CN110290880A (zh) | 轧制用复合辊及其制造方法 | |
| JP2001150007A (ja) | 圧延ロール用外層及び圧延ロール | |
| JP3949872B2 (ja) | 圧延用ロール外層 | |
| JP2006281301A (ja) | 圧延用複合ロール | |
| WO2019045068A1 (ja) | 圧延用複合ロール及びその製造方法 | |
| JP3824827B2 (ja) | 圧延ロール用外層及び圧延ロール | |
| JP2001150005A (ja) | 圧延ロール用外層の製造方法 | |
| JP7136037B2 (ja) | 熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロール | |
| EP3859025B1 (en) | Outer layer material for hot-rolling roll, and composite hotrolling roll | |
| JP7400771B2 (ja) | 熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロール | |
| JP2000141005A (ja) | 圧延用複合ロール用外層の遠心力鋳造方法 | |
| JP2020139190A (ja) | 熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロールならびに熱間圧延用ロール外層材の製造方法 | |
| JP2018161655A (ja) | 熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロール | |
| JP2000141004A (ja) | 圧延用複合ロールの製造方法 | |
| JP2778896B2 (ja) | 圧延用ロール及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040924 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041109 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050107 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051108 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051227 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060214 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060215 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 3773725 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090224 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100224 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100224 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110224 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110224 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120224 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120224 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130224 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140224 Year of fee payment: 8 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |