JP3859958B2

JP3859958B2 - Outer layer material of composite roll for centrifugal casting

Info

Publication number: JP3859958B2
Application number: JP2000353313A
Authority: JP
Inventors: 典之藤田; 和則上宮田
Original assignee: 日鉄住金ロールズ株式会社
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2020-11-20
Also published as: JP2002161331A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心鋳造製圧延用複合ロールに関するものであり、特に耐摩耗性及び耐肌荒れ性に優れた熱間、または冷間圧延用の遠心鋳造製複合ロール外層材の材質に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄鋼圧延分野においては、鋼板の板厚精度向上や表面品質向上の要求が高く、圧延用ロールに対しても、高い耐摩耗性と耐肌荒れ性が求められている。これらの高品質要求に対応するロール材質としては、従来、高合金グレン鋳鉄材や高クロム鋳鉄材等が用いられて来たが、最近では、例えば特開平８−６０２８９号公報に開示されているような、さらに耐摩耗性に優れたハイスロール材が適用されて来ている。
【０００３】
このハイスロール材は、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗ等の合金を多量に含有させ、非常に硬い炭化物を晶析出させて、優れた耐摩耗性を発揮させたものであるが、単に合金を高含有させただけでは、硬質な炭化物が不均一に晶析出するため、極低炭素鋼（Ｃ：０．０１％以下）等の難圧延材を圧延する際に、炭化物が集まった部分で微小な欠け落ちが発生し、それが成長してロール表面全体の肌荒れに至っていた。そこで、ハイスロール材の炭化物を微細に晶析出させる方法については、例えば特開平１０−６８０４１号公報に開示されているような、Ａｌ，Ｔｉ，ＺｒやＢを用いる方法が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に開示の方法では晶析出する炭化物の形状は多角形で、そのために、圧延中に欠け落ちしやすい形状となっており、圧延用ロール材として、耐肌荒れ性および耐摩耗性が充分なものではない。かかる背景に鑑み、本発明は、ハイスロール材に晶析出する炭化物の内、最も硬質なＭＣ炭化物に注目し、このＭＣ炭化物を欠け落ちしにくい球状形状とすること、及び微細均一に晶出させることにより、耐肌荒れ性を向上させると共に、Ｃｕによりその耐摩耗性をも向上させ優れた性能を持つ遠心鋳造製圧延用複合ロールの外層材を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述した問題を解消したもので、その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．７〜３．６％、Ｓｉ：０．２〜２．５％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｃｒ：２．０〜１０％、Ｍｏ：０．２〜１０％、Ｖ：２．０〜１０％、Ｂ：０．００１〜０．５０％、Ａｌ：０．００１〜０．５０％、Ｔｉ：０．００１〜０．５０％、Ｚｒ：０．００１〜０．５０％、Ｃｕ：０．００１〜０．５０％、Ｍｇ：０．００１〜０．５０％、Ｃａ：０．００１〜０．５０％、Ｎ：１０００ｐｐｍ以下、Ｏ：５００ｐｐｍ以下、を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする遠心鋳造製圧延用複合ロールの外層材。
（２）さらに、質量％で、Ｎｉ：０．１〜１０％、Ｗ：０．２〜１０％、Ｎｂ：０．２〜１０％、Ｃｏ：０．２〜１０％、の１種または２種以上含有する請求項１記載の遠心鋳造製圧延用複合ロールの外層材にある。
【０００６】
以下、本発明について詳細に説明する。
ハイスロール材のミクロ組織は、一般的に硬質のＶＣを主体としたＭＣ炭化物とＭ₂Ｃ、Ｍ₆ＣもしくはＭ₇Ｃ₃炭化物及び適度な熱処理を施してマルテンサイトとなったマトリックス組織で構成されている。本発明は、この内、最も硬質なＭＣ炭化物に注目し、ＭｇおよびＣａを複合で含有させることにより、ＭｇＯやＣａＯの酸化物を生成させ、これを核として溶湯中から直接、ＭＣ炭化物を微細均一かつ球状に晶出させたミクロ組織を得ること。さらには、Ｃｕの添加により基地組織を強化し、耐摩耗性を向上させ、このハイスロール材を遠心鋳造法によって製造する圧延用複合ロールの外層材に適用し、耐肌荒れ性や耐摩耗性を大幅に向上させるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る各化学成分の限定理由について述べる。
Ｃ：０．７〜３．６％
Ｃは主として、マトリックス中に固溶されマルテンサイト相を生成する。また、さらに、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗ等と結合して種々の炭化物を形成する。しかし、０．７％未満であると炭化物量が少なく、耐摩耗性が得られない。また、逆に３．６％を超えると、粗大な炭化物が形成され、靱性の低下や肌荒れの原因となる。従って、その範囲を０．７〜３．６％とする。
【０００８】
Ｓｉ：０．２〜２．５％
Ｓｉは脱酸作用を目的として添加する。しかし、０．２％未満であるとその効果が不十分であり、逆に、２．５％を超える添加は靱性を低下させるため、その範囲を０．２〜２．５％とする。
Ｍｎ：０．２〜２．０％
Ｍｎは脱酸、脱硫作用を目的として添加する。しかし、０．２％未満であるとその効果が不十分であり、また、２．０％を超えると靱性を低下させるため、その範囲を０．２〜２．０％とする。
【０００９】
Ｃｒ：２．０〜１０％
Ｃｒはマトリックス中に固溶されて焼入れ性を高めると共に、Ｃと結合して炭化物を形成する。しかし、２％未満だと炭化物量が少なく、耐摩耗性が低下し、逆に、１０％を超えると、粗大な炭化物が形成され、靱性の低下や肌荒れを招く。従って、その範囲を２．０〜１０％とする。
【００１０】
Ｍｏ：０．２〜１０％
ＭｏもＣｒと同様に、マトリックス中に固溶されて基地を強化すると共に、Ｃと結合して炭化物を形成する。従って、基地強化のためには、最低０．２％以上の含有が必要であるが、１０％を超えると粗大炭化物が形成され靱性が低下する。また、遠心鋳造法で１０％を超えた場合、層状偏析が発生する。従って、その範囲を０．２〜１０％とする。
【００１１】
Ｖ：２．０〜１０％
ＶはＣと結合してＭＣ炭化物を形成する重要な元素である。しかし、２．０％未満では炭化物量が不十分で耐摩耗性が確保できず、１０％を超えると、ＭＣ炭化物が粗大化し過ぎてやはり靱性の低下に繋がる。また、本発明の遠心鋳造法で製造する場合にはＶＣ炭化物の比重が溶湯よりも軽いために分離して偏析の原因となる。従って、その範囲を２．０〜１０％とする。
【００１２】
Ｂ：０．００１〜０．５０％
Ｂは、０．００１％以上で、焼入れ性が高まり、また、靱性の低下を防ぐことができる。しかし、過剰になると、靱性が低下するため０．５０％以下に抑える必要がある。
Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ：０．００１〜０．５０％
Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒは、溶湯中で酸化物を生成して、溶湯中の酸素含有量を低下させ、製品の健全性を向上させると共に、生成した酸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る。０．００１％でその効果があるが、余り多く含有されると、介在物となって製品中に残存することになるため、その上限は、各々０．５０％とした。
【００１３】
Ｃｕ：０．００１〜０．５０％
Ｃｕは、基地組織を強化し高温硬度を向上させるため、後述する本発明のＭｇ，Ｃａと共に主要な化学成分である。しかし、０．００１％未満ではその効果がなく、一方０．５０％を超えると、耐摩耗性、耐クラック性が低下すると共にロールの表面性状が劣化するため、その上限を０．５０％とした。
【００１４】
Ｍｇ，Ｃａ：０．００１〜０．５０％
Ｍｇ，Ｃａは、本発明の圧延用ロールの耐肌荒れ性向上に最も寄与する元素である。Ｍｇ及びＣａは、脱酸や脱硫作用の強い元素であり、ＭｇＯやＣａＯの酸化物を生成し、これが溶湯中に懸濁されて核となり、ＭＣ炭化物を微細均一に晶出させる。また、その理由は明らかでないが、球状黒鉛鋳鉄の黒鉛がこれらの元素の添加によって球状化されるのと同様の現象と予測される作用によって、晶出するＭＣ炭化物が球状となることを見出した。Ｍｇ，Ｃａの量は各々０．００１％以上でその効果が認められる。しかし、０．５０％を超えてはその効果が飽和すると共に、Ｍｇ合金やＣａ合金の大量の添加は溶湯との反応が激しいために作業的に危険である。従って、Ｍｇ，Ｃａの範囲を０．００１〜０．５０％とする。
【００１５】
Ｎ：１０００ｐｐｍ以下
Ｎは、耐肌荒れ性を低減のために、１０００ｐｐｍ以下とする。すなわち、１０００ｐｐｍ以下とすることにより、炭化物に対する核生成効果が抑制され粗大な初晶炭化物の量が減り、そのかわり、細長く微細な共晶炭化物が増加し、ＶＣ炭化物が微細、均一に分散する。それにより耐肌荒れ性が低減する。しかし、１０００ｐｐｍを超えると、その効果がなくなるため、その上限を１０００ｐｐｍとした。なお、望ましくは、５００ｐｐｍ以下、より望ましくは、３００ｐｐｍとする。低減の方法としては、ロールの原材料となっているロール屑や、スクラップ材などにおいて、Ｎ量の少ないものの使用、溶解炉内をＡｒ等の不活性ガス雰囲気にして、原材料を溶解することも有効である。
【００１６】
Ｏ：５００ｐｐｍ以下
Ｏは、非金属介在物となって材質の清浄化を低下させるため多量に含有すると、鋳造割れが発生しやすくなる。従って、低減量は、５００ｐｐｍ以下になるようにする。なお、望ましくは、３００ｐｐｍ以下、より望ましくは、１００ｐｐｍとなるようにする。低減の方法としては、例えば、溶解炉内をＡｒ等の不活性ガス雰囲気にして、原材料を溶解することが有効である。
Ｐ，Ｓは、原材料より、不可避的に混入するものであり、材質の脆くするので少ないほど好ましく、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．１％以下にすると良い。
【００１７】
本発明材の基本成分は、上記の通りであるが、適用を対象とするロールのサイズ、要求されるロールの使用特性等により、その他の化学成分として、上記した本発明の化学成分に加えて、さらに、以下の成分を適宜選択添加するとよい。
Ｗ：０．２〜１０％
Ｗは、Ｍｏと同様にマトリックス中に固溶されて基地を強化すると共に、Ｃと結合して炭化物を形成する。基地強化のためには、最低０．２％以上の含有が必要であるが、１０％を超えると粗大炭化物が形成され靱性が低下する。また、本発明の遠心鋳造法では、１０％を超えた場合、層状偏析が発生する。なお、Ｗの添加有無の選択については、例えば使用特性上の耐摩耗性や耐クラック性等を考慮し、適宜判断するとよい。
【００１８】
Ｎｉ：０．１〜１０％
また、本発明材は上記した化学成分に加えて、さらにＮｉを０．１〜１０％含有してもよい。Ｎｉはマトリックス中に固溶され、基地のオーステナイトを安定化して焼入れ性を向上する。そのため、０．１％以上の少量を含有させるが、１０％を超える含有させた場合、オーステナイトが安定化しすぎてオーステナイトの残留を来して、硬度の確保が困難になったり、圧延使用中の変形等を起こすことがある。なお、前記Ｎｉ添加の選択有無については、例えば製造を対象とする圧延ロールのサイズ、硬度等を考慮し、その添加の要否を適宜判断するとよい。
【００１９】
Ｎｂ：０．２〜１０％
また、本発明材は上記した化学成分に加えて、さらにＮｂを０．２〜１０％含有してもよい。ＮｂはＶと同様にＣと結合して高硬度のＭＣ炭化物を形成する。また、本発明の遠心鋳造法で製造する場合には、ＶＣ炭化物の偏析を軽減させる効果をもっている。０．２％未満ではその効果は不十分であり、１０％を超える含有させた場合、ＭＣ炭化物が粗大化しすぎて靱性の低下に繋がる。Ｎｂ添加の選択有無については、例えば、遠心鋳造する際のＶの添加量に応じた内面偏析の軽減等を考慮し、その添加の要否を適宜判断するとよい。
【００２０】
Ｃｏ：０．２〜１０％
また、本発明材は上記した化学成分に加えて、さらにＣｏを０．２〜１０％含有してもよい。Ｃｏはその殆どがマトリックス中に固溶され基地を強化する。そのため、高温での硬度及び強度を向上させる作用を有している。しかし、０．２％未満ではその効果は不十分であり、１０％を超えるはその効果が飽和するため、経済性の観点からも１０％以下が望ましい。Ｃｏ添加の選択有無については、例えば、使用特性上の高温硬度や摩擦係数低減等を考慮し、その添加の要否を適宜判断するとよい。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を従来材及び比較例と共に説明する。
（実施例１）
高周波誘導炉にて溶解した後、前溶湯を、外径２５０ｍｍ、内径１８０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒金型を遠心鋳造試験機で高速回転させながら金型内に注入し、表１に示す化学成分の外径１７４ｍｍ、肉厚３５ｍｍ、長さ３００ｍｍのスリーブを鋳造した。なお、前記試験材の製造において、表１に示す本発明例であるＡ〜Ｎ材及び比較例であるＳ〜Ｖ材についての溶湯へのＣａ，Ｍｇの添加については、炉から出湯後の溶湯に、取鍋にてＣａ−Ｓｉ合金やＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を添加した。このようにして製造されたスリーブを１０００℃からの焼入れ処理とさらに５００〜５５０℃の焼戻し処理を施した後、図１に示す要領で、各組成（Ａ〜Ｖ）で各々複数個のミクロ組織試験片及び回転摩耗試験片を採取した。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１に示す化学組成としては、Ａ〜Ｎは本発明例であり、Ｏ〜Ｒは従来例であり、また、Ｓ〜Ｖは比較例である。その各試験材でのミクロ組織の結果を図２によって模式図をもって示す。すなわち、図２（ａ）に示すように、スリーブ表面より１０ｍｍ深さ位置のミクロ組織を本発明例（代表例としてＣ材）と図２（ｂ）に示す従来例（代表例としてＱ材）で比較して示した。この図２（ｂ）から従来例の組成Ｑ材の化学成分のものでは、そのミクロ組織は、最も硬質なＭＣ炭化物が結晶粒界のみに殆ど晶出し、全体的な均一化が図られていないことが明らかである。また、一部にマトリックス内にも一部のその晶出が認められるが、形状は不規則な多角形となっている。これに対して、本発明例のＣ材のものは、ＭＣ炭化物がマトリックス内も含め均一に晶出しており、かつ、その形状も角張った所がなく、球状に近い形状で晶出していることが明らかである。
【００２４】
次に、図３に示す回転摩耗試験機を用いて、比較試験を行った。すなわち、
相手材：ＳＵＳ３０４
試験温度：常温
線荷重：６０Ｎ／ｍｍ
すべり率：１０％
回転数：５×１０⁴回
の条件で試験を行い、試験前後の摩耗減量及び試験後の表面粗度を測定した。
【００２５】
図４は本発明材、従来材及び比較材の常温での回転摩耗試験による摩耗減量の測定結果を示す図である。また、図５は前記回転摩耗試験後の試験材の表面粗度の測定結果を示す図である。この図４及び図５から明らかなように、本発明材のＡ〜Ｎは従来材Ｏ〜Ｒに比較し、いずれもその摩耗減量が少なく、また、耐肌荒れ性の評価の指標となる表面粗度も小さくなっている。また、比較材Ｓ〜Ｖの化学成分は、本発明材の特徴とするＣａ、ＭｇおよびＣｕの量が本発明材より高いものであり、本発明材と同等の摩耗減量と表面粗度になっているが、いずれも本発明材を超える結果は得られず、効果が飽和してきている。このように、高いＣａ、Ｍｇの添加は、添加時の安全性確保の点から好ましくない。
【００２６】
（実施例２）
次に、図７に示す熱間回転摩耗試験機を用いて、上記の比較試験を実施した。なお、熱間回転摩耗試験機としては、図７に示すような加熱片９および試験片１０を接触状態で回転させる転動装置１１と、加熱片９および試験片１０を囲み、これを加熱する高周波誘導加熱コイル１２と冷却装置１３と、放射温度計１４とを備えたディスク対ディスクタイプの試験機を使用した。その時の試験条件は、両ディスク間の最大接触応力は約２５０Ｎ／ｍｍ²で、試験片の周速度（回転数）は、７２０ｒｐｍとし、両ディスク間のすべり率は、４．５％で行った。また、圧延材に相当する加熱片の温度は９６０℃とし、試験片の温度は６５０℃として５００回転動させ、試験片の摩耗量を測定した。その後さらに、該摩耗試験後の試験片の表面粗度を各々測定した。
【００２７】
図８は、本発明材Ａ〜Ｎ材、従来材Ｏ〜Ｒおよび比較材Ｓ〜Ｖの熱間回転摩耗試験による摩耗減量の測定結果を示す図である。また、図９は、本発明材、従来材および比較材の熱間回転摩耗試験後の試験片の表面粗度の測定結果を示す図である。この図８および図９から明らかなように、本発明材Ａ〜Ｎ材は、従来材Ｏ〜Ｒに比較し、いずれもその摩耗減量が少なく、また、耐肌荒れ性の評価の指標となる表面粗度も小さくなっている。また、比較材Ｓ〜Ｖの化学成分は、本発明材の特徴とするＣａ，ＭｇおよびＣｕの量が本発明材Ａ〜Ｎ材よりも高いものであり、本発明材と同等の摩耗減量と表面粗度になっているが、いずれも本発明材を超える結果は得られず、効果が飽和してきている。このように、高いＣａ，Ｍｇの添加は、添加時の安全性確保の点から好ましくない。
以上の各種の試験結果により、本発明材は、冷間および熱間での実際の圧延用複合ロールの外層材に適用した場合、その目的とする耐摩耗性と耐肌荒れ性の作用・効果を十分に奏することが明らかとなった。続いて、実際の圧延ロールに適用した結果について説明する。
【００２８】
（実施例３）
低周波誘導炉を用いて溶解した外層溶湯に、出湯後取鍋にてＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を添加して、表２に示す本発明の化学組成のものを、熱間圧延用複合ロールの用途として、下記の通り製造した。すなわち、上記化学組成の溶湯を傾斜角２０度の遠心鋳造機に組み込んだ内径８００ｍｍ、長さ２０００ｍｍの回転鋳型内に注入した。さらに、適正な待ち時間を経た後、内層用材料として表２に示す化学組成のダクタイル鋳鉄を数度に分けて注入した。次に、このロールを冷却・遠心鋳造鋳型から解体後、粗削加工を行い、１０００℃の焼入れと５００〜５５０℃で数回の焼き戻し処理を実施した後、仕上げ加工を行った。その後、超音波探傷を行い、欠陥のない健全なロールであることを確認した。また、ロール胴部の表面ミクロ組織を確認し、図６に本発明の実施により製造したロールの胴部中央における金属組織の顕微鏡写真（１００倍）を示す。この図からも、硬質なＭＣ炭化物が球状で微細均一に晶出されていることが確認できる。
【００２９】
【表２】

【００３０】
なお、前記の実施例３で製造した圧延用ロールは、外層材とロールの軸材とが溶着一体化した複合ロールであるが、本発明の用途としては、これに限定されるものではない。例えば、遠心鋳造法により、本発明の化学成分からなるスリーブを製作し、その後別途作製した。例えば鋼製のロール軸に取付け、一体型の圧延用ロールとすることも可能である。さらに、特開平５−３１１３１６号公報に記載のように、遠心鋳造機に本発明の化学成分からなる外層用の溶湯を注入後、適正な待ち時間を経た後中間層となる溶湯を注入し、さらに、適正な待ち時間を経た後、内層用材料としてダクタイル鋳鉄または黒鉛鋼等の溶湯を数度に分けて注入して作製する３層構造のロールにも同様に適用できる。なお、前記複合ロールの内層材については、ロールの使用用途（圧延条件）によって異なり、圧延条件が、厳しくない場合には、外層との溶着性に優れるＦＣ材、ダクタイル材が望ましく、一方圧延条件が厳しい場合は黒鉛などの鋳鋼材質とするように適宜選択するとよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の組成からなる材料を外層材として遠心鋳造製圧延用複合ロールを使用することにより、硬質のＭＣ炭化物の球状化と微細均一化により、耐肌荒れ性と耐摩耗性の大幅な向上が可能となり、圧延ロールの長寿命化が図れる。また、ロール性能の向上による圧延製品の品質改善にも大幅に寄与する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】遠心鋳造試験機で製造したスリーブから、金属組織試験片および回転摩耗試験片を採取する要領を示す図である。
【図２】遠心鋳造試験機で製造したスリーブから採取した材料の金属組織の模式図である。
【図３】常温での回転摩耗試験機の構成を示す図である。
【図４】本発明材、従来材および比較材の常温での回転摩耗試験による摩耗減量を示す図である。
【図５】本発明材、従来材および比較材の常温での回転摩耗試験後の表面粗度を示す図である。
【図６】本発明の実施例３により製造した実機ロールの胴部中央における金属組織の顕微鏡写真（１００倍）である。
【図７】熱間での回転摩耗試験機の概要構成を示す説明図である。
【図８】本発明材、従来材および比較材の熱間での回転摩耗試験による摩耗減量を示す図である。
【図９】本発明材、従来材および比較材の熱間での回転摩耗試験後の表面粗度を示す図である。
【符号の説明】
１スリーブ
２ミクロ組織試験片
３回転摩耗試験片
４基地（マルテンサイト）
５ＭＣ炭化物
６Ｍ₇Ｃ₃炭化物
７相手片（ＳＵＳ３０４）
８、１０試験片
９加熱片
１１転動装置
１２高周波誘導加熱コイル
１３冷却装置
１４放射温度計[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite roll for centrifugal casting and, more particularly, to a material for an outer layer material of a centrifugal cast composite roll for hot or cold rolling excellent in wear resistance and rough skin resistance.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the steel rolling field, there are high demands for improving the plate thickness accuracy and surface quality of steel plates, and high wear resistance and rough skin resistance are also required for rolling rolls. Conventionally, as a roll material corresponding to these high quality requirements, a high alloy grain cast iron material, a high chromium cast iron material or the like has been used, but recently, for example, disclosed in JP-A-8-60289. Such a high-speed roll material excellent in wear resistance has been applied.
[0003]
This high-roll material contains a large amount of an alloy such as Cr, Mo, V, W, etc., and crystallizes very hard carbides to exhibit excellent wear resistance. Since the hard carbides crystallize non-uniformly only by the inclusion, when rolling difficult-to-roll materials such as ultra-low carbon steel (C: 0.01% or less), the carbides are very small at the gathered portions. Occurrence of chipping occurred, which grew and resulted in rough skin on the entire roll surface. Therefore, as a method for finely crystallizing the carbide of the high-roll material, a method using Al, Ti, Zr or B as disclosed in, for example, JP-A-10-68041 is shown.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method disclosed in the above-mentioned publication, the shape of the carbide precipitated in a polygon is polygonal. Therefore, the shape is easy to chip during rolling, and the roll material for rolling has rough skin resistance and wear resistance. Not enough. In view of such a background, the present invention pays attention to the hardest MC carbide among the carbides crystallized on the high-roll material, and makes the MC carbide have a spherical shape that is difficult to chip, and crystallizes finely and uniformly. Accordingly, the outer layer material of the composite roll for rolling by centrifugal casting having improved performance is provided by improving the rough surface resistance and improving the wear resistance by Cu.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above-mentioned problems, and the gist of the invention is that
(1) By mass%, C: 0.7-3.6%, Si: 0.2-2.5%, Mn: 0.2-2.0%, Cr: 2.0-10%, Mo : 0.2 to 10%, V: 2.0 to 10%, B: 0.001 to 0.50%, Al: 0.001 to 0.50%, Ti: 0.001 to 0.50%, Zr: 0.001 to 0.50%, Cu: 0.001 to 0.50%, Mg: 0.001 to 0.50%, Ca: 0.001 to 0.50%, N: 1000 ppm or less, O The outer layer material of a composite roll for rolling made by centrifugal casting, characterized by comprising : 500 ppm or less, and the balance being Fe and inevitable impurities.
(2) Further, by mass%, Ni: 0.1 to 10%, W: 0.2 to 10%, Nb: 0.2 to 10%, Co: 0.2 to 10%, or 1 or 2 It exists in the outer-layer material of the composite roll for centrifugal-casting rolling of Claim 1 which contains seed | species or more.
[0006]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The microstructure of high-roll material is generally composed of MC carbide mainly composed of hard VC, M ₂ C, M ₆ C or M ₇ C ₃ carbide, and matrix structure that has become martensite after appropriate heat treatment. Has been. The present invention pays attention to the hardest MC carbide among them, and by containing Mg and Ca in a composite, oxides of MgO and CaO are generated, and this is used as a core to directly refine the MC carbide from the melt. To obtain a microstructure that is crystallized uniformly and spherically. Furthermore, by adding Cu, the base structure is strengthened and wear resistance is improved, and this high-speed roll material is applied to the outer layer material of a composite roll for rolling produced by centrifugal casting to provide rough skin resistance and wear resistance. This is a significant improvement.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, the reason for limitation of each chemical component which concerns on this invention is described.
C: 0.7-3.6%
C is mainly dissolved in the matrix to form a martensite phase. Furthermore, it combines with Fe, Cr, Mo, V, W, etc. to form various carbides. However, if it is less than 0.7%, the amount of carbide is small and wear resistance cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 3.6%, coarse carbides are formed, which causes toughness deterioration and rough skin. Therefore, the range is set to 0.7 to 3.6%.
[0008]
Si: 0.2-2.5%
Si is added for the purpose of deoxidation. However, if the content is less than 0.2%, the effect is insufficient. Conversely, addition exceeding 2.5% lowers the toughness, so the range is made 0.2 to 2.5%.
Mn: 0.2 to 2.0%
Mn is added for the purpose of deoxidation and desulfurization. However, if it is less than 0.2%, the effect is insufficient, and if it exceeds 2.0%, the toughness is lowered, so the range is made 0.2 to 2.0%.
[0009]
Cr: 2.0 to 10%
Cr is dissolved in the matrix to enhance the hardenability, and combines with C to form a carbide. However, if it is less than 2%, the amount of carbide is small and the wear resistance is reduced. Conversely, if it exceeds 10%, coarse carbide is formed, resulting in a decrease in toughness and rough skin. Therefore, the range is made 2.0 to 10%.
[0010]
Mo: 0.2 to 10%
Mo, like Cr, is solid-solved in the matrix to strengthen the matrix and combine with C to form carbides. Therefore, in order to strengthen the base, it is necessary to contain at least 0.2%, but if it exceeds 10%, coarse carbides are formed and the toughness is lowered. Moreover, when it exceeds 10% by the centrifugal casting method, layered segregation occurs. Therefore, the range is made 0.2 to 10%.
[0011]
V: 2.0 to 10%
V is an important element that combines with C to form MC carbide. However, if the amount is less than 2.0%, the amount of carbide is insufficient and the wear resistance cannot be ensured. If the amount exceeds 10%, the MC carbide is excessively coarsened, which leads to a decrease in toughness. Moreover, when manufacturing by the centrifugal casting method of this invention, since the specific gravity of VC carbide is lighter than a molten metal, it isolate | separates and causes segregation. Therefore, the range is made 2.0 to 10%.
[0012]
B: 0.001 to 0.50%
When B is 0.001% or more, the hardenability is improved and the toughness can be prevented from being lowered. However, if it is excessive, the toughness is lowered, so it is necessary to keep it to 0.50% or less.
Al, Ti, Zr: 0.001 to 0.50%
Al, Ti, and Zr generate oxides in the molten metal, reduce the oxygen content in the molten metal, improve the soundness of the product, and solidify because the generated oxides act as crystal nuclei. It is effective for refining the tissue. The effect is 0.001%, but if it is contained too much, it becomes an inclusion and remains in the product, so the upper limit was made 0.50%.
[0013]
Cu: 0.001 to 0.50%
Cu is a main chemical component together with Mg and Ca of the present invention, which will be described later, in order to strengthen the base structure and improve the high temperature hardness. However, if it is less than 0.001%, the effect is not obtained. On the other hand, if it exceeds 0.50%, the wear resistance and crack resistance are deteriorated and the surface properties of the roll are deteriorated. did.
[0014]
Mg, Ca: 0.001 to 0.50%
Mg and Ca are elements that contribute the most to the improvement in rough skin resistance of the rolling roll of the present invention. Mg and Ca are elements having a strong deoxidation and desulfurization action, and produce oxides of MgO and CaO, which are suspended in the molten metal to become nuclei and crystallize MC carbide finely and uniformly. Moreover, although the reason is not clear, it was found that the MC carbide crystallized into a spherical shape due to the same phenomenon as that of the spheroidal graphite cast iron graphite spheroidized by the addition of these elements. . The effect is recognized when the amount of Mg and Ca is 0.001% or more, respectively. However, if it exceeds 0.50%, the effect is saturated, and addition of a large amount of Mg alloy or Ca alloy is dangerous in terms of work because the reaction with the molten metal is intense. Therefore, the range of Mg and Ca is set to 0.001 to 0.50%.
[0015]
N: 1000 ppm or less N is set to 1000 ppm or less in order to reduce the rough skin resistance. That is, by setting it to 1000 ppm or less, the nucleation effect on the carbide is suppressed and the amount of coarse primary crystal carbide is reduced. Instead, the elongated and fine eutectic carbide is increased, and the VC carbide is finely and uniformly dispersed. Thereby, the rough skin resistance is reduced. However, since the effect is lost when it exceeds 1000 ppm, the upper limit was set to 1000 ppm. Desirably, it is 500 ppm or less, and more desirably 300 ppm. As a reduction method, it is also effective to use roll scraps and scrap materials that are raw materials for rolls with a small amount of N, and to dissolve the raw materials in an inert gas atmosphere such as Ar in the melting furnace. It is.
[0016]
O: 500 ppm or less O is a non-metallic inclusion and reduces the cleaning of the material. If it is contained in a large amount, casting cracks are likely to occur. Therefore, the reduction amount is set to 500 ppm or less. Desirably, the concentration is 300 ppm or less, and more desirably 100 ppm. As a reduction method, for example, it is effective to melt the raw material by setting the inside of the melting furnace to an inert gas atmosphere such as Ar.
P and S are inevitably mixed in from the raw materials, and are preferably as small as possible because the material becomes brittle. P: 0.2% or less and S: 0.1% or less are preferable.
[0017]
The basic components of the material of the present invention are as described above, but in addition to the above-described chemical components of the present invention as other chemical components, depending on the size of the roll to be applied, the required usage characteristics of the roll, etc. Furthermore, the following components may be appropriately selected and added.
W: 0.2 to 10%
W is dissolved in a matrix like Mo and strengthens the matrix, and combines with C to form a carbide. In order to strengthen the base, the content of at least 0.2% is necessary, but if it exceeds 10%, coarse carbides are formed and the toughness is lowered. Further, in the centrifugal casting method of the present invention, when it exceeds 10%, layered segregation occurs. The selection of whether or not W is added may be appropriately determined in consideration of, for example, wear resistance and crack resistance in terms of use characteristics.
[0018]
Ni: 0.1 to 10%
In addition to the chemical components described above, the material of the present invention may further contain 0.1 to 10% of Ni. Ni is dissolved in the matrix to stabilize the base austenite and improve the hardenability. Therefore, a small amount of 0.1% or more is included, but when it exceeds 10%, austenite is overstabilized and austenite remains, making it difficult to ensure hardness, or during rolling use Deformation may occur. In addition, about the selection presence or absence of the said Ni addition, it is good to judge the necessity of the addition suitably, for example considering the size, hardness, etc. of the rolling roll intended for manufacture.
[0019]
Nb: 0.2 to 10%
In addition to the above chemical components, the material of the present invention may further contain 0.2 to 10% of Nb. Nb, like V, combines with C to form a hard MC carbide. Moreover, when manufacturing with the centrifugal casting method of this invention, it has the effect of reducing the segregation of VC carbide. If the content is less than 0.2%, the effect is insufficient, and if the content exceeds 10%, the MC carbide is excessively coarsened, leading to a decrease in toughness. Regarding the selection of Nb addition, for example, considering the reduction of internal segregation according to the addition amount of V at the time of centrifugal casting, the necessity of the addition may be appropriately determined.
[0020]
Co: 0.2 to 10%
In addition to the chemical components described above, the material of the present invention may further contain 0.2 to 10% of Co. Most of the Co is dissolved in the matrix and strengthens the matrix. Therefore, it has the effect | action which improves the hardness and intensity | strength in high temperature. However, if it is less than 0.2%, the effect is insufficient, and if it exceeds 10%, the effect is saturated. Therefore, 10% or less is desirable from the viewpoint of economy. As for the presence or absence of selection of Co addition, for example, considering the high temperature hardness and the friction coefficient reduction in use characteristics, it is preferable to appropriately determine the necessity of the addition.
[0021]
【Example】
Examples of the present invention will be described below together with conventional materials and comparative examples.
Example 1
After melting in the high-frequency induction furnace, the pre-molten metal is injected into the mold while rotating at a high speed with a centrifugal mold tester using a cylindrical mold having an outer diameter of 250 mm, an inner diameter of 180 mm, and a length of 300 mm. A sleeve having an outer diameter of 174 mm, a wall thickness of 35 mm, and a length of 300 mm was cast. In addition, in manufacture of the said test material, about the addition of Ca and Mg to the molten metal about A-N material which is an example of this invention shown in Table 1, and S-V material which is a comparative example, it is a molten metal after tapping from a furnace. In addition, a Ca—Si alloy or a Fe—Si—Mg alloy was added in a ladle. After the sleeve manufactured in this way is subjected to quenching treatment from 1000 ° C. and further tempering treatment from 500 to 550 ° C., a plurality of microstructures are formed for each composition (A to V) in the manner shown in FIG. Test pieces and rotating wear test pieces were collected.
[0022]
[Table 1]

[0023]
As chemical compositions shown in Table 1, A to N are examples of the present invention, O to R are conventional examples, and S to V are comparative examples. The result of the microstructure in each test material is shown schematically in FIG. That is, as shown in FIG. 2A, the microstructure at a depth of 10 mm from the sleeve surface is an example of the present invention (C material as a representative example) and the conventional example shown in FIG. 2B (Q material as a representative example). In comparison with. From FIG. 2B, in the chemical composition of the composition Q material of the conventional example, the microstructure of the hardest MC carbide crystallizes almost only at the crystal grain boundaries, and the overall uniformity is not achieved. It is clear. In addition, a part of the crystallization is observed in the matrix, but the shape is an irregular polygon. On the other hand, in the C material of the present invention example, MC carbide is crystallized uniformly including in the matrix, and the shape is not angular, and crystallized in a nearly spherical shape. Is clear.
[0024]
Next, a comparative test was performed using the rotary wear tester shown in FIG. That is,
Mating material: SUS304
Test temperature: Room temperature line load: 60 N / mm
Slip rate: 10%
The test was conducted under the conditions of the number of revolutions: 5 × 10 ⁴ times, and the weight loss before and after the test and the surface roughness after the test were measured.
[0025]
FIG. 4 is a diagram showing the measurement results of wear loss of the present invention material, the conventional material, and the comparative material by a rotational wear test at room temperature. FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of the surface roughness of the test material after the rotational wear test. As is apparent from FIGS. 4 and 5, the materials A to N of the present invention have less wear loss compared to the conventional materials O to R, and the surface roughness is an index for evaluating the rough skin resistance. The degree is getting smaller. In addition, the chemical components of the comparative materials S to V have higher Ca, Mg, and Cu amounts than the present invention material, which is a feature of the present invention material, and wear loss and surface roughness equivalent to the present invention material. However, in any case, the result exceeding the material of the present invention is not obtained, and the effect is saturated. Thus, the addition of high Ca and Mg is not preferable from the viewpoint of ensuring safety during the addition.
[0026]
(Example 2)
Next, the above comparative test was performed using a hot rotating wear tester shown in FIG. As the hot rotary abrasion tester, a rolling device 11 for rotating the heating element 9 and the test piece 10 as shown in FIG. 7 in a contact state, surrounds the heating strip 9 and the test piece 10, to heat it A disk-to-disk type testing machine equipped with a high-frequency induction heating coil 12 , a cooling device 13, and a radiation thermometer 14 was used. The test conditions at that time were such that the maximum contact stress between the two disks was about 250 N / mm ² , the peripheral speed (rotational speed) of the test piece was 720 rpm, and the sliding rate between the two disks was 4.5%. . Further, the temperature of the heated piece corresponding to the rolled material was 960 ° C., the temperature of the test piece was 650 ° C., and the sample was rotated 500 times, and the wear amount of the test piece was measured. Thereafter, the surface roughness of the test piece after the wear test was measured.
[0027]
FIG. 8 is a diagram showing the measurement results of wear loss by the hot rotational wear test of the inventive materials A to N, the conventional materials O to R, and the comparative materials S to V. Moreover, FIG. 9 is a figure which shows the measurement result of the surface roughness of the test piece after the hot rotation abrasion test of this invention material, a conventional material, and a comparison material. As apparent from FIGS. 8 and 9, the materials A to N of the present invention have less wear loss compared to the conventional materials O to R, and the surface is an index for evaluating the rough skin resistance. The roughness is also reduced. Further, the chemical components of the comparative materials S to V are those in which the amounts of Ca, Mg and Cu, which are the characteristics of the material of the present invention, are higher than those of the materials A to N of the present invention. Although the surface roughness is reached, none of the results exceeds the present invention material, and the effect is saturated. Thus, the addition of high Ca and Mg is not preferable from the viewpoint of ensuring safety during the addition.
Based on the above various test results, when the material of the present invention is applied to the outer layer material of a composite roll for actual rolling in cold and hot conditions, the intended action and effect of wear resistance and rough skin resistance are achieved. It became clear that it played well. Then, the result applied to the actual rolling roll is demonstrated.
[0028]
Example 3
Add the Fe-Si-Mg alloy to the molten outer layer melted using the low frequency induction furnace in the ladle after pouring, and use the chemical composition of the present invention shown in Table 2 of the composite roll for hot rolling. As a use, it manufactured as follows. That is, the molten metal having the above chemical composition was poured into a rotary mold having an inner diameter of 800 mm and a length of 2000 mm incorporated in a centrifugal casting machine having an inclination angle of 20 degrees. Further, after an appropriate waiting time, ductile cast iron having a chemical composition shown in Table 2 was injected in several degrees as an inner layer material. Next, the roll was disassembled from the cooling / centrifugal casting mold, followed by rough cutting, and after quenching at 1000 ° C. and several tempering treatments at 500 to 550 ° C., finishing was performed. Thereafter, ultrasonic flaw detection was performed, and it was confirmed that the roll had no defects. Further, the surface microstructure of the roll body portion was confirmed, and FIG. 6 shows a micrograph (100 times) of the metal structure in the center of the body portion of the roll manufactured according to the present invention. Also from this figure, it can be confirmed that the hard MC carbide is crystallized spherically and finely uniformly.
[0029]
[Table 2]

[0030]
In addition, although the roll for rolling manufactured in the said Example 3 is a composite roll by which the outer layer material and the shaft material of the roll were welded and integrated, the use of the present invention is not limited to this. For example, a sleeve made of the chemical component of the present invention was manufactured by centrifugal casting, and then manufactured separately. For example, it can be attached to a steel roll shaft to form an integral rolling roll. Furthermore, as described in JP-A-5-313116, after injecting a melt for the outer layer made of the chemical component of the present invention into a centrifugal casting machine, after injecting a melt that becomes an intermediate layer after an appropriate waiting time, Furthermore, it can be similarly applied to a roll having a three-layer structure in which a molten metal such as ductile cast iron or graphite steel is injected in several degrees as an inner layer material after an appropriate waiting time. The inner layer material of the composite roll differs depending on the use application (rolling conditions) of the roll, and when the rolling conditions are not severe, FC materials and ductile materials having excellent weldability with the outer layer are desirable, while the rolling conditions are If it is severe, it may be appropriately selected so as to use a cast steel material such as graphite.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, by using a composite roll for centrifugal casting made of a material comprising the composition of the present invention as an outer layer material, roughening and fine wear resistance of hard MC carbide is realized by spheroidizing and fine uniformizing hard MC carbide. Can be greatly improved, and the life of the rolling roll can be extended. In addition, it has the effect of greatly contributing to quality improvement of rolled products by improving roll performance.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a procedure for collecting a metal structure test piece and a rotating wear test piece from a sleeve manufactured by a centrifugal casting test machine.
FIG. 2 is a schematic view of a metal structure of a material collected from a sleeve manufactured by a centrifugal casting test machine.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a rotary wear tester at room temperature.
FIG. 4 is a graph showing wear loss of the present invention material, the conventional material, and the comparative material by a rotational wear test at room temperature.
FIG. 5 is a diagram showing the surface roughness after a rotational wear test at normal temperature of the material of the present invention, the conventional material, and the comparative material.
FIG. 6 is a micrograph (100 times) of a metallographic structure in the center of the trunk of an actual roll manufactured according to Example 3 of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hot rotating wear tester.
FIG. 8 is a diagram showing wear loss by hot rotating wear test of the present invention material, the conventional material and the comparative material.
FIG. 9 is a diagram showing the surface roughness of the present invention material, the conventional material, and the comparative material after a hot rotational wear test.
[Explanation of symbols]
1 Sleeve 2 Microstructure specimen 3 Rotating wear specimen 4 Base (Martensite)
5 MC carbide 6 M ₇ C ₃ carbide 7 Counterpiece (SUS304)
8, 10 Test piece 9 Heating piece 11 Rolling device 12 High frequency induction heating coil 13 Cooling device 14 Radiation thermometer

Claims

% By mass
C: 0.7 to 3.6%
Si: 0.2 to 2.5%
Mn: 0.2 to 2.0%,
Cr: 2.0 to 10%
Mo: 0.2 to 10%,
V: 2.0-10%,
B: 0.001 to 0.50%,
Al: 0.001 to 0.50%,
Ti: 0.001 to 0.50%,
Zr: 0.001 to 0.50%,
Cu: 0.001 to 0.50%,
Mg: 0.001 to 0.50%,
Ca: 0.001 to 0.50%,
N: 1000 ppm or less,
O: 500 ppm or less,
An outer layer material of a composite roll for rolling made by centrifugal casting, characterized in that it comprises the balance Fe and inevitable impurities.

Furthermore, in mass%,
Ni: 0.1 to 10%,
W: 0.2 to 10%
Nb: 0.2 to 10%,
Co: 0.2 to 10%,
The outer layer material of the composite roll for centrifugal casting made according to claim 1, comprising one or more of the above.