JP4118560B2 - 圧延用単層スリーブロール - Google Patents
圧延用単層スリーブロールInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼線材、棒材、形鋼、特にH形鋼などの圧延に使用される圧延用厚肉スリーブロールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
線材、棒材などの圧延に使用される中空単層のスリーブロール、或いは、形鋼、特にH形鋼の圧延機であるユニバーサルミル用スリーブロールは、被圧延材と接触する外面側に耐摩耗性、内面側に強靱性が要求される。
特開平4−191347号、特開平4−191346号、特開平5−311335号は、材質的な改良を行って、外面側の耐摩耗性を向上させた単層スリーブロールを開示している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら単層スリーブロールは、外面側の耐摩耗性は高いが、ロール内面側の強度、強靱性が十分でなく、内面側にクラックが発生して、耐事故性を損なう虞れがあった。
【0004】
本発明の目的は、材質的な改良(成分範囲)だけでなく、製法的な改良(主に熱処理)を行なうことによって、内面側に高い強度、外面側にすぐれた耐摩耗性を具備する厚肉単層スリーブロールを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の中空単層スリーブロールは、重量%にて、C:0.8〜2.0%、Si:0.2〜2.0%、Mn:0.2〜2.0%、Ni:2.5%以下、Cr:3.0〜8.0%、2×Mo+W:2.0〜8.0%、V:2.0〜7.0%、但し、0%≦C−0.25×V≦0.75%、残部実質的にFeからなり、ロールの外面硬度がHs70以上、且つ、ロール内面側の引張強度を600MPa以上としたものである。
また、Vの一部を同じMC型炭化物形成元素であるTiやNbに置換することも可能である。その場合は、Ti:0.5%以下、Nb:2.0%以下、但し、0≦C−0.25×(V+0.5×Nb+2×Ti)≦0.75%とすることが望ましい。
さらに、基地の高温での硬さを維持するために、Coを8.0%以下添加してもよい。
【0006】
ロール内面側の引張強度を600MPa以上にするためには、焼入熱処理における冷却時に、ロール内面に熱が充満して冷却速度が遅くならないように、外面側からだけでなく、ロール内面側からも冷却を施す。上記組成のロールに対して、ロール内面側から冷却を施すことにより、ロールの内面側がコア部分よりも速く冷却されるため、内面側の引張強度が向上すると共に、圧縮方向の残留応力が生ずる。
ロール内面側の冷却速度は、熱処理割れが発生しない範囲で、できるだけ速くするのがよく、焼入温度から約500℃までの平均冷却速度を、3℃/分以上、望ましくは5℃/分以上、20℃/分以下とすることが適当である。スリーブ厚さが200mm以上の厚肉ロールは、20℃/分を越える冷却速度では、割れが生ずる虞れがある。
【0007】
【作用及び効果】
単層スリーブロールは、上記のハイス系材料を用いて作られており、且つ、熱処理時に内面側にも冷却を施しているから、外面だけでなく内面側にも、高い耐摩耗性と高い引張強度を具備できる。
ロールの内面側に圧縮の残留応力を付与することにより、ロール内面でのクラックの発生を抑制することができ、スリーブロールの耐事故性を向上させることができる。
【0008】
【成分限定理由の説明】
本発明の圧延用単層スリーブロールは、重量%にて、C:0.8〜2.0%、Si:0.2〜2.0%、Mn:0.2〜2.0%、Ni:2.5%以下、Cr:3.0〜8.0%、2×Mo+W:2.0〜8.0%、V:3.0〜8.0%、但し、0%≦C−0.25×V≦0.75%、残部実質的にFeからなり、その内面側は、600MPa以上の引張強度を具備する。以下、成分限定理由について説明する。
【0009】
C:0.8%〜2.0%
Cは、Cr、Mo、W、V等と炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。含有量が0.8%に満たないと、炭化物量が少なくなり、十分な耐摩耗性を得ることができないため、0.8%以上とする。また、2.0%を越えると、共晶炭化物が多くなり、材質の引張強度が低下するため、2.0%以下とする。
【0010】
Si:0.2%〜2.0%
Siは、脱酸材として効果的に作用させるために、0.2%以上必要であるが、2.0%を越えると、焼入性が低下すると共に、材質強度が低下するため、2.0%以下とする。
【0011】
Mn:0.2%〜2.0%
MnSとして、Sを固定するために0.2%以上必要であるが、2.0%を越えると、材質強度が低下するため、2.0%以下とする。
【0012】
Ni:2.5%以下
Niは、高温高度を低下させるために少ない方がよいが、大型のロールを作製する際に、熱処理時に十分な焼入速度が得られない場合や、低C高V系の材質等で材料自身の焼入性が悪くなる場合に、焼入性改善の目的で添加する。しかしながら、2.5%を越えると、高温硬度低下が大きくなるため、2.5%以下とする。
【0013】
Cr:3.0%〜8.0%
Crは、基地中に固溶し、焼入性を改善する。また、MoやWの共晶炭化物中にも固溶するが、含有量が多くなると、Crを主体とした共晶炭化物を形成する。焼入性を改善するには、3.0%以上含有させる必要があり、逆に8.0%を越えると、共晶炭化物が多くなり材質の引張強度が低下するため、上限を8.0%とする。
【0014】
Mo、W:2.0%≦2×Mo+W≦8.0%
Mo及びWは、Cと結合し、高硬度の炭化物(主として共晶炭化物)を形成する。また、一部は基地中に固溶し、基地硬度を上昇させる。熱処理においては、基地組織を二次硬化させる。2×Mo+Wとしたのは、MoはWに比べて2倍の影響力を有するからである。2×Mo+Wが2.0%未満であれば、これら効果を十分に得ることができず、8.0%を越えると、共晶炭化物が多くなり、材質の引張強度が低下する。
【0015】
V:2.0%〜7.0%
Vは、Cと結合し、高硬度の炭化物を形成する。また、一部は基地中に固溶し、基地の硬度を上昇させる。熱処理においては、基地を二次硬化させ、材質の耐摩耗性と引張強度を高める作用を有する。このため、2.0%以上含有させる。炭化物の形態は、MoやWの場合と異なり、針状のMC型炭化物となるため、炭化物が多くなっても、材質の引張強度は低下しない。このMC型炭化物は、MoやWの共晶炭化物に優先して形成される。このため、Vの量が増えるにつれて、共晶炭化物が相対的に減少し、材質強度が向上する。一方、7.0%を越えると、MC型炭化物が初晶として晶出する。この初晶MC型炭化物は、溶湯よりも軽量であるため、凝固時に重量偏析が起こる。特に、遠心力鋳造法でスリーブロールを作製する際に、初晶MC型炭化物は、重量差によりロールの内側に偏析してしまうため、7.0%以下とする。
【0016】
Nb:2.0%以下
Nbは、Vと同様に、Cと結合し、高硬度のMC型炭化物を形成し、強度向上に寄与する。但し、Vとは異なり、基地中には殆んど固溶しないため、添加量が少ないときはVを主体としたMC型炭化物中に析出するが、2.0%を越えると、Nbを主体としたMC型炭化物として晶出する。このMC型炭化物は溶湯よりも重いため、凝固時に重量偏析する。特に、遠心力鋳造法では、ロールの表面側に偏析する傾向があるため、2.0%以下とする。
【0017】
Ti:0.5%以下
Tiは、Vと同様に、Cと結合し、高硬度のMC型炭化物を形成し、強度向上に寄与する。但し、Tiは酸化性が強いため、大気溶解で安定的に添加することは困難であるから、上限を0.5%とする。
【0018】
Co:8.0%以下
Coは、基地中に固溶し、基地の高温硬さを上昇するため、必要に応じて添加する。但し、8.0%を越えて添加しても、その効果は飽和するため、8.0%以下が望ましい。
【0019】
上記した成分の他、P、S等の不可避的な不純物の混入は許容される。しかしながら、これら不純物は材質を脆くするため、合計で0.1%以下に抑えることが望ましい。
【0020】
なお、材質の引張強度をさらに高めるために、上記のCとVは、C−0.25×V≦0.75%の範囲で含有し、且つ、焼入後の硬度をHs70以上に確保(焼入性の確保)するために、C−0.25×V≧0%の範囲で含有することが望ましい。この場合も、ロール内面側の冷却速度は、焼入温度から約500℃までの平均冷却速度を、3℃/分以上、望ましくは5℃/分以上、20℃/分以下となるようにすることが望ましい。
【0021】
また、Nb、Tiを含有する場合、上記CとVの関係式:C−0 . 25×Vは、C−0.25×(V+0.5×Nb+2×Ti)となり、引張強度と焼入後の硬度を確保するために、0%≦C−0.25×(V+0.5×Nb+2×Ti)≦0.75%(図1中、点線で囲まれる範囲)とすることが望ましい。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の圧延用単層スリーブロールは、遠心力鋳造や静置鋳造により作製することができる。
遠心力鋳造又は静置鋳造でスリーブロールを作製する場合、鋳込み温度は、凝固開始温度(液相線)より50℃を越えない温度で行なうことが望ましい。この温度域で鋳造を行なうことにより、厚肉のスリーブロールを作製しても、内面側の組織は粗大化せず、微細な組織が得られ、高い引張強度を確保できるからである。
【0023】
鋳造されたロールは、粗機械加工を施した後、焼入れ、冷却、焼戻しの熱処理を行なう。冷却は、ロールの外面側からだけでなく、内面側からも実施する。ロール内面側には、外面側と同等か又はそれよりも速い冷却速度で冷却を施すことが望ましい。内面は外面とは異なり、放射冷却され難いため、外面と同等又はそれよりも速い冷却速度を得るには、外面よりも強い冷却を行なう必要がある。例えば、図2に示すように、スリーブロール(10)をローラ(20)(20)の上に置き、スリーブロール(10)を2〜5rpmで回転させつつ、内面側に水冷パイプ(30)から噴霧水冷を行ない、外面側は送風機(図示せず)を用いた強制空冷を行なえばよい。外面及び内面の両側から冷却を行なうことによって、その中間部分(ロール内部)の冷却速度は最も遅くなる。その結果、内面及び外面の両方に圧縮の残留応力が付与され、中間部分(ロール内部)に引張りの残留応力が付与される。
【0024】
熱処理の後、仕上げ加工を施すことにより、単層構造のスリーブロールが得られる。
得られたスリーブロールは、内面側及び外面側に圧縮応力が残留しており、その中間部(ロール内部)に引張応力が残留している。
【0025】
【実施例】
表1に示す鋳造成分から、表2乃至表4に示す条件及び寸法の単層のスリーブロールを作製した。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】
【表3】
【0029】
【表4】
【0030】
上記によって作製された各単層スリーブロールについて、径方向を外面側から内面側へ向けて、50mm毎にテストピースを切り出し、各テストピースについて、熱処理後の硬度Hs(ショア硬さ)、引張強度、及び、残留応力(歪みゲージ法)を測定した。結果を表5に示している。なお、発明例1の硬度及び引張強度は、測定値の詳細を図3及び図4にグラフ化している。
【0031】
【表5】
【0032】
表5を参照すると、発明例は何れも、硬度が、外面側でHs70以上あり、内面側は、外面と同等か又は外面側よりも高くなっている。発明例1について図3を参照すると、外面及び内面だけでなく、中間部でも高い硬度を具備していることがわかる。
引張強度について、発明例は、内面側で600MPa以上を具備していることがわかる。これは、内面側にも冷却を施したことにより、強度低下を防止できたためである。発明例1について図4を参照すると、外面及び内面だけでなく、中間部でも高い引張強度を具備していることがわかる。
残留応力について、発明例は、内面で圧縮方向の残留応力が付与されているから、引張り方向の残留応力を原因とするクラックの発生を抑えることができる。ことがわかる。
【0033】
一方、比較例1は、発明例5と同じ材料から作製したにも拘わらず、内面側の硬度が、外面側に対して著しく低くなっており、また、内面側の引張強度も低い。さらに、内面側の残留応力も圧縮方向ではなく引張り方向に付与されている。これは、焼入熱処理における冷却が外面からのみであったためである。比較例2は、内面の引張強度が発明例よりも低く、600MPa以下となっている。これは、CとVの関係式の値が図1に示す本発明の範囲から外れたためである。比較例3は、硬度が外面がHs63と低く、耐摩耗性を充分に確保できない。これは、CとVの関係式の値が図1に示す本発明の範囲から外れたためである。
【0034】
上述のように、本発明の単層スリーブロールは、外面及び内面の硬度及び引張強度が高く、さらに、内面に圧縮方向の残留応力が付与されている。従って、すぐれた耐摩耗性及び耐事故性を具備でき、さらに、引張り方向の残留応力を原因とするクラックの発生を抑えることができる。
【0035】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の合金中のCとV+0.5×Nb+2×Tiの関係を示すグラフである。
【図2】本発明の単層スリーブロールの冷却工程を示す説明図である。
【図3】発明例1の硬度を示すグラフである。
【図4】発明例2の引張強度を示すグラフである。
【符号の説明】
(10) スリーブロール
(20) ローラ
(30) 水冷パイプ
Claims (4)
- 圧延に用いられる厚さ200mm以上の中空の単層スリーブロールにおいて、該ロールは、重量%にて、C:0.8〜2.0%、Si:0.2〜2.0%、Mn:0.2〜2.0%、Ni:2.5%以下、Cr:3.0〜8.0%、2×Mo+W:2.0〜8.0%(但し、MoとWの両方を含有)、V:2.0〜7.0%、但し、0%≦C−0.25×V≦0.75%、残部Fe及び不可避的不純物からなり、ロールの外面硬度がHs70以上、且つ、ロールの内面側の引張強度が600MPa以上であり、内面側は圧縮応力が残留していることを特徴とする圧延用単層スリーブロール。
- 圧延に用いられる厚さ200mm以上の中空の単層スリーブロールにおいて、該ロールは、重量%にて、C:0 . 8〜2 . 0%、Si:0 . 2〜2 . 0%、Mn:0 . 2〜2 . 0%、Ni:2 . 5%以下、Cr:3 . 0〜8 . 0%、2×Mo+W:2 . 0〜8 . 0%(但し、MoとWの両方を含有)、V:2 . 0〜7 . 0%、並びにNb:2.0%以下及びTi:0.5%以下からなる群から選択される少なくとも一種を含有し、但し、0%≦C−0.25×(V+0.5×Nb+2×Ti)≦0.75%、残部Fe及び不可避的不純物からなり、ロールの外面硬度がHs70以上、且つ、ロールの内面側の引張強度が600MPa以上であり、内面側は圧縮応力が残留していることを特徴とする圧延用単層スリーブロール。
- Co:8.0%以下を含有する請求項1又は請求項2に記載の圧延用単層スリーブロール。
- スリーブロールは、遠心力鋳造の後、焼入熱処理を施すことによって作製され、焼入熱処理は、ロール内面の焼入速度を外面と同等以上であって、且つ、3〜20℃/分の範囲で施される請求項1乃至請求項3の何れかに記載の圧延用単層スリーブロール。
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