JP4428214B2 - 熱間圧延用高Cr系ロール外層材および熱間圧延用高Cr系複合ロール - Google Patents
熱間圧延用高Cr系ロール外層材および熱間圧延用高Cr系複合ロール Download PDFInfo
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しかし、高Cr系複合ロールやハイス系複合ロールは、いずれも高すべり圧延や高合金材を被圧延材とする圧延を行うと、被圧延材がロールに焼付き、被圧延材(製品)に疵をつけたり、早期のロール改削を要するなどの問題があった。このため、焼付きが発生しやすい熱間圧延では、黒鉛を有し耐焼付き性に優れたNiグレン鋳鉄ロールを使用せざるを得ない状況であった。しかし、従来のNiグレン鋳鉄ロールでは耐摩耗性が劣り、さらに耐腐食性にも劣るため、ロール寿命が短いという問題があった。
(1)質量%で、C:0.9〜3.0%、Si:0.2〜2%、Mn:0.2〜2%、Cr:6〜25%、Mo:0.8〜4%を含み、さらに、P:0.10〜0.6%、B:0.05〜0.5%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐焼付き性に優れた熱間圧延用高Cr系ロール外層材。
(2)(1)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、V:3.0%未満および/またはNb:1.0%未満を含有する組成とすることを特徴とする熱間圧延用高Cr系ロール外層材。
(3)(1)又は(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni:3%以下を含有する組成とすることを特徴とする熱間圧延用高Cr系ロール外層材。
(4)外層と内層が溶着一体化してなる熱間圧延用複合ロールであって、前記外層が、質量%で、C:0.9〜3.0%、Si:0.2〜2%、Mn:0.2〜2%、Cr:6〜25%、Mo:0.8〜4%を含み、さらに、P:0.10〜0.6%、B:0.05〜0.5%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐焼付き性に優れた熱間圧延用高Cr系複合ロール。
(5)(4)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、V:3.0%未満および/またはNb:1.0未満を含有する組成とすることを特徴とする熱間圧延用高Cr系複合ロール。
(6)(4)又は(5)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni:3%以下を含有する組成とすることを特徴とする熱間圧延用高Cr系複合ロール。
P:0.10〜0.6%
Pは、本発明では重要な元素であり、融点の低いM−C−P系共晶化合物(Mは金属)を形成して耐焼付き性を向上させる作用を有する元素である。このような効果はP単独添加では圧延用ロールとしては十分ではなく、Bとの複合添加を必要とする。このような効果を得るために本発明ではPは0.10%以上の含有を必要とする。一方、0.6%を超える含有は、材料を脆化させる。このため、本発明ではPは0.10〜0.6%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.2〜0.5%である。
Bは、本発明ではPとともに重要な元素であり、融点の低いM−C−(P,B)系共晶化合物(Mは金属)を形成して耐焼付き性を著しく向上させる作用を有し、本発明ではPと複合して添加する。Bは、Pとともに含有することにより、P単独含有にくらべ、さらに融点の低い共晶化合物相を多量に形成させる重要な作用を有する。このような効果は0.1%以上のPとの共存下において、B:0.05%以上の含有で認められる。一方、B:0.5%を超える含有は、材料を脆化させる。このため、本発明ではBは0.05〜0.5%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.07〜0.4%である。
Cは、基地硬さを増加させるとともに、Cr、Mo等と結合して硬質炭化物を形成し、ロールの耐摩耗性を向上させるために必要な元素であり、本発明では、0.9%以上の含有を必要とする。一方、3.0%を超えて含有すると共晶炭化物が多量に出現し、MC型炭化物が粗大化して、耐肌荒れ性が低下する。このため、Cは0.9〜3.0%の範囲に限定した。
Siは、脱酸剤として作用する元素であり、また、湯流れ性を向上させる作用も有する。このような効果を得るために本発明では0.2%以上の含有を必要とする。一方、2%を超えて含有しても、上記した効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。このため、Siは0.1〜2%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.3〜1.5%である。
Mnは、溶鋼中のSをMnSとして固定し、耐摩耗性を阻害するSを除去する作用を有するとともに、焼入れ性を向上し材料の硬さを増加させ、耐摩耗性を向上させる効果を有する。このような効果は0.2%以上の含有で認められる。一方、2%を超えて含有すると、偏析が顕著となると共に、材料が脆化する。このため、Mnは0.2〜2%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.3〜1.5%である。
Crは、耐食性を向上させる最も重要な成分であり、さらにMoと共に硬質な共晶炭化物を生成し、耐摩耗性と耐肌荒れ性を向上させる元素であることから、本発明では6%以上の含有を必要とする。一方、25%を超えて含有すると、炭化物の偏析が著しくなる。このため、Crは6〜25%の範囲に限定した。なお、好ましくは耐食性の観点から8〜25%である。
Moは、Cr、あるいはV、Nbとともに含有することにより、より強靭な硬質炭化物を生成して、耐摩耗性を向上させる効果を有する。このような効果を得るために、本発明では、Mo:0.8%以上の含有を必要とするが、4%を超えて含有すると、炭化物量が過多となり、材料が脆化する。このため、Moは0.8〜4%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.8〜3.5%である。
V:3.0%未満
Vは、硬質なMC炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる効果を有する。とくに更なる耐摩耗性向上を要求された場合に含有させることが好ましい。このような効果は0.5%以上の含有で顕著となるが、3.0%以上含有すると、耐焼付き性が劣化する。このため、含有させる場合には3.0%未満に限定することが好ましい。
Nbは、Vと同様に硬質なMC炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる効果を有し、とくに更なる耐摩耗性向上を要求された場合に含有させることが好ましい。このような効果は、0.10%以上の含有で顕著となるが、1.0%以上含有するとMC炭化物の偏析が著しくなる。このため、含有させる場合は1.0%未満に限定することが好ましい。
Niは、焼入れ性を向上し、材料の硬さを増加させる作用を有する元素であり、通常の焼入れでは所望の硬さが確保できない恐れのある場合に含有することが好ましい。このような効果は、0.05%以上の含有で顕著となるが、3%を超えて含有すると、オーステナイトが安定化し、残留オーステナイト量が増加し、硬さが低下して、耐摩耗性が低下する。このため、本発明ではNiは3%以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.1〜2.5%である。
つぎに、好ましい製造方法について説明する。
遠心鋳造法でロール外層材を鋳造する場合、ロール外層材の凝固途中あるいは完全に凝固したのち、鋳型の回転を停止し内層材を静置鋳造して、複合ロールとすることが好ましい。これにより、ロール外層材の内面側が再溶解され外層と内層とが溶着一体化した複合ロールとなる。
本発明の熱間圧延用複合ロールは、鋳造後、熱処理を施されることが好ましい。熱処理は、800℃〜1050℃に加熱し焼入れする焼入れ処理と、さらに400〜600℃に加熱し焼戻しする焼戻処理を1回以上施す処理とすることが好ましい。焼入れの加熱温度が800℃未満では、加熱温度が低すぎて硬さの確保が困難となる。一方、加熱温度が1050℃を超えて高くなると、P、Bの低融点共晶化合物相が溶融するため、ミクロポロシティー欠陥が増加する。このため、焼入れ加熱温度は800〜1050℃の範囲の温度とすることが好ましい。また、焼戻し温度が400℃未満では、靭性が不足し、一方、600℃を超えて高くなると、硬さが低下する。このため、焼戻し温度は400〜600℃の範囲の温度とすることが好ましい。
(1)熱間摩耗腐食試験
リング状試験材から試験片(外径:60mmφ、肉厚:10mm)を採取し、相手材(材質:S45C,大きさ:190mmφ、肉厚:15mm)と試験片との2円盤転がりすべり接触方式で実施した。試験片を回転数600rpmで回転させながら相手材を860℃に加熱し、試験片を水冷し、試験片と相手材のすべり率を10%として、荷重80kgf(784N)で圧接しながら60min間転動させる試験を10回行った。なお、試験片は、熱間で長時間冷却水を浴びながら相手材と転がり接触することにより、摩耗と腐食により重量を減じてゆく。ここでは、この重量減を摩耗減量と呼ぶ。試験後、試験片の摩耗減量を測定した。耐摩耗耐食性は、Niグレン鋳鉄の摩耗減量に対する比(=(NIGの摩耗減量)/(試験片の摩耗減量))で評価した。この数値が大きい場合が耐摩耗性と耐食性がともに優れることを意味する。
(2)焼付き試験
リング状試験材から試験片(25mm厚の板状)を採取し、図1に示す方式の試験機で焼付き試験を実施した。試験片に、高周波誘導加熱コイルにより、930℃に加熱されて190rpmで回転する円板状の相手材(材質:SUS410、大きさ:190mmφ、肉厚:15mm)を荷重100kgf(980N)で20s間圧接した。試験後の試験片表面に相手材がへばり付いたように焼付いている場合を「焼付き有り」(×)、へばり付きがなく表面が摩耗している場合を「焼付きなし」(○)として、耐焼付き性を評価した。
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.9〜3.0%、 Si:0.2〜2%、
Mn:0.2〜2%、 Cr:6〜25%、
Mo:0.8〜4%
を含み、さらに、
P:0.10〜0.6%、 B:0.05〜0.5%
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐焼付き性に優れた熱間圧延用高Cr系ロール外層材。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、V:3.0%未満および/またはNb:1.0%未満を含有する組成とすることを特徴とする請求項1に記載の熱間圧延用高Cr系ロール外層材。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni:3%以下を含有する組成とすることを特徴とする請求項1または2に記載の熱間圧延用高Cr系ロール外層材。
- 外層と内層が溶着一体化してなる熱間圧延用複合ロールであって、前記外層が、質量%で、
C:0.9〜3.0%、 Si:0.2〜2%、
Mn:0.2〜2%、 Cr:6〜25%、
Mo:0.8〜4%
を含み、さらに、
P:0.10〜0.6%、 B:0.05〜0.5%
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐焼付き性に優れた熱間圧延用高Cr系複合ロール。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、V:3.0%未満および/またはNb:1.0%未満を含有する組成とすることを特徴とする請求項4に記載の熱間圧延用高Cr系複合ロール。
- 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni:3%以下を含有する組成とすることを特徴とする請求項4または5に記載の熱間圧延用高Cr系複合ロール。
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