JP5949596B2 - 熱間圧延用ロール外層材、および熱間圧延用複合ロール - Google Patents
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Description
このような課題に対して、特許文献3には、C:2.2〜2.6%、Cr:5.0〜8.0%、Mo:4.4〜6.0%、V:5.3〜7.0%、Nb:0.6〜1.3%を、Mo+V、C−0.24V−0.13Nbが特定範囲内となるようにC、Mo、V、Nb含有量を調整して、熱間圧延環境下でのロール表層の耐疲労性に優れるとした遠心鋳造製複合ロールが提案されている。
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、ロール表層の耐疲労性(ここでは、熱間圧延でロール表層部に生じる肌荒れや欠落ちなどの疲労損傷を抑制する性能を「耐疲労性」という)に優れた熱間圧延用ロール外層材と熱間圧延用遠心鋳造製複合ロールを提供することを目的とする。
円相当直径が50μm以上の粗大炭化物数と円相当直径が3〜30μmの微細炭化物の数が変化した熱延疲労試験片素材を作成するため、質量%で、C:1.9〜2.9%、Si:0.3〜0.9%、Mn:0.4〜1.0%とし、Crを3.7〜13.6%、Moを4.1〜7.0%、Vを4.5〜8.1%、Nbを0〜3.6%、Alを0〜0.046%、および、REMを0〜0.027%の範囲で変化させ、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の溶湯を、高周波炉で溶解し、ロール外層材に相当するリング状ロール材(外径:250mmφ、幅:75mm、肉厚:55mm)を遠心鋳造法により鋳造した。ここで、鋳込み温度は1450〜1530℃、遠心力は重力倍数で180Gとした。また、鋳造後、1050℃からの焼入れ処理、530〜560℃での焼戻処理を複数回実施し、硬さをHS 80〜87とした。
なお、ロールの炭化物組織の定量は、ロール使用初期の外表面から20〜25mmの範囲の任意の位置から切り出した試料の切断面を鏡面研摩まで仕上げた後、ナイタールで強めに腐食して光学顕微鏡で炭化物を白く基地を黒く見えるようにした後、画像解析装置を用いて顕微鏡倍率100倍(モニター上の倍率200倍)で炭化物形態調査し、円相当直径が50μm以上の粗大炭化物の数と円相当直径が3〜30μmの微細炭化物の数を定量値とした。なお、観察した視野面積は9mm2である。
〔1〕熱間圧延用複合ロールの外層に用いられる鋳鉄系ロール外層材であって、質量%で、C:2.4〜2.9%、Si:0.2〜1.0%、Mn:0.2〜1.0%、Cr:4.0〜7.5%、Mo:4.0〜6.5%、V:5.3〜7.0%、Nb:0.5〜3.0%に加えてさらに、REM:0.001〜0.03%を含有し、かつCr、Mo、Vの含有量が下記(1)式を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、円相当直径が3〜30μmの微細炭化物を500〜2500個/mm2含有し、かつ、円相当直径が50μm以上の粗大炭化物の存在が20個/mm2以下であることを特徴とするロール外層材。
記
1.5 ≦ (Cr+Mo)/V ≦ 2.4 ・・・(1)
ここで、Cr、Mo、V :各元素の含有量(質量%)
[2]前記組成に加えてさらに、Al:0.001〜0.05%を含有することを特徴とする請求項1に記載のロール外層材。
C:2.4〜2.9%
Cは、固溶して基地硬さを増加させるとともに、炭化物形成元素と結合し硬質炭化物を形成し、ロール外層材の耐摩耗性を向上させる作用を有する。C含有量に応じて圧延使用特性に影響を及ぼす炭化物の形態が変化する。C含有量が2.4%未満では、炭化物量が不足し、圧延時の摩擦力が増加し圧延が不安定となる。一方、2.9%を超える含有は、炭化物量を過度に増加させ、連結した粗大炭化物を形成して、耐疲労性を低下させる。このため、Cは2.4〜2.9%の範囲に限定することが好ましい。また、Al、REMを含有しない場合は、Cは2.7〜2.9%の範囲に限定することが好ましい。
Siは、脱酸剤として作用するとともに、溶湯の鋳造性を向上させる元素であり、本発明では0.2%以上含有することが望ましいが、1.0%を超えて含有しても、効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できなくなり経済的に不利となる。このため、Siは0.2〜1.0%の範囲に限定することが好ましい。
Mnは、SをMnSとして固定し、無害化する作用を有するとともに、基地に固溶し、焼入れ性を向上させる効果を有する元素である。このような効果を得るためには0.2%以上の含有を必要とするが、1.0%を超えて含有しても、効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できなくなり経済的に不利となるとともに、ロール材を脆化させるようになる。このため、Mnは0.2〜1.0%の範囲に限定することが好ましい。
Crは、Cと結合して主に共晶炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させるとともに、圧延時に鋼板との摩擦力を低減し、ロール表面の損傷を軽減させ、圧延を安定化させる作用を有する元素である。更に、本発明に係るロール材では、粒状炭化物や基地中にも適度に固溶してロール材を強化する作用を有する。このような効果を得るためには4.0%以上の含有を必要とする。一方、7.5%を超える含有は、粗大な共晶炭化物が増加しすぎて、耐疲労性を低下させる。このため、Crは4.0〜7.5%の範囲に限定することが好ましい。
Moは、Cと結合して硬質な炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる元素である。また、Moは、硬質なMC型炭化物中に固溶して、炭化物を強化するとともに、共晶炭化物中にも固溶し、それら炭化物の破壊抵抗を増加させる。このような作用を介してMoは、ロール外層材の耐疲労性を向上させる。このような効果を得るためには、4.0%以上の含有を必要とするが、6.5%を超える含有は、Mo主体の硬脆な炭化物が生成し、耐疲労性を低下させる。このため、Moは4.0〜6.5%の範囲に限定することが好ましい。
Vは、耐摩耗性と耐疲労性を兼備させるために、本発明において重要な元素である。Vは、極めて硬質な粒状炭化物(MC型炭化物)を形成し、耐摩耗性を向上させるとともに、粗大な共晶炭化物を分断、分散晶出させることに有効に作用し、ロール外層材の耐疲労性を顕著に向上させる元素である。このような効果は、5.3%以上の含有で顕著となるが、7.0%を超える含有は、MC型炭化物を粗大化させるとともに、MC型炭化物の遠心鋳造偏析を助長させるため、圧延用ロールの諸特性を不安定にする。このため、Vは5.3〜7.0%の範囲に限定することが好ましい。
Nbは、粒状のMC型炭化物に固溶してMC型炭化物を強化し、Moと共存することにより破壊抵抗を増加させる作用を介し、耐疲労性を向上させる。また、Nbは、粗大な共晶炭化物の分断を促進させ、共晶炭化物の破壊を抑制する作用を有し、ロール外層材の耐疲労性を向上させる元素である。また、NbはMC型炭化物の遠心鋳造時の偏析を抑制する作用を併せ有する。このような効果は、0.5%以上の含有で顕著となるが、3.0%を超える含有は、溶湯中でのMC型炭化物の成長を促進させ、遠心鋳造時の炭化物偏析を助長する。このため、Nbは0.5〜3.0%の範囲に限定することが好ましい。より好ましくは、0.5〜2.0%である。
Al、REMは、いずれも粒状炭化物の生成を強く促進する作用があり、微細炭化物を増量する効果があるため、本発明の優れた耐疲労性を確保するための重要な元素である。このような効果を得るためには少なくとも1種以上を合計で0.001%以上含有することが好ましいが、Alが0.05%、あるいはREMが0.03%を超えて含有しても、効果が飽和し、さらにはガス欠陥を生じやすくなる。このため、Al:0.001〜0.05%あるいはREM:0.001〜0.03%の一種以上含有することが好ましい。
本発明ではCr、Mo、Vを、上記した含有範囲内で、かつ下記(1)式
1.5≦(Cr+Mo)/V≦2.4‥‥(1)
(ここで、Cr、Mo、V:各元素の含有量(質量%))
を満足するように調整して含有することが好ましい。
(Cr+Mo)量とV量の比が、1.5以下で(1)式を満足しない場合には、所望の優れた熱延疲労寿命を確保できなくなる。一方、2.4を超えると、粗大な共晶炭化物が増加しすぎ、熱延疲労寿命が著しく低下する。このため、(Cr+Mo)/Vを、(1)式を満足する1.5以上、2.4以下に限定することが好ましい。
本発明では、ロール外層材の製造方法は、エネルギーコストの低い安価な、遠心鋳造法とする。
まず、内面にジルコン等を主材とした耐火物が1〜5mm厚で被覆された、回転する鋳型に、上記したロール外層材組成の溶湯を、所定の肉厚となるように、注湯し、遠心鋳造する。ここで、鋳型の回転数は、ロールの外表面に印加される重力倍数が120〜220Gの範囲とすることが好ましい。そして、中間層を形成する場合には、ロール外層材の凝固途中あるいは完全に凝固したのち、鋳型を回転させながら、中間層組成の溶湯を注湯し、遠心鋳造することが好ましい。外層あるいは中間層が完全に凝固したのち、鋳型の回転を停止し鋳型を立ててから、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、あるいは外層と中間層、中間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、950〜1150℃に加熱し空冷あるいは衝風空冷する工程と、さらに450〜600℃に加熱保持したのち冷却する工程を1回以上施す処理とすることが好ましい。
(1)熱延疲労試験
得られたリング状試験材から図1に示す形状の疲労試験片(外径60mmφ、肉厚10mm、面取り有)を採取した。疲労試験片には、図1に示すようなノッチ(深さt:1.2mm、周方向長さL:0.8mm)を外周面の2箇所に、0.2mmφのワイヤを用いた放電加工(ワイヤカット)法で導入した。
なお、比較例M、R、S、U、Vは円相当直径が3〜30μmの微細炭化物が少なく熱延疲労寿命が劣化している。また、比較例L、M、N、P、Q、S、Tは円相当直径が50μmを超える粗大炭化物が過剰に存在するため、その粗大炭化物を亀裂が伝ぱし熱延疲労特性が著しく低下した。また、比較例Wは微小炭化物数が過度に多くなり、近接した炭化物に亀裂が伝ぱして熱延疲労寿命が著しく低下した。
Claims (3)
- 熱間圧延用複合ロールの外層に用いられる鋳鉄系ロール外層材であって、質量%で、C:2.4〜2.9%、Si:0.2〜1.0%、Mn:0.2〜1.0%、Cr:4.0〜7.5%、Mo:4.0〜6.5%、V:5.3〜7.0%、Nb:0.5〜3.0%に加えてさらに、REM:0.001〜0.03%を含有し、かつCr、Mo、Vの含有量が下記(1)式を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、円相当直径が3〜30μmの微細炭化物を500〜2500個/mm2含有し、かつ、円相当直径が50μm以上の粗大炭化物の存在が20個/mm2以下であることを特徴とするロール外層材。
記
1.5 ≦ (Cr+Mo)/V ≦ 2.4 ・・・(1)
ここで、Cr、Mo、V :各元素の含有量(質量%) - 前記組成に加えてさらに、Al:0.001〜0.05%を含有することを特徴とする請求項1に記載のロール外層材。
- 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、前記外層が請求項1または2に記載のロール外層材からなることを特徴とする熱間圧延用複合ロール。
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