JP6313844B1

JP6313844B1 - 圧延用複合ロール

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Publication number: JP6313844B1
Application number: JP2016254908A
Authority: JP
Inventors: 木村　広之; 広之木村; 豊辻本; 周平山本
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-04-18
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: WO2018124101A1; US10947611B2; EP3563942A1; JP2018103245A; CN110114155A; BR112019012904A2; KR20190100210A; EP3563942A4; KR102215460B1; US20190352753A1; CN110114155B

Abstract

【課題】本発明は、ＭＣ型炭化物の偏析を抑え、晶出する黒鉛量を調整することで、耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐クラック性及び耐事故性にすぐれる外層を具えた圧延用複合ロールを提供する。【解決手段】本発明の圧延用複合ロールは、外層を有する圧延用複合ロールであって、前記外層は、質量％にて、Ｃ：２．２％〜３．２％、Ｓｉ：１．０％〜３．０％、Ｍｎ：０．３％〜２．０％、Ｎｉ：３．０％〜７．０％、Ｃｒ：０．５％〜２．５％、Ｍｏ：１．０％〜３．０％、Ｖ：２．５％〜５．０％、Ｎｂ：０％を越えて０．５％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物であって、条件（ａ）：Ｎｂ％／Ｖ％＜０．１、条件（ｂ）：２．１×Ｃ％＋１．２×Ｓｉ％−Ｃｒ％＋０．５×Ｍｏ％＋（Ｖ％＋Ｎｂ％／２）≦１３．０％を満足する。【選択図】図３

Description

本発明は、熱間圧延工程におけるホットストリップミルで用いられる圧延用複合ロールに関するものである。

熱間圧延のホットストリップミルに用いられる圧延用複合ロールは、鋼板と接する外層にすぐれた耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐クラック性及び耐事故性が求められている。このため、外層材には、ハイス系鋳鉄材や高合金グレン鋳鉄材が用いられている。

たとえば、特許文献１では、化学組成がｗｔ％で、Ｃ：１．８％〜３．６％、Ｓｉ：１．０％〜３．５％、Ｍｎ：０．１％〜２．０％、Ｎｉ：０．５％〜１０．０％、Ｃｒ：２．０％〜１０％、Ｍｏ：０．１％〜１０％、Ｗ：０．１％〜１０％、Ｖ，Ｎｂ：一種又は二種の総計で１．５％〜１０％、及び残部が実質的にＦｅからなるハイス系鋳鉄材が提案されている。

圧延の絞り事故によるクラックは、ロール外層と圧延材が焼付き、外層が熱衝撃を受けることで発生する。このクラックは、金属組織内の黒鉛によってその進展が妨げられると考えられている。そのため、ホットストリップミルにおいて、絞り事故が発生しやすい仕上後段スタンドでは、金属組織内に黒鉛を晶出し耐焼付き性に優れた高合金グレン鋳鉄材が使用されており、ＭＣ型炭化物を形成して耐摩耗性に優れたハイス系鋳鉄材は一般的に使用されていない。

特開平０６−２５６８８９号公報

黒鉛は、合金中の炭素が凝固過程で晶出及び、析出することによって形成されるが、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂは、何れも黒鉛化を阻害する元素である。とくに、この中でＣｒが最も強力な黒鉛化阻害元素であり、Ｃｒの添加量が多いと、黒鉛の形成が阻害されて、耐クラック性が低下してしまう虞がある。

また、Ｖ、Ｎｂは合金中の炭素と結合し、夫々ＭＣ型炭化物を形成するが、ＶＣは、溶湯に比べて比重が小さいので、遠心力鋳造の際に外層の内周側に偏析する。この偏析したＭＣ型炭化物は、外層の内側に軸芯材となる中間層や内層を鋳込んだときに再溶解し難いため、軸芯材との境界で溶着異常を起こす虞がある。外層と軸芯材との溶着異常は耐事故性の低下を招く。

一方、ＮｂＣは、溶湯に比べて比重が大きいので、遠心力鋳造の際に外層の外周側に移動し、製品の使用層内に残存する。これにより、外層表面に肌荒れが発生し、圧延された鋼板に外層の表面模様が転写してしまう。

ＭＣ型炭化物は、高硬度であるため外層の耐摩耗性向上に寄与するが、上記のようにＭＣ型炭化物が外層の外周側または内周側に偏析することでＭＣ型炭化物が少なくなって耐摩耗性に劣る層が発生してしまう。

本発明の目的は、ＭＣ型炭化物の偏析を抑え、晶出する黒鉛量を調整することで、耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐クラック性及び耐事故性にすぐれる外層を具えた圧延用複合ロールを提供することである。

本発明の圧延用複合ロールは、
外層を有する圧延用複合ロールであって、
前記外層は、質量％にて、Ｃ：２．２％〜３．２％、Ｓｉ：１．０％〜３．０％、Ｍｎ：０．３％〜２．０％、Ｎｉ：３．０％〜７．０％、Ｃｒ：０．５％〜２．５％、Ｍｏ：１．０％〜３．０％、Ｖ：２．５％〜５．０％、Ｎｂ：０％を越えて０．５％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物であって、
条件（ａ）：Ｎｂ％／Ｖ％＜０．１、
条件（ｂ）：２．１×Ｃ％＋１．２×Ｓｉ％−Ｃｒ％＋０．５×Ｍｏ％＋（Ｖ％＋Ｎｂ％／２）≦１３．０％
を満足する。

また、本発明の圧延用複合ロールは、
外層を有する圧延用複合ロールであって、
前記外層は、質量％にて、Ｃ：２．２％〜３．２％、Ｓｉ：１．０％〜３．０％、Ｍｎ：０．３％〜２．０％、Ｎｉ：３．０％〜７．０％、Ｃｒ：０．５％〜２．５％、Ｍｏ：１．０％〜３．０％、Ｗ：０％を越えて３．０％以下、Ｖ：２．５％〜５．０％、Ｎｂ：０％を越えて０．５％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物であって、
条件（ａ）：Ｎｂ％／Ｖ％＜０．１、
条件（ｂ’）：２．１×Ｃ％＋１．２×Ｓｉ％−Ｃｒ％＋０．５×（Ｍｏ％＋Ｗ％／２）＋（Ｖ％＋Ｎｂ％／２）≦１３．０％
を満足する。

外層は、さらに、質量％にて、Ｂ：０％を越えて０．１％以下を含有することができる。

前記外層は、黒鉛面積率が０．５％〜５．０％であることが好ましい。

また、前記外層は、ＭＣ型炭化物面積率が４．０％〜１１．０％であることが好ましい。

上記外層は、遠心力鋳造によって製造することができる。

本発明によれば、遠心力鋳造の際に外層のＭＣ型炭化物の偏析を抑え、外層の外周側から内周側まで略均等にＭＣ型炭化物を分散でき、また、晶出する黒鉛量も調整することができる。従って、圧延用複合ロールの耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐クラック性及び耐事故性を向上させることができる。本発明の圧延用複合ロールは、ホットストリップミルにおいて、とくに操業安定性が求められる熱間仕上げ圧延の後段スタンドへの適用に好適である。

図１は、発明例９の供試材の長手方向断面におけるマクロ組織写真である。図２は、比較例４の供試材の長手方向断面におけるマクロ組織写真である。図３は、発明例４の供試材の外周側より２０ｍｍ位置のミクロ組織写真である。図４は、発明例９の供試材の外周側より２０ｍｍ位置のミクロ組織写真である。図５は、比較例４の供試材の外周側より２０ｍｍ位置のミクロ組織写真である。図６は、比較例４の供試材の内周側近傍のミクロ組織写真である。

本発明の圧延用複合ロールは、圧延に供される外層と、外層の内側に中間層及び内層、又は内層からなる軸芯材によって構成することができる。内層を構成する内層材として、高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、黒鉛鋼等の強靱性を有する材料を例示でき、中間層を構成する中間層材としてアダマイト材を例示できる。

外層は、たとえば遠心力鋳造によって製造することができる。遠心力鋳造は、縦型（回転軸が鉛直方向）、傾斜型（回転軸が斜め方向）や横型（回転軸が水平方向）の何れであってもよい。遠心力鋳造における金型回転数はＧＮｏ．を１００Ｇ以上とすることが好ましい。もちろん、外層は、静置鋳造等によって製造することもできるが、製造コスト低減のために遠心力鋳造が好ましい。

本発明の外層の成分限定理由は、以下のとおりである。

＜成分限定理由＞
本発明の圧延用複合ロールの外層材の成分限定理由を説明する。なお、以下において、特に明示しない場合、「％」は、質量％である。

Ｃ：２．２％〜３．２％
Ｃは、黒鉛を晶出させ、耐摩耗性や耐クラック性を改善させると共に、高硬度のＭＣ型炭化物を晶出させて硬度を高めることができる。晶出する黒鉛及び共晶炭化物であるセメンタイトを減少させ、後述するようにＭＣ型炭化物の過剰な晶出を抑制して耐事故性を向上させるために、Ｃの含有量は３．２％以下とする。一方で、黒鉛の晶出量を確保するために、Ｃの含有量は２．２％以上とする。好ましくは、２．３％〜３．０％である。

Ｓｉ：１．０％〜３．０％
Ｓｉは、溶湯の脱酸剤として必要な元素である。とくに、遠心力鋳造では、湯流れ性の確保のためにも必要である。また、高合金グレン鋳鉄材の場合、Ｓｉは、黒鉛晶出（一部は析出）の促進元素として必要である。従って、１．０％以上含有させる。しかし、３．０％を超えると機械的性質が劣化して耐クラック性低下の原因となるため、上限は３．０％とする。好ましくは、１．５％〜２．５％である。

Ｍｎ：０．３％〜２．０％
Ｍｎは、溶湯の脱硫剤としてあるいは脱酸剤として溶湯の健全性を向上させるため、および基地組織の強化に必要な元素である。従って、０．３％以上含有させる。しかし、２．０％を超えて含有すると、機械的性質が劣化して耐クラック性が低下するため、２．０％以下とする。

Ｎｉ：３．０％〜７．０％
Ｎｉは、黒鉛晶出の補助元素として、また基地の焼入れ性を改善してベイナイト化を促進し、基地強化を図るのに有効な元素である。３．０％未満ではこのような効果が十分ではなく、高硬度が得られず、耐摩耗性が不十分となる。このため、下限は３．０％とする。一方、７．０％を超えて含まれると残留オーステナイト量が多くなり、熱間圧延中に残留オーステナイトが分解して耐肌荒れ性が低下する。従って、上限は７．０％とする。好ましくは、４．０％〜６．０％である。

Ｃｒ：０．５％〜２．５％
Ｃｒは、主としてＣと結合して晶出セメンタイト中に固溶し、耐摩耗性の向上に寄与する。また、一部は析出炭化物を形成して、基地を強化する。このため、０．５％含有させる。なお、Ｃｒは、ＭＣ型炭化物にも含まれ、その晶出温度を低下させる作用がある。ＭＣ型炭化物が晶出する温度が低下することで、ＭＣ型炭化物の晶出を遅らせることができ、ＭＣ型炭化物の晶出時に溶湯の温度低下によりその粘性が高まっているため、ＭＣ型炭化物の溶湯中での移動が抑制される。この点でＭＣ型炭化物の偏析を抑制する効果がある。一方、Ｃｒは、非常に強い黒鉛化阻害元素であるため、黒鉛の晶出及び析出が阻害され、摩擦係数が増大し、耐焼付き性も低下する。これにより、圧延材の通板性が損なわれてロール表面に圧延材が焼付いたり、脆化して、耐クラック性低下の原因となる。従って、Ｃｒと同様に黒鉛化阻害元素であるＶを所定量含有させても（Ｖ：２．５％〜５．０％）、黒鉛を晶出させることができるように、Ｃｒの上限は２．５％とする。好ましくは、０．８％〜１．５％である。

Ｍｏ：１．０％〜３．０％
Ｍｏは、主としてＣと結合して晶出セメンタイト中に固溶し、耐摩耗性の向上に寄与する。また、一部は析出炭化物を形成して、基地を強化する作用を有するため、１．０％以上含有させる。しかし、３．０％を越えると、黒鉛の晶出及び析出が阻害され、上記と同様、耐焼付き性低下や耐クラック性低下の原因となる。従って、上限は３．０％以下とする。好ましくは、１．２％〜２．５％である。

Ｖ：２．５％〜５．０％
Ｖは、基地に固溶して基地を強化する作用があり、さらに、主としてＣと結合し、高硬度のＭＣ型炭化物を形成し、外層の耐摩耗性を改善させる。このため、Ｖは２．５％以上添加する。一方で、Ｖの添加量が多くなると、溶湯に比べて比重の小さいＶを主体とするＭＣ型炭化物が形成されて、遠心力鋳造時に外層の内周面側に偏析し、外層の内側に設けられる内層や中間層との溶着性を低下させるから、上限を５．０％とする。好ましくは、３．０％〜４．０％である。

Ｎｂ：０％を越えて０．５％以下
Ｎｂは、Ｃと結合して極めて高硬度のＭＣ型炭化物を晶出する元素であるため、０％を越えて添加する。一方、Ｎｂを主体とするＭＣ型炭化物は、溶湯に比べて比重が大きいため、たとえば遠心力鋳造により外層を作製した場合、外周側に偏析してしまう。このため、本発明では、後述のとおり、Ｎｂ％／Ｖ％＜０．１に制限しているから、Ｎｂの上限は、Ｖの１／１０である０．５％以下とする。好ましくは、０．００２％〜０．３％である。

残部Ｆｅ及び不可避的不純物
本外層材は、残部実質的にＦｅであり、溶製時に不可避的に混入する不純物は鋳鉄材の特性に影響を及ぼさない範囲でその含有は許容される。なお、Ｐ、Ｓはいずれも材質の靱性を低下させるため、少ない程好ましく、両者とも０．２％以下に抑えることがより好ましい。

上記外層成分は、個々の成分範囲の他、以下の条件を満足する。

条件（ａ）Ｎｂ％／Ｖ％＜０．１
本条件は、耐摩耗性を高めるためのＭＣ型炭化物を形成するＶとＮｂにおいて、溶湯に対して比重の小さいＶを主体とするＭＣ型炭化物と、溶湯に対して比重の大きいＮｂを主体とするＭＣ型炭化物のバランスを調整することで、ＭＣ型炭化物自体が遠心鋳造による偏析を抑えるための条件である。炭化物形成元素の多い本外層材において、黒鉛を晶出させるためには、Ｃは炭化物形成元素であるＣｒ、Ｍｏ、Ｖの含有量の増加に伴って、多く含有させる必要があるが、遠心力鋳造により外層を形成する場合、Ｃ量が高いと溶湯との比重差の大きいＭＣ型炭化物が多量に晶出する。そこで、本発明では、上記のように低Ｃｒ量にすると共に、Ｎｂ％／Ｖ％＜０．１に制限することで、Ｎｂを主体とするＭＣ型炭化物の晶出を抑え、Ｖを主体とするＭＣ型炭化物中にＮｂを固溶させることで、Ｖを主体とするＭＣ型炭化物の比重を大きくして溶湯に近づけることができ、ＭＣ型炭化物の偏析を防止することができる。

条件（ｂ）２．１×Ｃ％＋１．２×Ｓｉ％−Ｃｒ％＋０．５×Ｍｏ％＋（Ｖ％＋Ｎｂ％／２）≦１３．０％

従来、炭化物形成元素濃度を高めた高合金グレン鋳鉄材において、耐摩耗性を高めるためにＭＣ型炭化物を多く晶出させ、同時に黒鉛を安定して晶出させるために、Ｃ及びＳｉを多く含有させていた。しかし、ＭＣ型炭化物を形成するＶやＮｂの濃度を高くしても、Ｃ量を低くすることによって過剰にＭＣ型炭化物が晶出することを抑制できること見出した。本条件は、ＭＣ型炭化物の晶出量を制御し、偏析を抑えるための条件である。ＭＣ型炭化物が偏析しないためには、ＭＣ型炭化物の比重を溶湯に近づける必要がある。上記条件（ａ）では、この目的で、Ｖを主体とするＭＣ型炭化物にＮｂを固溶させ、Ｎｂを主体とするＭＣ型炭化物の晶出を抑えている。Ｖの原子量は５０．９４、Ｎｂの原子量はＶの略２倍の９２．９１であり、また、ＭＣ型炭化物の形成効果に関し、同じ効果を得るには、ＮｂはＶの２倍必要となる。従って、本条件（ｂ）では、上記条件（ａ）で調整されたＶとＮｂについて、Ｖ当量（Ｖ％＋Ｎｂ％／２）を基準（係数１．０）とし、これに対するＣ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ量を夫々規定した。Ｃは、黒鉛の晶出、ＭＣ型炭化物の形成元素としてＶ当量に対して２．１倍としている。また、Ｓｉは黒鉛晶出促進元素として必要であることから黒鉛晶出量を確保するためにＶ当量に対して１．２としている。Ｃｒ（原子量：５２．０）は、Ｖと原子量が近いためＶ当量に対する係数を１．０とするが、Ｃを消費して炭化物を形成しても偏析形成を抑制する効果があるため、他の炭化物形成元素とは逆の効果として「−」の係数とした。Ｍｏ（原子量：９５．９４）は、原子量がＶの約２倍であること、また、Ｖに比べてＭＣ型炭化物を形成し難いことから、Ｖ当量に対する係数を０．５とした。ＭＣ型炭化物の偏析に対する作用、効果に基づいて種々の実験データを元に条件（ｂ）式左辺の和の上限を１３．０％と設定することでＭＣ型炭化物の偏析を抑制できることを見出した。条件（ｂ）の好ましい上限は１２．５％である。

上記条件（ａ）及び（ｂ）を満たすことで、外層における高硬度なＭＣ型炭化物の偏析を抑え、外層の外周側から内周側まで略均等にＭＣ型炭化物を分散できるから、耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐事故性の向上を図ることができる。

上記外層は、さらにＷを含有させることができる。ＷはＭｏと同様の作用をするが、遠心力鋳造法の場合、ラミネーション偏析を形成する傾向があるため、Ｗ：０％を越えて３．０％以下とすることが好ましい。好ましくは、２．０％以下である。

そして、Ｗを含有する場合上記条件（ｂ）は、以下の条件（ｂ’）となる。

条件（ｂ’）２．１×Ｃ％＋１．２×Ｓｉ％−Ｃｒ％＋０．５×（Ｍｏ％＋Ｗ％／２）＋（Ｖ％＋Ｎｂ％／２）≦１３．０％

Ｍｏの原子量は９５．９４、Ｗの原子量はＭｏの略２倍の１８３．８であるから、Ｍｏ当量で換算すると、ＷはＭｏの２倍必要となる。従って、本条件（ｂ’）では、上記条件（ｂ）に対し、Ｍｏ当量（Ｍｏ％＋Ｗ％／２）とした。なお、条件（ｂ’）も好ましい上限は１２．５％である。

なお、上記外層は、ＭＣ型炭化物面積率が４．０％〜１１．０％であることが好ましい。ＭＣ型炭化物の面積率が４．０％未満であると外層は耐摩耗性向上の効果が不十分になることがある。また、黒鉛との共存関係によりＭＣ型炭化物の面積率を１１．０％超にすることは困難だからである。

さらに、外層の黒鉛面積率を０．５％〜５．０％に調整することが好ましい。黒鉛の面積率が０．５％未満では外層の耐焼付き性向上の効果が不十分であり、絞り事故の際に熱衝撃によるクラック、及び焼付きを発生させる。焼付きは荷重を集中させるため、クラックの進展を著しく早めてしまう。外層に黒鉛を晶出させることによって、絞り事故の際に熱衝撃を受けることで発生するクラックの進展を抑制することができ、外層の耐クラック性を高めることができる。たとえば、晶出する黒鉛量は、外層溶湯にＦｅ−Ｓｉ、Ｃａ−Ｓｉ等の接種剤を添加することにより調整することができる。一方、黒鉛の面積率が５．０％を越えると、外層の耐摩耗性及び、機械的性質は著しく低下する虞がある。

また、上記外層は、さらにＢを含有させることができる。この場合、０．１％超含有すると機械的性質の低下が著しいため、その上限を０．１％とする。０．０５％以下とすることが好ましい。

高周波誘導溶解炉にて、表１に示す各種成分の合金溶湯を溶製し、遠心力鋳造を行なって外層材を作製した。表１中、発明例は、発明例１〜発明例１３、比較例は比較例１〜比較例９であり、夫々溶湯成分組成を記載している。また、合わせて条件（ａ）、条件（ｂ）（但し、Ｗを含有する場合には条件（ｂ’））を計算した。

なお、表１中、各外層材について、含有しない成分又は含有する可能性はあるが検出不可の成分は「−」としている。また、表１及び測定、試験結果を示す表２において、本発明範囲を満たさない成分、条件、本発明の好ましい測定値、試験結果から外れる値又は発明例に対して大きく劣る値には、その理解を視覚的に高めるため星印を付加している。

外層材は、発明例、比較例共に、遠心力鋳造時の金型回転数ＧＮｏ．を１００Ｇ〜２００Ｇとし、鋳込み温度を１２５０℃〜１３６０℃とした。外層材は、外径３００ｍｍで長さ２００ｍｍのもの、外径５７０ｍｍ〜８００ｍｍで長さ１１００ｍｍ〜２５００ｍｍのものである。そして、各外層材を４００℃〜６００℃で焼戻しを数回繰り返した後、各外層材から２００ｍｍ×２００ｍｍの供試材を採取した。なお、８５０℃以上のγ化熱処理及び、焼入れ、焼戻しを実施してもよい。

得られた供試材について、以下に示すとおり、ＭＣ型炭化物の偏析の有無、黒鉛面積率、ＭＣ型炭化物面積率、焼付き荷重及び摩耗量を測定した。なお、次に説明するＭＣ型炭化物の偏析が見られた比較例１乃至比較例５については、比較例３及び比較例４のみ黒鉛面積率等を測定した。

まず、ＭＣ型炭化物の偏析、黒鉛面積率及びＭＣ型炭化物面積率を測定するために、各供試材を粒度２４０のサンドペーパーを用いて研磨し、長手方向断面における全長の範囲について、研磨後の供試材に硝酸水溶液のエッチング処理を施し、マクロ組織写真を撮影した。また、マクロ組織写真を撮影した後、供試材にアルミナバフ研磨を実施し、ミクロ組織写真を撮影した。参考のため、図１及び図２に発明例９と比較例４のマクロ組織写真、図３乃至図５に発明例４、発明例９及び比較例４の長手方向断面における外周側から２０ｍｍ位置のミクロ組織写真、図６に比較例４の長手方向断面における内周側近傍のミクロ組織写真を示す。ＭＣ型炭化物は、硬質であるため、アルミナバフ研磨した際に他の炭化物よりも突出し、その組織写真では突出したＭＣ型炭化物の影が撮影されている。また、ミクロ組織写真中、黒色の塊は黒鉛である。

＜ＭＣ型炭化物の偏析＞
ＭＣ型炭化物の偏析は、得られたマクロ組織写真に基づいて評価した。図１及び図２を参照すると、図１（発明例９）は、供試材の長手方向断面にＭＣ型炭化物の偏析は認められない。一方、図２（比較例４）では、供試材の内周側、すなわち、図２の下側に濃く腐食された領域が認められる。これは、ＭＣ型炭化物が偏析したものである。比較例４の長手方向断面における外周側と内周側のミクロ組織写真（図５及び図６）を参照すると、図５の外周側はＭＣ型炭化物が疎であるのに対し、図６の内周側はＭＣ型炭化物が密であることからも、比較例４にＭＣ型炭化物が内周側に偏析していることがわかる。これは、溶湯比重に対して軽量なＭＣ型炭化物が過剰に晶出し、遠心力鋳造の際にその比重差によって内側に凝集したためである。比較例４のように、外層材の内周側にＭＣ型炭化物が偏析すると、その内側に中間層や内層などの軸芯材を鋳込んだ場合でも偏析層は再溶解し難いから、境界に残存して溶着異常を起こし、耐事故性を低下させるため、圧延用複合ロールの外層として適さない。なお、図１に示す発明例９の供試材についても、内周側約２０ｍｍの範囲に内周側とは異なる組織が観察されるが、この層は比較的低融点の最終凝固層であるため、一部引け巣を伴うが、軸芯材を鋳込んだ際に再溶解して、健全に溶着するため問題はない。

同様の要領で、各供試材のマクロ組織写真からＭＣ型炭化物の偏析の有無を調べた。そして、得られた各組織写真を元に、ＭＣ型炭化物の偏析がないものを評価「１（なし）」、あるものを評価「２（あり）」とした。結果を表２「ＭＣ型炭化物の偏析」に示す。

表２を参照すると、発明例は何れも評価「１（なし）」であり、ＭＣ型炭化物の偏析が認められないことがわかる。これは、発明例が何れも条件（ａ）と条件（ｂ）又は（ｂ’）を満足しているからである。とくに、条件（ａ）であるＶとＮｂの含有量の質量比を満足することで、Ｖを主体とするＭＣ型炭化物にＮｂが固溶することで、ＭＣ型炭化物の比重を溶湯の比重近くに調整できている。その上で、条件（ｂ）の式を満たす合金組成とすることで、ＭＣ型炭化物の偏析を大きく低減できたものである。これにより、発明例の外層を有する圧延用複合ロールのＭＣ型炭化物の偏析に起因する耐摩耗性、耐肌荒れ性及び耐事故性を向上できたことがわかる。

一方、比較例は、比較例１乃至５は評価「２（あり）」であった。比較例１や比較例２、比較例５において、評価が「２（あり）」であったのは、ＭＣ型炭化物を形成するＶとＮｂ濃度が適切であっても、これら比較例は全体としてＣ濃度やＣｒ濃度に対する量が条件（ｂ）を満たしておらず、過剰に晶出したＭＣ型炭化物が偏析したためである。とくに、比較例２と比較例５は、各元素の成分範囲は、本発明の範囲に含まれるが、条件（ｂ）を満たしていないことでＭＣ型炭化物の偏析を引き起こしたことがわかる。比較例３に関しては、Ｖ量が多く、溶湯比重に対して軽量なＭＣ型炭化物が晶出して偏析を生じたためである。また、比較例４は、Ｖ量が少ない一方でＮｂ量が多く、条件（ｂ）のみならず、条件（ａ）も満たしておらず、その結果、溶湯比重に対して重いＭＣ型炭化物が晶出し偏析を生じたためである。

＜黒鉛面積率（％）＞
次に、得られた供試材について、長手方向断面の外周側のミクロ組織を上記と同様の要領で写真撮影し、黒鉛量を黒鉛面積率として測定した。なお、以降の測定、試験から、ＭＣ型炭化物の偏析が確認された比較例１、比較例２及び比較例５は除外した。

発明例４、発明例９及び比較例４の供試材について、外層材の内周側のミクロ組織写真を図３乃至図５に夫々示す。結果を表２「黒鉛面積率」に示す。表２を参照すると、発明例は何れも黒鉛面積率を０．５％〜５．０％に調整できている。また、比較例４、比較例７、比較例９も黒鉛面積率を０．５％から５．０％に調整できている。黒鉛面積率が上記のとおり調整されることで、熱衝撃により外層材に発生するクラックの進展を黒鉛によって妨げることができ、外層材の耐クラック性を高めることができる。

比較例６と比較例８は何れも黒鉛の晶出は認められなかった。これは、比較例６、比較例８のＣｒ％が高いためである。

＜ＭＣ型炭化物面積率（％）＞
供試材の内周側のミクロ組織写真（たとえば図３乃至図５参照）から、ＭＣ型炭化物量をＭＣ型炭化物面積率により測定した。結果を表２「ＭＣ型炭化物面積率」に示す。表２を参照すると、発明例は、何れもＭＣ型炭化物量が４．０％〜１１．０％の範囲に調整できており、すぐれた耐摩耗性を有していることがわかる。一方、比較例４、比較例７乃至比較例９はＭＣ型炭化物面積率が４．０％未満であることから、耐摩耗性の点で劣ることがわかる。

＜焼付き荷重（Ｎ）＞
焼付き荷重は、高速ファレックス型摩耗試験機（神鋼造機製、製品名：高速ファレックス型摩擦試験機）にて測定した。試験は、各供試材から円柱状の試験片（直径１０ｍｍ、長さ３５ｍｍ）を採取し、供試片を２００ｒｐｍで回転させながら、ＳＵＳ４３０製の２個のＶブロックで挟み、荷重を上昇速度１００Ｎ／ｓｅｃで負荷しつつ、１５Ｎ／９秒の速度で荷重が１５００Ｎに達するまで上昇させる。この間におけるトルクの変曲点を焼付き荷重として評価した。焼付き荷重が高い程、耐焼付き性が良い。試験結果を表２「焼付き荷重」に示す。表２を参照すると、発明例は何れも焼付き荷重が高く、比較例に比して十分な耐焼付き性を具備していることがわかる。一方、比較例４、比較例７、比較例９は焼付き荷重が十分でなく、耐焼付き性に劣ることがわかる。

＜摩耗量（μｍ）＞
摩耗量は、上記の高速ファレックス型摩耗試験機にて測定した。試験は、各供試材から円柱状の試験片（直径１０ｍｍ、長さ３５ｍｍ）を採取し、供試片を２００ｒｐｍで回転させながら、ＳＳ４００製の２個のＶブロックで挟み、荷重を上昇速度１００Ｎ／ｓｅｃで負荷しつつ、荷重が１０００Ｎに達した時点で３０分間荷重を保持することにより行なった。試験後、試験片とＶブロックの接触面の摩耗量を測定した。結果を表２「摩耗量」に示す。表２を参照すると、発明例は何れも摩耗量を小さく抑えられており、十分な耐摩耗性を具備していることがわかる。一方、比較例４、比較例７乃至比較例９は摩耗量が大きく、耐摩耗性に劣ることがわかる。これは、耐摩耗性の向上に必要なＭＣ型炭化物量が面積率で４．０％未満であるためである。

＜総合評価＞
上記各測定、試験結果を参照すると、発明例は何れもＭＣ型炭化物の偏析が見られないことで軸芯材との溶着異常を抑えることができ、圧延用複合ロールとして耐事故性を向上できることがわかる。また、黒鉛面積率及びＭＣ型炭化物面積率が夫々所望の範囲に調整されていることから、焼付き荷重、摩耗量においても圧延用複合ロールの外層として極めて良好であることがわかる。

以上のように、本発明の圧延用複合ロールは、外層が耐摩耗性、耐クラック性及び耐事故性に優れるから、ロールの耐用寿命を伸ばすことができ、これによりロールコストの低減を図れ、さらにはロール在庫管理の安定化に貢献する。本発明圧延用複合ロールは、とくに、操業安定性が求められる熱間仕上げ圧延の後段スタンドへの適用に好適である。

上記説明は、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、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施形態に限らず、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ことは勿論である。

Claims

外層を有する遠心力鋳造製圧延用複合ロールであって、
前記外層は、質量％にて、Ｃ：２．２％〜３．０１％、Ｓｉ：１．０％〜３．０％、Ｍｎ：０．３％〜２．０％、Ｎｉ：３．０％〜７．０％、Ｃｒ：０．５％〜２．５％、Ｍｏ：１．０％〜３．０％、Ｖ：２．５％〜５．０％、Ｎｂ：０％を越えて０．５％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物であって、
条件（ａ）：Ｎｂ％／Ｖ％＜０．１、
条件（ｂ）：２．１×Ｃ％＋１．２×Ｓｉ％−Ｃｒ％＋０．５×Ｍｏ％＋（Ｖ％＋Ｎｂ％／２）≦１３．０％
を満足する、ことを特徴とする圧延用複合ロール。
外層を有する遠心力鋳造製圧延用複合ロールであって、
前記外層は、質量％にて、Ｃ：２．２％〜３．０１％、Ｓｉ：１．０％〜３．０％、Ｍｎ：０．３％〜２．０％、Ｎｉ：３．０％〜７．０％、Ｃｒ：０．５％〜２．５％、Ｍｏ：１．０％〜３．０％、Ｗ：０％を越えて３．０％以下、Ｖ：２．５％〜５．０％、Ｎｂ：０％を越えて０．５％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物であって、
条件（ａ）：Ｎｂ％／Ｖ％＜０．１、
条件（ｂ’）：２．１×Ｃ％＋１．２×Ｓｉ％−Ｃｒ％＋０．５×（Ｍｏ％＋Ｗ％／２）＋（Ｖ％＋Ｎｂ％／２）≦１３．０％
を満足する、ことを特徴とする圧延用複合ロール。
前記外層は、さらに、質量％にて、Ｂ：０％を越えて０．１％以下を含有する、
請求項１又は請求項２に記載の圧延用複合ロール。
前記外層は、黒鉛面積率が０．５％〜５．０％である、
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の圧延用複合ロール。
前記外層は、ＭＣ型炭化物面積率が４．０％〜１１．０％である、
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の圧延用複合ロール。