JP6515957B2 - Roll outer layer material for rolling having excellent wear resistance and composite roll for rolling - Google Patents
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Description
本発明は、熱間圧延用あるいは冷間圧延用として好適な、圧延用ロール外層材およびそれを用いた圧延用複合ロールに係り、とくに耐摩耗性の向上に関する。 The present invention relates to a rolling outer layer material suitable for hot rolling or cold rolling and a rolling composite roll using the same, and more particularly to improvement of the wear resistance.
近年、鋼板の圧延技術の進歩は著しく、それに伴い、圧延用ロールの使用環境は一段と苛酷化している。とくに最近では、高強度鋼板や薄肉製品など、圧延負荷が大きく、かつ優れた表面品質が要求される鋼板の生産量が増大している。 In recent years, the progress in the rolling technology of the steel sheet has been remarkable, and along with that, the use environment of the rolling rolls is becoming more severe. Particularly in recent years, the amount of production of steel plates such as high strength steel plates and thin-walled products, which require large rolling load and require excellent surface quality, is increasing.
そのため、冷間圧延用ワークロールにおいては、優れた耐摩耗性とそれを担う高い硬さが要求される。耐摩耗性の向上は、ロール材料の高合金化によって図られるのが一般的であるが、高合金化により研削性の悪化あるいはロール事故時の被害の増大（耐事故性の低下）を招く場合があり、研削性と耐事故性を兼備する材料とする必要がある。さらに、優れた表面品質の鋼板を製造するためには、鋼板と直接接触するロールの表面性状を均質・微細なものとしておく必要があり、具体的には、ロール材質として、清浄度が高く微細なミクロ組織を有する鋳鉄、鋳鋼とすることが求められる。 Therefore, the work roll for cold rolling is required to have excellent wear resistance and high hardness to bear it. The improvement in wear resistance is generally achieved by increasing the alloying of the roll material, but when increasing the alloying causes deterioration in the grinding performance or an increase in damage at the time of a roll accident (reduction in accident resistance). It is necessary to use a material that combines grinding ability and accident resistance. Furthermore, in order to produce a steel sheet of excellent surface quality, it is necessary to make the surface properties of the roll in direct contact with the steel sheet homogeneous and fine. Specifically, as the roll material, the cleanliness is high and the fineness is high It is required to use cast iron and cast steel with various microstructures.
また、熱間圧延用ワークロールにおいては、ロールの摩耗や肌荒れの発生が、製品の材質や寸法上の圧延スケジュール制約を余儀なくするとともに、ロール交換頻度の低減も困難となり、このため、ロールの耐用度の低下が、生産性向上やコスト削減のネックのひとつになっている。このため、熱間圧延用ワークロールにおいては、摩耗や肌荒れの発生を抑制して、ロールの耐用度を向上させることが要求されている。 Further, in the work roll for hot rolling, the occurrence of wear and roughening of the roll complicates the restriction of the rolling schedule on the material and dimensions of the product and also makes it difficult to reduce the frequency of roll replacement. The decline in the degree is one of the bottlenecks in improving productivity and reducing costs. For this reason, in the work roll for hot rolling, it is required to suppress the occurrence of wear and surface roughening to improve the durability of the roll.
このようなことから、使用される圧延用ロールの特性向上、とくに耐摩耗性の向上が強く要望されてきた。圧延用ロールにおける耐摩耗性の向上は、鋼板の製造において、鋼板品質の向上および生産性向上に直結した重要な課題となっている。 For these reasons, there has been a strong demand for improvement in the properties of the rolls used, in particular for the improvement of the wear resistance. The improvement of the wear resistance of rolling rolls is an important issue directly linked to the improvement of the quality of steel sheet and the improvement of productivity in the manufacture of steel sheet.
このような圧延用ロールの耐摩耗性向上の要求に対し、例えば、非特許文献１、非特許文献２に記載されるように、外層組成を高速度工具鋼組成に類似した組成とし、硬質炭化物を多量に分散させて耐摩耗性を格段に向上させたハイス系ロールが開発されている。また、例えば、特許文献１には、鋼製の芯材の周りに、連続肉盛法で外層を形成してなる熱間圧延用複合ロールが記載されている。特許文献１に記載された熱間圧延用複合ロールでは、外層材は、重量％で、Ｃ：1.0〜4.0％、Si：3.0％以下、Mn：1.5％以下、Cr：2〜10％、Mo：9％以下、Ｗ：20％以下、Ｖ：2〜15％を含み、Ｐ：0.08％以下、Ｓ：0.06％以下、Ｂ：0.0500％以下とし、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有し、面積比で粒状炭化物5〜30％、非粒状炭化物6％以上を含有する組織からなり、基地の硬さがビッカース硬さ（Hv）550以上を有するとしている。なお、外層材には、さらに、Ni：5.0％以下、Co：5.0％以下、Nb：5.0％以下を含有してもよいとしている。これにより、所定量以上の非粒状炭化物の存在によりクラックが発生してもロール深部にまで進展するのが抑制され、耐ヒートクラック性が向上し、VC系の硬質炭化物が含まれていることから耐摩耗性も良好であるとしている。 To meet the demand for improving the wear resistance of such rolling rolls, for example, as described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, the outer layer composition is made similar to the high-speed tool steel composition, and hard carbide A high speed roll has been developed in which the wear resistance is greatly improved by dispersing a large amount of. Further, for example, Patent Document 1 describes a composite roll for hot rolling formed by forming an outer layer by a continuous buildup method around a steel core material. In the composite roll for hot rolling described in Patent Document 1, the outer layer material is C: 1.0 to 4.0%, Si: 3.0% or less, Mn: 1.5% or less, Cr: 2 to 10%, Mo by weight% S: 9% or less, W: 20% or less, V: 2 to 15%, P: 0.08% or less, S: 0.06% or less, B: 0.0500% or less, and the composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities The base material has a Vickers hardness (Hv) of 550 or more and is composed of a structure containing 5 to 30% of granular carbides and 6% or more of non-granular carbides in area ratio. The outer layer material may further contain Ni: 5.0% or less, Co: 5.0% or less, Nb: 5.0% or less. By this, even if cracks are generated due to the presence of non-particulate carbides of a predetermined amount or more, the development to the deep part of the roll is suppressed, heat crack resistance is improved, and VC-based hard carbides are contained. Abrasion resistance is also good.
このようなハイス系ロール外層材は、耐摩耗性を向上させるため多量の硬質炭化物を基地中に分散させることが必要になる。しかし、ハイス系組成で生成する硬質炭化物は、一般に基地より比重が軽く、鋳造中に偏析を生じやすい。特に、生産性、経済性に優れるため代表的なロール外層材の鋳造方法となっている遠心鋳造法では、比重の軽い相は遠心力で内側に集積・偏析しやすいため、ハイス系ロール外層材を遠心鋳造法で製造することは困難とされてきた。 Such a high-speed roll outer layer material needs to disperse a large amount of hard carbide in the matrix in order to improve the wear resistance. However, hard carbides produced in high-speed compositions generally have a specific gravity lower than that of the base, and are prone to segregation during casting. In particular, in centrifugal casting, which is a typical casting method for the roll outer layer material because of excellent productivity and economy, the phase with a low specific gravity tends to be accumulated and segregated inside by centrifugal force, so high-speed roll outer layer material It has been considered difficult to manufacture by centrifugal casting.
しかしながら、遠心鋳造法を適用しても偏析等の生じない、耐摩耗性と耐クラック性に優れた圧延用ロール外層材を提供する技術として、特許文献２に、質量％で、Ｃ：1.5〜3.5％、Si：1.5％以下、Mn：1.2％以下、Ni：5.5％以下、Cr：5.5〜12.0％、Mo：2.0〜8.0％、Ｖ：3.0〜10.0％、Nb：0.5〜7.0％を含み、かつ、NbおよびＶを、Nb、ＶおよびＣの含有量が特定の関係を満足し、さらにNbとＶの比が特定の範囲内となるように含有するロール外層材が記載されている。 However, as a technique for providing a rolling roll outer layer material excellent in wear resistance and crack resistance, which does not cause segregation etc. even when the centrifugal casting method is applied, in Patent Document 2, C: 1.5- 3.5%, Si: 1.5% or less, Mn: 1.2% or less, Ni: 5.5% or less, Cr: 5.5 to 12.0%, Mo: 2.0 to 8.0%, V: 3.0 to 10.0%, Nb: 0.5 to 7.0% And, a roll outer layer material is described which contains Nb and V such that the contents of Nb, V and C satisfy a specific relationship, and the ratio of Nb to V falls within a specific range.
また、特許文献３には、質量％で、Ｃ：1.5〜3.5％、Si：1.5％以下、Mn：1.2％以下、Cr：5.5〜12.0％、Mo：2.0〜8.0％、Ｖ：3.0〜10.0％、Nb：0.5〜7.0％を含み、かつ、NbおよびＶを、Nb、ＶおよびＣの含有量が特定の関係を満足し、さらにNbとＶの比が特定の範囲内となるように含有するロール外層材が記載されている。このような組成とすることにより、遠心鋳造法を適用してもロール外層材における偏析が抑制され、耐摩耗性と耐クラック性が向上し、熱間圧延の生産性向上に大きく貢献するとしている。 Further, in Patent Document 3, C: 1.5 to 3.5%, Si: 1.5% or less, Mn: 1.2% or less, Cr: 5.5 to 12.0%, Mo: 2.0 to 8.0%, V: 3.0 to 10.0 by mass%. %, Nb: 0.5 to 7.0%, and Nb and V are contained so that the contents of Nb, V and C satisfy a specific relationship, and the ratio of Nb to V falls within a specific range Roll outer layer material is described. With such a composition, segregation in the roll outer layer material is suppressed even if centrifugal casting is applied, and the wear resistance and the crack resistance are improved, which greatly contributes to the improvement of the productivity of hot rolling. .
また、特許文献４には、遠心鋳造複合ロールが記載されている。特許文献４に記載された遠心鋳造複合ロールは、外層と鋳鉄または鋳鋼の内層からなり、外層が、重量％で、Ｃ：1.0〜3.0％、Si：0.1〜3.0％、Mn：0.1〜2.0％、Cr：2.0〜10.0％、Mo：0.1〜10.0％、Ｖ：1.0〜10.0％、Ｗ：0.1〜10.0％を含み、かつMo＋Ｗ：10.0％以下を満たす合金成分および残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有するとしている。特許文献４に記載された技術では、凝集や偏析を起こしやすいM６C型炭化物の晶出が抑制され、MC型＋M７C３型炭化物のみが析出する外層とすることができ、遠心鋳造法で製造できるとしている。 Patent Document 4 describes a centrifugally cast composite roll. The centrifugally cast composite roll described in Patent Document 4 is composed of an outer layer and an inner layer of cast iron or cast steel, and the outer layer is C: 1.0 to 3.0%, Si: 0.1 to 3.0%, Mn: 0.1 to 2.0% by weight%. , Cr: 2.0 to 10.0%, Mo: 0.1 to 10.0%, V: 1.0 to 10.0%, W: 0.1 to 10.0%, and Mo + W: 10.0% or less of the alloy components and the remainder satisfying from Fe and unavoidable impurities Have a composition that According to the technique described in Patent Document 4, crystallization of M 6 C-type carbides which easily cause aggregation and segregation can be suppressed, and an outer layer from which only MC-type + M 7 C 3- type carbides precipitate can be obtained. It can be manufactured by
また、例えば、特許文献５には、圧延ロール用遠心鋳造外層材が記載されている。特許文献５に記載された圧延ロール用遠心鋳造外層材は、質量％で、Ｃ：4.5〜9％、Si：0.1〜3.5％、Mn：0.1〜3.5％、Ｖ：18〜40％を含有する組成を有し、好ましくはビッカース硬さ（Hv）550〜900の基地に、MC炭化物が面積率で20〜60％分散した組織を有するとしている。特許文献５に記載された技術では、比重の小さいMC炭化物が内面側に濃化する、遠心鋳造偏析を積極的に利用し、遠心鋳造後、MC炭化物が濃化した層だけ残すように切削すれば、MC炭化物が多いロール外層を低コストで確実に形成できるとしている。 Moreover, for example, Patent Document 5 describes a centrifugally cast outer layer material for a rolling roll. The centrifugal casting outer layer material for a rolling roll described in Patent Document 5 contains, by mass%, C: 4.5 to 9%, Si: 0.1 to 3.5%, Mn: 0.1 to 3.5%, V: 18 to 40% It has a composition and preferably has a texture in which MC carbide is dispersed at an area ratio of 20 to 60% in a matrix of Vickers hardness (Hv) 550 to 900. In the technology described in Patent Document 5, MC carbide with a low specific gravity is concentrated on the inner surface side, centrifugal casting segregation is actively used, and after centrifugal casting, cutting is performed so that only a layer enriched with MC carbide remains. For example, it is possible to form the roll outer layer rich in MC carbides reliably at low cost.
極めて優れた耐摩耗性を有する材料としては、古くから超硬合金が知られている。超硬合金としては、例えば、非特許文献３に記載されているように、タングステンカーバイド（WC）を、バインダーとしてのCoとともに、成形、焼結したものが一般的である。
このような超硬合金を、圧延用ロールに適用した技術としては、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０などに記載がある。
A cemented carbide has long been known as a material having extremely excellent wear resistance. As the cemented carbide, for example, as described in Non-Patent Document 3, tungsten carbide (WC) is generally formed and sintered together with Co as a binder.
As a technique which applied such a cemented carbide to the roll for rolling, it has description in the patent document 6, the patent document 7, the patent document 8, the patent document 9, the patent document 10 grade | etc.,.
特許文献６には、熱間圧延ロールおよび熱間圧延ガイドロール用タングステン炭化物基超硬合金が記載されている。特許文献６に記載された技術は、クロムのコバルトとニッケルとの和に対する重量比が1/1〜1/99、コバルトのニッケルに対する重量比が9/1〜1/9、かつタングステン炭化物88重量％以下、コバルトとニッケルとクロムとの総和が12〜65重量％であるタングステン炭化物基合金である。特許文献６には、このような超硬合金を、普通鋼材（線材）の熱間圧延用ロールに適用した例が記載されている。 Patent Document 6 describes a tungsten carbide-based cemented carbide for hot rolling rolls and hot rolling guide rolls. The technique described in Patent Document 6 has a weight ratio of chromium to the sum of cobalt and nickel of 1/1 to 1/99, a weight ratio of cobalt to nickel of 9/1 to 1/9, and 88 weight of tungsten carbide. % Or less, and the total of cobalt, nickel and chromium is 12 to 65 wt%. Patent Document 6 describes an example in which such a cemented carbide is applied to a roll for hot rolling of a normal steel material (wire rod).
また、特許文献７には、超硬合金からなる熱間線材圧延用ロールが記載されている。特許文献７に記載された技術では、使用する超硬合金を、1μmから5μmの平均粒径を持つWCまたは、WCの一部をTiC、TaC、NbCの１種以上で10重量％以下置換した硬質炭化物相と、三元合金結合相とからなり、該結合相中のCrがNiおよびCoの和に対して0.30以下であり、かつ、全結合相に対して0.05以上であり、さらにNiが、NiとCoとの和に対して0.33から0.90であり、分極電位が冷却一般工業用水に対して0.3Ｖ以上である超硬合金としている。このような超硬合金とすることにより、耐肌荒れ性の優れた熱間線材用ロールとなるとしている。 Further, Patent Document 7 describes a roll for hot wire rolling made of cemented carbide. In the technique described in Patent Document 7, WC having an average particle diameter of 1 μm to 5 μm or a part of WC is substituted by at least 10 wt% of one or more of TiC, TaC and NbC. A hard carbide phase and a ternary alloy binder phase, wherein Cr in the binder phase is 0.30 or less with respect to the sum of Ni and Co, and 0.05 or more with respect to all binder phases, and further Ni is It is 0.33 to 0.90 with respect to the sum of Ni and Co, and has a polarization potential of 0.3 V or more with respect to cooling general industrial water. By using such a cemented carbide, it is supposed to be a roll for hot wire rod excellent in surface roughening resistance.
また、特許文献８には、鋼系または鉄系材料からなる内層の外周に、超硬合金からなる外層が中間層を介して接合してなり、該中間層が平均粒径3μm以下のWC原料粉末を用いて形成した超硬合金からなる圧延用複合ロールが記載されている。そして、中間層のWC粒子の含有量を重量比率で70％以下とすることが好ましいとしている。これにより、耐摩耗性に優れ、かつ強度的に信頼性の高い超硬合金製圧延用ロールを得ることができるとしている。 Further, in Patent Document 8, an outer layer made of cemented carbide is joined to the outer periphery of an inner layer made of a steel or iron material through an intermediate layer, and the intermediate layer has a mean particle diameter of 3 μm or less. A composite roll for rolling consisting of cemented carbide formed using powder is described. The content of WC particles in the intermediate layer is preferably 70% or less by weight. As a result, a cemented carbide rolling roll having excellent wear resistance and high reliability in strength can be obtained.
また、特許文献９には、外層を耐摩耗性に優れた超硬合金で形成するとともに、WCとNiを含有する超硬合金からなる中間層を具備させ、強度的に信頼性の高い超硬合金製圧延用ロールが開示されている。 In addition, in Patent Document 9, an outer layer is formed of a cemented carbide excellent in wear resistance, and an intermediate layer formed of a cemented carbide containing WC and Ni is provided, and cemented carbide having high reliability in strength is provided. An alloy rolling roll is disclosed.
さらに、特許文献１０には、鋼系材料または鉄系材料からなる内層の外周に、Ｒ＝σc（1-ν）／Ｅα（但し、σc：抗折強度、ν：ポアソン比、Ｅ：ヤング率、α：熱膨張係数）で表される熱衝撃係数Ｒが400以上を満足する超硬合金からなる外層が接合してなる板圧延用超硬合金製複合ロールが記載されている。これにより、ロールの耐摩耗性、耐肌荒れ性が改善され、圧延事故時の熱亀裂の発生、進展が抑制されるとしている。 Furthermore, according to Patent Document 10, R = σc (1-ν) / Eα (where σc: bending strength, :: Poisson's ratio, E: Young's modulus) on the outer periphery of the inner layer made of steel material or iron material And a: a cemented carbide composite roll for plate rolling formed by joining an outer layer made of cemented carbide having a thermal shock coefficient R represented by α: thermal expansion coefficient of 400 or more. As a result, the abrasion resistance and the surface roughening resistance of the roll are improved, and the occurrence and progress of the thermal crack in the rolling accident are suppressed.
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、鋼製の芯材の周りに、連続肉盛法で外層を形成するため、生産性が低く、コストも高いという問題があった。また、特許文献２、３に記載された技術では、主として、Nb、ＶおよびＣの含有量を特定範囲に限定し、MC型炭化物を均一分散させて、耐摩耗性と耐クラック性を向上させるとしている。しかし、実際には、CrやMoを多く含むM７C３型炭化物やM６C型炭化物も相当量存在するため、更なる特性の向上は、MC型炭化物を均一分散させるという観点のみからでは十分であるとはいえない。また、特許文献４に記載された技術では、凝集や偏析を起こしやすいM６C型炭化物の晶出を抑制するため、Mo＋Ｗ：10.0％以下に限定し、これにより、遠心鋳造法によるロール外層材の製造を可能にしている。しかし、Mo、Ｗ含有量を制限することは、最近の更なる耐摩耗性の向上という要望に対しては、問題を残していた。 However, in the technique described in Patent Document 1, there is a problem that productivity is low and cost is high because the outer layer is formed by a continuous buildup method around a steel core material. In the techniques described in Patent Documents 2 and 3, the contents of Nb, V and C are mainly limited to a specific range, and MC type carbides are uniformly dispersed to improve wear resistance and crack resistance. And However, in fact, since a large amount of M 7 C 3 type carbide and M 6 C type carbide containing a large amount of Cr and Mo are also present, further improvement of the characteristics can be achieved only from the viewpoint of uniformly dispersing MC type carbide. It can not be said that it is enough. Further, in the technology described in Patent Document 4, in order to suppress the crystallization of M 6 C-type carbide which easily causes aggregation and segregation, Mo + W is limited to 10.0% or less, whereby the roll outer layer material by centrifugal casting method It enables the production of However, limiting the Mo and W contents has been problematic for the recent demand for further improvement in wear resistance.
なお、遠心鋳造法を用いた圧延用ロールの製造にあたっては、Mo、Ｖ、Ｗ等の炭化物形成元素の増量は、生成されるVC系の硬質炭化物の比重が基地を形成する溶湯より軽いため、生成されたVC系の硬質炭化物は内面側に集積、内層との境界に凝集して、境界の接合強度の低下を招くという懸念があった。 In the manufacture of rolling rolls using centrifugal casting, the amount of carbide-forming elements such as Mo, V and W is increased because the specific gravity of the VC-based hard carbide to be produced is lighter than the melt that forms the matrix, There is a concern that the generated VC type hard carbides are accumulated on the inner surface side and agglomerated at the boundary with the inner layer, leading to a decrease in joint strength at the boundary.
また、特許文献５に記載された技術では、ロールの耐摩耗性は向上するが、MC型炭化物が少なくなった外面側領域を除去する作業を必要とするうえ、歩留が非常に低く、高生産性と低コストという遠心鋳造法の優位性が失われるという問題があった。 In the technique described in Patent Document 5, although the abrasion resistance of the roll is improved, it is necessary to remove the MC-type carbide-reduced outer surface side area, and the yield is very low and high. There is a problem that the advantages of centrifugal casting method of productivity and low cost are lost.
また、超硬合金を使用する特許文献６や特許文献７に記載された技術は、線材圧延用の小型ロールを対象としており、この技術を、冷間圧延用ロールや熱間圧延用ロールのような大型ロールの製造にそのまま適用することは困難である。しかも、遠心鋳造製品に比べ高価なプロセスであるＨＩＰ処理を必要とするため、小型製品といえども製造コストが高いという問題があった。 The techniques described in Patent Document 6 and Patent Document 7 which use cemented carbide are directed to small rolls for wire rod rolling, and this technique is similar to cold rolling rolls and hot rolling rolls. It is difficult to apply it directly to the production of large rolls. In addition, since HIP processing, which is an expensive process, is required compared to centrifugal casting products, there is a problem that even small products have high manufacturing costs.
超硬合金を板圧延用ロールの外層材として使用する、特許文献８、特許文献９、および特許文献１０に記載された技術は、いずれも外層材の成形は焼結-ＨＩＰ法を想定しており、製造コストが極めて高いという問題が残されている。また、これらの技術は、結合剤として軟質なCoやNiを使用しており、圧延時にへこみ疵（凹部）が生成しやすいという問題もあり、実用化が進んでいない。 The techniques described in Patent Document 8, Patent Document 9 and Patent Document 10, in which cemented carbide is used as the outer layer material of the plate rolling roll, all assume that the outer layer material is formed by the sintering-HIP method. The problem remains that the manufacturing cost is extremely high. Moreover, these techniques use soft Co and Ni as a binder, and there is also a problem that dents (concave parts) are easily generated during rolling, and their practical use has not progressed.
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、従来に比べ顕著に耐摩耗性が向上した、耐摩耗性に優れたロール外層材およびそれを利用した圧延用複合ロールを安価に提供することを目的とする。 The present invention solves the problems of the prior art, and provides a roll outer layer material with excellent wear resistance and a composite roll for rolling that uses the roll outer layer material that has significantly improved wear resistance compared to the prior art. To aim.
本発明者らは、上記した課題を達成するため、超硬合金並みの極めて高い耐摩耗性を有する圧延用ロールを、生産性・経済性に優れた遠心鋳造法によって製造可能にする条件について、鋭意検討した。その結果、遠心鋳造時に溶湯、および晶出相に作用する遠心力を利用して、硬質な炭化物をロールの外表面側に密集、濃化させることができれば、遠心鋳造製圧延用ロールの耐摩耗性を顕著に向上させることができることに思い至った。そして更なる検討により、遠心鋳造時に、硬質な炭化物をロールの外表面側に密集、濃化させるためには、遠心力が作用している液相中から、液相よりも比重の大きい炭化物が初晶として晶出し得る条件を見出せば良いことに思い至った。 In order to achieve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have made it possible to manufacture a rolling roll having extremely high wear resistance comparable to that of cemented carbide by centrifugal casting which is excellent in productivity and economy. I studied earnestly. As a result, if hard carbides can be densely concentrated on the outer surface side of the roll using centrifugal force acting on the molten metal and crystallizing phase during centrifugal casting, the wear resistance of the roll for centrifugal casting rolling. I thought that I could be able to improve the quality significantly. And by further study, in order to make hard carbides densely concentrate on the outer surface side of the roll during centrifugal casting, carbides with a specific gravity larger than that of the liquid phase are selected from the liquid phase in which centrifugal force is acting. It was thought that it would be good if conditions for crystallizing as primary crystals were found.
すなわち、遠心力が作用している液相中に、液相よりも比重の大きい炭化物が晶出すると、炭化物には外周方向への遠心力が作用する。その際、炭化物とその周囲のγ相とが共晶凝固せず、炭化物が初晶として液相から直接晶出できれば、炭化物の周囲はまだ液相なため、炭化物は容易に外周側に移動、集積することができることになる。 That is, when carbide having a larger specific gravity than the liquid phase crystallizes in the liquid phase in which centrifugal force is acting, centrifugal force in the circumferential direction acts on the carbide. At that time, if the carbide and the surrounding γ phase do not eutectic solidify, and if the carbide can be crystallized directly from the liquid phase as the primary crystal, the carbide moves easily to the outer peripheral side because the periphery of the carbide is still liquid phase, It will be able to accumulate.
このような条件を満たす炭化物形成元素として、比重が大きいＷに着目し、しかもそれを多量に含有させることに思い至り、各種鋳込み実験を繰り返すとともに、状態図計算等を活用して、
（１）比重が大きいＷを多量に含有するＷ−Co基合金に、0.6質量％以上のＣを含有させた溶湯とすると、Ｗが濃化したM６C型炭化物が初晶として出現すること、
（２）このようなＷ−Co基合金溶湯を遠心鋳造すると、初晶として晶出するM６C型炭化物が外層材の外表面側に高濃度に偏析する組織形態が得られること、
を見出した。
Focus on W, which has a high specific gravity, as a carbide-forming element that satisfies such conditions, and think of containing it in a large amount, and repeat various casting experiments and make use of phase diagram calculations etc.
(1) When a W-Co-based alloy containing a large amount of W having a large specific gravity is a molten metal containing 0.6 mass% or more of C, W enriched M 6 C-type carbides appear as primary crystals ,
(2) When such a W-Co-based alloy melt is centrifugally cast, it is possible to obtain a morphology in which M 6 C-type carbides crystallized as primary crystals are segregated to a high concentration on the outer surface side of the outer layer material
Found out.
なお、使用する合金をFe基合金とすると、Ｗ系共晶炭化物の形成が促進され、初晶としてM６C型炭化物の出現が阻害されることを知見している。また、使用する合金を、炭素の活量を高めるＷ−Co基合金とすることにより、Ｗ系共晶炭化物の形成が抑制され、溶湯中に、Ｗが濃化したM６C型炭化物が初晶として多量に出現すること、また、Ｃ量が0.6質量％未満では、初晶M６C型炭化物は出現せず、一方、Ｃ量が3質量％を超えて高くなると、液相線温度が高くなりすぎて、溶解、鋳造が困難となるうえ、非常に割れやすいMC型炭化物、M２C型炭化物が成長し粗大化するため、容易にロール破断を招くこと、をそれぞれ知見している。 In addition, when the alloy to be used is made into Fe base alloy, formation of W-type eutectic carbide is promoted, and it is known that appearance of M 6 C-type carbide is inhibited as primary crystal. In addition, by setting the alloy to be used to a W-Co-based alloy that enhances the activity of carbon, the formation of W-based eutectic carbides is suppressed, and M 6 C-type carbides in which W is enriched in the molten metal are the first to be When the amount of C is less than 0.6% by mass, primary M 6 C-type carbides do not appear, while when the amount of C becomes higher than 3% by mass, the liquidus temperature is increased. Since it becomes too high, melting and casting become difficult, and extremely fragile MC-type carbides and M 2 C-type carbides grow and become coarsened, it has been found that they easily cause roll breakage.
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）Ｗ−Co基合金製圧延用ロール外層材であって、Ｗ含有量がロール外周側から内周側に向けて径方向に低下する傾斜組成で、圧延使用時の最大径に相当する位置の外層材表面が、質量％で、Ｗ：25〜70％、Co：5〜45％、Ｃ：0.6〜3.5％、Si：0.05〜3％、Mn：0.05〜3％、Mo：1〜15％を含み、残部が不可避的不純物からなる組成を有し、かつ前記外層材表面の炭化物面積率が45％以上90％以下であることを特徴とする圧延用ロール外層材。
（２）（１）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Fe：5〜40％、Cr：0.1〜10％、Ｖ：0.1〜6％、Nb：0.1〜3％のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする圧延用ロール外層材。
（３）（２）において、前記組成を有し、かつFeとCoの含有量が次[１]式を満足することを特徴とする圧延用ロール外層材。
0.6≦％Fe／％Co≦1.5 [１]
ここで、％Fe、％CoはそれぞれFeおよびCoの含有量（質量％）である。
The present invention has been completed based on such findings, with further studies. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A roll outer layer material for W-Co base alloy rolling, which is a gradient composition in which the W content decreases in the radial direction from the outer periphery to the inner periphery of the roll, and corresponds to the maximum diameter in rolling use The surface of the outer layer material at the position is, by mass%, W: 25 to 70%, Co: 5 to 45%, C: 0.6 to 3.5%, Si: 0.05 to 3%, Mn: 0.05 to 3%, Mo: 1 to A roll outer layer material for rolling having a composition including 15% and the balance being inevitable impurities, and the carbide area ratio of the surface of the outer layer material is 45% or more and 90% or less.
(2) In (1), in addition to the above composition, Fe: 5 to 40%, Cr: 0.1 to 10%, V: 0.1 to 6%, Nb: 0.1 to 3% in mass% Roll outer layer material characterized in that it contains one or two or more kinds.
(3) In (2), the rolling roll outer layer material having the above composition, and the contents of Fe and Co satisfy the following [1] formula.
0.6 ≦% Fe /% Co ≦ 1.5 [1]
Here,% Fe and% Co are contents (mass%) of Fe and Co, respectively.
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ni：0.05〜3％を含有することを特徴とする圧延用ロール外層材。
（５）（１）ないし（４）のいずれかにおいて、前記圧延用ロール外層材が、遠心鋳造製であることを特徴とする圧延用ロール外層材。
（６）外層と、該外層と溶着一体化した内層とからなる圧延用複合ロールであって、前記外層が、Ｗ−Co基合金製で、Ｗ含有量がロール外周側から内周側に向けて径方向に低下する傾斜組成で、圧延使用時の最大径に相当する位置の外層材表面が、質量％で、Ｗ：25〜70％、Co：5〜45％、Ｃ：0.6〜3.5％、Si：0.05〜3％、Mn：0.05〜3％、Mo：1〜15％を含み、残部が不可避的不純物からなる組成を有し、かつ前記外層材表面の炭化物面積率が45％以上90％以下であることを特徴とする圧延用複合ロール。
（７）（６）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Fe：5〜40％、Cr：0.1〜10％、Ｖ：0.1〜6％、Nb：0.1〜3％のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする圧延用複合ロール。
（８）（７）において、前記組成を有し、かつFeとCoの含有量が次[１]式を満足することを特徴とする圧延用複合ロール。
0.6≦％Fe／％Co≦1.5 [１]
ここで、％Fe、％CoはそれぞれFeおよびCoの含有量（質量％）である。
(4) The roll outer layer material for rolling according to any one of (1) to (3), further containing, in mass%, Ni: 0.05 to 3% in addition to the composition.
(5) The roll outer layer material for rolling according to any one of (1) to (4), wherein the rolling roll outer layer material is manufactured by centrifugal casting.
(6) A composite roll for rolling comprising an outer layer and an inner layer welded and integrated with the outer layer, wherein the outer layer is made of a W-Co base alloy, and the W content is directed from the outer peripheral side to the inner peripheral side. The outer layer material surface at a position corresponding to the maximum diameter in rolling use is, by mass%, W: 25 to 70%, Co: 5 to 45%, C: 0.6 to 3.5%. , Si: 0.05 to 3%, Mn: 0.05 to 3%, Mo: 1 to 15%, the balance being composed of unavoidable impurities, and the carbide area ratio of the surface of the outer layer material is 45% to 90%. The composite roll for rolling characterized by being less than%.
(7) In (6), in addition to the above composition, Fe: 5 to 40%, Cr: 0.1 to 10%, V: 0.1 to 6%, Nb: 0.1 to 3% by mass%. A composite roll for rolling characterized by containing one or more of the following.
(8) The composite roll for rolling according to (7), having the above composition, and the contents of Fe and Co satisfy the following [1] formula.
0.6 ≦% Fe /% Co ≦ 1.5 [1]
Here,% Fe and% Co are contents (mass%) of Fe and Co, respectively.
（９）（６）ないし（８）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ni：0.05〜3％を含有することを特徴とする圧延用複合ロール。
（１０）外層と、該外層と溶着一体化した中間層、該中間層と溶着一体化した内層とからなる圧延用複合ロールであって、前記外層が、Ｗ−Co基合金製で、Ｗ含有量がロール外周側から内周側に向けて径方向に低下する傾斜組成で、圧延使用時の最大径に相当する位置の外層材表面が、質量％で、Ｗ：25〜70％、Co：5〜45％、Ｃ：0.6〜3.5％、Si：0.05〜3％、Mn：0.05〜3％、Mo：1〜15％を含み、残部が不可避的不純物からなる組成を有し、かつ前記外層材表面の炭化物面積率が45％以上90％以下であることを特徴とする圧延用複合ロール。
（１１）（１０）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Fe：5〜40％、Cr：0.1〜10％、Ｖ：0.1〜6％、Nb：0.1〜3％のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする圧延用複合ロール。
（１２）（１１）において、前記組成を有し、かつFeとCoの含有量が次[１]式を満足することを特徴とする圧延用複合ロール。
0.6≦％Fe／％Co≦1.5 [１]
ここで、％Fe、％CoはそれぞれFeおよびCoの含有量（質量％）である。
（１３）（１０）ないし（１２）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ni：0.05〜3％を含有することを特徴とする圧延用複合ロール。
（１４）（６）ないし（１３）のいずれかにおいて、前記外層が、遠心鋳造製であることを特徴とする圧延用複合ロール。
(9) The composite roll for rolling according to any one of (6) to (8), further containing, in mass%, Ni: 0.05 to 3% in addition to the composition.
(10) A composite roll for rolling comprising an outer layer, an intermediate layer welded and integrated with the outer layer, and an inner layer welded and integrated with the intermediate layer, wherein the outer layer is made of W-Co based alloy and contains W The gradient composition whose amount decreases in the radial direction from the outer circumference side to the inner circumference side of the roll, and the outer layer material surface at a position corresponding to the maximum diameter in rolling is W: 25 to 70% by mass, Co: 5 to 45%, C: 0.6 to 3.5%, Si: 0.05 to 3%, Mn: 0.05 to 3%, Mo: 1 to 15%, and the remainder has a composition comprising unavoidable impurities, and the outer layer A composite roll for rolling characterized in that a carbide area ratio of a material surface is 45% or more and 90% or less.
(11) In (10), in addition to the above composition, Fe: 5 to 40%, Cr: 0.1 to 10%, V: 0.1 to 6%, Nb: 0.1 to 3% in mass%. A composite roll for rolling characterized by containing one or more of the following.
(12) A composite roll for rolling according to (11), having the above composition, and the contents of Fe and Co satisfy the following [1] formula.
0.6 ≦% Fe /% Co ≦ 1.5 [1]
Here,% Fe and% Co are contents (mass%) of Fe and Co, respectively.
(13) A composite roll for rolling according to any one of (10) to (12), further containing 0.05% to 3% of Ni by mass in addition to the composition.
(14) The composite roll for rolling according to any one of (6) to (13), wherein the outer layer is made of centrifugal casting.
本発明によれば、熱間圧延用あるいは冷間圧延用ロールとして好適な、耐摩耗性に顕著に優れた圧延用ロール、とくに遠心鋳造製圧延用ロールを、安価にしかも、容易に製造でき、産業上格段の効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to easily and inexpensively produce rolling rolls having excellent wear resistance, particularly centrifugal rolling rolls suitable for hot rolling or cold rolling, It plays an important role in the industry.
本発明圧延用ロール外層材は、遠心鋳造製とする。ここでいう「遠心鋳造製圧延用ロール外層材」とは、従来から圧延用ロールの製造方法として用いられてきた遠心鋳造法を用いて製造された状態の圧延用ロール外層材であることを意味する。遠心鋳造法を用いて製造された圧延用ロール外層材（「遠心鋳造製」圧延用ロール外層材）は、従来から、それ以外の製造方法で製造された圧延用ロールとは、「物」として明瞭に区別でき、しかも、その「遠心鋳造製」圧延用ロール外層材を構造や特性で特定することは、多大の労力を必要とし、非実際的である。 The roll outer layer material for rolling according to the present invention is made by centrifugal casting. The term "roll outer layer material for centrifugal casting rolling" as used herein means that the roll outer layer material for rolling is in a state of being manufactured using a centrifugal casting method conventionally used as a method of manufacturing a roll for rolling. Do. The roll outer layer material for rolling manufactured by using the centrifugal casting method (roll outer layer material for rolling made by “centrifugal casting”) is conventionally used as a “roll” for a rolling roll manufactured by any other manufacturing method. It is clearly distinguishable, and specifying the “centrifugal cast” rolling outer layer material by structure and characteristics is labor-intensive and impractical.
本発明圧延用ロール外層材は、Ｗ−Co基合金製で、Ｗ含有量がロール外周側から内周側に向けて径方向に低下する傾斜組成を有し、圧延使用時の最大径に相当する位置の外層材表面が、質量％で、Ｗ：25〜70％、Co：5〜45％を含み、さらにＣ：0.6〜3.5％、Si：0.05〜3％、Mn：0.05〜3％、Mo：1〜15％を含み、残部が不可避的不純物からなる組成を有し、かつ前記外層材表面の炭化物面積率が45％以上90％以下である。なお、上記した組成および炭化物面積率は、外層材全体積に対し、少なくとも外表面側の20％の体積分に相当する径方向位置、例えば外径250mm、内径140mmのスリーブであれば、圧延使用時の最大径に相当する位置から内周側に向けて径方向に少なくとも9mmの位置、でも満足させることが好ましい。 The roll outer layer material for rolling according to the present invention is made of W-Co base alloy and has a gradient composition in which the W content decreases in the radial direction from the roll outer peripheral side to the inner peripheral side, and corresponds to the maximum diameter in rolling use The surface of the outer layer material at the position where it contains contains, by mass%, W: 25 to 70%, Co: 5 to 45%, C: 0.6 to 3.5%, Si: 0.05 to 3%, Mn: 0.05 to 3%, Mo has a composition containing 1 to 15% and the balance comprising unavoidable impurities, and the carbide area ratio of the surface of the outer layer material is 45% to 90%. The above-mentioned composition and carbide area ratio may be used for rolling if it is a sleeve at a radial position equivalent to at least 20% volume on the outer surface side with respect to the total volume of the outer layer material, for example, an outer diameter of 250 mm and an inner diameter of 140 mm. It is preferable to satisfy at least a position of at least 9 mm in the radial direction from the position corresponding to the maximum diameter at the time of the inner circumference.
なお、ここでいう「圧延使用時の最大径に相当する位置の外層材表面」とは、鋳込みまま外層材の外表面に形成される層（溶湯が金型との接触により急冷されて凝固した部位等）を研削除去し、初めて圧延使用に供される製品ロール径の最大径に相当する位置の外層材表面をいい、すなわち、製品（ロール外層材）として使用できる最大径に相当する位置の外層材表面をいう。 Here, “the surface of the outer layer material at a position corresponding to the maximum diameter in rolling use” means a layer formed on the outer surface of the outer layer material as it is cast (a molten metal is quenched by contact with a mold and solidified Grinding and removing parts etc.), the outer layer material surface at a position corresponding to the maximum diameter of the product roll diameter for the first use in rolling, ie, a position corresponding to the maximum diameter usable as a product (roll outer layer material) The outer layer material surface is said.
また、外層材表面の組成分析は、蛍光Ｘ線分析や発光分光分析等の機器分析によって行なっても、また、破壊検査にはなるが、当該外層材表面を含む位置から、ロール径方向の厚みが10mm未満のブロック状試料を採取して、該試料を化学分析して行なっても、いずれでも良い。 The composition analysis of the surface of the outer layer material may be performed by instrumental analysis such as fluorescent X-ray analysis or emission spectral analysis, or it may be a destructive inspection, but the thickness in the roll diameter direction from the position including the surface of the outer layer material A block-like sample having a diameter of less than 10 mm may be collected and subjected to chemical analysis of the sample or the like.
まず、本発明圧延用ロール外層材の組成限定理由について説明する。以下、組成に関する質量％は、単に％で記す。 First, the composition limitation reason of the roll outer layer material for rolling according to the present invention will be described. Hereinafter, the mass% with respect to the composition is simply expressed as%.
Ｃ：0.6〜3.5％
Ｃは、Ｗ、およびMo、Cr、Ｖ、Nbなどの炭化物形成元素と結合し、硬質炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる作用を有する元素である。Ｃ量に応じて、炭化物の形態や晶出量および晶出温度が変化する。Ｃが0.6％以上では、M６C型炭化物が初晶として晶出し、遠心鋳造時に外表面側に偏析する組織形態が得られ、耐摩耗性が向上する。なお、Ｃが0.6％未満では、初晶として晶出するM６C型炭化物量が不足し耐摩耗性が低下する。一方、3.5％を超えて多量に含有すると、外層材として製造が困難になるうえ、非常に割れ易いM２C炭化物やMC炭化物が生成し、粗大化するため圧延時にロール破壊を生じやすくなる。このようなことから、Ｃは0.6〜3.5％の範囲に限定した。なお、好ましくは1.0〜3.0％である。
C: 0.6 to 3.5%
C combines with W and a carbide-forming element such as Mo, Cr, V, Nb, etc. to form a hard carbide, and is an element having an action of improving wear resistance. Depending on the amount of C, the form of the carbide, the amount of crystallization and the crystallization temperature change. When C is 0.6% or more, M 6 C-type carbides are crystallized as primary crystals, and a texture form in which they are segregated on the outer surface side during centrifugal casting is obtained, and the wear resistance is improved. When C is less than 0.6%, the amount of M 6 C-type carbides crystallized as primary crystals is insufficient and the wear resistance is reduced. On the other hand, if it is contained in a large amount exceeding 3.5%, manufacture as the outer layer material becomes difficult, and very fragile M 2 C carbides and MC carbides are formed and coarsened to easily cause roll fracture during rolling. From such a thing, C was limited to 0.6 to 3.5% of range. In addition, Preferably it is 1.0 to 3.0%.
Si：0.05〜3％
Siは、脱酸剤として作用するとともに、基地の強化作用をも有する元素である。そのような効果を得るためには、0.05％以上の含有を必要とする。一方、3％を超えて含有しても、効果が飽和するうえ、片状黒鉛が出現して靭性が低下する。このため、Siは0.05〜3％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.1〜2％である。
Si: 0.05 to 3%
Si is an element that acts as a deoxidizing agent and also has a matrix strengthening action. In order to obtain such an effect, the content needs to be 0.05% or more. On the other hand, even if the content exceeds 3%, the effect is saturated and flake graphite appears to lower the toughness. For this reason, Si was limited to the range of 0.05 to 3%. In addition, Preferably it is 0.1 to 2%.
Mn：0.05〜3％
Mnは、MnSとしてＳを固定し、材質に悪影響を及ぼすＳを無害化する作用を有する元素である。また、Mnは、基地に固溶して焼入れ性向上に寄与する。このような効果を得るためには、0.05％以上含有させる必要がある。一方、3％を超えて含有しても上記した効果が飽和するうえ、材質低下を招く。このため、Mnは0.05〜3％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.1〜1％である。
Mn: 0.05 to 3%
Mn is an element having the function of fixing S as MnS and detoxifying S that adversely affects the material. Further, Mn dissolves in the matrix and contributes to the improvement of the hardenability. In order to acquire such an effect, it is necessary to contain 0.05% or more. On the other hand, if the content is more than 3%, the above-mentioned effect is saturated and the material quality is lowered. For this reason, Mn was limited to the range of 0.05 to 3%. In addition, Preferably it is 0.1 to 1%.
Mo：1〜15％
Moは、Ｃと結合して炭化物を形成する炭化物形成元素であり、本発明ではとくに、Ｗが濃化した初晶炭化物である硬質なM６C型炭化物中に固溶して炭化物を強化し、ロール外層材の破壊抵抗を増加する作用を有する。また、Moは熱処理時に焼入れ性を向上させ、ロール外層材の硬さ増加に寄与する。さらにMoは、Coよりも重い元素であり、初晶炭化物の外表面側への遠心分離を阻害しないか、あるいは促進する効果をも有する。これらの効果を得るには、1％以上の含有を必要とする。一方、15％を超えて多量に含有すると、Mo主体の硬脆な炭化物が出現し、耐摩耗性が低下する。このため、Moは1〜15％の範囲に限定した。なお、好ましくは2〜10％である。より好ましくは、4〜10％である。
Mo: 1 to 15%
Mo is a carbide-forming element that combines with C to form a carbide, and in the present invention, in particular, W forms a solid solution in hard M 6 C-type carbides, which are primary carbides enriched with W to strengthen the carbides. And the effect of increasing the fracture resistance of the roll outer layer material. Moreover, Mo improves the hardenability at the time of heat treatment, and contributes to the increase in hardness of the roll outer layer material. Furthermore, Mo is an element heavier than Co and has an effect of not inhibiting or promoting the centrifugal separation of primary carbides to the outer surface side. In order to obtain these effects, it is necessary to contain 1% or more. On the other hand, if the content is more than 15%, hard and brittle carbides mainly containing Mo appear and the wear resistance is lowered. For this reason, Mo was limited to the range of 1 to 15%. In addition, Preferably it is 2 to 10%. More preferably, it is 4 to 10%.
Ｗ：25〜70％
Ｗは、本発明で最も重要な元素であり、25％以上と多量に含有させた合金組成とする。これにより、Ｗが濃化した硬質なM６C型炭化物を初晶として多量に出現させることができ、耐摩耗性が著しく向上した圧延用ロール外層材とすることができる。一方、70％を超える含有は、M６C型炭化物が粗大化し脆くなるうえ、溶湯の融点が上昇して、溶解、鋳造等が困難となる。このため、Ｗは25〜70％の範囲に限定した。なお、好ましくは30〜65％である。より好ましくは、40〜55％である。
W: 25 to 70%
W is the most important element in the present invention, and has an alloy composition contained in a large amount of 25% or more. As a result, it is possible to cause a large amount of hard M 6 C-type carbides enriched with W to appear as primary crystals, and it is possible to provide a rolling roll outer layer material whose wear resistance is remarkably improved. On the other hand, if the content exceeds 70%, the M 6 C-type carbides become coarse and brittle, and the melting point of the molten metal rises, making melting, casting, etc. difficult. For this reason, W was limited to 25 to 70% of range. In addition, Preferably it is 30 to 65%. More preferably, it is 40 to 55%.
Co：5〜45％
Coは、Ｗとともに、本発明で重要な元素である。CoをＷと共に、多量に含有することにより、Ｃの活量が増加して、Ｗが濃化した硬質な炭化物（M６C型あるいはM２C型やMC型など）を初晶として多量に出現させることが促進され、圧延用ロール外層材の耐摩耗性の向上に寄与する。このような効果を得るためには、Coを5％以上含有させる必要がある。一方、45％を超えて多量に含有すると、γ相が安定化し、基地が軟質となり、圧延用ロールとして使用した場合には、くぼみ疵（凹部）の多発を招き、耐摩耗性が著しく低下する。このため、Coは5〜45％の範囲に限定した。なお、好ましくは10〜40％である。より好ましくは、12〜35％である。
Co: 5 to 45%
Co, together with W, is an important element in the present invention. By containing Co in a large amount together with W, the activity of C is increased, and a large amount of hard carbide (such as M 6 C type or M 2 C type or MC type) enriched with W is used as primary crystals. It is promoted to appear and contributes to the improvement of the wear resistance of the rolling roll outer layer material. In order to obtain such an effect, it is necessary to contain 5% or more of Co. On the other hand, if it is contained in a large amount exceeding 45%, the γ phase is stabilized and the base becomes soft, and when used as a roll for rolling, it causes frequent occurrence of dents (recesses) and the wear resistance is significantly reduced. . For this reason, Co was limited to the range of 5 to 45%. In addition, Preferably it is 10 to 40%. More preferably, it is 12 to 35%.
上記した成分が基本の成分であるが、基本組成に加えて、Fe：5〜40％、Cr：0.1〜10％、Ｖ：0.1〜6％、Nb：0.1〜3％のうちから選ばれた１種又は２種以上、および／または、Ni：0.05〜3％、を必要に応じ選択して含有してもよい。
Fe：5〜40％、Cr：0.1〜10％、Ｖ：0.1〜6％、Nb：0.1〜3％のうちから選ばれた１種又は２種以上
Fe、Cr、Ｖ、Nbはいずれも、炭化物形成元素であり、炭化物に固溶して炭化物を強化する作用を有する元素であり、必要に応じて選択して１種又は２種以上を含有できる。
Feは、炭化物に固溶するとともに基地にも固溶して、基地の強化に寄与し、圧延用ロールとして使用した場合にくぼみ疵（凹部）の生成を防止する作用を有する。このような効果を得るためには、5％以上含有することが好ましい。一方、40％を超えて含有すると、初晶として出現する硬質なM６C型炭化物量が減少し、脆弱なM３C型炭化物が増加し、耐摩耗性が低下する。このため、含有する場合には、Feは5〜40％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは10〜35％である。
The above components are the basic components, but in addition to the basic composition, Fe: 5 to 40%, Cr: 0.1 to 10%, V: 0.1 to 6%, Nb: 0.1 to 3%. One or more kinds and / or Ni: 0.05 to 3% may be selected and contained as required.
Fe: 5 to 40%, Cr: 0.1 to 10%, V: 0.1 to 6%, Nb: one or more selected from 0.1 to 3%
Fe, Cr, V, and Nb are all carbide-forming elements and are elements having a function of solid solution in carbide to strengthen the carbide, and can be selected and contain one or two or more kinds according to necessity. .
Fe forms a solid solution in carbides and also forms a solid solution in the matrix to contribute to the reinforcement of the matrix, and has an effect of preventing the formation of dents (recesses) when used as a roll for rolling. In order to acquire such an effect, it is preferable to contain 5% or more. On the other hand, if the content exceeds 40%, the amount of hard M 6 C-type carbides appearing as primary crystals decreases, the brittle M 3 C-type carbides increase, and the wear resistance decreases. For this reason, when it contains, it is preferable to limit Fe to 5 to 40% of range. More preferably, it is 10 to 35%.
基地中にFeを含有することによりＷ−Co基合金の基地が強化される機構については現時点では明確になっていないが、Coによるγ相安定化作用をFeによるα相安定化作用が相殺して、結果的に基地の強度が上昇したためか、あるいはFeのα相安定化作用が大きく、基地が硬質なマルテンサイトやベイナイト組織となり、あるいはさらにそのような基地中にさらに微細な炭化物が析出した組織が出現する、などの基地の強化現象が生じたと考えている。 Although the mechanism by which the base of W-Co base alloy is strengthened by containing Fe in the base is not clear at present, the γ phase stabilization action by Co is offset by the α phase stabilization action by Fe. As a result, the strength of the matrix increased, or the α phase stabilization action of Fe was large, and the matrix became hard martensite or bainite structure, or further finer carbides were precipitated in such matrix. We believe that the strengthening of the base, such as the emergence of organizations, has occurred.
Crは、強力な炭化物形成元素であり、主に共晶炭化物を形成するとともに、形成した炭化物の強度を向上させる効果を有する。共晶炭化物は、初晶であるM６C型炭化物の間隙に晶出することになるため、結果的にM６C型炭化物の間隙を強化するように作用する。また、Crは、黒鉛の出現を抑制する作用も有する。Ｗ−Co基合金は、Ｃの活量係数が高いため黒鉛が出現し易く、黒鉛が出現すると靭性が低下する。黒鉛の出現を抑制し圧延用ロールとして安定して使用するために、本発明では必要に応じてCrを含有することが好ましい。このような効果を得るためには、0.1％以上含有することが好ましい。一方、10％を超えて含有すると、Cr系共晶炭化物が多量に出現して靭性が低下する。このため、含有する場合には、Crは0.1〜10％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは1〜8％である。 Cr is a strong carbide-forming element and mainly forms eutectic carbides and has an effect of improving the strength of the formed carbides. Since eutectic carbides crystallize in the interstices of primary crystals of M 6 C-type carbides, they act as a result to strengthen the interstices of M 6 C-type carbides. Cr also has the effect of suppressing the appearance of graphite. In the W-Co based alloy, since the activity coefficient of C is high, graphite tends to appear, and when graphite appears, the toughness decreases. In the present invention, it is preferable to contain Cr as required in the present invention in order to suppress the appearance of graphite and stably use it as a roll for rolling. In order to acquire such an effect, it is preferable to contain 0.1% or more. On the other hand, if the content exceeds 10%, a large amount of Cr-based eutectic carbide appears and the toughness is lowered. For this reason, when it contains, it is preferable to limit Cr to 0.1 to 10% of range. More preferably, it is 1 to 8%.
Ｖは、Ｃと結合して硬質なVC（Mo、Nb、Cr、Ｗ等を含んだMC型炭化物）を形成する元素であり、形成されたMC型炭化物が初晶として晶出し、Ｗが濃化したM６C型炭化物の晶出核となり、M６C型炭化物の出現を促進させ、さらに微細なM６C型炭化物を高密度に分散させる作用を有する。このような効果を得るためには、0.1％以上含有させることが好ましい。一方、6％を超えて多量に含有すると、Ｗを多く含有していても、低比重のＶ系MC型炭化物が増加ししかも粗大化して、遠心鋳造時にロール外層材の内面側に遠心分離される。そのため、外面側で硬質のM６C型炭化物量が不足しロール外層材の使用時の耐摩耗性が低下する。また、内面側に遠心分離されたＶ系MC型炭化物が多量になるとロール内層や中間層との境界強度が低下する。このため、含有する場合には、Ｖは0.1〜6％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは1〜5％である。 V is an element which combines with C to form hard VC (MC type carbide containing Mo, Nb, Cr, W, etc.), and the formed MC type carbide crystallizes as primary crystals, and W is concentrated. It becomes crystal strapping of phased M 6 C type carbide, to promote the emergence of M 6 C type carbide, has the effect of densely dispersed finer M 6 C type carbide. In order to acquire such an effect, it is preferable to contain 0.1% or more. On the other hand, if it is contained in a large amount exceeding 6%, even if containing a large amount of W, V-type MC type carbide with low specific gravity increases and then coarsens, and is centrifugally separated on the inner surface side of the roll outer layer material during centrifugal casting. Ru. Therefore, the amount of hard M 6 C-type carbides is insufficient on the outer surface side, and the wear resistance during use of the roll outer layer material is reduced. In addition, when the amount of V-based MC type carbide centrifugally separated on the inner surface side is large, the boundary strength with the inner layer of the roll and the intermediate layer is reduced. For this reason, when it contains, it is preferable to limit V to 0.1 to 6% of range. More preferably, it is 1 to 5%.
Nbは、Ｃとの結合力が極めて高く、強力な炭化物形成元素であり、ＶやＷとの複合炭化物を形成しやすい。このようなNbとＶやＷとの複合炭化物は、初晶として晶出する、Ｗが濃化したM６C型炭化物の晶出核となり、M６C型炭化物の出現を促進させ、さらに微細なM６C型炭化物を高密度に分散させる作用を有する。このような効果を得るためには、0.1％以上の含有を必要とする。一方、3％を超える多量の含有は、低比重のNb系MC型炭化物を形成し粗大化して、遠心鋳造時に炭化物がロール外層材の内面側に遠心分離されやすくなるとともに、外層材内面側のMC型炭化物の量が増加する。しかも外層材内面側に遠心分離されるMC型炭化物は、その量が多くなると、ロール内層や中間層との境界強度が低下するなど、内面側の品質が低下する。このため、含有する場合には、Nbは0.1〜3％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.5〜2％である。 Nb has a very high bond strength with C, is a strong carbide-forming element, and easily forms a composite carbide with V and W. Such composite carbides of Nb and V or W become crystallization nuclei of W enriched M 6 C-type carbides crystallized as primary crystals, promote the appearance of M 6 C-type carbides, and further refine them. Has the effect of dispersing the M 6 C-type carbides at a high density. In order to obtain such an effect, the content needs to be 0.1% or more. On the other hand, a large content exceeding 3% forms a low specific gravity Nb-based MC type carbide and coarsens, and the carbide is easily centrifugally separated on the inner surface side of the roll outer layer material at the time of centrifugal casting. The amount of MC type carbides increases. In addition, when the amount of MC-type carbides centrifugally separated to the inner surface side of the outer layer material increases, the boundary strength with the inner layer of the roll and the intermediate layer decreases, and the quality on the inner surface side is degraded. For this reason, when it contains, it is preferable to limit Nb to 0.1 to 3% of range. More preferably, it is 0.5 to 2%.
Ni:0.05〜3％
Niは、焼入れ性を向上させる作用がある元素であり、例えば、大型ロールにおける焼入れ性不足を解消するためなど、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには、0.05％以上含有することが好ましい。なお、不純物レベルである0.05％未満ではその効果が認められない。一方、3％を超える含有は、γ相が安定化し、所望の焼入れ性を確保できなくなる。このため、含有する場合には、Niは0.05〜3％の範囲に限定することが好ましい。
Ni: 0.05 to 3%
Ni is an element having the effect of improving the hardenability, and can be contained as necessary, for example, in order to eliminate the insufficient hardenability in a large roll. In order to acquire such an effect, it is preferable to contain 0.05% or more. If the impurity level is less than 0.05%, the effect is not recognized. On the other hand, when the content is more than 3%, the γ phase is stabilized, and it is not possible to secure the desired hardenability. For this reason, when it contains, it is preferable to limit Ni to 0.05 to 3% of range.
上記した成分以外の残部は、不可避的不純物からなる。不可避的不純物としては、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｂが例示できる。なお、Ｐは、粒界に偏析し、材料を脆化させる等の悪影響を及ぼすため、不純物としてできるだけ低減することが望ましいが、0.05％以下であれば許容できる。また、Ｓも、Ｐと同様に、粒界に偏析し、材料を脆化させる等の影響を及ぼすため、不純物としてできるだけ低減することが望ましいが、0.05％以下であれば、一部はMnと化合して硫化物系介在物として存在し無害化されるため、許容できる。また、Ｎは、通常の溶解であれば、不純物として0.01〜0.1％程度混入する。しかし、この程度の含有であれば本発明の効果に影響することはない。但し、Ｎは、複合ロールの外層と中間層あるいは内層との境界にガス欠陥を生成することがあるので0.07％未満に限定することが好ましい。なお、Ｂは、溶解原料のスクラップや鋳造用フラックスから混入して不可避的不純物元素として含有される場合がある。Ｂは、炭化物や基地に固溶して炭化物の性質を変化させたり、基地に固溶して基地の焼入れ性に影響を及ぼし、品質バラツキを醸成することがある。このため、Ｂは極力低減した方が好ましいが、0.1％以下であれば、本発明の効果に悪影響を及ぼすことはない。ここで、上記した不可避的不純物元素は、合計で1％未満に調整することが好ましい。 The balance other than the above-mentioned components consists of unavoidable impurities. As unavoidable impurities, P, S, N, and B can be illustrated. Note that P is desirably reduced as an impurity as much as possible because P is segregated in grain boundaries and has an adverse effect such as embrittlement of the material, but 0.05% or less is acceptable. Further, S also segregates at grain boundaries and causes embrittlement of the material as in P, so it is desirable to reduce it as an impurity as much as possible. They are acceptable because they are combined and present as sulfide type inclusions and detoxified. In addition, N is mixed as about 0.01 to 0.1% as an impurity in the case of normal dissolution. However, the content of this level does not affect the effect of the present invention. However, N is preferably limited to less than 0.07% because it may generate gas defects at the boundary between the outer layer and the intermediate layer or the inner layer of the composite roll. In addition, B may be mixed from the scrap of melt | dissolution raw material and the flux for casting, and may be contained as an unavoidable impurity element. B dissolves in carbide or matrix to change the property of carbide, or dissolves in matrix to affect the hardenability of matrix, and may cause quality variation. Therefore, it is preferable to reduce B as much as possible, but if it is 0.1% or less, the effect of the present invention is not adversely affected. Here, the above-mentioned unavoidable impurity elements are preferably adjusted to less than 1% in total.
さらに、本発明では、圧延使用時の最大径に相当する位置の外層材表面の炭化物面積率が45％以上90％以下であることを要する。炭化物面積率が45％よりも少ないと、基地が多いため耐摩耗性向上の効果を享受し難く、炭化物面積率が90％よりも多くなると、結合剤となる基地の量が少ないため割れやすく、圧延用ロールを製造することが非常に困難になる。したがって、前記炭化物面積率を45％以上90％以下に限定した。前記炭化物面積率はロール外層材の組成を上記した範囲に調整することと、遠心鋳造時の溶湯温度または遠心力により制御すればよい。遠心鋳造時の溶湯温度が高いほど、遠心鋳造機の鋳型内での凝固の進行が緩やかになり、Ｗが濃化した硬質なM６C型炭化物が遠心力で外表面側に移動できる時間的な余裕が生じるため、外表面側の炭化物の密度が高くなる傾向にある。また、遠心力が大きいほどＷが濃化した硬質なM６C型炭化物の遠心分離が促進されるため、外表面側の炭化物の密度が高くなる傾向にある。 Furthermore, in the present invention, the carbide area ratio of the surface of the outer layer material at a position corresponding to the maximum diameter in rolling use needs to be 45% or more and 90% or less. If the carbide area ratio is less than 45%, it is difficult to enjoy the effect of improving the wear resistance because there are many bases, and if the carbide area ratio is more than 90%, it is easily broken because the amount of the base to be a binder is small. It becomes very difficult to manufacture rolling rolls. Therefore, the carbide area ratio is limited to 45% or more and 90% or less. The carbide area ratio may be controlled by adjusting the composition of the roll outer layer material to the above-described range and by the temperature of the molten metal or centrifugal force at the time of centrifugal casting. The higher the temperature of the molten metal at the time of centrifugal casting, the slower the progress of solidification in the mold of the centrifugal caster, and the temporally the hard M 6 C type carbide enriched with W can be moved to the outer surface side by centrifugal force. As a result, the density of carbides on the outer surface side tends to be high. In addition, since the centrifugal separation of hard M 6 C-type carbides in which W is enriched is promoted as the centrifugal force is larger, the density of carbides on the outer surface side tends to be higher.
また、本発明では、FeとCoを上記した範囲で含有し、かつFeとCoの含有量が次[１]式を満足することが好ましい。
0.6≦％Fe／％Co≦1.5 [１]
ここで、％Fe、％Coは各元素の含有量（質量％）である。
％Fe／％Coが0.6〜1.5の範囲では、熱処理中に基地がマルテンサイトまたはベイナイト等の硬質な組織に変態し、基地の硬度が著しく増加するため、耐摩耗性が向上する。一方、％Fe／％Coが上記した範囲を外れると、熱処理中に基地が変態せず、γ相のままであるため軟質であり、耐摩耗性が劣るだけでなく、圧延使用中にへこみ疵が発生する可能性がある。
Further, in the present invention, it is preferable that Fe and Co be contained in the above-mentioned range, and the contents of Fe and Co satisfy the following [1] formula.
0.6 ≦% Fe /% Co ≦ 1.5 [1]
Here,% Fe and% Co are contents (mass%) of each element.
When the% Fe /% Co is in the range of 0.6 to 1.5, the base is transformed to a hard structure such as martensite or bainite during heat treatment, and the hardness of the base is significantly increased, so that the wear resistance is improved. On the other hand, if the% Fe /% Co is out of the above range, the base does not transform during heat treatment and remains in the γ phase, so it is soft and not only inferior in wear resistance but also dented during rolling use Can occur.
次に、本発明圧延用ロール外層材の好ましい製造方法について説明する。
本発明では、生産性、ならびに製造コストの観点から、圧延用ロール外層材は、鋳造鋳型を回転させる形式の遠心鋳造法を用いて製造する。これにより、安価に、耐摩耗性に優れた圧延用ロール外層材を製造することができる。
Next, the preferable manufacturing method of the roll outer-layer material for this invention rolling is demonstrated.
In the present invention, from the viewpoint of productivity and manufacturing cost, the rolling roll outer layer material is manufactured using a centrifugal casting method of a type in which a casting mold is rotated. Thereby, the roll outer layer material for rolling excellent in abrasion resistance can be manufactured at low cost.
まず、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、遠心鋳造して、圧延用ロール外層材とする。なお、通常は、鋳型の保護のため、その内面には、ジルコン等を主材とした耐火物が被覆されることが一般的である。なお、本発明では、圧延使用時の最大径に相当する位置における遠心力が120〜250Ｇとなるように回転数を調整して遠心鋳造することが好ましい。高い遠心力を付与することにより、外表面側で比重の大きい硬質炭化物の分散密度を高くできる。 First, a molten metal having the above-described roll outer layer material composition is poured into a rotating mold so as to have a predetermined thickness, and centrifugal casting is performed to form a roll outer layer material for rolling. Generally, for protection of the mold, the inner surface thereof is generally coated with a refractory material mainly made of zircon or the like. In the present invention, it is preferable that the number of rotations is adjusted and centrifugal casting is performed so that the centrifugal force at a position corresponding to the maximum diameter in use of rolling is 120 to 250 G. By applying a high centrifugal force, it is possible to increase the dispersion density of hard carbides having a large specific gravity on the outer surface side.
本発明では、得られた圧延用ロール外層材は、単体のスリーブとして、そこに軸材を嵌合して、圧延用ロールとしてもよい。また、得られた圧延用ロール外層材は、その内側に溶着一体化した中間層を設け、中間層を有するスリーブとして、そこに軸材を嵌合して、圧延用ロールとしてもよい。なお、中間層は、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、遠心鋳造することにより形成することが好ましい。中間層材として、黒鉛鋼、1〜2質量％Ｃの高炭素鋼、亜共晶鋳鉄等が例示できる。なお、これら圧延用ロールの軸材はとくに限定されないが、別途製造された鍛鋼品（軸）、鋳鋼品（軸）、鋳鉄品（軸）とすることが好ましい。 In the present invention, the obtained rolling roll outer layer material may be used as a rolling roll by fitting a shaft member thereto as a single sleeve. Further, the obtained rolling roll outer layer material may be provided with an intermediate layer welded and integrated on the inside thereof, and a sleeve having an intermediate layer may be fitted with a shaft member to be a rolling roll. The intermediate layer is preferably formed by pouring a molten metal having the composition of the intermediate layer and centrifugally casting it while the mold is rotated while the outer layer material of the roll is solidified or completely solidified. Examples of the intermediate layer material include graphite steel, high carbon steel of 1 to 2% by mass C, hypoeutectic cast iron and the like. In addition, although the shaft material of these rolls for rolling is not specifically limited, It is preferable to set it as the forged steel products (shaft | axis), cast steel products (shaft | axis), and cast iron products (shaft | axis) manufactured separately.
さらに本発明では、上記した圧延用ロール外層材を外層とし、該外層と溶着一体化した内層とからなる複合ロールとするか、あるいは上記した圧延用ロール外層材を外層とし、該外層と溶着一体化した中間層、該中間層と溶着一体化した内層とからなる複合ロールとしてもよい。 Furthermore, in the present invention, the rolling roll outer layer material described above is used as an outer layer, and a composite roll comprising the inner layer welded and integrated with the outer layer is used, or the rolling roll outer layer material described above is used as an outer layer. It is good also as a composite roll which consists of an intermediate layer, and an inner layer welded and integrated with the intermediate layer.
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。なお、中間層材としては、黒鉛鋼、1〜2質量％Ｃの高炭素鋼、亜共晶鋳鉄等を用いることが好ましい。中間層と外層とは一体溶着されており、外層成分が中間層へ10〜90％程度の範囲で混入する。内層への外層成分の混入量を抑える観点から、外層成分の中間層への混入量はできるだけ低減しておくことが望ましい。 In the case of forming the intermediate layer, it is preferable to pour the molten metal having the composition of the intermediate layer and spin-cast it while rotating the mold while solidifying during or completely solidifying the roll outer layer material. In addition, as an intermediate | middle layer material, it is preferable to use graphite steel, high carbon steel of 1-2 mass% C, hypoeutectic cast iron etc. The middle layer and the outer layer are integrally welded, and the outer layer component is mixed into the middle layer in a range of about 10 to 90%. From the viewpoint of suppressing the mixing amount of the outer layer component into the inner layer, it is desirable to reduce the mixing amount of the outer layer component into the intermediate layer as much as possible.
また、一般的に、内層は、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形成される。ここで、静置鋳造される内層材としては、鋳造性と機械的性質に優れた球状黒鉛鋳鉄、いも虫状黒鉛鋳鉄（CV鋳鉄）などを用いることが好ましい。なお、中間層がなく、外層と内層が一体溶着されている複合ロールでは、外層材の成分が1〜10％程度、内層に混入することが多い。外層材に含まれるＷ、Cr、Ｖ等は強力な炭化物形成元素であり、これら元素が内層へ混入すると、内層を脆弱化する。このため、本発明では、外層成分の内層への混入率は5％未満に抑えることが好ましい。 Also, in general, the inner layer is formed by standing-casting the inner layer material after stopping rotation of the mold and setting up the mold after the outer layer or the intermediate layer is completely solidified. Here, it is preferable to use spheroidal graphite cast iron excellent in castability and mechanical properties, worm-like graphite cast iron (CV cast iron), or the like as the inner layer material to be subjected to static casting. In a composite roll in which there is no intermediate layer and the outer layer and the inner layer are integrally welded, the component of the outer layer material is often mixed in the inner layer by about 1 to 10%. W, Cr, V and the like contained in the outer layer material are strong carbide-forming elements, and when these elements are mixed into the inner layer, the inner layer is weakened. Therefore, in the present invention, the mixing ratio of the outer layer component to the inner layer is preferably suppressed to less than 5%.
上記した圧延用ロール外層材、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、1000〜1200℃に加熱し5〜40ｈ保持したのち、炉内で冷却したり、空冷あるいは衝風空冷する工程と、さらに400〜600℃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。なお、本発明圧延用ロール外層材、圧延用複合ロールの硬さは、用途に応じて、79〜100HSの範囲内で調整 することが好ましい。このような硬さを安定して確保できるように、鋳造後の熱処理を調整することが推奨される。 The rolling roll outer layer material and the rolling composite roll described above are preferably heat-treated after casting. The heat treatment is heating to 1000 to 1200 ° C. and holding for 5 to 40 hours, and then cooling in a furnace, air cooling or air-blowing air cooling, and heating to 400 to 600 ° C. and cooling thereafter one or more times. It is preferable to set it as the process to give. In addition, it is preferable to adjust the hardness of the roll outer-layer material for this invention rolling, and the composite roll for rolling within the range of 79-100 HS according to a use. It is recommended to adjust the heat treatment after casting so that such hardness can be secured stably.
表１に示す組成の溶湯を、高周波誘導炉で溶解し、遠心鋳造法により、試験材としてスリーブ状のロール外層材（外径：250mmφ、径方向肉厚：55mm）を鋳造した。なお、鋳込み温度は1450〜1550℃、遠心力は重力倍数で140〜220Ｇとした。一部試験材（溶湯No.Ｓ）では内面への著しい炭化物偏析が生じたため、この偏析を減少させる目的で60Ｇとした。また、試験材24および25は同一組成の溶湯（溶湯No.Ｘ）を用いているが、試験材24は遠心力140Ｇ、試験材25は遠心力220Ｇで鋳造している。 The molten metal having the composition shown in Table 1 was melted in a high frequency induction furnace, and a sleeve-like roll outer layer material (outer diameter: 250 mmφ, radial thickness: 55 mm) was cast as a test material by centrifugal casting. The casting temperature was 1450 to 1550 ° C., and the centrifugal force was 140 to 220 G in multiples of gravity. In some of the test materials (molten metal No. S), significant carbide segregation occurred on the inner surface, and thus 60 G was set in order to reduce this segregation. Moreover, although the test materials 24 and 25 use the molten metal (molten metal No. X) of the same composition, the test material 24 is casting by the centrifugal force 140G and the test material 25 by the centrifugal force 220G.
鋳造後、1050〜1200℃に再加熱し10ｈ保持した後、100℃以下まで冷却する焼入れ処理、および400〜560℃に加熱・保持し冷却する焼戻処理を、１回あるいは２回繰返して施した。これにより、試験材の外表面から肉厚方向に5mmの位置における硬さをおおよそ85〜100HSに調整した。なお、鉄鋼の熱間仕上圧延用ロールとして使用されている市販の遠心鋳造製外層材組成（ハイスロール系組成：2.2％Ｃ−0.4％Si−0.4％Mn−5.3％Cr−5.2％Mo−5.6％Ｖ−1.1％Nb）の溶湯（溶湯No.Ｖ）を溶解し、同様にスリーブ状のロール外層材を鋳造し、鋳造後熱処理を施して、試験材（硬さ85HS）とし、従来例（試験材No.22）とした。 After casting, it is reheated to 1050 to 1200 ° C and held for 10 hours, and then quenched and cooled to 100 ° C or less, and tempering treatment heated and maintained at 400 to 560 ° C and cooled is repeated once or twice. did. Thus, the hardness at a position of 5 mm in the thickness direction from the outer surface of the test material was adjusted to approximately 85 to 100 HS. In addition, a commercially available centrifugal cast outer layer material composition (high roll type composition: 2.2% C-0.4% Si-0.4% Mn-5.3% Cr-5.2% Mo-5.6) used as a roll for hot finish rolling of steel % V-1.1% Nb) molten metal (molten metal No. V) is similarly melted, and a sleeve-like roll outer layer material is cast in the same manner, and heat treatment is performed after casting to obtain a test material (hardness 85HS). It was set as test material No. 22).
上記熱処理を施した試験材から、組成分析用試験片、摩耗試験用試験片、ロール試験片を採取した。なお、試験材No.19は、非常に割れやすく試験材の採取が極めて困難であった。 Test pieces for composition analysis, test pieces for wear test, and roll test pieces were collected from the test material subjected to the heat treatment. Test material No. 19 was extremely fragile and it was extremely difficult to extract the test material.
なお、組成分析用試験片は、上記した熱処理後の試験材の外表面から径方向に5mm研削し、その研削後の外表面から径方向に5mm、外表面に平行な面で10mm×10mmの大きさの試験片を採取した。得られた試験片を用いて、各成分元素の分析を行った。分析方法は、化学分析とし、Ｃは燃焼法、Si、Ｗは重量法、Mn、Cr、Moは原子吸光法、Coは容量法、Feは容量法または原子吸光法とした。 The test pieces for composition analysis were ground 5 mm in the radial direction from the outer surface of the test material after the above heat treatment, 5 mm in the radial direction from the outer surface after the grinding, and 10 mm × 10 mm in a plane parallel to the outer surface. Test pieces of a size were collected. The analysis of each component element was performed using the obtained test piece. The analysis method was chemical analysis, C: combustion method, Si, W: gravimetric method, Mn, Cr, Mo: atomic absorption method, Co: volumetric method, Fe: volumetric method or atomic absorption method.
また、上記した熱処理後の試験片の外表面から径方向に5mm、外表面に平行な面で10mm×10mmの大きさの試験片を採取し、10mm×10mmの面を鏡面研磨後、王水(塩酸：硝酸＝3：1)で腐食し、光学顕微鏡で観察を行った。観察倍率は250倍であり、450000μm2の領域の観察を行い、炭化物面積率（＝全炭化物面積／450000×100）を測定した。 In addition, a test piece with a size of 5 mm in the radial direction from the outer surface of the test piece after heat treatment described above and a size of 10 mm × 10 mm in a plane parallel to the outer surface is collected, and the surface of 10 mm × 10 mm is mirror-polished. It corroded with (hydrochloric acid: nitric acid = 3: 1) and observed with an optical microscope. The observation magnification was 250 times, the region of 450000 μm 2 was observed, and the carbide area ratio (= total carbide area / 450,000 × 100) was measured.
得られた結果を表２に示す。
また、摩耗試験片（外径60mmφ×幅10mm）は、上記した熱処理後の試験材から、摩耗試験片の幅中央位置が、該試験材の外表面から径方向に10mmの位置となるように採取した。なお、摩耗試験は、図２に示すように、試験片（摩耗試験片）と相手材（材質：S45C、外径190mmφ×幅15mm）との２円盤すべり転動方式で行った。
The obtained results are shown in Table 2.
In addition, the wear test piece (outside diameter 60 mmφ × width 10 mm) is such that the width center position of the wear test piece is 10 mm in the radial direction from the outer surface of the test material from the test material after the above heat treatment. It was collected. In addition, as shown in FIG. 2, the wear test was performed by a two-disk sliding rolling method of a test piece (wear test piece) and a mating material (material: S45C, outer diameter 190 mmφ × width 15 mm).
摩耗試験は、試験片を水冷しながら、回転数：700rpm（周速：2.1m/s）で回転する試験片に、850℃に加熱した相手片を荷重980Nで圧接しながら、すべり率：14.2％で転動させた。試験片の転動回数が21000回ごとに相手材を更新し、累積回転数が168000回になるまで転動させた。試験終了後に、摩耗試験片の摩耗減量を調査した。得られた摩耗減量について、従来例（試験材No.22）の摩耗減量を基準（1.0）とし、基準に対する各試験材の摩耗減量の比（：耐摩耗比＝（従来例の摩耗減量）／（当該試験材の摩耗減量））を算出し、耐摩耗性を評価した。耐摩耗比が3以上である場合を「◎」、耐摩耗比が2以上3未満である場合を「○」、耐摩耗比が2未満である場合を「×」と評価した。 In the wear test, the test piece is water-cooled, and the sliding speed is 700 rpm (circumferential velocity: 2.1 m / s). Rolled in%. The mating material was renewed every 21,000 times of rolling of the test piece, and rolling was performed until the cumulative number of revolutions reached 168,000. At the end of the test, the abrasion loss of the wear test piece was investigated. Regarding the obtained abrasion loss, the ratio of abrasion loss of each test material to that of the conventional example (test material No. 22) was taken as the standard (1.0) (: abrasion resistance ratio = (wear loss of conventional example)) / (Abrasion loss of the test material) was calculated to evaluate the abrasion resistance. The case where the wear resistance ratio was 3 or more was evaluated as “◎”, the case where the wear resistance ratio was 2 or more and less than 3 was evaluated as “○”, and the case where the wear resistance ratio was less than 2 was evaluated as “x”.
また、上記した熱処理後の試験材No.1およびNo.22を素材とし、外表面から径方向に10mm研削して研削後の表面を外表面とするそれぞれのロール試験片（外径230mmφ×幅40mm）を採取し、図３に示すように、炭素鋼鍛鋼製の軸材に焼嵌めして圧延試験用複合ロールとした後、該複合ロールを、4Hiの薄板冷間圧延機（バックアップロール：外径500mmφ×胴長40mm）に設置し、引張強度590MPaの鋼板（板幅20mm、板厚1.5mm×長さ20m）を被圧延材として板厚減少率20%の冷間圧延を施した。この時のそれぞれの複合ロールの摩耗減量を測定し、耐摩耗比を算出して耐摩耗性を評価した。 In addition, each of the roll test pieces (outer diameter 230 mm diameter x width) using the test materials No. 1 and No. 22 after heat treatment described above as the raw material and grinding 10 mm in the radial direction from the outer surface and using the surface after grinding as the outer surface After taking 40 mm) and shrink-fitting it to a carbon steel forged steel shaft to make a composite roll for rolling test as shown in FIG. 3, the composite roll is made into a 4 Hi thin plate cold rolling machine (backup roll: The steel plate was installed at an outer diameter of 500 mmφ × 40 mm in length, and subjected to cold rolling with a thickness reduction rate of 20%, using a steel plate with a tensile strength of 590 MPa (20 mm wide, 1.5 mm thick × 20 m long) as a material to be rolled. The abrasion loss of each composite roll at this time was measured, the abrasion resistance ratio was calculated, and the abrasion resistance was evaluated.
得られた結果を表３および表４に示す。 The obtained results are shown in Tables 3 and 4.
本発明例はいずれも、耐摩耗比が2.1以上と従来例（ハイスロール）に比べ格段に耐摩耗性が向上している。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、試験途中で割れが発生したり、耐摩耗比が2未満と従来例に比べて耐摩耗性の改善が少ない。 In each of the examples of the present invention, the wear resistance ratio is 2.1 or more, and the wear resistance is remarkably improved as compared with the conventional example (high speed roll). On the other hand, in the comparative example out of the range of the present invention, a crack occurs during the test, and the wear resistance ratio is less than 2, which means that the improvement of the wear resistance is small compared to the conventional example.
なお、本発明例（No.13、No.5）について組織を観察し図１に示す。熱処理後の試験材外表面から径方向に5mmの位置が観察面となるように組織観察用試験片を採取し、走査型電子顕微鏡（倍率：250倍）で観察し、反射電子像を得た。白色領域が初晶炭化物（Ｗが濃化したM６C型炭化物）であることを確認している。本発明例では、試験材（スリーブ状ロール外層材）外表面側に初晶炭化物が高密度に分散していることがわかる。 The tissue was observed for the inventive example (No. 13 and No. 5) and is shown in FIG. The specimen for tissue observation was collected so that the position of 5 mm in the radial direction from the outer surface of the test material after heat treatment became the observation surface, and was observed with a scanning electron microscope (magnification: 250 times) to obtain a backscattered electron image. . It has been confirmed that the white region is primary carbide (W enriched M 6 C-type carbide). In the example of the present invention, it can be seen that primary carbides are dispersed at high density on the outer surface side of the test material (sleeve-like roll outer layer material).
なお、参考として、試験材No.11（本発明例）について、熱処理後の試験材（スリーブ状ロール外層材）外表面から径方向に18mmの位置（18mm位置）および38mmの位置（38mm位置）で、該位置から径方向に5mm、外表面に平行な面で10mm×10mmの大きさの組成分析用試験片を採取した。そして、化学分析により各位置での組成を分析した。得られた結果を表２に併記した。 As a reference, for test material No. 11 (example of the present invention), positions 18 mm (18 mm) and 38 mm (38 mm) in the radial direction from the outer surface of the test material (sleeve-like roll outer layer material) after heat treatment Then, a test piece for composition analysis having a size of 5 mm in the radial direction from the position and 10 mm × 10 mm in a plane parallel to the outer surface was collected. Then, the composition at each position was analyzed by chemical analysis. The obtained results are shown in Table 2.
また、試験材No.11（本発明例）について、摩耗試験片の試験面が、熱処理後の試験材外表面から径方向に18mmの位置（18mm位置）および38〜48mmの範囲の位置（38mm位置）となるように、摩耗試験片を採取し、上記した条件と同様に、摩耗試験を実施し、摩耗減量を測定した。得られた結果を表３に併記した。 Moreover, about test material No. 11 (invention example), the test surface of a wear test piece is a position (38 mm) of the position (18 mm position) and the range of 38-48 mm in the radial direction from the outer surface of the test material after heat processing. The abrasion test pieces were collected so as to be in the position, and the abrasion test was carried out to measure the abrasion loss in the same manner as described above. The obtained results are shown in Table 3.
表２から、試験材（スリーブ状ロール外層材）外表面には、主にＷが濃化しており、外表面から径方向に18mm離れた位置（18mm位置）、外表面から径方向に38mm離れた位置（38mm位置）では、Ｗの比率が減少し、Co、Fe等の比率が増加し、明らかに傾斜組成となっていることがわかる。そのため、表３からわかるように、外表面から径方向に18mmの位置（18mm位置）および38mm離れた位置（38mm位置）では、外表面から径方向に10mmまでの領域に比べて耐摩耗性が低下している。 From Table 2, W is mainly concentrated on the outer surface of the test material (sleeve-like roll outer layer material), and a position 18 mm away from the outer surface in the radial direction (18 mm), 38 mm away from the outer surface in the radial direction In the position (38 mm), the ratio of W decreases, and the ratio of Co, Fe, etc. increases, and it can be clearly seen that the composition has a gradient composition. Therefore, as can be seen from Table 3, wear resistance is better at a position 18 mm in the radial direction from the outer surface (18 mm position) and a position 38 mm away from the outer surface (38 mm position) than in the region up to 10 mm in the radial direction from the outer surface. It has fallen.
また、試験材No.24およびNo.25より、同一組成の溶湯を用いた場合でも、遠心力等の製造条件を最適化し、外表面の炭化物面積率を増加させることで、耐摩耗性を向上させることが可能であることがわかる。試験材No.24は遠心力140Ｇであり、外表面の炭化物面積率は48％、試験材No.25は遠心力220Ｇであり、外表面の炭化物面積率は73％であった。試験材No.24およびNo.25の耐摩耗比は、それぞれ2.4および3.3であり、製造条件を最適化することで、同一成分の溶湯を用いても、耐摩耗性を向上させることが可能となる。 In addition, even when using a molten metal of the same composition from test materials No. 24 and No. 25, the wear resistance is improved by optimizing manufacturing conditions such as centrifugal force and increasing the carbide area ratio on the outer surface. It can be seen that it is possible to Test material No. 24 had a centrifugal force of 140 G, the carbide area ratio of the outer surface was 48%, and test material No. 25 had a centrifugal force of 220 G, and the carbide area ratio of the outer surface was 73%. The wear resistance ratio of test materials No. 24 and No. 25 is 2.4 and 3.3, respectively, and by optimizing the manufacturing conditions, it is possible to improve the wear resistance even when using a molten metal of the same component. Become.
また、試験材No.16（溶湯No.Ｐ）、試験材No.26（溶湯No.Ｙ）、試験材No.27（溶湯No.Ｚ）、試験材No.28（溶湯No.ＡＡ）は、溶湯のFe、Co以外の元素の含有量を同等としてFe量とCo量を変化させることで、外表面の％Fe／％Coを変化させた試験材である。試験材No.16およびNo.28は、外表面の％Fe／％Coがそれぞれ1.4および0.7であり、前記[１]式を満足している。試験材No.26およびNo.27は、外表面の％Fe／％Coがそれぞれ0.5および1.7であり、前記[１]式を満足していない。表３より、％Fe／％Coが前記[１]式を満足する試験材No.16およびNo.28は、[１]式を満足しない試験材No.26およびNo.27に比べて耐摩耗性が著しく優れており、％Fe／％Coを前記[１]式の範囲とすることで、耐摩耗性により優れた圧延用ロール外層材を得られることがわかる。 Moreover, test material No. 16 (molten metal No. P), test material No. 26 (molten metal No. Y), test material No. 27 (molten metal No. Z), test material No. 28 (molten metal No. AA) It is the test material which changed% Fe /% Co of the outer surface by changing the amount of Fe and the amount of Co by making content of elements other than Fe and Co of a molten metal equal. Test materials No. 16 and No. 28 had an outer surface% Fe /% Co of 1.4 and 0.7, respectively, which satisfied the above-mentioned [1]. Test materials No. 26 and No. 27 had% Fe /% Co of 0.5 and 1.7, respectively, on the outer surface, and did not satisfy Formula [1]. From Table 3, test materials No. 16 and No. 28 in which% Fe /% Co satisfies the above equation [1] have higher wear resistance than test materials No. 26 and No. 27 in which the equation [1] is not satisfied. It is understood that the property is extremely excellent, and by setting% Fe /% Co in the range of the above-mentioned [1], it is possible to obtain a rolling roll outer layer material which is more excellent in wear resistance.
表４は、試験材No.1およびNo.22を用いて圧延試験用複合ロールを作製し、耐摩耗性を評価した結果である。圧延用複合ロールを用いた圧延試験においても、耐摩耗性が従来ロールに比べて向上していることを確認した。 Table 4 is the result of producing the composite roll for a rolling test using test material No. 1 and No. 22, and evaluating abrasion resistance. Also in the rolling test using the composite roll for rolling, it was confirmed that the wear resistance was improved as compared with the conventional roll.
Claims (14)
記
0.6≦％Fe／％Co≦1.5 [１]
ここで、％Fe、％CoはそれぞれFeおよびCoの含有量（質量％）である。 The roll outer layer material for rolling according to claim 2, characterized in that it has the composition, and the contents of Fe and Co satisfy the following [1] formula.
Record
0.6 ≦% Fe /% Co ≦ 1.5 [1]
Here,% Fe and% Co are contents (mass%) of Fe and Co, respectively.
前記外層が、Ｗ−Co基合金製で、Ｗ含有量がロール外周側から内周側に向けて径方向に低下する傾斜組成で、圧延使用時の最大径に相当する位置の外層材表面が、質量％で、Ｗ：25〜70％、Co：5〜45％、Ｃ：0.6〜3.5％、Si：0.05〜3％、Mn：0.05〜3％、Mo：1〜15％を含み、残部が不可避的不純物からなる組成を有し、かつ前記外層材表面の炭化物面積率が45％以上90％以下であることを特徴とする圧延用複合ロール。 A composite roll for rolling comprising an outer layer and an inner layer welded and integrated with the outer layer,
The outer layer is made of W-Co base alloy and has a gradient composition in which the W content decreases in the radial direction from the roll outer peripheral side to the inner peripheral side, and the outer layer material surface at a position corresponding to the maximum diameter in rolling use %, W: 25 to 70%, Co: 5 to 45%, C: 0.6 to 3.5%, Si: 0.05 to 3%, Mn: 0.05 to 3%, Mo: 1 to 15%, the balance The composite roll for rolling according to claim 1, wherein the surface area of the outer layer material has a carbide area ratio of 45% to 90%.
記
0.6≦％Fe／％Co≦1.5 [１]
ここで、％Fe、％CoはそれぞれFeおよびCoの含有量（質量％）である。 The composite roll for rolling according to claim 7, which has the composition, and the contents of Fe and Co satisfy the following [1] formula.
Record
0.6 ≦% Fe /% Co ≦ 1.5 [1]
Here,% Fe and% Co are contents (mass%) of Fe and Co, respectively.
前記外層が、Ｗ−Co基合金製で、Ｗ含有量がロール外周側から内周側に向けて径方向に低下する傾斜組成で、圧延使用時の最大径に相当する位置の外層材表面が、質量％で、Ｗ：25〜70％、Co：5〜45％、Ｃ：0.6〜3.5％、Si：0.05〜3％、Mn：0.05〜3％、Mo：1〜15％を含み、残部が不可避的不純物からなる組成を有し、かつ前記外層材表面の炭化物面積率が45％以上90％以下であることを特徴とする圧延用複合ロール。 A composite roll for rolling comprising an outer layer, an intermediate layer welded and integrated with the outer layer, and an inner layer welded and integrated with the intermediate layer,
The outer layer is made of W-Co base alloy and has a gradient composition in which the W content decreases in the radial direction from the roll outer peripheral side to the inner peripheral side, and the outer layer material surface at a position corresponding to the maximum diameter in rolling use %, W: 25 to 70%, Co: 5 to 45%, C: 0.6 to 3.5%, Si: 0.05 to 3%, Mn: 0.05 to 3%, Mo: 1 to 15%, the balance The composite roll for rolling according to claim 1, wherein the surface area of the outer layer material has a carbide area ratio of 45% to 90%.
記
0.6≦％Fe／％Co≦1.5 [１]
ここで、％Fe、％CoはそれぞれFeおよびCoの含有量（質量％）である。 The composite roll for rolling according to claim 11, characterized in that it has the composition, and the contents of Fe and Co satisfy the following [1] formula.
Record
0.6 ≦% Fe /% Co ≦ 1.5 [1]
Here,% Fe and% Co are contents (mass%) of Fe and Co, respectively.
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