JP7396256B2 - 圧延用ロール外層材及び圧延用複合ロール - Google Patents
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Description
(1)比重が大きなWを多量に含有する合金に、0.5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)さらに、Fe、Co、Mn、Ni、Cuのうちから選ばれた3種以上を、原子%比で0.80~1.20の範囲で含有することで、基地組織の靱性が向上すること、
(3)このような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。
(1)質量%で、W:25.0~65.0%、Si:0.05~3.00%、C:0.5~3.5%を含み、且つFe、Co、Mn、Ni、Cuのうちから選ばれた3種以上を含有し、
選ばれた元素のうち3種以上の元素夫々の含有量が、原子%比で0.80~1.20の範囲である組成を有す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、Cr:0.5~5.0%、Mo:0.5~5.0%、V:0.5~5.0%、Nb:0.5~5.0%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)外層と内層とを有する圧延用複合ロールであって、
前記外層が、質量%で、W:25.0~65.0%、Si:0.05~3.00%、C:0.5~3.5%を含み、且つFe、Co、Mn、Ni、Cuのうちから選ばれた3種以上を含有し、
選ばれた元素のうち3種以上の元素夫々の含有量が、原子%比で0.80~1.20の範囲である組成を有することを特徴とする圧延用複合ロール。
(4)(3)において、前記外層が、前記組成に加えてさらに、
質量%で、Cr:0.5~5.0%、Mo:0.5~5.0%、V:0.5~5.0%、Nb:0.5~5.0%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。
本発明では、Wを25.0%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。また、比重が大きいW系炭化物が生成することから、M6C型炭化物がロール外面側領域に少なくなることを抑制できるため、外面側領域の除去作業は不要となる。
一方、65.0%を超えるWの含有は、M6C型炭化物が粗大化して脆くなり、圧延時にロールに割れが発生し易くなる。また、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25.0~65.0%とする。なお、好ましくは、Wは26.0%以上であり、より好ましくは28.0%以上である。また、好ましくは、Wは64.0%以下であり、より好ましくは63.0%以下である。
Siは、脱酸剤として作用するとともに、基地の強化作用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Siの含有を必要とする。一方、3.00%を超えてSiを含有しても、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0.05~3.00%とする。なお、好ましくは、Siは0.10%以上である。また、好ましくは、Siは2.50%以下である。
Cは、W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0.5%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。Cが0.5%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炭化物が多量に生成し、且つ、粗大化するため、圧延時にロールが割れ、破壊を生じやすくなる。このようなことから、Cは0.5~3.5%とする。なお、好ましくは、Cは0.6%以上である。また、好ましくは、Cは3.2%以下である。
また、原子%比で、選択元素の含有量が0.80未満、又は選択元素の含有量が1.20超えであると、基地中に靱性の低い相が生成することで、鋳造時や圧延時にロールに割れが発生し易くなる。よって、本発明では、Fe、Co、Mn、Ni、Cuのうちから選ばれた3種以上を含有し、選ばれた元素のうち3種以上の元素夫々の含有量を、原子%比で0.80~1.20の範囲とする。
好ましくは、この含有量は、原子%比で0.82以上であり、より好ましくは0.85以上である。また、好ましくは、この含有量は原子%比で1.18以下であり、より好ましくは1.16以下である。
なお、Xi:各元素の含有量(質量%)、Mi:各元素の原子量とするとき、原子%比は、Xi/Miの比として表すことができる。
MFe/55.85×100×1.1=MMn/54.94×100 ⇒ MMn=54.94/55.85×1.1×MFe (2)
MFe/55.85×100×0.9=MNi/58.69×100 ⇒ MNi=58.69/55.85×0.9×MFe (3)
(1)~(3)の連立方程式を解くことにより、MFe=152kg、MMn=164kg、MNi=144kgと計算することができる(質量%で、Fe:15.2%、Mn:16.4%、Ni:14.4%)。
選択元素の種類や数量に応じて同様の計算を行うことにより、本発明に係る圧延用ロール外層材の組成を計算することができる。上記の計算は溶解する原料の含有量を計算しているが、最終製品である圧延用ロール外層材も同じ成分組成になる。
不可避的不純物としては、P、S、N、O、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。Oは溶解原料から酸化物として混入するだけでなく、溶解中に溶湯が空気と触れることで混入する。Nと同様に、Oもガス欠陥を生成することがあるため、0.07%未満と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るか、あるいは、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である元素は、合計で1%未満に調整することが好ましい。
以下、実施例に基づいてさらに本発明を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。
なお、鉄鋼の熱間仕上げ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:2.0%C-1.0%Si-0.5%Mn-5.0%Cr-5.0%Mo-5.0%V-1.0%Nb-1.5%W(%は質量%である)、No.37)でも、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とし、従来例とした。
試験終了後に、摩耗試験片の摩耗減量(=試験開始前の摩耗試験片質量-試験終了後の摩耗試験片質量)を調査した。得られた摩耗減量について、370mg以下である場合を「◎」、370mgを超え560mg以下である場合を「○」、560mgを超える場合を「×」と評価した。また、試験終了後の摩耗試験片の目視による外観観察によって、割れが確認された場合を「×」、割れが確認されなかった場合を「○」とした。
[実施例2]
表2の試験材No.1~21の成分組成を有する外層を遠心鋳造してスリーブ状のロール外層材を作製した後、外層材内面側に中間層組成の溶湯を遠心鋳造して溶着一体化させ、中間層が完全に凝固した後、内層組成の溶湯を静置鋳造して圧延用複合ロール(外径820mm、胴部の長さ(ロール軸方向長さ)2100mm、ロール軸を含めた全長5900mm)を製造した。鋳込み後に外観観察を行ったところ、割れは確認されなかった。
Claims (4)
- 質量%で、W:25.0~65.0%、Si:0.05~3.00%、C:0.5~3.5%を含み、且つFe、Co、Mn、Ni、Cuのうちから選ばれた3種以上を含有し、
選ばれた元素のうち3種以上の元素夫々の含有量が、原子%比で0.85~1.20の範囲である組成を有することを特徴とする圧延用ロール外層材。 - 前記組成に加えてさらに、
質量%で、Cr:0.5~5.0%、Mo:0.5~5.0%、V:0.5~5.0%、Nb:0.5~5.0%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請求項1に記載の圧延用ロール外層材。 - 外層と内層とを有する圧延用複合ロールであって、
前記外層が、質量%で、W:25.0~65.0%、Si:0.05~3.00%、C:0.5~3.5%を含み、且つFe、Co、Mn、Ni、Cuのうちから選ばれた3種以上を含有し、
選ばれた元素のうち3種以上の元素夫々の含有量が、原子%比で0.85~1.20の範囲である組成を有することを特徴とする圧延用複合ロール。 - 前記外層が、前記組成に加えてさらに、
質量%で、Cr:0.5~5.0%、Mo:0.5~5.0%、V:0.5~5.0%、Nb:0.5~5.0%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請求項3に記載の圧延用複合ロール。
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