JPH01201443A

JPH01201443A - 冷間成形ロール用合金鋼およびロール

Info

Publication number: JPH01201443A
Application number: JP2715788A
Authority: JP
Inventors: Atsusuke Nakao; 中尾　敦輔; Ken Nakamura; 憲中村
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1989-08-14
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JP2655860B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、高温焼もどし処理を施すことにより、ロック
ウェル硬さ）ｌＲｃ６３以上の高い硬さと、優れた靭性
が得られる耐摩耗性の優れた冷間成形ロール用合金鋼、
およびそれを用いた冷間成形ロールに関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、軟鋼やステンレス鋼板を冷間成形するロール材質
には、主にＪＩＳ−３ＫＤＩＩやその改良鋼が用いられ
ている。改良鋼も多数提案されており、例えば、■特公
昭４８−４６９５号、■特開昭５２−３７５１１号、■
特開昭５２−１０５５５７号、■特開昭５３〜１０８０
２１号、■特開昭５５〜２７５６号および■特開昭５９
−１４５７６３号などをあげることができる。

［発明が解決しようとする課題〕しかし、最近の被加工材は、高張力鋼など強度の高い材
料を対象にする場合が多く、特にリムを成形するリムロ
ール、管や棒をサイジングするサイジングロールなどで
は、より過酷な成形となるため、摩耗や焼付き現象が発
生しやすい。

ロールの表層部の昇温によっても軟化せず、かつ高い靭
性を有するようにするため、１０３０〜１０５０℃から
焼入後、５００〜５５０℃のいわゆる高温焼もどしを適
用する方法も採用されているが、このような高温焼もど
しで安定して、ＨＲＣ硬さ６３以上が得られ、かつ靭性
の高い鋼が望まれていた。ＨＲＣ６３以上が必要である
のは、主に耐摩耗性を向上させ、高温焼もどしとの相乗
効果で、ロール使用時の焼き付きを防止すること、およ
び圧縮耐力を向上させるためである。

高温焼もどしによる二次硬化硬さを向上させる手段は、
前述の公知例のように、Ｎを添加するもの（特公昭４８
−４６９５号）、Ｎｉを添加するもの（特開昭５２−３
７５１１号）、Ｓｉを高めるもの（特開昭５３〜１０８
０２１号）がある。しかしこれらの鋼は、Ｃ含有量がせ
いぜい１．６％までで、従来の５ＫＤ１１と同程度のも
のであり、焼入温度まで高めて、焼もどし硬さを一段と
向上させるものではない。特開昭５９−１４５７６３号
はＭｏを多量に添加して焼もどし硬さの向上を狙ったも
のであるが、Ｍｏ添加量が多いと焼入加熱時の未固溶の
炭化物が多くなり、靭性が劣化し、ロール成形時の割れ
や欠けの事故につながるという危険性がある。またＭｏ
は高価な元素であるから、他の元素で代替できるなら、
ＭＯは必要最少限が望ましいのである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、従来のロール用の合金鋼よりもＣ１Ｓｉ、Ｍ
ｎを相対的に高めとし、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｏは最適量に調整
したものである。これにより高温焼もどし処理を施して
、）ＩＲＣ６３以上の高い硬さが安定して得られ、従来
の硬さを増すと靭性が劣化を招くという問題を解消した
冷間成形ロール用合金鋼およびそれを用いて、さらに表
面処理を施した冷間成形ロールを提供するものである。

本発明は、重量％でＣ１，６％を越え２．２％、Ｓｉ０
．５〜１，２％、Ｍｎ　０．３〜１．２％、　Ｃｒ　１
１．０〜１５．０％、Ｍｏｏ、６〜１．５％未満、Ｖ　
１．５〜２％、Ｃｏ　１．０〜２．５％を含み、残部Ｆ
ｅおよび通常の不純物よりなることを特徴とする耐摩耗
性に優れた冷間成形ロール用合金鋼、さらにこの鋼にＮ
ｂ　０．５％以下（ただし０を含まず）、Ｂ　０．００
０５〜０．０７％、希土類元素０．００１〜０．３％の
うちの１種または２種以上を含むことを特徴とする耐摩
耗性に優れた冷間成形ロール用合金鋼、また、重量％で
Ｃ１，６％を越え２．２％、　Ｓｉ　０．５〜１，２％
、Ｍｎ０．３〜１．２％、Ｃｒ　１１．０〜１５．０％
、Ｍｏ　０．６〜１．５％未満、Ｖ　１．５〜２％、Ｃ
ｏ　１．０〜２．５％を含み、残部Ｆｅおよび通常の不
純物の鋼からなり、少なくともカリバー表面が浸硫窒化
層、窒化層およびＴｉＣから選ばれる１種の表面硬化層
を有することを特徴とする冷間成形ロール、および重量
％でＣ１，６％を越え２．２％、　Ｓｉ　０．５〜１．
２％、Ｍｎ　０．３〜１．２％、　Ｃｒ　１１．０〜１
５．０％、Ｍｏ　０．６〜１．５％未満、Ｖ　１．５〜
２％、　Ｃｏ　１．０〜２．５％、およびＮｂ　０．５
％以下（ただし０を含まず）、Ｂ　０．０００５〜０．
０７％、希土類元素ｏ、ｏｏｉ〜０．３％のうちの１種
または２種以上を含み、残部Ｆｅならびに通常の不純物
の鋼からなり、少なくともカリバー表面が浸硫窒化層、
窒化層およびＴｉＣから選ばれる１種の表面硬化層を有
することを特徴とする冷間成形ロールである。

次に本発明鋼の成分限定理由について述べる。

Ｃは炭化物形成元素であるＣｒ、Ｍｏ、Ｖ等と結合し、
硬い複炭化物を形成するので、焼入焼もどし硬さを高め
る、耐摩耗性を向上させる元素として重要である０本発
明鋼においては、主にＣｒを主体とする炭化物を形成し
、これが耐摩耗性向上に寄与している。またＭＯｌＷお
よび■との炭化物は焼入によって一部基地に固溶し、焼
もどし軟化抵抗を増大するので、ロール表面が摩擦で昇
温しでも軟化することがない。Ｃは炭化物形成元素と炭
化物を形成するのに十分な量が必要であり、また十分な
焼入焼もどし硬さとするためには１．６％を越えて添加
することが必要である。また本発明鋼は焼入温度が１０
６０〜１１００℃と、従来のロール用鋼より高い温度で
あるため、Ｃが２．２％以上になると残留オーステナイ
ト量が増加し、かえって硬さが低下しやすくなること、
熱処理変形も大きくなりやすく、ロールの加工工数が増
加すること、および結晶粒が粗大化して靭性が劣化する
ことから、Ｃ含有量は１．６％を越え２．２％に限定す
る。

Ｓｉは５００〜５５０℃付近の焼もどし硬さの向上に効
果があり、本発明鋼のように高温焼もどしでＨＲＣ６３
以上とするためには最低０．５％以上が必要である。

しかしＳｉの含有量が必要以上に多くなると非金属介在
物が増加したり、脆くなって靭性が低下するので、上限
は１．２％までとした。

Ｍｎは脱酸効果のある元素であり、焼入性を向上させる
と同時に残留オーステナイトを増加させる元素である。

ロール用の本発明鋼では、５００〜５５０℃付近での焼
もどし硬さが高くなることが必要であり、この温度付近
の焼もどし条件でも残留オーステナイトを極力少なくす
る必要があることから上限を１．２％とした。また製鋼
時の脱酸をよくし、焼入性を高める目的から０．３％以
上を必要とする。

ＣｒはＣと結合して、あるいはさらにＭｏやＶとも複炭
化物を形成することにより、本発明鋼の主用途であるロ
ールの耐摩耗性を著しく向上させる元素である。Ｃｒは
また、鋼の基地中にも固溶する１本願発明鋼のように高
い焼入温度が採用される場合には、従来の５ＫＤＩＩや
その類似鋼に比較して、より多量に基地に固溶して鋼の
焼入深さを増大し、高温焼もどしにおいて高い硬さが得
られるようになる０本願発明鋼は従来のロール用鋼より
Ｃ量が多いので、この場合にはＣｒ量が１１％より少な
いとＣｒはＣと結合してしまい、基地に固溶するＣｒ量
が減少することから、高温焼もどしで高い硬さを得られ
なくなり、耐摩耗性が不十分となる。しかし、Ｃｒ量が
１５％を越えると鋼の自硬性が小さくなり、硬さが出に
くくなると共に、粗大な炭化物の増加により、靭性も劣
化してくるので、Ｃｒ含有量は１１〜１５％に限定する
。

Ｍｏは焼もどし軟化抵抗を増大させ、Ｓｉ、　Ｃｒ、Ｖ
、Ｃｏと共に焼もどし硬さの向上に寄与する。

もちろん複炭化物の形成により耐摩耗性を与える効果も
大きい。したがって、Ｍｏは最少量として、０．６％以
上が必要であり、０．６％未満では、他の合金元素をも
ってＭｏと同様の効果を代替することは極めて困難とな
る。しかしＭＯを１．５％以上添加することは本発明鋼
では不用であり、むしろ弊害の方が多い、すなわち、Ｍ
ｏの過剰添加は極度に焼入温度を上昇させるし、本願発
明鋼に適する焼入温度である１０６０〜１１００℃では
未固溶の炭化物が多くなり、靭性が劣化するので、ロー
ル成形時の被加工材の［ｔによりロールの欠損事故につ
ながるものである。またＭｏは高価な元素であり、他の
元素で効果が代替できるなら、抑え得る範囲内でＭｏの
添加は極力少量とすることが経済的にも得策である。し
たがって、本願発明鋼のＭｏ含有量は０．６〜１．５％
未満に限定している。Ｍｏの焼もどし軟化抵抗や焼きも
どし硬さを高める効果の一部は、むしろ結晶粒の粗大化
を強く抑制するＶの高めの添加と、炭化物を形成しなく
て同じ焼入温度でも焼もどし軟化抵抗を増大させるＣｏ
の添加で補い、ＭＯの過剰添加を避けた点に本願発明鋼
の大きな特徴がある０ＭＯはＭ　ｏ　ｍの２倍のＷと一
部または全部を置換することが可能であるので、本願発
明鋼ではＭｏまたはＷのうち１種または２種を含み、そ
の総和としてＭｏ＋１／２Ｗ＆０．６〜１．５％に限定
する。

ＶはＣとの親和力が大きいためにＶＣの形で炭化物を形
成し、極めて硬い炭化物のため、耐摩耗性向上に寄与す
る。また一部の■は基地に固溶し、焼もどし硬さを高め
、ロールが昇温したときの軟化抵抗を高める作用がある
。■の炭化物は微細に分布して結晶粒の粗大化を抑制す
る効果の大きい元素であるので、この点ではＭｏより優
れている。

本願発明鋼は高温焼もどしでも高い硬さが得られるよう
にするために高温の焼入温度が選択される。

したがって焼もどし硬さの向上、昇温時の軟化抵抗に寄
与するＭｏよりも、さらに結晶粒の粗大化を抑制して、
かつ極めて硬い炭化物が得られるという特性を合わせ持
つＶを従来のロール用鋼よりも多量に添加する点でも本
願発明鋼の特徴がある。

これらの効果を得るためには、本願発明鋼ではＶ量は１
．５％以上が必要である。しかし、２％を越えるとＶＣ
が過剰となり、熱間、冷間加工性を阻害することになる
ので■含有量は１．５〜２％とする。

Ｃｏは、Ｍｏ、Ｖと同様に５００〜５５０℃での焼もど
し硬さを高め、焼もどし軟化抵抗を向上させる元素とし
て本願発明鋼では重要な元素である。特にＣｏはＭｏ、
Ｖと異なって、そのほとんどが基地中に固溶するので、
焼入時に焼入温度の高低にかかわらず未固溶の炭化物と
して残存するようなことなく５００℃付近の焼もどし硬
さを向上させることができる元素である。その効果を得
るためには１．０％以上が必要であるが、過剰の添加は
靭性を低下させ、焼入性にも悪影響がある上、Ｃｏは高
価な元素であるので上限を２．５％とした。

ＮｂはＣとの炭化物生成能力が大きく、また結晶粒成長
の抑制効果もあるので、必要に応じて０．５％以下を含
有してもよい。

Ｂは焼入焼もどしの熱処理において、残留オーステナイ
トのマルテンサイト変態を促進し、焼入時の結晶粒成長
の抑制効果もあるので、特に焼入温度が高い時に添加す
ると有効である。これらの効果を得るためには、必要に
応じてＢをｏ、ｏｏｏｓ％以上含有させるとよいが、Ｂ
添加は靭性劣化に敏感であり、本発明鋼への添加の上限
は０．０７％である。

ＲＥＭは必須元素ではないが、必要に応じて添加すれば
本発明鋼の要求特性である靭性向上に寄与する０本発明
鋼の非金属介在物を顕微鏡で観察するとＲＥＭが硫化物
や酸化物の形で認められること、また一部のＲＥＭは微
細な炭化物として認められることから、ＲＥＭは非金属
介在物や炭化物の一部の微細化に役立っているものと考
えられる。これらの効果を得るために、必要に応じて０
．００１〜０．３％の範囲で添加することが望ましい。

０．００１％未満ではその効果が期待できないし、多量
に添加すると、かえって靭性を損い、加工性も劣化させ
る。

ロール表面には、少なくともカリバー表面が浸硫窒化層
、窒化層およびＴｉＣから選ばれる１種の表面硬化層を
有するようにする。この表面処理の目的は、ロール表面
層の硬さを一段と向上させると共に、被加工材との間に
潤滑性を与えて焼付きを防止するためである。この目的
からは浸硫窒化や窒化が望ましいが、ＴｉＣ層も耐摩耗
性を向上させる効果が大きい。

〔実施例〕

第１表に冷間成形用ロール材として採用あるいは提案さ
れている従来鋼と本発明鋼について溶解して製造した分
析値を示す。

第１表において、合金番号１ないし１３は本発明鋼であ
る。比較鋼のうち、合金番号１４は冷間成形用ロール材
として代表的な５ＫＤＩＩである。

合金番号１５ないし２０は、それぞれ前述の公知文献（
特許公報）■ないし■に相当する合金である。

これらの公知合金については、それぞれの文献に実施例
として記載されている成分に近似するように製造した。

合金番号１ないし２０の鋼から、供試材を採取し、実験
を行なった熱処理条件と硬さおよび機械的性質を第２表
に示す。

以下に機械的性質の実験方法について解説する。

（１）抗折試験５φＸ７０ｍｍの試験片を作製し、１０ｔアムスラ一万
能試験機を使用して、支点間距離５０ｍｍの一点中央荷
重式抗折試験を行なった。

（２）衝撃試験１０Ｒ深さ２ｍｍの有溝シャルピー試験片について、シ
ャルピー衝撃値を求めた。

（３）耐摩耗性大館式迅速摩耗試験機により測定した比摩耗量で比較し
た。試験条件は次の通りとし、均一な球面摩耗になるよ
う設定した。

試　験　条　件　　摩擦速度　　０．５１ｍ／ｓｅｅ〃
距離　　４００ｍ最終荷重　　６．８ｋｇ摩耗リング材質５ＫＤＩＩ　　ＨＲＣ６２試験個数　　
１０個（４）耐圧縮性Ｓａｗφ×１０石の試料を用い、３０ｔアムスラ一万能
試験機で圧縮試験を行ない、圧縮耐力（０，２％永久歪
に対応する応力値、ｋｇ　／　ｎｎ　”　）を測定した
。

また、本発明鋼の焼もどし硬さの一例として、合金番号
２について、硬さを測定した結果を、合金番号１４（Ｓ
ＫＤＩＩ）と比較して第１図に示す。

合金番号２は顕著な二次硬化を示し、高温焼もどしでＨ
ＲＣ６３以上が安定して得られる鋼である。

第１表から本発明鋼は、従来の冷間成形用ロール材（比
較鋼）と比較して、Ｃ，Ｓｉ、Ｍｎが相対的に高めであ
ること、およびＶ、Ｃｏも相対的に高めであることがわ
かる。したがって焼入温度も相対的に高めの設定が必要
である。第２表から本願発明鋼は靭性（抗折力、シャル
ピー衝撃値）を損うことなく耐摩耗性、圧縮耐力が向上
していることがわかる。抗折力、シャルピー衝撃値も本
発明鋼の組成範囲のほとんどが比較鋼を上回っている。

比較鋼２０は本願発明鋼よりＭｏ含有量の高い鋼である
が、耐摩耗性では本発明鋼と比肩し得るものの、靭性の
点でかなり劣ることがわかる。比較ｉｌｌ！２０はＭｏ
の限定理由のところで説明したように、ＭＯが多いため
、焼入時に未固溶の炭化物が残留しやすくなるためであ
ると考えられる。

次に本発明鋼で、サイジングロールとリムロールを製造
し、従来の５ＫＤＩＩ製のロールとの寿命比較を行なっ
た。その結果をそれぞれ第３表、第４表に示す。

本発明鋼によるロールを用いた結果、いずれも従来の５
ＫＤＩＩのロールより格段の寿命向上ができた。特に本
発明のロールでは、従来発生していたロールの初期の焼
付きがほとんど認められなかった点が寿命向上に寄与し
たと考えられる。これは、硬さの高い本発明鋼および表
面処理の複合効果によるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来不十分であった靭性を保持しつつ
高温焼もどしで、ＨＲＣ硬さが６３以上が得られる。さ
らに請求項３．４のロールを用いて冷間成形すると、ロ
ールの高い硬さと表面処理の複合効果により改削までの
寿命を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼と従来鋼（ＳＫＤＩＩ）について、焼
もどし温度と焼もどし硬さとの関係を示す図である。第１図Ａ、ＣＩＣＸ）　２００３００４００５００６００り―
ヒフ４６．−乙膿　（０Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】１　重量％でＣ１．６％を越え２．２％、Ｓｉ０．５〜
１．２％、Ｍｎ０．３〜１．２％、Ｃｒ１１．０〜１５
．０％、Ｍｏ０．６〜１．５％未満、Ｖ１．５〜２％、
Ｃｏ１．０〜２．５％を含み、残部Ｆｅおよび通常の不
純物よりなることを特徴とする耐摩耗性に優れた冷間成
形ロール用合金鋼。２　重量％でＣ１．６％を越え２．２％、Ｓｉ０．５〜
１．２％、Ｍｎ０．３〜１．２％、Ｃｒ１１．０〜１５
．０％、Ｍｏ０．６〜１．５％未満、Ｖ１．５〜２％、
Ｃｏ１．０〜２．５％、およびＮｂ０．５％以下（ただ
し０を含まず）、Ｂ０．０００５〜０．０７％、希土類
元素０．００１〜０．３％のうちの１種または２種以上
を含み、残部Ｆｅならびに通常の不純物よりなることを
特徴とする耐摩耗性に優れた冷間成形ロール用合金鋼。３　重量％でＣ１．６％を越え２．２％、Ｓｉ０．５〜
１．２％、Ｍｎ０．３〜１．２％、Ｃｒ１１．０〜１５
．０％、Ｍｏ０．６〜１．５％未満、Ｖ１．５〜２％、
Ｃｏ１．０〜２．５％を含み、残部Ｆｅおよび通常の不
純物の鋼からなり、少なくともカリバー表面が浸硫窒化
層、窒化層およびＴｉＣから選ばれる１種の表面硬化層
を有することを特徴とする冷間成形ロール。４　重量％でＣ１．６％を越え２．２％、Ｓｉ０．５〜
１．２％、Ｍｎ０．３〜１．２％、Ｃｒ１１．０〜１５
．０％、Ｍｏ０．６〜１．５％未満、Ｖ１．５〜２％、
Ｃｏ１．０〜２．５％、およびＮｂ０．５％以下（ただ
し０を含まず）、Ｂ０．０００５〜０．０７％、希土類
元素０．００１〜０．３％のうちの１種または２種以上
を含み、残部Ｆｅならびに通常の不純物の鋼からなり、
少なくともカリバー表面が浸硫窒化層、窒化層およびＴ
ｉＣから選ばれる１種の表面硬化層を有することを特徴
とする冷間成形ロール。