JPH01287248A

JPH01287248A - 圧延用ロール

Info

Publication number: JPH01287248A
Application number: JP11740388A
Authority: JP
Inventors: Kunio Goto; 邦夫後藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1988-05-13
Publication date: 1989-11-17
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPH076030B2

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）この発明は、例えば鋼材の熱間圧延の仕上ワークロール
のように、苛酷な条件で使用するのに好適な耐摩耗性、
耐焼旬性、更に耐肌荒性に優れた圧延用ロールに関する
ものである。

（従来の技術）近年の著しい工業技術の発展を背景として、新しい特性
を備えた様々な素材が開発されており、それと同時に金
属の圧延材料もそれぞれの用途に応して種々のものが使
用されるようになった。このため、金属キオ料圧延用ロ
ールにもそれぞれの使用目的に応じた種々の厳しい特性
が要求されるようになった。圧延用ロールは、従来から
その＋Ａ質等を中心に様々な工夫が凝らされてきた（例
えば、特開昭５７−１９８２４３号、同５８−１４７５
４２号公報）が、現在では、特に苛酷な条件下で使用さ
れがちな鉄鋼の熱間圧延用ロール、特にその外層材とし
て高クロム鋳鉄、あるいは高合金グレン鋳鉄などの耐摩
耗強靭鋳鉄の使用が主流となっている。

上記のロール材のうち、高クロム鋳鉄は高硬度のＭｔＣ
３型炭化物（マイクロビッカース硬さで２２００程度）
を含有することによって耐摩耗性に優れ、高台金グレン
鋳鉄は組織の中に熱伝導性および潤滑性の良好な黒鉛を
有するため、耐焼付性に優れている。これらのロール材
は、それぞれの特徴を生かした用途（例えば、ステンレ
ス調圧延用と炭素鋼圧延用など）に使い分けられてきた
。

かかる使い分けの不便さを解消すべく、本発明者らは、
特願昭６２−２８２３４６号において、組織中にＭ７Ｃ
３型炭化物Ｃ（Ｃｒ、　Ｆｅ）　７Ｇ＋　）と黒鉛とを
共に有し、かつＭｏを多量添加した耐摩耗性および耐焼
付性に優れた熱間圧延用ロールを提案している。

前記高クロム鋳鉄は、他のロール材に比べて熱伝導率が
低い上、表面酸化スケールが生成しにくいために、使用
条件が苛酷になると耐焼付性の不足が目立つ。また、全
面にささくれ状の肌荒れを生じるという問題点を有して
いる。

一方、高台金グレン鋳鉄では、潤滑性を付与する黒鉛が
、苛酷な使用条件下では逆に摩耗や肌荒れの起点となり
耐摩耗性や耐肌荒性を著しく劣化させてしまうという問
題が指摘されていた。

前記特願昭６２−２８２３４６号において本発明者らが
提案したロール材は、実機圧延テストの結果、高クロム
鋳鉄、高台金グレン鋳鉄よりも耐摩耗性。

耐焼付性のバランスが良く優れたロール材ではあるもの
の、使用条件がより一層苛酷なものとなる強圧下圧延や
低温圧延などの際には、耐摩耗性の点で性能不足を否め
ない。また、高クロム材特有のささくれ状の肌荒れの発
生も完全には防止できておらず、耐肌荒性の点にもまだ
問題が残っていることが明らかになった。

（発明が解決しようとする課題）本発明の目的は、従来の圧延用ロールに指摘される上記
の諸問題点を解消するとともに、高負荷圧延、低温圧延
など、益々苛酷さを増している使用条件下でも十分に満
足し得る耐摩耗性、耐焼付性および耐肌荒性を兼ね備え
た圧延用ロール、特に使用条件の厳しい熱間圧延に使用
するためのロール、を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明者は、上記の目的のもとに研究を重ねた結果、下
記（ａ）ないしくＣ）に示す如き新たな知見を得、本発
明を完成するに至った。

（ａ）　　炭化物形態をＭ、Ｃ３型よりも硬度の高いＭ
Ｃ型（マイクロビッカース硬度：　２Ｂ００程度）にす
ることにより、耐摩耗性の飛躍的向上が期待できる。

また、こうすることによってＭｔＣ３型炭化物に起因す
るささくれ状の肌荒れを未然に防止することもできる。

（ｂ）　　上記（ａ）を実現できる成分元素としては、
■が最適である。また、■の炭化物（ＭＣ）は、（Ｃｒ
、　Ｆｅ）　？Ｃ３よりも本質的に焼付を、起こしにく
い性質を有しているため、耐焼付性の点でも有利となる
。

（Ｃ）　　従来から高■材については、黒鉛を晶出させ
ることができないため白銑（チルド）材として使用する
というのが技術上の通念であった。

しかし、本発明者は、比較的高い■を含有させても他の
成分を調整すれば鋳込みのままで、耐焼付性改善効果を
期待できる黒鉛を晶出させることができることを見い出
した。

本発明は、上記のような独自の知見に基づいてなされた
ものであり、その要旨は下記のとおりである。

（１）少なくとも外層が、重量％で、Ｃ：２．４〜３．６％、　　　Ｓｉ：２．０〜３．５％
、Ｍｎ　：　０．５〜１．５％、　　　　ｐ：ｏ、１％
以下、Ｓ：０．１％以下、　　　　Ｎｉ　：　３．３〜
１０．０％、Ｃｒ　：　０．５〜３．０％、　　　Ｍｏ
　：　０．１〜３．０％、ｖ：１．０超え〜５．０％を
含み、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを
特徴とする熱間圧延用ロール。

（２）上記の成分に加えて、Ｃｕ　：　２．０％以下と
Ｔｉ：０．５％以下の１種または２種を更に含有する圧
延用ロール。

および、（３）外層が、組織中に黒鉛を有する上記（１）又は（
２）の圧延用ロール。

本発明において規定する上記成分組成および組織の合金
は、ロール全体に使用しても、また外層材と内層材とを
異なる材質で構成したいわゆる複合ロールの外層材とし
て用いてもよい。複合ロールとした場合、軸芯部の材料
としては従来と同様、ダクタイル鋳鉄、普通鋳鉄、黒鉛
鋼等の強靭材を、使用目的に応じて適宜選択すればよい
。

」二記本発明のロールは、組織中に高硬度でしかも焼付
を起こしにくい性質を有するＶＣを含有するとともに、
黒鉛をも含有させることが可能であるため、従来のロー
ル材に比較して耐摩耗性、耐焼付性、そして耐肌荒性に
優れたものであり、特に苛酷な条件下で使用する熱間圧
延用ロールとして極めて適している。

（作用）次に、本発明においてロールの少なくとも外層の組成を
前記のように特定した理由を説明する。

なお、成分含有量についての％は、全て重量％を意味す
る。

Ｃ：２．４　〜３．６　　％Ｃは、■と結合してＭＣ型高硬度炭化物を形成し、ロー
ル材として必要な硬度や耐摩耗性等の特性を確保する作
用を存しており、また後述するＳｒ、　Ｃｕ、Ｎｉ、　
Ｔｉの黒鉛化促進元素によって組織中に黒鉛を晶出し、
耐焼イ」性を向上させる作用をも有する。

しかし、その含有量が２．４％未満では炭化物が不足し
、充分な硬度が得られず耐摩耗性の劣化を来す。一方、
３．６χを超えて含有されると炭化物量が過剰になり材
質が脆くなるなど機械的性質の劣化を来す。従ってＣは
、２．４〜３．６％とする。

Ｓｉ：２．０〜３．５％Ｓｌは、溶湯の脱酸および湯流れ性確保と、黒鉛を晶出
させるために不可欠な元素であるが、２．０％未満では
溶湯の流動性が不足し、また黒鉛の晶出も難しくなる。

一方、Ｓｉが３．５％を超えて含有されると、炭化物量
が少なくなり所望の耐摩耗性を確保できない上、焼入性
が阻害されて不完全焼入れ状態となり易く、基地硬度の
低下から機械的性質の劣化、更には耐摩耗性劣化を招く
こととなる。

従ってＳｉは、２．０〜３．５％とする。

Ｍｎ　：　０．５　〜１．５％Ｍｎは、溶湯の脱酸のためにＳｉとともに積極的に添加
されるが、含有量が０．５％未満では十分な脱酸効果が
えられず、逆に１．５％を超えて含有されると、機械的
性質、特に靭性を劣化させる。従ってとｎは、０．５〜
１，５％とする。

ｐ：ｏ、＋％以下Ｐは、不可避的に随伴する不純物元素であり、材質の脆
化を招くことからロール材としては少ない程望ましいが
、実際上は０．１％以下に抑制すれば前記不都合を許容
できる。

Ｓ：０．１％以下Ｓも、Ｐと同様に材質の脆化を招くことから少ない程望
ましい不可避的不純物元素であるが、やはり０．１％以
下に抑制することで実際上の不都合を許容できる。

Ｎｉ：３．３〜１０，０％Ｎｉは基地組織の改善作用と黒鉛壱品出させる作用があ
るが、その含有量が３．３％未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方、１０．０％を超えて含有させる
と残留オーステナイトが増加してロール材として必要な
硬度が得られず耐摩耗性に問題が生しる。従ってＮｉは
３．３％〜１０．０％とする。

Ｃｒ　：　０．５〜３．０％Ｃｒは、基地の焼入性や靭性を向上させる作用があるが
、０．５％未満ではこの効果が少ない。一方、３．０％
を超えると硬度の低１．ＳＭ、Ｃ型炭化物やＭ７Ｃ３型
炭化物が形成されるようになり優れた耐摩耗性を得るこ
とができなくなる。前記のようにＭ７Ｃｎ型炭化物の存
在は、ささくれ状の肌荒れの原因となるので、Ｃｒ含有
量の上限は３．０％とする。

Ｍｏ　：　０．１〜３．０％Ｍｏは、基地中に固溶し、またＭｏｚＣとして析出する
ことによって高温軟化抵抗をはじめとする高温緒特性を
改善し、析出した炭化物や晶出した黒鉛が高温下で剥落
し易くなるのを防くなと高温下での優れた耐摩耗性と耐
焼付性を保証する。しかしながら、その含を量が０．１
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方、３
．０％を超えて含有させても前記作用は飽和してしまう
。従ってＭＯの適正含有量は、０．１〜３．０％である
。

Ｖ　：　１．０超え〜５．０％ ■は、本発明にかかる圧延用ロールの成分として極めて
重要な元素であり、肛型の高硬度バナジウム炭化物（Ｖ
Ｃ）を形成して耐摩耗性を飛躍的に向上させるものであ
る。さらに、高温軟化抵抗を改善する他、鋳造組織を微
細化し靭性を改善する作用もある。しかし、１．０％以
下では、前記作用に所望の効果が得られず、一方、５．
０％を超えて含有されると白銑化傾向が強くなり、黒鉛
の晶出が困難になる、ため黒鉛による耐焼付性改善効果
が期待できなくなる他、機械的性質、特に靭性が劣化す
る。従って■は、１．０超え〜５．０％とする。

上記の各成分の外、更に下記の２成分の１種または２種
を含有させることができる。

Ｃｕ：２．０％以下Ｃｕは、耐摩耗性、耐焼付性等に悪影響を与えることな
く黒鉛の晶出を促進する作用を有するため、黒鉛晶出を
促すために、積極的に添加されることが好ましい。しか
し、２．０％を超えて含有させると逆に黒鉛の晶出を阻
害する傾向がでてくる。

Ｔｉ　：　０．５％以下Ｔｉは、Ｃｕと同じく黒鉛化を促進する作用を有してお
り黒鉛組織の改善のために鋳造組織を微細化するのに有
効であり、また、強靭化にも役立つから含有されること
が好ましい。しかし、０．５％を超えて含有させると前
記作用は、飽和するだけでなく材質が脆くなり機械的性
質の劣化を来す。

本発明に係る圧延用ロール材、少なくともその外層は、
以上に説明した化学成分の外、残部は実質的にＦｅで構
成されるものである。

本発明のロールを製造するには、上記成分組成を目標に
調整された溶湯を常法にしたがって鋳型に注入し凝固さ
せる。すなわち、ロール全体が同一材質のものの場合に
は普通鋳造法等が採用され、複合ロールの場合には中抜
き鋳造法、スライディングゲート法、遠心鋳造法等が採
用される。

黒鉛を晶出させる場合には、黒鉛量を管理するために、
溶湯にＣａ−５＋合金、Ｆｅ−５ｉ合金等の接種剤を添
加することを妨げない。溶湯に接種剤を添加する場合、
最終成分が目標範囲内に収まるよう、接種剤の添加によ
って成分組成が変化する分を予め補正した溶湯を使用す
ることが必要である。

鋳造されたロールは、鋳造時の残留応力を除去するため
とミクロ組織安定化のために、焼なまし処理を受けた後
、切削研磨されて所定の寸法に仕上げられる。

本発明の圧延用ロールは、ポットストリップミルの仕上
前後段ワークロールに使用される他、ホットスキンバス
用ワークロール、条鋼圧延用ロール、製管用ロールにも
好適であり、さらにコールドストリップミル用仕上ワー
クロール、線材仕上用ロール等の冷間圧延用ロールとし
ての適用も勿論可能である。

次に、従来例および比較例と対比しながら実施例により
本発明を更に具体的に説明する。

（実施例）製品胴径７５０ｍｍ　、胴長１８００ｍｍ、全長３８０
０ｍｍの遠心鋳造複合ロールを製造するべ（、第１表に
示す１８種の成分組成の外層材溶湯を、遠心力鋳造機上
で回転する鋳型に１４２０”Ｃ前後の温度で肉厚９０ｍ
ｍに鋳込んだ。必要に応じ接種剤としてＦｅ−３ｉ合金
を使用した。そして外層材溶湯が完全に凝固した後、外
層材を内装したまま前記鋳型を垂直に立て、上部から軸
芯材溶湯を鋳込み上端を押湯、保温材でカバーした。軸
芯材溶湯が完全に冷却した後、ロールを鋳型から取り出
し、第１図に示すような外層材ｌと軸芯材２とから成る
複合ロールを得た。

得られた複合ロールには、歪取り熱処理（３５０’ｃｘ
１０Ｈｒ）および組織調整熱処理（４２０°にｘ２０１
１ｒ）こうして製造された複合ロールの胴端部外層材か
ら摩耗試験片および焼付試験片（ともに１００　ｍｍφ
×３０ｍｍ　）を採取し、摩耗試験片に対しては、第２
図に概略的に示す要領で摩耗試験（応力２５ｋｇｆ／ｍ
ｍ２．回転数１００　ｒ、ｐ、ｍ、、試験時間１００ｍ
１ｎ、被加工相加熱片温度８００°Ｃ）を行い、試験後
の摩耗体積を測定した。第２図（イ）は試験装置の側面
図、第２図（ロ）は平面図である。高周波コイル３で加
熱された被加工材加熱片４を一定速度で回転し、これに
一定押圧力（Ｐ）でロール材試験片５を押し付ける。

一方、焼付試験片に対しては第３図に概略的に示す摩擦
試験（応力１０ｋｇｆ／ｍｍ２．回転数１Ｏｒ、ｐ、ｍ
、　。

試験時間１０ｍ１ｎ、被加工材加熱片温度８００°Ｃ）
により、両金属間の凝着程度を表す摩擦係数を調査した
。第３図（イ）は側面図、第３図（ロ）は平面図である
。第２図と同一部材は同一符号で示す。

なお、相手となる被加工材加熱片４としてはいずれの試
験においてもステンレス鋼（ＳＩＩＳ　３０４）を使用
した。

試験結果を第４図および第５図にグラフで示す。

第４図は、第２図の方法での試験結果で、耐摩耗性に及
ぼす■含有量の影響を示したものである。

これは、第１表に示す従来例（Ｍ７Ｃ３型を含有するＮ
ｏ、　１　、　２　、　３　）　、比較例（本発明のロ
ール材に類似するが■を含有しない材料、Ｎｏ、４．５
）および本発明例（Ｎｏ、　６〜１８）について調査し
たものである。

図中の数字は、第１表中のＮｏ、にそれぞれ対応してい
る。

この結果により、黒鉛含有の如何にかかわらず１．０％
を超える■を含有する本発明のロール材は、その耐摩耗
性が極めて優れていることが明らかである。

第５図は、第３図の方法による試験結果で、摩擦係数と
組織中の黒鉛量との関係を示したものである。この図に
おいて摩擦係数が小さな値をとるほど耐焼付性が優れて
いることを表している。なお、この関係は、第１表中の
従来例（Ｎｏ、１〜３）と本発明例（■含有量をおよそ
２％にそろえたＮ。

７、１２．１３．１４．１５）について調査したもので
ある。図中の数字は、第１表中の各Ｎｏ、にそれぞれ対
応している。

この結果により、ｌ’ｈｃ’ｌ型炭化物を含炭化物従来
のロール材よりも、ＭＣ型炭化物を含有する本発明のロ
ール材の方が黒鉛量の多少にかかわらず耐焼付性に優れ
ていることが立証された。

また、黒鉛を含有しないものより、含有するもの、しか
もより多く含有するものが耐焼付性に優れていることが
第５図から看取される。

第６図は、Ｃｒ　７Ｃ３とＶＣの摩擦係数、即ち、耐焼
付性を示したものである。これは、ＣｒｑＣｓ粉末とＶ
Ｃ粉末とをそれぞれ焼結することにより前記同様の焼イ
」試験片を作製し、第３図に示した方法で摩擦試験を行
ったものである。この結果からＶＣがＣｒ。

Ｃ３よりも本質的に焼付にくいことが確かめられた。

本発明の圧延用ロールの熱間圧延実機でのテストの結果
、従来のロールにみられたささくれ状の肌荒れも発生し
ないことが確認された。

（発明の効果）以上に説明したように、本発明は優れた耐摩耗性と耐焼
付性と耐肌荒性とを兼ね備えた圧延用ロールを提供する
ものである。このロールは金属圧延用として広く使用で
き、特に、最近の苛酷な鋼材の熱間圧延に使用して優れ
た耐久性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、圧延用複合ロールの構造例を示す断面図、第２図（イ）、（ロ）および第３図（イ）、（ロ）は、
ロール材の耐摩耗性および耐焼付性の試験要領を説明す
る図、第４回は、ロールの成分の中、特に■の含有量と耐摩耗
性との関係を示したグラフ、第５図は、ロール外層材における晶出黒鉛含有割合（断
面組織の面積率）と耐焼付性との関係を示したグラフ、第６図は、Ｍ、Ｃ３型炭化物とＭＣ型炭化物の耐焼付性
の試験結果を示したグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも外層が、重量％で、Ｃ：２．４〜３．６％、Ｓｉ：２．０〜３．５％、Ｍｎ
：０．５〜１．５％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．１％
以下、Ｎｉ：３．３〜１０．０％、Ｃｒ：０．５〜３．
０％、Ｍｏ：０．１〜３．０％、Ｖ：１．０超え〜５．
０％、を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からな
ることを特徴とする圧延用ロール。
（２）少なくとも外層が、重量％で、Ｃ：２．４〜３．６％、Ｓｉ：２．０〜３．５％、Ｍｎ
：０．５〜１．５％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．１％
以下、Ｎｉ：３．３〜１０．０％、Ｃｒ：０．５〜３．
０％、Ｍｏ：０．１〜３．０％、Ｖ：１．０超え〜５．
０％と、Ｃｕ：２．０％以下、Ｔｉ；０．５％以下の１種または
２種を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる
ことを特徴とする圧延用ロール。（２）外層が、組織中に黒鉛を有する特許請求の範囲第
１項または第２項記載の圧延用ロール。