JPH0219181B2

JPH0219181B2 -

Info

Publication number: JPH0219181B2
Application number: JP18492381A
Authority: JP
Inventors: Tadao Matsumoto
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1981-11-18
Filing date: 1981-11-18
Publication date: 1990-04-27
Also published as: DE3236268C2; DE3236268A1; JPS5887249A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は耐摩耗性の極めて高い熱間圧延用ロー
ルに関するものである。熱間圧延用ロール材の表面層は、高温度での耐
摩耗性と耐ヒートクラツク性が要求されている。
従来この用途のロールとしては、合金チルド又は
合金インデエフイニツトチルド系の複合鋳造ロー
ルが使用されている。そして、その材質は例え
ば、C3.3％、Si0.75％、Mn0.6％、Ni3.5％、
Cr1.6％、Mo0.4％、残余はFe及び通常の不純物
からなる合金であり、その硬さはせいぜいHs85
が限度である。しかし、現下の圧延における生産
性の向上を目的とするため、さらに高硬度の耐摩
耗性のあるロールが要求されて来ているが、硬さ
Hs85以上のロールを製造するとすれば、製造上
の問題、主として残留応力の点から、従来のロー
ルの製法である使用層と軸が一体となつた複合鋳
造による製法は困難となり、ロール使用層と軸部
を別々に作り、焼ばめ、接着等の方法により、両
者を組み立てる組立ロール構造を採用する必要が
ある。このような組立構造の場合は、例えば焼ば
めの場合は、使用層（以下ロールリングと称す）
に、円周方向にロールリングを張割ろうとする焼
ばめ応力が作用する。又、圧延荷重の作用でロー
ルリング内面に、前記焼ばめ応力と同方向の応力
が発生する。この応力は従来の一体ロールには見
られなかつた応力であり、この応力の発生によ
り、組立ロールでは、耐摩耗性のみならず、これ
らの応力に耐えるために引張強さや靭性等も高い
値が要求される。例えば、チルド鋳物で採用して
いる方法であるが、鋳鉄の硬さを増すためには、
構成中のＣを炭化物、主としてFe₃Cにする方法
がある。この炭化物は基地に比し硬いため、この
炭化物を増加させると硬さの増加、すなわち、耐
摩耗性は向上する。しかし、炭化物は基地に比し
て脆いうえに、炭化物の存在形態が高炭素材料で
は粗大板状、低炭素材料では初晶オーステナイト
を包むように網目状であるので、例えば材料の破
壊が起るときは破壊クラツクはこれらの脆くて連
なつた炭化物を伝わつて進展しやすい。そして、
材料の強度、靭性を低下させ、熱的負荷をうける
ロール表面においてはヒートクラツクが発生しや
すくなり、耐ヒートクラツク性が低下する結果と
なる。そこで本発明者は、これらの欠点を除くため鋭
意研究を重ねた結果、本発明を完成した。本発明は、C2.4〜3.5％、Si0.5〜1.3％、Mn0.3
〜0.8％、Ni3.0％以下（但し０は含まず）、Cr2.0
〜7.0％、Mo2.0〜9.0％、W10.0％以下（但し０
は含まず）、V6.1〜14.0％、Co4.0％以下（但し０
は含まず）、残部Fe及び通常の不純物よりなる熱
間圧延用耐摩耗鋳鉄ロール材である。本発明は以上の組成を有しているから、鋳造凝
固の際、Ｖ炭化物（VC又はV₄C₃以下VCと記す）
が溶湯から直接晶出し、その後これをとりかこむ
ようにオーステナイトが晶出する。この初晶VC
は形態が塊状であり、前述の粗大板状又は網目状
炭化物のように連なつていない。このため、クラ
ツクの進展が阻止されて、材料の強度を損う程度
が小さい。そして、鍛造などの熱間加工を施して
炭化物を分断することなく、鋳造状態で強度の面
からVCを多量に存在させ得る。一方、このVCの
硬さはHv約2800であり、鉄鋼中の他の炭化物
（M₃C、M₆C、M₇C₃、M₂₃C₆等）の硬さHv1300
〜1800に比し著しく硬いため耐摩耗性に寄与する
所が大である。更に、このVCをとりまくオース
テナイトの組成を熱処理により熱間強度を確保で
きる組織にすることによりVCの効果を高めるこ
とが可能である。本発明の鋳鉄ロール材を得るには、C2.4〜3.5
％、Si0.5〜1.3％、Mn0.3〜0.8％、Ni3.0％以下
（但し０は含まず）、Cr2.0〜7.0％、Mo2.0〜9.0
％、W10.0％以下（但し０は含まず）、V6.1〜
14.0％、Co4.0％以下（但し０は含まず）、残部Fe
及び通常の不純物を溶製した溶湯を鋳型に鋳造す
る。凝固冷却後、焼鈍、（必要あれば拡散焼鈍を
行う）を行い、若干の仕上げ代を残して粗加工を
行う。この場合、焼鈍状態での本合金の硬さは
Hs50程度であるため、加工は容易に行える。続
いて、焼入れ、焼戻しを行い、所定のHs80〜95
程度の硬さにする。この焼入れ温度は、通常1000
〜1100℃位で、主として空気焼入れを行うが他の
冷却手段でもよい。この様に、鍛造や熱間圧縮整形等の熱間加工を
要せず、鋳造、熱処理、切削加工のみから製造で
きることと、更に、焼入れ温度が1000〜1100℃と
比較的低温であるため、塩浴焼入れ炉等の特殊炉
を必要としないため、比較的廉価に製造できる。この様にして得られた本発明の鋳鉄ロール材を
熱間圧延用ロールとするには、さらに仕上加工を
施し、別に用意したシヤフトに適宜の方法で固定
し、圧延用ロールとする。本発明の鋳鉄ロール材の各成分並びにその配合
割合について説明する。Ｖは前述の如く、高硬度のVCを確保する元素
である。初晶VCを晶出させるためには本発明の
鋳鉄ロール材のＶ以外の成分範囲では、ほぼ５％
のＶが必要であるが、多少のばらつき、或いは偏
析を考慮し、安全に初晶VCを確保する量として、
少なくとも６％は必要であるので下限値を6.1％
と限定する。Ｖを増加すればVCの量が増大し、
耐摩耗性は向上するが、硬質である炭化物が増加
するので、被加工性が低下する。ロールは或程度
使用した後、圧延で生じた摩耗部を改削し、再使
用を繰り返すものであるから、Ｖ量が14％を越え
ると、VCの占める面積率がほぼ40％を越え、汎
用の加工の旋削による改削が極めて困難となり、
放電加工又は電解による特殊加工が必要となる。また、Ｖは融点の極めて高い元素でＶ量が増加
すると溶解温度を著しく高くする必要がある。一
般の溶解炉で、かつ、一般の炉材で溶解できる温
度（1700℃以下）で健全な鋳物ができることは作
業上望ましいことである点より見て、Ｖ量の上限
値は14.0％とする。Ｃは前記Ｖと結合しVCを形成する他、他の成
分であるCr、Ｗ、Mo、Fe、Mn等と結合して複
炭化物を形成し、さらに基地中に固溶し、基地に
強度を与える元素である。Ｃの含有量が低いと初
晶でVCを晶出させるには、多量のＶの添加が必
要となり、またVCとなるＣの量が増大するため、
基地中に固溶されれるＣの量が不足し、基地の強
度が低下する。基地中のＣの量を確保するには、
本発明の鋳鉄ロール材の成分範囲では、ほぼＣ≧
0.7＋0.18×Ｖ％の式が成り立ち、これらの点よ
り、Ｃの下限を2.4％とし、Ｃの含有量を上昇さ
せると複合炭化物量が増大する。この複合炭化物
はVCより軟質であるが、基地より硬いため、耐
摩耗性には有効であるが、初晶オーステナイト粒
界に共晶として析出し易く、多すぎると本合金の
強度を低下させる。従つて、Ｃの含有量の上限はほぼ3.5％である。Ｗは基地に耐軟化性を与え、基地の焼戻し硬化
及び高温硬さを与える元素である。Ｗの効果を十
分に発揮するには、焼入温度を高くする必要があ
る。しかるに、本発明のロール材は高炭素鋳鉄系
であるため、初晶のオーステナイト粒界に低融点
の複炭化物晶出、或いは、さらに低融点のＳ，Ｐ
等の不純物の化合物の偏析が避けられない。この
ため、焼入れ温度を高くすると、これらの低融点
化合物の一部が溶融し、キヤビテー状の欠陥とな
るため、焼入れ温度を1100℃以上に上げることは
好ましくない。低い焼入れ温度ではＷの量を７％
以上添加しても基地の硬さ増加効果は飽和する
が、Ｗは初晶のVC中のＶの一部を置換してVCの
比重を大きくする作用があり、凝固時のVCの浮
上偏析を防止する効果があるので、長尺鋳物では
或る程度含有することが好ましい。しかし、過剰
になると、Ｗはオーステナイト粒界に晶出する共
晶炭化物を増加し、強度もしくは耐クラツク性を
低下させるので上限を10.0％とする。また、Ｗの
硬さ、耐摩耗性に対する効果はMoの適当量で置
換し得るものであり、さらに小型鋳物ではVCの
浮上の必配もないので下限は０％でもよい。 Moは、前記Ｗと同様の効果を有する元素であ
り、焼入れ温度が低い場合は、特にＷよりも基地
の焼入れ性を増大する。本発明のロール材は圧延
用ロールに供されるものであるが、線材圧延に供
される最小の部類に入るロールでも、高速度工具
鋼に比較すれば、大物であり、かつ、本発明のロ
ール材は鋳造品であるため、鍛造品に比べ局部的
に脆弱相の存在を避けることができない。従つ
て、油焼入れ又は水焼入れといつた強力な焼入れ
を行うことは冷却割れを生ずる危険度が高い。こ
の点から、焼入れ温度から冷却する場合、焼入れ
温度と常温の中間温度に達するいわゆる半冷時間
を10分〜45分程度の冷却速度をとる必要がある。
この様な条件下でも基地の焼入れ硬さを得、か
つ、軟化抵抗を得るために、Moの含有量は少な
くとも2.0％以上が好ましい。Moの含有量を増加
すると、同一のＣ、Ｖ状態でも初晶オーステナイ
ト粒界にＣの項で述べたと同様の笹葉状共晶炭化
物を増す傾向があるので上限は9.0％とする。 Niは熱間工具鋼、特に高速度工具鋼において
は、焼入れ特性を不安定にする元素として好まし
くないものとされているが、この元素は、基地の
焼入れ性を著しく良くする元素である。本発明の
ロール材の如く、大物で焼入れ速度がおそい物を
対象とする場合は、かえつて、焼入れ硬さの確保
に役立ち、Niの３％程度までの添加で焼戻し軟
化抵抗を殆ど低下させず十分その効果を発揮す
る。また、過度の添加は焼入硬度が不安定とな
る。したがつて、Niは硬度調整の必要に応じて、
3.0％以下添加される。 Coは基地の変態点を高めて焼戻し軟化抵抗を
高めるとともに焼入れ基地中への炭化物の固溶度
を高めて２次硬化を増大するので４％程度までの
添加は有効である。しかし、過剰に添加すると焼
入性が悪くなるので、本発明用途のロールとして
十分な硬さが得られなくなる。したがつて、特に
耐軟化性即ち特に高温耐摩耗性が要求される用途
に対しては最高4.0％まで添加される。 CrはＷ、Mo等の存在のもとでの基地の焼入れ
性を与え、焼戻し硬さ、高温硬さを増加させる役
割を有する元素である。その添加量は2.0％未満
では効果が十分でなく、7.0％を越えると飽和し
それ以上の添加は効果的に必要がない。 Siは溶解中のＶ、Moの酸化を防止し、かつ、
鋳造時の湯流れを良くする効果を奏する。添加量
は0.5％以上で十分その効果が現れる。Siの添加
量を増加すると、基地の強度を下げ、局部的に共
晶形状のVCを形成する働きを有するもので1.3％
を越えない量の添加が好ましい。 Mnは溶湯中の酸化を防ぎ、かつ、原料、炉材
から混入する有害なＳを無害なMnSに固定化す
る作用を有する。通常の鋳鉄に好適に用いられる
範囲の0.3〜0.8％添加する。この本発明ロール材の200倍の顕微鏡組織写真
例を添付図に示す。同図において、白色塊状のも
のはVC、白色笹葉状のものは複合炭化物、黒色
部は基地である。本発明のロール材は、これらの
炭化物によつて耐摩耗性が確保されるとともに、
前記従来の材料に比して炭化物の形態が連なつた
ものでないので耐ヒートクラツク性を有する。次に本発明の実施例を示す。実施例１ C3.1％、Si0.9％、Mn0.45％、Cr3.9％、Mo6.5
％、W6％、V9.3％、Co1.4％及び残部Fe及び通
常の不純物よりなる溶湯を鋳造し、1050℃で焼入
れを行つた。この本発明のロール材合金の硬度は
87〜88HsCである。かくして得られた本発明のロール材をシヤフト
に固定し熱間圧延用耐摩耗鋳鉄ロールを作成す
る。実施例２ C2.7％、Si1.0％、Mn0.43％、Cr4.0％、Mo7.0
％、W4％、V8.0％、Co2.6％及び残部をFe及び
通常の不純物よりなる溶湯を実施例１と同様に処
理して本発明のロール材合金とする。この硬度は
84〜85HsCである。以上の実施例１、２で示した本発明のロール材
を用いた耐摩耗性鋳鉄ロールの効果を示す試験例
及びその結果を示す。試験例試験番号１は実施例１によつて得られた本発明
のロール材を用いたロールで線材仕上を行つた場
合の１カリバー当りの圧延トン数並びにカリバー
の摩耗量を測定した結果を下記表で示す。試験番
号２は実施例２によつて得られた本発明のロール
材を用いたロールで線材仕上前を行つた場合の１
カリバー当りの圧延トン数並びにカリバーの摩耗
量を測定した結果を下記表で示す。なお、対照として、C3.3％、Si0.75％、Mn0.6
％、Ni3.5％、Cr1.6％、Mo0.4％、残部はFe及び
通常の不純物より成る従来成分のロール材を用い
たロールを同一用途に用い、同一試験を行つた値
を試験番号１、２について併記した。

【表】以上顕微鏡組織例ならびに試験例で明らかな如
く、本発明のロール材は、従来のロール材に比し
てすぐれた耐摩耗性と耐ヒートクラツク性を示
し、熱間圧延用としてすぐれたものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の耐摩耗性ロール材の倍率200倍
の顕微鏡組織写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

１ C2.4〜3.5％、Si0.5〜1.3％、Mn0.3〜0.8％、
Ni3.0％以下（但し０は含まず）、Cr2.0〜7.0％、
Mo2.0〜9.0％、W10.0％以下（但し０は含まず）、
V6.1〜14.0％、Co4.0％以下（但し０は含まず）、
残部Fe及び通常の不純物よりなることを特徴と
する熱間圧延用耐摩耗鋳鉄ロール材。