JPH0353041A

JPH0353041A - 熱間圧延用鍛造ロール

Info

Publication number: JPH0353041A
Application number: JP18835289A
Authority: JP
Inventors: Kunio Goto; 邦夫後藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1991-03-07
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPH0692626B2

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）この発明は鋼材の熱間圧延用鍛造ロール、詳しくは耐摩
耗性、耐熱き裂性、及び耐焼付性を備えた熱間圧延用鍛
造ロールに関する．（従来の技術）従来、鋼材の熱間仕上圧延機に１吏用されるワークロー
ルの少なくとも外層には高クロム鋳鉄や高合金鋳鉄など
が用いられてきた．しかし最近、熱間圧延工程の省エネ
ルギー化や製品の高級化のために低温強圧下圧延やスケ
ジュールフリー圧延、或いは形状制御圧延などが行われ
るようになった．その圧延に上記材料のロールを用いる
ど著しい摩耗と亀裂が発生するという問題が生じている
．耐摩耗性と耐熱き裂性を備えたロール材が、特開昭５
７−１９８２４２号公報および特開昭５７−１９８２４
３号公報に提案されている．特開昭５７−１９８２４２
号公報に開示されたロール材は、チルド材にＣｒ，　Ｍ
ｏ、Ｗなどの高硬度複合炭化物を形成する合金成分を含
有させて耐摩耗性をもたせ、特開昭５７−１９８２４３
号公報のロール材は、前記特開昭５７−１９８２４２号
公報のロール材に更にＶを含有させて複合炭化物の形態
を変え、耐摩耗性と耐熱き裂性を備えさせたものである
．しかしＷやＶ等を多く含む高合金ロールを遠心鋳造法
により製造すると、次のような問題が生じる．即ちＣ，
Ｗ、■により形戒されるＷＣやＶＣ等のＭＣ型高硬度炭
化物は、その比重（ＷＣ　：　１５．６、ＶＣ：５．８
）がＦｅのそれ（７．８　）と異なるために鋳造中に偏
析を起こす．その結果、残留応力が大きくなって鋳造割
れを生じたり、硬度と靭性が場所により異なるために異
常摩耗を起こしたり、偏析部に亀裂が生したりする．そ
こで本発明者は鋳造時の偏析防止手段を検討した結果、
ＷとＶの一部をＮｂに置き換えると共に、ＷとＭｏの関
係、■とＮｂの関係、及び■当量を適切に規定すること
によって偏析を防止できるという知見を得た．そしてそ
れに基づいて耐摩耗性と耐熱き裂性を備えた熱間圧延用
ロールを発明し先に提案した（特願平１−１０８９２６
号）．この圧延ロールは従来のものより優れた耐摩耗性
と耐熱き裂性を備えている．しかし高温強圧下のもとて
長時間使用されると、依然として摩耗、熱き裂、焼付き
などが生しることがある．（発明が解決しようとする課題）この発明の目的は、苛酷な圧延条件のもとでも優れた耐
摩耗性、耐熱き裂性及び耐焼付性をもつ熱間圧延用ロー
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、高温強圧下のもとでも長時間の使用に耐え
うる熱間圧延用ロールを開発するため、種々検討を重ね
た結果、下記のことを知った．ａ．Ｎｂをできるだけ多
く含有させ、Ｎを適当量含有させてＮｂＮを粒界に析出
させると、高温での耐摩耗性が著しく改善される．さら
にＺｒ、Ｃｅ，Ｂの少なくとも１種以上を含有させると
耐摩耗性がなお一層向上する．ｂ，ＮｂＮは焼付きにくい性質をもち、またそれと同し
性質を有するスケールがロール表面に形成されるので耐
焼付性が著しく向上する．ｃ．Ｎを含有させることによ
り温間鍛造が可能になり、耐熱き裂性が大幅に改善され
る．ｄ．ＷとＭｏの関係、及び■とＮｂの関係を通切に
定めることにより、耐摩耗性と耐熱き裂性をともに高め
ることができる．この発明は上記知見によりなされたものであり、その要
旨は下記のとおりである．すなわち、第１発明は、少な
くとも外層が重量％で、Ｃ：Ｌ２〜３．５％、　Ｓｔ：
０．２％〜１．５％、Ｍｎ　：　０．３〜１．５％、　
Ｃｒ：０．５％〜５．０％、Ｍｏ　：　６．０％以下、
　　Ｖ：５．５％以下、Ｗ：５．０％以下、　　Ｎｂ　
：　２．０〜１０．０％、Ｃｏ　：　０．２〜２．０％
、　Ｎ　　：　０．０１〜０．６％を含有し、残部がＦ
ｅ及び不６１避不純物からなり、かつ、Ｖ，Ｎｂ，Ｗ及
びＭｏの含有量が下記条件を満たす熱間圧延用鍛造ロー
ル．Ｖ％＋（２／３）Ｎｂ％≦１１％　・・・（１）Ｖ％一
（２／３）Ｎｂ％≦２％　・・・（２）Ｗ％≦２Ｍｏ％
　　　　　　　　・・・（３）第２発明は、第１発明の
熱間圧延用鍛造ロールの成分に加え、更に１．０重１％
以下のＺｒ，’０．２重量％以下のＣｅ、０．１重量％
以下のＢの１種又は２種以上を含有する熱間圧延用鍛造
ロール、である。

（作用）以下、本発明の熱間圧延用鍛造ロールの化学組戊（重量
％で表す）を前記のように限定する理由と、Ｖ、Ｎｂ，
Ｗ、及びＭｏが前記（＋）　〜（３）の条件を満たさな
ければならない理由を述べる．Ｃ　：　１．２〜３．５
％Ｃは、Ｃｒ，Ｍｏ．．Ｗ，Ｖ，Ｎｂなどと結合して高硬
度の複合炭化物を形成し耐摩耗性を高める。

その含有量が１．２％未満では炭化物の形或量が不足し
て耐摩耗性が低下する．一方、３．５％を超えて含有さ
せると炭化物盪が増大して靭性が低くｌり、耐熱き裂性
を低下させるのでＣは１．２〜３、５％とする。

Ｓ　ｉ　：　０．２〜１．５％Ｓｔは、溶湯の脱酸と場流れをよくするために含有され
る．含有量が０．２％未満ではその効果が得られず、１
．５％を超えると靭性の低下を招くため、その含有量は
０．２〜１．５％とする．Ｍｎ　：　０．２〜１．５％Ｍｎは、脱酸のためにＳｉと共に含有される，その含有
量が０．２％より少ないと十分な脱酸効果が得られず、
１．５％より多いと靭性が低下するため、０．２〜１．
５％にする．Ｃｒ　：　０．５〜５．０％Ｃｒは、基地に固溶してそれを強化し、Ｃと結合して微
細な高硬度複合炭化物を形成し、耐摩耗性と靭性を高め
る。０．５％未満ではその効果が少な＜、Ｓ．Ｏ％を超
えると却って靭性を低下させるので、その含有量は０．
５〜５．０％にする．Ｍｏ　：　６．０％以下、ＭＯは、基地に固溶して高温軟化抵抗などの高温特性を
改善させるほか、Ｃと結合して微細な高硬度の複合炭化
物を形戒し、耐摩耗性を向上させる．しかし６．０％を
超えると脱炭を生じて靭性の低下を招くため、６．０％
以下にする．Ｖ：５．５％以下 ■は、Ｃと結合して高硬度の複合炭化物を形威して耐摩
耗性を高め、結晶粒を微細化して靭性を向上させる．し
かし５．５％を超えて含有させると炭化物が粗大化して
靭性を低下させ、また炭化物とＦｅとの比重差により偏
析を起こすため、５．５％以下にする．Ｗ：Ｓ．Ｏ％以下Ｗは、基地に固溶して焼戻し軟化抵抗と耐熱性を高め、
またＣと結合して微細な高硬度複合炭化物を形威し、耐
摩耗性を高める．それが５．０％を超えると粗大炭化物
が増加して靭性の低下を来たし、またＷＣとＦｅとの比
重差により偏析を生じるため、５．０％以下にする．Ｎｂ　：　２．０〜１０．０％Ｎｂは、組織を微細化して強度と靭性を高めるほか、Ｃ
と結合して高硬度のＮｂＣを形威し耐摩耗性を向上させ
る，ＮｂＣの比重はＦｅのそれとほとんど差がないので
、多く含有させても偏析を起こすことなく均一に分布す
る．その結果、相反する性質である耐摩耗性と耐熱き裂
性の両方を備えさせることができる．またＮｂは後述す
るＮとも結合してＮｂＮを形威して粒界に析出し、高温
での耐摩耗性を高めるとともに耐焼付性を向上させる，
Ｎｂ含有量が２．０％未満では上記効果が現れず、一方
、１０．０％を超えると靭性の低下をまねくので、その
含有量は２．０〜ＩＯ．０％とする．Ｃｏ　：　０．２
　〜２．０％Ｃｏは、その大部分が基地に固溶してＮｂ炭化物などの
基地への固溶を助け、高温強度と耐熱性を高める作用を
する．０．２％未満ではその効果が少なく、２．０％を
超えると炭化物の偏析を助長し靭性を低下させるため、
０．２〜２．０％とする．Ｎ　：　０．０１〜０６６％Ｎは、ＮｂやＣと結合して窒・炭化物を形威して高温強
度を高める．特にＮｂＮは粒界に析出するとそれ自身の
焼付きにくさと粒界強化により、高温耐摩耗性と耐焼付
性を著しく向上させる．含有量が０．１％未満では上記
効果が少な＜、０．６％を超えると窒・炭化物が粗大化
すると共に増大し、反対に耐摩耗性と耐熱き裂性を低下
させるので、０．０１〜０．６％にする．Ｚｒ　：　１．０％以下Ｚｒは、Ｎｂと共に含有させることにより、粒界に析出
した窒・炭化物を分割し、高温における耐摩耗性を一段
と向上させる．しかし１．０％を超えると粒界に金属間
化合物を生じさせ、上記効果を低下させるので、１．０
％以下にする．Ｃｅ：０．２％以下Ｃｅは、微量含有させるだけで高温強度を著しく高める
．また粒界に析出した窒・炭化物を分割し、高温での耐
摩耗性を高める．０．２％を超えると機械的性質を低下
させるのでそれ以下にする．Ｂ：０．１％以下Ｂは、粒界に析出して結晶粒界を強化し、高温強度を高
めて高温で−の耐摩耗性を向上させる．しかしその含有
量が０．１％を超えると耐熱き裂性を低下させるので、
０．１％以下にする．Ｐ及びＳ：これらはいずれも不可
避的に含有され、材料の詭化を招くので少ない方がよい
．しかし０．０８％以下であればそれほど悪影響がない
．次に本発明の熱間圧延用鍛造ロールが前記（１）〜（
３）の条件を必要とする理由を述べる．第１図は、■当
量〔Ｖ％＋（２／３）Ｎｂ％〕と、耐ＦＪ耗度及び耐熱
き裂度との関係を示すグラフである．これから明らかな
ように■当量が１１％以下であれば、耐摩耗度（○印）
、耐熱き裂性度（Δ印）が共にすぐれている．すなわち
耐摩耗性と耐熱き裂性を同時に向上させるには下記（１
）式を満足することが必要である．ｖ％＋（２／３）Ｎｂ％≦１１％　・・・（１）なお第
１図の耐摩耗度と耐熱き裂度は次の式から求めた．摩耗量（ａｓ）十研削！（ｓ＋ｅ）ここで、研削量とはロールを再生するときに削る量のこ
とである．また耐摩耗性と耐熱き裂性をよくするには、■炭化物及
びＷ炭化物の偏析を防止しなければならない．そのため
にはＶとＮｂ、及びＷとＭｏが所定の関係をもつことが
必要である．第２図はＶ炭化物の偏析を防止するための
ＶとＮｂの関係を示す図であり、■及びＮｂが籠の範囲
にあれば偏折は生じない．上記範囲（纏のところ）は前
記ＶとＮｂの限定含有量、及び前記（１）式と下記（２
）式により規定される．ｖ％＝（２／３）Ｎｂ％≦２％　・・・（２）即ち■炭
化物の偏析を防ぐためには、ＶとＮｂが上記（２）式を
も満足しなければならない．第３図はＷ炭化物の偏析を
防止するためのＷとＭｏとの関係を示す図である．Ｗと
Ｍｏが図中の潅の範囲にあれば偏析を生じない．この範
囲は前記ＷとＭｏの限定含有量と、下記（３）式により
定められる．Ｗ％≦２Ｍｏ％　　　　　　　　　・・・（３）すなわ
ちＷ炭化物の偏析を防止するためには、上記（３）式の
条件を満たさなければならない．また本発明の圧延ロー
ルではＮが含有されるために鍛造を加えることが可能で
ある．ＮはＮｂと結合してＮｂＮとなり粒界に析出して
組織の粗大化を防止すると共に、析出強化によって高温
での靭性と強度を高める．その結果、高合金材料でも熱
間であれば鍛造を加えることができる．ｅ造を加え、鋳
造組織を破壊して結晶粒界の微細化と炭化物の分断を行
うことによって靭性と強度が向上され、熱き裂の発生や
進展が抑制される．鍛造は８５０〜１，１００゜Ｃの範
囲で行うことが好ましい．鍛造温度が８５０゜Ｃより低
いと十分な塑性変形を得ることができず、一方、１，１
００℃を越えると結晶粒の粗大化やロール表面の酸化な
どが生じる．また鍛造の程度は鋳造組織が完全に破壊さ
れるまで行われることが望ましい．本発明の圧延用ロールは全体が前記化学組成であっても
よいし、外層だけを前記組威とし内層を他の材料で構成
してもよい．後者は複合ロールといわれるもので、内層
にはダクタイル鋳鉄、普通鋳鉄、黒鉛鋼などの強靭材が
使用される。

そして本発明の圧延用ロールは次のようにして製造され
る．すなわち一体ロールの場合には普通鋳造法により鋳
造され、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、遠心鋳造法等により鋳造される．鋳造
されたロールの外層部は誘導加熱により９５０℃前後に
加熱され鍛造が加えられる．そのあと残留応力の除去と
ミクロ組織の安定化のための熱処理が施され、切削と研
磨が行われて所定寸法のロールに仕上げられる．こうし
て製造された本発明の圧延用ロールは、熱間仕上圧延機
のワークロール、ホットスキンパス果ルのロール、条鋼
圧延用ロール、或いは製管用ロールなどとして使用され
る．（実施例）以下、本発明の熱間圧延用鍛造ロールを実施例にもとづ
いて説明する．第４図（外層のみ断面）に示す外層２及
び内層３から構成される複合ロール１（胴部直径：　７
５０ｍｍ、胴長：１，８００麟一、全長：３，８００一
一）を製造した．まず遠心鋳造機の回転鋳型に第ｌ表の
化学組戒を有する溶湯’　（Ｎｏ．　１〜１０が本発明
例、Ｎｏ．１１〜ｌ６が比較例）を鋳込み、肉厚が９０
−鵬の外層２を鋳造し、つぎに外層２を内装したままの
鋳型を垂直に立て、外層２の内側に内層３となるダクタ
イル鋳鉄の溶湯を鋳込み複合ロール１を鋳造した．そし
てこのロールの外層部だけを誘導加熱により９５０゜Ｃ
まで加熱し、そこが８５０゜Ｃになるまで鍛造を加えた
あと常温まで放冷した．ついで歪み取り及び組織調整の
ための熱処理を施したあと、研削及び研磨を行って上記
寸法の圧延用ロールに仕上げた．そしてこの複合ロールを熱間圧延設備の仕上圧延機に組
み込み、圧延温度８５０〜９００゜Ｃ、圧下率３０〜３
５％で構造用炭素鋼板を圧延し、ロールの耐摩耗度、耐
熱き裂度、及び焼付の有無を調べた．その結果を第２表
に示す．この表から明らかなように、本発明の圧延用ロ
ール（発明例のＮｏ．　１〜１０）のは、いずれも耐摩
耗度が高く、耐熱き裂度が低く（低い方がよい）、焼付
の発生がない．即ち耐摩耗性、耐熱き裂性、耐焼付性の
全てがすぐれている．これに対して本発明の規定する範
囲から外れたロール（比較例のＮｏ．１１〜１６）は、
耐摩耗度が全体に低く、耐熱き裂度が高かったり、焼付
きが発生したりした．第２表（発明の効果）以上説明したように、本発明の熱間圧延用鍛造ロールは
耐摩耗性、耐熱き裂性、耐焼付性が格段にすぐれている
．したがって苛酷な圧延条件のもとでも長期使用に耐え
、しかも品質のよい製品を製造することができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は、■当量と耐摩耗度及び耐熱き裂度との関係を
示すグラフ、第２図は、本発明における■及びＮｂの含有量の範囲を
規定する図、第３図は、本発明におけるＷ及びＭＯの含有量の範囲を
規定する図、第４図は、本発明の熱間圧延用鍛造ロールの１例を示す
ロールの軸方向一部断面図、である．

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも外層が重量％で、Ｃ：１．２〜３．５％、Ｓｉ：０．２％〜１．５％、Ｍ
ｎ：０．２〜１．５％、Ｃｒ：０．５％〜５．０％、Ｍ
ｏ：６．０％以下、Ｖ：５．５％以下、Ｗ：５．０％以下、Ｎｂ：２．０〜１０．０％、Ｃｏ：
０．２〜２．０％、Ｎ：０．０１〜０．６％を含み、残
部がＦｅ及び不可避不純物からなり、かつＶ、Ｎｂ、Ｗ
及びＭｏの含有量が下記条件を満たすことを特徴とする
熱間圧延用鍛造ロール。Ｖ％＋（２／３）Ｎｂ％≦１１％Ｖ％−（２／３）Ｎｂ％≦２％Ｗ％≦２Ｍｏ％
（２）特許請求の範囲第１項記載の熱間圧延用鍛造ロー
ルの成分に加え、更に１．０重量％以下のＺｒ、０．２
重量％以下のＣｅ、０．１重量％以下のＢの１種又は２
種以上を含有することを特徴とする熱間圧延用鍛造ロー
ル。