JPH05271867A

JPH05271867A - 圧延用ロール材

Info

Publication number: JPH05271867A
Application number: JP10242092A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hattori; 敏幸服部; Ryosaku Nawata; 良作縄田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1992-03-30
Filing date: 1992-03-30
Publication date: 1993-10-19
Anticipated expiration: 2012-12-08
Also published as: JP2686207B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＶＣ炭化物を均一に分布させた、耐摩耗性及
び耐肌荒れ性の極めて良好なハイス系ロールの材質を得
ることが目的である。【構成】化学成分が重量比でＣ１〜３％、Ｓｉ２％以
下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ３〜１５％、Ｍｏ８％以
下、Ｖ２〜８％、Ｎ０．０３〜０．２％、残部実質的に
Ｆｅ及び不可避的不純物元素からなることを特徴とする
圧延用ロール材である。【効果】本発明の圧延用ロール材は、ＶＣ炭化物が微
細粒状に均一に分布しているので、特に圧延製品表面性
状の向上及び品質の改善といった効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧延に使用するロール
の材質に関し、特に、耐摩耗性及び耐肌荒れ性に優れた
熱間圧延あるいは冷間圧延用ロールの材質に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】熱間あるいは冷間圧延用ロールは、ロー
ル組み替え頻度の低減、ロール改削頻度の低減、ロール
原単位の向上のため、耐摩耗性が要求されるとともに、
圧延製品の品質向上のため、耐肌荒れ性が求められる。
このような圧延ロールとして、その材質面から見ると、
従来、高合金グレンロールや高クロム鋳鉄ロールが用い
られていたが、耐摩耗性をさらに向上させるために、近
年、バナジウム炭化物ＶＣを主体とするハイス系ロール
が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＶＣ炭化物は
硬く耐摩耗性に優れ、周囲の基地組織に比べて摩耗が少
なく、圧延を繰り返すに伴ってロール表面にＶＣ炭化物
が突出して浮き出てくる。このため、ＶＣ炭化物の分布
が不均一な圧延ロールを使用すると、不均一な凹凸肌と
なり、圧延製品の表面性状が悪化するという問題があ
る。

【０００４】したがって、本発明の目的は、ＶＣ炭化物
を均一に分布させた、耐摩耗性及び耐肌荒れ性の極めて
良好なハイス系ロールの材質を得ようとするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】ＶＣ炭化物の形状、分布
につき発明者は種々の実験を行った結果、共晶ＶＣ炭化
物は粗大化しオーステナイト粒界に偏析するが、Ｎを重
量比で０．０３〜０．２％添加すると、ＶＣ炭化物が高
温で晶出し、微細粒状となり均等に分布することを見い
出した。

【０００６】したがって、本発明の圧延用ロール材は、
化学成分が重量比で、Ｃ１〜３％、Ｓｉ２％以下、Ｍｎ
１．５％以下、Ｃｒ３〜１５％、Ｍｏ８％以下、Ｖ２〜
８％、Ｎ０．０３〜０．２％、残部実質的にＦｅ及び不
可避的不純物元素からなることを特徴とする。

【０００７】

【作用】以下に、各元素の含有量の特定理由を述べる。
なお、含有量は重量比で表わしている。

【０００８】（ａ）Ｃ：１〜３％Ｃは耐摩耗性の向上に必要な炭化物を構成する元素であ
る。１％未満では炭化物の晶出量が十分でなく、十分な
耐摩耗性が得られない。一方、Ｃ量が過剰であると、炭
化物の量が過多となり、靭性、耐クラック性が低下する
ので制限される。

【０００９】（ｂ）Ｓｉ：２％以下Ｓｉは脱酸剤として有効であるが、２％を超えると材質
が脆化するため不都合である。

【００１０】（ｃ）Ｍｎ：１．５％以下ＭｎもＳｉと同様脱酸剤であるが、ＳをＭｎＳとして固
定する作用もある。しかし、１．５％を超えると材質が
脆化するため不都合である。

【００１１】（ｄ）Ｃｒ：３〜１５％Ｃｒは焼入れ性向上、基地の強化及び硬質のＭ₇ Ｃ₃ 系
炭化物を形成するため添加する。添加量が３％未満では
その添加による効果が十分でない。また１５％を超える
と、より硬質のＶＣ炭化物の量が少なくなりすぎるた
め、Ｃｒ量は１５％以下とする。

【００１２】（ｅ）Ｍｏ：８％以下Ｍｏは焼入れ性向上及び焼戻し硬さ向上のため添加す
る。しかし、８％を超えて添加すると、Ｍ₂ Ｃ系あるい
はＭ₆ Ｃ系炭化物の形成が多くなり、より硬質のＶＣ炭
化物が減少する。

【００１３】（ｆ）Ｖ：２〜８％Ｖは非常に炭化物形成作用の強い元素であり、硬質のＶ
Ｃ炭化物を形成して、圧延用ロールの耐摩耗性向上に最
も寄与する。Ｖの含有量が２％未満では、ＶＣ炭化物の
晶出が十分ではない。一方、Ｖの含有量が多すぎると、
溶湯の酸化が大きく鋳造欠陥が生じるとともに、遠心鋳
造する時は、その遠心力によって比重の軽いＶＣ炭化物
が内側部分に偏析し健全でなくなる。したがって、Ｖの
含有量は８％以下にする必要がある。

【００１４】（ｇ）Ｎ：０．０３〜０．２％Ｎは本発明の圧延用ロール材の耐肌荒れ性に最も寄与す
る元素である。つまり、Ｎの含有量が０．０３％未満で
は、ＶＣ炭化物が粗大化しオーステナイト粒界に偏析す
るが、Ｎの含有量が０．０３％以上では、ＶＣ炭化物が
微細粒状化し、均一分布することを見出した。しかし、
０．２％を超えても、Ｎの効果は飽和し、ＶＣ炭化物は
微細粒状であり均一に分布し、ＶＣ炭化物の形状、分布
に影響しないが、青熱もろさなど悪影響が生じる。

【００１５】（ｈ）その他の化学成分また、本発明においては、上記した化学成分に加えて、
さらに、Ｔｉ２％以下を含有してもよい。Ｔｉは、ＶＣ
炭化物の微細粒状化、均一分布を促進することを見出し
た。原因はまだ明らかではないが、高温でＴｉＮあるい
はＴｉＣが最初に晶出し、これを核としてＶＣ炭化物が
晶出するためではないかと考えられる。一方、Ｔｉ量が
２％を超えると、溶湯の酸化が大きくなりすぎるため好
ましくない。

【００１６】また、本発明においては、上記した化学成
分に加えて、さらに、Ｗ及び／またはＮｂを添加してＷ
％＋Ｎｂ％の値が１０以下となるようにしてもよい。Ｗ
はＭｏと同様の作用をし、焼戻し硬さを向上する。しか
し、多量に添加すると、Ｍ₂Ｃ系あるいはＭ₆ Ｃ系炭化
物の晶出が多くなり、炭化物が粗大化し靭性が低下する
とともに、より硬質のＶＣが減少する。他方、ＮｂはＶ
と同様に硬質炭化物を形成する元素であり、耐摩耗性の
向上を図ることができる。しかし、Ｗ％＋Ｎｂ％の値が
１０を超えて、多量に添加すると、より硬質のＶＣ炭化
物の量が少なくなりすぎ、好ましくない。また、Ｎｂ量
が過剰であると、溶湯の酸化が大きくなり好ましくな
い。

【００１７】また、本発明においては、上記した化学成
分に加えて、さらに、Ｎｉを２％以下含有してもよい。
Ｎｉはオーステナイトを安定化させ、焼入れ性を向上す
るため、大型ロール製造の場合に添加すると特に好まし
い。しかし、２％を超えると、オーステナイトが安定化
しすぎ、残留オーステナイトの分解が困難となるため、
硬さや耐摩耗性が十分に得られなくなる。

【００１８】さらに、本発明ではＣｏを加えてもよい。
Ｃｏはロール基地に固溶し、ロールの熱間強度を向上さ
せる作用を有する。したがって、Ｃｏの添加は、特に熱
間圧延用ロールの耐摩耗性、耐肌荒れ性の向上に有効で
ある。この効果はＣｏの添加量が１０％であれば十分で
あり、また１０％を超えても耐摩耗性及び耐肌荒れ性の
向上が特にみられないので、経済性の点から１０％以下
とする。

【００１９】

【実施例】本発明をさらに以下の実施例により詳細に説
明する。

【００２０】実施例１表１に示す組成の溶湯を直径７０ｍｍ、高さ８０ｍｍの
ＣＯ₂ 砂型に注入して、圧延摩耗試験用の小型ロール素
材を鋳造した。この素材に１０００〜１１００℃からの
焼入れ及び５００〜５５０℃での焼戻しの熱処理を施し
た後、外径６０ｍｍ、内径３５ｍｍ、長さ４０ｍｍのス
リーブ状の試験用ロールを作成した。ロール表面のＶＣ
炭化物の形状、分布を観察するため、アルミナ研磨仕上
の金属組織写真を撮影した。本試験材である試料No. １
及び試料No. ３の倍率１００倍の金属組織写真を、それ
ぞれ、図１、図２に示す。これら金属組織写真におい
て、黒い部分がＶＣ炭化物に相当しているのであるが、
本試験材はＶＣ炭化物が微細粒状となり均一に分布して
いることがわかる。

【００２１】

【表１】

【００２２】各試験用ロールの表面の硬さをショアー硬
さ計により測定した結果を表２に示す。次に、この試験
用ロールの圧延摩耗試験を行った。圧延摩耗試験機は図
４に示すとおり、圧延機１と、圧延機１に組み込まれた
上ロール２及び下ロール３と、圧延材Ｓを予熱する加熱
炉４と、圧延材Ｓを冷却する冷却水槽５と、圧延中に一
定のテンションを与える巻取り機６と、テンションを調
節するテンションコントローラ７とからなる。試験条件
は以下のとおりである。圧延材：ＳＵＳ３０４、厚さ１ｍｍ、幅１５ｍ
ｍ圧延距離：８００ｍ圧延温度：９００℃ 圧下率：２５％圧延速度：１５０ｍ／分ロール冷却：水冷

【００２３】試験用ロールの表面に生じた摩耗の深さを
触針式表面粗さ計(SURFCOM) を用いて測定した。各ロー
ルについて摩耗深さを圧延幅において平均して平均摩耗
深さを求めた結果を表２に示す。また、肌荒さを評価す
るために、圧延後に圧延材の表面粗さＲ_max を触針式表
面粗さ計(SURFCOM) を用いて測定した。求めた結果を表
２に合わせて示す。

【００２４】比較材としては、試料No. ８について実施
例１と同様にして試験用ロールを作製した。試料No. ８
の組成は、本試験材と同種であるが、Ｎ０．０３％未満
かつＴｉ０．０１％未満であり、ＶＣ炭化物の微細均一
化を考慮していない点で異なる。この比較材の試料No.
８について、実施例１と同様に得た倍率１００倍の金属
組織写真を図３に示す。また、実施例１と同様にして摩
耗試験を行い、ロールの摩耗深さを圧延幅において平均
して平均摩耗深さを求め、圧延材の表面粗さＲ_max を求
めた。その結果を表２に示す。また硬さを測定した結果
を表２に合わせて示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】実施例２表３に示す組成の外殻層及びダクタイル鋳鉄の内層を有
し、胴径４５０ｍｍφ、胴長７５０ｍｍの複合ロールを
以下に示す手順により製造した。

【００２７】

【表３】

【００２８】まず、高周波溶解炉にて外殻層の溶湯を溶
解した。Ｎの添加は、窒化フェロクロムを溶解原料とし
て用いた。溶湯を１４５０℃で回転する遠心鋳造用鋳型
内に４５０ｋｇ鋳込んだ。同時に外殻層内面の酸化防止
用フラックスを吹き込んだ。外殻層を鋳込み、１５分後
に、鋳型の回転を停止し鋳型を直立させ、直ちに内層と
なるダクタイル鋳鉄を１４００℃にて鋳込んだ。そし
て、室温まで冷却後、鋳型を解体し、粗加工を行い、１
０００℃から放冷焼入れし、その後５５０℃にて３回の
焼戻しを行う熱処理を行った。熱処理後に超音波探傷及
びカラーチェックにて、欠陥のない健全なロールである
ことを確認した。

【００２９】実施例３胴径７５０ｍｍφ及び胴長１８００ｍｍで、内層がダク
タイル鋳鉄であるロールの製造例を示す。溶湯成分は表
４に示すとおりである。

【００３０】

【表４】

【００３１】［鋳造条件］本実施例３では、Ｎの添加
は、溶湯中にＮ₂ ガスを吹き込んで行った。２０°傾斜
式の遠心鋳造機上の回転鋳型内に、外殻層用溶湯を鋳込
み温度１４２０℃で３０００ｋｇ注入し、その直後内面
の酸化を防止するためフラックスを吹き込んだ。外殻層
が凝固した直後に鋳型の回転を停止して直立させ、鋳型
を外殻層とともに吊り上げて、あらかじめ直立させてお
いたロールジャーナル部を鋳込む鋳型の上に載せ、さら
にその上にロールジャーナル部となる鋳型を載せ、ダク
タイル鋳鉄の内層材を１３９０℃で注入して鋳型内に充
満した。

【００３２】このようにして鋳造したロールに外径加工
を施して超音波探傷した結果、外殻層、境界部、内層と
もに健全であることを確認した。

【００３３】

【発明の効果】本発明により、従来材と同等の耐摩耗性
を有し、かつ、ＶＣ炭化物が微細粒状に、均一に分布
し、さらに、圧延材の表面粗さが、従来の圧延用ロール
により得られる圧延材の１／２程度と極めて耐肌荒れ性
が優れた圧延用ロールを製造することが可能となった。
このことはロールの寿命延長のみならず、ロール交換頻
度の低減、製品形状の改善、圧延スケジュールの自由度
の増加等とともに、製品表面性状の向上、品質の改善等
の効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧延用ロール材の金属組織を示す顕微
鏡写真である。

【図２】本発明の圧延用ロール材の金属組織を示す顕微
鏡写真である。

【図３】従来の圧延用ロール材の金属組織を示す顕微鏡
写真である。

【図４】ロールの摩耗試験に用いた圧延摩耗試験機の概
略を示す図である。

【符号の説明】

１圧延機２上ロール３下ロール４加熱炉５圧延材６巻取機７テンションコントローラＳ圧延材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学成分が重量比でＣ１〜３％、Ｓｉ２
％以下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ３〜１５％、Ｍｏ８％
以下、Ｖ２〜８％、Ｎ０．０３〜０．２％、残部実質的
にＦｅ及び不可避的不純物元素からなることを特徴とす
る圧延用ロール材。
【請求項２】請求項１に記載の圧延用ロール材におい
て、上記化学成分がさらに重量比でＴｉ０．０１〜２％
を含むことを特徴とする圧延用ロール材。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の圧延用ロ
ール材において、前記化学成分がさらにＷ及び／または
Ｎｂを含み、重量比でＷ％＋Ｎｂ％の値が１０以下であ
ることを特徴とする圧延用ロール材。
【請求項４】請求項１から請求項３までのいずれか１
つに記載の圧延用ロール材において、前記化学成分がさ
らに重量比でＮｉ２％以下を含むことを特徴とする圧延
用ロール材。
【請求項５】請求項１から請求項４までのいずれか１
つに記載の圧延用ロール材において、前記化学成分がさ
らに重量比でＣｏ１０％以下を含むことを特徴とする圧
延用ロール材。