JPH0617196A

JPH0617196A - 亜鉛系めっき鋼板スキンパス圧延用ワークロール及びその製造法

Info

Publication number: JPH0617196A
Application number: JP17710192A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Shimizu; 茂樹清水; Tsutomu Takeuchi; 力竹内
Original assignee: Kanto Special Steel Works Ltd; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Kanto Special Steel Works Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 1992-07-03
Filing date: 1992-07-03
Publication date: 1994-01-25

Abstract

(57)【要約】【目的】ロール原単位を悪化させることなくロール表
面損傷の発生を完全に防止できる、耐食性に優れたワー
クロールを提供する。【構成】Ｃ：0.6 〜2.0 ％、Si：1.5 ％以下、Mn：1
％以下、Ni：2.0 ％以下、Cr：4.0 〜15.0％、Mo：0.6
〜3.5 ％、Ｖ：0.3 〜1.5 ％、Ｗ：2.0 ％以下、残部Fe
および不可避的不純物からなる鋼組成を有するとともに
500 ℃以上での焼戻し処理を行われてなり、表面硬度HS
88〜100 であるワークロール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Zn、Zn−Al合金、Zn−
Ni合金さらにはZn−Fe合金等の亜鉛系めっき鋼板スキン
パス圧延用ワークロール及びその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、連続式溶融亜鉛めっきラインで
は、めっき鋼板の機械的性質を改善するため、めっき後
に軽圧下のスキンパス圧延が行われる。また、電気めっ
きラインの出側では、めっき鋼板の平坦度や表面性状の
調整のためにスキンパス圧延が行われることもある。

【０００３】ところで、Zn、Zn−Al合金、Zn−Ni合金さ
らにはZn−Fe合金等の亜鉛系めっき鋼板のスキンパス圧
延用ワークロール (以下、本明細書においては単に「ワ
ークロール」という) は、その表面への亜鉛の付着を防
止するため、多くの場合に水潤滑環境下で使用される。

【０００４】一般に、スキンパス圧延はおよそ 700トン
以下の圧延荷重により軽圧下 (圧下率:0.5〜２％) を鋼
板に付与するものである。また、ワークロールは、溶製
→加熱→鍛造→焼鈍→外径旋削→焼入→仕上げ旋削およ
び研磨という工程で製造され、ユーザーによりダル加工
を施される鍛鋼製焼入ロールが使用されており、高々10
⁶回転を使用限度として組み替えを行われ、研削および
ダル加工を行われて再使用される。

【０００５】このような製造条件および水潤滑環境下で
使用されるワークロールの表面には、微細なふくれキズ
やこのふくれキズの表面が剥離した微細なピットキズ、
さらにはこれらを起点とした疲労亀裂が発生し易く、こ
れらが内部へと進展して最終的にスポーリングといわれ
る脆性破壊現象 (以下、これらのワークロールの表面不
具合を「ロール表面損傷」という) が発生することが知
られている。

【０００６】従来から、このようなロール表面損傷を防
止するために様々な対策が講じられている。例えば、一
回当たりの圧延長さの規制(Ton／回やKm／回) を行った
り、ワークロールの削量の増加 (mm／回) 等の対策が知
られている。しかし、これらの対策はいずれも生産性お
よびロール原単位を低下させるものであり、ロール表面
損傷を根本的に解決するものであるとはいえない。

【０００７】また、ワークロールの表面硬度を従来より
も低下させることにより、ロール表面損傷を根本的に解
決する手段も試みられている。この手段は、ワークロー
ルの耐食性を向上させるものであることから、確かにロ
ール表面損傷の発生率を低下させることはできる。しか
し、この手段ではロール表面損傷を完全に解決すること
はできないとともに、ワークロールの表面硬度を低下さ
せるためにワークロールの表面に傷が発生し易く、さら
にはダル摩耗も促進されるという問題を有しており、圧
延製品の品質劣化を伴うためその実施は難しい。

【０００８】一方、特開昭61−20800 号公報や同61−20
2708号公報には、ワークロールの表面にクロムめっきを
施すことによりロール表面損傷を防止する技術が提案さ
れている。さらに、特開平２−30309 号公報には、ワー
クロールの表面にクロムめっきを施し、クロムめっき皮
膜中の水素含有量およびめっき厚をともに特定の範囲に
限定したワークロールが提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ワークロールの表面に
クロムめっきを施す技術はワークロールの摩耗量を減少
させることから、確かにワークロールの寿命延長に効果
がある。しかし、これらの技術はロール表面損傷を完全
に解消できるものではない。また、これらの技術では、
使用に際してはワークロールに対してクロムめっき処理
およびベーキング処理を行う必要があり、ロール原単位
を著しく増加させてしまう。

【００１０】ここに、本発明の目的は、ロール原単位を
悪化させることなくロール表面損傷の発生を完全に防止
することができる、耐食性に優れたワークロールおよび
その製造法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】従来より、ワークロール
の表面損傷はドライのスキンパス圧延では発生せず水圧
延においてのみ発生すること、および高々180 ℃以下の
低温焼戻しされた従来のワークロールでも、表面硬度が
低いほど、また同一の表面硬度であってもサブゼロ処理
を行わないものほどロール表面損傷の発生率が低いこと
が経験的に知られている。

【００１２】本発明者は、これらの経験的事実に基づい
てロール表面損傷の発生条件・機構について詳細に検討
した結果、ロール表面損傷は、亜鉛系めっき鋼板のスキ
ンパス圧延に特有な環境条件、すなわち低温焼戻し処
理を行った高Ｃのマルテンサイト組織を主体とするHS88
以上の高表面硬度のワークロールの存在ワークロール
の表面における、亜鉛系めっき鋼板から運ばれた付着亜
鉛の存在潤滑液としての水の存在というないしの
環境条件が共存したときに発生する水素が、ワークロー
ルの内部に侵入して特定の深さ位置に集積・極在化し、
その後に高圧の分子状水素となって析出する際に、ワー
クロールの表面直下に微細な亀裂を発生させ、発生した
微細な亀裂が微細なふくれキズへ、その表層部が剥離し
た微細なピットキズへ、さらにスポーリングへと進展す
る現象であることがわかり、さらに検討を重ねた結果、
下記(i) 〜(iii) に列記する知見を得た。

【００１３】(i) 各種のワークロール材料の水素脆化感
受性は環境条件の影響を顕著に受ける。大気環境中に比
較して水中環境での感受性は高まり、さらに亜鉛の接触
した水中環境での感受性は著しく高まる。

【００１４】(ii)従来のワークロール材料の (亜鉛＋
水) 環境下での水素脆化感受性は、表面硬度が高いほど
大きくなる。ところが、同一の表面硬度であっても焼入
れ後にサブゼロ処理を行うことにより水素脆化感受性は
さらに高まる。

【００１５】(iii) ワークロールの製造工程において、
焼入れ後に焼戻しを行う場合、その温度が高いほど水素
脆化特性は向上する。特に、析出硬化型材料を 500℃以
上の温度で焼戻し処理することにより、水素脆化特性は
著しく改善される。

【００１６】知見(i) および(ii)は、前述した、従来の
亜鉛系めっき鋼板の水圧延においてしばしば経験する事
実と極めて良く符合する。また、知見(iii) は、極めて
重要な知見である。HS88以上の表面硬度を有するワーク
ロールが二つあっても、低温焼戻しを行われた材料と、
500 ℃以上の高温焼戻しを行われた材料とでは、水素脆
化特性に著しい差異が認められる。

【００１７】そこで、本発明者は知見(iii) に関してさ
らに詳細な追加実験を行った結果、ワークロールの組
成、表面硬度および焼戻し温度を適正な範囲に限定する
ことにより、水潤滑環境下で使用されるワークロールに
発生するロール表面損傷を完全に解消できることを知見
して、本発明を完成した。

【００１８】ここに、本発明の要旨とするところは、重
量％で、Ｃ：0.6 〜2.0 ％、Si：1.5 ％以下、Mn：1 ％以下、N
i：2.0 ％以下、 Cr：4.0 〜15.0％、Mo：0.6 〜3.5 ％、Ｖ：0.3 〜1.5
％、さらに必要に応じてＷ：2.0 ％以下、残部Feおよび不可
避的不純物からなる鋼組成を有するとともに表面硬度HS
88〜100 であって、500 ℃以上での焼戻し処理組織を有
することを特徴とする耐食性に優れたワークロールであ
る。本発明にかかるワークロールは、上記鋼組成を有す
る鋼片に、加熱、鍛造、焼鈍および焼入れを行った後に
500 ℃以上での焼戻しを少なくとも１回行って、表面硬
度をHS88〜100 とすることにより提供される。

【００１９】本発明において、500 ℃以上での焼戻し処
理組織とは、500 ℃以上での焼戻し処理を行って得た組
織をいう。

【００２０】

【作用】以下、本発明を作用効果とともに詳述する。な
お、本明細書においては特にことわりがない限り「％」
は「重量％」を意味するものとする。まず、本発明にか
かるワークロールの組成を限定する理由を説明する。

【００２１】Ｃ：Ｃは、Fe、Cr、Mo、Ｖ、Ｗ等の合金元
素と結合して硬い炭化物を作り、ワークロールの耐摩耗
性を向上させる作用を奏する重要な元素である。本発明
にかかるワークロールとして必要な表面硬度を得るため
には少なくとも0.6 ％は添加する。一方、2.0 ％を越え
て添加するとネット状の共晶炭化物が晶出し、ワークロ
ールの水素脆化特性、靱性および研削性が低下する。そ
こで、本発明では、Ｃ含有量は0.6 ％以上2.0 ％以下と
限定する。

【００２２】Si：Siは、主として基地に固溶してワーク
ロールの焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を高める作用が
ある。また、Siには脱酸作用があるためにある程度の量
は不可避的に含有される。しかし、Si含有量が1.5 ％を
越えるとワークロールの鍛造性および耐クラック性が低
下する。そこで、本発明では、Si含有量は1.5 ％以下と
限定する。

【００２３】Mn：Mnは、Siと同様に、主として基地に固
溶してワークロールの焼入れ性を向上させるとともに脱
酸元素であるためにある程度の量は不可避的に含有され
る。しかし、Mn含有量が１％を越えるとワークロールの
耐クラック性を低下させる。そこで、本発明では、Mn含
有量は１％以下と限定する。

【００２４】Ni：Niは、基地に固溶し、焼入れ性を向上
させるとともに靱性を付与する効果を奏する。しかし、
2.0 ％を越えて添加すると、水潤滑環境下で発生してワ
ークロール中に侵入する水素の拡散を遅らせ、ワークロ
ールの水素脆化感受性を高める。そこで、本発明では、
Ni含有量は2.0 ％以下と限定する。

【００２５】Cr：Crは、 (Cr、Fe)₂₃Ｃ₆や (Fe、Cr)₃
Ｃ等の複炭化物を形成するとともにその一部は基地に固
溶して、焼入れ性を向上させ、さらに本発明にかかるワ
ークロールにおいて重要な析出硬化特性を与える。後述
するような500 ℃以上での焼戻し後に、表面硬度HS88以
上を確保するためには少なくとも4.0 ％添加する必要が
ある。しかし、15.0％を越えて多量に添加すると、ネッ
ト状の共晶炭化物が晶出し、水素脆化感受性を高める。
そこで、本発明では、Cr含有量は、4.0 ％以上15.0％以
下と限定する。

【００２６】Mo：Moは、Crと同様に複炭化物を形成する
とともにその一部は基地に固溶して、焼入れ性を向上さ
せ、さらに本発明にかかるワークロールにおいて重要な
析出硬化特性を与える。後述するような500 ℃以上での
焼戻し後に、表面硬度HS88以上を確保するためには少な
くとも0.6 ％添加する必要がある。しかし、3.5 ％を越
えて多量に添加すると、耐クラック性を低下させるだけ
でなく析出硬化特性にも悪影響を及ぼす。そこで、本発
明では、Mo含有量は0.6 ％以上3.5 ％以下と限定する。

【００２７】Ｖ：Ｖは、Ｃと結合して非常に硬い炭化物
を作りワークロールに耐摩耗性を付与するとともにその
一部は基地に固溶して析出硬化特性を与える。かかる効
果は0.3％未満の含有量では不充分であり、一方、1.5
％を越えて添加すると著しく研削性を阻害する。そこ
で、本発明では、Ｖ含有量は0.3 ％以上1.5 ％以下と限
定する。

【００２８】Ｗ：Ｗは、本発明においては必要に応じて
添加される元素であり、Moと同様の効果を有する元素で
あるがその作用はMoの半分程度である。特に析出硬化以
後の焼戻し軟化抵抗を増大するために有効な元素であ
る。したがって、ＷはMoに置換し得るものであり、2.0
％までは析出硬化特性を改善する観点から添加してもよ
い。しかし、2.0 ％を越えて添加するとMoと同様に耐ク
ラック性を阻害するおそれがある。そこで、本発明で
は、Ｗを添加する場合にはその含有量は2.0 ％以下とす
ることが望ましい。さらに望ましくは 1.0％以下であ
る。上記以外の組成は、Feおよび不可避的不純物であ
る。

【００２９】本発明にかかるワークロールは、上記の鋼
組成を有する鍛鋼製焼入ロールであって、例えば電気炉
を用いる通常工程、真空溶解工程またはエレクトロスラ
グ溶解工程により溶製された鋼片を、加熱炉で適当な温
度に加熱した後プレス機により鍛造し、焼鈍後に外径旋
削および焼入れを行い、焼戻しを少なくとも１回行って
から仕上げ旋削および研磨を施されて製造され、ユーザ
ーにより必要に応じてダル加工を行われて使用される。

【００３０】ここで、本発明にかかるワークロールは、
焼戻し温度を500 ℃以上と、表面硬度をHS88〜100 とそ
れぞれ限定する。焼戻し温度および表面硬度の限定理由
について以下に詳述する。

【００３１】本発明にかかるワークロールにおいて、焼
戻し温度の限定はワークロールの水素脆化の観点から極
めて重要であり、焼戻しによって、ロール使用中の環境
から侵入する水素のトラップ・サイトとなる結晶内部ひ
ずみあるいは転位の減少を目的とする。前述のごとく、
付着亜鉛および水潤滑環境下で使用されるワークロール
の水素脆化特性は、焼戻し温度の上昇とともに改善され
る。特に、本発明で規定する鋼組成を有し、500 ℃以上
での焼戻しを行われて製造されるワークロールは、必要
な表面硬度HS88、望ましくはHS90以上を確保できるとと
もに、ロール表面損傷が発生しない水素脆化特性を維持
できる。つまり、本発明で規定する鋼組成を満足するワ
ークロールであっても焼戻し温度が500 ℃未満である
と、必要な水素脆化特性が付与されない。なお、焼戻し
温度の上限はA₁点とすればよい。

【００３２】また、単に水素脆化の観点のみから考える
と表面硬度は低いほうが有利である。一方、ワークロー
ル表面に生じる凹みキズの防止の観点からはHS88以上、
望ましくはHS90以上であるがHS100 を越えると水素脆化
特性が不足する。そこで、本発明にかかるワークロール
は、焼戻し温度を500 ℃以上、表面硬度をHS88〜100と
それぞれ限定する。

【００３３】以上説明してきた組成およびロール表面硬
度を有し、本発明で規定する焼戻し温度で処理されてな
るワークロールは、亜鉛系めっき鋼板スキンパス圧延に
おいて、ロール表面損傷を生じることがない。さらに、
本発明を実施例を参照しながら説明するが、これは本発
明の例示であり、これにより本発明が限定されるもので
はない。

【００３４】

【実施例１】各種のワークロール材料について、水潤滑
環境下における耐食性 (狭義には水素脆化特性) を、図
１に示す方法で実験的に比較評価した。図１は、各種の
ワークロール材料の水素脆化特性を比較評価するために
用いた試験方法を示す説明図であり、同図において、符
号１は外径８mm、長さ100mm 、首下切欠底外径６mmおよ
び首下切欠先端半径１mmの寸法を有する試験片であり、
符号２は厚さ３mmの亜鉛板であり、さらに符号３は大気
あるいは水からなる環境をそれぞれ示す。

【００３５】すなわち、表１に示す鋼組成を有する鋼種
Ａ〜Ｅ、鋼種a1〜c の試験片１に、加熱、鍛造および焼
鈍を行った後に焼入れを行った。焼入れ後に表１に示す
条件で熱処理を行い、表１に示す値の表面硬度とした。
このようにして表面硬度を変更した試験片１を、図１に
示す装置に装着して５Ton/min の荷重速度で引張破断さ
せた。このときの切欠底公称破断強さを、大気中および
(亜鉛板＋水中) の２水準で測定した。結果を表１にま
とめて示す。ここで、σ_nAおよびσ_nW+Znは、それぞれ
大気中および亜鉛板を接触させた水中における破断強さ
を示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１に示す結果から、 (i) 各種のワークロール材料の水素脆化感受性は環境条
件の影響を顕著に受ける。大気環境中に比較して水中環
境での感受性は高まり、さらに亜鉛の接触した水中環境
での感受性は著しく高まる。

【００３８】(ii)従来のワークロール材料の (亜鉛＋
水) 環境下での水素脆化感受性は、表面硬度が高いほど
大きくなる。ところが、同一の表面硬度であっても焼入
れ後にサブゼロ処理を行うことにより水素脆化感受性は
さらに高まる。

【００３９】(iii) 焼戻し温度が高いほど水素脆化特性
は向上する。特に、析出硬化型材料を500℃以上の温度
で焼戻し処理することにより、水素脆化特性は著しく改
善される。

【００４０】という傾向がわかる。また、切欠底破断強
さが小さいものほど起点部破面に認められる粒界割れ領
域が大きくなっており、実際のワークロールにおける
（亜鉛＋水）環境下での水素脆化感受性が再現されてい
る。したがって、本実験結果は実際のワークロールに対
しても適用できると考えられる。

【００４１】なお、本実験における起点部破面の一例と
して、従来のロール鋼材料 (表１のb2鋼) および本発明
鋼材料 (表１のA 鋼) の、亜鉛板と接触した水中での破
壊起点部の様相の金属組織写真を図２に示す。図２(a)
はＡ鋼を、図２(b) はb2鋼をそれぞれ示す。

【００４２】図２から明らかなように、従来のワークロ
ール材料に比較して、本発明にかかるワークロール材料
の起点部粒界割れ領域は著しく小さく、水素脆化特性が
優れることがわかる。

【００４３】

【実施例２】表２に示すＡ鋼、Ｂ鋼の成分系からそれぞ
れなる、胴径325mm 、胴長1500mmの本発明にかかるワー
クロールを、溶製→加熱→鍛造→焼鈍→外径旋削→焼入
→焼戻し→仕上げ旋削および研磨という工程で製造し、
その後にダル加工を行った。いずれも製造時の熱処理に
おいて、焼入れ後に 530℃での焼戻しを２回行い、各々
の表面硬度をHS93、HS92とした。

【００４４】一方、比較例のロールはb2鋼の成分系と
し、溶製→加熱→鍛造→焼鈍→外径旋削→焼入→サブゼ
ロ処理→焼戻し→仕上げ旋削および研磨という工程で製
造し、その後にダル加工を行った。焼戻しは160 ℃で行
い、表面硬度HS94とした。

【００４５】

【表２】

【００４６】これらのワークロールをスキンパスミルに
組み込み、水潤滑環境下で亜鉛系めっき鋼板のスキンパ
ス圧延を行い、表３に示す使用回数における平均削量(m
m/回) および、ふくれキズあるいはピットキズ発生回数
を測定した。結果を表３にまとめて示す。

【００４７】

【表３】

【００４８】比較例のワークロールに対して、本発明に
かかるワークロールの１回当たりの圧延量は約1.5 〜２
倍であり、１回当たりの削量は約1/3 以下であり、ロー
ル原単位の大幅な向上が可能となった。また、微細ふく
れキズ、微細ピットキズおよびスポーリング等の表面損
傷の発生は、本発明鋼からなるワークロールにおいては
皆無であり、その優れた性能が確認された。

【００４９】

【発明の効果】このように、本発明にかかるワークロー
ルは、従来のワークロールに比較して、耐食性すなわち
表面損傷の抑制性が優れることがわかる。したがって、
生産性のみならず、ロール原単位の大幅な向上が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワークロール材料の水素脆化特性を比較評価す
るために用いた試験方法を示す説明図である。

【図２】従来のロール鋼材料 (表１のb2鋼) および本発
明鋼材料 (表１のA 鋼) の、亜鉛板と接触した水中での
破壊起点部の様相を示す金属組織写真であり、図２(a)
はＡ鋼を、図２(b) はＢ鋼をそれぞれ示す。

【符号の説明】

１：ワークロールからなる試験片 (外径８mm×長さ100m
m 、首下切欠底外径６mm、首下切欠先端半径１mm) ２：亜鉛板 (３mm厚さ) ３：大気あるいは水からなる環境

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【手続補正書】

【提出日】平成４年７月１４日

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 38/22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.6 〜2.0 ％、Si：1.5 ％以下、Mn：1 ％以下、N
i：2.0 ％以下、 Cr：4.0 〜15.0％、Mo：0.6 〜3.5 ％、Ｖ：0.3 〜1.5
％、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有すると
ともに表面硬度HS88〜100 であって、500 ℃以上での焼
戻し処理組織を有することを特徴とする耐食性に優れた
亜鉛系めっき鋼板スキンパス圧延用ワークロール。
【請求項２】前記鋼組成は、さらに、重量％でＷ：2.
0 ％以下を含むことを特徴とする請求項１記載の亜鉛系
めっき鋼板スキンパス圧延用ワークロール。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の鋼組成を
有する鋼片に、加熱、鍛造、焼鈍および焼入れを行った
後に、500 ℃以上での焼戻しを少なくとも１回行って、
表面硬度をHS88〜100 とすることを特徴とする耐食性に
優れた亜鉛系めっき鋼板スキンパス圧延用ワークロール
の製造法。