JPH0653891B2

JPH0653891B2 - 高耐摩耗性圧延ロ−ルの製造方法

Info

Publication number: JPH0653891B2
Application number: JP60250349A
Authority: JP
Inventors: 學大堀; 典明腰塚; 修三上田; 征明狩野
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1985-11-08
Filing date: 1985-11-08
Publication date: 1994-07-20
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: JPS62109926A

Description

【発明の詳細な説明】＜発明の目的＞産業上の利用分野本発明はロール表面硬度Ｈｖ８００超を示す高耐摩耗性
圧延ロールの製造方法に係り、詳しくは、冷間および熱
間圧延機用中間ロール、バックアップロールおよび冷間
圧延機用ワークロールに好適でロール表面硬度Ｈｖ８０
０超を示す高耐摩耗性圧延ロールの製造方法に係る。

従来の技術冷間および熱間圧延機用中間ロール、バックアップロー
ルおよび冷間圧延機用ワークロール等各種ロールにおい
て、耐摩耗性は従来から重要な性能の１つである。

しかし、最近の圧延機の連続化、高圧下化、ロールの小
径化に伴って、使用されるロールの耐摩耗性に対するニ
ーズにますます高まり、とくに、ロール表面の硬度はＨ
ｖ８００超が要求されるようになっている。

高耐摩耗性を具える圧延ロールについてはこれまで特公
昭５０−７５２９号公報、特開昭５４−１５９３２３号
公報、特開昭５７−４７８４９号公報、特開昭５７−１
０８２４８号公報、特開昭５９−１１８８５６号公報等
に記載される通り、多数の圧延ロールが提案されてい
る。

たとえば、特開昭５７−４７８４９号公報には、Ｃ：
０．７〜１．６重量％（以下単に％という。）、Ｓｉ：
０．１５〜１．６％、Ｍｎ：０．１５〜１．６％、Ｃ
ｒ：３．５〜１２％、Ｍｏ：０．４〜３．０％、Ｖ：
０．２〜２．０％を含んだ残余がＦｅから成って、耐摩
耗性を向上させた冷間圧延用ワークロールが提案されて
いる。このワークロールは高Ｃで、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｖなどの焼入性向上や、炭化物形成の成分を含む
高合金ロールである。

しかし、このワークロールは表面硬度がＨｖ７２０〜８
００の範囲にとどまるので、最近の圧延機の要請に合致
したものでない。また、大径のワークロールを製造する
場合には、鍛造に起因する大きな欠陥が生じやすく、こ
の場合には、ほとんど製品にならないのが実情である。

また、特開昭５９−１１８８５６号公報に示すワークロ
ールは、Ｃ：１．１０〜１．３０％、Ｓｉ：１．００％
以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｃｒ：４．８〜５．２％
を含んで、残余がＦｅから成るものである。このワーク
ロールも、高Ｃで、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒなどの成分を含
み、とくに、耐摩耗性の向上に有効なＣｒが多く含まれ
ている。しかし、この成分系ではロール表面の硬度が低
く、その上、鍛造性（熱間加工性）が悪く、焼割れの危
険性が高いことが問題である。

発明が解決しようとする問題点本発明はこれらの問題点の解決を目的とし、具体的に
は、上記の従来例と同様に、Ｃを比較的多く添加すると
共に、焼入性向上元素や、炭化形成元素を添加するほ
か、これら元素のうちで、Ｃとの親和力を持たず、しか
も、ロール内部にあっても焼入到達温度に依存すること
なく焼入性を高めるＮｉを添加し、鍛造時には、鍛造温
度と途中の圧下量とを制御して耐摩耗性が向上し、バー
ニング、表面割れおよび内部割れなどの発生が防止さ
れ、表面硬度Ｈｖ８００超を示す高耐摩耗性圧延ロール
の製造方法を提供する。

＜発明の構成＞問題点を解決するための手段ならびにその作用すなわち、本発明方法は、熱間鍛造後、球状化焼なま
し、焼入れ、焼戻しならびに表面焼入れ等の各処理を経
て圧延ロールを製造する際に、この熱間鍛造に先立っ
て、Ｃ：０．８〜１．５重量％、Ｓｉ：０．１〜１．０
％、Ｍｎ：０．２〜１．６％、Ｃｒ：３．５〜６．０
％、Ｍｏ：０．６〜１．２％、Ｖ：０．１５〜０．７
％、Ｐ≦０．０２５％、Ｓ≦０．０２５％を含むととも
に、Ｎｉ：０．１〜１．０％を含有し、残部がＦｅおよ
び不可避的不純物よりなる鋼を１１５０〜９００℃に加
熱し、この温度範囲内で１回の圧下量を１０％以下で熱
間鍛造し、表面焼入れ処理においては表面焼入れ温度を
９５０〜１０００℃にする。

以下、更に詳細に説明すると、次の通りである。

まず、本発明においては、Ｃ、焼入性向上元素ならびに
炭化物形成元素を増加させて、ロール表面硬度をＨｖ８
００超とすると共に、耐摩耗性を向上させ、バーニン
グ、表面割れおよび内部割れ等の発生を防止するが、そ
の成分範囲限定の理由を示すと、次の通りである。

Ｃ：Ｃは、その一部を固溶させ、固溶Ｃとして焼入性を向上
させ、一部を析出させ、析出Ｃとして炭化物を形成し
て、それによって析出硬化を上昇させる。このようにし
て、Ｃによって耐摩耗性を著しく発揮させる。

この効果を発揮させる上からは、Ｃは、０．８％以上添
加する必要があり、増量とともに効果も大きくなる。し
かし、１．５％を超えると残留オーステナイト量の増加
を招き、硬さの低下、ひいては耐摩耗性の低下を惹起す
ので、上限を１．５％とする。更に好ましくは１．０〜
１．２％の範囲とするのがよい。

Ｓｉ：Ｓｉは耐事故性を向上し、例えばヒートクラックの防止
に役立つ元素である。その効果は０．１〜１．０％の範
囲で著しい。０．１％未満ではヒートクラックの防止に
対して不十分であるので、下限を０．１％とし、一方、
１．０％をこえると、母材の脆化を助長するためにこれ
を上限とした。耐事故性はＳｉが０．５５〜１．０％の
範囲できわめて大きい。

Ｍｎ：Ｍｎは焼入れ性を増加させる元素であり、０．２％以上
でその効果がみられ、増量とともに効果も大きくなる
が、１．６％を超えると、母材の脆化が著しく現われる
ので、０．２〜１．６％、好ましくは０．３〜０．８％
である。

Ｃｒ：Ｃｒの一部は、Ｃｒとの間でＣｒ炭化物を形成してマト
リックス中に分散し、耐摩耗性を向上させる一方、一部
は固溶し、焼入性を増加させる。この２つの効果を発揮
させるのには、３．５％以上必要であって、３．５％未
満ではその効果はきわめて小さく、とくに、焼入性の増
加が望めない。

また、Ｃｒ量が６％を超えると、Ｃｒ炭化物量が増加す
るが、マトリックス中に固溶して焼入性を増加させるＣ
が減少してワークロールとして好ましくない。すなわ
ち、焼入性が阻害されるところから、ワークロールの表
面焼入れでは半径方向において十分な焼入深度が確保で
きない。このところから、Ｃｒ量は３．５〜６．６．０
％、好ましくは４．５〜５．５％の範囲とした。

Ｍｏ：Ｍｏは焼入性を増加させる元素であり、従来から、ロー
ル用鋼に必須の成分として添加されているが、その一部
はＣとの間でＭｏ炭化物を形成し、耐摩耗性を著しく向
上させる。このような効果は０．６％未満では不十分で
あり、１．２０％を超えると、その効果がＭｏ量の増加
にともなって上がらないので０．６０〜１．２０％とし
た。

すなわち、Ｃｒに較べると、Ｃ炭化物の生成割合が少な
いが、Ｍｏの焼入性促進の効果は大きい。このため、表
面焼入れによって、表面硬さがＨｖで８００超を得ら
れ、鍛造プロセスにおいても上記の範囲のＭｏの添加で
あれば、バーニング、内部割れ、表面割れなどの欠陥が
生じることがない。

Ｖ：Ｖは固溶状態で焼入性を上昇させるとともに炭化物形成
元素であり、焼もどし時にＣｒと同様にマトリックス中
に分散析出し耐摩耗性を向上させる。

しかし、０．７％を超えると、Ｖは一面において炭化物
形成元素であるため、母材の靭性の低下が著しく、鍛造
プロセスにおいて上記欠陥が生じ易く、このため０．７
０％を上限とした。０．１５％未満では著しい効果を期
待できないし、好ましくはＶ量は０．２０〜０．５０％
である。

Ｓ：Ｓは介在物量を増加させる。圧延用ロールはとくに介在
物量を減少させる必要があり、このところから、Ｓ量を
０．０２５％以下、好ましくは０．０１０％以下にす
る。

Ｐ：ＰもＳと同様ロール鋼にとって脆化を生じさせる有害元
素であるため、０．０２５％以下、好ましくは０．０１
５％以下にする。

Ｎｉ：Ｎｉは固溶Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖなどの成分と同様
に、焼入性を増加させる。しかし、Ｎｉはこれら成分と
異なって、炭素との親和力を持たないことからＮｉの炭
化物を形成しないし、焼入性に有効な固溶Ｃが減少する
ことがない。

本発明では、Ｎｉのこのところを利用して、Ｎｉの添加
によって固溶Ｃを減少を生じさせることなく焼入性を向
上させる。すなわち、固溶Ｃの焼入性に対する有効性を
利用する高炭素鋼ではＮｉの添加は焼入性に対してきわ
めて有効な元素である。

ワークロールの表面焼入は、半径方向に異なった温度の
分布をもつ焼入である。このような場合は、どうして
も、焼入深度が十分に確保されることが必要で、この面
からＣとの親和力を持たないＮｉの添加はきわめて有効
である。

更に詳しく説明すると、Ｃｒなどのように、焼入性を増
加させるが、一方において炭化物を形成する元素が多い
場合には、焼入のための加熱のときに、表面が設定加熱
温度に加熱されても、熱が表面から内部に入るにしたが
って温度が低下し、内部で到達する温度は内部の予定温
度より低くなる。

このため、Ｃｒなどのように一方において炭化物を形成
する焼入性増加元素がいかに多量添加されたとしても、
到達する内部温度が低いために、それら元素の固溶化が
進まないで十分な焼入が行なわれない。この面におい
て、Ｎｉは炭との親和力を持つことがなく焼入性を向上
させることができ、このため、本発明では０．１〜１．
０Ｎｉを添加する。

また、Ｎｉの場合には、その焼入性が内部で到達する温
度に左右される割合がＣｒなどの他の成分に較べて比較
的少ない。なお、Ｎｉを焼入性増加成分として添加する
のは、Ｃｒなどの他の焼入性増加元素に比べると、非常
に有利になるが、この効果がみとめられるのは、０．１
％以上の添加を必要とする。反面、Ｎｉの１％以上の添
加は残留オーステナイト量を増加させ硬さを低くし、表
面硬さＨｖ８００超を確保する上から好ましくない。

次に、以上の通りの成分系において、熱間鍛造時にその
組成の鋼を１１５０〜９００℃の範囲に加熱し、この鍛
造温度範囲内で１回当りの圧下量を１０％以下におさえ
てプレス等で鍛造する。このような条件で鍛造すると、
上記組成の鋼であっても鍛造時に表面割れなどの内部欠
陥も生じることなく鍛造できる。

すなわち、上記成分範囲の鋼には、Ｎｉを添加すると云
っても、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｖなどの成分が含まれ、こ
のために、一次炭化物が晶出し、この成分系の鋼を鍛造
する場合には、バーニング、表面割れ、内部割れなどの
欠陥が非常に生じやすい。

この欠陥を除去するために、鍛造時の加熱温度は１１５
０℃下として、バーニングを防止する。この鍛造加熱温
度は、１１５０℃以下好ましくは１１００℃以下とす
る。鍛造欠陥のうちで、表面割れ、内部割れを防ぐため
に打ち上げ温度を９００℃以上とする。

また、このような鍛造温度範囲のもとで、もみ割れ、内
部割れを防ぐためには一回当たりのプレスの圧下量を１
０％以下にする。

すなわち、鍛造条件として通常用いられるものに鍛錬比
がある。鍛錬比は鍛造前の断面と鍛造後の断面の比を示
している。しかし、本発明はこの鍛錬比のでなく、鍛造
作業で途中の一回のプレスの圧下量を１０％以下とし
て、プレス鍛造する。

次に、このように鍛造後、常法による球状化焼なまし処
理（８００〜８８０℃加熱、６８０〜７３０℃恒温変
態）、焼入れ処理ならびに焼もどし処理（９００〜１０
５０℃、６５０〜７２０℃）を行なう。

更に、一層耐摩耗性を増加させ、通常のタンデムミルに
おけるロール使用硬度を維持するために、ロール表面硬
度をＨｖ８００超にする場合には、表面焼入れ温度を９
５０〜１０００℃とし、焼もどしは１１０〜１５０℃で
行なう。

この表面焼入れにおいて、焼入れ温度が９５０℃以下で
は、Ｈｖ８００超の硬さは得られないし、１０００℃を
超えると、残留オーステナイトが増大して硬さが低下す
るばかりでなく靭性が低下する。

更に高い硬さを必要とする場合や、高硬度深度を必要と
する場合や、硬さと経時変化の防止が必要な場合にはサ
ブゼロ処理を実施する。

なお、表面焼入れや、必要に応じて行なわれるサブゼロ
処理後に行なわれる焼もどし処理は、表面焼入れなどで
得られた硬さを考慮して、１１０〜１５０℃の温度範囲
で行なわれるが、この理由は、１１０℃未満では焼入れ
によって生じた異常な内部応力を緩和することができ
ず、１５０℃を超えると、表面硬さがＨｖ８００超を達
成できないからである。

実施例以下、実施例によって更に説明する。

Ｃ：１．１２％、Ｓｉ：０．５９％、Ｍｎ：０．４１
％、Ｎｉ：０．１４％、Ｃｒ：５．０％、Ｍｏ：０．９
８％、Ｖ：０．２５％、Ｐ：０．０１２％、Ｓ：０．０
０１３％を含んで残余がＦｅから成る鋼塊を溶製し、こ
の鋼塊から４２０ｍｍφの径に有する冷延ワークロール
を製造した。

この製造において鍛造条件を求めるために、この組成の
鋼について高温に加熱して引張試験を行なって絞り率
（断面減小率％）を求めたところ、第１図および第２図
に示す通りであった。

すなわち、第１図の小枠内には熱サイクルパターンが示
されている。第１図においては、この熱サイクルパター
ンに示すように、１分間で５００℃まで昇温させ、その
後、５００℃から試験すべき各温度Ｔまでは１１分かけ
て昇温させ、各変形温度まで昇温させた後は、その温度
に３０分保持し、この温度に保持した状態の引張試験を
行なって、絞り率（断面減小率％）を求めた。

第１図で示すように、温度Ｔが１１５０℃をこえると、
絞り率％が急激に低下し、このところから、鍛造温度の
上限は１１５０℃とすることが必要であることがわかっ
た。

これに対し、第２図の小枠内に示す熱サイクルパターン
では、５００℃までは１分間で昇温させ、５００℃から
１１５０℃までは１１分で昇温させる。昇温後、鍛造温
度１１５０℃とし、この１１５０℃で１時間保持してか
ら、熱サイクルパターン中でＴ₁で示す温度まで急冷
し、この温度Ｔ₁に５分保持した後引張試験を行なっ
て、絞り率（断面減小率％）を求めたところ、第２図に
示す通りであった。

第２図に示すように、絞り率は温度Ｔ₁８００〜１００
０℃までは直線的に上昇し、１０００℃以上では一定と
なっている。

第２図の結果より、鍛造温度１１５０℃で鍛造し、鍛造
終了のともに温度が９００℃以上にあるときは、絞り率
％が５０％以上保持できることがわかり、プレス鍛造を
打上げる鍛造終了温度を９００℃以上にすることが必要
であることがわかる。

また、上記の冷延ワークロールの製造時に、鍛造条件と
して鍛造温度を上記条件に保って、その鍛造時の一回当
たりの圧下量を変化させてプレス鍛造の各圧下量と鍛造
欠陥との関連性を求めた。圧下量が５〜８％の範囲では
割れを生じなかった。これに対して、プレス鍛造一回当
りの圧下量が１０％をこえて１１〜１５％では、途中の
圧下量が一回でも１０％をこえると、内部割れを生じ
た。

プレス鍛造後、９８０℃で焼なまし処理、続いて加熱温
度８５０℃、恒温変態温度７００℃として球状化焼鈍処
理を行ない、更に、焼入れ温度９７５℃で油冷による焼
入れ処理、６９０℃での焼もどし処理を行なって、ロー
ル軸部の硬さＨｖ２６０〜２７０のワークロールを得
た。

次に、以上の条件で得られたワークロールについて、一
端で焼入れ、この焼入れ端からの距離と硬さの関係を各
焼入れ温度（第３図で数字で示す）毎に示すと、第３図
に示す通りの結果が得られた。

第３図から、焼入れ温度９５０〜１０００℃の範囲内、
とくに、９５０℃以上であると、ロール表面硬さがＨｖ
８００超の表面硬さを得られ、９５０℃以上であると、
内部でも焼入れが進行し、硬さＨｖ８００超になる。焼
もどし温度は焼入れによって、得られた硬度に応じて１
１０〜１５０℃の温度範囲で実施する。

＜発明の効果＞以上詳しく説明したように、本発明方法は、Ｃ、Ｍｎ、
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖなどの焼入性増加成分を含むほか、Ｃと
の親和力を持たないＮｉを添加して、焼入性を大巾に向
上させ、しかも、プレスなどの熱間鍛造のときには、鍛
造温度を１１５０〜９００℃の範囲内とする一方、この
温度範囲内でプレスによる１回の圧下量を１０％以下に
おさえて熱間鍛造し、その後球状化焼なまし、続いて焼
入れ、更に、表面の焼入れ処理を９５０〜１０００℃で
行なう。

したがって、本発明方法によると、鋼組成そのものが耐
摩耗性向上のために炭化物が晶出しやすいＣ、Ｃｒ、Ｍ
ｏその他が多種、多量に含まれているにも拘らず、バー
ニング、表面割れ、内部割れなどの欠陥が発生すること
なく、熱間鍛造ができ、また、組成的には、Ｃ、Ｃｒな
どのほかに、Ｎｉを含むため、９５０℃〜１０００℃で
表面焼入れを行なうと、特にＨｖ８００超の表面硬度を
有する圧延ロールが製造できる。このため、ロール原単
位は向上し、それによって圧延機の性能を向上させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、その小枠内に示す鍛造加熱時の熱サイクルパ
ターンでＴとして示す温度と鍛造時の絞り率（断面減小
率％）の関係を示すグラフ、第２図は、その小枠に示す
熱サイクルパターンでＴ₁として示す温度と絞り率（断
面減小率％）の関係を示すグラフ、第３図は一端で焼入
れしたときの焼入れ端から距離に応じてロール内部の硬
度が変化する状態を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者狩野征明東京都千代田区内幸町２丁目２番３号川崎製鉄株式会社東京本社内 (56)参考文献特開昭57−47849（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−118856（ＪＰ，Ａ) 「日本製鋼技報」第１号（1959）Ｐ．23 〜28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱間鍛造後、球状化焼なまし、焼入れ、焼
戻しならびに表面焼入れ等の各処理を経て圧延ロールを
製造する際に、この熱間鍛造に先立って、Ｃ：０．８〜１．５重量％、
Ｓｉ：０．１〜１．０重量％、Ｍｎ：０．２〜１．６重
量％、Ｃｒ：３．５〜６．０重量％、Ｍｏ：０．６〜
１．２重量％、Ｖ：０．１５〜０．７重量％、Ｐ≦０．
０２５重量％、Ｓ≦０．０２５重量％を含むとともに、
Ｎｉ：０．１〜１．０重量％を含有し、残部がＦｅおよ
び不可避的不純物よりなる鋼を１１５０〜９００℃に加
熱し、この温度範囲内で１回の圧下量を１０％以下で熱
間鍛造し、前記表面焼入れ処理においては表面焼入れ温
度を９５０〜１０００℃にすることを特徴とするロール
表面硬度Ｈｖ８００超を示す高耐摩耗性圧延ロールの製
造方法。