JPH0692625B2

JPH0692625B2 - 熱間圧延用ロール

Info

Publication number: JPH0692625B2
Application number: JP10892689A
Authority: JP
Inventors: 邦夫後藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1994-11-16
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPH02285047A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、たとえば鋼材の熱間仕上圧延機のワークロ
ールなどに使用される熱間圧延用ロールに関する。

（従来の技術）従来、熱間仕上圧延機のワークロール又はその外層材に
は高クロム鋳鉄や高合金グレン鋳鉄などが用いられてき
た。しかし最近では熱間圧延工程の省エネルギー化や製
品の高品質化のために、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等が行われるように
なった。そのため圧延ロールにかかる負荷がますます増
大し、上記材料のロールでは著しい摩耗と亀裂が生じる
という問題が起こっている。

そこで耐摩耗性と耐熱亀裂性を有する外層材が特開昭57
-198242号公報及び特開昭57-198243号公報により提案さ
れた。特開昭57-198242号公報に開示された外層材は、
チルド材にCr、Mo、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57-1
98243号公報の外層材は、前記特開昭57-198242号公報の
外層材にさらにＶを含有させて複合炭化物の形態を変
え、耐摩耗性と耐熱亀裂性を具備させるようにしたもの
である。しかし、ＷやＶを多量に含む高合金ロールの内
層材又は外層材を遠心鋳造法等により製造すると、つぎ
のような問題が生じることが明らかになった。

すなわち、Ｃ、Ｗ、Ｖにより形成されるWCやVCなどのMC
型高硬度炭化物は、それらの比重（WC:15.6g/cm³、VC:
5.8g/cm³）がFeのそれ（7.8g/cm³）と異なるために鋳造
中に偏析を生じる。その結果、残留応力が極度に大きく
なって鋳造割れを起こしたり、硬度と靱性がところによ
り異なるために異常摩耗を生じたり、更には偏析部に亀
裂が発生し、耐摩耗性と耐熱亀裂性はかえって悪くな
る。

（発明が解決しようとする課題）この発明の目的は、従来の熱間圧延ロールの有する問題
点を解消し、高負荷圧延などの苛酷な環境下であって
も、すぐれた耐摩耗性と耐熱亀裂性を有する熱間圧延ロ
ールを提供することにある。

（課題を解決するための手段）遠心鋳造法等により熱間圧延ロールの内層材又は外層材
を鋳造すると、偏析が発生する。

そこで本発明者は、偏析の発生を防止して耐摩耗性と耐
熱亀裂性を具備させる手段を種々検討した結果、下記の
知見を得た。

a.ロールの内層材又は外層材を均質にするためには、Ｗ
及びＶをできるだけ少なくし、その代りにNbをできるだ
け多く含有させ、Feの比重に近い高硬度のNb炭化物（比
重:7.8g/cm³）を形成させれば、偏析を生じやすいWC及
びVCを全体に分散して晶出させることができる。

b.Nb炭化物の硬度（マイクロビッカース硬度:2400）
は、WC及びVC（いずれも、マイクロビッカース硬度:280
0）よりわずかに低いが、Nb炭化物は多量にしかも均一
に分散されるので全体的に硬度が高くなって耐摩耗性が
向上する。

c.WとMoの量、ＶとNbの量、およびＶ当量〔Ｖ％＋（2/
3）Nb％〕を適正に定めることにより、耐摩耗性と耐熱
亀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、少なくとも外層材が重量％で、 C :1.2〜3.0％ Si:0.2〜1.5％ Mn:0.2〜1.5％ 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％を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、かつ、
Ｖ、Nb、Ｗ、及びMoの関係が下記（１）〜（３）の条件
を満たす熱間圧延用ロール、である。

３％≦Ｖ％＋（2/3）Nb％≦11％（１）Ｗ％≦2Mo％（２）Ｖ％≦（2/3）Nb％（３）（作用）本発明の熱間圧延ロールの化学組成（重量％で表す）の
限定理由と、Ｖ、Nb、Ｗ、及びMoにおいて前記（１）〜
（３）の条件が必要な理由を述べる。

C:1.2〜3.5％Ｃは、Cr、Mo、Ｗ、Ｖ、Nbと結合して高硬度の複合炭化
物を形成してロールの内層材又は外層材の耐摩耗性を高
める。その含有量が1.2％未満では炭化物の形成量が不
足して耐摩耗性が低下する。一方、3.5％を超えて含有
させると炭化物量が増大して靱性が低くなり、耐熱亀裂
性を低下させるのでＣ含有量は1.2〜3.5％とする。

Si:0.2〜1.5％ Siは、溶湯の脱酸と湯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、逆に
1.5％を超えると靱性の低下を招くため、その含有量は
0.2〜1.5％にする。

Mn:0.2〜1.5％ Mnは、脱酸のためにSiと共に含有されるが、0.2％未満
では十分な脱酸効果が得られず、1.5％を超えると靱性
が低下するから、含有量は0.2〜1.5％とする。

Cr:0.5〜5.0％ Crは、基地中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て耐摩耗性と靱性を高め
る働きをする。しかし、0.5％未満ではその効果が少な
く、逆に5.0％を超えるとかえって靱性を低下させるた
め、その含有量は0.5〜5.0％とする。

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
を形成して耐摩耗性を向上させる。しかしそれが6.0％
を超えると脱炭を起こしやすくなって靱性低下をまねく
ため6.0％以下にする。

V:5.5％以下Ｖは、Ｃと結合して高硬度の複合炭化物を形成して耐摩
耗性を高めるとともに結晶粒を微細化して靱性を向上さ
せる。しかし5.5％を超えて含有させると炭化物が粗大
化して靱性を低下させ、また炭化物とFeとの比重差によ
り偏析を生じさせるため、Ｖは5.5％以下にする。

W:5.0％以下Ｗは、Ｃと結合して微細な高硬度複合炭化物を形成して
耐摩耗性を高め、また基地に固溶して焼戻し軟化抵抗お
よび耐熱性を高める。しかし5.0％を超えると粗大炭化
物が増えて靱性の低下をまねき、またWC炭化物とFeとの
比重差によって偏析を生じるようになる。したがってＷ
の含有量は5.0％以下にする。

Nb:2.0〜10.0％ Nbは、本発明を特徴づける最も重要な元素であって、組
織を微細にして強度および靱性を高めるほか、Ｃと結合
して高硬度のNb炭化物を形成して耐摩耗性を向上させ
る。そしてこのNb炭化物の比重はFeのそれとほとんど差
がないから偏析せずに均一に分散する。そのためＶやＷ
に較べて多く含有させることができるから、相反する性
質である耐摩耗性と耐熱亀裂性の両方を具備させること
ができる。しかしその含有量が2.0％未満では前記効果
が得られず、一方、10.0％を超えると靱性を低下させ
る。したがってNbの含有量は2.0〜10.0％とする。

Co:0.2〜2.0％ Coは、その大部分が基地に固溶し、Nb炭化物などの基地
への固溶を助長して高温強度及び耐熱性を高める作用を
する。その含有量が0.2％未満ではその効果がすくな
く、逆に2.0％を超えると炭化物の偏析を助長して靱性
を低下させるため、Co含有量は0.2〜2.0％とする。

Ｐ及びS:これらはいずれも不可避的に含有され、材料の
脆化をまねくので少ない方がよい。しかしいずれも0.08
％以下であればそれほどの悪影響を及ぼさないので、そ
れ以下にすることが好ましい。

本発明のロールは、炭化物の偏析を防止し、耐摩耗性及
び耐熱亀裂性を向上させるために、上記化学組成範囲内
であって下記の（１）〜（３）の条件を満たすことを特
徴としている。

すなわち、耐摩耗性と耐熱亀裂性を合わせて向上させる
ためには、〔Ｖ％＋（2/3）Nb％〕の値を所定の範囲に
あることが必要である。第１図はその値と耐摩耗度及び
耐熱亀裂度の関係を示す図である。なお上記式はＶとNb
はともに析出硬化作用があり、その作用の度合いがＶの
１に対してNbはおよそその2/3であることから導き出さ
れたものである。

第１図から明らかなように、上記式の値が３〜11％の範
囲であれば、耐摩耗度（○印）は高く、耐熱亀裂度（△
印）は低い。すなわち耐摩耗性と耐熱亀裂性がともによ
くするためには、下記（１）式を満足することが必要で
ある。

３％≦Ｖ％＋（2/3）Nb％≦11％・・（１）なお第１図における耐摩耗度及び耐熱亀裂度はつぎの式
により求めた。

ここに、研削量とはロールを再生する場合の削る量のこ
とである。

また第１図中、で示す耐熱亀裂度限界とは、熱亀裂のために圧延製品に
悪影響が出て、圧延を継続できなくなったときの値であ
る。

そしてまた耐摩耗性と耐熱亀裂性を向上させるには、Ｖ
炭化物とＷ炭化物の偏析を防止することが必要である。
そのためにはＶとNb、及びＷとMoとが一定の関係をもつ
ことが必要である。

以下にその関係を説明する。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、Ｖ及びNb
が図中のにあれば偏析は生じない。その範囲は前記ＶとNbの限定
含有量、及び上記（１）式に加えて下記の（２）式によ
って規定される。

Ｖ％≦（2/3）Nb％・・・（２）すなわちＶ炭化物の偏析を防止するためには、ＶとNbが
上記（２）式の条件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
係を示す図であり、ＷおよびMoが図中の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）式によって定められる。

Ｗ％≦2Mo％・・・（３）すなわちＷ炭化物の偏析を防止するには、上記（３）式
の条件を満たさなければならない。

本発明のロールは、ロール全体が上述の組成であっても
よく、外層材だけがその組成であってもよい。後者の場
合には内層材としてダクタイル鋳鉄、普通鋳鉄、黒鉛鋼
等の強靱材が使用される。

またこのロールは、一体ロールの場合には普通鋳造法に
より製造され、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、遠心鋳造法などによって製造さ
れる。こうして製造されたロールは鋳造時の残留応力の
除去とミクロ組織の安定化のために焼きなまし処理が施
され、そのあと切削研磨されて所定の寸法に仕上げられ
る。そしてこのロールは熱間仕上圧延機のワークロール
のほかに、ホットスキンパスミル用ロール、条鋼圧延用
ロール、製管用ロールなど、熱間で用いられるあらゆる
ロールに使用することができる。

（実施例）以下、本発明の熱間圧延ロールを実施例にもとづいて説
明する。

第４図に示すような外層材２と内層材３から構成される
熱間圧延複合ロール１（胴部直径750mm、胴長1,800mm、
全長3,800mm）を製造した。まず遠心鋳造機の回転鋳型
に第１表の化学組成を有する溶湯（No.1〜10が本発明例
の場合、No.11〜17が比較例の場合）を鋳込み、肉厚が9
0mmの外層材２を鋳造した。つぎにその外層材２を内装
したままの鋳型を垂直にして内層材３となるダクタイル
鋳鉄の溶湯を鋳込んで複合ロールを製造した。そのあと
このロールに歪み取り及び組織調整のための熱処理を施
した。

この複合ロールを熱間圧延設備の仕上圧延機に組みこ
み、圧延温度850〜900℃、圧下率30〜35％の条件のもと
で構造用炭素鋼板を圧延し、ロールの耐摩耗度と耐熱亀
裂度を調べた。

その結果を第１表に示す。この表から明らかなように、
本発明のロール（No.1〜10）の場合には、いずれも耐摩
耗度が高く（高いほど良い）、かつ耐熱亀裂度が低い
（低いほど良い）。すなわち耐摩耗性と耐熱亀裂性がと
もに優れている。これに対して本発明の規定する範囲か
らはずれた比較例（No.11〜17）の場合には、耐摩耗度
又は耐熱亀裂度のいずれかが悪いか、若しくはその両方
とも悪い。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の熱間圧延用ロールは耐摩
耗性と耐熱亀裂性がともに著しくすぐれている。したが
って苛酷な圧延条件のもとでも長期間の使用に耐える。
そしてこのロールは耐熱亀裂性がよいから、これによっ
て圧延された鋼板の品質はきわめて良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、〔Ｖ％＋（2/3）Nb％〕と耐摩耗度及び耐熱
亀裂度との関係を示す図、第２図は、本発明におけるＶと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とMoの含有量の範囲を規定
する図、第４図は、本発明の実施例で製造した複合熱間圧延用ロ
ールの図、である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも外層材が重量％で、 C :1.2〜3.0％ Si:0.2〜1.5％ Mn:0.2〜1.5％ 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％を含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、かつ、
Ｖ、Nb、Ｗ、及びMoの関係が下記条件を満たすことを特
徴とする熱間圧延用ロール。３％≦Ｖ％＋（2/3）Nb％≦11％Ｗ％≦2Mo％Ｖ％≦（2/3）Nb％