JPH0692626B2 - 熱間圧延用鍛造ロール - Google Patents

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使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と
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57-1
98242号公報および特開昭57-198243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、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
57-198243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の遠心鋳造
法により製造すると、次のような問題が生じる。即ち
Ｃ、Ｗ、Ｖにより形成される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、硬度と靱性が
場所により異なるために異常摩耗を起こしたり、偏析部
に亀裂が生じたりする。

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、ＶとNbの関係、及びＶ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で長時間使用
されると、依然として摩耗、熱き裂、焼付きなどが生じ
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、またそれと同じ性質
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ＶとNbの関係を適切に定めること
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 :1.2〜3.5％、 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％、 N :0.01〜0.6％ 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％−（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成（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（１）〜（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、耐熱き裂性を低下させるのでＣ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、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％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
り多いと靱性が低下するため、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、耐摩耗性と靱性を高め
る。0.5％未満ではその効果が少なく、5.0％を超えると
却って靱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
を形成し、耐摩耗性を向上させる。しかし6.0％を超え
ると脱炭を生じて靱性の低下を招くため、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、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
起こすため、5.5％以下にする。

W:5.0％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成し、耐
摩耗性を高める。それが5.0％を超えると粗大炭化物が
増加して靱性の低下を来たし、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靱性を高めるほか、Ｃと
結合して高硬度のNbCを形成し耐摩耗性を向上させる。N
bC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を形成して粒界に析出し、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
靱性の低下をまねくので、その含有量は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靱性を低下させるため、0.2〜2.0
％とする。

N:0.01〜0.6％ Ｎは、NbやＣと結合して窒・炭化物を形成して高温強度
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
少なく、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
脆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、Ｖ当量〔Ｖ％＋（2/3）Nb％〕と、耐摩耗度
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Ｖ当量が11％以下であれば、耐摩耗度
（○印）、耐熱き裂性度（△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。

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、Ｖ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、Ｖ及びNbが にあれば偏析は生じない。上記範囲 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Ｖ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 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靱性と強度を高める。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。鍛造を加え、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靱性と強度が向上さ
れ、熱き裂の発生や進展が抑制される。鍛造は850〜1,1
00℃の範囲で行うことが好ましい。鍛造温度が850℃よ
り低いと十分な塑性変形を得ることができず、一方、1,
100℃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、外層だけを前記組成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、黒鉛鋼などの強靱材が
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、ホットスキンパスミルのロー
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:750m
m、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、No.11〜16が比較例）を鋳込
み、肉厚が90mm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℃まで加熱し、そこが850℃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℃、圧下率30〜35％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。

（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、Ｖ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Ｖ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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも外層が重量％で、 C :1.2〜3.5％、 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％、 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. 【請求項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。