JPH07173578A

JPH07173578A - 連続鋳造用ロール材料

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Publication number: JPH07173578A
Application number: JP32182593A
Authority: JP
Inventors: Yuji Sato; 裕二佐藤; Koji Shinkawa; 耕治新川; Yasushi Kitani; 靖木谷
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-11
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JP2795605B2

Abstract

(57)【要約】【目的】連続鋳造用ロールの耐熱疲労亀裂性、耐摩耗
性および耐食性などの諸特性を向上させる。【構成】Ｃ：0.10〜0.33wt％、 Si：0.2 〜0.5 wt
％、Mn：0.5 〜2.0 wt％、 Ni：0.5 wt％以下、Cr：
11.5〜14.0wt％、 Co：0.5 〜4.0 wt％、Mo：0.5 〜
1.0 wt％、 Nb：0.05〜0.50wt％、Ｖ：0.10〜0.30wt
％、Ｗ：0.3 〜1.0 wt％、Cu：0.5 〜2.0 wt％を含
み、残部はFeおよび不可避的不純物からなる組成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、連続鋳造用ロール材
料に関し、特にロール基体の表面のみを被覆する肉盛溶
接用材料としても、またその他にも鍛造ロールの材料と
しても活用できるものについての提案である。

【０００２】

【従来の技術】近年、連続鋳造技術は、より高速化、高
温化の傾向にあり、これに使用されるロールに対する負
荷はますます過酷なものになっている。従来、連続鋳造
用ロール材料としては、特公昭42-16870号公報に開示さ
れているような13Cr−４〜８Ni系マルテンサイト系ステ
ンレス鋼が最も多く使用されてきた。また、かかるロー
ル材料の改良技術として、特開昭57−131351号公報に
は、Niを 0.2〜1.0 wt％に抑え、新たにMo：0.2 〜1.2
wt％、Nb：0.1 〜0.5 wt％、Ｖ：0.1 〜0.5 wt％、Cu：
0.5 〜4.0 wt％、Al：0.01〜0.06wt％を加えたものが提
案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術にはいずれも、以下に述べるような問題が残
されていた。すなわち、前者の13Cr−４〜８Ni系マルテ
ンサイト系ステンレス鋼は、ロールに対する負荷条件が
過酷になった場合、特にロール温度が上昇した場合に、
耐高温酸化性が劣化し、水蒸気酸化が激しくなるという
欠点があった。しかも、Ni添加によってＡc₁変態点が低
下するため、使用中の熱サイクルにより自己変態応力が
生じ、熱疲労亀裂が著しく増大するところにも問題を残
していた。

【０００４】次に、後者の改良技術は、耐高温酸化性お
よび高温強度の改善成分として添加されているCuの量が
2.0wt％を超えると、肉盛溶接時に凝固割れを生じた
り、Cuの偏析により耐食性に偏りが生じ、安定した酸化
皮膜の形成は望めなかった。また、前者と同様、Ni添加
によってＡc₁点が低下するため、自己変態応力が生じ、
熱疲労亀裂によって表層の防食皮膜が破壊されることか
ら、Cu添加の割りにはロールの寿命が伸びないという問
題があった。

【０００５】さらに、上記各従来技術に共通する問題と
して、引張強度を考えなければならない。というのは、
従来技術では、常温における 0.2％耐力が、前者で60kg
/mm²程度、後者でも80kg/mm²程度しか得らておらず、し
かも連続鋳造用ロールが使用される 600℃程度の高温環
境下では、前者で20kg/mm²程度、後者でも40kg/mm²程度
にまで低下してしまっていた。なお、後者の数値は、鋳
造・鍛造材を調質して製造した場合であり、溶接肉盛し
て製造した材料を焼なましした場合には、さらに強度の
低下を招くことになる。

【０００６】しかしながら、連続鋳造用ロール材料がこ
の程度の強度では、上述したような過酷な負荷条件の下
で熱疲労亀裂の進展や摩耗を軽減することは極めて難し
く、その結果、短期間でのロールの取り替えを余儀なく
されていた。この発明は、上記の問題を有利に解決する
もので、溶接可能なことは勿論のこと、耐熱疲労亀裂
性、耐摩耗性および耐食性などの諸特性に優れた連続鋳
造用ロール材料を提案することを目的とする。

【０００７】

【課題解決のための手段】さて、発明者らは、上記の問
題を解決するために、種々の材料を試作し、それらの特
性評価を行った。その際、耐熱疲労亀裂性については、
材料のＡc₁変態点、 0.2％耐力、線膨張係数、熱伝導率
および組織が、また耐食性についてはＡc₁変態点と組織
および合金成分が、それぞれの特性に大きな影響をもつ
と考え、検討を進めた。それぞれの性質については、Ａ
c₁変態点が高いこと、また高温における 0.2％耐力、熱
伝導率および硬さが大きく、線膨張係数が小さいこと、
さらに組織についてはマルテンサイト単相で、そのサイ
ズが小さいことの諸観点から、試作材料の示すこれらの
諸性質を評価しながら開発を推進した。その結果、以下
に述べる新規な連続鋳造用ロール材料の開発に成功した
ものである。

【０００８】すなわちこの発明は、Ｃ：0.10〜0.33wt
％、 Si：0.2 〜0.5 wt％、Mn：0.5 〜2.0 wt％、
Ni：0.5 wt％以下、Cr：11.5〜14.0wt％、 Co：0.
5 〜4.0 wt％、Mo：0.5 〜1.0 wt％、 Nb：0.05〜0.
50wt％、Ｖ：0.10〜0.30wt％、Ｗ：0.3 〜1.0 wt
％、Cu：0.5 〜2.0 wt％を含み、残部はFeおよび不可避
的不純物からなることを特徴とする連続鋳造用ロール材
料である。

【０００９】この発明のロール材料は、鋳造・鍛造によ
り作製する鋳造ロール用材料としては勿論、肉盛溶接用
材料としてとりわけ有用なものである。

【００１０】

【作用】以下、この発明に従うロール材料の成分組成を
上記の範囲に限定した理由について説明する。Ｃ：0.10〜0.33wt％Ｃは、後述するMo, Nb, ＶおよびＷ等の元素と結合して
炭化物を形成し、強度の向上に有効に寄与するだけでな
く、Ms点を下げ焼入れ性を向上させる点でも有用であ
る。しかしながら、含有量が0.10wt％に満たないとその
添加効果に乏しく、一方0.33wt％を超えると後述するC
r, Mo, SiおよびNb等のフェライト形成元素やMn等のオ
ーステナイト形成元素との配合関係で、目標としている
マルテンサイト単相中にオーステナイト相や粗大なフェ
ライト相が生成し、耐熱疲労亀裂性や耐食性を劣化させ
るので、0.10〜0.33wt％とした。

【００１１】Si：0.2 〜0.5 wt％ Siは、脱酸元素として少なくとも 0.2wt％の添加を必要
とするが、一方でフェライト形成元素でもあるので、フ
ェライト相の生成を抑制するために、その上限を0.5 wt
％に定めた。

【００１２】Mn：0.5 〜2.0 wt％ Mnは、オーステナイト形成元素であり、焼入れ性を高
め、強度を増大させるために少なくとも 0.5wt％を添加
するものとした。しかしながら、 2.0wt％を超えると靱
性の劣化を招くだけでなく、Ｃ含有量との関係でオース
テナイト相が生成するので、Mnは 0.5〜2.0 wt％の範囲
に限定した。

【００１３】Ni：0.5 wt％以下この発明では、従来のロール材料とは異なり、Ni含有量
を 0.5wt％以下に抑制したところに大きな特徴があり、
かくすることによってＡc₁変態点を効果的に高めたもの
である。

【００１４】Cr：11.5〜14.0wt％ Crは、高温酸化や水腐食を効果的に防止してロールの耐
食性を維持するのに不可欠な元素である。Cr含有量が1
1.5wt％に満たないと耐高温酸化性の維持が難しく、一
方14.0wt％を超えるとフェライト相やオーステナイト相
の生成によって耐熱疲労亀裂性の低下を招くので、11.5
〜14.0wt％の範囲に限定した。

【００１５】Co：0.5 〜4.0 wt％この発明の第２の特徴はCoを含有させていることであ
る。Coは、耐高温酸化性を損なわず、またＡc₁変態点の
低下を招くことなしに、高温強度を高めるのに有効な元
素であり、Coを 0.5wt％以上添加することによって高温
における 0.2％耐力および硬さを効果的に向上できる。
しかしながら、 4.0wt％を超える多量添加はコスト高と
なり、ロール材料として不経済になるので、 0.5〜4.0
wt％の範囲で含有させるものとした。

【００１６】Mo：0.5 〜1.0 wt％ Moは、Ｃと結合して Mo₂C, Mo₂₃C等の炭化物を形成し、
高温強度の向上に有効に寄与する。また、Mn添加に伴っ
て高温焼戻し脆性が助長されるのを抑制する点でも効果
を発揮する。ここに、Moの添加により焼戻し脆性を防止
するためには、Mn：2.0 wt％に対してMoを少なくとも
0.5wt％添加する必要がある。しかしながら 1.0wt％を
超えて添加しても、その効果は飽和に達しむしろロール
材料の価格上昇につながるので、 0.5〜1.0 wt％の範囲
で含有させるものとした。

【００１７】Nb：0.05〜0.50wt％ Nbは、Ｃと結合して NbC炭化物を形成し、高温強度を高
める有用元素であるが、含有量が0.05wt％未満ではその
添加効果に乏しく、一方0.50wt％を超えるとフェライト
相を生成する悪影響があるので、0.05〜0.50wt％の範囲
に限定した。

【００１８】Ｖ：0.1 〜0.3 wt％Ｖも、Ｃと結合してVC, V₄C₃等の炭化物を形成し、高温
強度の向上に寄与する有用元素であるが、 0.1wt％未満
ではその添加効果に乏しく、一方 0.3wt％を超えると靱
性の劣化を招くので、 0.1〜0.3 wt％の範囲に限定し
た。

【００１９】Ｗ：0.3 〜1.0 wt％Ｗも、Ｃと結合して WC, W₂C等の炭化物を形成し、高温
強度を高める有用元素であり、そのためには少なくとも
0.3wt％の添加を必要とするが、 1.0wt％を超えると靱
性が劣化するので、 0.3〜1.0 wt％の範囲に限定した。

【００２０】Cu：0.5 〜2.0 wt％ Cuは、高温水蒸気に対する耐食性と焼入れ性向上による
組織の微細化に効果的な元素であり、 0.5wt％以上の添
加によってその効果を得ることができる。しかしなが
ら、 2.0wt％を超えるとその効果は飽和に達し、むしろ
凝固割れが生じたり、偏析によって均一な酸化被膜を形
成しにくくなる不利が生じるので、 0.5〜2.0 wt％の範
囲で含有させるものとした。

【００２１】その他、不可避的不純物については次のと
おりである。Ｐ：0.030 wt％以下Ｐは、高温焼戻し脆性を助長するので極力低減する必要
があるが、0.030 wt％以下で許容される。Ｓ：0.010 wt％Ｓは、常温近傍での靱性を低下させる有害元素である。
とくに連続鋳造設備のロールは、水冷を受けており、熱
疲労亀裂の進展は、熱片の反対側で引張応力が生じる。
従って、亀裂進展を防止するためには、Ｓの混入は極力
低減する必要があり、 0.010wt％以下, 好ましくは 0.0
05wt％以下とするのが望ましい。

【００２２】なお、この発明のロール材料を用いて連続
鋳造用ロールを製造する場合、前述した鋳造・鍛造法お
よび肉盛溶接法は勿論、その他、熱間加工、遠心鋳造お
よびエレクトロスラグ溶解等によっても容易に製造する
ことができる。ここに、連続鋳造用ロールを肉盛溶接に
よって製造する場合は、その後に 580〜790 ℃の温度範
囲で熱処理を施すことが望ましい。また製造方法はいず
れにしろ、 800℃以上の温度から焼入れた後、 500〜79
0 ℃で焼戻し、ついで空冷を施すという工程によって製
造することが望ましい。というのは、かような焼入れ焼
戻し操作を加えることによって、諸特性の一層の向上が
図れるからである。

【００２３】

【実施例】

実施例１直径：300 mmのＳ25Ｃ製ロール基材の表面に、表１に示
す種々の組成になるロール材料を肉盛溶接した。溶接法
は、サブマージアーク溶接バンド法とし、フープは厚
さ：0.4 mm、幅：50mmの SUS 410を用い、それに各種フ
ラックスを添加して行った。溶接条件は、溶接電流：72
0 Ａ、溶接電圧：28Ｖ、溶接速度：21 cm/min とした。
肉盛溶接は６層盛として、厚み約16mmの肉盛層を得、こ
の肉盛層の４層盛以上の位置から２mm×２mm×20mmの試
験片を採取した。得られた試験片のＡc₁点、 600℃にお
ける 0.2％耐力、ビッカース硬さ、熱伝導率および線膨
張係数ならびに高温酸化増量（ 700℃×96ｈ）について
調べた結果を表１に併記する。

【００２４】

【表１】

【００２５】同表から明らかなように、従来鋼材は高温
耐力が約19 kg/mm²と低く、高温酸化特性も最も劣って
いる。これは、Niを約４wt％と多量に含有しているため
と考えられる。この点、従来材Ｏは、高温酸化特性には
優れるものの、高温耐力は約35 kg/mm²程度であり、Ｎ
材よりは優れるものの十分とは言い難い。また、比較材
Ｊは、Ａc₁点がＯ材よりも高くなったものの、高温耐
力、高温酸化特性は同程度であって十分とは言えない。
比較材Ｋは、高温耐力は最も高い値を呈したものの、Ａ
c₁点が低く、また高温酸化特性も劣る。比較材Ｌは、高
温耐力が約15 kg/mm²と最も低く、かつ高温酸化特性も
劣っている。これは、Ni, Coの他、Mo, Nb, ＶおよびＷ
などの炭化物形成元素が含有されていないためと考えら
れる。比較材Ｍは、高温酸化特性に劣る。これは、Cr含
有量が最も低いためと考えられる。これに対し、発明材
であるＡ〜Ｉ材は、高温耐力はいずれも46 kg/mm²以上
であって、従来材に比較して12〜27 kg/mm² 程度高い値
を示している。また高温硬さも従来材に比べて高く、高
温酸化特性も従来材と同等以上の性能を示している。さ
らにＡc₁変態点も 782℃以上を確保しており、また熱伝
導率と線膨張係数も従来材と大差ない。

【００２６】実施例２次に、むく材の例として鍛造ロールの実験例について説
明する。表２に示す種々の組成になる鍛造ロールを、真
空溶解−鍛造法により製造した。鍛造時の鍛練成形比は
６Ｓとした。鍛造後、予備熱処理として焼ならし、焼な
まし処理を施した。焼ならしは、900 〜950 ℃で６時間
保持後空冷とし、焼なましは 600〜650 ℃で６時間保持
後炉冷とした。その後、粗削りを行い、調質した。調質
時の焼入れは 930℃±10℃で６時間保持後油冷し、焼戻
しは 760℃±10℃で６時間保持後空冷した。かくして得
られた鍛造ロールの諸特性について調べた結果を表２に
併記する。

【００２７】

【表２】

【００２８】同表から明らかなように、比較材Ｓは比較
的多量にNiを含有していることから、Ａc₁点が低くなっ
ており、さらにNi含有量を増した比較材ＴではＡc₁点が
一層低下している。また、比較材Ｓの 600℃における
0.2％耐力は 35 kg/mm²を確保しているものの耐食性に
劣る。これは、Ni, Cuの含有量が低いためと考えられ
る。この点、比較材Ｔは多量のNiを含有しているので、
耐食性は改善されているものの、高温における 0.2％耐
力の低下が著しい。これに対し、発明材Ｐ〜Ｒはいずれ
も、50 kg/mm² 以上の優れた高温耐力を有し、また耐食
性にも優れている。これは、発明材Ｐ〜Ｒが 787℃以上
の高いＡc₁点を有しているためと考えられる。

【００２９】

【発明の効果】この発明の鋳・鍛造ロール材料は、従来
材に比べて、高温強度（ 0.2％耐力、硬さ) が高く、ま
た高温酸化特性に優れ、さらにＡc₁点も高いことから、
使用中の耐疲労亀裂が格段に優れている。しかも、Ａc₁
点が高いので、使用中における金属組織の変態がないた
め、高温酸化特性が高位で安定するという利点もある。
従って、この発明の鋳・鍛造ロール材料を使用すれば、
連続鋳造用ロールの寿命を大幅に延長させることがで
き、ひいては連続鋳造の作業能率を格段に向上させるこ
とができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.10〜0.33wt％、 Si：0.2 〜0.5
wt％、 Mn：0.5 〜2.0 wt％、 Ni：0.5 wt％以下、 Cr：11.5〜14.0wt％、 Co：0.5 〜4.0 wt％、 Mo：0.5 〜1.0 wt％、 Nb：0.05〜0.50wt％、Ｖ：0.10〜0.30wt％、Ｗ：0.3 〜1.0 wt％、 Cu：0.5 〜2.0 wt％を含み、残部はFeおよび不可避的不純物からなることを
特徴とする連続鋳造用ロール材料。
【請求項２】ロール基体の表面に肉盛溶接用材料とし
て使用することを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用
ロール材料。