JPH07224357A

JPH07224357A - 熱間圧延用ロール

Info

Publication number: JPH07224357A
Application number: JP1531494A
Authority: JP
Inventors: Kunio Goto; 邦夫後藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-02-09
Filing date: 1994-02-09
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐酸化性、潤滑性、耐
事故性に優れた熱間圧延用ロールを提供する。【構成】少なくとも外殻層が、Ｃ:1.0〜3.0 ％、Si:1.0
〜3.5 ％、Mn:0.1〜2.0 ％、Cr:3.0〜20.0％、Mo:1.0〜
8.0 ％、Ｖ:3.0〜12.0％、Ｗ:1.0〜8.0 ％、Co:5.0％以
下（無添加の場合を含む）、Ｂ:0.002〜0.05％及びAl:
0.02〜2.5 ％を含有する熱間圧延用ロール。【効果】圧延時の荷重上昇、黒皮剥離、焼付きヒートク
ラックを起こすことなく、圧延製品の品質とロール原単
位の向上、サイクル圧延量の増加などの高生産性を達成
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間圧延用ロール、詳
しくは耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐酸化性、潤滑性および
耐事故性（絞り込みなどの異常圧延の際の熱衝撃に対す
る抵抗力）に優れた熱間圧延用ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋼材の熱間圧延に使用されるロー
ルでは、少なくとも圧延使用層となる外殻層に、下記に
示す高クロム鋳鉄や高合金グレン鋳鉄などの耐摩耗合金
鋳鉄が使用されている。

【０００３】高クロム鋳鉄Ｃ:2.3〜2.9 ％、Si:0.4〜0.9 ％、Mn:0.8〜1.2 ％、N
i:0.5〜1.5 ％、Cr: 15〜20％、 Mo:0.7〜2.0 ％、M₇C
₃系炭化物：面積率で20〜35％高合金グレン鋳鉄Ｃ:3.2〜3.4 ％、Si:0.7〜0.9 ％、Mn:0.8〜1.2 ％、N
i:4.2〜4.6 ％、Cr:1.5〜1.9 ％、Mo:0.3〜0.6 ％、M₃C
系炭化物：面積率で25〜40％一方、耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール材として、特
開平２−240634号公報、特開平２−25205 号公報、特開
平２−88745 号公報、特開平３−126838号公報、特開平
３−219047号公報、特開平５−148584号公報、特開平５
−169217号公報および特開平５−230597号公報等に開示
されているような高炭素系高速度鋼（以下、熱延ハイス
という）が用いられるようになってきた。

【０００４】熱延ハイスは、金属組織中に、Ｖを主体と
するMC系高硬度炭化物と高温軟化抵抗の高い（Mo、Ｗ、
Co等が基地中に固溶もしくは微細炭化物として析出する
ことによる）基地とを有するため、これを熱間圧延用ロ
ール材として用いた場合には特に優れた熱間耐摩耗性を
発揮するといわれている。

【０００５】しかし、熱延ハイスロールによる熱間圧延
の際には、高クロム鋳鉄ロールなどに比べ圧延荷重が高
くなり圧延機の能力を実質的に低下させてしまうこと、
被圧延材（圧延製品）表面に酸化スケールをかみ込んだ
疵（かみ込みスケール疵）を発生しやすく製品品質を著
しく低下させてしまうこと、圧延後の熱延ハイスロール
の表面性状は良好（粗さ小、摩耗小）であるが、黒皮
（熱間圧延によってロール表面に生じた酸化皮膜）が剥
離（バンディング）しやすく、ロール肌の安定性( 耐肌
荒れ性 )が悪いこと、などの問題があることが指摘され
ている。

【０００６】さらに、熱延ハイスロールでは、耐事故性
が弱い上に焼付きが発生しやすく、しかもヒートクラッ
クが深いことも知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、熱延
ハイスロールに発生する上記問題点を解決し、熱間圧延
における高生産性、高品質化を実現する耐摩耗性、耐肌
荒れ性、耐酸化性、潤滑性および耐事故性に優れた熱間
圧延用ロールを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の熱間
圧延用ロールにある。

【０００９】少なくとも外殻層が、重量％で、Ｃ:1.0〜
3.0 ％、Si:1.0〜3.5 ％、Mn:0.1〜2.0 ％、Cr:3.0〜2
0.0％、Mo:1.0〜8.0 ％、Ｖ:3.0〜12.0％、Ｗ:1.0〜8.0
％、Co:5.0％以下（無添加の場合を含む）、Ｂ:0.002
〜0.05％及びAl: 0.02〜2.5 ％を含有し、残部は実質的
にFeからなることを特徴とする熱間圧延用ロール。

【００１０】本発明者は、熱延ハイスロールに生ずるの
前記問題点を解決する方法について検討した結果、次の
知見を得た。

【００１１】熱延ハイスロールの表面に発生する黒皮を
詳細に調査したところ、黒皮がロール基地自身の自己酸
化を主体としたものであること、この黒皮は表面エネル
ギーが小さく非常に安定なため、濡れ性が小さく圧延潤
滑油が付着しにくいこと。

【００１２】さらに、この黒皮がロール表面に発生した
際に圧延荷重が高くなること、ロール肌荒れ（黒皮の部
分的剥離）時にスケール疵が多発すること。

【００１３】すなわち、熱延ハイスロール使用時の圧延
荷重の上昇、耐摩耗性、耐肌荒れ性( 黒皮安定性 )、耐
酸化性、潤滑性および耐事故性を改善し、そして製品表
面のスケール疵を防止するためには、自己酸化により生
じる黒皮の性質を表面エネルギー（濡れ性）が高く圧延
潤滑油の付着性が高くなるように改質し、黒皮剥離性、
自己酸化性にも優れたものにすることが必要である。こ
の改質は、従来の熱延ハイスを高Cr−高Si化するととも
に、Al、Ｂを複合添加することによって初めて達成され
る。

【００１４】

【作用】本発明の熱間圧延用ロールの化学組成を前記の
ように限定した理由を述べる。

【００１５】「％」は重量％を意味する。

【００１６】Ｃ： 1.0〜3.0 ％Ｃは、Cr、Mo、Ｗ、Ｖと結合して高硬度の複炭化物（M₇
C₃、MC、M₄C₃、M₂C 、M₆C 等）を形成してロールの耐摩
耗性を高める。その含有量が1.0 ％未満では炭化物の生
成量が不足して熱間での耐摩耗性が低下する。一方、3.
0 ％を超えると炭化物量が増大し、靱性、耐熱亀裂性が
低下する。したがって、Ｃ含有量の範囲は 1.0〜3.0 ％
とした。

【００１７】Si： 1.0〜3.5 ％ Siは、ロールの自己酸化による黒皮の生成と成長を抑制
する作用を有するほか、溶湯の脱酸と湯流れをよくする
効果もある。また、基地の耐酸化性を改善する効果を有
する。しかし、その含有量が1.0 ％未満では耐酸化性改
善効果が不足し、一方、3.5 ％を超えると機械的性質が
劣化する。したがって、Si含有量の範囲は、 1.0〜3.5
％とした。耐酸化性を改善する観点から、より好ましい
のは 1.5〜3.5 ％の範囲である。

【００１８】Mn： 0.1〜2.0 ％ Mnは脱酸のために添加されるが、その含有量が0.1 ％未
満では充分な脱酸効果が得られず、一方、2.0 ％を超え
ると靱性が低下する。したがって、Mn含有量の範囲は
0.1〜2.0 ％とした。

【００１９】Cr： 3.0〜20.0％ Crは、基地中に固溶して基地を強化するほか、Ｃと結合
してM₇C₃系の高硬度炭化物を析出し、耐摩耗性と靱性を
高める作用がある。また、Crには強い耐酸化性があるた
め、ロールの基地酸化による酸化摩耗を抑制する作用が
ある。

【００２０】しかし、Cr含有量が3.0 ％未満ではそれら
の効果が不足し、一方、20.0％を超えると炭化物が粗大
化するとともにその量も過剰となり、靱性、耐熱亀裂
性、耐事故性が低下する。したがって、Cr含有量の範囲
は 3.0〜20.0％とした。耐酸化性、耐摩耗性および耐肌
荒れ性が優先される場合には10〜20％が、耐事故性が優
先される場合には２〜10％が、それぞれ、より好まし
い。

【００２１】Mo： 1.0〜8.0 ％ Moは、基地に固溶して高温軟化抵抗を改善するほか、Ｃ
と結合してM₆C 、M₂Cなどの微細な高硬度の複炭化物を
形成し、熱間の耐摩耗性を向上させる作用がある。しか
し、Mo含有量が1.0 ％未満では、これらの効果が少な
く、一方、8.0 ％を超えると靱性の低下を招く。したが
って、Mo含有量の範囲は 1.0〜8.0 ％とした。

【００２２】Ｖ： 3.0〜12.0％Ｖは、Ｃと結合してMC型、M₄C₃型の高硬度複炭化物を形
成し、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、Ｖ含有量が3.0 ％未満ではそ
の効果が少なく、一方、12.0％を超えるとロールの耐摩
耗性が低下するほか、黒皮が剥離しやすくなる。したが
って、Ｖ含有量の範囲は 3.0〜12.0％とした。黒皮剥離
およびかみ込みスケール疵の防止の観点から、より好ま
しいのは3.0〜10.0％未満の範囲である。

【００２３】Ｗ： 1.0〜8.0 ％Ｗは、Ｃと結合してMC、M₆C 、M₂C 型の微細な高硬度複
炭化物を形成し、耐摩耗性を高め、また基地に固溶して
焼戻し軟化抵抗や耐熱性を高める。しかし、Ｗ含有量が
1.0 ％未満ではそれらの効果が少なく、一方、8.0 ％を
超えると粗大炭化物が増加し、靱性を低下させる上に偏
析を起こしやすくなる。したがって、Ｗ含有量の範囲は
1.0〜8.0 ％とした。

【００２４】Co：5.0 ％以下（無添加の場合を含む） Coは、その大部分が基地に固溶して基地の硬度を高める
ほか、高温軟化抵抗を高め、耐摩耗性を改善する作用を
有するので、必要に応じて含有させる。しかし、その含
有量が5.0 ％を超えると、炭化物の偏析を助長して靱性
を低下させる上に、耐肌荒れ性が劣化する。したがっ
て、Co含有量は5.0 ％以下とした。

【００２５】Al: 0.02〜2.5 ％ Alは、Si、Cr、Ｂとともに本発明を特徴づける重要な元
素であり、耐酸化性、耐熱性を飛躍的に向上させる作用
があるほか、Ｂと複合添加することにより、黒皮自身を
表面エネルギー（濡れ性）が高く圧延潤滑剤と付着しや
すい性質に改質し、耐事故性を改善する作用がある。し
かし、Al含有量が0.02％未満ではこれらの効果が少な
く、一方、2.5 ％を超えると基地硬度が低下し、耐摩耗
性が劣化する。したがって、Al含有量の範囲は0.02〜2.
5 ％とした。潤滑剤付着性、耐摩耗性および耐事故性を
改善する観点から、より好ましいのは0.05〜2.0 ％の範
囲である。

【００２６】Ｂ:0.002〜0.05％Ｂは、極く微量の添加で基地の硬度を著しく増大させ、
耐摩耗性を高める作用があるほか、前述のようにAlと複
合添加することにより、基地の耐酸化性を著しく高めて
黒皮生成を抑制し、かつ黒皮自身を表面エネルギー（濡
れ性）が高く圧延潤滑剤と付着しやすい性質に変え、耐
事故性を改善する重要な働きをする。

【００２７】しかし、Ｂ含有量が0.002 ％未満では上記
効果が十分得られない。一方、0.05％を超えると上記効
果が飽和する上に耐事故性が劣化する。したがって、Ｂ
含有量の範囲は0.002 ％〜0.05％とした。黒皮生成抑制
および潤滑剤付着性、耐摩耗性、耐事故性を向上させる
観点から、より好ましいのは 0.002〜0.01％の範囲であ
る。

【００２８】ＰおよびＳは、不可避的に含有されるもの
であるが、機械的性質の劣化を招くのでこれらの含有量
は少ない方がよい。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
のが好ましい。

【００２９】本発明の熱間圧延用ロールの少なくとも外
殻層、すなわち、被圧延鋼材と接触し圧延に使用される
層は、上記成分の他は実質的にFeからなるものである。

【００３０】本発明の熱間圧延用ロールは、ロール全体
が前述の化学組成を有する一体型のものであってもよ
く、あるいは直接被圧延材と接して圧延加工を行う外殻
層だけを上記組成のもので構成してももよい。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
鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、鍛鋼、鋳鋼等の強靱材が使用され
る。なお、外殻層の厚さはどのような厚さのものでも鋳
型の選定により製造可能であり、また外殻層のみの熱処
理も可能であるから、特に限定されない。

【００３１】本発明の熱間圧延用ロール素材は、遠心力
鋳造法、特公昭44−4903号公報ほかに開示されている高
周波加熱を利用した連続肉盛方法、特開昭47−2851号公
報ほかに開示されている粉末冶金法を利用して熱間静水
圧により外殻層を成形する方法、特開昭57−2862号公報
に開示されているエレクトロスラグ溶解を利用した肉盛
方法などの複合ロール製造方法や静置鋳造、鍛造などの
一体ロール製造方法等によって製造することができる。

【００３２】このような方法で製造されたロール素材
に、好ましくは組織および硬度調整のための焼入れ焼戻
し熱処理や残留応力除去と組織の安定化のための焼鈍熱
処理を施し、熱間圧延用ロールとする。

【００３３】本発明の熱間圧延用ロールは、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、各種製管用ロールなど、熱
間で使用されるあらゆるロールに適用することができ
る。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の熱間圧延用ロールを実施例に
基づいて説明する。

【００３５】遠心力鋳造法により外殻層、内層からなる
複合ロール（胴部直径150 mm、胴長300 mm、全長510 m
m）として18種の熱間圧延ロールを成形した。内層材に
は、いずれもダクタイル鋳鉄を使用した。準備した熱間
圧延用ロール外殻層部の化学組成を表１に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】No.1〜10は本発明例、No.11 〜13は従来例
（いずれも熱延ハイスロール）、No.14 〜18は比較例
（No.14 は高クロム鋳鉄ロール）である。

【００３８】各ロールには、残留応力除去と組織調整、
硬度調整のための熱処理（1100〜1250℃からの焼入れお
よび 500〜550 ℃での焼戻し）を施し、表面硬度をＨs
80〜83に調整した。

【００３９】これらのロールを、薄板の熱間圧延をシミ
ュレートすることができる熱間コイル圧延実験装置（４
段式圧延機、補強ロール：胴径250mm 、胴長310mm 、全
長785mm ）の作業ロールとして組み込み、板厚１mm、板
幅40 mm 、コイル長さ 1000mのＳＰＣＣコイルを熱間圧
延（圧延率35％、被加工材温度1000℃、圧延速度150m／
分、合成エステル系潤滑剤をウォーターインジェクショ
ン方式により作業ロールに直接供給）に供し、荷重上昇
率、耐摩耗性、耐肌荒れ性（黒皮剥離）及びコイル表面
のスケール疵発生有無を調査した。さらに、熱延後のロ
ール通板部表面に付着した圧延潤滑油量を測定した。そ
の結果を表２に示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】表２に示すように、従来例の熱間圧延用ロ
ールでは圧延荷重が比較例の高クロム鋳鉄ロールに比べ
20〜30％程度高くなるのに対し、本発明例の熱間圧延用
ロールでは圧延荷重は高クロム鋳鉄ロールとほとんど同
じであることがわかる。しかも、本発明の熱間圧延用ロ
ールでは、圧延後のロール表面観察の結果、耐酸化性が
改善されて黒皮が薄くなり、したがって、黒皮剥離（バ
ンディング）によるロール肌荒れも全く発生しておら
ず、熱延コイル表面にもかみ込みスケール疵は観察され
なかった。

【００４２】ロール黒皮表面に付着した圧延潤滑油の量
は、本発明例の熱間圧延用ロールでは、従来例に比べ20
％程度向上していることが確認され、ロール表面の付着
性（濡れ性）が高まったことを示している。比較例 No.
15、No.16 と本発明例との比較により、特に、AlとＢと
を複合添加することによって圧延潤滑油のロール表面へ
の付着性が飛躍的に高まることがわかる。

【００４３】しかし、Al、Ｂの含有量が過剰または過少
であると、比較例 No.17のように、荷重上昇防止が達成
されない上に耐事故性が不足したり、比較例 No.18のよ
うに、それらの未達成に加えてさらに、特に耐摩耗性に
著しく劣ることになる。

【００４４】圧延後のロールプロフィールから測定した
最大摩耗深さにより耐摩耗性を比較した結果、本発明例
の熱間圧延用ロールは、潤滑性が高まったことや酸化摩
耗が抑制されたことにより、従来例の熱延ハイスロール
に比べ平均20％以上高い耐摩耗性を示している。

【００４５】

【発明の効果】本発明の熱間圧延用ロールは、優れた耐
摩耗性、耐肌荒れ性、耐酸化性、潤滑性および耐事故性
を有するので、圧延時の荷重上昇、黒皮剥離、焼付きヒ
ートクラックを起こすことなく圧延製品の品質向上を達
成することができる。しかも、本ロールは、圧延鋼種や
圧延機に関係なく過酷な圧延条件においても優れた耐久
性を発揮するため、ロール原単位の向上、サイクル圧延
量の増加などの高生産性を実現することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも外殻層が、重量％で、Ｃ:1.0〜
3.0 ％、Si:1.0〜3.5 ％、Mn:0.1〜2.0 ％、Cr:3.0〜2
0.0％、Mo:1.0〜8.0 ％、Ｖ:3.0〜12.0％、Ｗ:1.0〜8.0
％、Co:5.0％以下（無添加の場合を含む）、Ｂ:0.002
〜0.05％及びAl: 0.02〜2.5 ％を含有し、残部は実質的
にFeからなることを特徴とする熱間圧延用ロール。