JPH07252606A

JPH07252606A - 疲労強度にすぐれる圧延用中間ロール

Info

Publication number: JPH07252606A
Application number: JP4219294A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Jinbo; 安広神保; Isao Takeuchi; 勲竹内
Original assignee: Kanto Special Steel Works Ltd
Current assignee: Kanto Special Steel Works Ltd
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 1995-10-03
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JP2900783B2

Abstract

(57)【要約】【目的】疲労強度に優れた中間ロールを開発する。【構成】Ｃ:0.40 〜1.00％、Si:0.50 〜2.00％、Mn:
0.10 〜2.00％、Ni:0.30 〜2.00％、Cr:2.50 〜7.50
％、Mo:0.20 〜3.00％、Ｖ:0.05 〜2.00％、残部がFeお
よび不可避的不純物から成る組成を有し、ESR 法＋熱間
鍛造＋熱処理を施して硬さHS: 70〜85とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧延用ロールに関す
る。より詳述すれば、本発明は、圧延用中間ロールに関
する。

【０００２】

【従来の技術】圧延用ロールとしては、鋼板など圧延材
に直接に接触して圧下を行うワークロールと、このワー
クロールをバックアップするいわゆる補強ロールと、こ
れらの補強ロールとワークロールとの中間に設けられる
中間ロールと呼ばれているものがある。

【０００３】これらの従来の圧延用中間ロールおよび補
強ロールとしては、成分組成が0.8C−５Crといった５％
Cr鋼、0.5C−0.5Si −５Cr−１Mo−1Wといった熱間ダイ
ス鋼などが多用されている。

【０００４】しかしながら、そのような従来の圧延ロー
ルでは、主に下記(1) 、(2) の状況下から、ロールの疲
労強度が不十分であり、実用に耐えず、スポーリングが
発生するなどの問題点がある。

【０００５】(1) 板厚精度の向上、高圧下圧延などの要
請により、ワークロールと中間 (補強) ロールとのロー
ル間接触面圧が増大する傾向にある。 (2) 板表面精度の向上、たとえば異物噛みによるワーク
ロールの凹みキズ防止の観点よりワークロールと接する
中間 (あるいは補強) ロールの硬さを下げることが求め
られているが、その場合には、中間 (あるいは補強) ロ
ールの疲労強度の低下が避けられない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここに、本発明の目的
は、疲労強度に優れた中間ロールを開発することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】これまでにあっても、圧
延ロール、特に中間ロールの疲労強度向上を狙った技術
としてはいくつか提案されている。成分組成の改善を狙
ったものとしては特願平４−246764号公報「低硬度、長
寿命転動、疲労強度、焼入ロール鋼」を挙げることがで
きる。

【０００８】これには、Ｃ:0.40 〜1.00％、Si:0.30 〜
3.00％、Mn:0.10 〜2.00％、Ni:0.30 〜3.00％、Cr:2.5
0 〜7.50％、Mo:0.20 〜3.00％、Ｖ:0.05 〜2.00％、Si
＋Ni≧1.00の鋼組成を有する焼入ロールまたはさらに
Ｗ:0.20 〜3.00を付与したものが提案されている。

【０００９】しかしながら、そのような提案は、前記
(2) に云うの凹みキズ防止のみを対象としており、硬さ
Hs:72 〜74程度の中間ロールを対象としており、また、
Si、Ｎｉ添加により疲労を向上させようとしているが、
十分ではなく、前述の今日的要求を満足させることがで
きない。本発明者は、上述の課題を解決すべる種々検討
を重ね、次のような知見を得て本発明を完成した。

【００１０】特願平４−246764号公報に開示されたS
i、Ni量の範囲内にあって、いずれも多量側では、疲労
強度がかえって劣化すること。上記公報では開示されていないが、必要により脱酸を
行ってから、エレクトロスラグ溶解（ＥＳＲ法という）
および熱間鍛造を行うと疲労強度向上に有効であるこ
と。

【００１１】鋼組成を調整するとともに、ＥＳＲ法と
熱間鍛造を組み合わせることにより鋼中介在物の減少お
よび微粒化を図ることができ、組織が均質化し疲労強度
が上昇すること。脱酸をよく行い、組織の清浄化を高め、さらにＥＳＲ
法と熱間鍛造を組み合わせることにより、疲労強度がさ
らに改善されること。

【００１２】ここに、本発明の要旨とするところは、重
量％で、Ｃ:0.40 〜1.00％、Si:0.50 〜2.00％、Mn:0.1
0 〜2.00％、Ni:0.30 〜2.00％、Cr:2.50 〜7.50％、M
o:0.20 〜3.00％、Ｖ:0.05 〜2.00％、さらに所望によ
りＷ:0.20 〜3.00、残部がFeおよび不可避的不純物から
成る組成を有する、エレクトロスラグ再溶解法による鋳
造、かつ熱間鍛造後、熱処理を施して硬さHS: 70〜85と
した疲労強度にすぐれる圧延用中間ロールである。

【００１３】別の面からは、本発明は、上述の組成を有
する溶湯を、脱酸してから、エレクトロスラグ再溶解法
により鋳造し、得られた鋳塊に熱間鍛造を行い、次いで
熱処理を行って硬さHS:70 〜85とすることを特徴とした
圧延用中間ロールの製造方法である。

【００１４】

【作用】次に、本発明の作用とともに、合金組成を上述
のように規定した理由を詳述する。 (1) 成分限定の理由Ｃ:0.40 〜1.00％Ｃは、鉄鋼材料においては諸性質に著しい影響を及ぼす
主要な元素の一つであり、本発明においても重要な元素
である。最終製品であるロールが目的とする耐摩耗性や
研削性等に応じて必要な炭化物量が定まるため、Ｃ量に
も自ずから適正な範囲が存在する。すなわち、Ｃ量が0.
40％より少ないと硬度が低くなり過ぎ、一方Ｃ量が1.00
％を越えると残留オーステナイト量が多くなり過ぎ、次
第に硬度が低下し必要な硬度が得られなくなるととも
に、耐クラック性および靱性も劣化してしまう。そこ
で、本発明ではＣ量は、0.40％以上1.00％以下と限定す
る。好ましくは、0.40〜0.60％である。

【００１５】Si：0.50〜2.00％ Siは、通常は基地に固溶して焼戻し抵抗性を高める効果
を有する。一方、Siは脱酸剤でもあるために不可避的に
ある量が含有される。しかし、本発明では、これらの効
果にとどまらずさらに重要な効果を有する。すなわち、
Niと複合添加されることにより、ロールの疲労強度を大
幅に向上させることができる。かかる効果を発揮させる
ためには0.50％以上の添加が必要である。一方2.00％超
添加すると添加効果がなく、かえってロールが脆くなっ
てしまう。そこで、本発明ではSi量は、0.50％以上2.00
％以下と限定する。好ましくは0.80〜1.50％である。

【００１６】Mn：0.10〜2.00％ Mnは、焼入れ性を改善するとともに基地に固溶し易い。
また、これまでに述べた元素とは異なり変態点を下げる
ため焼入れ温度を低下することが可能である。さらに、
Siと同様に脱酸元素であるため必ず含有される元素であ
り、通常は0.10％以上含有される。一方、2.00％を越え
て含有されると耐クラック性を悪化させる。そこで、本
発明ではMn量は、0.10％以上2.00％以下と限定する。

【００１７】Ni：0.30〜2.00％ Niは、鉄鋼材料の靱性向上に有効な元素であるとともに
焼入れ性も著しく向上させる元素である。炭化物は殆ど
作らないため残留オーステナイトを安定化させる。さら
に、本発明では、Siとの複合添加により疲労強度を大幅
に向上させる。かかる効果を奏するためには、0.30％以
上の添加が必要である。一方、2.00％超添加すると添加
効果がなく、かえって脆くなる。そこで、本発明ではNi
量は、0.30％以上2.00％以下と限定する。好ましくは0.
50〜1.50である。

【００１８】Cr：2.50〜7.50％ Crは、炭化物形成元素であり高温のオーステナイト状態
に加熱した時に基地に最も固溶し易い元素である。1000
℃以上の温度から焼入れを行って高温で焼戻しを行うと
２次硬化が顕著に現れ、耐凹み性や耐摩耗性の改善に大
きく寄与する。Cr量が2.5 ％未満ではかかる効果が少な
く、一方7.5 ％を越えると網目状炭化物が顕著になり靱
性が低下するとともに硬度も低下する。そこで、本発明
ではCr量は、2.5 ％以上7.5 ％以下と限定する。好まし
くは、4.0 〜6.0 ％である。

【００１９】Mo：0.20〜3.00％ Moは、Crと同様に強力な炭化物形成元素であり、硬度、
耐凹み性さらには耐摩耗性に影響を与える元素である。
さらに、焼戻し抵抗性や析出硬化に対してもCr以上に強
い作用を示す元素である。Mo量が0.20％未満であると前
述の諸性質に対する効果が少なく、一方3.0 ％を越える
と熱的扱いが困難になるとともにミクロ組織的にも共晶
炭化物の傾向を強め靱性の劣化を生じる。そこで、本発
明ではMo量は、0.20％以上3.0 ％以下と限定する。好ま
しくは、0.8 〜2.0 ％である。

【００２０】Ｖ：0.05〜2.00％Ｖは、Ｃと結合して安定な炭化物を作る強力な炭化物形
成元素である。また、ＶはCrやMoよりも基地に固溶し難
く、Moと同様に耐摩耗性や研削性に強い影響を与える元
素である。このようにＶは強力な炭化物形成元素である
ため、Ｖ量はＣ量によって大きな制約を受けることにな
る。Ｖ量が2.00％を越えると基地中のＣ量が減少して目
的とする硬度が得られなくなる。一方、0.05％より少な
いと耐摩耗性に優れた炭化物が少なくなり、目的とする
諸性質に対する効果が著しく減少する。そこで、本発明
ではＶ量は、Ｃ量を勘案して、0.05％以上2.00％以下と
限定する。好ましくは、0.10〜1.50％である。

【００２１】Ｗ：0.20〜3.00％Ｗは、炭化物形成元素であり、耐凹み性や耐摩耗性の改
善に有効である等Moと類似の効果を奏する元素であり、
通常Moの２倍量と等価である。したがって、本発明で
は、Ｗは必要に応じて添加される任意添加元素であり、
Moと置換して用いられる元素である。かかる効果を奏す
るためには、Ｗを添加する場合には0.20％以上添加する
ことが望ましいが、Ｗ量が3.00％超になると共晶炭化物
が大きく発達し靱性の劣化を来すおそれがある。そこ
で、本発明ではＷを添加する場合には、その含有量は0.
20％以上3.00％以下と限定するが、0.50〜2.00％とする
ことが望ましい。 (2) ＥＳＲ法、熱間鍛造、熱処理の限定理由本発明にあっては、エレクトロスラグの再溶解法を適用
するが、これは介在物を可及的に少なくするためであ
る。すなわち、鋼の疲労特性に影響する主因子として上
述の成分組成の他に、非金属介在物 (および炭化物) が
ある。エレクトロスラグ再溶解法によれば介在物を低減
かつ微粒化することができ、疲労強度を向上させること
ができる。

【００２２】ＥＳＲ法であれば、その具体的操作等につ
いては特に制限はなく、慣用のそれを使用すればよい。
好ましくは、ＥＳＲ法に先立って炉外精錬をするなどし
て溶湯の脱ガス処理を行う。

【００２３】ＥＳＲにより鋳込まれた鋳塊は次いで熱間
鍛造によって成形が行われる。熱間鍛造の実施も鋼の疲
労強度向上の働きがある。組織の均質化、微細化に極め
て有効である。

【００２４】なお、上記以外の製法に関して、例えば製
鋼工程における脱ガスなどはESR と同様、介在物の低減
に極めて重要であるが、ロール製造において、これらは
慣用的に行われているので、本発明にあってもそのよう
な慣用法にしたがって行えばよい。

【００２５】(3) 硬さ Hs: 70〜85 一般に多用されている中間および補強ロールの硬さHsは
50〜90である。しかし、本発明によれば、中間ロールと
いうことで、Hs＝70〜85とする。Si、Ni添加による成分
組成の改善と、熱間鍛造さらにはESR による介在物、炭
化物の微粒化作用の相乗効果により、上記硬さの全範囲
においてすぐれた疲労特性を実現できる。次に、実施例
によって本発明の作用効果をさらに具体的に説明する。

【００２６】

【実施例】

(実施例１)ESR 法、熱間鍛造、および熱処理プロセスを
経て製造した表１に示す鋼組成の21種の鋼材から回転曲
げ疲労試験片を作成し、疲労試験を行った。ロール材の
疲労試験としては回転曲げ、引張圧縮および転動疲労試
験などがあるが、試験結果の精度、試験の迅速化、簡便
さなどの点から回転曲げを採用した。

【００２７】熱処理は焼入温度1000〜1060℃、焼戻温度
500〜550 ℃の間で一定の硬さ HRC57 (Hs:77相当) と
なるように適宜調整した。回転サイクル数10⁷での作用
応力を疲労限とみなし、その値σ_WをSi、Ni添加量との
関係で整理した結果を図１にグラフで示す。これらの結
果から、約1.00〜1.50％のSiおよび0.50〜1.50％のNiの
複合添加による疲労特性向上が著しい。

【００２８】(実施例２)実施例１にて良好な疲労特性を
示すことが判った１％Si、Ni添加材 (No.8) とベース鋼
(No.1) につき、焼入温度は1030℃の一定温度とし、焼
戻温度を 400〜650 ℃の間で変更して硬さを調整した供
試材を使用して、同様の回転曲げ疲労試験を行った。

【００２９】また、ESR 法および熱間鍛造の影響につい
ても調査した。つまり、No.8の鋼材と同成分でESR 法、
熱間鍛造のいずれか一方を省略した鋼材を用いて同様の
回転曲げ疲労試験を行った。

【００３０】回転サイクル数10⁷ での疲労限の結果を図
２にグラフで示す。本発明鋼のESR 法、熱間鍛造の両方
を実施したSi、Ni添加鋼は、中間ロールの使用硬さ範囲
内で、ESR 法および熱間鍛造の両方を実施したベース鋼
およびESR法、熱間鍛造のいずれか一方を実施したSi、N
i添加鋼に比較してそれぞれすぐれた疲労特性を示すこ
とが判る。

【００３１】(実施例３) 製造工程: 電気炉溶解→炉外精錬→脱炭→エレクトロス
ラグ再溶解→熱間鍛造→焼鈍→荒加工→熱処理→仕上加
工成分組成: Ｃ:0.49 、Si:1.28 、Mn:0.37 、Ni:1.16 、
Cr:5.25 、Mo:1.09 、Ｖ:0.23 の胴直径500 、胴長1600、全長5000(mm)、表面硬さHs:
80の中間ロールを製造した。実際の圧延ラインで圧延で
使用したが、スポーリングなど疲労特性に関して支障な
いことが判明した。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
Si:0.50 〜2.00％、Ni:0.30 〜2.00％に制限すると共に
ESR 法＋熱間鍛造と熱処理とを組合せることにより、中
間ロールの疲労強度を著しく改善することができ、特に
近年高圧下圧延が高い精度で求められている状況下から
は、その意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の結果を示すグラフである。

【図２】実施例の結果を示すグラフである。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２１Ｄ 9/38 ＡＣ２２Ｃ 38/58

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ:0.40 〜1.00％、Si:0.50 〜2.00％、Mn:0.10 〜2.00
％、 Ni:0.30 〜2.00％、Cr:2.50 〜7.50％、Mo:0.20 〜3.00
％、Ｖ:0.05 〜2.00％、残部がFeおよび不可避的不純物から成る組成を有する、
エレクトロスラグ再溶解法による鋳造、かつ熱間鍛造
後、熱処理を施して硬さHS: 70〜85とした疲労強度にす
ぐれる圧延用中間ロール。
【請求項２】さらに、重量％で、Ｗ:0.20 〜3.00を含
有することを特徴とした請求項１記載の圧延用ロール。