JPH0941090A - 耐肌荒れ性、耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐摩耗性に優れるとともに、特にロールの酸化
による黒皮の生成を抑制することにより耐肌荒れ性に優
れた熱間圧延用ロールを提供する。 【解決手段】少なくともロールの外殻層が、重量％で、
Ｃ：０．８〜２％、Ｓｉ：１．５〜３％、Ｍｎ：０．３
〜１．５％、Ｃｒ：８．０〜１５％、Ｍｏ：０．５〜８
％、Ｖ：１〜５％、Ｗ：５〜１０％、Ｎｂ：１〜５、Ｃ
ｏ：３〜１０％を含み、残部Ｆｅと不可避的不純物とか
らなることを特徴とする耐肌荒れ性及び耐摩耗性に優れ
た熱間圧延用ロ−ル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼材の熱間圧延に
用いられる耐肌荒れ性及び耐摩耗性に優れた圧延用ロ−
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圧延
用ロ−ルには、下記成分組成の耐摩耗性に優れた高クロ
ム鋳鉄や高合金グレン鋳鉄などが使用されている。

【０００３】高クロム鋳鉄は、重量％で、Ｃ：２．３〜
２．９％、Ｓｉ：０．４〜０．９％、Ｍｎ：０．８〜
１．２％、Ｎｉ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：１５〜２０
％、Ｍｏ：０．７〜２．０％を含有し、残部は実質的に
Feからなり、M₇C₃型複合炭化物を面積率で20〜35％含む
ものである。

【０００４】また、高合金グレン鋳鉄は、Ｃ：３．２〜
３．４％、Ｓｉ：０．７〜０．９％、Ｍｎ：０．８〜
１．２％、Ｎｉ：４．２〜４．６％、Ｃｒ：１．５〜
１．９％、Ｍｏ：０．３〜０．６％を含有し、残部は実
質的にFeからなり、M₃C 型炭化物を面積率で25〜40％含
むものである。

【０００５】近年、更に耐摩耗性の向上を図るために、
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号公報および特開平3-
219047号公報等に開示されているような高速度鋼系鋼を
高炭素にした鋼（以下、高炭素系高速度鋼という）が用
いられるようになってきた。このようなロ−ル材は、組
織中に高硬度炭化物と高温軟化抵抗の高い基地とを有す
るため、優れた熱間耐摩耗性を発揮する。

【０００６】しかし、高炭素系高速度鋼ロールを熱間薄
板圧延仕上げミルに使用すると、上述したような優れた
耐摩耗性を発揮するにも係わらず、ロール表面に生成す
る黒皮と呼ばれる酸化皮膜が帯状に剥離することによっ
て生じる肌荒れが原因でロール替えを余儀なくされてい
る。

【０００７】特開昭62-64411号公報には、圧延ロール表
面の硬さをＨｖ６００以上、表面粗さを２〜１０μm Ｒ
ａと規定した熱間圧延用ロールが開示されている。この
ロールは表面を粗面化することによって、被圧延材のス
ケールをロール表面に付着させて強固な黒皮を生成させ
ることにより、ロールの摩耗を防止することを特徴とし
ている。しかし、被圧延材から移着するスケールが厚く
なりすぎるため、熱疲労によりスケールが剥離しやすい
という欠点がある。

【０００８】このように、従来の対策は、ロール材表面
に耐摩耗性および断熱性に優れる黒皮を積極的に生成さ
せることにより、ロールの表面損傷を防止するというの
が一般的であった。しかし、黒皮は厚くなると剥離しや
すくなりロール表面が荒れる肌荒れの原因となること、
高炭素系高速度鋼ロールはそれ自体優れた耐摩耗性、耐
熱亀裂性を有するため黒皮が存在しなくてもロールの損
傷が少ないこと等の理由から、最近では黒皮を薄くする
傾向にある。

【０００９】特開平6-287713号公報では、黒皮は炭化物
を除く基地部分に生成しやすいという知見から、炭化物
を積極的に生成させる方法を提示している。しかし、Ｃ
やＶ等の耐酸化性を悪化させる元素を多く含有させる必
要があるので酸化スケールを生成し易く、根本的な解決
には至っていない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐摩耗性に
優れるとともに、特にロール自身の酸化による黒皮の生
成を抑制することで耐肌荒れ性を改善した熱間圧延用ロ
ールを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者等は、ロ
ール表面の黒皮の生成を抑制すべく、ロール表面の黒皮
生成に及ぼす合金元素の影響について実験検討した結
果、次のような知見を得るに到った。

【００１２】(1) ロールの耐酸化性を向上させることで
黒皮の生成を抑制することができる。

【００１３】(2) Ｃ含有量が２％（以下、全て重量％で
示す）を超えると、基地中のＣ濃度が高くなり、耐酸化
性が低下するので、Ｃは２％以下と低くする必要があ
る。

【００１４】(3) Ｖは酸化しやすく、含有量が５％を超
えると、耐酸化性が低下するので、Ｖも５％以下と低く
する必要がある。

【００１５】(4) Ｓｉは、脱酸の作用により酸化抑制の
効果があり、その含有量は１．５％以上と多量にする必
要がある。

【００１６】(5) Ｃｒ、ＷはそれぞれＣと結合して高硬
度化合物を析出させて耐摩耗性と靱性を改善する効果が
あるが、Ｃｒは８％以上、Ｗは５％以上と高くする必要
がある。

【００１７】(6) Ｃｏは、大部分が基地に固溶して基地
の耐酸化性及び耐摩耗性を改善する作用があり、その含
有量を３％以上と高くする必要がある。

【００１８】この発明はこのような知見に基づきなされ
たもので、その要旨は、「少なくともロールの外殻層
が、重量％で、Ｃ：０．８〜２％、Ｓｉ：１．５〜３
％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｃｒ：８．０〜１５％、
Ｍｏ：０．５〜８％、Ｖ：１〜５％、Ｗ：５〜１０％、
Ｎｂ：１〜５、Ｃｏ：３〜１０％を含み、残部Ｆｅ及び
不可避的不純物とからなることを特徴とする耐肌荒れ性
及び耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロ−ル」

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の熱間圧延用ロ−ルの外殻
層の化学組成を限定した理由は以下の通りである。

【００２０】Ｃ：０．８〜２％ Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｆｅと結合して高硬
度の複合炭化物（MC型を主体にM₇C₃、M₄C₃、M₂C 、M₆C
等）を形成してロ−ルの耐摩耗性を高める作用があり、
通常２％以上含有させる。しかし、基地中のＣ濃度が高
くなると酸化されやすくなるため、２％を超えて多量含
有させると耐酸化性が低下するとともに、炭化物生成量
が増大しすぎ靱性、耐熱亀裂性が低下する。一方、０．
８％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。従って、Ｃ含有量は０．８〜２％とした。

【００２１】Ｓｉ：１．５〜３％ Ｓｉは、脱酸および酸化抑制のために含有させるのであ
るが、Ｃを低減する効果との相乗的な効果を高めるため
に、１．５％以上と通常の含有量（０．５〜１．５％未
満）よりも多くする必要がある。一方３％を超えるとロ
ール材質が脆化し、異常圧延時の衝撃により発生するク
ラックが深くなる。従って、Ｓｉ含有量は１．５〜３％
とした。なお、より高い酸化抑制効果を得るためには、
２〜３％にするのが好ましい。

【００２２】Ｍｎ：０．３〜１．５％ Ｍｎは、脱酸のために添加されるが、その含有量が０．
３％未満では充分な脱酸効果が得られず、一方、１．５
％を超えると靱性が低下する。従って、Ｍｎ含有量は
０．３〜１．５％とした。

【００２３】Ｃｒ： ８〜１５％ Ｃｒは、基地中に固溶して基地を強化し耐酸化性を向上
させるほか、Ｃと結合して微細な高硬度化合物を析出し
て耐摩耗性と靱性を高める作用がある。通常高炭素系高
速度鋼のロールにおいては、MC型炭化物を優先的に析出
させるためＣｒは８％未満に制限されている。この発明
では、耐酸化性を高め、かつＷ、Ｎｂ、Ｃｅとの複合作
用による耐摩耗性の向上を図るため、８％以上と多量に
含有させる。一方、１５％を超えるとMC型炭化物より低
硬度のM₇C₃型炭化物が過剰となり耐摩耗性が不十分とな
るほか、靱性も低下する。従って、Ｃｒ含有量は８〜１
５％とした。好ましくは８〜１２％である。

【００２４】Ｍｏ： ０．５〜８％ Ｍｏは、基地に固溶して高温軟化抵抗を改善させる他、
Ｃと結合してM₆C 、M₂C 等の微細な高硬度の複合炭化物
を形成して温間の耐摩耗性を向上させる作用がある。し
かし、０．５％未満ではこれらの効果は充分でなく、一
方８％を超えると靱性の低下を招く。従って、Ｍｏ含有
量は０．５〜８％とした。

【００２５】Ｖ： １．０〜５％ Ｖは、Ｃと結合して硬質のMC型粗大炭化物を形成して、
耐摩耗性・耐事故性、かつ低摩擦化するのに役立つ。通
常高炭素系高速度鋼のロールでは、MC型炭化物形成のた
め積極的にＶを多量添加していたが、５％を超えて添加
すると耐酸化性が低下するとともに炭化物量が増加し、
耐事故性が低下する。一方、１％未満では、耐摩耗性改
善や低摩擦効果が小さくなる。従って、Ｖ含有量は１〜
５％とした。

【００２６】Ｗ： ５〜１０％ Ｗは、Ｃと結合してM₆C 、M₂C 型の微細な高硬度複炭化
物を形成して耐摩耗性を高め、また基地に固溶して耐酸
化性や焼き戻し軟化抵抗、耐熱性を高める。一般に、高
炭素系高速度鋼において、Ｗは５％未満の量でしか含有
させていない。

【００２７】これは、Ｗをそれ以上含有させても耐摩耗
性向上には、あまり有効でないとの理由からである。し
かし、Ｗを５％以上と多量に含有させると耐酸化性を一
層向上させることができたのである。一方１０％を超え
ると粗大炭化物が増加し靱性を低下させるほか、偏析が
生じ易くなる。従って、Ｗ含有量は５〜１０％とした。

【００２８】より好ましくは、５〜８％である。

【００２９】Ｎｂ： １〜５％ Ｎｂは、Ｖ同様Ｃと結合して高硬度のMC型炭化物を形成
する。しかし、１％未満では、耐摩耗性改善や低摩擦効
果が少なく、一方、５％を超えて添加されると炭化物量
が増加し、靱性が低下する。従って、Ｎｂ含有量は１〜
５％とした。

【００３０】Ｃｏ： ３〜１０％ Ｃｏは、その大部分が基地に固溶して基地の耐酸化性、
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。しかし、その含有量が、３％未満で
はその効果が期待できず、一方１０％を超えて含有させ
ても前記効果が得られない。従って、Ｃｏ含有量は３〜
１０％とした。好ましくは３〜６％である。

【００３１】不純物中のＰおよびＳは、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く、いず
れも０．０８％以下にするのが好ましい。

【００３２】このような成分組成にすることにより、ロ
ール材の耐酸化性を向上させて、黒皮の生成を抑制し、
黒皮剥離によるロール肌荒れを防止することができる。

【００３３】本発明のロールは、ロ−ル全体が上述の成
分組成の低合金鋼からなる一体型のものでよい。しか
し、熱間圧延用ロ−ルに耐肌荒れ性及び耐摩耗性が要求
されるのは、少なくとも被圧延鋼材と接触する部分であ
るので、ロールの表層、すなわち外殻層のみを上記成分
組成の低合金鋼にした複合型のものであってもよい。そ
の場合、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、鍛鋼等の強靱材が使用できる。な
お、外殻層の厚さは、どのような厚みのものでも鋳型の
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、特に限定するものではない。

【００３４】また本発明の熱間圧延用ロ−ルは、遠心力
鋳造法、鋳掛け法、溶接肉盛法などの複合ロ−ル製造法
や静置鋳造法、鍛造法などの一体ロ−ル製造法等によっ
て製造することができる。

【００３５】製造されたロールは所望の組織、硬度を付
与する目的で焼入れ、焼戻し等の熱処理を施す。また、
冷却速度についても被熱処理材の大きさと必要とする基
地組織によって任意に決めればよい。

【００３６】また、熱処理を実施する際、大気中で行っ
た場合には表層部の酸化消耗や脱炭が著しいので、不活
性ガス中あるいは還元性雰囲気中で熱処理を行うのが望
ましい。

【００３７】本発明の熱間圧延用ロールは、熱間圧延の
粗圧延及び仕上げ圧延におけるワークロールとして最適
であることは勿論であるが、厚板圧延・温間圧延用ワー
クロールや、製管・鋼管・条鋼・線材等の圧延用ロール
としても同様の効果を発揮し、適用可能であることは言
うまでもない。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の熱間圧延用ロ−ルの効果を実
施例に基づいて説明する。

【００３９】表１に示す１１種の成分組成の外殻層を有
するロールを、連続鋳掛け法により作製した。

【００４０】

【表１】

【００４１】ロール寸法は胴部直径750 mm、胴長1800 m
m 、全長3800 mm 、外殻層の厚み約100mm であった。な
お内層は強靱性を有するダクタイル鋳鉄とした。

【００４２】No.1〜6 は本発明例、No.7〜11は、比較例
である。

【００４３】何れのロールも、残留応力調整と組織調
整、硬度調整のため１０００〜１１００℃からの焼入れ
と、５００〜５５０℃での焼戻しの熱処理を施した。

【００４４】これらのロ−ルを熱間薄板圧延の仕上げ圧
延機第１スタンドに組み込み、炭素鋼板の熱間圧延を下
記条件で実施した。

【００４５】圧下率 ：３５％ 圧延温度 ：９５０〜１０００℃？（仕上げ入り側温
度） 圧延量 ：２０００ton 圧延後、ロールプロフィールにおける最大の摩耗深さか
ら評価した耐摩耗性と、ロール表面の黒皮厚み、および
製品表面性状を調査した。その結果を表２に示す。黒皮
厚さは、ロール表面から試験片を採取し、光学顕微鏡に
より厚さを求めた。また、鋼板表面性状は目視により評
価した。

【００４６】

【表２】

【００４７】本発明例によれば、耐摩耗性を損なうこと
なく黒皮の生成が抑制されていることがわかる。また、
黒皮を薄くすることによりロール素地との密着性が向上
し、黒皮の帯状剥離（バンディング状肌荒れ）も見られ
なかった。さらに、ロール肌の改善にともなって製品表
面スケール疵が防止できた。一方、比較材は黒皮が厚く
生成しており、部分的にバンディング状肌荒れが発生し
ており、それにともなって製品表面スケール疵の発生が
確認された。

【００４８】表２の本発明例のNo. １と従来例のNo. １
１の成分組成の高炭素系高速度鋼について、実体ロール
の最表層部から２０mm×４０mm×５mmの耐酸化性の試験
片を採取した。各試験片を大気中で７００℃〜１０００
℃の温度域で１００℃間隔でそれぞれ５時間加熱、保持
した後、加熱前後の試験片の重量変化を測定して酸化量
を求めた。その測定結果を図１に示す。

【００４９】図１より明かなように、本発明のロール材
は従来ロール材に比べ酸化が急速に進む温度が高温側で
あり、また酸化増量も少ないことがわかる。

【００５０】なお、本発明は一体型鍛造法や遠心鋳造法
等により製造したロールにおいても同様の効果が確認さ
れた。

【００５１】

【発明の効果】優れた耐肌荒れ性、耐摩耗性を有する本
発明の熱間圧延用ロ−ルによれば、黒皮の剥離による肌
荒れを低減することができ、ロール交換回数の低減によ
る生産効率の向上、製品表面品質の改善による歩留まり
向上を実現することができる。

【００５２】しかも、本ロ−ルは、圧延鋼種に関係なく
過酷な圧延条件においても優れた耐肌荒れ性を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロール材と従来ロール材の耐酸化性を
比較した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくともロールの外殻層が、重量％で、
   Ｃ：０．８〜２％、Ｓｉ：１．５〜３％、Ｍｎ：０．３
   〜１．５％、Ｃｒ：８．０〜１５％、Ｍｏ：０．５〜８
   ％、Ｖ：１〜５％、Ｗ：５〜１０％、Ｎｂ：１〜５、Ｃ
   ｏ：３〜１０％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物と
   からなることを特徴とする耐肌荒れ性及び耐摩耗性に優
   れた熱間圧延用ロ−ル。