JPH0978186A

JPH0978186A - 熱間圧延用ロ−ル

Info

Publication number: JPH0978186A
Application number: JP24164795A
Authority: JP
Inventors: Taro Koide; 太郎小出; Kunio Goto; 邦夫後藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】耐熱亀裂性に優れ、かつ耐摩耗性に優れた高炭
素系高速度鋼ロールを提供する。【解決手段】少なくともロールの外殻層が、重量％で、
Ｃ：１〜２．５％、Ｓｉ：０．２〜２％、Ｍｎ：０．３
〜１％、Ｃｒ：２〜８％、Ｍｏ：０．５〜６％、Ｖ：
０．５〜８％、Ｗ：０．５〜８％、Ｎｂ：０．１〜５
％、Ｃｏ：２〜６％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純
物とからなり、かつロール外殻層の７００℃における硬
度がＨv ４００以上で、残留圧縮応力が３０〜５０ kgf
/mm²であることを特徴とする耐熱亀裂性及び耐摩耗性に
優れた熱間圧延用ロール。

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
用いられる耐熱亀裂性及び耐摩耗性に優れた熱間圧延用
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−ルの外殻層には、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２５〜４
０％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を有するため、優れた熱間耐摩耗性
を発揮する。

【０００６】また、特開平5ー271855号公報には、組織中
の炭化物量および硬度を限定することにより耐摩耗性、
耐肌荒れ性を改善した熱間薄板圧延用ロール材が開示さ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の高炭素系高速度
鋼のロールは、耐摩耗性には優れているが、熱間圧延で
の高負荷圧延時や異常が生じ高負荷になった場合に、ロ
ール表面に深い熱亀裂が発生しやすい。熱亀裂が深くな
ると、ロール表面を研削してロールを補修する際、研削
量が増加するので補修費が高くなる。そのため耐熱亀裂
性の改善は重要な課題となっている。

【０００８】本発明は、耐熱亀裂性に優れ、かつ耐摩耗
性に優れた高炭素系高速度鋼ロールを提供することを目
的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、高炭素系
高速度鋼ロールの耐熱亀裂性の改善を図るべく、熱亀裂
発生に及ぼす機械的特性の影響を検討した。熱亀裂の発
生は、機械的特性のなかでもロール表面の高温硬度とロ
ール表層部の残留圧縮応力が影響しているとの考えに基
づき、実験検討を行った結果、ロールの外殻層の残留応
力と７００℃における硬度とをそれぞれ適正な範囲にし
ておくと耐摩耗性と耐熱亀裂性とを兼備したロールが得
られることを知るに到った。本発明の要旨は、「少なく
ともロールの外殻層が、重量％で、Ｃ：１〜２．５％、
Ｓｉ：０．２〜２％、Ｍｎ：０．３〜１％、Ｃｒ：２〜
８％、Ｍｏ：０．５〜６％、Ｖ：０．５〜８％、Ｗ：
０．５〜８％、Ｎｂ：０．１〜５％、Ｃｏ：２〜６％を
含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物とからなり、かつロ
ール外殻層の７００℃における硬度がＨv ４００以上
で、残留圧縮応力が３０〜５０ kgf/mm²であることを特
徴とする耐熱亀裂性及び耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロ
ール」にある。

【００１０】ここで、上記「少なくとも外殻層」におけ
る少なくともとは、ロールの外殻層は必ず上記成分組成
にすることで、それ以外の部分は外殻層と同じ組成にし
てもよく、またダクタイル鋳鉄、普通鋳鉄、黒鉛鋳鉄、
球状黒鉛鋳鉄、鍛鋼等の外殻層とは別異の材料を使用し
てもよいことを意味する。従って、ロール全体が上述の
化学組成を有する一体型のロールであってもよく、ある
いは外層だけが上記化学成分である複合型のロールであ
ってもよい。

【００１１】また、外殻層とは、圧延使用層たるロール
の表面層のことで、その厚さは、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るから、特に限定さ
れない。外殻層と内層の境界部で炭化物が富化し、両者
の接着強度が低下するような場合は、外殻層と内層の間
に低炭素低合金系の鋳鉄等を中間層として設けるのがよ
い。

【００１２】本発明の熱間圧延用ロールは、遠心力鋳造
法、鋳掛け法、溶接肉盛法などの複合ロール製造法や静
置鋳造法、鍛造法などの一体ロール製造法等によって製
造することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の熱間圧延用ロールの外殻
層の化学組成（重量％）、硬度及び残留圧縮応力を上記
のように限定した理由を以下に述べる。

【００１４】Ｃ：１〜２．５％Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖと結合して高硬度の複炭化物
（MC型を主体にM₇C₃、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、２．５％を超えて含有すると炭化物生成
量が増大しすぎ、靱性及び耐熱亀裂性が低下する。従っ
て、Ｃ含有量は１〜２．５％とした。

【００１５】Ｓi ：０．２〜２％Ｓｉは、脱酸剤として含有させるのであるが、０．２％
未満では脱酸作用が期待できず、一方２％を超えるとロ
ール材質が脆化し、異常圧延による高負荷時の亀裂が深
くなる。従って、Ｓｉ含有量は、０．２〜２％とした。

【００１６】Ｍｎ：０．３〜１％Ｍｎは、脱酸作用と共に、不純物であるＳをＭｎＳとし
て固定し、熱間加工性を改善するのに必要な元素であ
る。その含有量が０．３％未満では充分な脱酸及び熱間
加工性改善効果が得られず、一方、１％を超えると靱性
が低下する。従って、Ｍｎ含有量は０．３〜１％とし
た。

【００１７】Ｃｒ：４〜８％Ｃｒは、基地中に固溶して基地を強化し、耐熱亀裂性を
改善する他、Ｃと結合して微細な高硬度化合物を析出し
て高温における耐摩耗性と靱性を高める作用がある。し
かし、Ｃｒ含有量が４％未満ではこれらの効果が少な
い。一方８％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
および耐熱亀裂性が低下する。従って、Ｃｒ含有量は、
４〜８％とした。

【００１８】Ｍｏ：０．５〜６％Ｍｏは、基地に固溶して高温軟化抵抗を高め、耐熱亀裂
性を改善させる他、Ｃと結合してM₆C 、M₂C 等の微細な
高硬度の複炭化物を形成して熱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
が少なく、一方６％を超えると靱性および耐熱亀裂性の
低下を招く。従って、Ｍｏ含有量は、０．５〜６％とし
た。

【００１９】Ｖ：０．５〜８％Ｖは、Ｃと結合して本発明の熱間圧延用ロールにとって
重要な役割を果たすMC型粗大炭化物を形成して、熱間に
おける耐摩耗性、耐事故性を改善し、かつ低摩擦化する
のに役立つ。しかし、０．５％未満では、耐摩耗性改
善や低摩擦化効果が少なく、一方、８％を超えて添加す
ると炭化物量が増加し、耐熱亀裂性が低下する。従っ
て、Ｖ含有量は、０．５〜８％とした。

【００２０】Ｗ：０．５〜８％Ｗは、Ｃと結合してM₆C 、M₂C 型の微細な高硬度複炭化
物を形成して熱間における耐摩耗性を高め、また基地に
固溶して焼戻し軟化抵抗や耐熱性、耐熱亀裂性を高め
る。しかし、０．５％未満ではこれらの効果が少なく、
一方８％を超えると粗大炭化物が増加し靱性および耐熱
亀裂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、０．５〜８％とした。

【００２１】Ｎｂ：０．１〜５％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、０．１％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、耐熱亀裂性が低下する。従って、Ｎｂ含
有量は、０．１〜５％とした。

【００２２】Ｃｏ：２〜６％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、高温硬度、耐摩耗性及び耐
熱亀裂性を改善する作用を有する。しかし、その含有量
が、２％未満では７００℃での高温硬さをＨv ４００以
上にすることができない。一方６％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２〜６
％とした。

【００２３】Ｐ、Ｓ：ＰおよびＳは、不可避的に含有さ
れる不純物元素であるが、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。

【００２４】７００℃における硬度Ｈv ４００以上：熱
間圧延用ワークロールの最表層は、圧延材との接触弧面
内においてピーク温度が約７００℃程度まで上昇し、圧
延材と高面圧下で滑り接触する。７００℃における硬度
がＨv ４００よりも低いと基地が塑性流動（摩耗や肌荒
れ）を起こしやすくなり、バンディング状肌荒れ（黒皮
の帯状剥離）や焼き付きが生じやすくなる。そのため７
００℃における硬度をＨv ４００以上に限定した。な
お、硬度の上限は化学組成により異なるが、Ｈv ５５０
程度まで付与できる。好ましくはＨv ４００〜５５０で
ある。なお、これ以上高い硬度にすると熱衝撃等により
亀裂が深く入り易くなるため好ましくない。

【００２５】残留圧縮応力３０〜５０kgf/mm²：熱間圧
延用ワークロールは、接触弧面で強い加熱圧力と転がり
滑り摩擦を受け、弧面を離れると水冷されるという激し
い熱サイクルが加えらる。その繰り返しにより表面に微
細な熱亀裂が生じるが、亀裂は最外層の残留圧縮応力が
大きいほど成長しにくい。通常ロールは内外層の剥離が
生じない程度に外殻層に２０〜３０kgf/mm²未満の圧縮
応力を付与するのが一般的である。しかし残留圧縮応力
が３０kgf/mm²未満では亀裂進展抑制効果が依然不十分
であり、深い熱亀裂が入りやすい。本発明で規定する化
学組成の外殻層材を用いることにより、外殻層に通常よ
りも高い圧縮強度の付与が可能である。ただし、５０kg
f/mm²以上になると、内外層の境界部で剥離を生じるた
めこれ以上残留圧縮応力を大きくすることは望ましくな
い。そのためロール外殻層の残留圧縮応力は３０〜５０
kgf/mm²に限定した。

【００２６】本発明では外殻層に大きな残留圧縮応力を
付与することを特徴とするため、内層部には大きな引張
り応力が付加される。そのため外殻層と内層の境界近傍
には強い引張り強度が要求される。通常、境界部の強度
は４０ kgf/mm²以上あれば剥離の心配はない。また、巣
や偏析等の欠陥は極力排除する必要がある。

【００２７】次に、外殻層における硬度及び残留圧縮応
力は、主に焼入れ後の焼戻し条件により調整するこがで
きる。すなわち、焼入れ後の焼戻し熱処理回数及び温度
を調整することにより、適度な軟化、応力除去を行い、
所望の硬度、圧縮残留応力を得ることができる。通常１
０００〜１１００℃からの焼入れを行った後、５００〜
５７０℃での焼戻しを数回繰り返す。基本的には焼戻し
熱処理を繰り返すほど硬度が低下する。また、残留応力
除去のみを目的とする場合、より低温で焼戻しを行うと
よい。

【００２８】熱処理を実施する際の雰囲気は、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こ
とが望ましい。

【００２９】なお、本発明の熱間圧延用ロールは、熱間
薄板圧延の粗およ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する。

【００３０】以下、実施例に基づいて本発明の効果を説
明する。

【００３１】

【実施例】表１に示す化学組成の外層を有する下記寸法
のロールを連続鋳掛け法により製作した。内層は強靱性
を有するダクタイル鋳鉄を用いた。

【００３２】胴部直径：７５０mm 胴径：１８００mm 外殻層厚み：１００mm 全長：３８００ｍｍ

【００３３】

【表１】

【００３４】何れのロールも、鋳込み後徐冷し、焼入
れ、焼き戻しの熱処理を施した。焼入れは１０００〜１
１００℃、焼戻しは５００〜５５０℃の各温度範囲内で
変化させて残留圧縮応力と硬度の調整を行った。

【００３５】これらのロールを熱間薄板圧延の仕上げ圧
延機前段スタンドに組み込み、炭素鋼板の熱間圧延に供
した。圧延条件は、圧下率３５％、圧延温度１０００℃
で、ロール１本当たり３０００トンの圧延を行った。

【００３６】使用後の各ロールについて、ロールプロフ
ィールにおける最大の摩耗量、すなわち、ロールの直径
が最小となった部分の摩耗量を測定すると共に、ロール
表層の熱亀裂の深さを測定し、その平均値を求めた。そ
の結果を表１に示す。

【００３７】No. １〜６は本発明例、No. ７〜１１は、
比較例である。なおNo. ７およびNo. ８は、成分が本発
明で規定する範囲内にない例で、No. ９〜１１は、成分
は本発明で規定する範囲内にあるが、機械的特性値が本
発明の範囲外である例である。No. １２は、従来一般に
用いられている高炭素系高速度鋼の例である。

【００３８】本発明例によれば、耐摩耗性、耐熱亀裂性
ともに良好な結果を示している。一方比較例７は炭化物
生成量が不足しているため、著しく摩耗量が多い。比較
例８は逆に炭化物生成量が多く靱性に劣るため、炭化物
に沿った深い亀裂や多くの欠け落ち孔が観察された。比
較例９は残留圧縮応力による亀裂進展抑制効果が小さい
ため多くの深い熱亀裂が観察された。また比較例１０は
残留圧縮応力が大きすぎるため、内外層近傍で亀裂が発
生し、スポーリングと呼ばれる大規模な表層剥離が発生
した。比較例１１は室温、高温とも硬度不足によりロー
ル摩耗が激しく、焼付きや著しいエッジ局部摩耗が観察
された。

【００３９】なお、一体型鍛造法により作成したロール
においても同様の効果が確認された。

【００４０】

【発明の効果】以上説明した通り、優れた耐摩耗性・耐
熱亀裂性を有する本発明の熱間圧延用ロールによれば、
従来ロール材に比べ熱亀裂や局部摩耗等の表面損傷によ
るロール替え回数が低減でき、研削量少によるロールコ
スト低減を実現することができる。しかも、本ロール
は、圧延鋼種に関係なく過酷な圧延条件においても優れ
た耐久性を発揮する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともロールの外殻層が、重量％で、
Ｃ：１〜２．５％、Ｓｉ：０．２〜２％、Ｍｎ：０．３
〜１％、Ｃｒ：２〜８％、Ｍｏ：０．５〜６％、Ｖ：
０．５〜８％、Ｗ：０．５〜８％、Ｎｂ：０．１〜５
％、Ｃｏ：２〜６％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純
物とからなり、かつロール外殻層の７００℃における硬
度がＨv ４００以上で、残留圧縮応力が３０〜５０ kgf
/mm²であることを特徴とする耐熱亀裂性及び耐摩耗性に
優れた熱間圧延用ロール。