JPS60128239A - 形鋼圧延用複合ロ−ル外殻用鋳造合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は形鋼圧延用ロールの組成に関し、更に詳しくは
形鋼圧延用ロールに要求される、高い耐摩耗性、耐焼付
性及び靭性を有する形鋼圧延用複合ロール外殻用鋳造合
金組成に関するものである。

近年、熱間圧延用ロールの耐摩耗および耐肌荒性向上を
目的として材質改良が急速に進められているが、Ｈ形鋼
圧延用ユニバーサルミルロールも例外でなく、従来は硬
度５０〜５５Ｈ８（ショア硬さ）の単体７ダマイト製ロ
ールが使用されていたが、今日では、硬度６０〜６３Ｈ
８の複合アダマイト製ロール（外殻層→アダマイト、内
層→球状黒鉛鋼）に切替えられている。しかしながら最
近における圧延材の温度低下、極薄ウェブ製品の増加等
の使用条件の苛酷化に伴ない、現状材質のロールを使用
する場合においてもアール部の焼付、偏摩耗およびもみ
あげ疵等が多発し製品手入工数の大幅増加や１０−ル当
りの圧延トン数の減少を余儀なくされている。これらの
不具合は、ロール組織の微細化とともに、硬度の飛躍的
な向上を図れば解消が可能と考えられるところから、７
０Ｈ８以上の高硬度ロール製造の必要性が強く叫ばれて
きた。現状におけるロール外殻部に適した材質としては
、高Ｃｒ鋳鉄と７グマイトの２種類が考えられるが、上
記要求を満足させるには、いずれも次のような問題点が
あって実用化に至ってはいない。

まず、ロール外殻部を高Ｃｒ鋳鉄とした場合には、Ｃｒ
を１４〜１６％含有するため、球状黒鉛鋼とした内層部
へ多量のＣｒが混入し、内層部の組織が白銑化するため
強度が着しく劣下し、複合ロールとしての機能を消失す
るという問題がある。

さらに高Ｃｒ鋳鉄は、熱伝導度が低いため、使用中に多
量の冷却水を必要とするが、現ミルにおける水量は少な
く、これに対応できないという問題も加わっている。

次にロール外殻部を現状の７ダマイト材とし、熱処理に
よって７０Ｈ３以上の硬度を得ようとする考え方がある
。すなわち、規準時の冷却速度を大にしてマルテンサイ
ト化を促進させようとするものであるが、この場合冷却
過多となるためロール内部に母材強度に近い大きな熱応
力が発生し、割損が多発する問題があり実用化に至って
いない。

従来技術には、上述したような問題があり、実用化が困
難であったが、本発明ではロール外殻部の材質を従来の
アダマイト組成より高ＣとしさらにＮｉ、Ｏｒ、Ｍｏお
よびＮｂ等の合金元素を適量添加することによって、焼
入性の向上並びに組織の微細化を図り、規準時における
冷却速度を現状より増大することなく、形鋼圧延用ロー
ルに要求される特性を確保可能としたものである。

本発明の特徴とするところは、重量％でＣ２，３〜２．
６％、Ｓｉ０．５〜１．０％、Ｍｎ０．６〜１．０％、
Ｃｒ　１．５−２．１％、Ｎｉ１．２−１．６％、Ｍｏ
０．６〜１．０％、Ｎｂ　０．２−０．４％及残部実質
的Ｆｅよすなる組成を有し、かつ規準焼戻熱処理後に７
０〜７５Ｈ８の硬さを有する事を特徴とする耐摩耗性、
耐焼付性に優れ、かつ高靭性を有する形鋼圧延用複合ロ
ール外殻用鋳造合金でありロール外殻部の組成を特殊７
ダマイト系組成とすることによってロール外殻部会域の
硬度規準焼戻後を７０〜７５Ｈ８に維持することにより
耐摩耗性および耐焼付性に優れたかつ高靭性を有するロ
ールを提供するものである。なお、ロール内層部には耐
折損性確保のため胴表層部より靭性に優れた球状黒鉛鋼
を用いる。

まず、この発明で対象とする形鋼圧延用複合ロールの外
殻部の成分限定理由について説明すると、Ｃはセメンタ
イトの多量析出および焼入性向上のために２．３〜２．
６％の範囲とする必要がある。Ｃｉが２．３％未満では
セメンタイト量〃少なく、かつ焼入性が不足するため目
標とする７０Ｈ８以上の高硬度の確保が困難となり十分
な耐摩耗性が得られない。一方、Ｃｉが２．６％を超え
れば逆にセメンタイト量が過大となって脆化が進むため
上述のようにＣｉを限定する必要がある。Ｓｉは炭化物
を形成せず、黒鉛化作用が強い元素であるので過剰にな
るとセメンタイトの析出を抑制し、耐摩耗性劣下に影響
を及ぼし、逆に不足すると賜酸不足や機械的性質を低下
させるので、０．５〜１．０％に限定した。Ｍｎは０．
６〜１．０％に限定する必要があるが、その理由は０．
．６％未満ではセメンタイトの析出量が少なくなり、加
えて焼入性曲線を低硬度側に移動させるため硬度が低く
なるからであ■）、一方１．０％を超えれば焼戻脆性が
助長され跪くな“り易いからである。Ｎｉ　もほぼＭｎ
と同様な理由およびＣｒ量とのバランスの点から１．２
〜１．６％に限定される。すなわちＮｉ量が１．２％未
満では基地の変態が不十分で強靭性が得にくく１．６％
を超えれば、Ｃｒ量とのバランスが崩れ残留オーステナ
イト量が多くなり、いずれの場合も硬度上昇に充分な効
果が得られない。ＣｒはＮ１量とのバランスおよびセメ
ンタイト安定化のため、１．５〜２．１％の範囲内とす
る必要がある。すなわちＣｒが１．５％未満では、セメ
ンタイト安定化の効果が少なく、又、２．１％を超えれ
ば脆くなるからである。ＭｏはＦｅ基地のマルテンサイ
ト化および高温におけるＦｅ基地の硬度、強度確保のた
め０．６〜１．０％の範囲が必要である。Ｍｏ量が０゜
６％未満では、その効果が不十分であり、一方１゜０％
を超えれば、残留オーステナイトが多くなるからである
。

Ｎｂの添加はＣと並び本発明における重要なポイントを
占める。その理由はＮｂの添加によって結晶粒が着しく
微細化することにより、Ｆｅ基地の靭性を増加させ、こ
の効果によって、耐摩耗性向上のために通常より多量に
分布させているセメンタイトが、圧延中に欠は落ちるの
を防止する役目をするためである。ただ０．２％未満で
は、その効果が少なく、−力０．４％を超えると焼入硬
化能を減するので好ましくなく、０．２〜０．４％に限
定することによって優れた効果を得ることができる。

ロール外殻部の各成分組成がすべて上述の範囲内を満足
するとき、これらの複合効果によって本発明の目的たる
特性が付与されるのであって、−成分でも適性範囲を外
れるときは不十分な結果となる。ここで従来のロールの
ロール外殻部成分組成と、本発明におけるそれとを比較
して第１表に示す。

ロール外殻部を上述のような成分組成の特殊アダマイト
材とし、内層部に球状黒鉛鋼を冶金的に融着させて複合
化しすこスリーブ鋳物（本発明ロール用素材）は常温ま
で緩冷後鋳型より取出し、熱処理を施行する。熱処理は
いわゆるノルマ−・テンパー処理（規準、焼戻処理）で
あり、硬度確保の点でとくに重要なのは、規準時の冷却
条件である。

在米の７ダマイト組成のＣ−Ｃ−Ｔカーブを第１図に示
すが、これより在米の目標硬度である６０〜６３Ｈ８ｉ
ｔ得るには図中点線で示す冷却能を必要とする。この冷
却速度は極めて天外いので、実挽業ではミスト冷却を採
用している。ここで、在来の成分組成にて、硬度上昇を
図ろうとする場合は、上述の冷却速度を、さらに天外く
する必要がある。例えば７０　ＨＳ以上の硬度を得るに
は第１図において一点鎖線に示す冷却能が要求される。

しかしながら、この速度は実操業面では、極めて達成困
難な水準であること、又達成可能としてもｖＪ２図に示
すように冷却過剰のためロール内部に母材強度に近い熱
応力が発生し、割損に至る危険の高いことが明白である
。ところが本発明ロール組成のｃ−ｃ−’ｒカーブは第
３図の如くであり、在来組成のそれよりパーライトノー
ズが右に寄り、変態が遅延することを示している。

したがって現状の冷却速度水準で容易に７０Ｈ８以上の
高峡度を確保できるのである。すなわち、本発明ロール
素材は９００℃以上の温度で長時間の拡散処理後、上述
した通Ｉ）、従来と同一冷却速度でミスト冷却を施して
十分に変態させてから後続の焼戻期において冷却期に発
生した変態および熱応力を除去するとともにＦｅ基地組
織に強靭性を（＝１与させる熱処理を施すことによって
所望の性′状を確保させるのである。

熱処理後の素材は所定の製品サイズに切断後、（幾械加
工されさらにアーバーに焼嵌され完成する。

以下に１１形調圧延用水平ロールに本発明技術を適用し
た実施例について述べる。

アーク炉で前記成分範囲内のロール外殻部用溶湯を、低
周波誘導炉でロール内層用溶湯をそれぞれ溶製し、まず
前者の溶湯を高遠心力下で回転する鋳型内に注湯した。

次にロール外殻部溶湯の凝固を待って後、内層溶湯を注
湯し、両層を冶金的にＭ賄させ複合鋳物を形成させた。

鋳型の回転は内層が完全凝固するまで続行された。本例
における両溶湯の化学分析値は第２表の通りである。

上記の通り鋳造された素材は、常温まで緩冷後、鋳型内
より取出されノルマ・テンパー熱処理を施行した。該熱
処理後におけるロール外殻層および内層の硬度を第４図
に、ロール外殻部の顕微鏡組織を第５図に、又在来ロー
ル外殻部の顕微鏡組織を第６図に示す。まず硬度は、在
米ロールの場合は、ロール表面から１００１１１／Ｉ１
１入側面まで６０〜６２Ｈ８で推移するが、それより内
部にかけて徐々に低下しはじめ、内外層境界部から内層
にかけて４２〜４５Ｈ８まで急激に低下する傾向を示す
のに対し、本発明ロールの場合、ロール外殻部の硬度は
７１〜７３であり、前者よりほぼ１０１−１８も高り、
シかもこの高レベルが表面から１５０ｍ／Ｉ１１まで、
すなわち、ロール外殻部全域にわたりて維持されている
ことがわかる。換言すればロールが圧延材と接触する全
域に於いて高い硬度を維持していることがわかる。一方
、顕微鏡組繊は、在米ロールのそれよリセメンタイトの
析出量が多くＦｅ基地も微細な焼戻マルテンサイトが支
配的であり、高い硬さを有してしかも強靭性に富んだも
のであることカリフかる。

次に本ロールをユニバーサルミル仕上スタンドに供試し
た状況について述べる。発明および在来ロールとも圧延
条件を一定とし、それぞれ２１００トン圧延後の肌荒れ
状況を調べたが、在米ロールにみられるウェブ〜７ラン
ノのコーナ一部における激しい焼付、肌荒れ、さらには
側面のもみあげ疵等が本発明にかかる外殻部組酸を有す
るロールにおいては、極めて軽微であり、その他肌荒れ
や偏摩耗も認められず、Ｈ形鋼用仕上ミル用にとって理
想的なロールであることが実証された。

【図面の簡単な説明】

第１図、在来ロール外殻部組酸のＣ−Ｃ・１”カーブ　
、。 第２図、ロール焼入時の冷却速度と発生熱応力との関係 第３図０本発明ロールの外殻部組酸のＣ−Ｃ・Ｔカーブ 第４図、熱処理後におけるロール表面から内面にかけて
の硬度変化 第５図、熱処理後における本発明ロール外殻部の顕微鏡
、ｌｌ繊（５０倍） 第６図、熱処理後における在来ロール外殻部の顕微鏡組
織（５０倍） 特許出願人　川崎製鉄株式会社 第１図 時間（ＳｅＣ） 、第２図 第５図　第６図　− 手続補正術（方式） ％式％ １、事件の表示　昭和５８年特許願第２３６４３０号２
　発明の名称　形鋼圧延用複合ロール外殻用鋳造合金ろ
　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　兵庫県神戸市中央区北本町通１丁目１番２８号氏
名　（１２５）川崎製鉄株式会社 昭和５９年６月２７日（発送日） ５、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 ６補正の内容 明細書第１２頁第７行目の「第５図・熱処理後における
本発明ロール外殻部の顕微鏡組織（５０倍）」を「第５
図　熱処理後における本発明ロール外殻部の金属組織を
示す顕微鏡写真（５０倍）」と訂正する。 明細書第１２頁第９行目の［第６図・熱処理後における
在来ロール外殻部の顕微鏡組織（ＳＯ倍）」を１第６図
　熱処理後における在来ｐ−ル外殻部の金属組織を示す
顕微鏡写真（５０倍）」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％でＣ２，３〜２．６％、ＳｉＯ，５〜１．０％、
   Ｍｎ　０．６−１．０％、Ｃｒ　１．５−２．１％、Ｎ
   ｉ１．２〜１．６％、Ｍｏ０．６−１．０％、Ｎｂ　０
   ．２−０．４％及残部実質的Ｆｅよりなる組成を有し、
   かつ規準焼戻熱処理後に７０〜７５Ｈ８の硬さを有する
   事を特徴とする耐摩耗性、耐焼付性に優れ、かつ高靭性
   を有する形鋼圧延用複合ロール外殻用鋳造合金。