JPS6023183B2 - 強靭性および耐摩耗性にすぐれた圧延用ロ−ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ホットストリップミル仕上後段ワークロール
等に用いられる強轍性および耐摩耗性にすぐれた圧延用
ロールに関する。

最近のホットストリップミルでは、生産性の向上、省エ
ネルギー等の要請により、高速度・高負荷および低温圧
延の条件下で操業されるため、所謂絞り込みや噛み止め
等の異常圧延の発生頻度も高い。

従って、これに用いる圧延ロールは、上記事故防止のた
めに、従来にも増して耐クラック性のすぐれたものでな
ければならない。また上記操業条件では、ロール摩耗の
進行も遠いので、耐摩耗性の改善も必要であり、更に製
品板厚の精度や品質向上の観点から、耐肌荒性にもすぐ
れたものであることを要する。これらの諸特性のいずれ
をも満たすには、胴部の硬度が高く、望ましくはＨｓ７
０〜８８塁度の硬さを有し、しかも強靭性を兼ねそなえ
ることが必要である。従釆、熱間圧延仕上げ用ワークロ
ールとして、高合金Ｎｉグレンロール（Ｃ３．０〜３．
５％、Ｓｉｏ．５〜１．０％、Ｍｎｏ．３〜０．９％、
Ｎｉ３．５〜４．５％、Ｃｒｌ．２〜１．９％、Ｍｏｏ
．２〜０．６％）が用いられている。このＮｉグレンロ
ールは、第３図（顕微鏡写真、倍率５０）に示されるよ
うに、基地中に面積率３０％を越える多量の共晶状炭化
物（セメンタィト）と、微小の黒鉛が晶出分散した組織
構成を有し、該炭化物、黒鉛および硬い基地により、Ｈ
ｓ７０〜８０の高硬度となしたもので、これにより良好
な耐摩耗性を得ている。しかしながら、前記の苛酷な圧
延条件に対しては、なお耐クラック性や摩耗抵抗が不十
分なため、高性能ミルにおける異常圧延時の絞り込みや
噛み止め等の発生の際に、クラックが深く造行し、また
圧延材端部の温度降下に伴なう変形抵抗の差異により該
端部に相当する部位に摩耗（エッジ摩耗）が生ずる等の
欠点があり、耐用寿命が短く、早期取替を余儀なくされ
ているのが実情である。本発明は、上詫間題にかんがみ
、クラックやエッジ摩耗、肌荒れ等に対する抵抗にすぐ
れた、強鞠性と耐摩耗性に富む圧延用ロールを提供する
ものであり、その特徴とするところは、Ｃ２．２〜２．
９％、Ｓｊｏ．８〜１．５％、Ｍｎｏ．５〜１．０％、
Ｎｉ３．８〜４．８％、Ｃｒｌ．７〜２．５％、ＭＯＯ
．４〜１．０％を含有し、残部は実質的にＦｅである鋳
鉄、または上記諸元素とともに、Ｎｂｌ．０％以下、Ｖ
Ｉ．０％以下のいずれか１種もしくは２種を合計量１．
５％以下含有し、残部は実質的にＦｅである鋳鉄からな
り、マルテンサィトおよび／またはベイナイト基地と、
面積率１０〜３０％の炭化物および面積率０．５〜３％
の黒鉛からなる組織を有し、かつ硬度Ｈｓ７０〜８５で
ある点に存する。

すなわち、従来の高合金Ｎｉグレンロールでは、前記の
ように面積率３０％を越える炭化物と、同１〜５％の黒
鉛によって高硬度化し、耐摩耗性を高めているのに対し
、本発明ロールは炭化物および黒鉛の量を比較的低い範
囲に制限する。

これを図示すれば第１図のごとくである。図中、領域Ａ
は本発明、Ｂは従来の高合金Ｎｉグレンロールを示す。
本発明は、このように炭化物等の量を制限し、基地面積
を増やすことにより強轍性を付与する一方、基地硬度を
高め、Ｈｓ約７０〜８５の硬度を持たせて摩耗抵抗を高
めたもので、これにより、高合金Ｎｉグレンロールに比
し、耐クラック性、耐肌荒れ性、耐摩耗性等を飛躍的に
向上させたものである。以下、本発明ロールについて詳
しく説明する。

炭化物（セメンタィト）は、Ｈｖｌｏｏｏの高硬度を有
し、ロールの耐摩耗性に大きな影響を与えると同時に、
塑性流動する骨子としての役割を有する。該炭化物量が
面積比で約１０％に満たないと、摩耗抵抗が低く、また
高温圧延時に塑性流動を起こし、。ール表面の肌荒れが
生じ易くなる。炭化４物の増加とともに、耐摩耗性や塑
性流動に対する抵抗は増大するが、面積率約３０％を越
えると、該炭化物は著しくネット状に連なったものとな
る。炭化物は硬い反面非常に脆いために、このようなネ
ット状炭化物がクラックの進展経略となって強籾性が低
下する。また、炭化物の欠け落ちによる摩耗も著しくな
るので、炭化物量の多い割に耐摩耗性は向上せず、むし
ろ低下煩向を引起す。この夕 ため、炭化物量は面積率
で約１０〜３０％とする。なお、本発明にいう炭化物と
は、Ｆｅ３Ｃで代表される共晶状炭化物であり、後記の
ごときＣｒ・Ｍｏ等の合金元素の添加に伴なつて生成す
る（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ）３等のＭ３Ｃ型複合炭化物を包
含すること０は言うまでもない。黒鉛は基地中に微細に
分散晶出してクラックの進展を阻止する緩衝材として働
く。

黒鉛量が面積率で約０．５％に満たないと、上記効果が
不足し、耐クラック性が不十分となる。また、上記緩衝
効タ果を得るための黒鉛け杉状は球形であることが望ま
しいが、黒鉛量が約３％を越えると、形状が悪化し、粗
大片状黒鉛の割合が増加する。この形状の黒鉛はクラッ
クの発生および進展を助長するため、かえつて耐クラッ
ク性が低下し、黒鉛部分を０起点とする肌荒れが発生し
易くなる。従って、黒鉛量は、面積率で約０．５〜３％
とする。基地は、マルテンサィトもしくはベイナイト、
または両者の混合組織であり、上記炭化物および黒鉛量
の規定から、面積率約７０〜９０％を占める。

上記組織構成を得るには、成分組成上、前記従来の高合
金Ｎｉグレンロール（Ｃ３．０〜３．５％、Ｓｉｏ．５
〜１．０％）にくらべ、Ｃ量を適当に減らして炭化物量
を減少させることにより上記範囲の面積率に調節すれば
よく、一方低Ｃ化に伴なう黒鉛化傾向の減少により黒鉛
面積率が上記範囲の下限値に満たない場合には、Ｓｉ量
や接種量を適宜増やすことにより上記規定の面積率範囲
に調節すればよい。また、本発明ロールは硬度をＨｓ約
７０〜８５とする。Ｈｓ約７０に満たないと、強靭性や
耐クラック性は確保されても、耐摩耗性や耐肌荒性が不
足し、一方Ｈｓ約８５を越えると強靭性が不十分となる
。硬度を上記範囲とすることにより、ホットストリップ
ミルの仕上げ用ワークロールとして用いた場合にも、良
好な耐摩耗性が発揮されるほか、圧延材の噛み止め時、
または圧延材尾部の低温部を圧延する際のへこみ、ある
いは異物飛込み時のへこみの発生を防ぐこともできる。
なお、本発明ロールは前記のように炭化物量の少ない組
織構成を有するので、炭化物量の減少による硬度低下を
ともなうが、これに対しては、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｍｏ等の合
金元素の一種または二種以上を適宜添加、増量して基地
硬度を高めることにより上記硬度範囲を満たすようにす
ればよい。本発明ロールの組織構成および硬度を得るた
めの成分組成限定理由を以下に説明する。

ＣはＳｉと共に炭化物および黒鉛量を決定する元素であ
る。Ｃ約２．２％未満では炭化物量が不足し、一方約２
．９％を越えると過剰になるので、約２．２〜２．９％
とする。Ｓｉは黒鉛の晶出形状に大きく影響する。

上記のようにＣ量が比較的低い本発明ロールでは、Ｃ量
低減による黒鉛化傾向減少に対処するため、高合金Ｎｊ
グレンロールよりや）高Ｓｉ化し、約０．８〜１．５％
とするのが好ましい。Ｍｎは、溶湯の脱酸、不純物Ｓの
固定・無害化のために約０．５％以上が好ましい。

但し、約１．０％を越えると、脆弱化し、耐ヒートクラ
ック性が低下するので好ましくない。Ｐ・Ｓの不純物は
材質の脆弱化を招くのでそれぞれ約０．１％以下に制限
することが好ましい。

Ｎｉは基地をマルテンサィトおよび／またはベイナイト
組織とするために必要である。Ｎｉ量が約３．８％に満
たないと、硬度Ｈｓ７０以上とすることができず、一方
約４．８％を越えると、残留オーステナィト量が増え硬
度が低下する。この残留オーステナィトはその後の熱処
理によってもマルテンサィトやベイナイトに変態し‘こ
くい。従って、Ｎｉ量は約３．８〜４．８％の範囲が好
ましい。基地の硬度、その他の材質特性を高めるために
更に次の元素が加えられる。Ｃｒは炭化物中に固溶して
（Ｆｅ，Ｃｒ）３Ｃを形成し、炭化物の硬度を高めるほ
か、一部は基地中に固溶して焼入性を高める効果を有す
る。

この含有量はＣ量との関係から、約１．７％以上である
ことが望ましい。但し、多量に加えると、硬くなりすぎ
て鋳造時に割れが生じ易くなるので約２．５％を上限と
すべきである。Ｍｏは糠入れ焼もどし軟化抵抗を高める
とともに複炭化物を形成して強鞠性、硬度を高め、また
基地を硬化して耐摩耗性の向上に寄与する。

但し、多量に加えても効果は飽和し、また残留オーステ
ナィトを増加させ、これを安定化してしまう。従って、
約０．４％以上、１．０％未満の範囲で加えるのがよい
。上記元素のほか、必要に応じて更にＮｂやＶを加えて
もよい。

Ｎｂは鋳造組織の微細化およびＮ比，Ｎｂ２Ｃの形成に
よる耐摩耗性の改善効果を有する。

このために約１．０％以下加えることができる。Ｖは鋳
造組織の微細化を目的として約１．０％以下加えてよい
。なお、ＮｂとＶを複合添加する場合、白銑化額向が強
くなり、黒鉛量が減少するので、両者の合計量は約１．
５％を上限とすべきである。本発明ロールは常法により
、遠心鋳造法等を用い、胴部外殻部を前記組織構成の材
料とした、所謂複合ロールに形成したものであってよい
。この場合の内殻部分の材質は、所要の機械的諸性質を
有するものであれば、特別の制限はなく、例えば、Ｃ約
３．０〜３．８％、Ｓｉ約１．０〜１．８％、Ｍｍ約０
．３〜１．０％、ＰおよびＳそれぞれ約０．１％以下、
Ｎｉ約２．０％以下、Ｃｒ約１．０％以下、Ｍｏ約１．
０％以下の成分組成のものを用いてよい。また、本発明
ロールの熱処理にも特別の制限はなく、一般的条件に従
い、例えば第１回副ま残留オーステナィトの分解（マル
テンサィトまたはベイナイト変態）のため、約２５０〜
３２０ｑｏの比較的低温城での加熱を行ない、ついで第
２回目の熱処理として約３５０〜４５０ｑ０に加熱して
残留応力を除去するようにすればよく、あるいは第１回
目の加熱を省略し、第２回目の熱処理にて組織変態と残
留応力除去とを同時に行なうようにしてもよい。

次に実施例を挙げて本発明ロールについて具体的に説明
する。実施例 １ 第１表に示す成分組成の溶湯を用い、遠心鋳造法にて内
殻と外殻の二層からなる複合ロールを鋳造した。

外殻の鋳込みは厚さ１００側（鋳込み量２７００ｋ９）
とし、外殻鋳込み開始から３粉デ４９秒経過後に、残部
の鋳込みを開始して内殻熔湯（鋳込み量８７００ｋ９）
を鋳込んだ。外殻および内殻の成分組成を第２表に示す
。製品ロール形状は、胴径７５０肋、胴長１６０物咳、
外殻肉厚６仇ゆである。ロール熱処理条件は、第１回目
３００ｑＣ×５０Ｈｒ、第２回目４００００×１印Ｈｒ
とした。また、比較として上記と同様の鋳造条件により
従来の高合金Ｎｉグレンロール（複合ロール）を鋳造し
た。

該ロールの胴部外殻および内殻の化学成分を第３表に示
す。ロール形状および熱処理条件は上記と同じである。
上記で得られた本発明ロールの胸部外殻の組織を第２図
に、比較ロールのそれを第３図にそれぞれ示す（倍率は
いずれも５ぴ音）。

各ロールの組織構成は、本発明ロールでは、炭化物面積
率２４．６％、黒鉛面積率１．７％、比較ロールでは、
炭化物面積率４４．２％、黒鉛面積率２．１％である。
各ロールの材質特性を第４表に示す。第 １ 表 第 ２ 表 第 ３ 表 第 ４ 表 実施例 ２ 第５表に示す成分組成の溶湯を用い、前記実施例１と同
様の製造法により、外殻と内殻の二層構造を有する３種
類のロール１，０およびｍを製造した。

各ロールの内・外殻成分組成を第６表に、内・外殻の機
械的性質を第７表にそれぞれ示す。各ロールの外殻の組
成における黒鉛面積率は１．２〜２．１％、炭化物面積
率は２４．０〜２６．３％であった。第５表 第６表 第 ７ 表 第４表および第７表に示されるように、本発明ロールは
、従来の高合金Ｎｉグレンロールに比し、抗張力および
伸びについては、１．６〜１．８倍、また圧縮強さ、曲
げ強さおよびたわみは１０〜２０％高い８同部を有し、
著しく強鞠性に富むことが認められる。

また、硬度も十分高く、耐摩耗性にもすぐれていること
を示している。各ロールの耐摩耗性等を比較するために
、ホットストリップミルにおける仕上第４段〜第６段ス
タンド用ワークロールとして同一圧延条件下で使用した
結果、本発明ロールは、高合金Ｎｉグレンロールにくら
べ、第４段で１８％、第５段で３５％、第６段で５％そ
れぞれすぐれた耐摩耗性を示した。また、ロール廃去０
に到るまで（総使用回数２５８回）の間、高合金Ｎｉグ
レンロールでは、絞り込みや噛み止等の異常圧延に際し
、１肋以上の深いクラツクが発生したのに対し、本発明
ロールでは、かかるクラックの発生は全く認められず、
すぐれた耐クラック性を備えていることを確認された。
以上のように、本発明に係るロールは、従釆の高合金Ｎ
ｉグレンロール等に比し、格段にすぐれた強級性と耐摩
耗性とを兼ね備えるものであり、これをホットストリッ
プミル仕上後段ワークロールとして用いれば、高速度・
高負荷、低温圧延のごとき苛酷な使用条件下にも卓越し
た耐久性を発揮し、かつ安定した圧延操業を遂行するこ
とができる。

本発明ロールは、このほか異径圧延用ワークロール、餌
ｉ圧延機用ワークロール等として好適であり、さらに板
圧延ワークロール、条鋼ロール、あるいはバックアップ
ロール等として用いて上記と同様の効果を奏することは
言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ロール材の炭化物および黒鉛の面積率を示す
グラフ、第２図は本発明ロールの金属組織を示す図面代
用写真、第３図は従来の高合金Ｎｉグレンロールの金属
組織を示す図面代用写真である。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ２．２〜２．９％、Ｓｉ０．８〜１．５％、Ｍｎ
   ０．５〜１．０％、Ｐ０．１％以下、Ｓ０．１％以下、
   Ｎｉ３．８〜４．８％、Ｃｒ１．７〜２．５％、および
   Ｍｏ０．４〜１．０％を含有し、残部は実質的にＦｅで
   ある鋳鉄からなり、マルテンサイトおよび／またはベイ
   ナイトの基地と、面積率１０〜３０％の炭化物および面
   積率０．５〜３％の黒鉛からなる組織を有し、かつ硬度
   Ｈｓ７０〜８５であることを特徴とする強靭性および耐
   摩耗性にすぐれた圧延用ロール。 ２ Ｃ２．２〜２．９％、Ｓｉ０．８〜１．５％、Ｍｎ
   ０．５〜１．０％、Ｐ０．１％以下、Ｓ０．１％以下、
   Ｎｉ３．８〜４．８％、Ｃｒ１．７〜２．５％、Ｍｏ０
   ．４〜１．０％およびＮｂ１．０％以下、Ｖ１．０％以
   下の１種もしくは２種（但し、その合計量は１．５％以
   下）を含有し、残部は実質的にＦｅである鋳鉄からなり
   、マルテンサイトおよび／またはベイナイトの基地と、
   面積率１０〜３０％の炭化物および面積率０．５〜３％
   の黒鉛からなる組織を有し、かつ硬度Ｈｓ７０〜８５で
   あることを特徴とする強靭性および耐摩耗性にすぐれた
   圧延用ロール。