JPS626635B2

JPS626635B2 -

Info

Publication number: JPS626635B2
Application number: JP57126203A
Authority: JP
Inventors: Takashi Zaizen; Shozo Yamane; Yasuo Otoguro; Mikio Yamanaka
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-07-20
Filing date: 1982-07-20
Publication date: 1987-02-12
Also published as: JPS5916954A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は連続鋳造装置において使用される各種
ローラー（以下連鋳用ローラーという）の材質に
関するものである。即ち連鋳用ローラとしては、
通常第１図に示す如く、溶湯を所定形状、寸法の
ビレツト、ブルームあるいはスラブに注湯、凝固
させるモールド１、モールドを通過した連続鋳造
材９の外殻を保護し、ガイドするフツトローラー
２およびトツプ３、上部４、中部５、下部６の各
部からなるエプロンローラー、又連続鋳造材９を
所定方向に移動させるピンチロール７とピンチロ
ール出口で切断された連続鋳造材を移送する送り
ローラー８とからなる。ところで、一般に連鋳用ローラーの材料として
は圧延、鍛造、および鋳造にて製造された素材を
所定寸法に機械加工仕上げしたり又上記素材に溶
接肉盛加工したものや、溶射等の表面処理を施し
たものが用いられておりそれらのローラーの種類
は適用場所により多種にわたつている。即ち、SUS304，321，316，309S，310S等の圧
延材、SC，SCM，SNCM等の圧延および鍛造
材、FC，FCD，SCS，SCH等の固定および遠心
力鋳造材等のJIS規格、又はそれに相当のもの、
およびステライト硬化肉盛やＷ，Mo等の炭化物
を主体とせる溶射材等も用いられている。これらは連続鋳造されるビレツト、ブルーム、
スラブ等の材質、寸法の他、温度、送り速度、冷
却条件、等ローラーの使用場所、および使用条件
により、適切な材質のローラーが使用されねばな
らないが、いずれにしてもこれらローラーはつぎ
のような苛酷な使用条件の下で使われている。即ち、まずローラー表面は連鋳材および冷却水
等により繰返し加熱、冷却による熱衝撃、熱疲労
を受け、そのためにローラー表面にクラツクを生
じることが多い。つぎにローラーは連鋳材との接
触時、連鋳材により負荷を受ける。そのため、ロ
ーラーはこの負荷に耐えられる高温強度を必要と
する。また、連鋳材はモールドに近い程高温で、ロー
ラー表面はその熱により酸化を生じ、しかも冷却
水が水蒸気となつて、酸化を一層促進する。又冷
却水の性状によつては、それに含まれる酸性、又
は、アルカリ性分による腐食や、有機物等による
腐食もローラー表面の損傷を促進する。さらに、ローラー表面は、連鋳材との接触によ
り摩耗を受ける上、連鋳材表面から剥離したスケ
ールがローラー表面に付着し連鋳材移動時にロー
ラー表面のカジリの原因となつて摩耗を促進す
る。又この摩耗はローラー表面の酸化腐食の防止
等に有効な保護性酸化皮膜を除去するため、ロー
ラー表面の酸化等による損耗を促進する。しかも、ローラー材質によつては連鋳材表面の
スケールがローラー表面に固着し、連鋳材に疵を
生ずることもある。又ローラー表面に生じたクラ
ツクの性状によつては、スケールの固着を促進す
ることもある。以上の如く、連鋳用ローラーの使用条件は極め
て苛酷でローラーとしての機械的強度の他、耐熱
衝撃性、耐熱疲労性、耐摩耗性、耐酸化性、耐食
性、耐焼付性等、多くの特性を具備するものであ
ることが要求されている。一方、これら特性のロ
ーラーに対する要求度合は、連鋳設備、連鋳材々
質、操業方法、等の各種条件によつて夫々異な
る。従つて連鋳用ローラーもこれら多種、多様な
条件にできるだけ広く適応できるものでなければ
ならない。しかるに、一般的に金属材料は、耐熱衝撃性、
耐熱疲労性、に優れたものは耐摩耗性、および高
温強度において劣る傾向にあり、又、逆に後者が
優れた材料では前者が劣る傾向にあるため、既述
の如き規格鋼はいずれも連鋳用ローラー材として
満足できるものではない。本発明者等は上記の互に相容れない。諸特性を
できるだけ満足し、且つ、製造コストも比較的安
価な連鋳用ローラーの開発を目的として幾多の実
機試験を行い、ローラー材料の改良を進めた結
果、下記組成のものがその要求を満し得ることを
知見した。即ち本発明の要旨とするところは、重量で、
C0.02〜0.15％、Si1.5〜4.5％、Mn5.0％以下、
Cr15.0〜30.0％、Ni10.0〜25.0％、N0.10〜0.40
％、Ｙ，希土類元素およびCaのいずれか１種又
は２種以上合計で0.001〜0.10％を含有し、また
はこれにＷ，Mo，の１種又は２種以上合計で0.2
〜5.0％、Ti，Zr，Ｖ，Nb，Ta，の１種又は２種
以上合計で0.1〜2.0％、Cu0.2〜5.0％のうちから
選んだ少なくとも１種を含有し、残部が鉄および
不純物よりなり、金属組織が主としてγ相の圧延
組織であることを特徴とする耐熱疲労性と高温強
度に優れた連続鋳造用ローラーにある。以下に本発明を詳細に説明する。最初に本発明ローラーの成分範囲を前記のごと
く限定した理由を述べる。まず、Ｃはγ生成元素で、強度および耐摩耗性
に重要な元素であり、少なくとも0.02％は必要で
ある。一方、0.25％を超えると、マトリツクスの
硬化および炭化物の析出が過剰となり、さらに
0.15％超では使用時における熱衝撃、熱疲労によ
る割れを促進する上、素材製造時における圧延、
鍛造の加工性にも好ましくない。以上の理由から
下限は0.02％とし上限は0.15％とした。つぎにSiは脱酸剤として必要な他、1.0％以上
の添加により耐酸化性、耐焼付性、耐熱疲労性の
改善に有効であり、特に1.5％以上では耐熱疲労
性の向上が著しい。然しながら4.5％を超えて添
加した場合α相の生成を促進し、鍛造、圧延時、
又は使用時に割れを発生し易くする上、鋳造に際
しＮの溶解度を減じてブローホールを発生し易く
するので好ましくない。以上の点から下限を1.5％とし、上限を4.5％と
した。また、Mnは脱酸剤として有効であり、又マト
リツクスのγ相を安定化させる上、Ｎの溶解度を
増加させるのでNiをMnで一部おきかえて使うこ
とができる。然しながら、5.0％を超えると強度
の他、耐酸化性の点で好ましくない。以上の理由
からMnの上限は5.0％とした。つぎに、Crは強度、耐摩耗性、耐酸化性、耐
食性に欠かせない重要な元素であり、Ｃと結合し
て強度、耐摩耗性の改善に有効であり、マトリツ
クスに固溶して耐食性にも有効である他、高温で
はローラー表面に保護性酸化皮膜を生成して耐酸
化性、耐食性に有効である。これらの諸性質を確
保するためには少なくとも15.0％以上は必要であ
り、又30％を超える場合、Crの炭化物、窒化物
が割れを促進するとともにα相の生成、およびδ
相析出による材質脆化を促進し、耐熱衝撃性、耐
熱疲労性に悪影響を与える。以上の理由から下限
を15.0％とし上限を30.0％にした。また、Niは鉄に固溶し本発明ローラーの主金
属組織であるγ相生成に不可欠であり、高温強度
の維持向上の他、靭性を増し、耐割れ性を改善す
る。このために、少なくとも最低10.0％は必要であ
る。しかしながら25.0％を超えると耐摩耗性を劣
化させ耐割れ性も添加増量のわりには効果を減ず
るほかNiは高価でもあり、上限を25.0％に抑え
た。さらに本発明ローラーの特徴の１つは高濃度の
固溶Ｎを含有することにある。すなわち、ＮはＣ
同様γ相生成元素であり、高温強度、耐摩耗性、
および耐熱疲労性の改善に有効である。このため
にすくなくとも0.10％は必要であるが、0.40％を
超えると耐割れ性を劣化させる上鋳造時ブローホ
ールの原因ともなる。以上の理由から下限を0.10
％とし、上限を0.40％とした。また、さらにＹ，希土類元素およびCaは強力
な脱酸・脱硫剤としてマトリツクスを浄化すると
同時にローラーに残つてローラー表面に生成した
有効なCr、およびSiの酸化皮膜の金属地肌えの
密着性の改善に役立つ。このために少なくとも金属中に上記元素の１種
又は２種以上で0.001％以上は必要である。しか
しながらこれが0.1％を超えると耐割れ性に好ま
しくない上、増量のわりには改善効果もすくなく
なり高価でもあるので上限を0.1％とした。更に連鋳用ローラーの場合、高温における機械
的強度の他、耐熱衝撃性、耐熱疲労性、耐摩耗
性、耐酸化性、耐食性、耐焼付性等多くの特性を
具備する必要があり、とくに高温における機械的
強度と熱衝撃および熱疲労を伴う使用環境にあつ
ては主としてγ相であることが必要である。即ち、γ相に比しα相は高温強度に劣り、又α
＋γ相においては熱疲労による割れを生じ易い等
の欠点がある。以上が本発明ローラーの基本成分であが、本発
明においては更に耐熱疲労性、耐脆化性、耐摩耗
性および高温強度を向上せしめるために、Mo，
Ｗの１種以上合計0.20〜5.0％、あるいはTi，
Zr，Ｖ，Nb，Taの１種以上合計で0.1〜2.0％、
更にCuの0.2〜5.0％のうちから選んだ少なくとも
１種を含有させることができる。ついで、これら元素の限定理由を述べる。 Moはマトリツクスを強化すると同時に炭化物
として粒内・粒界に析出し高温強度ならびに耐摩
耗性の改善に有効であり、添加する場合、その効
果を発揮するためには少なくとも0.20％は必要で
あり、又5.0％を超えて添加すると材質が脆くな
り耐熱疲労性の点で好ましくないので上限を5.0
％に抑えた。またＷと共に添加する場合も同様な
理由で両者の合計を５％以下にする必要がある。つぎに、Ｗ、は主として炭化物として粒内・粒
界に析出し時効硬化による高温強度ならびに耐摩
耗性の改善に寄与する。添加する場合、その効果
を発揮するためには少なくとも0.20％は必要であ
り、又5.0％を超えて添加するとα相を形成して
δ相の生成を促し耐熱疲労・耐熱衝撃性の点で好
ましくないので上限を5.0％で抑えた。また特に
ＷはMoと共に添加する場合が多いが、この場合
も同様な理由で両者の合計を5.0％以下にする必
要がある。ついで、TiはＣ，Ｎと結合して炭化物、窒化
物を生成し、粒内、粒界に微細に分布して高温強
度および耐摩耗性の向上に有効である。その効果
を発揮せしめるためには少なくとも0.1％は必要
である。又2.0％を超えて添加する場合、圧延加
工性および耐熱疲労性の点で好ましくないので上
限は2.0％に抑えた。また、ZrはTi同様炭化物、窒化物を生成し、
高温強度および耐摩耗性の向上に有効である。そ
の効果を発揮せしめるためには少なくとも0.1％
は必要である。又2.0％を超えて添加しても、そ
の効果はそれ程期待できず、圧延加工性、および
耐熱疲労の点で好ましくないので上限は2.0％で
抑えた。つぎに、Ｖは炭化物を生成し高温強度、および
耐摩耗性の点で有効である。その効果を発揮せし
めるには少なくとも0.1％は必要である。又2.0％
を超えて添加してもその効果はそれ程でないばか
りか耐熱疲労性の点で好ましくないので上限を
2.0％に抑えた。さらに、Nbは微細な炭化物を生成して耐熱疲
労性および高温強度の向上に有効である。この効
果を発揮せしめるには少なくとも0.1％は必要
で、又2.0％を超えて添加しても、その効果はそ
れ程向上しないばかりか、材質を劣化させるので
上限を2.0％に抑えた。また、Ta、はNb同様、微細な炭化物を生成し
て、マトリツクスの性能改善に有効であり、特に
耐熱疲労性および高温強度の向上に有効である。
この効果を発揮せしめるには少なくとも0.1％は
必要で、又2.0％を超えて添加しても、その効果
はそれ程向上しないので上限を2.0％に抑えた。以上、Ti，Zr，Ｖ，Nb，Taの添加効果はほゞ
同じであり、これらを２種以上添加する場合もそ
れらの合計が0.1〜2.0％の範囲内にする必要があ
る。さらにCuは冷却水に対する耐食性の改善に有
効であり、その効果を発揮するためには少なくと
も0.2％の添加が必要であり、又5.0％を超えて添
加した場合、熱疲労による高温脆化、耐割れ性の
点で好ましくないので上限を5.0％に抑えた。以上述べた如く本発明ローラーは、その金属組
織が高濃度の固溶窒素を含むγ相を主体とするた
め高温強度が高く、且つ熱間での耐摩耗性に優れ
ている。また本発明ローラーはCr，Niに加えて
高濃度のSiを含有するため高温での耐酸化性に優
れ、さらにSiは積層欠陥エネルギーを低下させる
ため高温での耐焼付性にも優れている。更にＹ，希土類元素、又はCaによつて強脱酸
された高Ｎ・高Siを含有した主としてγ相からな
る圧延組織とした本発明ローラーは高温強度と共
に耐熱疲労性に優れている等連鋳ローラー材とし
て優れた性質を具備している。ところで、本発明
ローラーは連続鋳造ローラーのなかでもモールド
に近いところに位置して特に熱疲労の激しいロー
ラに供するもので、ローラー素材は鋳造後必ず〓
造又は圧延の行程を経て圧延組織にして高度の高
温延性を確保したうえ機械加工を行ない実使用に
供する。つぎに実施例により本発明の効果を更に具体的
に述べる。実施例第１表に示す各種成分のローラーを作成し、ビ
レツト，ブルーム，又はスラブの連続鋳造装置の
ローラーとして使用し、その寿命を調べた。こゝで、従来ローラーは鋳造、鍛造又は圧延丸
棒を素材とした。また本発明ローラーはすべて
100Kgの真空溶解した鋼塊を鍛造して110mmφの丸
棒を作成し、機械加工により外径100mm、内径70
mm、長さ210mmのローラーに仕上げた。またローラーに加工する前の素材から引張試験
片を採取して1000℃にて引張試験を行ない、その
結果を第１表に示した。これらのローラーをビレツト、ブルーム、およ
びスラブにつきモールド直下高温部（フツトロー
ラー部）と装置上部の中温部（ローラーエプロン
ローラー部）に使用した結果を第１表に示す。第１表の結果が示すように本発明ローラーは、
1000℃の引張試験においていずれも10Kg／mm²以上
の高い強度を示すとともに伸びも従来の圧延ステ
ンレスローラーと同レベルの値を示しており、強
度と伸びが同時に高く、耐熱疲労性に優れている
ことを示している。また本発明ローラーはいずれ
も従来ローラーに比べて長い寿命を示した。又廃
棄理由も従来ローラーでは摩耗、変形、ヘアクラ
ツク等各種あるのに比べ本発明ローラーはその優
れた耐摩耗性、高温強度、耐酸化性から、廃棄理
由は長時間使用による表面のヘアクラツクによる
ものゝみであつた。以上の実施例が示すように、本発明ローラーは
連鋳用ローラーとして長い寿命を示し連続鋳造設
備の稼動率の向上、保全費用の低減に寄与し、製
品の生産性向上に貢献するところが大きい。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は連続鋳造装置の断面を示す図である。１……モールド、２……フツトローラー、３…
…トツプローラーエプロン、４……上部ローラー
エプロン、５……中部ローラーエプロン、６……
下部ローラーエプロン、７……ピンチロール、８
……送りローラー、９……連続鋳造材。

Claims

【特許請求の範囲】１重量でC0.02〜0.15％、Si1.5〜4.5％、Mn5.0
％以下、Cr15.0〜30.0％、Ni10.0〜25.0％、N0.10
〜0.40％、Ｙ，希土類元素およびCaのいずれか
１種又は２種以上合計で0.001〜0.10％を含有
し、残部が鉄および不純物よりなり、金属組織が
主としてγ相の圧延組織であることを特徴とする
耐熱疲労性と高温強度に優れた連続鋳造用ローラ
ー。２重量でC0.02〜0.15％、Si1.5〜4.5％、Mn5.0
％以下、Cr15.0〜30.0％、Ni10.0〜25.0％、N0.10
〜0.40％、Ｙ，希土類元素およびCaのいずれか
１種又は２種以上合計で0.001〜0.10％を含有
し、更にMo，Ｗの１種又は２種合計で0.20〜5.0
％を含有し、残部が鉄および不純物よりなり、金
属組織が主としてγ相の圧延組織であることを特
徴とする耐熱疲労性と高温強度に優れた連続鋳造
用ローラー。３重量でC0.02〜0.15％、Si1.5〜4.5％、Mn5.0
％以下、Cr15.0〜30.0％、Ni10.0〜25.0％、N0.10
〜0.40％、Ｙ，希土類元素、Caのいずれか１種
又は２種以上合計で0.001〜0.10％およびTi，
Zr，Ｖ，Nb，Taの１種又は２種以上合計で0.1〜
2.0％を含有し、残部が鉄および不純物よりな
り、金属組織が主としてγ相の圧延組織であるこ
とを特徴とする耐熱疲労性と高温強度に優れた連
続鋳造用ローラー。４重量でC0.02〜0.15％、Si1.5〜4.5％、Mn5.0
％以下、Cr15.0〜30.0％、Ni10.0〜25.0％、N0.10
〜0.40％、Ｙ，希土類元素およびCaのいずれか
１種又は２種以上合計で0.001〜0.10％を含有
し、更にCuを0.2〜5.0％含有し、残部が鉄および
不純物よりなり、金属組織が主としてγ相の圧延
組織であることを特徴とする耐熱疲労性と高温強
度に優れた連続鋳造用ローラー。５重量でC0.02〜0.15％、Si1.5〜4.5％、Mn5.0
％以下、Cr15.0〜30.0％、Ni10.0〜25.0％、N0.10
〜0.40％、Ｙ，希土類元素およびCaのいずれか
１種又は２種以上合計で0.001〜0.10％を含有
し、更にMo，Ｗの１種又は２種合計で0.20〜5.0
％、Ti，Zr，Ｖ，Nb，Taの１種又は２種以上合
計で0.1〜2.0％を含有し、残部が鉄および不純物
よりなり、金属組織が主としてγ相の圧延組織で
あることを特徴とする耐熱疲労性と高温強度に優
れた連続鋳造用ローラー。６重量でC0.02〜0.15％、Si1.5〜4.5％、Mn5.0
％以下、Cr15.0〜30.0％、Ni10.0〜25.0％、N0.10
〜4.0％、Ｙ，希土類元素、Caのいずれか１種又
は２種以上合計で0.001〜0.10％、更にTi，Zr，
Ｖ，Nb，Taの１種又は２種以上合計で0.1〜2.0
％、Cuを0.2〜5.0％含有し、残部が鉄および不純
物よりなり、金属組織が主としてγ相の圧延組織
であることを特徴とする耐熱疲労性と高温強度に
優れた連続鋳造用ローラー。７重量でC0.02〜0.15％、Si1.5〜4.5％、Mn5.0
％以下、Cr15.0〜30.0％、Ni10.0〜25.0％、N0.10
〜0.40％、Ｙ，希土類元素およびCaのいずれか
１種又は２種以上合計で0.001〜0.10％を含有
し、更にMo，Ｗの１種又は２種合計で0.20〜5.0
％、Cuを0.2〜5.0％含有し、残部が鉄および不純物よりなり、金属組織が主
としてγ相の圧延組織であることを特徴とする耐
熱疲労性と高温強度に優れた連続鋳造用ローラ
ー。８重量でC0.02〜0.15％、Si1.5〜4.5％、Mn5.0
％以下、Cr15.0〜30.0％、Ni10.0〜25.0％、N0.10
〜0.40％、Ｙ，希土類元素およびCaのいずれか
１種又は２種以上合計で0.001〜0.10％、更に
Mo，Ｗの１種又は２種合計で0.20〜5.0％、Ti，
Zr，Ｖ，Nb，Taの１種又は２種以上合計で0.10
〜2.0％、Cuを0.2〜5.0％含有し、残部が鉄およ
び不純物よりなり、金属組織が主としてγ相の圧
延組織であることを特徴とする耐熱疲労性と高温
強度に優れた連続鋳造用ローラー。