JPWO2013077377A1 - 遠心鋳造製複合圧延ロール及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
2.0≦C−(0.24×V+0.13×Nb)≦3.0・・・(1)
Cr/C<1.0・・・(2)
3.0≦Cr+V≦4.5・・・(3)
[ただし、C、V、Nb及びCrは各元素の含有量(質量%)を表す。]を満足し、さらにTi:0.05%未満及びAl:0.1%以下の一種又は二種を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有する熱間圧延用複合ロールの外層材を開示している。しかし、この文献は炭化物の偏析については検討しているものの、外層内部にベイナイト及び/又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生するのを防止するためのV、Nb及びMoの組成条件及び製造条件を具体的に開示していない。
1.8≦C−(0.236×V+0.129×Nb)≦2.6・・・(1)
Cr/C<1.0・・・(2)
3.0≦Cr+V≦4.6・・・(3)
[ただし、C、V、Nb及びCrは各元素の含有量(質量%)を表す。]を満足し、さらにTi:0.05%未満及びAl:0.1%以下の一種又は二種を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成と、黒鉛を含む組織とを有する耐摩耗性、耐焼付き性及び耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロール外層材を開示している。しかし、この文献は炭化物の偏析については検討しているものの、外層内部にベイナイト及び/又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生するのを防止するためのV、Nb及びMoの組成条件及び製造条件を具体的に開示していない。
2.5≦C−(0.236×V+0.129×Nb)≦3.2・・・(1)
0.5≦Cr/C<1.0・・・(2)
[ただし、C,V,Nb及びCrは各元素の含有量(質量%)を表す。]を満足し、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有する耐焼付き性及び耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール外層材を開示している。しかし、この文献は炭化物の偏析については検討しているものの、外層内部にベイナイト及び/又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生するのを防止するためのV、Nb及びMoの組成条件及び製造条件を具体的に開示していない。
2.0+0.15V+0.10 Nb≦C(%)・・・(1)
1.1≦Mo/Cr・・・(2)
Nb/V≦0.8・・・(3)
0.2≦Nb/V・・・(4)
残部がFe及び不可避的不純物からなり、鋳込み温度を1400℃以上とした粒状MC型炭化物及び黒鉛を有する遠心鋳造ロールの外層材を開示している。しかし、この文献は炭化物の偏析については検討しているものの、外層内部にベイナイト及び/又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生するのを防止するためのV、Nb及びMoの組成条件及び製造条件を具体的に開示していない。
(A) 外層の組成
遠心鋳造法により形成した外層と、強靭な内層とが溶着一体化してなる本発明の遠心鋳造製複合圧延ロールの外層は、以下の化学組成(質量%)を有する。
(a) C:2.7〜3.5質量%
CはV、Nb、Cr、Mo及びWと結合して硬質の炭化物を生成し、外層の耐摩耗性の向上に寄与するとともに、Si及びNiの黒鉛化促進元素により組織中に黒鉛を析出させ、外層に耐焼付性を付与する。Cが2.7質量%未満では黒鉛の析出が不十分であるだけでなく、硬質の炭化物の析出量が少なすぎて外層に十分な耐摩耗性を付与することができない。
Siは溶湯の脱酸により酸化物の欠陥を減少するとともに、黒鉛化を助長する作用を有し、耐焼付き性に寄与する。Siが1.5質量%未満では溶湯の脱酸作用が不十分であり、黒鉛化の作用も少ない。一方、Siが2.5質量%を超えると合金基地が脆化し、外層の靱性は低下する。Siの含有量の下限は好ましくは1.5質量%であり、より好ましくは1.6質量%であり、最も好ましくは1.8質量%である。Siの含有量の上限は好ましくは2.3質量%であり、より好ましくは2.2質量%であり、最も好ましくは2.2質量%である。
Mnは溶湯の脱酸作用の他に、不純物であるSをMnSとして固定する作用を有する。Mnが0.4質量%未満ではそれらの効果は不十分である。一方、Mnが1.0質量%を超えてもさらなる効果は得られない。Mnの含有量の下限は好ましくは0.5質量%であり、より好ましくは0.6質量%であり、最も好ましくは.0.75質量%である。Mnの含有量の上限は好ましくは1.0質量%であり、より好ましくは0.9質量%であり、最も好ましくは0.85質量%である。
Niは黒鉛を析出させる作用があり、耐焼付き性に寄与する。Niが3.7質量%未満ではその効果は不十分である。一方、Niが5.1質量%を超えるとオーステナイトが安定化しすぎ、ベーナイト又はマルテンサイトに変態しにくくなる。Niの含有量の下限は好ましくは3.9質量%であり、より好ましくは4.0質量%であり、最も好ましくは4.2質量%である。Niの含有量の上限は好ましくは5.0質量%であり、より好ましくは4.8質量%であり、最も好ましくは4.4質量%である。
Crは基地をベーナイト又はマルテンサイトにして硬さを保持し、耐摩耗性を維持するのに有効な元素である。Crが0.8質量%未満ではその効果は不十分である。一方、Crが2.2質量%を超えると、Cr炭化物(M7C3、M23C6)が形成されやすくなり、耐摩耗性に寄与するV主体の炭化物及びNb主体の炭化物の晶出量が減る。Crの含有量の下限は好ましくは0.9質量%であり、より好ましくは1.0質量%であり、最も好ましくは1.1質量%である。Crの含有量の上限は好ましくは2.0質量%であり、より好ましくは1.9質量%であり、最も好ましくは1.8質量%である。
MoはCと結合して硬質のMo炭化物(M6C、M2C)を形成し、外層の硬さを増加させるとともに、合金基地の焼入れ性を向上させる。さらに、Moは合金溶湯の凝固過程で残留共晶溶湯の比重を増加させ、初晶γ相の遠心分離を防ぎ、ベイナイト及び/又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析の出現を抑える。MoはMC炭化物にも固溶し、V及びNbとともに強靭な硬質MC炭化物を生成して耐摩耗性を向上させる。Moが1.5質量%未満ではそれらの効果は不十分である。一方、Moが4.5質量%を超えると、外層の靭性が劣化し、また白銑化傾向が強くなるので黒鉛の析出を阻害する。Moの含有量の下限は好ましくは1.7質量%であり、より好ましくは1.8質量%であり、最も好ましくは2.0質量%である。Moの含有量の上限は好ましくは4.2質量%であり、より好ましくは4.1質量%であり、最も好ましくは3.9質量%である。
VはCと結合して硬質のVを主体とする炭化物(MC炭化物)を生成する元素である。「Vを主体とする炭化物」は、VがCと結合した最多の元素である炭化物であり、V単独の炭化物に限定されず、V以外の元素を含有しても良い。このVを主体とする炭化物は2500〜3000のビッカース硬さHvを有し、炭化物の中で最も硬い。Vが2.0質量%未満では、MC炭化物の析出量は不十分である。一方、Vが4.5質量%を超えると、MC炭化物が粗大化して合金組織が粗くなり、圧延時に肌荒れしやすくなる。Vの含有量の下限は好ましくは2.1質量%であり、より好ましくは2.2質量%であり、最も好ましくは2.3質量%である。Vの含有量の上限は好ましくは4.0質量%であり、より好ましくは3.5質量%であり、最も好ましくは3.0質量%である。
NbはCと結合してNbを主体とする炭化物(MC炭化物)を生成する。「Nbを主体とする炭化物」は、NbがCと結合した最多の元素である炭化物であり、Nb単独の炭化物に限定されず、Nb以外の元素を含有しても良い。NbはV及びMoとの複合添加により、MC炭化物に固溶してMC炭化物を強化し、外層の耐摩耗性を向上させる。さらに、Nbは合金溶湯の凝固過程で残留共晶溶湯の比重を増加させ、初晶γ相の遠心分離を防ぎ、オーステナイトから変態したデンドライト状のベイナイト及び/又はマルテンサイトが斑点状に偏析するのを抑える。Nbを主体とするMC炭化物はVを主体とするMC炭化物より溶湯との密度差が小さいため、遠心鋳造される外層中でのMC炭化物の偏析がNbにより低減する。Nbが0.5質量%未満ではこれらの効果は不十分である。一方、Nbが2.0質量%を超えると、白銑化傾向が強くなって黒鉛の析出を阻害するだけでなく、MC炭化物を粗大化するとともにその偏析を助長し、外層の耐肌荒れ性を低下させる。Nbの含有量の下限は好ましくは0.55質量%であり、より好ましくは0.6質量%であり、最も好ましくは0.65質量%であり、特に0.7質量%である。Nbの含有量の上限は好ましくは1.3質量%であり、より好ましくは0.9質量%であり、最も好ましくは0.8質量%である。
V、Nb及びMoはいずれも耐摩耗性に必須な硬質MC炭化物を増加させる作用を有するので、これらの元素の合計添加量を所定のレベル以上にする必要がある。また、Vは溶湯の比重を低下させる元素であるのに対し、Nb及びMoは溶湯の比重を増加させる元素である。従って、Vに対してNb及びMoの含有量がバランスしていないと、溶湯の比重とオーステナイトの比重との差が大きくなり、遠心力によるオーステナイトの外層側への移動により炭素が顕著に濃化され、その結果オーステナイトのデンドライトが偏析しやすくなる。
本発明の遠心鋳造製複合圧延ロールの外層は、上記必須組成要件の他に、用途に応じて以下の組成要件を満たすのが好ましい。
WはCと結合して硬質のM6C及びM2Cの炭化物を生成し、外層の耐摩耗性向上に寄与する。またMC炭化物にも固溶してその比重を増加させ、偏析を軽減させる作用を有する。Wの好ましい含有量は0.1〜5.0質量%である。Wが0.1質量%未満ではその効果は不十分である。一方、Wが5.0質量%を超えると、溶湯の比重を重くするため、炭化物偏析が発生しやすくなる。Wの含有量の上限はより好ましくは4.0質量%であり、最も好ましくは2.0質量%である。
Tiは黒鉛化阻害元素であるN及びOと結合し、酸窒化物を形成する。酸窒化物は溶湯中に懸濁されて核となり、MC炭化物を微細化及び均質化する。Tiの好ましい含有量は0.01〜5.0質量%である。Tiが0.01質量%未満ではその効果は不十分である。一方、Tiが5.0質量%を超えると、溶湯の粘性が増加し、鋳造欠陥が発生しやすくなる。従って、Tiの含有量は0.01〜5.0質量%が好ましい。Tiの含有量の上限はより好ましくは2.0質量%であり、最も好ましくは1.0質量%である。
Alは黒鉛化阻害元素であるN及びOと結合し、酸窒化物を形成する。酸窒化物は溶湯中に懸濁されて核となり、MC炭化物を微細均一に析出させる。Alが0.01質量%未満ではその効果を期待できない。一方、Alが2.0質量%を超えると、外層は脆くなる。また溶湯中に含まれているN及びOの量から、2.0質量%超のAlは不要である。従って、Alの含有量は0.01〜2.0質量%が好ましい。Alの含有量の上限はより好ましくは0.5質量%であり、最も好ましくは0.1質量%である。
ZrはCと結合してMC炭化物を生成し、外層の耐摩耗性を向上させる。また溶湯中で生成したZr酸化物は結晶核として作用するために、凝固組織が微細になる。またMC炭化物の比重を増加させ偏析を防止する。Zrが0.01質量%未満ではこの効果は十分でない。一方、Zrが0.5質量%を超えると介在物を生成し好ましくない。従って、Zrの含有量は0.01〜0.5質量%が好ましい。Zrの含有量の上限はより好ましくは0.3質量%であり、最も好ましくは0.1質量%である。
Bは炭化物を微細化する作用を有し、また少量添加の場合黒鉛の析出に寄与する。Bが0.001質量%未満ではその効果が十分に発揮されない。一方、Bが0.5質量%を超えると炭化物が不安定になる。従って、Bの含有量は0.001〜0.5質量%が好ましい。Bの含有量の上限はより好ましくは0.1質量%であり、最も好ましくは0.05質量%である。
Coは基地組織の強化に有効な元素である。また、Coは黒鉛を析出し易くする。Coが0.1質量%未満ではその効果を期待できない。一方、Coが10.0質量%を超えると外層の靱性は低下する。従って、Coの含有量は0.1〜10.0質量%が好ましい。Coの含有量の上限はより好ましくは5.0質量%であり、最も好ましくは2.0質量%である。
Mo/Crの質量比は0.8〜5.0の範囲内であるのが好ましい。Mo/Crの質量比が0.8未満では、Mo含有量がCr含有量に対して十分でなく、M7C3等のCr炭化物粒子が析出するので、Moを主体とした炭化物粒子の面積率が低下する。一方、Mo/Crの質量比が5.0以上ではMoを主体とする炭化物粒子が多くなりすぎる。従って、Mo/Crの質量比は0.8〜5.0が好ましい。Mo/Crの質量比の下限はより好ましくは0.9である。Mo/Crの質量比の上限はより好ましくは4.5であり、最も好ましくは4.0である。
外層組成の残部は実質的にFe及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物のうち、P及びSは機械的性質の劣化を招くので、できるだけ少なくするのが好ましい。具体的には、Pの含有量は0.1質量%以下が好ましく、Sの含有量は0.1質量%以下が好ましい。その他の不可避的不純物として、Cu、Sb、Te、Se等の元素は合計で0.7質量%以下であれば良い。
本発明の遠心鋳造製複合圧延ロールの外層の組織は、15〜45面積%のセメンタイト相及び1〜10面積%の黒鉛相を有する。外層の基地組織は実質的にマルテンサイト、ベーナイト又はパーライトからなるのが好ましい。
耐摩耗性確保のための炭化物を含有する場合に不可避的に析出するセメンタイトは比較的軟質な炭化物であり、それ自身で耐焼付き性を向上させる効果を有するだけでなく、耐焼付き性に必要な黒鉛の析出にも寄与する。セメンタイトの面積率が15%未満では耐焼付き性向上の効果が不十分である。一方、セメンタイトの面積率が45面積%を超えると、外層の靱性は低下する。セメンタイトの好ましい面積%は20〜40%である。
外層組織に析出する黒鉛相(黒鉛粒子)の面積率は1〜10%である。黒鉛相が1面積%未満では、外層の耐焼付性向上の効果が不十分である。一方、黒鉛相が10面積%を超えると、外層の機械的性質は著しく低下する。黒鉛相の面積率は好ましくは1〜7%であり、より好ましくは1〜5%である。
円相当径が5μm以上の黒鉛粒子は大きな潤滑効果を発揮するので、その面積率は0.9〜9.5面積%であるのが好ましい。ここで、用語「円相当径」は、各黒鉛粒子と同じ面積を有する円の直径により表した外径を意味する。円相当径5μm以上の黒鉛粒子が0.9面積%未満では、外層の耐焼付性は不十分である。一方、円相当径5μm以上の黒鉛粒子が9.5面積%超であると、外層の耐摩耗性は不十分である。円相当径5μm以上の黒鉛粒子の面積率はより好ましくは0.9〜6.5%であり、最も好ましく0.9〜4.5%である。
Vを主体とした炭化物粒子は耐摩耗性を向上させる。なかでも円相当径1.5μm以上のVを主体とした炭化物粒子は耐摩耗性向上への寄与が大きい。円相当径1.5μm未満の炭化物粒子は外層表面から脱落しやすく、耐摩耗性向上効果が十分に得られない。一方、Vを主体とする炭化物は粒状であるので、円相当径50μmを超えると圧延肌を荒らしてしまう。
Nbを主体とした炭化物粒子及びMoを主体とした炭化物粒子は耐摩耗性を向上させる。なかでも、円相当径1.5μm以上のNbを主体とした炭化物粒子と円相当径1.5μm以上のMoを主体とした炭化物粒子は耐摩耗性向上への寄与が大きい。円相当径が1.5μm未満では外層表面から脱落しやすく、耐摩耗性向上効果が十分に得られない。Nbを主体とする炭化物粒子及びMoを主体とする炭化物粒子はネットワーク状になることもあるため、円相当径100μmを超えると荒れた圧延肌となりやすい。そこで、これらの炭化物粒子の面積率は0.3〜15%であるのが好ましい。これらの炭化物粒子の合計面積率が0.3%未満では、外層の耐摩耗性は十分でない。また、黒鉛との共存関係によりこれらの炭化物粒子の面積率を15%超にするのは困難である。
外層は、Vを主体とした炭化物、Nbを主体とした炭化物、Moを主体とした炭化物及びセメンタイト以外に、M7C3炭化物を面積率で0.2〜10%含有してもよい。
上記外層に接合する内層は強靭なダクタイル鋳鉄からなるのが好ましい。ダクタイル鋳鉄の組成は、質量基準で、C:3.0〜4.0%、Si:1.5〜3.0%、Mn:0.2〜1.0%、P:0.1%以下、S:0.1%以下、Ni:0.7〜5.0%、Cr:0.1〜1.0%、Mo:0.1〜1.0%、Mg:0.02〜0.08%を含有し、残部が実質的にFe及び不可避的不純物からなるのが好ましい。外層と内層との間に、成分混入の抑制や緩衝などの目的で中間層を介在させても良い。
本発明の遠心鋳造製複合圧延ロールのサイズは特に限定されないが、好ましい例は、外層の外径が200〜1300 mmで、ロール胴長が500〜6000 mmで、外層の圧延使用層の厚さが50〜200 mmである。
本発明の遠心鋳造製複合圧延ロールは、(a) 上記組成を有する外層用溶湯を回転する遠心鋳造用円筒状金型に鋳込み、(b) 外層の凝固中又は後に中空状外層の内部に内層用溶湯を鋳込むことにより製造する。工程(a) において、外層用溶湯の鋳込み温度はオーステナイト析出開始温度+(30〜180)℃の範囲内であり、遠心鋳造用円筒状金型の回転による遠心力は重力倍数で60〜150 Gの範囲内である。
(1) 溶湯
外層用溶湯の化学組成は、質量基準でC:2.7〜3.5%、Si:1.5〜2.5%、Mn:0.4〜1.0%、Ni:3.7〜5.1%、Cr:0.8〜2.2%、Mo:1.5〜4.5%、V:2.0〜4.5%、及びNb:0.5〜2.0%を含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、Nb/Vの質量比は0.18〜0.65で、Mo/Vの質量比は0.7〜2.5である。
外層用溶湯の鋳込み温度は、オーステナイト析出開始温度+(30〜180)℃の範囲内である。この範囲内の鋳込み温度により、液相が残存する時間を短くし、初晶γ相の遠心分離を抑制し、偏析を抑えることができる。鋳込み温度がオーステナイト析出開始温度+30℃より低いと、鋳込んだ溶湯の凝固が速すぎるので、微細な介在物などの異物が遠心力による分離の前に凝固するため、異物欠陥が残存しやすい。一方、鋳込み温度がオーステナイト析出開始温度+180℃より高いと、外層内部に粗大なデンドライトが集合した斑点状領域(偏析域)が生成される。鋳込み温度は好ましくはオーステナイト析出開始温度+(30〜100)℃であり、より好ましくはオーステナイト析出開始温度+(80〜100)℃である。なお、オーステナイト析出開始温度は、示差熱分析装置により測定した凝固発熱の開始温度である。
遠心鋳造用金型で外層を鋳造するとき遠心力は、重力倍数で60〜150 Gの範囲内である。この範囲内の重力倍数で鋳込むと、凝固時の加速度を制限して初晶γ相の移動速度を遅くし、もって初晶γ相の遠心分離を抑制する(偏析を抑える)ことができる。重力倍数が60 G未満では、外層溶湯の巻き付き(レーニング)が不足する。一方、重力倍数が150 Gを超えると、初晶γ相の遠心分離が顕著になり、γ相の少ない溶湯残液に粗大なデンドライトが生成する。その結果、外層内部にベイナイト及び/又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が生成される。重力倍数(G No.)は、式:G No.=N×N×D/1,790,000[ただし、Nは金型の回転数(rpm)であり、Dは金型の内径(外層の外周に相当)(mm)である。]により求められる。
遠心鋳造用金型は厚さ120〜450 mmの強靭なダクタイル鋳鉄からなるのが好ましい。金型が120 mm未満と薄いと、金型の冷却能が不足するため、外層表層部に引け巣欠陥が発生しやすい。一方、金型の厚さが450 mmを超えても冷却能は飽和している。金型のより好ましい厚さは150〜410 mmである。遠心鋳造用金型は水平型、傾斜型又は垂直型のいずれでも良い。
外層が金型に焼付くのを防止するために、金型内面にシリカ、アルミナ、マグネシア又はジルコンを主体とする塗型を0.5〜5 mmの厚さに塗布するのが好ましい。塗型が5 mmより厚いと、溶湯の冷却が遅く液相の残存時間が長いので、初晶γ相の遠心分離が起こりやすく、偏析が発生しやすい。一方、塗型が0.5 mmより薄いと、外層の焼付き防止効果が不十分である。塗型のより好ましい厚さは0.5〜3 mmである。
黒鉛の析出量を調整するため、溶湯にFe-Si、Ca-Si等の接種剤を添加しても良い。その場合、接種剤の添加による組成変化を考慮に入れて溶湯組成を決める。
外層の凝固中又は後に、外層の内周面に中間層用溶湯を鋳込んでも良い。中間層の形成後、外層及び中間層を有する金型を起立させ、その上下端にそれぞれ上型及び下型を設けて静置鋳造用鋳型を構成し、その内部に内層用溶湯を鋳込む。外層(又は中間層)の内面が再溶解した後内層が凝固するので、両者は金属接合する。
外層は、3.7〜5.1質量%のNiを含有するため焼入性が良いので、鋳造後に焼入を必要としない。ただし、残留オーステナイトの分解と歪取りのために、得られた複合ロールに550℃以下の熱処理を施すのが好ましい。熱処理後、複合ロールを100℃/時間未満の冷却速度で冷却するのが好ましい。
表1に示す組成(質量%)の各溶湯を、高速回転する内径400 mm、長さ1500 mm及び厚さ276 mmのダクタイル鋳鉄製円筒状金型(内面に厚さ3 mmのジルコンを主体とする塗型を塗布)に鋳込み、外層を遠心鋳造した。溶湯の鋳込み温度はオーステナイト析出開始温度+80〜100℃の間であった。外層外周における重力倍数は120 Gであった。得られた外層の平均厚さは96 mmであった。
(2) AA=C+Si/3+Ni/18−[(Mo+W+Nb)/15+(Cr+V)/3]。
工程1:各試験片を炭化物が浮き立たないように鏡面研磨した。
工程2:各試験片の組織の光学顕微鏡写真Aを撮影した。
工程3:工程2の写真と同じ視野で各試験片のBSE像(走査型電子顕微鏡写真の後方散乱電子像)の写真Bを撮影した。
工程4:各試験片をクロム酸水溶液で約1分間電解腐食した後、3μmダイヤモンドペーストを用いて30〜60秒間バフ研磨した。
工程5:工程2の写真と同じ視野で各試験片の組織の光学顕微鏡写真Cを撮影した。
工程6:各試験片を過硫酸アンモニウム水溶液で約1分間腐食した。
工程7:工程2の写真と同じ視野で各試験片の組織の光学顕微鏡写真Dを撮影した。
工程8:各試験片を50〜70℃に加熱した後、村上氏薬で約1分間腐食した。
工程9:工程2の写真と同じ視野で各試験片の組織の光学顕微鏡写真Eを撮影した。
(1) 光学顕微鏡写真Aにおいて黒い部分は黒鉛粒子であるので、写真Aから黒鉛粒子の面積率(黒鉛粒子全体の面積率及び円相当径5μm以上の黒鉛粒子の面積率)を求めた。
(2) 光学顕微鏡写真Eにおいて白い部分はセメンタイトであるので、写真Eからセメンタイトの面積率を求めた。
(3) 光学顕微鏡写真Dにおいて白い部分はMoを主体とした炭化物粒子及びセメンタイトであるので、写真D及びEから、円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子の面積率及び単位面積当たりの個数を求めた。
(4) 写真Bにおいて白い部分はNbを主体とした炭化物粒子及びMoを主体とした炭化物粒子であるので、写真Bから求めた円相当径1.5〜100μmの炭化物粒子(Nb主体炭化物粒子+Mo主体炭化物粒子)の面積率及び単位面積当たりの個数から、工程(3) で求めた円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子の面積率及び単位面積当たりの個数を差し引くことにより、円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子の面積率及び単位面積当たりの個数を求めた。
(5) 光学顕微鏡写真Dにおいて黒い部分は黒鉛粒子、Vを主体とした炭化物粒子及びNbを主体とした炭化物粒子であるので、写真Dから求めた黒鉛粒子+円相当径1.5〜100μmのVを主体とした炭化物粒子+円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子の面積率及び単位面積当たりの個数から、工程(1) で求めた黒鉛粒子の面積率及び工程(4) で求めた円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子の面積率及び単位面積当たりの個数を差し引くことにより、円相当径1.5〜100μmのVを主体とした炭化物の面積率及び単位面積当たりの個数を求めた。
圧延材:SUS304
圧下率:25%
圧延速度:150 m/分
圧延材温度:900℃
圧延距離:300 m/回
ロール冷却:水冷
ロール数:4重式
○:焼付き無し。
△:僅かな焼付き有り。
×:著しい焼付き有り。
○:直径1.5 mm以上の斑点状偏析なし。
×:直径1.5 mm以上の斑点状偏析あり。
(2) 円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子。
(3) 円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子。
(4) 円相当径5μm以上の黒鉛粒子。
表5に示す組成(質量%)の溶湯を、高速回転する内径400 mm、長さ1500 mm及び厚さ276 mmのダクタイル鋳鉄製円筒状金型(内面に厚さ2.5 mmのジルコンを主体とする塗型を塗布)に鋳込み、表6に示す条件で外層を遠心鋳造した。外層のオーステナイト析出開始温度は1216℃であった。外層外周における重力倍数は120 Gであった。得られた外層の平均厚さは96 mmであった。
(2) 円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子。
(3) 円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子。
(4) 円相当径5μm以上の黒鉛粒子。
Claims (10)
- 質量基準でC:2.7〜3.5%、Si:1.5〜2.5%、Mn:0.4〜1.0%、Ni:3.7〜5.1%、Cr:0.8〜2.2%、Mo:1.5〜4.5%、V:2.0〜4.5%、及びNb:0.5〜2.0%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、Nb/Vの質量比が0.18〜0.65で、Mo/Vの質量比が0.7〜2.5である化学組成と、面積基準で15〜45%のセメンタイト相及び1〜10%の黒鉛相を有する組織とを有する鋳鉄からなる外層と、機械的強度に優れた鋳鉄からなる内層とが金属接合してなる遠心鋳造製複合圧延ロールであって、表面から深さ10 mm以上の前記外層の可使領域内にベイナイト及び/又はマルテンサイトのデンドライトの直径1.5 mm以上の斑点状偏析が実質的に存在しないことを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
- 請求項1に記載の遠心鋳造製複合圧延ロールにおいて、前記外層の組織が、円相当径5μm以上の黒鉛粒子を0.9〜9.5%の面積率で、円相当径1.5〜50μmのVを主体とした炭化物粒子を1〜20%の面積率で、円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子と円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子を合計で0.3〜15%の面積率でそれぞれ含有し、かつ前記Vを主体とした炭化物粒子の個数が50〜10,000個/mm2であり、前記Nbを主体とした炭化物粒子と前記Moを主体とした炭化物粒子の合計個数が50〜10,000個/mm2であることを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
- 請求項1又は2に記載の遠心鋳造製複合圧延ロールにおいて、前記外層がさらに、質量基準でW:0.1〜5.0%、Ti:0.01〜5.0%、Al:0.01〜2.0%、Zr:0.01〜0.5%、B:0.001〜0.5%、及びCo:0.1〜10.0%からなる群から選ばれた少なくとも一種を含有することを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の遠心鋳造製複合圧延ロールにおいて、前記外層の化学組成が質量基準で1.7%≦C−(0.06 Cr+0.063 Mo+0.033 W+0.2 V+0.13 Nb)≦2.7%、及び1.8%≦C+Si/3+Ni/18−[(Mo+W+Nb)/15+(Cr+V)/3]≦2.8%の条件を満たし、かつMo/Crの質量比が0.8〜5.0であることを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の遠心鋳造製複合圧延ロールにおいて、前記外層が、C:2.8〜3.5%、Si:1.5〜2.3%、Mn:0.5〜1.0%、Ni:3.9〜5.0%、Cr:0.9〜1.9%、Mo:1.7〜4.2%、V:2.0〜4.0%、及びNb:0.5〜1.3%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、Nb/Vの質量比が0.2〜0.6で、Mo/Vの質量比が0.7〜2.0である化学組成を有することを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の遠心鋳造製複合圧延ロールにおいて、V+1.2 Nbが2.7〜4.5質量%であることを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の遠心鋳造製複合圧延ロールにおいて、前記内層がダクタイル鋳鉄からなることを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の遠心鋳造製複合圧延ロールを製造する方法において、遠心鋳造用金型内に、質量基準でC:2.7〜3.5%、Si:1.5〜2.5%、Mn:0.4〜1.0%、Ni:3.7〜5.1%、Cr:0.8〜2.2%、Mo:1.5〜4.5%、V:2.0〜4.5%、及びNb:0.5〜2.0%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、Nb/Vの質量比が0.18〜0.65で、Mo/Vの質量比が0.7〜2.5である化学組成を有する外層用溶湯を、オーステナイト析出開始温度+(30〜180)℃の範囲内温度で鋳込み、重力倍数で60〜150 Gの範囲内の遠心力で前記外層を鋳造することを特徴とする方法。
- 請求項8に記載の遠心鋳造製複合圧延ロールの製造方法において、前記遠心鋳造用金型が厚さ120〜450 mmのダクタイル鋳鉄からなることを特徴とする方法。
- 請求項8又は9に記載の遠心鋳造製複合圧延ロールの製造方法において、前記遠心鋳造用金型の内面にシリカ、アルミナ、マグネシア又はジルコンを主体とする塗型を厚さ0.5〜5 mmに塗布し、前記外層の遠心鋳造を行うことを特徴とする方法。
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