JPWO2020203570A1 - 遠心鋳造製圧延用複合ロール及びその製造方法 - Google Patents

遠心鋳造製圧延用複合ロール及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

ハイス系鋳鉄ロール並みのすぐれた耐摩耗性・耐肌荒れ性を有し、且つ、高合金グレン鋳鉄ロール並みの耐事故性を有するような遠心鋳造製圧延用複合ロールを提供する。外層は、化学成分が質量比で、Ｃ ：１．５〜３．５％、Ｓｉ：０．３〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｎｉ：１．０〜６．０％、Ｃｒ：１．５〜６．０％、Ｍｏ：０．１〜２．５％、Ｖ：２．０〜６．０％、Ｎｂ：０．１〜３．０％、Ｂ：０．００１〜０．２％、Ｎ：０．００５〜０．０７０％、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、外層の化学組成は式（１）を満たし、且つ、面積比で５〜３０％のＭ３Ｃ型炭化物を有し、ロール表面の外層ショア硬度（Ａ）が式（２）を満たし、ロール表面の残留応力（Ｂ）が式（３）を満たす。２×Ｎｉ＋０．５×Ｃｒ＋Ｍｏ＞１０．０ ・・・（１）Ｈｓ７５≦Ａ≦Ｈｓ８５ ・・・（２）１００ＭＰａ≦Ｂ≦３５０ＭＰａ ・・・（３）

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１９年４月３日に日本国に出願された特願２０１９−０７１３０５号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本発明は、熱間圧延工程におけるホットストリップミルで用いられる遠心鋳造製圧延用複合ロール及びその製造方法に関する。
熱間圧延のホットストリップミルに用いられる圧延用複合ロールは、圧延時に鋼板と接触する外層において、優れた耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐クラック性及び耐事故性が求められている。近年、熱間圧延鋼板の板厚精度向上や表面品質向上の要求が高まっており、特に高い耐摩耗性を有する圧延用ロールが求められ、薄鋼板を製造する熱間仕上げ圧延機の前段ではハイス系鋳鉄ロールが広く使用されている。しかし、熱間仕上げ圧延機の後段では、板厚みが薄いため、被圧延材がスタンド間を移動するときに重なって上下ロール間に噛みこまれるいわゆる絞り込み事故が発生しやすく、従来から高合金グレン鋳鉄ロールが主に使用されている。
このような絞り込み事故では、ロール外層表面にクラックが発生するが、クラックを放置したままロールを使用し続けるとクラックが進展し、ロール折損やスポーリングと呼ばれるロール破損を起こすことがある。また、絞り込み(噛み止め)事故が発生した場合、ロール表面を研削してクラックを除去しなければならないので、クラックが深いとロールの損失も大きくなる。このため、圧延事故が起きてもクラックによるダメージが少ない耐事故性（耐クラック性）に優れた圧延ロール用外層、及びかかる外層を有する圧延用複合ロールが望まれている。
耐事故性と耐摩耗性を両立させたロールが望まれているという要求に応えるために、特許文献１では、質量％でＣ：１．８〜３．５％、Ｓｉ：０．２〜２％、Ｍｎ：０．２〜２％、Ｃｒ：４〜１５％、Ｍｏ：２〜１０％、Ｖ：３〜１０％を含み、さらに、Ｐ：０．１〜０．６％、Ｂ：０．０５〜５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐焼付き性に優れた熱間圧延用ロール外層材が開示されている。この特許文献１には、鋳造後、熱処理は、８００℃〜１０８０℃に加熱して焼入れする焼入れ処理と、さらに３００〜６００℃で焼戻し処理を１回以上施す処理とすることが好ましいと記載されている。しかしながら、特許文献１に記載のロールは、Ｐの含有量が過大であるため、粒界に偏析することで脆化するという問題があるとともに、Ｍ２Ｃ型炭化物やＭ７Ｃ３型炭化物が主体の共晶炭化物を有するため、圧延中に絞り込み事故等が発生した場合、高合金グレン鋳鉄ロールの場合と比較すると、ロール外層表面に深いクラックが入りやすいという課題があることが分かった。さらに、ロール表面の外層残留応力値が過大となりやすいため、クラック進展速度が速く爆裂に至る危険性が高いという課題があることが分かった。
また、特許文献２には、遠心鋳造されたＦｅ基合金からなる外層及び中間層とダクタイル鋳鉄からなる内層とがそれぞれ溶着一体化した構造を有し、前記外層が、質量基準で１〜３％のＣ、０．３〜３％のＳｉ、０．１〜３％のＭｎ、０．５〜５％のＮｉ、１〜７％のＣｒ、２．２〜８％のＭｏ、４〜７％のＶ、０．００５〜０．１５％のＮ、０．０５〜０．２％のＢを含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、前記中間層が０．０２５〜０．１５質量％のＢを含有し、前記中間層のＢ含有率が前記外層のＢ含有率の４０〜８０％であり、前記中間層の炭化物形成元素の合計含有量が前記外層の炭化物形成元素の合計含有量の４０〜９０％であることを特徴とする圧延用複合ロールが開示されている。この特許文献２には、鋳造後に、必要に応じて焼入れ処理を行い、焼戻し処理を１回以上行う。焼戻し温度は４８０〜５８０℃が好ましいと記載されている。しかしながら、特許文献２に記載のロールは、Ｍ２Ｃ型炭化物やＭ７Ｃ３型炭化物が主体の共晶炭化物を有するため、圧延中に絞り込み事故等が発生した場合、高合金グレン鋳鉄ロールの場合と比較すると、ロール外層表面に深いクラックが入りやすいという課題があることが分かった。さらに、ロール表面の外層残留応力値が過大となりやすいため、クラック進展速度が速く爆裂に至る危険性が高いという課題があることが分かった。
また、特許文献３には、外層を有する遠心鋳造製圧延用複合ロールであって、前記外層は、質量％にて、Ｃ：２．２％〜３．０１％、Ｓｉ：１．０％〜３．０％、Ｍｎ：０．３％〜２．０％、Ｎｉ：３．０％〜７．０％、Ｃｒ：０．５％〜２．５％、Ｍｏ：１．０％〜３．０％、Ｖ：２．５％〜５．０％、Ｎｂ：０を超えて０．５％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物であって、条件（ａ）：Ｎｂ％／Ｖ％＜０．１、条件（ｂ）：２．１×Ｃ％＋１．２×Ｓｉ％−Ｃｒ％＋０．５×Ｍｏ％＋（Ｖ％＋Ｎｂ％／２）≦１３．０％を満足することを特徴とする圧延用複合ロールが開示されている。この特許文献３には、８５０℃以上のγ化熱処理及び、焼入れ、焼戻しを実施してもよいと記載されている。しかしながら、特許文献３に記載のロールは、ハイスロールと比較すると耐摩耗性が大きく劣るとともに、圧延中に絞り込み事故等が発生した場合、高合金グレン鋳鉄ロールの場合と比較すると、ロール外層表面に深いクラックが入りやすいという課題があることが分かった。さらに、ロール表面の外層残留応力値が過大となりやすいため、クラック進展速度が速く爆裂に至る危険性が高いという課題があることが分かった。
また、特許文献４には、質量基準で、Ｃ：２．５％〜３．５％、Ｓｉ：１．３％〜２．４％、Ｍｎ：０．２％〜１．５％、Ｎｉ：３．５％〜５．０％、Ｃｒ：０．８％〜１．５％、Ｍｏ：２．５％〜５．０％、Ｖ：１．８％〜４．０％、Ｎｂ：０．２％〜１．５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、Ｎｂ／Ｖの質量比が０．１〜０．７で、Ｍｏ／Ｖの質量比が０．７〜２．５であり、且つ２．５≦Ｖ＋１．２、Ｎｂ≦５．５の条件を満たす化学組成と、面積基準で０．３〜１０％の黒鉛相を有する組織とを有する鋳鉄からなる外層と、ダクタイル鋳鉄からなる軸芯部と、鋳鉄製中間層とからなる遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールが開示されている。この特許文献４には、廃却径における外層の圧縮残留応力が１５０〜５００ＭＰａである旨や、当該圧縮残留応力を得るために、鋳造後に４５０〜５５０℃の焼き戻し処理を１回以上行う旨が開示されている。しかしながら、特許文献４に記載のロールは、Ｍｏの添加量が過大であることから、Ｍ２Ｃ型炭化物が主体の共晶炭化物で形成されているため、圧延中に絞り込み事故等が発生した場合、高合金グレン鋳鉄ロールの場合と比較すると、ロール外層表面に深いクラックが入りやすいという課題があることが分かった。さらに、ロール表面の外層残留応力値が過大となりやすいため、クラック進展速度が速く爆裂に至る危険性が高いという課題があることが分かった。
特許第４４８３５８５号 国際公開第２０１８／１４７３７０号 特許第６３１３８４４号 特許第５７６８９４７号
しかしながら、上記特許文献１〜４に記載のロールは、圧延中に絞り込み事故等が発生した場合、高合金グレン鋳鉄ロールの場合と比較すると、ロール外層表面に深いクラックが入りやすいという課題があることが分かった。さらに、ロール表面の外層残留応力値が過大となりやすいため、クラック進展速度が速く爆裂に至る危険性が高いという課題があることが分かった。
このような事情に鑑み、本発明の目的は、ハイス系鋳鉄ロール並みのすぐれた耐摩耗性・耐肌荒れ性を有し、且つ、高合金グレン鋳鉄ロール並みの耐事故性を有するような遠心鋳造製圧延用複合ロール及びその製造方法を提供することにある。
前記の目的を達成するため、本発明によれば、外層を有する遠心鋳造製圧延用複合ロールであって、
前記外層は、化学成分が質量比で、
Ｃ ：１．５〜３．５％、
Ｓｉ：０．３〜３．０％、
Ｍｎ：０．１〜３．０％、
Ｎｉ：１．０〜６．０％、
Ｃｒ：１．５〜６．０％、
Ｍｏ：０．１〜２．５％、
Ｖ ：２．０〜６．０％、
Ｎｂ：０．１〜３．０％、
Ｂ ：０．００１〜０．２％、
Ｎ ：０．００５〜０．０７０％、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
当該外層の化学組成は以下の式（１）を満たし、且つ、面積比で５〜３０％のＭ３Ｃ型炭化物を有し、
ロール表面の外層ショア硬度（Ａ）が以下の式（２）を満たし、
ロール表面の残留応力（Ｂ）が以下の式（３）を満たすことを特徴とする、遠心鋳造製圧延用複合ロールが提供される。
２×Ｎｉ＋０．５×Ｃｒ＋Ｍｏ＞１０．０ ・・・（１）
Ｈｓ７５≦Ａ≦Ｈｓ８５ ・・・（２）
１００ＭＰａ≦Ｂ≦３５０ＭＰａ ・・・（３）
更に、前記外層には化学成分が質量比で、
Ｔｉ：０．００５〜０．３％、
Ｗ ：０．０１〜２．０％、
Ｃｏ：０．０１〜２．０％、
Ｓ ：０．３％以下、
のうち１種以上が含まれても良い。
また、別の観点からの本発明によれば、上記記載の遠心鋳造製圧延用複合ロールの製造方法であって、遠心鋳造法での鋳造後に実施される熱処理において、焼入れ処理を行うことなく焼き戻し処理が行われ、当該焼き戻し処理は４００℃以上５５０℃以下の焼き戻し温度で行われることを特徴とする、遠心鋳造製圧延用複合ロールの製造方法が提供される。
本発明によれば、従来の高合金グレン鋳鉄ロールより優れた耐摩耗性を有する外層からなる遠心鋳造製圧延用複合ロールにおいて、圧延中に外層表面にクラックが発生した場合、このクラックが進展してスポーリング等の割損に至るトラブルを抑制することが可能となる。即ち、遠心鋳造製圧延用複合ロールにおいて、ハイス系鋳鉄ロール並みの耐摩耗性、耐肌荒れ性、と共に、高合金鋳鉄ロール並みの耐事故性を兼備させることが可能となる。本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールは、ホットストリップミルにおいて、とくに操業安定性が求められる熱間仕上げ圧延の後段スタンドへの適用に好適である。
実施の形態に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールの概略断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１は本発明の実施の形態に係る遠心鋳造製圧延用複合ロール１０の概略断面図である。図１に示すように、本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールは、圧延に供される外層１を有する。更には、当該外層１の内側に中間層２及び内層（軸芯材）３を有する。内層（軸芯材）３を構成する内層材としては、高級鋳鉄、ダクタイル鋳鉄等の強靭性を有する材料が例示され、中間層２を構成する中間層材としては、アダマイト材、黒鉛鋼が例示される。
遠心鋳造された外層１は、質量比で、１．５〜３．５％のＣと、０．３〜３．０％のＳｉと、０．１〜３．０％のＭｎと、１．０〜６．０％のＮｉと、１．５〜６．０％のＣｒと、０．１〜２．５％のＭｏと、２．０〜６．０％のＶと、０．１〜３．０％のＮｂと、０．００１〜０．２％のＢと、０．００５〜０．０７０％のＮと、を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるＦｅ基合金により形成される。
また、外層１の組織は、（ａ）ＭＣ型炭化物、（ｂ）共晶炭化物、（ｃ）基地、（ｄ）その他、から構成され、（ｂ）共晶炭化物は、面積比で５〜３０％のＭ３Ｃ型炭化物を有する。また、Ｍ３Ｃ型炭化物以外に、Ｍ２Ｃ型炭化物、Ｍ６Ｃ型炭化物、及び、Ｍ７Ｃ３型炭化物が含まれても良いが、Ｍ２Ｃ型炭化物、Ｍ６Ｃ型炭化物、及び、Ｍ７Ｃ３型炭化物の存在は必須ではない。更に、外層の組織には黒鉛が含まれても良いが、黒鉛の存在は必須ではない。
（成分限定理由）
以下に、先ず、本発明に係る外層の化学成分について、その限定理由を説明する。なお、以下において特に明示しない場合、「％」との表記は「質量％」を示す。
Ｃ：１．５〜３．５％
Ｃは主として、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ等と結合して種々の硬質炭化物を形成する。また、場合によっては黒鉛を形成することもある。さらにマトリックス中に固溶され、パーライト、ベイナイト、マルテンサイト相等を生成する。多量に含有させるほど、耐摩耗性の向上には有効であるが、３．５％を超えると、粗大な炭化物や黒鉛が形成され、靱性の低下や肌荒れの原因となる。また、１．５％未満だと炭化物量が少なく、また、硬度の確保が難しく、耐摩耗性の劣化が起こる。従って、その範囲を１．５〜３．５％とした。より好ましい範囲は２．０〜３．０％である。
Ｓｉ：０．３〜３．０％
Ｓｉは溶湯の脱酸により酸化物の欠陥発生を抑制するために必要である。また、溶湯の流動性を向上させて鋳造欠陥を防止する作用を有する。また、高合金グレン鋳鉄等において、黒鉛を晶析出させる場合には、黒鉛の晶析出を促進させる元素として必要である。したがって、０．３％以上含有させる。しかしながら、３．０％を超えると靱性を低下させ、耐クラック性低下の原因となる。従って、その範囲を０．３〜３．０％とした。より好ましい範囲は０．６〜２．７％である。
Ｍｎ：０．１〜３．０％
Ｍｎは脱酸、脱硫作用を目的として添加する。また、Ｓと結合してＭｎＳを形成する。ＭｎＳは潤滑作用を有するため、被圧延材の焼付き防止に効果がある。このため、副作用のない範囲でＭｎＳを含有する方が好ましい。Ｍｎが０．１％未満だとこれらの効果が不十分であり、また、３．０％を超えると靱性を低下させる。従って、その範囲を０．１〜３．０％とした。より好ましい範囲は０．５〜１．５％である。
Ｎｉ：１．０〜６．０％
Ｎｉは基地の焼入れ性を向上させる作用を有し、冷却中のパーライト形成を防止して、ベイナイト化を促進することで、基地強化を図るのに有効な元素であるため、１．０％以上を含有させる必要がある。しかし、６．０％を越えて含有させた場合、残留オーステナイト量が過大となり、硬度を確保することが困難になるとともに、熱間圧延使用中に変形等を起こすことがある。従って、その範囲を１．０〜６．０％とした。より好ましい範囲は２．０〜５．５％である。
Ｃｒ：１．５〜６．０％
Ｃｒは、焼入性の増加、硬度の増加、焼き戻し軟化抵抗の増加、炭化物硬度の安定化等のために添加する。しかし、６．０％を超えると共晶炭化物量が過大となり、靱性が低下するため、上限を６．０％とした。一方、１．５％未満であると前記効果が得られなくなる。従って、その範囲を１．５〜６．０％とした。より好ましい範囲は１．５５〜５．０％である。
Ｍｏ：０．１〜２．５％
Ｍｏは、主としてＣと結合して硬質炭化物を形成して、耐摩耗性の向上に寄与するとともに、基地の焼入れ性を向上させるため、最低０．１％以上の含有が必要である。一方、２．５％を超えると本発明の目的の一つであるＭ３Ｃ型炭化物の晶出量が低下する。従って、その範囲を０．１〜２．５％とした。より好ましい範囲は０．５〜２.４５％である。
Ｖ：２．０〜６．０％
Ｖは、特に耐摩耗性を向上させるために重要な元素である。即ち、ＶはＣと結合して耐摩耗性に大きく寄与する高硬度のＭＣ炭化物を形成する重要な元素である。２．０％未満ではＭＣ炭化物量が不十分で耐摩耗性の向上が不十分となり、６．０％を超えると低密度のＭＣ炭化物が初晶として単独で晶出する領域となり、遠心力鋳造法で製造する場合、ＭＣ炭化物の密度は、溶湯の密度に比べ小さいため、重力偏析が著しく発生する。従って、その範囲を２．０〜６．０％とした。より好ましい範囲は３．０〜５．０％である。
Ｎｂ：０．１〜３．０％
Ｎｂは基地中にはほとんど固溶されず、そのほとんどが高硬度のＭＣ炭化物を形成して、耐摩耗性を向上する。特に、Ｎｂの添加で生ずるＭＣ炭化物は、Ｖの添加で生ずるＭＣ炭化物に比べ、溶湯密度との差が小さいため、遠心鋳造による重力偏析を軽減させる効果を有する。Ｎｂの含有量について、０．１％未満ではその効果は不十分であり、３．０％を越えて含有させた場合、ＭＣ炭化物が粗大になるため、靱性の低下に繋がる。従って、その範囲を０．１〜３．０％とした。
Ｂ：０．００１〜０．２％
Ｂは、炭化物に固溶するとともに、炭ホウ化物を形成する。炭ホウ化物は潤滑作用を有し、被圧延材の焼付き防止に効果がある。Ｂの含有量について、０．００１％未満ではその効果は不十分であり、０．２％を越えて含有させた場合、靱性が低下する。従って、その範囲を０．００１〜０．２％とした。
Ｎ：０．００５〜０．０７０％
Ｎは、炭化物を微細化する効果を有するが、Ｖと結合して窒化物（ＶＮ）もしくは炭窒化物（ＶＣＮ）を形成する。０．００５％未満では炭化物の微細化効果は不十分であり、０．０７０％を越えて含有させた場合、過剰な窒化物（ＶＮ）もしくは炭窒化物（ＶＣＮ）が形成され、靱性が低下するため０．０７０％以下に抑える必要がある。従って、その範囲を０．００５〜０．０７０％とした。
本発明に係る外層の基本成分は、上記の通りであるが、適用を対象とするロールのサイズ、要求されるロールの使用特性等により、その他の化学成分として、前記の基本成分に加えて、さらに以下に記載する化学成分を適宜選択して含有してもよい。
Ｔｉ：０．００５〜０．３％
本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールは、上記必須元素の他にＴｉを含有することができる。ＴｉはＮ及びＯとの脱ガス作用が期待できるとともに、ＴｉＣＮもしくはＴｉＣを形成して、ＭＣ炭化物の晶出核にもなり得る。Ｔｉの含有量が０．００５％未満ではその効果が期待できず、０．３％を超えると溶湯の粘性が高くなり、鋳造欠陥を誘発する危険性が高くなる。従って、Ｔｉを添加する場合は、その範囲を０．００５〜０．３％とする。より好ましい範囲は０．０１〜０．２％である。
Ｗ：０．０１〜２．０％
本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールは、上記必須元素の他にＷを含有することができる。ＷはＭｏと同様に基地中に固溶されて基地を強化すると共に、Ｃと結合してＭ２ＣやＭ６Ｃ等の硬質な共晶炭化物を形成し耐摩耗性の向上に寄与する。基地強化のためには、最低０．０１％以上の含有が必要であるが、２．０％を超えると粗大共晶炭化物が形成されて靱性が低下する。従って、Ｗを添加する場合は、その範囲を０．０１〜２．０％とする。なお、Ｗの添加有無の選択については、例えば、共晶炭化物増量により耐摩耗性の向上を図る場合に添加するとその効果がより大きい。
Ｃｏ：０．０１〜２．０％
本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールは、上記必須元素の他にＣｏを含有することができる。Ｃｏは、ほとんどがマトリックス中に固溶され、基地を強化する。そのため、高温での硬度及び強度を向上させる作用を有している。０．０１％未満ではその効果は不十分であり、２．０％を越えてはその効果が飽和するため、経済性の観点からも２．０％以下とする。従って、Ｃｏを添加する場合は、その範囲を０．０１〜２．０％とする。なお、Ｃｏの添加有無の選択については、例えば、耐摩耗性の向上が要求され、共晶炭化物の増量が困難である場合に添加するとその効果が大きい。
Ｓ：０．３％以下
通常、Ｓは、原材料より不可避的にある程度混入するものであるが、前述のようにＭｎＳを形成して潤滑作用を有するため、圧延材の焼付きを防止する効果がある。一方、過剰に含有させると材質を脆くするので、０．３％以下に制限することが好ましい。
不可避的不純物
本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールの外層の組成は、上記元素の他に残部は実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物の中で、Ｐは靱性を劣化させるため、０．１％以下に制限することが好ましい。また、その他の不可避的元素として、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｔｅ、Ｃｅ等の元素を外層の特性を損なわない範囲で含有しても良い。外層の特性を損なわないために、不可避的不純物の総量は０．６％以下であることが好ましい。
（化学組成に係る関係式）
また、本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールの外層の化学成分（化学組成）については、次に、本発明は、特に硬質な炭化物形成元素であるＶ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒを添加した際に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量（％）に関し以下の式（１）を満たす必要がある。
２×Ｎｉ＋０．５×Ｃｒ＋Ｍｏ＞１０．０ ・・・（１）
本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールの外層は、ミクロ組織を構成する要素として、Ｍ３Ｃ炭化物を面積比で５〜３０％有することが特徴であるとともに、焼入れ処理を行うことなく焼き戻し処理が行われ、当該焼き戻し処理は４００℃以上５５０℃以下の焼き戻し温度で行われることを特徴とするものである。これらの条件を適用した場合、従来技術では、ロール表面の外層ショア硬度（Ｈｓ）を安定的に７５〜８５の範囲にコントロールすることが極めて困難であるという課題があった。
本発明は、外層のミクロ組織を構成する要素として、Ｍ３Ｃ炭化物を面積比で５〜３０％有するとともに、焼入れ処理を行うことなく焼き戻し処理が行われ、当該焼き戻し処理は４００℃以上５５０℃以下の焼き戻し温度で行われる条件を適用した場合、本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールの外層の化学成分（化学組成）において、（１）式を満足させることで、遠心鋳造製圧延用複合ロール表面の外層ショア硬度（Ｈｓ）を安定的に７５〜８５の範囲にコントロールすることが可能となることを見出したものである。これにより、耐摩耗性と耐事故性（耐クラック性）を高いレベルで両立させたロールの提供が可能となった。
（遠心鋳造法での鋳造後の熱処理）
本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールは、一般的な遠心鋳造法により製造されるが、本発明者らは、遠心鋳造法における鋳造後に実施される熱処理に関し、焼入れ処理を行うことなく焼き戻し処理を行うことが好ましいとの知見を得た。また、焼き戻し処理は４００℃以上５５０℃以下の焼き戻し温度で実施することが好ましいことを見出した。即ち、Ｆｅ基地がオーステナイトに変態する領域まで加熱して急速冷却するといった焼入れ処理を行うことなく、４００℃以上５５０℃以下の焼き戻し温度で焼き戻し処理を行うことで、外層表面においてハイス系鋳鉄ロール並みのショア硬度を確保すると共に、胴部外層表面の残留応力値を高合金グレン鋳鉄ロール並みに抑制させることが知見された。
上述したように、焼入れ処理を行うことなく焼き戻し処理を行い、その焼き戻し温度を４００℃以上５５０℃以下とすることで、本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールの外層のショア硬度（Ａ）は以下の式（２）を満足する。また、本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールの外層表面の残留応力（Ｂ）は以下の式（３）を満足する。
Ｈｓ７５≦Ａ≦Ｈｓ８５ ・・・（２）
１００ＭＰａ≦Ｂ≦３５０ＭＰａ ・・・（３）
（Ｍ３Ｃ型炭化物の含有量）
また、本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールの外層には、Ｍ３Ｃ型炭化物を面積比で５〜３０％含むことが必要である。本発明者らは熱間圧延に供している遠心鋳造ロールの使用状況を調査検討した結果、ハイスロール並みの耐摩耗性を有する遠心鋳造製圧延用複合ロールにおいて、高合金グレン鋳鉄ロール並みの耐事故性を付与するためには、外層のミクロ組織構成要素にＭ３Ｃ型炭化物を所定の比率で存在させることが有効であることを見出した。外層に存在するＭ３Ｃ型炭化物の量が、面積比で５％未満の場合、耐摩耗性が悪化するとともに、高合金グレン鋳鉄ロール並みの耐事故性を確保することが困難となる。また、Ｍ３Ｃ型炭化物の量が、面積比で３０％を超える場合、Ｍ３Ｃ型炭化物が粗大に晶出し、逆に耐事故性を悪化させるため、Ｍ３Ｃ型炭化物の量は面積比で５〜３０％に規定した。
（作用効果）
以上説明したように、本発明に係る遠心鋳造製圧延用複合ロールにおいては、外層の化学組成を上記所定の成分とし、上記式（１）を満足し、更には、Ｍ３Ｃ型炭化物を面積比で５〜３０％含むような構成とすることで、上記式（２）を満たすようなショア硬度を有し、上記式（３）を満たすように残留応力が抑制される。これにより、ハイス系鋳鉄ロール並みのすぐれた耐摩耗性・耐肌荒れ性を有し、且つ、高合金グレン鋳鉄ロール並みの耐事故性を有する遠心鋳造製圧延用複合ロールが実現される。
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
下記の表１に示す化学成分、即ち、Ｎｏ．１〜１６（本発明例）、１７〜２８（比較例）からなる複合ロールを、遠心鋳造法により、内層径６００ｍｍ、ロール外径８００ｍｍ、外層厚み１００ｍｍ、胴長２４００ｍｍの熱延仕上げスタンド圧延用複合ロールとして製作した。溶解温度は１５５０℃、鋳込み温度は、凝固点＋９０℃である。鋳造後、表１中に記載の焼き戻し温度で焼戻し熱処理を実施した。
なお、表１中の下線部は、外層の化学成分が上記実施の形態で説明した所定の範囲の範囲外にある場合や、上記式（１）を満足していない場合や、焼き戻し温度が所定の範囲の範囲外にある場合を示している。また、表１中の外層表面ショア硬度については、符号○が本発明範囲内（Ｈｓ：７５〜８５）、×が本発明範囲外を示し、外層表面残留応力については、符号○が本発明範囲内（１００ＭＰａ〜３５０ＭＰａ）、×が本発明範囲外を示す。また、Ｍ３Ｃ炭化物面積比については、符号○が本発明範囲内（面積比：５〜３０％）、×が本発明範囲外を示す。
Figure 2020203570
その後、前記複合ロールにおいて胴部外層表面のショア硬度を測定して、ハイス系鋳鉄ロール並みのショア硬度（Ｈｓ：７５〜８５）を確保できているか否かを調査した。また、Ｘ線により胴部外層表面における残留応力値を測定して、高合金グレン鋳鉄ロール並みの１００ＭＰａ〜３５０ＭＰａであるか否かを調査した。更に、ロール胴部より採取した試験片について組織中のＭ３Ｃ型炭化物の面積比を測定し５〜３０%範囲であるか否かを調査した。Ｍ３Ｃ型炭化物の面積比測定については、Ｍ３Ｃ型炭化物と他の共晶炭化物(Ｍ２Ｃ型炭化物、Ｍ６Ｃ型炭化物、Ｍ７Ｃ３型炭化物など)を識別する必要があるためＥＰＭＡ(電子プローブマイクロアナライザー)の元素マッピング機能を用いてＭ３Ｃ型炭化物のみを抽出した画像(倍率：１００倍)を撮影し、画像中のＭ３Ｃ型炭化物の面積比を画像解析ソフトにより測定した。
その結果、外層の化学成分が上記実施の形態で説明した所定の範囲内であり、上記式（１）や焼き戻し温度に関する条件が本発明の範囲内であるような本発明例Ｎｏ．１〜１６のロールにおいては、いずれも圧延時に外層表面にクラックが発生した場合、このクラックが進展する速度が高合金グレン鋳鉄ロール並みに抑制できる条件である胴部外層表面ショア硬度（Ｈｓ：７５〜８５）と残留応力値（１００ＭＰａ〜３５０ＭＰａ）が満足されていることが確認できた。更に、ハイスロール並みの耐摩耗性を有し高合金グレン鋳鉄ロール並みの耐事故性を付与するための条件である外層のミクロ組織構成要素におけるＭ３Ｃ型炭化物の面積比（５〜３０％）についても満足されていることが確認された。
一方、外層の化学成分が上記実施の形態で説明した所定の範囲外であるような場合や、上記式（１）や焼き戻し温度に関する条件が本発明の範囲外であるような比較例Ｎｏ．１７〜２８のロールにおいては、圧延時に外層表面にクラックが発生した場合、このクラックが進展する速度が高合金グレン鋳鉄ロール並みに抑制できる条件である胴部外層表面ショア硬度（Ｈｓ：７５〜８５）、残留応力値（１００ＭＰａ〜３５０ＭＰａ）や、ハイスロール並みの耐摩耗性を有し高合金グレン鋳鉄ロール並みの耐事故性を付与するための条件である外層のミクロ組織構成要素におけるＭ３Ｃ型炭化物の面積比（５〜３０％）、のいずれかが満足されていないことが確認された。
以上説明した実施例の結果から、遠心鋳造製圧延用複合ロールにおいて、外層の化学成分を所定の範囲内にすると共に、上記式（１）を満足するように規定し、Ｍ３Ｃ型炭化物を面積比で５〜３０％含むような構成とすることで、ロール表面のショア硬度や残留応力を所望の範囲内の値とすることができ、ハイス系鋳鉄ロール並みのすぐれた耐摩耗性・耐肌荒れ性を有し、且つ、高合金グレン鋳鉄ロール並みの耐事故性を有するような遠心鋳造製圧延用複合ロールが実現されることが分かる。
本発明は、熱間圧延工程におけるホットストリップミルで用いられる遠心鋳造製圧延用複合ロール及びその製造方法に適用できる。
１…外層
２…中間層
３…内層（軸芯材）
１０…遠心鋳造製圧延用複合ロール

Claims (3)

  1. 外層を有する遠心鋳造製圧延用複合ロールであって、
    前記外層は、化学成分が質量比で、
    Ｃ ：１．５〜３．５％、
    Ｓｉ：０．３〜３．０％、
    Ｍｎ：０．１〜３．０％、
    Ｎｉ：１．０〜６．０％、
    Ｃｒ：１．５〜６．０％、
    Ｍｏ：０．１〜２．５％、
    Ｖ ：２．０〜６．０％、
    Ｎｂ：０．１〜３．０％、
    Ｂ ：０．００１〜０．２％、
    Ｎ ：０．００５〜０．０７０％、
    残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
    当該外層の化学組成は以下の式（１）を満たし、且つ、面積比で５〜３０％のＭ３Ｃ型炭化物を有し、
    ロール表面の外層ショア硬度（Ａ）が以下の式（２）を満たし、
    ロール表面の残留応力（Ｂ）が以下の式（３）を満たすことを特徴とする、遠心鋳造製圧延用複合ロール。
    ２×Ｎｉ＋０．５×Ｃｒ＋Ｍｏ＞１０．０ ・・・（１）
    Ｈｓ７５≦Ａ≦Ｈｓ８５ ・・・（２）
    １００ＭＰａ≦Ｂ≦３５０ＭＰａ ・・・（３）
  2. 更に、前記外層には化学成分が質量比で、
    Ｔｉ：０．００５〜０．３％、
    Ｗ ：０．０１〜２．０％、
    Ｃｏ：０．０１〜２．０％、
    Ｓ ：０．３％以下、
    のうち１種以上が含まれることを特徴とする、請求項１に記載の遠心鋳造製圧延用複合ロール。
  3. 請求項１又は２に記載の遠心鋳造製圧延用複合ロールの製造方法であって、
    遠心鋳造法での鋳造後に実施される熱処理において、焼入れ処理を行うことなく焼き戻し処理が行われ、当該焼き戻し処理は４００℃以上５５０℃以下の焼き戻し温度で行われることを特徴とする、遠心鋳造製圧延用複合ロールの製造方法。
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