KR102215460B1

KR102215460B1 - 압연용 복합 롤

Info

Publication number: KR102215460B1
Application number: KR1020197018513A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 기무라; 유타카 쓰지모토; 슈헤이 야마모토
Original assignee: 구보다코포레이션
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2021-02-15
Also published as: JP6313844B1; CN110114155B; US20190352753A1; KR20190100210A; US10947611B2; EP3563942A4; JP2018103245A; EP3563942A1; BR112019012904A2; CN110114155A; WO2018124101A1

Abstract

본 발명은, MC형 탄화물의 편석을 억제하여, 정출되는 흑연량을 조정함으로써, 내마모성, 내표면거침성, 내크랙성 및 내사고성이 우수한 외층을 구비한 압연용 복합 롤을 제공한다. 　
본 발명의 압연용 복합 롤은, 외층을 가지는 원심력 주조제 압연용 복합 롤이며, 상기 외층은, 질량%로, C：2.2%~3.2%, 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%를 초과하고 0.5%이하, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물이며, 조건 (a)：：Nb%/V%＜0.1, 조건 (b)：2.1×C%+1.2×Si%-Cr%+0.5×Mo%+(V%+Nb%/2)≤13.0%를 만족한다.

Description

압연용 복합 롤

본 발명은, 열간 압연 공정에 있어서의 핫 스트립 밀로 이용되는 압연용 복합 롤에 관한 것이다.

열간 압연의 핫 스트립 밀에 이용되는 압연용 복합 롤은, 강판과 접하는 외층에 우수한 내마모성, 내(耐)표면거침성, 내크랙성 및 내사고성이 요구되고 있다. 이 때문에, 외층재에는, 하이 스피드계 주철재나 고합금 반주철재가 이용되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에서는, 화학 조성이 wt%로, C：1.8%~3.6%, Si：1.0%~3.5%, Mn：0.1%~2.0%, Ni：0.5%~10.0%, Cr：2.0%~10%, Mo：0.1%~10%, W：0.1%~10%, V, Nb：1종 또는 2종의 총계로 1.5%~10%, 및 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지는 하이 스피드계 주철재가 제안되어 있다.

압연의 수축 사고에 의한 크랙은, 롤 외층과 압연재가 소부(燒付)되어, 외층이 열충격을 받음으로써 발생한다. 이 크랙은, 금속 조직 내의 흑연에 의해 그 진전이 방해된다고 생각되고 있다. 그 때문에, 핫 스트립 밀에 있어서, 수축 사고가 발생하기 쉬운 마무리 후단 스탠드에서는, 금속 조직 내에 흑연을 정출(晶出)하여 내소부성이 우수한 고합금 반주철재가 사용되고 있으며, MC형 탄화물을 형성하고 내마모성이 우수한 하이 스피드계 주철재는 일반적으로 사용되고 있지 않다.

일본 특허공개 평06-256889호 공보

흑연은, 합금 중의 탄소가 응고 과정에서 정출 및, 석출됨으로써 형성되는데, Cr, Mo, W, V, Nb는, 모두 흑연화를 저해하는 원소이다. 특히, 이 중에서 Cr이 가장 강력한 흑연화 저해 원소이며, Cr의 첨가량이 많으면, 흑연의 형성이 저해되고, 내크랙성이 저하되어 버릴 우려가 있다.

또, V, Nb는 합금 중의 탄소와 결합하여, 각각 MC형 탄화물을 형성하는데, VC는, 용탕에 비해 비중이 작기 때문에, 원심력 주조 시에 외층의 내주측에 편석된다. 이 편석된 MC형 탄화물은, 외층의 내측에 축심재가 되는 중간층이나 내층을 주입(鑄入)했을 때에 재용해되기 어렵기 때문에, 축심재와의 경계에서 용착 이상(異常)을 일으킬 우려가 있다. 외층과 축심재의 용착 이상은 내사고성의 저하를 초래한다.

한편, NbC는, 용탕에 비해 비중이 크기 때문에, 원심력 주조 시에 외층의 외주측으로 이동하여, 제품의 사용층 내에 잔존한다. 이것에 의해, 외층 표면에 표면 거침이 발생하여, 압연된 강판에 외층의 표면 모양이 전사되어 버린다.

MC형 탄화물은, 고경도이기 때문에 외층의 내마모성 향상에 기여하지만, 상기와 같이 MC형 탄화물이 외층의 외주측 또는 내주측에 편석됨으로써 MC형 탄화물이 적어지고 내마모성이 떨어지는 층이 발생해 버린다.

본 발명의 목적은, MC형 탄화물의 편석을 억제하여, 정출되는 흑연량을 조정함으로써, 내마모성, 내표면거침성, 내크랙성 및 내사고성이 우수한 외층을 구비한 압연용 복합 롤을 제공하는 것이다.

본 발명의 압연용 복합 롤은,

외층을 가지는 원심력 주조제 압연용 복합 롤로서,

상기 외층은, 질량%로, C：2.2%~3.2%, 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%를 초과하고 0.5% 이하, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물이며,

조건 (a)：Nb%/V%＜0.1,

조건 (b)：2.1×C%+1.2×Si%-Cr%+0.5×Mo%+(V%+Nb%/2)≤13.0%

를 만족한다.

또, 본 발명의 압연용 복합 롤은,

외층을 가지는 원심력 주조제 압연용 복합 롤로서,

상기 외층은, 질량%로, C：2.2%~3.2%, 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%, W：0%를 초과하고 3.0% 이하, V：2.5%~5.0%, Nb：0%를 초과하고 0.5% 이하, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물이며,

조건 (a)：Nb%/V%＜0.1,

조건 (b')：2.1×C%+1.2×Si%-Cr%+0.5×(Mo%+W%/2)＋(V%+Nb%/2)≤13.0%

를 만족한다.

외층은, 또한, 질량%로, B：0%를 초과하고 0.1% 이하를 함유할 수 있다.

상기 외층은, 흑연 면적률이 0.5%~5.0%인 것이 바람직하다.

또, 상기 외층은, MC형 탄화물 면적률이 4.0%~11.0%인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 원심력 주조 시에 외층의 MC형 탄화물의 편석을 억제하여, 외층의 외주측으로부터 내주측까지 대략 균등하게 MC형 탄화물을 분산시킬 수 있으며, 또, 정출되는 흑연량도 조정할 수 있다. 따라서, 압연용 복합 롤의 내마모성, 내표면거침성, 내크랙성 및 내사고성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 압연용 복합 롤은, 핫 스트립 밀에 있어서, 특히 조업(操業) 안정성이 요구되는 열간 마무리 압연의 후단 스탠드에 대한 적용에 적합하다.

도 1은, 발명예 9의 공시재(供試材)의 길이 방향 단면에 있어서의 매크로 조직 사진이다.
도 2는, 비교예 4의 공시재의 길이 방향 단면에 있어서의 매크로 조직 사진이다.
도 3은, 발명예 4의 공시재의 외주측으로부터 20mm 위치의 미크로 조직 사진이다.
도 4는, 발명예 9의 공시재의 외주측으로부터 20mm 위치의 미크로 조직 사진이다.
도 5는, 비교예 4의 공시재의 외주측으로부터 20mm 위치의 미크로 조직 사진이다.
도 6은, 비교예 4의 공시재의 내주측 근방의 미크로 조직 사진이다.

본 발명의 압연용 복합 롤은, 압연에 제공되는 외층과, 외층의 내측에 중간층 및 내층, 또는 내층으로 이루어지는 축심재에 의해 구성할 수 있다. 내층을 구성하는 내층재로서, 고급 주철, 덕타일 주철, 흑연강 등의 강인성을 가지는 재료를 예시할 수 있으며, 중간층을 구성하는 중간층재로서 아다마이트재를 예시할 수 있다.

외층은, 예를 들어 원심력 주조에 의해 제조할 수 있다. 원심력 주조는, 종형(회전축이 연직 방향), 경사형(회전축이 경사 방향)이나 횡형(회전축이 수평 방향) 중 어느 것이어도 된다. 원심력 주조에 있어서의 금형 회전수는 GNo.를 100G 이상으로 하는 것이 바람직하다. 물론, 외층은, 정치 주조 등에 의해 제조할 수도 있지만, 제조 비용 저감을 위해 원심력 주조가 바람직하다.

본 발명의 외층의 성분 한정 이유는, 이하대로이다.

＜성분 한정 이유＞

본 발명의 압연용 복합 롤의 외층재의 성분 한정 이유를 설명한다. 또한, 이하에 있어서, 특별히 명시하지 않는 경우, 「%」는 질량%이다.

C：2.2%~3.2%

C는, 흑연을 정출시켜, 내마모성이나 내크랙성을 개선시킴과 함께, 고경도의 MC형 탄화물을 정출시켜 경도를 높일 수 있다. 정출되는 흑연 및 공정(共晶) 탄화물인 세멘타이트를 감소시켜, 후술하는 바와 같이 MC형 탄화물의 과잉한 정출을 억제하여 내사고성을 향상시키기 때문에, C의 함유량은 3.2% 이하로 한다. 한편, 흑연의 정출량을 확보하기 위해, C의 함유량은 2.2% 이상으로 한다. 바람직하게는, 2.3%~3.0%이다.

Si：1.0%~3.0%

Si는, 용탕의 탈산제로서 필요한 원소이다. 특히, 원심력 주조에서는, 탕흐름성의 확보를 위해서도 필요하다. 또, 고합금 반주철재의 경우, Si는, 흑연 정출(일부는 석출)의 촉진 원소로서 필요하다. 따라서, 1.0% 이상 함유시킨다. 그러나, 3.0%를 초과하면 기계적 성질이 열화되어 내크랙성 저하의 원인이 되기 때문에, 상한은 3.0%로 한다. 바람직하게는, 1.5%~2.5%이다.

Mn：0.3%~2.0%

Mn은, 용탕의 탈황제로서 혹은 탈산제로서 용탕의 건전성을 향상시키기 위해, 및 기지 조직의 강화에 필요한 원소이다. 따라서, 0.3% 이상 함유시킨다. 그러나, 2.0%를 초과하여 함유하면, 기계적 성질이 열화되어 내크랙성이 저하되기 때문에, 2.0% 이하로 한다.

Ni：3.0%~7.0%

Ni는, 흑연 정출의 보조 원소로서, 또 기지의 담금질성을 개선하여 베이나이트화를 촉진하여, 기지 강화를 도모하는데 유효한 원소이다. 3.0% 미만에서는 이와 같은 효과가 충분하지 않으며, 고경도를 얻지 못하여, 내마모성이 불충분해진다. 이 때문에, 하한은 3.0%로 한다. 한편, 7.0%를 초과하여 포함되면 잔류 오스테나이트량이 많아져, 열간 압연 중에 잔류 오스테나이트가 분해되어 내표면거침성이 저하된다. 따라서, 상한은 7.0%로 한다. 바람직하게는, 4.0%~6.0%이다.

Cr：0.5%~2.5%

Cr은, 주로 C와 결합하여 정출 세멘타이트 중에 고용되어, 내마모성의 향상에 기여한다. 또, 일부는 석출 탄화물을 형성하여 기지를 강화한다. 이 때문에, 0.5% 함유시킨다. 또한, Cr은, MC형 탄화물에도 포함되고, 그 정출 온도를 저하시키는 작용이 있다. MC형 탄화물이 정출되는 온도가 저하됨으로써, MC형 탄화물의 정출을 늦출 수 있으며, MC형 탄화물의 정출 시에 용탕의 온도 저하에 의해 그 점성이 높아져 있기 때문에, MC형 탄화물의 용탕 중에서의 이동이 억제된다. 이 점에서 MC형 탄화물의 편석을 억제하는 효과가 있다. 한편, Cr은, 매우 강한 흑연화 저해 원소이기 때문에, 흑연의 정출 및 석출이 저해되고, 마찰 계수가 증대하여, 내소부성도 저하된다. 이것에 의해, 압연재의 통판성(通板性)이 손상되어 롤 표면에 압연재가 소부되거나, 취화되어, 내크랙성 저하의 원인이 된다. 따라서, Cr과 마찬가지로 흑연화 저해 원소인 V를 소정량 함유시켜도(V：2.5%~5.0%), 흑연을 정출시킬 수 있도록, Cr의 상한은 2.5%로 한다. 바람직하게는, 0.8%~1.5%이다.

Mo：1.0%~3.0%

Mo는, 주로 C와 결합하여 정출 세멘타이트 중에 고용되어, 내마모성의 향상에 기여한다. 또, 일부는 석출 탄화물을 형성하고, 기지를 강화하는 작용을 가지기 때문에, 1.0% 이상 함유시킨다. 그러나, 3.0%를 초과하면, 흑연의 정출 및 석출이 저해되어, 상기와 마찬가지로, 내소부성 저하나 내크랙성 저하의 원인이 된다. 따라서, 상한은 3.0% 이하로 한다. 바람직하게는, 1.2%~2.5%이다.

V：2.5%~5.0%

V는, 기지에 고용되어 기지를 강화하는 작용이 있으며, 또한, 주로 C와 결합하여, 고경도의 MC형 탄화물을 형성하고, 외층의 내마모성을 개선시킨다. 이 때문에, V는 2.5% 이상 첨가한다. 한편, V의 첨가량이 많아지면, 용탕에 비해 비중이 작은 V를 주체로 하는 MC형 탄화물이 형성되고, 원심력 주조 시에 외층의 내주면측에 편석되어, 외층의 내측에 설치되는 내층이나 중간층과의 용착성을 저하시키기 때문에, 상한을 5.0%로 한다. 바람직하게는, 3.0%~4.0%이다.

Nb：0%를 초과하고 0.5% 이하

Nb는, C와 결합하여 극히 고경도의 MC형 탄화물을 정출하는 원소이기 때문에, 0%를 초과하여 첨가한다. 한편, Nb를 주체로 하는 MC형 탄화물은, 용탕에 비해 비중이 크기 때문에, 예를 들어 원심력 주조에 의해 외층을 제작한 경우, 외주측에 편석되어 버린다. 이 때문에, 본 발명에서는, 후술대로, Nb%/V%＜0.1로 제한하고 있기 때문에, Nb의 상한은, V의 1/10인 0.5% 이하로 한다. 바람직하게는, 0.002%~0.3%이다.

잔부 Fe 및 불가피적 불순물

본 외층재는, 잔부가 실질적으로 Fe이며, 용제 시에 불가피적으로 혼입되는 불순물은 주철재의 특성에 영향을 미치지 않는 범위에서 그 함유는 허용된다. 또한, P, S는 모두 재질의 인성을 저하시키기 때문에, 적을 수록 바람직하고, 양자 모두 0.2% 이하로 억제하는 것이 보다 바람직하다.

상기 외층 성분은, 개개의 성분 범위 외에, 이하의 조건을 만족한다.

조건 (a) Nb%/V%＜0.1

본 조건은, 내마모성을 높이기 위한 MC형 탄화물을 형성하는 V와 Nb에 있어서, 용탕보다 정출 온도가 높고 초정(初晶)으로서 정출되기 쉬운 Nb를 주체로 하는 MC형 탄화물의 양을 억제하기 위한 조건이다. 초정으로서 정출된 Nb를 주체로 하는 MC형 탄화물은, 응고가 진행되어 있지 않은 용탕 내에서 이동하기 쉬운 상태에 있으며, 또한 용탕에 대해 비중이 크기 때문에, 원심력 주조에 의해 편석을 일으키기 쉽다. 특히, 탄화물 형성 원소가 많은 본 외층재에 있어서, 내크랙성에 필요한 흑연을 정출시키기 위해서는, 탄화물 형성 원소인 Cr, Mo, V의 함유량의 증가에 수반하여, C를 많이 함유시킬 필요가 있다. 그러나, 원심력 주조에 의해 외층을 형성하는 경우, C량이 높으면 용탕과의 비중차가 있는 MC형 탄화물이 다량으로 정출되어, 편석을 초래하기 쉽다. 그래서 본 발명에서는, 상기와 같이 저Cr량으로 함과 함께, 조건 (a) Nb%/V%＜0.1로 제한함으로써, Nb를 주체로 하는 MC형 탄화물의 초정으로서의 정출을 억제하고, 또한 V를 주체로 하는 MC형 탄화물 중에 Nb를 고용시킴으로써, 용탕에 대해 비중이 작은 V를 주체로 하는 MC형 탄화물의 비중을 용탕에 가깝게 할 수 있어, MC형 탄화물의 편석을 방지할 수 있다.

조건 (b) 2.1×C%+1.2×Si%-Cr%+0.5×Mo%+(V%+Nb%/2)≤13.0%

종래, 탄화물 형성 원소 농도를 높인 고합금 반주철재에 있어서, 내마모성을 높이기 위해 MC형 탄화물을 많이 정출시키고, 동시에 흑연을 안정적으로 정출시키기 위해, C 및 Si를 많이 함유시키고 있었다. 그러나, MC형 탄화물을 형성하는 V나 Nb의 농도를 높게 해도, C량을 낮게 함으로써 과잉하게 MC형 탄화물이 정출되는 것을 억제할 수 있는 것을 찾아냈다. 본 조건은, MC형 탄화물의 정출량을 제어하여, 편석을 억제하기 위한 조건이다. MC형 탄화물이 편석되지 않기 위해서는, 용탕에 대해 비중이 작은 V를 주체로 하는 MC형 탄화물과, 용탕에 대해 비중이 큰 Nb를 주체로 하는 MC형 탄화물을 고려하여, MC형 탄화물의 비중을 용탕에 가깝게 할 필요가 있다. V의 원자량은 50.94, Nb의 원자량은 V의 대략 2배인 92.91이며, 또, MC형 탄화물의 형성 효과에 관하여, 동일한 효과를 얻으려면, Nb는 V의 2배 필요하다. 따라서, 본 조건 (b)에서는, 상기 조건 (a)로 조정된 V와 Nb에 대해서, V당량(V%+Nb%/2)을 기준(계수 1.0)으로 하고, 이것에 대한 C, Si, Cr, Mo량을 각각 규정했다. C는, 흑연의 정출, MC형 탄화물의 형성 원소로서 V당량에 대해 2.1배로 하고 있다. 또, Si는 흑연 정출 촉진 원소로서 필요하기 때문에 흑연 정출량을 확보하기 위해 V당량에 대해 1.2로 하고 있다. Cr(원자량：52.0)은, V와 원자량이 가깝기 때문에 V당량에 대한 계수를 1.0으로 하지만, C를 소비하여 탄화물을 형성해도 편석 형성을 억제하는 효과가 있기 때문에, 다른 탄화물 형성 원소와는 반대의 효과로서 「-」의 계수로 했다. Mo(원자량：95.94)는, 원자량이 V의 약 2배인 것, 또, V에 비해 MC형 탄화물을 형성하기 어렵기 때문에, V당량에 대한 계수를 0.5로 했다. MC형 탄화물의 편석에 대한 작용, 효과에 의거하여 다양한 실험 데이터를 바탕으로 조건 (b) 식 좌변의 합의 상한을 13.0%로 설정함으로써 MC형 탄화물의 편석을 억제할 수 있는 것을 찾아냈다. 조건 (b)의 바람직한 상한은 12.5%이다.

상기 조건 (a) 및 (b)를 만족함으로써, 외층에 있어서의 고경도의 MC형 탄화물의 편석을 억제하여, 외층의 외주측으로부터 내주측까지 대략 균등하게 MC형 탄화물을 분산시킬 수 있기 때문에, 내마모성, 내표면거침성, 내사고성의 향상을 도모할 수 있다.

상기 외층은, W를 더 함유시킬 수 있다. W는 Mo와 동일한 작용을 하지만, 원심력 주조법의 경우, 라미네이션 편석을 형성하는 경향이 있기 때문에, W：0%를 초과하고 3.0% 이하로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 2.0% 이하이다.

그리고, W를 함유하는 경우 상기 조건 (b)는, 이하의 조건 (b')가 된다.

조건 (b') 2.1×C%+1.2×Si%-Cr%+0.5×(Mo%+W%/2)＋(V%+Nb%/2)≤13.0%

Mo의 원자량은 95.94, W의 원자량은 Mo의 대략 2배인 183.8이기 때문에, Mo당량으로 환산하면, W는 Mo의 2배 필요하다. 따라서, 본 조건 (b')에서는, 상기 조건 (b)에 대해, Mo당량(Mo%+W%/2)으로 했다. 또한, 조건 (b')도 바람직한 상한은 12.5%이다.

또한, 상기 외층은, MC형 탄화물 면적률이 4.0%~11.0%인 것이 바람직하다. MC형 탄화물의 면적률이 4.0% 미만이면 외층은 내마모성 향상의 효과가 불충분해지는 경우가 있다. 또, 흑연과의 공존 관계에 의해 MC형 탄화물의 면적률을 11.0% 초과로 하는 것은 곤란하기 때문이다.

또한, 외층의 흑연 면적률을 0.5%~5.0%로 조정하는 것이 바람직하다. 흑연의 면적률이 0.5% 미만에서는 외층의 내소부성 향상의 효과가 불충분하고, 수축 사고 시에 열충격에 의한 크랙, 및 소부를 발생시킨다. 소부는 하중을 집중시키기 때문에, 크랙의 진전을 현저하게 앞당겨 버린다. 외층에 흑연을 정출시킴으로써, 수축 사고 시에 열충격을 받음으로써 발생하는 크랙의 진전을 억제할 수 있어, 외층의 내크랙성을 높일 수 있다. 예를 들어, 정출되는 흑연량은, 외층 용탕에 Fe-Si, Ca-Si 등의 접종제를 첨가함으로써 조정할 수 있다. 한편, 흑연의 면적률이 5.0%를 초과하면, 외층의 내마모성 및, 기계적 성질은 현저하게 저하될 우려가 있다.

또, 상기 외층은, B를 더 함유시킬 수 있다. 이 경우, 0.1% 초과 함유하면 기계적 성질의 저하가 현저하기 때문에, 그 상한을 0.1%로 한다. 0.05% 이하로 하는 것이 바람직하다.

[실시예]

고주파 유도 용해로에서, 표 1에 나타내는 각종 성분의 합금 용탕을 용제하고, 원심력 주조를 행하여 외층재를 제작했다. 표 1 중, 발명예는, 발명예 1~발명예 13, 비교예는 비교예 1~비교예 9이며, 각각 용탕 성분 조성을 기재하고 있다. 또, 이와 함께 조건 (a), 조건 (b)(단, W를 함유하는 경우에는 조건 (b'))를 계산했다.

또한, 표 1 중, 각 외층재에 대해서, 함유하지 않는 성분 또는 함유할 가능성은 있지만 검출 불가인 성분은 「-」로 하고 있다. 또, 표 1 및 측정, 시험 결과를 나타내는 표 2에 있어서, 본 발명 범위를 만족하지 않는 성분, 조건, 본 발명의 바람직한 측정값, 시험 결과로부터 벗어나는 값 또는 발명예에 대해 크게 떨어지는 값에는, 그 이해를 시각적으로 높이기 위해 별표를 부가하고 있다.

외층재는, 발명예, 비교예 모두, 원심력 주조 시의 금형 회전수 GNo.를 100G~200G로 하고, 주입 온도를 1250℃~1360℃로 했다. 외층재는, 외경 300mm이며 길이 200mm인 것, 외경 570mm~800mm이며 길이 1100mm~2500mm인 것이다. 그리고, 각 외층재를 400℃~600℃로 뜨임을 수회 반복한 후, 각 외층재로부터 200mm×200mm의 공시재를 채취했다. 또한, 850℃ 이상의 γ화 열처리 및, 담금질, 뜨임을 실시해도 된다.

얻어진 공시재에 대해서, 이하에 나타내는 대로, MC형 탄화물의 편석의 유무, 흑연 면적률, MC형 탄화물 면적률, 소부 하중 및 마모량을 측정했다. 또한, 다음에 설명하는 MC형 탄화물의 편석이 보여진 비교예 1 내지 비교예 5에 대해서는, 비교예 3 및 비교예 4만 흑연 면적률 등을 측정했다.

우선, MC형 탄화물의 편석, 흑연 면적률 및 MC형 탄화물 면적률을 측정하기 위해, 각 공시재를 입도 240의 샌드 페이퍼를 이용하여 연마하고, 길이 방향 단면에 있어서의 전체 길이의 범위에 대해서, 연마 후의 공시재에 질산 수용액의 에칭 처리를 실시하여, 매크로 조직 사진을 촬영했다. 또, 매크로 조직 사진을 촬영한 후, 공시재에 알루미나 버프 연마를 실시하여, 미크로 조직 사진을 촬영했다. 참고를 위해, 도 1 및 도 2에 발명예 9와 비교예 4의 매크로 조직 사진, 도 3 내지 도 5에 발명예 4, 발명예 9 및 비교예 4의 길이 방향 단면에 있어서의 외주측으로부터 20mm 위치의 미크로 조직 사진, 도 6에 비교예 4의 길이 방향 단면에 있어서의 내주측 근방의 미크로 조직 사진을 나타낸다. MC형 탄화물은, 경질이기 때문에, 알루미나 버프 연마했을 때에 다른 탄화물보다 돌출되어, 그 조직 사진에서는 돌출된 MC형 탄화물의 그림자가 촬영되어 있다. 또, 미크로 조직 사진 중, 흑색의 덩어리는 흑연이다.

＜MC형 탄화물의 편석＞

MC형 탄화물의 편석은, 얻어진 매크로 조직 사진에 의거하여 평가했다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1(발명예 9)은, 공시재의 길이 방향 단면에 MC형 탄화물의 편석은 인정되지 않는다. 한편, 도 2(비교예 4)에서는, 공시재의 내주측, 즉, 도 2의 하측에 진하게 부식된 영역이 인정된다. 이것은, MC형 탄화물이 편석된 것이다. 비교예 4의 길이 방향 단면에 있어서의 외주측과 내주측의 미크로 조직 사진(도 5 및 도 6)을 참조하면, 도 5의 외주측은 MC형 탄화물이 성긴데 반해, 도 6의 내주측은 MC형 탄화물이 조밀한 것으로부터도, 비교예 4에 MC형 탄화물이 내주측에 편석되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 용탕 비중에 대해 경량의 MC형 탄화물이 과잉하게 정출되어, 원심력 주조 시에 그 비중차에 의해 내측에 응집했기 때문이다. 비교예 4와 같이, 외층재의 내주측에 MC형 탄화물이 편석되면, 그 내측에 중간층이나 내층 등의 축심재를 주입한 경우에도 편석층은 재용해되기 어렵기 때문에, 경계에 잔존하여 용착 이상을 일으키며, 내사고성을 저하시키기 때문에, 압연용 복합 롤의 외층으로서 적합하지 않다. 또한, 도 1에 나타내는 발명예 9의 공시재에 대해서도, 내주측 약 20mm의 범위에 내주측과는 상이한 조직이 관찰되지만, 이 층은 비교적 저융점의 최종 응고층이기 때문에, 일부 수축소를 수반하지만, 축심재를 주입했을 때에 재용해되어, 건전하게 용착되기 때문에 문제는 없다.

동일한 요령으로, 각 공시재의 매크로 조직 사진으로부터 MC형 탄화물의 편석의 유무를 조사했다. 그리고, 얻어진 각 조직 사진을 바탕으로, MC형 탄화물의 편석이 없는 것을 평가 「1(없음)」, 있는 것을 평가 「2(있음)」라고 했다. 결과를 표 2 「MC형 탄화물의 편석」에 나타낸다.

표 2를 참조하면, 발명예는 모두 평가 「1(없음)」이며, MC형 탄화물의 편석이 인정되지 않는 것을 알 수 있다. 이것은, 발명예가 모두 조건 (a)와 조건 (b) 또는 (b')를 만족하기 때문이다. 특히, 조건 (a)인 V와 Nb의 함유량의 질량비를 만족함으로써, V를 주체로 하는 MC형 탄화물에 Nb가 고용됨으로써, 용탕에 비해 비중이 큰 Nb를 주체로 하는 MC형 탄화물의 정출을 억제하여, MC형 탄화물의 비중이 용탕의 비중 가까이로 조정되어 있다. 그 뿐만 아니라, 조건 (b)의 식을 만족하는 합금 조성으로 함으로써, MC형 탄화물의 편석을 크게 저감할 수 있던 것이다. 이것에 의해, 발명예의 외층을 가지는 압연용 복합 롤의 MC형 탄화물의 편석에 기인하는 내마모성, 내표면거침성 및 내사고성을 향상시킬 수 있던 것을 알 수 있다.

한편, 비교예는, 비교예 1 내지 5는 평가 「2(있음)」였다. 비교예 1이나 비교예 2, 비교예 5에 있어서, 평가가 「2(있음)」였던 것은, MC형 탄화물을 형성하는 V와 Nb 농도가 적절해도, 이들 비교예는 전체적으로 C 농도나 Cr 농도에 대한 양이 조건 (b)를 만족하고 있지 않고, 과잉하게 정출된 MC형 탄화물이 편석되었기 때문이다. 특히, 비교예 2와 비교예 5는, 각 원소의 성분 범위는, 본 발명의 범위에 포함되지만, 조건 (b)를 만족하고 있지 않음으로써 MC형 탄화물의 편석을 일으킨 것을 알 수 있다. 비교예 3에 관해서는, V량이 많아, 용탕 비중에 대해 경량의 MC형 탄화물이 정출되어 편석을 일으켰기 때문이다. 또, 비교예 4는, V량이 적은 한편 Nb량이 많아, 조건 (b) 뿐만 아니라, 조건 (a)도 만족하지 않고, 그 결과, 용탕 비중에 대해 무거운 MC형 탄화물이 정출되어 편석을 일으켰기 때문이다.

＜흑연 면적률(%)＞

다음에, 얻어진 공시재에 대해서, 길이 방향 단면의 외주측의 미크로 조직을 상기와 동일한 요령으로 사진 촬영하고, 흑연량을 흑연 면적률로서 측정했다. 또한, 이후의 측정, 시험으로부터, MC형 탄화물의 편석이 확인된 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 5는 제외했다.

발명예 4, 발명예 9 및 비교예 4의 공시재에 대해서, 외층재의 내주측의 미크로 조직 사진을 도 3 내지 도 5에 각각 나타낸다. 결과를 표 2 「흑연 면적률」에 나타낸다. 표 2를 참조하면, 발명예는 모두 흑연 면적률이 0.5%~5.0%로 조정되어 있다. 또, 비교예 4, 비교예 7, 비교예 9도 흑연 면적률이 0.5%에서 5.0%로 조정되어 있다. 흑연 면적률이 상기대로 조정됨으로써, 열충격에 의해 외층재에 발생하는 크랙의 진전을 흑연에 의해 방해할 수 있어, 외층재의 내크랙성을 높일 수 있다.

비교예 6과 비교예 8은 모두 흑연의 정출은 인정되지 않았다. 이것은, 비교예 6, 비교예 8의 Cr%가 높기 때문이다.

＜MC형 탄화물 면적률(%)＞

공시재의 내주측의 미크로 조직 사진(예를 들어 도 3 내지 도 5 참조)으로부터, MC형 탄화물량을 MC형 탄화물 면적률에 의해 측정했다. 결과를 표 2 「MC형 탄화물 면적률」에 나타낸다. 표 2를 참조하면, 발명예는, 모두 MC형 탄화물량이 4.0%~11.0%의 범위로 조정되어 있으며, 우수한 내마모성을 가지고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 4, 비교예 7 내지 비교예 9는 MC형 탄화물 면적률이 4.0% 미만이기 때문에, 내마모성의 점에서 떨어지는 것을 알 수 있다.

＜소부 하중(N)＞

소부 하중은, 고속 팔렉스형 마모 시험기(신코 조기제, 제품명：고속 팔렉스형 마찰 시험기)로 측정했다. 시험은, 각 공시재로부터 원기둥형의 시험편(직경 10mm, 길이 35mm)을 채취하고, 공시편을 200rpm으로 회전시키면서, SUS430제의 2개의 V블록 사이에 끼우고, 하중을 상승 속도 100N/sec로 부하하면서, 15N/9초의 속도로 하중이 1500N에 이를 때까지 상승시킨다. 이 동안에 있어서의 토크의 변곡점을 소부 하중으로서 평가했다. 소부 하중이 높을 수록, 내소부성이 좋다. 시험 결과를 표 2 「소부 하중」에 나타낸다. 표 2를 참조하면, 발명예는 모두 소부 하중이 높고, 비교예에 비해 충분한 내소부성을 구비하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 4, 비교예 7, 비교예 9는 소부 하중이 충분하지 않고, 내소부성이 떨어지는 것을 알 수 있다.

＜마모량(μm)＞

마모량은, 상기의 고속 팔렉스형 마모 시험기로 측정했다. 시험은, 각 공시재로부터 원기둥형의 시험편(직경 10mm, 길이 35mm)을 채취하고, 공시편을 200rpm으로 회전시키면서, SS400제의 2개의 V블록 사이에 끼우고, 하중을 상승 속도 100N/sec로 부하하면서, 하중이 1000N에 이른 시점에서 30분간 하중을 유지함으로써 행했다. 시험 후, 시험편과 V블록의 접촉면의 마모량을 측정했다. 결과를 표 2 「마모량」에 나타낸다. 표 2를 참조하면, 발명예는 모두 마모량이 작게 억제되어 있어, 충분한 내마모성을 구비하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 4, 비교예 7 내지 비교예 9는 마모량이 크고, 내마모성이 떨어지는 것을 알 수 있다. 이것은, 내마모성의 향상에 필요한 MC형 탄화물량이 면적률로 4.0% 미만이기 때문이다.

＜종합 평가＞

상기 각 측정, 시험 결과를 참조하면, 발명예는 모두 MC형 탄화물의 편석이 보여지지 않음으로써 축심재와의 용착 이상을 억제할 수 있어, 압연용 복합 롤로서 내사고성을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 흑연 면적률 및 MC형 탄화물 면적률이 각각 원하는 범위로 조정되어 있기 때문에, 소부 하중, 마모량에 있어서도 압연용 복합 롤의 외층으로서 극히 양호한 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 압연용 복합 롤은, 외층이 내마모성, 내크랙성 및 내사고성이 우수하기 때문에, 롤의 내용(耐用) 수명을 늘릴 수 있으며, 이것에 의해 롤 비용의 저감을 도모할 수 있고, 또한 롤 재고 관리의 안정화에 공헌한다. 본 발명 압연용 복합 롤은, 특히, 조업 안정성이 요구되는 열간 마무리 압연의 후단 스탠드에 대한 적용에 적합하다.

상기 설명은, 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 특허 청구의 범위에 기재된 발명을 한정하거나, 혹은 범위를 한축하는 바와 같이 해석해서는 안되다. 또, 본 발명의 각 부 구성은, 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 범위 내에서 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.

Claims

외층을 가지는 원심력 주조제 압연용 복합 롤로서,
상기 외층은, 질량%로, C：2.2%~2.90%, 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%를 초과하고 0.5% 이하, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물이며,
조건 (a)：Nb%/V%＜0.1,
조건 (b)：2.1×C%+1.2×Si%-Cr%+0.5×Mo%+(V%+Nb%/2)≤13.0%
를 만족하는 것을 특징으로 하는 압연용 복합 롤.
청구항 1에 있어서,
상기 외층의 Mo는, 1.55%~3.0%인, 압연용 복합 롤.
외층을 가지는 원심력 주조제 압연용 복합 롤로서,
상기 외층은, 질량%로, C：2.2%~2.90%, 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%, W：0%를 초과하고 3.0% 이하, V：2.5%~5.0%, Nb：0%를 초과하고 0.5% 이하, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물이며,
조건 (a)：Nb%/V%＜0.1,
조건 (b')：2.1×C%+1.2×Si%-Cr%+0.5×(Mo%+W%/2)＋(V%+Nb%/2)≤13.0%
를 만족하는 것을 특징으로 하는 압연용 복합 롤.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외층은, 또한, 질량%로, B：0%를 초과하고 0.1% 이하를 함유하는, 압연용 복합 롤.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외층은, 흑연 면적률이 0.5%~5.0%인, 압연용 복합 롤.
청구항 4에 있어서,
상기 외층은, 흑연 면적률이 0.5%~5.0%인, 압연용 복합 롤.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외층은, MC형 탄화물 면적률이 4.0%~11.0%인, 압연용 복합 롤.
청구항 4에 있어서,
상기 외층은, MC형 탄화물 면적률이 4.0%~11.0%인, 압연용 복합 롤.
청구항 5에 있어서,
상기 외층은, MC형 탄화물 면적률이 4.0%~11.0%인, 압연용 복합 롤.
청구항 6에 있어서,
상기 외층은, MC형 탄화물 면적률이 4.0%~11.0%인, 압연용 복합 롤.