TWI577461B

TWI577461B - 輥外層材及熱軋用複合輥

Info

Publication number: TWI577461B
Application number: TW103106711A
Authority: TW
Inventors: Kenji Ichino; Tetsuo Mochida; Hiromitsu Shibata
Original assignee: Jfe Steel Corp
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2017-04-11
Also published as: JP5949596B2; TW201446351A; CN105121043B; BR112015019928A2; US20150376748A1; KR20150110733A; CA2899293C; BR112015019928B1; EP2962776A1; JP2014168783A; CN105121043A; EP2962776B1; KR101785182B1; CA2899293A1; US9708695B2; EP2962776A4; WO2014132628A1; ES2629413T3

Description

輥外層材及熱軋用複合輥

本發明係關於一種用以構成鋼板之熱軋精軋(hot rolling finishing mill)用熱軋用複合輥(composite roll for hot rolling)外層(outer layer)的輥外層材(roll outer layer material)；及具有由該輥外層材所構成外層的熱軋用複合輥。

近年隨鋼板熱軋技術的進步，輥的使用環境正趨於更嚴苛化。又，近年諸如高強度鋼板、薄壁品等軋延負荷(rolling load)較大的鋼板生產量正增加中。因而，發生因熱軋用輥的軋延面疲勞所造成表皮劣化(surface deterioration)、碎屑瑕疵(chipping)情形變多。另外，此處的熱軋用輥係指精軋所使用的工輥。

現今的熱軋大多採用藉由在鋼中添加數%量的V而使硬質碳化物大量產生，俾提升耐磨損性(abrasion resistance)的高速鋼輥(high-speed steel roll)。

例如專利文獻1、專利文獻2有提案高速系熱軋用輥外層材。專利文獻1所記載的熱軋用輥外層材，係含有：C：1.5~3.5%、Ni：5.5%以下、Cr：5.5~12.0%、Mo：2.0~8.0%、V：3.0~10.0%、Nb：0.5~7.0%。且，專利文獻1所記載的熱軋用輥外層材係以Nb、V及C的含有量滿足特定關係，更使Nb與V的比成為特定範圍內的方式，含有Nb及V。藉此，即便離心鑄造法(centrifugal casting method)，仍會抑制外層材的硬質碳化物(hard carbide)偏析(segregation)，成為耐磨損性(abrasion resistance)與耐龜裂性(crack resistance)優異的熱軋用輥外層材。

再者，專利文獻2所記載的熱軋用輥外層材，係含有： C：1.5~3.5%、Cr：5.5~12.0%、Mo：2.0~8.0%、V：3.0~10.0%、Nb：0.5~7.0%。且，專利文獻2所記載的熱軋用輥外層材係以Nb、V及C的含有量滿足特定關係，且依Nb與V的比成為特定範圍內的方式含有C、Nb及V。藉此，即便使用離心鑄造法，仍可抑制外層材的硬質碳化物偏析，提升熱軋用輥的耐磨損性與耐龜裂性。所以，專利文獻2所記載的技術針對效率佳施行熱軋具有貢獻。

但是，為求施行熱軋而成的製品之品質提升(improved quality)及生產性提升(increase in productivity)，熱軋用輥的使用環境趨於嚴苛化。又，對熱軋製品的表面品質(surface quality)要求亦趨於嚴格之同時，因為鋼板的連續軋延量亦增加，因而相較於磨損之下，抑制諸如表皮劣化等輥表面的疲勞損傷情形成為更大問題。

針對此項問題，專利文獻3有提案：含有C：2.2~2.6%、 Cr：5.0~8.0%、Mo：4.4~6.0%、V：5.3~7.0%、Nb：0.6~1.3%，且依Mo+V、C-0.24V-0.13Nb成為特定範圍內的方式，調整C、Mo、V、Nb含有量而成的離心鑄造製複合輥。該離心鑄造製複合輥在熱軋環境下的輥表層之耐疲勞性(fatigue resistance)優異。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開平04-365836號公報

專利文獻2：日本專利特開平05-1350號公報

專利文獻3：日本專利特開2009-221573號公報

然而，近年的軋延技術朝向軋延鋼板高品質化與高級化正依明顯速度進步發展。又，同時亦對軋延嚴格要求低成本化。依此，熱軋用輥的使用環境越趨嚴苛。特別係以熱軋用輥表面的粗大碳化物破壞為主因的表皮劣化、碎屑等，熱軋用輥表面的疲勞損傷(fatigue damages)發生便被視為問題。即便使用專利文獻3所揭示技術，確認到仍會發生上述疲勞損傷。

本發明係解決該習知技術的問題，目的在於提供：表層的耐疲勞性(此處，將抑制因熱軋而在輥表層部所產生的表皮劣化、碎屑等疲勞損傷的性能，稱「耐疲勞性」)優異之熱軋用輥外層材；以及使用該輥外層材形成外層的熱軋用離心鑄造製複合輥(composite roll for hot rolling produced through centrifugal casting)(本說明書中有稱「熱軋用複合輥」(composite roll for hot rolling)的情況)。

本發明者等為達成上述目的，進行因熱軋(hot-rolling)而發生表皮劣化、碎屑的輥表面之詳細觀察與調查，獲得表皮劣化、碎屑的原因在於產生(initiation)等值圓直徑超過50μm的粗大碳化物、及所傳播(propagation)的龜裂(crack)，導致輥表層遭破壞的重要發現。此處，本發明者等針對要如何控制碳化物形態(carbide morphology)，才能提升耐疲勞性(fatigue resistance)之事，遂就熱軋用複合輥外層表面的碳化物損傷形態(damage morphology)詳細調查等進行深入鑽研。結果，發現若等值圓直徑達50μm以上的粗大碳化物數變少，且微細碳化物(混雜有等值圓直徑3~30μm的各種尺寸碳化物)多數出現，則可明顯抑制熱軋用複合輥外層表面損傷的新事項。

本發明者等為使耐疲勞性明顯提升能技術性具體化，遂更進一步深入鑽研，結果得知粗大碳化物與微細碳化物的定量性最佳範圍。

再者，亦針對化學組成進行檢討，結果亦得知較佳成分範圍，且藉由依V量與(Cr+Mo)量滿足特定關係的方式調整各元素的含有量，便可明顯提升熱軋時的輥耐疲勞性等習知無法獲知的發現。

首先，針對本發明基礎的實驗結果進行說明。

為製作等值圓直徑達50μm以上的粗大碳化物數、與等值圓直徑3~30μm的微細碳化物數量有變化之熱軋滾動疲勞試驗片(hot rolling contact fatigue test specimens)素材，便利用高頻爐(high-frequency furnace)製作依質量%計，設定為C：1.9~2.9%、Si：0.3~0.9%、Mn：0.4~1.0%，且使Cr在3.7~13.6%範圍內、Mo在4.1~7.0%範圍內、V在4.5~8.1%範圍內、Nb在0~3.6%範圍內、Al在0~0.046%範圍內、及REM在0~0.027%範圍內變化，其餘部分由Fe及不可避免雜質構成的組成熔液，再利用離心鑄造法鑄造相當於輥外層材的環狀輥材(ring roll material)(外徑：250mm 、寬：75mm、壁厚：55mm)。此處，澆鑄溫度(casting temperature)係設為1450~1530℃，離心力(centrifugal force)係依重力倍數設為180G。又，經鑄造後，複數次實施從1050℃的淬火處理、530~560℃的回火處理，且將上述環狀輥材的蕭氏硬度(shore hardness)設為HS 80~87。

從所獲得環狀輥材採取熱軋滾動疲勞試驗片(外徑 60mm 、壁厚10mm)，實施能重現性佳評價實機操作時之熱軋用工輥(work roll for hot rolling)耐疲勞性的熱軋滾動疲勞試驗(日本專利特開2010-101752號所記載的試驗)。另外，熱軋滾動疲勞試驗片係利用使用0.2mm 焊線(wire)的放電加工法(electric spark forming)(焊線切割(wire cuting))，在外周面的2個地方導入圖3所示缺口(notch)(深度t：1.2mm、圓周方向長度L：0.8mm)。又，對熱軋滾動疲勞試驗片的滾動面(rolling contact surface)端部施行1.2C的倒角(chamfer the corners)。

熱軋疲勞試驗(fatigue test)係如圖3所示，利用具有缺口的試驗片(熱軋疲勞試驗片)、與經加熱對象材等2圓盤的滑動滾動疲勞方式(Slip rolling fatigue type)實施。即，如圖3所示，使試驗片(熱軋滾動疲勞試驗片)一邊水冷一邊依700rpm旋轉，對旋轉中的該試驗片，使經加熱至810℃的對象片(材質：S45C、外徑：190mm 、寬：15mm)，一邊依荷重980N壓接，一邊依滾滑比(slip ratio)：9%進行滾動。使滾動至被導入熱軋滾動疲勞試驗片中的2個缺口出現折損(breakage)為止，分別求取直到各缺口出現折損為止的滾動旋轉數，將其平均值設為「熱軋滾動疲勞壽命」(fatigue life)。而，若熱軋滾動疲勞壽命超過300千次的情況，評價為熱軋滾動疲勞壽命明顯優異。所獲得結果如圖1、圖2所示。圖1所示係熱軋滾動疲勞壽命(熱軋疲勞係指熱軋滾動疲勞。所以，耐熱軋疲勞性係指熱軋滾動疲勞壽命)、與上述粗大碳化物及微細碳化物每單位面積個數間之關係；圖2所示係熱軋滾動疲勞壽命、與(Cr(%)+Mo(%))/V(%)間之關係。

由圖1得知，隨等值圓直徑(circle equivalent diameters)3~30μm微細碳化物的量增加，熱軋滾動疲勞壽命會明顯提升。但是，若等值圓直徑達50μm以上的粗大碳化物量超過20個/mm²，則即便等值圓直徑3~30μm微細碳化物的量增加，但熱軋滾動疲勞壽命仍明顯降低。由此項結果(圖1)得知，為能確保達300千次以上的熱軋滾動疲勞壽命(熱軋滾動疲勞壽命明顯提升)，必需將等值圓直徑超過50μm的粗大碳化物量設定在20個/mm²以下，且將等值圓直徑3~30μm的微細碳化物量設定在500~2500個/mm²。

再者，若觀察化學組成的平衡，如圖2所示，若 (Cr(%)+Mo(%))/V(%)未滿1.5或超過2.4，則熱軋滾動疲勞壽命會明顯降低。此處，Cr與Mo係屬於容易造成粗大碳化物的元素，V則相反的屬於容易造成微細碳化物，且亦具有將上述粗大碳化物予以分斷．微細化的效果。就從此現象觀之，(Cr(%)+Mo(%))/V(%)係為改善碳化物形態俾提升熱軋滾動疲勞壽命的指數，屬於新發現的限定公式。

另外，根據本發明者等的檢討，若使用該熱軋滾動疲勞試驗，即可簡單地評價熱軋用輥材的熱軋滾動疲勞壽命。熱軋滾動疲勞壽命數越大，則即便在嚴苛軋延環境下使用時，仍可對熱軋用複合輥外層賦予不易發生表皮劣化、碎屑較少、具優異耐久性的輥外層材。

另外，輥的碳化物組織定量係依照以下方法實施。首先，將從輥使用初期的外表面，朝深度方向距20~25mm範圍的任意位置切取試料，針對其切斷面施行精整至鏡面研磨(mirror polishing)。其次，經研磨後的切斷面利用硝酸浸蝕液(natal)強力腐蝕，再利用光學顯微鏡(optical microscope)觀察碳化物為白色、基底為黑色。其次，使用影像解析裝置(image analysis device)依顯微鏡倍率100倍(螢幕上的倍率200倍)調查切斷面的碳化物形態。將等值圓直徑達50μm以上的粗大碳化物數、與等值圓直徑3~30μm的微細碳化物數設為定量值。另外，所觀察的視野面積(field of view area)係9mm²。

本發明係根據上述發現而完成。即本發明主旨係如下述。

[1]一種輥外層材，係熱軋用複合輥的外層所使用之鑄鐵系輥外層材(cast-iron roll outer layer material)；其中，等值圓直徑3~30μm微細碳化物係含有500~2500個/mm²，且等值圓直徑達50μm以上的粗大碳化物係存在20個/mm²以下。

[2]如[1]所記載的輥外層材，其中，具有依質量%計含有：C：2.4~2.9%、Si：0.2~1.0%、Mn：0.2~1.0%、Cr：4.0~7.5%、Mo：4.0~6.5%、V：5.3~7.0%、Nb：0.5~3.0%，且Cr、Mo、V的含有量係

滿足下述(1)式，其餘部分為Fe及不可避免雜質構成的組成：1.5≦(Cr+Mo)/V≦2.4．．．(1)

其中，Cr、Mo、V：各元素的含有量(質量%)

[3]如[2]所記載的輥外層材，其中，除上述組成外，更進一步依質量%計含有：Al：0.001~0.05%或REM：0.001~0.03%中之一種以上。

[4]一種熱軋用複合輥，係由外層與內層進行熔接一體化而成的熱軋用複合輥；其中，上述外層係由[1]至[3]所記載的輥外層材構成。

本發明的熱軋用複合輥係即便作用高軋延負荷、或者在連續軋延量較多的嚴苛熱軋環境下使用，仍不易發生表皮劣化、表層碎屑(surface chipping)等輥表面的熱軋疲勞損傷(因熱軋造成的疲勞損傷)。所以，根據本發明具有能兼顧表面品質明顯提升及輥壽命提升的效果。

根據本發明，可輕易製造耐疲勞性獲明顯提升的熱軋用複合輥。所以，根據本發明亦可全部達成熱軋鋼板的生產性提升、表面品質明顯提升、以及輥壽命提升。

圖1係熱軋滾動疲勞試驗的熱軋滾動疲勞壽命、與粒狀碳化物面積率及每單位面積的粗大碳化物個數間之關係圖。

圖2係熱軋滾動疲勞試驗的熱軋滾動疲勞壽命、與(Cr(%)+Mo(%))/V(%)間之關係圖。

圖3係熱軋滾動疲勞試驗所使用之試驗機的構成、熱軋滾動疲勞試驗用試驗片(疲勞試驗片)、及在熱軋滾動疲勞試驗用試驗片(疲勞試驗片)的外周面所導入之缺口形狀、尺寸之示意說明圖。

本發明的輥外層材係屬於離心鑄造製，可直接形成環輥、套筒輥(sleeve roll)。又，本發明的輥外層材可適用為熱精軋用的較佳熱軋用複合輥之外層材。又，本發明的熱軋用複合輥係由：經離心鑄造的外層、及與該外層呈熔接一體化的內層構成。另外，亦可在外層與內層(inner layer)之間配設中間層。即，亦可取代與外層呈熔接一體化的內層，改為與外層呈熔接一體化的中間層、及與該中間層呈熔接一體化的內層。此情況，可謂經由中間層而將外層與內層呈熔接一體化。另外，內層最好利用靜模鑄造法(static casting)製造。本發明中，內層、中間層的組成並無特別的限定，較佳係內層由球狀石墨鑄鐵(nodular graphite cast iron)構成，中間層由C：1.5~3質量%的高碳材構成。

其次，針對輥外層材(外層)較佳組成範圍的限定理由進行說明。另外，以下「質量%」在無特別聲明的前提下僅記為「%」。

C：2.4~2.9%

C係具有固溶而增加基底(base phase)的硬度，且與碳化物形成元素(carbide-forming element)結合形成硬質碳化物，而提升輥外層材耐磨損性的作用。配合C含有量，會對軋延使用特性構成影響的碳化物形態亦會有變化。此處，所謂「軋延使用特性」係指複合軋延時的輥外層材表面潤滑性與耐疲勞性，而作為軋延輥外層材的必要特性。若C含有量未滿2.4%時，碳化物量不足，在軋延時會有輥外層材表面的摩擦力增加，導致軋延呈不安定的情況。另一方面，C含有超過2.9%時，會使碳化物量過度增加，而形成連結的粗大碳化物，有造成耐疲勞性降低的情況。所以，C含有量較佳係限定在2.4~2.9%範圍內。又，當未含有Al、REM的情況，C含有量較佳係限定在2.7~2.9%範圍內。

Si：0.2~1.0%

Si係具有當作脫氧劑(deoxidizing agent)的作用，且屬於提升熔液鑄造性(casting performance)的元素。本發明中，Si含有量較佳係設為0.2%以上。又，即便Si含有量超過1.0%，但效果已達飽和，無法期待獲得搭配含有量的效果，反會因Si含有量的增加而導致費用增加，此部分不利於經濟效益。所以，Si含有量較佳係限定於0.2~1.0%範圍內。

Mn：0.2~1.0%

Mn具有將S形成MnS而固定，形成無害化的作用。又，Mn係屬於固溶於基底，具有提升淬火性(hardenability)效果的元素。為能獲得此項效果，Mn含有量較佳係0.2%以上。又，即便Mn含有量超過1.0%，但效果已達飽和，無法期待獲得搭配含有量的效果，反會因Mn含有量的增加而導致費用增加，此部分不利於經濟效益。又，若Mn含有量超過1.0%，會有輥材脆化的情況。所以，Mn含有量較佳係限定在0.2~1.0%範圍內。

Cr：4.0~7.5%

Cr係屬於具有與C結合主要形成共晶碳化物(eutectic carbide)，而提升耐磨損性，且在軋延時降低鋼板與輥外層材表面間的摩擦力，減輕輥表面的損傷，使軋延呈安定化之作用的元素。又，本發明中，Cr係具有適度固溶於粒狀碳化物(granular carbide)或基底中，而強化輥外層材的作用。為能獲得此項效果，Cr含有量較佳係設定達4.0%以上。另一方面，若Cr含有量超過7.5%，則粗大的共晶碳化物會過度增加，有導致耐疲勞性降低的情況。所以，Cr含有量較佳係限定在4.0~7.5%範圍內。

Mo：4.0~6.5%

Mo係屬於與C結合形成硬質碳化物，而提升耐磨損性的元素。又，Mo係固溶於硬質MC型碳化物中，而強化碳化物，且亦固溶於共晶碳化物中，使該等碳化物的破壞阻抗(fracture resistance)增加。藉由此種作用，Mo便可提升輥外層材的耐疲勞性。為能獲得此項效果，Mo含有量較佳係設定達4.0%以上。又，若Mo含有量超過6.5%，則會生成Mo主體的硬脆碳化物(hard and brittle carbide)，有導致耐疲勞性降低的情況。所以，Mo含有量較佳係限定在4.0~6.5%範圍內。

V：5.3~7.0%

因為V兼備耐磨損性與耐疲勞性，因而在本發明屬於重要元素。V會形成極硬質的粒狀碳化物(MC型碳化物)，而提升耐磨損性，且能有效作用使粗大共晶碳化物分斷、分散晶析(dispersedly crystallize)，明顯提升輥外層材之耐疲勞性的元素。此種效果係藉由將V含有量設為5.3%以上而顯著。又，若V含有超過7.0%，會使MC型碳化物粗大化，且有助長MC型碳化物出現離心鑄造偏析(centrifugal casting segregation)的情況，此情況下會導致熱軋用輥的諸項特性呈不安定。所以，V含有量較佳係限定在5.3~7.0%範圍內。

Nb：0.5~3.0%

Nb係屬於會固溶於粒狀MC型碳化物中而強化MC型碳化物，藉由與Mo共存而增加破壞阻抗的作用，便可提升耐疲勞性。又，Nb具有促進粗大共晶碳化物的分斷，抑制共晶碳化物破壞的作用，俾使輥外層材的耐疲勞性提升之元素。又，Nb係具有抑制MC型碳化物在離心鑄造時出現偏析的作用。此種效果係當Nb含有量達0.5%以上時趨於顯著。又，若Nb含有超過3.0%，則會促進熔液中的MC型碳化物成長，而有助長離心鑄造時的碳化物偏析情況。所以，Nb含有量較佳係限定在0.5~3.0%範圍內。更佳係0.5~2.0%。

Al：0.001~0.05%及REM：0.001~0.03%中之一種以上

Al、REM均具有強力促進粒狀碳化物生成的作用，增加微細碳化物的效果。所以，Al及REM能對輥外層材賦予優異的耐疲勞性。為能獲得此項效果，Al及REM中之至少1種較佳係合計含有0.001%以上。即便Al含有量超過0.05%、或REM含有量超過0.03%，但效果已達飽和，反更容易生成氣體缺陷(gas defect)。所以，較佳係含有Al：0.001~0.05%或REM：0.001~0.03%中之一種以上。

此處，REM係2種以上稀土族元素混合物的美鈰合金(misch metal)，當分析所有稀土族元素較為困難時，REM含有量亦可設為Ce分析值的2倍。

本發明中，Cr、Mo、V較佳係調整為含有上述含有範圍內、且滿足下述(1)式狀態。

1.5≦(Cr+Mo)/V≦2.4．．．．(1)

(其中，Cr、Mo、V：各元素的含有量(質量%))

當(Cr+Mo)量與V量的比未滿1.5，沒有滿足(1)式的情況，會有無法確保所需優異熱軋滾動疲勞壽命的情況。另一方面，若(Cr+Mo)量與V量的比超過2.4，則粗大共晶碳化物過度增加，會有熱軋滾動疲勞壽命明顯降低的情況。所以，(Cr+Mo)/V較佳係限定為1.5以上、且2.4以下。

上述成分以外的其餘部分係由Fe及不可避免的雜質構成。不可避免的雜質係可例示如：P：0.05%以下、S：0.05%以下、N：0.06%以下、B：0.03%以下、Ni：0.2%以下。

因為P會偏析於粒界，導致材質劣化，因而本發明中最好盡量降低P含有量。但，P含有量若在0.05%以下則可容許。

再者，S係形成硫化物系夾雜物存在而使材質降低，因而最好盡量降低S含有量。但，S含有量若在0.05%以下則可容許。

N係若屬於通常的熔解則混入0.01~0.06%左右。若屬此程度的N含有量，便不會對本發明效果造成影響。但，N會有導致在複合輥的外層與中間層、或中間層與內層的邊界處發生氣體缺陷之情況，因而N含有量最好限制於未滿0.05%。

再者，B係從屬於熔解原料(raw metal for melting metal) 的廢料(scrap)、或鑄造助熔劑(casting flux)等混入的元素，具有固溶於碳化物中而使碳化物脆弱化的作用。本發明中，B含有量最好儘可能降低。但，B含有量若在0.03%以下，便不會對本發明效果造成明顯的不良影響，故屬容許。

Ni係從屬於熔解原料的廢料混入之元素，會對輥外層材的淬火性構成影響，使經熱處理後的硬度、殘留應力(residual stress)產生變動(variation)。本發明最好儘可能降低Ni含有量。但，若Ni含有量在0.2%以下，則就輥製造而言係容許。

其次，針對本發明熱軋用複合輥的較佳製造方法進行說明。

本發明中，輥外層材的製造方法係採用能源成本(energy costs)低的廉價離心鑄造法。

首先，在內面被覆著1~5mm厚之以鋯石(zircon)等為主材的耐火物且旋轉中的鑄模中，依成為既定壁厚的方式澆注(pouring)上述輥外層材組成的熔液，而施行離心鑄造。此處，鑄模(casting mold)的旋轉數最好調整為對輥外表面所施加重力倍數成為120~220G範圍狀態。然後，當形成中間層時，於輥外層材凝固途中或完全凝固後，最好一邊旋轉鑄模，一邊澆注中間層組成的熔液而施行離心鑄造。在外層或中間層完全凝固後，最好停止鑄模旋轉經立起鑄模後，再將內層材靜模鑄造便形成複合輥。藉此，輥外層材的內面側會再熔解，形成外層與內層、或外層與中間層、中間層與內層呈熔接一體化的複合輥。

另外，靜模鑄造的內層最好使用鑄造性與機械的性質均優異的球狀石墨鑄鐵、毛毛蟲狀石墨鑄鐵(VC鑄鐵)等。離心鑄造製的輥因為外層與內層呈一體熔接，因而外層材成分會有1~8%左右混入於內層。若外層材所含的Cr、V等碳化物形成元素混入於內層，內層便會脆弱化。所以，外層成分朝內層的混入率最好抑制於未滿6%。

再者，形成中間層時，中間層材最好使用石墨鋼(graphite steel)、高碳鋼(high-carbon steel)、亞共晶鑄鐵(hypoeutectic cast iron)等。中間層與外層依成為相同的方式施行一體熔接，外層成分依10~95%範圍混入於中間層。就從抑制外層成分朝內層的混入量觀點，外層成分對中間層的混入量盡可能降低之事係屬重要。

本發明的熱軋用複合輥經鑄造後，最好施行熱處理。熱處理最好施行1次以上包括有下述步驟的處理：加熱至950~1150℃再施行空冷或吹風空冷(air blast cooling)的步驟；以及更進一步加熱保持於450~600℃後再施行冷卻的步驟。

另外，本發明熱軋用複合輥的較佳硬度係79~88HS、更佳硬度係80~87HS。為能安定確保此種硬度，建議調整鑄造後的熱處理。

[實施例1]

將表1所示輥外層材組成的熔液，利用高頻爐(high-frequency furnace)熔解，並利用離心鑄造法形成環狀試驗材(環輥；外徑：250mm 、寬：75mm、壁厚：55mm)。另外，澆鑄溫度係設為1430~1550℃，離心力係依重力倍數設為180G。經鑄造後，施行從1050℃的淬火處理，再施行540~560℃的回火處理，將硬度調整為79~86HS。從所獲得環狀試驗材採取微觀組織觀察用試驗片與疲勞試驗片，實施微觀組織觀察(observation of microstructure)及熱軋滾動疲勞試驗。試驗方法係如下述。

(1)熱軋滾動疲勞試驗

從所獲得環狀試驗材採取圖3所示形狀的疲勞試驗片(外徑60mm 、壁厚10mm、有倒角)。在疲勞試驗片中於外周面的2個地方，利用使用0.2mm 焊線的放電加工(焊線切割)法，導入如圖3所示缺口(深度t：1.2mm、圓周方向長度L：0.8mm)。

熱軋滾動疲勞試驗係如圖3所示，依熱軋滾動疲勞試驗片與對象材等2圓盤滑動滾動方式實施，將熱軋滾動疲勞試驗片一邊水冷一邊依700rpm旋轉，對旋轉中的該試驗片，使經加熱至810℃的對象片(材質：S45C、外徑：190mm 、寬：15mm)，一邊依荷重980N壓接，一邊依滾滑比：9%進行滾動。使滾動至被導入熱軋滾動疲勞試驗片中的2個缺口出現折損為止，分別求取直到各缺口出現折損為止的滾動旋轉數，將其平均值設為「熱軋滾動疲勞壽命」。將熱軋滾動疲勞壽命超過300千次的情況，評價為熱軋滾動疲勞壽命明顯優異。

所獲得結果如表2所示。

本發明例相較於比較例之下，熱軋滾動疲勞壽命均獲明顯提升。

另外，比較例M、R、S、U、V係等值圓直徑3~30μm的微細碳化物較少，熱軋滾動疲勞壽命差。又，比較例L、M、N、P、Q、S、T因為等值圓直徑超過50μm的粗大碳化物過剩存在，因而在粗大碳化物中傳播龜裂，導致熱軋滾動疲勞特性明顯降低。又，比較例W係微小碳化物數過度增加，在相靠近的碳化物中傳播龜裂，導致熱軋滾動疲勞壽命明顯降低。

Claims

一種輥外層材，係熱軋用複合輥的外層所使用之鑄鐵系輥外層材；其特徵在於，具有依質量%計含有C：2.4~2.9%、Si：0.2~1.0%、Mn：0.2~1.0%、Cr：4.0~7.5%、Mo：4.0~6.5%、V：5.3~7.0%、Nb：0.5~3.0%，且Cr、Mo、V的含有量係滿足下述(1)式，其餘部分為Fe及不可避免雜質構成的組成：1.5≦(Cr+Mo)/V≦2.4‧‧‧(1)其中，Cr、Mo、V：各元素的含有量(質量%)；等值圓直徑3~30μm微細碳化物係含有500~2500個/mm²，且等值圓直徑達50μm以上的粗大碳化物係存在20個/mm²以下。
如申請專利範圍第1項之輥外層材，其中，除上述組成外，更進一步依質量%計含有Al：0.001~0.05%及REM：0.001~0.03%中之任一者或二者。
一種熱軋用複合輥，係由外層與內層進行熔接一體化而成者；其特徵在於，上述外層係由申請專利範圍第1或2項之輥外層材構成。