TWI655295B

TWI655295B - Roller outer layer for hot rolling and composite roll for hot rolling

Info

Publication number: TWI655295B
Application number: TW106123209A
Authority: TW
Inventors: 岩田直道; 鈴木健史; 松村祥一
Original assignee: 日商Ｊｆｅ鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2016-09-07
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2019-04-01
Also published as: EP3479915B1; KR20190029716A; EP3479915A1; EP3479915A4; KR102234330B1; BR112019003360A2; WO2018047444A1; TW201812028A; CN109641250B; JPWO2018047444A1; CN109641250A; JP6292362B1

Abstract

本發明之目的是要提供：可確保耐磨損性，並且可減少輥子表面的凹坑狀的瑕疵之耐表面粗糙性優異的熱軋用輥子外層材，以及熱軋用複合輥子。

本發明的熱軋用輥子外層材的特徵為：其組成分以質量%計，含有C：2.0~3.0%、Si：0.2~1.0%、Mn：0.2~1.0%、Cr：4.0~7.0%、Mo：3.0~6.5%、V：5.0~7.5%、Nb：0.5~3.0%、Ni：0.05~3.0%、Co：0.2~5.0%、W：0.5~5.0%，並且C、Cr、Mo、V、Nb、Ni、W的含量，係符合下列數式(1)的關係，其餘部分是Fe以及不可避免的雜質，基質組織的85%以上是回火麻田散鐵組織及回火變韌鐵組織之其中至少一種組織，回火麻田散鐵或回火變韌鐵的短徑是0.5~3.0μm，0.05≦(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)+(%Ni)≦4.0 數式(1)

此處的%C、%V、%Nb、%Cr、%Mo、%W、%Ni是表示各元素的含量(質量%)。

Description

熱軋用輥子外層材以及熱軋用複合輥子

本發明是關於熱軋用複合輥子，尤其是關於適用於鋼板的熱軋精製輥軋機的熱軋用輥子外層材以及熱軋用複合輥子。

近年來，隨著鋼板熱軋技術的進步，軋輥的使用環境也更趨嚴酷化，此外，高強度鋼板和薄型鋼板之類的輥軋負荷較大的鋼板的生產量也在增加中。因此，在輥軋用工作輥子身上發生：起因於輥軋面的疲勞所致的表面粗糙現象和缺損瑕疵的問題變多，因而必須要求具有較之以往更高水準的耐表面粗糙性和耐缺損性。目前是在熱軋時，大多採用：藉由添加數%量的V來形成大量的硬質碳化物，而可提昇耐磨損性的高速度工具鋼系輥子。

關於這種高速度工具鋼系輥子的外層材，例如：專利文獻1所提案的輥軋用輥子外層材，是含有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Nb以及V的含量必須符合Nb、V以及C含量的特定關係，同時Nb與V之兩者的比值必須落在特定的範圍內。如此一來，係可成為：即使應用離心鑄造法來進行製造時，亦可抑制外層材中的硬質碳化物的偏析，而且耐磨損性與耐龜裂性優異的輥軋用輥子外層材。又，專利文獻2所提案的輥軋用輥子外層材，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%，並且Nb以及V的含量，必須是Nb、V以及C的含量符合特定的關係，並且Nb與V之兩者的比值落在特定範圍內。如此一來，係可成為：即使應用離心鑄造法來進行製造時，亦可抑制外層材中的硬質碳化物的偏析，而且可提昇耐磨損性與耐龜裂性，對於提昇熱軋的生產性有很大貢獻的輥軋用輥子外層材。

另一方面，基於提昇熱軋製品的品質與提昇生產性的觀點考量，熱軋用輥子的使用環境更加嚴酷化，鋼板的連續輥軋量也在增加中。此外，對於熱軋製品的表面品質的更為嚴格。因此，比考慮到輥子的磨損性更為優先考慮的要如何抑制表面粗糙之類的輥子表面的疲勞損傷，已經成為重大的技術課題。針對於這種課題，專利文獻3所提案的離心鑄造製複合輥子，係將C、Mo、V、Nb的含量，在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%的範圍內，進一步調整為落在符合Mo+V、C-0.24V-0.13Nb的關係之特定範圍內，而成為在熱軋環境下之輥子表層的耐疲勞性優異的複合輥子。此外，專利文獻4所提案的輥軋用輥子外層材，係含有C：1.3~2.2%、Si：0.3~1.2%、Mn： 0.1~1.5%、Cr：2.0~9.0%、Mo：9.0%以下、V：4.0~15.0%、以及從W：20.0%以下、Ni：5.0%以下、Co：10.0%以下之中所選出的其中一種或兩種以上，其餘部分實質上是Fe以及不可避免的雜質，並且將在其組織中分散的碳化物的尺寸，選定在特定的範圍內。專利文獻4，係減少很容易形成粗大的碳化物之共晶碳化物的數量，因而可減少凹坑狀的瑕疵。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開平04-365836號公報

專利文獻2：日本特開平05-1350號公報

專利文獻3：日本特開2009-221573號公報

專利文獻4：日本特許第3962838號

然而，近年來的輥軋技術，係朝向：輥軋鋼板的高品質化與高級化，以明顯的速度不斷地進步當中。同時，對於輥軋也嚴格地追求低成本化，因而輥子的使用環境愈趨嚴酷。所以傳統之只著眼在碳化物身上之輥子材質的設計，已經無法減輕凹坑狀瑕疵的發生了。

本發明是有鑒於上述情事而進行開發完成的，其目的是要提供：可確保耐磨損性，並且可減輕輥子表面的凹坑狀瑕疵之耐表面粗糙性優異的熱軋用輥子外層材以及熱軋用複合輥子。

本發明人等乃針對於：形成在熱軋用輥子表面的凹坑狀瑕疵的發生處所進行詳細的調查。其結果，得知：凹坑狀的瑕疵，共晶碳化物(主要是M₂C系、M₆C系、M₇C₃系以及M₂₃C₆系碳化物)所產生的龜裂在基質組織中進行傳播，而缺損形成凹坑狀。因此，想出了：若要減輕凹坑狀瑕疵的話，除了以往所著眼的碳化物種類、大小之外，有效的作法，是要降低在基質組織中進行傳播之龜裂的傳播速度，進而完成了本發明。換言之，針對於：影響輥子外層材的耐熱間轉動疲勞性和基質組織的尺寸的各種因素進行研究的結果，獲得了以往未知的創見，就是：藉由各元素的成分範圍的調整、以及將各元素的含量調整成可使得各元素符合特定的關係，係可顯著地提昇熱軋時的耐疲勞性。此外，也獲得了另一種創見，就是：藉由控制基質組織的尺寸，可更顯著地提昇熱軋時的耐疲勞性。

首先，說明作為本研究的基礎之實驗結果。

先利用高頻感應加熱爐熔解出熔融金屬液，該熔融金屬液的組成分，以質量%計，是將各元素含量在下列範圍內加以改變，Si：0.1~1.5%、Mn：0.1~1.5%、C：1.6~3.5%、Cr：3.5~9.0%、Mo：2.1~7.0%、V： 4.1~8.5%、Nb：0.3~4.6%、Ni：0.02~3.6%、Co：0.3~8.0%、W：0.2~8.0%，其餘部分是Fe以及不可避免的雜質，並且利用離心鑄造法進行鑄造成：與輥子外層材相當的環狀輥子材(外徑：250mm 、寬度：65mm、厚度：55mm)。此外，將澆鑄溫度設在1450℃~1530℃，將離心力設在：180G，剛好是環狀輥子材的外周部的重力倍數。鑄造後，實施淬火硬化處理、回火處理，將硬度製作成HS：78~86。此外，淬火硬化處理，是先將溫度加熱到1070℃，然後進行空冷。此外，回火處理是以530~570℃的溫度，根據熔融金屬液成分的不同，分成兩次或三次來實施，以使得殘留沃斯田鐵量低於低於10體積%。

從所製得的環狀輥子材身上採取熱軋疲勞試驗片(外徑60mm 、厚度10mm)，實施了曾經在日本特開2010-101752公報中所揭示的熱軋疲勞試驗，該熱軋疲勞試驗係顯示出：實際的熱軋用作業輥子的耐疲勞性具有良好的再現性。此外，藉由使用直徑為0.2mm 的焊線的放電加工(焊線切割)法，在疲勞試驗片的外周面上的兩個地方，進行切割而導入如第1圖所示的凹口(深度t：1.2mm、周方向長度L：0.8mm)。此外，在疲勞試驗片的滾動面的端部，實施了1.2C的倒角加工。

如第1圖所示，熱軋疲勞試驗，是將具有凹口的試驗片(熱軋疲勞試驗片)與被加熱後的對手材之兩個圓盤，旋轉暨打滑轉動方式來進行的。亦即，如第1圖所示，將試驗片(熱軋疲勞試驗片)1利用冷卻水2一邊進行水冷，一邊使其以700rpm的迴轉數進行旋轉。同時，將利用高頻感應加熱線圈3加熱至800℃的對手片(材質：S45C，外徑：190mm ，寬度：15mm)4，以施加980N的荷重的條件下，抵接在旋轉中的該試驗片1，並且在打滑率為9%的條件下，使對手片進行轉動。在這種狀態下，使熱軋疲勞試驗片1進行轉動，直到被導入在其外周面上的兩個凹口5折損為止，分別求出各凹口折損時的轉動迴轉數，將兩者的平均值當作熱軋疲勞壽命。並且，將熱軋疲勞壽命超過35萬轉的情況，評判為：熱軋疲勞壽命非常優異。

此外，針對於所製得的環狀輥子材，進行組織觀察。組織觀察，是從自環狀輥子材的外表面起算朝內10mm的內部任意位置，採取10×10×5mm(5mm是在環狀輥子材的厚度方向)的組織觀察試驗片，並且針對於10×10mm的面進行鏡面研磨，使用硝酸蝕刻液(5體積%硝酸+乙醇)進行10秒左右的腐蝕之後，使用光學顯微鏡來進行觀察。

此外，為了測定回火麻田散鐵或回火變韌鐵的短徑(短軸長度)，從所製得的環狀輥子材的外表面起算朝內10mm的內部任意位置，採取測定試驗片(5mm×10mm×5mm)，針對於5mm×10mm的面進行鏡面研磨，實施了電子背向散射繞射(EBSD)測定。利用電子背向散射繞射法(EBSD)，以加速電壓為15kV，步進量為0.1μm的條件，針對10000μm²以上的領域進行了測定。在與相鄰的測定點之間的方位差為15°以上之處畫上境界線，如第2圖所示，將被境界線所圍繞的領域視為一個結晶，在測定面上對於長徑為5μm以上之20個結晶的短徑進行測定，並且算出其平均值。

針對於得到的結果，將熱軋疲勞壽命與(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)+(%Ni)之關係顯示於第3圖，將熱軋疲勞壽命與回火麻田散鐵或回火變韌鐵的短徑之關係顯示於第4圖。

從第3圖可以得知：(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)+(%Ni)的數值如果是0.05以上或4.0以下的話，熱軋疲勞壽命係有顯著的提昇。此處，V、Cr、Mo、Nb、W是很容易形成碳化物的元素，(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)是表示：固溶在基質中的碳量。因此，(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)+(%Ni)就是：固溶在基質中的碳量與Ni量的總和，藉由將這個值調整到適正的範圍，基質中的龜裂的傳播速度將會變慢，而可獲得熱軋疲勞壽命優異的輥子外層材。此外，藉由控制成符合上述成分範圍，且將基質組織的回火麻田散鐵或變韌鐵的結晶大小控制在第4圖所示的範圍內，可顯著地提昇熱軋疲勞壽命。

本發明是基於上述創見而開發完成的，其要旨如下所述。

[1]一種熱軋用輥子外層材，其特徵為：其組成分以質量%計，含有C：2.0~3.0%、Si：0.2~1.0%、Mn：0.2~1.0%、Cr：4.0~7.0%、Mo：3.0~6.5%、V：5.0~7.5%、Nb：0.5~3.0%、Ni：0.05~3.0%、Co：0.2~5.0%、W：0.5~5.0%，並且C、Cr、Mo、V、Nb、Ni、W的含量，係符合下列數式(1)的關係，其餘部分是Fe以及不可避免的雜質，基質組織的85%以上是回火麻田散鐵組織及回火變韌鐵組織之其中至少一種組織，回火麻田散鐵或回火變韌鐵的短徑是0.5~3.0μm，0.05≦(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)+(%Ni)≦4.0 數式(1)

[2]一種熱軋用複合輥子，其係外層與內層融合一體化而成的熱軋用複合輥子，其特徵為：前述外層是由上述[1]所述的熱軋用輥子外層材所形成的。

根據本發明，可製造出：龜裂的傳播速度明顯地降低的熱軋用輥子外層材以及熱軋用複合輥子。其結果，也可獲得：可減少表面粗糙和缺損之類的因為進行熱軋而產生的輥子表面損傷，而可達成延長連續輥軋的距離和提昇輥子壽命之效果。

1‧‧‧試驗片(熱軋疲勞試驗片)

2‧‧‧冷卻水

3‧‧‧高頻感應加熱線圈

4‧‧‧對手片

5‧‧‧凹口

第1圖是將熱間轉動疲勞試驗使用的試驗機的結構、熱間轉動疲勞試驗用試驗片(疲勞試驗片)、以及被導入在熱間轉動疲勞試驗用試驗片(疲勞試驗片)的外周面的凹口的形狀、尺寸，以示意方式顯示的說明圖。

第2圖是顯示：將本發明的實施方式的熱軋用輥子外層材以EBSD法進行測定的結果之圖。

第3圖是顯示：熱軋疲勞試驗中的熱軋疲勞壽命與(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)+(%Ni)之關係的圖。

第4圖是顯示：熱軋疲勞試驗中的熱軋疲勞壽命與回火麻田散鐵或變韌鐵的短徑之關係的圖。

本發明的熱軋用輥子外層材，是利用公知的離心鑄造法或連續澆鑄堆積法之類的鑄造法來製造的，雖然也可以直接就當作：環形輥子、套筒輥子，但是，比較適合用來作為：熱間精製輥軋用的熱軋用複合輥子的外層材。又，本發明的熱軋用複合輥子，是由：外層、以及與該外層融合一體化的內層所構成的。此外，亦可在外層與內層之間，配置有中間層。換言之，亦可以：與外層融合一體化的中間層以及該中間層融合一體化的內層，來取代與外層融合一體化的內層。在本發明中，雖然並未特別限定內層、中間層的組成分，但是，內層是採用球狀石墨鑄鐵(球墨鑄鐵)或鍛鋼為宜；中間層是採用C：1.5~3.0質量%的高碳材為宜。

首先，說明限定本發明的熱軋用複合輥子的外層(外層材)的組成分的理由。此外，在以下的說明當中針對於質量%單純記載成%。

C：2.0~3.0%

C是會發生固溶而使基質硬度增加，並且具有與碳化物形成元素結合而形成硬質碳化物，來提昇輥子外層材的耐磨損性之作用。隨著C含量的多寡，共晶碳化物量將會改變。共晶碳化物是會影響輥軋的使用特性。因此，如果C含量低於2.0%的話，共晶碳化物量將會不足，將會增加輥軋時的摩擦力，導致輥軋變得不穩定，並且固溶在基質組織中的C量太低，因而導致耐熱間轉動疲勞性變差。另一方面，如果C含量高於3.0%的話，碳化物變粗大化，共晶碳化物量將會過度增加，導致輥子外層材太過硬質而容易脆化，將會促進疲勞龜裂的發生和成長，使得耐疲勞性變差。因此，將C含量限定在2.0~3.0%的範圍。更好是在2.1~2.8%。

Si：0.2~1.0%

Si具有脫氧劑的作用，並且是用來提昇熔融金屬液的鑄造性之元素。為了獲得這種效果，含量必須是0.2%以上。另一方面，即使含量高於1.0%，效果已趨飽和，無法獲得與含量相應的效果，經濟性變差，有時候也會導致基質組織脆化。因此，將Si含量限定在0.2~1.0%。更好是在0.3~0.7%。

Mn：0.2~1.0%

Mn是可將S變成MnS而予以固定下來，具有可使S變得無害化的作用，並且一部分的Mn會固溶在基質組織，是具有提昇淬火硬化性的效果之元素。為了獲得這種效果，Mn含量必須是0.2%以上。另一方面，即使Mn含量高於1.0%，效果已趨飽和，無法獲得與含量相應的效果，有時候也會導致材質脆化。因此，將Mn含量限定在0.2~1.0%。更好是在0.3~0.8%。

Cr：4.0~7.0%

Cr會與C結合而主要是形成共晶碳化物，而可提昇耐磨損性，並且在輥軋時可降低與鋼板的摩擦力，可減輕輥子的表面損傷，是具有可使輥軋趨於穩定化的作用之元素。為了獲得這種效果，Cr含量必須是在4.0%以上。另一方面，如果Cr含量高於7.0%的話，粗大的共晶碳化物將會增加，因而導致耐疲勞性變差。因此，將Cr含量限定在4.0~7.0%的範圍。更好是在4.3~6.5%。

Mo：3.0~6.5%

Mo會與C結合而形成硬質的碳化物，是用來提昇耐磨損性的元素。此外，Mo可固溶在V、Nb與C結合之硬質的MC型碳化物中而可強化碳化物，並且也會固溶在共晶碳化物中，而使得這些碳化物的抗破壞性增加。經由這樣的作用，Mo係可提昇輥子外層材的耐磨損性、耐疲勞性。為了獲得這種效果，Mo含量必須是在3.0%以上。另一方面，Mo含量高於6.5%的話，將會生成以Mo為主體的硬脆性碳化物，導致耐熱間轉動疲勞性變差，耐疲勞性也變差。因此，將Mo含量限定在3.0~6.5%的範圍。更好是在3.5~6.0%。

V：5.0~7.5%

V是用來使得輥子兼具有耐磨損性與耐疲勞性，是本發明中的重要元素。V係可形成極硬質的碳化物(MC型碳化物)而可提昇耐磨損性，並且具有可將共晶碳化物分斷而有效地使其分散地晶析出來的作用，可提昇耐熱間轉動疲勞性，是可顯著地提昇輥子外層材的耐疲勞性之元素。這種效果是在V含量為5.0%以上時變明顯。另一方面，如果V含量高於7.5%的話，將會使MC型碳化物變得粗大化，因而導致輥軋用輥子的各種特性變得不穩定。因此，將V含量限定在5.0~7.5%的範圍。更好是在5.2~7.0%。

Nb：0.5~3.0%

Nb是可經由：固溶於MC型碳化物中來強化MC型碳化物，而使MC型碳化物的抗破壞性增加的作用，來提昇耐磨損性，尤其是提昇耐疲勞性。Nb與Mo都是藉由固溶於碳化物中來使得耐磨損性與耐疲勞性的提昇更為顯著。此外，Nb可促進共晶碳化物的分斷，具有可抑制共晶碳化物的破壞之作用，是可提昇輥子外層材的耐疲勞性之元素。此外，Nb也兼具有：可抑制MC型碳化物在離心鑄造時偏析出來的作用。這種效果是在Nb含量為0.5%以上時變明顯。另一方面，如果Nb含量高於3.0%的話，將會促進熔融金屬液中的MC型碳化物的成長，導致耐熱間轉動疲勞性惡化。因此，將Nb含量限定在0.5~3.0%的範圍。更好是在0.8~1.5%。

Ni：0.05~3.0%

Ni是可固溶於基質中，而可降低在熱處理中之沃斯田鐵的變態溫度，是可提昇基質的淬火硬化性之元素。為了獲得這種效果，Ni含量必須是在0.05%以上。另一方面，如果Ni含量高於3.0%的話，沃斯田鐵的變態溫度變得太低，而且淬火硬化性也被提昇，因而，在熱處理後很容易有沃斯田鐵殘留下來。如果有沃斯田鐵殘留下來的話，在熱軋中容易發生龜裂等的現象，將會導致耐熱間轉動疲勞性變差。因此，將Ni含量限定在0.05~3.0%的範圍。此外，基於所謂的「即使熱處理中的冷卻速度太慢，依然可使得基質組織的結晶粒徑保持微細化」之作業上的容易性的考量，更好是在0.2~3.0%。

Co：0.2~5.0%

Co是會固溶於基質中而特別是在高溫中可強化基質而具有提昇耐疲勞性的作用之元素。為了獲得這種效果，Co含量必須是在0.2%以上。另一方面，如果Co含量高於5.0%的話，效果已趨飽和，無法獲得與含量相應的效果，經濟性變差。因此，將Co含量限定在0.2~5.0%的範圍。更好是在0.5~3.0%。

W：0.5~5.0%

W是會固溶於基質中而特別是在高溫中可強化基質而具有提昇耐疲勞性的作用之元素，而且會形成M₂C或M₆C系的碳化物，可提昇耐磨損性。為了獲得這種效果，W含量必須是在0.5%以上。另一方面，W含量超過5.0%的話，不僅效果已趨飽和，也會形成粗大的M₂C或M₆C系的碳化物，導致耐熱間轉動疲勞性變差。因此，將W含量限定在0.5~5.0%的範圍。更好是在1.0~3.5%。

本發明是在上述範圍內含有：C、Cr、Mo、V、Nb、Ni、W，並且必須調整其含量來符合下列的數式(1)的關係。

0.05≦(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)+(%Ni)≦4.0 數式(1)

此處的%C、%V、%Nb、%Cr、%Mo、%W、%Ni是表示：各元素的含量(質量%)。

藉由將(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)+(%Ni)中的各元素含量，調整成符合上述數式(1)的關係，可顯著地增加：折損滾動數，耐熱間轉動疲勞性將會顯著地提昇。(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)+(%Ni)是用來提昇耐熱間轉動疲勞性的驅動力的重要因素，如果落在上述數式(1)的範圍外的話，耐熱間轉動疲勞性將會惡化。V、Cr、Mo、Nb、W是容易生成碳化物的元素，(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)是表示：固溶於基質中的碳量。因此，(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)+(%Ni)就是固溶於基質中的碳量與Ni量的總和，藉由將這個數值調整在適正的範圍的話，可獲得：基質中的龜裂的傳播速度較慢之熱軋疲勞壽命優異的輥子外層材。因此，在本發明中，乃將(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)+(%Ni)予以調整成符合上述數式(1)的關係。

上述成分以外的其餘部分是Fe以及不可避免的雜質。

又，在本發明中，基質組織的85%以上是回火麻田散鐵及回火變韌鐵組織的至少其中一種組織，且回火麻田散鐵或回火變韌鐵的短徑是落在0.5~3.0μm的範圍為宜。殘留沃斯田鐵和波來鐵組織的百分率太多的話，耐熱間轉動疲勞性將會變差，因此，在基質組織中，回火麻田散鐵及變韌鐵組織的至少其中一種組織的含量是85%以上為宜，基於耐熱間轉動疲勞性的觀點考量，含量是90%以上更好。此外，其餘部分係可舉出：殘留沃斯田鐵及波來鐵的至少其中一種。此外，為了使得基質組織的85%以上都是回火麻田散鐵及變韌鐵的至少其中一種，只要先加熱到500~570℃並且加以保持之後，然後，藉由進行冷卻工序的反覆次數的多寡來進行控制即可。

又，如果是回火麻田散鐵或回火變韌鐵的短徑小於0.5μm的這種成分系的話，變態溫度太低，即使反覆進行回火，也難以降低殘留沃斯田鐵的數量，在進行熱軋途中有可能發生起因於殘留沃斯田鐵的龜裂現象，耐熱間轉動疲勞性將會變差。此外，如果回火麻田散鐵或回火變韌鐵的短徑大於3.0μm的話，基質組織的龜裂傳播速度很快，耐熱間轉動疲勞性將會變差。因此，將基質組織的回火麻田散鐵或回火變韌鐵的短徑限定在0.5~3.0μm的範圍為宜。基於耐熱間轉動疲勞性的觀點考量，是限定在0.5~2.0μm的範圍更好。又，為了獲得這種範圍的短徑，只要控制組成分以及冷卻速度，來使得基質的變態溫度落在200~400℃的範圍內即可。

其次，說明本發明的熱軋用複合輥子之合宜的製造方法。

在本發明中，輥子外層材的製造方法，最好是利用公知的離心鑄造法或連續澆鑄堆積法之類的鑄造法來進行製造。此外，在本發明中，當然是不限定只有這些方法而已。

利用離心鑄造法來進行鑄造輥子外層材的話，首先，是在旋轉的鑄模內注入具有上述的輥子外層材組成分的熔融金屬液，直到既定的厚度為止，而該鑄模的內面則是披覆著厚度1~5mm之以鋯石等作為主材質的耐火物，並且進行離心鑄造。此時，鑄模的迴轉數，是設定在可使得加諸在輥子外表面的重力倍數落在120~220G的範圍內為宜。並且，如果是要形成中間層的話，則是在輥子外層材的凝固途中或者完全凝固之後，一邊旋轉鑄模一邊注入中間層組成分的熔融金屬液來進行離心鑄造為宜。外層或中間層完全凝固之後，停止鑄模的旋轉，將鑄模豎立起來，讓內層材進行靜置鑄造，因而製作成複合輥子為宜。如此一來，輥子外層材的內面側將會再熔解，而成為外層與內層、或者外層與中間層、中間層與內層融合一體化的複合輥子。

此外，進行靜置鑄造的內層，是使用鑄造性與機械性質優異的球狀石墨鑄鐵、芋蟲(毛毛蟲的幼蟲)狀石墨鑄鐵(CV鑄鐵)等為宜。離心鑄造製的輥子，因為是外層與內層形成一體融合，因此外層材的成分會有1~8%左右混入到內層。含在外層材內的Cr、V等的碳化物形成元素混入到內層的話，會使內層脆弱化。因此，必須將外層成分混入到內層的混入率控制成低於6%為宜。

又，如果要形成中間層的話，中間層材是使用石墨鋼、高碳鋼、亞共晶鑄鐵等為宜。中間層與外層同樣地一體融合，外層成分將會在10~95%的範圍內，混入到中間層。因此，基於減少外層成分混入內層的混入量的觀點考量，儘可能在事前就降低混入中間層之外層成分的混入量的作法是很重要。

本發明的熱軋用複合輥子，在鑄造後是實施熱處理為宜。熱處理是進行下列工序為宜。亦即，先加熱到950~1100℃後進行空冷或吹風空冷的工序；以及再度加熱到500~570℃並加以保持之後，進行兩次以上的冷卻工序。此時，可配合不同的組成分來調整冷卻速度，以使變態溫度落在200~400℃的範圍內，如此一來，就可獲得前述之較佳的短徑大小。此外，再加熱到500~570℃並加以保持之後，依據反覆進行的冷卻工序的次數的不同，基質組織中的回火麻田散鐵及回火變韌鐵的至少其中一種的量將會改變，因此，只要將冷卻工序的反覆次數，設定成：基質組織的85%以上將會是回火麻田散鐵及回火變韌鐵的至少其中一種即可。此外，本發明的熱軋用複合輥子的合宜硬度是79~88HS(蕭氏硬度)，更好的硬度是80~86HS。如果硬度低於80HS的話，耐磨損性會惡化，相反地，硬度高於86HS的話，將難以利用研磨車削方式將熱軋中形成在熱軋用輥子表面的龜裂予以除去。為了能夠穩定地確保這種硬度，必須調整鑄造後的熱處理溫度、熱處理時間。

[實施例]

利用高頻感應加熱爐熔製出：表1所示的輥子外層材組成分的熔融金屬液，利用離心鑄造法鑄造成環狀試驗材(環狀輥子；外徑：250mm 、寬度：65mm、厚度：55mm)。此外，澆鑄溫度設定在1450~1530℃，離心力是設定在：讓環狀輥子材的外周部成為重力倍數之180G。鑄造後，以淬火硬化溫度：1070℃進行再加熱，進行空冷之後，進行淬火硬化處理，而回火處理則是以溫度：530~570℃，並可使得殘留沃斯田鐵量低於10%(以體積%計)的方式，依成分的不同而實施兩次或三次，並且將硬度調整到78~86HS。從製得的環狀試驗材身上採取出：硬度試驗片、熱間轉動疲勞試驗片以及EBSD測定用試驗片，實施了硬度試驗、熱間轉動疲勞試驗以及組織觀察試驗。

針對於製得的硬度試驗片，依據日本工業規格JIS Z 2244的規定，使用維氏硬度計(試驗力：50kgf(490N))來測定維氏硬度HV50，再根據日本工業規格JIS換算表，換算成蕭氏硬度HS。此外，測定點是設成各10點，將最高值和最低值去除之後，計算出平均值，將其視為該試驗材的硬度。

熱間轉動疲勞試驗方法，則是如下所述。從製得的環狀試驗材的身上採取出熱間轉動疲勞試驗片(外徑60mm ，厚度10mm，有做倒角加工)。在熱間轉動疲勞試驗片身上，係如第1圖所示，在外周面上的兩個地方(分開180°的位置上)，使用直徑0.20mm 的焊線，利用放電加工(焊線切割)法，導入兩個凹口(深度t：1.2mm，周方向長度L：0.8mm)。熱間轉動疲勞試驗，係如第1圖所示般地，是以讓試驗片與對手材的兩個圓盤進行打滑轉動的方式來實施的。將試驗片1以冷卻水2一邊進行水冷，一邊使其以迴轉數為700rpm的方式進行旋轉，將利用高頻感應加熱線圈3加熱到800℃後的對手片(材質：S45C，外徑：190mm ，寬度：15mm、C1倒角)4以980N的荷重，一邊接觸於正在旋轉中的該試驗片1，一邊以9%的打滑率，使該對手片進行轉動。並且持續使其進行轉動，直到被導入熱間轉動疲勞試驗片1外周面上的兩個凹口5折損為止，分別求出各凹口折損時的轉動迴轉數，並且將其平均值當作熱軋疲勞壽命。將熱軋疲勞壽命超過35萬轉的情況，評判為熱軋疲勞壽命非常優異。

組織觀察，是先從環狀輥子材的外表面起算之10mm內部的任意位置內，採取出10×10×5mm(5mm是在環圈的厚度方向上)的組織觀察試驗片，並且對於10×10mm的面進行鏡面研磨，再以硝酸蝕刻液(5體積%硝酸+乙醇)進行10秒左右的腐蝕處理，然後使用光學顯微鏡觀察金屬組織。

回火麻田散鐵或回火變韌鐵的短徑(短軸長度)的測定方法，是先從製得的環狀輥子材的外表面起算10mm內部的任意位置，採取出供進行測定的EBSD測定試驗片(5mm×10mm×5mm)，並且對於5mm×10mm的面進行鏡面研磨，利用EBSD測定而求得。是以加速電壓為15kV，步進量為0.1μm的條件，針對10000μm²以上的領域進行了EBSD測定。使用所測得的資料，如第2圖所示，在與相鄰的測定點之間的方位差為15°以上之處畫上境界線，將被境界線所圍繞的領域視為一個結晶，在測定面上對於長徑為10μm以上之20個結晶的短徑進行測定，並且算出其平均值。

將所獲得的結果標示於表2。

本發明例都顯示出：熱軋疲勞壽命顯著增加，都具有超過35萬轉以上的優異的熱軋疲勞壽命。此外，組織觀察的結果，可以確認出本發明例的每一個例子都是：基質組織的85%以上是回火麻田散鐵及回火變韌鐵組織的其中至少一種。

因此，根據本發明，係可製造出：龜裂的傳播速度顯著的降低之熱軋用複合輥子。其結果，也可獲得：可減少表面粗糙和缺損之類的因為進行熱軋而產生的輥子表面損傷，而可達成延長連續輥軋的距離和提昇輥子壽命之效果。

Claims

一種熱軋用輥子外層材的特徵為：其組成分以質量%計，含有C：2.0~3.0%、Si：0.2~1.0%、Mn：0.2~1.0%、Cr：4.0~7.0%、Mo：3.0~6.5%、V：5.0~7.5%、Nb：0.5~3.0%、Ni：0.05~3.0%、Co：0.2~5.0%、W：0.5~5.0%，並且C、Cr、Mo、V、Nb、Ni、W的含量，係符合下列數式(1)的關係，其餘部分是Fe以及不可避免的雜質，基質組織的85%以上是回火麻田散鐵組織及回火變韌鐵組織之其中至少一種組織，回火麻田散鐵或回火變韌鐵的短徑是0.5~3.0μm，0.05≦(%C-%V×0.177-%Nb×0.129-%Cr×0.099-%Mo×0.063-%W×0.033)+(%Ni)≦4.0 數式(1)此處的%C、%V、%Nb、%Cr、%Mo、%W、%Ni是表示各元素的含量(質量%)。
一種熱軋用複合輥子，其係外層與內層融合一體化而成的熱軋用複合輥子，前述外層是由申請專利範圍第1項所述的熱軋用輥子外層材所形成的，前述內層是由球狀石墨鑄鐵、芋蟲狀石墨鑄鐵、鍛鋼之中的至少任一種所形成的。
如申請專利範圍第2項所述的熱軋用複合輥子，其中，在前述內層與前述外層之間具有中間層，前述中間層為C：1.5~3.0質量%的高碳材。