TWI725800B - 離心鑄造製輥軋用複合軋輥及其製造方法 - Google Patents

離心鑄造製輥軋用複合軋輥及其製造方法 Download PDF

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Abstract

提供一種離心鑄造製輥軋用複合軋輥，其具有與高速鋼系鑄鐵軋輥並駕齊驅的優異耐摩耗性、耐表皮粗糙性，並且，具有與高合金晶粒鑄鐵軋輥並駕齊驅的耐事故性。該離心鑄造製輥軋用複合軋輥具有外層與內層，前述外層之化學成分以質量比計為：C：1.0~3.0%、Si：0.3~3.0%、Mn：0.1~3.0%、Ni：0.1~6.0%、Cr：0.5~6.0%、Mo：0.5~6.0%、V：3.0~7.0%、Nb：0.1~3.0%、B：0.001~0.1%、N：0.005~0.070%，剩餘部分由Fe及不可避免的不純物所構成；該外層之化學組成滿足以下式(1)，並且，石墨結晶析出量以面積比計抑制在小於0.3%，具有以面積比計為1~15%之MC型碳化物；在前述外層與前述內層之邊界沒有直徑φ4mm以上之鑄造缺陷；50×N+V＜9.0・・・(1)。

Description

離心鑄造製輥軋用複合軋輥及其製造方法
發明領域 (相互參照關連申請案) 本案基於2019年4月3日在日本國申請之特願2019-071298號主張優先權，並在此援用其內容。
本發明是有關於一種耐摩耗性、耐裂痕性、耐表皮粗糙性優異的離心鑄造製輥軋用複合軋輥及其製造方法。
發明背景 近年來，在鐵鋼例如形鋼、薄板、厚板等熱輥軋領域中，逐漸要求提升鋼板板厚精度、提升表面品質。就連該輥軋用軋輥也開始要求高耐摩耗性，在製造薄鋼板之熱精輥軋機的前段中，開始發展適用高速鋼系鑄鐵軋輥。惟，在遇到絞入事故之機率高的熱精輥軋機後段中，在發生絞入事故時於軋輥表面會產生深的裂痕，在輥軋使用中等有時裂痕會進展並達到爆裂，因此，至今還是使用高合金晶粒鑄鐵軋輥為主。
前述高合金晶粒鑄鐵軋輥是由石墨、碳化物及基底組織所構成，就算遇到絞入事故也極少會有裂痕產生、進展，即有著耐事故性優異的特徴。惟，耐摩耗性相較於高速鋼系鑄鐵軋輥是顯著較差，故期望一種能兼具耐事故性與耐摩耗性的軋輥。
為了因應期望兼具耐事故性與耐摩耗性的軋輥之要求，專利文獻1揭示了一種耐燒黏性優異的熱輥軋用軋輥外層材，其特徵在於具有下述組成：以質量%計含有：C：1.8~3.5%、Si：0.2~2%、Mn：0.2~2%、Cr：4~15%、Mo：2~10%、V：3~10%，還有P：0.1~0.6%、B：0.05~5%，剩餘部分由Fe及不可避免的不純物所構成。專利文獻1記載：鑄造後，熱處理宜為以下的處理：加熱至800℃~1080℃後進行淬火的淬火處理，更在300~600℃施予回火處理1次以上。惟，專利文獻1所記載之軋輥因為P含量過高而有會在晶界偏析導致脆化之問題。又，在鑄造時，於外層與內層之邊界或者與中間層與內層之邊界容易產生微小鑄造缺陷，因而會有以下課題：在製造中破損頻率較高，又，製品中所殘留的微小缺陷在輥軋使用中成長、進展並達到爆裂之危險性較高。
又，專利文獻2揭示一種輥軋用複合軋輥，其特徵在於：具有外層及中間層、與內層分別熔接一體化的結構，所述外層及中間層由經離心鑄造的Fe基合金所構成而所述內層由延性鑄鐵所構成；前述外層以質量基準計具有以下組成：含有：1~3%的C、0.3~3%的Si、0.1~3%的Mn、0.5~5%的Ni、1~7%的Cr、2.2~8%的Mo、4~7%的V、0.005~0.15%的N、0.05~0.2%的B，剩餘部分由Fe及不可避免的不純物所構成；前述中間層含有0.025~0.15質量%的B；前述中間層之B含有率為前述外層之B含有率的40~80%，前述中間層之碳化物形成元素合計含量為前述外層之碳化物形成元素合計含量的40~90%。該專利文獻2記載：於鑄造後因應需要而施行淬火處理，並施行回火處理1次以上。回火溫度宜為480~580℃。惟，專利文獻2所記載的軋輥因為B含量高，會有在製造中產生裂痕之頻率較高、破損危險性較高之課題。又瞭解到，在輥軋使用時因為B的偏析層而會有表皮粗糙之課題。又，在鑄造時，於外層與內層之邊界或者於中間層與內層之邊界容易產生微小鑄造缺陷，因而會有以下課題：在製造中破損頻率較高，又，製品所殘留的微小缺陷在輥軋使用中成長、進展並達到爆裂之危險性較高。
又，專利文獻3揭示的輥軋用複合軋輥，是一種具有外層的離心鑄造製輥軋用複合軋輥，其特徵在於：前述外層以質量%計為：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：大於0且為0.5%以下，剩餘部分為Fe及不可避免的不純物，並滿足條件(a)：Nb%/V%＜0.1，條件(b)：2.1×C%+1.2×Si%-Cr%+0.5×Mo%+(V%+Nb%/2)≦13.0%。該專利文獻3記載：亦可實施850℃以上之γ化熱處理及淬火、回火。惟瞭解到，專利文獻3所記載的軋輥，其耐摩耗性相較於高速鋼軋輥是顯著較差，同時，因為石墨過量晶析(crystallize out)而會有表皮粗糙之課題。又，在鑄造時，於外層與內層之邊界或者於中間層與內層之邊界容易產生微小鑄造缺陷，因而會有以下課題：在製造中破損頻率較高，又，製品所殘留的微小缺陷在輥軋使用中成長、進展並達到爆裂之危險性較高。
先行技術文獻 專利文獻 專利文獻1：日本特許第4483585號 專利文獻2：國際公開第2018/147370號 專利文獻3：日本特許第6313844號
發明概要 發明所欲解決之課題 惟，在上述專利文獻1~3所記載的軋輥中，鑄造時於外層與內層之邊界或者於中間層與內層之邊界容易產生微小鑄造缺陷，因而會有以下課題：在製造中破損頻率較高，又，製品所殘留的微小缺陷在輥軋使用中成長、進展並達到爆裂的危險性較高。
有鑑於上述情事，本發明之目的在於提供一種離心鑄造製輥軋用複合軋輥及其製造方法，其具有與高速鋼系鑄鐵軋輥並駕齊驅的優異耐摩耗性、耐表皮粗糙性，並且，具有與高合金晶粒鑄鐵軋輥並駕齊驅的耐事故性。 用以解決課題之手段
為了達成前述目的，依照本發明，提供一種離心鑄造製輥軋用複合軋輥，具有外層與內層，其特徵在於： 前述外層之化學成分以質量比計為： C：1.0~3.0%、 Si：0.3~3.0%、 Mn：0.1~3.0%、 Ni：0.1~6.0%、 Cr：0.5~6.0%、 Mo：0.5~6.0%、 V：3.0~7.0%、 Nb：0.1~3.0%、 B：0.001~0.1%、 N：0.005~0.070%， 剩餘部分由Fe及不可避免的不純物所構成；該外層之化學組成滿足以下式(1)，並且，石墨結晶析出量以面積比計抑制在小於0.3%，具有以面積比計為1~15%之MC型碳化物；在前述外層與前述內層之邊界沒有直徑φ4mm以上之鑄造缺陷； 50×N+V＜9.0・・・(1)。
又，依照本發明，提供一種離心鑄造製輥軋用複合軋輥，具有外層、中間層、及內層，其特徵在於： 前述外層之化學成分以質量比計為： C：1.0~3.0%、 Si：0.3~3.0%、 Mn：0.1~3.0%、 Ni：0.1~6.0%、 Cr：0.5~6.0%、 Mo：0.5~6.0%、 V：3.0~7.0%、 Nb：0.1~3.0%、 B：0.001~0.1%、 N：0.005~0.070%， 剩餘部分由Fe及不可避免的不純物所構成；該外層之化學組成滿足以下式(1)，並且，石墨結晶析出量以面積比計抑制在小於0.3%，具有以面積比計為1~15%之MC型碳化物；在前述中間層與前述內層之邊界沒有直徑φ4mm以上之鑄造缺陷； 50×N+V＜9.0・・・(1)。
前述外層之化學成分以質量比計亦可含有下述中之1種以上： Ti：0.005~0.3%、 W：0.01~6.0%、 Co：0.01~2.0%、 S：0.3%以下。
又，依照另一觀點出發的本發明，提供一種離心鑄造製輥軋用複合軋輥的製造方法，是製造上述記載之離心鑄造製輥軋用複合軋輥的方法，其特徵在於：在離心鑄造法中外層澆鑄開始溫度(T1)與外層液相線溫度(T2)之關係滿足以下式(2)； 40℃≦T1-T2≦120℃・・・(2)。 發明效果
依照本發明，能防止鑄造時在外層與內層或在中間層與內層之邊界產生鑄造缺陷，因而能防止以下困擾：製造中的破損困擾、製品所殘留的邊界之微小缺陷在輥軋使用中成長並達到爆裂的困擾。結果，便能製造出一種離心鑄造製輥軋用複合軋輥，其兼具：與高速鋼軋輥並駕齊驅之優異耐摩耗性、耐表皮粗糙性還有與高合金晶粒鑄鐵軋輥並駕齊驅的耐事故性。本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥適合用在板條熱軋機，尤其適合用在要求作業安定性的熱精輥軋之後段軋台。
本發明的實施形態 用以實施發明之形態 以下，說明本發明之實施形態。另外，本說明書中，「%」之標記是表示「質量%」。
本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥具有供於輥軋的外層。更還在該外層之內側具有：中間層及內層，或者，由內層所構成的軸芯材。構成內層之內層材而言，可例示高級鑄鐵、延性鑄鐵等具強韌性的材料；構成中間層的中間層材而言，可例示水砷鋅石(adamite)材、石墨鋼。
經離心鑄造的外層是由Fe基合金所形成，該Fe基合金以質量比計含有：1.5~3.0%的C、0.3~3.0%的Si、0.1~3.0%的Mn、0.1~6.0%的Ni、0.5~6.0%的Cr、0.5~6.0%的Mo、3.0~7.0%的V、0.1~3.0%的Nb、0.001~0.1%的B、0.005~0.070%的N，剩餘部分為Fe及不可避免的不純物。
又，外層之組織是由下述所構成：(a)MC型碳化物、(b)以M3 C、M2 C、M7 C3 為主體的共晶碳化物、(c)基底、(d)其他；並含有1~15%之MC型碳化物。又，外層之組織雖亦可含有石墨，但不以存在石墨為必要，例如石墨結晶析出量抑制在小於0.3%。
(成分限定理由) 以下，首先針對本發明之外層的化學成分說明其限定理由。另外，在以下中未特別申明時，「%」之標記是表示「質量%」。
C：1.0~3.0% C主要會與Fe、Cr、Mo、Nb、V、W等結合而形成各種硬質碳化物。又，視情況有時也會形成石墨。還會固溶於基質(matrix)中而生成波來鐵、變韌鐵、麻田散鐵相等。越是大量含有，雖對提升耐摩耗性很有效，但大於3.0%時，便會形成粗大碳化物、石墨而導致韌性下降、表皮粗糙。又，小於1.0%時碳化物量少，且難以確保硬度而產生耐摩耗性劣化。據此，其範圍設為1.0~3.0%。較佳範圍為1.5~2.5%。
Si：0.3~3.0% Si是使熔湯脫氧來抑制產生氧化物缺陷所必須者。又具有提升熔湯流動性而防止鑄造缺陷之作用。小於0.3%時該效果會變得不充分，且外層之輥軋使用層中殘留鑄造缺陷之危險性會變高。據此，含有0.3%以上。惟，大於3.0%時會使韌性下降而導致耐裂痕性下降。據此，其範圍設為0.3~3.0%。較佳範圍為0.5~2.0%。
Mn：0.1~3.0% Mn以脫氧、脫硫作用為目的來添加。又，其會與S結合形成MnS。MnS由於具有潤滑作用，而有效防止被輥軋材燒黏。因此，宜以無副作用之範圍下含有MnS。Mn小於0.1%時此等效果不充分，又，大於3.0%時會使韌性下降。據此，其範圍設為0.1~3.0%。較佳範圍為0.3~1.2%。
Ni：0.1~6.0% Ni具有提升基底之淬火性的作用，且會防止冷卻中形成波來鐵並促進變韌鐵化而是一種有效達成基底強化的元素，故必須含有0.1%以上。然而，含有大於6.0%時，殘留沃斯田鐵量會變得過高而變得難以確保硬度，同時會有熱輥軋使用中產生變形、表皮粗糙等情況。據此，其範圍設為0.1~6.0%。較佳範圍為0.3~5.5%。
Cr：0.5~6.0% Cr是為了增加淬火性、增加硬度、增強抵抗回火軟化、使碳化物硬度安定化等而添加。然而，大於6.0%時共晶碳化物量會變得過高而耐表皮粗糙性、韌性會下降，故上限設為6.0%。另一方面，小於0.5%時會變得無法獲得前述效果。據此，其範圍設為0.5~6.0%。較佳範圍為1.0~5.5%。
Mo：0.5~6.0% Mo主要會與C結合形成硬質碳化物，有助於提升耐摩耗性同時會提升基底之淬火性，故必須含有最低0.5%以上。另一方面，大於6.0%時會形成粗大碳化物，而耐表皮粗糙性、韌性會下降。據此，其範圍設為0.5~6.0%。較佳範圍為0.7~5.5%。
V：3.0~7.0% V是一種在提升耐摩耗性上尤為重要之元素。即，V會與C結合，而是一種在形成有助於增大耐摩耗性的高硬度MC碳化物上很重要的元素。小於3.0%時MC碳化物量會不充分且耐摩耗性的提升變得不充分；大於7.0%時會形成一種低密度MC碳化物為初晶而單獨晶析之區域，在以離心力鑄造法進行製造之情況下，MC碳化物的密度比熔湯的密度還小，因而在外層與內層之邊界部或在中間層與內層之邊界部會發生重力偏析，並形成MC碳化物的凝集部。該MC碳化物的凝集部是導致在外層與內層之邊界部或在中間層與內層之邊界部產生鑄造缺陷之原因。據此，其範圍設為3.0~7.0%。較佳範圍為3.5~6.5%。
Nb：0.1~3.0% Nb幾乎不會固溶於基底中，其大致會形成高硬度的MC碳化物，而提升耐摩耗性。尤其，相較於添加V而產生的MC碳化物，添加Nb而產生的MC碳化物其與熔湯密度之差較小，故具有減輕離心鑄造導致重力偏析之效果。就Nb含量而言，小於0.1%時其效果不彰，含有超過3.0%時，MC碳化物會變得粗大，導致產生表皮粗糙、韌性下降。據此，其範圍設為0.1~3.0%。
B：0.001~0.1% B會固溶於碳化物並形成碳硼化物。碳硼化物具有潤滑作用而對防止被輥軋材的燒黏上很有效。就B含量而言，小於0.001%時其效果不彰，含有超過0.1%時，會於晶界偏析而導致產生表皮粗糙、韌性下降。據此，其範圍設為0.001~0.1%。
N：0.005~0.070% N雖具有使碳化物微細化之效果，卻會與V結合而形成氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)。小於0.005%時碳化物微細化效果不彰，含有超過0.070%時則會形成過量的氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)。此等會在外層與內層之邊界部或在中間層與內層之邊界部發生重力偏析，而形成氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)之凝集部。此等便是導致在外層與內層之邊界部或在中間層與內層之邊界部發生鑄造缺陷的原因，故必須抑制在0.070%以下。據此，其範圍設為0.005~0.070%。
本發明之外層的基本成分雖如上所述，不過，因應適用對象的軋輥尺寸、所要求之軋輥的使用特性等，除了前述基本成分之外，亦可進一步適宜選擇含有以下記載之化學成分作為其他之化學成分。
Ti：0.005~0.3% 本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥除了上述必須元素之外，還可含有Ti。Ti可期待與N及O的脫氣作用，同時還會形成TiCN或TiC而可成為MC碳化物之晶析核。Ti含量小於0.005%時無法期待此效果，大於0.3%時則熔湯黏性變高，且在外層與內層之邊界部或在中間層與內層之邊界部誘發鑄造缺陷之危險性會變高。據此，添加Ti時，其範圍設為0.005~0.3%。較佳範圍為0.01~0.2%。
W：0.01~6.0% 本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥除了上述必須元素之外，還可含有W。W與Mo同樣會固溶於基底中而強化基底，且其會與C結合形成M2 C、M6 C等硬質的共晶碳化物而有助於提升耐摩耗性。為了基底強化，必須含有最低0.01%以上，不過，大於6.0%時會形成粗大共晶碳化物而耐表皮粗糙性、韌性會下降。據此，添加W時，其範圍設為0.01~6.0%。另外，有無添加W在選擇上，例如，期望透過增加共晶碳化物量來達成提升耐摩耗性時，若有添加則其效果會更顯著。
Co：0.01~2.0% 本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥除了上述必須元素之外，還可含有Co。Co大致會固溶於基質中而強化基底。因此，具有提升高溫下的硬度及強度之作用。小於0.01%時其效果不彰，大於2.0%時其效果達飽和，故從經濟性觀點來看設為2.0%以下。據此，添加Co時，其範圍設為0.01~2.0%。另外，有無添加Co在選擇上，例如，要求提升耐摩耗性且增加共晶碳化物量有困難時，若有添加則其效果顯著。
S：0.3%以下 S通常是來自原材料不可避免程度下混入者，不過如前所述，其會形成MnS而具有潤滑作用，因而具有防止輥軋材燒黏之效果。另一方面，過量含有時則材質會脆化，故宜限制在0.3%以下。
不可避免的不純物 本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥其外層之組成，除了上述元素之外，剩餘部分實質上是由Fe及不可避免的不純物所構成。不可避免的不純物中，P由於會使韌性劣化，故宜限制在0.1%以下。又，其他不可避免的元素來說，在不損及外層特性之範圍下亦可含有Cu、Sb、Sn、Zr、Al、Te、Ce等元素。為了不損及外層之特性，不可避免的不純物總量宜為0.6%以下。
(化學組成之關係式) 又，本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥其外層之化學成分(化學組成)中，尤其在添加了硬質碳化物形成元素即V、Nb、Mo、Cr時，關於N與V含量(%)必須滿足以下式(1)。 50×N+V＜9.0・・・(1)
N雖具有使碳化物微細化之，但其會與硬質碳化物形成元素即V、Nb、Mo、Cr結合形成氮化物或碳氮化物。尤其，V是密度比熔湯還小的元素，因此在形成過量的氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)時，氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)在離心鑄造時會受到離心力而朝外層熔湯內面側移動，並形成氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)的凝集部。
又，就加入中間層的情況來說，離心鑄造中注入外層後，會在經過一定時間後鑄造中間層，但此時會因外層內面熔融而讓中間層與外層熔接。此時，受到中間層熔湯而熔融的外層內面部，其與中間層熔湯會成為混合熔湯並凝固形成中間層部。另一方面，在外層內面形成氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)之凝集部時，氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)之熔融點較高，不會受到中間層熔湯而熔融。因此，形成在外層內面的氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)之凝集部，因為密度比中間層熔湯還小，故在注入中間層熔湯後，受到離心力而向中間層熔湯內面移動，並在中間層內面形成氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)之凝集部。
下一步驟之注入內層熔湯，是在外層、或者外層與中間層以離心鑄造而凝固完成後的時間點，從離心鑄造機取出，與上下模具組裝後，透過靜置鑄造進行注入鑄造。此時，在外層內面或在中間層內面形成有氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)之凝集部時，只要讓此等在注入內層時不受到內層熔湯而熔融，則氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)之凝集部便會殘留在外層與內層之邊界或在中間層與內層之邊界部。
惟，氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)之熔融點比內層熔湯之熔融點還高許多，而且內層的注入溫度有以下限制：以發生熔接所需最小限度的厚度(最大也僅10mm左右)只讓外層或中間層之內面部發生熔融，故內層之注入溫度的值是難以設定在使氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)熔融這般高溫。
據此，離心鑄造時，在外層或中間層內面形成氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)之凝集部時，會極難以避免在軋輥素材之外層與內層之邊界或在中間層與內層之邊界殘留氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)之凝集部。這種氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)之凝集部，是導致在外層與內層之邊界或在中間層與內層之邊界形成熔接不良、鑄孔這般鑄造缺陷的原因，結果，外層與中間層或與內層之邊界上會殘留有害的鑄造缺陷。
於是，在本發明中，於離心鑄造製輥軋用複合軋輥之外層中，使之滿足式(1)，藉此防止離心鑄造時在外層內面側形成氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)之凝集部。藉此，在外層與內層之邊界或在中間層與內層之邊界不會形成有害的鑄造缺陷，而可穩定提供健全的軋輥。
(在離心鑄造法中鑄造條件) 本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥雖可透過一般的離心鑄造法來製造，不過，在離心鑄造法中外層澆鑄開始溫度(T1)與外層液相線溫度(T2)之關係必須滿足以下式(2)。 40℃≦T1-T2≦120℃・・・(2)
本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥的外層中，因為添加大量硬質碳化物形成元素即V、Nb、Mo、Cr等合金元素，當T1-T2小於40℃時，便無法確保離心鑄造時鑄造流動性，而無法充分確保外層的健全性。又，120℃以上時，凝固組織會變得粗大，於輥軋使用時會產生表皮粗糙等問題，故必須滿足上述式(2)。
(石墨結晶析出量) 又，本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥的外層中，石墨結晶析出量必須抑制在小於0.3%。石墨由於是一種極為軟質的顯微組織構成要素，當本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥的外層大量結晶析出石墨時，會導致耐摩耗性大幅劣化。又因為硬質碳化物、高硬度基底其等與軟質的石墨之間的摩耗量差，會導致輥軋時產生表皮粗糙。要不產生此等不良影響的石墨結晶析出量之臨界以面積比計為0.3%。據此，必須將石墨結晶析出量以面積比計抑制在小於0.3%。 另外，石墨結晶析出量變得過多時，在本發明之範圍內，可透過減少石墨化促進元素即Si的添加量、或透過增加石墨化阻礙元素即Cr、V等的添加量，藉此來抑制石墨結晶析出量。
(MC型碳化物之含量) 又，在本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥之外層中，必須含有以面積比計為1~15%的MC型碳化物。本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥之特徵雖在於賦予與高速鋼軋輥並駕齊驅的高耐摩耗性，而該高耐摩耗性是在該軋輥之顯微組織構成要素中透過使最高硬度之MC型碳化物適量晶析而獲得滿足。據此，MC型碳化物量小於1%時，會無法維持耐摩耗性。另一方面，MC型碳化物量大於15%時，離心鑄造時在高溫下會晶析的MC型碳化物便會在外層內大量偏析，因而在內面側偏析時，會導致邊界部產生鑄造缺陷且在輥軋使用時會產生表皮粗糙。據此，對於MC型碳化物量，以面積比計規定在1~15%。
另外，就MC型碳化物量而言，可透過在本發明之範圍內對於MC型碳化物形成元素(V、Nb、Ti)調整添加量來使之滿足規定量。MC型碳化物量大於上限的15%時，對於MC型碳化物形成元素(V、Nb、Ti)之添加量，只要在本發明之範圍內減量即可。又，MC型碳化物量小於下限的1%時，對於MC型碳化物形成元素(V、Nb、Ti)之添加量，只要在本發明之範圍內增量即可。
(在外層與內層之邊界或在中間層與內層之邊界中的缺陷) 一般認為，為了提升軋輥的耐摩耗性，有效的是增加硬質碳化物形成元素即V、Nb、Mo、Cr等的含量，然而在習知技術中，離心鑄造時所形成的氮化物(主要是VN)會聚集在外層與內層之邊界或在中間層與內層之邊界，而會有在該邊界產生鑄造缺陷之問題。又，此等微小鑄造缺陷殘留於製品時，會有以下危險性變高之問題：在輥軋使用時該缺陷會成長、進展並發生剝落等破損困擾。有鑒於此種問題，本案發明人等獲得以下見解：令外層所含有之V與N的量滿足上述式(1)，令離心鑄造時外層澆鑄開始溫度(T1)與外層液相線溫度(T2)之關係滿足上述式(2)，還構成為：石墨結晶析出量以面積比計設為小於0.3%且含有以面積比計為1~15%之MC型碳化物，藉此便能抑制在外層與內層之邊界或在中間層與內層之邊界產生鑄造缺陷。
具體而言，本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥在外層與內層之邊界或在中間層與內層之邊界中，並沒有直徑φ4mm以上之鑄造缺陷構成。藉由作成如此之結構，可抑制軋輥之輥軋使用時鑄造缺陷成長、進展並發生破損困擾之情況。在外層與內層之邊界或在中間層與內層之邊界中的缺陷尺寸小於φ4mm時，從使用至今的成果來看，由於輥軋使用中不會發生成長並達到爆裂之困擾，遂而規定為不具有φ4mm以上之缺陷。
(作用效果) 如以上之說明，本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥中，外層之化學組成設為上述預定成分，並滿足上述式(1)、(2)，更還構成為：石墨結晶析出量以面積比計小於0.3%且含有以面積比計為1~15%的MC型碳化物，藉此便可實現在外層與內層之邊界或在中間層與內層之邊界中並沒有直徑φ4mm以上之鑄造缺陷的構成。藉此能防止以下困擾：製造中的破損困擾、製品所殘留的邊界之微小缺陷在輥軋使用中成長並達到爆裂的困擾，從而能達成提升耐事故性。亦即，能實現一種離心鑄造製輥軋用複合軋輥，其具有與高速鋼系鑄鐵軋輥並駕齊驅的優異耐摩耗性、耐表皮粗糙性，並且，具有與高合金晶粒鑄鐵軋輥並駕齊驅的耐事故性。
以上，說明了本發明實施形態之一例，不過本發明並不受限於圖示之形態。應瞭解的是，只要是所屬技術領域中具有通常知識者，在申請專利範圍所記載之思想範疇內，自然是能想到各種變更例或修正例，而此等當然亦屬於本發明之技術的範圍。 [實施例]
下述表1所示化學成分即No.1~16(本發明例)、17~28(比較例)所構成的複合軋輥以離心鑄造法來製作成：內層徑600mm、軋輥外徑800mm、外層厚度100mm、輥體長2400mm的熱軋精軋台輥軋用複合軋輥。熔解溫度設為1550℃，外層澆鑄開始溫度(T1)與外層液相線溫度(T2)之差即T1-T2分別設定成以下表1所示值。又，在鑄造後，以400℃~580℃實施回火熱處理。另外，於鑄造後，在加熱至基底會變態成沃斯田鐵之溫度(γ化熱處理)後亦可實施淬火、回火熱處理。
在本案中，表1中的底線部是表示下述情況：外層之化學成分不滿足上述式(1)之情況、或者、離心鑄造時之條件不滿足上述式(2)之情況。又，表1中就邊界中的鑄造缺陷而言，符號「○無」表示本發明範圍內，符號「×有」表示本發明範圍外。還有，就輥軋使用時有無產生表皮粗糙而言，輥軋使用時產生表皮粗糙者，於有無產生表皮粗糙之欄標記符號「×有」；輥軋使用時未產生表皮粗糙者，則標記符號「○無」。
[表1]
Figure 02_image001
之後，為了確認各複合軋輥在外層與內層之邊界中或在中間層與內層之邊界中有無鑄造缺陷，是以超音波探測檢査來調查有無鑄造缺陷。就超音波探測而言，透過超音波探測用標準試驗片STB-G(JIS Z 2345)將靈敏度調整成能檢測出φ4mm以上之缺陷，並以垂直法在複合軋輥之外層與內層或中間層與內層之邊界進行探測(使用探子：5Z20N)。
又，從製作好的軋輥之外層部採取試驗片，並對該試驗片測定組織中石墨及MC型碳化物之面積比，就石墨而言調查是否小於0.3%，就MC型碳化物而言則調查是否為1~15%範圍。就石墨之面積比而言，將各試驗片精加工成鏡面，並在不蝕刻之狀態下拍攝光學顯微鏡照片(×100)，再對所獲得的影像使用影像解析軟體來進行測定。又，就MC型碳化物之面積比而言，以村上試藥進行著色後，在著色狀態下拍攝光學顯微鏡照片(×100)，再對所獲得的影像使用影像解析軟體來進行測定。
結果，本發明例No.1~16的軋輥，其外層之化學成分在上述實施形態所說明之預定範圍內且上述式(1)、式(2)相關條件在本發明範圍內，在本發明例No.1~16的軋輥中，於外層與內層之邊界或於中間層與內層之邊界並未檢測出有害的鑄造缺陷。
另一方面，比較例No.17~28的軋輥，其上述式(1)、式(2)相關條件在本發明範圍外，在比較例No.17~28的軋輥中，於外層與內層之邊界或於中間層與內層之邊界則檢測出有害的鑄造缺陷。
由以上說明之實施例結果可知，在離心鑄造製輥軋用複合軋輥中，外層之化學成分設在預定範圍內同時上述式(1)、式(2)相關條件設成本發明範圍內，石墨結晶析出量以面積比計設為小於0.3%且含有以面積比計為1~15%的MC型碳化物，藉由設成如此之構成，便能實現一種離心鑄造製輥軋用複合軋輥，其具有與高速鋼系鑄鐵軋輥並駕齊驅的優異耐摩耗性、耐表皮粗糙性，並且，具有與高合金晶粒鑄鐵軋輥並駕齊驅的耐事故性。 產業上之可利用性
本發明可適用於耐摩耗性、耐裂痕性、耐表皮粗糙性優異的離心鑄造製輥軋用複合軋輥及其製造方法。
(無)

Claims (4)

  1. 一種離心鑄造製輥軋用複合軋輥，具有外層與內層，其特徵在於：前述外層之化學成分以質量比計為：C：1.0~3.0%、Si：0.3~3.0%、Mn：0.1~3.0%、Ni：0.1~6.0%、Cr：0.5~6.0%、Mo：0.5~6.0%、V：3.0~7.0%、Nb：0.1~3.0%、B：0.001~0.1%、N：0.005~0.070%，剩餘部分由Fe及不可避免的不純物所構成；該外層之化學組成滿足以下式(1)，並且，石墨結晶析出量以面積比計抑制在小於0.3%，具有以面積比計為1~15%之MC型碳化物；在前述外層與前述內層之邊界沒有直徑φ4mm以上之鑄造缺陷；50×N+V<9.0‧‧‧(1)；式(1)中之元素符號意表該元素之含量(質量%)。
  2. 一種離心鑄造製輥軋用複合軋輥，具有外層、中間層、及內層，其特徵在於：前述外層之化學成分以質量比計為：C：1.0~3.0%、 Si：0.3~3.0%、Mn：0.1~3.0%、Ni：0.1~6.0%、Cr：0.5~6.0%、Mo：0.5~6.0%、V：3.0~7.0%、Nb：0.1~3.0%、B：0.001~0.1%、N：0.005~0.070%、剩餘部分由Fe及不可避免的不純物所構成；該外層之化學組成滿足以下式(1)，並且，石墨結晶析出量以面積比計抑制在小於0.3%，具有以面積比計為1~15%之MC型碳化物；在前述中間層與前述內層之邊界沒有直徑φ4mm以上之鑄造缺陷；50×N+V<9.0‧‧‧(1)；式(1)中之元素符號意表該元素之含量(質量%)。
  3. 如請求項1或2之離心鑄造製輥軋用複合軋輥，其中，前述外層之化學成分以質量比計更含有下述中之1種以上：Ti：0.005~0.3%、W：0.01~6.0%、Co：0.01~2.0%、S：0.3%以下。
  4. 一種離心鑄造製輥軋用複合軋輥的製造方法，是製造如請求項1至3中任一項之離心鑄造製輥軋用複合軋輥的方法，其特徵在於：在離心鑄造法中外層澆鑄開始溫度(T1)與外層液相線溫度(T2)之關係滿足 以下式(2)；40℃≦T1-T2≦120℃‧‧‧(2)。
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