TWI725801B - 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。其外層之化學成分以質量比計為：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%，剩餘部分由Fe及不可避免的不純物所構成；外層之化學組成滿足式(1)，並且，具有以面積比計為5~30%之M3 C型碳化物；軋輥表面之外層蕭氏硬度(A)滿足式(2)，軋輥表面之殘留應力(B)滿足式(3)； 2×Ni+0.5×Cr+Mo＞10.0・・・(1) Hs75≦A≦Hs85・・・(2) 100MPa≦B≦350MPa・・・(3)。

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2019-071305號主張優先權，並在此援用其內容。
本發明是有關於一種熱輥軋步驟中板條熱軋機(Hot Strip Mill)所使用的離心鑄造製輥軋用複合軋輥及其製造方法。
發明背景 熱輥軋之板條熱軋機所使用的輥軋用複合軋輥，其對於輥軋時會與鋼板接觸之外層是要求具有優異的耐摩耗性、耐表皮粗糙性、耐裂痕性及耐事故性。近年來，逐漸要求提升熱輥軋鋼板之板厚精度、提升表面品質，尤其要求具有高耐摩耗性的輥軋用軋輥，而在製造薄鋼板之熱精輥軋機的前段中是廣泛使用一種高速鋼系鑄鐵軋輥。然而，在熱精輥軋機之後段中，由於板厚較薄，被輥軋材在軋台間移動時容易發生相疊而被咬入上下軋輥間即所謂的絞入事故，至今還是使用高合金晶粒鑄鐵軋輥為主。
在這種絞入事故中，會於軋輥外層表面產生裂痕，但就這樣放任裂痕而繼續使用軋輥時，裂痕會進展，有時會導致軋輥折損或稱為剝落(spalling)之軋輥破損。又，發生絞入(咬入卡住)事故時必須要磨削軋輥表面以除去裂痕，故裂痕越深時則軋輥耗損也就越大。因此，期望一種即使發生輥軋事故而裂痕帶來的傷害仍較少之耐事故性(耐裂痕性)優異的輥軋軋輥用外層、以及具有該外層的輥軋用複合軋輥。
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%，還含有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。惟可瞭解到，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，同時，因為具有M2 C型碳化物、M7 C3 型碳化物為主體之共晶碳化物，相較於高合金晶粒鑄鐵軋輥之情況，當輥軋中發生絞入事故等時，會有容易在軋輥外層表面產生深的裂痕之課題。還瞭解到，由於軋輥表面之外層殘留應力值容易變得過高，會有裂痕進展速度較快且達到爆裂的危險性較高之課題。
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℃。惟可瞭解到，專利文獻2所記載的軋輥因為具有M2 C型碳化物、M7 C3 型碳化物為主體之共晶碳化物，相較於高合金晶粒鑄鐵軋輥之情況，當輥軋中發生絞入事故等時，會有容易在軋輥外層表面產生深的裂痕之課題。還瞭解到，由於軋輥表面之外層殘留應力值容易變得過高，會有裂痕進展速度較快且達到爆裂的危險性較高之課題。
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。惟可瞭解到，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，相較於高合金晶粒鑄鐵軋輥之情況，當輥軋中發生絞入事故等時，會有容易在軋輥外層表面產生深的裂痕之課題。還瞭解到，軋輥表面之外層殘留應力值容易變得過高，會有裂痕進展速度較快且達到爆裂的危險性較高之課題。
又，專利文獻4揭示一種離心鑄造製熱輥軋用複合軋輥，是由以下所構成：鑄鐵構成的外層、延性鑄鐵構成的軸芯部、及鑄鐵製中間層；該外層具有以下化學組成：以質量基準計含有：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%，剩餘部分由Fe及不可避免的不純物所構成，Nb/V之質量比為0.1~0.7，Mo/V之質量比為0.7~2.5，且滿足2.5≦V+1.2、Nb≦5.5之條件，該外層具有以下組織：具有以面積基準計為0.3~10%之石墨相。該專利文獻4揭示以下要旨：廢棄直徑中外層之壓縮殘留應力為150~500MPa；為了獲得該壓縮殘留應力，在鑄造後施行450~550℃回火處理1次以上。惟瞭解到，專利文獻4所記載的軋輥因為Mo添加量過高而形成M2 C型碳化物為主體之共晶碳化物，故相較於高合金晶粒鑄鐵軋輥之情況，當輥軋中發生絞入事故等時，會有容易在軋輥外層表面產生深的裂痕之課題。還瞭解到，由於軋輥表面之外層殘留應力值容易變得過高，會有裂痕進展速度較快且達到爆裂的危險性較高之課題。
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 專利文獻4：日本特許第5768947號
發明概要 發明所欲解決之課題 惟瞭解到，上述專利文獻1~4所記載的軋輥，相較於高合金晶粒鑄鐵軋輥之情況，當輥軋中發生絞入事故等時，會有容易在軋輥外層表面產生深的裂痕之課題。還瞭解到，由於軋輥表面之外層殘留應力值容易變得過高，會有裂痕進展速度較快且達到爆裂的危險性較高之課題。
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，其特徵在於： 前述外層之化學成分以質量比計為： 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%， 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，具有以面積比計為5~30%之M3 C型碳化物； 軋輥表面之外層蕭氏硬度(A)滿足以下式(2)； 軋輥表面之殘留應力(B)滿足以下式(3)； 2×Ni+0.5×Cr+Mo＞10.0・・・(1) Hs75≦A≦Hs85・・・(2) 100MPa≦B≦350MPa・・・(3)。
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：0.01~2.0%、 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：以離心鑄造法鑄造後所實施的熱處理中，不進行淬火處理便進行回火處理，該回火處理是在400℃以上且550℃以下之回火溫度下進行。 發明效果
依照本發明，離心鑄造製輥軋用複合軋輥是由下述外層所構成，該外層具有比習知高合金晶粒鑄鐵軋輥還優異之耐摩耗性；就該離心鑄造製輥軋用複合軋輥而言，輥軋中於外層表面產生裂痕時，可抑制該裂痕進展達到剝落等破損的困擾。亦即，在離心鑄造製輥軋用複合軋輥中能兼具：與高速鋼系鑄鐵軋輥並駕齊驅的耐摩耗性、耐表皮粗糙性還有與高合金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應用在板條熱軋機中，尤其適合應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，參照圖面而說明本發明之實施形態。另外，在本說明書及圖面中，具有實質相同之機能構成的構成要素是標上相同符號來省略重複說明。
圖1是本發明實施形態之離心鑄造製輥軋用複合軋輥10的概略剖面圖。如圖1所示，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1。更還在該外層1之內側具有中間層2及內層(軸芯材)3。構成內層(軸芯材)3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2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1是由Fe基合金所形成，該Fe基合金以質量比計含有：1.5~3.5%的C、0.3~3.0%的Si、0.1~3.0%的Mn、1.0~6.0%的Ni、1.5~6.0%的Cr、0.1~2.5%的Mo、2.0~6.0%的V、0.1~3.0%的Nb、0.001~0.2%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1之組織是由下述所構成：(a)MC型碳化物、(b)共晶碳化物、(c)基底、(d)其他；(b)共晶碳化物具有以面積比計為5~30%之M3 C型碳化物。又，除M3 C型碳化物之外，雖亦可含有M2 C型碳化物、M6 C型碳化物及M7 C3 型碳化物，但不以存在M2 C型碳化物、M6 C型碳化物及M7 C3 型碳化物為必要。此外，外層之組織雖亦可含有石墨，但不以存在石墨為必要。
(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：1.5~3.5% 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3.5%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1.5%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1.5~3.5%。較佳範圍為2.0~3.0%。
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。又，在高合金晶粒鑄鐵等中，要使石墨結晶析出時，其是作為促進石墨結晶析出之元素所必須者。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0.6~2.7%。
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0.5~1.5%。
Ni：1.0~6.0% 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1.0%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之情況。據此，其範圍設為1.0~6.0%。較佳範圍為2.0~5.5%。
Cr：1.5~6.0% 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韌性會下降，故上限設為6.0%。另一方面，小於1.5%時會變得無法獲得前述效果。據此，其範圍設為1.5~6.0%。較佳範圍為1.55~5.0%。
Mo：0.1~2.5% 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0.1%以上。另一方面，大於2.5%時，本發明目的之一即M3 C型碳化物的晶析(crystallize out)量會下降。據此，其範圍設為0.1~2.5%。較佳範圍為0.5~2.45%。
V：2.0~6.0% 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2.0%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6.0%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碳化物的密度因為比熔湯的密度還小，因而會顯著發生重力偏析。據此，其範圍設為2.0~6.0%。較佳範圍為3.0~5.0%。
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，因而導致韌性下降。據此，其範圍設為0.1~3.0%。
B：0.001~0.2% 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0.2%時，韌性會下降。據此，其範圍設為0.001~0.2%。
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)且韌性會下降，因而必須抑制在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，誘發鑄造缺陷的危險性會變高。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：0.01~2.0% 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2.0%時會形成粗大共晶碳化物而韌性會下降。據此，添加W時，其範圍設為0.01~2.0%。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，其次，本發明尤其在添加硬質碳化物形成元素即V、Nb、Mo、Cr時，關於Ni、Cr、Mo含量(%)必須滿足以下式(1)。 2×Ni+0.5×Cr+Mo＞10.0・・・(1)
本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥的外層，就構成顯微組織之要素而言，特徵在於具有以面積比計為5~30%的M3 C碳化物，並且特徵在於：不進行淬火處理便進行回火處理，該回火處理是在400℃以上且550℃以下之回火溫度下進行。在習知技術中，適用了此等條件時會有以下課題：要將軋輥表面之外層蕭氏硬度(Hs)穩定控制在75~85範圍是極為困難的。
本發明獲得以下見解：就構成外層之顯微組織的要素來說，具有以面積比計為5~30%的M3 C碳化物，同時，不進行淬火處理便進行回火處理，該回火處理是在400℃以上且550℃以下之回火溫度下進行，適用了前述條件時，在本發明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，使之滿足(1)式，藉此便能將離心鑄造製輥軋用複合軋輥表面之外層蕭氏硬度(Hs)穩定控制在75~85之範圍。藉此，便能提供以高的水準兼具耐摩耗性與耐事故性(耐裂痕性)的軋輥。
(以離心鑄造法進行鑄造後的熱處理) 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，本案發明人等獲得以下見解：關於離心鑄造法中鑄造後所實施之熱處理，宜不進行淬火處理便進行回火處理。又瞭解到：回火處理宜在400℃以上且550℃以下之回火溫度來實施。即獲得以下見解：不進行淬火處理，該淬火處理是加熱至Fe基底會變態成沃斯田鐵之區域後急速冷卻；便在400℃以上且550℃以下之回火溫度進行回火處理，藉此，在外層表面確保與高速鋼系鑄鐵軋輥並駕齊驅的蕭氏硬度，同時，將輥體部外層表面之殘留應力值抑制在與高合金晶粒鑄鐵軋輥並駕齊驅。
如上所述，不進行淬火處理便進行回火處理，且其回火溫度設為400℃以上且550℃以下，藉此，本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥其外層之蕭氏硬度(A)便會滿足以下式(2)。又，本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥其外層表面之殘留應力(B)會滿足以下式(3)。 Hs75≦A≦Hs85・・・(2) 100MPa≦B≦350MPa・・・(3)
(M3 C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5~30%的M3 C型碳化物。本案發明人等調查並檢討了提供於熱輥軋的離心鑄造軋輥使用狀況，結果發現：在具有與高速鋼軋輥並駕齊驅的耐摩耗性之離心鑄造製輥軋用複合軋輥中，為了賦予與高合金晶粒鑄鐵軋輥並駕齊驅的耐事故性，有效的是使M3 C型碳化物以預定比率存在於外層的顯微組織構成要素。存在於外層的M3 C型碳化物之量以面積比計小於5%時，耐摩耗性會惡化，同時，會變得難以確保與高合金晶粒鑄鐵軋輥並駕齊驅的耐事故性。又，M3 C型碳化物之量以面積比計大於30%時，M3 C型碳化物會粗大地晶析，反而會讓耐事故性惡化，故M3 C型碳化物之量以面積比計規定於5~30%。
(作用效果) 如以上之說明，在本發明之離心鑄造製輥軋用複合軋輥中，將外層之化學組成設為上述預定成分並滿足上述式(1)，進一步還含有以面積比計為5~30%的M3 C型碳化物，藉由設成如此之構成而具有滿足上述式(2)的蕭氏硬度並且殘留應力抑制在滿足上述式(3)。藉此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℃，澆鑄溫度為凝固點+90℃。鑄造後，以表1中所記載的回火溫度實施回火熱處理。
另外，表1中的底線部是表示下述情況：外層之化學成分在上述實施形態所說明之預定範圍的範圍外之情況、不滿足上述式(1)之情況、或者、回火溫度在預定範圍之範圍外的情況。又，表1中就外層表面蕭氏硬度而言，符號○表示本發明範圍內(Hs：75~85)，×表示本發明範圍外；就外層表面殘留應力而言，符號○表示本發明範圍內(100MPa~350MPa)，×表示本發明範圍外。又，就M3 C碳化物面積比而言，符號○表示本發明範圍內(面積比：5~30%)，×表示本發明範圍外。
[表1]
Figure 02_image001
之後，對前述複合軋輥測定輥體部外層表面之蕭氏硬度，並調查能否確保與高速鋼系鑄鐵軋輥並駕齊驅的蕭氏硬度(Hs：75~85)。又，以X射線來測定輥體部外層表面中的殘留應力值，調查是否具有與高合金晶粒鑄鐵軋輥並駕齊驅的100MPa~350MPa。此外，從軋輥輥體部採取試驗片，對於該試驗片測定組織中M3 C型碳化物之面積比，來調查是否為5~30%範圍。就M3 C型碳化物面積比之測定而言，由於必須能辨別出M3 C型碳化物與其他共晶碳化物(M2 C型碳化物、M6 C型碳化物、M7 C3 型碳化物等)，故使用EPMA(電子探針顯微分析儀)的元素分布機能，僅提取M3 C型碳化物而拍攝影像(倍率：100倍)，並透過影像解析軟體測定出影像中M3 C型碳化物之面積比。
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)、回火溫度相關條件在本發明範圍內，在本發明例No.1~16的軋輥中都確認到滿足以下條件：輥軋時外層表面產生裂痕時，該裂痕之進展速度能抑制在與高合金晶粒鑄鐵軋輥並駕齊驅的條件，即輥體部外層表面蕭氏硬度(Hs：75~85)與殘留應力值(100MPa~350MPa)。更還確認到亦有滿足以下條件：具有與高速鋼軋輥並駕齊驅之耐摩耗性且賦予與高合金晶粒鑄鐵軋輥並駕齊驅之耐事故性的條件，即外層之顯微組織構成要素中M3 C型碳化物之面積比(5~30%)。
另一方面，比較例No.17~28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外、上述式(1)或回火溫度相關條件在本發明範圍外，在比較例No.17~28的軋輥中確認到並未滿足下述任一者之條件：輥軋時外層表面產生裂痕時，該裂痕之進展速度能抑制在與高合金晶粒鑄鐵軋輥並駕齊驅之條件，即輥體部外層表面蕭氏硬度(Hs：75~85)、留應力值(100MPa~350MPa)，或者，具有與高速鋼軋輥並駕齊驅之耐摩耗性且賦予與高合金晶粒鑄鐵軋輥並駕齊驅之耐事故性的條件，即外層之顯微組織構成要素中M3 C型碳化物之面積比(5~30%)。
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規定成滿足上述式(1)，並含有以面積比計為5~30%的M3 C型碳化物，藉由設成如此之構成，便可將軋輥表面之蕭氏硬度、殘留應力設成所欲範圍內之值，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
本發明可適用於熱輥軋步驟中板條熱軋機所使用之離心鑄造製輥軋用複合軋輥及其製造方法。
1:外層 2:中間層 3:內層(軸芯材) 10:離心鑄造製輥軋用複合軋輥
圖1是實施形態之離心鑄造製輥軋用複合軋輥的概略剖面圖。
1:外層
2:中間層
3:內層(軸芯材)
10:離心鑄造製輥軋用複合軋輥

Claims (3)

  1. 一種離心鑄造製輥軋用複合軋輥，具有外層，其特徵在於： 前述外層之化學成分以質量比計為： 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%， 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，具有以面積比計為5~30%之M3 C型碳化物； 軋輥表面之外層蕭氏硬度(A)滿足以下式(2)； 軋輥表面之殘留應力(B)滿足以下式(3)； 2×Ni+0.5×Cr+Mo＞10.0・・・(1) Hs75≦A≦Hs85・・・(2) 100MPa≦B≦350MPa・・・(3)。
  2. 如請求項1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：0.01~2.0%、 Co：0.01~2.0%、 S：0.3%以下。
  3. 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或2之離心鑄造製輥軋用複合軋輥的方法，其特徵在於： 以離心鑄造法鑄造後所實施的熱處理中，不進行淬火處理便進行回火處理，該回火處理是在400℃以上且550℃以下之回火溫度下進行。
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