TWI735082B - 熱軋用輥外層材及熱軋用複合輥 - Google Patents

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Abstract

為了提供一種熱軋用輥外層材及熱軋用複合輥，具有與先前同等或更佳的耐磨耗性、耐疲勞性且能讓氣孔、縮孔減少。 熱軋用輥外層材，其組成以質量%計，係含有C:1.6~2.5%、Si:0.2~1.5%、Mn:0.2~1.6%、Cr:4.5~7.0%、Mo:1.0~5.0%、V:4.0~6.0%、Nb:0.5~2.5%，且N與O之合計為100~400質量ppm，其餘部分為Fe及不可避免的雜質所構成。

Description

熱軋用輥外層材及熱軋用複合輥
本發明是關於熱軋用複合輥，特別是關於適於作為鋼板的熱軋精軋(finishing mill)用之熱軋用輥外層材及熱軋用複合輥。
近年，隨著鋼板的熱軋技術之進步，輥的使用環境變得嚴苛，又高強度鋼板、薄型品等之輥軋負荷大的鋼板之生產量也正在增加。因此，對輥軋用工作輥要求的品質水準變高，而要求沒有偏析、氣孔(porosity)、縮孔(shrinkage cavity)等的鑄造缺陷之輥軋用工作輥。
作為這樣的輥軋用工作輥之外層材，例如在專利文獻1提出一種輥軋用輥外層材，係含有C：1.5~3.5%、Si：1.5%以下、Mn：1.2%以下、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%，且以Nb、V及C的含量滿足特定關係又Nb與V之比成為特定範圍內的方式含有Nb及V。如此，縱使採用離心鑄造法仍能抑制外層材之硬質碳化物的偏析，而成為耐磨耗性、耐龜裂性優異之輥軋用輥外層材。 此外，在專利文獻2提出一種輥軋用輥外層材，係含有C：1.5~3.5%、Si：1.5%以下、Mn：1.2%以下、Cr：5.5~12.0%、Mo：2.0~8.0%、V：3.0~10.0%、Nb：0.5~7.0%，且以Nb、V及C的含量滿足特定關係又Nb與V之比成為特定範圍內的方式含有Nb及V。如此，縱使採用離心鑄造法仍能抑制外層材之硬質碳化物的偏析，而使耐磨耗性及耐龜裂性提高，而對熱軋之生產性提高有很大的貢獻。 此外，在專利文獻3提出一種輥軋用輥外層材，係含有C：1.5~3.5%、Si：0.1~2.0%、Mn：0.1~2.0%、Cr：5~25%、Mo：2~12%、V：3~10%、Nb：0.5~5%，且Mo與Cr之比成為特定的範圍內，再者，其所具有的碳化物量分布，在輥半徑方向上從表面到30mm的區域，相鄰之極大值和極小值的差為平均值的20%以下。如此，使層狀(lamination)偏析減輕，而抑制偏析圖案的產生，成為表面品質優異之輥軋用輥外層材。 [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2000-239779號公報
[發明所欲解決之問題]
如前述專利文獻所記載，藉由將化學成分設定在適切範圍，而使碳化物偏析減少之輥軋用輥外層材已被提出，但針對氣孔、縮孔之有效的對策，目前尚未明確。此外，在近年嚴苛的輥使用環境下，上述專利文獻所記載般之Cr含量較多的輥軋用輥外層材，會有在輥表面形成熱滾動疲勞所致之深龜裂的情形。因此，要求將氣孔、縮孔減少且耐疲勞性優異之輥軋用輥外層材。
本發明是有鑑於上述事情而開發完成的，其目的是為了提供一種熱軋用輥外層材及熱軋用複合輥，具有與先前同等或更佳的耐磨耗性、耐疲勞性且能讓氣孔、縮孔減少。
又在本發明，上述般之具有與先前同等或更佳的耐磨耗性是指，依以下方法所測定之磨耗比為0.97以上的情況。 ＜1＞藉由使用從輥外層材採取之磨耗試驗片(外徑60mmϕ、厚10mm、有倒角)5和對方材之雙圓盤滑動滾動方式(參照圖3)，一邊將磨耗試驗片5用冷卻水進行水冷一邊以700rpm讓其旋轉。 ＜2＞對於旋轉中的磨耗試驗片5，一邊讓藉由高頻感應加熱線圈7加熱到800℃之對方片(材質：S45C、外徑：190mmϕ、寬度：15mm、C1倒角)8在荷重980N下接觸，一邊以滑動率：9%讓其滾動。 ＜3＞每隔50分鐘將對方片8更換為新品，實施300分鐘的磨耗試驗，以先前例(後述表1之No.35(輥外層材之組成，以質量%計，係含有C：2.0%、Si：0.5%、Mn：0.5%、Cr：6.0%、Mo：5.0%、V：7.0%、Nb：0.4%，且N與O之合計為430質量ppm，其餘部分則是由Fe及不可避免的雜質所構成))為基準，測定相對於基準值之各試驗片的磨耗量之比(磨耗比(=(基準片的磨耗量)/(各試驗片的磨耗量))，而獲得磨耗比。
此外，在本發明，上述般具有與先前同等或更佳的耐疲勞性是指，依以下方法測定之熱軋疲勞壽命為超過350千次(350000次)的情況。 ＜1＞對於從輥外層材採取之熱軋疲勞試驗片(外徑60mmϕ、厚10mm)，藉由使用0.2mmϕ的金屬線之放電加工(線切割)法，於外周面的2處導入缺口(深度t：1.2mm、周方向長度L：0.8mm)(參照圖6)。 ＜2＞對熱軋疲勞試驗片5之滾動面的端部實施1.2C的倒角。 ＜3＞藉由使用具有缺口的熱軋疲勞試驗片5和被加熱的對方材8之雙圓盤滾動滑動方式，一邊將熱軋疲勞試驗片5用冷卻水6進行水冷一邊以700rpm讓其旋轉。 ＜4＞對於旋轉中的試驗片5，一邊讓藉由高頻感應加熱線圈7加熱到800℃之對方片(材質：S45C、外徑：190mmϕ、寬度：15mm)8在荷重980N下緊壓，一邊以滑動率：9%讓其滾動。 ＜5＞直到在熱軋疲勞試驗片5導入之2個缺口9破損(breakage)為止讓其滾動，求出迄各缺口9破損為止之滾動旋轉數，測定其平均值而作為熱軋疲勞壽命。
此外，在本發明，上述般之讓氣孔、縮孔減少是指，對輥外層材之表面，將凹凸、鏽皮(氧化物層)研削除去之後，以最大管電壓225kV、管電壓150kV、管電流80μA進行X射線CT測定，與所拍攝之氣孔或縮孔外接的圓之直徑為0.50mm以下的情況。 [解決問題之技術手段]
本發明人等，針對熱軋用輥內部之氣孔、縮孔與化學成分的關係詳細地調查。結果明白了，氣孔、縮孔是存在於共晶碳化物(主要為M2 C系、M6 C系、M7 C3 系及M23 C6 系碳化物)的附近，氣孔、縮孔的發生是與N/O、Al、共晶碳化物之量有關。亦即，藉由將輥外層材之N/O、Al、共晶碳化物的量在特定範圍內進行調整，可獲得無氣孔、縮孔之熱軋用輥外層材，而獲得了此前所未有的認識。
首先，針對成為本研究的基礎之實驗結果做說明。 準備了不同組成的熔液，以質量%計，在C：2.2%、Si：0.7%、Mn：0.6%、Cr：7.0%、Mo：1.0%、V：4.0%、Nb：1.5%、P：0.019%、Al：0.01~0.5%、N+O：100~600質量ppm的範圍改變，其餘部分為Fe及不可避免的雜質所構成。將各熔液藉由高頻感應爐熔解，利用離心鑄造法鑄造出相當於輥外層材之環狀輥材(外徑：250mmϕ、寬度：65mm、厚：55mm)。 又將澆鑄溫度設定成1500℃，將離心力設定成使環狀輥材的外周部以重力倍數計成為150G。鑄造後，實施淬火處理、回火處理。淬火處理，是以加熱溫度：1030℃進行加熱，再進行空氣冷卻之處理。此外，回火處理，是以溫度：500℃，以使殘留沃斯田鐵量以體積%計成為低於10%的方式，按照成分實施2或3次。
將所獲得之環狀輥材的表面之凹凸、鏽皮(氧化物層)利用研削除去後，將X射線CT測定用試驗片(20×20×50mm)採取3根進行X射線CT測定，調查氣孔及縮孔的有無。如圖1所示般，從環狀試驗材1之寬度中央以120°間隔採取3根X射線CT測定用試驗片2。 圖2係藉由X射線CT測定所確認之試驗片內的縮孔3之一例。藉由X射線CT在試驗片之長度方向以0.5mm間隔拍攝100張透射像，測定與在各透射像中被確認之各個氣孔或縮孔外接的圓4之直徑，當各試驗片之外接圓4的直徑之最大值超過0.50mm的情況判定為有缺陷，0.50mm以下的情況判定為無缺陷。
關於所獲得的結果，將與氣孔或縮孔外接的圓之直徑和N與O的合計含量(N+O)的關係顯示於圖4，將Al量和耐磨耗性的關係顯示於圖5。 根據圖4可知，若N+O成為400質量ppm以下，外接圓的直徑為0.50mm以下，這是品質上不致造成問題的大小。 氣孔，是在熔液中所含之N、O在從凝固冷卻到室溫的過程中以氣體的形式生成者，藉由減少N量及O量，可將氣孔大小減小。因此，在此所稱的N量及O量，不包含在鋼中以夾雜物(氮化物及氧化物)的形式存在之N及O，而是固溶於基底(matrix)中之N及O。 縮孔為收縮孔，藉由將共晶碳化物的量設定在適切的範圍，可將縮孔的大小減小。 此外，根據圖5可知，Al量在本發明的範圍時，顯示特別優異的耐磨耗性。若有粗大的氣孔、縮孔存在，在輥軋中其周圍會以破裂的方式脫落，而造成耐磨耗性降低。 因此，為了提高耐磨耗性，必須將N+O、共晶碳化物量調整成適切的範圍，而將氣孔、縮孔的尺寸減小。N、O，因為是在原料中事先所含有、或在原料熔解中與大氣接觸而混入，藉由所使用的原料、或在熔解中以避免與大氣接觸的方式用惰性氣體(Ar等)覆蓋表面，可調整N+O。又N、O容易與Al結合而形成氮化物、氧化物，因此也能藉由Al含量來進行調整。此外，共晶碳化物量，可藉由構成共晶碳化物之Mo、Cr、C的含量進行調整。
本發明是根據上述認知而開發完成者，其要旨如下。 [1]一種熱軋用輥外層材，其組成以質量%計，係含有C：1.6~2.5%、Si：0.2~1.5%、Mn：0.2~1.6%、Cr：4.5~7.0%、Mo：1.0~5.0%、V：4.0~6.0%、Nb：0.5~2.5%，且N與O之合計為100~400質量ppm，其餘部分為Fe及不可避免的雜質所構成。 [2]如上述[1]所載的熱軋用輥外層材，以質量%計，進一步含有Al：0.01~0.30%。 [3]如上述[1]或[2]所載的熱軋用輥外層材，以質量%計，進一步含有P：0.010~0.040%。 [4]如上述[1]至[3]中任一項所載的熱軋用輥外層材，其中，C、V、Mo、Nb的含量滿足下述(1)式及(2)式。
Figure 02_image001
在此，%C、%V、%Nb、%Mo為各元素的含量(質量%)。 [5]一種熱軋用複合輥，係具有外層、中間層及內層共3層構造、或具有外層及內層共2層構造之熱軋用複合輥，其特徵在於，前述外層具有上述[1]至[4]中任一項所載的熱軋用輥外層材。 [發明之效果]
依據本發明可製造出，使氣孔、縮孔的發生減少且耐磨耗性及耐疲勞性優異之熱軋用輥外層材以及熱軋用複合輥。結果還有：可達成被輥軋材的表面品質提高及輥壽命提高之效果。
本發明的輥外層材，是藉由公知之離心鑄造法或連續澆鑄包覆法(continuous pouring process for cladding)等的鑄造法所製造，雖也能那樣就作為環輥、輥套(sleeve roll)，其適用於作為熱精軋用之熱軋用複合輥的外層材。此外，本發明的熱軋用複合輥，是由外層、及與該外層熔接一體化之內層所構成。又在外層和內層之間配置中間層亦可。亦即，可取代與外層熔接一體化之內層，而採用與外層熔接一體化之中間層及與該中間層熔接一體化之內層。
本發明的熱軋用輥外層材，其組成以質量%計，係含有C：1.6~2.5%、Si：0.2~1.5%、Mn：0.2~1.6%、Cr：4.5~7.0%、Mo：1.0~5.0%、V：4.0~6.0%、Nb：0.5~2.5%，且N與O之合計為100~400質量ppm，其餘部分為Fe及不可避免的雜質所構成。 首先說明，本發明的熱軋用輥外層材之組成限定理由。又以下的質量%，除非另有說明，是寫成%；質量ppm，除非另有說明，是寫成ppm。
C：1.6~2.5% C的作用，是固溶而讓基底硬度增加，且與碳化物形成元素結合而形成硬質碳化物，藉此讓輥外層材的耐磨耗性提高。C含量低於1.6%時，因為碳化物量不足，耐磨耗性降低。此外，共晶凝固量變少而產生縮孔。另一方面，C含量超過2.5%時，會使碳化物粗大化、使共晶碳化物量過度增加，使輥外層材變得硬質、脆化，促進疲勞龜裂之發生及成長，而造成耐疲勞性降低。因此，C含量限定在1.6~2.5%的範圍。又C含量較佳為1.7%以上。C含量較佳為2.4%以下。
Si：0.2~1.5% Si是作為脫氧劑且讓熔液之鑄造性提高的元素。此外，Si的作用，是固溶於基底中而將基底強化。為了獲得這樣的效果，必須含有0.2%以上的Si，Si含量低於0.2%時，基底強化作用變少，耐磨耗性降低。另一方面，縱使Si含量超過1.5%，因為效果飽和而無法期待與含量相應的效果，造成經濟上不利，再者也會有使基底組織脆化而使耐疲勞性降低的情況。因此，Si含量限定為0.2~1.5%。又Si含量較佳為0.3%以上。Si含量較佳為1.3%以下。
Mn：0.2~1.6% Mn，是將S以MnS的形式固定而具有將S無害化的作用，且其一部分固溶於基底組織而具有讓淬火性提高的效果。此外，Mn具有：固定於基底中而將基底強化(固溶強化)的作用。為了獲得這樣的效果，必須含有0.2%以上的Mn，Mn含量低於0.2%時，基底的強化作用變少，耐磨耗性降低。另一方面，縱使Mn含量超過1.6%，因為效果飽和而無法期待與含量相應的效果，再者也會有使材質脆化而造成耐疲勞性降低的情況。因此，Mn含量限定為0.2~1.6%。Mn含量較佳為0.3%以上。Mn含量較佳為1.4%以下。
Cr：4.5~7.0% Cr的作用，是與C結合而主要形成共晶碳化物，藉此使耐磨耗性提高，且在輥軋時減少與鋼板之摩擦力，讓輥之表面損傷減少，而使輥軋穩定化。為了獲得這樣的效果，必須含有4.5%以上的Cr。此外，若Cr含量低於4.5%，共晶碳化物量變少而使耐磨耗性降低。另一方面，Cr含量超過7.0%時，粗大的共晶碳化物會增加，而使耐疲勞性降低。因此，在Cr含量為4.5~7.0%的範圍可獲得耐疲勞性優異之輥軋用輥外層材。又Cr含量較佳為4.7%以上。Cr含量較佳為6.5%以下。
Mo：1.0~5.0% Mo是與C結合來形成硬質的碳化物而使耐磨耗性提高之元素。此外，Mo，是固溶於由V、Nb與C所結合而成之硬質MC型碳化物中而將碳化物強化，還固溶於共晶碳化物中而使該等碳化物的破壞阻力增加。透過這樣的作用，Mo讓輥外層材之耐磨耗性、耐疲勞性提高。為了獲得這樣的效果，必須含有1.0%以上的Mo。另一方面，Mo含量超過5.0%時，Mo主體之硬脆的碳化物會生成，而使耐熱滾動疲勞性降低，使耐疲勞性降低。因此，Mo含量限定在1.0~5.0%的範圍。又Mo含量較佳為1.2%以上。Mo含量較佳為4.9%以下。
V：4.0~6.0% 為了讓作為輥之耐磨耗性及耐疲勞性兼備，V在本發明中是重要的元素。V，會形成極硬質的碳化物(MC型碳化物)而使耐磨耗性提高，且有效地讓共晶碳化物截斷、分散結晶出，而使耐熱滾動疲勞性提高，其是讓作為輥外層材的耐疲勞性顯著提高的元素。這樣的效果，V含量為4.0%以上時變顯著。另一方面，V含量超過6.0%時，因為讓MC型碳化物粗大化，而使輥軋用輥之諸特性變得不穩定。因此，V含量限定在4.0~6.0%的範圍。又V含量較佳為4.3%以上。V含量較佳為5.9%以下。
Nb：0.5~2.5% Nb，是固溶於MC型碳化物而將MC型碳化物強化，讓MC型碳化物的破壞阻力增加，透過這樣的作用讓耐磨耗性、特別是耐疲勞性提高。Nb與Mo都是，藉由固溶於碳化物中，讓耐磨耗性、特別是耐疲勞性的提高變顯著。此外，Nb具有：促進共晶碳化物的截斷而抑制共晶碳化物的破壞之作用，其是讓輥外層材之耐疲勞性提高的元素。此外，Nb同時具有抑制MC型碳化物之離心鑄造時的偏析之作用。這樣的效果，Nb含量為0.5%以上時變顯著。另一方面，Nb含量超過2.5%時，會促進熔液中之MC型碳化物的成長，而使耐熱滾動疲勞性惡化。因此，Nb含量限定在0.5~2.5%的範圍。又Nb含量較佳為0.8%以上。Nb含量較佳為2.0%以下。
N+O：100~400質量ppm N與O，是原料中的氮、氧及存在於大氣中之氮、氧被吸收而混入熔液。因此，將原料中的氮量、氧量減少、在原料熔解中將大氣阻隔(用氬氣等的惰性氣體覆蓋熔液表面，而將空氣阻隔等)、在將熔液藉由離心鑄造法或連續澆鑄包覆法等的鑄造法進行鑄造時減少空氣的捲入等，藉此可調整熔液中之N與O的量。藉由將N與O的合計含量(N+O)設定為400質量ppm以下，可減少氣孔。另一方面，使N與O的合計含量成為低於100質量ppm是在經濟上不利的，又若使N與O的合計含量成為低於100質量ppm會有耐疲勞性降低的情形。因此，N+O限定在100~400質量ppm的範圍。N+O較佳為120質量ppm以上，更佳為150質量ppm以上。此外，N+O較佳為370質量ppm以下，更佳為350質量ppm以下。
其餘部分為Fe及不可避免的雜質 在本發明，上述組成以外的其餘部分是Fe及不可避免的雜質。作為不可避免的雜質，可列舉S、Ni、Cu、Ca、Sb、Ti、Zr、B等。其等是從原料、或是熔解中從耐火物等混入。這些不可避免的雜質較佳為S：0.05%以下、Ni：0.15%以下、Cu：0.20%以下、Ca：0.01%以下、Sb：0.01%以下、Ti：0.05%以下、Zr：0.05%以下、B：0.008%以下，只要這些不可避免的雜質之合計量在0.5%以下，就不致對耐磨耗性、耐熱疲勞性造成不良影響，因此合計量宜為.5%以下。又更佳為合計量0.4%以下。此外，作為不可避免的雜質，也會有讓Al與P混入的情形。其等的含量為Al：低於0.01%、P：低於0.010%。
此外，在本發明，除上述組成以外，亦可含有Al：0.01~0.30%及/或P：0.010~0.040%。
Al：0.01~0.30% Al，是與熔液中之氮及氧結合而形成氧化物、氮化物的元素，係抑制氣孔、縮孔的形成之元素。為了獲得這樣的效果，Al含量較佳為0.01%以上。另一方面，若Al含量超過0.30%，會使氧化物或氮化物大量地形成，而有讓熱滾動疲勞性惡化的情形。因此，當含有Al的情況，Al含量的範圍較佳為0.01~0.30%。又Al含量更佳為0.02%以上。又Al含量更佳為0.25%以下。
P：0.010~0.040% P以往被認為，是在製造過程從原料等不可避免地混入，而造成機械性質的劣化，但經發明人等之苦心探討的結果明白了，P之少量含有具有讓硬度、抗張強度及壓縮強度提高的效果。P所致之高強度(高硬度)作用，應是P固溶於基底組織所產生之固溶強化。只要P含量為0.010~0.040%，就能獲得基底組織的高強度化所致之耐磨耗性提高效果，當P含量超過0.040%時，會有造成機械性質劣化的情形。因此，當含有P的情況，P含量較佳為0.010~0.040%的範圍。又P含量更佳為0.012%以上。又P含量更佳為0.035%以下。
此外，在本發明，C、V、Nb、Mo的含量較佳為滿足下述(1)式及(2)式。
Figure 02_image003
在此，%C、%V、%Nb、%Mo是各元素的含量(質量%)。當V、Nb及Mo的含量在(1)式的範圍內，在MC型碳化物中能讓Mo固溶而產生固溶強化，藉此使耐磨耗性提高。此外，當V、Nb及C的含量在(2)式的範圍內，可抑制碳化物偏析，而使耐磨耗性、耐疲勞性提高。耐磨耗性、耐疲勞性提高的原因，應是V、Nb及C的含量滿足(2)式的範圍，而使熔液凝固時之組織形成過程改變。
接下來說明，本發明的熱軋用複合輥之較佳製造方法。 在本發明，輥外層材之製造方法較佳為利用公知的離心鑄造法或連續澆鑄包覆法等之鑄造法來製造。又在本發明，當然不限定於這些方法。
在利用離心鑄造法鑄造輥外層材的情況，首先，在內面以1~5mm厚度被覆以鋯石等為主材之耐火物，將上述輥外層材組成的熔液以成為既定厚度的方式澆注於旋轉中的鑄模，進行離心鑄造。在此，鑄模的旋轉數較佳為，使施加於輥之外表面的離心力以重力倍數計成為100~200G的範圍。而且，在形成中間層的情況較佳為，在輥外層材之凝固途中或完全凝固之後，一邊讓鑄模旋轉一邊澆注中間層組成的熔液而進行離心鑄造。又較佳為，在外層或中間層完全凝固之後，將鑄模的旋轉停止並將鑄模直立之後，將內層材進行靜置鑄造而做成複合輥。藉此，使輥外層材之內面側再熔解，而成為外層與內層、或外層與中間層、中間層與內層熔接一體化之複合輥。
在本發明，內層、中間層的組成沒有特別的限定，進行靜置鑄造之內層較佳為使用鑄造性及機械性質優異之球狀石墨鑄鐵(延性鑄鐵)、蠕蟲狀石墨鑄鐵(CV鑄鐵)、或鍛鋼等。離心鑄造製輥，因為外層與內層被一體地熔接，外層材的成分之1~8%左右會混入內層。若外層材所含之Cr、V等的碳化物形成元素混入內層，會使內層脆弱化。因此，較佳為將外層成分往內層之混入率抑制在低於6%。
此外，當形成中間層的情況，作為中間層材較佳為使用石墨鋼、C：1.5~3.0質量%之高碳鋼、亞共晶鑄鐵等。中間層與外層同樣地被一體地熔接，外層成分會以10~95%的範圍混入中間層。基於抑制內層中之外層成分混入量的觀點，將外層成分往中間層的混入量儘量減低變得很重要。
本發明的熱軋用複合輥，較佳為在鑄造後實施熱處理。熱處理較佳為，將於950~1100℃加熱進行空氣冷卻或鼓風空氣冷卻的工序、進一步於480~570℃加熱保持後進行冷卻的工序實施2次以上。
又本發明的熱軋用複合輥之較佳硬度為79~88HS(蕭氏硬度)，更佳硬度為80~86HS。若硬度比79HS低，耐磨耗性劣化，相反的若硬度超過88HS，熱軋中形成於熱軋用輥表面之龜裂難以藉由研削除去。這樣的硬度，可藉由調整上述的熱處理溫度來獲得。 實施例
將表1所示之輥外層材組成的熔液在高頻感應爐熔解，藉由離心鑄造法製成環狀試驗材(環輥；外徑：250mmϕ、寬度：65mm、厚度：55mm)。又澆鑄溫度為1500℃，離心力設定成使環狀輥材之外周部以重力倍數計為150G。鑄造後，實施於1030℃加熱進行空氣冷卻之淬火處理，回火處理，是於溫度：500℃，以殘留沃斯田鐵量以體積%計成為低於10%的方式依成分實施2或3次。從回火溫度起的冷卻採用爐內冷卻。從所獲得的環狀試驗材採取磨耗試驗片及X射線CT測定用試驗片，實施磨耗試驗及X射線CT測定。
Figure 02_image005
將所獲得之環狀輥材的表面之凹凸、鏽皮(氧化物層)利用研削除去後，將X射線CT測定用試驗片(20×20×50mm)採取3根進行X射線CT測定，調查氣孔及縮孔的有無。如圖1所示般，從環狀試驗材1之寬度中央以120°間隔採取3根X射線CT測定用試驗片2。X射線CT裝置，係使用最大管電壓225kV者，以管電壓150kV、管電流80μA拍攝試驗片整體的透射像。當與所檢測出之各個氣孔或縮孔外接的圓之直徑超過0.50mm的情況判定為有缺陷，0.50mm以下的情況判定為無缺陷。 磨耗試驗方法是如下所述。從所獲得的環狀試驗材採取磨耗試驗片(外徑60mmϕ，厚度10mm，有倒角有)。磨耗試驗是如圖3所示般，藉由使用試驗片與對方材之雙圓盤滑動滾動方式來進行。一邊將試驗片5用冷卻水6進行水冷一邊以700rpm讓其旋轉，對於旋轉中的該試驗片5，一邊讓藉由高頻感應加熱線圈7加熱到800℃之對方片(材質：S45C、外徑：190mmϕ、寬度：15mm、C1倒角)8在荷重980N下接觸，一邊以滑動率：9%讓其滾動。磨耗試驗實施300分鐘，每隔50分鐘將對方片更換為新品而實施試驗。以先前例為基準，使用相對於基準值之各試驗片的磨耗量之比(磨耗比(=(基準片的磨耗量)/(各試驗片的磨耗量))進行評價，當磨耗比為0.97以上的情況判定為具有與先前例為同等或更佳的耐磨耗性，比0.97小的情況判定為耐磨耗性差。 此外，從所獲得的環狀輥材採取熱軋疲勞試驗片(外徑60mmϕ，厚度10mm)，實施日本特開2010-101752所揭示之熱軋疲勞試驗，其可再現性良好地評價實際作業狀態下之熱軋用作業輥的耐疲勞性。對於疲勞試驗片，藉由使用0.2mmϕ的金屬線之放電加工(線切割)法，如圖6所示般於外周面的2處導入缺口(深度t：1.2mm、周方向長度L：0.8mm)。此外，在疲勞試驗片之滾動面的端部實施1.2C的倒角。熱軋疲勞試驗是如圖6所示般，藉由使用具有缺口的試驗片(熱軋疲勞試驗片)5和被加熱的對方材8之雙圓盤滾動滑動方式來進行。亦即，如圖6所示般一邊將試驗片(熱軋疲勞試驗片)5用冷卻水6進行水冷一邊以700rpm讓其旋轉，對於旋轉中的該試驗片5，一邊讓藉由高頻感應加熱線圈7加熱到800℃之對方片(材質：S45C、外徑：190mmϕ、寬度：15mm)8在荷重980N下緊壓，一邊以滑動率：9%讓其滾動。直到在熱軋疲勞試驗片5導入之2個缺口9破損為止讓其滾動，求出迄各缺口破損為止之滾動旋轉數，測定其平均值而作為熱軋疲勞壽命。而且，將熱軋疲勞壽命超過350千次的情況評價為熱軋疲勞壽命顯著優異。
所獲得的結果如表2所示。
Figure 02_image007
在此，關於耐磨耗性，在與先前之對比下，將0.97以上者評價為「〇」(合格)，將低於0.97者評價為「×」(不合格)；關於耐疲勞性，將超過410千次(410000次)者評價為「◎」(合格，特別優異)，將超過350千次且410千次以下(350001~410000次)者評價為「〇」(合格)，將350千次(350000次)以下者評價為「×」(不合格)，根據這些進行綜合評價。 作為綜合評價，將氣孔、縮孔為無缺陷、耐磨耗性的評價為「〇」(合格)、且耐疲勞性的評價為「〇」(合格)者評價為「〇」(合格)。 此外，將氣孔、縮孔為無缺陷、耐磨耗性的評價為「〇」(合格)、且耐疲勞性的評價為「◎」(合格，特別優異)者評價為「◎」(合格，特別優異)。 此外，只要出現氣孔、縮孔的缺陷：「有」、耐磨耗性的評價：「×」(不合格)、耐疲勞性的評價：「×」(不合格)之任一者，綜合評價就成為「×」(不合格)。
可知，在本發明例具有與先前例同等或更佳的耐磨耗性，且氣孔、縮孔顯著減少。特別是，Al含量在較佳範圍的實施例(No.7~13)，磨耗比大，耐磨耗性優異。這是因為，若有氣孔、縮孔存在，在磨耗試驗中其周圍會以破裂的方式脫落，造成試驗片的重量大幅減少，但藉由將Al含量設定在較佳的範圍，能使氣孔、縮孔的尺寸大幅減少，而使磨耗試驗中之試驗片的質量變化變小。 此外，如圖7所示般可知，當C、V、Nb、Mo滿足(1)式及(2)式的情況(No.11~13)，可抑制氣孔、縮孔的形成，且具有比先前例、不滿足(1)式及(2)式之本發明例更優異的耐磨耗性及耐疲勞性。
因此，依據本發明，可製造出減少氣孔、縮孔的發生之耐磨耗性及耐疲勞性優異的熱軋用輥外層材及熱軋用複合輥。結果還具有可達成被輥軋材之表面品質的提高及輥壽命的提高之效果。
1:環狀試驗材 2:試驗片(X射線CT測定用試驗片) 3:氣孔或縮孔 4:外接圓 5:試驗片(磨耗試驗片、熱軋疲勞試驗片) 6:冷卻水 7:高頻感應加熱線圈 8:對方片 9:缺口
[圖1]係示意地顯示在X射線CT測定所使用的試驗片(X射線CT用試驗片)之說明圖。 [圖2]係在X射線CT測定所獲得的透射像中被確認之試驗片內的縮孔之一例。 [圖3]係示意地顯示在熱滾動磨耗試驗所使用之試驗機的結構、熱滾動磨耗試驗用試驗片(磨耗試驗片)之說明圖。 [圖4]係顯示氣孔或縮孔之外接圓的直徑與N+O的關係之圖。 [圖5]係顯示Al量與耐磨耗性的關係之圖。 [圖6]係示意地顯示在熱滾動疲勞試驗所使用之試驗機的結構、熱滾動疲勞試驗用試驗片(疲勞試驗片)、及在熱滾動疲勞試驗用試驗片(疲勞試驗片)之外周面所導入之缺口的形狀、尺寸之說明圖。 [圖7]係顯示本發明的耐磨耗性與耐疲勞性的關係之圖。

Claims (6)

  1. 一種熱軋用輥外層材，其組成以質量%計，係含有C：1.6~2.5%、Si：0.2~1.5%、Mn：0.2~1.6%、Cr：4.5~7.0%、Mo：1.0~5.0%、V：4.0~6.0%、Nb：0.5~2.5%，且N與O之合計為100~400質量ppm，其餘部分為Fe及不可避免的雜質所構成。
  2. 如請求項1所述之熱軋用輥外層材，以質量%計，進一步含有Al：0.01~0.30%。
  3. 如請求項1或2所述之熱軋用輥外層材，以質量%計，進一步含有P：0.010~0.040%。
  4. 如請求項1或2所述之熱軋用輥外層材，其中，C、V、Mo、Nb的含量滿足下述(1)式及(2)式，1.60≦(%V+%Nb)/%Mo≦3.5．．．(1)式 9.00≦%V+0.5×%Nb+2.1×%C≦11.0．．．(2)式在此，%C、%V、%Nb、%Mo為各元素的含量(質量%)。
  5. 如請求項3所述之熱軋用輥外層材，其中，C、V、Mo、Nb的含量滿足下述(1)式及(2)式， 1.60≦(%V+%Nb)/%Mo≦3.5．．．(1)式 9.00≦%V+0.5×%Nb+2.1×%C≦11.0．．．(2)式在此，%C、%V、%Nb、%Mo為各元素的含量(質量%)。
  6. 一種熱軋用複合輥，係具有外層、中間層及內層共3層構造、或具有外層及內層共2層構造之熱軋用複合輥，前述外層係具有請求項1至5中任一項所述之熱軋用輥外層材。
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