WO2014010547A1 - 複合ロールおよび圧延方法 - Google Patents

Abstract

　本発明の複合ロールは、鋼製のロール軸材と、前記ロール軸材の周囲に設けられた外層とを備え、前記外層が、鉄基合金である母材と、セラミックスからなる平均太さ１～３０μｍかつ平均アスペクト比１０～５００の繊維状介在物と、セラミックスからなる平均粒径１～１００μｍの粒子状介在物とを含む焼結体を含み、前記繊維状介在物の含有量が、前記焼結体に対して５～４０体積％であり、前記粒子状介在物の含有量が、前記焼結体に対して５～３０体積％である。

Description

複合ロールおよび圧延方法

　本発明は、鉄鋼等の金属製品の製造工程のうち、圧延加工工程で使用される複合ロールおよび圧延方法に関する。特に、熱間圧延で使用される圧延用複合ロールおよび圧延方法に関する。
　本願は、２０１２年７月９日に、日本に出願された特願２０１２－１５３８８０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　圧延加工工程にて使用される圧延ロールには、金属マトリックス中に炭化物等のセラミックス成分が分散した硬度の高い材料が使用されている。このような圧延ロールは、一般的に鋳造法で製造されている。成分調整又は熱処理条件等の最適化を図ることにより、圧延ロールとして使用するために必要な強度や硬度を有する材料の製造を実現させている。

　一方、鋳造法以外の方法で製造される圧延ロールとして、金属マトリックスとなる粉末粒子とセラミックス繊維とを組み合わせ、焼結法により製造することにより強化された、繊維強化複合金属（Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｍｅｔａｌｓ：ＦＲＭ）材からなる圧延ロールも知られている（特許文献１、２および４）。また、このような製造方法により得られた圧延ロールは、鋳造法による圧延ロールよりも優れた耐摩耗性、耐焼付き性や耐肌荒れ性を有していることも知られている。また、金属マトリックスとなる粉末粒子にセラミックス粉末粒子を添加することにより強化された圧延ロールも知られている（特許文献３）。しかしながら、これら文献に記載された技術には、以下に挙げる課題が含まれる。

　特許文献１は、鋼製の軸の周辺に耐摩耗性材料からなる外層が設けられた圧延用複合ロールに関する。この耐摩耗性材料からなる外層は、鉄基合金粉末にセラミックス繊維の小片を添加して焼結することにより製造される。しかしながら、本発明者らは、多量のセラミックス繊維をロール外層に添加することにより、ロールの表面粗さが増大すること、およびロール外層の強度が低下してロール外層に割れが発生する場合があることを発見した。本発明者らは、鉄基合金粉末に４５体積％のセラミックス繊維の小片を添加してロール外層を製造したところ、ロール外層にクラック等の材料欠陥が生じていることを見出した。このような知見は、特許文献１において開示されていない。

　特許文献２は、セラミックス繊維を添加することにより強化された金属に関する。このセラミックス繊維が添加された金属は、金属粉末とセラミックス繊維とを混合したものを焼結することにより製造される。この焼結工程を行う際に、焼結用の炉の内部の圧力を、比較的低い圧力である０．１～７．０ＭＰａとすることが必要であると特許文献２には記載されている。しかしながら、このような圧力の下で焼結されたセラミックス繊維添加金属は、使用中に大きな荷重を受ける圧延ロールの外層材として使用に適さない。焼結時に十分に加圧されなかった焼結材はボイドを多く含み、このボイドは、焼結体が大きな荷重を受けた際にクラック発生の起点となるからである。圧延ロールの外層材として用いるためには、高圧で行われる熱間静水圧成形（Ｈｏｔ　Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓｉｎｇ：ＨＩＰ）によって焼結工程を行う必要がある。

　特許文献３は、鉄基合金の粉末とＳｉＣ粒子またはＢ_４Ｃ粒子とを混合した粉末を焼結して製造した圧延ロールの外層材に関する。しかし、ＳｉＣおよびＢ_４Ｃは、鉄基合金の粉末と混合して用いるためのセラミックス粉末の成分として好ましくない。ＳｉＣおよびＢ_４Ｃは、焼結の際に鉄と反応し、合金を形成するからである。合金の形成は、セラミック添加による焼結金属の強度向上を妨げる。本発明者らは、ＳｉＣおよびＢ_４Ｃの粉末を鉄基合金粉末と混合した場合、混合粉末から得られる焼結体が圧延ロールの外層材として十分な強度を有しないことを確認した。

　特許文献４は、直径１０μｍ以下の炭化物が晶出した鉄基合金粉末に酸化物セラミックス繊維の小片を混合したものを焼結して形成した外層材を有する複合部材構造である圧延ロールであって、焼結法によって理論密度を９９％以上に高めたものを外層材として使用した圧延ロールに関する。しかし、理論密度が９９％以上であっても、セラミックス繊維の凝集によって生成する微少な欠陥を外層材から完全になくすことができず、この外層材を有する圧延ロールを圧延に使用した場合、微小な欠陥を起点とした微小クラックが生じることが避けられない。この微小クラックの進展によって、圧延ロールの表面から材料の欠落が生じ、圧延ロールの肌荒れが生じることが課題となっている。

日本国特開平１１－２８５０８号公報 日本国特開２００３－１１９５５４号公報 日本国特開平１１－０６１３４９号公報 日本国特開２００１－５９１４７号公報

　高強度の鋼材の圧延量の増加、および圧延速度の高速化などのような、圧延工程の進歩によって、圧延ロールの使用環境は益々厳しい条件になってきており、圧延ロールには耐摩耗性、耐肌荒れ性のさらなる改善が必要となっている。これらの特性を向上させるために、圧延用複合ロール外層中のセラミックス成分を増量することが考えられる。しかしながら、本発明者の知見によれば、ＦＲＭを外層材として用いた複合ロール（ＦＲＭ圧延ロール）において、セラミックス成分を増やすためにセラミックス繊維の配合量を増やすと、ＦＲＭ圧延ロールを製造するときに、セラミックス繊維同士が絡まって、繊維凝集に起因する欠陥が生じ易くなり、健全なロールを製造することが困難になる。しかしながら、鉄基合金粉末とセラミックス粉末とだけを用いて、ＦＲＭ圧延ロールと同等のセラミックス配合量を有する複合ロールを製造した場合では、セラミックス粉末がクラックの伝播経路となり、クラックが進展しやすくなる。ここで本発明者らは、鉄基合金粉末にセラミックス粉末を配合して焼結体を製造する場合、セラミックス粉末に起因するクラックの伝播を抑制するためにセラミックス繊維をさらに配合することが、複合ロールの性能向上に寄与することを知見した。そして、本発明者らによるさらなる研究の結果、セラミックス繊維とセラミックス粉末との両方を配合することにより、セラミックス繊維の凝集とセラミックス粉末に起因するクラック進展とを生じさせることなく、複合ロール外層の焼結体中のセラミックス成分の含有量を増大させることが可能となった。

　本発明は、圧延用複合ロールに必要な特性である、耐摩耗性および耐肌荒れ性などのトライボロジー特性、ならびに耐き裂性および強度などの機械的特性を両立させた、従来のＦＲＭ圧延ロールよりも優れた特性を持つ複合ロールを提供することを目的とする。

　　本発明は上記の問題を解決するために、以下の発明を提供するものである。
（１）本発明の一形態に係る複合ロールは、鋼製のロール軸材と、前記ロール軸材の周囲に設けられた外層とを備え、前記外層が、鉄基合金である母材と、セラミックスからなる平均太さ１～３０μｍかつ平均アスペクト比１０～５００の繊維状介在物と、セラミックスからなる平均粒径１～１００μｍの粒子状介在物とを含む焼結体を含み、前記繊維状介在物の含有量が、前記焼結体に対して５～４０体積％であり、前記粒子状介在物の含有量が、前記焼結体に対して５～３０体積％である。
（２）上記（１）に記載の複合ロールは、前記焼結体の前記母材の化学成分が、０．８～３．５質量％のＣと、１～１３質量％のＣｒと、０～１８質量％のＭｏと、０～２８質量％のＷと、０～１５質量％のＮｉと、０～１８質量％のＣｏと、合計２～２０質量％の、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆよりなる群から選ばれた１種以上の元素と、残部がＦｅおよび不純物と、からなってもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の複合ロールは、前記粒子状介在物および前記繊維状介在物が、酸化物、窒化物または炭化物のうち１種以上であってもよい。
（４）上記（３）に記載の複合ロールは、前記粒子状介在物が、アルミナ、ジルコニア、チタニア、窒化ホウ素、窒化ケイ素、および窒化ジルコニウムのうち１種以上であってもよい。
（５）上記（３）又は（４）に記載の複合ロールは、前記繊維状介在物が、アルミナ、ムライト、窒化ホウ素、および窒化ケイ素のうち１種以上であってもよい。
（６）上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の複合ロールは、前記粒子状介在物および前記繊維状介在物の合計含有量が、前記焼結体の体積に対して３５体積％～７０体積％であってもよい。
（７）本発明の別の形態に係る複合ロールは、鋼製のロール軸材の周囲に外層を設けた複合ロールであって、前記外層が、（ａ）鉄基合金粉末と、（ｂ）平均太さ１～３０μｍかつ平均アスペクト比１０～５００のセラミックス繊維と、（ｃ）平均粒径１～１００μｍのセラミックス粉末との混合物に対して焼結を行うことにより得られた焼結体を含み、（ａ）前記鉄基合金粉末、（ｂ）前記セラミックス繊維および（ｃ）前記セラミックス粉末の前記焼結前の合計量に対し、（ｂ）前記セラミックス繊維が前記焼結前の配合量で５～４０体積％、および（ｃ）前記セラミックス粉末が前記焼結前の配合量で５～３０体積％、であり、（ｂ）前記セラミックス繊維および（ｃ）前記セラミックス粉末は前記焼結後に単独で存在してもよい。
（８）上記（７）に記載の複合ロールは、前記焼結前の（ａ）前記鉄基合金粉末の化学成分が、０．８～３．５質量％のＣと、１～１３質量％のＣｒと、０～１８質量％のＭｏと、０～２８質量％のＷと、０～１５質量％のＮｉと、０～１８質量％のＣｏと、合計２～２０質量％のＶ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆよりなる群から選ばれた１種以上の元素と、残部がＦｅおよび不純物と、からなってもよい。
（９）上記（７）又は（８）に記載の複合ロールは、（ｃ）前記セラミックス粉末が酸化物、窒化物または炭化物のうち１種以上であってもよい。
（１０）上記（９）に記載の複合ロールは、（ｃ）前記セラミックス粉末がアルミナ、ジルコニア、チタニア、窒化ホウ素、窒化ケイ素、および窒化ジルコニウムのうち１種以上であってもよい。
（１１）上記（７）～（１０）のいずれか一項に記載の複合ロールは、（ｂ）前記セラミックス繊維が酸化物系繊維、炭化物系繊維または窒化物系繊維のうち１種以上であってもよい。
（１２）上記（７）～（１１）のいずれか一項に記載の複合ロールは、（ｂ）前記セラミックス繊維と（ｃ）前記セラミックス粉末との前記焼結前の合計配合量が、（ａ）前記鉄基合金粉末、（ｂ）前記セラミックス繊維および（ｃ）前記セラミックス粉末の前記焼結前の合計量に対して、３５体積％～７０体積％であってもよい。
（１３）本発明の別の形態に係る圧延方法は、上記（１）～（１２）のいずれか１項に記載の複合ロールを使用して、金属材料を圧延してもよい。
（１４）本発明の別の形態に係る複合ロールの製造方法は、外層とロール軸材とを備える複合ロールの製造方法であって、鉄基合金粉末と、平均粒径１～１００μｍのセラミックス粉末と、平均太さ１～３０μｍかつ平均アスペクト比１０～５００のセラミックス繊維とを混合して原料混合物を得る混合工程と、前記原料混合物を、前記ロール軸材の周囲に設置された筒状のカプセル内に充填し、次いで前記カプセル内を真空脱気し、さらに７０～１２０ＭＰａの圧力で熱間静水圧成形を行うことにより焼結を行い、前記ロール軸材の周囲に前記外層が接合された前記複合ロールを得る熱間静水圧成形工程と、を備え、前記原料混合物の前記焼結前の合計量に対し、前記セラミックス繊維の配合量が前記焼結前の配合量で５～４０体積％であり、前記セラミックス粉末の配合量が前記焼結前の配合量で５～３０体積％であってもよい。

　本発明の複合ロールによれば、従来のＦＲＭ圧延ロール（鉄基合金粉末とセラミックス繊維との複合体、又は鉄基合金粉末とセラミックス粉末との複合体からなる）に比較して、耐摩耗性および耐肌荒れ性を向上させ、かつ、耐き裂性は従来のＦＲＭ圧延ロールと同等のレベルを維持することができる。これにより、圧延工程にて使用された場合、複合ロールが長寿命化し、複合ロールの交換周期の大幅な延長が達成でき、ロール原単位の向上だけでなく生産性および歩留まりの向上をも期待し得る。

熱間静水圧成形を使用した一体焼結法の説明図である。 複合ロールの製造方法を示すフローチャートである。

　本実施形態の複合ロールは、鋼製のロール軸材（芯材）の外側（周囲）に外層を設けた複合ロールである。外層は、同心円状にロール軸材の周囲に設けられており、その厚さは通常１０ｍｍ～１００ｍｍ程度である。ロール軸材と外層との間に中間層が形成されていてもよい。その外層は、（ａ）鉄基合金粉末と、（ｂ）セラミックス繊維と（ｃ）セラミックス粉末との混合物を焼結することにより得られた焼結体を含む。

　本実施形態に係る鉄基合金粉末は、０．８～３．５質量％のＣと、１～１３質量％のＣｒと、０～１８質量％のＭｏと、０～２８質量％のＷと、０～１５質量％のＮｉと、０～１８質量％のＣｏと、２～２０質量％のＶ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆよりなる群から選ばれた１種以上の元素と、残部がＦｅおよび不純物とからなるのが好適である。さらに好適には、本実施形態に係る鉄基合金粉末は、１．０～２．８質量％のＣと、２～１０質量％のＣｒと、０～１５質量％のＭｏと、０～２０質量％のＷと、０～１０質量％のＮｉと、０～１５質量％のＣｏと、３～１５質量％のＶ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆよりなる群から選ばれた１種以上の元素と、残部がＦｅおよび不純物とからなる。以下に、鉄基合金粉末の化学成分を規定する理由を説明する。

（Ｃ：０．８～３．５質量％）
　Ｃは、炭化物形成のために含有させる。好ましい上限値は３．５質量％であり、好ましい下限値は０．８質量％である。Ｃ含有量が下限未満では、晶出炭化物が少なく、焼結体の耐摩耗性を十分に確保することができない場合がある。Ｃ含有量が上限値を超えると、焼結体中への炭化物の分散が均一ではなくなり、焼結体の強靭性、および耐肌荒れ性の点で問題が起こり得る。Ｃ含有量は、より好ましくは１．０～２．８質量％である。

（Ｃｒ：１～１３質量％）
　Ｃｒは、Ｃｒ系炭化物を形成し、焼結体の耐摩耗性の向上に寄与する。この効果を得るためには、Ｃｒ含有量を１～１３質量％とすることが好ましい。Ｃｒ含有量が上限値を超えると、Ｃｒ系炭化物晶出量が過多となり靭性や耐き裂性が低下する場合がある。Ｃｒ含有量が下限未満では、焼入性が低下する場合がある。Ｃｒ含有量は、より好ましくは２～１０質量％である。

（Ｍｏ：０～１８質量％）
（Ｗ：０～２８質量％）
　ＭｏおよびＷを焼結体中に含有させることは、焼結体の焼入性と高温硬さとを向上させるために好適である。さらに、Ｗは炭化物を形成する元素として含有させてもよい。この効果を得るためには、Ｍｏに関しては、その含有量を０～１８質量％とし、Ｗに関しては、その含有量を０～２８質量％とすることが好ましい。ＭｏおよびＷの含有量が上限を超えると、焼結体の靭性、耐肌荒れ性が悪化する場合がある。Ｍｏ含有量は、より好ましくは０～１５質量％である。Ｗ含有量は、より好ましくは０～２０質量％である。

（Ｎｉ：０～１５質量％）
（Ｃｏ：０～１８質量％）
　Ｎｉは、焼入性を向上させる元素である。この効果を得るためには、Ｎｉ含有量を０～１５質量％とすることが好ましい。Ｎｉ含有量が上限値を超えると、焼結体中の残留オーステナイトが多くなり、割れ、および圧延中の肌荒れが生じやすくなる場合がある。Ｃｏを含有させることにより、焼戻し軟化抵抗および二次硬化に関し有利な効果が得られる。この効果を得るためには、Ｃｏ含有量を０～１８質量％とすることが好ましい。Ｃｏ含有量が上限値を超えると、焼入性が悪くなる場合がある。Ｎｉ含有量は、より好ましくは０～１０質量％である。Ｃｏ含有量は、より好ましくは０～１５質量％である。

（Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆよりなる群から選ばれた１種以上の元素：２～２０質量％）
　Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆは、ＭＣ炭化物を形成し、さらに、溶融した鉄基合金とセラミックス繊維との互いの濡れ性改善に寄与する。加えて、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆは、初晶炭化物（粒内に晶出する炭化物）を形成してＣを消費することにより、ＣとＭｏ、Ｃｒ、又はＷとが結びついて形成される２次晶出炭化物（粒界に晶出する炭化物）が晶出する量を低減させる。粒界に晶出する炭化物は、焼結体内で網目状に分布し、き裂伝播経路となって、焼結体の靱性および耐肌荒れ性を低下させる場合がある。これらの効果を得るためには、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆの群から選ばれた１種または２種以上の元素の量の和を２～２０質量％とすることが好ましい。Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆの群から選ばれた１種または２種以上の元素の量の和が２質量％未満では、ＭＣ炭化物の晶出量が少なく耐摩耗性の向上が十分でない上、２次晶出炭化物が網目状に晶出しやすくなり、靭性、耐肌荒れ性に悪影響を及ぼす場合がある。また、元素の量の和が上限を超えると、大きな初晶炭化物が晶出して肌荒れが生じる場合がある。好ましくは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆの群から選ばれた１種または２種以上の元素の量の和は３～１５質量％である。

　本実施形態の一態様の鉄基合金粉末は、上記成分を含有し、残部が鉄および不純物を含む。不純物の例としては、鉱石やスクラップ等の原材料に含まれるもの、又は製造工程において含まれるもの等が挙げられる。

　鉄基合金粉末には、炭化物セラミックス成分が含まれる。この炭化物セラミックス成分は、鉄基合金粉末が焼結体となったときに、鉄基合金焼結体自身の強度、靭性、および硬度を、複合ロールとして十分なレベルに向上させる。しかし、鉄基合金粉末だけを用いた焼結体は、複合ロールとして十分な性能を有さない。焼結体に十分な性能を付与するためには、鉄基合金粉末にセラミックス繊維およびセラミックス粉末をさらに混合して、焼結体中のセラミックス含有量をさらに増加させなければならない。

（鉄基合金粉末の平均粒径：１～１００μｍ）
　鉄基合金粉末の平均粒径は１～１００μｍである。鉄基合金粉末の平均粒径が１μｍより小さいと、鉄基合金粉末同士が凝集し、焼結成形時にボイド欠陥（ｖｏｉｄ　ｄｅｆｅｃｔ）の発生を十分に抑制することが困難となる場合がある。一方、鉄基合金粉末の平均粒径が１００μｍを超えると、鉄基合金粉末と混合されることにより鉄基合金粉末の周囲に配置されるセラミックス粉末およびセラミックス繊維に由来するセラミックス部分同士の間隔が広くなりすぎる恐れがある。この場合、焼結体の耐摩耗性、耐焼付き性、および耐肌荒れ性などの特性が低下する。鉄基合金粉末の好ましい平均粒径は５～５０μｍである。
　本実施形態において、鉄基合金粉末の平均粒径との用語は、レーザー回折・散乱法により測定された粒度分布における積算分布曲線の中央値（積算値５０％）の粒径（メディアン径）を示す。測定装置としては、たとえば、ＳＨＩＭＡＤＺＵ製のＳＡＬＤ－３１００が用いられる。

　本実施形態の複合ロールにおいて、焼結前の（ａ）鉄基合金粉末と、（ｂ）セラミックス繊維と、（ｃ）セラミックス粉末との合計量に対し、（ｂ）セラミックス繊維の量が焼結前の配合量で５～４０体積％、および（ｃ）セラミックス粉末の量が焼結前の配合量で５～３０体積％、である。

（セラミックス繊維の焼結前の配合量：５～４０体積％）
　セラミックス繊維の焼結前の配合量が５体積％未満であると、複合ロールに必要な耐摩耗性、耐肌荒れ性および耐き裂性が十分に得られない。一方、セラミックス繊維の焼結前の配合量が４０体積％を超えると、セラミックス繊維同士が絡み合って繊維凝集が生じる。この繊維凝集は、焼結成形時にボイドを発生させる。このことは、材料欠陥発生の十分な抑制を困難にする。さらに、セラミックス繊維の焼結前の配合量が４０体積％を超えると、ロールの耐肌荒れ性が悪化する。これは、繊維が凝集することによって微少なボイド状の欠陥が発生することに起因する。好適には、セラミックス繊維の焼結前の配合量が１０～３０体積％である。

（セラミックス粉末の焼結前の配合量：５～３０体積％）
　セラミックス粉末の焼結前の配合量が５体積％未満である場合、従来の（ａ）鉄基合金粉末と（ｂ）セラミックス繊維とのみを複合させたものと比較して、耐摩耗性、耐焼付き性、および耐肌荒れ性などの特性を向上させる効果が得られない。一方、セラミックス粉末の焼結前の配合量が３０体積％を超える場合、焼結体を複合ロールの外層として使用する際に必要な靭性および耐き裂性などの機械的性質が十分に維持できない。

（セラミックス繊維とセラミックス粉末との焼結前の合計配合量：３５～７０体積％）
　（ｂ）セラミックス繊維と（ｃ）セラミックス粉末との焼結前の合計配合量は、３５体積％～７０体積％であることが好ましい。これにより、焼結体において、従来技術よりもさらに好適に、複合ロールとして備えるべき靱性や耐き裂性などの機械的性質を確保し、耐摩耗性および耐肌荒れ性などのトライボロジー特性を向上させることができる。合計配合量が３５体積％未満では、耐摩耗性および耐肌荒れ性などのトライボロジー特性を従来技術よりも向上させることが難しい場合がある。合計配合量が７０体積％を超えると、複合ロールとして備えるべき靱性および耐き裂性などの機械的性質を維持できない場合がある。さらに本実施形態の効果を十分に発揮させるには、（ｂ）セラミックス繊維と（ｃ）セラミックス粉末との焼結前の合計配合量は、４０体積％～６０体積％であることが好適である。

（セラミックス粉末の成分：酸化物、窒化物または炭化物のうち１種以上）
　セラミックス粉末は、酸化物、窒化物または炭化物のうち１種以上から選ばれるのが好適である。酸化物としては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、等が好適に使用される。窒化物としては、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化ジルコニウム、窒化チタン、等が好適に使用される。炭化物としては、炭化バナジウム、炭化クロム、炭化チタン、等が好適に使用される。
　しかしながら、炭化物のうち、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、および炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）は、本実施形態のセラミックス粉末として適切ではない。ＳｉＣおよびＢ_４Ｃは、焼結の際に鉄基合金粉末中のＦｅと反応して、合金を形成するからである。合金を形成すると、これらのセラミックス粉末の添加効果が低下し、ロールの耐摩耗性が低下する。本発明者らは、ＳｉＣおよびＢ_４Ｃの粉末をセラミックス繊維および鉄基合金粉末と混合した場合、混合粉末から得られる焼結体は、粉末を添加しない場合と比較して若干の強度向上が見られるものの、複合ロールの外層の材料として十分な耐摩耗性を有しないことを確認した。ただし、ＰＶＤ又はめっき等の手段によってＳｉＣおよびＢ_４Ｃの粉末の表面に他の金属がコーティングされている場合、このコーティングがＳｉＣおよびＢ_４ＣとＦｅとの反応を妨げるので、ＳｉＣおよびＢ_４Ｃは、焼結体の強度や耐摩耗性を向上させる能力を発揮することができる。従って、本実施形態に係るセラミックス粉末は、焼結後に単独で存在するものであることが必要である。「単独で存在する」との表現は、周囲の母材と反応して化合物を形成することが実質的にない、ということを意味する。

（セラミックス粉末の平均粒径：１～１００μｍ）
　セラミックス粉末の平均粒径は１～１００μｍである。セラミックス粉末の平均粒径が１μｍより小さいと、セラミックス粉末同士が凝集するので、焼結成形時にボイド欠陥の発生を十分に抑制することが困難となる場合がある。セラミックス粉末同士の凝集をより確実に防ぐために、セラミックス粉末の平均粒径の下限値を２μｍ、２μｍ超、５μｍ、１５μｍ、又は２０μｍとしてもよい。一方、セラミックス粉末の平均粒径が１００μｍを超えると、得られた焼結体を複合ロールとして使用したときに、セラミックス粉末に起因する焼結体中の粒子状介在物がき裂の進展経路となり、複合ロールの機械的特性を低下させるおそれがある。本実施形態では、好適には、平均粒径が３～５０μｍのセラミックス粉末を使用する。
　なお、粉末の形状をアスペクト比によって規定することは、本技術分野、および粉体工学の分野において一般的ではない。「粉末」との用語は、アスペクト比（粉末の形状が楕円球状の形状とすると，長径／短径で表現される比率）が１～２程度の粒子を意味すると解されるのが通常であるが、本実施形態においてセラミックス粉末のアスペクト比の具体的な数字は規定されない。
　本実施形態において、セラミックス粉末の平均粒径との用語は、レーザー回折・散乱法により測定された粒度分布における積算分布曲線の中央値（積算値５０％）の粒径（メディアン径）を示す。測定装置としては、たとえば、ＳＨＩＭＡＤＺＵ製のＳＡＬＤ－３１００が用いられる。

（セラミックス繊維の成分：酸化物、窒化物または炭化物のうち１種以上）
　セラミックス繊維は酸化物系繊維、炭化物系繊維または窒化物系繊維のうち１種以上であるのが好適である。酸化物系の繊維、炭化物系の繊維または窒化物系の繊維としては、好適にはアルミナ繊維、ムライト繊維、窒化ホウ素繊維、窒化ケイ素繊維、又はＳｉＢＮ_３Ｃ繊維等が使用される。
　しかしながら、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、および炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）は、本実施形態のセラミックス繊維の成分として用いることができない。その理由は、これら化合物が本実施形態のセラミックス粉末の成分として用いることができない理由と同じである。ただし、ＰＶＤ又はめっき等の手段によってＳｉＣおよびＢ_４Ｃの繊維の表面に他の金属がコーティングされている場合、ＳｉＣおよびＢ_４Ｃは、焼結体の強度や耐摩耗性を向上させる能力を発揮することができる。従って、本実施形態に係るセラミックス繊維は、焼結後に単独で存在するものであることが必要である。

（セラミックス繊維の形状：平均太さ１～３０μｍ、平均アスペクト比１０～５００）
　セラミックス繊維の平均太さは、１～３０μｍであり、好適には３～１５μｍである。セラミックス繊維の平均太さが１μｍ未満である場合、製造時に繊維同士が絡み合い、ボイド状の欠陥発生が避けられない。一方、セラミックス繊維の平均太さが３０μｍ超である場合、複合ロールを圧延ロールとして使用するにつれて複合ロールの表面の粗さが大きくなり、過剰な摩擦熱発生により肌荒れが発生しやすくなる場合がある。
　セラミックス繊維の平均アスペクト比は１０～５００であり、より好適には３０～３００程度である。セラミックス繊維の平均アスペクト比が１０未満である場合、セラミックス繊維は、繊維強化としての機能を発揮できない。つまり、粒子としてのセラミックスだけを鉄基合金粉末中に混合する製造方法と実質的に同じ効果しか得られず、セラミックス繊維とセラミックス粉末とを混合させる効果が得られない。この場合、鉄基合金粉末とセラミックス粉末とだけを用いてＦＲＭ圧延ロールを製造した場合と同様に、セラミックス繊維がクラックの伝播経路となり、クラックが進展しやすくなる恐れがある。一方、セラミックス繊維の平均アスペクト比が５００超である場合、繊維同士が絡みやすくなり、ボイド状の欠陥の発生が避けられない。
　本実施形態において、セラミックス繊維の平均太さおよび平均アスペクト比は、以下の手段により求める。先ず、５０本以上の繊維を無作為に抽出し、次いでそれらを顕微鏡で観察して、繊維の直径と長さとを測定し、さらにこれら測定値の算術平均値を求める。セラミックス繊維の直径の算術平均値をセラミックス繊維の平均太さとし、セラミックス繊維の長さの算術平均値をセラミックス繊維の直径の算術平均値で除した値をセラミックス繊維の平均アスペクト比とする。

　本実施形態の複合ロールは、上記のように（ａ）鉄基合金粉末と、（ｂ）セラミックス繊維と、（ｃ）セラミックス粉末との焼結体を含む。混合粉末を焼結成形して製造された焼結体中のセラミックスは、原料として配合されたセラミックス粉末およびセラミックス繊維由来のセラミックスに加えて、焼結体中の、鉄基合金粉末に由来する箇所の中に析出又は晶出した、鉄基合金粉末の成分に由来する炭化物をさらに含む。この鉄基合金粉末に由来する箇所の中に析出又は晶出した炭化物は、鉄基合金粉末を焼結成形してできる焼結体自身の強度、靭性、および硬度を確保するのに必要なものである。本実施形態では、鉄基合金粉末に由来する箇所の中に析出又は晶出した炭化物に加えて、セラミックス繊維とセラミックス粉末とに由来するセラミックスを焼結体に含有させることで、従来よりも耐摩耗性および耐肌荒れ性などのトライボロジー特性、ならびに耐き裂性および強度などの機械的特性に優れた複合ロールを実現し得る。

　本実施形態の複合ロールは、たとえば、図２に示される次のような方法により製造される。すなわち、
（１）混合工程において、（ａ）鉄基合金粉末と（ｂ）平均粒径１～１００μｍのセラミックス粉末と（ｃ）平均太さ１～３０μｍかつ平均アスペクト比１０～５００のセラミックス繊維とを混合して原料混合物を得て、
（２）熱間静水圧成形工程において、原料混合物を、ロール軸材の周囲に設置された筒状のカプセル内に充填し、次いでカプセル内を真空脱気し、さらに７０～１２０ＭＰａの圧力で熱間静水圧成形を行って焼結する
ことにより、ロール軸材の周囲に外層が接合された複合ロールを得る。
　原料となる粉末および繊維を混合する順番は、十分な混合時間が確保されていれば、どのような順に混合してもよい。例えば、（ａ）鉄基合金粉末と（ｃ）セラミックス粉末とを混合したものに（ｂ）セラミックス繊維を混合してもよいし、又は（ａ）鉄基合金粉末と（ｂ）セラミックス繊維とを混合したものに、（ｃ）セラミックス粉末を混合してもよい。

　以下に、上述した製造方法に関して詳細に説明する。
　本実施形態の複合ロールの外層は、たとえば、軟鋼製の筒状のカプセル内に上記原料混合物を充填し、このカプセルに軟鋼製の蓋（脱気用のパイプがとりつけてある）を装着および溶接することによりカプセルを密閉し、次いで脱気用パイプを使って真空脱気および真空封着した後に、熱間静水圧成形（ＨＩＰ）により焼結成形して製造される。カプセルの材料は、板厚が２～１０ｍｍ程度の軟鋼製の鋼板である。カプセルは、熱間静水圧成形後の焼結体の形状が、目的とするロールの外層形状に加工されるのに十分な仕上げ代（ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ　ａｌｌｏｗａｎｃｅ）も含めた形状になるように、ロール軸材の周囲に形成される。また、カプセル形状は、熱間静水圧成形時の焼結体の変形をも考慮して決定される。カプセルをロール軸材の周囲に設けて製造を行う場合（即ち、ロール軸材との一体焼結法）には、ロール軸材とカプセルとは、原料となる粉末や繊維が漏れ出さないように溶接などで接合される。

　図１は熱間静水圧成形を使用した一体焼結法を説明する図である。ロール軸材１の外周に筒状の鉄製カプセル２を溶接し、ロール軸材１とカプセル２とで構成された充填空間内に、鉄基合金粉末とセラミックス繊維とセラミックス粉末との混合体である原料混合物４とを充填し、カプセル２に蓋３を設置して、蓋３の周囲を溶接（溶接部６）して、真空脱気（５は脱気口を示す）し、真空封着した後、熱間静水圧成形される。カプセル２内の原料混合物４は熱間静水圧成形で焼結され、同時にロール軸材と冶金的に接合される。

　十分な強度を有する複合ロールを得るためには、外層の焼結成形を、７０ＭＰａ以上の加圧を行う熱間静水圧成形によって行う必要がある。もし十分に加圧されなかった場合、焼結体の内部に空孔が生じ、外層（焼結体）の強度が低下する。熱間静水圧成形の際の圧力の下限は、好ましくは８５ＭＰａである。
　熱間静水圧成形の際の圧力の上限を規定する必要はない。しかし、設備能力を考慮すると、熱間静水圧成形の際の圧力の上限は通常１２０ＭＰａとされる。

　焼結法で成形された焼結体は、鉄基合金粉末の成分およびロールの使用条件に応じて、必要な硬度や表面仕上げ粗さとなるように、熱処理条件、および研削研磨加工条件を選定して処理すればよい。

　このような材料および製造方法によって得られた本実施形態に係る複合ロールの外層は、鉄基合金である母材と、セラミックスからなる平均太さ１～３０μｍかつ平均アスペクト比１０～５００の繊維状介在物と、セラミックスからなる平均粒径１～１００μｍの粒子状介在物とを含む焼結体を含む。繊維状介在物の含有量は、焼結体に対して５～４０体積％であり、粒子状介在物の含有量は、焼結体に対して５～３０体積％である。
　鉄基合金である母材は鉄基合金粉末に由来し、繊維状介在物はセラミックス繊維に由来し、粒子状介在物はセラミックス粉末に由来する。セラミックス粉末およびセラミックス繊維は、粒子状介在物および繊維状介在物として、焼結体中で単独で存在する。従って、セラミックス粉末およびセラミックス繊維と鉄基合金粉末とは、互いに化合物を形成することはない。焼結時の温度の設定によっては、化合物が形成される場合があるが、化合物の形成量はわずかである。従って、母材、繊維状介在物、および粒子状介在物の化学成分と、鉄基合金粉末、セラミックス繊維、およびセラミックス粉末の化学成分とはそれぞれ略同一である。加えて、繊維状介在物および粒子状介在物の形状と、セラミックス繊維およびセラミックス粉末の形状とはそれぞれ略同一である。従って、繊維状介在物および粒子状介在物の好適な形状は、セラミックス繊維およびセラミックス粉末の好適な形状と略同一である。
　本実施形態に係る複合ロールの焼結体の母材の化学成分は、０．８～３．５質量％のＣと、１～１３質量％のＣｒと、０～１８質量％のＭｏと、０～２８質量％のＷと、０～１５質量％のＮｉと、０～１８質量％のＣｏと、合計２～２０質量％の、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆよりなる群から選ばれた１種以上の元素と、残部がＦｅおよび不純物と、からなってもよい。さらに好適には、本実施形態に係る複合ロールの焼結体の母材の化学成分は、１．０～２．８質量％のＣと、２～１０質量％のＣｒと、０～１５質量％のＭｏと、０～２０質量％のＷと、０～１０質量％のＮｉと、０～１５質量％のＣｏと、３～１５質量％のＶと、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆよりなる群から選ばれた１種以上の元素と、残部がＦｅおよび不純物とからなってもよい。粒子状介在物および繊維状介在物は、酸化物、窒化物または炭化物のうち１種以上であってもよく、粒子状介在物は、アルミナ、ジルコニア、チタニア、窒化ホウ素、窒化ケイ素、および窒化ジルコニウムのうち１種以上であってもよく、繊維状介在物は、アルミナ、ムライト、窒化ホウ素、および窒化ケイ素のうち１種以上であってもよい。さらに、セラミックス繊維およびセラミックス粉末それぞれの形状および含有量と、繊維状介在物、および粒子状介在物それぞれの形状および含有量とは、それぞれ略同一である。本実施形態に係る粒子状介在物および繊維状介在物の合計含有量は、焼結体の体積に対して３５体積％～７０体積％であってもよい。これら構成を本実施形態が有することによる効果は、これら構成を得るための原料を選定することによる効果と同じである。

　複合ロールの焼結体は、セラミックス繊維およびセラミックス粉末に由来するセラミックスの他に、鉄基合金粉末に由来する炭化物をさらに含む。この炭化物は、鉄基合金粉末に含まれる各元素の炭化物の混合物として焼結体中に存在する。従って、セラミックス繊維およびセラミックス粉末に由来するセラミックスと鉄基合金粉末に由来する炭化物とは、それらの成分を分析することにより判別することができる。具体的には、ＥＰＭＡ等の局所分析が可能な装置によって対象物を分析した場合に、その対象物がＦｅ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷ等からなる複合炭化物であるセラミックスであれば、その対象物は鉄基合金粉末に由来する炭化物であると見なすことができる。鉄基合金粉末に由来する炭化物の平均粒径は、通常、０．１μｍ～２μｍ程度であるが、熱間静水圧成形の温度や時間、その後の必要に応じて実施される熱処理条件により、その大きさは変化する。

（圧延方法）
　本実施形態により得られる複合ロールを使用して、金属材料を圧延することができる。すなわち、本実施形態の複合ロールは、薄板鋼帯の熱間圧延ロールのみならず、シームレス、線材圧延、熱押し、鍛造等の熱間加工用工具、および薄板鋼帯の冷間圧延ロール、冷間加工工具としても好適に使用できる。また、耐摩耗性に優れた材料として、圧延機周辺のローラー、およびガイド類にも適用できる。

　以下に示す原料および方法によって、種々の複合ロールの実施例および比較例を作成し、特性を評価した。

（使用原料）
　鉄基合金粉末として、質量比でＣが２．１質量％、Ｃｒが４．８質量％、Ｖが６．０質量％、Ｍｏが５．１質量％、Ｗが４．５質量％、Ｓｉが１．３質量％、Ｍｎが０．９質量％、残部が実質的にＦｅおよび不純物からなるものを使用した。この鉄基合金粉末の平均粒径は０．５～１２５μｍの範囲でいくつかの平均粒径のものを選択して使用した。セラミックス粉末としては、平均粒径が０．７～１２５μｍの範囲でいくつか選択し、アルミナ粉末、ＳｉＣ粉末、Ｂ_４Ｃ粉末および窒化ケイ素粉末を使用した。セラミックス繊維としては、アルミナ繊維（平均太さ：０．８～３６μｍ、平均アスペクト比：８～６０３程度）、窒化ケイ素繊維（平均太さ：１０μｍ、平均アスペクト比：１０５）、ＳｉＣ繊維（平均太さ：８μｍ、アスペクト比：８９）およびＢ_４Ｃ繊維（平均太さ：７μｍ、平均アスペクト比：９５）とを使用した。

（複合ロールの製作）
　上記の粉末および繊維を用いて、表１～２に示す配合量で複合ロール（直径１１０ｍｍ、胴長３００ｍｍ）を製作した。ロール軸材（Ｃｒ－Ｍｏ鋼）の周囲に、成形用型である鉄製カプセルを製作して、その中に表１～２に記載の鉄基合金粉末、セラミックス粉末およびセラミックス繊維の混合原料を充填した。なお、鉄基合金粉末、セラミックス粉末およびセラミックス繊維の混合原料は、まず鉄基合金粉末およびセラミックス粉末を十分に混合した後に、セラミックス繊維をさらに混合して得られたものである。混合は、回転式ボールミルを用いて行なった。ついで、カプセルの蓋を溶接し、カプセル内を真空脱気して、１０５０℃および６０～１２０ＭＰａの所定の圧力で熱間静水圧成形を行なった。冷却後に、カプセルを除去し、ショア硬度が８５～９０程度になるように、鉄基合金成分に近い工具材の熱処理条件に近い条件で焼入れ、焼き戻しの熱処理を行なった。

　（熱間コイル圧延実験）
　このようにして製作された複合ロールを使用して、熱間コイル圧延実験によって、普通鋼の圧延コイル材４０００ｍを圧延したときの複合ロールの摩耗深さ、き裂（クラック）深さおよび表面粗さを測定した。これらの測定法は、以下のとおりである。
　焼結体の欠陥有無：超音波探傷法によって欠陥の有無を確認した。欠陥が発見された試料は不合格とした。
　摩耗深さ：圧延前後のロールプロフィールの差異から摩耗深さを測定した。摩耗深さが１５μｍ以上である試料は不合格とした。
　き裂（クラック）深さ：圧延後のロールを切断してロール表層付近を観察し、発生したクラックの最大深さをき裂深さとした。き裂深さが１００μｍ以上である試料は不合格とした。
　表面粗さ：算術平均粗さ（中心線平均粗さ）Ｒａを測定した。測定方法は、ＪＩＳ　Ｂ０６０１に準じた。表面粗さが０．８μｍＲａ以上である試料は不合格とした。
　以上に示す測定法にて、複合ロールを評価し、全ての測定において合格した試料を合格品（ＧＯＯＤ）とした。
　熱間コイル圧延実験条件は、加熱温度８００℃、圧延速度１００ｍ／分、入側張力１ｋｇｆ／ｍｍ^２、出側張力３ｋｇｆ／ｍｍ^２、圧下率４３～４６％、潤滑油なし、であった。
　その結果を表１～２に示す。

　比較例１～１７は、本願規定範囲を外れたので、摩耗深さ、き裂深さ、および／又は表面粗さが低下した。
　比較例に対し、本発明の規定範囲内で製造がおこなわれた実施例は、焼結成形時に生じやすい凝集に伴うボイドなどの欠陥が発生することがなく、耐摩耗性にも優れた。さらに、実施例は圧延後のロールの表面粗さも小さく耐肌荒れ性も良好で、き裂進展深さも小さいことが判明した。すなわち、実施例は、従来技術よりも機械的性質を維持・向上させつつ、耐摩耗性や耐肌荒れ性などのトライボロジー特性を向上させることができた。また、アルミナ繊維を本発明で規定する配合量よりも多く配合すると、製造時の欠陥が発生し、セラミックス粉末の配合量を本発明で規定する配合量よりも少なくすると、耐摩耗性および耐肌荒れ性などが向上する効果が得られないことがわかった。セラミックス繊維およびセラミックス粉末の配合量を、本発明の範囲内で多くすると、複合ロールが一層優れた性能を発揮することも確認された。
　以上のように、本発明の複合ロールを使用することにより、耐摩耗性が著しく向上し得、表面粗さも小さいレベル維持され耐肌荒れ性についても向上でき、き裂深さも従来のＦＲＭロールと同等レベルに維持され得ることが示される。

　本発明の複合ロールによれば、従来のＦＲＭロールに比較して、耐摩耗性および耐肌荒れ性を向上させ、耐事故性は同等レベルを維持することができるので、複合ロールの交換周期の大幅な延長が達成でき、ロール原単位の向上だけでなく生産性および歩留まりの向上をも期待し得る。

　１　　ロール軸材
　２　　カプセル
　３　　蓋
　４　　原料混合物
　５　　脱気口
　６　　溶接部
　Ｓ１　混合工程
　Ｓ２　熱間静水圧成形工程

Claims (14)

1. 　鋼製のロール軸材と、前記ロール軸材の周囲に設けられた外層とを備える複合ロールであって、
   　前記外層が、鉄基合金である母材と、セラミックスからなる平均太さ１～３０μｍかつ平均アスペクト比１０～５００の繊維状介在物と、セラミックスからなる平均粒径１～１００μｍの粒子状介在物とを含む焼結体を含み、
   　前記繊維状介在物の含有量が、前記焼結体に対して５～４０体積％であり、
   　前記粒子状介在物の含有量が、前記焼結体に対して５～３０体積％であることを特徴とする複合ロール。
2. 　前記焼結体の前記母材の化学成分が、
   　０．８～３．５質量％のＣと、
   　１～１３質量％のＣｒと、
   　０～１８質量％のＭｏと、
   　０～２８質量％のＷと、
   　０～１５質量％のＮｉと、
   　０～１８質量％のＣｏと、
   　合計２～２０質量％の、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆよりなる群から選ばれた１種以上の元素と、
   　残部がＦｅおよび不純物と、
   からなることを特徴とする請求項１に記載の複合ロール。
3. 　前記粒子状介在物および前記繊維状介在物が、酸化物、窒化物または炭化物のうち１種以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合ロール。
4. 　前記粒子状介在物が、アルミナ、ジルコニア、チタニア、窒化ホウ素、窒化ケイ素、および窒化ジルコニウムのうち１種以上であることを特徴とする請求項３に記載の複合ロール。
5. 　前記繊維状介在物が、アルミナ、ムライト、窒化ホウ素、および窒化ケイ素のうち１種以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載の複合ロール。
6. 　前記粒子状介在物および前記繊維状介在物の合計含有量が、前記焼結体の体積に対して３５体積％～７０体積％であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の複合ロール。
7. 　鋼製のロール軸材の周囲に外層を設けた複合ロールであって、前記外層が、（ａ）鉄基合金粉末と、（ｂ）平均太さ１～３０μｍかつ平均アスペクト比１０～５００のセラミックス繊維と、（ｃ）平均粒径１～１００μｍのセラミックス粉末との混合物に対して焼結を行うことにより得られた焼結体を含み、
   　（ａ）前記鉄基合金粉末、（ｂ）前記セラミックス繊維および（ｃ）前記セラミックス粉末の前記焼結前の合計量に対し、（ｂ）前記セラミックス繊維が前記焼結前の配合量で５～４０体積％、および（ｃ）前記セラミックス粉末が前記焼結前の配合量で５～３０体積％、であり、
   　（ｂ）前記セラミックス繊維および（ｃ）前記セラミックス粉末は前記焼結後に単独で存在することを特徴とする複合ロール。
8. 　前記焼結前の（ａ）前記鉄基合金粉末の化学成分が、
   　０．８～３．５質量％のＣと、
   　１～１３質量％のＣｒと、
   　０～１８質量％のＭｏと、
   　０～２８質量％のＷと、
   　０～１５質量％のＮｉと、
   　０～１８質量％のＣｏと、
   　合計２～２０質量％のＶ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒおよびＨｆよりなる群から選ばれた１種以上の元素と、
   　残部がＦｅおよび不純物と、
   からなることを特徴とする請求項７に記載の複合ロール。
9. 　（ｃ）前記セラミックス粉末が酸化物、窒化物または炭化物のうち１種以上であることを特徴とする請求項７又は８に記載の複合ロール。
10. 　（ｃ）前記セラミックス粉末がアルミナ、ジルコニア、チタニア、窒化ホウ素、窒化ケイ素、および窒化ジルコニウムのうち１種以上であることを特徴とする請求項９に記載の複合ロール。
11. 　（ｂ）前記セラミックス繊維が酸化物系繊維、炭化物系繊維または窒化物系繊維のうち１種以上であることを特徴とする請求項７～１０のいずれか１項に記載の複合ロール。
12. 　（ｂ）前記セラミックス繊維と（ｃ）前記セラミックス粉末との前記焼結前の合計配合量が、（ａ）前記鉄基合金粉末、（ｂ）前記セラミックス繊維および（ｃ）前記セラミックス粉末の前記焼結前の合計量に対して、３５～７０体積％であることを特徴とする請求項７～１１のいずれか１項に記載の複合ロール。
13. 　請求項１～１２のいずれか１項に記載の複合ロールを使用して、金属材料を圧延することを特徴とする圧延方法。
14. 　外層とロール軸材とを備える複合ロールの製造方法であって、
    　鉄基合金粉末と、平均粒径１～１００μｍのセラミックス粉末と、平均太さ１～３０μｍかつ平均アスペクト比１０～５００のセラミックス繊維とを混合して原料混合物を得る混合工程と、
    　前記原料混合物を、前記ロール軸材の周囲に設置された筒状のカプセル内に充填し、次いで前記カプセル内を真空脱気し、さらに７０～１２０ＭＰａの圧力で熱間静水圧成形を行うことにより焼結を行い、前記ロール軸材の周囲に前記外層が接合された前記複合ロールを得る熱間静水圧成形工程と、
    を備え、
    　前記原料混合物の前記焼結前の合計量に対し、前記セラミックス繊維の配合量が前記焼結前の配合量で５～４０体積％であり、前記セラミックス粉末の配合量が前記焼結前の配合量で５～３０体積％であることを特徴とする複合ロールの製造方法。

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