JP2000246315A

JP2000246315A - 冷間圧延用ロール

Info

Publication number: JP2000246315A
Application number: JP11051090A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Jinbo; 安広神保
Original assignee: Kanto Special Steel Works Ltd
Current assignee: Kanto Special Steel Works Ltd
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】生産性の飛躍的な向上や鋼板表面品質の格段
の向上を図ることができる優れた耐摩耗性や耐焼付き性
を有し、かつ耐事故性および研削性に優れ、さらには低
コストである圧延用ロールが存在しない。【解決手段】Ｃ：0.30以上0.60％未満、Si：0.15％以
上0.30％未満、Mn：0.15〜3.0 ％、Ni ：0.3 〜3.0
％、Cr：2.0 〜8.0 ％、Mo：0.2 〜3.0 ％を含有する鋼
製の基材と、基材の表面にＰＶＤ法またはＣＶＤ法によ
って行われる表面改質処理によって形成された硬質皮膜
とを備えることを特徴とする冷間圧延用ロールである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧延用ロールに関
する。より具体的には、本発明は、例えば、普通鋼やス
テンレス鋼等といった薄鋼板の冷間圧延用ロールに関
し、薄鋼板の生産性を向上できるとともに、得られる薄
鋼板の表面品質を向上するものである。

【０００２】

【従来の技術】薄鋼板の製造時に工具として使用される
冷間圧延用ロールには、当然のことながら、耐摩耗性が
要求される。また、冷間圧延用ロールには、所定の表面
状態や粗さを付与することができる優れた研削性も要求
されるとともに、圧延中に板破断等の事故が発生したと
きのダメージが小さいこと、すなわち耐事故性が優れる
ことも要求される。

【０００３】一方、近年、生産性の飛躍的な向上を目的
として、圧延速度や圧下率を増加させて高速および強圧
下の条件での操業が増加している。このような条件で操
業すると、冷間圧延用ロールと圧延材との界面の温度が
上昇し、この界面における油膜が破断して焼付きを生じ
易くなる。このため、冷間圧延用ロールには、冷間圧延
用ロール自身が焼付きを発生し難いこと、すなわち耐焼
付き性も要求される。

【０００４】さらに、表面品質が格段に優れた圧延材を
製造するには、冷間圧延用ロールと圧延材との界面にお
ける油膜の厚みをできるだけ薄くすることによって、冷
間圧延用ロールの表面状態をできるだけ正確に圧延材に
転写することも重要となる。

【０００５】かかる観点から、冷間圧延用ロールには、
表面状態および粗さを長期間にわたって維持できる優れ
た耐摩耗性と、油膜の厚さが薄い場合にも焼付きを生じ
ることがない優れた耐焼付き性とが、ともに要求され
る。

【０００６】ところで、従来より、冷間圧延用ロールと
して、高Cr系およびハイス系の鍛鋼ロールが多く使用さ
れてきた。これらの鍛鋼ロールは、必要な研削性を確保
したうえで、これまで徐々に高合金化されることによ
り、耐摩耗性や耐事故性の向上が図られてきた。

【０００７】また、生産性の飛躍的な向上や鋼板表面品
質の格段の向上を実現することができる程度の耐摩耗性
や耐焼付き性を確保するために、小径または短尺の冷間
圧延用ロールに、一体構造または鋼系芯材との複合構造
を有するセラミックロールや超硬ロールを適用すること
が、提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、高Cr系および
ハイス系の鍛鋼ロールにより得られる程度の耐摩耗性や
耐事故性では、生産性の飛躍的な向上や鋼板表面品質の
格段の向上を実現することはできない。

【０００９】また、セラミックロールや超硬ロールは、
所望の耐摩耗性および耐焼付き性を有するものの、本質
的に延性が乏しく耐事故性が劣悪である。さらに、これ
らのセラミックロールや超硬ロールは、研削し難く、か
つ高コストである。したがって、これらのロールを冷間
圧延に供することは、現実には難しい。

【００１０】ここに、本発明の目的は、生産性の飛躍的
な向上や鋼板表面品質の格段の向上を図ることができる
優れた耐摩耗性や耐焼付き性を有し、かつ耐事故性およ
び研削性にも優れ、さらには低コストである圧延用ロー
ル、特に薄鋼板の冷間圧延用ロールを提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した課
題を解決するために、鋼製の基材からなるロールの表面
に表面改質処理を施すことにより硬質皮膜を被覆するこ
とに、着目した。この表面改質処理は、各種の切削工具
や金型等に対して既に広く行われている。しかし、冷間
圧延のような高荷重および高すべりが作用する条件下で
は圧延用ロールの表面に形成した硬質皮膜が簡単に剥離
してしまうため、これまで殆ど適用されなかった。唯
一、冷間圧延用ロールとして定着している硬質Crメッキ
ロールは耐摩耗性に優れるため、ロール使用寿命を延長
させる効果があるが、実は、この使用中にCrメッキ皮膜
は部分的に剥離しており、格段に優れた耐摩耗性や耐焼
付き性は到底、具現できないのである。そこで元来、密
着強度が不十分なメッキ法以外の表面改質方法として後
述の理由からＰＶＤ法やＣＶＤ法が有望となる。現実
に、これらの方法により所定の鋼組成基材 (ダイスやハ
イス) に硬質皮膜を被覆した切削工具や金型などが実用
化されている。しかし、本発明者の検討によれば、これ
らの表面改質工具でも冷間圧延に相当する条件では密着
強度は十分とはいえず、改善の余地がある。

【００１２】そこで、本発明者は、ＰＶＤ法 (あるいは
ＣＶＤ法) で表面改質処理した硬質皮膜が剥離してしま
う原因について鋭意検討した結果、この剥離は、高荷重
・高すべり条件での基材表層、すなわち硬質皮膜の組織
が変質して脆化するために発生することを、新規に知見
した。

【００１３】そこで、本発明者は、基材の化学組成を組
織変質し難いように、基材の組成を適正化すること、具
体的には主にＣ含有量、Si含有量およびNi含有量をいず
れも適正化することにより、過酷な冷間圧延においても
基材と硬質皮膜との密着性を十分かつ長期間維持するこ
とができることを知見した。このため、例えば普通鋼や
ステンレス鋼等といった薄鋼板の冷間圧延において、生
産性の飛躍的な向上や鋼板表面品質の格段の向上を図る
ことができる。

【００１４】ここに、本発明の要旨とするところは、
Ｃ：0.30％以上0.60％未満（以下、本明細書においては
特にことわりがない限り「％」は「重量％」を意味する
ものとする。）、Si：0.15％以上0.30％未満、Mn：0.15
〜3.0 ％、Ni：0.3 〜3.0 ％、Cr：2.0 〜8.0 ％、Mo：
0.2 〜3.0 ％を含有する鋼製の基材と、この基材の表面
に表面改質処理によって形成された硬質皮膜とを備える
ことを特徴とする冷間圧延用ロールである。

【００１５】上記の本発明にかかる冷間圧延用ロールで
は、表面改質処理が、ＰＶＤ法またはＣＶＤ法によって
行われることが、望ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる冷間圧延用
ロールの実施形態を、詳細に説明する。〔基材〕まず、本発明にかかる冷間圧延用ロールは、鋼
製の基材を備える。具体的には、本発明にかかる圧延用
ロールは、Ｃ：0.30％以上0.60％未満、Si：0.15％以上
0.30％未満、Mn：0.15〜3.0 ％、Ni：0.3 〜3.0 ％、C
r：2.0 〜8.0 ％、Mo：0.2 〜3.0 ％を含有する。以
下、基材の組成の限定理由を説明する。

【００１７】Ｃ：0.30％以上0.60％未満Ｃは、鉄鋼材料においては諸性質に著しい影響を及ぼす
主要な元素の一つであり、本発明においても重要な元素
である。Ｃ含有量が0.30％より少ないと、後述する基材
として必要な硬さが得られなくなる。一方、Ｃ含有量が
0.60％以上であると、基材の組織変質や脆化を助長し
て、基材と硬質皮膜との密着性を確保できなくなる。そ
こで、本発明では、Ｃ含有量は0.30％以上0.60％未満と
限定する。同様の観点から、Ｃ含有量の下限は0.4 ％で
あることが望ましい。

【００１８】Si：0.15％以上0.30％未満 Siは、脱酸剤として0.15％以上含有させる。一方、Si含
有量が0.30％以上であると炭化物が鎖状に偏析し、脆化
を助長する。そこで、本発明では、Si含有量は0.15％以
上0.30％未満と限定する。

【００１９】Mn：0.15〜3.0 ％ Mnは、脱酸剤として作用する。また、後述するように、
本発明における基材は400 ℃を越える高温焼戻し処理を
表面改質処理前に行われるのが通例であるため、その高
温焼戻し中の軟化抵抗を高めるためにMnを含有させる。
かかる観点から、Mnは0.15％以上含有させるが、3.0 ％
超含有させると、基材が脆化する。そこで、本発明で
は、Mn含有量は0.15％以上3.0 ％以下と限定する。同様
の観点から、Mn含有量の上限は2.0 ％以下であることが
望ましい。

【００２０】Ni：0.3 〜3.0 ％ Niは、鉄鋼材料の靱性向上に有効な元素である。特に本
発明においては、基材の組織変質を遅延させる効果があ
り、その役割は重要である。Ni含有量が0.3 ％以上であ
れば、かかる効果が発現されるが、3.0 ％超含有させる
と、かえって靱性を劣化させる。そこで、本発明では、
Ni含有量は0.3 ％以上3.0 ％以下と限定する。同様の観
点から下限は0.5 ％、上限は2.0 ％であることが望まし
く、特に上限は1.5 ％であることがさらに望ましい。

【００２１】Cr：2.0 〜8.0 ％ Crは、炭化物形成元素であり、高温のオーステナイト状
態に加熱したときに基地に最も固溶し易い元素である。
Cr含有量が2.0 ％以上であれば、1000℃以上の高温から
焼入れを行って400 ℃を越える高温で焼戻しを行うと、
２次硬化が顕著に現れ、基材として必要な硬さを確保す
ることができる。しかし、Cr含有量が8.0 ％を越えると
粗大な炭化物が顕著になり、靱性が低下するとともに硬
さも低下する。そこで、本発明では、Cr含有量は2.0 ％
以上8.0 ％以下と限定する。同様の観点から、下限は4.
0 ％であることが望ましく、上限は6.0 ％であることが
望ましい。

【００２２】Mo：0.2 〜3.0 ％ Moは、Crと同様に強力な炭化物形成元素であるととも
に、焼戻し抵抗性や析出硬化に対してCr以上に強い作用
を示す元素である。Mo含有量が0.2 ％未満であると、か
かる効果が少なく、一方、3.0 ％を越えると靱性の低下
が顕著となる。そこで、本発明ではMo含有量は0.2 ％以
上3.0 ％以下に限定する。同様の観点から、下限は0.5
％であることが望ましく、上限は2.0 ％であることが望
ましい。

【００２３】なお、本発明における基材は、基材の焼入
れ性向上、焼戻し軟化抑制さらには炭化物の微細化等を
目的に、任意添加元素として、Ｗ：２％以下、Ｖ：0.8
％未満を必要に応じて含有してもよい。

【００２４】上記以外は、Feおよび不可避的不純物であ
る。このように、本発明における基材は、鋼組成を有す
ることから、研削性が優れるとともに、低コストであ
る。

【００２５】また、本発明における基材は、後述する表
面改質処理の処理温度を越える温度(たとえば400 ℃を
越える温度) で焼戻し処理されるものであり、焼戻し処
理後の基材表面および近傍が所定の硬さ以上であること
が、耐摩耗性の観点から望ましい。ここで、所定の硬さ
は、圧延中の高荷重作用下でも基材自体が塑性変形を生
じない硬さ、あるいは圧延中に噛み込んだ異物によって
表面改質ロールに凹みキズを生じない基材の硬さであ
り、具体的には、HS70である。

【００２６】〔表面改質処理、硬質皮膜〕本発明にかか
る圧延用ロールは、表面改質処理を行われ、基材の表面
に硬質皮膜を形成される。

【００２７】本実施形態では、表面改質処理は、ＰＶＤ
法（物理蒸着法）またはＣＶＤ法（化学蒸着法）によっ
て行われる。一般的に、表面改質処理の方法は、ＰＶＤ
法およびＣＶＤ法以外に、メッキ法、溶射法さらにはＴ
ＲＤ法（熱反応析出・拡散法）等がある。これらのうち
でメッキ法と溶射法とは、元来、皮膜と基材との密着強
度が比較的低く、冷間圧延のような高荷重および高すべ
りが作用する圧延条件下では、メッキ法または溶射法に
より形成された皮膜が簡単に剥離してしまい、実用に耐
えられない。一方、ＴＲＤ法によると、基材が800 ℃を
越える高温で処理される。このため、基材をロールに仕
上げた後に表面改質処理を行うと、鋼組成を有する基材
が変態を起こすため、寸法変化が大きくなって高寸法精
度が要求される圧延用ロールには不適である。

【００２８】これに対し、ＰＶＤ法およびＣＶＤ法の処
理温度は、通常200 〜400 ℃であり、上記の組成を有す
る基材に対して十分な密着強度を有する皮膜を形成する
ことができ、過酷な冷間圧延条件でも剥離しない。

【００２９】ここで、ＰＶＤ法としては、真空蒸着法、
スパッタリング法およびイオンプレーティング法を用い
ることができる。また、ＣＶＤ法としては、汎用の熱Ｃ
ＶＤ法に比較して低温・低圧 (下限はそれぞれ200 ℃、
１Torr) 下で処理することを特徴とするプラズマＣＶＤ
法を用いることが望ましい。

【００３０】かかる構成を有する本発明にかかる冷間圧
延用ロールは、基材の組成、特にＣ含有量、Si含有量お
よびNi含有量をいずれも適正化されているため、基材の
組織変質が発生し難い。このため、過酷な冷間圧延にお
いても基材と硬質皮膜との密着性を十分かつ長期間維持
することができる。このため、例えば普通鋼やステンレ
ス鋼等といった薄鋼板の冷間圧延において、生産性の飛
躍的な向上や鋼板表面品質の格段の向上を図ることがで
きる。

【００３１】

【実施例】さらに、本発明を実施例を参照しながらより
具体的に説明する。表１に示す12種類の基材No.1〜基材
No.12 に、焼入れを行った後、ＰＶＤ処理温度（400
℃）よりも高い温度で焼戻し処理を行ってHS70以上の硬
さとした後、表面改質処理する円筒面の表面粗さRaを0.
1 μｍに統一した円筒形試験材 (直径30mm、幅８mm) に
仕上げ加工を行った。そして、ＰＶＤ法により、３μｍ
の厚さのTiＮ皮膜を形成した。そして、皮膜と基材との
密着性評価試験を行った。

【００３２】

【表１】

【００３３】密着性評価試験は、同じ形状の相手試験材
との２円筒のころがり・すべり接触である。相手試験材
には、圧延用ロールの標準鋼である0.8 ％Ｃ−５％Cr鍛
鋼を用い、焼入れ・焼戻しによってその硬さをHS70とし
た。

【００３４】試験条件として、接触圧力はヘルツの最大
接触圧力で200MPaに設定した。この値は実際の冷間圧延
における最大面圧に相当する。さらに、２円筒のすべり
率は５％とし、潤滑性が悪い灯油潤滑において800 rpm
の回転速度で転動させた。

【００３５】皮膜の剥離の有無は、適当な転動数後に試
験を中断し、表面状態をＣＣＤスコープを用いて拡大観
察することにより、判定した。試験結果を、図１にグラ
フでまとめて示す。

【００３６】基材No.1の従来例の基材 (ＳＫＤ11）、基
材No.2の従来例の基材（ＳＫＤ51）および基材No.3、10
〜12の比較例の基材は、いずれも、２×10⁵回の使用転
動数前に、形成した皮膜が剥離した。

【００３７】これに対し、基材No.4〜基材No.9の本発明
例の基材は、いずれも、使用転動数が４×10⁵回の使用
転動数 (冷間圧延用ロールの通常の１回当たりの使用転
動数) を超えても、実際の冷間圧延に充分に使用するこ
とができた。

【００３８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
り、鋼製の基材に表面改質処理を行われる圧延用ロール
において、皮膜と基材との密着性を基材側からの改善に
よって高めることができ、過酷な圧延操業においても皮
膜が剥離せずに安定使用できる圧延用ロールを提供する
ことができた。

【００３９】これにより、普通鋼やステンレス鋼等とい
った薄鋼板の冷間圧延において、生産性の飛躍的な向上
や鋼板表面品質の格段の向上を図ることができる優れた
耐摩耗性や耐焼付き性を有し、かつ耐事故性および研削
性に優れ、さらには低コストである冷間圧延用ロールを
提供することができた。かかる効果を有する本発明の意
義は、極めて著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における密着性評価試験の結果を示すグ
ラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 14/06 Ｃ２３Ｃ 14/06 Ａ 16/34 16/34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量で、Ｃ：0.30％以上0.60％未満、S
i：0.15％以上0.30％未満、Ni：0.3 〜3.0 ％、Cr：2.0
〜8.0 ％、Mo：0.2 〜3.0 ％を含有する鋼製の基材
と、該基材の表面に表面改質処理によって形成された硬
質皮膜とを備えることを特徴とする冷間圧延用ロール。
【請求項２】前記表面改質処理は、ＰＶＤ法またはＣ
ＶＤ法によって行われる請求項１記載の冷間圧延用ロー
ル。