JPH03219048A - 耐摩耗性および熱衝撃性に優れた鍛鋼製圧延ロールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は金属の冷間圧延用ロールにかかわり、耐摩耗性
が優れ、かつスリップ、絞り込み笠の圧延事故の被害の
小さい耐事故（熱衝撃）性に優れた鍛鋼製焼入れ焼戻し
圧延ロールおよびその製造法に関するものである。

〈従来の技術〉 従来鋼帯等の金属冷間圧延ロールとしては、車！ｉｉ比
でＣ：　０．７５〜０．９５％、Ｃ「：２〜５％、Ｍｏ
二０．１５〜０．５５％の成分を基本とし、Ｎｉ　：　
１．０％以下、Ｖ：０，５％以下を適宜添加した鍛鋼製
焼入ロールが使用されてきた。しかしながら、最近の冷
間圧延１１〜ルにおいては、ロール原単位の向上、高圧
下圧延、スケジュールフリー圧延などの要求が進み、ロ
ールの使用条件は苛酷化の一途をたどっており、スリッ
プ、絞り込み等の圧延事故による熱衝撃の被害も大きく
なってきている。これらの圧延事故の際、熱衝撃により
ロールの表面に発生ずるクラックは、温度上昇に伴う熱
膨張が拘束されたために生した塑性ひずみが、冷却の際
に大きな引張応力に変換されたために発生すると考えら
れている。

このクラックはロール原単位の低下をもたらすだけでは
なく　スポーリングの起点となる。しかし、これらの圧
延事故を皆無にすることは困難であるが、熱衝撃による
クランクの発生しにくい、また発生したとしても小さく
てすむような耐事故性にイ３れたロールが要求されてい
る。また、スリップは摩耗により初期ネ■度が低下した
時に発生し易く、ロールの原単位の面からも耐摩耗性に
優れたロール材質が要求されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 従来のロールは、組織的には低温焼戻しマルテンサイト
が主体であり、他に１０％以下の炭・窒化物と、１０％
以下の残留オーステナイトからなっている。従って耐摩
耗性は残留炭・窒化物量及びマｉ・りンクスの硬さに依
存し、１０％以下の炭・窒化物量では充分ではない。

また、焼入れ深度を大きくし、目標とする深さ位置まで
充分な焼入れ硬さを得ようとすれば、冷却速度の大きい
表面側は焼入れ後多くの残留オステナイトが存在し、充
分な焼入れ硬さを得ることができないため、焼入れ冷却
後一定時間内にサブゼロ処理（低温処ＩＩ）を行う必要
があった。

また、サブゼロ処理の後更に硬さ調整等の目的で焼戻し
を行うが、その場合２００℃以下の低温焼戻しを行わな
ければ、焼戻しによる硬さ低下のため耐摩耗性が低下し
、また、低温焼戻しであるため熱感受性が大きく、圧延
事故の影響つまり耐事故（熱！ｉ窄）性の点でも問題が
あった。

本発明の目的は、これらの問題を解決し、耐摩耗性、耐
事故性に優れた冷間圧延用ロールおよびその製造法を提
供するものである。

〈課題を解決するための手段〉 すなわち、本発明は、高炭素合金鋼からなる鍛鋼製焼入
れ焼戻し圧延ｒ１〜ルの組織構成が、焼戻し時の冷却過
程でオーステナイトからマルテンサイトへ変態した相５
０〜８０％、焼戻しマルテンサイト相５０％以下、残部
が実質的に１５％以下の残留オーステナイト相からなる
ことを特徴とする耐摩耗性および熱ｆＪｉ〒性に優れた
鍛鋼製圧延ロールであり、望ましくは高炭素合金鋼が、
Ｃ：０．５〜０．８　ｗｔ％、Ｓｉ　：　　０．５〜１
．５　ｗｔ％、Ｍｎ：　　０．１〜１．０〜ｔ％、Ｎｉ
　：　　０．１〜１．０ｗｔ％、Ｃｒ　：　　３．０〜
６．５　ｗｔ％、Ｍｏ　：　　２．０〜５．０ｗｔ％、
Ｖ　：　　２．１〜３．０ｗｔ％、Ｐ：０．０２０ｗｔ
％以下、Ｓ　：　０．０１０ｗｔ％以下を含有し、さら
に必要に応じてＷ、　７．ｒ、　Ｔｉ、　Ｃｏ、Ｎｂの
１種または２種以上を合計で０．５〜３．０ｗｔ％含み
、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼である鍛
鋼製圧延ロールであり、またＣ：０．５〜０．８　ｗｔ
％、Ｓｉ　：　　０．５〜１．５　ｗｔ％、Ｍｎ　：　
０．１〜１．０ｗｔ％、Ｎｉ：０、Ｉ〜１．０ｗｔ％、
Ｃｒ　：　　３．０〜６．５　ｗｔ％、Ｍｏ：　　２．
０〜５．Ｑ　ｗｔ％、Ｖ：２．１〜３．Ｑ　ｗｔ％、Ｐ
　：　０．０２０ｗｔ％以下、Ｓ　：　　０．０１０ｗ
ｔ％以下を含み、さらに必要に応じてＷ、　Ｚｒ、　Ｔ
ｉ、　Ｃｏ、Ｎｂの１種または２種以上を合計で０．２
〜３．０４％含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物
よりなる素材を１０５０〜１２００℃の温度に加熱、強
制冷却を行い、残留オーステナイトが５０％以上となる
組織とした後、４００〜６００℃の温度で焼戻しを行う
ことを特徴とする耐摩耗性および熱ｄｉ！性に優れた鍛
鋼製圧延ロールの製造方法である。

〈作　用〉 本発明は、組成と熱処理の組合せにより、熱感受性の低
い安定なＸ、１１織をｊｉ）、際立った耐事故性の向」
二をはかったものである。

即ち、Ｃ添加量を抑制し、造塊段階で晶出する巨大な共
晶状炭化物を極力少なくすることで靭性延性を冨ま−ｌ
、さらにＣｒ、　Ｍｏ、■を通り添加することにより微
細な複合炭化物の分散を可能にしたものである。

まず、本発明の相構成についてその限定理由を説明する
０本発明鋼は高炭素合金鋼を焼入れ焼戻ししたものであ
り、特に焼戻し処理による二次硬化を利用したものであ
る。

本発明の望ましい焼戻し温度は４００〜６００℃である
が、４００〜６００℃の焼戻し保持過程では炭化物の析
出が生じるとともに残留オーステナイ１〜（ｒ＋＋）は
炭化物の析出によって合金濃度が低ドし不安定となる。

この状態から焼戻し後の冷却過程において残留オーステ
ナイト（γ□）がマルテンサイ！・（ＦＭ）へ変態する
。

また、焼入れ時に変態したマルテンサイトは、焼戻し保
持過程で炭化物の析出した焼戻しマルテンサイト（ＴＭ
）になる。

したがって、二次硬化は、炭化物の析出と冷却過程で変
態するマルテンサイト（ＦＭ）により生じている。

このように本発明の４００〜６００℃に焼戻したロール
の組織は、ＦＭ、ＴＭおよびγ５の３相から形成され、
１５０℃程度の低温焼戻しマルテンサイトとＴＲの従来
組織とは大きく異なり、基礎検討した結果本発明圧延ロ
ールの各相は大きく分類して、次のような性質を有して
いる。

ごのなかで、Ｆ　Ｍが主に耐摩耗性の向上および硬度確
保、ＴＭとＴ７が耐事故性向上させる相である。

発明者はこれら相の構成比に着目し種々検討した結果、
ある範囲内におい゛ζ耐摩耗性および熱衝撃性が優れて
いることを見出した。

次に各相の構成比限定理由について説明する。

ＦＭ：５０〜８０％ ＦＭ量と熱衝撃クラック深さの関係を第１図に示す。Ｆ
Ｍ量が多くなるにつれてクラックは深くなる傾向が認め
られるが、従来の低温焼戻しロールよりはその深さは浅
い。ＦＭＪＩが５０％未満の領域ではその硬さはｌ−１
ｖ８００未満であり、冷間圧延用ロールとしての硬さを
満足することができず、さらに、耐摩耗性も低い。一方
、ＦＭが８０％を超えると硬さはＨν９００以−ヒと硬
（なり耐摩耗性は向上するが、逆に、圧延事故の際の欠
…（スポーリング）の危険性が高くなる。

以上のことから、ＦＭ量は、５０〜８０％に限定した。

ＴＭ：５０％以下 ＴＭ量の増加は、熱に対する材料の感受性を小さくする
とともに熱衝撃向上に寄与するが５０％超存在すると１
１ν８００の硬度が得られにくく、耐摩耗性の低下が大
きいので、ＴＭは５０％以下に限定した。

ｒ＊：ｔｓ％以下 Ｔ９の存在は、硬度を低下させる主な相であるとともに
経時的なマルテンサイト変態による寸法形状の変化、あ
るいは置き割れ、不均一摩耗（肌荒れ）、耐摩耗性の劣
化等からできるだけ少ないことが理想である。しかし、
熱衝撃性や靭性向上には極めて有効な相であることから
、その範囲は１５％以下に限定した。

次に本発明のロールを構成する望ましい化学成分の割合
（重量比）について説明する。

Ｃ：０．５〜０．３　ｗｔ％ Ｃは、Ｃｒ、　Ｎｏ、■、Ｗなどの添加元素と共に炭化
物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与する。また、焼入れ
過程においては、一部または全部基地中へ固溶し焼入れ
性を向上させる有効な元素である。

しかしながら、０．５ｗｔ％未満では焼入れ性に対して
不十分であり、０．８ｗｔ％を超えての添加は造塊時に
粗大な共晶状炭化物を晶出し、靭性を劣化させることか
ら適正なＣ範囲としては０．５〜０．８ｗｔ％が望まし
い。

Ｓｉ：０．５〜１．５賀（％ Ｓｉは、焼戻し軟化抵抗を高めるとももに溶解工程での
脱酸作用を有する。０．５％未満では、焼戻し軟化抵抗
に対して不十分であり、１．５％を超えての添加は、鋼
の脆化を助長する。よってＳｉは０．５〜１．５％の範
囲が望ましい。

Ｍｎ　：　　０．１〜１．０ｗｔ％ Ｍｎは、焼入れ性を向上させる元素である。０．１％未
満の添加は、焼入れ性に対して不十分であり、１０％を
超えての添加は焼入れ性に対して有効であるが鋼材の脆
化を助長することから０．１〜１．０％の範囲が望まし
い。

Ｎｉ：０．１〜１．０ｗｔ％ Ｎｉは、特に高Ｃ鋼において基地中の固溶Ｃを減少させ
ず、焼入れ性の改善に有効な元素であることから、少な
くとも０．１％以上の添加が望ましい。

一方、１％を超えての添加はオーステナイトを安定化し
、焼入れ状態での残留オーステナイト量を増加するとと
もに焼戻し処理後においてもオーステナイトを多量に残
存させることから目的とする硬さが得られない。そのた
めＮｉは０．１〜１．０％範囲が望ましい。

Ｃｒ　：　　３．０〜６．５　ｗｔ％ Ｃｒは、Ｍｏ、■、ＷとともにＣと結合し、複合炭化物
を形成し、耐摩耗性を向上させる有効な元素である。３
．０未満では耐摩耗性向上に対して不十分である。一方
、６．５％を超えての添加は炭化物を粗大化し、焼入れ
性を阻害することから、Ｃｒは３．０〜〇、５％が望ま
しい。

門ｏ：２．０〜５．ｆ１ｗｔ％ Ｍｏは、本発明の重要な元素の１つであり、一部は基地
中に固溶し焼入れ性を向上させるが、他はＣと結合して
、焼戻しの際、炭化物として析出することから二次硬化
に対して有効な元素であ、るとｋもに耐摩耗性を向上さ
せる。しかし、２．０％未満では、それらの効果が小さ
い、一方、５．０％を超えても、それらの効果は飽和す
ることから２．０〜５．０％の範囲が望ましい。

Ｖ：　　２．１〜３．０ｗｔ％ ■は、強い炭化物形成能を有し、硬質のＭＣ炭化物とし
て存在し、耐摩耗性を向上させるとともに、焼入れ加熱
時のオーステナイト粒の粗大化を抑制し、靭性を６１保
するために有効な元素である。

しかし、２．１％未満では、それらの効果が小さい。

一方、３．０％を超えての添加は研削性を悪化するとと
もに炭化物を粗大化し、焼入れ性を阻害する。

そのため、■の添加量は２．１〜３．０％が望ましい。

Ｐ：≦０．０２０賀Ｌ％、Ｓ：≦０．Ｏ１０ｗｔ％Ｐお
よび８ついては、鋼の脆化を助長したり、介在物量を増
加さ〜ｌｊ、ｏ−ルのスポーリング発生を増大すること
から、極力抑える必要があり、Ｐは０．０２０％以下、
Ｓは０．０１０％以下が望ましい。

さらに本発明では、これらの元素の他に、必要に応して
Ｗ、　Ｚｒ、　Ｔｉ、　Ｃｏ、　Ｎｂの一種または二種
以上を０．５〜３．０ｗｔ％添加することができる。こ
れらの元素は焼戻し後の硬さを増し、耐摩耗性向上に有
効である。その効果は０．５未満では殆んどなく、一方
、３％を超えて添加しても、飽和することから０．５〜
３．０％の範囲が望ましい。

次に本発明ロールの望ましい製造条件について説明する
。

本発明は、表面焼入れ後４００〜６００℃の範囲の比較
的高温の焼戻しを行うことが望ましく、これにより熱感
受性の小さい、しかも靭性の優れた組織を得ることがで
きる。

しかし、当然４００〜６００℃の焼戻し後に少なくとも
Ｈｖ８００以上のロールとして最低限必要な硬さを確保
することが耐摩耗性および凹み傷対策として必要である
。

そのためには、４００〜６００℃の焼戻し中に微細な炭
化物を析出させることと、焼戻し処理において残留オー
ステナイトをマルテンサイトへ変態させることの２点を
積極的に利用することが重要である。

そこで、成分調整され造塊された鋼塊を、鍛造、焼なら
しを含む均質化処理および調質処理後、焼入れ加熱温度
を１０５０〜＋２００’ｃの範囲に保ち、炭化物の７ト
リツクスへの固溶を促進させ、残留オーステナイト量を
５０％以上にすることが望ましい。

焼入れ加熱温度が１０５０℃未満では、炭化物のマトリ
ンクスへの固溶が不十分であり、焼入れ状態での残留オ
ーステナイｉ・量が少ないので、４００〜６００℃の焼
戻し処理における炭化物の二次析出量が少なく、残留オ
ーステナイトのマルテンサイトへの変ｔＪｌも少なくな
ることから硬さの確保が困難である。一方、焼入れ時１
２００℃を超えての加熱は、部分的な溶融を生し、しか
も熱応力が多大となることから焼割れの危険性が高くな
ることから好ましくない。

次に焼戻し処理温度について説明する。

焼戻し処理では、焼入れで固溶させた炭化物を再び微細
析出さ−Ｕるごとと、残留オーステナイトをマルテンサ
イトへ変態させるごとにある。残留オーステナイトの量
は５０％以上が望ましく、これ未満では、次の４００〜
６００℃の焼戻しで、マルテンサイトに変態するオース
テナイト量が少なく、結果的に硬さが得られない。また
、望ましい焼戻し温度は４００〜６００℃であり、４０
０℃未満では圧延事故時の熱感受性の小さなロールが得
られず、また６００℃を紹えての焼戻し処理では、マル
テンサイトの分解が激しく、析出炭化物も凝集粗大化し
、所定の硬さが得られない。

次に実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。

〈実施例〉 表１に鋼塊（八〜Ｌ）の化学成分を示す。これらの鋼塊
を鍛造、球状化焼なましを含む前熱処理および軸部の強
度、靭性を付与するための調質処理後、表２に示す表面
焼入れ（１５０℃冷却停止）後焼戻し処理を行った。

材料試験としては、ビッカース硬さ、熱衝撃試験および
摩耗試験（２円筒式）を行った。

なお熱衝撃試験は、　１２０ｏｒｐｍのローラ（３４５
Ｃ）に荷Ｉｔ　１１０ｋｇｆ　、接触時間１０ｓｅｃの
条件で試験片を押し当て、その際の熱ｔ９ｉ　Ｍクラッ
ク濶さ（ｄ）で８７価した。

評価は、Ｏ：ｄ≦１＋ｎｍ △：ｌ鵬〈ｄ≦３ Ｘ：３＋ａｍ＜ｄ で行った。

また摩耗試験は、接触応力２１０ｋｇｆ／ｌｊ、すべり
率１０％、相手材として中間ロール相当のロール材（Ｉ
ｌｖ　７００　）を使用し、鉱油エマルジョン潤滑下で
、１０’回転後の摩耗深さ（大）で評価した。

評価は、○：ｔ≦２μｍ Δ：２μｍ＜１６５８ｍ ×：５μｍａｔ で行った。

これらの結果を表２に併せて示した。

これらの結果から、本発明のロールは、優れた耐摩耗性
とともに熱衝撃性を示すことが分かる。

一方、Ａ鋼の熱処理を望ましい範囲外で処理したロール
は組織相の構成比が本発明の範囲を外れ硬さ不足および
焼割れを生した。

さらに、Ａ鋼につい”ζ相構成比を変化して同様の実験
を行った結果を表３に示す。

ＦＭ、ＴＭおよびＴ３が本請求範囲内であるＡＩ−Ａ−
５については、その範囲外の鋼（八−６〜Ａ−７）より
も優れた性能を持つことが確認できた。

〈発明の効果〉 本発明により、優れた耐事故性および耐摩耗性を有する
ロールが圧延に提供できるようになった。

これにより通常圧延時のロール原単位の向上および圧延
事故の際のロール原単位の悪化を最小限に抑えることが
可能となり、全体的なロール原単位の向上が回持てきる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はＦＭと熱衝撃クラック深さの関係を示すグラフ
である。 ＦＭ量（％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高炭素合金鋼からなる鍛鋼製焼入れ焼戻し圧延ロー
   ルの組織構成が、焼戻し時の冷却過程でオーステナイト
   からマルテンサイトへ変態した相５０〜８０％、焼戻し
   マルテンサイト相５０％以下、残部が実質的に１５％以
   下の残留オーステナイト相からなることを特徴とする耐
   摩耗性および熱衝撃性に優れた鍛鋼製圧延ロール。 ２、高炭素合金鋼が、Ｃ：０．５〜０．８ｗｔ％、Ｓｉ
   ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜１．０ｗｔ％
   、Ｎｉ：０．１〜１．０ｗｔ％、Ｃｒ：３．０〜６．５
   ｗｔ％、Ｍｏ：２．０〜５．０ｗｔ％、Ｖ：２．１〜３
   ．０ｗｔ％、Ｐ：０．０２０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０１
   ０ｗｔ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純
   物よりなる鋼であることを特徴とする請求項１記載の耐
   摩耗性および熱衝撃性に優れた鍛鋼製圧延ロール。 ３、高炭素合金鋼が、Ｃ：０．５〜０．８ｗｔ％、Ｓｉ
   ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜１．０ｗｔ％
   、Ｎｉ：０．１〜１．０ｗｔ％、Ｃｒ：３．０〜６．５
   ｗｔ％、Ｍｏ：２．０〜５．０ｗｔ％、Ｖ：２．１〜３
   ．０ｗｔ％、Ｐ：０．０２０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０１
   ０ｗｔ％以下およびＷ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｂの１種
   または２種以上を合計で０．５〜３．０ｗｔ％含有し、
   残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼であること
   を特徴とする請求項１記載の耐摩耗性および熱衝撃性に
   優れた鍛鋼製圧延ロール。 ４、Ｃ：０．５〜０．８ｗｔ％、Ｓｉ：０．５〜１．５
   ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜１．０ｗｔ％、Ｎｉ：０．１〜
   １．０ｗｔ％、Ｃｒ：３．０〜６．５ｗｔ％、Ｍｏ：２
   ．０〜５．０ｗｔ％、Ｖ：２．１〜３．０ｗｔ％、Ｐ：
   ０．０２０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０１０ｗｔ％以下を含
   有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる素材を
   １０５０〜１２００℃の温度に加熱、強制冷却を行い、
   残留オーステナイトが５０％以上となる組織とした後、
   ４００〜６００℃の温度で焼戻しを行うことを特徴とす
   る耐摩耗性および熱衝撃性に優れた鍛鋼製圧延ロールの
   製造方法。 ５、Ｃ：０．５〜０．８ｗｔ％、Ｓｉ：０．５〜１．５
   ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜１．０ｗｔ％、Ｎｉ：０．１〜
   １．０ｗｔ％、Ｃｒ：３．０〜６．５ｗｔ％、Ｍｏ：２
   ．０〜５．０ｗｔ％、Ｖ：２．１〜３．０ｗｔ％、Ｐ：
   ０．０２０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０１０ｗｔ％以下およ
   びＷ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｂの１種または２種以上を
   合計で０．２〜３．０ｗｔ％含有し、残部がＦｅおよび
   不可避的不純物よりなる素材を１０５０〜１２００℃の
   温度に加熱、強制冷却を行い、残留オーステナイトが５
   ０％以上となる組織とした後、４００〜６００℃の温度
   で焼戻しを行うことを特徴とする耐摩耗性および熱衝撃
   性に優れた鍛鋼製圧延ロールの製造方法。