JPH03248703A

JPH03248703A - 熱間圧延用作業ロールおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH03248703A
Application number: JP4245990A
Authority: JP
Inventors: Masami Shimizu; 正己清水; Osamu Shimotamura; 下タ村　修; Yasuo Kondo; 保夫近藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1990-02-26
Publication date: 1991-11-06

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〕本発明は耐摩耗性、耐肌荒性に優れた胴表層部と、高負
荷に耐え得る十分な靭性をもつ軸部を兼ね備えた熱間圧
延用作業ロールに関する。

〔従来の技術〕

従来の熱間圧延用作業ロールは、外層に耐摩耗性の大き
い炭化物を多く晶出させた合金鋳鉄系材料を用い、軸材
に靭性のあるねずみ鋳鉄、もしくは、ダクタイル鋳鉄を
用い、遠心鋳造法により製造した鋳鉄系の複合ロールが
主流であった。

近年の熱間圧延の分野では、省エネルギ、生産性向上、
鋼材品質向上の立場から低温高圧下圧延が指向されてい
る。その結果、作業ロールにかかる負担は従来ロールと
比較して非常に大きくなり、そのため高負荷に堪え、し
かも、耐摩耗性、耐肌荒性に優れた作業ロールが要求さ
れている。

ところで、ロールの耐摩耗性を向上させるためには、炭
化物量の増加が有効であることが知られている。一方、
ロールの肌荒れは、ロール表面が熱延板と繰返し接触し
て、熱疲労と塑性疲労を受けるために微細な亀裂を生じ
ることに起因するものと考えられている。この疲労亀裂
は粗大な晶出炭化物に生じ、この炭化物に沿って進行す
る。従って、炭化物の増量は耐摩耗性の向上には有効で
あるが、反面肌荒性の劣化を招くという相反性がある。

従って、粗大な炭化物の網目状晶出を抑えることができ
れば耐肌荒性の向上が可能となる。

このような背景の下に添加炭素量を粗大な網目状炭化物
が晶出しない範囲、すなわち、大略１．８％以下に抑え
て設計されているアダマイトロールが開発されている。

しかし、マダマイトロールでは添加炭素量が抑制される
ため、炭化物量の増加による耐摩耗性の向上には限界が
ある。このため、例えば、特公昭６２−１８２４１号公
報に記載のようにＴｉまたはＺｒ添加により粗大炭化物
の網目状晶出を防止し、添加Ｃ，Ｃｒ、Ｍｏ量を現状よ
り増加させ耐摩耗性向上と耐肌荒性向上を両立させるこ
とが可能な熱延用ロール材が提案されている。

しかし、ロールの肌荒れに関しては疲労亀裂の進展によ
るもののほか、晶出炭化物の圧延中の欠は落ちという要
因が考えられる。すなわち、圧延中にロール表面の晶出
炭化物が欠は落ちるとミクロキャビティ状の欠陥となり
、その欠陥を起点としてミクロ的な剥離や亀裂が発生す
るため肌荒れを促進する可能性が大きい。これに対して
は炭化物量の増加は、その炭化物が網目状に晶出してい
れば勿論のこと、均一に分散されて晶出している場合に
も逆効果であり、炭化物量の増加は耐肌荒性に対しては
問題である。

一方、最近の需要家の板製品への品質向上要求は増々厳
しくなっており、省エネルギ、及び、生産性向上という
製造側の指向と相まって、高圧下圧延や高形状制御圧延
等の圧延方法に対する施策も強力に推進されている。

これらの圧延に使用される圧延機は、従来の二段または
四段圧延機に替り、人殺圧延機あるいは異径ロール圧延
機が開発され普及しつつある。例えば、実開昭６２−１
３１７０５号公報記載の圧延機を用いる圧延のように、
これら新しい圧延機の普及により、作業ロールは径小化
及び大きな曲げが付与される等使用条件が過酷になって
きている。そのため、作業ロールとしては従来ロールよ
りも優れた耐摩耗性や耐肌荒性を要求されると同時に、
胴内部、及び、ネック部における強靭性が要求される。

これらの要求に対しては、前述の公報に記載のロール材
についても、一体型では靭性が劣るため満足できず、遠
心鋳造法により製造した複合ロールにおいても、外層材
質と軸材材質の組合せに制限があることより軸材の靭性
の点で問題があり、高耐摩耗性、高耐肌荒性と強靭性を
同時に満足させるのは困難であった。

〔発明の解決しようとする課題〕

本発明は上記従来技術の問題点を解決し、耐摩耗性、耐
肌荒性に優れ、しかも軸材が強靭で高負荷圧延に十分耐
用可能な熱間圧延用作業ロールを提供することを目的に
なされたものである。

一般に耐摩耗性の向上には炭化物量の増加のほかに、高
硬度化が有効である。そして硬度を増加させるのに有効
な手段がＣｒ、Ｍｏ等の添加量を増やすことである。し
かし、これらの元素はいずれも粗大な共晶炭化物が現れ
るＣ量を下げる。従って、硬度の増加を目的としたＣｒ
、Ｍｏ等の元素の増量も耐肌荒性の面から限界がある。

また、ＶやＷ等は硬質の炭化物を生成するため、これら
の元素の増量により硬度を増加させることは粗大共晶炭
化物を防止しつつ高硬度化が可能であり、疲労亀裂によ
る肌荒れ防止に有効な手段と考えられるが、このような
炭化物を増加させることは炭化物の欠は落ちによる肌荒
れに対しては好ましいものではない。

そこで、炭化物の増加による高硬度化をある程度に抑え
、基地の強化（高硬度化）により硬度を増加させて耐摩
耗性と耐肌荒性の向上を図ることが、この相反性の性能
向上を両立させる手法として考えられる。

鉄鋼切削用に開発された高速度鋼は、耐摩耗性には極め
て優れたものがあり、炭素添加量を抑えることにより共
晶炭化物の晶出を防止できると同時に、基地を高硬度化
して耐摩耗性の向上を図るには最適な材料である。ただ
し、靭性には劣るため高負荷圧延には一体型のロールで
は使用に耐えず、複合化が必要である。

しかし、軸材に強靭性を得るため銅系材料を適用した場
合、遠心鋳造法では外層材より軸材の方が高融点である
ため軸材を鋳込んだ時に外層が溶けて混合状態となった
境界部が最終凝固位置となり、境界部に鋳造欠陥が発生
し易いという欠点があり、製造不可能である。

そこで、本発明はあらかじめ形成した銅系軸材の周囲に
高速度鋼の溶湯を連続的に凝固、溶着させ複合ロールを
製造する方法に着目した。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記の着目点から、上記目的を達成するため実
験追求を行って以下の知見を得た。

基本的には熱間圧延用作業ロールにおいて、硬さがＨＳ
８０以上で、化学成分が重量比でＣ：０．５−１．５％
、Ｓ　ｉ　：　２．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、０
ｒ＝２〜６％、Ｍｏ：１５％以下、Ｗ：２０％以下、Ｖ
：０．５〜５％、Ｃｏ：５〜１３％、残部実質的にＦｅ
からなる高速度鋼の外層を軸材に接合した熱間圧延用作
業ロールである。ここにおいて、外層は耐摩耗性と耐肌
荒性を確保するため、高速度鋼とするとともに、熱処理
を施しＨＳ８０以上の硬さとする必要がある。

尚、外層高速度鋼の化学成分の特定は次の理由による。

特に、Ｃ：０．８〜１．３％、Ｓ　ｉ　：　０．３〜１
．０％、Ｍｎ　：　０．２〜０．８％、Ｃｒ：２〜６％
、Ｍｏは８〜１２％、　Ｗ：　０．５−３％、ＶＯ，８
〜２．５％、ｃｏ＝６〜１０％を含むものが好ましい。

Ｃは耐摩耗性の向上のための炭化物の形状及び基地硬さ
の確保が必要である。その量が０．５％未満の場合、炭
化物量が少なく、耐摩耗性の点で十分でない。また、１
．５％　を超えると、網目状炭化物の晶出量が増加し、
耐肌荒性の点で劣ってしまう。０．８〜１．３％が好ま
しい。

Ｓｉは脱酸剤として必要な元素であり、また、焼戻し抵
抗性を高める。しかし、その量が２．０％を超えると脆
化が生じ易くなる。０．３〜１．０％が好ましい。

Ｍｎは脱酸作用とともに不純物であるＳをＭｎＳとして
固定する作用があるが、その量が１．５％を超えると残
留オーステナイト量が増え、安定して十分な硬さの維持
が困難となり、また、靭性も低下する。０．２〜０．８
％が好ましい。

Ｃｒは２％未満では焼入性に劣り、６％を超えるとＣｒ
系炭化物が過多となり不都合である。

ＭＯ及びＷはそれぞれＭ　２Ｃ或いはＭＢＣ系炭化炭化
物成させ、且つ、基地中にも固溶して基地を強化し耐摩
耗性や焼戻し抵抗性を高める。しかし過剰になるとＭ　
ｅ　Ｃ系炭化物が増加し靭性及び耐肌荒性が低下する。

Ｍｏ及びＷの上限はそれぞれ１０％及び２０％であり、
２Ｍｏ＋Ｗが２０％以下であることが望ましい、Ｍｏは
８〜１２％、Ｗ二０．５〜３％が好ましい。

■はＭＣ系炭化物を形成し、耐摩耗性向上に寄与するが
、１％未満では十分な効果がなく、５％を超えると研削
性を著しく阻害する。０．８　〜２．５％　が好ましい
。

ＣＯは基地に固溶し焼戻し軟化抵抗を高めると共に、二
次硬化により高温焼戻しで高硬度を得るのに有効な元素
であるが、５％未満で・はその効果が小さく、１３％を
超えると靭性が低下する。６〜１０％が好ましい。

尚、本発明の外層に用いる高速度鋼は上記元素のほかに
Ｎ１を含有することができる。Ｎｉは焼入性を向上する
作用をもつため、５％以下の量を添加することができる
。それを超えると残留オーステナイトの増加を招き、硬
度の低下や耐肌荒性の低下をきたす。

これらの元素以外は不純物を除いて実質的にＦｅから成
る。不純物として主なものはＰ及びＳであり、脆化防止
のためＰ及びＳともに０．１　％以下であることが望ま
しい。

次に、本発明では鋳鋼、または、鍛鋼から成る軸材を用
い、ネック部の表面硬さをＨＳ３５以上とすることを要
旨とする。すなわち、本発明のロールに公称応力として
１０ｋｇ／ｗＩ２のネック応力が加えられた場合、寸法
効果係数０．８９表面効果係数０．９．切欠き係数２．
０として、必要な疲れ限度は３６ｋｇ／ｎｕ２となり、
それを得るためには硬さとしてＨＳ３５以上が必要とな
る。

次に本発明における外層と外層とを接合させる方法とし
ては前述の通り遠心鋳造法では健全に接合させることは
不可能であるため、回転付与エレクトロスラグ再溶解に
よる連続肉盛（複合）方法を適用し、本発明ロールを製
造することを要旨とする。すなわち、軸材と聞忘的に配
置されたモールドとの間に形成される空隙に高速度鋼か
ら成る消耗電極を挿入し、軸材及び冷却モールドを円周
方向に同期的に回転させながらスラグ浴の下でエレクト
ロスラブ再溶解法により消耗電極を溶解させるとともに
、溶湯を冷却モールドに接触させ凝固させることにより
形成した外層を軸材に溶着させる方法である。

第１図は、本発明ロールの製造に使用可能な装置の一例
を示したものである。本装置は内部を水冷される冷却モ
ールド１とそれに聞忘的に配置された軸材２、及び、点
火板３と軸材２をのせる回転定盤４から成る。冷却モー
ルド１と軸材２との間に形成される空隙に高速度鋼から
成る消耗電極５を挿入し、回転定盤４と消耗電極５の間
にカーボンブラシ６を通して電流を流し、冷却モールド
１、軸材２９点点火板及び回転定盤４を同期的に円周方
向に回転させながら、溶融スラグ７の抵抗熱により消耗
電極５を溶解する。溶湯は冷却モールド１に接触凝固し
、外層８を形成する。このようにして得られた作業ロー
ルは、更に焼入れ焼戻し等の熱処理を施すことによりＨ
Ｓ８０以上の硬さを得る。

軸材には、引張強さ５５　ｋｇ　／　ａｎ２以上、衝撃
値２　ｋｇ　−ｍ　／　ｃｉ以上の鍛鋼又は鋳鋼が好ま
しい。特に、Ｃ：０．２〜１．５％、Ｓｉ：３％以下、
Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ５％以下を含むものが好ましい。

他、Ｎｉ　：　０．５％以下、Ｍｏ：１％以下を含むこ
とができる。特に、Ｃ：　０．４〜１．０％、Ｓｉ二０
．１〜１％、Ｍｎ　：　０．２〜１％、Ｃｒ：１〜３．
５％、Ｍｏ　：　０．１〜０．５％、残Ｆｅからなる鍛
鋼が好ましい。Ｃｒは１．５％以上がより好ましい。

〔作用〕

上記の構成による熱間圧延用作業ロールは、基地を高硬
度化された高速度鋼を外層に用いているため、耐摩耗性
の向上と耐肌荒性の向上が同時に可能となる。また、複
合ロールとして軸材に強靭な鋳鋼、または、鍛鋼を用い
ているため、高負荷圧延や大きな曲げが加わる圧延に使
用されても十分耐用できるものとなる。特に、エレクト
ロスラグ再溶解により外層を軸材に溶着させたロールで
あるため、溶湯から晶出する炭化物は偏析をおこさず外
層中に微細、かつ、均等に分散したものとなり、耐摩耗
性、耐肌荒性が向上すると同時に、圧延材の表面性状の
品質が向上する。

本発明のロールは溶着後に自由鍛造により熱間鍛造する
ことが好ましい。鍛造比は１．５〜３が好ましい。鍛造
を施すことにより約１．５倍耐クラツク性が向上する。

〔実施例〕

本発明の一実施例として、胴径６００ｎｎ、ＩＪＭ長１
７２０ｎａの熱間圧延用作業ロールを第１図に示す装置
により製造した。この時の外層材質の化学成分を第１表
に示す。このロールは肉盛したままのものに更に１１０
０〜１２００℃からの焼入れ、及び、５００〜５５０℃
での焼戻しの熱処理を施した。得られたロールの外層表
面硬さ（ＨＳ）を第１表に併せ示す。

第　　１　　表尚、本実施例ロールの軸材にはＣ：　０．９１％、Ｓｉ
：０．５８％、Ｍｎ：０．７０％、Ｃｒ：３．０１％、
Ｍｏ：Ｑ、１８％、残Ｆｅよりなる３％Ｃｒ鍛鋼を用い
、そのネック部の硬さはＨＳ４０であった。また、ロー
ル胴端余長部で調査した外層と軸材の接合部には異常は
認められず健全であることを確認した。ロールとしてス
トレートなものとクラウンを有するものを製造した。

第２図に示すように肉盛外層９は胴部に設け、軸部１０
は軸材によって構成した。

本実施例ロールを用い、垂直ベンダを有するものとそれ
が無いものの圧延機によって普通鋼の熱間圧延を行った
。比較のため高合金鋳鉄材を外層とした従来タイプのロ
ールも圧延に供した。この圧延によって得られた摩耗デ
ータを第３図に示す。

耐摩耗性については、第３図から明らかなように、従来
ロールの四倍以上の性能の向上が可能であることが確認
された。耐肌荒性については第４図より大きな炭化物の
欠は落ち、或いは、亀裂発生は見られず、外観観察でも
、圧延後にも、ロール表面は極めて滑らかな肌であり、
本発明の目的である晶出炭化物を抑制し基地硬度を増加
させることによる耐肌荒性の向上が十分効果があること
が確認された。以上の結果より本発明ロールは耐摩耗性
、耐肌荒性の向上に関し、十分要求を満足するものであ
った。

更に、本発明ロールは折損及び剥離等の事故の発生がな
く順澗に使用され、高負荷圧延に十分耐用可能であった
。

第４図及び第５図は本実施例の複合ロールをワークロー
ル１１として用いた熱間圧延機のロール構成を示すもの
である。１２は被圧延材、１３はバックアップロール、
１４は中間ロールである。

←はロールの水平移動を示す矢印である。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので以下
に記載されるような効果を奏する。

外層材に本発明特定の高速度鋼を用いることにより、従
来に比べて非常に優れた耐摩耗性と耐肌荒性を熱間圧延
用作業ロールに付与できる。また強靭性の鋳鋼又は鍛鋼
の軸材を用い、ネック部の表面硬さをＨＳ３５以上にす
ることにより、高負荷圧延にも十分使用可能な熱間圧延
用作業ロールを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の連続肉盛装置の説明図、第
２図は本発明の実施例ロールの断面図、第３図は本発明
の実施例ロールと従来ロールの圧延後の摩耗データーを
示す説明図、第４図及び第５図は本発明の実施例ロール
を用いた圧延機のロール説明図である。１・・・冷却モールド、２・・・軸材、３・・・点火板
、４・・回転定盤、５・・・消耗電極、６・・・カーボ
ンブラシ、７・・・溶融スラグ、８・・・外層、９・・
・肉盛層、１０・・・軸材、１１・・・ワークロール、
１２・・・被圧延材、第囚第２図第３因００１θθＯ圧延トン数　（ｔａｎ）第図第図

Claims

【特許請求の範囲】１、熱間圧延用の作業ロールにおいて、化学成分が重量
比でＣ：０．５％〜１．５％、Ｓｉ：３．０％以下、Ｍ
ｎ：１．５％以下、Ｃｒ：２〜６％、Ｍｏ：１０％以下
、Ｗ：２０％以下、Ｖ：１〜５％、Ｃｏ：５〜１３％、
残部実質的にＦｅから成り、表面硬さがＨＳ８０以上の
外層を軸材に冶金的に接合したことを特徴とする熱間圧
延用作業ロール。２、請求項１において、鋳鋼または鍛鋼から成る軸材を
用い、ネック部の表面硬さがＨＳ３５以上である熱間圧
延用作業ロール。３、請求項１において、軸材と同芯的に配置されたモー
ルドとの間に形成される空隙に鉄基合金から成る消耗電
極を挿入し、軸材及び冷却モールドを円周方向に同期的
に回転させながらスラグ浴の下でエレクトロスラグ再溶
解法により消耗電極を溶解させ、溶湯を冷却モールドに
接触させて、凝固させることにより形成した外層を軸材
に溶着させる熱間圧延用作業ロールの製造方法。