JPH0681083A

JPH0681083A - 熱間圧延用鍛鋼作動ロール材

Info

Publication number: JPH0681083A
Application number: JP20621292A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Ohashi; 秀三大橋; Yasuo Enomoto; 康雄榎本; Tomoyuki Takahashi; 智之高橋
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1994-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】耐熱衝撃クラック特性に優れた耐摩耗性熱
間圧延用鍛鋼作動ロール材を得る。【構成】重量％で、Ｃ：１．４〜２％、Ｓi ：０．
６％以下、Ｍn ：０．４〜１％、Ｎi ：０．５％以下、
Ｃr ：２〜３％、Ｍo ：０．７〜１．２％、Ｖ：４〜７
％、Ｗ：１％以下、所望によりＣo ：１％以下を含有
し、残部Ｆe および不可避不純物からなり、かつ、０．７＜｛（％Ｃ）＋（％Ｃr）｝／（％Ｖ）＜１、なる関係式を満足する化学組成を有する。【効果】Ｃ、Ｃr、Ｖが適当にバランスされて、耐
熱衝撃クラック特性に優れた高耐摩耗熱間圧延用鍛鋼作
動ロール材が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼の圧延に使用され
る、耐熱衝撃クラック特性に優れた耐摩耗性熱間圧延用
鍛鋼作動ロール材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱間圧延用作動ロール材には、
Ｃ、Ｃr、Ｍo、Ｖ、Ｗを複合的に多量に含有させ、これ
ら元素の硬質炭化物を組織中に分散させて高耐摩耗性を
確保している高合金の鋳鉄、鋳鋼または鍛鋼製のロール
材が使用されている。例えば、重量％で、Ｃ：２〜２．
５％、Ｃr：４〜６％、Ｍo：２〜４％、Ｖ：５〜８％、
Ｗ：２〜４％を含有させた複合連鋳ハイスロールが知ら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の高合金
ロール材では、熱衝撃クラックに対する抵抗性は十分と
はいえず、その向上に課題を有している。熱間圧延機用
作動ロールは、圧延機の作動・停止時や、絞り込み事故
などの圧延事故時に、ほとんど不可避的に熱衝撃を受け
る環境下で使用されており、ロール材においてこの耐熱
衝撃クラック特性は重要な特性である。上記状況等によ
って発生してしまったクラックは、次の使用の前に完全
に研削除去する必要があり、ロールコストを大きく悪化
させる原因となっている。また、発生したクラックがロ
ール内部に大きく進展して以降の使用を不可能とする致
命的なロール破損に至る場合もある。

【０００４】このクラック発生の原因を調査した結果、
従来材では、粗大な共晶炭化物が結晶粒界にネット状に
多量に生成し、その炭化物内を経路としてクラックが進
展し易い構造になっていることが判明した。すなわち、
共晶炭化物ネットが発達した材料では、その炭化物内を
進展経路として深い熱衝撃クラックが発生するという欠
点が見い出された。この発明は、上記事情を背景として
なされたものであり、従来のロール材の問題点を改善
し、耐熱衝撃クラック特性に優れた高耐摩耗性の熱間圧
延用鍛鋼作動ロール材を提供することを目的とするもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願発明の熱間圧延用鍛鋼作動ロール材は、重量％
で、Ｃ：１．４〜２％、Ｓi ：０．６％以下、Ｍn ：
０．４〜１％、Ｎi ：０．５％以下、Ｃr ：２〜３％、
Ｍo ：０．７〜１．２％、Ｖ：４〜７％、Ｗ：１％以
下、所望によりＣo ：１％以下を含有し、残部Ｆe およ
び不可避不純物からなり、かつ、０．７＜｛（％Ｃ）＋（％Ｃr）｝／（％Ｖ）＜１、なる関係式を満足する化学組成を有することを特徴とす
る。

【０００６】

【作用】本願発明によれば、特にＣ、Ｃr、Ｖを適正配
合することによって耐熱衝撃クラック特性を向上させて
いる。また、本発明では、７００ｍｍ以上の直径の大型
作動ロールも対象としており、この大型ロールでは焼入
れ熱処理において大きな熱応力が発生し、焼き割れの危
険性が大きいことが製造上問題となる。したがって、そ
の危険性を低減し、安定した製造を可能にするために
は、凝固時の空隙系欠陥や偏析などの焼き割れの起点に
なる欠陥の制御（鍛造効果）や、焼き割れ発生を招く作
用熱応力を低減するためにより低い焼入れ加熱温度にす
ることが必要となる。実際上、種々の条件によって焼入
れ加熱温度の上限は１０５０℃である。本発明材では、
その性能のみならず、これらの製造性も考慮して材質設
計がなされている。

【０００７】これらの観点から規定した本発明材の化学
成分の限定理由を以下に具体的に述べる。Ｃ：１．４〜２％Ｃは、所定の基地の硬さを与えるだけでなく、合金炭化
物を形成して耐摩耗性を向上させる。したがって、ロー
ルの基地中に固溶するＣ量と、炭化物を形成するＣ量と
が、それぞれ適正量であることが必要である。所定の熱
処理条件によって、ロール材として所望の硬さであるシ
ョア硬さ７５以上を得るためには、図１に示すように、
Ｃを１．４％以上含有させる必要がある。一方、Ｃは、
凝固粒界におけるネット状共晶炭化物の生成を著しく助
長するため、２％を越えて含有させると、図２に示すよ
うに深い熱衝撃クラックが生成されるようになる。ま
た、多量の共晶炭化物が生成されると熱間加工性が劣化
し、ロールの安定製造が困難にもなる。したがって、Ｃ
含有量を１．４〜２％に限定した。

【０００８】Ｓi ：０．６％以下Ｓi は、脱酸材として有効に作用するが、一方、偏析の
観点からは、含有量が少ないほど偏析発生傾向が小さく
なり望ましい。本発明材においては、０．６％を越えて
含有させると、ロールとして必要な表層の健全層深さ
（偏析の発生がない表層の厚さ）が確保し難くなるの
で、Ｓi の含有量を０．６％以下に限定した。

【０００９】Ｍn ：０．４〜１％Ｍn は、焼入れ性を向上させる作用があるが、０．４％
未満の含有量では、その効果は明瞭に現れない。また、
１％を越えて含有させると脆化が起こる。したがっ
て、Ｍn 含有量は０．４〜１％に限定した。Ｎi ：０．５％以下Ｎi は焼入れ性を向上させ、基地の機械的性質を向上さ
せるが、本発明材においては、０．５％を越えて含有さ
せると焼入れ時に多量の残留オーステナイトが生成さ
れ、焼入れ硬さを低下させるので、０．５％以下に限定
した。

【００１０】Ｃr ：２〜３％Ｃr は、基地の焼入れ性、機械的性質を向上させ、ま
た、炭化物を形成して耐摩耗性を向上させる。しかし、
凝固粒界におけるネット状共晶炭化物の生成を著しく助
長する。図３に示すように３％を越える含有では、深い
熱衝撃クラックを生成するようになる。また、本発明材
においては、Ｃr が耐摩耗性におよぼす効果は小さく、
耐摩耗性の観点からも３％を越えるような多量のＣr を
含有させる必要はない。一方、基地中に固溶したＣr は
耐熱衝撃クラック性を向上させる作用を有しており、こ
の作用を有効に得るためには２％以上含有させる必要が
ある。したがって、Ｃr の含有量を２〜３％に限定し
た。

【００１１】Ｍo ：０．７〜１．２％Ｍo は、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗性を向上させる
ロール材として必要な表層硬化層を確保するために重要
な作用を有している。また、炭化物を形成して、耐摩耗
性を向上させる作用を有している。Ｍo の含有量が０．
７％未満の場合、その効果は明瞭に現れない。一方、
１．２％を越えて含有させると、図４に示すように熱間
加工時の上限温度を低下させ、鍛錬性を低下させる。し
たがって、Ｍo の含有量は０．７〜１．２％に限定し
た。

【００１２】Ｖ：４〜７％Ｖは非常に硬質な炭化物を生成し、耐摩耗性改善効果が
極めて大きいことが知られている。本発明では、Ｖ炭化
物によるこの高い耐摩耗性を確保しつつ、その炭化物形
態の適正化により優れた耐熱衝撃クラック性を付与し
た。すなわち、Ｖは共晶炭化物形態に大きな影響を有し
ており、その含有量がＣおよびＣrとある関係でバラン
スしていると、凝固粒内にＶ系炭化物が分散した共晶セ
ルが炭化物の主体として生成され、ネット状形態の粗大
な共晶炭化物の発達が小さくなる。つまりそのような適
正なバランスにおいて得られる組織では、粗大なネット
状共晶炭化物の低減により、優れた耐熱衝撃クラック性
が得られる。

【００１３】以上のように、ネット状共晶炭化物の発達
を抑制し、Ｖ系炭化物の共晶セルを、耐摩耗性の観点で
必要な量が確保されるように生成させることが本発明の
主要な技術的着眼点となる。そのためには、図５に示す
ように発生する熱衝撃クラックの深さが非常に浅いもの
となる４％以上のＶ含有が必要である。一方、７％を越
えて含有させると、形態的には良好な共晶炭化物が得ら
れるものの、その量が多量であるためＶ系炭化物として
固定されるＣ量が増大し、図６に示すように硬さの点で
必要とされる基地中への固溶Ｃ量を所定の焼入れ加熱温
度で確保することが困難になる。さらに、偏析の生成が
顕著となり、炭化物の密集した偏析部から、熱間加工中
や焼入れ中に割れが発生する傾向が増大し、製造性が大
きく劣化する。したがって、Ｖ含有量を４〜７％に限定
した。

【００１４】０．７＜｛（％Ｃ）＋（％Ｃr）｝／（％Ｖ）＜１本発明において、基地中に必要なＣ、Ｃr 固溶量を確保
し、かつ、共晶炭化物形態を最適化するためには、すで
に述べたようにＣ、Ｃr そしてＶ含有量を効果的に組み
合わせることが最も重要である。したがって、本発明材
においては各元素で述べた含有量の限定理由に加えて、
これらの組合せ範囲として０．７＜｛（％Ｃ）＋（％Ｃ
r）｝／（％Ｖ）＜１を規定することにより優れた耐熱
衝撃クラック性が得られる。この数値が上限、下限のい
ずれを逸脱してもバランスが崩れて良好な耐熱衝撃クラ
ック性を得ることができない。

【００１５】Ｗ：１％以下Ｗは、硬質な炭化物を形成して耐摩耗性を向上させる。
一方、多量の含有は、凝固粒界でネット状共晶炭化物を
生成させ、熱間加工性を劣化させるので１％以下に限定
した。Ｃo ：１％以下Ｃo は、ほとんど基地中に固溶し、焼戻し軟化抵抗を向
上させる作用があり、ロールの硬さ確保、また、耐熱衝
撃クラック性向上に効果がある。一方で、過度に含有さ
せると焼入れ性を劣化させるので１％を上限とした。

【００１６】

【実施例】表１に示す組成の本発明材および比較材の５
０ｋｇ鋼塊をそれぞれ溶製した。なお、各鋼塊の成分
を、本願で規定したＣ、Ｃr 、Ｖの関係式に従って図７
にプロットした。

【００１７】

【表１】

【００１８】これらの鋼塊を鍛造比２．０で鍛造後、所
定の熱処理を施してＨＳ７６〜７８の熱衝撃試験片を製
作し、これを図８に示す試験機を用いた熱衝撃試験に供
した。熱衝撃試験機は、ラック１上に落重２を落して、
ピニオン３を回転させ、そのピニオン３に取り付けた軟
鋼棒４を、試験機に固定した試験片５の表面に擦り付け
て、その際の摩擦熱および軟鋼棒４の組成変形熱によ
り、試験片５に熱衝撃を付与するものである。試験後
の試験片については、熱衝撃部断面を光学顕微鏡で観察
し、発生したクラックの最大深さを比較することによっ
て材料の耐熱衝撃クラック性を評価した。このようにし
て評価した熱衝撃試験結果を図９に示す。図から明らか
なように、発明材は、比較材よりも浅いクラックの発生
となっており、優れた耐熱衝撃クラック特性が得られて
いる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本願発明の熱間圧延
用鍛鋼作動ロール材によれば、重量％で、Ｃ：１．４〜
２％、Ｓi ：０．６％以下、Ｍn ：０．４〜１％、Ｎi
：０．５％以下、Ｃr ：２〜３％、Ｍo ：０．７〜
１．２％、Ｖ：４〜７％、Ｗ：１％以下、所望によりＣ
o ：１％以下を含有し、残部Ｆe および不可避不純物か
らなり、かつ、０．７＜｛（％Ｃ）＋（％Ｃr）｝／（％Ｖ）＜１、なる関係式を満足するので、Ｃ、Ｃr、Ｖが適当にバラ
ンスされており、熱衝撃クラックの進展経路となる凝固
粒界のネット状共晶炭化物の生成が抑制されるととも
に、耐摩耗性に必要な量のＶ系炭化物が共晶セルとして
確保されて、耐熱衝撃クラック特性に優れた高耐摩耗性
圧延用鍛鋼作動ロール材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、所定の熱処理で得られる硬さとＣ含有
量との関係を示すグラフである。

【図２】図２は、熱衝撃クラック特性におよぼすＣ含有
量の影響を示すグラフである。

【図３】図３は、熱衝撃クラック特性におよぼすＣr含
有量の影響を示すグラフである。

【図４】図４は、熱間加工の上限温度におよぼすＭo の
影響を示すグラフである。

【図５】図５は、熱衝撃クラック特性におよぼすＶ含有
量の影響を示すグラフである。

【図６】図６は、所定の熱処理で得られる硬さとＶ含有
量との関係を示すグラフである。

【図７】図７は、実施例に示した各鋼塊のＣ、Ｃr そし
てＶ含有量の関係を示すグラフである。

【図８】図８は、実施例の熱衝撃試験に用いる試験機の
概略図である。

【図９】図９は、発明材および比較材の熱衝撃試験結果
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ラック２落重３ピニオン５試験片

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【手続補正書】

【提出日】平成５年３月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、所定の熱処理で得られる硬さとＣ含
有量との関係を示すグラフである。

【図２】図２は、熱衝撃クラック特性におよぼすＣ含
有量の影響を示すグラフである。

【図３】図３は、熱衝撃クラック特性におよぼすＣｒ
含有量の影響を示すグラフである。

【図４】図４は、熱間加工の上限温度におよぼすＭｏ
の影響を示すグラフである。

【図５】図５は、熱衝撃クラック特性におよぼすＶ含
有量の影響を示すグラフである。

【図６】図６は、所定の熱処理で得られる硬さとＶ含
有量との関係を示すグラフである。

【図７】図７は、実施例に示した各鋼塊のＣ、Ｃｒそ
してＶ含有量の関係を示すグラフである。

【図８】図８は、実施例の熱衝撃試験に用いる試験機
の概略図である。

【図９】図９は、発明材および比較材の熱衝撃試験結
果を示すグラフである。

【符号の説明】１ラック２落重３ピニオン５試験片

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：１．４〜２％、Ｓi ：
０．６％以下、Ｍn ：０．４〜１％、Ｎi ：０．５％以
下、Ｃr ：２〜３％、Ｍo ：０．７〜１．２％、Ｖ：４
〜７％、Ｗ：１％以下を含有し、残部Ｆe および不可避
不純物からなり、かつ、０．７＜｛（％Ｃ）＋（％Ｃr）｝／（％Ｖ）＜１、なる関係式を満足する化学組成を有する熱間圧延用鍛鋼
作動ロール材
【請求項２】請求項１の組成に加え、重量％でＣo ：
１％以下を含有することを特徴とする熱間圧延用鍛鋼作
動ロール材