JPH076030B2

JPH076030B2 - 圧延用ロール

Info

Publication number: JPH076030B2
Application number: JP11740388A
Authority: JP
Inventors: 邦夫後藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1988-05-13
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPH01287248A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、例えば鋼材の熱間圧延の仕上ワークロール
のように、苛酷な条件で使用するのに好適な耐摩耗性、
耐焼付性、更に耐肌荒性に優れた圧延用ロールに関する
ものである。

（従来の技術）近年の著しい工業技術の発展を背景として、新しい特性
を備えた様々な素材が開発されており、それと同時に金
属の圧延材料もそれぞれの用途に応じて種々のものが使
用されるようになった。このため、金属材料圧延用ロー
ルにもそれぞれの使用目的に応じた種々の厳しい特性が
要求されるようになった。圧延用ロールは、従来からそ
の材質等を中心に様々な工夫が凝らされてきた（例え
ば、特開昭57−198243号、同58−147542号公報）が、現
在では、特に苛酷な条件下で使用されがちな鉄鋼の熱間
圧延用ロール、特にその外層材として高クロム鋳鉄、あ
るいは高合金グレン鋳鉄などの耐摩耗強靭鋳鉄の使用が
主流となっている。

上記のロール材のうち、高クロム鋳鉄は高硬度のM₇C₃型
炭化物（マイクロビッカース硬さで2200程度）を含有す
ることによって耐摩耗性に優れ、高合金グレン鋳鉄は組
織の中に熱伝導性および潤滑性の良好な黒鉛を有するた
め、耐焼付性に優れている。これらのロール材は、それ
ぞれの特徴を生かした用途（例えば、ステンレス鋼圧延
用と炭素鋼圧延用など）に使い分けられてきた。

かかる使い分けの不便さを解消すべく、本発明者らは、
特願昭62−282346号において、組織中にM₇C₃型炭化物
〔（Cr,Fe）₇C₃〕と黒鉛とを共に有し、かつMoを多量添
加した耐摩耗性および耐焼付性に優れた熱間圧延用ロー
ルを提案している。

前記高クロム鋳鉄は、他のロール材に比べて熱伝導率が
低い上、表面酸化スケールが生成しにくいために、使用
条件が苛酷になると耐焼付性の不足が目立つ。また、全
面にささくれ状の肌荒れを生じるという問題点を有して
いる。

一方、高合金グレン鋳鉄では、潤滑性を付与する黒鉛
が、苛酷な使用条件下では逆に摩耗や肌荒れの起点とな
り耐摩耗性や耐肌荒性を著しく劣化させてしまうという
問題が指摘されていた。

前記特願昭62−282346号において本発明者らが提案した
ロール材は、実機圧延テストの結果、高クロム鋳鉄、高
合金グレン鋳鉄よりも耐摩耗性，耐焼付性のバランスが
良く優れたロール材ではあるものの、使用条件がより一
層苛酷なものとなる強圧下圧延や低温圧延などの際に
は、耐摩耗性の点で性能不足を否めない。また、高クロ
ム材特有のささくれ状の肌荒れの発生も完全には防止で
きておらず、耐肌荒性の点にもまだ問題が残っているこ
とが明らかになった。

（発明が解決しようとする課題）本発明の目的は、従来の圧延用ロールに指摘される上記
の諸問題点を解消するとともに、高負荷圧延、低温圧延
など、益々苛酷さを増している使用条件下でも十分に満
足し得る耐摩耗性、耐焼付性および耐肌荒性を兼ね備え
た圧延用ロール、特に使用条件の厳しい熱間圧延に使用
するためのロール、を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明者は、上記の目的のもとに研究を重ねた結果、下
記（ａ）ないし（ｃ）に示す如き新たな知見を得、本発
明を完成するに至った。

（ａ）炭化物形態をM₇C₃型よりも硬度の高いMC型（マ
イクロビッカース硬度:2800程度）にすることにより、
耐摩耗性の飛躍的向上が期待できる。

また、こうすることによってM₇C₃型炭化物に起因するさ
さくれ状の肌荒れを未然に防止することもできる。

（ｂ）上記（ａ）を実現できる成分元素としては、Ｖ
が最適である。また、Ｖの炭化物（VC）は、（Cr,Fe）₇
C₃よりも本質的に焼付を起こしにくい性質を有している
ため、耐焼付性の点でも有利となる。

（ｃ）従来から高Ｖ材については、黒鉛を晶出させる
ことができないため白銑（チルド）材として使用すると
いうのが技術上の通念であった。

しかし、本発明者は、比較的高いＶを含有させても他の
成分を調整すれば鋳込みのままで、耐焼付性改善効果を
期待できる黒鉛を晶出させることができることを見い出
した。

本発明は、上記のような独自の知見に基づいてなされた
ものであり、その要旨は下記のとおりである。

（１）少なくとも外層が、重量％で、 C:2.4〜3.6％、Si:2.0〜3.5％、 Mn:0.5〜1.5％、P:0.1％以下、 S:0.1％以下、Ni:3.3〜10.0％、 Cr:0.5〜3.0％、Mo:0.1〜3.0％、 V:1.0超え〜5.0％を含み、残部:Feおよび不可避的不純
物からなることを特徴とする熱間圧延用ロール。

（２）上記の成分に加えて、Cu:2.0％以下とTi:0.5％
以下の１種または２種を更に含有する圧延用ロール。

および、（３）外層が、組織中に黒鉛を有する上記（１）又は
（２）の圧延用ロール。

本発明において規定する上記成分組成および組織の合金
は、ロール全体に使用しても、また外層材と内層材とを
異なる材質で構成したいわゆる複合ロールの外層材とし
て用いてもよい。複合ロールとした場合、軸芯部の材料
としては従来と同様、ダクタイル鋳鉄、普通鋳鉄、黒鉛
鋼等の強靭材を、使用目的に応じて適宜選択すればよ
い。

上記本発明のロールは、組織中に高硬度でしかも焼付を
起こしにくい性質を有するVCを含有するとともに、黒鉛
をも含有させることが可能であるため、従来のロール材
に比較して耐摩耗性、耐焼付性、そして耐肌荒性に優れ
たものであり、特に苛酷な条件下で使用する熱間圧延用
ロールとして極めて適している。

（作用）次に、本発明においてロールの少なくとも外層の組成を
前記のように特定した理由を説明する。

なお、成分含有量についての％は、全て重量％を意味す
る。

C:2.4〜3.6％Ｃは、Ｖと結合してMC型高硬度炭化物を形成し、ロール
材として必要な硬度や耐摩耗性等の特性を確保する作用
を有しており、また後述するSi、Cu、Ni、Tiの黒鉛化促
進元素によって組織中に黒鉛を晶出し、耐焼付性を向上
させる作用をも有する。しかし、その含有量が2.4％未
満では炭化物が不足し、充分な硬度が得られず耐摩耗性
の劣化を来す。一方、3.6％を超えて含有されると炭化
物量が過剰になり材質が脆くなるなど機械的性質の劣化
を来す。従ってＣは、2.4〜3.6％とする。

Si:2.0〜3.5％ Siは、溶湯の脱酸および湯流れ性確保と、黒鉛を晶出さ
せるために不可欠な元素であるが、2.0％未満では溶湯
の流動性が不足し、また黒鉛の晶出も難しくなる。一
方、Siが3.5％を超えて含有されると、炭化物量が少な
くなり所望の耐摩耗性を確保できない上、焼入性が阻害
されて不完全焼入れ状態となり易く、基地硬度の低下か
ら機械的性質の劣化、更には耐摩耗性劣化を招くことと
なる。従ってSiは、2.0〜3.5％とする。

Mn:0.5〜1.5％ Mnは、溶湯の脱酸のためにSiとともに積極的に添加され
るが、含有量が0.5％未満では十分な脱酸効果がえられ
ず、逆に1.5％を超えて含有されると、機械的性質、特
に靭性を劣化させる。従ってMnは、0.5〜1.5％とする。

P:0.1％以下Ｐは、不可避的に随伴する不純物元素であり、材質の脆
化を招くことからロール材としては少ない程望ましい
が、実際上は0.1％以下に抑制すれば前記不都合を許容
できる。

S:0.1％以下Ｓも、Ｐと同様に材質の脆化を招くことから少ない程望
ましい不可避的不純物元素であるが、やはり0.1％以下
に抑制することで実際上の不都合を許容できる。

Ni:3.3〜10.0％ Niは基地組織の改善作用と黒鉛を晶出させる作用がある
が、その含有量が3.3％未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方、10.0％を超えて含有させると残留オ
ーテスナイトが増加してロール材として必要な硬度が得
られず耐摩耗性に問題が生じる。従ってNiは3.3％〜10.
0％とする。

Cr:0.5〜3.0％ Crは、基地の焼入性や靭性を向上させる作用があるが、
0.5％未満ではこの効果が少ない。一方、3.0％を超える
と硬度の低いM₃C型炭化物やM₇C₃型炭化物が形成される
ようになり優れた耐摩耗性を得ることができなくなる。
前記のようにM₇C₃型炭化物の存在は、ささくれ状の肌荒
れの原因となるので、Cr含有量の上限は3.0％とする。

Mo:0.1〜3.0％ Moは、基地中に固溶し、またMo₂Cとして析出することに
よって高温軟化抵抗をはじめとする高温諸特性を改善
し、析出した炭化物や晶出した黒鉛が高温下で剥落し易
くなるのを防ぐなど高温下での優れた耐摩耗性と耐焼付
性を保証する。しかしながら、その含有量が0.1％未満
では前記作用に所望の効果が得られず、一方、3.0％を
超えて含有させても前記作用は飽和してしまう。従って
Moの適正含有量は、0.1〜3.0％である。

V:1.0超え〜5.0％Ｖは、本発明にかかる圧延用ロールの成分として極めて
重要な元素であり、MC型の高硬度バナジウム炭化物（V
C）を形成して耐摩耗性を飛躍的に向上させるものであ
る。さらに、高温軟化抵抗を改善する他、鋳造組織を微
細化し靭性を改善する作用もある。しかし、1.0％以下
では、前記作用に所望の効果が得られず、一方、5.0％
を超えて含有されると白銑化傾向が強くなり、黒鉛の晶
出が困難になるため黒鉛による耐焼付性改善効果が期待
できなくなる他、機械的性質、特に靭性が劣化する。従
ってＶは、1.0超え〜5.0％とする。

上記の各成分の外、更に下記の２成分の１種または２種
を含有させることができる。

Cu:2.0％以下 Cuは、耐摩耗性、耐焼付性等に悪影響を与えることなく
黒鉛の晶出を促進する作用を有するため、黒鉛晶出を促
すために、積極的に添加されることが好ましい。しか
し、2.0％を超えて含有させると逆に黒鉛の晶出を阻害
する傾向がでてくる。

Ti:0.5％以下 Tiは、Cuと同じく黒鉛化を促進する作用を有しており黒
鉛組織の改善のために鋳造組織を微細化するのに有効で
あり、また、強靭化にも役立つから含有されることが好
ましい。しかし、0.5％を超えて含有させると前記作用
は、飽和するだけではなく材質が脆くなり機械的性質の
劣化を来す。

本発明に係る圧延用ロール材、少なくともその外層は、
以上に説明した化学成分の外、残部は実質的にFeで構成
されるものである。

本発明のロールを製造するには、上記成分組成を目標に
調整された溶湯を常法にしたがって鋳型に注入し凝固さ
せる。すなわち、ロール全体が同一材質のものの場合に
は普通鋳造法等が採用され、複合ロールの場合には中抜
き鋳造法、スライディングゲート法、遠心鋳造法等が採
用される。

黒鉛を晶出させる場合には、黒鉛量を管理するために、
溶湯にCa−Si合金,Fe−Si合金等の接種剤を添加するこ
とを妨げない。溶湯に接種剤を添加する場合、最終成分
が目標範囲内に収まるよう、接種剤の添加によって成分
組成が変化する分を予め補正した溶湯を使用することが
必要である。

鋳造されたロールは、鋳造時の残留応力を除去するため
とミクロ組織安定化のために、焼なまし処理を受けた
後、切削研磨されて所定の寸法に仕上げられる。

本発明の圧延用ロールは、ホットストリップミルの仕上
前後段ワークロールに使用される他、ホットスキンパス
用ワークロール、条鋼圧延用ロール、製管用ロールにも
好適であり、さらにコールドストリップミル用仕上ワー
クロール、線材仕上用ロール等の冷間圧延用ロールとし
ての適用も勿論可能である。

次に、従来例および比較例と対比しながら実施例により
本発明を更に具体的に説明する。

（実施例）製品胴径750mm、胴長1800mm、全長3800mmの遠心鋳造複
合ロールを製造するべく、第１表に示す18種の成分組成
の外層材溶湯を、遠心力鋳造機上で回転する鋳型に1420
℃前後の温度で肉厚90mmに鋳込んだ。必要に応じ接種剤
としてFe−Si合金を使用した。そして外層材溶湯が完全
に凝固した後、外層材を内装したまま前記鋳型を垂直に
立て、上部から軸芯材溶湯を鋳込み上端を押湯、保温材
でカバーした。軸芯材溶湯が完全に冷却した後、ロール
を鋳型から取り出し、第１図に示すような外層材１と軸
芯材２とから成る複合ロールを得た。

得られた複合ロールには、歪取り熱処理（350℃×10H
r）および組織調整熱処理（420℃×20Hr）を施した。

こうして製造された複合ロールの胴端部外層材から摩耗
試験片および焼付試験片（ともに100mmφ×30mm）を採
取し、摩耗試験片に対しては、第２図に概略的に示す要
領で摩耗試験（応力25kgf/mm²,回転数100r.p.m.,試験時
間100min,被加工材加熱片温度800℃）を行い、試験後の
摩耗体積を測定した。第２図（イ）は試験装置の側面
図、第２図（ロ）は平面図である。高周波コイル３で加
熱された被加工材加熱片４を一定速度で回転し、これに
一定押圧力（Ｐ）でロール材試験片５を押し付ける。

一方、焼付試験片に対しては第３図に概略的に示す摩耗
試験（応力10kgf/mm²,回転数10r.p.m.,試験時間10min,
被加工材加熱片温度800℃）により、両金属間の凝着程
度を表す摩耗係数を調査した。第３図（イ）は側面図、
第３図（ロ）は平面図である。第２図と同一部材は同一
符号で示す。なお、相手となる被加工材加熱片４として
はいずれの試験においてもステンレス鋼（SUS304）を使
用した。

試験結果を第４図および第５図にグラフで示す。第４図
は、第２図の方法での試験結果で、耐摩耗性に及ぼすＶ
含有量の影響を示したものである。これは、第１表に示
す従来例（M₇C₃型を含有するNo.1,2,3），比較例（本発
明のロール材に類似するのがＶを含有しない材料、No.
4,5）および本発明例（No.6〜18）について調査したも
のである。図中の数字は、第１表中のNo.にそれぞれ対
応している。

この結果により、黒鉛含有の如何にかかわらず1.0％を
超えるＶを含有する本発明のロール材は、その耐摩耗性
が極めて優れていることが明らかである。

第５図は、第３図の方法による試験結果で、摩擦係数と
組織中の黒鉛量との関係を示したものである。この図に
おいて摩擦係数が小さな値をとるほど耐焼付性が優れて
いることを表している。なお、この関係は、第１表中の
従来例（No.1〜３）と本発明例（Ｖ含有量をおよそ２％
にそろえたNo.7,12,13,14,15）について調査したもので
ある。図中の数字は、第１表中の各No.にそれぞれ対応
している。

この結果により、M₇C₃型炭化物を含有する従来のロール
材よりも、MC型炭化物を含有する本発明のロール材の方
が黒鉛量の多少にかかわらず耐焼付性に優れていること
が立証された。

また、黒鉛を含有しないものより、含有するもの、しか
もより多く含有するものが耐焼付性に優れていることが
第５図から看取される。

第６図は、Cr₇C₃と、VCの摩擦係数、即ち、耐焼付性を
示したものである。これは、Cr₇C₃粉末とVC粉末とをそ
れぞれ焼結することにより前記同様の焼付試験片を作製
し、第３図に示した方法で摩擦試験を行ったものであ
る。この結果からVCがCr₇C₃よりも本質的に焼付にくい
ことが確かめられた。

本発明の圧延用ロールの熱間圧延実機でのテストの結
果、従来のロールにみられたささくれ状の肌荒れも発生
しないことが確認された。

（発明の効果）以上に説明したように、本発明に優れた耐摩耗性と耐焼
付性と耐肌荒性とを兼ね備えた圧延用ロールを提供する
ものである。このロールは金属圧延用として広く使用で
き、特に、最近の苛酷な鋼材の熱間圧延に使用して優れ
た耐久性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、圧延用複合ロールの構造例を示す断面図、第２図（イ）、（ロ）および第３図（イ）、（ロ）は、
ロール材の耐摩耗性および耐焼付性の試験要領を説明す
る図、第４図は、ロールの成分の中、特にＶの含有量と耐摩耗
性との関係を示したグラフ、第５図は、ロール外層材における晶出黒鉛含有割合（断
面組織の面積率）と耐焼付性との関係を示したグラフ、第６図は、M₇C₃型炭化物とMC型炭化物の耐焼付性の試験
結果を示したグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも外層が、重量％で、 C:2.4〜3.6％、Si:2.0〜3.5％、 Mn:0.5〜1.5％、P:0.1％以下、 S:0.1％以下、Ni:3.3〜10.0％、 Cr:0.5〜3.0％、Mo:0.1〜3.0％、 V:1.0超え〜5.0％、を含み、残部がFeおよび不可避的不
純物からなることを特徴とする圧延用ロール。
【請求項２】少なくとも外層が、重量％で、 C:2.4〜3.6％、Si:2.0〜3.5％、 Mn:0.5〜1.5％、P:0.1％以下、 S:0.1％以下、Ni:3.3〜10.0％、 Cr:0.5〜3.0％、Mo:0.1〜3.0％、 V:1.0超え〜5.0％と、 Cu:2.0％以下、Ti:0.5％以下の１種または２種を含み、
残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
る圧延用ロール。
【請求項３】外層が、組織中に黒鉛を有する特許請求の
範囲第１項または第２項記載の圧延用ロール。