JPH0881731A

JPH0881731A - 熱間圧延用ロール及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0881731A
Application number: JP19570695A
Authority: JP
Inventors: Shohei Kanari; 昌平金成; Yoshihiro Kataoka; 義弘片岡; Yoshitaka Sawa; 義孝沢
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-07-11
Filing date: 1995-07-10
Publication date: 1996-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】外層材の合金成分を適正化し、炭化物組成、
炭化物量を限定することにより、低摩擦と耐摩耗性の両
方に優れた熱間圧延ロールを提供すること。【構成】熱間圧延用ロールにおいて、使用層たる外層
材が、Ｃ：2.0 〜5.0 ％、Ｓｉ：1.5 ％以下、Ｍｎ：1.
2 ％以下、Ｃｒ：12.0％以下、Ｍｏ：8.0 ％以下、Ｖ：
3.0 〜10.0％、Ｎｂ：7.0 ％以下を含有し、残部Ｆｅ及
び不可避的不純物よりなり、非粒状炭化物を面積率で15
〜20％含有してなるもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低摩擦と耐摩耗性とを
兼備した、熱間圧延用ロール及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、熱延鋼板の熱間圧延において
は、１〜４スタンドの粗圧延機と６〜７スタンドの仕上
圧延機を配列した圧延設備が使用されており、これによ
って、厚さが200 〜270 mmのスラブを1.2 〜10mm程度の
仕上厚みに圧延することが行なわれている。この圧延設
備のうち、特に仕上圧延用のロールに要求される特性と
しては耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐クラック性等がある。

【０００３】従来、これらの圧延用ロールとしては、セ
メンタイト系の炭化物が晶出した高Ｃｒ鋳鉄、又はＮｉ
グレーン鋳鉄を外層材とした複合ロールが主流であっ
た。

【０００４】しかし、近年は需要家における圧延材の表
面品質が益々厳格化すると共に、生産性向上の要求か
ら、更に優れたロールの開発が望まれていた。

【０００５】このような状況から、例えば特開昭60-124
407 号、特開昭61-177355 号には、外層材として高Ｖ鋳
鉄ロールを用いることが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、このよう
な高Ｖ鋳鉄ロールではＶを多量に含有させることによ
り、耐摩耗性を著しく向上させることは可能であるが、
圧延時の摩擦が増大し、特に薄物圧延においてチャタリ
ングが発生し、ロールの損傷や板表面の品質が劣化する
という問題が生じている。

【０００７】本発明は、外層材の合金成分を適正化し、
炭化物組成、炭化物量を限定することにより、低摩擦と
耐摩耗性の両方に優れた熱間圧延ロールを提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
に係る熱間圧延用ロールは、使用層たる外層材が、Ｃ：
2.0 〜5.0 ％、Ｓｉ：1.5 ％以下、Ｍｎ：1.2 ％以下、
Ｃｒ：12.0％以下、Ｍｏ：8.0 ％以下、Ｖ：3.0 〜10.0
％、Ｎｂ：7.0 ％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的
不純物よりなり、非粒状炭化物を面積率で15〜20％含有
してなるようにしたものである。

【０００９】請求項２に記載の本発明に係る熱間圧延用
ロールの製造方法は、使用層たる外層材が、Ｃ：2.0 〜
5.0 ％、Ｓｉ：1.5 ％以下、Ｍｎ：1.2 ％以下、Ｃｒ：
12.0％以下、Ｍｏ：8.0 ％以下、Ｖ：3.0 〜10.0％、Ｎ
ｂ：7.0 ％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物
よりなる成分の溶湯から鋳造される熱間圧延用ロールで
あって、該外層材の溶湯温度が1400℃から1100℃までの
間における凝固過程の平均冷却速度が 300℃〜1200℃／
ｈであるようにしたものである。

【００１０】

【作用】(1) 本発明における合金元素の含有量の限定理
由について説明する。Ｃ：2.0 〜5.0 ％Ｃはロールの耐摩耗性向上を図るための炭化物形成に必
須の元素である。2.0 ％未満では晶出炭化物が少ないた
め、耐摩耗性に劣ると共に摩擦の増大をもたらす。一
方、5.0 ％を越えると摩擦は低減するが耐クラック性が
著しく低下するため上限を5.0 ％とした。

【００１１】Ｓｉ：1.5 ％以下Ｓｉは脱酸剤及び鋳造性の確保に必要な元素で添加する
が1.5 ％を越えると耐クラック性が低下するため上限を
1.5 ％とする。

【００１２】Ｍｎ：1.2 ％以下Ｍｎも上記Ｓｉと同様必要であるが、1.2 ％を越えると
耐クラック性が低下するため好ましくなく上限を1.2 ％
とする。

【００１３】Ｃｒ：12.0％以下Ｃｒは炭化物を形成し、耐摩耗性を向上するために必要
な元素で添加するが、12.0％を越えると耐摩耗性が劣化
するため、上限を12.0％とする。

【００１４】Ｍｏ：8.0 ％以下ＭｏはＣｒと同様に炭化物を形成して耐摩耗性の向上に
有効であると共に、基地の焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性
を向上し、基地組織の強化に有効であるため必要であ
る。8.0 ％を越えると耐クラック性が低下するため、上
限を8.0 ％とする。

【００１５】Ｖ： 3.0％〜10.0％、Ｎｂ：7.0 ％以下Ｖは耐摩耗性の向上に最も有効な硬いＭＣ又はＭ₇ Ｃ₃
炭化物を形成するための必須元素で、その効果を発揮す
るためには3.0 ％以上必要である。10.0％を越えると耐
クラック性の低下、製造上の問題を生じるため上限を1
0.0％とする。

【００１６】ＮｂもＶと同様、耐摩耗性に有効な硬いＭ
Ｃ炭化物を形成するのでＶと複合添加するが、7.0 ％を
越えると粗大な塊状炭化物となり、その効果が得られな
いだけでなく、耐クラック性が問題となるので上限を7.
0 ％とする。

【００１７】本発明の熱間圧延用ロールには上記各成分
の他に必要に応じて、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｂを添加することができる。

【００１８】Ｎｉ：5.5 ％以下、Ｃｏ：10％以下Ｎｉは焼入れ性を向上し、基地組織を強化するために添
加するが、5.5 ％を越えると残留γの存在等不安定な組
織を形成するため好ましくなく、上限を5.5 ％とする。
Ｃｏは高温における組織を安定化するために添加する
が、10％を越えるとその耐熱性向上効果が飽和するため
経済性の点から上限を10％とする。

【００１９】Ｃｕ：2.0 ％以下、Ｗ：1.0 ％以下Ｃｕ、Ｗ共に基地組織を強化し、高温硬さを向上するた
めに添加するが、Ｃは2.0 ％を越えるとロールの表面性
状を劣化すると共に耐摩耗性、耐クラック性を低下する
ため上限を2.0 ％とする。Ｗは過剰に添加すると研削性
を低下するため1.0 ％以下とした。

【００２０】Ｔｉ：2.0 ％以下、Ｚｒ：2.0 ％以下、
Ｂ：0.1 ％以下Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂは共に粗大な共晶炭化物の形成を抑制
し、耐摩耗性、耐クラック性の向上のために添加する
が、ＴｉとＺｒのそれぞれは2.0 ％を越えるとＶ、Ｎｂ
の複合炭化物の形状を劣化し、逆に耐摩耗性が低下する
ため上限を2.0 ％とする。Ｂは0.1 ％を越えると粒界に
偏析して、耐クラック性を低下するので上限を0.1 ％と
する。

【００２１】(2) また、本発明において、非粒状炭化物
量を限定した理由は以下の通りである。本発明者等は低
摩擦と耐摩耗性を兼備したロールを得るため、外径70φ
mm、胴長40mmの小型ロールを静止鋳造の一体型で製造
し、これを小型の圧延機に組み込みコイルの連続熱間圧
延実験を行い、圧延時の摩擦係数と圧延終了後の摩耗体
積を求めた。ここで、摩擦係数の算出には玉野・柳本の
混合摩擦域の理論（日本機械学会論文集、36（1970）、
P 126/31）を用いた。ロール成分を変えて圧延したとき
の圧延荷重を実測するとともに、そのときの変形抵抗を
仮定して、上記理論式より摩擦係数を逆算した。また、
摩耗体積は表面粗さ計により摩耗プロフィルを測定後、
図４に従い面像解析により、摩耗面積（Ａ₀ ）を求め、
このＡ₀ を摩耗幅Ｗで除して平均摩耗深さＴ_m （＝Ａ₀
／Ｗ）を求め、摩耗体積Ｖを以下の式に従い求めた。摩耗体積Ｖ（mm³ ）＝π・Ｔ_m （Ｄ−Ｔ_m ）・Ｗここで、Ｄ：ロール直径（mm）Ｔ_m ：平均摩耗深さＷ：摩耗幅

【００２２】本実験における圧延条件は以下の通りであ
る。 ◎実験に用いたロールの成分Ｃ含有量を1.1 〜5.5 の範囲で適宜変化せしめ、その他
の成分Ｓｉ：0.4 ％、Ｍｎ：0.4 ％、Ｃｒ：6.5 ％、Ｍ
ｏ：3.1 ％、Ｖ：5.2 ％、Ｎｂ：1.7 ％を一定とした溶
湯を静止鋳造で外径70mm、胴長40mmの小型ロールに鋳造
し、その後、1050℃でオーステナイト化後、 550℃で焼
戻し処理した試料を用いた。

【００２３】◎圧延条件被圧延材として、低炭素鋼（ＳＰＨＣ）とステンレス鋼
（ＳＵＳ３０４）の２種類を用いた。被圧延材の寸法は
それぞれ厚み 2mm、幅20mm、長さ 600m のフープであ
る。加熱温度はいずれの圧延材も1100℃として、圧下率
を50％とした。

【００２４】実験結果を図１に示す。同図から明らかな
ように、摩擦係数は非粒状炭化物の量（面積率）が多く
なるほど低下し、15％近傍で急激に低下する。一方、摩
耗量は非粒状炭化物の量が多くとも、少なくとも増加傾
向にあり、10％近傍で極小値を示した。この傾向は低炭
素鋼、ステンレス鋼ともに同じ傾向を示した。

【００２５】従来の高Ｃｒ鋳鉄の摩擦係数は低炭素鋼で
0.25、ステンレス鋼で 0.3程度である。この摩擦係数を
維持しつつ、耐摩耗性に優れた非粒状炭化物の量として
は、15〜20％が適正であることが分かる。

【００２６】本発明の成分範囲では、組織中にＶ、Ｎｂ
が濃化した粒状炭化物とＣｒ、Ｍｏが濃化した非粒状炭
化物即ち共晶炭化物が観察される。粒状炭化物は直径10
μm以下であり、非粒状炭化物はそれ以外の炭化物であ
る。また、非粒状炭化物の面積率は任意の切断面で観察
される全組織面積に対する非粒状炭化物の面積で、画像
解析装置等で調べることができる。

【００２７】(3) 本発明における凝固時の冷却速度の限
定理由は次の通りである。凝固過程において冷却速度が
速い場合、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ等の非粒状炭化物即ち共晶炭
化物形成元素が初晶のデンドライトに過飽和に含有され
る。そのため共晶反応に供される溶湯量及び溶湯中の共
晶炭化物形成元素濃度が低下し、共晶炭化物が冷却速度
の遅いときに比べ、減少する。図２に本発明成分Ａ、
Ｂ、Ｅ、Ｆ及び本発明成分を若干はずれた成分Ｃ、Ｄ、
６種を選択し（表１参照）、冷却速度を変更して鋳込み
を行ない、そのときの非粒状炭化物面積率を示す。実験
条件は以下の通りである。表１に示した成分の試料を一
度溶製し、直径25mm、高さ 100mmの試料を製作した。こ
れをアルミナ坩堝に入れ、タンマン炉（抵抗発熱炉）を
用い、Ａｒ雰囲気で再溶解する。1500℃で 2分保持後、
投入電力単調減少制御で冷却速度を変え凝固させた。冷
却速度の遅い範囲ではそれぞれ成分系に応じて非粒状炭
化物面積率がほぼ一定になっているが、冷却速度が1200
℃／ｈ以上に速くなるといずれの成分系でも非粒状炭化
物面積率が急激に低下、冷却速度の遅い範囲であれば非
粒状炭化物面積率が15％以上のものまで15％未満になっ
てしまう。

【表１】

【００２８】また、凝固過程において冷却速度が遅い場
合、共晶炭化物も含め、組織が粗大化し、耐クラック性
が極端に低下する。図３に本発明成分系試料での熱衝撃
試験におけるクラックの最大深さと冷却速度との関係を
示す。それによると冷却速度が300 ℃／ｈ以上必要であ
ることがわかる。熱衝撃試験は1200rpm で回転している
ローラーに55×40×15の板状試験片を圧接する方式で荷
重150kgf、接触時間15s の条件で行ない、試験片に発生
するクラック長さを測定した。また、試料は鋳込み後、
1000℃焼ならし処理、550 ℃焼戻し処理を施した。

【００２９】よって、低摩擦と耐摩耗性を兼備するため
に非粒状炭化物面積率を15〜20％に維持すると共に、耐
クラック性も維持するためには、本発明成分材料の凝固
過程での冷却速度を、300 〜1200℃／ｈにする必要があ
る。ここで冷却速度は凝固過程の温度範囲を含む1400℃
から1100℃の間の平均的な冷却速度として定義した。こ
の理由は本発明成分範囲内では、凝固開始温度が1400℃
よりも低いので、冷却速度を算出する高温側の温度を14
00℃とし、凝固終了温度は1150℃以上であるが、完全に
凝固したときの温度にするため、及び凝固過程では凝固
潜熱の放出でその温度推移は複雑で、例えば共晶凝固で
は温度が全く下がらない状況にもなるために50℃の余裕
を見込んで冷却速度を算出する低温側の温度を1100℃と
した。

【００３０】尚、本発明の外層材を備えたロールの全体
構造は、例えば図７の如くである。そして、図７のロー
ルの製造手順は例えば以下の如くである。低周波溶解炉
にて外層材の溶湯を溶解し、回転する鋳造用鋳型内に鋳
込み、遠心力で溶湯を鋳型に押しつけて外層部を凝固さ
せ、外層材が凝固した直後に中間層の溶湯を鋳込み、こ
の中間層が完全に凝固した後に鋳型の回転を停止し、鋳
型を直立させ内層材溶湯を鋳込んだ。その後、室温まで
冷却後、鋳型を解体し、粗加工を行った後、焼き入れ、
焼戻しの熱処理を行い、仕上加工を行い、完成品のロー
ルとなる。

【００３１】

【実施例】

（第１実施例）表２に示す化学組成の溶湯を遠心力鋳造
により鋳造し、外径680 mm、胴長2050mm、肉厚 100mmの
リングサンプルを試作し、1050℃から焼入れし、その
後、 550℃にて焼戻しを行ない、ベイナイト主体の基地
組織とした。このサンプルから前述した小型圧延機用の
ロールを製造し、普通鋼圧延実験を行ない摩擦係数と摩
耗体積を調査した。

【表２】

【００３２】表２から明らかなように、本発明材では摩
擦係数を比較材と同程度に維持しながら、摩耗体積を比
較材のロールの約1/2 に達成可能であることが認められ
た。

【００３３】（第２実施例）表３に示す化学成分の溶湯
から、第１実施例と同様にして、小型圧延機用のロール
を製造し、普通鋼の圧延実験を行い、摩擦係数と摩耗体
積を調査した。表３から明らかなように本発明材では摩
擦係数を比較材と同程度に維持しながら、摩耗体積を比
較材のロールの約 1/2に達成可能であった。

【表３】

【００３４】（第３実施例）表４に示す組成の溶湯を遠
心力鋳造により、外径820 mm、胴長2480mmの複合ロール
を鋳込んだ。冷却速度は 800℃／ｈであった。また表面
を研磨して非粒状炭化物の面積率を測定したところ18％
であった。粗加工後1050℃から焼き入れし、その後、55
0 ℃にて焼戻しの熱処理を行った。

【表４】

【００３５】上記ロールをホットストリップミルの仕上
第２スタンドに組み込み、普通鋼とステンレス鋼を別々
にそれぞれ1200ton 圧延した。その結果、図５、図６に
示すように、比較材の18％Ｃｒ鋳鉄ロール（表２の比較
材の成分）に比較して本発明のロールでは低摩擦を維持
しながら、耐摩耗性を大幅に上回るものである。

【００３６】本発明の実施において、使用層たる外層材
は遠心鋳造により製造することが好適である。但し、本
発明の外層材は、他の製法、例えば連続鋳掛け肉盛り法
やＥＳＲ溶解−鋳造後、鍛造する方法によっても製造で
きる。

【００３７】また、本発明は、２層（外層と内層）や上
記で説明した３層（外層、中間層と内層）の複合の組み
合わせで製造されたロールの外層に好適に使用できる。

【００３８】内層材の材質はダクタイル鋳鉄（C/3.4, S
i/2.3, Mn/0.4, Ni/1.8 wt(%) ）が好適に用いられる。
３層構造のとき、中間層の材質は球状黒鉛鋼（C/1.5, S
i/2.0, Mn/0.4 wt(%) ）が好適に用いられる。

【００３９】また、本発明は、内層材の成分を本発明の
外層の成分と同一とし、外層材に本発明を適用した一体
ロールにも適用できる。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、外層材の
合金成分を適正化し、非粒状炭化物の面積率を限定する
ことにより、低摩擦と耐摩耗性の両方に優れた熱間圧延
用ロールを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は非粒状炭化物面積率と摩擦係数及び摩耗
体積との関係を示す線図である。

【図２】図２は非粒状炭化物面積率と冷却速度との関係
を示す線図である。

【図３】図３は冷却速度と熱衝撃最大のクラック深さを
示す線図である。

【図４】図４はロールの摩耗状況を示す模式図である。

【図５】図５は本発明法によるロールと従来法によるロ
ールの耐摩耗度を比較して示す線図である。

【図６】図６は本発明法によるロールと従来法によるロ
ールの摩擦係数を比較して示す線図である。

【図７】図７は本発明の外層材を備えたロールの全体構
造を示す模式図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】使用層たる外層材が、Ｃ：2.0 〜5.0
％、Ｓｉ：1.5 ％以下、Ｍｎ：1.2 ％以下、Ｃｒ：12.0
％以下、Ｍｏ：8.0 ％以下、Ｖ：3.0 〜10.0％、Ｎｂ：
7.0 ％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物より
なり、非粒状炭化物を面積率で15〜20％含有しているこ
とを特徴とする熱間圧延用ロ−ル。
【請求項２】使用層たる外層材が、Ｃ：2.0 〜5.0
％、Ｓｉ：1.5 ％以下、Ｍｎ：1.2 ％以下、Ｃｒ：12.0
％以下、Ｍｏ：8.0 ％以下、Ｖ：3.0 〜10.0％、Ｎｂ：
7.0 ％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物より
なる成分の溶湯から鋳造される熱間圧延用ロールであっ
て、該外層材の溶湯温度が1400℃から1100℃までの間に
おける凝固過程の平均冷却速度が 300℃〜1200℃／ｈで
あることを特徴とする熱間圧延用ロールの製造方法。