JPH09256108A

JPH09256108A - 熱間圧延用工具鋼及び遠心鋳造ロール用外層材

Info

Publication number: JPH09256108A
Application number: JP8596396A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Sawa; 義孝澤; Tomoya Koseki; 智也小関; Kenji Ichino; 健司市野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1997-09-30
Also published as: TW341602B

Abstract

(57)【要約】【課題】耐摩耗性、耐クラック性、耐焼付き性を兼備
し、工具として使用したときに相手材表面に損傷を発生
させない熱間圧延用工具鋼を提供すること。【解決手段】Ｃ： 3.5〜 5.5％、Ｓｉ：0.1 〜 1.5
％、Ｍｎ：0.1 〜 1.2％、Ｃｒ： 4.0〜12.0％、Ｍｏ：
2.0〜 8.0％、Ｖ：12.0〜18.0％、残部Ｆｅ及び不可避
的不純物からなる熱間圧延用工具鋼である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性、耐クラ
ック性、耐焼付き性を兼備し、工具として使用したとき
に相手材表面に損傷を発生させないピアサガイドシュ
ー、熱間圧延ロール等の熱間圧延用工具鋼及び遠心鋳造
しても偏析等を生じさせない圧延ロール用外層材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱間工具用鋼として、ＪＩＳ規格
（JIS G 4403）等に示されるような高速度工具鋼鋼材
（ハイス材）が広く知られており、主に鋼材の切削用に
用いられている。例えば、高難削材切削用に使用される
ＳＫＨ１０はＣ：1.45〜1.60％、Ｓｉ：0.40％以下、Ｍ
ｎ：0.40％以下、Ｐ： 0.030以下、Ｓ： 0.030以下、Ｃ
ｒ：3.80〜4.50％、Ｖ：4.20〜5.20％、Ｗ： 11.50〜 1
3.50％、Ｃｏ：4.20〜5.20％である。これらは電気炉等
によって溶製された後、熱処理及び熱間圧延又は鋳造を
行ない製造されている。

【０００３】また、シームレスパイプ製造の穿孔工程で
は穿孔時の被圧延材の膨らみを抑えるためにガイドシュ
ーと呼ばれる圧延用工具が使用されている。ガイドシュ
ーは1000℃を超える高温の被圧延材との直接接触による
伝熱と、被圧延材との摩擦発熱で工具表面が非常な高温
になる。このとき、被圧延材と工具が焼付き、被圧延材
の表面を損傷させるとともに工具寿命を著しく低下させ
る。工具をこの焼付きから守るために工具を冷却するこ
ともあるが、このとき、工具は熱衝撃を受け、工具表面
にしばしばクラックが発生する。従来、ガイドシューと
して、可能な限り焼付きを発生させないためにダクタイ
ル、合金ダクタイル、合金グレン等が使用されてきた
が、耐摩耗性が劣る欠点があった。特に、被圧延材が高
合金鋼（例えば13Ｃｒ系ステンレス）の場合、圧延負荷
が高く、10本程度のパイプの穿孔で摩耗の進行、クラッ
クの発生もしくは焼付きで交換を余儀なくされている。

【０００４】また、熱延鋼板製造の仕上げ圧延工程で
は、スタンド間で板が何らかの原因で2枚重ねになりそ
のまま圧延される場合がある。これを“絞り”トラブル
という。このときのロールと板との摩擦発熱、加工発熱
の増大でロール表面温度が局部的に上昇し、焼付きの発
生や、水冷時の熱衝撃によってロール表面にクラックが
発生する場合（絞りクラック事故）がある。従来、絞り
クラック発生の危険が高いところには遠心鋳造製高合金
グレンロールの使用が一般的であった。遠心鋳造製高合
金グレンロールは絞り遭遇時のクラック発生率が比較的
低く、また、クラックが発生した場合においてもその深
さが比較的浅いが、耐摩耗性が劣る。最近、ハイス系の
圧延ロールも使用しつつあるが、遠心鋳造製高合金グレ
ンロールより耐摩耗性は 3〜 5倍程度と非常に良好であ
るものの、絞り遭遇時の絞り発生率が高く、また、クラ
ックの深さが深いという欠点がある。

【０００５】従来、ハイス系の圧延ロールとして、特開
平4-365836に記載の如く、Ｃ： 1.5〜 3.5％、Ｓｉ：
1.5％以下、Ｍｎ： 1.2％以下、Ｃｒ： 5.5〜12.0％、
Ｍｏ：2.0〜 8.0％、Ｖ： 3.0〜10.0％、Ｎｂ： 0.6〜
7.0％を含有し、且つ下記(1)式と(2) 式を満足し、Ｖ＋ 1.8Ｎｂ≦ 7.5Ｃ− 6.0（％） …(1) 0.2 ≦Ｎｂ／Ｖ≦0.8 …(2) 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる圧延用ロール外層
材であって、遠心鋳造しても外層内部において成分、組
織偏析のない、耐摩耗性と耐クラック性を兼備した圧延
用ロール外層材を用いるものが開示されている。

【０００６】一方、冷延鋼板の圧延のように冷間圧延に
使用するロールの場合、一般的には鍛造ロールが使用さ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点に鑑みなされたものであり、本発明の課題
は、耐摩耗性、耐クラック性、耐焼付き性を兼備し、工
具として使用したときに相手材表面に損傷を発生させな
い熱間圧延用工具鋼を提供することにある。

【０００８】また、本発明の課題は、遠心鋳造しても偏
析等を生じさせない圧延ロール用外層材を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
に係る熱間圧延用工具鋼は、Ｃ： 3.5〜 5.5％、Ｓｉ：
0.1 〜 1.5％、Ｍｎ：0.1 〜 1.2％、Ｃｒ： 4.0〜12.0
％、Ｍｏ： 2.0〜 8.0％、Ｖ：12.0〜18.0％、残部Ｆｅ
及び不可避的不純物からなるようにしたものである。

【００１０】請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の熱間圧延用工具鋼において、更にＮｂ： 8.0％以下
を含有するようにしたものである。

【００１１】請求項３に記載の本発明は、請求項１又は
２に記載の熱間圧延用工具鋼において、更にＮｉ： 5.5
％以下を含有するようにしたものである。

【００１２】請求項４に記載の本発明は、請求項２又は
３に記載の熱間圧延用工具鋼からなる遠心鋳造ロール用
外層材において、更に下記(1) 式を満足するものであ
る。 0.2 ≦Ｎｂ／Ｖ …(1)

【００１３】

【発明の実施の形態】

Ｓｉ：0.1 〜 1.5％Ｓｉは脱酸、鋳造性の確保のために0.1 ％以上添加する
が 1.5％を超えると耐摩耗性が低下するため上限を 1.5
％とする。

【００１４】Ｍｎ：0.1 〜 1.2％Ｍｎは不純物として混入するＳと結合してＭｎＳを形成
し、Ｓによる脆化を防止するため0.1 ％以上必要である
が、 1.2％を超えると耐クラック性が低下するため上限
を 1.2％とする。

【００１５】Ｃｒ： 4.0〜12.0％Ｃｒは炭化物の形成と基地の強化で、耐摩耗性を向上さ
せるために 4.0％以上添加するが、12.0％を超えると耐
クラック性が低下するため上限を12.0％とする。より好
ましくは5.0 〜10.0％である。

【００１６】Ｍｏ： 2.0〜 8.0％ＭｏはＣｒと同様に炭化物を形成することによる耐摩耗
性の向上に有効であるとともに、基地の焼入れ性、焼も
どし軟化抵抗を向上し、基地組織の強化に有効であるた
めに 2.0％以上必要であるが 8.0％を超えると耐クラッ
ク性が低下するため、上限を 8.0％とする。より好まし
くは2.0 〜5.0 ％である。

【００１７】Ｃ： 3.5〜 5.5％、Ｖ：12.0〜18.0％Ｃはロール外層材の耐摩耗性を向上する硬い炭化物を形
成させるための必須元素である。

【００１８】Ｖは耐摩耗性の向上に最も有効な硬いＭＣ
（又はＭ₄ Ｃ₃ ）炭化物（直径数μm 〜10μm 程度）を
形成するための必須元素であり、従来の高速度鋼のほと
んどに添加されている。耐摩耗性の向上のみの改善であ
れば 3.0％程度の添加でも十分であるが耐焼付き性、耐
クラック性に対して十分ではない。

【００１９】焼付きは被圧延材と圧延工具との間で、金
属接触することで生じる。本発明の圧延工具の組織は粒
状ＭＣ（又はＭ₄ Ｃ₃ ）炭化物、非粒状Ｍ₇ Ｃ₃ 炭化物
及び基地からなる。この組織において耐焼付き性の改善
には粒状炭化物量の増大が効果があることがわかった。
そのため、従来の高速度鋼に比べ、粒状炭化物形成元素
であるＶ及びＶ量に見合ったＣを多量に添加する必要が
ある。図１の試験でその効果を発揮するためにはＣは
3.5％以上、Ｖは12.0％以上添加する必要があることが
わかった。一方、Ｖは18.0％を超えると焼付き性向上の
効果が飽和するとともに、溶解不良等の製造上の問題を
生じる危険が高くなるためＶの上限を18.0％とする。

【００２０】Ｖが基地に残留することで耐クラック性が
向上する。焼付き性を確保するためのＶの最低量、12.0
％においてもＶが基地に残留し、耐クラック性を維持す
るためには図２の試験でＣを 5.5％以下にする必要があ
ることがわかった。

【００２１】図１の試験は、Ｃ： 2.0〜 6.0％、Ｓｉ：
0.5％、Ｍｎ： 0.3％、Ｃｒ： 6.0％、Ｍｏ： 2.1％，
Ｖ： 7.0〜20.0％について1050℃焼ならし処理、 550℃
焼もどし処理を施した試料を用いた。そして、焼付き試
験はφ 190×10の相手材と55×40×10の試験材のすべり
摩耗方式で相手材を 300℃に加熱し、試験材を800rpmで
回転させ、荷重200kgfで 1分間圧接し焼付きの有無を測
定した。

【００２２】図２の試験は、Ｃ： 2.1〜 6.2％、Ｓｉ：
0.4％，Ｍｎ： 0.5％、Ｃｒ： 5.8％、Ｍｏ： 2.5％、
Ｖ： 8.2〜19.8％について1050℃焼ならし処理、 550℃
焼もどし処理を施した試料を用いた。熱衝撃試験は1200
rpm で回転しているローラーに55×40×15の板状試験片
を15ｓ間圧接した後、ただちに水冷し、クラックを発生
させる。圧接荷重は150kgfである。試験後、試験片を切
断し、クラック長さを測定した。より好ましくは、Ｃは
3.5 〜4.5 ％、Ｖは13.0〜16.0％である。

【００２３】Ｎｂ： 8.0％以下ＮｂはＶと複合炭化物｛Ｖ，Ｎｂ｝Ｃを形成し、さらな
る耐摩耗性の向上が図られる。一方、 8.0％を超えると
溶解不良等の製造上の問題を生じるため上限は8.0％で
ある。

【００２４】Ｎｉ： 5.5％以下焼入れ性を向上させるために添加する。製品が小さい、
又は肉厚が薄いか、水焼入れ、油焼入れができる場合に
は必ずしも添加する必要はない。

【００２５】大型の熱間圧延用工具である圧延ロールで
は最大級で直径1500mm程度となる。この程度のロールに
おいて、冷却速度の遅い自然放冷でも焼入れが可能とす
る範囲として、 5.5％以下とする。 0.2≦Ｎｂ／Ｖ …(1)

【００２６】ＶＣ炭化物はその比重が母溶湯に対して小
さく、遠心鋳造を行なうと偏析する。Ｎｂはこの偏析の
防止にも効果がある。ＮｂはＶと複合炭化物｛Ｖ，Ｎ
ｂ｝Ｃを形成し、Ｖ単独の炭化物のときより比重を増大
させる。それにより、遠心分離による偏析を防止する。
よって、Ｖの添加量に応じてＮｂの添加量も変化させる
必要がある。図３より遠心鋳造法で製造した場合に均一
なロール用外層材を得るためには 0.2≦Ｎｂ／Ｖとしな
ければならない。

【００２７】尚、図３において、「摩耗比（内層／外
層）」は、リング材の内層側から採取した試験片の摩耗
量（Ｉｗ）と外層側から採取した試験片の摩耗量（Ｏ
ｗ）との比（Ｉｗ／Ｏｗ）である。図３の試験は、Ｃ：
4.0％、Ｓｉ： 0.5％、Ｍｎ： 0.3％、Ｃｒ： 6.0％、
Ｍｏ： 2.1％、Ｖ：14.2％、Ｎｂ： 0〜11.0％を遠心鋳
造（140G）して得た肉厚 100mmのリングサンプルについ
て1050℃焼ならし処理、 550℃焼もどし処理を施した試
料を用いた。そして、摩耗試験はφ 190×15の相手材と
φ50×10の試験材の 2円盤のすべり摩耗方式で相手材を
800℃に加熱し、荷重100kgfで圧接した状態で試験材を
800rpmで回転させ、すべり率 3.9％として 120分後の摩
耗減量を測定して行なった。

【００２８】

【実施例】

（実施例１）表１に示す化学組成（本発明材Ａ１〜Ａ１
２、比較材Ｂ１〜Ｂ９）の試料を、1050℃焼ならし処
理、 540℃焼もどし処理を施した後、熱間摩耗、焼付き
及び熱衝撃試験を行なった。本実施例では試料を製造す
る上での高速度鋼のような熱間圧延又は鍛造は行なって
いない。

【００２９】

【表１】

【００３０】摩耗試験、焼付き試験及び熱衝撃試験はそ
れぞれ前記した試験片を採取し、同一の条件で行なっ
た。

【００３１】それら摩耗試験、焼付き試験及び熱衝撃試
験の結果を表２に示す。表２によれば、本発明材（Ａ１
〜Ａ１２）は比較材に対し、耐摩耗性、耐焼付き性、耐
クラック性を同時に満足している。Ａ９、Ａ１０、Ａ１
２材はＮｂが添加されているため、無添加のものより更
に耐摩耗性が向上している。

【００３２】

【表２】

【００３３】Ｂ１材はＣ添加量が少ないために粒状炭化
物量が少なく焼付きが発生している。Ｂ２材はＣ添加量
が多いために、基地へのＶの残留が少なく耐クラック性
が低下している。Ｂ３材はＳｉ添加量が多いため、耐摩
耗性が低下している。Ｂ４材はＭｎ添加量が多いため、
耐クラック性が低下している。Ｂ５材はＣｒ添加量が少
ないため、耐摩耗性が低下している。Ｂ６材はＣｒ添加
量が過多のため、耐クラック性が低下している。Ｂ７材
はＭｏ添加量が少ないため、耐摩耗性が低下している。
Ｂ８材はＭｏ添加量が過多であるため、耐クラック性が
低下している。Ｂ９はＶ量が不足しているため粒状炭化
物量が少なく焼付きが発生している。

【００３４】（実施例２）表３に示す化学組成の溶湯
（本発明材：Ａ２１〜Ａ２４、比較材：Ｂ２１〜Ｂ２
４）を遠心鋳造法（140G）により肉厚 100mmのリングサ
ンプルを鋳造し、1050℃焼ならし処理、 540℃焼もどし
処理を施した後、熱間摩耗、焼付き及び熱衝撃試験を行
なった。本実施例では試料を製造する上で高速度鋼のよ
うな熱間圧延又は鋳造は行なっていない。

【００３５】

【表３】

【００３６】尚、摩耗試験は、リング材の内層側と外層
側からそれぞれφ50×10の試験片を採取し、前記条件と
同一の方法で行なった。焼付き試験及び熱衝撃試験はそ
れぞれ前記した試験片を採取し、同一の条件で行なっ
た。

【００３７】それら摩耗試験、焼付き試験及び熱衝撃試
験の結果を表４に示す。表４によれば、本発明材（Ａ２
１〜Ａ２４）は比較材に対し、遠心鋳造時の均質性が満
足されている。

【００３８】

【表４】

【００３９】Ｂ２１〜Ｂ２４材は(1) 式を満たしていな
いため、炭化物の偏析で外層の耐摩耗性が低下してい
る。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、耐摩耗
性、耐クラック性、耐焼付き性を兼備し、工具として使
用したときに相手材表面に損傷を発生させない熱間圧延
用工具鋼を得ることができる。また、遠心鋳造しても偏
析等を生じさせない圧延ロール用外層材を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は焼付き性に及ぼすＣ及びＶの影響を示す
線図である。

【図２】図２は熱衝撃試験におけるクラック深さに及ぼ
すＣ及びＶの影響を示す線図である。

【図３】図３は遠心鋳造したリング材の炭化物分布に起
因する外層と内層間の熱間摩耗比に及ぼすＮｂとＶの含
有量比Ｎｂ／Ｖの影響を示す線図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ： 3.5〜 5.5％、Ｓｉ：0.1 〜 1.5
％、Ｍｎ：0.1 〜 1.2％、Ｃｒ： 4.0〜12.0％、Ｍｏ：
2.0〜 8.0％、Ｖ：12.0〜18.0％、残部Ｆｅ及び不可避
的不純物からなることを特徴とする熱間圧延用工具鋼。
【請求項２】請求項１に記載の熱間圧延用工具鋼にお
いて、更にＮｂ： 8.0％以下を含有する熱間圧延用工具
鋼。
【請求項３】請求項１又は２に記載の熱間圧延用工具
鋼において、更にＮｉ： 5.5％以下を含有する熱間圧延
用工具鋼。
【請求項４】請求項２又は３に記載の熱間圧延用工具
鋼からなる遠心鋳造ロール用外層材において、更に下記
(1) 式を満足する遠心鋳造ロール用外層材。 0.2 ≦Ｎｂ／Ｖ …(1)