JP2981915B2

JP2981915B2 - 熱間圧延用複合ロール

Info

Publication number: JP2981915B2
Application number: JP2263390A
Authority: JP
Inventors: 敏幸服部; 昌彦大島
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1990-10-01
Publication date: 1999-11-22
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: JPH04141553A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、熱間圧延用複合ロールに関し、特に耐ヒー
トクラック性の向上した熱間圧延用複合ロールに関す
る。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

従来から一般に熱間圧延用の作業ロールとしては、遠
心鋳造法により製造した鋳鉄製のロールが広く用いられ
ている。

近年、このような熱間圧延用ロールには、耐摩耗性、
耐ヒートクラック性等の向上の要求がますます高まって
いる。

しかしながら従来の遠心鋳造ロールでは、外層材の重
力偏析の抑制等のために、外層材の化学組成に制約があ
る。従って、耐摩耗性及び耐ヒートクラック性がともに
十分に高い化学組成とすることができないという問題が
ある。

そこで、本発明者らは、外層材の化学組成の制約が少
ない新しいロールの製造方法として、鋼材からなる芯材
の周囲に高周波コイルを用いて連続的に外層を形成する
いわゆる連続肉盛鋳造法によるものを提案した（特開昭
61−60256号、特願昭63−502702号）。このような製造
方法の開発により、硬質の炭化物を形成するＶ、Ｗ、Mo
等の元素を外層材に多量に添加できるようになり、従来
の遠心鋳造ロールと比較して耐摩耗性及び耐ヒートクラ
ック性の向上したロールの製造が可能となったのであ
る。

しかしながら熱間圧延においては、熱的負荷の増大を
ともなうため、このようなロールにおいても耐ヒートク
ラック性は必ずしも十分に満足されるものではない。

そこで本発明者らは、耐ヒートクラック性の向上とロ
ール組織について検討した結果、上記熱間圧延用複合ロ
ールのヒートクラックはロール材のミクロ組織と密接な
関係があり、これを改善、制御することにより、耐ヒー
トクラック性を向上できることを見出した。

したがって本発明の目的は、耐摩耗性が良好であると
ともに、耐ヒートクラック性の向上した熱間圧延用複合
ロールを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、熱間
圧延用複合ロールの外層の組織中に非粒状、特に網目状
に生成する炭化物が多く存在すると、熱応力によりこの
炭化物の部位に優先的に微細なクラックが発生するが、
このクラックはロールの表面付近にとどまり、深部にま
で進展しないことを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の熱間圧延用複合ロールは、面積比
で、粒状炭化物５〜30％と、非粒状炭化物６％以上とを
含有する組織からなり、かつ基地の硬さがビッカース硬
さ（Hv）で550以上の外層材と、鋼製の芯材とからなる
ことを特徴とする。

以下に本発明を詳細に説明する。

本発明において粒状炭化物とは、MC、M₄C₃等で表され
る炭化物のことである。前記粒状炭化物は一般に高い硬
度を有する。外層材中上記粒状炭化物の含有量は面積率
で５〜30％である。粒状炭化物の含有量が５％未満では
十分な耐摩耗性向上の効果がなく、30％を超えると均一
に分散するのが困難となる。

また本発明において、非粒状炭化物とは、M₂₃C₆、M₇C
₃、M₂C、M₆C等で表される共晶炭化物が成長することに
より形成される非粒状組織のことである。外層材中の上
記非粒状炭化物の含有量は、面積率で６％以上である。
非粒状炭化物の含有量が６％未満では、熱応力により生
じたクラックの分散が不十分であり、ロール内部にまで
深く進展し、耐ヒートクラック性が低下する。

また基地の硬さはビッカース硬さ（Hv）で、550以上
である。基地のビッカース硬さが550未満であると耐摩
耗性が低下する。

粒状炭化物及び非粒状炭化物を上述の面積率で含有す
る組織を有し、上記ビッカース硬さを有するには、具体
的には以下の組成の材質を外層とするのが好ましい。す
なわちその外層の化学成分はC1.0〜4.0重量％、Si3.0重
量％以下、Mn1.5重量％以下、Cr2〜10重量％、Mo9重量
％以下、W20重量％以下、V2〜15重量％、P0.08重量％以
下、S0.06重量％以下、B500ppm以上、残部Fe及び不純物
元素からなる。

熱間圧延用複合ロールの外層の化学成分の限定理由は
以下の通りである。

Ｃは耐摩耗性向上のための炭化物の形成に必要であ
る。その量が1.0重量％未満の場合、晶出炭化物量が少
なく、耐摩耗性の点で十分でない。一方Ｃが4.0重量％
を超えると炭化物量が過剰になり、材質が脆化する。

Siは脱酸剤として必要な元素である。また溶湯の流動
性を保つためにも必要である。その量が3.0重量％を超
えると脆化しやすくなり不都合である。

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。その量が1.5重量％を超えると残留
オーステナイトが生じやすくなり、安定して十分な硬さ
を維持できない。

Crは２重量％未満では焼入れ性に劣り、また耐ヒート
クラック性に有効な非粒状炭化物が十分でない。10重量
％を超えるとクロム系炭化物が過多となるため不都合で
ある。すなわちCr系炭化物例えばM₂₃C₆はMC、M₄C₃、M₂C
と比較して硬さが低く、耐摩耗性を低下させる。

Moは焼入れ性と高温硬さを得るために必要であるが、
９重量％を超えるとＣとＶとMoとのバランスにおいてM₆
C系炭化物が増加しすぎ、靱性および耐肌あれ性の点で
好ましくないので、Mo含有量の上限は９重量％である。

Ｗは高温硬さの維持の点で必要であるが、20重量％を
超えるとM₆C系炭化物が増加して靱性の点で好ましくな
いので、上限を20重量％とする。

Ｖは耐摩耗性の向上に効果のあるMC系炭化物を形成す
るための必須元素である。従って２重量％未満では十分
な効果がなく、また15重量％より多いと、溶湯の酸化が
激しくなり、大気中での溶解が困難になってくる。

上記元素以外、鉄基合金は不純物を除いて実質的に鉄
からなる。不純物として主なものはＰ及びＳであるが、
Ｐは脆化防止のため0.08重量％以下であり、Ｓは同様に
0.06重量％以下であるのがよい。

さらに外層材中には微量のＢが含まれる。Ｂは基地中
の非粒状炭化物の生成を助長し、また鋼の深部までその
硬度を増す作用を有する。このため非粒状炭化物に沿っ
て、マイクロクラックが分散され、しかもロール深部ま
で硬度が向上しているので、クラックがロールの深くに
まで進展するのが抑制される。このような効果を得るた
めにはＢの濃度は500ppm以上は必要である。Ｂの濃度が
500ppm未満の場合には基地中に非粒状炭化物が十分に生
成されないため、ヒートクラックがロールの深部にまで
進展しやすくなる。

本発明の熱間圧延用複合ロールの外層には、上記各成
分の他に必要に応じてNi、Co、Nbを添加することができ
る。

Niは焼入れ性を向上させる作用を有する。このため、
特に大型ロールのような焼入れ速度を速くできないもの
には添加するのが好ましい。しかしその含有量が５重量
％を超えると、オーステナイトが安定化しすぎ、熱処理
後の残留オーステナイトが過多となり、十分な硬さが得
られない。

Coは、材質の靱性を向上させ、かつ熱間硬さを向上さ
せる作用がある。従ってCoを添加することにより耐摩耗
性の向上をはかることができる。上記向上効果はその含
有量が５重量％で、ほぼ飽和することから、その上限は
５重量％である。

NbはＶと同様に粒状炭化物を形成する。さらに粒状炭
化物であるMC炭化物を微細にする作用を有する。これに
より、耐摩耗性を改善する。しかしその含有量が５重量
％を超えると溶湯の酸化が激しくなり、大気中での溶
解、鋳造が困難になる。

本発明の熱間圧延用複合ロール芯材には鋳鋼や鍛鋼等
の鋼材を用いるが、この組成は一般的に用いられている
もので良く、特に制限されない。

上述の組成の外層と、鋼製の芯材とからなる熱間圧延
用複合ロールを製造するには、通常の連続肉盛鋳造法に
より、心材のまわりに外層を形成した後、加工すればよ
いが、本発明のようにｂの含有量を500ppm以上とするた
めには、肉盛前の芯材表面の被覆及び外層用溶湯表面の
被覆に使用するフラックスとして、Ｂ又はＢ化合物を含
むものを使用するのが好ましい。

上記フラックスとしては、例えばSiO₂、Na₂O及び／又
はK₂O、B₂O₃その他アルカリ金属、アルカリ土類金属の
酸化物、ハロゲン化物等からなるものを用いればよい。

このようなフラックスを用いれば、フラックス中に存
在するＢが外層用溶湯に拡散するために、外層内にＢが
多量に含まれることになり好ましい。

〔作用〕

本発明の熱間圧延用複合ロールは、耐ヒートクラック
性が向上している。このような効果が得られる理由は、
外層の基地がその深部まで十分に硬化しているうえ、熱
負荷により微細なクラックが生じても、非粒状炭化物に
沿って、分散されるので、クラックがロール深部にまで
進展することがないためと思われる。

また、本発明の熱間圧延用複合ロールは、耐摩耗性も
良好であるが、これは外層の基地においてVC等の粒状炭
化物の量の減少を防止し、かつ基地の硬さもある程度以
上であるためと考えられる。

〔実施例〕

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１及び比較例１第１表に示す組成の素材を鋳造し、熱処理を施し、後
述する試験用の試験片（直径30mm、長さ30mm）を作製し
た。

また比較のためにＢ含有量が500ppm未満の試験片を実
施例１と同様にして作製した（比較例１）。

これらの試験片の片方の端面を700℃のソルトバス
と、30℃の水とに交互に浸漬する操作を５回繰り返した
後、ロールを縦方向に切断し、表面に生じたヒートクラ
ックの深さを測定した。

結果を、粒状炭化物及び非粒状炭化物の面積率ととも
に第１表に合わせて示す。

なお、ヒートクラックの深さは上記測定値の５回の平
均で表した値である。

第１表より実施例１のロールのヒートクラックの深さ
は、比較例１のロールの約半分であり、本発明のロール
は、ヒートクラックが発生しても深部にまで進展しない
ことが示された。

〔発明の効果〕

本発明の熱間圧延用複合ロールは、その外層材が非粒
状炭化物を所定量以上含有している。このため熱的負荷
により、クラックが発生しても、それがロールの深部に
まで進展するのが抑制されている。

これにより、耐ヒートクラック性の向上した熱間圧延
用複合ロールとなっている。またVC系の硬質炭化物を含
有しているので、耐摩耗性も良好である。

このため、熱間圧延用ロールの寿命が長くなり、しか
も、ロールの破損等も極めておこりにくくなっている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−254304（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−6959（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−12211（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−210255（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−149451（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−235006（ＪＰ，Ａ) 国際公開88／7594（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21B 27/00 C22C 38/32 C22C 38/00 301 C22C 38/00 302

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】面積比で、粒状炭化物５〜30％と、非粒状
炭化物６％以上とを含有する組織からなり、かつ基地の
硬さがビッカース硬さ（Hv）550以上の外層材と、鋼製
の芯材とからなることを特徴とする熱間圧延用複合ロー
ル。
【請求項２】請求項１に記載の熱間圧延用複合ロールに
おいて、前記外層の化学成分がC1.0〜4.0重量％、Si3.0
重量％以下、Mn1.5重量％以下、Cr2〜10重量％、Mo9重
量％以下、W20重量％以下、V2〜15重量％、P0.08重量％
以下、S0.06重量％以下、B500ppm以上、残部Fe及び不純
物元素からなることを特徴とする熱間圧延用複合ロー
ル。
【請求項３】請求項１又は２に記載の熱間圧延用複合ロ
ールにおいて、前記外層がNiを5.0重量％以下含有する
ことを特徴とする熱間圧延用複合ロール。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の熱間圧
延用複合ロールにおいて、前記外層がCoを5.0重量％以
下含有することを特徴とする熱間圧延用複合ロール。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の熱間圧
延用複合ロールにおいて、前記外層がNbを5.0重量％以
下含有することを特徴とする熱間圧延用複合ロール。