JP2000160283A

JP2000160283A - 耐摩耗性と耐熱亀裂性に優れた圧延用ロール

Info

Publication number: JP2000160283A
Application number: JP10334328A
Authority: JP
Inventors: Kunio Goto; 邦夫後藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2000-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】過酷な熱間圧延に際しても耐熱亀裂性と耐摩
耗性に優れた熱間圧延用ロールを提供する。【解決手段】被圧延材に接する表層部が、Ｃ：０．１
〜１．２％、Ｓｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜
２．５％、Ｃｒ：１．０〜５．０％、Ｍｏ：０．１〜
４．０％、Ｖ：０．１〜５．０％、Ｃｏ：０．１〜５．
０％、Ｎｂ：０〜７．３％、かつＶ（％）＋２／３Ｎｂ
（％）≦５．０％、Ｗ：０〜７．８％、かつＷ（％）＋
２Ｍｏ（％）≦８．０％、残部がＦｅおよび不可避的不
純物からなり、その炭化物量が面積率で５％以下である
金属組織を有する圧延用ロール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過酷な条件での熱
間圧延に際しても、耐摩耗性と耐熱亀裂性に優れた圧延
用ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、特に、熱負荷の厳しい、例え
ば連続鋳造機や連続鋳造機から熱間圧延工程までが一貫
した連続熱延プロセス、特に、連続鋳造インライン圧延
機に使用されるのに好適な圧延用ロールに関するもので
ある。

【０００３】上記のようなスラブ、ビレット、あるいは
丸棒などのような単純断面形状の圧延用素材を連続して
加工する際に使用されるロールは、高面圧でしかも低速
圧延のためロール表面は、１０００℃を超える高温に長
時間曝される。そのため、特に圧延用ロールにはより高
い耐摩耗性と耐熱亀裂性が要求されている。

【０００４】従来、熱間圧延用ロールとしては、熱的な
影響が厳しく特に靭性が要求される場合にはダクタイル
鋳鉄、アダマイト鋳鋼あるいはアダマイト鋳鉄などが使
用され、特に耐摩耗性が要求される場合には高クロム鋳
鉄、高合金グレン鋳鉄、高炭素化した高速度工具鋼など
が使用されてきた。

【０００５】ダクタイル鋳鉄は、組織中に球状黒鉛とセ
メンタイトを有し、アダマイト鋳鋼あるいはアダマイト
鋳鉄は、ネットワ−ク状のセメンタイト組織を有してお
り、熱間圧延用のロールとしては耐事故性などは優れる
が耐熱亀裂性、耐摩耗性などがよくないという問題があ
る。

【０００６】高クロム鋳鉄はＭ₇Ｃ₃型複炭化物を面積
率で２０〜３５％含有し、高合金グレン鋳鉄はＭ₃Ｃ型
炭化物を面積率で２５〜４０％、黒鉛を面積率で５％以
下含む。これらのロールは熱間圧延用のロールとしては
耐摩耗性に優れるという特徴を有するが耐熱亀裂性がよ
くなく、ロールの肌が荒れやすく、製品表面外観を損な
いやすいという問題がある。いずれの場合でもロールの
交換頻度を高くする必要があり圧延の生産性や製造コス
トが高くなるという共通した問題点がある。

【０００７】特開平２−２４０６３４号公報、特開平２
−２５２０５号公報、特開平２−８８７４５号公報、特
開平３−１２６８３８号公報、特開平３−２１９０４７
号公報、特開平４−１４１５５３号公報、特開平５−１
４８５８４号公報および特開平５−２７１８７５号公報
には、高炭素化された高速度工具鋼（ハイス）製のロー
ルが開示されている。

【０００８】ハイスは、金属組織中に、Ｖを主体とする
ＭＣ型高硬度炭化物、Ｍ₂Ｃ型、Ｍ₆Ｃ型などの複炭化
物炭化物を面積率で１０〜２０％含み、さらに、Ｍｏ、
Ｗ、Ｃｏなどが基地中に固溶もしくは微細炭化物として
析出させた高温軟化抵抗の高い基地を有する。ハイスは
高硬度の炭化物を基地に備えているので、熱間圧延用ロ
ールとして用いた場合には特に優れた耐摩耗性を発揮す
るといわれている。

【０００９】しかしながら、ハイス製の圧延用ロール
を、高温から低温までの熱サイクルが周期的に加えら
れ、その表面には高い圧力が高温で作用する熱間圧延用
ロールとして使用すると、ロール表面には熱亀裂が発生
し易く、しかもそれが深く進展する。熱亀裂を起点とし
て肌荒れが進行し、圧延材に表面疵を発生させるため、
ラインを停止しての圧延用ロールの補修もしくは交換を
余儀なくされるという問題がある。

【００１０】特開昭５７−１２３９５９号公報には、Ｃ
ｒを１０〜２０％含有する耐摩耗性、耐熱亀裂性が優れ
たロール材が開示されている。しかしながらこのロール
材は、金属組織中に多量のＣｒ炭化物を含有しているた
め靭性に乏しく、熱亀裂の発生及び進展を十分に抑制す
ることができない。また、炭化物としては高温硬度の低
いＣｒ炭化物が主体であるため、耐摩耗性も十分ではな
かった。

【００１１】特開平６−３３６６４３号公報には、Ｃ、
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなどの含有量を制限したロール材が開示
されている。このロール材は、Ｃｒ炭化物を抑制し、耐
熱亀裂性を改善したものであるが、逆に耐摩耗性が十分
ではないという問題がある。熱間圧延における高生産
性、圧延製品の高品質化を実現するために、耐肌荒れ性
に優れた耐摩耗性と耐熱亀裂性に優れた圧延用ロールが
求められていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、過酷
な熱間圧延に際しても耐熱亀裂性と耐摩耗性に優れた熱
間圧延用ロールを提供することに有る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、圧延用ロー
ルにおいて耐摩耗性と耐熱亀裂性を両立させる方法につ
いて種々研究検討した結果、下記のような知見を得た。

【００１４】耐摩耗性に優れた高合金鋼をもとにし、そ
の金属組織の炭化物量を５％以下の実質的に基地主体の
金属組織とすることで耐摩耗性と耐熱亀裂性を兼備させ
ることができること、そのためには、Ｖ当量：Ｖ（％）
＋２／３Ｎｂ（％）とＷ当量：Ｗ（％）＋２Ｍｏ（％）
を規制すればよいことを知った。

【００１５】炭化物形成元素であるＭｏ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ
の含有量を制限することにより粗大炭化物の出現を抑制
し、かつ、焼き入れ焼き戻し熱処理により、マトリック
ス中への固溶強化及び析出強化が実現できる。その結
果、高温時における耐摩耗性が改善されるとともに、大
きな熱衝撃を受けても亀裂が発生しない高い耐熱亀裂性
がえられる。

【００１６】本発明はこれらの知見を基にして完成され
たものであり、その要旨は下記の耐摩耗性と耐熱亀裂性
に優れた圧延用ロールにある。

【００１７】被圧延材に接する表層部の化学組成が、重
量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、Ｓｉ：０．１〜２．５
％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｃｒ：１．０〜５．０
％、Ｍｏ：０．１〜４．０％、Ｖ：０．１〜５．０％、
Ｃｏ：０．１〜５．０％、Ｎｂ：０〜７．３％、かつＶ
（％）＋２／３Ｎｂ（％）≦５．０％、Ｗ：０〜７．８
％、かつＷ（％）＋２Ｍｏ（％）≦８．０％、残部が実
質的にＦｅおよび不可避的不純物からなり、その炭化物
量が面積率で５％以下である金属組織を有してなること
を特徴とする耐摩耗性と耐熱亀裂性に優れた圧延用ロー
ル。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に詳細
に述べる。なお、以下に記す％表示は重量％を意味す
る。

【００１９】被圧延材に接する表層部の化学組成；Ｃ：Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂなどの炭化物形成
元素と結合して鋼を析出硬化させる作用を通じて高温時
における鋼の耐摩耗性向上に寄与する。Ｃ含有量が０．
１％に満たない場合には上記耐摩耗性向上効果が不足す
る。このためＣは０．１％以上含有させる。好ましくは
０．３％以上である。他方、炭化物量が過度に増すと鋼
の靭性や耐熱亀裂性が低下する。これを防止するために
Ｃ含有量は１．２％以下とする。好ましくは１．０％以
下である。

【００２０】Ｓｉ：Ｓｉは、鋼の脱酸と湯流れ性をよく
して鋳造作業を容易にする効果がある。この効果を得る
ためにＳｉは０．１％以上含有させる。好ましくは０．
２％以上である。Ｓｉ含有量が過度に増すと靭性や機械
的性質が劣化する。これを避けるためにその含有量は
２．５％以下とする。好ましくは２．０％以下である。

【００２１】Ｍｎ：Ｍｎは、鋼を脱酸する作用があり、
十分な脱酸効果を得るためにその含有量は０．１％以上
とする。好ましくは０．２％以上である。他方、過度に
Ｍｎ含有量を増すと靭性が劣化する。このためＭｎ含有
量の上限は２．５％とする。好ましくは２．０％であ
る。

【００２２】Ｃｒ：Ｃｒは、マトリックス中に固溶して
基地を強化する作用がある。この効果を得るためにＣｒ
は１．０％以上含有させる。好ましくは１．５％以上で
ある。Ｃｒを過度に含有させると炭化物が粗大化すると
共にその量も過剰となり靭性、耐熱亀裂性が低下する。
したがって、Ｃｒ含有量は、５．０％以下とする。好ま
しくは４．５％以下である。Ｍｏ：Ｍｏは、マトリックスに固溶して高温軟化抵抗を
改善し、高温強度を高める作用がある。この効果を得る
ためにＭｏを０．１％以上含有させる。好ましくは０．
５％以上である。Ｍｏ含有量を過度に大きくすると、Ｍ
ｏがＣと結合し、Ｍ₆Ｃ型やＭ₂Ｃ型の複合炭化物を形
成し、靭性および耐熱亀裂性が低下する。これを避ける
ためにＭｏ含有量は４．０％以下とする。好ましくは
３．５％以下である。

【００２３】Ｖ：Ｖは、Ｃと結合してＭＣ型の高硬度複
合炭化物を形成して耐摩耗性を高め、さらに結晶粒を微
細化して靭性を向上させる作用がある。これらの効果を
得るためにＶを０．１％以上含有させる。好ましくは
０．５％以上である。他方、過度にＶ含有量を増すと炭
化物量が増加し、靭性や耐熱亀裂性が低下する。これを
避けるためにＶ含有量は５．０％以下とする。好ましく
は４．５％以下である。

【００２４】Ｃｏ：Ｃｏには、その大部分がマトリック
スに固溶してマトリックスの硬度や高温軟化抵抗を高
め、耐摩耗性を改善する作用がある。これらの効果を得
るためにＣｏは０．１％以上含有させる。好ましくは
０．２％以上である。他方Ｃｏを過度に含有させると炭
化物の析出が助長され、高温での耐酸化性や靭性を低下
させるので好ましくない。このため、Ｃｏ含有量は５．
０％以下とする。好ましくは４．５％以下である。

【００２５】Ｎｂ：ＮｂはＶと同様にＣと結合して高硬
度炭化物を形成し、耐摩耗性を改善する作用がある。ま
た、組織を微細化し靭性や耐熱亀裂性を改善する作用も
ある。このため、必須元素ではないが、これらの効果を
得るためにＮｂを含有させても構わない。本発明者の研
究結果によれば、Ｖ（％）＋２／３Ｎｂ（％）で計算さ
れる値が５．０を超えると、鋼の靭性や耐熱亀裂性が低
下することがある。この理由はＶ当量で規定される関係
によりＶとなど価な効果を有し、粗大炭化物が多量に出
現しやすくなるからである。このような不具合を避ける
ために、Ｎｂを含有させる場合でもその上限はＶ＋２／
３Ｎｂ≦５．０％とするのがよい。より好ましくは４．
５％以下である。

【００２６】Ｗ：ＷはＣと結合して高硬度複合炭化物を
形成して耐摩耗性を高めたり、基地に固溶して焼き戻し
軟化抵抗を高める作用がある。Ｗは必須元素ではないが
前述の効果を得るために含有させても構わない。しかし
ながら、Ｗ（％）＋２Ｍｏ（％）で計算される値が８．
０％を超えると、鋼の靭性や耐熱亀裂性が低下すること
がある。また、粗大炭化物が多量に出現し易くなる傾向
がある。このような不都合を避けるために、Ｗを含有さ
せる場合でもその上限はＷ（％）＋２Ｍｏ（％）≦８．
０％とするのがよい。より好ましくは７．０％以下であ
る。

【００２７】ここで、Ｗの含有量の上限をＭｏ含有量と
関連させて決定する理由は、これらの元素がＷ当量で規
定される関係により等価な効果を有するからである。

【００２８】Ｐ及びＳ：Ｐ及びＳは機械的性質の劣化を
招くので少ない方がよい。しかし、いずれも０．０８％
以下であればそれほどの悪影響を及ぼさないので、それ
以下にするのが好ましい。上記成分以外の残部はＦｅお
よび不可避的不純物である。

【００２９】本発明の少なくとも被圧延材に接する表層
部の鋼の金属組織は、炭化物が面積率で５％以下である
ことが必要である。

【００３０】本発明において圧延ロールとは、一体式の
ロールまたは、芯体とスリーブまたは外殻層からなる複
合ロールなどを意味する。被圧延材に接する表層部と
は、一体式ロールである場合には被圧延材が接する部分
であり、複合ロールにおいてはその外殻層における被圧
延材が接する部分を意味する。少なくとも上記の表層部
が本発明の規定する化学組成および金属組織を有するも
のであればよく、ロール全体が上述の化学組成、組織構
成であってもよいし、例えば複合ロールにおいては外殻
層のみが上記の内容であっても良い。後者の場合には、
芯体としては公知のものが適用できるが、特に、ダクタ
イル鋳鉄、普通鋳鉄、黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、鍛鋼、
鋳鋼などの強靭材が好適である。

【００３１】本発明の圧延用ロールは、遠心力鋳造法、
高周波加熱を利用した連続肉盛り方法、粉末冶金法を利
用して熱間静水圧により外層を成形する方法、エレクト
ロスラグ溶解を利用した肉盛方法などの複合ロール製造
方法やエレクトロスラグ再溶解された溶湯を静置鋳造
し、鍛造を施す一体ロール製造方法など公知の方法など
により製造することができる。

【００３２】本発明にかかる圧延用ロールは、熱延鋼板
圧延用ロール、ホットスキンパスミル用ロール、条鋼圧
延用ロール、各種製管用ロールなど、熱間で使用される
あらゆるロールに使用することができる。また、温間圧
延、冷間圧延、低温圧延用の圧延用ロールとして要求さ
れる一般特性も備えており、適用可能である。特に、１
０００〜１２５０℃にも達する被圧延材を低速で高加工
度を与えるような熱間圧延機の圧延用ロールに適用して
顕著な耐摩耗性と耐熱亀裂性を奏するものである。

【００３３】

【実施例】表１に示す種々の化学組成からなる外層部材
料を遠心鋳造法にて複合ロール（胴部直径１５０ｍｍ、
胴長３００ｍｍ、全長５１０ｍｍ）を成形した。芯材に
は、Ｃ：３．０％、Ｓｉ：１．１％、Ｍｎ：０．５％、
Ｎｉ：１．１％、Ｃｒ：０．１％、Ｍｏ：０．２５％を
含有し残部が実質的にＦｅからなるダクタイル鋳鉄を用
いた。

【００３４】各ロールには、１０５０〜１１５０℃での
焼入れと５００〜５８０℃での焼戻しの２回の熱処理を
施すことにより、表面硬度をＨｓ７０〜７５に調整し
た。

【００３５】これらのロールを連続鋳造から熱間圧延ま
でが一貫した連続圧延プロセスにおけるインライン熱間
圧延機に適用した際の圧延条件をシミュレ−トした熱間
コイル圧延実験装置（４段式圧延機、補強ロール胴径３
００ｍｍ）の圧延用ロールとして組み込み、板厚３ｍ
ｍ、板幅４０ｍｍ、長さ８００ｍの鋼板を熱間圧延した
（圧下率５０％、被加工材温度１１５０℃、圧延速度２
０ｍ／分）。

【００３６】熱間圧延前のロールの胴部表層から顕微鏡
用の試験片を採取し、エッチングにより炭化物を出現さ
せ、その面積率を画像処理法により測定した。

【００３７】耐摩耗性は、圧延後のロールプロフィ−ル
から最大摩耗深さを測定してその値で評価した。耐熱亀
裂性は、ロールに発生した最大亀裂深さを測定して評価
した。最大亀裂深さは、ダイチェックとロール研磨を繰
り返し、亀裂がロール研磨によって確認されなくなるま
での研磨量（半径方向の深さ）で評価した。耐熱亀裂性
は、ＪＩＳ−Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さＲａ
を測定し、表面粗さの程度により評価した。耐熱亀裂性
が良いロールは基地の欠落が少なく、圧延後のロール表
面が滑らかであるのでＲａの変化を測定することで耐熱
亀裂性が評価できる。

【００３８】圧延実験に供した各ロールの外層の化学組
成、炭化物面積率、および各ロールの耐摩耗性、耐熱亀
裂性、耐肌荒れ性を評価した結果を表１に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】本発明が規定する範囲の化学組成を備え、
炭化物の面積率で５％以下である試験番号１〜１３は、
本発明の規定する条件を外れた試験番号１４〜１７に比
べて耐摩耗性、耐熱亀裂性、耐肌荒れ性のバランスがよ
く優れていた。とりわけ、ＮｂおよびＷを好ましい範囲
で含有した試験番号１〜１１は、試験番号１２または１
３に比べ耐熱亀裂性、耐肌荒れ性が優れていた。これに
対し、Ｃｒ含有量が多く、Ｖ＋２／３ＮｂとＷ＋２Ｍｏ
とが共に本願発明の範囲を外れた試験番号１４は、脆弱
で高温硬度の低いＣｒ炭化物を多く含むため耐摩耗性、
耐熱亀裂性、耐肌荒れ性は大幅に劣った結果となった。
Ｖ＋２／３Ｍo またはＷ＋２Ｍo が本願発明の範囲から
外れた試験番号１５および１６では、高硬度の炭化物が
面積率で５％を超えて存在するため耐摩耗性は良好であ
るが、耐熱亀裂性や耐肌荒れ性が大幅に劣った。Ｖ＋２
／３ＮｂとＷ＋２Ｍｏとが共に本願発明の範囲から外
れ、炭化物面積率が５％を超えた試験番号１７は、耐熱
亀裂性と耐肌荒れ性とがよくなかった。

【００４１】

【発明の効果】本発明の圧延用ロールは優れた耐摩耗
性、耐熱亀裂性、耐肌荒れ性を有するので、厳しい環境
の熱間圧延に使用しても、ロールの摩耗と肌荒れが生じ
難く、ロール寿命の延長、ロール交換頻度の低減、ロー
ル原単位向上などの効果が得られる。その結果、圧延製
品の品質向上や高生産性を実現することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被圧延材に接する表層部の化学組成が、
重量％で、Ｃ：０．１〜１．２％、Ｓｉ：０．１〜２．
５％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｃｒ：１．０〜５．０
％、Ｍｏ：０．１〜４．０％、Ｖ：０．１〜５．０％、
Ｃｏ：０．１〜５．０％、Ｎｂ：０〜７．３％、かつＶ
（％）＋２／３Ｎｂ（％）≦５．０％、Ｗ：０〜７．８
％、かつＷ（％）＋２Ｍｏ（％）≦８．０％、残部が実
質的にＦｅおよび不可避的不純物からなり、その炭化物
量が面積率で５％以下である金属組織を有してなること
を特徴とする耐摩耗性と耐熱亀裂性に優れた圧延用ロー
ル。