JPH01111818A - 鍛鋼製冷間圧延用ロールの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は金属の冷間圧延用ロールの製造法にかかわり、
耐摩耗性が優れ、かつスリップ、絞り込み等の圧延事故
の被害の小さい耐事故（熱衝撃）性に優れた鍛鋼製焼入
焼戻し圧延ロールの製造法に関するものである。

［従来の技術］ 従来鋼帯等の金属冷間圧延ロールとしては、重量比でＣ
ａ７５〜０．９５％、Ｃｒ２〜５％、Ｍｏｏ、１５〜０
．５５％の成分を基本とし、ＮＩｌ、０％以下、ｖｏ、
５％以下を適宜添加した鍛鋼製焼入ロールが使用されて
来た。

しかしながら、最近の冷間圧延ロールにおいては、ロー
ル原単位の向上、高圧下圧延、スケジュールフリー圧延
などの要求が進み、ロールの使用条件は苛酷化の一途を
たどっており、スリップ、絞り込み等の圧延事故による
熱衝撃の被害も大きくなって来ている。

これらの圧延事故の際、熱衝撃によりロールの表面に発
生するクラックは、温度上昇に伴う熱膨張が拘束された
ために生じた塑性ひずみが、冷却の際に大きな引張応力
に変換されたために発生すると考えられているが、この
クラックはロール原単位の低下をもたらすだけでなく、
スポーリングの起点となる。

しかし、これらの圧延事故を皆無にすることは困難であ
り、ロールには熱衝撃によるクラックの発生しにくい、
また発生したとしても小さくてすむような耐事故性に優
れたものが要求されている。

また、スリップは摩耗により初期粗度が低下した時に発
生し易く、ロールの原単位の面からも耐摩耗性に優れた
ロール材質が要求されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のロールは、組織的には低温焼戻マルテンサイトが
主体であり、他に１０％以下の炭・窒化物と、１０％以
下の残留オーステナイトからなっている。従って耐摩耗
性は残留炭・窒化物量及びマトリックスの硬さに依存し
、１０％以下の炭・窒化物量では充分ではない。

又焼入深度を大きくし、目標とする深さ位置まで充分な
焼入硬さを得ようとすれば、冷却速度の大きい表面側は
焼入後多くの残留オーステナイトが存在し、充分な焼入
硬さを得ることが出来ないため、焼入冷却後一定時間内
にサブゼロ処理（低温処理）を行う必要があった。

又サブゼロ処理の後更に硬さ調整等の目的で焼戻しを行
うが、その場合２００℃以下の低温焼戻しを行わなけれ
ば、焼戻しによる硬さ低下のため耐摩耗性が低下し、又
低温焼戻しであるため熱感受性が大きく、圧延事故の影
響つまり耐事故（熱衝撃）性の点でも問題があった。

本発明は、これらの問題を解決し、耐摩耗性、耐事故性
に優れた冷間圧延用ロールの製造法を提供するものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明はＣｍを高くして残留炭・窒化物を増加させ、ま
た同時にＣｒの量も増加させることによりマトリックス
中のＣｆｆ１の増加を防止せしめて延性を確保し又加熱
温度を高くとることによってＣｒ、Ｍｏ或いはＮｂ、Ｖ
の炭・窒化物を必要なだけオーステナイト中に固溶せし
めて焼入性を向上させ、加熱後強制冷却を行うことによ
って適量の残留オーステナイトを確保し、サブゼロ処理
を行うことなく、４００〜６００℃に焼戻すことによっ
て残留オーステナイトをマルテンサイトに変化させ、併
せて焼入後マルテンサイトに変態した一部のマトリック
スを、焼戻しマルテンサイトに変化させること、及び焼
戻しによって一部固溶していたＣｒ、Ｍｏの炭・窒化物
やＶ、Ｎｂの炭・窒化物を再び析出せしめることによっ
て、最終的に焼戻しによって得られたマルテンサイトと
焼戻しマルテンサイト及び炭・窒化物、そして僅かの残
留オーステナイトの混在する延、靭性に富む硬化組織を
得ることにある。

即ち焼入加熱時、オーステナイト中に固溶せしめたＣｒ
、Ｍｏ及びＮｂ、Ｖ等の炭化物を焼入後４００〜６００
℃にて析出せしめることによる二次硬化と、Ｃｒを７９
６以上１２９６以下添加することにより、焼戻時に析出
する炭・窒化物にＣ「を固溶させ、炭・窒化物の凝集を
遅滞させる効果があること、又９００〜１１００℃の加
熱により適度の量固溶したＣ、Ｃｒ、Ｍｏ或いはＮｂ、
Ｖ等の元素及び０．３〜１．５％添加したＮｉが固溶し
たオーステナイトが、強制冷却後常温でオーステナイト
として残留し、次いで４００〜６００℃で焼戻すことに
より、マルテンサイトに変態することを見出し、焼戻温
度を高くしても目標とする硬さを持ったロールを製造す
ることが可能なことを見出した。

又、炭・窒化物の増加は縦弾性係数を増加させ、ロール
負荷時の扁平化を防止することにもつながるので耐摩耗
性、耐事故性の向上に寄与する。

以下本発明のロール製造方法を詳細に説明する。

本発明のロール製造法は、基本的にロール用鋼材として
特殊な成分の適量を添加し、後これを有効な熱処理によ
って特徴的効果を引出すこと、及び焼戻温度を従来のロ
ールのそれより著しく高めることによって、熱感受性を
鈍化することにある。

即ち、Ｃｒ添加量を増加し、これをＣｒの炭・窒化物と
して固定するため、それに見合うＣ量を添加し、組織全
体に微細なＣｒ炭・窒化物を分散させ、更に焼入時ロー
ル表面から目的とする深さ迄を、焼戻後充分な硬さを得
るに必要な残留オーステナイトｍと、残留炭・窒化物量
の確保及び焼戻時に炭・窒化物として析出することによ
る二次硬化を充分ならしめるためのＣｒ、Ｍｏ、Ｎｂ。

Ｖ等の炭・窒化物のオーステナイトへの溶解のため、９
００〜１１００℃の温度に加熱する。

又加熱後これを強制冷却を行う。その後サブゼロ処理を
行うことなく４００〜６００℃の温度で焼戻しを行うこ
とで、前記炭・窒化物生成元素Ｃｒ。

Ｍｏ＋Ｎｂ、ｖ等の炭・窒化物の析出による二次硬化と
炭・窒化物へのＣ「の増量による軟化の遅延化を図り、
更に強制冷却後の残留オーステナイトをマルテンサイト
に変態せしめることによって、目的とする硬さを得るこ
とと、従来の方法より高い４００〜６００℃と焼戻温度
を上げることによって耐事故性に優れた冷間圧延用ロー
ルを得ようとするものである。

次に本発明の規定する製造方法の中で、化学成分の限定
理由について説明する。

先ず、ＣはＣｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖなどの添加元素と共に
炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与するが、１．０
％未満のＣでは本発明の場合Ｃｒｍが多く、ＣはＣｒと
の炭化物形成のために費され、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖの炭・窒
化物としての析出硬化が期特出来ない。一方２．０％を
超えると炭・窒化物量は充分であるが、マトリックスの
靭性及び伸びが著しく低下し、冷間圧延ロールとしては
不適当である。

ＳＩは溶解工程で脱酸作用を有すると同時に、マトリッ
クス中に固溶し、焼入後の硬さを増加させる。本発明の
目的である高硬度で、高耐摩耗性を保持するためには、
少くとも０．３％のＳｌが必要であり、これ未満では本
発明の目的とする圧延ロールを得ることは困難である。

又、２％を超えると脆化が著しくなり好ましくない。従
って０．３〜２．０％と定めた。

Ｍｎはマトリックスの強度と靭性を向上させ、又焼入性
を向上させるのに有効であるが、０．３％未満ではこれ
らの効果が期特出来ない。又、２．０％を超えると残留
オーステナイトを必要以上に増加させ、焼戻後の延・靭
性に悪影響を与えるので好ましくない。従って限定範囲
を０．３〜２，０％とした。

Ｃｒは本発明の重要元素の１つであり、マトリックス中
に固溶し焼入性を著しく向上させ、又Ｃと結合して高硬
度炭・窒化物を生成せしめ、耐摩耗性を著しく向上させ
る。本発明で下限を７％と限定したのは、焼入時の加熱
で炭・窒化物を必要量確保し、尚オーステナイト中に焼
入後充分な残留オーステナイトを残すに必要な全溶解せ
しめるためと、焼戻しを行う際にマルテンサイトの分解
と、生成した炭・窒化物の凝集による軟化を遅滞させる
ためで、７％未満のＣｒｆｆ１では本発明の限定する４
００〜５００℃での焼戻後の硬さと、耐摩耗性の確保が
困難である。又、上限を１２％と決めたのは、炭・窒化
物量の過多による脆化を防止するためである。

ＭｏはＣｒと同様本発明の重要元素の１つであり、一部
マトリックス中に固溶し、焼入性を向上させるが、他は
Ｃと結合して焼戻しの際に炭・窒化物として析出する。

この析出は４００℃以上で顕著である。

この場合のＭｏｆｉは、本発明の他の炭・窒化物生成元
素量にもよるが、本発明のＣｒ、Ｖ、Ｎｂ量の規定範囲
内では０．２〜１．５％が最も適量であり、０．２％未
満では高温焼戻しの場合、目標とする耐摩耗性が得られ
ず、又１，５％を超えてもその効果は飽和する。従って
Ｍｏの限定量は０．２〜１．５９６とした。

Ｎｉは変態温度を低下させ焼入性の向上、特に焼入深度
を向上させるため、ロールの表面からの硬化層を増大す
る目的で必要である。本発明のロールでは他の元素の限
定範囲内では、少くとも０．３％が必要であるが、あま
り多量に添加すると、必要以上の残留オーステナイトの
生成と、安定なオーステナイトを生成し焼戻後の目的と
する硬さが得られない。この上限は１．５％である。

Ａｌは溶解時の脱酸剤として必要であるが、本発明では
Ｃ量が多いため脱酸剤としてのＡ、１７は少量でよく、
又Ａ　ＩＩ　２０　ａやＡｆｉＮとしての介在物の混入
を避けるため、上限のみを限定し０．０２０％とした。

本発明にはこれらの元素の他にＶ、Ｎｂの一種又は二種
添加しても、同様にＣとの結合により炭・窒化物を形成
し、焼戻時の二次硬化が期待可能で、本発明の目的であ
る耐事故性の大きい高耐摩耗性圧延ロールの製造の効果
を助長する。

その効果を現すための添加量は、ＮｂとＶの一種又は二
種の合計量が０．０２％以上である。一方その量が増加
すると共晶炭化物量が多くなり、これが過多になると網
目状に析出し、鍛造を行っても破砕されず、靭性を著し
く低下させることになり好ましくない。この限界量はＮ
ｂと■の一種又は二種の合計で０．３０％である。

尚これ迄記述した以外の元素については特に限定しない
が、不純物元素特にＰ、Ｓや酸化物等の介在物となって
、本発明の目的とする圧延ロールの亀裂の起点となり、
スポーリング発生の因となる０などは、可及的に低下さ
せるのが好ましいことは言う迄もなく、これらの微量元
素や非金属介在物を少くするため、ＥＳＲ法、ＶＯＤ法
、ＬＦ法などの精錬方法を採用することは好ましい。

次に本発明の製造条件の限定についてその理由を説明す
る。

本発明に於ては前述の如き化学成分を有する鋼を、所定
の形状大きさのロール素材に鍛造後、熱処理によって目
的とする圧延ロールの特性を確保するのであるが、鍛造
の方法、条件に関しては、鋼塊表層部の柱状晶の傾斜角
を保つ意味から、鍛錬比２．０以下の比較的軽圧下鍛造
を行うのが好ましい。

鍛造後熱処理を行うが、焼鈍を行った後戻・窒化物の球
状化熱処理を行い、続いて加熱強制冷却、焼戻しを行っ
て、所期の目的とする圧延ロールの諸特性を確保する。

本発明のロール製造法の場合、強制冷却後の焼戻過程に
於て、前述した如＜Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ。

Ｖなどの添加により、これらの元素の炭・窒化物の複合
析出による二次硬化とＣｒの炭・窒化物への固溶による
凝集遅延効果により、焼戻時の硬さ低下を最小限にとど
める。

更にはＣｒ　、Ｎｌ　、Ｍｏなどの適正量添加と強制冷
却開始時点 り、オーステナイトの合金元素濃度を調整し、強制冷却
後残留オーステナイトを残し、更にこれを４００〜６０
０℃という高温の焼戻し時にマルテンサイトに変態させ
ることを利用したものであって、これらの効果を最大に
する目的から、強制冷却前加熱温度は種々の炭・窒化物
が溶解する温度、つまり９００℃以上が必要である。

しかし、あまり高くすると加熱によりオーステナイトの
急激な粒成長が起り、所定の熱処理後も靭性が回復せず
、又焼戻時に改めて大きな網目状炭・窒化物が析出し、
これが靭性劣化の原因となる。

更に強制冷却開始時点の温度が高過ぎることによる強制
冷却時の過大な熱応力の発生で、割れを誘起することに
なるため好ましくなく、この限界温度は１１００℃であ
る。従って強制冷却前加熱温度は９００〜１１００℃と
限定した。

強制冷却前加熱の場合、ロール全体を所定の温度に迄加
熱しても、ロール表層部と硬さ保証深さ範囲迄の冷却速
度を充分に得ることが出来ないため、目的とする温度に
加熱する範囲は、ロール素材表面から５０〜ｔｏｏ　ｍ
ｍ迄の深さとすることが好ましく、このための加熱手段
としては、低周波乃至中周波誘導又はその複合法による
加熱方法で、連続部分加熱冷却法などの手段をとること
が好ましい。

加熱後の冷却は、ロール胴部の表面からの深さ約５０〜
１００　ｍｍ迄が均一で、しかも焼戻時に充分な硬さを
得ることが可能な組織であることが必要である。

その方法については特に限定しないが、水冷ノズルから
の高圧のジェット噴流等充分に管理された強制冷却法が
望ましい。

冷却後従来の冷間圧延ロールは、一部残留オーステナイ
トを、マルテンサイト化するために、０℃以下の所定の
温度に冷却する所謂サブゼロ処理を行って焼入硬さを増
し、それを２００℃以下の低温で焼戻しを行っていたが
、本発明はそれとは全く思想を異にし、サブゼロ処理は
行わず、強制冷却後に存在した残留オーステナイトは、
次の工程である４００〜６００℃の焼戻しによってマル
テンサイトに変態させることになる。

この場合本発明で残留オーステナイトの量を５０％以上
と限定したのは、これ未満では次の４００〜６００℃の
焼戻しで、マルテンサイトに変態するオーステナイトの
量が少く、結果的に所定の硬さと耐摩耗性を持ったロー
ルを得ることが不可能になるからである。

焼戻しは再加熱により４００〜６００℃に加熱して行う
。この目的は強制冷却後も存在するオーステナイトのマ
ルテンサイト化及び強制冷却後一部生じたマルテンサイ
トの高靭化及び固溶しているＣｒ、ＭｏやＮｂ、Ｖ等の
炭・窒化物の微細析出による二次硬化により、ロールと
しての所定の材質を得ることにある。

温度を４００〜６００℃としたのはこれより低い温度で
は圧延事故時の熱感受性の小さな最も効果的なロールが
得られないからであり、又上限を６００℃と限定したの
は、これより高い温度ではマルテンサイトの分解が激し
く、所定の硬さが得られず、結果的に高耐摩耗性に優れ
た圧延ロールの製造が不可能になるからである。

［実　施　例］ 表１は５０ｋｇ真空溶解炉にて溶解した本発明テスト材
の化学成分、（ｋＡ−１〜Ａ−６）と、比較のために溶
解した成分（Ｎｏ、Ｂ−１〜Ｂ−２）を示す。

欄外に示す条件で鍛造及び球状化焼鈍を行った。

更に表２に示す条件で加熱後強制冷却後、直ちに焼戻し
を行った。

試験は耐摩耗性を端的に示す硬さ測定と、耐事故性（熱
衝撃）の１評価試験方法として知られるヒートショック
テストを行い、耐事故性を調べた。

結果は表２に併せて示した。

これらによると本発明による化学成分及び熱処理条件に
より製造したロールの製造試験では、Ｎα１〜Ｎα６に
示すように耐摩耗性を端的に示す硬さが良好で、しかも
耐事故性が優れており、本発明の目的とする耐事故性、
耐摩耗性に優れたロールを製造出来る。

これらに対し、Ｎ［Ｌ７．Ｎｏ、８は本発明の化学成分
範囲から外れた成分のもので、更にＮｏ、９．　Ｎｏ、
ｌＯは化学成分は本発明の化学成分範囲に人っているが
、熱処理条件が限定範囲より外れたものであり、いずれ
も本発明の目的のロールの製造が不可能である。

１１４φの丸型鋼塊より１１００℃で加熱鍛造比２．０
で鍛造を行い、８００℃で炭化物の球状化焼鈍を行った
。

［発明の効果コ 以上の如く冷間圧延ロール材としてＣｒを多量に添加す
ることによる焼戻し時のマルテンサイト分解の遅延、更
にＭｏ、Ｎｂ、Ｖ等を適量添加し、加熱時にこれらの炭
・窒化物を適正量オーステナイト中に溶解させ、強制冷
却後に残留オーステナイト、マルテンサイト、炭・窒化
物の混合組織とし、更にサブゼロ処理を行うことなく４
００〜６００℃の温度に焼戻すことにより、残留オース
テナイトのマルテンサイト化Ｃｒ、Ｍｏ、或いはＮｂ、
Ｖ等の二次析出硬化作用を利用して、高温で焼戻すこと
による熱感受性を鈍化し、耐事故性を向上させる低温圧
延ロールの製造が可能になり、その効果が大きい。

代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫手続補正書（
自発） 昭和６３年４月８日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量比で Ｃ１．０〜２．０％、 Ｓｉ０．３〜２．０％、 Ｍｎ０．３〜２．０％、 Ｃｒ７〜１２％、 Ｍｏ０．２〜１．５％、 Ｎｉ０．３〜１．５％、 Ａｌ０．０２％以下を含み、 残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなる素材を９００〜
   １１００℃の温度に加熱し強制冷却を行い、残留オース
   テナイトが５０％以上となる組織とした後、直ちに４０
   ０〜６００℃の温度で焼戻すことを特徴とする鍛鋼製冷
   間圧延用ロールの製造法。 ２、重量比で Ｃ１．０〜２．０％、 Ｓｉ０．３〜２．０％、 Ｍｎ０．３〜２．０％、 Ｃｒ７〜１２％、 Ｍｏ０．２〜１．５％、 Ｎｉ０．３〜１．５％、 Ａｌ０．０２％以下 及びＮｂとＶの一種又は二種の合計が０．０２〜０．３
   ０％、 残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなる素材を使用する
   請求項１に記載する鍛鋼製冷間圧延用ロールの製造法。