JP2002047529A - 熱間圧延用ロール外層材および耐事故性および通板性に優れた遠心鋳造製熱間圧延用複合ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱間仕上圧延の最終スタンド用に好適な、耐
事故性および通板性に優れた遠心鋳造製熱間圧延用複合
ロールを提供する。 【解決手段】 Ｃ：1.2 〜2.2 ％、Cr：6 〜12％、Mo：
3〜6 ％、Ｖ：3 〜8 ％、Nb：0.5 〜3 ％、Co：1.0 〜
8.0 ％、Ni：0.3 〜1.5 ％を含み、さらに0.27≦Mo
(％) ／Cr (％) ≦0.8 、0 ≦C-0.236V-0.129Nb≦0.40
を同時に満足する組成の外層とする。この外層は、室温
から300 ℃における平均熱膨張係数が11.5×10 ^-6／℃以
下とするのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠心鋳造製複合ロ
ールに関し、とくに熱間圧延の仕上後段スタンドに好適
な熱間圧延用複合ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、熱間圧延技術の進歩はめざまし
く、それに伴い、使用される熱間圧延ロールの特性、と
くに耐摩耗性の向上が強く要求されてきた。このような
耐摩耗性向上の要求に対し、外層組成を高速度工具鋼組
成に類似した組成とし、硬質な炭化物を析出させて、耐
摩耗性を格段に向上させた高性能ロール（ハイス系ロー
ル）が開発され実用化されている。

【０００３】例えば、特開平８−73977 号公報には、
Ｃ：2.5 〜4.0 ％、Si：1.5 ％以下、Mn：1.2 ％以下、
Cr：6.0 〜20％、Mo：2.0 〜12％、Ｖ：3.0 〜10.0％、
Nb：0.6 〜5.0 ％を含有し、10＜6.5C−1.3V−0.7Nb ≦
2Cr −２を満足する組成のハイス系熱間圧延用ロール外
層材が提案されている。この外層材を使用した複合ロー
ルは、摩擦係数が低く、耐摩耗性、耐肌あれ性と耐バン
ディング性に優れているとされる。

【０００４】また、特開平10−183289号公報には、Ｃ：
2.4 〜2.9 ％、Si：1 ％以下、Mn：１％以下、Cr：12〜
18％、Mo：３〜９％、Ｖ：３〜８％、Nb：0.5 〜４％を
含有し、0.27≦Mo/Cr ＜0.7 、およびＣ＋0.2Cr ≦6.2
を満足する組成のハイス系の外層を有する熱間圧延用ロ
ールが提案されている。この熱間圧延用ロールは、炭化
物の偏析が少なく耐摩耗性に著しく優れているとされ
る。

【０００５】また、特開平10−192916号公報には、連続
肉盛鋳造法により常温〜100 ℃における熱膨張係数が12
×10^-6／℃以下あるいはさらに熱伝導率が0.12cal /(cm
・sec ・℃) 以下の軸材の外周に、ハイス系材の外層を
溶着形成した熱間圧延用複合ロールが提案されている。
このロールは、耐摩耗性、耐肌あれ性に優れ、さらにサ
ーマルクラウンが小さいとされている。

【０００６】しかしながら、圧延製品の品質向上と効率
的生産の観点から熱間圧延用ロールの使用環境はますま
す過酷化し、同時に生産される圧延製品の品種が多様化
するに伴い、ロールの使いやすさへの要望が高くなるな
ど、熱間圧延作業ロールに対する要求もさらに高く、し
かも多様化している。例えば、熱間仕上圧延における最
終スタンドでは、とくに薄物圧延時に、圧延トラブル等
で鋼板が折り畳まれた状態で圧延されるという、いわゆ
る絞り圧延事故がしばしば発生する。このような絞り圧
延事故が発生すると、作業ロール表面には非常に大きな
熱負荷と面圧が瞬間的に負荷され、このため、作業ロー
ル表面に深さ10mmを超える粗大な熱衝撃亀裂、いわゆる
絞りクラックが形成されることが多い。絞りクラックが
形成されたままの作業ロールで圧延を続けると、繰り返
し圧延応力の作用により絞りクラックから疲労亀裂が伝
播して、ついには作業ロールの割損に至る。

【０００７】絞り圧延事故の発生原因の一つとして、作
業ロールのサーマルクラウンの増加により、ロールギャ
ップが小さくなることが挙げられる。ロールギャップが
小さくなることにより、通板性が低下して、鋼板の蛇行
や、鋼板の腹伸び、耳伸び等の圧延トラブルが生じて、
鋼板が折り畳まれて圧延されるのである。ここで、耐摩
耗性に優れるハイス系ロールは、ロールの消耗量が少な
くなるため、サーマルクラウンが見掛け上大きくなって
通板性が低下するという問題があった。また、ハイス系
ロールでは絞りクラックが発生しやすいという問題に加
えて、さらにハイス系ロールは加工性が悪く、亀裂を研
削するには多大の労力とコストを要するという問題があ
り、ハイス系ロールの熱間仕上圧延最終スタンドへの適
用が制限されていた。

【０００８】例えば、特開平8-73977 号公報、特開平10
−183289号公報に記載された技術で製造された熱間圧延
用複合ロールは、炭化物の強化により亀裂発生への抵抗
が高いが、硬質な炭化物を多量に含有することから、過
大な絞り圧延に遭遇した場合には亀裂が炭化物を進展し
て粗大化する。さらに内層と外層の熱膨張係数の隔たり
からロール外層に高い応力が残留することに起因し、亀
裂の進度が著しく促進されて、スポーリングと呼ばれる
ロール表面の割損事故が発生する場合があり、熱間仕上
圧延の後段スタンド用ロールとして、安定して使用でき
るまでの特性を有していないという問題があった。

【０００９】また、特開平10−192916号公報に記載され
た技術で製造された熱間圧延用複合ロールは、軸材の熱
膨張係数と熱伝達率を低下させ、軸材の熱膨張を抑制さ
せることでロールのサーマルクラウンを減少させようと
するものである。しかし、このロールでは、圧延中に発
生するロール外層部の熱膨張の抑制が不十分であり、優
れた通板性を確保できるほど圧延中の見掛けのサーマル
クラウンを低減できず、圧延トラブルの発生を完全に抑
制することができないという問題があった。

【００１０】このような背景から、熱間仕上圧延の後段
スタンドでも安定して使用可能なハイス系ロールが熱望
されていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の問題を解決し、熱間仕上圧延の最終スタンドに
安定して適用できる、優れた耐摩耗性と耐肌荒れ性を有
し、かつ良好な通板性や耐絞りクラック性（耐熱衝撃
性）などの耐事故性に極めて優れた遠心鋳造製熱間圧延
用複合ロールを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
課題を達成するために、ハイス系ロール外層材における
耐事故性、通板性におよぼす各種要因の影響について鋭
意研究した。一度、絞り圧延事故が発生すると、作業ロ
ール表面には、鋼板の焼付が発生するとともに、非常に
大きな熱負荷と面圧が瞬間的に負荷され、このときの熱
衝撃によって焼付部直下の作業ロール表面に粗大な亀裂
が形成される。

【００１３】本発明者らは、絞り事故ロールの詳細な調
査から、これらの亀裂は作業ロール表層（複合ロールの
外層）の炭化物（共晶炭化物とＭＣ型炭化物）に発生
し、そのうちネット状に生成した連続性を持つ共晶炭化
物（以下、連続性共晶炭化物ともいう）を伝播して、粗
大な亀裂となることが多いことを見いだした。このよう
な知見をもとに、本発明者らは、絞り圧延時の亀裂進展
を防止するためには、ロール外層の連続性を有する共晶
炭化物を減少して、亀裂伝播経路を少なくすることが第
１に必要であり、さらに、共晶炭化物を減少することに
より亀裂伝播経路が基地中となる確率が高くなるため、
基地を強化することが、ロール最表面に発生した亀裂の
ロール内部への伝播を阻止するうえに重要となることに
想到した。

【００１４】ハイス系ロールでは、一定レベル以上の優
れた耐摩耗性を確保するために、Ｖ、Nb等の強力な炭化
物形成元素を添加して硬質なＭＣ型炭化物を基地組織中
に分散させることが必要である。強力な炭化物形成元素
を添加するため、ロール外層材に含有されるＣは、優先
的にＭＣ型炭化物の形成に消費される。本発明者らは、
ＭＣ型炭化物の形成に消費されたＣ以外の残りのＣを、
共晶炭化物の形成に寄与し基地中に固溶される、有効Ｃ
量と考え、この有効Ｃ量を所定の値以下に低減すること
が連続性共晶炭化物の低減に有効であることを見いだし
た。そして、共晶炭化物には多量のCr、Moを固溶するた
め、その共晶炭化物を低減することにより、基地中のC
r、Mo量が増加し基地が強化されることを知見した。

【００１５】これらの知見から、Cr、MoおよびＣ、Ｖ、
Nbを最適範囲に調整したうえで、Co、Niを含有すること
により、耐熱衝撃性が顕著に向上し、絞り圧延事故時の
亀裂進展が抑制でき、耐事故性に優れた熱間圧延用ロー
ル外層材が得られることを見いだした。また、本発明者
らは、通板性を向上するためには圧延中のサーマルクラ
ウンを抑制することが必要であるとの考えのもとに、外
層材の熱膨張係数の低下について検討した。その結果、
本発明者らは、上記したように、耐事故性向上の対策と
して採用した、ＶとNbを複合添加するとともに、Ｃ含有
量を低減し、有効Ｃ量を適正な範囲内とすること、およ
びCr、Mo含有量を増加し、さらにCo、Niを含有する方法
が、連続性共晶炭化物を減少し、熱膨張係数の小さいC
r、Mo等を基地中に固溶分配することを促進する作用を
持ち、炭化物が多量に分散した場合にくらべ、外層材の
熱膨張係数を低下させる効果を持つことを見いだした。

【００１６】なお、本発明における複合ロールは、熱処
理中に 500℃前後の温度で応力弛緩処理を兼ねた焼戻処
理が複数回実施されて製造される。焼戻処理を複数回実
施しないと、耐熱衝撃性の著しい向上は得られない。さ
らに、熱処理応力の過大な増加を回避するために、内層
材は、ロール外層材との熱膨張係数差の小さい材料、室
温から500 ℃までの平均熱膨張係数が14.0×10^-6/ ℃以
下である、球状黒鉛鋳鉄を用いることが好ましい。

【００１７】本発明は、上記した知見に基づいて完成さ
れたものである。すなわち、第１の本発明は、熱間圧延
用複合ロールの外層に用いられる遠心鋳造で製造される
外層材であって、質量％でＣ：1.2 〜2.2 ％、Si：0.1
〜0.6 ％、Mn：0.1 〜0.6 ％、Cr：6 〜12％、Mo：３〜
６％、Ni：0.3 〜1.5 ％、Ｖ：３〜８％、Nb：0.5 〜３
％、Co：1.0 〜8.0 ％を含み、さらに次（１）、（２）
式 0≦｛Ｃ− 0.236Ｖ−0.129Nb ｝≦0.40 ……（１） 0.27≦ Mo ／Cr≦0.8 ……（２） （ここで、Ｃ、Ｖ、Nb、Mo、Cr：各元素の含有量（質量
％））を同時に満足し、残部Feおよび不可避的不純物か
らなる組成を有することを特徴とする熱間圧延ロール用
外層材である。

【００１８】また、第２の本発明は、遠心鋳造で製造さ
れた外層と内層が溶着一体化してなる熱間圧延用複合ロ
ールであって、前記外層が、質量％で、Ｃ：1.2 〜2.2
％、Si：0.1 〜0.6 ％、Mn：0.1 〜0.6 ％、Cr：6 〜12
％、Mo：３〜６％、Ni：0.3〜1.5 ％、Ｖ：３〜８％、N
b：0.5 〜３％、Co：1.0 〜8.0 ％を含み、さらに次
（１）、（２）式 0≦｛Ｃ− 0.236Ｖ−0.129Nb ｝≦0.40 ……（１） 0.27≦ Mo ／Cr≦0.8 ……（２） （ここで、Ｃ、Ｖ、Nb、Mo、Cr：各元素の含有量（質量
％））を同時に満足し、残部Feおよび不可避的不純物か
らなる組成を有することを特徴とする耐事故性および通
板性に優れた熱間圧延用複合ロールである。

【００１９】また、第２の本発明では、前記外層の室温
から300 ℃における平均熱膨張係数は、11.5×10^-6／℃
以下であることが好ましい。また、第２の本発明では、
前記内層を、質量％で、Ｃ：2.0 〜 4.O％、Si：1.5 〜
３％、Mn：0.3 〜 1.0％、Cr：0.1 〜 0.5％、Mo：0.1
〜 1.0％、Ｖ：1.0％以下、Nb：0.5 ％以下、Ni：1.5
％以下、Co：３％以下、Mg：0.02〜0.08％を含有し、残
部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する内層と
することが好ましい。

【００２０】また、第３の本発明では、外層と内層との
間に中間層を有し、該中間層を介して前記外層と内層が
溶着一体化してなる熱間圧延用複合ロールであって、前
記外層が、質量％で、Ｃ：1.2 〜2.2 ％、Si：0.1 〜0.
6 ％、Mn：0.1 〜0.6 ％、Cr：6 〜12％、Mo：３〜６
％、Ni：0.3 〜1.5 ％、Ｖ：３〜８％、Nb：0.5 〜３
％、Co：1.0 〜8.0 ％を含み、さらに次（１）、（２）
式 0≦｛Ｃ− 0.236Ｖ−0.129Nb ｝≦0.40 ……（１） 0.27≦ Mo ／Cr≦0.8 ……（２） （ここで、Ｃ、Ｖ、Nb、Mo、Cr：各元素の含有量（質量
％））を同時に満足し、残部Feおよび不可避的不純物か
らなる組成を有し、かつ前記中間層を、Ｃ：２〜３％を
含み、より好ましくは、質量％で、Ｃ：2.3 〜3.0 ％、
Si：１〜３％、Mn：0.1 〜１％、Cr：0.1 〜0.6 ％、M
o：0.1 〜４％、Ｖ：３％以下、Nb：２％以下、あるい
はさらにNi：1.5 ％以下、Co：３％以下を含有し、残部
Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鉄基合金
材料とすることが好ましい。また、本発明では、前記外
層の室温から300 ℃における平均熱膨張係数が、11.5×
10^-6／℃以下であることが好ましい。また、本発明で
は、前記内層を、質量％で、Ｃ：2.0 〜 4.O％、Si：1.
5 〜３％、Mn：0.3 〜 1.0％、Cr：0.1〜 0.6％、Mo：
0.1 〜 1.0％、Ｖ：1.0 ％以下、Nb：0.5 ％以下、Ni：
1.5 ％以下、Co：３％以下、Mg：0.02〜0.08％を含有
し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する
内層とするのが好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】まず、本発明の熱間圧延用複合ロ
ールの外層（外層材）の組成限定理由について説明す
る。なお、組成における％は質量％である。 Ｃ： 1.2〜2.2 ％ Ｃは、ロールの耐摩耗性を向上するための炭化物形成に
必須な元素であるが、炭化物の多量晶出は耐事故性を低
下させる。このため、本発明では 1.2〜2.2 ％の範囲に
限定した。本発明の範囲にＣ量を調整することにより、
共晶炭化物の多量晶出が抑制されて耐摩耗性と同時に耐
絞りクラック性（耐熱衝撃性）が向上する。Ｃ含有量が
1.2％未満では、炭化物量が不足して耐摩耗性が劣化す
る。一方、 2.2％を超えると炭化物量が過多となり耐熱
衝撃性を劣化させ、同時に熱膨張係数をも増加させる。
なお、熱膨張係数を低くする観点から好ましくは、1.4
〜2.0 ％である。

【００２２】Si： 0.1〜 0.6％ Siは、脱酸剤として作用するともに、Crと同様に基地に
固溶して耐高温酸化性を高める作用もある。このような
作用は、0.1 ％以上の含有で認められるが、0.6 ％を超
えて含有すると耐熱衝撃性が劣化する。このため、Siは
0.1 〜 0.6％の範囲に限定した。

【００２３】Mn： 0.1〜 0.6％ Mnは、溶鋼中のＳをMnS として固定し、Ｓの悪影響を除
去するために有用である。また、焼入れ性を向上する効
果もある。このような効果を得るためには、0.1 ％以上
の含有が必要である。しかし、0.6 ％を超えて含有する
と耐熱衝撃性を劣化させる。このため、Mnは0.1 〜 0.6
％の範囲に限定した。

【００２４】Cr：６〜12％ Crは、耐摩耗性と耐肌荒れ性を向上させる強固なCr系炭
化物を出現させるために必須の元素である。また同時
に、Crは、基地に固溶して基地を強化することにより耐
熱衝撃性を向上するとともに、熱膨張係数を効果的に低
下させる作用を有する。さらにCrは、熱伝導率を低下さ
せる作用をもち、外層から内層への熱伝達を抑制し、内
層が熱膨張することによるサーマルクラウンの増大を抑
制する重要な効果を有する。このような効果は、Cr：６
％以上の含有で認められる。Crが６％未満では、上記し
た効果が不足し、通板性の向上、耐摩耗性の向上を達成
することが不可能となる。一方、12％を超えると炭化物
が過多となって耐熱衝撃性が低下する。なお、耐熱衝撃
性の観点から、より好ましくはCr量を10％以下とするの
がよい。

【００２５】Mo：３〜６％ Moは、Cr炭化物およびMC型炭化物中に濃化してこれらの
炭化物を強化するとともに、基地中に固溶し、耐肌荒れ
性と耐摩耗性および耐熱衝撃性を著しく向上する効果を
有する。また、Moは熱膨張係数の低下にも効果的に作用
する。このような効果は、３％以上の含有で認められ
る。しかし、６％を超える含有は、脆弱なMo系の炭化物
が多量に出現し、耐肌荒れ性と耐摩耗性が著しく劣化す
る。このため、Moは３〜６％％の範囲に限定した。

【００２６】Ｖ：３〜８％ Ｖは、硬質なMC型炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させ
る効果を有する。このため、一定レベル以上の耐摩耗性
を得るために、ハイス系ロールとしては必須な元素であ
る。またＶはMC型炭化物を形成することにより、有効Ｃ
量を低減し、共晶炭化物の生成を抑制し耐熱衝撃性の向
上に寄与する。このような効果は、３％以上の含有で認
められるが、８％を超える含有は、溶湯の融点を上昇さ
せるとともに溶湯の流動性を低下させ、遠心鋳造を困難
にする。このため、Ｖは３〜８％の範囲に限定した。な
お、好ましくは、４〜７％の範囲である。

【００２７】Nb：0.5 〜３％ Nbは、Ｖと同様に硬質なMC型炭化物を形成させ、さらに
Moをより効果的にMC型炭化物中に濃化させる作用を有
し、本発明の範囲のCr、Moとの共存により耐摩耗性を著
しく向上する。さらに、MC型炭化物を粒状化して、亀裂
生成への抵抗力を高める作用も有するとともに、有効Ｃ
量を低減し、連続性共晶炭化物の生成を抑制し耐熱衝撃
性の向上に寄与する。このような効果は、0.5 ％以上の
含有で認められるが、３％を超えて添加しても効果が飽
和するうえ、MC型炭化物の晶出温度を著しく上昇させ、
MC型炭化物の著しい粗大化を招き、炭化物の偏析を助長
する。なお、MC型炭化物の粗大化防止の観点から好まし
くは、１〜２％である。

【００２８】Co：1.0 〜8.0 ％ Coは、基地中に固溶するとともに、耐熱衝撃性を著しく
向上させる効果を有する重要な元素である。またCoは、
熱膨張係数を低下する作用も有する。このような効果を
得るためには1.0 ％以上の含有を必要とするが、8.0 ％
を超えて含有してもその効果が飽和し、経済的に不利と
なるため8.0 ％を上限とした。なお、一定レベル以上の
耐熱衝撃性を維持するためには、２〜６％の範囲とする
のが好ましい。

【００２９】さらに、本発明の複合ロールの外層では、
次（１）、（２）式を同時に満足する。 0 ≦｛Ｃ− 0.236Ｖ−0.129Nb ｝≦0.40 ……（１） 0.27≦ Mo ／Cr≦0.8 ……（２） （ここで、Ｃ、Ｖ、Nb、Mo、Cr：各元素の含有量（質量％）） 0 ≦｛Ｃ− 0.236Ｖ−0.129Nb ｝≦0.40 ……（１） （１）式中の 0.236Ｖ＋0.129Nb は、ＶとNbによってMC
型炭化物の形成に消費されるＣ量を意味し、｛Ｃ− 0.2
36Ｖ−0.129Nb ｝は、共晶炭化物の生成に寄与するＣ量
をしめす有効Ｃ量である。本発明では、絞り圧延時の亀
裂伝播を促進する共晶炭化物量を減少するとともに、基
地へのCr、Moの分配を促進し耐事故性を向上させるため
に、この有効Ｃ量を０〜0.40の範囲に調整する。有効Ｃ
量が０未満では、基地に固溶するＣが不足し、硬さが著
しく低下するため、熱延仕上げ後段ロールとして適用で
きない。一方、有効Ｃ量が0.40を超えると共晶炭化物量
が過多となるとともに、基地に分配されるCr、Mo量が不
足し耐事故性が低下する。また、平均熱膨張係数が大き
くなりロールのサーマルクラウンが大きくなり通板性が
低下させる傾向となる。

【００３０】0.27≦Mo（％）／ C（％）≦0.8 本発明では、（２）式中のMo/Cr が0.27〜0.8 の範囲と
なるように、Cr含有量に応じMo含有量を調整する。Mo/C
r が0.27未満では、Cr系炭化物の強化が不十分であり、
一方、0.8 を超えると、強化されたCr系炭化物に比べて
脆弱なMo系の炭化物が多量に出現し、耐熱衝撃性、耐肌
荒れ性と耐摩耗性が著しく劣化する。

【００３１】Ni：0.3 〜1.5 ％ Niは、基地に固溶し焼入れ性を向上させ、硬さを増加さ
せる作用があり、有効Ｃ量を低く抑える本発明では、熱
処理での変態挙動を制御し、硬さを所望の値に調整する
のに有用な元素である。また、Coととの作用により耐熱
衝撃性を向上させる効果も有している。このような効果
は0.3 ％以上の含有で認められるが、1.5 ％を超える含
有は、耐熱衝撃性を劣化させるとともに、硬さを増大さ
せる効果も飽和する。このため、Niは0.3 〜1.5 ％の範
囲に限定した。

【００３２】さらに、本発明では、下記の範囲内であれ
ば、REM 、Ｂを含有してもよい。 REM ：0.2 ％以下 REM は、脱酸剤、およびロール表面の黒皮安定剤として
作用し、必要に応じ0.2 ％以下であれば含有できる。し
かし、0.2 ％を超えて含有すると、共晶炭化物の生成を
促進する。このため、REM は0.2 ％以下に限定するのが
好ましい。

【００３３】Ｂ：0.08％以下 Ｂは、Ｎと結合しＮを安定化させる作用を有するため、
0.08％以下であれば含有してもよい。本発明では、Cr、
Ｖ、Nbなどの合金元素を多量に含有するため、通常の大
気溶解では溶解時間に応じ200 〜1500ppm の多量のＮが
不可避的に溶湯に混入し、Ｎの悪影響も懸念される。Ｂ
はＮとともにBNを形成してＮを安定化する作用があるた
めＢを0.08％以下であれば含有してもよい。しかし、0.
08％を超えると材質が脆くなる。

【００３４】本発明の複合ロールの外層（外層材）は、
上記した成分以外は残部Feおよび不可避的不純物であ
る。また、本発明の複合ロールの外層は、室温から 300
℃における平均熱膨張係数が11.5×10^-6／℃以下の低熱
膨張係数を有する外層である。とくに、外層の熱膨張係
数の低減は、ロールのサーマルクラウンを大幅に低減
し、ロールの通板性向上に最も有効に作用する。室温か
ら 300℃における平均熱膨張係数が11.5×10^-6／℃を超
えると、ロールのサーマルクラウンが大幅に増大する傾
向を有し、優れた通板性を確保できなくなる。

【００３５】本発明の熱間圧延用複合ロールでは、従来
のロールに比べて耐摩耗性も向上しているため、ロール
消耗量が小さくなる。このため、外層が従来のロールと
同様に膨張したときには、従来に比べ、あたかもロール
が膨張したように見えてしまう。すなわち、摩耗量が小
さくなった分だけ、見掛け上サーマルクラウンが増大し
たようにみえる。しかし、本発明のロールは、室温から
300℃における熱膨張係数が11.5×10^-6／℃以下と小さ
く限定されているため、実際にはサーマルクラウンが大
幅に低下しており、従来のハイス系ロールに比べて見掛
け上のサーマルクラウンも減少する。このため、本発明
の熱間圧延用ロールは、通板性が向上するのである。

【００３６】本発明では、上記した組成の溶湯を、遠心
鋳造法で所定の寸法形状の外層材とする。外層材の凝固
途中あるいは完全凝固後に、鋳型の回転を停止し内層材
を静置鋳造するか、外層を鋳込み、さらに中間層を鋳造
したのち、鋳型の回転を停止し、内層材を鋳造するのが
好ましい。これにより外層材の内面側が再溶解され外層
と内層が溶着一体化した、あるいは外層、中間層と内層
が溶着一体化した複合ロールとする。

【００３７】静置鋳造される内層は、鋳造性と機械的性
質に優れた球状黒鉛鋳鉄を用いるのが好ましく、さらに
残留応力の低い複合ロールを安定して製造することを可
能とするため、室温から 500℃までの平均熱膨張係数が
14.0×10^-6／℃以下となる組成とするのが好ましい。室
温から 500℃の間の平均熱膨張係数を低下するにはCrと
MoあるいはCoの添加が有効である。

【００３８】つぎに、内層の好ましい組成について説明
する。 Ｃ：2.0 〜 4.0％ Ｃは、鋳造性の向上と黒鉛を出現させるために添加され
る。Ｃ含有量が 2.0％未満では黒鉛の量が少なく、鋳造
性が劣化し、引け巣が発生しやすくなる。また、熱膨張
係数も増加する。一方、4.0 ％を超えると粗大な黒鉛が
出現し内層材質が脆弱となる。このため、Ｃは 2.0〜
4.0％の範囲に限定するのが好ましい。

【００３９】Si：1.5 〜３％ Siは、Ｃと同様に鋳造性の向上と黒鉛化のために添加さ
れる。Si含有量が 1.5％未満では黒鉛化が不十分とな
り、炭化物の晶出が増加する。このため内層が硬脆化す
る。一方、３％を超えて含有しても、黒鉛化の効果は飽
和するうえ、形の崩れた黒鉛が出現しやすくなり、内層
強度が低下する。このため、Siは1.5 〜３％の範囲に限
定するのが好ましい。

【００４０】Mn：0.3 〜 1.0％ Mnは、基地に固溶し内層強度を増加させる作用を有する
とともに、溶湯中のＳをMnS として固定し、Ｓの悪影響
を除去する作用も有する。このような作用は0.3 ％以上
の含有で認められるが、１％を超えて含有すると内層材
質が脆化する。 Cr：0.1 〜 0.6％ Crは、内層強度を向上させ、さらに熱膨張係数を低下さ
せる効果を有する。この効果は0.1 ％以上の含有で認め
られるが、0.6 ％を超えて含有すると共晶炭化物の晶出
が増加して内層材質が硬脆化する。

【００４１】Mo：0.1 〜 1.0％ Moは、内層の基地強さを増加させる作用と熱膨張係数を
減少させる作用がある。この効果を得るためには 0.1％
以上含有させる必要があるが、1.0 ％を超えて含有する
と炭化物の晶出量が増加して内層材質が硬脆化する。 Ｖ：１％以下 Ｖは、MC型炭化物を形成し、脆弱なセメンタイトの出現
を抑制するとともに、内層強度を上昇させる効果を有す
る。この効果を得るには0.1 ％以上含有するのが好まし
いが、一方、１％を超える含有は、内層材質を硬脆化さ
せる。このため、Ｖは１％以下に限定するのが好まし
い。

【００４２】Nb：0.5 ％以下 Nbは、Ｖと同様にMC型炭化物を形成させ、脆弱なセメン
タイトの出現を抑制するとともに、内層強度を上昇させ
る効果を有する。しかし、0.5 ％を超える含有は、内層
材質を硬脆化させる。このため、Nbは 0.5％以下に限定
する。 Ni：1.5 ％以下 Niは、炭化物の出現を抑制して強度を向上する作用を有
する。しかし、1.5 ％を超えて含有しても効果が飽和す
るため、Niは1.5 ％以下に限定する。

【００４３】Mg：0.02〜0.08％ Mgは、黒鉛を球状化して強度を向上するために必須な元
素である。黒鉛を球状化するためには、0.02％以上の含
有を必要とする。0.02％未満では、黒鉛の球状化度合い
が低下する。一方、0.08％を超えると白銑化しやすくな
り、また、ドロスなどの介在物欠陥が多くなる。このた
め、Mgは0.02〜0.08％の範囲に限定する。

【００４４】Co：３％以下 Coは、熱膨張係数を低下するのに効果を有する元素であ
るが、高価であるため、３％を超えて含有すると、ロー
ル価格が増加し鋼板の製造コストを増大させる。このた
め、Coは３％以下に限定した。なお、内層は、上記した
成分以外は残部Feおよび不可避的不純物からなる。不可
避的不純物として、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.03％以下と
するのが好適である。

【００４５】内層材には、上記した合金球状黒鉛鋳鉄の
他に、黒鉛鋼、球状黒鉛鋼、合金鋳鉄等の鋳造性に優れ
た材料を用いることができる。なお、本発明の複合ロー
ルの内層は、室温から 500℃における熱膨張係数を14.0
×10^-6／℃以下とするのが好ましい。本発明の複合ロー
ルの熱処理では、初回焼入れに引き続いて450 〜550 ℃
での焼戻し処理を複数回実施する。ロールの熱処理中あ
るいは熱処理後の内層と外層の熱応力を低減するため
に、室温から 500℃における内層の平均熱膨張係数を1
4.0×10^-6／℃以下に限定するのが好ましい。室温から
500℃における平均熱膨張係数が14.0×10^-6／℃を超え
ると、ロール製造における熱処理時に内層と外層との収
縮量差が著しく大きくなり、内層に過大な引張応力が、
外層には過大な圧縮応力が発生する。内層の過大な引張
応力は熱処理でのロール割損事故を発生させ、外層の過
大な圧縮残留応力は、絞りクラックを起点としたロール
外層のスポーリング事故の発生原因となる。このため、
本発明では、内層の室温から 500℃における熱膨張係数
は、14.0×10^-6／℃以下とするのが望ましい。これによ
り、内層外層に発生する応力を制限でき、ロール割損事
故やスポーリング事故の発生を抑制できる。

【００４６】また、本発明では、外層と内層の間に中間
層を設け、内層と外層を溶着一体化させることもでき
る。中間層は、外層を遠心鋳造法で製造したのち、遠心
鋳造法で外層の内側に形成させるのが好ましい。中間層
の存在は、外層と内層の熱膨張率、ヤング率などの物理
的性質や機械的性質の隔たりを埋める緩衝層としての作
用を有し、かつ外層成分、とくに炭化物形成元素（Cr）
が内層に過剰に混入し内層が硬脆化するのを防止するの
に有効である。外層材を遠心鋳造法により形成したの
ち、中間層を同じく遠心鋳造し、中間層が凝固したのち
鋳型の回転を停止し、内層を鋳造することにより、外層
−中間層−内層が一体に溶着した複合ロールとすること
ができる。

【００４７】中間層は、２〜３％のＣを含有した鉄基合
金材料、例えば、過共析鋼、黒鉛鋼、鋳鉄系材料とする
のが好ましい。さらにより好ましくは、外層と内層との
中間、あるいは内層と同等の熱膨張係数をもつことが、
ロール製造状、あるいはロール使用上推奨される。つぎ
に、中間層の好ましい組成について、説明する。

【００４８】Ｃ：２〜３％ Ｃは、中間相の凝固温度と強固収縮量に大きく影響する
とともに、外層と中間相の溶け込み部の健全性を支配す
る元素である。Ｃ含有量が２％未満では内外層境界部の
凝固収縮量が大きくなりザク巣などの鋳造欠陥が発生し
やすくなり、ロールの割損事故等が生じやすくなる。一
方、３％を超えると、炭化物が多くなり硬脆化する。こ
のため、Ｃは２〜３％に限定する。なお、好ましくは2.
4 〜３％である。

【００４９】なお、中間層には、多量の外層成分が溶け
込み、外層に含まれている合金元素が混入する。中間層
としてＣ以外の合金元素を規定する必要はない。中間層
から内層への合金元素の溶け込みを抑えるため、鋳込時
の中間層用溶湯の組成をＣ：２〜３％、Si：１〜３％、
Mn：0.1 〜1.0 ％とするのが好ましく、敢えて他の合金
元素を添加する必要はない。

【００５０】

【実施例】（実施例１）表１に示す組成の溶湯を溶製し
ロール外層材とした。これら外層材を、1050℃に加熱し
たのち、焼入れし、さらに550 ℃で２回焼戻しを実施し
た。なお、外層材No.O-11 は、熱間仕上圧延後段最終ス
タンド用の作業ロールとして主に使用されている NiG鋳
鉄である。

【００５１】ついで、これら熱処理ずみ外層材から、試
験片を採取し、硬さ試験、摩耗試験、熱衝撃試験および
熱膨張試験を実施した。硬さ試験は、各試験片について
ショア硬さHsを測定した。摩耗試験は、相手材（S45C）
と試験片の２円盤すべり摩耗方式で実施した。回転数60
0rpmで回転させながら、相手材を600 ℃に加熱し、試験
片を水冷し、試験片と相手材のすべり率を10％として、
荷重 100kgで圧接しながら転動させた。この試験を相手
材を更新して４回繰り返した後（転動回数：72000
回）、試験片の摩耗減量を測定した。

【００５２】熱衝撃試験は、加熱回転した円板状の相手
材（S45C）を25mm厚の板状の試験片に200kg で45ｓ間圧
接し、圧接終了直後に水冷する方式で行った。相手材の
温度は 850℃から1000℃の間（25℃ピッチ）で変化させ
た。この熱衝撃試験では、相手材の温度が高いほど、ま
た圧接時間の長いほど、また圧接荷重の高いほど、試験
片への熱負荷が大きくなり、試験片に熱衝撃亀裂が入り
やすくなる。本試験では、圧接荷重、圧接時間を一定と
しているため、亀裂が発生する温度が高いほど耐熱衝撃
性が優れることを意味する。

【００５３】熱膨張試験は、５mmφ×20mm長さの試験片
を用いて、室温（20℃）〜300 ℃における平均熱膨張係
数を測定した。これらの結果を表２に示す。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】本発明例は、いずれも摩耗量が300mg 以下
であり、従来例である外層材No.11（NiG 鋳鉄）と比べ
て極めて優れた耐摩耗性を有している。また、室温から
300℃における熱膨張係数も11.5×10^-6以下と極めて小
さい熱膨張係数を有しており、サーマルクラウンの減少
による通板性向上が期待できる。さらに、本発明例は、
熱衝撃試験における熱衝撃亀裂発生温度が1000℃以上と
高く、耐熱衝撃性に優れ、絞りクラックの抑制が達成で
きる。

【００５７】なお、本発明の外層組成の範囲を外れた比
較例では、耐熱衝撃性が著しく劣化しており、さらに熱
膨張係数が大きいか、耐摩耗性が劣化しているかなど、
本発明例に比べ特性の劣化が著しい。比較例No.O-6は、
熱衝撃亀裂発生温度が975 ℃と比較的高く耐熱衝撃性は
他の比較例にくらべ優れているが、硬さの低下が著し
く、それに伴い耐摩耗性が低下している。 （実施例２）胴径690 mm、胴長2400mmの複合ロールを以
下の手順で製造した。

【００５８】遠心力 140Ｇで回転する鋳型内に、外層と
して肉厚80mmになるように、表３に示す組成の溶湯を鋳
込んだ。外層が凝固するタイミングで外層の内面に中間
層（肉厚30〜50mm相当）を鋳造して、外層の内面を７〜
20mm再溶解させ、外層と一体溶着させた。中間層が凝固
した後に鋳型の回転を停止し、内層材を鋳造することに
よって外層−中間層−内層を一体溶着させ、外層の表面
温度が80℃以下になるまで冷却した後、鋳型を解体し、
外層−中間層−内層からなる複合ロールとした。

【００５９】得られた複合ロールは、1050℃から冷却
し、引き続いて500 〜540 ℃に再加熱したのち冷却する
熱処理（焼入れ焼戻し処理）を実施し、外層の硬さを78
〜81Hsとした。熱処理後、ロール胴端部から外層と中間
層の試験材を採取した。外層は化学組成分析用試料、熱
膨張試験用試験材を採取し、中間層はその肉厚中央部か
ら化学組成分析用試料を採取した。なお、内層について
はロール軸端の中心部から化学組成分析用試料と熱膨張
試験用試験材を採取した。

【００６０】各複合ロールの外層、中間層、内層の化学
組成と、外層、内層の熱膨張係数を表３に示す。

【００６１】

【表３】

【００６２】得られた複合ロールを、熱間仕上圧延ミル
のF7スタンドの作業ロールとして投入し、試験圧延を実
施した。本発明例（ロールNo.1、 No.2 ）は、鋼板の蛇
行や耳伸び、腹伸び等の通板トラブルの発生もなく、極
めて良好な通板性が確認された。なお、ミルトラブルに
より、複合ロールNo.1は２回、複合ロールNo.2は１回
の、鋼板の粗大焼付を伴う絞り圧延事故に遭遇した。い
ずれの場合も、絞り亀裂の深さは２mm以下と浅く、非常
に優れた耐絞りクラック性を有していることが確認され
た。これに対し、本発明の範囲を外れる比較例（複合ロ
ールNo.3）では、外層材の熱膨張係数を小さく抑えたた
め、通板性の劣化は認められなかったが、有効Ｃ量、C
o、Ni含有量が本発明の範囲を満足していないため、絞
り圧延に遭遇し深さ16mmの粗大な絞り亀裂が発生した。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、熱間仕上圧延の最終ス
タンドにおいても、良好な通板性を有し、鋼板の耳伸
び、腹伸び等の異常圧延を防止でき、安定した熱間仕上
圧延が可能となり、またさらに、ロールの通板性以外を
原因としたミルトラブルなどによる絞り圧延事故に遭遇
した場合でも、絞りクラックの進展が抑制され、ロール
原単位が向上するなど、産業上格段の効果を奏する。ま
た、本発明によれば、ロールの耐摩耗性が向上しロール
消耗量が減少し、圧延サイクルの増大が可能となるとい
う効果もある。

【００６４】なお、本発明の複合ロールは、熱間仕上圧
延後段スタンドに適用するのが好適であるが、耐摩耗性
と耐肌荒れ性に優れるため熱延仕上げ前段用ロールある
いは熱延粗ミル用ロールとしても適用できることはいう
までもない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊岡 高明 愛知県半田市川崎町１丁目１番地 川崎製 鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者 平岡 久 愛知県半田市川崎町１丁目１番地 川崎製 鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者 小関 智史 愛知県半田市川崎町１丁目１番地 川崎製 鉄株式会社知多製造所内 Ｆターム(参考） 4E016 AA03 CA08 DA03 EA06 EA16 FA02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱間圧延用複合ロールの外層に用いられ
   る遠心鋳造で製造される外層材であって、質量％で Ｃ：1.2 〜2.2 ％、 Si：0.1 〜0.6 ％、 Mn：0.1 〜0.6 ％、 Cr：6 〜12％、 Mo：３〜６％、 Ni：0.3 〜1.5 ％、 Ｖ：３〜８％、 Nb：0.5 〜３％、 Co：1.0 〜8.0 ％ を含み、さらに下記（１）、（２）式を同時に満足し、
   残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有すること
   を特徴とする熱間圧延ロール用外層材。 記 0≦｛Ｃ− 0.236Ｖ−0.129Nb ｝≦0.40 ……（１） 0.27≦ Mo ／Cr≦0.8 ……（２） ここで、Ｃ、Ｖ、Nb、Mo、Cr：各元素の含有量（質量
   ％）
2. 【請求項２】 遠心鋳造で製造された外層と内層が溶着
   一体化してなる熱間圧延用複合ロールであって、前記外
   層が、質量％で Ｃ：1.2 〜2.2 ％、 Si：0.1 〜0.6 ％、 Mn：0.1 〜0.6 ％、 Cr：6 〜12％、 Mo：３〜６％、 Ni：0.3 〜1.5 ％、 Ｖ：３〜８％、 Nb：0.5 〜３％、 Co：1.0 〜8.0 ％ を含み、さらに下記（１）、（２）式を同時に満足し、
   残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有すること
   を特徴とする耐事故性および通板性に優れた熱間圧延用
   複合ロール。 記 0≦｛Ｃ− 0.236Ｖ−0.129Nb ｝≦0.40 ……（１） 0.27≦ Mo ／Cr≦0.8 ……（２） ここで、Ｃ、Ｖ、Nb、Mo、Cr：各元素の含有量（質量
   ％）
3. 【請求項３】 前記外層の室温から300 ℃における平均
   熱膨張係数が、11.5×10^-6／℃以下であることを特徴と
   する請求項２に記載の熱間圧延用複合ロール。
4. 【請求項４】 前記内層が、質量％で、 Ｃ：2.0 〜 4.O％、 Si：1.5 〜３％、 Mn：0.3 〜 1.0％、 Cr：0.1 〜 0.6％、 Mo：0.1 〜 1.0％、 Ｖ：1.0 ％以下、 Nb：0.5 ％以下、 Ni：1.5 ％以下、 Co：３％以下、 Mg：0.02〜0.08％ を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を
   有することを特徴とする請求項２または３に記載の熱間
   圧延用複合ロール。
5. 【請求項５】 前記外層と内層との間に中間層を有し、
   該中間層を介して前記外層と内層が溶着一体化してな
   り、かつ該中間層が、Ｃ：２〜３％を含む鉄基合金材料
   であることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに
   記載の熱間圧延用複合ロール。