WO1997048505A1

WO1997048505A1 - Cylindre de laminage a chaud presentant une excellente resistance a l'abrasion et une segregation du carbure reduite

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Publication number: WO1997048505A1
Application number: PCT/JP1997/002062
Authority: WO
Inventors: Kenji Ichino; Tomoya Koseki; Takaaki Toyooka; Kohji Yuda
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-06-18
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 1997-12-24
Anticipated expiration: 1998-12-18
Also published as: US6095957A; MX9801158A; CN1108204C; CA2228488C; EP0852162A4; EP0852162A1; EP0852162B1; DE69718760T2; BR9702366A; CA2228488A1; DE69718760D1; JP3124557B2; CN1197415A

Description

明細書耐磨耗性に優れ、炭化物の偏祈の少ない熱間圧延用ロール抟術分野

本発明は、著しく優れた耐摩耗性を有し、且つ、遠心錶造法で製造しても炭化物の偏析の少なレ ^熱間圧延用ロールに関するものである。

背景抟術

近年、熱間圧延技術はめざましく進歩し、熱間圧延用ロールにおいても、 V と Wを多量に添加して硬質な V炭化物や W炭化物を晶出させることによって耐摩耗性を格段に向上させた高速度工具鋼組成の外層材を持つ高性能ロール（以降ハイスロールと呼ぶ）が開発されている（例えば、特開平 1-96355、特開平 6- 145888、特開平 4-80344、特開平 5-1350、特開平 5-5155、特開平 8-35033等）。一部では実用化もされている。

然しながら、圧延製品の品質向上と効率的生産の観点からロールの使用環境はますます過酷化し、同時に、圧延鋼板の表面品質への要求も厳格化されるようになっており、より一層の耐摩耗性向上とロール表面の品質向上が要求されるようになった。ハイスロールでは、 V、 W、 M o、 C r等の多種類の合金成分が添加されるため、各元素の添加量にじて種類の異なった複数の炭化物（M C、 C , M， C ₃、 M: C、 -\I₃ C等）が晶出する。また、上述の合金元素を多量に添加するほど炭化物量が増大し、好適な組成範囲では更に耐摩耗性が向上する可能性も秘めている。ところが、铸造ロールの耐摩耗性を向上させるために多種類の炭化物を多量に生成させると、各々の炭化物の晶出する夕ィミングゃ比重の違いに基づいて炭化物の凝固偏祈が顕著となり、熱間圧延中にロール表面に偏析模様が発生する。特に仕上ミルの後段用ロールとして使用すると、圧延される鋼板の表面品質を劣化させるという問題が発生した。

ここで、製造コス卜的に有利な遠心铸造法でハイスロールを製造する場合には、遠心力が付与され、かつ凝固時間が長いた、その他のロール製造方法に比ベて炭化物の偏折傾向が一層大きくなる。一方、溶接肉盛り法や連続銬掛け肉盛り法等（製造コストが大）でハイスロールを製造すれば、遠心力が付与されずに、然も、外層材が急速に凝固することから、炭化物の偏析は抑制されるが、口 —ル製造コストが著しく高くなるという問題があった。本発明者らは、先に上記問題を解決すベく、遠心銬造法によるハイス口ールを種々研究開発しているが

(例えば、特開平 5-1350、特開平 8-73977、特開平 9-41072等）、特に、耐磨耗性の著しい向上がみられる高 C Γ組成範囲では炭化物の偏折が発生してしまうことを経験していた。このような問題から、従来は製造コストが安く、耐摩耗性を更に著しく向上したハイスロールを製造することは困難であつた。

本発明の課題は、耐摩耗性に著しく優れ、然も、経済的に優れた遠心銬造法で製造しても炭化物が偏析しない高性能ハイスロールを提供することにある。発明の開示

(1) この本発明に係る熱間圧延用ロールは、重量比で、 C : 2.4〜2.9%、 S i ； 1%以下、； 1%以下、 C r ； 12〜： L8%、 Mo ； 3〜9%、 V ； 3〜 8 %、 b ； ().5〜4%を含有し、且つ、下記 (1)、（2)式を同時に満足し、

0.27≤. Mo (%) /C Γ (%) ≤0.7 … ）

C ( ) + 0.2 ' C r (%) ≤ 6.2 ---(2)

残部 F e及び不可避的不純物よりなる外層を有するようにしたものである。

(2) 本発明に係る熱間圧延用ロールは、上記（1) の主要成分に加えて、さらに Ni;1.5%以下、 Co:6%以下、 B ： 0.1%以下の 1種あるいは 2種以上を含有するようにしたものである。

(3) この本発明に係る熱間圧延用ロールは、上記（1) 及び（2) の主要成分に加えて、さらに上記の MC型炭化物と M7C3型炭化物を面積率の合計で 13〜 30%含有する外層を持つようにしたものである。

(4) この本発明に係る熱間圧延用ロールは、上記（3) においてさらに外層に含有する M7C3型炭化物の面積率が 6%以上であるようにしたものである。

(5) この本発明に係る熱間圧延用ロールは、上記（1) 及び（2) に記載の外層と溶着一体化した球状黒鉛铸鉄又は黒鉛鋼の内とからなる熟間圧延用ロールであり、内層が、重量比で、 C : 2.5〜4.0%、 S i ; 1.5〜3.5 %、 111 ; 1.5 !¾以下、 C r ； 3%以下、 Mo ； 3%以下， V ； 3%以下、； 2%以下を含有し、残部 F e及び不可避的不純物よりなるようにしたものである。

(6) 本発明は、上記（ 1) 又は（2) に記載の外層と内層の間に中間層を有し、該中間層を介して外層と内層が溶着一体化してなる熱間圧延用ロールであり、中間層が、重量比で、 C ; 0.8〜3.0<¾、 S i ; 0.3〜3.0ί¾、 n ： 1.5 %以下、 C r ； 10%以下、 Mo ； 4%以下、 V ； 5%以下、 M b ； 3%以下を含有し、残部 F e及び不可避的不純物よりなるようにしたものである。

(7) 本発明に係る熱間圧延用ロールは、上記（6) に記載の本発明において更に、内層材への中間層混入比を 5〜 20 %の範囲に規制するようにしたものであ

(8.) 本発明に係る熱間圧延用ロールは、上記（6) に記載の本発明において更に、中間層材への外層混入比を 5〜50%の範囲に規制するようにしたものである。

(9) 本発明は、上記（5) 又は (6)のいずれかにおいて、熱間圧延用ロールの内層または中間層あるいはその両方に Ni:5%以下、 C o ; 6%以下の 1種以上を含有させるものである。

(10) 本発明は、上記（ 1) 又は（2) に記載の外層を遠心铸造してなる熱間圧延用ロールである。

ここで、（8) の「中間層材への外層混入比」とは、中間層铸造時に外層が再溶解することにより、中間層の铸込み組成に外層の成分がどれだけ混入するかを管理する値である。即ち、成分偏析を起こしにくい C rに着目してロール外層の C r量を（a重量％) 、中間層の錶込み C r量を（b重量、錶造後のロール中間層の C r量を（c重量％) とした場合、「中間層材への外層混入比」は以下のように定義される。

(c重量％) - （b重量％)

「甲間層材への外層混入比」 = 100%

(a重量％) - （b重量％)

また、（ 7) の「内層材への中間層混入比」とは、内層鐯造時に既中間層が再溶解することにより、内層の銬込み組成に既中間層の成分がどれだけ混入するかを管理する値である。即ち，成分偏析を起こしにくい C rに着目してロール中間層の C r量を（じ重量％) 、内層の铸込み C r量を（d重量％) 、铸造後のロール内層の C r量を（e重量％) とした場合、「内層材への中間層混入比」は以下のように定義される。

( e重量％) - （d重量; ¾ )

「内層材への中間層混入比」 = X 100%

( c重量! ¾ ) 一（d重量％) また、「外層材」、「内層材」の用語は、「鍩込み前の湯」を意味し、「外層」、「内層」の用語は「凝固後」のものを意味する。図面の簡な明

第 1図 (a)は、本発明材の表面から 20mm, (b)は、表面から 30mm、（c)は、表面から 40mmの位置の金属組織（炭化物組織）を表わす顕微鏡写真である。

第 2図 (a)は、比較材の表面から 20mm, (b)は、表面から 30mm、（c)は、表面から 40mmの位置の金属組織（炭化物組織）を表わす顕微鏡写真である。

第 3図は C量、 Cr量と炭化物の偏析有無と摩耗量との関係を示す図である。第 4 図は実機ミルでの本発明ロールと比較ロールの圧延成績を示す図である。第 5 図 (A)，（B)は本発明ロールを示す模式図である。発明荬施するための最良の形熊

(A)外層における合金元素の限定理由

(本発明の技術思想 ·特徴）

本発明では、〖a]炭化物の偏析防止、 [b]耐摩耗性の著しい向上、 [c]ロールの割損防止、を同時に達成する組成範囲を以下の視点から鋭意検討し、 Vと _N を含有した高 C r 一 M O系組成の外層を有した熱問圧延用ハイスロールにおいて、従来ロールでの問題を一挙に解決する好適組成を見い出した。

[a]炭化物の偏析防止

(り炭化物の偏析を防止するには、凝固過程でオーステナイ卜と炭化物の晶出夕イミング（晶出温度）の差が小さく、且つ、溶鋼との比重差の小さい炭化物を晶出させること、或いは、多種類の炭化物を晶出させないことが有効であることが見出された。

(ii)耐摩耗を著しく向上したハイスロールを得るための条件は、極めて硬質な M C型炭化物と準硬質相となる M6 C、 7C3. 23C6 , 2 C M3 C等の共晶炭化物が多量に存在した金属組織を持つことである。ここで、準硬質相である共晶炭化物が多いほど耐摩耗性が向上するが、共晶炭化物の種類が増えると、前述したように炭化物の偏析が助長されるため、多種類の共晶炭化物が共晶しない合金組成を設計することが重要になる。

(iii)共晶炭化物の偏析防止

高 C高 C r組成とすると、 M7 C3を主とする C r系炭化物が、コロニー状の共晶炭化物として金属組織中に均一に分散することが、高 C r錶鉄において知られている。これをヒントにし、ハイスロールの準硬質相として M7 C3型炭化物を利用すれば炭化物の偏析を抑制する方法を見い出した。

本発明では、準硬質相として主に M7 C3型炭化物が多量に晶出するその好適な組成範囲として C ： 2.4- 2.9%, C r ： 12〜18%を選定した。しかし、この組成範囲においても、 C及び C r力式： C (%) + 0.2 · C r (%) で計算される数値の 6.2を超えて添加されると、上述のコロニー状の M7 C3型炭化物に加えて針状の C r系炭化物が晶出してしまうことが判明した。針状の C r炭化物が晶出する組成でロールを遠心錡造すると、コロニー状の炭化物と針状の炭化物が偏析することから、限定式； C (%) + 0.2 · C r (%) ≤ 6.2を設定した。尚、一般にハイスロールは Wを含有するが、 Wを添加すると、 M7 C3型と異なった炭化物（ 15 ：ゃ-\12 (：等）が出現し、それらが偏析する場合がある。また、 W の比重が著しく大きいことから、溶湯と炭化物の比重差を拡大し、炭化物の偏析を一層助長（各元素の比重— W； 19.3、 F e ； 7.9、 C Γ ； 7.2、 Mo ； 10.2) するとともに耐摩耗性を劣化させることが判明した。従って、本発明では W系炭化物が出現するような量の Wを添加してはならない。

(iv) MC型炭化物の偏折防止 ^_ Vを主体とする MC型炭化物は溶湯よりも比重が小さいため、遠心铸造した場合には、比重差に基づいて MC炭化物が遠心分離する問題がある。 MC型炭化物の遠心分離を抑制するには、 MC型炭化物の比重を大きくすることで溶湯との比重差を減少することが有効である。本発明では、 V主体の MC型炭化物に高比重元素である N bと M o (比重一 V C ； 5.7、 V ； 6.1、 b ； 8.6、 M o ： 10-2) を複合させることで MC型炭化物を比重の大きな複合炭化物に改質した。また、溶湯の比重を増加させる作用をもつ Wを添加しないという方法で M C型炭化物の遠心分離を防止した。これを達成するための好適組成は V ； 3〜 8%、 N b ： 0.5〜 4%、 Mo ； 3〜 9%、 W ; 0.1%未満である。

[b]耐摩耗性の著しい向上

ハイスロールとしての耐摩耗性を発揮するためには MC型炭化物が必須である。更に耐摩耗性を著しく向上させるためにはより強い共晶炭化物を多量に存在させることが必要である。本発明では、前述のような偏祈に関わる制限条件の中でハイスロールの耐摩耗性を更に著しく向上させるために鋭意検討し、 MC炭化物と M7 C3型炭化物の適量導入，及び MC炭化物と M7 C3型炭化物の強化を図った。即ち、耐摩耗性を向上するには MC炭化物と M7 C3型炭化物の合計が 13%以上必要であり、これらの炭化物を出現させるため好適組成は、炭素供給源として Cを 2.4%〜 2.9%含有し、 V ； 3〜 8%と 0 ： 0.5〜 4%を含有させることにより、 —と X bの複合型 MC炭化物を出現せしめ、更に適量の M7 C3型炭化物を出現させるために C rを 12〜： 18%含有させるものである。但し、上記の組成限定だけでは安定的に耐摩耗性を著しく向上させることは不可能であった。そこで、偏析を助長しない範囲で耐摩耗性を向上すべく検討を重ね、 Moの適正配合によって上述の炭化物と C r炭化物が改質されて耐摩耗性が著しく向上することを見出した。即ち、 Moを 3〜 9%含有させることにより、 IC炭化物と C r炭化物中に Moが濃化し、各々の炭化物が強靭な複合炭化物に改質される ₃ ここで、 C r量を多くするほど Moの添加量を増量する必要があり、 Mo (%) /C r (%) で計算される値が（).27以上なければ耐摩耗性が向上しないことが判明したため、限定式； 0.27 MO (%) '/C r (%) を設定した。尚、 Mo (%) /C r (%) で計算される値が ϋ·⁷を超えると、 Moが過剰になって M o主体の共晶炭化物が多量に出現して炭化物の偏析を助長するとともに耐摩耗性の劣化を起こすことが判明したので、限定式； Mo ( ) ZC r (%) ≤0.7 を設定した。尚、 MoZC rが 0.7以下であっても、 Mo系炭化物は晶出する力、 MoZC rが 0.7以下であれば、ロール特性に悪影響を及ぼすことはない。

[c]ロールの割損防止

耐摩耗性を向上するために炭化物量を著しく増加させた複合ハイスロールを製造すると、铸込み後にロールが割損する場合がある。割損原因は、外層の炭化物量が過度に多くなると膨張係数が著しく低下（炭化物の線膨張係数が低いため、炭化物を多量に含有した外層は線膨張係数が小さくなる）することにより内層との熱膨張 ·収縮量の差が拡大して、ロールの熱応力が過大になったためである。この知見から、本複合ロールでの割損を抑制する限界の炭化物量を検討した結果、 IC型炭化物と M7 C₃型炭化物を面積率の合計で 30%以下にする必要があることを見い出した。

(1)本発明における口一ル外層の炭化物含有量は以下のように定められる。 •外層の MC型炭化物と M7 C3型炭化物の合計が面積率で 13〜30%

優れた耐摩耗性を得るためには、 MC型炭化物と M7 C3型炭化物の合計が面積率で 13%以上必要である。但し、上述したように該面積率の合計が 30%を超えるとロールが割損しゃすくなる。

•外層の λΐ7 C3型炭化物の面積率が 6%以上

MC型炭化物と Μ7 C3型炭化物の合計が面積率で 13〜30%であり、且つ、 Μフ C₃型炭化物が面積率で 6%以上含有すると耐摩耗性が著しく向上するとともに、ロール或いは圧延鋼板の表面性状も向上する。また、ロールの熱膨張を抑制して通板性を向上させる効果もある。 Μ7 C3型炭化物の面積率が 6%未満ではその効果が得られない。

(2)本発明におけるロール外層の組成は以下のように定められる。

• C ； 2.4〜2.9 %

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。 2.⁴ %未満では炭化物量が不足して優れた耐摩耗性を得ることができない。一方、 2-9%を超えると炭化物量が過多となるとともに、炭化物の偏折が発生する。

• C Γ ； 12〜18%、 C ( ) + 0.2 · C r (%) ≤ 6.2

C rは、コロニー状の- M7 C₃炭化物を適量出現させ、耐摩耗性と耐肌荒れ性を向上させるために 12%以上添加する必要がある。 12%未満では C Γ炭化物が不足し、耐摩耗性の劣化とロール肌荒れが発生する。また、 18%を超えるか、 C

(%) + 0.2 · C r (%) で計算される値が 6.2を超えると、針状の C r炭化物が晶出するとともに炭化物の偏祈が発生するため、圧延鋼板表面品質を劣化させる原因となる。なお好適には C r ； 12〜16%である。

' Mo ； 3〜9%、 0.27≤Mo ( ) /C r (%) ≤ 0.7

M oは M C炭化物及び M7 C3炭化物中に濃化してそれらの炭化物を強化し、ロールの耐摩耗性を著しく向上する効果を持つ。同時に、 MC炭化物の偏析を抑制する効果を持つ。これらの効果を得るために Moは 3%以上必要であり、且つ ϋ.27≤Μο ( ) /C r (%) を満足しなければならない。一方、 Moが 9%を超えるか、 Mo (%) /C r {%) で計算される値が 0.7を超えると、 Mo系の炭化物が多量に出現し、炭化物の偏析を助長するとともに耐摩耗性の著しい劣化をもたらす。なお好適には 0.3≤Mo ( ) /C r ( ) ≤0.58である。

• V ； 3〜 8%、 X b ； 0.5〜 4%

Vは硬質な M C炭化物を形成させ、ハイスロールとしての一定レベルの耐摩耗性を得るために必須な元素である。その効果を得るためには 3 %以上必要である力^ 8%を超えると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、ロール製造上の問題を発生させる。

N bも M C炭化物形成元素であり、 M oを M C炭化物中に濃化させる作用がある。 N bを添加することによって、 MC炭化物をより強靭な（V、 N b、 Mo) C系の複合 MC炭化物に改質し耐摩耗性を著しく向上する。また、複合 MC炭化物となることによってその比重が溶湯の比重に近づくため、 M C炭化物の偏折が抑制される。その効果を得るために N bは 0.5%以上必要である力 4%を超えて添加すると N b系の炭化物が独自に晶出し、炭化物の偏析を助長する。尚、好適範囲は V ； 4〜6%、 b ； 1〜2%である。

• S i : 1%以下

S iは脱酸材として、及び錶造性確保のために添加する。 S iの好適下限値は 0.1%以上である。 1%を超えて添加しても効果が飽和する。尚、好適範囲は 0.2 〜0.6%である。

• n ； 1%以下

M n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添加する。 Mnの好適下限値は 0.1%以上である。 1%を超えて添加してもその効果が飽和する。尚、好適範囲は 0.2〜0.8%である。

• W； 1%未満

本発明では、 Wの添加は耐摩耗性を向上する効果がないばかりか、炭化物の偏析を助長する弊害を及ぼすため、 Wを添加することは好ましくない。溶解原料等から不可避的に含有されるような場合でも、なるべく弊害を少なくするため、 1 %未満、好適には 0.5 %未満になるように溶解原料を変更することが必要である。

• i ； 1.5%以下

N iは本発明の必須元素ではないが、焼入れ性を向上させ、ロール焼入れ時の操作範囲を広げる作用をもつことから、必要に応じて添加してもよい。但し、 1.5%を超えて添加しても効果が飽和するとともに、不安定な残留了の形成を促進するため、 1.5%以下とする。

• Co ; 6%以下

C oは、本発明の必須元素ではないが、高温における組織を安定化させる働きがあり、また、熱膨張率を減少する効果もあるため、添加してもよい。但し、本発明のロールの耐摩耗性、耐肌荒れ性を向上する作用は小さく、ロールの特性向上に対するメリツトは低いため、経済性の観点から上限を 6%とする。

• B: 0.1%以下

Bは焼き入れ性を向上させるため、ロール熱処理時の温度管理を容易にする効果を持つことから添加してもよい。但し 0.1 %を超えて添加すると材質を脆化させるため、上限を 0.1 %とする。

(3)本発明におけるロールの製造は以下のように定められる。

•内層；球状黒鉛铸鉄或いは黒鉛鋼

内層には、鍩造性と加工性に優れた高強度材を適用することが好ましい。実用性を考慮して、中実 --体ロールを製造する場合は球状黒鉛鍩鉄を選定し、円筒状のスリーブロールを製造する場合には黒鉛鋼を選定するのが良い。

-中間層の設置

ロールの外層と内層を直接、溶着一体化させると、内層に外層の合金成分が多量に混入し、内層が硬化脆化する場合がある。特に，内層を球状黒鉛錶鉄にした場合に内層の硬化脆化が顕著となる。このような場合、外層の合金成分の内層への混入を抑制するため、外層と内層の間に中間層を設けることが好ましい。尚、中間層の成分は厳密に規定する必要はないが、外層の合金成分の内層への混入による内層の硬化脆化を防 Lhするために中間層の C r 、 M o、 V、 b等の合金元素含有量は、外層より低くする必要がある。また、铸造性を確保するために、中間層用の溶湯は、 Cを 0.5 %以上、 S iを 0.5 %以上含有させることが好ましい。

(4)尚、本発明の複合ロール（製品）の中間層及び内層は、外層の合金成分が混入するため、合金元素含有が高くなる。各層の顕著な高合金化は脆化によるロール割損の原因となる。従って複合ロール製品での各層の合金組成は、以下の範囲にすることが好ましい。

•中間層

C ； 0.8〜3.(3 %、 S i ： 0.3〜3.0 %、 M n ； ≤1.5 %

N i ；≤ 5% , C r ；≤ 10 % , M o ；≤ 4%

V ；≤ 5 % , N b ；≤ 3 %

-内層

C ； 2.5〜4.0 S i ； 1.5 〜3.5 %、 M n ； ≤1.5 % , N i ； ≤ 5%

C r ；≤ 3 % , o ；≤ 3 % , V ； ≤ 3%、 N b ；≤ 2%

(B)内層、中間層における合金元素の限定理由

本発明の複合ロール（3層ロール）においては、外層と中間層及び内層を冶金学的に結合させるために、外層の内面側と中間層材を混合させることと、中間層の内面側と内層材を混合させることが不可欠である。然しながら、内層と中間層の優れた強靭性を損なうまで過度に外層を混入させてはならない。本発明は、外層の内層への混入を抑制するために中間層を設けているが、それでも外層は中間層を介して内層へ混入する。

そこで、本発明においては、中間層材への外層混入比を 5〜50 %とするのが最適であると見い出した。外層混入比が 5 %未満では、外層と中間層の境界に未溶着或いは介在物等の鍩造欠陥が発生し易くなり、境界部の健全性を確保できない。また外層混入比が 50 %を超えると、外層に含有する炭化物形成元素（特に C r ) が多量に混入し、中間層の靭性が損なわれる。

また、本発明においては、内層材への中間層混入比を 5〜20 %とするのが最適であると見い出した。中間層混入比が 5 %未満では、中間層と内層の境界に未溶着或いは介在物等の銬造欠陥が発生し易くなり、境界部の健全性を確保できない。一方中間層混入比が 20%を超えると、内層と中間層の結合状態を改善する効果が飽和する。また、中間層に含有される炭化物形成元素（特に C r ) が内層に多量に混入し、内層が著しく脆化して、ロールが割損する原因となる。

即ち、中間層材への外層混入比及び内層材への中間層混入比を前記の範囲で規制するとともに、外層あるいは中間層からの混入による成分ヒ昇を考慮して中間層材組成及び内層材組成を選択すれば良い。

ロール製品の内層と中間層の好適組成は以下の通りである。

[内層]

中間層を設けることにより、外層の C rの内層への混入を中間層のない場合に比して非常に低下せしめ得るが、この C rの混入を完全には防!]:できない。従つて、この C r %の上昇分を考慮して、内層材の化学成分及びその成分割合を選択する必要がある。

• C ； 2.5- 4.0%

Cは 2.5%未満では黒鉛の量が少なくなり、引け鬼が発生し易くなる。一方、 4.0 %を超えて含有させると脆弱となるため、 2.5〜 4.0%の範囲に規定する。 • S i ; 1.5〜 3.5%

S iは 1.5%未満では黒鉛の量が少なくなり、セメンタイ卜が多く晶出するために、硬くて脆くなる。一方、 3.5%を超えると、黒鉛量が多くなり過ぎて強度の劣化をきたすので、 1.5〜 3.5%の範囲に規定する。

• Mn ； 1.5%以下

Mnは Sの害を抑えるのに有効である力;、 1.5%を超えると、材質を脆化させるので、 1.5%以下の範囲に規定する。尚、 0.3%未満ではその効果が十分ではない。

- i ； 5.0%以下

N iは強度を増加させるが、 5.0%を超えて含有されても顕著な効果がない。よって、 5.ϋ%以下の範囲に規定する。

• C r ； 3%以下

C rは中間層が設けられていても、 C rのある程度の内層の混入は避けられず、低い程望ましいが、 3%までは許容できる。 3%を超えて含有させるとセメンタイト量が多くなり、材質強度と靭性が著しく劣化する。

• Mo ； 3%以下

Moは基地硬さを高める効果を有するが、 3%を超えると脆くなり、また不経済でもあるので、 3%以下とする。

• V ； 3%以下、 N b ； 2%以下

^ とは、微細な炭化物を均一に分散させ、内層の強度を向上させると共；こ、ロール内層で構成されるロールの軸部の耐摩耗性も改善する。但し、 Vは 3%、 N bは 2%を超えて含有されると、内層の铸造性が著しく劣化し、また硬化脆化が顕著になるので限定した。

• C o ; 6%以下

C 0は熱膨張率を減少させる効果があるため、熱応力によるロールの割損を防止する作用がある力 6%を超えて添加してもその効果は殆ど増加しないので、上限を 6%とする。

• P ： 0.1%以下 Pは不純物であり、 ο·ι%を超えて含有すると材質を脆弱にする。

• S ； 0.04%以下

Sは黒鉑の球状化を阻害するため低く抑える必要があり、 0.04%以下とするのが好適である。

[中間層]

中間層は、外層に含有される炭化物形成元素（特に C r) が内層に混人して、内層の強靭性が劣化するのを抑制する機能を持つ。

• C ； 0.8〜3.0 %

Cは基地中に溶け込んで強度を確保する。 C含有量が 0.8 %未満ではその効果が不十分であり、一方、 3.0 %を超えると、炭化物が多くなり強靭性が劣化する。よって， Cは 0.8〜3.0 %と規定する。

• S i ； 0.3〜3.0 %

S iは、硬脆化の抑制と铸造性確保のために 0.3 %以上必要である。 3.0 %を超えて添加してもその効果が飽和する。よって、 0.3〜3.0 %と規定する。

• Mn ； 1.5%以下

M nは材質強度を向上させる効果があるが、 1.5 %を超えても効果が飽和するため、 1.5%以下の範囲とする。

- i ； 5%以下

iは強度及び靭性の確保に有効であるが、 5%を超えても効果が飽和するため、 5%以下に限定した。

• C r ； 10%以下

C rは炭化物を形成して材質を脆化させるため低い方が望ましい。外層の C r 量が著しく高い場合でも 10%以下にする必要がある。

- Mo ； 4%以下

1〇は i と同様に強靭性確保の点で重要な元素であるが、 4%を超えても材質を脆化させるため、 4%以下に限定した。

• V ； 5%以下、 M b ； 3%以下

Vとヽ - bは、中間層の強度を向上する作用がある。但し Vは 5%、は 3% を超えて含有すると中間層にミクロ的な弓 Iけ巣が形成され易くなり、中間層の強度を著しく劣化させる。

• C o ; 6%以下

C oは熱膨張率を減少させる効果があるため、熱応力によるロールの割損を防止する作用があるが、 6%を超えて添加してもその効果は殆ど増加しないので、上限を 6 %とする ₃

• P ： 0.05 %以下

Pは溶湯の流動性を増加させるが、材質を脆弱にするため低いほど良く、好ましくは 0.05 %以下とするのが好適である。

• S ； 0.03 %以下

Sは Pと同様に材質を脆弱にするため、その含有量は低いほど良く、 0.03 %以下とするのが好適である。

また、脱酸剤として、 A l 、 T i 、 Z r等を 0.1 %以下使用することもできる。凝固後の中間層組成及び内層組成が前記範囲を満足することにより、中間層及び内層の優れた材料特性が得られる。

また、本発明の場合、外層から内層に混入する V及び N bの含有により内層としての球状黒鉛铸鉄又は黒鉛鋼は、一般の球状黒鉛銹鉄又は黒鉛鋼に比べ、機械的性質が向上するという効果がある。本発明ロールの場合、この効果により、従来より更に高負荷圧延にも使用可能となる。

(炭化物面積率の測定方法）

本発明のロール材には、主として M C 、 M7 C 3及び M2 C或いは M6 C型の炭化物が存在する。尚、 C r含有量が大きいため M₃ C型炭化物はほとんど存在しない。

本発明での炭化物の同定法と炭化物量（面積率）の測定法を以下に示す。 1 . 全炭化物量（面積率）の測定

試料表面を鏡面仕上げ研磨し、 5 %硝酸アルコール溶液、或いは塩酸一ピクリン酸アルコール溶液、或いは王水に浸 i資すると基地が腐食される。腐食面を光学顕微鏡で観察すると基地部は黒色、炭化物は白色に見えるため、画像解析装置を用いて白部の面積を測定する方法で、全炭化物量（面積率）を測定した。尚、腐食しても基地部が十分に黒くならない場合、腐食面を黒色の鉛筆で均一にべ夕塗りし、表面をガーゼ等で軽くふくと黒（基地）、白（炭化物）がはっきりする。

2. MC型炭化物の量（面積率）の測定

MC型炭化物は鏡面仕上げ（ノーエッチ）のままの場合、光学顕微鏡で灰色に見える。この状態で灰色部の面積を画像解析装置にて測定することにより、 MC 型炭化物量（面積率）を測定した。

3. M2 C及び M6 C型の炭化物量（面積率）の測定

試料表面を鏡面仕上げ研磨し、村上試薬（水： 100m l に対し、水酸化力リウム； 10 g及びフェリシアン化カリウム； 10 gを添加した水溶液）によって 3〜5 秒腐食すると M2 C及び M6 C型炭化物が黒く着色するこの状態で画像解析装置にて黒色部の面積を測定することにより、 M2 C及び M6 C型の炭化物量（面積率）を測定した。

4. \I7 C3型炭化物量（面積率）の測定

( ₇ C 3型炭化物量） =

(全炭化物量） ― (MC型炭化物量 + M2 C及び M6 C型の炭化物量）

5. MC型炭化物と C₃型炭化物の合計量（面積率）

( \IC型炭化物と M7 C₃型炭化物の合計量） =

(全炭化物量）一（M2 C及び M6 C型の炭化物量）

6. 本発明のロール外層の成分において、高 C r一高 Mo組成になるほど

C及び M6 C型の炭化物量が増加するが、全炭化物面積率が 40%を超えなければ、偏析等の問題は生じない。実施例

本発明に関わる遠心銬造製ロールは、前記詳述した構成を有しているものであり、このロールの製造方法について図 5に示す例によって説明する。

先ず、遠心力踌造機の上で回転し、内面に耐火材を波覆した金属製鍩型の中に、外層 1を形成すべき溶湯を鍩込んだ後，そめ外層 1の内面に中間層 2を铸込む。この両者、即ち、外層し及び中間層 2が完全に凝固後、この錶型を垂直に立てて、上部から内層 3を铸込み、この外層 1、中間層 2、及び内層 3を完全に冶金学的に結合させて一体のロールとする。尚，外層 1と中間層 2の両者が完全に凝固し終らなくても、内面の一部が未凝固の状態でそれらを水平又は (頃斜させた姿勢で、適当な方法により内層 3を铸込んでも良い。

(実施例 1 )

ロール外層に相当する表 1に示す化学組成の溶湯にて、肉厚 100mmの試料を遠心铸造した。試料断面の組織を観察することにより、炭化物の偏析有無を判定した。次に、 1050°Cから焼入れ、 550 で焼戻し処理を行なった後、炭化物面積率の測定試験片と摩耗試験片を作成した。炭化物面積率は、画像解析装置を用いて最大径 1 / m以上の炭化物を定量した。摩耗試験は相手材（S 45 C ) と試験片の 2円盤のすべり摩耗方式で、相手材 900 に加熱し、試験片を水冷しながら 800 ipmで回転させ、試験片と相手材のすべり率を 14.2 %として、荷重 100kgで 15 分間圧接した。この試験を、相手材を替えて 12回行なった後の試験片の摩耗量を測定した。

炭化物の偏析有無の一例として、本発明材 (A-9)の炭化物組織を図 1 (a)，（b)， (c) に示し、比較材 (C-8)の炭化物組織を図 2 (a), (b), (c)に示す。本発明材では白くみえる炭化物が試料の肉厚方向に均一に分散して圧延ロールとして好ましい組織を示している。一方、 C或いは C rを過多に含有した比較例では針状の炭化物とコロニ一状の炭化物が肉厚方向に分離して偏祈しており、圧延ロールとして使用した場合には圧延鋼板の表面品質を劣化させる。

表 2及び図 3に、各試料の炭化物の偏析有無と摩耗量を示す。図 3中の O 印は、炭化物の偏析の無いもの、! I印は、 W添加材で炭化物の偏折の有るもの

△印は、 Mo/Cr>0.7で炭化物の偏折の有るものを示す。また、印内の数字は磨耗量（m g ) を示す。

'本発明材 A-1〜A-15は炭化物の偏折が無く、更に、極めて ί憂れた耐摩耗性を示している。

•比較材 B-1及び Β-2は、 Μ ο量が本発明の成分限定範囲を超え，また：l 0 rも本発明の限定範囲から逸脱している。炭化物が偏析するとともに耐摩耗性が劣化している。

•比較材 C-l〜C-3は、 C或いは C rが不足するとして本発明の成分限定範囲から逸脱するとともに、炭化物量が不足して本発明の限定範囲から逸脱した例であり、炭化物の偏析は認められないが耐摩耗性が著しく劣化している。また比較材 C-1は、？^0ノ(： 1"も小さく、本発明の限定範囲から逸脱している。

'比較材 C-4は、 Mo/C rが小さく、本発明の限定範囲から逸脱した例である。炭化物の偏析は認められないが耐摩耗性が著しく劣化している。

•比較材 C-5〜C-8は、 C或いは C rが過多となって本発明の成分限定範囲から逸脱した例であり、炭化物が偏析している。特に C-6は、 Moが不足して本発明の成分限定範囲及び Mo ZC rの限定範囲も逸脱しており、耐摩耗性の劣化も著しい。

-比較材 C-9は、 C+ 0.2C Γの値が 6.2を超えたために炭化物が偏祈し、また \【0及び 10/じ rの不足により、耐摩耗性も著しく劣化している。

'比較材 D-l〜D-2は、 Wが添加されたため、本発明の成分限定範囲から逸脱した例であり、炭化物が偏析すると共に耐磨耗性も劣化している。

(実施例 2 )

2.8C -15C r系の組成で Mo量を変えることにより MoZC rを変化させた表 3に示す化学組成の溶湯にて、肉厚 30mmの Y型キールプロックを溶製し、 1050°Cから焼入れ、 550 °Cで焼戻し処理を行なった。試料の組織を観察することにより、炭化物の偏析原因となる針状炭化物の有無を判定した。摩耗試験は相手材（S45C) と試験片の 2円盤のすべり摩耗方式で、相手材を 900°Cに加熱し、試験片を水冷しながら 800rpraで回転させ、試験片と相手材のすべり率を 14.2%として荷重 100kgで 15分間圧延した。この試験を、相手材を替えて 12回行なった後の試験片の摩耗量を測定した。各試料の摩耗量と針状炭化物の有無を表 4に示す。本発明材（No.3〜5 ) は極めて優れた耐摩耗性を有し、また、針状炭化物も認められない。一方、 —MoZC Γ力 0.27未満の比較材（No.1 ,2) では耐摩耗性が著しく劣化し、 Mo量が過多である比較材（No.6 ) では、針状炭化物が出現するとともに耐摩耗性が劣化することが判明した。

(実施^ 3 )

表 5の本発明ロールと比較ロール 1に示す組成の外層材、中間層材及び内層材を溶解し、胴径 670mm、胴長 1450mm、の複合ロールを以下の手順で製造した。遠心力 140Gで回転する鍩型内に外層材を厚さ 75mmになるように铸造した ₃ 外 S が凝固した直後に、該外層の内面に肉厚 40mmに相当する量の中間層材を铸造することにより、外層の内面を再溶解させ、中間層と一体溶着させた。中間 ί が凝固した後に铸型の回 ;を停止し、内層材を铸造することによって外層一中問層一内層を一体溶着させた。外層の表面温度が 6(TC以下になるまで冷却した後、铸型を解体した。

•比較ロール

比較ロール 1は、 Cと C rが過多となって本発明の成分限定範囲から逸脱し、外層の炭化物面積率（M Cと M7 C 3の合計）が 32.4 %と本発明の限定範囲を逸脱したロールである。比較ロール 1は铸型を解体した後、放置中に内層から割損した。尚、比較ロール 2と 3は、それぞれ Niグレン鐯鉄ロールと従来の組成のハイスロールであり、 ^ずれも遠心銬造法で製造された市販ロールである。

-本発明ロール .

本発明ロールは、鐯型を解体した後、 1050°Cから焼入れし、引き続いて 500°C にて焼戻しする熱処理を行なった。熱処理後超音波探傷等の検査も行なったが、中間層及びその近傍へのザク菓等の欠陥もなく、内部性状も鲑全であった。上記本発明ロールと比較ロールを実際の熱間圧延仕上げミルで使用した結果を図 4に示す。図 4の横軸は、耐磨耗度でロール径 lmmの消耗量（磨耗量 +研削量）当たりの鋼板の圧延量を示す。本発明のロールは、比較ロール 2と 3の使用成績を大幅に上回る優れた耐摩耗性を示した。また、ロール表面の肌荒れも発生せず、極めて良好な結果が得られた。

(実施例 4 )

本発明 ί列として、表 6に示す化学組成の中間層材及び内を溶解し（外層 f才の分祈値は¾品の化学 ' 折結果を記載）、胴½ 67()1^11、胴長 l⁴50mm、の複合ロールを以下の手順で製造した。

(1)遠心力 140 Gで回転する踌型内に外層として肉厚 75mmに相当する溶湯を铸込んだ。

(2)外層材の铸込み完了から 11〜15分後に、該外層の内面に肉厚 40mmに相当する量の中間層材を铸造して外層の内面を再溶解させ、中間層と一体溶着させた。

(3)外層の铸込み完了から 40〜46分後に铸型の回転を停止し、内層材を鍩造することによって外層一中間層一内層を一体溶着させた。

(4)外層の表面温度が 60°C以下になるまで冷却した後、鍩型を解体した。

(5)熱処理として 1000°Cから焼入れ、 500 °Cで焼き戻しを行った。

各ロールとも、割損を起こすことなく熱処理を完了した。また、胴部を超音波探傷法で検査したが、中間層及びその近傍へのザク巣などの欠陥も無く、内部性状も蹉全であった。次に各ロールの胴端部を切り出し、外層、中間層の肉厚中央部、及び内層（中間層〜内層境界から 30mm内側の位置）の化学組成を調べ、引張強さを測定した。表 7に、それらの化学組成と引張強さを示す。本発明のロールの中間層と内層の化学成分は、前述した好適成分範囲に入つ.ており、各層の引張強さも複合口一ルとして十分な 500 Mpa以上を満足している。

表 6、 7の組成からなる本発明ロール A, B, Cにあっては、外層を形成する合金成分を適正化し、炭化物組成を限定することにより、耐摩耗性に著しく優れ、然も、経済的に優れた、遠心鍩造法で製造しても炭化物の偏圻がない外層にするとともに、内層に铸鉄系材料で最も強靭なダクタイル銬鉄を使用し、外層と内層との間に中間層を設けて、それらを完全に冶金学的に結合させて一体とした遠心錶造製高性能ロールを得ることができる。

TABLE 1

TABLE 2

t

TABLE 3

TABLE 4

No 摩耗量， mg 針状炭化物分類

1 347 無し比較材

2 304 無し比較材

3 195 無し本発明材

4 186 無し本発明材

5 167 無し本発明材

6 287 有り比較材 i ^

a

TABLE 5

( w L % )

C+0.2 ロール ί 込み材 C V Nb Cr Mo Ni Si Mn Mg Co W Mo/Cr

Cr 外層材 2.68 5.18 1.42 13.7 6.58 0.12 0.38 0.33 0.48 5.42 本删

' ι'ι 層材 1.40 1.H0 0.41

t ロール

内^材 3.41 1.18 2.34 0.45 0.07

外層材 2.98 5.20 1.53 1 2 7.64 0.10 0.35 0.34 0.42 6.62 屮問層材 3.42 1.80 0.41

1人請 3.42 1.20 2.41 0.46 0.07

比蛟 n

0.8 0.2H 3.81 ール 2 外^材 3.45 1.S 0.5 4.5 0.8

比蛟口

ール 3 外層材 2.9 5.0 1.0 7.U 3.0 0.3 0.3 4.0 ().43 4.3

TABLE 6

(wt% )

n ¾¾；人 A r Ν f _r tuu w n u

外層材 2.43 0.52 0.48 1.21 12.6 6.52 4.80 1.23 4.62 0.52 4.95 中間層材 1.8 1.5 0.4 0.6 0.5

内層材 3.0 2.6 0.5 1.1 0.068

外腿 2.67 0.32 0.31 17.1 6.02 5.18 0.82 0.35 6.09 発明 B 屮間¾材 1.3 1.0 0.4 4.5 1.4

內屑材 3. ϋ 2.4 0.5 0.6 4.0 0.071

外湣材 2.76 0.29 0.27 15.9 5.51 5.97 1.34 0.48 0.35 5.93 翻 c 中閥材 1.0 1.1 0.4

内層材 3.4 2.0 0.4 0.064

TABLE 7

L %)

1 1人へ 1 \&留i MJt への屮引張ロール位置 c Si Mn Ni Cr, Mo V Nb W Co Mg 層混強さ人比 ( pa) (%) 外層 2.43 0.52 0.48 1.21 12.6 6.52 4.80 1.23 4.62

删

ロール 'Ι'β 1.94 1.31 0.42 0.72 2.K0 1.45 1.44 0.30 1.01 22 71S

A

内層 2.93 2.51 0.49 1.06 0.22 0.11 0.10 0.03 0.08 0.047 8 54H \ 外層 2.67 0.32 0.31 17.1 6.02 5.18 0.82

ロール 'Ι'Ιί'Ί層 1.74 0.77 0.36 3.2 5.83 2.08 1.7リ 0.27 0.K8 34 638

B

内層 3.40 2.U7 0.48 0.41 0.63 0.33 0.70 0.03 3.66 0.051 11 569 外層 2.75 ().2リ 0.27 15.9 5.51 5.97 1.34 0.48

ロール屮問層 1.52 1.63 0.37 4.67 1.61 1.76 0.41 0.14 29 692 c

内層 3.14 1.95 0.39 0.72 0.25 0.27 0.07 0.03 0.044 15 513

：ゝ mm卜の利用可能'

本発明により、近年の著しく過酷な圧延条件下でも、極めて優れた耐摩耗性を発揮するとともに、圧延鋼板の表面品質を更に向上する高性能ロールが、経済性に優れた遠心铸造法で製造できるようになり、圧延鋼板の生産性向上と製造コス卜の低減が可能となる。尚、本発明は、円筒形状のスリーブロールへの適用も可能である。

また、本発明によれば、外層を形成する合金成分を適正化し、炭化物組成を限定することにより、耐摩耗性に著しく優れ、然も、経済的に優れた遠心銬造法で製造しても炭化物の偏祈がない外層にするとともに、内層に錶鉄系材料で最も強靭なダクタイル銬鉄を使用し、外層と内層との間に中間層を設けて、それらを完全に冶金学的に結合させて、一体とした高性能遠心銬造製ロールとすることがでさる。

Claims

請求の範囲

1. 重量比で、 C ； 2.4- 2.9%, S 1 ； 1%以下、 Mn ： 1%以下、 C Γ ； 12〜 18%、 Mo ； 3〜9%、 V ； 3〜8%、 b ； 0.5〜4%を含有し、

且つ、下記 (1)、（2)式を同時に満足し、

0.27≤ Mo (%) /C r (%) ≤0.7 … ）

C (%) 十 0.2 · C Γ (%) ≤ 6.2 ·'·(2)

残部 F e及び不可避的不純物よりなる外層を有することを特徴とする熱間圧延用ロール。 ·

2.重量比で、 C ： 2.4〜2.9%、 S i ； 1%以下、 Mn ； 1%以下、 C Γ ； 12〜 18%、 Mo ； 3〜9%、 V ； 3〜8%、 b ； 0.5〜4%を含有し、

且つ、下記 (1)、（2)式を同時に満足し、

0.27≤ Mo (%) /C r ( ) ≤0.7 …ひ）

C (%) + 0.2 ' C r (%) ≤ 6.2 ---(2)

さらに， Ν 1.5%以下、 Co ； 6%以下、 B ； 0.1%以下の 1種あるいは 2種以上を含有し、残部 F e及び不可避的不純物よりなる外層を有することを特徵とする熱間圧延用ロール。

3.請求項 1および 2において、 MC型炭化物と M7 C3型炭化物を面積率の合計で 13〜30%含有する外層を持つことを特徵とする熱間圧延用ロール。

4. 請求項 3において、該外層に含有する M7 C3型炭化物の面積率が 6%以上であることを特徴とする熱間圧延用ロール。

5. 請求項 1および 2において、該外層と溶着一体化した該内層が球状黒鉛铸鉄又は黒鉛鋼からなり、該内層が、重量比で、 C ; 2.5〜4.0 %、 S i : 1.5〜3.5 %、 M n ； 1.5 %以下、 C r ； 3%以下、 Mo ； 3%以下、 V ； 3%以下、 b ； 2%以下を含有し、残部 F e及び不可避的不純物よりなることを特徴とする熱間圧延用ロール。

6- 請求項 1および 2において、該外層と該内層の間に中間層を有し、該中間層を介して外層と内層が溶着一体化し、該中間層が、重量比で、 C ; 0.8〜3.0 %、 S i ； 0.3〜3.0 %、 n ； 1.5 %以下、 C r ； 10%以下、 Mo ； 4%以下、 V ； 5 %以下、 N b ； 3%以下を含有し、残部 F e及び不可避的不純物よりなることを特徴とする請求項 1および 2に記載の熱間圧延用ロール。

7. 請求項 6において、内層材への中間層混入比を 5〜20%の範囲に規制することを特徴とする熱間圧延用ロール。

8. 請求項 6において、中間層材への外層混入比を 5〜50%の範囲に規制することを特徴とする熱間圧延用ロール。

9. 請求項 5または 6において該内層または該中間層あるいはその両方に Ni； 5%以下、 Co : 6%以下の 1種以上を含有させることを特徴とする熱間圧延用ロール。

10. 請求項 1または 2において、該外層を遠心铸造にて製造することを特徴とする熱間圧延用ロール。