(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量基準でC：2.7〜3.5％、Si：1.5〜2.5％、Mn：0.4〜1.0％、Ni：3.7〜5.1％、Cr：0.8〜2.2％、Mo：1.5〜4.5％、V：2.0〜4.5％、及びNb：0.5〜2.0％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、Nb/Vの質量比が0.18〜0.65で、Mo/Vの質量比が0.7〜2.5である化学組成と、面積基準で15〜45％のセメンタイト相及び1〜10％の黒鉛相を有する組織とを有する鋳鉄からなる外層と、機械的強度に優れた鋳鉄からなる内層とが金属接合してなる遠心鋳造製複合圧延ロールであって、表面から深さ10 mm以上の前記外層の可使領域内にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの直径1.5 mm以上の斑点状偏析が実質的に存在しないことを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
【請求項２】
請求項1に記載の遠心鋳造製複合圧延ロールにおいて、前記外層の組織が、円相当径5μm以上の黒鉛粒子を0.9〜9.5％の面積率で、円相当径1.5〜50μmのVを主体とした炭化物粒子を1〜20％の面積率で、円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子と円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子を合計で0.3〜15％の面積率でそれぞれ含有し、かつ前記Vを主体とした炭化物粒子の個数が50〜10,000個／mm2であり、前記Nbを主体とした炭化物粒子と前記Moを主体とした炭化物粒子の合計個数が50〜10,000個／mm2であることを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
【請求項３】
請求項1又は2に記載の遠心鋳造製複合圧延ロールにおいて、前記外層がさらに、質量基準でW：0.1〜5.0％、Ti：0.01〜5.0％、Al：0.01〜2.0％、Zr：0.01〜0.5％、B：0.001〜0.5％、及びCo：0.1〜10.0％からなる群から選ばれた少なくとも一種を含有することを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
【請求項４】
請求項1〜3のいずれかに記載の遠心鋳造製複合圧延ロールにおいて、前記外層の化学組成が質量基準で1.7％≦C−(0.06 Cr＋0.063 Mo＋0.033 W＋0.2 V＋0.13 Nb)≦2.7％、及び1.8％≦C＋Si/3＋Ni/18−[(Mo＋W＋Nb)／15＋(Cr＋V)/3]≦2.8％の条件を満たし、かつMo/Crの質量比が0.8〜5.0であることを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
【請求項５】
請求項1〜4のいずれかに記載の遠心鋳造製複合圧延ロールにおいて、前記外層が、C：2.8〜3.5％、Si：1.5〜2.3％、Mn：0.5〜1.0％、Ni：3.9〜5.0％、Cr：0.9〜1.9％、Mo：1.7〜4.2％、V：2.0〜4.0％、及びNb：0.5〜1.3％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、Nb/Vの質量比が0.2〜0.6で、Mo/Vの質量比が0.7〜2.0である化学組成を有することを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
【請求項６】
請求項1〜5のいずれかに記載の遠心鋳造製複合圧延ロールにおいて、V＋1.2 Nbが2.7〜4.5質量％であることを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
【請求項７】
請求項1〜6のいずれかに記載の遠心鋳造製複合圧延ロールにおいて、前記内層がダクタイル鋳鉄からなることを特徴とする遠心鋳造製複合圧延ロール。
【請求項８】
請求項1〜7のいずれかに記載の遠心鋳造製複合圧延ロールを製造する方法において、遠心鋳造用金型内に、質量基準でC：2.7〜3.5％、Si：1.5〜2.5％、Mn：0.4〜1.0％、Ni：3.7〜5.1％、Cr：0.8〜2.2％、Mo：1.5〜4.5％、V：2.0〜4.5％、及びNb：0.5〜2.0％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、Nb/Vの質量比が0.18〜0.65で、Mo/Vの質量比が0.7〜2.5である化学組成を有する外層用溶湯を、オーステナイト析出開始温度＋(30〜180)℃の範囲内温度で鋳込み、重力倍数で60〜150 Gの範囲内の遠心力で前記外層を鋳造することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項8に記載の遠心鋳造製複合圧延ロールの製造方法において、前記遠心鋳造用金型が厚さ120〜450 mmのダクタイル鋳鉄からなることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項8又は9に記載の遠心鋳造製複合圧延ロールの製造方法において、前記遠心鋳造用金型の内面にシリカ、アルミナ、マグネシア又はジルコンを主体とする塗型を厚さ0.5〜5 mmに塗布し、前記外層の遠心鋳造を行うことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心鋳造法により形成した外層と強靭な内層とが溶着一体化した複合圧延ロール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホットストリップミル用の圧延ロールは、圧延材との接触による熱的、機械的負荷によってロール外層の表層部に生じた摩耗及び肌荒れが圧延材の寸法形状や表面品質を劣化させるため、定期的に交換しなければならない。使用後のロールは圧延による摩耗や肌荒れ部を除去するため研磨し、次回の圧延に供される。このようなロール交換のサイクルが短いと、圧延を頻繁に中断しなければならないため、圧延の生産性が阻害される。そのため、耐摩耗性及び耐肌荒れ性の良好なロールが求められる。【０００３】
またホットストリップミルでは、圧延材がスタンド間を移動するときに重なって上下ロール間に噛みこむいわゆる絞り込み事故が発生することがある。特に後段スタンドになるほど、例えば7スタンドの仕上圧延機では主に第5スタンド以降で、圧延速度が速いため、このような事故が多く見られる。【０００４】
このような圧延事故では圧延材がロール外層の表面に焼付くため、過大な熱的、機械的負荷が作用し、ロール外層表面にクラックが発生することがある。クラックを放置したままロールを使用し続けるとクラックが進展し、ロール折損やスポーリングと呼ばれるロール破損を起こすことがある。従って、絞り込み（噛み止め）事故が発生した場合、ロール表面を切削してクラックを除去する。クラックが深いと、深く切削する分ロールの損失も大きくなり、ロールコストが増大する。従って、圧延事故が起きてもクラックによるダメージが少ない耐事故性の良好なロールが望まれる。【０００５】
このため、仕上げ後段スタンドでは、黒鉛を含有するために耐事故性（耐焼付き性）に優れたグレンロールが使用されている。しかし、従来のグレンロールでは耐摩耗性が劣り、ロール寿命が短いため、ロールの交換及び研磨を頻繁に行わねばならず、生産性に劣るという問題があった。一方、高速度工具鋼に類似した組成の外層を有するハイスロールは高い耐摩耗性を有するが、黒鉛を含まないために絞り込み事故が発生すると焼付きや粗大な熱衝撃クラックが発生する。そのため、ハイスロールは仕上げ後段スタンドで使用できない。このため、熱間仕上げ圧延の後段スタンドに使用されているグレンロールに対して、耐摩耗性の向上が求められている。【０００６】
このような要求に対し、特開2005-105296号は、質量基準で、C：2.5〜3.5％、Si：1.0〜2.5％、Mn：0.3〜1％、Ni：3〜5％、Cr：1.5〜2.5％、Mo：1.0〜4％、V：1.4〜3.0％、Nb：0.1〜0.5％、B：0.0005〜0.2％を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成と、少なくとも基地の一部に、最大長さ0.1〜5μmの微細炭化物を50000〜1000000個／mm2含む組織とを有する耐摩耗性及び耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロール外層を開示している。このロール外層は、1320℃の鋳込み温度及び重力倍数で160 Gの遠心力下での遠心鋳造法により鋳造される。【０００７】
しかし、特開2005-105296号に記載されているような硬質炭化物形成元素であるVを増加させたグレン系外層材を遠心鋳造した場合、外層表面から約10 mm以上深い領域に、直径1.5 mm以上と粗大に成長したベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生することが分った。炭化物量が少ないデンドライトの斑点状偏析は周囲の組織より優先的に摩耗し、かつ摩耗部分は圧延材に斑点状に転写されるので、圧延製品の品質を劣化させる。このような斑点状偏析は遠心鋳造における凝固偏析による。つまり、遠心力の作用下において凝固する際、デンドライトを構成する炭素含有量の低いオーステナイト相の晶出相は液相より比重が大きいため、遠心力により外周側に移動する。デンドライトの粗大な斑点状偏析は、オーステナイト相の外周側への移動により炭素濃度が上昇した溶湯中に晶出したオーステナイト相が、固相率の上昇により粘性が増加した炭素濃化溶湯中を移動できず、粗大に成長し、ベイナイト及び／又はマルテンサイトに変態したものと考えらえる。このため、特開2005-105296号に記載のグレン系外層を有する複合ロールを仕上げ後段スタンドに使用することはできない。【０００８】
特開平6-335712号は、化学成分が重量比でC：2.0〜4.0％、Si：0.5〜4.0％、Mn：0.1〜1.5％、Ni：2.0〜6.0％、Cr：1.0〜7.0％、V：2.0〜8.0％、残部はFe及び不純物元素からなり、基地組織と、0.5〜5面積％の黒鉛と、0.2〜10面積％のMC系炭化物と、10〜40面積％のセメンタイトとからなる金属組織を有する耐摩耗耐焼付性熱間圧延用ロールを開示している。更に、前記組成に加えて重量比でさらに、Mo：0.3〜4.0％、Co：1.0〜10％、Nb：1.0〜10％、Ti：0.01〜2.0％、B：0.002〜0.2％、Cu：0.02〜1.0％の1種以上を含むことができることを開示している。しかし、このロールでも、内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生している。これは、特開2005-105296号と同様に、遠心鋳造時の遠心力により晶出オーステナイト相の偏析が発生したためであると考えられる。【０００９】
特開2004-323961号は、熱間圧延用複合ロールの外層材であって、質量％で、C：2.6〜3.5質量％、Si：1.5〜2.5質量％、Mn：0.2〜1.5質量％、Cr：1.0〜2.5質量％、Mo：1.0〜3.0％、Ni：2.0〜7.0質量％、V：1.3〜2.5質量％、Nb：0.1〜0.8質量％、B：0.020〜0.2質量％を含み、かつTi：0.05質量％以下及びAl：0.1質量％以下の一種又は二種を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成と、円相当直径20μm以上の黒鉛が10個／mm2以上で、円相当直径20μm以上の黒鉛粒の球状化率が15〜75％である組織とを有する外層材を開示している。しかし、この文献は炭化物の偏析については検討しているものの、外層内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生するのを防止するためのV、Nb及びMoの組成条件及び製造条件を具体的に開示していない。【００１０】
特開2004-162104号は、質量％でC：2.6〜3.5％、Si：1.0〜2.5％、Mn：0.2〜1.5％、Cr：0.8〜2.7％、Mo：1.0〜3.0％、Ni：2.0〜7.0％、V：1.3〜2.5％、Nb：0.1〜0.8％、B：0.020〜0.2％を含み、かつC、Cr、Nb及びVの含有量が下記式(1)〜(3)：
2.0≦C−(0.24×V＋0.13×Nb)≦3.0・・・(1)
Cr/C＜1.0・・・(2) 
3.0≦Cr＋V≦4.5・・・(3)
［ただし、C、V、Nb及びCrは各元素の含有量（質量％）を表す。］を満足し、さらにTi：0.05％未満及びAl：0.1％以下の一種又は二種を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有する熱間圧延用複合ロールの外層材を開示している。しかし、この文献は炭化物の偏析については検討しているものの、外層内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生するのを防止するためのV、Nb及びMoの組成条件及び製造条件を具体的に開示していない。【００１１】
特開2003-342669号は、質量％でC：2.4〜3.2％、Si：0.9〜2.5％、Mn：0.2〜1.5％、Cr：0.8〜2.5％、Mo：1.2〜4.0％、Ni：2.0〜7.0％、V：1.5〜2.7％、Nb：0.1〜0.8％、B：0.020〜0.2％、REM：0.0006〜0.040％、を含み、かつC、Cr、Nb、V含有量が下記式(1)〜(3)：
1.8≦C−(0.236×V＋0.129×Nb)≦2.6・・・(1) 
Cr/C＜1.0・・・(2) 
3.0≦Cr＋V≦4.6・・・(3) 
［ただし、C、V、Nb及びCrは各元素の含有量（質量％）を表す。］を満足し、さらにTi：0.05％未満及びAl：0.1％以下の一種又は二種を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成と、黒鉛を含む組織とを有する耐摩耗性、耐焼付き性及び耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロール外層材を開示している。しかし、この文献は炭化物の偏析については検討しているものの、外層内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生するのを防止するためのV、Nb及びMoの組成条件及び製造条件を具体的に開示していない。【００１２】
特開2004-68142号は、質量％で、C：2.9〜3.8％、Si：0.8〜2.0％、Mn：0.2〜1.5％、Cr：1.5〜3.5％、Mo：0.8〜3.5％、Ni：3.0〜7.0％、V：1.0〜3.5％、Nb：0.1〜0.8％、B：0.020〜0.2％、及びREM：0.002〜0.030％を含み、かつ下記式(1) 及び(2)：
2.5≦C−(0.236×V＋0.129×Nb)≦3.2・・・(1)
0.5≦Cr/C＜1.0・・・(2)
［ただし、C，V，Nb及びCrは各元素の含有量（質量％）を表す。］を満足し、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有する耐焼付き性及び耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール外層材を開示している。しかし、この文献は炭化物の偏析については検討しているものの、外層内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生するのを防止するためのV、Nb及びMoの組成条件及び製造条件を具体的に開示していない。【００１３】
特開平8-209299号は、重量％でC：2.0〜4.0％、Si：1.0〜5.0％、Mn：0.1〜2.0％、Cr：0.1〜6.0％、Mo：0.1〜6.0％、V：0.1〜6.0％、及びNi：1.0〜8.0％を含有し、残部がFe及び不可避不純物である高耐焼付性熱間圧延用ロール材を開示している。このロール材は、さらに0.1〜6.0％のW、0.1〜4.0％のNb及び0.1〜10.0％のCoの少なくとも一種を含有しても良い。しかし、この文献は、炭化物の偏析、及び外層内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生するのを防止するためのV、Nb及びMoの組成条件及び製造条件について何も開示していない。【００１４】
EP 1190108 Bは、(1) 2.0〜3.5重量％のC、1.0〜2.0重量％のSi、0.5〜2.0重量％のMn、1.0〜3.0重量％のCr、3.5〜4.9重量％のNi、及び0.20〜2.9重量％のMoを含有し、残部がFe及び不純物である溶湯を調製し、(2) 0.5重量％超で5.9重量％以下のV（一部Nb等で置換されていても良い）を溶湯に溶解し、(3) 凝固により1.0〜3.0体積％のグラファイト、8〜35体積％の共晶炭化物及び少なくとも1体積％のV炭化物を含有し、残部が実質的にマルテンサイトからなる微細組織が得られるように、溶湯組成を調整し、(4) 溶湯を遠心鋳造用金型に注湯し、(5) 熱処理することにより複合ロールを製造する方法を開示している。しかし、この文献は、外層内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生するのを防止するためのV、Nb及びMoの組成条件及び製造条件を具体的に開示していない。【００１５】
特開2004-82209号は、外殻層が質量比でC：3.0〜4.0％、Si：0.8〜2.5％、Mn：0.2〜1.2％、Ni：3.0〜5.0％、Cr：0.5〜2.5％、Mo：0.1〜3.0％、及びV：1.0〜5.0％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有し、内層がC：2.5〜4.0％を含有する普通鋳鉄又は球状黒鉛鋳鉄からなり、外殻層の厚さTと内層の半径Rが0.03≦T/R≦0.5の式により表される関係を満足する遠心鋳造製熱間圧延用複合ロールを開示している。しかし、この文献は、炭化物の偏析、及び外層内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生するのを防止するためのV、Nb及びMoの組成条件及び製造条件について何も開示していない。【００１６】
特開平8-302444号は、C：2.5〜4.7％、Si：0.8〜3.2％、Mn：0.1〜2.0％、Cr：0.4〜1.9％、Mo：0.6〜5％、V：3.0〜10.0％、及びNb：0.6〜7.0％を含有し、かつ下記式(1)〜(4) を満足し、
2.0＋0.15V＋0.10 Nb≦C（％）・・・(1)
1.1≦Mo/Cr・・・(2)
Nb/V≦0.8・・・(3)
0.2≦Nb/V・・・(4)
残部がFe及び不可避的不純物からなり、鋳込み温度を1400℃以上とした粒状MC型炭化物及び黒鉛を有する遠心鋳造ロールの外層材を開示している。しかし、この文献は炭化物の偏析については検討しているものの、外層内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が発生するのを防止するためのV、Nb及びMoの組成条件及び製造条件を具体的に開示していない。【００１７】
直径1.5 mm以上の斑点状偏析が存在しないグレン鋳鉄からなる外層を有する遠心鋳造製圧延用ロールとして、特開2001-321807号は、C：2.8〜3.5重量％、Si：1.5重量％以下、Mn：1.5重量％以下、Ni：3〜5重量％、Cr：1〜3重量％、及びMo：1.0重量％未満を含有し、残部が実質的にFeからなるグレン鋳鉄製の外層を有し、圧延使用深さ20〜30 mmの領域で直径1.0 mm以上の斑点状偏析の90％以上が直径2.0 mm未満である圧延用ロールを開示している。外層は、V：2.0重量％以下、Nb：2.0重量％以下、Ti：1.0重量％以下、Zr：1.0重量％以下及びTa：1.0重量％以下からなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を合計で2.0重量％以下含有し、M1C1型炭化物を有する。しかし、V及びNbは合計で2.0重量％以下であるので、外層内部でのベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析の発生を十分に防止できない。【００１８】
このように、グレンロールの耐摩耗性を改善することにより、耐摩耗性と耐事故性を両立させ、さらにベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析の出現を抑えた複合構造の遠心鋳造製複合圧延ロールの実現は困難であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従って本発明の目的は、耐摩耗性及び耐事故性（耐焼付き性）に優れ、かつ内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が実質的にない遠心鋳造製外層を有する複合圧延ロール、及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、(a) 炭化物形成元素を多く含むグレン系鋳鉄の遠心鋳造過程では、遠心力により重いオーステナイト相（γ相）が外周側に移動するので、内部に残留する炭素濃化溶湯（低融点の共晶溶湯）中に初晶として析出したオーステナイト相（γ相）が、温度低下により粘性が増加した溶湯中に滞留し、デンドライト状に粗大成長すること、及び(b) 凝固初期段階でγ相が外周側に移動して濃化するのを抑制するには、炭化物形成元素であるV、Nb及びMoの量を規制するだけでなく、Nb/Vの質量比及びMo/Vの質量比を規制し、かつ遠心鋳造の鋳込み温度及び遠心力を制御する必要があることを発見し、本発明に想到した。【００２１】
本発明の遠心鋳造製複合圧延ロールは、質量基準でC：2.7〜3.5％、Si：1.5〜2.5％、Mn：0.4〜1.0％、Ni：3.7〜5.1％、Cr：0.8〜2.2％、Mo：1.5〜4.5％、V：2.0〜4.5％、及びNb：0.5〜2.0％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、Nb/Vの質量比が0.18〜0.65で、Mo/Vの質量比が0.7〜2.5である化学組成と、面積基準で15〜45％のセメンタイト相及び1〜10％の黒鉛相を有する組織とを有する鋳鉄からなる外層と、機械的強度に優れた鋳鉄からなる内層とが金属接合してなり、表面から深さ10 mm以上の前記外層の可使領域内にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの直径1.5 mm以上の斑点状偏析が実質的に存在しないことを特徴とする。ここで、用語「外層の可使領域」とは、外層のうち圧延に使用できる深さ方向の領域であって、圧延使用層とも呼ばれるものである。【００２２】
前記外層の組織は、円相当径5μm以上の黒鉛粒子を0.9〜9.5％の面積率で、円相当径1.5〜50μmのVを主体とした炭化物粒子を1〜20％の面積率で、円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子と円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子を合計で0.3〜15％の面積率でそれぞれ含有し、かつ前記Vを主体とした炭化物粒子の個数は50〜10,000個／mm2であり、前記Nbを主体とした炭化物粒子と前記Moを主体とした炭化物粒子の合計個数は50〜10,000個／mm2であるのが好ましい。【００２３】
前記外層はさらに、質量基準でW：0.1〜5.0％、Ti：0.01〜5.0％、Al：0.01〜2.0％、Zr：0.01〜0.5％、B：0.001〜0.5％、及びCo：0.1〜10.0％からなる群から選ばれた少なくとも一種を含有しても良い。【００２４】
前記外層の化学組成は質量基準で1.7％≦C−(0.06 Cr＋0.063 Mo＋0.033 W＋0.2 V＋0.13 Nb)≦2.7％、及び1.8％≦C＋Si/3＋Ni/18−[(Mo＋W＋Nb)／15＋(Cr＋V)/3]≦2.8％の条件を満たし、かつMo/Crの質量比が0.8〜5.0であるのが好ましい。【００２５】
前記外層は、C：2.8〜3.5％、Si：1.5〜2.3％、Mn：0.5〜1.0％、Ni：3.9〜5.0％、Cr：0.9〜1.9％、Mo：1.7〜4.2％、V：2.0〜4.0％、及びNb：0.5〜1.3％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、Nb/Vの質量比が0.2〜0.6で、Mo/Vの質量比が0.7〜2.0である化学組成を有するのが好ましい。【００２６】
前記外層は、V＋1.2 Nbが2.7〜4.5質量％である要件を満たすのが好ましい。【００２７】
前記内層はダクタイル鋳鉄からなるのが好ましい。【００２８】
上記遠心鋳造製複合圧延ロールを製造する本発明の方法は、遠心鋳造用金型内に、質量基準でC：2.7〜3.5％、Si：1.5〜2.5％、Mn：0.4〜1.0％、Ni：3.7〜5.1％、Cr：0.8〜2.2％、Mo：1.5〜4.5％、V：2.0〜4.5％、及びNb：0.5〜2.0％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、Nb/Vの質量比が0.18〜0.65で、Mo/Vの質量比が0.7〜2.5である化学組成を有する外層用溶湯を、オーステナイト析出開始温度＋(30〜180)℃の範囲内温度で鋳込み、重力倍数で60〜150 Gの範囲内の遠心力で前記外層を鋳造することを特徴とする。【００２９】
前記遠心鋳造用金型は厚さ120〜450 mmのダクタイル鋳鉄からなるのが好ましい。【００３０】
前記遠心鋳造用金型の内面にシリカ、アルミナ、マグネシア又はジルコンを主体とする塗型を厚さ0.5〜5 mmに塗布し、前記外層の遠心鋳造を行うのが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の遠心鋳造製複合圧延ロールは、優れた耐摩耗性及び耐事故性（絞り込み等の圧延事故に遭遇しても深いクラックが入りにくい性質）を有し、かつ内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が少ない（均質な組織を有する）外層を有するので、優れた耐久性を有するとともに肌荒れが少なく、特にきれいな圧延面が要求されるホットストリップミルの仕上列後段スタンドのワークロールに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】圧延摩耗試験機を示す概略図である。
【図２】摩擦熱衝撃試験機を示す概略図である。
【図３】工程2で撮影した実施例1の試験片の組織を示す光学顕微鏡写真Aである。
【図４】工程3で撮影した実施例1の試験片の組織を示すBSE像の写真Bである。
【図５】工程5で撮影した実施例1の試験片の組織を示す光学顕微鏡写真Cである。
【図６】工程7で撮影した実施例1の試験片の組織を示す光学顕微鏡写真Dである。
【図７】工程9で撮影した実施例1の試験片の組織を示す光学顕微鏡写真Eである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施形態を以下詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変更をしても良い。
【００３４】
[1] 遠心鋳造製複合圧延ロール
(A) 外層の組成
遠心鋳造法により形成した外層と、強靭な内層とが溶着一体化してなる本発明の遠心鋳造製複合圧延ロールの外層は、以下の化学組成（質量％）を有する。
【００３５】
(1) 必須組成
(a) C：2.7〜3.5質量％
CはV、Nb、Cr、Mo及びWと結合して硬質の炭化物を生成し、外層の耐摩耗性の向上に寄与するとともに、Si及びNiの黒鉛化促進元素により組織中に黒鉛を析出させ、外層に耐焼付性を付与する。Cが2.7質量％未満では黒鉛の析出が不十分であるだけでなく、硬質の炭化物の析出量が少なすぎて外層に十分な耐摩耗性を付与することができない。
【００３６】
さらに、Cが2.7質量％未満では、オーステナイト晶出から共晶炭化物晶出までの温度差が大きいので、オーステナイトが遠心力により外周側に移動し、外層内部の溶湯では炭素が濃化しやすくなる。その結果、炭素濃化溶湯中でオーステナイトの粗大デンドライトの発生及び成長が起こりやすくなる。オーステナイトのデンドライトはベイナイト及び／又はマルテンサイトに変態し、粗大な斑点状偏析となる。本発明では、粗大な斑点状偏析として直径1.5 mm以上のものの有無により、組織の均一性を判定する。一方、Cが3.5質量％を超えると黒鉛が過剰となるとともに、その形状も紐状となり、強度などの機械的性質が劣化する。また炭化物の析出量が過多となって外層の靱性が低下し、耐クラック性に低下するため、圧延によるクラックが深くなり、ロール損失が増加する。Cの含有量の下限は好ましくは2.8質量％であり、より好ましくは2.9質量％であり、最も好ましくは3.0質量％である。またCの含有量の上限は好ましくは3.5質量％であり、より好ましくは3.4質量％であり、最も好ましくは3.35質量％である。
【００３７】
(b) Si：1.5〜2.5質量％
Siは溶湯の脱酸により酸化物の欠陥を減少するとともに、黒鉛化を助長する作用を有し、耐焼付き性に寄与する。Siが1.5質量％未満では溶湯の脱酸作用が不十分であり、黒鉛化の作用も少ない。一方、Siが2.5質量％を超えると合金基地が脆化し、外層の靱性は低下する。Siの含有量の下限は好ましくは1.5質量％であり、より好ましくは1.6質量％であり、最も好ましくは1.8質量％である。Siの含有量の上限は好ましくは2.3質量％であり、より好ましくは2.2質量％であり、最も好ましくは2.2質量％である。
【００３８】
(c) Mn：0.4〜1.0質量％
Mnは溶湯の脱酸作用の他に、不純物であるSをMnSとして固定する作用を有する。Mnが0.4質量％未満ではそれらの効果は不十分である。一方、Mnが1.0質量％を超えてもさらなる効果は得られない。Mnの含有量の下限は好ましくは0.5質量％であり、より好ましくは0.6質量％であり、最も好ましくは.0.75質量％である。Mnの含有量の上限は好ましくは1.0質量％であり、より好ましくは0.9質量％であり、最も好ましくは0.85質量％である。
【００３９】
(d) Ni：3.7〜5.1質量％
Niは黒鉛を析出させる作用があり、耐焼付き性に寄与する。Niが3.7質量％未満ではその効果は不十分である。一方、Niが5.1質量％を超えるとオーステナイトが安定化しすぎ、ベーナイト又はマルテンサイトに変態しにくくなる。Niの含有量の下限は好ましくは3.9質量％であり、より好ましくは4.0質量％であり、最も好ましくは4.2質量％である。Niの含有量の上限は好ましくは5.0質量％であり、より好ましくは4.8質量％であり、最も好ましくは4.4質量％である。
【００４０】
(e) Cr：0.8〜2.2質量％
Crは基地をベーナイト又はマルテンサイトにして硬さを保持し、耐摩耗性を維持するのに有効な元素である。Crが0.8質量％未満ではその効果は不十分である。一方、Crが2.2質量％を超えると、Cr炭化物（M7C3、M23C6）が形成されやすくなり、耐摩耗性に寄与するV主体の炭化物及びNb主体の炭化物の晶出量が減る。Crの含有量の下限は好ましくは0.9質量％であり、より好ましくは1.0質量％であり、最も好ましくは1.1質量％である。Crの含有量の上限は好ましくは2.0質量％であり、より好ましくは1.9質量％であり、最も好ましくは1.8質量％である。
【００４１】
(f) Mo：1.5〜4.5質量％
MoはCと結合して硬質のMo炭化物（M6C、M2C）を形成し、外層の硬さを増加させるとともに、合金基地の焼入れ性を向上させる。さらに、Moは合金溶湯の凝固過程で残留共晶溶湯の比重を増加させ、初晶γ相の遠心分離を防ぎ、ベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析の出現を抑える。MoはMC炭化物にも固溶し、V及びNbとともに強靭な硬質MC炭化物を生成して耐摩耗性を向上させる。Moが1.5質量％未満ではそれらの効果は不十分である。一方、Moが4.5質量％を超えると、外層の靭性が劣化し、また白銑化傾向が強くなるので黒鉛の析出を阻害する。Moの含有量の下限は好ましくは1.7質量％であり、より好ましくは1.8質量％であり、最も好ましくは2.0質量％である。Moの含有量の上限は好ましくは4.2質量％であり、より好ましくは4.1質量％であり、最も好ましくは3.9質量％である。
【００４２】
(g) V：2.0〜4.5質量％
VはCと結合して硬質のVを主体とする炭化物（MC炭化物）を生成する元素である。「Vを主体とする炭化物」は、VがCと結合した最多の元素である炭化物であり、V単独の炭化物に限定されず、V以外の元素を含有しても良い。このVを主体とする炭化物は2500〜3000のビッカース硬さHvを有し、炭化物の中で最も硬い。Vが2.0質量％未満では、MC炭化物の析出量は不十分である。一方、Vが4.5質量％を超えると、MC炭化物が粗大化して合金組織が粗くなり、圧延時に肌荒れしやすくなる。Vの含有量の下限は好ましくは2.1質量％であり、より好ましくは2.2質量％であり、最も好ましくは2.3質量％である。Vの含有量の上限は好ましくは4.0質量％であり、より好ましくは3.5質量％であり、最も好ましくは3.0質量％である。
【００４３】
(h) Nb：0.5〜2.0質量％
NbはCと結合してNbを主体とする炭化物（MC炭化物）を生成する。「Nbを主体とする炭化物」は、NbがCと結合した最多の元素である炭化物であり、Nb単独の炭化物に限定されず、Nb以外の元素を含有しても良い。NbはV及びMoとの複合添加により、MC炭化物に固溶してMC炭化物を強化し、外層の耐摩耗性を向上させる。さらに、Nbは合金溶湯の凝固過程で残留共晶溶湯の比重を増加させ、初晶γ相の遠心分離を防ぎ、オーステナイトから変態したデンドライト状のベイナイト及び／又はマルテンサイトが斑点状に偏析するのを抑える。Nbを主体とするMC炭化物はVを主体とするMC炭化物より溶湯との密度差が小さいため、遠心鋳造される外層中でのMC炭化物の偏析がNbにより低減する。Nbが0.5質量％未満ではこれらの効果は不十分である。一方、Nbが2.0質量％を超えると、白銑化傾向が強くなって黒鉛の析出を阻害するだけでなく、MC炭化物を粗大化するとともにその偏析を助長し、外層の耐肌荒れ性を低下させる。Nbの含有量の下限は好ましくは0.55質量％であり、より好ましくは0.6質量％であり、最も好ましくは0.65質量％であり、特に0.7質量％である。Nbの含有量の上限は好ましくは1.3質量％であり、より好ましくは0.9質量％であり、最も好ましくは0.8質量％である。
【００４４】
(i) Nb/V：0.18〜0.65、Mo/V：0.7〜2.5、及びV＋1.2 Nb：2.7〜4.5
V、Nb及びMoはいずれも耐摩耗性に必須な硬質MC炭化物を増加させる作用を有するので、これらの元素の合計添加量を所定のレベル以上にする必要がある。また、Vは溶湯の比重を低下させる元素であるのに対し、Nb及びMoは溶湯の比重を増加させる元素である。従って、Vに対してNb及びMoの含有量がバランスしていないと、溶湯の比重とオーステナイトの比重との差が大きくなり、遠心力によるオーステナイトの外層側への移動により炭素が顕著に濃化され、その結果オーステナイトのデンドライトが偏析しやすくなる。
【００４５】
そのため、Nb/Vの質量比を0.18〜0.65とし、Mo/Vの質量比を0.7〜2.5とし、かつV＋1.2 Nbを2.7〜4.5質量％とする必要がある。Nb/V、Mo/V及びV＋1.2 Nbがこれらの範囲内であると、Vを主体とする炭化物中に適量のNb及びMoが入って炭化物が重くなり、炭化物の分散が均一化されも、もってベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析の発生が防止される。Nb/Vの質量比の下限は好ましくは0.2であり、より好ましくは0.21であり、最も好ましくは0.24である。Nb/Vの質量比の上限は好ましくは0.6であり、より好ましくは0.4であり、最も好ましくは0.30である。Mo/Vの質量比の下限は好ましくは0.7であり、より好ましくは0.8であり、最も好ましくは0.9である。Mo/Vの質量比の上限は好ましくは2.0であり、より好ましくは1.5であり、最も好ましくは1.4である。V＋1.2 Nbの下限は好ましくは2.7質量％であり、より好ましくは2.8質量％であり、最も好ましくは2.9質量％である。V＋1.2 Nbの上限は好ましくは4.2質量％であり、より好ましくは4.0質量％であり、最も好ましくは3.9質量％である。
【００４６】
(2) 任意組成
本発明の遠心鋳造製複合圧延ロールの外層は、上記必須組成要件の他に、用途に応じて以下の組成要件を満たすのが好ましい。
【００４７】
(a) W：0.1〜5.0質量％
WはCと結合して硬質のM6C及びM2Cの炭化物を生成し、外層の耐摩耗性向上に寄与する。またMC炭化物にも固溶してその比重を増加させ、偏析を軽減させる作用を有する。Wの好ましい含有量は0.1〜5.0質量％である。Wが0.1質量％未満ではその効果は不十分である。一方、Wが5.0質量％を超えると、溶湯の比重を重くするため、炭化物偏析が発生しやすくなる。Wの含有量の上限はより好ましくは4.0質量％であり、最も好ましくは2.0質量％である。
【００４８】
(b) Ti：0.01〜5.0質量％
Tiは黒鉛化阻害元素であるN及びOと結合し、酸窒化物を形成する。酸窒化物は溶湯中に懸濁されて核となり、MC炭化物を微細化及び均質化する。Tiの好ましい含有量は0.01〜5.0質量％である。Tiが0.01質量％未満ではその効果は不十分である。一方、Tiが5.0質量％を超えると、溶湯の粘性が増加し、鋳造欠陥が発生しやすくなる。従って、Tiの含有量は0.01〜5.0質量％が好ましい。Tiの含有量の上限はより好ましくは2.0質量％であり、最も好ましくは1.0質量％である。
【００４９】
(c) Al：0.01〜2.0質量％
Alは黒鉛化阻害元素であるN及びOと結合し、酸窒化物を形成する。酸窒化物は溶湯中に懸濁されて核となり、MC炭化物を微細均一に析出させる。Alが0.01質量％未満ではその効果を期待できない。一方、Alが2.0質量％を超えると、外層は脆くなる。また溶湯中に含まれているN及びOの量から、2.0質量％超のAlは不要である。従って、Alの含有量は0.01〜2.0質量％が好ましい。Alの含有量の上限はより好ましくは0.5質量％であり、最も好ましくは0.1質量％である。
【００５０】
(d) Zr：0.01〜0.5質量％
ZrはCと結合してMC炭化物を生成し、外層の耐摩耗性を向上させる。また溶湯中で生成したZr酸化物は結晶核として作用するために、凝固組織が微細になる。またMC炭化物の比重を増加させ偏析を防止する。Zrが0.01質量％未満ではこの効果は十分でない。一方、Zrが0.5質量％を超えると介在物を生成し好ましくない。従って、Zrの含有量は0.01〜0.5質量％が好ましい。Zrの含有量の上限はより好ましくは0.3質量％であり、最も好ましくは0.1質量％である。
【００５１】
(e) B：0.001〜0.5質量％
Bは炭化物を微細化する作用を有し、また少量添加の場合黒鉛の析出に寄与する。Bが0.001質量％未満ではその効果が十分に発揮されない。一方、Bが0.5質量％を超えると炭化物が不安定になる。従って、Bの含有量は0.001〜0.5質量％が好ましい。Bの含有量の上限はより好ましくは0.1質量％であり、最も好ましくは0.05質量％である。
【００５２】
(f) Co：0.1〜10.0質量％
Coは基地組織の強化に有効な元素である。また、Coは黒鉛を析出し易くする。Coが0.1質量％未満ではその効果を期待できない。一方、Coが10.0質量％を超えると外層の靱性は低下する。従って、Coの含有量は0.1〜10.0質量％が好ましい。Coの含有量の上限はより好ましくは5.0質量％であり、最も好ましくは2.0質量％である。
【００５３】
(g) Mo/Cr：0.8〜5.0
Mo/Crの質量比は0.8〜5.0の範囲内であるのが好ましい。Mo/Crの質量比が0.8未満では、Mo含有量がCr含有量に対して十分でなく、M7C3等のCr炭化物粒子が析出するので、Moを主体とした炭化物粒子の面積率が低下する。一方、Mo/Crの質量比が5.0以上ではMoを主体とする炭化物粒子が多くなりすぎる。従って、Mo/Crの質量比は0.8〜5.0が好ましい。Mo/Crの質量比の下限はより好ましくは0.9である。Mo/Crの質量比の上限はより好ましくは4.5であり、最も好ましくは4.0である。
【００５４】
(h) 不純物
外層組成の残部は実質的にFe及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物のうち、P及びSは機械的性質の劣化を招くので、できるだけ少なくするのが好ましい。具体的には、Pの含有量は0.1質量％以下が好ましく、Sの含有量は0.1質量％以下が好ましい。その他の不可避的不純物として、Cu、Sb、Te、Se等の元素は合計で0.7質量％以下であれば良い。
【００５５】
(B) 外層の組織
本発明の遠心鋳造製複合圧延ロールの外層の組織は、15〜45面積％のセメンタイト相及び1〜10面積％の黒鉛相を有する。外層の基地組織は実質的にマルテンサイト、ベーナイト又はパーライトからなるのが好ましい。
【００５６】
円相当径5μm以上の黒鉛粒子の面積率は0.9〜9.5％であるのが好ましく、円相当径1.5〜50μmのVを主体とした炭化物粒子の面積率は1〜20％であるのが好ましく、円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子と円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子の合計面積率は0.3〜15％であるのが好ましい。さらに、合金組織の単位面積（1 mm2）当たり、円相当径1.5〜50μmのVを主体とした炭化物粒子の個数は50〜10,000個／mm2であるのが好ましく、また円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子と円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子の合計個数は50〜10,000個／mm2であるのが好ましい。
【００５７】
(1) セメンタイト：15〜45面積％
耐摩耗性確保のための炭化物を含有する場合に不可避的に析出するセメンタイトは比較的軟質な炭化物であり、それ自身で耐焼付き性を向上させる効果を有するだけでなく、耐焼付き性に必要な黒鉛の析出にも寄与する。セメンタイトの面積率が15％未満では耐焼付き性向上の効果が不十分である。一方、セメンタイトの面積率が45面積％を超えると、外層の靱性は低下する。セメンタイトの好ましい面積％は20〜40％である。
【００５８】
15〜45面積％のセメンタイトを得るために、外層組成は1.7質量％≦C−(0.06 Cr＋0.063 Mo＋0.033 W＋0.2 V＋0.13 Nb)≦2.7質量％の要件を満たすのが望ましい。上記式の値が1.7質量％未満では、Cr、Mo等の炭化物形成元素がC含有量に対して過剰であり、CがCr炭化物、Mo炭化物等に消費され、セメンタイトの面積率が15％未満になる。一方、上記式の値が2.7質量％超では、セメンタイトの面積率が45％を超える。
【００５９】
(2) 黒鉛相：1〜10面積％
外層組織に析出する黒鉛相（黒鉛粒子）の面積率は1〜10％である。黒鉛相が1面積％未満では、外層の耐焼付性向上の効果が不十分である。一方、黒鉛相が10面積％を超えると、外層の機械的性質は著しく低下する。黒鉛相の面積率は好ましくは1〜7％であり、より好ましくは1〜5％である。
【００６０】
1〜10面積％の黒鉛相を得るためには、外層組成は1.8質量％≦C＋Si/3＋Ni/18−[(Mo＋W＋Nb)/15＋(Cr＋V)/3]≦2.8質量％の要件を満たすのが望ましい。上記式の値が1.8質量％未満では、C、Si及びNiに対してMo、W、Nb、Cr及びVの黒鉛化阻害元素が過剰であり、黒鉛面積率は1％未満となる。一方、上記式の値が2.8質量％超であると、黒鉛化阻害元素が少なすぎ、黒鉛面積率は10％を超える。
【００６１】
(3) 円相当径5μm以上の黒鉛粒子：0.9〜9.5面積％
円相当径が5μm以上の黒鉛粒子は大きな潤滑効果を発揮するので、その面積率は0.9〜9.5面積％であるのが好ましい。ここで、用語「円相当径」は、各黒鉛粒子と同じ面積を有する円の直径により表した外径を意味する。円相当径5μm以上の黒鉛粒子が0.9面積％未満では、外層の耐焼付性は不十分である。一方、円相当径5μm以上の黒鉛粒子が9.5面積％超であると、外層の耐摩耗性は不十分である。円相当径5μm以上の黒鉛粒子の面積率はより好ましくは0.9〜6.5％であり、最も好ましく0.9〜4.5％である。
【００６２】
(4) 円相当径1.5〜50μmのVを主体とした炭化物粒子
Vを主体とした炭化物粒子は耐摩耗性を向上させる。なかでも円相当径1.5μm以上のVを主体とした炭化物粒子は耐摩耗性向上への寄与が大きい。円相当径1.5μm未満の炭化物粒子は外層表面から脱落しやすく、耐摩耗性向上効果が十分に得られない。一方、Vを主体とする炭化物は粒状であるので、円相当径50μmを超えると圧延肌を荒らしてしまう。
【００６３】
円相当径1.5〜50μmのVを主体とした炭化物粒子の面積率は1〜20％である。面積率が1％未満であると、外層の耐摩耗性は十分でない。また、黒鉛との共存関係により円相当径1.5〜50μmのVを主体とした炭化物粒子を20面積％超にするのは困難である。上記炭化物粒子の好ましい面積率は2〜15％である。
【００６４】
合金組織の単位面積（1 mm2）当たり、円相当径1.5〜50μmのVを主体とした炭化物粒子の個数は50〜10,000個／mm2であるのが好ましい。上記炭化物粒子が50個／mm2未満では、隣り合う炭化物同士の間隔が広すぎるため、炭化物間の比較的軟質な基地部分が速く摩耗し、肌荒れを起こしやすい。一方、上記炭化物粒子が10,000個／mm2超であると、隣り合う炭化物同士が接触しやすいので、外層の靱性は低い。上記炭化物粒子の面積率は好ましくは50〜5,000個／mm2であり、より好ましくは100〜5,000個／mm2である。
【００６５】
(5) 円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子及びMoを主体とした炭化物粒子
Nbを主体とした炭化物粒子及びMoを主体とした炭化物粒子は耐摩耗性を向上させる。なかでも、円相当径1.5μm以上のNbを主体とした炭化物粒子と円相当径1.5μm以上のMoを主体とした炭化物粒子は耐摩耗性向上への寄与が大きい。円相当径が1.5μm未満では外層表面から脱落しやすく、耐摩耗性向上効果が十分に得られない。Nbを主体とする炭化物粒子及びMoを主体とする炭化物粒子はネットワーク状になることもあるため、円相当径100μmを超えると荒れた圧延肌となりやすい。そこで、これらの炭化物粒子の面積率は0.3〜15％であるのが好ましい。これらの炭化物粒子の合計面積率が0.3％未満では、外層の耐摩耗性は十分でない。また、黒鉛との共存関係によりこれらの炭化物粒子の面積率を15％超にするのは困難である。
【００６６】
合金組織の単位面積（1 mm2）当たりのこれらの炭化物粒子の合計数は50〜10,000個／mm2であるのが好ましい。これらの炭化物粒子の合計数が50個／mm2未満では、隣り合う炭化物同士の間隔が広すぎるため、炭化物間に存在する比較的軟質な基地部分が摩耗して肌荒れを起こしやすい。一方、これらの炭化物粒子の合計数が10,000個／mm2を超えると、隣り合う炭化物同士が接触しやすくなり、外層の靱性は低下する。これらの炭化物粒子の合計数は好ましくは100〜10,000個／mm2であり、より好ましくは100〜5,000個／mm2である。
【００６７】
(6) その他の炭化物
外層は、Vを主体とした炭化物、Nbを主体とした炭化物、Moを主体とした炭化物及びセメンタイト以外に、M7C3炭化物を面積率で0.2〜10％含有してもよい。
【００６８】
本発明の遠心鋳造製複合圧延ロールの外層は、上記組成範囲を有するとともに、Vを主体とした炭化物粒子、Nbを主体とした炭化物粒子及びMoを主体とした炭化物粒子を上記範囲で含有するので、耐摩耗性及び耐事故性（耐焼付き性）に優れ、かつ外層の内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が少ない。
【００６９】
(C) 内層
上記外層に接合する内層は強靭なダクタイル鋳鉄からなるのが好ましい。ダクタイル鋳鉄の組成は、質量基準で、C：3.0〜4.0％、Si：1.5〜3.0％、Mn：0.2〜1.0％、P：0.1％以下、S：0.1％以下、Ni：0.7〜5.0％、Cr：0.1〜1.0％、Mo：0.1〜1.0％、Mg：0.02〜0.08％を含有し、残部が実質的にFe及び不可避的不純物からなるのが好ましい。外層と内層との間に、成分混入の抑制や緩衝などの目的で中間層を介在させても良い。
【００７０】
(D) ロールサイズ
本発明の遠心鋳造製複合圧延ロールのサイズは特に限定されないが、好ましい例は、外層の外径が200〜1300 mmで、ロール胴長が500〜6000 mmで、外層の圧延使用層の厚さが50〜200 mmである。
【００７１】
[2] 遠心鋳造製複合圧延ロールの製造方法
本発明の遠心鋳造製複合圧延ロールは、(a) 上記組成を有する外層用溶湯を回転する遠心鋳造用円筒状金型に鋳込み、(b) 外層の凝固中又は後に中空状外層の内部に内層用溶湯を鋳込むことにより製造する。工程(a) において、外層用溶湯の鋳込み温度はオーステナイト析出開始温度＋(30〜180)℃の範囲内であり、遠心鋳造用円筒状金型の回転による遠心力は重力倍数で60〜150 Gの範囲内である。
【００７２】
(A) 外層の形成
(1) 溶湯
外層用溶湯の化学組成は、質量基準でC：2.7〜3.5％、Si：1.5〜2.5％、Mn：0.4〜1.0％、Ni：3.7〜5.1％、Cr：0.8〜2.2％、Mo：1.5〜4.5％、V：2.0〜4.5％、及びNb：0.5〜2.0％を含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなり、Nb/Vの質量比は0.18〜0.65で、Mo/Vの質量比は0.7〜2.5である。
【００７３】
(2) 鋳込み温度
外層用溶湯の鋳込み温度は、オーステナイト析出開始温度＋(30〜180)℃の範囲内である。この範囲内の鋳込み温度により、液相が残存する時間を短くし、初晶γ相の遠心分離を抑制し、偏析を抑えることができる。鋳込み温度がオーステナイト析出開始温度＋30℃より低いと、鋳込んだ溶湯の凝固が速すぎるので、微細な介在物などの異物が遠心力による分離の前に凝固するため、異物欠陥が残存しやすい。一方、鋳込み温度がオーステナイト析出開始温度＋180℃より高いと、外層内部に粗大なデンドライトが集合した斑点状領域（偏析域）が生成される。鋳込み温度は好ましくはオーステナイト析出開始温度＋（30〜100）℃であり、より好ましくはオーステナイト析出開始温度＋（80〜100）℃である。なお、オーステナイト析出開始温度は、示差熱分析装置により測定した凝固発熱の開始温度である。
【００７４】
(3) 遠心力
遠心鋳造用金型で外層を鋳造するとき遠心力は、重力倍数で60〜150 Gの範囲内である。この範囲内の重力倍数で鋳込むと、凝固時の加速度を制限して初晶γ相の移動速度を遅くし、もって初晶γ相の遠心分離を抑制する（偏析を抑える）ことができる。重力倍数が60 G未満では、外層溶湯の巻き付き（レーニング）が不足する。一方、重力倍数が150 Gを超えると、初晶γ相の遠心分離が顕著になり、γ相の少ない溶湯残液に粗大なデンドライトが生成する。その結果、外層内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析が生成される。重力倍数（G No.）は、式：G No.＝N×N×D／1,790,000［ただし、Nは金型の回転数（rpm）であり、Dは金型の内径（外層の外周に相当）（mm）である。］により求められる。
【００７５】
(4) 遠心鋳造用金型
遠心鋳造用金型は厚さ120〜450 mmの強靭なダクタイル鋳鉄からなるのが好ましい。金型が120 mm未満と薄いと、金型の冷却能が不足するため、外層表層部に引け巣欠陥が発生しやすい。一方、金型の厚さが450 mmを超えても冷却能は飽和している。金型のより好ましい厚さは150〜410 mmである。遠心鋳造用金型は水平型、傾斜型又は垂直型のいずれでも良い。
【００７６】
(5) 塗型
外層が金型に焼付くのを防止するために、金型内面にシリカ、アルミナ、マグネシア又はジルコンを主体とする塗型を0.5〜5 mmの厚さに塗布するのが好ましい。塗型が5 mmより厚いと、溶湯の冷却が遅く液相の残存時間が長いので、初晶γ相の遠心分離が起こりやすく、偏析が発生しやすい。一方、塗型が0.5 mmより薄いと、外層の焼付き防止効果が不十分である。塗型のより好ましい厚さは0.5〜3 mmである。
【００７７】
(6) 接種剤
黒鉛の析出量を調整するため、溶湯にFe-Si、Ca-Si等の接種剤を添加しても良い。その場合、接種剤の添加による組成変化を考慮に入れて溶湯組成を決める。
【００７８】
(7) 中間層及び内層の形成
外層の凝固中又は後に、外層の内周面に中間層用溶湯を鋳込んでも良い。中間層の形成後、外層及び中間層を有する金型を起立させ、その上下端にそれぞれ上型及び下型を設けて静置鋳造用鋳型を構成し、その内部に内層用溶湯を鋳込む。外層（又は中間層）の内面が再溶解した後内層が凝固するので、両者は金属接合する。
【００７９】
(8) 熱処理
外層は、3.7〜5.1質量％のNiを含有するため焼入性が良いので、鋳造後に焼入を必要としない。ただし、残留オーステナイトの分解と歪取りのために、得られた複合ロールに550℃以下の熱処理を施すのが好ましい。熱処理後、複合ロールを100℃／時間未満の冷却速度で冷却するのが好ましい。
【００８０】
本発明を以下の実施例により詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００８１】
実施例1〜8及び比較例1〜4
表1に示す組成（質量％）の各溶湯を、高速回転する内径400 mm、長さ1500 mm及び厚さ276 mmのダクタイル鋳鉄製円筒状金型（内面に厚さ3 mmのジルコンを主体とする塗型を塗布）に鋳込み、外層を遠心鋳造した。溶湯の鋳込み温度はオーステナイト析出開始温度＋80〜100℃の間であった。外層外周における重力倍数は120 Gであった。得られた外層の平均厚さは96 mmであった。
【００８２】
中空状外層が凝固した後遠心鋳造用金型の回転を止め、遠心鋳造用金型の上下端にそれぞれ上型及び下型を設けて静置鋳造用鋳型を構成した。ダクタイル鋳鉄からなる内層用溶湯を外層内に鋳込んだ結果、外層と内層は金属接合した。内層の凝固完了後、鋳型を解体してロールを取り出し、500℃の焼戻し処理を行った。表2は、各外層の残留炭素量Cbal＝C−(0.06 Cr＋0.063 Mo＋0.033 W＋0.2 V＋0.13 Nb)、黒鉛化炭素量AA＝C＋Si/3＋Ni/18−[(Mo＋W＋Nb)/15＋(Cr＋V)/3]、Mo/Cr、Nb/V、及びMo/Vの値を示す。
【００８３】
【表１−１】
0005423930.tif 000002
【００８４】
【表１−２】
0005423930.tif 000003
【００８５】
【表２】
0005423930.tif 000004
注：(1) Cbal＝C−(0.06 Cr＋0.063 Mo＋0.033 W＋0.2 V＋0.13 Nb)。
(2) AA＝C＋Si/3＋Ni/18−[(Mo＋W＋Nb)/15＋(Cr＋V)/3]。
【００８６】
各実施例及び比較例の外層から切り出した試験片について、下記の手順により光学顕微鏡写真及びBSE写真を撮影した。
工程1：各試験片を炭化物が浮き立たないように鏡面研磨した。
工程2：各試験片の組織の光学顕微鏡写真Aを撮影した。
工程3：工程2の写真と同じ視野で各試験片のBSE像（走査型電子顕微鏡写真の後方散乱電子像）の写真Bを撮影した。
工程4：各試験片をクロム酸水溶液で約1分間電解腐食した後、3μmダイヤモンドペーストを用いて30〜60秒間バフ研磨した。
工程5：工程2の写真と同じ視野で各試験片の組織の光学顕微鏡写真Cを撮影した。
工程6：各試験片を過硫酸アンモニウム水溶液で約1分間腐食した。
工程7：工程2の写真と同じ視野で各試験片の組織の光学顕微鏡写真Dを撮影した。
工程8：各試験片を50〜70℃に加熱した後、村上氏薬で約1分間腐食した。
工程9：工程2の写真と同じ視野で各試験片の組織の光学顕微鏡写真Eを撮影した。
【００８７】
実施例1の試験片について、光学顕微鏡写真Aを図3に示し、光学顕微鏡写真Bを図4に示し、光学顕微鏡写真Cを図5に示し、光学顕微鏡写真Dを図6に示し、光学顕微鏡写真Eを図7に示す。写真A〜Eから測定可能な組織要素を表3に○印で示す。
【００８８】
【表３】
0005423930.tif 000005
【００８９】
画像解析ソフトを用いて、それぞれの写真から下記の方法によりセメンタイト、黒鉛粒子及び炭化物粒子の面積率及び個数を求めた。結果を表4に示す。
(1) 光学顕微鏡写真Aにおいて黒い部分は黒鉛粒子であるので、写真Aから黒鉛粒子の面積率（黒鉛粒子全体の面積率及び円相当径5μm以上の黒鉛粒子の面積率）を求めた。
(2) 光学顕微鏡写真Eにおいて白い部分はセメンタイトであるので、写真Eからセメンタイトの面積率を求めた。
(3) 光学顕微鏡写真Dにおいて白い部分はMoを主体とした炭化物粒子及びセメンタイトであるので、写真D及びEから、円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子の面積率及び単位面積当たりの個数を求めた。
(4) 写真Bにおいて白い部分はNbを主体とした炭化物粒子及びMoを主体とした炭化物粒子であるので、写真Bから求めた円相当径1.5〜100μmの炭化物粒子（Nb主体炭化物粒子＋Mo主体炭化物粒子）の面積率及び単位面積当たりの個数から、工程(3) で求めた円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子の面積率及び単位面積当たりの個数を差し引くことにより、円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子の面積率及び単位面積当たりの個数を求めた。
(5) 光学顕微鏡写真Dにおいて黒い部分は黒鉛粒子、Vを主体とした炭化物粒子及びNbを主体とした炭化物粒子であるので、写真Dから求めた黒鉛粒子＋円相当径1.5〜100μmのVを主体とした炭化物粒子＋円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子の面積率及び単位面積当たりの個数から、工程(1) で求めた黒鉛粒子の面積率及び工程(4) で求めた円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子の面積率及び単位面積当たりの個数を差し引くことにより、円相当径1.5〜100μmのVを主体とした炭化物の面積率及び単位面積当たりの個数を求めた。
【００９０】
各実施例及び比較例の外層用溶湯を用いて、外径60 mm、内径40 mm、及び幅40 mmのスリーブ構造の試験用ロールを作製した。耐摩耗性を評価するため、図1に示す圧延摩耗試験機を用いて、各試験用ロールに対して摩耗試験を行った。圧延摩耗試験機は、圧延機1と、圧延機1に組み込まれた試験用ロール2，3と、圧延材8を予熱する加熱炉4と、圧延材8を冷却する冷却水槽5と、圧延中に一定の張力を与える巻取機6と、張力を調節するコントローラ7とを具備する。圧延摩耗条件は以下の通りであった。圧延後、試験用ロールの表面に生じた摩耗の深さを触針式表面粗さ計により測定した。結果を表4に示す。
圧延材：SUS304
圧下率：25％
圧延速度：150 m／分
圧延材温度：900℃
圧延距離：300 m／回
ロール冷却：水冷
ロール数：4重式
【００９１】
耐事故性を評価するため、図2に示す摩擦熱衝撃試験機を用いて、各試験用ロールに対して焼付試験を行った。摩擦熱衝撃試験機は、ラック11に重り12を落下させることによりピニオン13を回動させ、試験材14に噛み込み材15を強く接触させるものである。焼付きを下記の基準で評価した。結果を表4に示す。焼付きが少ないほど耐事故性が良い。
○：焼付き無し。
△：僅かな焼付き有り。
×：著しい焼付き有り。
【００９２】
各実施例及び比較例の外層表面からそれぞれ10 mm、30 mm及び50 mmの深さの面を鏡面研磨し、過硫酸アンモニウム水溶液で約1分間腐食した後、組織写真（倍率：5〜10倍）を撮影した。各組織写真について、外層内部（圧延使用層）におけるベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの直径1.5 mm以上の斑点状偏析の有無を観察し、下記基準により組織の均質性を評価した。結果を表4に示す。
○：直径1.5 mm以上の斑点状偏析なし。
×：直径1.5 mm以上の斑点状偏析あり。
【００９３】
【表４−１】
0005423930.tif 000006
注：(1) 円相当径1.5〜50μmのVを主体とした炭化物粒子。
(2) 円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子。
(3) 円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子。
(4) 円相当径5μm以上の黒鉛粒子。
【００９４】
【表４−２】
0005423930.tif 000007
注：(5) 10 mm、30 mm及び50 mmの深さにおける直径1.5 mm以上のデンドライトの斑点状偏析の有無により判定。
【００９５】
実施例はいずれも外層の内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析がなくて組織の均質性に優れており、また優れた耐摩耗性及び耐焼付性（耐事故性）を有していた。これに対して、比較例は外層の内部にベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析を有し、かつ耐摩耗性及び耐焼付性のいずれかが劣っていた。
【００９６】
実施例9、比較例5
表5に示す組成（質量％）の溶湯を、高速回転する内径400 mm、長さ1500 mm及び厚さ276 mmのダクタイル鋳鉄製円筒状金型（内面に厚さ2.5 mmのジルコンを主体とする塗型を塗布）に鋳込み、表6に示す条件で外層を遠心鋳造した。外層のオーステナイト析出開始温度は1216℃であった。外層外周における重力倍数は120 Gであった。得られた外層の平均厚さは96 mmであった。
【００９７】
【表５】
0005423930.tif 000008
【００９８】
【表６】
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【００９９】
中空状外層が凝固した後遠心鋳造用金型の回転を止め、実施例1と同様にダクタイル鋳鉄からなる内層用溶湯を外層内に鋳込んだ結果、外層と内層は金属接合した。内層の凝固完了後、鋳型を解体してロールを取り出し、500℃の焼戻し処理を行った。
【０１００】
実施例1と同様に測定した外層組織のデータ（セメンタイト及び黒鉛粒子の面積率、円相当径5μm以上の黒鉛粒子の面積率、円相当径1.5〜50μmのVを主体とした炭化物の面積率及び個数、及び円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子と円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子の合計面積率及び個数）を表7に示す。また、実施例1と同様に測定し、評価した外層表面から50 mmの深さでの組織の均質性（ベイナイト及び／又はマルテンサイトのデンドライトの斑点状偏析の有無）を表7に示す。
【０１０１】
【表７】
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注：(1) 円相当径1.5〜50μmのVを主体とした炭化物粒子。
(2) 円相当径1.5〜100μmのNbを主体とした炭化物粒子。
(3) 円相当径1.5〜100μmのMoを主体とした炭化物粒子。
(4) 円相当径5μm以上の黒鉛粒子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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