(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
mass％で、
Ｃ：2.3 〜3.0 ％、              Si：2.0 〜3.0 ％、
Mn：0.1 〜2.0 ％、              Cr：0.5 〜3.0 ％、
Mo：1.5 〜5.0 ％、              Ni：7.0 〜10.0％、
Ｖ：1.0 〜5.0 ％、              Nb：0.5 〜3.0 ％、
Ｂ：0.0050〜0.0800％、          REM ：0.0050〜0.0500％
を含み、かつ、下記（１）式、（２）式および（３）式を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成からなり、さらに黒鉛を有することを特徴とする遠心鋳造ロール用外層材。
0003659031.tif 000005
【請求項２】
前記組成に加えて、さらにmass％で、Ｗ：1.5 ％以下を含有することを特徴とする請求項１に記載の遠心鋳造ロール用外層材。
【請求項３】
前記黒鉛を面積率で0.5 〜５％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の遠心鋳造ロール用外層材。
【請求項４】
基地組織が、ベイナイトあるいはマルテンサイト、またはそれらの混合組織からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の遠心鋳造ロール用外層材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延用複合ロールに好適なロール用素材に係り、とくに遠心鋳造法により製造可能なロール用外層材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延用ロールの素材として、従来から、Niグレン鋳鉄、アダマイト、高Cr鋳鉄等が使用されてきた。しかし、最近ではロールの耐摩耗性をより向上させるために、ロール素材として、Mo、Ｗ、Ｖ等の炭化物であるＭＣ型炭化物の析出を利用する高速度工具鋼（ハイス）系材料が用いられるようになってきた。
【０００３】
例えば、特開平4-176840号公報には、ロール用素材として、重量％で、Ｃ：1.0 〜3.0 ％、Si：0.1 〜2.0 ％、Mn：0.1 〜2.0 ％、Cr：3.0 〜10.0％、Mo：0.1 〜6.0 ％、Ｗ：1.5 〜10.0％、Ｖ、Nbの１種または２種の合計で3.0 〜10.0％、を含有し残部Feおよび不可避的不純物からなるハイス系鋳鉄材が開示されている。しかし、特開平4-176840号公報に記載された素材は、安価な製造方法である遠心鋳造法を利用してロールとする場合には、ロール半径方向に成分の偏析、組織の相違が発生する。
【０００４】
このような問題に対し、安価な遠心鋳造法の適用が可能となるロール素材が開発されている。例えば、特開平4-365836号公報には、重量％で、Ｃ：1.5 〜3.5 ％、Si：1.5 ％以下、Mn：1.2 ％以下、Ni：5.5 ％以下、Cr：5.5 〜12.0％、Mo：2.0 〜8.0 ％、Ｖ：3.0 〜10.0％、Nb：0.6 〜7.0 ％を含有し、かつ、次（５）式
Ｖ＋1.8Nb ≦7.5 Ｃ−6.0   ………（５）
、および次（６）式
0.2 ≦Nb／Ｖ≦0.8         ………（６）
を満足し、残部Feおよび不可避的不純物よりなる圧延用ロール外層材が開示されている。この圧延用ロール外層材は、遠心鋳造法を適用したにもかかわらず、成分の偏析や組織の変化もみられず、しかも耐摩耗性や耐クラック性がともに優れている。しかしながら、この圧延用ロール外層材を用いた複合ロールは、ロールの摩擦係数が高くなり、圧延使用時に圧延荷重の増大や摩擦発熱による製品表面の疵発生などの問題が生じる場合があることが判明した。
【０００５】
そこで、このような問題に対し、摩擦係数の低減のため、ハイス系素材に黒鉛を存在させたロール用素材およびこのロール用素材を外層とした複合ロールが提案されている。
例えば、特開平6-256888号公報には、wt％で、Ｃ：1.8 〜3.6 ％、Si：1.0 〜3.5 ％、Mn：0.1 〜2.0 ％、Cr：2.0 〜10％、Mo：0.1 〜10％、Ｗ：0.1 〜10％、Ｖ、Nb：１種又は２種の総計で1.5 〜10％、あるいはさらにCo：0.5 〜10.0％、またはAl：0.01〜0.50％、Ti：0.01〜0.50％、Zr：0.01〜0.50％の１種または２種、またはＢ：0.01〜0.50％を含有し、および残部が実質的にFeからなり、黒鉛を有するハイス系鋳鉄材と、そのハイス系鋳鉄材を外層材とする複合ロールが提案されている。また、特開平6-256889号公報には、特開平6-256888号公報に記載された黒鉛を有するハイス系鋳鉄材の組成に加えて、Ni：0.5 〜10.0％を含有するハイス系鋳鉄材および複合ロールが提案されている。
【０００６】
また、特開平6-335712号公報には、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％のセメンタイトとからなる金属組織を有することを特徴とする耐摩耗耐焼付性熱間圧延用ロールが提案されている。
【０００７】
また、特開平8-209299号公報には、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 ％、Ni：1.0 〜8.0 ％を含有し、残部がFe及び不純物元素である高耐焼付性熱間圧延用ロール材が提案されている。このロール材は、上記組成に調整することにより黒鉛の晶出を促進させ耐焼付性を向上させている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
黒鉛を利用することにより、従来のハイス系鋳鉄ロール材の欠点であった、圧延荷重の増大やそれに伴う製品の表面品質の低下を防止し、さらに過大な負荷によって発生するクラックの進展を抑制することができる。しかし、上記した特開平6-256888号公報、特開平6-256889号公報、特開平6-335712号公報、特開平8-209299号公報に記載された組成の黒鉛を有するロールを、遠心鋳造法で製造すると、遠心分離により、ＭＣ型炭化物の形態や分布、および黒鉛の形態が外層厚さ方向で変化し、ロール特性がロールの摩耗とともに変化するという問題が残されていた。とくに、黒鉛形態によっては、耐摩耗性が著しく劣化するという問題があった。
【０００９】
このようなことから、遠心鋳造法を用いて、黒鉛を有する高品質ロールを安定して製造することに対しては依然として解決すべき問題が残されていた。また、形鋼圧延に用いられるスリーブ型垂直ロールでは、圧延時衝撃的な応力が負荷されるため、ロール表面部の引張応力が増大し、径小ロールではロールの割損が懸念される。このため、引張強度を高めた高品質ロール外層材が要望されている。
【００１０】
本発明は、上記した従来技術に鑑み、遠心鋳造法を適用しても成分等の偏析が少なく、低摩擦係数で、耐クラック性、耐摩耗性に優れ、かつ高引張強さを有する遠心鋳造ロール用外層材を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題のうち、摩擦係数の低減、および耐焼付性の向上のためには、黒鉛の利用が有効であることから、遠心鋳造ロール用外層材における黒鉛の晶出についてまず検討した。
黒鉛は、固体潤滑剤としての作用を有し、摩擦係数を低減し、またロールの耐焼付性を向上させる。しかし、その含有量が多すぎたり、形態が片状であると耐摩耗性や引張強さを低下させる。そこで、黒鉛含有量の制御や黒鉛形態制御が重要となる。黒鉛の晶出量は、その素となるＣ、黒鉛晶出の促進作用を有するSi、Ni、黒鉛晶出を抑制し白銑化させるCr、黒鉛が晶出する前にＣと結合しＣを消費するＶ、Nbの含有量で決定される。そこで、本発明者らは、Crや、Ｖ、Nbが多量添加され有効Ｃ量が低くなるロール用外層材においては、黒鉛晶出のために、Si、Ni量の調整が重要であることに想到した。
【００１２】
まず、本発明者らは、Nb：1.5mass ％、Ｖ：3.5mass ％、Ｂ：0.0200mass％を含有し、Ｃ含有量を 2.3〜3.8mass ％の範囲で変化させさらにSi、Ni含有量を変化した組成の鋳鉄において、黒鉛晶出におよぼすSi、Ni量の影響について実験した。黒鉛の晶出の有無を、Ｃ含有量と計算共晶値ｙとの関係で整理し、その結果を図１に示す。なお、計算共晶値ｙは、ｙ＝4.30−0.33Si−0.047Ni ＋0.0055（Si＋Ni）で表され、液相Ｌからγと黒鉛が晶出する共晶Ｃ量の変化を推定できる式である。
【００１３】
図１から、Ｃ量が 2.3〜 3.8mass％の範囲で、黒鉛の晶出が期待できるのは、計算共晶値ｙが3.4 以下の場合であり、3.4 を超えると黒鉛の晶出はみられなくなる。このことから、本発明者らは、黒鉛の晶出を十分にはかるためには、計算共晶値ｙが3.4 以下となるようにSi、Ni量を調整する必要があるという知見を得た。
【００１４】
ついで、本発明者らは、黒鉛晶出によるロール外層材の耐摩耗性の低下を防止する手段について検討した。
ハイス系鋳鉄ロール材の耐摩耗性は、硬いＭＣ型炭化物により維持されている。ここで、ＭＣ型炭化物とは、Ｖ、Nb、Ｗ、Mo、Ti、Hf等の金属原子とＣ原子が結合した炭化物を総称していう。ハイス系鋳鉄ロールでは、ＭＣ型炭化物としてVC、WC、NbC などが利用されている。しかし、WCを利用する場合には高温加熱の焼入れ・焼戻しを必要とするため、軸材として、遠心鋳造複合ロールで広く利用されている融点の低いダクタイル鋳鉄の利用ができなくなる。そのため、最近では、溶湯の凝固過程で晶出するVCが主として利用されるようになっている。ＭＣ型炭化物としてVCを主として利用する場合でも、黒鉛を晶出させると必然的に耐摩耗性は低下する。そのため、耐摩耗性の低下を補うために晶出した炭化物を強靱化することが肝要となる。
【００１５】
そこで、本発明者らは、炭化物の強靱化について検討した結果、Cr、Moが炭化物を強靱化し耐摩耗性の向上に強く影響することを見いだした。
本発明者らは、Ｃ：2.8mass ％、Si：2.5mass ％、Mn：0.5mass ％、Nb：1.5mass ％、Ｖ：3.5mass ％、Ni：8.0mass ％を含有し、Cr：2.0 〜3.0mass ％、Mo：0.5 〜5.0mass ％の範囲で変化させた組成の鋳鉄を溶製し、厚さ50mmのキールブロックに鋳込み凝固させた。凝固後、500 ℃の焼戻し処理を施し、円盤状試験片（φ50×10mm）を採取した。これら円盤状試験片を用いて、耐摩耗性試験を実施した。
【００１６】
耐摩耗性試験は、２円盤式熱間摩耗試験機を使用し、以下に示す条件で実施した。800 ℃に加熱された相手材（φ190 ×15mm）に回転数を800rpmとした円盤状試験片を荷重100kgfで圧接し、すべり率3.9 ％として120min間転動させた。試験後、円盤状試験片の摩耗減量を測定し耐摩耗性の評価とした。
その結果を、摩耗減量とMo／Crとの関係で図２に示す。
【００１７】
図２から、Mo／Crを1.0 以上とすることにより、摩耗減量が減少することがわかる。このことから、耐摩耗性を向上させるにはMo／Crが1.0 以上となるように、Mo、Cr含有量を調整するのが好ましい。
つぎに、本発明者らは、遠心分離による組織偏析の抑制について検討した。
ＭＣ型炭化物としてVCを利用する場合、このVCは、比重が溶湯より小さいため、遠心分離により外層材の内側に凝集、偏析し、組織偏析が生じる。そこで、まず、特開平4-365863号公報に示されるように、VCを(V,Nb)C なる複合炭化物となるようにＶ含有量に応じてNb含有量を調整し、VCと溶湯との比重差に起因した遠心分離による組織偏析を軽減しておく必要があることに思い至った。
【００１８】
本発明者らは、Ｃ：2.8mass ％、Si：2.5mass ％、Mn：0.5mass ％、Cr：2.0mass ％、Mo：3.0mass ％を含有し、Ｖ：1.0 〜5.0mass ％、Nb：0 〜5.0mass ％の範囲に変化しNb／Ｖ比を変えた溶湯を遠心鋳造（140G) して得たリング材（肉厚85mm）を用いて、耐摩耗性を調査した。リング材は、凝固後、550 ℃で焼戻し処理を施されたのち、リング材の外表面側と内表面側から円盤状試験片（φ50×10mm）を採取した。これら円盤状試験片を用いて、上記したと同様の耐摩耗性試験を実施した。
【００１９】
それらの結果を、外表面側の試験片の摩耗量WR0 、と内表面側の試験片の摩耗量WR1 の比、WR0/WR1 とNb／Ｖの関係で整理し図３に示す。
図３から、外表面側と内表面側の摩耗量がほぼ等しくなるのは、Nb／Ｖが0.2 以上の場合である。Nb／Ｖ比を0.2 以上とすることにより、耐摩耗性の観点からの遠心分離による組織偏析は問題ない範囲となるという知見を得た。
【００２０】
しかしながら、黒鉛が晶出するようなハイス系鋳鉄ロールの成分系では、ＭＣ型炭化物の高比重化だけでは、炭化物の遠心分離を完全には抑制できない。
そこで、本発明者らは、ＭＣ型炭化物を高比重化することに加え、溶湯からＭＣ型炭化物が晶出したのちの比較的早い時期に、溶湯よりわずかに比重の大きいγをＭＣ型炭化物に付着する形で晶出させれば、すなわちＭＣ型炭化物の晶出温度とγの晶出温度を近ずけることにより、ＭＣ型炭化物の遠心分離を抑制できることに想到した。
【００２１】
そして、本発明者らは、ＭＣ型炭化物の晶出温度とγの晶出温度の温度差を小さくするには、Ｃ、Ｖ、Nb量を低減しＭＣ型炭化物の晶出温度を低下し、Ｃ、Cr量を低減してγの晶出温度を増加させることが重要であるとの知見を得た。
このような検討から、遠心分離による炭化物、組織の偏析を抑制し、低摩擦係数、高耐摩耗性、高強度の遠心鋳造ロール用外層材を得るためには、本発明者らは、Si、Ni量を調整し黒鉛を適正に晶出させたうえ、Mo／Cr、Nb／Ｖを調整し炭化物の強靱化と高比重化を図り、さらに各成分量を適正範囲に調整して、ＭＣ型炭化物の晶出温度とγの晶出温度の差を小さくし、さらに基地組織をベイナイトあるいはマルテンサイトとすることが重要であるという技術思想を得た。
【００２２】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加え完成されたものである。すなわち、本発明は、mass％で、Ｃ：2.3 〜3.0 ％、Si：2.0 〜3.0 ％、Mn：0.1 〜2.0 ％、Cr：0.5 〜3.0 ％、Mo：1.5 〜5.0 ％、Ni：7.0 〜10.0％、Ｖ：1.0 〜5.0 ％、Nb：0.5 〜3.0 ％、Ｂ：0.0050〜0.0800％、REM ：0.0050〜0.0500％を含み、かつ、次（１）式、（２）式および（３）式
0003659031.tif 000002
（ここで、Si、Ni、Mo、Cr、Nb、Ｖ：Si、Ni、Mo、Cr、Nb、Ｖ各元素の含有量（mass％））
を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成からなり、さらに黒鉛を有することを特徴とする遠心鋳造ロール用外層材である。
【００２３】
また、本発明では、前記組成に加えて、さらにＷ：1.5 ％以下を含有することができ、また、本発明では、前記黒鉛を面積率で0.5 〜５％含有するのが好ましい。また、本発明の遠心鋳造ロール用外層材の基地組織は、ベイナイトあるいはマルテンサイト、またはそれらの混合組織からなる組織とするのが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の遠心鋳造ロール用外層材の化学組成の限定理由を説明する。なお、以下とくに限定しないかぎり％は、mass％を表すものとする。
Ｃ：2.3 〜3.0 ％
Ｃは、ロール外層材の耐摩耗性を向上させる硬質炭化物を形成させ、さらに、黒鉛を基地組織内に晶出させる重要な元素であり、本発明では2.3 ％以上の含有を必要とする。一方、3.0 ％を超える含有はγの晶出温度が低下しすぎ、ＭＣ型炭化物の遠心分離による偏析が助長される。このようなことから、Ｃは2.3 〜3.0 ％の範囲に限定した。
【００２５】
Si：2.0 〜3.0 ％
Siは、溶湯の脱酸剤として作用し、さらに溶湯の鋳造性を高めるとともに、黒鉛の晶出を促進させる作用を有する。Si含有量が2.0 ％未満では、黒鉛の晶出が不足する。一方、3.0 ％を超える含有は黒鉛晶出量が多くなりすぎ、黒鉛の形態が片状となり耐摩耗性および引張強さが低下する。このため、Siは2.0 〜3.0 ％の範囲に限定した。なお、黒鉛晶出量の観点から好ましくは、 2.5〜 3.0％である。
【００２６】
Mn：0.1 〜2.0 ％
Mnは、溶湯の脱酸剤として作用し、さらにＳと結合しMnS を形成しＳによる脆化を防止する作用を有する。このような作用は0.1 ％以上の含有で認められるが、2.0 ％を超える含有は耐クラック性が低下する。このため、Mnは0.1 〜2.0 ％の範囲に限定した。なお、作業性、経済性の観点から好ましくは、 0.3〜 1.0％である。
【００２７】
Cr：0.5 〜3.0 ％
Crは、Ｃと結合し炭化物を形成するとともに、基地に固溶して耐摩耗性を向上させる作用を有する。このような作用は0.5 ％以上の含有で認められるが、一方、3.0 ％を超える含有は、Crが非常に強い白銑化元素であるため、凝固過程での黒鉛の晶出が抑制され、炭化物が増量して引張強さが低下する。このため、Crは0.5 〜3.0 ％の範囲に限定した。なお、耐摩耗性の観点から好ましくは、 1.0〜 2.0％である。
【００２８】
Mo：1.5 〜5.0 ％
Moは、Crと同様に炭化物の形成と基地および炭化物の強化し、耐摩耗性を向上させさらに耐クラック性を向上させる作用を有する元素である。このような作用は1.5 ％以上の含有で認められるが、5.0 ％を超える含有は耐クラック性と靱性を低下させる。このため、Moは1.5 〜5.0 ％の範囲に限定した。なお、ロール特性と経済性の観点から好ましくは、 2.5〜 4.0％である。
【００２９】
Ni：7.0 〜10.0％
Niは、基地に固溶し焼入れ性を高めて基地を強化するとともに、黒鉛の晶出を促進する元素であり、Ｃ量が低くNb、Ｖ等のＣと結合する元素が多く、溶湯の有効Ｃ量が少ない本発明の外層材においては、黒鉛を適正に晶出させるための重要な元素である。Ni含有量が7.0 ％未満では、黒鉛の晶出が見られず、一方、10.0％を超える含有は安定なオーステナイトが多量に残留し耐摩耗性が低下する。このため、Niは7.0 〜10.0％の範囲に限定した。なお、安定製造の観点から好ましくは、 8.0〜 9.0％である。
【００３０】
Ｖ：1.0 〜5.0 ％
Ｖは、Ｃと結合し硬いＭＣ型炭化物（MCまたはM4C3）を形成し耐摩耗性の向上に有効に作用する。このような作用は、1.0 ％以上の含有で認められるが、5.0 ％を超える含有はＭＣ型炭化物の晶出温度が高くなりすぎて、遠心分離による偏析が発生し、さらに耐クラック性の低下や溶解不良などの製造上の問題を生じる。このため、Ｖは1.0 〜5.0 ％の範囲に限定した。なお、耐摩耗性の観点から好ましくは、 2.5〜 4.0％である。
【００３１】
Nb：0.5 〜3.0 ％
Nbは、Ｖと複合炭化物(V,Nb)C を形成し、形成される炭化物の比重を増加させ、溶湯との比重差に起因した遠心分離による偏析を軽減する作用を有している。このような作用はNb含有量が0.5 ％以上で認められるが、Nb含有量が3.0 ％を超えると、ＭＣ型複合炭化物(V,Nb)C の晶出温度が高くなりすぎて、遠心分離による偏析が発生し、さらに耐クラック性の低下や溶解不良などの製造上の問題を生じる。このため、Nbは0.5 〜3.0 ％の範囲に限定した。好ましくは、 0.8〜 1.5％である。
【００３２】
Ｂ：0.0050〜0.0800％
Ｂは、焼入れ性を高めるとともに、Ｂ窒化物を形成し黒鉛の晶出核として作用する。本発明では、黒鉛量の増加を図るため、黒鉛の晶出核を増加させる目的で添加する。この目的のためには、Ｂは0.0050％以上の含有を必要とする。一方、0.0800％を超える含有は、かえって黒鉛量の減少を招く。このため、Ｂは0.0050〜0.0800％の範囲に限定した。なお、黒鉛量の観点から好ましくは、0.0150〜0.0400％である。
【００３３】
REM ：0.0050〜0.0500％
REM は、黒鉛を球状化する作用を有し、この作用は0.0050％以上のREM の含有で認められるが、0.0500％を超えるREM の含有は、黒鉛量を減少させ炭化物量を増加させる。このため、REM は0.0050〜0.0500％の範囲に限定した。なお、効果と経済性を考慮して好ましくは、0.0150〜0.0300％である。
【００３４】
4.30−0.33Si−0.047Ni ＋0.0055（Si＋Ni）≦  3.4
（１）式( 上式）の左辺、ｙ＝4.30−0.33Si−0.047Ni ＋0.0055（Si＋Ni）は、液相Ｌから黒鉛＋γが晶出する共晶Ｃ量を推定する式で、計算共晶値と称される値である。計算共晶値が3.4 を超えると、図１に示すように黒鉛の晶出が期待できない。このため、計算共晶値ｙが3.4 以下となるように、黒鉛晶出を促進する元素であるSi、Ni量を調整する。なお、ｙは好ましくは 3.1〜 3.2である。
【００３５】
Mo／Cr≧  1.0
本発明では、黒鉛の晶出による耐摩耗性の低下を炭化物の強靱化により補うため、Mo／Cr比を調整する。（２）式（上式）のように、Mo／Crを1.0 以上とすることにより、耐摩耗性が向上する（図２）。なお、好ましくはMo／Crは 1.2〜 1.8である。
【００３６】
0.2 ≦Nb／Ｖ≦  1.0
本発明では、ＭＣ型炭化物（ここではVC）の比重を高めるため、Ｖ含有量に応じNb含有量を調整して、VCを(V,Nb)C の複合炭化物とし、溶湯との比重差に起因する遠心分離による偏析を軽減する。Nb／Ｖが0.2 未満では、遠心分離による組織偏析が生じ、ロール材質が均一とならない。一方、Nb／Ｖが1.0 を超えると、耐クラック性が劣化する。耐クラック性におよぼすNb／Ｖの影響を図４に示す。
【００３７】
図４は、Ｃ：2.8mass ％、Si：2.5mass ％、Mn：0.5mass ％、Cr：2.0mass ％、Mo：3.0mass ％を含有し、Ｖ：1.0 〜5.0mass ％、Nb：0 〜5.0mass ％の範囲に変化しNb／Ｖ比を変えた溶湯を遠心鋳造（140G) して得たリング材（肉厚85mm）を用いて、熱衝撃特性（耐クラック性）を調査した結果である。凝固後、550 ℃で焼戻し処理を施したのち、リング材の外表面側から板状試験片（55×40×15mm）を採取した。これら板状試験片を用いて、1200rpm で回転しているローラに15sec 間圧接したのち、直に水冷し、クラックの発生の有無を観察する熱衝撃試験を実施し、発生したクラック深さで耐クラック性を評価した。圧接時の荷重は150kgfとした。図４から、Nb／Ｖが1.0 を超えると、クラック深さが増大し、耐熱衝撃性（耐クラック性）が低下する。
【００３８】
このようなことから、Nb／Ｖは0.2 〜1.0 の範囲に限定した。なお、好ましくは、 0.4〜 0.8である。
Ｗ：1.5 ％以下
Ｗは、Ｃと結合し炭化物を形成して耐摩耗性の向上に寄与するが、1.5 ％を超えての含有は、遠心鋳造に際し、遠心分離による偏析を生じる。このため、Ｗは1.5 ％以下に限定するのが好ましい。
【００３９】
本発明のロール外層材は、上記した成分以外の残部は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は、Ｐ、Ｓ、Ｎ、As、Biがあるが、これら元素はロール脆性を劣化させるためできるだけ低減するのが望ましいが、Ｐ：0.05％以下、Ｎ：0.0800％以下、Ｓ： 0.020％以下、As：0.0150％以下、Bi：0.0150％以下は許容される。
【００４０】
本発明のロール外層材は、基地組織として、ベイナイトあるいはマルテンサイト、またはそれらの混合組織とするのが望ましい。ベイナイトあるいはマルテンサイト以外の組織では、高い引張強さ（引張強さ： 600MPa 以上）を確保することができない。ベイナイト、マルテンサイト組織は、上記した組成であれば、通常の冷却条件で得られる。
【００４１】
また、本発明のロール外層材では、黒鉛を面積率で0.5 〜５％含有する組織とするのが望ましい。黒鉛の面積率が0.5 ％未満では、摩擦係数を低くすることができない。また、黒鉛の面積率が５％を超えると、耐摩耗性、および引張強さが低下する。また、本発明のロール外層材では、炭化物が面積率で40％以下とするのが望ましい。炭化物が40％を超えると、耐クラック性が低下し、また引張強さも低下する等の問題が生ずる。
【００４２】
【実施例】
表１に示す組成の溶湯を溶製し、遠心鋳造法（125G) によりリング材（肉厚100mm ）に鋳造した。凝固後、これらリング材に、500 ℃の温度で焼鈍処理を施した。焼鈍後、これらリング材から、試験片を採取し、ショアー硬さ試験、熱間摩耗試験、熱衝撃試験、および引張試験を実施した。
【００４３】
摩耗試験は、リング材の外表面側および内表面側からそれぞれφ50×10mmの円盤状試験片を採取した。800 ℃に加熱された相手材（φ190 ×15mm）に回転数を800rpmとした円盤状試験片を荷重100kgfで圧接し、すべり率3.9 ％として120min間転動させた。試験後、円盤状試験片の摩耗減量を測定し耐摩耗性の評価とした。なお、摩擦係数は、摩耗試験時の試験片半径と荷重、試験片に作用するトルクから求めた。
【００４４】
熱衝撃試験は、リング材の外表面側から採取した板状試験片（55×40×15mm）を用いて、1200rpm で回転しているローラに15sec 間圧接したのち、直に水冷し、クラックの発生の有無を観察した。発生したクラック深さ（熱亀裂深さ）で耐クラック性を評価した。なお、圧接時の荷重は150kgfとした。
引張試験は、リング材の外表面側から採取した丸棒試験片（φ10×50mm）を用いて、引張強さを求めた。
【００４５】
硬さ試験は、ショアー硬さ計を使用して、リング材の外表面側で測定した。
それらの結果を表２に示す。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
【表２】
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【００４８】
本発明例は、いずれも摩耗減量が少なく耐摩耗性に優れ、摩擦係数も0.36以下と低く低摩擦係数を有し、また熱亀裂深さも浅く耐クラック性に優れ、さらに引張強さも620 MPa 以上と高引張強さを有し、しかもリング材の内外で組織の偏析も少なく材質の均一性に優れたロール外層材である。
これに対し、本発明の範囲を外れる比較例では、耐摩耗性、摩擦係数、耐クラック性、引張強さのいずれかが劣化し、しかも材質の均一性が低下する。比較例No.B1 は、Ｃ含有量が本発明の範囲を高く外れ、黒鉛量が多すぎて耐摩耗性が低下し、炭化物の偏析が生じ材質の均一性が低い。比較例No.B2 は、Ni含有量が本発明の範囲を低く外れ、黒鉛の晶出が認められず、摩擦係数が0.56と高い。比較例No.B3 は、Si含有量が本発明の範囲を高く外れ、黒鉛量が多すぎ、また片状となり、耐摩耗性と引張強さが低下した。比較例No.B4 は、Cr含有量が本発明の範囲を高く外れ、黒鉛の晶出が認められなく、摩擦係数が0.48と高く、また耐クラック性も低下している。比較例No.B5 は、Mo含有量が本発明の範囲を低く外れ、炭化物の強靱化程度が低く耐摩耗性が若干低下している。比較例No.B6 は、Ｖ,Nb 含有量が本発明の範囲を高く外れ、炭化物の偏析が著しく、また耐クラック性が低下している。比較例No.B7 は、Cr含有量が本発明の範囲を低く外れ、耐摩耗性が劣化している。比較例No.B8 は、Ｖ含有量が本発明の範囲を低く外れ、耐摩耗性が劣化している。比較例No.B9 は、REM 、Ｂ含有量が本発明の範囲を低く外れ、摩耗係数が高く、熱衝撃特性が劣化している。
【００４９】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、成分、組織等の偏析が少なく、材質均一性に優れ、さらに低摩擦係数で、高耐クラック性、高耐摩耗性で、かつ高引張強さを有する遠心鋳造ロール用外層材を安価に提供でき、産業上格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】黒鉛晶出に及ぼすＣ含有量と計算共晶値ｙとの関係を示すグラフである。
【図２】摩耗量に及ぼすMo／Crの影響を示すグラフである。
【図３】リング材の外表面側の摩耗量（WR0 ）と内表面側の摩耗量（WR1 ）との比、WR0 ／ WR1に及ぼすNb／Ｖの影響を示すグラフである。
【図４】熱衝撃試験におけるクラック深さに及ぼすNb／Ｖの影響を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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