(57)【要約】      （修正有）【課題】耐摩耗性、耐熱衝撃性、および耐肌荒れ性がともに優れた、熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロールを提供する。【解決手段】外層材の組成を、質量％で、C：２．４〜３．５％、Si：１．２〜２．４％、Mn：０．２〜２．０％、Cr：０．８〜２．１％、Mo：０．３〜１．１％、Ni：３．０〜６．０％、V：１．０〜２．２％、Nb：０．１〜０．５％、REM：０．０００５〜０．１％、Al：０．００３〜０．０５％を含み、かつC、Cr、V、Nb、REM、Al含有量がCr＋０．２≦C−（０．２４×V＋０．１３×Nb）≦３．０、０．０１≦REM/Aｌ≦３．２(ここで、C、Cr、V、Nb、REM、Al：各元素の含有量（質量％）)を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とする。【選択図】図１
2014055333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延用複合ロールの外層に用いられるロール外層材であって、質量％で、
C：２．４〜３．５％、Si：１．２〜２．４％、Mn：０．２〜２．０％、Cr：０．８〜２．１％、Mo：０．３〜１．１％、Ni：３．０〜６．０％、V：１．０〜２．２％、Nb：０．１〜０．５％、REM：０．０００５〜０．１％、Al：０．００３〜０．０５％
を含み、かつC、Cr、V、Nb、REM、Al含有量が下記（１）および（２）式を満足し、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用ロール外層材。
記
Cr＋０．２≦C−（０．２４×V＋０．１３×Nb）≦３．０  ・・・（１）
０．０１≦REM/Aｌ≦３．２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
ここで、C、Cr、V、Nb、REM、Al：各元素の含有量（質量％）
【請求項２】
前記組成に加えてさらに、質量％で、B：０．００１〜０．０５％を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延用ロール外層材。
【請求項３】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ca：０．０４％以下、Ti：０．０３％以下のうちから選ばれた１種または２種を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の熱間圧延用ロール外層材。
【請求項４】
前記組成に加えてさらに、質量％でCo：２．０％以下、W：２．０％以下のうちから選ばれた１種または２種を含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の熱間圧延用ロール外層材。
【請求項５】
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：２．４〜３．５％、Si：１．２〜２．４％、Mn：０．２〜２．０％、Cr：０．８〜２．１％、Mo：０．３〜１．１％、Ni：３．０〜６．０％、V：１．０〜２．２％、Nb：０．１〜０．５％、REM：０．０００５〜０．１％、Al：０．００３〜０．０５％
を含み、かつC、Cr、V、Nb、REM、Al含有量が下記（１）および（２）式を満足し、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摩耗性、耐熱衝撃性、および耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用複合ロール。
記
Cr−０．２≦C−（０．２４×V＋０．１３×Nb）≦  ３．０  ・・・（１）
０．０１≦REM/Aｌ≦３．２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
ここで、C、Cr、V、Nb、REM、Al：各元素の含有量（質量％）
【請求項６】
前記外層が、前記組成に加えてさらに、質量％で、B：０．００１〜０．０５％を含むことを特徴とする請求項５に記載の熱間圧延用複合ロール。
【請求項７】
前記外層が、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ca：０．０４％以下、Ti：０．０３％以下のうちから選ばれた１種または２種を含むことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の熱間圧延用複合ロール。
【請求項８】
前記外層が、前記組成に加えてさらに、質量％で、Co：２．０％以下、W：２．０％以下のうちから選ばれた１種または２種を含むことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の熱間圧延用複合ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延用複合ロールに係り、とくに、耐摩耗性、耐熱衝撃性および耐肌荒れ性に優れ、鋼板の熱間圧延仕上ミル用として好適な熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鋼板や鋼管の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用ロールの特性、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（以下、ハイス系ロールともいう）が開発され実用化されている。
【０００３】
一方、鋼板の最終仕上圧延スタンドでは被圧延材の絞り圧延事故が生じやすく、かつ、ロールの表面肌模様が鋼板に転写されやすいため、黒鉛を含有し耐熱衝撃性に優れ、比較的ロール表面肌も美麗なＮｉグレン鋳鉄ロールが組み込まれて熱間圧延が行われてきた。しかし、従来のＮｉグレン鋳鉄ロールは、耐摩耗性が劣り、そのためロール寿命が短いという問題があった。
【０００４】
一方、耐摩耗性に優れたハイス系ロールは、絞り事故や焼付きの発生によって粗大な熱衝撃亀裂が生成するなど、耐事故性の観点で問題があり、絞り圧延事故の発生頻度が高い鋼板の熱間圧延最終仕上後段スタンドでは、ハイス系ロールを安定して使用することはできず、依然として、多量のNiグレン鋳鉄ロールが使用されている。
このような問題に対し、例えば、特許文献１には、Niグレン鋳鉄に１．０〜５．０重量％のVを添加し、耐摩耗性を向上させるとした熱間圧延用ロールが提案されている。また、特許文献２には、Niグレン鋳鉄に２．０〜８．０重量％のVを添加し、面積率で０．５〜５％の黒鉛に加えて０．２〜１０％のMC型炭化物を出現させて耐摩耗性を向上させるとした熱間圧延用ロールが提案されている。また、特許文献３には、高硬度複合炭化物と黒鉛を組織中に有するハイス系鋳鉄材において、晶出する黒鉛を微細化することにより耐摩耗性と耐肌荒れ性を両立させるとした圧延用ロール外層材が提案されている。さらに、特許文献４には、Cr、V、Nbの合計含有量を３重量％以下に制限し、面積率で２％以上の黒鉛を晶出させ、肌荒れの発生を抑制した耐摩耗性熱間圧延用ロールが提案されている。
【０００５】
また、特許文献５、特許文献６、特許文献７には、VとNbを複合添加してMC型炭化物の形態を改善するとともにCr量と有効C量を制御して、耐摩耗性、耐焼付き性、耐肌荒れ性、および耐熱衝撃性を向上することが提案されている。さらに、特許文献８には、上記組成限定に加えて、黒鉛組織を制御することにより、耐熱衝撃性をより一層改善した熱間圧延用ロール外層材が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０１−２８７２４８号公報
【特許文献２】特開平０６−３３５７１２号公報
【特許文献３】特開平１１−２２９０７２号公報
【特許文献４】特開２００１−１８１７８０号公報
【特許文献５】特開２００３−７３７６７号公報
【特許文献６】特開２００３−３４２６６９号公報
【特許文献７】特開２００４−１６２１０４号公報
【特許文献８】特開２００４−３２３９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、最近では、圧延製品の品質向上と効率的生産の観点から、圧延速度の増加、連続圧延量の増加等が実施され、熱間圧延用ロールの使用環境はますます過酷化し、しかも圧延製品の表面品質への要求はますます厳格化されているのに対して、上記記載の従来技術では耐摩耗性、耐熱衝撃性、および耐肌荒れ性を同時に満足することはできなかった。
【０００８】
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、耐摩耗性、耐熱衝撃性、および耐肌荒れ性がともに優れた、熱間圧延用ロール外層材及び熱間圧延用複合ロールを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、熱間圧延用ロールの耐摩耗性、耐熱衝撃性、および耐肌荒れ性に影響する種々の要因について鋭意検討した。
その結果、Cr、V、およびNbを含有するNiグレン鋳鉄にREMとAlを複合添加した場合、それらの添加量の比率によって耐摩耗性、耐熱衝撃性、および耐肌荒れ性が変化し、特に耐熱衝撃性に及ぼす影響が大きいという重大な現象を知見した。図１に熱衝撃試験結果を示す。熱衝撃試験は、REMとAl含有量を変化させて溶製したリング状試験材から２５ｍｍ厚の板状試験片を採取し、円板状の相手材（材質：Ｓ４５Ｃ、大きさ：１９０ｍｍφ）を用いて、図４に示す構成の試験機で実施した。高周波加熱コイルにより８３０℃に加熱され、１５０ｒｐｍで回転する円板状の相手材（材質：Ｓ４５Ｃ、大きさ：１９０ｍｍφ）を２５ｍｍ厚の板状試験片に荷重１００ｋｇｆで１０ｓ間圧接して、板状試験片を急加熱し、除荷と同時に水冷して板状試験片に熱衝撃を印加した。試験後、浸透探傷試験を実施し、現像液の滲みが多い３ヶ所で切断し断面を観察して亀裂の最大深さを測定し亀裂深さとした。図１に示すように、REMとAlの質量比REM/Alが０．０１未満では熱衝撃亀裂深さが大きく、REM/Aｌが０．０１〜３．２の範囲で熱衝撃亀裂深さは２．５ｍｍ以下と小さく、REM/Aｌが３．２超えになると熱衝撃亀裂深さが増大するという知見を得た。
【００１０】
さらに、V、Nbと結合した残りのC量である有効C量（＝C−（０．２４×V＋０．１３×Nb））が（Cr＋０．２）％以上でないと出現する黒鉛量が不足して耐熱衝撃性が低下（熱衝撃亀裂が深くなる）し、一方、３．０％を超えると黒鉛量が過剰となり耐摩耗性が低下することを見出した。
本発明は、上記した知見に基いて、さらに検討を加えて完成されたものである。
【００１１】
すなわち、本発明は
〔１〕  熱間圧延用複合ロールの外層に用いられるロール外層材であって、質量％で、
C：２．４〜３．５％、Si：１．２〜２．４％、Mn：０．２〜２．０％、Cr：０．８〜２．１％、Mo：０．３〜１．１％、Ni：３．０〜６．０％、V：１．０〜２．２％、Nb：０．１〜０．５％、REM：０．０００５〜０．１％、Al：０．００３〜０．０５％
を含み、かつC、Cr、V、Nb、REM、Al含有量が下記（１）および（２）式を満足し、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用ロール外層材。
記
Cr＋０．２≦C−（０．２４×V＋０．１３×Nb）≦３．０  ・・・（１）
０．０１≦REM/Aｌ≦３．２             ・・・・・・・・・・・（２）
ここで、C、Cr、V、Nb、REM、Al：各元素の含有量（質量％）
【００１２】
〔２〕  前記組成に加えてさらに、質量％で、B：０．００１〜０．０５％を含むことを特徴とする〔１〕に記載の熱間圧延用ロール外層材。
〔３〕  前記組成に加えてさらに、質量％で、Ca：０．０４％以下、Ti：０．０３％以下のうちから選ばれた１種または２種を含むことを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載の熱間圧延用ロール外層材。
〔４〕  前記組成に加えてさらに、質量％でCo：２．０％以下、W：２．０％以下のうちから選ばれた１種または２種を含むことを特徴とする、〔１〕ないし〔３〕のいずれかに記載の熱間圧延用ロール外層材。
〔５〕  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：２．４〜３．５％、Si：１．２〜２．４％、Mn：０．２〜２．０％、Cr：０．８〜２．１％、Mo：０．３〜１．１％、Ni：３．０〜６．０％、V：１．０〜２．２％、Nb：０．１〜０．５％、REM：０．０００５〜０．１％、Al：０．００３〜０．０５％
を含み、かつＣ、Ｃｒ、V、Nb、REM、Al含有量が下記（１）および（２）式を満足し、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摩耗性、耐熱衝撃性、および耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用複合ロール。
記
Cr＋０．２≦C−（０．２４×V＋０．１３×Nb）≦  ３．０  ・・・（１）
０．０１≦REM/Aｌ≦３．２         ・・・・・・・・・・・・・・（２）
ここで、C、Cr、V、Nb、REM、Al：各元素の含有量（質量％）
【００１３】
〔６〕  前記外層が、前記組成に加えてさらに、質量％で、B：０．００１〜０．０５％を含むことを特徴とする〔５〕に記載の熱間圧延用複合ロール。
〔７〕  前記外層が、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ca：０．０４％以下、Ti：０．０３％以下のうちから選ばれた１種または２種を含むことを特徴とする〔５〕または〔６〕に記載の熱間圧延用複合ロール。
〔８〕  前記外層が、前記組成に加えてさらに、質量％で、Co：２．０％以下、W：２．０％以下のうちから選ばれた１種または２種を含むことを特徴とする〔５〕ないし〔７〕のいずれかに記載の熱間圧延用複合ロール。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、鋼板の熱間圧延の後段圧延スタンド用ロールとして、優れた耐摩耗性、耐熱衝撃性、および耐肌荒れ性を兼備した複合ロールが安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明の複合ロールは、鋼板の熱間圧延において絞り事故の多発する、後段圧延スタンド用ロールとして安定して使用できる。また、本発明の複合ロールは、優れた耐摩耗性および耐肌荒れ性が要求される形鋼圧延用ロールまたは鋼管圧延用ロールとしても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】熱衝撃亀裂深さとREM/Aｌの関係を示す図である。
【図２】摩耗試験の概要を示す概略説明図である。
【図３】熱衝撃試験の概略を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、本明細書において組成における質量％は単に％と記す。
C：２．４〜３．４％
Cは、V、Nb、Cr、Moと結合して、ロールの耐摩耗性を向上するための硬質炭化物形成に必須な元素であるとともに、黒鉛を晶出させて耐熱衝撃性を確保するために必要な元素であり、本発明では２．４％以上の含有を必要とする。一方、３．４％を超えて含有すると共晶炭化物が多量に出現して耐熱衝撃特性を劣化させるとともに、黒鉛が粗大化して、耐肌荒れ性が低下する。このため、Cは２．４〜３．４％の範囲に限定した。なお、好ましくは、２．８〜３．３％である。
【００１７】
Si：１．２〜２．４％
Siは、Cの活量を増加し黒鉛を晶出させやすくする元素であり、耐熱衝撃特性を向上させる効果を持つ。本発明ではこの効果を得るため１．２％以上の含有を必要とする。一方、２．４％を超えて含有すると、ロールの耐摩耗性と耐肌荒れ性が著しく低下する。このようなことから、Siは１．２〜２．４％の範囲に限定した。
【００１８】
Mn：０．２〜２．０％
Mnは、溶鋼中のSをMnS  として固定し、耐摩耗性を阻害するSを無害、安定化するために有効である。また、焼入れ性を向上させ硬さを増加させるという効果もある。このような効果を得るためには、０．２％以上の含有が必要である。しかし、２．０％を超えて含有すると凝固界面に偏析し材料を脆化させる。このため、Mnは０．２〜２．０％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．３〜１．０％である。
【００１９】
Cr：０．８〜２．１％
Crは、共晶炭化物を増量させ、硬質化させる元素であり、ロール圧延時の炭化物破壊を抑制し耐摩耗性を向上させる効果を有する。このような効果を得るためには、０．８％以上の含有を必要とする。一方、２．１％を超えて含有すると、共晶炭化物が増加し耐肌荒れ性が低下するとともに、黒鉛量が減少して耐熱衝撃性も低下する。このため、Crは０．８〜２．１％に限定した。なお、好ましくは１．２〜２．０％である。
【００２０】
Mo：０．３〜１．１％
Moは、共晶炭化物を過度に増量させることなく、炭化物や基地を強化する作用を有し、優れた耐肌荒れ性を維持しつつ耐摩耗性を向上させる効果を有する。特に、Nbと複合して含有することにより、硬質なMC型炭化物を強化し、耐摩耗性を顕著に向上させる重要な効果を発揮するが、このような効果を得るためには、０．３％以上の含有を必要とする。一方、１．１％を超えて含有すると、共晶炭化物が硬く脆弱となり、耐熱衝撃性と耐肌荒れ性が劣化する。本発明の優れた耐熱衝撃性と耐肌荒れ性を確保するために、Moは０．３〜１．１％に限定した。なお、好ましくは０．３〜１．０％である。
【００２１】
Ni：３．０〜７．０％
Niは、焼入れ性を向上する効果があり、基地組織を硬質なマルテンサイトまたはベイナイトとして、圧延用ロールに必要なショアー硬さ（Hs７６〜８８）を確保するために添加する。このような効果は３．０％以上の含有で認められるが、７．０％を超えて含有すると、オーステナイトが著しく安定化し、基地組織に軟質の残留オーステナイト量が増加するため、必要な硬さが得られなくなるとともに、耐摩耗性も低下する。このため、Niは３．０〜７．０％の範囲に限定した。なお、好ましくは３．０〜５．０％である。
【００２２】
V：１．２〜２．２％
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元素である。本発明では、一定レベル以上の耐摩耗性を得るために、１．２％以上の含有を必要とする。一方、２．２％を超えると、硬質なＭＣ型炭化物が圧延面で凸化しロールの肌荒れが発生する。さらに、耐熱衝撃性が劣化する等の弊害も発生させる。このため、Vは１．２〜２．２％の範囲に限定した。なお、好ましくは１．４〜２．１％である。
【００２３】
Nb：０．１〜０．８％
Nbは、MC型炭化物に固溶して炭化物を強化する作用を有する元素であり、とくに、所定範囲のCr、Mo、Vと複合して含有することにより、炭化物を著しく強化して耐摩耗性を顕著に向上させる重要な効果を有している。また、Vのみの含有ではMC型炭化物が羽毛状に成長して組織が粗大化し、ロールの肌荒れを誘引するが、NbとVを複合して含有することにより、MC型炭化物の羽毛状化を抑制することができ、さらにAl、REMおよび／またはTiを複合添加することにより、炭化物が微細分散して、肌荒れが抑制される。このような効果を得るためには、０．１％以上の含有を必要とする。一方、０．８％を超えて含有すると、MC型炭化物がデンドライト状に粗大化するため、却って肌荒れが発生するようになる。また、遠心鋳造法で製造すると、MC型炭化物の偏析が生じる。このようなことから、Nbは０．１〜０．８％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．２〜０．６％である。
【００２４】
REM：０．０００５〜０．１％
REMはAlと特定の範囲で含有させることにより、耐熱衝撃性、耐肌荒れ性および耐摩耗性を向上させる極めて重要な元素である。REM単体では黒鉛形状を丸くして耐摩耗性を向上させる作用を持つ。また、REMの比重は６〜８でFeに近いため重力偏析を起こしにくいという利点もある。REMのこのような効果を得るためには、０．０００５％以上の含有を必要とする。一方、０．１％を超えて含有すると前記特性向上効果が消滅するだけでなく、黒鉛の晶出を抑制して耐熱衝撃特性と耐肌荒れ性を悪化させる。このため、REMは０．０００５〜０．１％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．００１〜０．０６％である。ここで、本発明におけるREMとは、希土類元素、レアアース（元素記号：Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu）をさすが、本発明ではこれらの２種以上の混合物（CeとLaが主成分）のミッシュメタルを添加して用いる。なお、REMの含有量は、前記したレアアースをそれぞれ抽出することは困難あるいは膨大なコストがかかるため、Ceのみを分析してその２倍の値を用いた。
【００２５】
Al：０．００３〜０．０５％
AlはREMと特定の配合比で含有させることにより、耐熱衝撃特性、耐肌荒れ性および耐摩耗性を向上させる極めて重要な元素である。Al単体では黒鉛形状を細長く伸びた片状にして耐熱衝撃特性を向上させる作用を持つ。Alのこのような効果を得るためには、０．００３％以上の含有を必要とする。一方、０．０５％を超えて含有すると、黒鉛が粗大化して耐熱衝撃特性、耐摩耗性および耐肌荒れ性が劣化するという重大な悪影響を及ぼす。また、鋳造性が低下してザク巣やミクロポロシティを発生させるようになる。このため、Alは０．００３〜０．０５％の範囲に限定した。なお、好ましくは０.００５〜０.０５０％である。
【００２６】
B：０．００１〜０．０５％
Bは、黒鉛を微細分散する作用を有し、特に、REM、Alの複合共存下で０．００１％以上含有させると、耐熱衝撃特性を向上させる効果を発揮する。一方、０．０５％を超えて含有すると、耐熱衝撃特性と耐摩耗性が著しく低下する。このため、Bは０．００１〜０．０５％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．００１〜０．０４％である。
【００２７】
Ti：０．０３％以下、Ca：０．０４％以下のうちから選ばれた１種または２種
Ti、Caは、いずれも、MC型炭化物を丸く成長させて、耐肌荒れ性を向上させる作用を有する。前記作用はTi：０．０３％以下およびCa：０．０４％以下であるときに有効に働く。一方、Tiが０．０３％を超えると黒鉛形状が変化して耐熱衝撃性と耐肌荒れ性を低下させる。また、遠心鋳造法でロール外層を製造した場合にMC型炭化物の偏析を促進する。また、Caが０．０４％を超えると、耐熱衝撃性が低下する。さらに、遠心鋳造法でロール外層を製造した場合に、黒鉛とMC型炭化物の偏析を促進する。好ましくはTi：０．００１〜０．０１％、Ca：０．０００２〜０．０３％である。
【００２８】
Co：２％以下、W：２％以下のうちから選ばれた１種または２種
Coは、基地金属に固溶し基地を強化する効果を有するが、２％を超えて含有してもその効果は飽和するため、２％以下に限定した。また、Wは、炭化物を増量して耐摩耗性を向上する効果があり、少量の含有は好ましいが、２％を超えると耐熱衝撃性および耐肌荒れ性が低下するため、２％以下に限定した。好ましくはCo：０．１〜１．５％、W：０．１〜１．５％である。
【００２９】
また、本発明では、上記した成分範囲内としたうえで、さらに次（１）〜（２）式
Cr＋０．２≦C−（０．２４×V＋０．１３×Nb）≦３．０  ・・・（１）
０．０１≦REM/Al≦３．２      ・・・（２）
（ここで、C、V、Nb、Cr、REM、Al：各元素の含有量（質量％））
を満足するように各成分の含有量を調整することが重要である。これにより、優れた耐摩耗性、耐熱衝撃性、および耐肌荒れ性を兼備した熱間圧延作業用ロール外層（外層材）となる。
Cr＋０．２≦C−（０．２４×V＋０．１３×Nb）≦３．０  ……（１）
有効Ｃ量がCr＋０．２未満では、黒鉛の晶出が抑制されて耐熱衝撃性と耐肌荒れ性が低下する。一方、有効Ｃ量が３．０％を超えると共晶炭化物と黒鉛が過度に増加し、耐熱衝撃性と耐肌荒れ性が低下する。
０．０１≦REM/Al≦３．２      ・・・（２）
REMとAlは、それぞれ単独で含有させると耐熱衝撃性が低下する、あるいは耐摩耗性が低下するという悪影響が出現するが、共存した場合には互いに悪影響を中和する作用があり、複合添加する必要がある。REM/Aｌが０．０１未満では耐肌荒れ性と耐摩耗性が低下し、REM/Aｌが３．２を超えると耐熱衝撃性と耐肌荒れ性が低下する。本発明の特定成分系では、０．０１≦REM/Al≦３．２とすることにより、優れた耐熱衝撃性、耐肌荒れ性と耐摩耗性を兼ね備えたロール材料が得られる。なお、より好ましくは０．０５〜３．０である。
【００３０】
本発明では、ロール外層材の製造方法は特に限定されないが、上記した組成の溶湯を、遠心鋳造法で所定の寸法形状のロール外層材とすることが製造コストの観点から好ましい。この場合、ロール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して、複合ロールとすることが好ましい。これによりロール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、複合ロールとなる。
【００３１】
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やいも虫状黒鉛鋳鉄あるいは黒鉛鋼などを用いるのが好ましい。また、外層と内層の間に、黒鉛鋼や高炭素鋼からなる中間層を設けてもよい。遠心鋳造法でロールを製造する場合、中間層は、外層の遠心鋳造に引きつづいて、さらに遠心鋳造すれば良い。
なお、以上の説明は、主として、鋼板の熱間圧延用ロールを対象に説明してきたが、本発明は、鋼板の熱間圧延用複合ロールに限定されることはなく、カリバー付き鋼管圧延用複合ロールに適用しても何ら問題ないことはいうまでもない。なお、鋼管圧延用のスリープ式ロールを製造する場合は、外層を遠心鋳造後、球状黒鉛鋳鉄や、高炭素鋼を内層材として、遠心鋳造すれば良い。
【実施例】
【００３２】
表１に示す組成を有する溶湯を溶解し、Ca−Siで０．１５％量のSi接種した後、遠心鋳造法によりリング状試験材（外径：２５０ｍｍφ、肉厚：８０ｍｍ）を鋳造した。なお、鋳込み温度は１４５０℃、遠心力は、重力倍数で１６０Ｇとした。鋳造後、試験材に４００〜４８０℃で焼戻し処理を施した。焼戻し後の硬さは、Ｈｓ７７〜８３であった。なお、公知のＮｉグレン鋳鉄を従来例とし、４３０℃で焼戻し処理をしてHs７８〜８０の硬さとした。
【００３３】
これらリング状試験材から試験片を採取し、組織観察、摩耗試験、および熱衝撃試験を行った。
（１）組織観察
リング状試験材から組織観察用試験片を採取し、鏡面まで研磨後に黒鉛組織を観察し、また硝酸アルコール溶液で腐食後に炭化物組織を観察した。まず、１００倍の光学顕微鏡で黒鉛の有無を観察し、黒鉛と炭化物組織の偏析状況を目視で調査した。目視判断で約３０％超えの組織の明確な量的変化または形状的変化が認められた場合を偏析“有り”、偏析を同定できない場合を偏析“なし”とした。
（２）摩耗試験
リング状試験材から試験片（大きさ：６０ｍｍφ、１０ｍｍ厚）を採取し、相手材（材質：Ｓ４５Ｃ、大きさ：１９０ｍｍφ、２０ｍｍ厚）と試験片の２円盤すべり摩耗方式（図３）で摩耗試験を実施した。試験片を回転数７２０ｒｐｍで回転させながら、相手材を８３０℃に加熱し、試験片を水冷し、その冷却水量を変化させて試験片表面温度が４４０℃になるようにした。試験片と相手材のすべり率を８％として、荷重１００ｋｇｆ（９８０Ｎ）で圧接しながら１６０ｍｉｎ間転動させた。この試験では相手材を４０分毎に更新して試験を行った。試験後、試験片の摩耗減量（摩耗量）を測定した。各試料の耐摩耗性の評価は、各試料の摩耗量を従来例の摩耗量で除した摩耗比を比較することにより従来例との優劣で行った。
【００３４】
さらに、試験片表面の肌荒れ状況を目視で観察し、凹凸状の肌荒れが目立つ場合（おおよそ１５〜２０μｍ  Rz  JIS  以上（Rz  JIS  ：十点平均粗さ）に相当）を肌荒れ “有り”とし、それ以外を肌荒れ“なし”とした。なお、Rz  JIS  、Ra  はJIS  B  ０６０１−２００１  に準拠した値である。
（３）熱衝撃試験
リング状試験材から２５ｍｍ厚の板状試験片を採取し、円板状の相手材（材質：Ｓ４５Ｃ、大きさ：１９０ｍｍφ）を用いて、図４に示す構成の試験機で実施した。
【００３５】
高周波加熱コイルにより８３０℃に加熱され、１５０ｒｐｍで回転する円板状の相手材（材質：Ｓ４５Ｃ、大きさ：１９０ｍｍφ）を２５ｍｍ厚の板状試験片に荷重１００ｋｇｆで１０ｓ間圧接して、板状試験片を急加熱し、除荷と同時に水冷して板状試験片に熱衝撃を印加した。試験後、浸透探傷試験を実施し、現像液の滲みが多い３ヶ所で切断し断面を観察して亀裂の最大深さを測定し亀裂深さとして、従来例であるＮｉＧとの比較により耐熱衝撃性を評価した。
【００３６】
得られた結果を表２に示す。
本発明例は、いずれも耐摩耗性に優れ、かつ亀裂深さが浅く耐熱衝撃性に優れるとともに、偏析、肌荒れの発生もなく、極めて優れた圧延用ロールとしての特性を有している。
一方、本発明の範囲から外れる比較例は、耐摩耗性、耐熱衝撃性、および耐肌荒れ性の少なくとも１つ以上が著しく低下している。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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