(57)【要約】      （修正有）【課題】ロール表層の耐疲労性に優れ、疲労疵や欠落ちが発生し難い熱間圧延用ロール外層材、熱間圧延用複合ロールを提供する。【解決手段】円相当直径が３〜３０μｍの微細炭化物を５００〜２５００個/ｍｍ２含有し、かつ、円相当直径が５０μｍ以上の粗大炭化物の存在が２０個/ｍｍ２以下であるロール外層材。好ましくは、質量％で、Ｃ：２．４〜２．９％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：４．０〜７．５％、Ｍｏ：４．０〜６．５％、Ｖ：５．３〜７．０％、Ｎｂ：０．５〜３．０％、を含有し、１．５≦（Ｃｒ＋Ｍｏ）/Ｖ≦２．４（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各元素の含有量（質量％））を満足し、さらに好ましくは、Ａｌ：０．００１〜０．０５％あるいはＲＥＭ：０．００１〜０．０３％の一種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成からなる鋳鉄系ロール外層材。および該外層材を有した熱間圧延用複合ロール。【選択図】図１
2014168783.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鋳鉄系ロール外層材であって、円相当直径が３〜３０μｍの微細炭化物を５００〜２５００個/ｍｍ２含有し、かつ、円相当直径が５０μｍ以上の粗大炭化物の存在が２０個/ｍｍ２以下であることを特徴とするロール外層材。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：２．４〜２．９％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：４．０〜７．５％、Ｍｏ：４．０〜６．５％、Ｖ：５．３〜７．０％、Ｎｂ：０．５〜３．０％、を含有し、かつＣｒ、Ｍｏ、Ｖの含有量が下記（１）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請求項１に記載のロール外層材。
記
１．５  ≦  （Ｃｒ＋Ｍｏ）/Ｖ  ≦  ２．４  ・・・（１）
ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各元素の含有量（質量％）
【請求項３】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．０５％あるいはＲＥＭ：０．００１〜０．０３％の一種以上を含有することを特徴とする請求項２に記載のロール外層材。
【請求項４】
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、前記外層が請求項１ないし３に記載のロール外層材からなることを特徴とする熱間圧延用ロール。
【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、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、鋼板の熱間圧延技術の進歩につれてロールの使用環境は一層苛酷化しており、また、高強度鋼板や薄肉品など圧延負荷の大きな鋼板の生産量も増加している。このため、圧延用ワークロールには圧延面の疲労に起因した肌荒れや欠落ち疵が発生することが多くなり、これまで以上の耐肌荒れ性と耐欠落ち性への要求が強くなっている。現在、熱間圧延では数％量のＶを添加することにより硬質炭化物を多量に出現させて、耐摩耗性を向上させたハイス系ロールが多用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１、特許文献２には、ハイス系の圧延用ロール外層材が提案されている。特許文献１に記載された圧延用ロール外層材は、Ｃ：１．５〜３．５％、Ｎｉ：５．５％以下、Ｃｒ：５．５〜１２．０％、Ｍｏ：２．０〜８．０％、Ｖ：３．０〜１０．０％、Ｎｂ：０．５〜７．０％を含み、かつ、ＮｂおよびＶを、Ｎｂ、ＶおよびＣの含有量が特定の関係を満足し、さらにＮｂとＶの比が特定の範囲内となるように含有する。これにより、遠心鋳造法を適用しても外層材における硬質炭化物の偏析が抑制され、耐摩耗性と耐クラック性に優れた圧延用ロール外層材となるとしている。また、特許文献２に記載された圧延用ロール外層材は、Ｃ：１．５〜３．５％、Ｃｒ：５．５〜１２．０％、Ｍｏ：２．０〜８．０％、Ｖ：３．０〜１０．０％、Ｎｂ：０．５〜７．０％を含み、かつ、ＮｂおよびＶを、Ｎｂ、ＶおよびＣの含有量が特定の関係を満足し、さらにＮｂとＶの比が特定の範囲内となるように含有する。これにより、遠心鋳造法を適用しても外層材における硬質炭化物の偏析が抑制され、耐摩耗性と耐クラック性が向上し、熱間圧延の生産性向上に大きく貢献するとしている。
【０００４】
しかし、熱間圧延製品の品質向上と生産性向上の観点から熱間圧延用ロールの使用環境は苛酷化し、さらに熱間圧延製品の表面品質への要求も厳しくなると同時に鋼板の連続圧延量が増加したことから、摩耗よりも肌荒れといったロール表面の疲労損傷を抑制することが大きな課題となってきた。
このような課題に対して、特許文献３には、Ｃ：２．２〜２．６％、Ｃｒ：５．０〜８．０％、Ｍｏ：４．４〜６．０％、Ｖ：５．３〜７．０％、Ｎｂ：０．６〜１．３％を、Ｍｏ＋Ｖ、Ｃ−０．２４Ｖ−０．１３Ｎｂが特定範囲内となるようにＣ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ含有量を調整して、熱間圧延環境下でのロール表層の耐疲労性に優れるとした遠心鋳造製複合ロールが提案されている。
【特許文献１】特開平０４−３６５８３６号公報
【特許文献２】特開平０５−１３５０号公報
【特許文献３】特開２００９−２２１５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年の圧延技術は圧延鋼板の高品質化と高級化に向けて目覚しいスピードで進歩を遂げており、同時に圧延に対し低コスト化も厳しく追及されることから、ロールの使用環境はますます厳しくなった。このため、特にロール表面の粗大炭化物の破壊を主因とした肌荒れや欠落ちなどのロール表面疲労損傷の発生が問題視されるようになった。
【０００６】
そのため、特許文献３に示された技術を適用してもなお、前記の疲労損傷が発生することが確認されるようになった。
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、ロール表層の耐疲労性（ここでは、熱間圧延でロール表層部に生じる肌荒れや欠落ちなどの疲労損傷を抑制する性能を「耐疲労性」という）に優れた熱間圧延用ロール外層材と熱間圧延用遠心鋳造製複合ロールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、熱延（熱間圧延）により、肌荒れや欠落ちの生じたロール表面の詳細な観察と調査を行い、それらの損傷が、円相当直径で５０μｍを超える粗大な炭化物に発生および伝ぱした亀裂が原因となってロール表層が破壊するという重要な知見を得た。そこで、如何に炭化物形態を制御すれば、耐疲労性が向上するかについて鋭意検討した。ロール表面の炭化物の損傷形態を詳細に調査し、円相当直径で５０μｍ以上の粗大炭化物の数が少なくなると共に、微細な炭化物（円相当直径で３〜３０μｍのさまざまなサイズの炭化物が混在）が多数に出現している場合、ロール表面損傷が著しく抑制されるという新しい現象を発見するに至った。
【０００８】
本発明は耐疲労性の著しい向上を技術的に具現化するため、さらに鋭意検討し、粗大炭化物と微細炭化物の定量的な最適範囲を明らかにした。また、化学組成についても検討を行い、好ましい成分範囲も明らかにすると共に、Ｖ量と（Ｃｒ＋Ｍｏ）量とが特定の関係を満足するように、各元素の含有量を調整することにより、熱間圧延時の耐疲労性が顕著に向上するという従来にない知見を得た。
【０００９】
まず、本発明の基礎となった実験結果について説明する。
円相当直径が５０μｍ以上の粗大炭化物数と円相当直径が３〜３０μｍの微細炭化物の数が変化した熱延疲労試験片素材を作成するため、質量％で、Ｃ：１．９〜２．９％、Ｓｉ：０．３〜０．９％、Ｍｎ：０．４〜１．０％とし、Ｃｒを３．７〜１３．６％、Ｍｏを４．１〜７．０％、Ｖを４．５〜８．１％、Ｎｂを０〜３．６％、Ａｌを０〜０．０４６％、および、ＲＥＭを０〜０．０２７％の範囲で変化させ、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成の溶湯を、高周波炉で溶解し、ロール外層材に相当するリング状ロール材（外径：２５０ｍｍφ、幅：７５ｍｍ、肉厚：５５ｍｍ）を遠心鋳造法により鋳造した。ここで、鋳込み温度は１４５０〜１５３０℃、遠心力は重力倍数で１８０Ｇとした。また、鋳造後、１０５０℃からの焼入れ処理、５３０〜５６０℃での焼戻処理を複数回実施し、硬さをＨＳ  ８０〜８７とした。
【００１０】
得られたリング状ロール材から熱延疲労試験片（外径６０ｍｍφ、肉厚１０ｍｍ）を採取して、特開２０１０−１０１７５２にて実機における熱間圧延用作業ロールの耐疲労性を再現よく評価できることを示した熱延疲労試験を実施した。なお、疲労試験片には、図３に示すようなノッチ（深さｔ：１．２ｍｍ、周方向長さＬ：０．８ｍｍ）を外周面の２箇所に、０．２ｍｍφのワイヤを用いた放電加工（ワイヤカット）法で導入した。また、疲労試験片の転動面の端部には１．２Ｃの面取りを施した。
【００１１】
熱延疲労試験は、図３に示すように、ノッチを有する試験片（熱延疲労試験片）と加熱された相手材との２円盤の転がりすべり転動方式で行った。すなわち、図３に示すように試験片（熱延疲労試験片）を水冷しながら７００ｒｐｍで回転させ、回転する該試験片に、８１０℃に加熱した相手片（材質：Ｓ４５Ｃ、外径：１９０ｍｍφ、幅：１５ｍｍ）を荷重９８０Ｎで圧接させながら、すべり率：９％で転動させた。熱延疲労試験片に導入した２つのノッチが折損するまで転動させ、各ノッチが折損するまでの転動回転数をそれぞれ求め、その平均値を、熱延疲労寿命とした。そして、熱延疲労寿命が３００千回を超える場合を熱延疲労寿命が著しく優れると評価した。得られた結果を、熱延疲労寿命と前記の粗大炭化物と微細炭化物の単位面積当たりの個数との関係を図１に示し、熱延疲労寿命と（Ｃｒ（％）＋Ｍｏ（％））／Ｖ（％）との関係を図２に示す。
【００１２】
図１から、円相当直径が３〜３０μｍの微細炭化物が増加するともに、熱延疲労寿命が著しく向上していることがわかる。しかし、円相当直径が５０μｍ以上の粗大炭化物が２０個／ｍｍ２を超えて存在すると、円相当直径が３〜３０μｍの微細炭化物が多くても熱延疲労寿命が著しく低下している。この結果（図１）から、３００千回以上の熱延疲労寿命を確保する（熱延疲労寿命を著しく向上する）ためには、円相当直径が５０μｍを超える粗大炭化物の量を２０個／ｍｍ２を以下として、かつ、円相当直径が３〜３０μｍの微細炭化物の量を５００〜２５００個／ｍｍ２とする必要があることが明確である。
【００１３】
さらに、化学組成のバランスをみると、図２に示すように（Ｃｒ（％）＋Ｍｏ（％））／Ｖ（％）が１．５未満または２．４超えになると熱延疲労寿命が著しく低下していることが示唆される。ここで、ＣｒとＭｏは粗大炭化物を造りやすい元素であり、Ｖは逆に微細炭化物を造りやすく前記粗大炭化物を分断・微細化する効果も持つことから、（Ｃｒ（％）＋Ｍｏ（％））／Ｖ（％）はその値を制御することにより、炭化物の形態を改善し熱延疲労寿命を向上しえる指数として新しく見出した限定式である。
【００１４】
なお、本発明者らの検討によれば、この熱間転動疲労試験を用いれば、熱間圧延用ロール材の熱延疲労寿命を簡便に評価できる。熱延疲労寿命の数が大きいほど、苛酷な圧延環境下で使用されたときでも、肌荒れや欠落ちの無い優れた耐久性を有するロール外層材であるとすることができる。
なお、ロールの炭化物組織の定量は、ロール使用初期の外表面から２０〜２５ｍｍの範囲の任意の位置から切り出した試料の切断面を鏡面研摩まで仕上げた後、ナイタールで強めに腐食して光学顕微鏡で炭化物を白く基地を黒く見えるようにした後、画像解析装置を用いて顕微鏡倍率１００倍（モニター上の倍率２００倍）で炭化物形態調査し、円相当直径が５０μｍ以上の粗大炭化物の数と円相当直径が３〜３０μｍの微細炭化物の数を定量値とした。なお、観察した視野面積は９ｍｍ２である。
【００１５】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
〔１〕熱間圧延用複合ロールの外層に用いられる鋳鉄系ロール外層材であって、円相当直径が３〜３０μｍの微細炭化物を５００〜２５００個／ｍｍ２含有し、かつ、円相当直径が５０μｍ以上の粗大炭化物の存在が２０個／ｍｍ２以下であることを特徴とするロール外層材。
〔２〕質量％で、Ｃ：２．４〜２．９％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：４．０〜７．５％、Ｍｏ：４．０〜６．５％、Ｖ：５．３〜７．０％、Ｎｂ：０．５〜３．０％、を含有し、かつ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの含有量が下記（１）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〔１〕に記載のロール外層材。
記
１．５  ≦  （Ｃｒ＋Ｍｏ）／Ｖ  ≦  ２．４  ・・・（１）
ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ  ：各元素の含有量（質量％）
【００１６】
〔３〕前記組成に加えてさらに、質量％で、Ａｌ：０．００１〜０．０５％あるいはＲＥＭ：０．００１〜０．０３％の一種以上を含有することを特徴とする〔２〕に記載のロール外層材。
〔４〕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〔１〕ないし〔３〕に記載のロール外層材からなることを特徴とする熱間圧延用ロール。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、耐疲労性が顕著に向上した耐久性の良い熱間圧延用遠心鋳造製複合ロールを容易に製造でき、産業上格段の効果を奏する。本発明の熱間圧延用遠心鋳造製複合ロールは、高圧延負荷が作用するあるいは連続圧延量の多い苛酷な熱間圧延環境下においても、肌荒れや表層欠け落ち等のロール表面の熱延疲労損傷（熱間圧延による疲労損傷）を著しく抑制できる。したがって、本発明によれば、熱延鋼板の生産性向上、表面品質の顕著な向上、さらにはロール寿命の向上をともに達成できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】熱間転動疲労試験で使用した試験機の構成、熱間転動疲労試験用試験片（疲労試験片）、および熱間転動疲労試験用試験片（疲労試験片）の外周面に導入されたノッチの形状、寸法を模式的に示す説明図である。
【図２】熱延疲労試験における熱延疲労寿命と、粒状炭化物の面積率および単位面積当たりの粗大炭化物の個数との関係を示す図である。
【図３】熱延疲労試験における熱延疲労寿命と（Ｃｒ（％）＋Ｍｏ（％））／Ｖ（％）との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のロール外層材は、遠心鋳造製で、そのままリングロール、スリーブロールとすることもできるが、熱間仕上圧延用として好適な、熱間圧延用複合ロールの外層材として適用される。また、本発明の熱間圧延用複合ロールは、遠心鋳造された外層と、該外層と溶着一体化した内層とからなる。なお、外層と内層との間に中間層を配してもよい。すなわち、外層と溶着一体化した内層に代えて、外層と溶着一体化した中間層および該中間層と溶着一体化した内層としてもよい。なお、内層は静止鋳造法で製造することが好ましい。本発明では、内層、中間層の組成はとくに限定されないが、内層は球状黒鉛鋳鉄、中間層は、Ｃ：１．５〜３質量％の高炭素材とすることが好ましい。
【００２０】
次に、ロール外層材（外層）の好ましい組成範囲の限定理由について説明する。なお、以下、質量％は、とくに断らない限り、単に％と記す。
Ｃ：２．４〜２．９％
Ｃは、固溶して基地硬さを増加させるとともに、炭化物形成元素と結合し硬質炭化物を形成し、ロール外層材の耐摩耗性を向上させる作用を有する。Ｃ含有量に応じて圧延使用特性に影響を及ぼす炭化物の形態が変化する。Ｃ含有量が２．４％未満では、炭化物量が不足し、圧延時の摩擦力が増加し圧延が不安定となる。一方、２．９％を超える含有は、炭化物量を過度に増加させ、連結した粗大炭化物を形成して、耐疲労性を低下させる。このため、Ｃは２．４〜２．９％の範囲に限定することが好ましい。また、Ａｌ、ＲＥＭを含有しない場合は、Ｃは２．７〜２．９％の範囲に限定することが好ましい。
【００２１】
Ｓｉ：０．２〜１．０％
Ｓｉは、脱酸剤として作用するとともに、溶湯の鋳造性を向上させる元素であり、本発明では０．２％以上含有することが望ましいが、１．０％を超えて含有しても、効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できなくなり経済的に不利となる。このため、Ｓｉは０．２〜１．０％の範囲に限定することが好ましい。
【００２２】
Ｍｎ：０．２〜１．０％
Ｍｎは、ＳをＭｎＳとして固定し、無害化する作用を有するとともに、基地に固溶し、焼入れ性を向上させる効果を有する元素である。このような効果を得るためには０．２％以上の含有を必要とするが、１．０％を超えて含有しても、効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できなくなり経済的に不利となるとともに、ロール材を脆化させるようになる。このため、Ｍｎは０．２〜１．０％の範囲に限定することが好ましい。
【００２３】
Ｃｒ：４．０〜７．５％
Ｃｒは、Ｃと結合して主に共晶炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させるとともに、圧延時に鋼板との摩擦力を低減し、ロール表面の損傷を軽減させ、圧延を安定化させる作用を有する元素である。更に、本発明に係るロール材では、粒状炭化物や基地中にも適度に固溶してロール材を強化する作用を有する。このような効果を得るためには４．０％以上の含有を必要とする。一方、７．５％を超える含有は、粗大な共晶炭化物が増加しすぎて、耐疲労性を低下させる。このため、Ｃｒは４．０〜７．５％の範囲に限定することが好ましい。
【００２４】
Ｍｏ：４．０〜６．５％
Ｍｏは、Ｃと結合して硬質な炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる元素である。また、Ｍｏは、硬質なＭＣ型炭化物中に固溶して、炭化物を強化するとともに、共晶炭化物中にも固溶し、それら炭化物の破壊抵抗を増加させる。このような作用を介してＭｏは、ロール外層材の耐疲労性を向上させる。このような効果を得るためには、４．０％以上の含有を必要とするが、６．５％を超える含有は、Ｍｏ主体の硬脆な炭化物が生成し、耐疲労性を低下させる。このため、Ｍｏは４．０〜６．５％の範囲に限定することが好ましい。
【００２５】
Ｖ：５．３〜７．０％
Ｖは、耐摩耗性と耐疲労性を兼備させるために、本発明において重要な元素である。Ｖは、極めて硬質な粒状炭化物（ＭＣ型炭化物）を形成し、耐摩耗性を向上させるとともに、粗大な共晶炭化物を分断、分散晶出させることに有効に作用し、ロール外層材の耐疲労性を顕著に向上させる元素である。このような効果は、５．３％以上の含有で顕著となるが、７．０％を超える含有は、ＭＣ型炭化物を粗大化させるとともに、ＭＣ型炭化物の遠心鋳造偏析を助長させるため、圧延用ロールの諸特性を不安定にする。このため、Ｖは５．３〜７．０％の範囲に限定することが好ましい。
【００２６】
Ｎｂ：０．５〜３．０％
Ｎｂは、粒状のＭＣ型炭化物に固溶してＭＣ型炭化物を強化し、Ｍｏと共存することにより破壊抵抗を増加させる作用を介し、耐疲労性を向上させる。また、Ｎｂは、粗大な共晶炭化物の分断を促進させ、共晶炭化物の破壊を抑制する作用を有し、ロール外層材の耐疲労性を向上させる元素である。また、ＮｂはＭＣ型炭化物の遠心鋳造時の偏析を抑制する作用を併せ有する。このような効果は、０．５％以上の含有で顕著となるが、３．０％を超える含有は、溶湯中でのＭＣ型炭化物の成長を促進させ、遠心鋳造時の炭化物偏析を助長する。このため、Ｎｂは０．５〜３．０％の範囲に限定することが好ましい。より好ましくは、０．５〜２．０％である。
【００２７】
Ａｌ：０．００１〜０．０５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．０３％の一種以上
Ａｌ、ＲＥＭは、いずれも粒状炭化物の生成を強く促進する作用があり、微細炭化物を増量する効果があるため、本発明の優れた耐疲労性を確保するための重要な元素である。このような効果を得るためには少なくとも１種以上を合計で０．００１％以上含有することが好ましいが、Ａｌが０．０５％、あるいはＲＥＭが０．０３％を超えて含有しても、効果が飽和し、さらにはガス欠陥を生じやすくなる。このため、Ａｌ：０．００１〜０．０５％あるいはＲＥＭ：０．００１〜０．０３％の一種以上含有することが好ましい。
【００２８】
ここで、ＲＥＭは２種以上の希土類元素の混合物であるミッシュメタルであり、全ての希土類元素を分析することが困難な場合、ＲＥＭの含有量はＣｅ分析値の２倍としてもよい。
本発明ではＣｒ、Ｍｏ、Ｖを、上記した含有範囲内で、かつ下記（１）式
１．５≦（Ｃｒ＋Ｍｏ）／Ｖ≦２．４‥‥（１）
（ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ：各元素の含有量（質量％））
を満足するように調整して含有することが好ましい。
（Ｃｒ＋Ｍｏ）量とＶ量の比が、１．５以下で（１）式を満足しない場合には、所望の優れた熱延疲労寿命を確保できなくなる。一方、２．４を超えると、粗大な共晶炭化物が増加しすぎ、熱延疲労寿命が著しく低下する。このため、（Ｃｒ＋Ｍｏ）／Ｖを、（１）式を満足する１．５以上、２．４以下に限定することが好ましい。
【００２９】
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：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｎ：０．０６％以下、Ｂ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．２％以下が例示できる。Ｐは、粒界に偏析し、材質を劣化させるため、本発明ではできるだけ低減することが望ましいが、０．０５％以下であれば許容できる。また、Ｓは、硫化物系介在物として存在し材質を低下させるため、できるだけ低減することが好ましいが、０．０５％以下であれば許容できる。Ｎは、通常の溶解であれば、０．０１〜０．０６％程度混入するが、この程度であれば本発明の効果に影響することはない。但し、Ｎは、複合ロールの外層と中間層または中間層と内層との境界にガス欠陥を発生させる場合があるので、０．０５％未満に制限することが好ましい。また、Ｂは、溶解原料であるスクラップや鋳造フラックス等から混入する元素であり、炭化物に固溶し炭化物を脆弱化する作用を有し、本発明ではできるだけ低減することが好ましいが、０．０３％以下であれば本発明の効果に顕著な悪影響を及ぼすことはなく、許容できる。Ｎｉは、溶解原料であるスクラップから混入する元素であり、ロール外層材の焼入れ性に影響を及ぼし、熱処理後の硬さや残留応力のバラツキを発生させるため、できるだけ低減することが好ましいが、０．２％以下であればロールの製造において許容できる。
【００３０】
つぎに、本発明の熱間圧延用複合ロールの好ましい製造方法について説明する。
本発明では、ロール外層材の製造方法は、エネルギーコストの低い安価な、遠心鋳造法とする。
まず、内面にジルコン等を主材とした耐火物が１〜５ｍｍ厚で被覆された、回転する鋳型に、上記したロール外層材組成の溶湯を、所定の肉厚となるように、注湯し、遠心鋳造する。ここで、鋳型の回転数は、ロールの外表面に印加される重力倍数が１２０〜２２０Ｇの範囲とすることが好ましい。そして、中間層を形成する場合には、ロール外層材の凝固途中あるいは完全に凝固したのち、鋳型を回転させながら、中間層組成の溶湯を注湯し、遠心鋳造することが好ましい。外層あるいは中間層が完全に凝固したのち、鋳型の回転を停止し鋳型を立ててから、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、あるいは外層と中間層、中間層と内層とが溶着一体化した複合ロールとなる。
【００３１】
なお、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、いも虫状黒鉛鋳鉄（ＶＣ鋳鉄）などを用いることが好ましい。遠心鋳造製ロールは、外層と内層が一体溶着されているため、外層材の成分が１〜８％程度内層に混入する。外層材に含まれるＣｒ、Ｖ等の炭化物形成元素が内層へ混入すると、内層を脆弱化する。このため、外層成分の内層への混入率は６％未満に抑えることが好ましい。
【００３２】
また、中間層を形成する場合は、中間層材として、黒鉛鋼、高炭素鋼、亜共晶鋳鉄等を用いることが好ましい。中間層と外層とは同じように一体溶着されており、外層成分が中間層へ１０〜９５％の範囲で混入する。内層への外層成分の混入量を抑える観点から、外層成分の中間層への混入量はできるだけ低減しておくことが肝要となる。
本発明の熱間圧延用複合ロールは、鋳造後、熱処理を施されることが好ましい。熱処理は、９５０〜１１５０℃に加熱し空冷あるいは衝風空冷する工程と、さらに４５０〜６００℃に加熱保持したのち冷却する工程を１回以上施す処理とすることが好ましい。
【００３３】
なお、本発明の熱間圧延用複合ロールの好ましい硬さは、７９〜８８ＨＳ、より好ましい硬さは８０〜８７ＨＳである。このような硬さを安定して確保できるように、鋳造後の熱処理を調整することが推奨される。
【実施例】
【００３４】
表１に示すロール外層材組成の溶湯を、高周波炉で溶解し遠心鋳造法により、リング状試験材（リングロール；外径：２５０ｍｍφ、幅：７５ｍｍ、肉厚：５５ｍｍ）とした。なお、鋳込み温度は１４３０〜１５５０℃、遠心力は重力倍数で１８０Ｇとした。鋳造後、１０５０℃からの焼入れ処理、５４０〜５６０℃での焼戻処理を施し、硬さを７９〜８６ＨＳに調整した。得られたリング状試験材からミクロ組織観察用試験片と疲労試験片を採取して、ミクロ組織観察および熱延疲労試験を実施した。試験方法はつぎのとおりとした。
（１）熱延疲労試験
得られたリング状試験材から図１に示す形状の疲労試験片（外径６０ｍｍφ、肉厚１０ｍｍ、面取り有）を採取した。疲労試験片には、図１に示すようなノッチ（深さｔ：１．２ｍｍ、周方向長さＬ：０．８ｍｍ）を外周面の２箇所に、０．２ｍｍφのワイヤを用いた放電加工（ワイヤカット）法で導入した。
【００３５】
熱延疲労試験は、図１に示すように、熱延疲労試験片と相手材との２円盤すべり転動方式で行い、熱延疲労試験片を水冷しながら７００ｒｐｍで回転させ、回転する該試験片に、８１０℃に加熱した相手片（材質：Ｓ４５Ｃ、外径：１９０ｍｍφ、幅：１５ｍｍ）を荷重９８０Ｎで圧接させながら、すべり率：９％で転動させた。そして、熱延疲労試験片に導入した２つのノッチが折損するまで転動させ、各ノッチが折損するまでの転動回転数をそれぞれ求め、その平均値を、熱延疲労寿命とした。この熱延疲労寿命が３００千回を超えた場合を、熱延疲労寿命が優れるとした。
【００３６】
得られた結果を表２に示す。
【００３７】
【表１】
2014168783.tif 000003
【００３８】
【表２】
2014168783.tif 000004
【００３９】
本発明例はいずれも、比較例に比べて熱延疲労寿命が顕著に向上している。
なお、比較例Ｍ、Ｒ、Ｓ、Ｕ、Ｖは円相当直径が３〜３０μｍの微細炭化物が少なく熱延疲労寿命が劣化している。また、比較例Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｐ、Ｑ、Ｓ、Ｔは円相当直径が５０μｍを超える粗大炭化物が過剰に存在するため、その粗大炭化物を亀裂が伝ぱし熱延疲労特性が著しく低下した。また、比較例Ｗは微小炭化物数が過度に多くなり、近接した炭化物に亀裂が伝ぱして熱延疲労寿命が著しく低下した。
【図１】
2014168783.tif 000005
【図２】
2014168783.tif 000006
【図３】
2014168783.tif 000007