(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分組成が重量％で、
Ｃ    ：  １．２〜２．０％
Ｓｉ  ：  ３．０（３．０を含まず）〜４．５％
Ｍｎ  ：  ０．２〜１．０％
Ｃｒ  ：  ３．０〜５．０％
Ｍｏ  ：  １．０〜４．０％
Ｗ    ：  １．０〜４．０％
Ｖ    ：  １．０〜６．０％
Ｃｏ  ：  ５．０〜７．０％
を含有すると共に、残部が実質的にＦｅから成り、Ｓｉ％≧Ｃ％×２であることを特徴とする熱間圧延用ロール材。
【請求項２】
成分組成が重量％で、
Ｃ    ：  １．４〜１．８％
Ｓｉ  ：  ３．２〜４．０％
Ｍｎ  ：  ０．４〜０．８％
Ｃｒ  ：  ３．５〜４．５％
Ｍｏ  ：  １．５〜３．０％
Ｗ    ：  １．５〜３．０％
Ｖ    ：  ２．０〜４．５％
Ｃｏ  ：  ５．０〜７．０％
を含有すると共に、残部が実質的にＦｅから成り、Ｓｉ％≧Ｃ％×２であることを特徴とする熱間圧延用ロール材。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の熱間圧延用ロール材を単層として構成したことを特徴とする熱間圧延用ロール。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の熱間圧延用ロール材からなる外層材と強靭鋳鉄系又は鋼系からなる内層材とを溶着一体化して２層に構成したことを特徴とする熱間圧延用ロール。
【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ロール材とそれを用いた熱間圧延用ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱間薄板仕上スタンド用ワークロール、線材圧延、棒鋼圧延等の熱間圧延用ロール等の熱間圧延用ロール材として、例えば特開平１−９６３５５号公報、特開平２−８８７４５号公報、ＷＯ８８／０７５９４号公報、ＷＯ９１／１９８２４号公報等に記載されているように、多くのハイス系ロール材が実用化されてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記ハイス系ロール材を用いた熱間圧延用ロールは、従来の鋳鉄系ロール材を用いた熱間圧延用ロールに比較して、耐摩耗性に優れているものの、他の耐肌荒れ性、耐熱亀裂性、耐クラック進展性、耐焼付き性、低摩擦係数等の点において十分ではない。
例えば前記ハイス系ロールを熱間薄板圧延仕上スタンド用ワークロールに用いようとする場合においては、耐熱亀裂性、耐クラック進展性、耐焼付き性に問題がある。このためハイス系ロール仕上後段スタンド、特に板厚の薄くなる最終スタンドには使用し難いという問題がある。
また前記線材や棒鋼用の熱間圧延用ロールにおいては、ハイス系ロール特有の肌荒れが発生することが多いため、製品品質を厳しく要求するところでは使用し難いという問題がある。
【０００４】
そこで本発明は、上記従来のハイス系の熱間圧延ロール材やハイス系の熱間圧延ロールにおける問題点を解消し、耐摩耗性を良好に保持した上に、耐肌荒れ性、耐熱亀裂性、耐クラック進展性等に優れた熱間圧延用ロール材及びそれを用いた熱間圧延用ロールの提供を課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の熱間圧延用ロール材は、成分組成が重量％で、Ｃ：１．２〜２．０％、Ｓｉ：３．０（３．０を含まず）〜４．５％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：３．０〜５．０％、Ｍｏ：１．０〜４．０％、Ｗ：１．０〜４．０％、Ｖ：１．０〜６．０％、Ｃｏ：５．０〜７．０％を含有すると共に、残部が実質的にＦｅから成り、Ｓｉ％≧Ｃ％×２であることを第１の特徴としている。
また本発明の熱間圧延用ロール材は、成分組成が重量％で、Ｃ：１．４〜１．８％、Ｓｉ：３．２〜４．０％、Ｍｎ：０．４〜０．８％、Ｃｒ：３．５〜４．５％、Ｍｏ：１．５〜３．０％、Ｗ：１．５〜３．０％、Ｖ：２．０〜４．５％、Ｃｏ：５．０〜７．０％を含有すると共に、残部が実質的にＦｅから成り、Ｓｉ％≧Ｃ％×２であることを第２の特徴としている。
また本発明の熱間圧延用ロールは、上記第１の特徴又は第２の特徴に記載の熱間圧延用ロール材を単層として用いたことを第３の特徴としている。
また本発明の熱間圧延用ロールは、上記第１の特徴又は第２の特徴に記載の熱間圧延用ロール材からなる外層材と強靭鋳鉄系又は鋼系からなる内層材とを溶着一体化して２層に構成したことを第４の特徴としている。
【０００６】
上記本発明の特徴に関して、更に言及する。
従来のハイス系熱間圧延用材は、その成分において、高炭素、高合金の成分設定が主流であったのに対し、本発明の熱間圧延用ロール材においては、ハイス系材ではあるが、低炭素、低合金の成分設定としている。低炭素、低合金とすることで、肌荒れの原因となる粗大晶出炭化物を少なくすることができた。また炭化物の晶・析出を少なくすることで熱伝導率を上げることができ、熱亀裂性を改善することができた。炭化物の減少は材質の靭性向上の作用と合わせて耐クラック進展性を上げることができた。
ただし低炭素、低合金の成分設定だけでは、耐摩耗性が低下する。そこで従来は不純物としてできるだけ少なく、鋳造性に必要最小限の添加にとどめていた元素であるＳｉを、本発明では多量に含有させることで、高硬度の確保が可能であることに気付き、これによって耐摩耗性も良好に保持することができた。
【０００７】
上記第１の特徴によれば、そこに示された成分組成及びＳｉとＣとの割合にすることで低炭素、低合金成分となると共に、高Ｓｉ成分によって一次の粗大炭化物の晶出が抑制された微細で均一な炭化物の分布と高硬度を有する熱間圧延用材が得られる。これによって良好な耐摩耗性を保持することができると共に、耐肌荒れ性、耐熱亀裂性、耐クラック進展性等の向上を図ることができる。またＣｏを５．０〜７．０重量％含有させることにより、材料の摩擦抵抗を低減させることで耐焼付き性を向上させることができる。また材料の靭性値を上げることで耐クラック進展性を向上させることができる。
また上記第２の特徴によれば、そこに示された成分組成を第１の特徴における成分組成よりも更に限定することにより、第１の特徴による作用効果を一層向上させることができる。
また上記第３の特徴による熱間圧延用ロールは、上記第１の特徴又は第２の特徴に記載の熱間圧延用ロール材を単層として用いたことで、単層の熱間圧延用ロールとして良好な耐摩耗性を保持すると共に、耐肌荒れ性、耐熱亀裂性、耐クラック進展性等に優れたロールを提供することができる。
また上記第４の特徴による熱間圧延用ロールは、上記第１の特徴又は第２の特徴に記載の熱間圧延用ロール材からなる外層材と強靭鋳鉄系又は鋼系からなる内層材とを溶着一体化して２層に構成したことで、良好な耐摩耗性を保持すると共に、耐肌荒れ性、耐熱亀裂性、耐クラック進展性等に優れた外層と、強靭鋳鉄系又は鋼系材による靭性に優れた強靭な内層からなる熱間圧延用ロールを提供することができる。
【０００８】
本発明の熱間圧延用ロール材及び熱間圧延用ロールに関し、それに用いられる材料の各成分元素の含有範囲について、その限定理由を以下に説明する。尚、成分組成は全て重量％で示す。
Ｃの含有量は１．２〜２．０％とする。Ｃの含有量は、靭性の向上、粗大炭化物の晶出の抑制、熱伝導率の向上のためには低い程よい。ただし、１．２％未満では鋳造性が悪化する。また２．０％を超えると上記の効果が望めなくなる。
Ｃの含有量は、好ましくは１．４〜１．８％とするのがよい。
【０００９】
Ｓｉの含有量は３．０（３．０を含まず）〜４．５％とする。Ｓｉを積極的に含有させることが、本発明における重要な特徴の１つである。低炭素、低合金の成分組成とした場合には、一次の晶出炭化物が少なくなり、段落０００６で既述したように熱伝導率の向上（耐熱亀裂性の向上）、靭性の向上、耐クラック進展性の向上が図れる反面、耐摩耗性が期待できなくなる。ところが、Ｓｉを多く含有させることによりＭｓ点が上昇し、焼入れ性が向上する。即ち、残留オーステナイトの減少と高硬度を得ることができる。前記残留オーステナイトの減少は熱間圧延用ロールとしての資質の向上につながり、また高硬度は耐摩耗性に寄与する。
またＳｉは焼戻し処理時に硬質の微細二次炭化物の析出を助長し、焼戻し二次硬化に有効に作用する。
３．０％以下では上記効果が十分でなく、一方、４．５％を超えると靭性が低下する。
Ｓｉの含有量は、好ましくは３．２〜４．０％とするのがよい。
【００１０】
Ｍｎの含有量は０．２〜１．０％とする。ＭｎはＭｎＳを形成してＳの害を防止するため、少量含有させる。
Ｍｎの含有量は、好ましくは０．４〜０．８％とする。
【００１１】
Ｃｒの含有量は３．０〜５．０％とする。Ｃｒは焼入れ性を確保するために３．０％以上を必要とする。５．０％を超えると粗大なＭ７Ｃ３型炭化物が晶出し、肌荒れ性を悪化させる。
Ｃｒの含有量は、好ましくは３．５〜４．５％とする。
【００１２】
Ｍｏの含有量は１．０〜４．０％とする。
Ｗの含有も１．０〜４．０％とする。
Ｍｏ、Ｗとも１．０％未満では、微細二次炭化物の析出が少なく、焼戻し二次硬化があまり期待できない。４．０％を超えると一次のＭ２Ｃ型炭化物が晶出し、好ましくない。
Ｍｏ、Ｗの含有量は、好ましくは１．５〜３．０％とする。
【００１３】
Ｖの含有量は１．０〜６．０％とする。Ｖは粒状のＭＣ型炭化物を微細、均一に晶出させるため、耐摩耗性の確保に重要な元素である。１．０％未満では効果が薄く、６．０％を超えると炭化物量が過多となり、耐肌荒れ性を低下させる。
Ｖの含有量は、好ましくは２．０〜４．５％とする。
【００１４】
Ｃｏの含有量は１０．０％以下とする。Ｃｏは５．０％以上の含有で、摩擦係数の低減、靭性値の向上（耐クラック進展性の向上）等の効果があるため、好ましくは５．０〜７．０％含有させる。
【００１５】
ＣとＳｉの含有量は、上記各含有量の範囲の他に、Ｓｉ％≧Ｃ％×２、即ちＳｉの含有量がＣの含有量の２倍以上であることを要件としている。この要件は種々の実験を経て得た経験的要件である。このような条件とすることで、低炭素による一次晶出炭化物等の減少による耐摩耗性の低下を、Ｓｉの増加による焼戻し二次微細炭化物等の増加で補うことができる。
【００１６】
上記の成分組成からなるロール材は、鋳造されたものがロールに仕上げられ、その後、溶体化処理とそれに続く焼入れ処理、焼戻し処理を経て完成品となる。
２層ロールとする場合には、上記成分組成からなるロール材を外層材とし、強靭鋳鉄系又は鋼系からなる内層材とを、遠心鋳造や鋳ぐるみ等の公知の方法で溶着一体化して構成する。
強靭鋳鉄系内層材としては、ダクタイル鋳鉄等を用いることができる。
また鋼系内層材としては、黒鉛鋳鋼等の鋳鋼、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼、ＳＣＭ４４０等のクロムモリブデン鋼等、靭性の優れた種々の鋼を用いることができる。
【００１７】
【実施例】
本発明での成分範囲に入る実施例１と、本発明での成分範囲から外れる比較例１〜５について、表１に示す化学成分で、それぞれ２５０φ×３００ｍｍの供試材を金型鋳造した。
【００１８】
【表１】
0003599714.tif 000002
【００１９】
実施例１と比較例１〜３（Ｓｉの含有量のみ範囲外）については、Ｓｉの含有量の影響を明らかにするために、Ｓｉの含有量を変化させると共に、それ以外の成分の含有量を同じになるようにして調整した。
また比較例４は、低Ｃ含有量（範囲内）であるが、Ｓｉの含有量が範囲未満、合金成分（Ｃｒ、Ｍｏ）の含有量が範囲を超える高合金になっているものである。
また比較例５は、Ｃの含有量が範囲を超える高含有量になっており、Ｓｉの含有量が範囲未満、合金成分（Ｍｏ）の含有量が範囲を超える高合金になっているものである。
【００２０】
これら実施例１及び比較例１〜５の供試材を、１１００℃に５時間保持後、強制空冷にて焼入れ処理を実施した。
焼入れたままの実施例１及び比較例１〜５の供試材の残留オーステナイト量を測定した。また焼入れ後に５６０℃で焼戻し処理を３回施した後、炭化物等についての組織調査を行った。結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
表２によれば、低炭素、低合金とした実施例１及び比較例１〜３では、一次炭化物の面積率が１０％前後であり、また粗大なＭ７Ｃ３型炭化物は認められなかった。一方、低炭素ではあるが高合金の比較例４と高炭素、高合金の比較例５では、ＣｒのＭ７Ｃ３型炭化物が晶出し、一次炭化物の面積率が２０％前後となっていることがわかる。このことは、低炭素、低合金とすることで熱間圧延用ロール材としての耐肌荒れ性が改善されることを示すものである。
次にＳｉの含有量を変化させた実施例１と比較例１〜３において、残留オーステナイト量に顕著な傾向が認められる。即ち、低Ｓｉでは残留オーステナイトの量が非常に多く、Ｓｉの含有量が増加するにつれて残留オーステナイト量が明らかに減少している。このことは、低炭素、低合金のまま（比較例１〜３）では熱間圧延用ロール材としては好ましくないが、Ｓｉの含有量を増加させること（実施例１）で、そのような問題を解消できることを示すものである。実施例１では残留オーステナイトの量を、高合金成分の比較例４、５と同程度まで減少している。
【００２３】
次に焼戻し処理後、実施例１及び比較例１〜５の供試材の機械的性質及び硬度を測定した。結果を表３に示す。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
表３によれば、低炭素、低合金とした実施例１及び比較例１〜３では、Ｓｉの含有量の増加に伴って、引張り強さと圧縮強さの各強度、破壊靭性、ショア硬度が上昇している。また実施例１では、高合金成分の比較例４、５と同程度の強度、靭性、硬度となっていることがわかる。このことは、実施例１は熱間圧延用ロール材として、強靭で且つ良好な耐摩耗性を発揮し得ることを示すものである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上の構成、作用よりなり、請求項１に記載の熱間圧延用ロール材によれば、成分組成が重量％で、Ｃ：１．２〜２．０％、Ｓｉ：３．０（３．０を含まず）〜４．５％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：３．０〜５．０％、Ｍｏ：１．０〜４．０％、Ｗ：１．０〜４．０％、Ｖ：１．０〜６．０％、Ｃｏ：５．０〜７．０％を含有すると共に、残部が実質的にＦｅから成り、Ｓｉ％≧Ｃ％×２であるので、
低炭素、低合金成分、高Ｓｉ成分により、一次の粗大炭化物の晶出が抑制された微細で均一な炭化物分布と高硬度を有する熱間圧延用ロール材を得ることができる。これによって良好な耐摩耗性を保持すると共に、耐肌荒れ性、耐熱亀裂性、耐クラック進展性等に優れた熱間圧延用ロールを提供することができる。またＣｏを５．０〜７．０％含有させるので、摩擦抵抗を低減させると共に、高靭性の熱間圧延用ロール材を得ることができる。これによって一層、耐焼付き性、耐クラック進展性に優れた熱間圧延用ロールを提供することができる。
また請求項２に記載の熱間圧延用ロール材によれば、そこに示された成分組成を第１の特徴における成分組成よりも更に限定することにより、第１の特徴による作用効果を一層向上させることができる。
また請求項３に記載の熱間圧延用ロールによれば、請求項１又は請求項２に記載の熱間圧延用ロール材を単層として構成したので、
単層の熱間圧延用ロールとして、良好な耐摩耗性を保持すると共に、耐肌荒れ性、耐熱亀裂性、耐クラック進展性等に優れたロールを提供することができる。
また請求項４に記載の熱間圧延用ロールによれば、請求項１又は請求項２に記載の熱間圧延用ロール材からなる外層材と強靭鋳鉄系又は鋼系からなる内層材とを溶着一体化して２層に構成したので、
２層の熱間圧延用ロールとして、良好な耐摩耗性を保持すると共に、耐肌荒れ性、耐熱亀裂性、耐クラック進展性等に優れた外層と、強靭鋳鉄系又は鋼系材による靭性に優れた強靭な内層からなるロールを提供することができる。