【事件の表示】
　特許第３０３００７８号「耐肌荒れ性に優れた耐摩耗複合ロール及びその製造方法」の請求項１ないし５に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３０３００７８号の請求項１ないし５に係る特許を取り消す。
【理　由】
１、手続の経緯
　本件特許第３０３００７８号は、平成２年１１月１５日に特許出願され、平成１２年２月４日に特許権の設定の登録がなされたものであり、その後、その請求項１〜５に係る特許について特許異議の申立てがなされたので、当審より特許取消理由を通知したところ、その指定期間内である平成１３年６月５日に訂正請求がなされたものである。
　
２、訂正請求について
２−１、訂正の内容
　特許権者が求めている訂正の内容は、次のとおりである。
（１）訂正事項Ａ
　本件特許の願書に添付した明細書(以下、単に、「明細書」という。)の特許請求の範囲の請求項１、５において、「３．０％以下のＳｉ」とあるを、「０．３〜３．０％のＳｉ」に、同じく、「Ｎ含有量が８００ｐｐｍ以下」とあるを、「Ｎ含有量が８００ｐｐｍ以下およびＢ含有量が５００ｐｐｍ以下」に、それぞれ訂正する。
（２）訂正事項Ｂ
　明細書の第１１頁第１４〜１５行（本件特許掲載公報第５欄第４９行）及び第１３頁第１行（同公報第６欄第２４行）に「３．０％以下のＳｉ」とあるを、「０．３〜３．０％のＳｉ」に、また、明細書の第１１頁第１７〜１８行（同公報第６欄第２行）及び第１３頁第４〜５行（同公報第６欄第２６〜２７行）に「Ｎ含有量が８００ｐｐｍ以下」とあるを、「Ｎ含有量が８００ｐｐｍ以下およびＢ含有量が５００ｐｐｍ以下」に、それぞれ訂正する。
　
２−２、訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
　訂正事項Ａは、明細書の特許請求の範囲の請求項１、５において、Ｓｉ含有量の下限を０．３に限定するとともにＢ含有量が８００ｐｐｍ以下という構成を追加するものであるから、この訂正は特許請求の範囲の減縮に該当する。
　また、訂正事項Ｂは、明細書の「発明の詳細な説明」の欄の記載を、前記特許請求の範囲の訂正と整合するように訂正するものであるから、この訂正は明りょうでない記載の釈明に該当する。
　そして、これら訂正事項Ａ、Ｂは、明細書の第１３頁第１４〜２０行（同公報第６欄第３５〜４０行）の「Ｓｉは脱酸剤として必要な元素であり、・・・３．０重量％以下とする。なお、その量が０．３％未満の場合、脱酸効果が不足して、鋳鉄材において鋳造欠陥を生じやすいので、好ましくない。」との記載、及び明細書の第１７頁第４〜７行（同公報第７欄第４７〜４９行）の「またＢを極微量添加することにより、焼入れ性を高めることができる。しかし、・・・５００ｐｐｍ以下に抑える必要がある。」との記載に基づくものであるから、いずれも明細書及び図面に記載された事項の範囲内のものであって新規事項の追加に該当するものではなく、かつ、実質上特許請求の範囲を拡張または変更するものでもない。
　
２−３、まとめ
　以上のとおり、上記訂正請求は、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律第１１６号）附則第６条第１項の規定によりなお従前の例によるとされる、特許法第１２０条の４第３項において準用する平成６年法律第１１６号による改正前の特許法第１２６条第１項ただし書及び第２項の規定に適合するものであるから、当該訂正を認める。
　
３、特許異議の申立てについて
３−１、本件発明
　上記のように訂正が認められることから、本件特許の請求項１〜５に係る発明は、訂正明細書の特許請求の範囲の請求項１〜５に記載された次のとおりのものである
「（１）重量比で１．０〜３．５％のＣ、０．３〜３．０％のＳｉ、１．５％以下のＭｎ、７．０％以下のＣｒ、３．０〜１５．０％のＶ、１０％以下のＭｏ、２０％以下のＷ、及び残部実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｎ含有量が８００ｐｐｍ以下およびＢ含有量が５００ｐｐｍ以下の鉄基合金からなる外層と、前記外層に金属的に接合した鋳鋼又は鍛鋼製の軸とからなる耐肌荒れ性に優れた耐摩耗複合ロールであって、前記外層が連続鋳かけ肉盛法により前記軸に接合されていることを特徴とする耐摩耗複合ロール。
（２）請求項１に記載の耐摩耗複合ロールにおいて、前記鉄基合金がさらに重量比で５％以下のＮｉを含有することを特徴とする耐摩耗複合ロール。
（３）請求項１又は２に記載の耐摩耗複合ロールにおいて、前記鉄基合金がさらに重量比で１５％以下のＣｏを含有することを特徴とする耐摩耗複合ロール。
（４）請求項１乃至３のいずれかに記載の耐摩耗複合ロールにおいて、前記鉄基合金がさらに重量比で５％以下のＮｂを含有することを特徴とする耐摩耗複合ロール。
（５）重量比で１．０〜３．５％のＣ、０．３〜３．０％のＳｉ、１．５％以下のＭｎ、７．０％以下のＣｒ、３．０〜１５．０％のＶ、１０％以下のＭｏ、２０％以下のＷ、及び残部実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｎ含有量が８００ｐｐｍ以下およびＢ含有量が５００ｐｐｍ以下の鉄基合金からなる外層と、前記外層に金属的に接合した鋳鋼又は鍛鋼製の軸とからなる耐肌荒れ性に優れた耐摩耗複合ロールを製造する方法において、誘導加熱コイルで包囲された耐火枠とその枠の下に同軸的に設置された冷却型とからなる組合わせモールドの内側に設けられた空間に、前記軸を同軸的に遊嵌させ、前記軸と前記モールドとの間に形成された空隙に前記鉄基合金の溶湯を注入し、溶湯表面のフラックスでシールするとともに溶湯を初晶晶出温度乃至それより１００℃まで高い温度範囲内に加熱攪拌しながら保持し、前記軸を前記モールドと同軸的に下方へ移動させて、前記溶湯を前記冷却型に接触させて凝固させるとともに前記軸と溶着させることにより、前記軸の周囲に連続的に前記外層を形成することを特徴とする方法。」
（以下、請求項１〜５に係るそれぞれの発明を、請求項順に「本件発明１」、「本件発明２」、「本件発明３」、「本件発明４」、「本件発明５」という。）
　
３−２、引用刊行物の記載について
　当審の通知した取消理由において引用された、本件特許に係る出願前に頒布された刊行物である、国際公開第８８／０７５９４号パンフレット（１９８８）（以下、刊行物１という。）及び特開昭６１−２１３３４８号公報（以下、刊行物２という。）には、次のような記載がある。
　
３−２−１、刊行物１
（イ）「１． 　Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの炭化物の１種または２種以上を凝固過程において溶湯中から晶出する成分の鉄基合金からなる外層と、前記外層に金属的に接合した鋼製軸とからなる耐摩耗複合ロールであって、・・・　前記外層と前記軸との境界部の接合強さが前記外層及び前記軸の弱いほうの強さ以上であることを特徴とする耐摩耗複合ロール。
２．　請求の範囲第１項に記載の耐摩耗複合ロールにおいて、前記鉄基合金が重量比で１．５〜３．５のＣ、０．３〜３．０％のＳｉ、０．３〜１．５のＭｎ、２〜７％のＣｒ、９％以下のＭｏ、２０％以下のＷ、３〜１５％のＶ及び残部実質的にＦｅからなることを特徴とする耐摩耗複合ロール。
３．　請求の範囲第２項に記載の耐摩耗複合ロールにおいて、前記鉄基合金がさらに重量比で５％以下のＮｉを含有することを特徴とする耐摩耗複合ロール。
４．　請求の範囲第２項に記載の耐摩耗複合ロールにおいて、前記鉄基合金がさらに重量比で５％以下のＣｏを含有することを特徴とする耐摩耗複合ロール。
５．　請求の範囲第２項に記載の耐摩耗複合ロールにおいて、前記鉄基合金がさらに重量比で５％以下のＮｂを含有することを特徴とする耐摩耗複合ロール。
             ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
８．　Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆの炭化物の１種または２種以上を凝固過程において溶場中から晶出する成分の鉄基合金からなる外層と、前記外層に金属的に接合した鋼製軸とからなる耐摩耗複合ロールを製造する方法において、誘導加熱コイルで包囲された耐火枠とその枠の下に同軸的に設置された冷却型とからなる組合わせモールドの内側に設けられた空間に、前記鋼製軸材を同軸的に遊嵌させ、前記軸と前記モールドとの間に形成された空隙に前記鉄基合金の溶湯を注入し、溶場表面をフラックスでシールするとともに溶湯を初晶晶出温度乃至それより１００℃まで高い温度範囲内に加熱撹洋しながら保持し、前記軸を前記モールドと同軸的に下方に移動させて、前記溶湯を前記冷却型に接触させて凝固させるとともに前記軸と溶着させることにより、前記軸の周囲に連続的に前記外層を形成することを特徴とする方法。」（請求の範囲）
（ロ）「Ｃは耐摩耗性向上のための炭化物の形成に必要である。・・・また、Ｖとのバランスにおいて、下限値未満では炭化物が粒界に網目状に析出して靭性および耐肌荒性においても本発明の目的を達成できない。一方Ｃが３．５％を超えるとＶとのバランスがくずれ、・・・耐肌荒性及び強靭性の点で劣ることになる。」（第４頁左下欄第８〜１５行）
（ハ）「Ｍｏは焼入れ性と高温硬さを得るために必要であるが、・・・９％を超えると・・・耐肌荒れ性の点で好ましくない」（第４頁右下欄第３〜５行）
（ニ）「本発明に使用する外層材用鉄基合金はまたはＮの含有量が０．１５％以下であるのが好ましい。すなわち、Ｎは本発明材において通常０．００５〜０．１０％含有され、焼戻し硬さの向上に効果がある。しかし、過剰になると材質が脆化するので、含有量の上限は０．１５％以下である。」（第５頁左上欄第８〜１２行）
（ホ）「複合ロールの軸は鋼製であり、鋳鋼又は鍛鋼のいずれでもよい。」（第５頁左上欄第１７〜１８行）
（ヘ）「得られた複合ロールは、さらに焼入れ、焼戻し等の熱処理を施すことにより所望の外層硬さを得る。」（第５頁左下欄第７〜８行）
　
３−２−２、刊行物２
（ト）「（１）重量％で、Ｃ：０．２０〜２．５０％、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｃｒ：２．０〜２０．０％、および２Ｍｏ十Ｗ：０．３０〜３０．０％、Ｖ：０．０１〜５．０％のうちの１種または２種以上、残部Ｆｅおよび不純物からなることを特徴とする合金工具鋼。
　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・
（８）残部Ｆｅの一部が、Ｃｏ：１．０〜２０．０％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％、Ｃｕ：０．２５〜１．０％、Ｂ：０．００１〜０．０５％のうちの１種または２種以上を含む特許請求の範囲第（１）項ないし第（７）項のいずれかに記載の合金工具鋼。」（特許請求の範囲）
（チ）「（産業上の利用分野）この発明は、熱間、温間、冷間塑性加工用工具や切削工具として利用される合金工具鋼に関するものである。」（第２頁右上欄第１５〜１８行）
（リ）「Ｂは鋼の焼入れ性を高めると共に、鋼中のＮをＢＮの形で固定してＮの悪影響をなくすのに有効な元素であるので上記の範囲で適宜添加するのもよい。」（第４頁左下欄第４行〜７行）
　
３−３、対比・判断
３−３−１、本件発明１について
　本件発明１と刊行物１に記載の発明を対比するにあたり、まず、刊行物１の記載について検討する。
　刊行物１には、上記摘記した記載（イ）、（ニ）、（ホ）より、重量比で１．５〜３．５％のＣ、０．３〜３．０％のＳｉ、０．３〜１．５％のＭｎ、２〜７％のＣｒ、３〜１５％のＶ、９％以下のＭｏ、２０％以下のＷ、及び残部実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｎ含有量が０．００５〜０．１０％、すなわち、５０〜１０００ｐｐｍの鉄基合金からなる外層と、前記外層に金属的に接合した鋳鋼又は鍛鋼製の軸とからなる耐摩耗複合ロールの発明が記載されているものである。そして、その発明のロールは、外層と軸とが、記載（イ）の請求の範囲８の方法、すなわち、連続鋳かけ肉盛法によって接合されているものであり、また、上記摘記した記載（ロ）、（ハ）より、鉄基合金の成分元素の含有量は耐肌荒れ性を考慮して決められており、そのロールは耐肌荒れ性に優れたものということができる。
　そこで、本件発明１と刊行物１に記載の発明とを対比すると、両者は、ともに、
「重量比で１．５〜３．５％のＣ、０．３〜３．０％のＳｉ、０．３〜１．５％以下のＭｎ、２〜７．０％のＣｒ、３．０〜１５．０％のＶ、９％以下のＭｏ、２０％以下のＷ、及び残部実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｎ含有量が５０〜８００ｐｐｍ以下の鉄基合金からなる外層と、前記外層に金属的に接合した鋳鋼又は鍛鋼製の軸とからなる耐肌荒れ性に優れた耐摩耗複合ロールであって、前記外層が連続鋳かけ肉盛法により前記軸に接合されていることを特徴とする耐摩耗複合ロール」
である点で一致しているが、本件発明１では、さらに、鉄基合金のＢ含有量が５００ｐｐｍ以下としているのに対し、刊行物１に記載の発明ではそのようにしておらず、この点（以下、相違点という。）で両者は相違している。
　次に相違点について検討する。
　本件発明１が相違点にあるようにＢを含有するのは、焼入れ性を高めるためである（上記「２−２、訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否」の項において訂正の根拠として引用した明細書の記載参照。）が、合金鋼、すなわち鉄基合金にＢを５００ｐｐｍ以下の範囲で含有させて合金の焼入れ性を高めることは、刊行物２に示されるように公知の技術であり（上記摘記した記載（ト）〜（リ）参照）、かつ、刊行物１に記載の発明のロールも、上記摘記した記載（ヘ）にあるように、焼入れされて所望の硬さに調整されるものであるから、刊行物１に記載の発明において、所望の硬さを得るのに必要な焼入れ性を確保するため、鉄基合金にＢを含有させて相違点に係る本件発明１のようにすることは当業者が容易に想到できることである。しかも、そのようにしたことにより本件発明１は格別の作用効果を奏するものではない。
　そうすると、本件発明１は、刊行物１、２に記載の発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものである。
　
３−３−２、本件発明２〜４について
　本件発明２〜４は、いずれも本件発明１を引用し、鉄基合金がさらに他の成分元素を含有する点を限定したものであり、他の成分として、本件発明２では５％以下のＮｉを、本件発明３では１５％以下のＣｏを、本件発明４では５％以下のＮｂを含有するものである。
　ところで、刊行物１には、上記記載（イ）請求の範囲３〜５には、鉄基合金がさらに５％以下のＮｉ、５％以下のＣｏを、５％以下のＮｂを含有することが記載されているから、上記限定によって刊行物１に記載の発明との間に新たな相違点が生じるものではない。
　したがって、本件発明２〜４は、本件発明１と同様に、刊行物１、２に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものである。
　
３−３−３、本件発明５について
　本件発明５は、本件発明１の複合ロールを製造する方法として、「誘導加熱コイルで包囲された耐火枠とその枠の下に同軸的に設置された冷却型とからなる組合わせモールドの内側に設けられた空間に、前記軸を同軸的に遊嵌させ、前記軸と前記モールドとの間に形成された空隙に前記鉄基合金の溶湯を注入し、溶場表面のフラックスでシールするとともに溶湯を初晶晶出温度乃至それより１００℃まで高い温度範囲内に加熱撹洋しながら保持し、前記軸を前記モールドと同軸的に下方に移動させて、前記溶湯を前記冷却型に接触させて凝固させるとともに前記軸と溶着させることにより、前記軸の周囲に連続的に前記外層を形成することを特徴とする方法」を用いるものであるが、この方法は、刊行物１の上記摘記した記載（イ）の請求の範囲８に記載されている。
　そうすると、本件発明５と刊行物１に記載の発明との間に新たな相違点が生じるものではない。
　したがって、本件発明５は、本件発明１と同様に、刊行物１、２に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものである。
　
４、むすび
　以上のとおり、本件発明１〜５は、いずれも特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができないものであるから、本件発明１〜５に係る特許は拒絶の査定をしなければならない特許出願に対してされたものと認める。
　よって、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律第１１６号）附則第１４条の規定に基づく、特許法等の一部を改正する法律の施行に伴う経過措置を定める政令（平成７年政令第２０５号）第４条第２項の規定により、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１３年１０月１２日（２００１．１０．１２）
【訂正の要旨】
訂正の要旨
１）特許請求の範囲の減縮を目的として、明細書の特許請求の範囲の請求項１、５において、「３．０％以下のＳｉ」とあるを、「０．３〜３．０％のＳｉ」に、同じく、「Ｎ含有量が８００ｐｐｍ以下」とあるを、「Ｎ含有量が８００ｐｐｍ以下およびＢ含有量が５００ｐｐｍ以下」に、それぞれ訂正する。
２）明りょうでない記載の釈明を目的として、明細書の第１１頁第１４〜１５行（特許掲載公報第５欄第４９行）及び第１３頁第１行（同公報第６欄第２４行）に「３．０％以下のＳｉ」とあるを、「０．３〜３．０％のＳｉ」に、また、明細書の第１１頁第１７〜１８行（同公報第６欄第２行）及び第１３頁第４〜５行（同公報第６欄第２６〜２７行）に「Ｎ含有量が８００ｐｐｍ以下」とあるを、「Ｎ含有量が８００ｐｐｍ以下およびＢ含有量が５００ｐｐｍ以下」に、それぞれ訂正する。
（５４）【発明の名称】
耐肌荒れ性に優れた耐摩耗複合ロール及びその製造方法
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　重量比で１．０〜３．５％のＣ、０．３〜３．０％のＳｉ、１．５％以下のＭｎ、７．０％以下のＣｒ、３．０〜１５．０％のＶ、１０％以下のＭｏ、２０％以下のＷ、及び残部実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｎ含有量が８００ｐｐｍ以下およびＢ含有量が５００ｐｐｍ以下の鉄基合金からなる外層と、前記外層に金属的に接合した鋳鋼又は鍛鋼製の軸とからなる耐肌荒れ性に優れた耐摩耗複合ロールであって、前記外層が連続鋳かけ肉盛法により前記軸に接合されていることを特徴とする耐摩耗複合ロール。
　【請求項２】　請求項１に記載の耐摩耗複合ロールにおいて、前記鉄基合金がさらに重量比で５％以下のＮｉを含有することを特徴とする耐摩耗複合ロール。
　【請求項３】　請求項１又は２に記載の耐摩耗複合ロールにおいて、前記鉄基合金がさらに重量比で１５％以下のＣｏを含有することを特徴とする耐摩耗複合ロール。
　【請求項４】　請求項１乃至３のいずれかに記載の耐摩耗複合ロールにおいて、前記鉄基合金がさらに重量比で５％以下のＮｂを含有することを特徴とする耐摩耗複合ロール。
　【請求項５】　重量比で１．０〜３．５％のＣ、０．３〜３．０％のＳｉ、１．５％以下のＭｎ、７．０％以下のＣｒ、３．０〜１５．０％のＶ、１０％以下のＭｏ、２０％以下のＷ、及び残部実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｎ含有量が８００ｐｐｍ以下およびＢ含有量が５００ｐｐｍ以下の鉄基合金からなる外層と、前記外層に金属的に接合した鋳鋼又は鍛鋼製の軸とからなる耐肌荒れ性に優れた耐摩耗複合ロールを製造する方法において、誘導加熱コイルで包囲された耐火枠とその枠の下に同軸的に設置された冷却型とからなる組合わせモールドの内側に設けられた空間に、前記軸を同軸的に遊嵌させ、前記軸と前記モールドとの間に形成された空隙に前記鉄基合金の溶湯を注入し、溶湯表面のフラックスでシールするとともに溶湯を初晶晶出温度乃至それより１００℃まで高い温度範囲内に加熱攪拌しながら保持し、前記軸を前記モールドと同軸的に下方へ移動させて、前記溶湯を前記冷却型に接触させて凝固させるとともに前記軸と溶着させることにより、前記軸の周囲に連続的に前記外層を形成することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
　本発明は熱間圧延用の耐肌荒れ性に優れた耐摩耗複合ロール及びその製造方法に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕
　圧延用ロールとして遠心鋳造法により製造した鋳鉄製の複合ロールが広く用いられている。これは、外層に耐摩耗性の大きい炭化物を多く晶出させた鋳鉄系材質を用い、内層に靭性のあるねずみ鋳鉄もしくはダクタイル鋳鉄を配した構造のものであるが、この製造方法では外層及び内層に適用できる材質の範囲が限られている。
　Ｗ、Ｖ、Ｎｂ等の元素が形成する炭化物はビッカース硬さＨｖが２０００以上と硬く、これらの炭化物を外層材に含有させれば、ロールの耐摩耗性の向上に有効であるが、前記炭化物が晶出する外層と内層とを健全に溶着した複合ロールを遠心鋳造法により製造するのは現実には不可能である。
　その理由は、これらの元素が形成する炭化物は溶湯との比重が異なるため、鋳造中にいわゆる遠心分離の作用により偏析を起こし易いことである。またこれらの元素には酸化傾向の強いものがあり、内層との溶着が困難である。更に、遠心鋳造法では、内層材に黒鉛の晶出したねずみ鋳鉄もしくはダクタイル鋳鉄を用いて靭性を得ているが、外層材が前記のような白銑化傾向の強い元素を多量に含んでいると、外層成分が内層に若干溶け込むため内層の黒鉛化が悪くなり、脆くなる。特に内層との境界付近には炭化物が集中して形成されるため脆くなり、境界部を起点にした外層の剥離などが起こりやすい。
　また、内層のねずみ鋳鉄またはダクタイル鋳鉄の引張り強さは５５ｋｇ／ｍｍ２程度が限界であり、伸びは１％未満である。これ以上の値を得ようとすると内層に鋼系の材質を用いる必要があるが、これも遠心鋳造法では困難である。その理由は、内層のほうが外層より高融点となるため、内層を鋳込んだ時に外層が溶けて混合状態となった境界部分が内層より低融点となるため最終凝固層となり、この境界部に鋳造欠陥が発生し易くなるためである。
　また一度に多量の圧延を行うことによって圧延の合理化を図るとともに、圧延材の寸法精度を向上するために、圧延用ロールの耐摩耗性を大幅に向上することが必要になってきた。また、それと同時に、圧延材の寸法精度向上のためにロールの圧延によるたわみと逆方向にロールの軸部に曲げを加えることや、より少ないスタンド数で圧延を完了するために一つの圧延スタンドで大きな圧下力をかけることなどから、ロールの軸部にかかる曲げ応力は大きくなり、ロール軸部の強さの向上も必要になってきている。しかし外層材と軸材を焼嵌めもしくは組立てた構造のロールでは、外層と軸が圧延中にすべったり、外層が割れ易かったりする問題点があるため、外層と軸は金属的に完全に接合する必要がある。
　これらの要求を同時に満足するためには、外層がＷ、Ｖ、Ｎｂ等の元素の炭化物を多量に晶出する成分の材質からなり、軸が強靭な鋼からなり、かつ外層と軸が金属的に完全に接合されていることが必要であるが、上記の理由から遠心鋳造法などの鋳造法では製造不可能である。また固体どうしでの拡散接合の手法は圧延用ロールのように比較的大きなものでは製造設備が極端に高価となり、現実的でない。
　以上の状況において、あらかじめ形成した鋳鋼又は鍛鋼からなる鋼製軸材の周囲に外層材の溶湯を溶着凝固させることにより、複合ロールを製造するいわゆる鋳造肉盛方法が注目され、これを用いて製造した種々の外層材及び軸材の組合せによる複合ロールが提案された。
　例えば、特開昭６０−１８０６０８号は外層と芯材が冶金的に接合された複合ロールであって、外層が重量％でＣ：２．０〜３．５％、Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．４〜１．５％、Ｃｒ：８〜２５％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｖ：１０％以下、および１．５％以下のＮｉから成る高クロム鋳鉄から構成され、芯材が５５ｋｇ／ｍｍ２以上の引張り強さ、１．０％以上の伸びを有する鋳鋼又は鍛鋼から構成されると共に、該外層は予め用意された芯材の外周に外層成分の溶湯を注湯して冶金的に接合する方法によって形成され、外層と芯材の境界部の接合強度が少なくとも外層材および芯材の弱い方の強度以上あり、該外層の硬度がショアー硬度７０以上で、表面下１００ｍｍまでの硬度低下がショアー硬度３以下であることを特徴とする耐焼付性、耐肌荒性に優れた熱間圧延用複合ロールを開示している。
　また特開昭６０−１８０６０９号は外層部が高クロム鋳鉄、芯材が鋳鋼、鍛鋼からなり表面硬度がショアー硬度９０以上ある複合ロールであって、かつ該外層は予め用意された芯材の外周に外層成分の溶湯を注湯して冶金的に接合する方法によって形成され、該外層の高クロム鋳鉄組成が、重量％でＣ２．５〜３．５％、Ｓｉ０．５〜１．５％、Ｍｎ０．４〜１．５％、Ｎｉ０．５〜３．０％、Ｃｒ８〜２５％、Ｍｏ１．０〜５．０％、残部実質的にＦｅより成り、該芯材の強度および伸びがそれぞれ５５ｋｇ／ｍｍ２以上、１．０％以上であり、外層と芯材の境界部の接合強度が少なくとも外層材および芯材の弱い方の強度以上であることを特徴とする冷間圧延用高クロム鋳鉄ロールを開示している。
　しかしながらこれらの圧延用複合ロールにおいては外層が高クロム鋳鉄で形成されているので、良好な耐摩耗性を有するものの、近年益々高くなってきた要求レベルを満たすには必ずしも十分でない。
　また特公昭５１−２４９６９号は炭素を０．２〜０．６重量％含み、さらに２重量％以下のニッケル、２〜６重量％のクロム、１〜６重量％のモリブデン、１〜６重量％のタングステンおよび１０重量％以下のコバルトから選ばれた元素の少なくとも１つを含む鉄系マトリックス中に，５〜１２重量％のバナジウム、３〜１０重量％のニオブおよび、それらと結合するのに要する量の炭素とが結合してできた炭化物が晶出していることを特徴とする超耐摩耗性鋼を開示している。この超耐摩耗性鋼は圧延ロール等に使用できると述べられているが、複合ロールとする旨の開示はない。
　以上に鑑み、本出願人は、先に重量比で１．５〜３．５％のＣ、０．３〜３．０％のＳｉ、０．３〜１．５％のＭｎ、２〜７％のＣｒ、９％以下のＭｏ、２０％以下のＷ、３〜１５％のＶ及び残部実質的にＦｅからなる鉄基合金からなる外層と、前記外層に金属的に接合した鋼製軸とからなる耐摩耗複合ロールであって、前記外層の表面硬さがショアー硬さ７０以上、前記軸の引張強さ及び伸びがそれぞれ５５ｋｇ／ｍｍ２以上及び１．０％以上であり、前記外層と前記軸との境界部の接合強さが前記外層及び前記軸の弱いほうの強さ以上であることを特徴とする耐摩耗複合ロールを提案した（ＰＣＴ／ＪＰ８８／００３０４）。
　この耐摩耗複合ロールは、いわゆる連続鋳造肉盛法により製造されるもので、良好な耐摩耗性を有するとともに、軸材は良好な機械的強度を有する。しかしながら、特に熱間圧延において、かみ止め、絞り込み、ダブリ込みと呼ばれる異常圧延が生じたときに、ロール表面にクラックが入るおそれがあることがわかった。なお、かみ止めとはオーバーロードの場合にロールが停止する事故であり、絞り込みとは圧延される鉄板の最先端部あるいは最後尾が長手方向にまるまってロール間に入るときに生じる事故であり、ダブリ込みとは鉄板の最後尾が横手方向にまるまってロール間に入る事故である。いずれの場合も、ロールにクラックが入ると、ロール表面を研削して、クラック部分を除去しなければならない。このため、ロール寿命を長くするために、耐クラック性の向上が強く望まれるようになってきた。
　また、外層材において炭化物が偏析しやすいための硬度が不均一になり、そのためロール表面の耐肌荒れ性が低下することがわかった。
　従って、本発明の目的は優れた耐摩耗性を有するとともに耐クラック性及び耐肌荒れ性に優れた外層材と、強靭な鋼系の軸材とからなり、外層と軸が金属的に接合された熱間圧延用の複合ロール、及びそれを製造する方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
　本発明の耐肌荒れ性に優れた耐摩耗性複合ロールは、重量比で１．０〜３．５％のＣ、０．３〜３．０％のＳｉ、１．５％以下のＭｎ、７．０％以下のＣｒ、３．０〜１５．０％のＶ、１０％以下のＭｏ、２０％以下のＷ、及び残部実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｎ含有量が８００ｐｐｍ以下およびＢ含有量が５００ｐｐｍ以下の鉄基合金からなる外層と、前記外層に金属的に接合した鋳鋼又は鍛鋼製の軸とからなる耐肌荒れ性に優れた耐摩耗複合ロールであって、前記外層が連続鋳かけ肉盛法により前記軸に接合されていることを特徴とする。
　また前記耐肌荒れ性に優れた耐摩耗性複合ロールを製造する本発明の方法は、誘導加熱コイルで包囲された耐火枠とその枠の下に同軸的に設置された冷却型とからなる組合せモールドの内側に設けられた空間に、前記鋼製軸材を同軸的に遊嵌させ、前記軸と前記モールドとの間に形成された空隙に前記鉄基合金の溶湯を注入し、溶湯表面をフラックスでシールするとともに溶湯を初晶晶出温度乃至それより１００℃まで高い温度範囲内に加熱攪拌しながら保持し、前記軸を前記モールドと同軸的に下方へ移動させて、前記溶湯を前記冷却型に接触させて凝固させるとともに前記軸と溶着させることにより、前記軸の周囲に連続的に前記外層を形成することを特徴とする。
〔実施例及び作用〕
　本発明の耐肌荒れ性に優れた耐摩耗性複合ロールは、鉄基合金からなる外層と外層に金属的に接合した鋼製軸とからなる。また上記鉄基合金は、重量比で１．０〜３．５％のＣ、０．３〜３．０％のＳｉ、１．５％以下のＭｎ、７．０％以下のＣｒ、３．０〜１５．０％のＶ、１０％以下のＭｏ、２０％以下のＷ、及び残部実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつＮ含有量が８００ｐｐｍ以下およびＢ含有量が５００ｐｐｍ以下である。
　Ｃは耐摩耗性向上のための炭化物の形成に必要であるが、その量が多くなるにつれて耐クラック性が低下する。従って、１．０〜３．５％の範囲内であることが必要である。その量が１．０％未満の場合、晶出炭化物量が少なすぎ、耐摩耗性の点で十分でない。一方Ｃが３．５％を超えると、耐摩耗性は良好であるが、耐クラック性が低下する傾向を示す。
　Ｓｉは脱酸剤として必要な元素であり、またＭ６Ｃ炭化物中に固溶してＷ、Ｍｏ等の高価な元素を置換し，節減するのに有効である。しかし、３．０％を超えると脆化が生じやすくなるので、３．０重量％以下とする。なお、その量が０．３％未満の場合、脱酸効果が不足して、鋳鉄材において鋳造欠陥を生じやすいので、好ましくない。好ましいＳｉ量は０．３〜１％である。
　Ｍｎは脱酸作用とともに不純物であるＳをＭｎＳとして固定する作用がある。しかし１．５％を超えると残留オーステナイトが生じやすくなり、安定して十分な硬さを維持できない。なお、その量が０．３％未満では脱酸性に乏しく、好ましくない。
　Ｃｒは７％を超えるとクロム系炭化物が過多となるため不都合である。すなわちＣｒ系炭化物例えばＭ２３Ｃ６はＭＣ、Ｍ２Ｃと比較して硬さが低く、耐摩耗性を低下させる。好ましいＣｒの添加量は２〜７％である。
　Ｖは耐摩耗性の向上に効果のあるＭＣ系炭化物を形成するための必須元素である。従って３．０％未満では十分な効果がなく、また１５．０％より多いと、溶湯の酸化が激しくなり、粘性の増加によって健全な鋳造品が得られ難くなる。好ましいＶ量は５〜１５％である。
　Ｍｏは焼入れ性と高温硬さを得るために必要であるが、１０％を超えるとＣとＶとＭｏのバランスにおいてＭ６ＣおよびＭ２Ｃ系炭化物が増加し、靭性および耐肌荒性の点で好ましくないので、Ｍｏ含有量の上限は１０％である。好ましいＭｏの添加量は１〜７％である。
　Ｗは高温硬さの維持の点で必要であるが、２０％を超えるとＭ６Ｃ系炭化物が増加して靭性及び耐肌荒性の点で好ましくないので、上限を２０％とする。好ましいＷ量は２〜１５％である。
　Ｎ量は耐肌荒性の改善のために、低減する必要がある。前述したように、ＭＣ系炭化物であるＶＣが均一に分布していれば耐摩耗性が向上する。特にＮを８００ｐｐｍ以下にすると、炭化物に対する核生成効果が抑制されるために球状の初晶ＶＣが低減し、それに代わって細長く微細な共晶ＶＣが増加し、ＶＣが細かくかつ均一に分散する。それによって耐肌荒性が改善され、圧延肌が良好となる。好ましいＮ量は３００ｐｐｍ以下である。
　Ｎ含有量の低減化は、鋳鉄材やスチールスクラップ等のＮ量の少ない原材料を用いることによって行うことができる。また、溶解炉内をＡｒ等の不活性ガス雰囲気にして原材料の溶解を行うことも、有効である。これら両手段を併用してもよいことはもちろんである。
　本発明の外層材用鉄基合金は上記元素の他にＮｉ、Ｃｏ、Ｎｂを単独で又は複合して含有することができる。
　Ｎｉは焼入れ性を向上する作用を有する。従って５％以下の量添加することができる。しかしそれより多いと残留オーステナイトの増加を招き、割れや圧延中の肌荒れ等の問題が生ずるので最大５％まで含有することができる。好ましくは２％以下である。
　Ｃｏは焼戻し軟化抵抗と二次硬化の点で有用な元素であるが、１５％を超えると靭性が悪くなる。
　ＮｂはＶと同様にＭＣ系炭化物を形成し耐摩耗性向上の作用を有するが、５％を超えると酸化が激しくなり大気中での溶解が困難となる。
　その他に耐摩耗性向上を目的としてＭＣ系炭化物を形成するＴａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉの１種又は２種以上を適宜添加することができる。
　さらにＬａ、Ｃｅ、Ｎｄの希土類元素を１種又は２種以上適宜添加することもできる。これらの希土類元素はＮｂとともに添加してＮｂ一希土類炭化物を形成し、微細均一に分散させる。
　またＢを極微量添加することにより、焼入れ性を高めることができる。しかし、過剰に添加すると靭性が低下するため５００ｐｐｍ以下に抑える必要がある。
　上記元素以外、鉄基合金は不純物を除いて実質的に鉄からなる。不純物として主なものはＰ及びＳであるが、Ｐは脆化防止のため０．１％以下であり、Ｓは同様に０．０６％以下であるのがよい。
　本発明の複合ロールの軸は鋼製であり、鋳鋼又は鍛鋼のいずれでもよい。その引張強さは５５ｋｇ／ｍｍ２以上、伸びは１．０％以上である必要がある。これは圧延ロールとして用いた場合に、大きな圧下力がかかるとともに、圧延中のたわみを補正するために軸の両端部にかける曲げ力に対して耐えられる必要があるためである。また軸は上記鉄基合金からなる外層と強固に接合している必要がある。このためには両者の境界部の接合強さは外層と軸のうちの弱い方の機械的強度と同等以上でなければならない。
　このように鋼製軸の外周に大きな接合強度で外層を形成するには、下記の方法を行う。
　製造方法は基本的にはＰＣＴ／ＪＰ８８／００３０４公報に示されるような、鋼の周囲に高周波コイルを用いて連続的に外層を形成する方法である。
　第１図は本発明の方法を実施するのに使用し得る装置の一例を示す。本装置はテーパ部および平行部の周壁を有するロート状の耐火枠１と、その下に同軸的に設置された冷却型４とからなる組合わせモールド１０を有する。
　耐火枠１にはこの外周を包囲するように環状の誘導加熱用コイル２が配置されており、またその下部に同軸的に耐火枠１の下部と同径の内孔を有する環状の緩衝型３が設けられている。またその下方の冷却型４は緩衝型３とほぼ同じ内径を有し、かつ同軸的である。冷却型４の入口１４から冷却水が連続的に型内に導入され、出口１４´から排出される。
　以上の構成の組合せモールド１０の内側にロールの軸５をセットする。軸５の下端又は必要に応じて下端から適宜はなれた位置に注入外層の外径とほぼ同径の外径を有する閉止部材（図示せず）を固定し、さらにその下部は軸５の昇降機構（図示せず）に取付ける。軸５と耐火枠１との間の空間に溶湯７を注入し、溶湯表面は溶融フラックス６で空気に触れないようにシールする。そして溶湯７が凝固しないように加熱コイル２で加熱攪拌する。溶湯７は図中の矢印Ａで示す方向に流動し攪拌運動を起こす。つぎに軸５に固定された閉止部材を軸材とともに逐次降下させる。軸材及び閉止部材の降下と連動して溶湯７も降下し、緩衝型３および冷却鋳型４面で溶湯７の凝固が始まる。この凝固のとき軸と外層は完全は金属的に接合される。湯だまりの溶湯の表面も軸材及び閉止部材の降下に併せて低下してくるが、新しい溶湯を適宜注入して液面をある水準に保持する。そして、降下と注入を順次くり返して溶湯を下方から逐次凝固させて外層８の形成を行う。
　このようにして得られた複合ロールは、さらに焼入れ、焼戻し等の熱処理を施すことにより所望の外層硬さを得る。
　得られた複合ロールの外層の表面硬さはショアー硬さ７０以上、軸の引張強さ５５ｋｇ／ｍｍ２以上、伸びは１．０％以上であり、外層と軸とは金属的に接合しているために、その境界部の接合強さは外層と軸の弱い方の強度以上である。
　本発明を更に以下の実施例により詳細に説明する。
実施例１
　第１表に示す組成の外層用溶湯を直径８０ｍｍ、高さ８０ｍｍのＣＯ２砂型に注入して圧延摩耗試験用の小型ロール素材を鋳造した。この素材に１０００〜１１００℃からの焼入れ及び５００〜５５０℃での焼戻しの熱処理を施した後、外径６０ｍｍ、内径３５ｍｍ、長さ４０ｍｍのスリーブ状の試験用ロールを作製した。
　各試験用ロールの外層表面の硬さをショアー硬さ計により測定した結果を第２表に示す。次にこの試験用ロールの圧延摩耗試験を行った。圧延摩耗試験機は第２図に示す通り、圧延機２１と、圧延機２１に組み込まれた上ロール２２及び下ロール２３と、圧延材Ｓを予熱する加熱炉２４と、圧延材Ｓを冷却する冷却水槽２５と、圧延中に一定のテンションを与える巻取機２６と、テンションを調節するテンションコントローラ２７とからなる。試験条件は以下の通りであった。
　圧延材：ＳＵＳ　３０４、厚さ１ｍｍ、幅１５ｍｍ
　圧延距離：８００ｍ
　圧延温度：９００℃
　圧下率：２５％
　圧延速度：１５０ｍ／分
　ロール冷却：水冷
　試験用ロールの表面に生じた摩耗の深さを触針式表面荒さ計（ＳＵＲＦＣＯＭ）を用いて測定した。各ロールについて摩耗深さを圧延幅において平均して平均摩耗深さを求めた結果を第２表に示す。
比較例１、２
従来の材質として高クロム鋳鉄（比較例１）及びＰＣＴ／ＪＰ８８／００３０４に記載のロール外層材（比較例２）について実施例１と同様にして試験用ロールを作製した。但し熱処理はこれらの材質に適応した熱処理を施した。実施例１と同様にして摩耗試験を行い、摩耗深さの実測値を第２表に示す。また硬さの測定結果も第２表に示す。
実施例２
　第３表及び第４表に示す直径及び材質の軸、及び組成の外層用溶湯を用い、第１図に示す装置を用いて複合ロールを製造した。軸の予熱温度及び外層用溶湯の温度はそれぞれ第４表に示す通りである。なお溶湯表面は溶融状態のフラックスにより空気に触れないようにシールした。このようにして得られた複合ロールの寸法は第３表に示す通りである。各複合ロールには１０００〜１１００℃からの焼入れ及び５００〜５５０℃での焼戻しの熱処理を施した。複合ロールには上記熱処理により割れ等が認められず、健全であった。外層表面の硬さをショアー硬さ計により測定した結果を第４表に示す。
　サンプルＮｏ．１の複合ロールの胴部表面を研磨及び腐食して金属組織を調査の結果、微細な二次炭化物が分布した焼戻しマルチンサイト基地と共晶セル状のＭＣ炭化物と基地組織部の間に分布するＭ６Ｃ、Ｍ７Ｃ３炭化物とが認められた。
実施例３
　サンプルＮｏ．１〜３の外層材に対して、耐ヒートクラック性試験を行った。耐ヒートクラック試験は、３０ｍｍφ×３５ｍｍｌの円柱状のテストピースを外層材により形成し、その一端面を７００℃のソルトバス及び２０℃の水に交互に浸漬し、５回繰り返した後の表面に生じたクラックの深さを測定することにより、行った。その結果、本発明の外層材サンプルＮｏ．１、２、３のヒートクラック深さはそれぞれ２．４ｍｍ、２．６ｍｍ、２．７ｍｍであったが、比較例１及び２のヒートクラック深さはそれぞれ３．８ｍｍ、及び３．２ｍｍであった。これから、本発明の外層材を有する複合ロールは耐ヒートクラック性に優れていることがわかる。
〔発明の効果〕
　以上詳述した通り、本発明の複合ロールは、良好な機械的強度とともに優れた耐摩耗性及び耐ヒートクラック性を有するので、熱間圧延用のロールとして広く使用することができる。また、Ｎを微量添加することによって炭化物が微細均一に分散し、耐肌荒性が改善されている。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を実施するのに用いる装置の概略断面図であり、
第２図はロール外層の摩耗試験に用いる圧延摩耗試験機を示す概略図である。