(57)【要約】【課題】耐摩耗性および耐クラック性に優れた圧延用ロールを提供する。【解決手段】本発明の圧延用ロールは、圧延材と接触するロール外層表面の硬さがショア硬さ８７以上であり、６００℃における外層表面の基地硬さがビッカース硬さ３５０以上であることを特徴とする。また、前記ロール外層が重量％で、Ｃ：１．０〜２．６％、Ｃｒ：４．０〜１０．０％、Ｍｏ：５．０〜１０．０％、Ｗ：０〜５．０％、Ｖ：３．０〜８．０％を含有し、１２．０％≦２Ｍｏ＋Ｗ≦２０．０％、２Ｍｏ／Ｗ≧３．０、０．２％≦Ｃ−０．２４Ｖ≦０．７％を満足するＦｅ基合金であることを特徴とする。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延材と接触するロール外層表面の硬さがショア硬さ８７以上であり、６００℃における外層表面の基地硬さがビッカース硬さ３５０以上であることを特徴とする圧延用ロール。
【請求項２】
前記ロール外層が重量％で、Ｃ：１．０〜２．６％、Ｃｒ：４．０〜１０．０％、Ｍｏ：５．０〜１０．０％、Ｗ：０〜５．０％、Ｖ：３．０〜８．０％を含有し、１２．０％≦２Ｍｏ＋Ｗ≦２０．０％、２Ｍｏ／Ｗ≧３．０、０．２％≦Ｃ−０．２４Ｖ≦０．７％を満足するＦｅ基合金であることを特徴とする請求項１に記載の圧延用ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性、耐クラック性に優れた圧延用ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧延用ロールにおいて、圧延材と接触する外層は一般的に耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐クラック性（耐事故性）が要求される。この要求に応えることを目論んだロール材として、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖなどの合金元素を各数％含有させたハイス系材料が用いられている。
【０００３】
このハイス系ロール材は、Ｖ系炭化物であるＭＣ（Ｍはメタルをさす）、Ｍｏ及びＷ系炭化物であるＭ６ＣやＭ２Ｃなどの高硬度炭化物を晶出もしくは析出させ、Ｆｅの基地と炭化物の総和としての硬さを高め、Ｍｏ、Ｗにより高温での基地硬さの低下を抑えた材料であり、特に熱間圧延用ロールの外層に適する。
【０００４】
ハイス系ロール材として、例えば特許文献１には、外層に金属的に接合した鋼製の軸とからなる耐摩耗複合ロールであって、外層の表面硬さがショアー硬さ７０以上であり、外層が重量％でＣ：１．５〜３．５％、Ｓｉ：０．３〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｃｒ：２．０〜７．０％、Ｍｏ：９．０％以下、Ｗ：２０．０％以下、Ｖ：３．０〜１５．０％及び残部実質的にＦｅからなり、さらにＮｉ：５．０％以下、Ｃｏ：５．０％以下、Ｎｂ：５．０％以下のうちいずれか１種以上を含有できることが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、外層の成分が重量％でＣ：１．５〜３．０％、Ｓｉ：０．３〜２．５％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：２．０〜１０．０％、Ｍｏ：２．０〜８．０％、Ｗ：２．０〜８．０％、Ｖ：２．０〜８．０％、Ｃｏ：３．０〜１０．０％、Ｎｉ：１．０〜４．０％、Ｙ：１．０〜１０．０％及び残部実質的にＦｅからなり、組織中の硬質の一次炭化物を増加させ、Ｃｏ、Ｙの添加により焼戻し時に析出する外層組織中の二次炭化物量を増大させ基地を強化することによって、耐摩耗性、耐クラック性及び低熱膨張率を兼ね備えたことを特徴とする圧延ロールの外層が記載されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、外層の成分が重量％でＣ：１．０〜２．５％、Ｓｉ：０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：２．０〜８．０％、Ｍｏ：０．５〜６．０％、Ｗ：０．５〜８．０％、Ｖ：０．５〜８．０％、Ｃｏ：２．０〜６．０％、Ｎｂ：０．１〜５．０％及び残部実質的にＦｅからなり、かつロール外殻層の７００℃における硬度がビッカース硬さで４００以上で、圧縮残留応力が３０〜５０ｋｇｆ／ｍｍ２であることを特徴とする圧延ロールの外層が記載されている。この公報によれば、外層全体の高温硬さを開示しているが、外層の基地硬さおよびこれを高める考えについては開示されていない。
【０００７】
【特許文献１】
国際公開第ＷＯ８８／０７５９４号パンフレット
【特許文献２】
特許第２９９９４７２号公報
【特許文献３】
特開平９−７８１８６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、圧延条件が過酷になり、より高い耐摩耗性が要求されるようになった。このため、前記ハイス系外層は、硬質炭化物を増加させた組織からなり、さらに、Ｃｏ、Ｎｂ等を添加することにより外層の耐摩耗性の向上をはかろうとしている。ところが、炭化物の量を増やすと、ロール外層の靭性の低下を招き、耐クラック性が劣化する問題があった。このため、圧延用ロールに優れた耐摩耗性、耐クラック性の両者を具備させることは実際には難しく、圧延用ロールの用途に合わせて耐摩耗性あるいは耐クラック性のいずれかを偏重的に考慮して製造せざるを得なかった。
【０００９】
そこで、本発明は上記ハイス系ロール材における問題を解消し、耐摩耗性および耐クラック性に優れた圧延用ロールを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、生成される炭化物の中でも比較的硬さが低く耐摩耗性を劣化させる原因となる、またクラックが粒界に沿って進展して耐クラック性を劣化させる原因となるＭ７Ｃ３やＭ２３Ｃ６炭化物を極力抑える必要がある。また、特にＣとＶとＭｏとＷのバランスを最適な条件にすることにより、耐摩耗性に特に寄与するＭＣ、Ｍ４Ｃ３、Ｍ２Ｃ、Ｍ６Ｃ炭化物を最適な範囲で生成させる必要がある。また、ロール外層表面温度は約６００℃の高温に達する。そこで、本発明の最大の特徴として、実際の圧延時において、炭化物のみならず、６００℃での外層の基地を強化させることで、耐摩耗性を一層向上させることができると考えた。さらに、耐クラック性を劣化させる原因となるＭ２Ｃ、Ｍ６Ｃ炭化物を最適な範囲に抑える必要があると考えた。これらの技術的思想により、圧延材と接触するロール表面組織をより一層強化することで、ロール材の耐摩耗性及び耐クラック性を向上できる知見を得て本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、本発明の圧延用ロールは、圧延材と接触するロール外層表面の硬さがショア硬さ８７以上であり、６００℃における外層表面の基地硬さがビッカース硬さ３５０以上であることを特徴とする。また、本発明の圧延用ロールは、外層が重量％で、Ｃ：１．０〜２．６％、Ｃｒ：４．０〜１０．０％、Ｍｏ：５．０〜１０．０％、Ｗ：０〜５．０％、Ｖ：３．０〜８．０％を含有し、１２．０％≦２Ｍｏ＋Ｗ≦２０．０％、２Ｍｏ／Ｗ≧３．０、０．２％≦Ｃ−０．２４Ｖ≦０．７％を満足するＦｅ基合金であることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明の圧延用ロールは、ロール外層のショア硬さが８７以上及び６００℃での外層基地硬さをビッカース硬さで３５０以上とし、格段に耐摩耗性を向上させることができる。したがって、特に熱間圧延用ロールとして有効に用いることができる。
【００１３】
本発明における各成分元素の含有範囲の限定理由について説明する。
【００１４】
Ｃ：１．０〜２．６％
Ｃは、耐摩耗性向上のための炭化物の形成と、基地への固溶による焼入れ・焼戻し時の基地硬さの向上に必要である。Ｃは、耐摩耗性を付与すべきＭＣ、Ｍ４Ｃ３、Ｍ２Ｃ、Ｍ６Ｃ、Ｍ７Ｃ３などの炭化物を生成する。Ｃが１．０％未満では炭化物の生成量が不足して耐摩耗性に劣る。Ｃが２．６％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。
【００１５】
Ｃｒ：４．０〜１０．０％
Ｃｒは、焼入れ性を向上させ、硬さを高くする。Ｃｒが４．０％未満ではその効果が小さい。また、１０．０％を超えると、常温での残留オーステナイトが多くなるので、焼戻し回数が多くなり不経済となる。さらに、Ｃｒは比較的硬さの低いＭ７Ｃ３やＭ２３Ｃ６炭化物を形成し、多量の添加はこれらの炭化物が過剰となり耐摩耗性が劣化する。より好ましいＣｒ含有量は、４．５〜７．０％である。
【００１６】
Ｍｏ：５．０〜１０．０％
Ｍｏは、焼入れ性の向上と基地の高温硬さを得るために必要である。基地組織中に固溶して焼入れ性の向上をもたらす。また、Ｃと結合して硬質のＭ２Ｃ、Ｍ６Ｃ炭化物を生成する。Ｍｏが５．０％未満ではその効果が小さい。また、１０．０％を超えると、ＣとＶとＭｏのバランスにおいてＭ２Ｃ、Ｍ６Ｃ炭化物が多く晶出しすぎ、耐クラック性が低下する。
【００１７】
Ｗ：０〜５．０％
Ｗは、Ｍｏと同様に焼入れ性の向上と基地の高温硬さを得るために必要である。基地の焼入れ性を上げ、Ｃと結合して硬質のＭ２Ｃ、Ｍ６Ｃ炭化物を生成する。Ｗの下限は０％である。また、５．０％を超えると、Ｍ６Ｃ炭化物が増加して耐クラック性及び耐肌荒れ性の点で好ましくない。
【００１８】
Ｖ：３．０〜８．０％
Ｖは、耐摩耗性の向上に最も寄与する硬質な炭化物であるＭＣ、Ｍ４Ｃ３を形成する。Ｖが３．０％未満では炭化物の生成が少なく耐摩耗性が劣化する。Ｖが８．０％を超えると、本発明のＣ含有量とのバランスにより、初晶としてＭＣ、Ｍ４Ｃ３炭化物が晶出する。ＭＣ、Ｍ４Ｃ３が初晶で晶出すれば凝固中に凝集し、圧延用ロールとして使用した場合、硬質炭化物であるＭＣ、Ｍ４Ｃ３の凝集偏析が被圧延材に転写されるので好ましくない。
【００１９】
１２．０％≦２Ｍｏ＋Ｗ≦２０．０％
Ｍｏ、Ｗは焼入れ性の向上、炭化物形成などでその効果が類似しており、重量比で見た場合、その原子量差からＭｏはＷのほぼ２倍の効果がある。本発明の最も特徴とするものの一つに、Ｍｏ、Ｗ含有量とショア硬さ、高温硬さの相関がある。２Ｍｏ＋Ｗが１２．０％以上の場合、焼入れ性の向上が顕著になり、ショア硬さ８７以上を安定して確保できるとともに、６００℃における基地のビッカース硬さを３５０以上にすることができる。また、２Ｍｏ＋Ｗが２０．０％を超えると、Ｍ２Ｃ、Ｍ６Ｃの炭化物を多く晶出させすぎ耐クラック性が低下するので好ましくない。
【００２０】
２Ｍｏ／Ｗ≧３．０
ＭｏとＷは、炭化物形成と高温基地硬さの上昇に関してほぼ同様な効果があるが、Ｗに対してＭｏは基地の粘さを向上させる効果を有する。また、炭化物形成においてＷはＭ６Ｃ炭化物を晶出させる効果がＭｏに比べて大きい。Ｍｏ、Ｗが形成する炭化物としてＭ２Ｃ、Ｍ６Ｃがあるが、凝固時に晶出するＭ２Ｃに対してＭ６Ｃは粗大になりやすい。これらのことより、前述の１２．０％≦２Ｍｏ＋Ｗ≦２０．０％を満たすにあたり、Ｗを多く添加すると高温基地硬さは向上するが、粗大Ｍ６Ｃが晶出し、耐クラック性が向上しないのでＭｏを多く添加したほうがよい。２Ｍｏ／Ｗ≧３．０とすることで、高温基地硬さを十分に向上させ、粗大Ｍ６Ｃの晶出を防止することにより、耐クラック性を向上させることができる。
【００２１】
０．２％≦Ｃ−０．２４Ｖ≦０．７％
Ｖの含有量が多すぎるとＶＣ炭化物にＣをとられるため、基地組織のＣ含有量が不足して、焼入れ後の硬さが低くなる。Ｖの含有量が少なすぎるとＶＣ炭化物が不足し硬さが低くなる。そこで、Ｃ、Ｖのバランスを考慮した０．２％≦Ｃ−０．２４Ｖ≦０．７％の条件を満足すれば、ショア硬さ８７以上を安定して確保できるとともに、基地のビッカース硬さを６００℃で３５０以上にすることができる。
【００２２】
また、本発明のロール材の成分元素として、Ｓｉの含有量は０．１〜３．０％が好ましい。Ｓｉは、脱酸剤として作用し、またＭ６Ｃ炭化物中に固溶してＷ、Ｍｏなどの元素を置換して含有されるため、Ｗ、Ｍｏなどの高価な元素の節減を図るために有効である。Ｓｉが０．１％未満では脱酸効果が不足して鋳造欠陥を生じやすい。また、３．０％を超えると脆化が生じやすい。
【００２３】
また、熱間圧延用ロールの最表面において、圧延材と接触している部分でのピーク温度は約６００℃と推定される。６００℃における基地のビッカース硬さが３５０未満であると基地が塑性流動を起こしやすくなり、耐摩耗性、耐肌荒れ性に劣り、さらに、黒皮の帯状剥離や焼付きが発生しやすくなる。したがって、６００℃における基地の硬さはビッカース硬さ３５０以上が好ましく、より好ましくは、ビッカース硬さ４００以上である。
【００２４】
Ｍｎの含有量は０．１〜３．０％が好ましい。Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸作用がある。また、不純物であるＳをＭｎＳとして固定する作用がある。Ｍｎが０．１％未満では脱酸性に乏しい。また、３．０％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。
【００２５】
本発明の圧延用ロールは、遠心鋳造法、鋳掛け肉盛法などにより製造される。なかでも製造コスト的に有利な遠心鋳造法がより好ましい。また、本発明のロール材を外層とし、内層と金属接合させた複合ロールが好ましいが、本発明のロール材で形成される単体ロールにも当然ながら適用できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の圧延用ロール材の実施例について以下に説明する。
【００２７】
表１に示す圧延用ロール材の化学組成（重量％）にて、Ｎｏ．１〜４の本発明実施例の各供試材と、Ｎｏ．５〜１０の比較例の各供試材を、１５００〜１５５０℃まで加熱、溶解し、直径９０ｍｍ、高さ９０ｍｍの円柱状の鋳型に鋳込んだ。冷却後、インゴットを取りだし、１０００〜１２００℃で、焼入れを行い、５００〜６００℃で３回焼戻しを行った。
【００２８】
その後、インゴットの中央部から硬さ測定用の試験片を採取した。硬さは各供試材の表面の硬さをショア硬さ計及び高温硬度測定器により測定した。高温硬度は、ＪＩＳ　Ｚ　２２５２に準じて行った。このとき、試料の予熱時間は１０分とした。
【００２９】
供試材Ｎｏ．１〜４は、本発明の請求項に掲げたＣ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖの成分範囲内で調整し、さらに本発明の２Ｍｏ＋Ｗ、２Ｍｏ／ＷおよびＣ−０．２４Ｖの各条件を満足するものである。また、供試材Ｎｏ．５〜１１は、本発明の２Ｍｏ＋Ｗ、２Ｍｏ／ＷおよびＣ−０．２４Ｖのいずれかの条件から外れるものである。
【００３０】
【表１】
2004114049.tif 000002
【００３１】
表１から、ショア硬さについては、本発明の実施例である供試材Ｎｏ．１〜４において、２Ｍｏ＋Ｗ、２Ｍｏ／ＷおよびＣ−０．２４Ｖのいずれの条件も満足しており、ショア硬さ８７以上を安定して得られることが確認できた。
【００３２】
同様に、表１から、本発明の実施例である供試材Ｎｏ．１〜４において、２Ｍｏ＋Ｗ、２Ｍｏ／ＷおよびＣ−０．２４Ｖのいずれの条件も満足しており、６００℃における基地のビッカース硬さを３５０以上に安定して得られることが確認できた。
【００３３】
また、比較例の供試材Ｎｏ．５〜１１では、本発明の特徴である２Ｍｏ＋Ｗ、２Ｍｏ／ＷおよびＣ−０．２４Ｖのいずれかの条件を外れるため、ショア硬さ８７以上、６００℃における基地のビッカース硬さが３５０以上を同時に満足し得なかった。
【００３４】
また、遠心鋳造機を用い、本発明実施例である供試材Ｎｏ．１の成分を胴部外層に有する胴径φ６００ｍｍ、胴長１８３０ｍｍの熱間圧延用の遠心鋳造製複合ロールを製造した。ロールは胴部表面の硬さがショア硬さ８８、６００℃における外層表面基地のビッカース硬さが４１３であった。さらに胴部端部の組織調査、及び超音波非破壊調査を行い、組織、欠陥の調査を行ったうえで、健全なロールであることを確認した。実際の圧延に供したところ従来の遠心鋳造複合ロールより、耐摩耗性に優れ、圧延操業に起因する耐クラック性にも優れることがわかった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の圧延用ロールは、圧延材と接触するロール外層表面の硬さがショア硬さ８７以上と高硬度であるとともに、６００℃における外層基地のビッカース硬さが３５０以上と高い値を示し、耐摩耗性および耐クラック性に優れ、安定した圧延を行うことができる。