(57)【要約】【課題】耐摩耗性及び耐事故性に優れた冷間圧延用ロールを提供する。【解決手段】鋳鋼または鍛鋼からなる芯材の周囲に、連続鋳掛肉盛法にて外層を形成してなる冷間圧延用ロールであって、外層がＭＣ炭化物、Ｍ２Ｃ炭化物、Ｍ６Ｃ炭化物、Ｍ４Ｃ３炭化物、Ｍ７Ｃ３炭化物およびＭ２３Ｃ６炭化物のいずれか１種類以上を含み、前記炭化物の面積率の総和が１２％以上であり、かつ外層表面のショア硬さがＨｓ８０以上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】
鋳鋼または鍛鋼からなる芯材の周囲に、連続鋳掛肉盛法にて外層を形成してなる冷間圧延用ロールであって、外層がＭＣ炭化物、Ｍ２Ｃ炭化物、Ｍ６Ｃ炭化物、Ｍ４Ｃ３炭化物、Ｍ７Ｃ３炭化物およびＭ２３Ｃ６炭化物のいずれか１種類以上を含み、前記炭化物の面積率の総和が１２％以上であり、かつ外層表面のショア硬さがＨｓ８０以上であることを特徴とする耐摩耗性冷間圧延用ロール。
【請求項２】
前記外層の成分が重量％で、Ｃ：１．５％を超え３．５％以下、Ｓｉ：０．３〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：４．０〜１０．０％、Ｍｏ：１．０〜１５．０％、Ｖ：３．０％を超え９．０％以下、Ｗ：１０．０％以下を含有し残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１に記載の耐摩耗性冷間圧延用ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼の冷間圧延に用いられる冷間圧延用ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄鋼の冷間圧延用ロールとして、Ｃｒを５．０〜７．０重量％含む鋼塊をエレクトロスラグ溶解法にて作製し、鍛造工程を経て焼入れ焼戻し処理を行った鍛造ロールが広く適用されてきた。また近年では、連続鋳掛肉盛法により製造され、外層にＭｏ、Ｖ、Ｗ等を少量添加した、いわゆるセミハイス系の複合ロールの適用が広がりつつある。
【０００３】
セミハイス系のロールとして（例えば特許文献１参照）には、重量％で、Ｃ：０．９〜１．５％、Ｓｉ：０．３〜１．０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：４．０〜１０．０％、Ｍｏ：３．０〜８．０％、Ｖ：０．５〜５．０％、Ｎｉ：５％以下含有し残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる外層部を鋳鋼あるいは鍛鋼にて構成される芯材の周囲に連続鋳掛肉盛法により形成し、この外層部がＭ６Ｃを主体とするネット状共晶炭化物、粒状のＭＣ炭化物、焼戻しマルテンサイト及び残留オーステナイトで組織が構成され、硬さがＨｓ９０以上であり、ネット状炭化物の面積率が５％以上で、外層部の結晶粒径が１５０μｍ以下であることを特徴とする冷間圧延用ロールが開示されている。
【０００４】
また、冷間圧延用ロールにおいて、鋳鋼または鍛鋼からなる芯材の周囲に、連続鋳掛肉盛法にて外層を形成してなる冷間圧延用ワークロールであって、外層が重量％で、Ｃ：０．８〜２．０％、Ｓｉ：０．３〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｃｒ：４．０〜１０．０％、Ｍｏ：１．０〜６．０％、Ｖ：０．５〜３．０％、Ｗ：３．０％以下、Ｎｉ：５．０％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなると共に、Ｃｂａｌ＝Ｃ−（０．０６Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３５Ｖ）の式においてＣｂａｌを０．１〜１．０とし、外層のビッカース硬さを７５０以上にしているものもある（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２７７６１１号公報
【特許文献２】
特開平１１−３０２７７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
通常冷間圧延では、ショア硬さＨｓ９０以上の高硬度のセミハイス系ロールが用いられてきた。しかし、ある条件下において、セミハイス系ロールでは摩耗、特に通板エッジ部のロール摩耗が大きく、コイルの板形状・板厚精度が悪化することから圧延作業の継続が困難となり、圧延を中断し新たに研削加工したロールと取替えざるを得ず、操業性が悪いという例がある。
【０００７】
また、冷間圧延用ロールでは、一般的に高硬度化の為に焼入時の急速冷却や焼戻し温度を下げることが行なわれているが、これはロール表面の圧縮応力を上げる方向となる。過度にロール表面の圧縮応力を上げるとスポーリングの一因となり、耐事故性の点から好ましくないという問題があった。
【０００８】
したがって、本発明は従来よりも耐摩耗性及び耐事故性に優れる冷間圧延用ロールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の耐摩耗性冷間圧延用ロールは、鋳鋼または鍛鋼からなる芯材の周囲に、連続鋳掛肉盛法にて外層を形成してなる冷間圧延用ロールであって、外層がＭＣ炭化物、Ｍ２Ｃ炭化物、Ｍ６Ｃ炭化物、Ｍ４Ｃ３炭化物、Ｍ７Ｃ３炭化物およびＭ２３Ｃ６炭化物のいずれか１種類以上を含み、前記炭化物の面積率の総和が１２％以上であり、かつ外層表面のショア硬さがＨｓ８０以上であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明において外層の成分が重量％で、Ｃ：１．５％を超え３．５％以下、Ｓｉ：０．３〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：４．０〜１０．０％、Ｍｏ：１．０〜１５．０％、Ｖ：３．０％を超え９．０％以下、Ｗ：１０．０％以下を含有し残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明を検討するにあたり、冷間圧延を行った際のロールの摩耗形態を組織や硬さの異なるもので比較した。この結果、冷間圧延においては基地が炭化物に優先して摩耗しており、これが通板エッジ部では特に顕著であることが判った。もちろん基地の硬度を上げることも耐摩耗性の改善に有効であるが、たとえばセミハイス系ロールのように硬さをＨｓ９０以上にしなくとも炭化物の面積率を上げることで大幅に耐摩耗性が改善されることが判った。
【００１２】
本発明の冷間圧延用ロールは、圧延材と接するロール外層を構成する炭化物の種類を特定し、その炭化物の総和の面積率を最適な範囲に制御することにより、つまり外層がＭＣ炭化物、Ｍ２Ｃ炭化物、Ｍ６Ｃ炭化物、Ｍ４Ｃ３炭化物、Ｍ７Ｃ３炭化物およびＭ２３Ｃ６炭化物のいずれか１種類以上を含み、前記炭化物の面積率の総和が１２％以上とすることにより、耐摩耗性を格段に向上させることができる。また、特にＭＣ炭化物、Ｍ２Ｃ炭化物、Ｍ６Ｃ炭化物の総和１０％以上が好ましい。そのため、従来のセミハイス系ロールのようにショア硬さ９０以上の高硬度でなくても、本発明のロールは外層のショア硬さＨｓ８０以上で耐摩耗性を十分に発揮できるため、無理な焼入れを行わずに済み、耐事故性も飛躍的に良好になり、冷間圧延用ロールとして有効に用いることができる。
【００１３】
従来のセミハイス系ロールでは炭化物面積率が１．０〜５．０％程度であるが、本発明ロールでは、炭化物の総和の面積率を１２％以上とすることで耐摩耗性を大幅に向上できるので望ましい。また、針状やネットワーク状の共晶炭化物量が過多になると必要な機械的特性、特に靭性が確保できなくなるが、Ｖを３．０％を超えて添加することで、粒状のＭＣ型炭化物を適度に晶出させ、Ｍ２Ｃ、Ｍ７Ｃ３型炭化物のネットワークを分断し靭性を確保できる。
【００１４】
また、本発明は耐摩耗性を向上させるため、硬質の晶出炭化物を利用することを最大の特徴としている。炭化物はＶによるＭＣ型に加えＣｒ，Ｍｏ，ＷによるＭ２Ｃ型等を主として含有させた。
【００１５】
本発明における外層の各成分元素の含有範囲（重量％）の限定理由について説明する。
【００１６】
Ｃ：１．５％を超え３．５％以下
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、Ｍ２３Ｃ６などの炭化物を生成する。Ｃが１．５％以下であると耐摩耗性を向上させるために有効な炭化物の晶出が少なく、さらに、基地に固溶するＣが不足し、焼入れによっても十分な基地硬さが得られなくなると同時に高合金化が難しくなる。一方、３．５％を超えると炭化物が粗大化しその晶出量も過大となり冷間圧延用ロールとして必要な機械的特性が得られないため上限を３．５％とした。
【００１７】
Ｓｉ：０．３〜２．０％
Ｓｉの含有量は０．３〜２．０％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０．３％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、２．０％を超えると脆化が生じやすい。
【００１８】
Ｍｎ：０．３〜２．０％
Ｍｎの含有量は０．３〜２．０％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０．３％未満では脱酸性に乏しい。また、２．０％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。
【００１９】
Ｎｉ：３．０％以下
Ｎｉは焼入性を向上させ高硬度化させる効果を有する。しかし、３．０％を超えると残留オーステナイトが過剰となりかえって高硬度が得られなくなるためその上限を３．０％とした。より好ましいＮｉ含有量は２％以下である。さらに０．２〜０．８であることが好ましい。
【００２０】
Ｃｒ：４．０〜１０．０％
ＣｒはＣと結合し炭化物を晶出生成し、また基地に固溶し基地硬さをあげることで、耐摩耗性を向上させる。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。しかしながら、添加量が少ないとその効果が十分確保できず、多すぎると炭化物が粗大化し靱性が低下する。そこで最適な範囲は４．０％〜１０．０％とした。
【００２１】
Ｍｏ：１．０〜１５．０％
ＭｏはＣｒと同様に硬質の炭化物が得られ、また高温で焼戻しを行う場合、その二次硬化に強く寄与する元素である。ＭｏはＣと結合して硬質のＭ２Ｃ、Ｍ６Ｃ炭化物を生成する。Ｍｏが１．０％未満ではその効果が小さい。また、１５．０％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、耐事故性が低下するため、その適切な範囲を１．０％〜１５．０％とした。
【００２２】
Ｖ：３．０％を超え９．０％以下
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％以下では炭化物の生成が少なく耐摩耗性が劣化する。Ｖが９．０％を超えると、Ｃ含有量とのバランスにより、初晶としてオーステナイト、もしくはＭＣ、Ｍ４Ｃ３炭化物が晶出する。オーステナイトが初晶で晶出すれば硬さが不十分となる。また、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。
【００２３】
Ｗ：１０．０％以下
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。また、ＷはＣｒやＭｏと同様に硬い炭化物を生成する為これらの元素に置換して添加することも有効である。さらに、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、１０．０％を超えると、Ｍ６Ｃ炭化物が粗大化し耐事故性が低下するため、その適切な範囲を１０．０％以下とした。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の耐摩耗性冷間圧延用ロールの実施例について以下に説明する。
【００２５】
表１に実施例および比較例の外層の化学成分、ＭＣ、Ｍ２Ｃ、Ｍ６Ｃ、Ｍ４Ｃ３、Ｍ７Ｃ３、Ｍ２３Ｃ６炭化物の総和の面積率および硬さを示す。実施例Ｎｏ．１及びＮｏ．２は、鋼系芯材との組合せにより連続鋳掛肉盛法にて、胴径３００ｍｍ、胴長１５００ｍｍ、全長３７１０ｍｍの冷間圧延用ロールを製造した。本発明は鋳造後、軟化焼鈍を施し、粗加工を実施後、焼入れを表面温度９５０〜１２００℃にて行った。さらに、焼戻しは４５０〜６００℃で実施した。
【００２６】
また、比較例Ｎｏ．３は連続鋳掛肉盛法で製造を行い、前記実施例Ｎｏ．１同様の焼入れ、焼戻しを行った。比較例Ｎｏ．４及びＮｏ．５は鍛造にて製造し、硬度を上げるため焼入れを９５０〜１２００℃から急速冷却を行い焼戻しは４００〜５００℃の低温で行った。
【００２７】
【表１】
2004114048.tif 000002
【００２８】
表２に製造ロールの諸特性として各ロールの実際の冷延工場における使用評価結果を示す。なお、表２において、耐摩耗指数は比較例Ｎｏ．５を１．０として比較した。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
表２より明らかなように、本発明の実施例Ｎｏ．１の耐摩耗指数は、比較例Ｎｏ．３、４、５のいずれにも優っている。さらに本発明例Ｎｏ．２の耐摩耗指数は、比較例Ｎｏ．５で示す従来のセミハイスロールのそれに比べ４倍以上であり、また、耐摩耗性の向上を図った比較例Ｎｏ．４が２．４倍程度に留まっていることと比べても飛躍的に耐摩耗性が向上している。
【００３１】
本発明の実施例Ｎｏ．１及びＮｏ．２はショア硬さ（Ｈｓ）が８６および８９と比較例Ｎｏ．４に比べて低いにもかかわらず、炭化物の総和の面積率を上げているため、基地が優先して摩耗せず、耐摩耗性は逆に向上している。
【００３２】
また、ロール外層表面の圧縮残留応力を測定したところ、実施例Ｎｏ．１及びＮｏ．２は２０〜４０ｋｇ／ｍｍ２であり耐事故性に十分優れていることが判った。また比較例Ｎｏ．３も２０〜４０ｋｇ／ｍｍ２であったが、耐摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．４及びＮｏ．５の圧縮残留応力は６０〜７０ｋｇ／ｍｍ２と高く、スポーリング事故が発生しやすく、耐事故性に劣ることがわかった。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば耐摩耗性及び耐事故性を向上させた冷間圧延用ロールを得ることができる。