(57)【要約】【課題】耐摩耗性超硬合金製外側リング部材がすぐれた高温硬さと高温強度を有する超硬合金製２層熱間圧延ロールを提供する。【解決手段】耐摩耗性超硬合金製外側リング部材と強靭性超硬合金製内側リング部材が一体接合した構造の超硬合金製２層熱間圧延ロールの前記耐摩耗超硬合金製外側リング部材を、いずれも質量％で、結合相形成成分として、Ｃｏ：５〜１０％、Ｎｉ：１〜６％、Ｃｒ：０．４〜１％、を含有し、分散相形成成分として、組成式：（Ｔｉ１−ＸＷＸ）（Ｃ１−ＹＮＹ）Ｚ、（ただし、原子比で、Ｘ：０．１〜０．４、Ｙ：０．１〜０．４、Ｚ：０．９５〜１．０５）を満足するＴｉとＷの複合炭窒化物：５〜１５％、を含有し、残りが分散相形成成分としての炭化タングステンおよび不可避不純物からなる組成、並びに結合相、ＴｉとＷの複合炭窒化物相、および炭化タングステン相の３相組織を有する超硬合金で構成する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐摩耗性超硬合金製外側リング部材と強靭性超硬合金製内側リング部材が一体接合した構造の超硬合金製２層熱間圧延ロールにおいて、
上記耐摩耗超硬合金製外側リング部材を、いずれも質量％で、
結合相形成成分として、
Ｃｏ：５〜１０％、
Ｎｉ：１〜６％、
Ｃｒ：０．４〜１％、
を含有し、分散相形成成分として、
組成式：（Ｔｉ１−ＸＷＸ）（Ｃ１−ＹＮＹ）Ｚ、
（ただし、原子比で、Ｘ：０．１〜０．４、Ｙ：０．１〜０．４、Ｚ：０．９５〜１．０５）を満足するＴｉとＷの複合炭窒化物：５〜１５％、
を含有し、残りが分散相形成成分としての炭化タングステンおよび不可避不純物からなる組成、並びに結合相、ＴｉとＷの複合炭窒化物相、および炭化タングステン相の３相組織を有する超硬合金で構成したことを特徴とする、耐摩耗性超硬合金製外側リング部材がすぐれた高温硬さと高温強度を有する超硬合金製２層熱間圧延ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、構成部材である耐摩耗性超硬合金製外側リング部材が、すぐれた高温硬さと高温強度を有し、したがって線材や棒鋼などの熱間圧延加工において、苛酷な加工条件下でも長期に亘ってすぐれた性能を発揮する超硬合金製２層熱間圧延ロールリング（以下、２層圧延リングという）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、線材や棒鋼などが熱間圧延加工によって製造され、例えば線材の熱間圧延加工に用いられるブロックミルが、耐摩耗性を有する超硬合金製外側リング部材（以下、外側リング部材という）と、主にＣｏやＮｉなどで構成された結合相形成成分の含有割合を前記外側リング部材に比して高くして（相対含有割合で１．０５〜１．３０）、強靭性を具備せしめた超硬合金製内側リング部材（以下、内側リング部材という）が一体接合した構造を有し、前記外側リング部材の外周面に沿って圧延加工溝が形成された２層圧延リング２本を一対とし、前記２層圧延リングがそれぞれシャフトの先端部にテーパースリーブを介して固定された構造を有し、前記相互圧延加工溝によって形成された穴型を線材素材が通過することにより線材に成形されるものである（例えば、特許文献１参照）。
したがって、特に上記２層圧延リングの外側リング部材には、常にテーパースリーブによる内側圧力と加工線材による外側圧力がかかり、かつその表面部は高温加熱の線材素材によって高温加熱され、自体の温度上昇を防止する目的で水冷された条件で操業されるため、大きな機械的熱的内部応力が存在するものである。
また、上記の２層圧延リングの外側リング部材や内側リング部材として各種の超硬合金が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭４９−１０５７４９号公報
【特許文献２】
特開昭４９−６６５１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の熱間圧延装置の高性能化および高出力化はめざましく、また熱間圧延加工の省力化および省エネ化に対する要求も強く、これに伴い、熱間圧延加工は高速化および高圧下率化の傾向にあるが、従来２層圧延リングにおいては、これを高速および高圧下率条件で用いると、特にこれの構成部材である外側リング部材の高温硬さおよび高温強度不足が原因で、特に圧延加工中に前記外側リング部材に割れが生じたり、これの摩耗進行が著しく促進したりして、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に２層圧延リングの外側リング部材の高温硬さおよび高温強度の向上を図るべく、研究を行った結果、
２層圧延リングの外側リング部材を、いずれも質量％で（以下、％は質量％を示す）、結合相形成成分として、
Ｃｏ：５〜１０％、
Ｎｉ：１〜６％、
Ｃｒ：０．４〜１％、
を含有し、分散相形成成分として、
組成式：（Ｔｉ１−ＸＷＸ）（Ｃ１−ＹＮＹ）Ｚ、
（ただし、原子比で、Ｘ：０．１〜０．４、Ｙ：０．１〜０．４、Ｚ：０．９５〜１．０５）を満足するＴｉとＷの複合炭窒化物［以下、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮで示す］：５〜１５％、
を含有し、残りが分散相形成成分としてのＷＣと不可避不純物からなる組成を有する超硬合金で構成すると、前記（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮは、それ自体ですぐれた高温硬さと高温強度を有し、かつ超硬合金の高温硬さと高温強度を著しく向上させる作用を有することから、外側リング部材をこの超硬合金で構成した２層圧延リングは、高速および高圧下率条件で用いても、圧延加工溝に割れの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するようになる、という研究結果を得たのである。
【０００６】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、外側リング部材と内側リング部材が一体接合した構造の２層圧延ロールの前記外側リング部材を、結合相形成成分として、
Ｃｏ：５〜１０％、
Ｎｉ：１〜６％、
Ｃｒ：０．４〜１％、
を含有し、分散相形成成分として、
組成式：（Ｔｉ１−ＸＷＸ）（Ｃ１−ＹＮＹ）Ｚ、
（ただし、原子比で、Ｘ：０．１〜０．４、Ｙ：０．１〜０．４、Ｚ：０．９５〜１．０５）を満足する（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ：５〜１５％、
を含有し、残りが分散相形成成分としてのＷＣと不可避不純物からなる組成、並びに結合相、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ相、およびＷＣ相の３相組織を有する超硬合金で構成してなる、外側リング部材がすぐれた高温硬さおよび高温強度を有する２層圧延ロールに特徴を有するものである。
【０００７】
つぎに、この発明の２層圧延ロールにおいて、これの外側リング部材を構成する超硬合金の組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ｃｏ
Ｃｏ成分には、焼結性を向上させると共に、結合相を形成して常温強度を向上させる作用があるが、その含有量が５％未満では所望の常温強度を確保することができず、一方その含有量がが１０％を越えると耐摩耗性が急激に低下するようになることから、その含有量を５〜１０％と定めた。
【０００８】
（ｂ）Ｎｉ
Ｎｉ成分には、Ｃｏと共存して結合相を形成し、合金成分である（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮの焼結時の分解を抑制する作用があるが、その含有量が１％未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その含有量が６％を越えると高温強度が急激に低下するようになることから、その含有量を１〜６％と定めた。
【０００９】
（ｃ）Ｃｒ
Ｃｒ成分には、結合相に固溶して常温強度を向上させるほか、結合相の耐酸化性を向上させる作用があるが、その含有量が０．４％未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その含有量がが１％を越えると、Ｃｒの複炭化物を形成し、これが高温強度低下の原因となることから、その含有量を０．４〜１％と定めた。
【００１０】
（ｄ）（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ
（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ成分は、高硬度を有するＴｉＣにＷ成分を固溶含有させて耐熱性を向上させ、かつＮ成分を含有させて炭窒化物として強度を向上させ、もってすぐれた高温硬さと高温強度を有するものとし、かつこれを超硬合金に含有させることによって超硬合金の高温硬さと高温強度を著しく向上させる作用があるが、その含有量が５％未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その含有量がが１５％を越えると焼結性が低下し、強度低下が避けられなくなることから、その含有量を５〜１５％と定めた。
また、上記の通りＷ成分には、耐熱性を向上させ、もって高温特性（高温硬さと高温強度）を向上させる作用があるが、組成式において、その含有割合を示すＸ値が、Ｔｉとの合量に占める割合で、かつ原子比（以下同じ）で、０．１未満では所望の高温特性向上効果が得られず、一方同Ｘ値が同じくＴｉとの合量に占める割合で、０．４を越えると、高温強度が低下するようになることから、Ｘ値を０．１〜０．４と定めた。
Ｎ成分には、強度を向上させ、かつＷ成分との共存含有において高温強度を向上させる作用があるが、同じくＮ成分の含有割合を示すＹ値がＣとの合量に占める割合で、０．１未満では所望の高温強度向上効果が得られず、一方同Ｙ値が同じくＣとの合量に占める割合で、０．４を越えると、高温強度が低下するようになることから、Ｙ値を０．１〜０．４と定めた。
さらに、同じく、上記の組成式において、ＴｉとＷ成分の合量に対するＣとＮ成分の合量の割合を示すＺ値が０．９５未満でも、１．０５を越えても高温硬さおよび高温強度に低下傾向が現れるようになることから、Ｚ値を０．９５〜１．０５と定めた。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の２層圧延ロールを実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、表１に示される平均粒径をもったＷＣ粉末、同１．３μｍのＣｏ粉末、同１．５μｍのＮｉ粉末、同１．６μｍのＣｒ粉末、さらに同じく表１に示される組成および平均粒径を有する（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ粉末を用意し、これら原料粉末を表１に示される配合組成に配合し、アルコール中、ボールミルで５時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で外側リング部材用成形体にプレス成形し、また、上記原料粉末を用い、ＷＣ粉末としては平均粒径：５μｍのものを用い、配合組成を、Ｃｏ：１３％、Ｃｒ：０．７％、ＷＣ：残りとする以外は同一の条件で内側リング部材用成形体をプレス成形し、この時高温強度を評価する目的で高温抗折力測定用試験片の成形体もプレス成形し、これら外側リング部材用成形体と内側リング部材用成形体を嵌合した状態で、真空中、１３６０〜１４００℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で焼結した後、研磨加工することにより、外径：１６６ｍｍ×内径：１２６ｍｍ×長さ：７２ｍｍの寸法をもった内側リング部材と一体に焼結結合され、かつ外径：２１２ｍｍ×内径：１６６ｍｍ×長さ：７２ｍｍの寸法をもち、外周面にそって半円形圧延加工溝が２本形成された本発明２層圧延ロール１〜５、および外側リング部材が従来２層圧延ロールの外側リング部材を構成する超硬合金に相当する組成をもった超硬合金からなる従来２層圧延ロール１〜５、さらに縦：４ｍｍ×横：８ｍｍ×長さ：２４ｍｍの寸法をもった高温抗折力測定用試験片を製造した。
【００１２】
この結果得られた各種２層圧延ロールの外側リング部材（高温抗折力測定用試験片）を構成するそれぞれの超硬合金について、その組成をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、実質的に配合組成と同じ組成を示し、また、その組織を光学顕微鏡を用いて観察したところ、本発明２層圧延ロールの外側リング部材は、いずれも、実質的に結合相、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ相、およびＷＣ相からなる３相組織を示し、また従来２層圧延ロールの外側リング部材は、いずれも、実質的に結合相とＷＣ相からなる２相組織を示した。
【００１３】
ついで、上記の本発明２層圧延ロール１〜５および従来２層圧延ロール１〜５をそれぞれ一対として仕上げ寸法の異なる熱間圧延機の仕上げ段に組み込み、
表２に示される条件で、かつ、
線材素材：約９００℃に加熱された軟鋼材、
圧下率：約１５％、
とした条件で熱間圧延加工試験を行い、一穴型（カリバー）当りの寿命までの圧延量を調べた。寿命は線材の寸法と仕上げ面状態で判断したが、これらはロールの摩耗とカリバー内のクラック発生状態によって支配される。また、上記の高温抗折力測定用試験片を用いて、６００℃での高温抗折力およびビッカース硬さを測定し、高温強度および高温硬さを評価した。これらの測定結果を表２に示した。
【００１４】
【表１】
2004255401.tif 000002
【００１５】
【表２】
2004255401.tif 000003
【００１６】
【発明の効果】
表１，２に示される結果から、本発明２層圧延ロール１〜５は、いずれも外側リング部材を構成する超硬合金が（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮを含有することによって高温強度と高温硬さを具備するようになり、熱間圧延加工を行なっても圧延加工溝に割れの発生なく、かつすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、外側リング部材が（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮを含有しない超硬合金で構成された従来２層圧延ロール１〜５においては、いずれも外側リング部材の圧延加工溝に割れが発生し、さらに摩耗進行も速いことと相俟って、比較的早期に使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の２層圧延ロールは、熱間圧延加工を行なっても割れの発生なく、すぐれた耐摩耗性を示すものであるから、熱間圧延装置の高性能化および高出力化、さらに熱間圧延加工の省力化および省エネ化にも十分満足に対応できるものである。