(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の表面の硬さがショア硬さ８５以上であり、外層の圧縮強度が２４０ｋｇｆ／ｍｍ２以上であることを特徴とする。また、外層が重量％で、Ｃ：１．０〜２．６％、Ｃｒ：４．０〜１０．０％、Ｍｏ：５．０〜１０．０％、Ｗ：５．０％未満、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の表面の硬さがショア硬さ８５以上であり、外層の圧縮強度が２４０ｋｇｆ／ｍｍ２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：５．０％未満、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ＷＯ８８／０７５９４号ＷＩＰＯ国際公開公報には、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：２〜７％、Ｍｏ：９％以下、Ｗ：２０％以下、Ｖ：３〜１５％及び残部実質的にＦｅからなり、さらにＮｉ：５％以下、Ｃｏ：５％以下、Ｎｂ：５％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、特許第３１９５７７７号公報には、ロール外層の成分が重量％でＣ：１．５〜３．０％、Ｓｉ：０．２〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｃｒ：３．０〜５．０％、Ｍｏ：５．０〜８．０％、Ｗ：５．０〜８．０％、Ｖ：３．０〜６．０％を含有すると共に残部が実質的にＦｅからなり、鋳造及び軟化焼鈍した外層を、一旦オーステナイト化した後、ベイナイト変態点とマルテンサイト変態点との間の温度領域で行うオーステンパリング処理とその後の焼戻し処理とを１ないし数回繰返して行うことで、組織中の炭化物の面積率をＭ７Ｃ３≦（Ｍ２Ｃ＋Ｍ６Ｃ＋ＭＣ）／１０、かつ（Ｍ２Ｃ＋Ｍ６Ｃ）／ＭＣ≧２とし、基地を８０％以上のベイナイトと２０％未満の焼戻しマルテンサイトからなる組織とし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。また、この公報中の図５の実施例では、圧縮強度が２９２〜３２０ｋｇｆ／ｍｍ２、ショア硬さＨｓが８０．０〜８２．０であるロール材が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のハイス系ロール材の外層は、従来の鋳鉄系ロールと比較して、硬質炭化物が主体となった組織構成であり、この硬質炭化物が少なすぎると耐摩耗性に劣るため、硬質炭化物はある程度の量が必要である。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、絞り事故等により焼付きが発生すると、焼付き部に局部的強圧がかかるため、ロールに深いクラックが発生する問題があった。さらに、熱間圧延を行ったロール表層部には、熱疲労によってヒートクラックが発生し、さまざまな肌荒れを引き起こす問題があった。このため、圧延用ロールに優れた耐摩耗性、耐クラック性（耐ヒートクラック性も含む）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。
【０００７】
そこで、本発明は上記の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。
【０００８】
【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、耐摩耗性に特に付与するＭＣ、Ｍ４Ｃ３、Ｍ２Ｃ、Ｍ６Ｃ炭化物を最適な範囲で生成させる必要がある。さらに、ロール材の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。また、圧縮強度は、絞り事故時、焼付き部の局部的強圧下や熱間圧延による熱疲労に耐え、クラックの発生を抑制する指標となり得ると考えた。これらの技術的思想により、圧延材と接触するロール材をより一層高硬度化するとともに、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。
【０００９】
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の表面の硬さがショア硬さ８５以上であり、外層の圧縮強度が２４０ｋｇｆ／ｍｍ２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、本発明において外層が重量％で、Ｃ：１．０〜２．６％、Ｃｒ：４．０〜１０．０％、Ｍｏ：５．０〜１０．０％、Ｗ：５．０％未満、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。
【００１０】
【作用】
本発明の圧延用ロールは、圧延材と接触するロール外層の圧縮強度が２４０ｋｇｆ／ｍｍ２以上であるので、耐クラック性が格段に良好となり、絞り圧延事故においてもクラックの発生、進展を抑えることができる。それとともに、外層のショア硬さを８５以上とし、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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、圧縮強度が低下する。
【００１３】
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。
【００１４】
Ｍｏは、焼入れ性の向上と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。
【００１５】
Ｗは、Ｍｏと同様に焼入れ性の向上と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。Ｗは４．８％以下がより好ましい。
【００１６】
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。
【００１７】
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、圧縮強度の相関がある。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８５以上を安定して確保できる。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。
【００１８】
２Ｍｏ／Ｗ≧３．０
ＭｏとＷは、炭化物形成と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を多く添加すると基地粘さが向上せず粗大Ｍ６Ｃを晶出するため、圧縮強度と耐クラック性を両立するためには、Ｍｏを多く添加したほうがよい。２Ｍｏ／Ｗ≧３．０とすることで、基地粘さを十分に向上させ、粗大Ｍ６Ｃの晶出を防止できることにより、圧縮強度を２４０ｋｇｆ／ｍｍ２以上にすることができる。
【００１９】
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８５以上を安定して確保できる。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
【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。
【００２４】
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。
【００２５】
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により測定した。同時に、インゴットの中央部から圧縮強度測定用の試験片を採取した。
【００２６】
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。表１に、ショア硬さ及び圧縮強度の測定結果を併記する。また、図１に各供試材における供試材表面のショア硬さと圧縮強度の関係を示す。
【００２７】
【表１】
2004183085.tif 000002
【００２８】
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８５以上を安定して得られることが確認できた。
【００２９】
同様に、表１から、圧縮強度については、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、圧縮強度は２４０ｋｇｆ／ｍｍ２以上を安定して得られることが確認できた。
【００３０】
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８５以上、圧縮強度が２４０ｋｇｆ／ｍｍ２以上を同時に満足し得なかった。
【００３１】
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８６、胴部端部の圧縮強度２５４ｋｇｆ／ｍｍ２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、欠陥の調査を行い、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事故性にも優れることがわかった。
【００３２】
【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の表面の硬さがショア硬さ８５以上と高硬度であるとともに、外層の圧縮強度が２４０ｋｇｆ／ｍｍ２以上と高く、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】各供試材における供試材表面のショア硬さと圧縮強度の関係を示すグラフである。
【図１】
2004183085.tif 000003