(57)【要約】  【課題】  過酷な圧延条件で冷間圧延を行うと、冷間圧延用ロールの摩耗や肌荒れが増加する。  【解決手段】  Ｃ：０．８％以上１．５％未満、Ｓｉ：０．１％以上２．０％以下、Ｍｎ：０．１％以上２．０％以下、Ｃｒ：３．０％以上８．０％以下、Ｍｏ：１．０％以上１０．０％以下、Ｖ：０．５％以上５．０％以下、Ｗ：１０．０％以下、Ｃｏ：６．０％以下を含有する鋼組成を有し、連続肉盛法により製造されることによって、少なくとも被圧延材に接するロール表面が、このロール表面における炭化物の面積をＳｃとしたときの相当粒径√Ｓｃが１０μｍ以上である炭化物の粒間間隔が平均値で５０μｍ以下であるとともに、この相当粒径の最大値が１００μｍである炭化物分散特性を有する鉄基合金により構成されることを特徴とする、被圧延材からの遊離硬質粒子がロール表面の基地組織に食い込むことにより生じる線状キズの発生に対する抵抗性に優れた冷間圧延用ロールである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．８％以上１．５％未満、Ｓｉ：０．１％以上２．０％以下、Ｍｎ：０．１％以上２．０％以下、Ｃｒ：３．０％以上８．０％以下、Ｍｏ：１．０％以上１０．０％以下、Ｖ：０．５％以上５．０％以下、Ｗ：１０．０％以下、Ｃｏ：６．０％以下を含有する鋼組成を有し、連続肉盛り法により製造されることによって、少なくとも被圧延材に接するロール表面が、該ロール表面における炭化物の面積をＳｃとしたときの相当粒径√Ｓｃが１０μｍ以上である炭化物の粒間間隔が平均値で５０μｍ以下であるとともに、該相当粒径の最大値が１００μｍである炭化物分散特性を有する鉄基合金により構成されることを特徴とする、被圧延材からの遊離硬質粒子がロール表面の基地組織に食い込むことにより生じる線状キズの発生に対する抵抗性に優れた冷間圧延用ロール。
【請求項２】
前記鉄基合金は、Ｔｉ、Ｎｂ、ＺｒおよびＴａのうちの１種以上を合計で１．０質量％以下含有する、請求項１に記載された被圧延材からの遊離硬質粒子がロール表面の基地組織に食い込むことにより生じる線状キズの発生に対する抵抗性に優れた冷間圧延用ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線状キズの発生に対する抵抗性に優れた冷間圧延用ロールに関し、例えば、珪素鋼板に代表される硬質材の圧延やスケールが表面に付着した鋼板に対する強圧下圧延等のような、ロール摩耗量が大きな過酷な圧延条件で使用するのに好適な、被圧延材からの遊離硬質粒子がロール表面の基地組織に食い込むことにより生じる線状キズの発生に対する抵抗性に優れた冷間圧延用ロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、冷間圧延用ワークロールとしては、０．８％（本明細書では特にことわりがない限り「％」は「質量％」を意味するものとする）程度のＣと、約５％程度のＣｒと、少量のＭｏとを含有する５％Ｃｒ鍛鋼焼入れロールが多用されてきた。
【０００３】
この５％Ｃｒ鍛鋼焼入れロールは、通常、表面硬度が９７Ｈs 程度に焼入れされて圧延作業に供されるが、使用とともに表面硬度は低下する。そして、摩耗量が２５〜４０ｍｍ程度になり表面硬度が８５Ｈs 程度にまで低下した時点で、表面硬度を上昇させるための再焼入れが行われ、この後、摩耗量が２５〜４０ｍｍ程度に達するまで使用される。
【０００４】
したがって、冷間圧延用ロールの耐摩耗性を向上させることにより、冷間圧延工程の生産能率を大幅に向上することができる。
このため、５％Ｃｒ鍛鋼焼入れロールに代えて、例えばＣ：１％程度、Ｃｒ：５％程度、Ｍｏ：３％程度およびＶ：１％程度を含有した、いわゆるセミハイスロールや、例えばＣ：１．３％程度、Ｃｒ：４％程度、Ｍｏ：９％程度、Ｖ：２％程度、Ｃｏ：５％程度およびＷ：２％程度を含有した、いわゆるハイスロール等といった、硬質炭化物をより多く含有するロールを用いることにより、冷間圧延用ロールの耐摩耗性の向上が図られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、最近では、省エネルギーの観点から、例えば冷延無方向性珪素鋼板や冷延方向性珪素鋼板等の珪素鋼板に代表される硬質材の圧延量が増加する傾向にある。また、冷間圧延時に被圧延材である鋼板の表面に存在するスケールを除去するとともに生産性を高めるため、強圧下圧延も多用されるようになってきた。
【０００６】
これらの過酷な圧延条件での圧延に供されることにより、冷間圧延用ロールの摩耗や肌荒れが増加する。このため、被圧延材の形状制御精度が低下したり、冷間圧延の操業が不安定になり、近年、冷間圧延の大きな課題となっている。
【０００７】
本発明の目的は、耐摩耗性に優れた冷間圧延用ロールを提供することであり、例えば、珪素鋼板に代表される硬質材の圧延やスケールが表面に付着した鋼板に対する強圧下圧延等のように、ロール摩耗量が大きな過酷な圧延条件での圧延に供されても、摩耗や肌荒れの発生が充分に抑制された冷間圧延用ロールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、まず、上述した過酷な圧延条件での圧延に供されることにより冷間圧延用ロールに摩耗や肌荒れが発生する機構を検討した。その結果、この摩耗や肌荒れは、ロール表面における炭化物の周辺の比較的軟質な基地組織から開始することが判明した。特に、スケールが付着した鋼板に強圧下圧延を行う際には、圧延によって破砕された硬質の微小遊離スケール片がロールバイト内においてロール表面の基地組織にくい込んで線条キズ（ミクロ摩耗）を発生させ、その後の繰り返しにより、摩耗や肌荒れを進行させる。
【０００９】
本発明者は検討を重ねた結果、スケールが付着した鋼板の強圧下圧延において、破砕された微小遊離スケール片の大きさと、ロール表面の線条キズの大きさとの間には、一定の相関関係があることを知見した。すなわち、微小遊離スケール片の大きさは１０μｍ以上のものが多く、平均的サイズは５０μｍ程度であった。
【００１０】
そこで、本発明者はさらに検討を重ねた結果、スケールが付着した鋼板の強圧下圧延のみならず、珪素鋼板等の硬質材の圧延においても、ロール表面における炭化物の面積をＳc としたときの相当粒径√Ｓc が１０μｍ以上である炭化物を多く含有させることによって微小遊離スケール片等の遊離硬質粒子の食い込みに対するバリアーとし、かつ、相当粒径が１０μｍ以上の炭化物の粒間間隔を５０μｍ以下に制御することによって遊離硬質粒子の食い込みの頻度を低減して線条キズの発生を抑制することができることを知見して、本発明を完成した。
【００１１】
本発明は、Ｃ：０．８％以上１．５％未満、Ｓｉ：０．１％以上２．０％以下、Ｍｎ：０．１％以上２．０％以下、Ｃｒ：３．０％以上８．０％以下、Ｍｏ：１．０％以上１０．０％以下、Ｖ：０．５％以上５．０％以下、Ｗ：１０．０％以下、Ｃｏ：６．０％以下を含有する鋼組成を有し、連続肉盛り法により製造されることによって、少なくとも被圧延材に接するロール表面が、このロール表面における炭化物の面積をＳｃとしたときの相当粒径√Ｓｃが１０μｍ以上である炭化物の粒間間隔が平均値で５０μｍ以下であるとともに、この相当粒径の最大値が１００μｍである炭化物分散特性を有する鉄基合金により構成されることを特徴とする、被圧延材からの遊離硬質粒子がロール表面の基地組織に食い込むことにより生じる線状キズの発生に対する抵抗性に優れた冷間圧延用ロールである。
【００１２】
この本発明にかかる冷間圧延用ロールでは、鉄基合金が、Ｔｉ、Ｎｂ、ＺｒおよびＴａのうちの１種以上を合計で１．０％以下含有することが、例示される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、線状キズの発生に対する抵抗性に優れた冷間圧延用ロールを提供すること、例えば、珪素鋼板に代表される硬質材の圧延やスケールが表面に付着した鋼板に対する強圧下圧延等のように、ロール摩耗量が大きな過酷な圧延条件での圧延に供されても摩耗や肌荒れの発生が充分に抑制された、被圧延材からの遊離硬質粒子がロール表面の基地組織に食い込むことにより生じる線状キズの発生に対する抵抗性に優れた冷間圧延用ロールを提供することが可能となった。これにより、冷間圧延工程の生産能率を大幅に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明にかかる冷間圧延用ロールを実施するための最良の形態を、詳細に説明する。なお、以降の実施の形態の説明では、本発明にかかる冷間圧延用ロールを、外層および芯材を有する複合ロールに適用した場合を例にとる。
【００１５】
まず、本実施の形態の冷間圧延用ロールの外層および芯材について順次説明する。
［外層］
まず、外層の組成を限定する理由を説明する。
【００１６】
Ｃ：０．８％以上１．５％未満
Ｃは、炭化物の形成および基地硬さの確保のいずれについても有効な元素である。すなわち、本実施の形態では、Ｃは、前述した炭化物の粒間間隔の平均値を５０μｍ以下に抑制し、硬質のＭＣ型炭化物とＭ6 Ｃ型炭化物とを得るために含有する。Ｃ含有量が０．８％未満であると、炭化物の粒間間隔の平均値を５０μｍ以下に抑制できるだけの炭化物量を確保することができず、一方、Ｃ含有量が１．５％以上であると研削性を著しく阻害するとともに製造を困難にさせる。そこで、本実施の形態では、Ｃ含有量は０．８％以上１．５％未満と限定する。同様の観点から、Ｃ含有量の下限は１．０％であることが望ましい。
【００１７】
Ｓｉ：０．１％以上２．０％以下
Ｓｉは、脱酸剤として０．１％以上含有する。しかし、Ｓｉ含有量が２．０％を超えると脆化が助長される。そこで、本実施の形態では、Ｓｉ含有量は０．１％以上２．０％以下と限定する。同様の観点から、Ｓｉ含有量の上限は１．５％であることが望ましい。
【００１８】
Ｍｎ：０．１％以上２．０％以下
Ｍｎは、脱酸剤として配合され、特に焼入れ性の向上を図るため、０．１％以上含有される。しかし、Ｍｎ含有量が２．０％を超えると脆化が助長される。そこで、本実施の形態では、Ｍｎ含有量は０．１％以上２．０％以下と限定する。同様の観点から、Ｍｎ含有量の上限は１．５％であることが望ましい。
【００１９】
Ｃｒ：３．０％以上８．０％以下
Ｃｒは、３．０％以上含有することによって、炭化物を形成するとともに基地中に固溶して焼入れ性を高め基地硬さを高める。しかし、Ｃｒ含有量が８．０％を超えると、逆に基地硬さが低下する。そこで、本実施の形態では、Ｃｒ含有量は３．０％以上８．０％以下と限定する。同様の観点から、Ｃｒ含有量の上限は６．０％であることが望ましい。
【００２０】
Ｍｏ：１．０％以上１０．０％以下
Ｍｏは、Ｍ6 Ｃ型炭化物形成元素であるとともに、焼入れ性を向上し、かつ、２次硬化作用により高い硬さと高い耐摩耗性とをともに発現させる。Ｍｏ含有量が１．０％未満であるとこのような効果が認められず、一方、Ｍｏ含有量が１０．０％を超えると脆化して製造を不安定にさせる。そこで、本実施の形態では、Ｍｏ含有量は１．０％以上１０．０％以下と限定する。同様の観点から、Ｍｏ含有量の下限は２．０％、上限は５．０％であることが、それぞれ望ましい。
【００２１】
Ｖ：０．５％以上５．０％以下
Ｖは、強力な炭化物形成元素であるとともに、硬質のＭＣ型炭化物を形成する。Ｖ含有量が０．５％未満であるとかかる効果が認められず、一方、Ｖ含有量が５．０％を超えると炭化物量が過剰になり、研削性および製造安定性を阻害する。そこで、本実施の形態では、Ｖ含有量は０．５％以上５．０％以下と限定する。同様の観点から、Ｖ含有量の下限は１．０％、上限は３．０％であることが、それぞれ望ましい。
【００２２】
Ｗ：１０．０％以下
Ｗは、炭化物形成元素であり、耐摩耗性を高めるために添加する。しかし、Ｗ含有量が１０．０％を超えると、かかる効果は飽和し、コストが嵩むだけとなる。そこで、本実施の形態では、Ｗ含有量は１０．０％以下と限定する。同様の観点から、Ｗ含有量の上限は５．０％であることが望ましい。
【００２３】
Ｃｏ：６．０％以下
Ｃｏは、基地に固溶し、強化するために添加する。しかし、Ｃｏ含有量が６．０％を超えるとかかる効果は飽和し、コストが嵩むだけとなる。そこで、本実施形態では、Ｃｏ含有量は６．０％以下と限定する。
【００２４】
Ｔｉ、Ｎｂ、ＺｒおよびＴａのうちの１種以上を合計で１．０％以下
Ｔｉ、Ｎｂ、ＺｒおよびＴａと、ＣおよびＮとの親和力は非常に強く、粒状の炭化物、窒化物あるいは炭窒化物の形態で晶出する。晶出物の多くは、共晶炭化物の凝固時における核となり、炭化物の過度の粗大化を抑制する作用がある。そこで、本実施の形態では、Ｔｉ、Ｎｂ、ＺｒおよびＴａのうちの１種以上を添加する。しかし、Ｔｉ、Ｎｂ、ＺｒおよびＴａのうちの１種以上を合計で１％を超えて添加すると、これらの化合物は偏析し、機械的性質の劣化および研削性の悪化を招く。そこで、本実施の形態では、Ｔｉ、Ｎｂ、ＺｒおよびＴａのうちの１種以上は合計で１．０％以下と限定する。同様の観点から、Ｔｉ、Ｎｂ、ＺｒおよびＴａのうちの１種以上の下限は合計で０．０５％、上限は合計で０．６０％であることが、それぞれ望ましい。
【００２５】
本実施の形態では、Ｎｉを任意添加元素として含有してもよい。Ｎｉを２％以下含有することにより、焼入れ性の向上を図ることができる。
また、本実施の形態では、不純物としてＰおよびＳを含有する。ＰおよびＳそれぞれの含有量は、いずれも低いほうが望ましいが、極端な低減には相応のコスト上昇を伴う。そこで、本実施の形態では、ＰおよびＳそれぞれの含有量はいずれも０．１％以下である。
【００２６】
上記以外は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
また、この外層の厚さはロール状態で１０〜７０ｍｍ程度である。
［芯材］
この種の冷間圧延用ロールの芯材として周知慣用の材料を用いればよい。本実施形態では、例えば、Ｃ：１．０％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｎｉ：２％以下、Ｃｒ：１〜５％およびＭｏ：１．０％未満を含有する低合金鋼を用いた。
【００２７】
本実施の形態では、これらの外層および芯材を有する複合ロールのロールインゴットを、連続肉盛り法（複合製法）により製造することにより、本実施の形態の冷間圧延用ロールを製造した。連続肉盛り法によれば、凝固過程の冷却速度を小さく制御することにより、後述する１００μｍを超える粗大炭化物の抑制と、炭化物の均等分散とを、いずれも容易に制御することができるためである。
【００２８】
［炭化物分散特性］
本実施の形態の冷間圧延用ロールは、連続肉盛り法により、下記の炭化物分散特性を有する。以下、この炭化物分散特性を説明する。
【００２９】
前述したように、例えば冷延無方向性珪素鋼板や冷延方向性珪素鋼板等の珪素鋼板に代表される硬質材の圧延や、鋼板に対する強圧下圧延等のような過酷な圧延条件での圧延においては、ロール表面における炭化物の周辺の比較的軟質な基地組織から破砕・分離された微小遊離スケール片等の遊離硬質粒子が、ロールバイト内においてロール表面の基地組織にくい込んで線条キズ（ミクロ摩耗）を発生させ、その後の繰り返しによって、冷間圧延用ロールの摩耗や肌荒れを進行させる。
【００３０】
この場合に、遊離硬質粒子の大きさは１０μｍ以上のものが多く、平均的サイズは５０μｍ程度である。
このため、ロール表面における炭化物の面積をＳc としたときの相当粒径√Ｓc が１０μｍ以上である炭化物を多く含有させることによって遊離硬質粒子の食い込みに対するバリアーとすることができる。そこで、本実施の形態では、ロール表面を摩耗させる遊離硬質粒子に対する有効なバリアとして、炭化物の相当粒径√Ｓc を１０μｍ以上に限定する。
【００３１】
また、相当粒径√Ｓc が１０μｍ以上である炭化物の粒間間隔を平均値で５０μｍ以下に抑制することによって、遊離硬質粒子のロール基地組織への食い込みの頻度を低減でき、これにより、線条キズの発生を抑制することができる。同様の観点から、相当粒径√Ｓc が１０μｍ以上である炭化物の粒間間隔を平均値で４０μｍ以下とすることが望ましい。
【００３２】
さらに、炭化物の相当粒径√Ｓc の最大値が１００μｍを超えると、研削性の悪化および靱性の劣化を招く。そこで、本実施の形態では、炭化物の相当粒径√Ｓc の最大値は１００μｍ以下と限定する。同様の観点から、炭化物の相当粒径√Ｓc の最大値は８０μｍであることが、望ましい。
【００３３】
このように、本実施の形態では、少なくとも被圧延材に接するロール表面が、このロール表面における相当粒径が１０μｍ以上である炭化物の粒間間隔が平均値で５０μｍ以下であるとともに、この相当粒径の最大値が１００μｍである炭化物分散特性を有すると限定する。
【００３４】
本実施の形態の冷間圧延用ロールは、以上のように構成される。
この本実施の形態の冷間圧延用ロールによれば、上記の炭化物分散特性を有するため、遊離硬質粒子に起因した摩耗や肌荒れの発生を、充分に抑制することができる。
【００３５】
また、本実施の形態の冷間圧延用ロールは、組成を最適に設定しているため、耐摩耗性や耐肌荒れ性以外の特性、例えば耐事故性、硬度さらにロール製造の安定性等も充分に確保される。
【００３６】
このため、本実施の形態の冷間圧延用ロールによれば、例えば、珪素鋼板に代表される硬質材の圧延やスケールが表面に付着した鋼板の圧延等のように、ロール摩耗量が大きくなる過酷な圧延条件での圧延に供されても、摩耗や肌荒れの発生が充分に抑制され、これにより、冷間圧延工程の生産能率を大幅に向上することができる。
【実施例１】
【００３７】
さらに、本発明を実施例を参照しながら具体的に説明する。
表１に示す１３種類のロール材のうち、試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．６の６種類を複合ロールの外層として用いるとともに、芯材としてＣ：１．１％、Ｓｉ：１．５％、Ｍｎ：１．５％、Ｎｉ：２．０％、Ｃｒ：５．０％およびＭｏ：１．０％未満を含有する低合金鋼を用い、連続肉盛り法により、前述した実施形態にかかる冷間圧延用ロールを製造した。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
そして、得られた６種の冷間圧延用ロールについて、耐摩耗性に及ぼす炭化物の粒間間隔の平均値の影響を評価した。なお、表１において試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．５は本発明例の冷間圧延用ロールであり、試料Ｎｏ．６はＣ量および炭化物の粒間間隔の平均値が本発明の範囲を外れた比較例の試料である。
【００４０】
この評価試験には２円筒ころがり・すべり方式の西原式摩耗試験機を用いた。また、試験材には熱処理して約ＨＲ６３の硬さに調整した試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．６を用いるとともに、相手材には熱処理でＨＲＣ６０の硬さに調整した、０．８％Ｃ−５％Ｃｒ鋼を用いた。また、微小遊離スケール片が付着した板の圧延を想定して、２円筒間には酸化第２鉄粉末を投入した。また、潤滑油には灯油を用い、ヘルツ接触圧力を１８００ＭＰａに、すべり率を５％にそれぞれ設定した。さらに、試験材および相手材それぞれの初期粗さＲａは、０．４μｍＲａとした。
【００４１】
耐摩耗性は、実際に稼働している圧延機の使用条件に近い回転数である１０万回転後の表面粗さで評価した。評価試験の結果を、図１にグラフにまとめて示す。
図１のグラフから明らかなように、ロール表面における相当粒径が１０μｍ以上である炭化物の粒間間隔の平均値が５０μｍ以下である試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．５は、いずれも、肌荒れの程度が少なく、良好な耐摩耗性を示した。
【００４２】
これに対し、炭化物の粒間間隔の平均値が本発明の範囲外である試料Ｎｏ．６は非常に大きな表面粗さを示し、耐肌荒れ性および耐摩耗性がいずれも不充分であった。
【実施例２】
【００４３】
表１のうちの試料Ｎｏ．３、試料Ｎｏ．７〜試料Ｎｏ．１３の８種類を複合ロールの外層として用い、実施例１と同様にして、研削性に及ぼす炭化物の最大粒径の影響を評価した。なお、表１において試料Ｎｏ．３は本発明例の冷間圧延用ロールであり、試料Ｎｏ．７はＣ量および炭化物の相当粒径の最大値が本発明の範囲を外れた比較例の冷間圧延用ロールであり、試料Ｎｏ．８は炭化物の相当粒径が本発明の範囲を外れた比較例の冷間圧延用ロールであり、試料Ｎｏ．９〜試料Ｎｏ．１２は、いずれも試料Ｎｏ．８の組成に類似した組成にＴｉ、Ｚｒ、ＮｂおよびＴａを適量添加することによって炭化物の相当粒径を細粒化した本発明例にかかる冷間圧延用ロールであり、さらに試料Ｎｏ．１３はＴｉ、Ｚｒ、ＮｂおよびＴａの添加量が本発明の範囲を外れる比較例の冷間圧延用ロールである。
【００４４】
試験材には、直径が８０ｍｍであるとともに長さが３００ｍｍであり、硬さが約ＨＲＣ６３の円柱体を用いた。研削試験に用いた砥石の種類はＧＣであり、切り込み量の条件は２０μｍとした。
【００４５】
研削性の良否は、研削時に測定した砥石負荷電流の大小により判別した。結果を図２にグラフで示す。
図２のグラフから明らかなように、炭化物の相当粒径の最大値が１００μｍ以下である試料Ｎｏ．３、試料Ｎｏ．９〜試料Ｎｏ．１２は、いずれも、低負荷電流であり、良好な研削性を示した。
【００４６】
これに対し、最大粒径が１００μｍを超える試料Ｎｏ．７および試料Ｎｏ．８は、いずれも高電流を示し、研削中の電流値変動も大きかった。また、試料Ｎｏ．１３は炭化物は細粒であったものの、Ｔｉ等の炭・窒化物が偏析した組織となったため、研削性が劣化した。
【００４７】
以上の実施形態および実施例の説明では、本発明にかかる冷間圧延用ロールを、外層および芯材を有する複合ロールにより構成した場合を例にとった。しかし、本発明は複合ロールには限定されず、単一材料により一体に構成された一体ロールについても、同様に適用される。
【００４８】
また、実施形態および実施例の説明では、芯材を、Ｃ：１．０％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｎｉ：２％以下、Ｃｒ：１〜５％およびＭｏ：１．０％未満を含有する低合金鋼により構成した場合を例にとった。しかし、本発明はこの低合金鋼には限定されず、この種の芯材の構成材料として周知慣用の材料であれば、等しく適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例１の結果を示すグラフである。
【図２】実施例２の結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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