(57)【要約】【課題】内面側に高い強度、外面側にすぐれた耐摩耗性を具備する厚肉単層スリーブロール用のロール材を提供する。【解決手段】重量％にて、Ｃ：０.８〜２.０％、Ｓｉ：０.２〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：２.５％以下、Ｃｒ：３.０〜８.０％、２×Ｍｏ＋Ｗ：２.０〜８.０％、Ｖ：２.０〜７.０％、但し、０％≦Ｃ−０.２５×Ｖ≦０.７５％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。Ｎｂ：２.０％以下及びＴｉ：０.５％以下からなる群から選択される少なくとも一種をさらに含有することができ、その場合は、０％≦Ｃ−０.２５×(Ｖ＋０.５×Ｎｂ＋２×Ｔｉ)≦０.７５％である。【選択図】図２
2007197841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延に用いられるロール材において、重量％にて、Ｃ：０.８〜２.０％、Ｓｉ：０.２〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：２.５％以下、Ｃｒ：３.０〜８.０％、２×Ｍｏ＋Ｗ：２.０〜８.０％（但し、ＭｏとＷの両方を含有）、Ｖ：２.０〜７.０％、但し、０％≦Ｃ−０.２５×Ｖ≦０.７５％であり、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする圧延用ロール材。
【請求項２】
圧延に用いられるロール材において、重量％にて、Ｃ：０.８〜２.０％、Ｓｉ：０.２〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：２.５％以下、Ｃｒ：３.０〜８.０％、２×Ｍｏ＋Ｗ：２.０〜８.０％（但し、ＭｏとＷの両方を含有）、Ｖ：２.０〜７.０％、並びに、Ｎｂ：２.０％以下及びＴｉ：０.５％以下からなる群から選択される少なくとも一種を含有し、但し、０％≦Ｃ−０.２５×(Ｖ＋０.５×Ｎｂ＋２×Ｔｉ)≦０.７５％であり、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする圧延用ロール材。
【請求項３】
Ｃｏ：８.０％以下を含有する請求項１又は請求項２に記載の圧延用ロール材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼線材、棒材、形鋼、特にＨ形鋼などの圧延に使用される圧延用厚肉スリーブロールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
線材、棒材などの圧延に使用される中空単層のスリーブロール、或いは、形鋼、特にＨ形鋼の圧延機であるユニバーサルミル用スリーブロールは、被圧延材と接触する外面側に耐摩耗性、内面側に強靱性が要求される。
特開平４−１９１３４７号、特開平４−１９１３４６号、特開平５−３１１３３５号は、材質的な改良を行って、外面側の耐摩耗性を向上させた単層スリーブロールを開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これら単層スリーブロールは、外面側の耐摩耗性は高いが、ロール内面側の強度、強靱性が十分でなく、内面側にクラックが発生して、耐事故性を損なう虞れがあった。
【０００４】
本発明の目的は、材質的な改良(成分範囲)だけでなく、製法的な改良(主に熱処理)を行なうことによって、内面側に高い強度、外面側にすぐれた耐摩耗性を具備する厚肉単層スリーブ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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の中空単層スリーブロールは、重量％にて、Ｃ：０.８〜２.０％、Ｓｉ：０.２〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：２.５％以下、Ｃｒ：３.０〜８.０％、２×Ｍｏ＋Ｗ：２.０〜８.０％、Ｖ：２.０〜７.０％、但し、０％≦Ｃ−０.２５×Ｖ≦０.７５％、残部実質的にＦｅからなり、ロールの外面硬度がＨｓ７０以上、且つ、ロール内面側の引張強度を６００ＭＰａ以上としたものである。
また、Ｖの一部を同じＭＣ型炭化物形成元素であるＴｉやＮｂに置換することも可能である。その場合は、Ｔｉ：０.５％以下、Ｎｂ：２.０％以下、但し、０≦Ｃ−０.２５×(Ｖ＋０.５×Ｎｂ＋２×Ｔｉ)≦０.７５％とすることが望ましい。
さらに、基地の高温での硬さを維持するために、Ｃｏを８.０％以下添加してもよい。
【０００６】
ロール内面側の引張強度を６００ＭＰａ以上にするためには、焼入熱処理における冷却時に、ロール内面に熱が充満して冷却速度が遅くならないように、外面側からだけでなく、ロール内面側からも冷却を施す。上記組成のロールに対して、ロール内面側から冷却を施すことにより、ロールの内面側がコア部分よりも速く冷却されるため、内面側の引張強度が向上すると共に、圧縮方向の残留応力が生ずる。
ロール内面側の冷却速度は、熱処理割れが発生しない範囲で、できるだけ速くするのがよく、焼入温度から約５００℃までの平均冷却速度を、３℃/分以上、望ましくは５℃/分以上、２０℃/分以下とすることが適当である。スリーブ厚さが２００ｍｍ以上の厚肉ロールは、２０℃/分を越える冷却速度では、割れが生ずる虞れがある。
【発明の効果】
【０００７】
単層スリーブロールは、上記のハイス系材料を用いて作られており、且つ、熱処理時に内面側にも冷却を施しているから、外面だけでなく内面側にも、高い耐摩耗性と高い引張強度を具備できる。
ロールの内面側に圧縮の残留応力を付与することにより、ロール内面でのクラックの発生を抑制することができ、スリーブロールの耐事故性を向上させることができる。
【成分限定理由の説明】
【０００８】
本発明の圧延用単層スリーブロールは、重量％にて、Ｃ：０.８〜２.０％、Ｓｉ：０.２〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：２.５％以下、Ｃｒ：３.０〜８.０％、２×Ｍｏ＋Ｗ：２.０〜８.０％、Ｖ：３.０〜８.０％、但し、０％≦Ｃ−０.２５×Ｖ≦０.７５％、残部実質的にＦｅからなり、その内面側は、６００ＭＰａ以上の引張強度を具備する。以下、成分限定理由について説明する。
【０００９】
Ｃ：０.８％〜２.０％
Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ等と炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。含有量が０.８％に満たないと、炭化物量が少なくなり、十分な耐摩耗性を得ることができないため、０.８％以上とする。また、２.０％を越えると、共晶炭化物が多くなり、材質の引張強度が低下するため、２.０％以下とする。
【００１０】
Ｓｉ：０.２％〜２.０％
Ｓｉは、脱酸材として効果的に作用させるために、０.２％以上必要であるが、２.０％を越えると、焼入性が低下すると共に、材質強度が低下するため、２.０％以下とする。
【００１１】
Ｍｎ：０.２％〜２.０％
ＭｎＳとして、Ｓを固定するために０.２％以上必要であるが、２.０％を越えると、材質強度が低下するため、２.０％以下とする。
【００１２】
Ｎｉ：２.５％以下
Ｎｉは、高温高度を低下させるために少ない方がよいが、大型のロールを作製する際に、熱処理時に十分な焼入速度が得られない場合や、低Ｃ高Ｖ系の材質等で材料自身の焼入性が悪くなる場合に、焼入性改善の目的で添加する。しかしながら、２.５％を越えると、高温硬度低下が大きくなるため、２.５％以下とする。
【００１３】
Ｃｒ：３.０％〜８.０％
Ｃｒは、基地中に固溶し、焼入性を改善する。また、ＭｏやＷの共晶炭化物中にも固溶するが、含有量が多くなると、Ｃｒを主体とした共晶炭化物を形成する。焼入性を改善するには、３.０％以上含有させる必要があり、逆に８.０％を越えると、共晶炭化物が多くなり材質の引張強度が低下するため、上限を８.０％とする。
【００１４】
Ｍｏ、Ｗ：２.０％≦２×Ｍｏ＋Ｗ≦８.０％
Ｍｏ及びＷは、Ｃと結合し、高硬度の炭化物(主として共晶炭化物)を形成する。また、一部は基地中に固溶し、基地硬度を上昇させる。熱処理においては、基地組織を二次硬化させる。２×Ｍｏ＋Ｗとしたのは、ＭｏはＷに比べて２倍の影響力を有するからである。２×Ｍｏ＋Ｗが２.０％未満であれば、これら効果を十分に得ることができず、８.０％を越えると、共晶炭化物が多くなり、材質の引張強度が低下する。
【００１５】
Ｖ：２.０％〜７.０％
Ｖは、Ｃと結合し、高硬度の炭化物を形成する。また、一部は基地中に固溶し、基地の硬度を上昇させる。熱処理においては、基地を二次硬化させ、材質の耐摩耗性と引張強度を高める作用を有する。このため、２.０％以上含有させる。炭化物の形態は、ＭｏやＷの場合と異なり、針状のＭＣ型炭化物となるため、炭化物が多くなっても、材質の引張強度は低下しない。このＭＣ型炭化物は、ＭｏやＷの共晶炭化物に優先して形成される。このため、Ｖの量が増えるにつれて、共晶炭化物が相対的に減少し、材質強度が向上する。一方、７.０％を越えると、ＭＣ型炭化物が初晶として晶出する。この初晶ＭＣ型炭化物は、溶湯よりも軽量であるため、凝固時に重量偏析が起こる。特に、遠心力鋳造法でスリーブロールを作製する際に、初晶ＭＣ型炭化物は、重量差によりロールの内側に偏析してしまうため、７.０％以下とする。
【００１６】
Ｎｂ：２.０％以下
Ｎｂは、Ｖと同様に、Ｃと結合し、高硬度のＭＣ型炭化物を形成し、強度向上に寄与する。但し、Ｖとは異なり、基地中には殆んど固溶しないため、添加量が少ないときはＶを主体としたＭＣ型炭化物中に析出するが、２.０％を越えると、Ｎｂを主体としたＭＣ型炭化物として晶出する。このＭＣ型炭化物は溶湯よりも重いため、凝固時に重量偏析する。特に、遠心力鋳造法では、ロールの表面側に偏析する傾向があるため、２.０％以下とする。
【００１７】
Ｔｉ：０.５％以下
Ｔｉは、Ｖと同様に、Ｃと結合し、高硬度のＭＣ型炭化物を形成し、強度向上に寄与する。但し、Ｔｉは酸化性が強いため、大気溶解で安定的に添加することは困難であるから、上限を０.５％とする。
【００１８】
Ｃｏ：８.０％以下
Ｃｏは、基地中に固溶し、基地の高温硬さを上昇するため、必要に応じて添加する。但し、８.０％を越えて添加しても、その効果は飽和するため、８.０％以下が望ましい。
【００１９】
上記した成分の他、Ｐ、Ｓ等の不可避的な不純物の混入は許容される。しかしながら、これら不純物は材質を脆くするため、合計で０.１％以下に抑えることが望ましい。
【００２０】
なお、材質の引張強度をさらに高めるために、上記のＣとＶは、Ｃ−０.２５×Ｖ≦０.７５％の範囲で含有し、且つ、焼入後の硬度をＨｓ７０以上に確保(焼入性の確保)するために、Ｃ−０.２５×Ｖ≧０％の範囲で含有することが望ましい。この場合も、ロール内面側の冷却速度は、焼入温度から約５００℃までの平均冷却速度を、３℃/分以上、望ましくは５℃/分以上、２０℃/分以下となるようにすることが望ましい。
【００２１】
また、Ｎｂ、Ｔｉを含有する場合、上記Ｖ当量の式は、Ｃ−０.２５×(Ｖ＋０.５×Ｎｂ＋２×Ｔｉ)となり、引張強度と焼入後の硬度を確保するために、０≦Ｃ−０.２５×(Ｖ＋０.５×Ｎｂ＋２×Ｔｉ)≦０.７５％(図１中、点線で囲まれる範囲)とすることが望ましい。
【発明の実施の形態】
【００２２】
本発明の圧延用単層スリーブロールは、遠心力鋳造や静置鋳造により作製することができる。
遠心力鋳造又は静置鋳造でスリーブロールを作製する場合、鋳込み温度は、凝固開始温度(液相線)より５０℃を越えない温度で行なうことが望ましい。この温度域で鋳造を行なうことにより、厚肉のスリーブロールを作製しても、内面側の組織は粗大化せず、微細な組織が得られ、高い引張強度を確保できるからである。
【００２３】
鋳造されたロールは、粗機械加工を施した後、焼入れ、冷却、焼戻しの熱処理を行なう。冷却は、ロールの外面側からだけでなく、内面側からも実施する。ロール内面側には、外面側と同等か又はそれよりも速い冷却速度で冷却を施すことが望ましい。内面は外面とは異なり、放射冷却され難いため、外面と同等又はそれよりも速い冷却速度を得るには、外面よりも強い冷却を行なう必要がある。例えば、図２に示すように、スリーブロール(10)をローラ(20)(20)の上に置き、スリーブロール(10)を２〜５ｒｐｍで回転させつつ、内面側に水冷パイプ(30)から噴霧水冷を行ない、外面側は送風機(図示せず)を用いた強制空冷を行なえばよい。外面及び内面の両側から冷却を行なうことによって、その中間部分(ロール内部)の冷却速度は最も遅くなる。その結果、内面及び外面の両方に圧縮の残留応力が付与され、中間部分(ロール内部)に引張りの残留応力が付与される。
【００２４】
熱処理の後、仕上げ加工を施すことにより、単層構造のスリーブロールが得られる。
得られたスリーブロールは、内面側及び外面側に圧縮応力が残留しており、その中間部(ロール内部)に引張応力が残留している。
【実施例】
【００２５】
表１に示す鋳造成分から、表２乃至表４に示す条件及び寸法の単層のスリーブロールを作製した。
【００２６】
【表１】
2007197841.tif 000003
【００２７】
【表２】
2007197841.tif 000004
【００２８】
【表３】
2007197841.tif 000005
【００２９】
【表４】
2007197841.tif 000006
【００３０】
上記によって作製された各単層スリーブロールについて、径方向を外面側から内面側へ向けて、５０ｍｍ毎にテストピースを切り出し、各テストピースについて、熱処理後の硬度Ｈｓ(ショア硬さ)、引張強度、及び、残留応力(歪みゲージ法)を測定した。結果を表５に示している。なお、発明例１の硬度及び引張強度は、測定値の詳細を図３及び図４にグラフ化している。
【００３１】
【表５】
2007197841.tif 000007
【００３２】
表５を参照すると、発明例は何れも、硬度が、外面側でＨｓ７０以上あり、内面側は、外面と同等か又は外面側よりも高くなっている。発明例１について図３を参照すると、外面及び内面だけでなく、中間部でも高い硬度を具備していることがわかる。
引張強度について、発明例は、内面側で６００ＭＰａ以上を具備していることがわかる。これは、内面側にも冷却を施したことにより、強度低下を防止できたためである。発明例１について図４を参照すると、外面及び内面だけでなく、中間部でも高い引張強度を具備していることがわかる。
残留応力について、発明例は、内面で圧縮方向の残留応力が付与されているから、引張り方向の残留応力を原因とするクラックの発生を抑えることができる。
ことがわかる。
【００３３】
一方、比較例１は、発明例５と同じ材料から作製したにも拘わらず、内面側の硬度が、外面側に対して著しく低くなっており、また、内面側の引張強度も低い。さらに、内面側の残留応力も圧縮方向ではなく引張り方向に付与されている。これは、焼入熱処理における冷却が外面からのみであったためである。
比較例２は、内面の引張強度が発明例よりも低く、６００ＭＰａ以下となっている。これは、Ｖ当量が図１に示す本発明の範囲から外れたためである。
比較例３は、硬度が外面がＨｓ６３と低く、耐摩耗性を充分に確保できない。これは、Ｖ当量が図１に示す本発明の範囲から外れたためである。
【００３４】
上述のように、本発明の単層スリーブロールは、外面及び内面の硬度及び引張強度が高く、さらに、内面に圧縮方向の残留応力が付与されている。従って、すぐれた耐摩耗性及び耐事故性を具備でき、さらに、引張り方向の残留応力を原因とするクラックの発生を抑えることができる。
【００３５】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例の合金中のＣとＶ＋０.５×Ｎｂ＋２×Ｔｉの関係を示すグラフである。
【図２】本発明の単層スリーブロールの冷却工程を示す説明図である。
【図３】発明例１の硬度を示すグラフである。
【図４】発明例２の引張強度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
(10)  スリーブロール
(20)  ローラ
(30)  水冷パイプ
【図１】
2007197841.tif 000008
【図２】
2007197841.tif 000009
【図３】
2007197841.tif 000010
【図４】
2007197841.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月14日(2007.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延に用いられるロール材において、重量％にて、Ｃ：０.８〜２.０％、Ｓｉ：０.２〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：２.５％以下、Ｃｒ：３.０〜８.０％、２×Ｍｏ＋Ｗ：２.０〜８.０％（但し、ＭｏとＷの両方を含有）、Ｖ：２.０〜７.０％、但し、０％≦Ｃ−０.２５×Ｖ≦０.７５％であり、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする圧延用ロール材。
【請求項２】
前記Ｃ−０.２５×Ｖは、０.１５２５％≦Ｃ−０.２５×Ｖ≦０.４０２５％である請求項１に記載の圧延用ロール材。
【請求項３】
圧延に用いられるロール材において、重量％にて、Ｃ：０.８〜２.０％、Ｓｉ：０.２〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：２.５％以下、Ｃｒ：３.０〜８.０％、２×Ｍｏ＋Ｗ：２.０〜８.０％（但し、ＭｏとＷの両方を含有）、Ｖ：２.０〜７.０％、並びに、Ｎｂ：２.０％以下及びＴｉ：０.５％以下からなる群から選択される少なくとも一種を含有し、但し、０％≦Ｃ−０.２５×(Ｖ＋０.５×Ｎｂ＋２×Ｔｉ)≦０.７５％であり、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする圧延用ロール材。
【請求項４】
前記Ｃ−０.２５×(Ｖ＋０.５×Ｎｂ＋２×Ｔｉ)は、０.２８％≦Ｃ−０.２５×(Ｖ＋０.５×Ｎｂ＋２×Ｔｉ)≦０.５％である請求項３に記載の圧延用ロール材。
【請求項５】
Ｃｏ：８.０％以下を含有する請求項１乃至４の何れかに記載の圧延用ロール材。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼線材、棒材、形鋼、特にＨ形鋼などの圧延に使用されるロール材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
線材、棒材などの圧延に使用される中空単層のスリーブロール、或いは、形鋼、特にＨ形鋼の圧延機であるユニバーサルミル用スリーブロールは、被圧延材と接触する外面側に耐摩耗性、内面側に強靱性が要求される。
特開平４−１９１３４７号、特開平４−１９１３４６号、特開平５−３１１３３５号は、材質的な改良を行って、外面側の耐摩耗性を向上させた単層スリーブロールのロール材を開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、焼入性に関係するＣ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗの成分を比較的低い量に抑えたハイス系のロール材において、焼入れ後の硬度及び引張強度をロールの肉厚方向にわたって比較的高く確保できるロール材を提供するものである。
【０００４】
本発明のロール材を用いたハイス系ロール材は、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗの成分を比較的低い量に抑えた材料でありながら、焼入れ後の硬度及び引張強度をロールの肉厚方向にわたって比較的高く確保でき、耐事故性を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のロール材は、重量％にて、Ｃ：０.８〜２.０％、Ｓｉ：０.２〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：２.５％以下、Ｃｒ：３.０〜８.０％、２×Ｍｏ＋Ｗ：２.０〜８.０％、Ｖ：２.０〜７.０％、但し、０％≦Ｃ−０.２５×Ｖ≦０.７５％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、本ロール材を用いたロールの外面硬度がＨｓ７０以上、且つ、ロール内面側の引張強度を６００ＭＰａ以上としたものである。
また、Ｖの一部を同じＭＣ型炭化物形成元素であるＴｉやＮｂに置換することも可能である。その場合は、Ｎｂ：２.０％以下及びＴｉ：０.５％以下からなる群から選択される少なくとも一種を含有し、但し、０％≦Ｃ−０.２５×(Ｖ＋０.５×Ｎｂ＋２×Ｔｉ)≦０.７５％とすることが望ましい。
さらに、基地の高温での硬さを維持するために、Ｃｏを８.０％以下添加してもよい。
【０００６】
ロール内面側の引張強度を６００ＭＰａ以上にするためには、焼入熱処理における冷却時に、ロール内面に熱が充満して冷却速度が遅くならないように、外面側からだけでなく、ロール内面側からも冷却を施す。上記組成のロールに対して、ロール内面側から冷却を施すことにより、ロールの内面側がコア部分よりも速く冷却されるため、内面側の引張強度が向上すると共に、圧縮方向の残留応力が生ずる。
ロール内面側の冷却速度は、熱処理割れが発生しない範囲で、できるだけ速くするのがよく、焼入温度から約５００℃までの平均冷却速度を、３℃/分以上、望ましくは５℃/分以上、２０℃/分以下とすることが適当である。スリーブ厚さが２００ｍｍ以上の厚肉ロールは、２０℃/分を越える冷却速度では、割れが生ずる虞れがある。
【発明の効果】
【０００７】
本ロール材を用いたハイス系ロールは、上記のハイス系材料を用いて作られており、且つ、熱処理時に内面側にも冷却を施しているから、外面だけでなく内面側にも、高い耐摩耗性と高い引張強度を具備できる。
ロールの内面側に圧縮の残留応力を付与することにより、ロール内面でのクラックの発生を抑制することができ、スリーブロールの耐事故性を向上させることができる。
【成分限定理由の説明】
【０００８】
本発明の圧延用ロール材は、重量％にて、Ｃ：０.８〜２.０％、Ｓｉ：０.２〜２.０％、Ｍｎ：０.２〜２.０％、Ｎｉ：２.５％以下、Ｃｒ：３.０〜８.０％、２×Ｍｏ＋Ｗ：２.０〜８.０％(但し、ＭｏとＷの両方を含有)、Ｖ：３.０〜８.０％、但し、０％≦Ｃ−０.２５×Ｖ≦０.７５％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、その内面側は、６００ＭＰａ以上の引張強度を具備する。以下、成分限定理由について説明する。
【０００９】
Ｃ：０.８％〜２.０％
Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ等と炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。含有量が０.８％に満たないと、炭化物量が少なくなり、十分な耐摩耗性を得ることができないため、０.８％以上とする。また、２.０％を越えると、共晶炭化物が多くなり、材質の引張強度が低下するため、２.０％以下とする。
【００１０】
Ｓｉ：０.２％〜２.０％
Ｓｉは、脱酸材として効果的に作用させるために、０.２％以上必要であるが、２.０％を越えると、焼入性が低下すると共に、材質強度が低下するため、２.０％以下とする。
【００１１】
Ｍｎ：０.２％〜２.０％
ＭｎＳとして、Ｓを固定するために０.２％以上必要であるが、２.０％を越えると、材質強度が低下するため、２.０％以下とする。
【００１２】
Ｎｉ：２.５％以下
Ｎｉは、高温高度を低下させるために少ない方がよいが、大型のロールを作製する際に、熱処理時に十分な焼入速度が得られない場合や、低Ｃ高Ｖ系の材質等で材料自身の焼入性が悪くなる場合に、焼入性改善の目的で添加する。しかしながら、２.５％を越えると、高温硬度低下が大きくなるため、２.５％以下とする。
【００１３】
Ｃｒ：３.０％〜８.０％
Ｃｒは、基地中に固溶し、焼入性を改善する。また、ＭｏやＷの共晶炭化物中にも固溶するが、含有量が多くなると、Ｃｒを主体とした共晶炭化物を形成する。焼入性を改善するには、３.０％以上含有させる必要があり、逆に８.０％を越えると、共晶炭化物が多くなり材質の引張強度が低下するため、上限を８.０％とする。
【００１４】
Ｍｏ、Ｗ：２.０％≦２×Ｍｏ＋Ｗ≦８.０％
Ｍｏ及びＷは、Ｃと結合し、高硬度の炭化物(主として共晶炭化物)を形成する。また、一部は基地中に固溶し、基地硬度を上昇させる。熱処理においては、基地組織を二次硬化させる。２×Ｍｏ＋Ｗとしたのは、ＭｏはＷに比べて２倍の影響力を有するからである。２×Ｍｏ＋Ｗが２.０％未満であれば、これら効果を十分に得ることができず、８.０％を越えると、共晶炭化物が多くなり、材質の引張強度が低下する。
【００１５】
Ｖ：２.０％〜７.０％
Ｖは、Ｃと結合し、高硬度の炭化物を形成する。また、一部は基地中に固溶し、基地の硬度を上昇させる。熱処理においては、基地を二次硬化させ、材質の耐摩耗性と引張強度を高める作用を有する。このため、２.０％以上含有させる。炭化物の形態は、ＭｏやＷの場合と異なり、針状のＭＣ型炭化物となるため、炭化物が多くなっても、材質の引張強度は低下しない。このＭＣ型炭化物は、ＭｏやＷの共晶炭化物に優先して形成される。このため、Ｖの量が増えるにつれて、共晶炭化物が相対的に減少し、材質強度が向上する。一方、７.０％を越えると、ＭＣ型炭化物が初晶として晶出する。この初晶ＭＣ型炭化物は、溶湯よりも軽量であるため、凝固時に重量偏析が起こる。特に、遠心力鋳造法でスリーブロールを作製する際に、初晶ＭＣ型炭化物は、重量差によりロールの内側に偏析してしまうため、７.０％以下とする。
【００１６】
Ｎｂ：２.０％以下
Ｎｂは、Ｖと同様に、Ｃと結合し、高硬度のＭＣ型炭化物を形成し、強度向上に寄与する。但し、Ｖとは異なり、基地中には殆んど固溶しないため、添加量が少ないときはＶを主体としたＭＣ型炭化物中に析出するが、２.０％を越えると、Ｎｂを主体としたＭＣ型炭化物として晶出する。このＭＣ型炭化物は溶湯よりも重いため、凝固時に重量偏析する。特に、遠心力鋳造法では、ロールの表面側に偏析する傾向があるため、２.０％以下とする。
【００１７】
Ｔｉ：０.５％以下
Ｔｉは、Ｖと同様に、Ｃと結合し、高硬度のＭＣ型炭化物を形成し、強度向上に寄与する。但し、Ｔｉは酸化性が強いため、大気溶解で安定的に添加することは困難であるから、上限を０.５％とする。
【００１８】
Ｃｏ：８.０％以下
Ｃｏは、基地中に固溶し、基地の高温硬さを上昇するため、必要に応じて添加する。但し、８.０％を越えて添加しても、その効果は飽和するため、８.０％以下が望ましい。
【００１９】
上記した成分の他、Ｐ、Ｓ等の不可避的な不純物の混入は許容される。しかしながら、これら不純物は材質を脆くするため、合計で０.１％以下に抑えることが望ましい。
【００２０】
なお、材質の引張強度をさらに高めるために、上記のＣとＶは、Ｃ−０.２５×Ｖ≦０.７５％の範囲で含有し、且つ、焼入後の硬度をＨｓ７０以上に確保(焼入性の確保)するために、Ｃ−０.２５×Ｖ≧０％の範囲で含有することが望ましい。この場合も、ロール内面側の冷却速度は、焼入温度から約５００℃までの平均冷却速度を、３℃/分以上、望ましくは５℃/分以上、２０℃/分以下となるようにすることが望ましい。
【００２１】
また、Ｎｂ、Ｔｉを含有する場合、上記ＣとＶの関係式：Ｃ−０.２５×Ｖは、Ｃ−０.２５×(Ｖ＋０.５×Ｎｂ＋２×Ｔｉ)となり、引張強度と焼入後の硬度を確保するために、０％≦Ｃ−０.２５×(Ｖ＋０.５×Ｎｂ＋２×Ｔｉ)≦０.７５％(図１中、点線で囲まれる範囲)とすることが望ましい。
【発明の実施の形態】
【００２２】
本発明の圧延用ロール材を用いた圧延用単層スリーブロールは、遠心力鋳造や静置鋳造により作製することができる。
遠心力鋳造又は静置鋳造でスリーブロールを作製する場合、鋳込み温度は、凝固開始温度(液相線)より５０℃を越えない温度で行なうことが望ましい。この温度域で鋳造を行なうことにより、厚肉のスリーブロールを作製しても、内面側の組織は粗大化せず、微細な組織が得られ、高い引張強度を確保できるからである。
【００２３】
鋳造されたロールは、粗機械加工を施した後、焼入れ、冷却、焼戻しの熱処理を行なう。冷却は、ロールの外面側からだけでなく、内面側からも実施する。ロール内面側には、外面側と同等か又はそれよりも速い冷却速度で冷却を施すことが望ましい。内面は外面とは異なり、放射冷却され難いため、外面と同等又はそれよりも速い冷却速度を得るには、外面よりも強い冷却を行なう必要がある。例えば、図２に示すように、スリーブロール(10)をローラ(20)(20)の上に置き、スリーブロール(10)を２〜５ｒｐｍで回転させつつ、内面側に水冷パイプ(30)から噴霧水冷を行ない、外面側は送風機(図示せず)を用いた強制空冷を行なえばよい。外面及び内面の両側から冷却を行なうことによって、その中間部分(ロール内部)の冷却速度は最も遅くなる。その結果、内面及び外面の両方に圧縮の残留応力が付与され、中間部分(ロール内部)に引張りの残留応力が付与される。
【００２４】
熱処理の後、仕上げ加工を施すことにより、単層構造のスリーブロールが得られる。
得られたスリーブロールは、内面側及び外面側に圧縮応力が残留しており、その中間部(ロール内部)に引張応力が残留している。
【実施例】
【００２５】
表１に示す鋳造成分から、表２乃至表４に示す条件及び寸法の単層のスリーブロールを作製した。
【００２６】
【表１】
2007197841.tif 000012
【００２７】
【表２】
2007197841.tif 000013
【００２８】
【表３】
2007197841.tif 000014
【００２９】
【表４】
2007197841.tif 000015
【００３０】
上記によって作製された各単層スリーブロールについて、径方向を外面側から内面側へ向けて、５０ｍｍ毎にテストピースを切り出し、各テストピースについて、熱処理後の硬度Ｈｓ(ショア硬さ)、引張強度、及び、残留応力(歪みゲージ法)を測定した。結果を表５に示している。なお、発明例１の硬度及び引張強度は、測定値の詳細を図３及び図４にグラフ化している。
【００３１】
【表５】
2007197841.tif 000016
【００３２】
表５を参照すると、発明例は何れも、硬度が、外面側でＨｓ７０以上あり、内面側は、外面と同等か又は外面側よりも高くなっている。発明例１について図３を参照すると、外面及び内面だけでなく、中間部でも高い硬度を具備していることがわかる。
引張強度について、発明例は、内面側で６００ＭＰａ以上を具備していることがわかる。これは、内面側にも冷却を施したことにより、強度低下を防止できたためである。発明例１について図４を参照すると、外面及び内面だけでなく、中間部でも高い引張強度を具備していることがわかる。
残留応力について、発明例は、内面で圧縮方向の残留応力が付与されているから、引張り方向の残留応力を原因とするクラックの発生を抑えることができる。
ことがわかる。
【００３３】
一方、参考例１は、発明例５と同じ材料から作製したにも拘わらず、内面側の硬度が、外面側に対して著しく低くなっており、また、内面側の引張強度も低い。さらに、内面側の残留応力も圧縮方向ではなく引張り方向に付与されている。これは、焼入熱処理における冷却が外面からのみであったためである。
比較例２は、内面の引張強度が発明例よりも低く、６００ＭＰａ以下となっている。これは、ＣとＶの関係式が図１に示す本発明の範囲から外れたためである。
比較例３は、硬度が外面がＨｓ６３と低く、耐摩耗性を充分に確保できない。これは、ＣとＶの関係式が図１に示す本発明の範囲から外れたためである。
【００３４】
上述のように、本実施例の単層スリーブロールは、外面及び内面の硬度及び引張強度が高く、さらに、内面に圧縮方向の残留応力が付与されている。従って、すぐれた耐摩耗性及び耐事故性を具備でき、さらに、引張り方向の残留応力を原因とするクラックの発生を抑えることができる。
【００３５】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例の合金中のＣとＶ＋０.５×Ｎｂ＋２×Ｔｉの関係を示すグラフである。
【図２】本実施例の単層スリーブロールの冷却工程を示す説明図である。
【図３】発明例１の硬度を示すグラフである。
【図４】発明例２の引張強度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
(10)  スリーブロール
(20)  ローラ
(30)  水冷パイプ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007197841.tif 000017