(57)【要約】      （修正有）【課題】  外層の靭性を具備しつつ硬さを大幅に向上させることで耐摩耗性を向上させるとともに、さらに高温硬さを従来技術と異なる技術的手段で向上させることで、優れた耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐凹み疵性を発揮する圧延ロールを提供する。【解決手段】  圧延ロール用外層が面積率でMC炭化物が20〜60％分散した組織を有し、室温における基地のビッカース硬さがHv 550〜900、かつ室温における外層のビッカース硬さがHv1000を超えることを特徴とする。【選択図】図４（ｂ）
2007160391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延ロール用外層が面積率でMC炭化物が20〜60％分散した組織を有し、室温における基地のビッカース硬さがHv 550〜900、かつ室温における外層のビッカース硬さがHv1000を超えることを特徴とする圧延ロール。
【請求項２】
圧延ロール用外層が面積率でMC炭化物が20〜60％分散した組織を有し、室温における基地のビッカース硬さがHv 550〜900、かつ600℃における外層のビッカース硬さがHv500を超えることを特徴とする圧延ロール。
【請求項３】
圧延ロール用外層が面積率でMC炭化物が20〜60％分散した組織を有し、室温における基地のビッカース硬さがHv 550〜900、室温における外層のビッカース硬さがHv1000を超え、かつ600℃における外層のビッカース硬さがHv500を超えることを特徴とする圧延ロール。
【請求項４】
前記外層の組織において、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物を含まない領域の最大内接円直径が150μｍを超えないことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の圧延ロール。
【請求項５】
前記外層の組織において、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物間の平均距離が10〜40μｍであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の圧延ロール。
【請求項６】
前記外層の組織において、MC炭化物の平均円相当直径が10〜50μｍであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の圧延ロール。
【請求項７】
前記外層の組織において、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物間の平均距離Bと、MC炭化物の平均円相当直径Aとの比（B/A）が2以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の圧延ロール。
【請求項８】
前記外層において、面積率で円相当直径が１μｍ以上のM２C、M６C及びM７C３炭化物が総量で0〜5％分散していることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の圧延ロール。
【請求項９】
圧延ロール用外層が面積率でMC炭化物が20〜60％分散した組織を有し、質量％で、C：2.5〜9％、Si：0.1〜3.5％、Mn：0.1〜3.5％、及びV：11〜40％を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなる組成を有し、室温における外層のビッカース硬さがHv1000を超えることを特徴とする圧延ロール。
【請求項１０】
圧延ロール用外層が面積率でMC炭化物が20〜60％分散した組織を有し、質量％で、C：2.5〜9％、Si：0.1〜3.5％、Mn：0.1〜3.5％、及びV：11〜40％を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなる組成を有し、600℃における外層のビッカース硬さがHv500を超えることを特徴とする圧延ロール。
【請求項１１】
圧延ロール用外層が面積率でMC炭化物が20〜60％分散した組織を有し、質量％で、C：2.5〜9％、Si：0.1〜3.5％、Mn：0.1〜3.5％、及びV：11〜40％を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなる組成を有し、室温における外層のビッカース硬さがHv1000を超え、かつ600℃における外層のビッカース硬さがHv500を超えることを特徴とする圧延ロール。
【請求項１２】
前記外層がさらに質量％で、Cr：1〜15％、Mo：0.5〜20％及びW：1〜40％からなる群から選ばれた少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の圧延ロール。
【請求項１３】
前記外層において、Vの少なくとも一部が、下記式(1)を満たす量のNbで置換することを特徴とする請求項9〜12のいずれかに記載の圧延ロール。
11％≦V％＋0.55×Nb％≦40％（質量％）・・・(1) 
【請求項１４】
前記外層において、さらに下記式(2)を満たすことを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の圧延ロール。
0≦C％−0.2×（V％＋0.55×Nb％）≦2％（質量％）・・・(2) 
【請求項１５】
前記外層がさらに質量％で、2％以下のNi及び／又は10％以下のCoを含有することを特徴とする請求項9〜14のいずれかに記載の圧延ロール。
【請求項１６】
前記外層がさらに質量％で、0.5％以下のTi及び／又は0.5％以下のAlを含有することを特徴とする請求項9〜15のいずれかに記載の圧延ロール。
【請求項１７】
前記外層が遠心鋳造法で形成されてなることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の圧延ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間および冷間用の圧延ロールに関するものであり、詳しくは耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐凹み疵性に優れる外層（圧延使用層）を有するもので、特に熱間薄板圧延機の仕上列のワークロールに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
圧延ロールの耐摩耗性及び耐肌荒れ性は圧延の生産性を決定する重要な特性である。耐摩耗性が乏しいと、早期にロール表面が摩耗し、被圧延材の寸法精度が損なわれる。また圧延ロールは、被圧延材との接触等により表面が不均一に摩耗し、肌荒れが発生すると、その肌荒れが被圧延材に転写され、被圧延材の表面の外観を損なう。これらを防止するためにロールを頻繁に取り替えなければならず、圧延操業の中断の頻度が増えることによる圧延工場の生産性の低下、ロール表面研削加工に要するコストの増大、さらにロール表面研削量の増大によるロール原単位の低下といった問題が発生する。特に薄板圧延においては、薄板製品の表面品質が厳しく、さらに圧延機の仕上列に使用される圧延ロールには高い耐肌荒れ性が要求される。
【０００３】
そこで、従来から耐摩耗性および耐肌荒れ性の要求に応えることを目論んだ圧延ロール用外層（圧延使用層）として、Cr、Mo、W、Vなどの合金元素を多量に含んだハイス系合金が使用されている。その組織には、Crを多く含むM７C３型炭化物（Mは金属元素を示す、以降同様）、Mo及びWを多く含むM２C型炭化物やM６C型炭化物、およびVを多く含むMC型炭化物などの金属炭化物を含有しているものである。合金元素のうち特にV及びNbはビッカース硬さでHv 2400〜3200程度の極めて高硬度のMC炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に著しく寄与する。
【０００４】
ここで、薄板圧延機においては、中間ロールまたはバックアップロールを有する多段式ミルが一般的となっている。この多段式ミルは、板形状の制御に優れるものの、圧延中に発生する様々な異物がワークロールと接触する中間ロールまたはバックアップロールとの間に挟まった場合、その異物に集中的に圧延荷重がかかるため、異物を挟んだ部分のワークロールが局部的に凹み、疵が発生する。この凹み疵がワークロールに発生すると、被圧延材に転写され、被圧延材の表面品質を極度に低下させる。また、ワークロールに凹み疵が入ったまま圧延を続行すると、圧延応力によりこの凹み疵の部分からロール内部にクラックが進展し、さらにはワークロールの割損（スポーリング）に至る場合がある。
【０００５】
また、熱間圧延用ワークロールの表面においては、圧延材と接触している部分での温度は約600℃に上昇すると推定される。このような高温下において、従来のハイス系合金では、ワークロール表面が軟化し、前述の凹み疵がより深くなりやすい。また、ロール表面が600℃を超えると、ロール表面が塑性流動しやすくなる。ロール表面に塑性流動が発生すると、筋状の肌荒れ、ロール表面に生成・付着した黒皮（スケール）膜の帯状の剥離（バンディング）および被圧延材の焼付きなどが発生し、耐肌荒れ性が劣化しやすくなる。さらに、ロール表面は高温になるほど軟化し、耐摩耗性が劣化する。これらの理由から、熱間圧延用ワークロールには、高温時の硬さが高いことが望ましい。
【０００６】
このような課題に対して、従来から圧延ロール用外層の耐凹み疵性、高温時の硬さを改善させるための手段が種々提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、その化学成分が重量％で、C：2.45〜4％、Si：1〜2.5％、Mn：0.6〜2％、Ni：0.3〜1.5％、Cr：6〜8％、Mo：11％を超え15％以下、W：10〜20％、V：5〜10％、Co：12〜16％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、高い硬さと高い摩耗抵抗性を有し、さらに耐凹み疵性に優れた多段式圧延用作業ロールが開示されている。
【０００８】
また特許文献１の〔0014〕には、基地中に炭化物形成元素であるCr，Mo，W，Vを固溶させ高温焼もどしでMC，M６C型の炭化物を析出させて硬度を上昇させる。また、Mo及びWの総量は（2Mo＋W）の値が30％以上で50％以下の範囲にあるのが好ましく、またMo，W及びCoの総量の好ましい範囲は（2Mo＋W＋Co）が42％以上で66％以下となる範囲で、これにより焼入温度範囲が広く、そして焼もどし温度も100〜600℃と広い範囲でHRC68以上の高い硬さが得られる。また、MC，M６C，M７C３の他にマルテンサイト、残留オーステナイトの金属組織により、高い硬度と高い摩耗抵抗性ならびに耐凹み疵性を向上させることが記載されている。
【０００９】
特許文献２には、平均粒径：5〜30μｍの一次炭化物を、マルテンサイト、ベイナイトもしくはパーライト素地中に面積率：5〜40％で一様に分散せしめるとともに100μｍを超える粗大炭化物のない鋼板の熱間圧延用ロールが開示されている。また、一次炭化物がM6CあるいはMCであって、MがMoを主体としさらにFe，Cr，Mn，Ti，Nb，VおよびWのうちの１種または２種以上であることが記載されている。また、一次炭化物がビッカース硬度：1500以上であり、素地がビッカース硬度：500〜1000であって、ロールの平均ビッカース硬度が600〜1000であることが記載されている。
【００１０】
また特許文献２の第2頁右下欄には、熱間における摩耗は、ロール表面が500℃以上になるために、素地の硬さが低下し、すべりによるアブレーシブ（引っ掻き）摩耗を起こす。その際、硬い一次炭化物があると、すべりによるアブレーシブ摩耗を阻止し、この兼合いによって耐摩耗性が支配される。一方、ロール表面は水冷されるから、加熱・冷却の繰返しによる熱疲労によって脆い炭化物に亀裂が入り遂には炭化物が脱落する。炭化物が脱落すると、アブレーシブ摩耗阻止効果が消失して素地の摩耗が進行し、中から新たに現れた炭化物により再びアブレーシブ摩耗が阻止され繰返されることが記載されている。
【００１１】
さらに、炭化物の硬さは高いほどアブレーシブ摩耗阻止効果が大きいこと、炭化物の大きさが大であると熱亀裂が入り易く早期に脱落してしまう。また、炭化物の量が多過ぎると素地が炭化物を充分に保持することができなくなるために不適切であることが記載されている。
【００１２】
特許文献３には、重量パーセントで、C：1.5〜3.0％、Si：0.3〜2.5％、Mn：0.3〜1.0％、Cr：2.0〜10.0％、Mo：2.0〜8.0％、W：2〜8.0％、V：2.0〜8.0％、Co：3.0〜10.0％、Ni：1.0〜4.0％、Y：1.0〜10.0％を含有し、残部が実質的にFeであることを特徴とする圧延ロール用材が開示されている。
【００１３】
また特許文献３の〔0022〕には、上記成分組成の材料を用いることにより、鋳放し状態の組織において、Cr、Mo、W、Vの含有量を適当に抑えることで硬質の一次炭化物の量を適当に抑制することができると共に、Coを適当に加えることで微細な二次炭化物を析出させて基地を十分に強化することができ、しかもNiの適当量を併せて含有させることで、焼き入れ能の低下を解消することができ、よって熱間圧延での耐摩耗性を十分に高めることができると共に、耐クラック性も十分に向上させ得ることが記載されている。また、その〔図2〕の高温硬度の測定結果には、600℃におけるビッカース硬さがＨｖ600以上であることが開示されている。
【００１４】
外層をハイス系合金で形成した圧延ロールの製造方法として、遠心鋳造法、連続鋳掛肉盛法および粉末焼結法などが挙げられる。これらの製造方法のうち、製品寸法の自由度および経済性などの観点から遠心鋳造法が最も一般的である。しかしながら、V及びNbを多く含む溶湯を遠心鋳造すると、MC炭化物は遠心分離により内面側に偏析する。このような遠心鋳造製の圧延ロールは種々開示されている。
【００１５】
特許文献４には、質量％で、C：1.0〜3.0％、Si：0.1〜3.0％、Mn：0.1〜2.0％、Cr：2.0〜10.0％、Mo：0.1〜10.0％、V：1.0〜10.0％、W：0.1〜10.0％、Mo＋W≦10.0％、及び残部Fe及び不純物からなる組成を有する外層と、鋳鉄又は鋳鋼の内層とからなる中実又は中空の遠心鋳造複合ロールを開示している。この文献には、Vが10.0質量％を超えると、遠心鋳造により軽い炭化物は内面側に偏析し、圧延に用いる外層の外表面では炭化物量が少ないことが記載されている。この現象は、溶湯が初晶で粒状炭化物を晶出する場合に発生しやすい。初晶粒状炭化物は比重が6 g/cm3程度と溶湯（比重：7〜8 g/cm3程度）より軽いので、遠心力により内面側に移動する。
【００１６】
炭化物の比重を大きくすることにより遠心分離による偏析を防止するために、特許文献５には、C：3.5〜5.5％、Si：0.1〜1.5％、Mn：0.1〜1.2％、Cr：4.0〜12.0％、Mo：2.0〜8.0％、V：12.0〜18.0％、残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする熱間圧延用工具鋼を提案している。VCは比重が小さいので遠心鋳造により偏析するが、NbはVと比重の大きな複合炭化物(V, Nb)Cを形成するので、遠心分離による炭化物の偏析を防止する。
【００１７】
【特許文献１】特開平６−１９２７９１号公報
【特許文献２】特開平３−４０４号公報
【特許文献３】特開２０００−２５４７１５号公報
【特許文献４】特開平８−６０２８９号公報
【特許文献５】特開平９−２５６１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
前記特許文献１〜３は、圧延ロール用外層の耐凹み疵性、高温時の硬さを改善するが、課題解決には不十分な点がある。
【００１９】
特許文献１は、多量のMoおよびWを含ませることにより多量のM６C炭化物を形成するとともに、多量のCoを含ませることにより基地の硬さを増加させることで耐摩耗性および耐凹み疵性を向上させる。しかしながら、多量のM６C炭化物および基地硬さの増加はいずれも靭性を低下させるため、適用されるロール用途は極めて制限される。
【００２０】
特許文献２は、Moを主体とする炭化物を特徴とするが、Moを主体とする炭化物の安定的なものとしてはM６CおよびM２Cであり、MCには一部しか固溶しない。すなわち、Moを主体とするMC炭化物を得ることは冶金学に困難である。
【００２１】
また、多量のM６C炭化物はネットワーク状に分散しやすく、靭性を低下させる。さらに、多量のM６Cを得ることを目論みMoを多量に添加した場合、基地中に含まれるMoも増加し靭性を低下させる。加えて、ロール全体の破壊靭性の観点から、基地のビッカース硬さを1000以下、かつロール全体の平均ビッカース硬さを1000以下に限定しているため、得られる耐摩耗性向上の効果が制限される。
【００２２】
特許文献３は、Yを含有するが、Yは希土類金属であり、極めて高価である。また、Yは一部基地中に固溶すると共に鉄およびその他の金属と金属間化合物を形成して基地を硬くするが、金属間化合物は基地の靭性を低下させる。
【００２３】
これらの特許文献にみられるように、M６C炭化物を増加させることは靭性の低下を招きやすい。一方、ＭＣ炭化物は、M６C炭化物に比べ高硬度であり、粒状に分散しやすく、多量に含ませても靭性の低下が少ない。しかしながら、多量のMC炭化物を得ることを目論み、溶湯中に多量にV及びNbを添加すると溶湯中より初晶でMC炭化物を生じ、ロール外層にMC炭化物を均一含ませることや均質な分散を得ることが極めて困難である。
【００２４】
特許文献４、５に記載されているように、遠心鋳造法において過剰にV及びNbを添加するとMC炭化物が内面側に偏析し、実際に使用されるロール表面側に得られるMC炭化物は制限される。
【００２５】
本発明は、外層の靭性を具備しつつ硬さを大幅に向上させることで耐摩耗性を向上させるとともに、さらに高温硬さを従来技術と異なる技術的手段で向上させることで、優れた耐摩耗性、耐肌荒れ性、耐凹み疵性を発揮する圧延ロールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明者らは、室温における外層のビッカース硬さがHv1000以上、600℃における外層のビッカース硬さがHv500以上を安定して得られるのに望ましいMC炭化物の分散形態及び化学成分を検討した。
【００２７】
すなわち、外層材として炭化物の種類、量、分布形態および基地硬さの異なる種々の試験片を用意し、室温におけるビッカース硬さを測定しその相関を調査した。その結果、MC炭化物が面積率で20％以上になると、室温におけるビッカース硬さがHv1000以上の極めて高硬度が得やすく、耐摩耗性及び耐肌荒れ性に優れ、特に耐凹み疵性の改善に有効であることがわかった。
【００２８】
このとき、ビッカース圧痕部およびその周辺部の断面組織を確認したところ、MC炭化物が面積率で20％以上と密に存在するものは、MC炭化物同士が近接化し、粒状のMC炭化物が塑性流動の抑止効果を得ることができる。
【００２９】
また、前記外層試験片の高温におけるビッカース硬さを測定しその相関を調査した。その結果、いずれの試験片もビッカース硬さは温度上昇に従い低下するが、MC炭化物が面積率で20％以上になると、600℃におけるビッカース硬さがHv500以上の高硬度が得やすく、耐摩耗性に優れ、特に熱間圧延時の耐肌荒れ性改善に有効であることがわかった。
【００３０】
また、MC炭化物が面積率で20％以上の外層試験片について、靭性の評価の一つである破壊靭性値KICの測定を行なった結果、基地のビッカース硬さがHv550〜900において従来のハイス系外層材に比して同等以上の靭性が確保できることを確認した。
【００３１】
すなわち、第１の本発明の圧延ロールは、圧延ロール用外層が面積率でMC炭化物が20〜60％分散した組織を有し、室温における基地のビッカース硬さがHv 550〜900、かつ室温における外層のビッカース硬さがHv1000を超えることを特徴とする。
【００３２】
第２の本発明の圧延ロールは、圧延ロール用外層が面積率でMC炭化物が20〜60％分散した組織を有し、室温における基地のビッカース硬さがHv 550〜900、かつ600℃における外層のビッカース硬さがHv500を超えることを特徴とする。
【００３３】
第３の本発明の圧延ロールは、圧延ロール用外層が面積率でMC炭化物が20〜60％分散した組織を有し、室温における基地のビッカース硬さがHv 550〜900、室温における外層のビッカース硬さがHv1000を超え、かつ600℃における外層のビッカース硬さがHv500を超えることを特徴とする。
【００３４】
前記第１〜３の本発明の圧延ロールは望ましい形態として、前記外層の組織において、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物を含まない領域の最大内接円直径が150μｍを超えないことを特徴とする。
【００３５】
前記外層の組織において、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物間の平均距離が10〜40μｍであることを特徴とする。
【００３６】
前記外層の組織において、MC炭化物の平均円相当直径が10〜50μｍであることを特徴とする。
【００３７】
前記外層の組織において、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物間の平均距離Bと、MC炭化物の平均円相当直径Aとの比（B/A）が2以下であることを特徴とする。
【００３８】
前記外層において、面積率で円相当直径が１μｍ以上のM２C、M６C及びM７C３炭化物が総量で0〜5％分散していることを特徴とする。
【００３９】
また、第４の本発明の圧延ロールは、圧延ロール用外層が面積率でMC炭化物が20〜60％分散した組織を有し、質量％で、C：2.5〜9％、Si：0.1〜3.5％、Mn：0.1〜3.5％、及びV：11〜40％を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなる組成を有し、室温における外層のビッカース硬さがHv1000を超えることを特徴とする。
【００４０】
第５の本発明の圧延ロールは、圧延ロール用外層が面積率でMC炭化物が20〜60％分散した組織を有し、質量％で、C：2.5〜9％、Si：0.1〜3.5％、Mn：0.1〜3.5％、及びV：11〜40％を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなる組成を有し、600℃における外層のビッカース硬さがHv500を超えることを特徴とする。
【００４１】
第６の本発明の圧延ロールは、圧延ロール用外層が面積率でMC炭化物が20〜60％分散した組織を有し、質量％で、C：2.5〜9％、Si：0.1〜3.5％、Mn：0.1〜3.5％、及びV：11〜40％を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなる組成を有し、室温における外層のビッカース硬さがHv1000を超え、かつ600℃における外層のビッカース硬さがHv500を超えることを特徴とする。
【００４２】
前記第４〜６の本発明の圧延ロールにおいて、前記外層がさらに質量％で、Cr：1〜15％、Mo：0.5〜20％及びW：1〜40％からなる群から選ばれた少なくとも一種を含有することを特徴とする。
【００４３】
前記外層において、Vの少なくとも一部が、下記式(1) を満たす量のNbで置換することを特徴とする。
11％≦V％＋0.55×Nb％≦40％（質量％）・・・(1) 
【００４４】
前記外層において、さらに下記式(2) を満たすことを特徴とする。
0≦C％−0.2×（V％＋0.55×Nb％）≦2％（質量％）・・・(2) 
【００４５】
前記外層がさらに質量％で、2％以下のNi及び／又は10％以下のCoを含有することを特徴とする。
【００４６】
前記外層がさらに質量％で、0.5％以下のTi及び／又は0.5％以下のAlを含有することを特徴とする。
【００４７】
前記外層が遠心鋳造法で形成されてなることを特徴とする。
める。
【００４８】
[1] 圧延ロール用外層の組織及び特性
(1) 室温における基地の硬さ
基地は主にFe及び合金元素からなり、熱処理による変態や極微細な炭化物の析出により硬さが変化する。室温における基地の硬さがビッカース硬さでHv 550未満では、ロール外層の耐摩耗性が不十分である。またHv 550未満では、室温における外層のビッカース硬さがHv1000以上もしくは600℃における外層のビッカース硬さHv500以上を安定して得ることが困難である。耐摩耗性向上の観点から基地は硬いほうが望ましいが、Hv 900を超えると、基地の靭性が低下する。基地のより好ましいビッカース硬さはHv 650〜850であり、さらに好ましくはHv 650〜750である。
【００４９】
(2) 室温における外層の硬さ
本発明のロール外層は室温におけるビッカース硬さがHv1000以上である。室温におけるビッカース硬さがHv1000未満では、耐凹み疵性の改善効果が不十分である。一方、基地硬さの制約とMC炭化物量の制約により、得られる硬さには限界があるとともに、過度に硬くすると靭性が低下する。より好ましい室温における外層のビッカース硬さは、Hv1000〜1300であり、さらに好ましくはHv1000〜1150である。
【００５０】
(3) 600℃における外層の硬さ
本発明のロール外層は600℃におけるビッカース硬さがHv500以上である。600℃におけるビッカース硬さがHv500未満では、特に熱間圧延における耐肌荒れ性の改善効果が不十分である。一方、基地硬さの制約とMC炭化物量の制約及び高温における基地の軟化により、得られる硬さには限界があるとともに、過度に硬くすると靭性が低下する。より好ましい600℃における外層のビッカース硬さは、Hv500〜800であり、さらに好ましくはHv600〜800である。
【００５１】
(4) MC炭化物
粒状炭化物であるMC炭化物は、他の炭化物（M2C、M6C及びM7C3炭化物等）に比べると高硬度であり、耐摩耗性の向上に寄与するとともに室温におけるビッカース硬さの上昇に寄与し、耐凹み疵性の改善に効果を発揮する。またMC炭化物は高温で安定であり、例えば600℃といった高温におけるビッカース硬さ上昇に寄与し、特に熱間圧延における耐肌荒れ性の改善にも優れた効果を発揮する。MC炭化物が面積率で20％未満では、室温及び600℃における外層のビッカース硬さが不足しやすく、耐摩耗性、耐凹み疵性及び耐肌荒れ性の改善効果が不十分である。一方、MC炭化物が面積率で60％を超えると、前記効果が飽和するとともに、ロール外層の靭性が著しく低下する。その上、隣り合う粒状炭化物同士の間隔が狭く、クラックが伝播しやすくなるため、耐熱亀裂性が劣化する。従って、MC炭化物は面積率で20〜60％である。好ましい面積率は30〜50％である。
【００５２】
(5) MC炭化物の大きさ
MC炭化物（粒状炭化物）の平均円相当直径は10〜50μｍであるのが好ましい。熱間圧延時にロールは高熱の圧延鋼板と接触し、表面から10μｍ程度まで基地が軟化するので、MC炭化物の平均円相当直径が10μｍ未満では、基地がMC炭化物を十分に支持できず、ロールの耐摩耗性及び耐肌荒れ性の改善効果が不十分である。一方、平均円相当直径が50μｍを超えると、耐肌荒れ性の改善効果が飽和するとともに、靭性が低下する。MC炭化物の平均円相当直径はより好ましくは10〜40μｍであり、最も好ましくは15〜30μｍである。
【００５３】
図1に示すように、MC炭化物1の円相当直径は、MC炭化物1と等しい面積の円10の直径をD10と定義する。MC炭化物1の面積をSとすると、D10＝2×(S/π)1/2である。MC炭化物の平均円相当直径はD10の平均値である。
【００５４】
(6) MC炭化物間の平均距離
本発明のロール外層の組織において、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物間の平均距離は10〜40μｍであるのが好ましい。平均MC炭化物間距離が10μｍ未満であると、MC炭化物の偏在が多すぎ、MC炭化物の多い部分と少ない部分で摩耗差によるミクロ的な凹凸が生じ、耐肌荒れ性が低い。一方、平均MC炭化物間距離が40μｍ超であると、MC炭化物の分布のばらつきが無視できないほど大きく、耐焼付き性の向上が見られない。円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物間の平均距離は20〜30μｍであるのがより好ましい。
【００５５】
MC炭化物間の平均距離の求め方を、ロール外層の組織を概略的に示す図2により説明する。この組織は、円相当直径で15μｍ以上のMC炭化物（白色）1aと、円相当直径が15μｍ未満のMC炭化物（黒色）1bとを含有する。2は基地（M2C、M6C及びM7C3炭化物を含有する）を示す。この組織に任意の直線Lを引くと、MC炭化物1a1，1a2，1a3・・・1anが交差し、これらのMC炭化物間の距離L1，L2，L3・・・Lnが計測される。従って、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物間の平均距離は、［Σ（L1＋L2＋・・・・＋Ln）］／nにより求まる。
【００５６】
(7) 平均MC炭化物間距離／平均円相当直径
本発明のロール外層の組織において、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物間の平均距離Bと、MC炭化物の平均円相当直径Aとの比（B/A）は2以下であるのが好ましい。多量のMC炭化物を含有する本発明のロール外層では、MC炭化物が凝集しやすい。MC炭化物が凝集すると、MC炭化物の多い部分と少ない部分で摩耗差によるミクロ的な凹凸が生じ、耐肌荒れ性が損なわれる。B/A比はMC炭化物の凝集の程度を示す。B/Aが2を超えると、MC炭化物が凝集しすぎている。より好ましいB/A比は1.5以下である。
【００５７】
(8) MC炭化物を含まない領域の最大内接円直径
本発明のロール外層の組織において、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物を含まない領域の最大内接円直径は150μｍを超えないのが好ましい。最大内接円直径が150μｍ超であると、MC炭化物の分布のばらつきが無視できないほど大きい。最大内接円直径は120μｍ以下であるのがより好ましく、80μｍ以下であるのがより好ましい。
【００５８】
円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物を含まない領域の最大内接円直径は図3に示すように求める。図示の視野では、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物1a1，1a2，1a3，1a4に内接する円20の直径はD20である。同様にして、他のMC炭化物群に内接する円の直径を求める。この操作を任意の複数の視野について行い、最大の内接円直径D20maxを決める。
【００５９】
(9) 非粒状炭化物
本発明のロール外層には、円相当直径が１μｍ以上の非粒状炭化物（M2C、M6C、及びM7C3炭化物）が合計面積率で0〜5％分散していても良い。非粒状炭化物の合計面積率が5％を超えると、非粒状炭化物が粗大化してロールの耐肌荒れ性及び靭性を損なうだけでなく、網目状に晶出した非粒状炭化物に沿ってクラックが進展することにより耐熱亀裂性が低下する。非粒状炭化物の合計面積率は少なければ少ないほど良い。円相当直径が１μｍ以上のM2C、M6C、及びM7C3炭化物の合計面積率はより好ましくは0〜3％であり、さらに好ましくは0〜1％である。なおMC、M2C、M6C、及びM7C3炭化物以外の炭化物を微量含んでも良い。
【００６０】
[2] 圧延ロール用外層の組成（質量％）
(1) 必須成分
(a) C：2.5〜9％
Cは、主にV，Nb等の合金元素と結合し、MC炭化物を形成することにより耐摩耗性を向上させる必須元素である。合金元素と結合しないCは主に基地中に固溶するか極微細に析出し、基地を強化する。Cが2.5％未満ではMC炭化物の量が不足し、十分な耐摩耗性が得られない。一方、Cが9％を超えると、炭化物が過多となり、ロール外層の耐熱亀裂性が劣化する。C含有量は好ましくは3.5〜9％であり、より好ましくは4.5〜9％である。
【００６１】
(b) Si：0.1〜3.5％
Siは溶湯中で脱酸剤として作用する。Siが0.1％未満では脱酸効果が不足し、鋳造欠陥を生じやすい。一方、Siが3.5％を超えるとロール外層は脆化する。Si含有量は好ましくは0.2〜2.5％であり、より好ましくは0.2〜1.5％である。
【００６２】
(c) Mn：0.1〜3.5％
Mnは溶湯の脱酸や不純物であるSをMnSとして固定する作用を有する。Mn
が0.1％未満であると、これらの効果が不十分である。一方、Mnが3.5％を超えると残留オーステナイトを生じやすくなり、硬さを安定的に維持できず、耐摩耗性が劣化しやすくなる。Mn含有量は好ましくは0.2〜2.5％であり、より好ましくは0.2〜1.5％である。
【００６３】
(d) V：11〜40％
Vは主にCと結合し、MC炭化物を形成する元素である。ロール外層に多量のMC炭化物を含ませるために、11〜40％のVが必要である。Vが11％未満では、MC炭化物が不足し、十分な耐摩耗性が得られない。一方、Vが40％超であると、MC炭化物が過剰となり、ロール外層の靭性が劣化する。V含有量は好ましくは15〜40％以下であり、より好ましくは18〜40％である。
【００６４】
(e) Nb
NbはMC炭化物を形成する点でVと同様の作用を有する。原子量の比より、質量％で0.55×Nb％とV％とが等価である。従って、下記式(1) を満たす量のNbでVの一部又は全部を置換しても良い。
11％≦V％＋0.55×Nb％≦40％（質量％）・・・(1) 
（V％＋0.55×Nb％）のより好ましい範囲は、質量％で、15〜40％であり、最も好ましい範囲は18〜40％である。
【００６５】
またNbはC及びVと、下記式(2)を満たすのが好ましい。
0≦C％−0.2×（V％＋0.55×Nb％）≦2％（質量％）・・・(2) 
［C％−0.2×（V％＋0.55×Nb％）］の値が0未満であると、MC炭化物が十分に得られず、基地中にV及びNbが過剰となり、十分な硬さ及び耐摩耗性が得られない。一方、［C％−0.2×（V％＋0.55×Nb％）］の値が2％を超えると、M2C、M6C、及びM7C3炭化物等の非粒状炭化物が網目状に晶出し、ロール外層の耐熱亀裂性が劣化する。
【００６６】
(2) 任意成分
圧延ロールの用途及び使用方法に応じて、外層は以下の元素を適宜含有しても良い。
【００６７】
(a) Cr：1〜15％
Crは基地に固溶して焼入性を高めるだけでなく、一部はCと結合して極微細な炭化物として析出し、基地を強化する。Crが1％未満では、基地強化の効果が十分に得られない。一方、Crが15％を超えると、M7C3炭化物等のMC炭化物以外の炭化物が網目状に晶出し、ロール外層の耐熱亀裂性が劣化する。より好ましいCr含有量は3〜9％である。
【００６８】
(b) Mo：0.5〜20％
Moは基地に固溶して焼入性を高めるだけでなく、一部はCと結合して極微細な炭化物として析出し、基地を強化する。またMoの一部は粒状炭化物を形成する。Moが0.5％未満では、基地強化の効果が十分に得られない。一方、Moが20％を超えるとM2CやM6C等の非粒状炭化物が網目状に晶出し、ロール外層の耐熱亀裂性が劣化する。Mo含有量はより好ましくは2.5〜20％であり、特に2.5〜10％である。
【００６９】
(c) W：1〜40％
Wは基地部に固溶して焼入性を高め、一部はCと結合して極微細な炭化物として析出し、基地を強化する。またWの一部は粒状炭化物を形成する。Wが1％未満であると、基地強化の効果が十分に得られない。一方、Wが40％を超えるとM6CやM2C等の非粒状炭化物が網目状に晶出し、ロール外層の耐熱亀裂性が劣化する。W含有量はより好ましくは5〜40％であり、特に5〜20％である。
【００７０】
本発明のロール外層に十分な耐摩耗性を付与するために、基地の強化元素であるCr、Mo及びWの少なくとも一種を含有するのが好ましい。
【００７１】
(d) Ni：2％以下
Niは基地に固溶し、基地の焼入れ性を向上させるのに有効である。Niが2％を超えると、基地のオーステナイトが安定化するため、基地の硬化効果が不十分である。
【００７２】
(e) Co：10％以下
Coは基地に固溶し、基地強化の効果がある。またCoを含有すると、高温でも基地の硬さを維持できる。Coが10％を超えると、ロール外層の靭性が低下する。Coは高価であるので、経済性及び使用条件を考慮し、その含有量を決定するのが望ましい。
【００７３】
(f) Ti：0.5％以下
Tiは溶湯中で脱酸剤として作用するほか、Nと結合して窒化物を形成し、粒状炭化物の核となり、粒状炭化物を微細にする効果がある。また一部はCと結合して粒状炭化物となる。Tiの添加効果は0.5％以下で十分である。
【００７４】
(g) Al：0.5％以下
Alは溶湯中で脱酸剤として作用するほか、粒状炭化物を微細にする効果がある。Alが0.5％を超えると、外層の焼入れ性が悪化し、十分な基地硬さが得られなくなる。
【００７５】
[3] 遠心鋳造法
本発明の圧延ロール用外層を製造するには、まず初晶MC炭化物を晶出する化学組成に調整した溶湯を円筒形鋳型に鋳込み、遠心鋳造する。遠心鋳造によるMC炭化物の遠心分離を利用する本発明では、溶湯組成はロール外層の組成と異なる。[2] に記載の外層組成を得るためには、溶湯組成は、質量％で、C：2.2〜6.0％、Si：0.1〜3.5％、Mn：0.1〜3.5％、及びV：8〜22％を含有し、残部Fe及び不可避的不純物元素からなる。NbはVの少なくとも一部を置換し、かつMC炭化物として遠心鋳造により遠心分離するので、溶湯に、下記式(3) を満たす量のNbを添加することができる。
8％≦V％＋0.55×Nb％≦22％（質量％）・・・(3) 
【００７６】
好ましくは、溶湯組成は、質量％で、C：2.5〜6.0％、Si：0.2〜1.5％、Mn：0.2〜1.5％、及びV：10〜22％を含有し、Nbを10％≦V％＋0.55×Nb％≦22％（質量％）を満たす量だけ含有しても良い。
【００７７】
任意元素であるCr、Mo、Ni、Co及びAlはほとんど遠心分離しないので、溶湯中の含有量はロール外層における含有量と同じでよい。W及びTiは、その一部が初晶MC炭化物に固溶するため、若干遠心分離される。
【００７８】
図4(a) に示すように、鋳型41内での遠心鋳造の際、溶湯42中で比重の小さな初晶MC炭化物43は中空部44に接するロールの内側に移動する。その結果、図4(b) 及び図4(c) に示すように、MC炭化物が濃化した内周層40aと、MC炭化物が乏しい外周層40bと、MC炭化物の面積率が変化する濃度傾斜層40c（中間層40cと同義。すなわち、これは内周層40aと外周層40bとの間にある層なので図面上、便宜的に中間層40cとした）とからなる円筒体40が得られる。次いで円筒体40から外周層40bの全て及び濃度傾斜層40cの少なくとも一部を切削等により除去し、MC炭化物が濃化した部分（主として内周層40a）を圧延ロール用外層とする。
【００７９】
外周層40b及び濃度傾斜層40cの厚さは、溶湯の組成及び遠心鋳造条件により決まるので、予測可能である。濃度傾斜層40cは全て除去する必要がある訳ではないので、濃度傾斜層40cのどの深さまで除去するかを予め設定する。勿論、確実に高耐摩耗性を得るために、内周層40aの一部までも除去して良い。例えば図4(c) に示すように、完全に除去すべき外周層40bの厚さDout、及び少なくとも部分的に除去すべき濃度傾斜層40cの除去深さDim、さらに必要に応じて部分的に除去すべき内周層40aの除去深さDinが、実験的に又はシミュレーションにより溶湯の組成及び遠心鋳造条件により決まると、Dout＋Dim（＋Din）の深さだけ円筒体40を切削することにより露出する内周層40a（又は内周層40a＋濃度傾斜層40cの一部）が所望の厚さ（外層の目標厚さ）Dtを有するように、円筒体40の肉厚Do［＝Dt＋Dout＋Dim（＋Din）］を予め設定することができる。既存の鋳型41を用いて外層の目標厚さDtより大きい肉厚Doを有する円筒体40を遠心鋳造法により形成すれば、Dout＋Dim（＋Din）の深さだけ円筒体40を切削することにより、容易かつ低コストで厚さDtのロール外層を得ることができる。
【００８０】
本発明の方法において、前記溶湯組成及び遠心鋳造条件により予測される前記MC炭化物の分布から、MC炭化物の面積率が20％以上となる深さを予測し、その深さの分だけ、前記円筒体を前記外層の目標外径より大きな外径に作製するのが好ましい。
【００８１】
[4] 内層材
本発明の外層を有する圧延ロールにおいて、外層との健全な溶着を得るため、内層を外層より靭性の高い合金で形成するのが好ましい。具体的には、内層用合金は、球状黒鉛鋳鉄、片状黒鉛鋳鉄等の鋳鉄や、黒鉛鋼が好ましい。複合圧延ロールにおいて、外層と内層の間に中間層を設けてもよい。具体的には中間層はアダマイト系材料等により形成することができる。圧延ロールは、本発明の外層を有する限り中実でも中空でもよい。また本発明の外層からなるスリーブを軸材に嵌合してもよい。
【発明の効果】
【００８２】
本発明の圧延ロールは、熱間および冷間の圧延用ワークロール、特に熱間薄板圧延機の仕上列に用いられるワークロールで、優れた耐摩耗性及び耐肌荒れ性を発揮し、圧延の生産性の向上やロール原単位の向上に寄与する。また本発明の方法により、従来と同じ遠心鋳造装置を用いて、MC炭化物を多量かつ均一に分散できるために、優れた耐摩耗性、耐肌荒れ性及び耐焼付き性を有する圧延ロール用外層を低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８３】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００８４】
表1に示す化学組成（質量％）に調整した溶湯を遠心鋳造用鋳型内で遠心鋳造し、円筒体を作製した。No.1〜5は本発明例、No.6〜8は比較例、No.9およびNo.10は従来例である。ただし比較例のNo.6のみ静置鋳造法を用いた。
【００８５】
【表１】
2007160391.tif 000003
【００８６】
得られた円筒体のうち、No.1及びNo.3並びにNo.10の円筒体について、円筒体の半径方向断面における元素分布及びMC炭化物分布を測定した。なお、元素分布及びMC炭化物分布は、円筒体の半径方向に採取した棒状の試験片を10ｍｍ間隔で切断し複数個の試料を採取した。そして各々の試料の成分分析およびMC炭化物面積率を測定した。その結果を図5〜図10に示す。
【００８７】
図5に示すように、本発明例No.1の円筒体では、Vは外周層ではほぼ5質量％と少なかったが、内周層では25質量％以上と多く、またWも外周層ではほぼ10〜15質量％と少なかったが、内周層では20〜25質量％と多かった。Cも、外周層ではほぼ2.5質量％と少なかったが、内周層では5質量％以上と多かった。その他の元素（Cr，Mo）については、外周層〜内周層で濃度分布はほとんどなかった。
【００８８】
図6に示すように、MC炭化物の面積率分布もVの濃度分布とほぼ同じ傾向を示した。すなわち、MC炭化物の面積率は外周層ではほぼ4〜8面積％と乏しかったが、内周層ではほぼ35面積％以上と多かった。従って、例えば外周層の全部及び濃度傾斜層の大部分を含む深さ（図中線分Aで示す）まで円筒体を切削し、35面積％以上のMC炭化物を含有する部分を圧延ロール用外層とした。
【００８９】
図7に示すように、本発明例No.3の円筒体では、Vは外周層ではほぼ6質量％以下と少なかったが、内周層では15質量％以上と多く、またC，Nb及びWも外周層ではほぼ5質量％以下と少なかったが、内周層では8質量％以上と僅かに多かった。Moについては、外周層〜内周層で濃度分布はほとんどなかった。
【００９０】
図8に示すように、MC炭化物の面積率は外周層ではほぼ4面積％以下と乏しかったが、内周層ではほぼ25面積％以上と多かった。従って、例えば外周層の全部及び濃度傾斜層の大部分を含む深さ（図中線分A’で示す）まで円筒体を切削し、25面積％以上のMC炭化物を含有する部分を圧延ロール用外層とした。
【００９１】
従来例No.10の円筒体では、図9及び図10に示すように、外周層と内周層との間で元素の濃度分布はほとんどなかった。MC炭化物はどの深さでもほぼ8面積％以下であった。
【００９２】
本発明例No.1及びNo.3の円筒体と同様に、他の実施例の円筒体についてもMC炭化物が濃化した部分が露出するまで切削等で除去し、圧延ロール用遠心鋳造外層を作製した。
【００９３】
得られたロール外層の組成を表2に示す。各ロール外層に対して、1000〜1200℃での焼入れ、及び500〜600℃での3回の焼戻しからなる熱処理を行った。ただし従来例のNo.9のロール外層に対しては、400〜500℃での残留オーステナイト分解兼歪取り熱処理を行った。ここで、表2中の式(1)は［V％＋0.55×Nb％］の値、また式(2)は［C％−0.2×（V％＋0.55×Nb％）］の値である。
【００９４】
【表２】
2007160391.tif 000004
【００９５】
各ロール外層から切り出した試験片に対して、MC炭化物の面積率（％）、円相当直径が１μｍ以上のM2C、M6C及びM7C3の合計面積率AA（％）、MC炭化物の平均円相当直径A（μm）、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物間の平均距離B（μm）、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物を含まない領域の内接円直径の最大値BB（μm）、室温における基地のビッカース硬さ（Hv）、室温における外層のビッカース硬さ（Hv）、600℃における外層のビッカース硬さ（Hv）、摩耗量（μｍ）、表面粗さRz（μm）、及び破壊靭性値KIC（kg/mm3/2）を以下の方法により測定した。測定結果を表3に示す。
【００９６】
(1) MC炭化物の面積率
各試験片を鏡面研磨し、重クロム酸カリウム水溶液で電解腐食することによりMC炭化物を黒色に腐食させた後、画像解析装置（日本アビオニクス株式会社製SPICCA-II）を使用して、それぞれ試験片の0.23ｍｍ×0.25ｍｍの部分に相当する20個の任意の視野で、MC炭化物の面積率（％）を測定し、測定値を平均した。
【００９７】
(2) 非粒状炭化物（M2C、M6C及びM7C3）の合計面積率AA
各試験片を鏡面研磨し、村上試薬で腐食することによりM2C、M6C及びM7C3炭化物を黒色又は灰色に腐食させた後、上記画像解析装置を使用して、それぞれの試験片において0.23ｍｍ×0.25ｍｍの部分に相当する20個の任意の視野でM2C、M6C及びM7C3炭化物の合計面積率（％）を測定し、測定値を平均した。なお、識別が容易な円相当直径で１μｍ以上のM2C、M6C及びM7C3炭化物を測定対象とした。
【００９８】
(3) MC炭化物の平均円相当直径A
各試験片を鏡面研磨し、重クロム酸カリウム水溶液で電解腐食することによりMC炭化物を黒色に腐食させた後、上記画像解析装置を使用して、それぞれの試験片において0.23ｍｍ×0.25ｍｍの部分に相当する20個の任意の視野で、MC炭化物の平均円相当直径（μm）を測定し、測定値を平均した。
【００９９】
(4) MC炭化物間の平均距離B
各試験片を鏡面研磨し、ピクリン酸アルコール溶液で基地を腐食させた。この光学顕微鏡観察（200倍）では、基地は濃い灰色、MC炭化物は薄い灰色、M2C、M6C及びM7C3炭化物は白色に見えた。それぞれ試験片の1.0ｍｍ×1.5ｍｍの部分に相当する20個の任意の視野で、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物間の平均距離（μm）を測定し、測定値を平均した。
【０１００】
(5) MC炭化物を含まない領域の内接円直径の最大値BB
(4) と同様に腐食させた各試験片を光学顕微鏡（100倍）で観察し、それぞれ試験片の2.0ｍｍ×3.0ｍｍの部分に相当する20個の任意の視野で、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物を含まない領域の内接円直径の最大値（μm）を測定し、測定値を平均した。
【０１０１】
(6) 室温における基地のビッカース硬さ
各試験片を鏡面研磨し、ピクリン酸エタノール溶液で軽く腐食させた後、ビッカース硬さ試験機を用いて、試験片の任意の5箇所で、荷重50〜200ｇの範囲で、ビッカース硬さ（Hv）を測定し、測定値を平均した。
【０１０２】
(7) 室温及び600℃における外層のビッカース硬さ
縦5ｍｍ×横10ｍｍ×高さ5ｍｍに切断した各試験片を鏡面研磨し、ピクリン酸エタノール溶液で軽く腐食させた後、高温顕微硬度計（ニコン社製QM−2型）を用いて、試験片の任意の5箇所で、荷重1000ｇで、室温における外層のビッカース硬さ（Hv）を測定し、測定値を平均した。また、同じ硬度計を用いて、試験片の任意の5箇所で、荷重1000ｇで、600℃における外層のビッカース硬さ（Hv）を測定し、測定値を平均した。このとき、試料の予熱温度は10分とした。
【０１０３】
(8) 摩耗深さ及び表面粗さRz
耐摩耗性及び耐肌荒れ性の評価として、図11に概略的に示す圧延摩耗試験機を用いて、圧延した後のロールに対して、摩耗深さ（μm）及び十点平均表面粗さRzを下記の通り測定した。なお表面粗さRzは触針式表面粗さ計により測定した。
【０１０４】
圧延摩耗試験機は、本発明例No.1〜5、比較例No.6〜8、及び従来例No.9及びNo.10によりそれぞれ製造した外径60ｍｍ、内径40ｍｍ及び幅40ｍｍの小型スリーブロールからなる試験用ロール52、53を具備する圧延機51と、加熱炉54と、冷却水槽55と、巻取り機56と、テンションコントローラ57とを有する。圧延摩耗試験条件は以下の通りであった。
【０１０５】
圧延材S：SUS304
圧下率：25％
圧延速度：150ｍ／分
圧延温度：900℃
圧延距離：300ｍ
ロール冷却：水冷
ロール数：4重式
【０１０６】
(9) 破壊靭性値KIC
各試験片の破壊靭性値KICをASTM E399に準拠して測定した。測定は2個の試験片について行い、その平均値を求めた。
【０１０７】
【表３】
2007160391.tif 000005
【０１０８】
図12は本発明例No.1の試験片の金属組織を示す。また、図13は比較例No.6の試験片の金属組織を示す。図１２および図１３において、白色の部分はMC炭化物であり、黒色の部分は基地である。本発明例No.1の試験片ではMC炭化物が高濃度に分布しているが、比較例No.6の試験片ではMC炭化物が高濃度であるが、濃度分布が不均一であることが判る。
【０１０９】
図14は従来例No.10のハイス系ロール材の金属組織を示す。白色の微細粒状部はMC炭化物であり、白色の網目状部分はM2C、M6C及びM7C3炭化物であり、黒色の部分は基地である。従来例No.10のロール材ではMC炭化物が部分的に偏在して分布し、M2C、M6C及びM7C3炭化物が網目状に分布しているのが分かる。
【０１１０】
本発明例No.1〜5の摩耗量は、従来例No.9およびNo.10に比べほぼ半分以下であり、耐摩耗性が極めて良好であることが分かる。また本発明例No.1〜5は、耐肌荒れ性及び靭性のいずれにおいても従来例No.10より優れていることが分かる。
【０１１１】
図15は、MC炭化物の面積率と式(1) の（V％＋0.55×Nb％）の値との関係を示す。両者の関係はほぼ直線的であり、（V％＋0.55×Nb％）が約15質量％以上であると、MC炭化物の面積率が約20％以上となることが分かる。
【０１１２】
図16は本発明例No.1、比較例No.6、および従来例No.10の室温〜700℃でのビッカース硬さを示す。図中、横軸は測定温度（℃）を示し、縦軸はビッカース硬さ（Hv）を示す。本発明例は室温〜600℃の範囲にわたってビッカース硬さが、比較例および従来例に対し有意に高い硬さを維持していることがわかる。
【０１１３】
比較例No.6の試験片では、円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物を含まない領域の内接円直径BBが150μｍを超え、また円相当直径が15μｍ以上のMC炭化物間の平均距離Bと、MC炭化物の平均円相当直径Aとの比（B/A）が2を超えていた。そのため、耐肌荒れ性に劣っていた。また600℃における外層のビッカース硬さがHv500以下であり肌荒れを十分に抑制できない。
【０１１４】
比較例No.7は、Cの含有量、式(2)、MC炭化物の面積率、基地硬さ、及びMC炭化物の平均円相当直径が本発明の範囲外であり、またB/Aが2を超えていた。そのため、耐摩耗性に劣っていた。また室温における外層のビッカース硬さがHv1000以下、600℃における外層のビッカース硬さがHv500以下であり凹み疵および肌荒れを十分に抑制できない。
【０１１５】
比較例No.8は、Vの含有量、式(1)及び式(2)、MC炭化物の面積率、及びM2C、M6C及びM7C3炭化物の合計面積率AAが本発明の範囲外であり、またB/Aが2を超えていた。そのため、耐肌荒れ性及び靭性に劣っていた。また600℃における外層のビッカース硬さがHv500以下であり肌荒れを十分に抑制できない。
【０１１６】
従来例No.9は、Vの含有量、式(1)、MC炭化物の面積率、及びMC炭化物の平均円相当直径が本発明の範囲外であり、またB/Aが2を超えた。そのため、耐摩耗性に劣っていた。また室温における外層のビッカース硬さがHv1000以下、600℃における外層のビッカース硬さがHv500以下であり凹み疵および肌荒れを十分に抑制できない。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明の圧延ロールは、圧延ロール全般で優れた耐摩耗性を発揮する。また、冷間圧延においては特に耐凹み疵性、さらに熱間圧延においては特に耐肌荒れ性の改善効果を発揮する。これらの効果により、圧延工場における生産性の向上やロール原単位の向上に寄与するとともに、圧延材の表面品質向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】MC炭化物の円相当直径を求める方法を示す概略図である。
【図２】MC炭化物間の平均距離を求める方法を示す概略図である。
【図３】MC炭化物を含まない領域の最大内接円直径を求める方法を示す概略図である。
【図４（ａ）】遠心鋳造の際MC炭化物が内面側に移動する様子を示す概略図である。
【図４（ｂ）】本発明の圧延ロール用遠心鋳造外層を示す半径方向断面図である。
【図４（ｃ）】図4(b)のA-A断面におけるMC炭化物の分布を示すグラフである。
【図５】本発明例No.1の遠心鋳造円筒体における元素の半径方向分布を示すグラフである。
【図６】本発明例No.1の遠心鋳造円筒体におけるMC炭化物の半径方向分布を示すグラフである。
【図７】本発明例No.3の遠心鋳造円筒体における元素の半径方向分布を示すグラフである。
【図８】本発明例No.3の遠心鋳造円筒体におけるMC炭化物の半径方向分布を示すグラフである。
【図９】従来例No.10の遠心鋳造円筒体における元素の半径方向分布を示すグラフである。
【図１０】従来例No.10の遠心鋳造円筒体におけるMC炭化物の半径方向分布を示すグラフである。
【図１１】圧延摩耗試験機を示す概略図である。
【図１２】本発明例No.1の試験片の金属組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図１３】比較例No.6の試験片の金属組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図１４】従来例No.10の試験片の金属組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図１５】（V％＋0.55×Nb％）の値とMC炭化物の面積率との関係を示すグラフである。
【図１６】供試材の測定温度とビッカース硬さとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１９】
１  ＭＣ炭化物、  １０  ＭＣ炭化物と面積が等しい円、
Ｄ１０  円相当直径、  ２  外層ロール組織、
ｌａ（ｌａ１、ｌａ２、ｌａ３、ｌａ４）  円相当直径で１５μｍ以上のＭＣ炭化物、
ｌｂ  円相当直径で１５μｍ以下のＭＣ炭化物、  Ｌ  任意の直線、
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  粒子間距離、  ｃ  内接円、  ｄ  内接円直径、
ｅ  ＭＣ炭化物ａ、ｂを除いた領域、  ４１  鋳型、  ４２  溶湯、
４３  初晶ＭＣ、  ４４  中空部、  ４０  円筒体、  ４０ａ  内周層、
４０ｂ  外周層、  ４０ｃ  濃度傾斜層、
５１  圧延機、  ５２  試験用ロール、  ５３  試験用ロール、  ５４  加熱炉、
５５  冷却水槽、  ５６  巻取り機、  ５７  テンションコントローラ、
Ｓ  圧延材、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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