(57)【要約】      （修正有）【課題】  従来の圧延ロールにおける問題点を解消し、優れた耐摩耗性及び耐肌荒れ性に優れるとともに、靭性に極めて優れる外層を有する圧延用ロールの提供。【解決手段】  圧延用複合ロールは、ＭＣ炭化物が面積率で２０％〜５０％分散し、破壊靭性値ＫＩＣが８０ｋｇｆ／ｍｍ３／２以上である遠心力鋳造で形成された外層を有し、前記外層の組織はアスペクト比２．０以上のＭＣ炭化物が面積率で１０％以上分散してなり、該外層の化学成分は質量％で、Ｃ：２．５％〜７．５％、Ｓｉ：０．１％〜３．５％、Ｍｎ：０．１％〜３．５％、及びＶ：１１．０％〜３０．０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素からな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】
ＭＣ炭化物が面積率で２０％〜５０％分散し、破壊靭性値ＫＩＣが８０ｋｇｆ／ｍｍ３／２以上である遠心力鋳造で形成された外層を有することを特徴とする圧延用ロール。
【請求項２】
前記外層の組織において、アスペクト比２．０以上のＭＣ炭化物が面積率で１０％以上分散していることを特徴とする請求項１に記載の圧延用ロール。
【請求項３】
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または２に記載の圧延用ロール。
【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炭化物間の平均距離が１０μｍ〜４０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧延用ロール。
【請求項５】
前記外層の組織において、ＭＣ炭化物の平均円相当直径が１０μｍ〜５０μｍ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用ロール。
【請求項６】
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１〜５のいずれかに記載の圧延用ロール。
【請求項７】
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０〜２％分散してい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用ロール。
【請求項８】
前記外層の基地のビッカース硬さがＨｖ５５０以上であ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用ロール。
【請求項９】
前記外層は化学成分が質量％で、Ｃ：２．５％〜７．５％、Ｓｉ：０．１％〜３．５％、Ｍｎ：０．１％〜３．５％、及びＶ：１１．０％〜３０．０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の圧延用ロール。
【請求項１０】
前記外層がさらに質量％で、Ｃｒ：１．０％〜９．０％、Ｍｏ：０．５％〜７．５％及びＷ：１．５％〜１５．０％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に記載の圧延用ロール。
【請求項１１】
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または１０に記載の圧延用ロール。
１１．０％≦Ｖ％＋０．５５×Ｎｂ％≦３０．０％（質量％）・・・（１）
【請求項１２】
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９〜１１のいずれかに記載の圧延用ロール。
０≦Ｃ％−０．２×（Ｖ％＋０．５５×Ｎｂ％）≦１．３％（質量％）・・・（２）
【請求項１３】
前記外層がさらに質量％で、２．０％以下のＮｉ及び／又は５．０％以下のＣｏを含有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用ロール。
【請求項１４】
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９〜１３のいずれかに記載の圧延用ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延用ロールに関するものである。本発明の圧延用ロールの外層（圧延使用層）は、耐摩耗性、耐肌荒れ性および靭性に優れ、特に熱間圧延機に用いられるワークロールとして好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
圧延の生産性を決定する重要な特性として、圧延ロールの耐摩耗性および耐肌荒れ性がある。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を損なう。また圧延ロールは、被圧延材との接触やバックアップロールとの接触など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。これらを防止する為には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。
【０００３】
そこで、従来から耐摩耗性、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。これらの硬質な金属炭化物を増加させることは、耐摩耗性の向上には有効であるものの、過剰に増やすと靭性の低下を招き、耐クラック性の劣化につながる。従来より、耐摩耗性と耐クラック性の両者を具備させる方法が種々提案されている。
【０００４】
特許文献１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熱間圧延用工具鋼が記載されている。またＮｂ：８．０％以下、Ｎｉ：５．５％以下を含有することが記載されている。また、熱間圧延用工具鋼からなる遠心力鋳造ロール用外層において、０．２≦Ｎｂ／Ｖを満足することが記載されている。
【０００５】
特許文献２には、化学成分が重量％で、Ｃ：１．０〜２．６％、Ｃｒ：４．０〜１０．０％、Ｍｏ：５．０〜１０．０％、Ｗ：０〜５．０％、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基合金である外層であって、圧延材と接触するロール外層表面の硬さはショア硬さ８７以上であり、外層の破壊靭性値ＫＩＣが７５ｋｇｆ／ｍｍ３／２であることを特徴とする圧延用ロールが記載されている。特許文献２によれば、Ｍ７Ｃ３、Ｍ２３Ｃ６炭化物は比較的硬さが低く耐摩耗性を劣化させる原因となる。また、Ｍ７Ｃ３、Ｍ２３Ｃ６炭化物はクラックが粒界に沿って進展するため耐クラック性を劣化させる原因となる。よって、これらＭ７Ｃ３、Ｍ２３Ｃ６炭化物を極力抑える必要があるとされる。
【０００６】
特許文献３には、重量比でＣ１．３〜３．５％、Ｓｉ２．０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｎｉ２．０％以下、Ｃｒ３．０〜１０．０％、Ｗ１．０〜１５．０％、Ｍｏ１．０〜１５．０％、Ｖ３．０〜１５．０％、Ｃｏ１０．０％以下、残部Ｆｅ及び不純物からなり、平均粒径が２０ないし２５０μｍを有する高速度工具鋼の基地粉末と、重量比で焼結体全体に対し、２ないし２０％で前記高速度工具鋼の基地粉末の平均粒径の１／２ないし１／４０の平均粒径を有するＴｉ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂの炭化物、窒化物、または炭窒化物の１種または２種以上の硬質粒子とからなり、前記高速度工具鋼の基地粉末と前記硬質粒子が焼結により結合したことを特徴とする粉末高速度工具鋼系圧延ロールが記載されている。特許文献３には、クラックが選択的に結晶粒界を進展するようにすることでクラックの進行距離を長くし、クラックの進展途中にて歪みエネルギーを開放することにより靭性を向上させることが記載されている。
【０００７】
特許文献４には、質量％で、Ｃ：１．０〜１．８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｃｒ：７．０〜１０．０％、Ｍｏ：２．０〜６．０％、Ｖ：１．０〜４．０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、かつ、基地中にアスペクト比１．３以上のＣｒ系炭化物を面積率で４．０〜９．０％含有することを特徴とする耐摩耗性、靭性に優れた圧延ロール用粉末高速度工具鋼が記載されている。特許文献４には、クラック進展の際に、短径３．０μｍ以上の粗大なＣｒ系炭化物が、その歪みエネルギーを緩和し、クラック進展を抑制する効果があることが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２５６１０８号公報
【特許文献２】特開２００４−６８０２７号公報
【特許文献３】特開平１０−１７５００４号公報
【特許文献４】特開２００５−２１３６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
圧延ロールの耐摩耗性を向上させるには、一般的にロール材の硬さを増すことが行なわれる。ハイス系ロール材は、主に合金元素よりなる高硬度の炭化物（ＭＣ、Ｍ２Ｃ、Ｍ６Ｃ、Ｍ７Ｃ３）を含んでおり、耐摩耗性を高めている。合金元素のうち、特にＶやＮｂは、ビッカース硬さでＨｖ２４００〜３２００と極めて高硬度のＭＣ炭化物を形成し耐摩耗性の向上に寄与する。
【００１０】
しかしながら、ＶやＮｂが過剰に含まれた溶湯を遠心力鋳造すると、遠心分離による偏析が発生する。前述の特許文献１には、Ｖが１０．０％を超えると、遠心力鋳造法の場合には形成される炭化物が軽いため内面に浮上し、圧延に用いる外層外表面では含有量相当の炭化物が含まれないことが記載されている。このような現象は、遠心力鋳造鋳型内に鋳込まれた溶湯が凝固する際、その溶湯が初晶にて粒状炭化物を晶出する場合に発生しやすい。この初晶粒状炭化物は比重が６ｇ／ｃｍ３程度と溶湯残液（比重７〜８ｇ／ｃｍ３）に対して比重が軽く、過剰に晶出すると遠心力により内面側に分離するためである。
【００１１】
また、炭化物の比重を大きくすることで遠心分離による偏析を防止する手段も提案されている。前述の特許文献１には、ＶＣ炭化物はその比重が母溶湯に対して小さく、遠心力鋳造を行なうと偏析する。ＮｂはＶと複合炭化物｛Ｖ、Ｎｂ｝Ｃを形成し、Ｖ単独の炭化物のときより比重を増大させる。それにより、遠心分離による偏析を防止することが記載されている。また、遠心力鋳造法で製造した場合に均一なロール用外層を得るためには、０．２≦Ｎｂ／Ｖとしなければならないことが記載されている。また、Ｖが１８．０％を超えると焼付き性向上の効果が飽和するとともに、溶解不良等の製造上の問題を生じる危険がある。ＮｂはＶと複合炭化物｛Ｖ、Ｎｂ｝Ｃを形成するが、８．０％を超えると溶解不良等の製造上の問題を生じることが記載されている。
【００１２】
このように、遠心力鋳造されてなるハイス系外層の耐摩耗性を飛躍的に向上させるには、ＶおよびＮｂを多量に添加すればよいが、前述の通り実際には製造上極めて困難である。
【００１３】
耐摩耗性と耐クラック性の両者を具備させることを目的としたものとして、特許文献２に記載されている圧延用ロールがある。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を形成するが。Ｖが８．０％を超える場合、Ｃ含有量とのバランスにより、ＭＣ、Ｍ４Ｃ３が初晶で晶出し、凝固中に凝集し、圧延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転写するので好ましくないことが記載されている。このような理由により、さらに耐摩耗性を向上させることが困難である。
【００１４】
一方、特許文献３や特許文献４のような粉末ＨＩＰ法の場合、ロール外層材用の金属粉末としてＶやＮｂといったＭＣ炭化物形成元素を多量に添加すると、粉末製造のプロセスで溶湯をガスアトマイズする際に使用する溶湯ノズル内でＭＣ炭化物が晶出し、ノズルを閉塞させる。これを防ぐため、ノズル径を大きくすると、粉末の粒径が粗大化し、粉末中に含まれるＭＣ炭化物のサイズが不均質となる。このような粉末を使用したＨＩＰ焼結合金は、ＭＣ炭化物のサイズや分布が不均一であり、ＭＣ炭化物の多い部分と少ない部分のミクロ的な偏析により摩耗差を生じ肌荒れが発生する。
【００１５】
特許文献３に記載のロールは、硬質炭化物等を添加して焼結するものであるが、高速度工具鋼基地粉末に硬質粒子を混合する際、不均一な混合となることや、混合粉末をカプセルに充填する際に比重などの物性の差により分離することなどで偏析を生じやすく、均質性を高めることは製造上困難である。
【００１６】
特許文献４に記載のロールは、含まれるＶが少ないため、多量のＭＣ炭化物を生成させることが困難であることや、ＭＣ炭化物よりも硬さが低く耐摩耗性向上効果に乏しいＣｒ系炭化物を主体としているため、さらに耐摩耗性を向上させることが困難である。
【００１７】
そこで本発明は、従来の圧延ロールにおける問題点を解消し、優れた耐摩耗性及び耐肌荒れ性に優れるとともに、靭性に極めて優れる外層を有する圧延用ロールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者は、初晶ＭＣ炭化物を晶出する化学組成に調整した溶湯を遠心力鋳造用鋳型内に鋳込み、遠心力鋳造して、鋳型内の内面側にＭＣ炭化物が濃化した層を形成することにより、組織中にＭＣ炭化物がリッチで均一に分散した組織を得ることができることを見いだした。この初晶ＭＣ炭化物は、鋳造条件を適切に選定することにより、棒状に成長する。外層表面にクラックが入った場合、クラックは高硬度で靭性の低いＭＣ炭化物を経路として進展する。その際、ＭＣ炭化物が棒状であれば、クラック進展の経路が蛇行するため、ＭＣ炭化物が粒状や塊状のときに比べて、クラックはロール深部まで至らず靭性が向上することを見出した。
【００１９】
すなわち、本発明の圧延用ロールは、ＭＣ炭化物が面積率で２０％〜５０％分散し、破壊靭性値ＫＩＣが８０ｋｇｆ／ｍｍ３／２以上である遠心力鋳造で形成された外層を有することを特徴とする。
【００２０】
前記外層の組織において、アスペクト比２．０以上のＭＣ炭化物が面積率で１０％以上分散していることを特徴とする。
【００２１】
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。
【００２２】
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１０μｍ〜４０μｍであることを特徴とする。
【００２３】
前記外層の組織において、ＭＣ炭化物の平均円相当直径が１０μｍ〜５０μｍであることを特徴とする。
【００２４】
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。
【００２５】
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０〜２％分散していることを特徴とする。
【００２６】
前記外層の基地のビッカース硬さがＨｖ５５０以上であることを特徴とする。
【００２７】
前記外層は化学成分が質量％で、Ｃ：２．５％〜７．５％、Ｓｉ：０．１％〜３．５％、Ｍｎ：０．１％〜３．５％、及びＶ：１１．０％〜３０．０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素からなることを特徴とする。
【００２８】
前記外層がさらに質量％で、Ｃｒ：１．０％〜９．０％、Ｍｏ：０．５％〜７．５％及びＷ：１．５％〜１５．０％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。
【００２９】
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。
１１．０％≦Ｖ％＋０．５５×Ｎｂ％≦３０．０％（質量％）・・・（１）
【００３０】
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％）≦１．３％（質量％）・・・（２）
【００３１】
前記外層がさらに質量％で、２．０％以下のＮｉ及び／又は５．０％以下のＣｏを含有することを特徴とする。
【００３２】
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。
【００３３】
まず、本発明の圧延用複合ロールの外層の組織要素について説明する。
【００３４】
［１］圧延ロール用外層の組織要素
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。ＭＣ炭化物が面積率で２０％未満では、耐摩耗性が不十分である。一方、ＭＣ炭化物が面積率で５０％を超えると、ロール外層の靭性が著しく低下する。従って、好ましいＭＣ炭化物の面積率は２０〜５０％である。さらに好ましくは面積率で３０〜５０％である。
【００３５】
アスペクト比
前記外層の組織において、アスペクト比２．０以上のＭＣ炭化物が面積率で１０％以上分散していることが好ましい。アスペクト比の概念図を図１に示す。ＭＣ炭化物１の周上の任意の２点間の距離のうち最大の長さを絶対最大長ＭＬ、絶対最大長ＭＬに平行な２本の直線ＭＬ１、ＭＬ２でＭＣ炭化物１をはさんだときの２直線間の最短距離をＭＷとするとき、ＭＬ／ＭＷを本発明のアスペクト比とする。外層表面にクラックが入った場合、クラックは高硬度で靭性の低いＭＣ炭化物を経路として進展する。その際、ＭＣ炭化物のアスペクト比が２．０以上であれば、クラック進展の経路が蛇行するためクラックはロール深部まで至らず靭性が向上する。一方、ＭＣ炭化物のアスペクト比が２．０未満、すなわちＭＣ炭化物が粒状に近いほどクラック進展の経路がより直線的になるため、クラックはロール深部まで至りやすい。また、ＭＣ炭化物のアスペクト比が２．０以上の場合でも面積率で１０％未満ではアスペクト比の効果が顕著でなく、靭性の向上が不十分である。したがって、本発明の外層の組織中にアスペクト比が２，０以上のＭＣ炭化物が面積率で１０％以上分散しているのが望ましい。
【００３６】
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を超えないことが好ましい。最大内接円直径が１５０μｍを超えると、ＭＣ炭化物の分布のばらつきが大きくなり、安定した靭性が得られない。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。
【００３７】
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の求め方を図２に示す。図示の視野では、円相当直径が１５μｍ以上のＭＣ炭化物ｌａ１、ｌａ２、ｌａ３、ｌａ４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。
【００３８】
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、耐肌荒れ性が劣る。一方、平均ＭＣ炭化物間距離が４０μｍを超えると、ＭＣ炭化物の分布のばらつきが大きくなり、安定した靭性が得られない。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。
【００３９】
ＭＣ炭化物間の平均距離の求め方を図３に示す。図３に示す組織は、円相当直径で１５μｍ以上のＭＣ炭化物（白色）ｌａと、円相当直径が１５μｍ未満のＭＣ炭化物（黒色）ｌｂ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ｌａ１、ｌａ２、ｌａ３・・・ｌａｎ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。
【００４０】
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、耐肌荒れ性の向上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。
【００４１】
図４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。
【００４２】
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炭化物が過剰に凝集するので好ましくない。より好ましいＢ／Ａ比は１．５以下である。
【００４３】
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０〜２％分散していても良い。非粒状炭化物の合計面積率が２％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０〜１％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。
【００４４】
基地のビッカース硬さ
本発明の外層の基地は主に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Ｈｖ５５０未満では、外層の耐摩耗性が不十分である。耐摩耗性向上の観点から基地は硬いほうが望ましいが、Ｈｖ９００を超えると、基地の靭性が劣化する。基地のより好ましいビッカース硬さはＨｖ６５０〜８５０である。
【００４５】
［２］圧延用複合ロール外層の化学成分（質量％）
本発明の圧延用複合ロールにおける外層の化学成分（質量％）の限定理由について説明する。なお、本発明の外層の化学成分とは、溶湯成分ではなく、最終ロール製品における外層の成分である。
【００４６】
（１）必須成分
（ａ）Ｃ：２．５％〜７．５％
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７．５％を超えると、炭化物が過多となり、ロール外層の靭性が劣化する。Ｃ含有量は好ましくは３．５％〜７．５％であり、より好ましくは４．５％〜７．５％である。
【００４７】
（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。
【００４８】
（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。
【００４９】
（ｄ）Ｖ：１１．０％〜３０．０％
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、１１．０％〜３０．０％のＶが必要である。Ｖが１１．０％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３０．０％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１５．０％〜３０．０％以下であり、より好ましくは１８．０％〜３０．０％である。
【００５０】
（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。
１１．０％≦Ｖ％＋０．５５×Ｎｂ％≦３０．０％・・・（１）
【００５１】
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％）≦１．３％・・・（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１．３％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。
【００５２】
（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。
【００５３】
（ａ）Ｃｒ：１．０％〜９．０％
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１．０％未満では、基地強化の効果が十分に得られない。一方、Ｃｒが９．０％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、ロール外層の靭性が劣化する。
【００５４】
（ｂ）Ｍｏ：０．５％〜７．５％
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７．５％を超えるとＭ２ＣやＭ６Ｃ等の非粒状炭化物が網目状に晶出し、ロール外層の靭性が劣化する。
【００５５】
（ｃ）Ｗ：１．０％〜１５．０％
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。さらに、Ｗの一部はＶやＮｂなどとともにＭＣ型炭化物を形成する。Ｗが１．０％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１５．０％を超えるとＭ２ＣやＭ６Ｃ炭化物等のＭＣ以外の炭化物が網目状に晶出し、ロール外層の靭性が劣化する。
【００５６】
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。また、圧延用ロールの用途、使用方法等に応じて、本発明の外層には以下の成分を選択的に添加することができる。
【００５７】
（ｄ）Ｎｉ：２．０％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２．０％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。
【００５８】
（ｅ）Ｃｏ：５．０％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５．０％を超えると、ロール外層の靭性が低下する。また、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。
【００５９】
（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、ＭＣ炭化物の核となり、ＭＣ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ＭＣ炭化物の一部となる。Ｔｉの添加効果は０．５％以下で十分である。
【００６０】
（ｇ）Ａｌ：０．５％以下
Ａｌは溶湯中で脱酸剤として作用するほか、ＭＣ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。
【００６１】
［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成分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、溶湯成分はロール外層の成分と異なる。［２］に記載の外層成分を得るためには、溶湯成分は、質量％で、Ｃ：２．２〜６．０％、Ｓｉ：０．１〜３．５％、Ｍｎ：０．１〜３．５％、及びＶ：８．０〜２２．０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素からなる。
【００６２】
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。
８．０％≦Ｖ％＋０．５５×Ｎｂ％≦２２．０％・・・（３）
【００６３】
好ましくは、溶湯成分は、質量％で、Ｃ：２．５〜６．０％、Ｓｉ：０．２〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１．５％、及びＶ：１０．０〜２２．０％を含有し、Ｎｂを１０．０％≦Ｖ％＋０．５５×Ｎｂ％≦２２．０％を満たす量だけ含有しても良い。
【００６４】
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。
【００６５】
図５（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５（ｂ）及び図５（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（傾斜層４０ｃと同義。すなわち、これは内周層４０ａと外周層４０ｂとの間にあり、ＭＣ炭化物の濃度が傾斜する層なので図面上、便宜的に傾斜層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。
【００６６】
外周層４０ｂ及び濃度傾斜層４０ｃの厚さは、溶湯の成分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。
【００６７】
例えば図５（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成分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。
【００６８】
本発明の方法において、前記溶湯成分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。
【００６９】
［４］ロール構造
本発明の外層を用いた圧延用ロールは、中実または中空のどちらの構造でも構わない。また、本発明の圧延ロールは、本発明の外層と内層が金属的に接合した圧延用ロールが好ましい。また、本発明の外層と内層との間に１層もしくは２層以上の中間層を介在させた複合ロールが望ましい。本発明の外層を有するスリーブを軸材に嵌合して構成しても構わない。
【発明の効果】
【００７０】
本発明の圧延用ロールは、熱間および冷間圧延用ワークロール全般で優れた耐摩耗性および耐肌荒れ性を発揮するとともに、格段に優れた靭性を兼備し、特に熱間圧延機に用いられるワークロールで極めて優れた耐クラック性を発揮し、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７１】
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。
【００７２】
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〜Ｎｏ．５は本発明例、Ｎｏ．６〜Ｎｏ．９は比較例、Ｎｏ．１０は従来例である。
【００７３】
【表１】
2007196257.tif 000002
【００７４】
得られた円筒体のうち、Ｎｏ．１、Ｎｏ．４、Ｎｏ．６および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６〜図１３に示す。
【００７５】
図６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２２質量％以上と多く、またＷも外周層ではほぼ２〜５質量％と少なかったが、内周層では５〜６質量％と多かった。Ｃも、外周層ではほぼ２．２〜２．５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。
【００７６】
図７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３３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、３３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。
【００７７】
図８に示すように、本発明例Ｎｏ．４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１１質量％以上と多く、Ｎｂは外周層ではほぼ２質量％以下と少なかったが、内周層では８質量％以上と多く、Ｃは外周層ではほぼ２．５質量％以下と少なかったが、内周層ではほぼ４質量％以上と多く、またＷも外周層ではほぼ１．５質量％以下と少なかったが、内周層では１．５質量％以上と僅かに多かった。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。
【００７８】
図９に示すように、ＭＣ炭化物の面積率分布もＶおよびＮｂ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４〜９面積％と乏しかったが、内周層ではほぼ２２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、２２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
【００７９】
図１０に示すように、比較例Ｎｏ．６の円筒体でも、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２０〜２５5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。
【００８０】
図１１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。
【００８１】
従来例Ｎｏ．１０の円筒体では、図１２及び図１３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。
【００８２】
本発明例Ｎｏ．１、Ｎｏ．４及びＮｏ．６の円筒体と同様に、他の実施例および比較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、外層を作製した。
【００８３】
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３回の焼戻しからなる熱処理を行った。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。
【００８４】
【表２】
2007196257.tif 000003
【００８５】
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）、アスペクト比２．０以上のＭＣ炭化物の面積率ＣＣ（％）、室温における基地のビッカース硬さ（Ｈｖ）、摩耗量（μｍ）、表面粗さＲｚ（μｍ）、及び破壊靭性値ＫＩＣ（ｋｇｆ/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。
【００８６】
（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。
【００８７】
（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。
【００８８】
（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。
【００８９】
（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。
【００９０】
（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。
【００９１】
（６）アスペクト比２．０以上の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ＭＣ炭化物面積率を得た。次に、同様に画像解析装置を用い、アスペクト比２．０未満のＭＣ炭化物の面積率を得た。これらの測定結果より、（ＭＣ炭化物面積率）−（アスペクト比２．０未満のＭＣ炭化物の面積率）＝（アスペクト比２．０以上のＭＣ炭化物の面積率）の計算をおこない、アスペクト比２．０以上のＭＣ炭化物の面積率を得た。
【００９２】
（７）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。
【００９３】
（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１４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。
【００９４】
圧延摩耗試験機は、本発明例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５、比較例Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８、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。
【００９５】
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
【００９６】
（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。
【００９７】
【表３】
2007196257.tif 000004
【００９８】
図１５は本発明例Ｎｏ．１の試験片の金属組織を、図１６は本発明例Ｎｏ．４の試験片の金属組織を示す。また、図１７は比較例Ｎｏ．６の試験片の金属組織を示す。図１５〜図１７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およびＮｏ．４の試験片ではＭＣ炭化物が高濃度に分布しているとともに、棒状に伸長したＭＣ炭化物を多量に含んでいることが分かる。一方、比較例Ｎｏ．６の試験片でのＭＣ炭化物は高濃度であるが、棒状に伸長したＭＣ炭化物が少量であることが分かる。
【００９９】
図１８は比較例Ｎｏ．８の試験片の金属組織を示す。白色の粒状部はＭＣ炭化物であり、白色のラメラー状（層状）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。比較例Ｎｏ．８の試験片ではＭＣ炭化物が高濃度であるが、Ｍ２Ｃ、Ｍ６Ｃ及びＭ７Ｃ３炭化物を多く含んでいることが分かる。
【０１００】
図１９は従来例Ｎｏ．１０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Ｖであり、黒色の部分は基地である。従来例Ｎｏ．１０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。
【０１０１】
本発明例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の破壊靭性値ＫＩＣは、８０ｋｇｆ／ｍｍ３／２以上と従来例Ｎｏ．１０に比べ１０ｋｇｆ／ｍｍ３／２以上大きいことがわかる。また、本発明例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の摩耗量は、従来例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〜Ｎｏ．５は、耐肌荒れ性においても従来例Ｎｏ．１０以上であることが分かる。
【０１０２】
比較例Ｎｏ．６の試験片では、Ｗの含有量が１５％を超え範囲外である。またアスペクト比が２．０以上のＭＣ炭化物の面積率が１０％未満と本発明の範囲外であった。そのため、ＫＩＣが８０ｋｇｆ／ｍｍ３／２未満であり靭性に劣っていた。
【０１０３】
比較例Ｎｏ．７の試験片では、Ｃ、ＶおよびＭｏの含有量および式（１）が本発明の範囲外であり、またアスペクト比が２．０以上のＭＣ炭化物の面積率が１０％未満であった。そのため、ＫＩＣが８０ｋｇｆ／ｍｍ３／２未満であり靭性が劣る。
【０１０４】
比較例Ｎｏ．８の試験片では、Ｃｒの含有量および式（２）が本発明の範囲外であり、１μｍ以上のＭ２Ｃ、Ｍ６Ｃ及びＭ７Ｃ３炭化物の合計面積率ＡＡが２．９％と本発明の範囲外である。またアスペクト比２．０以上のＭＣ炭化物の面積率が１０％未満であった。そのため、ＫＩＣが８０ｋｇｆ／ｍｍ３／２未満であり靭性に劣る。
【０１０５】
比較例Ｎｏ．９の試験片では、Ｗの含有量が１５％を超え、またアスペクト比が２．０以上のＭＣ炭化物の面積率が１０％未満であった。そのため、ＫＩＣが８０ｋｇｆ／ｍｍ３／２未満であり靭性に劣る。
【０１０６】
図２０に、各供試材におけるアスペクト比２．０以上のＭＣ炭化物の面積％とＫＩＣの関係を示す。図よりアスペクト比２．０以上のＭＣ炭化物の面積率が１０％以上の本発明例でＫＩＣが８０ｋｇｆ／ｍｍ３／２以上を達成できることがわかる。
【０１０７】
本発明の外層は、それ単体を圧延ロールとしても構わないが、図２１に示すような圧延用複合ロールとして用いることが好ましい。図２１（ａ）は、本発明の外層７１と、内層７２よりなる中実ロールである。図２１（ｂ）は本発明の外層７１と、内層７２よりなる中空スリーブロールである。８５は中空部である。図２１（ｃ）は本発明の外層７１と、内層７２よりなる中空スリーブロールを金属製の軸材８６に嵌合させたものである。
【０１０８】
また、本発明の製造方法により、外径３１０ｍｍ、長さ５００ｍｍのロール胴部を有する圧延用複合ロールを製造し、実際に圧延を行ったところ、極めて優れた耐摩耗性、耐肌荒れ性を発揮するとともに、異常な欠け・クラック等の発生がなく安定して使用可能なことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明の圧延用複合ロールは、熱間および冷間圧延用ワークロール全般で優れた耐摩耗性及び耐肌荒れ性を発揮するとともに、外層の靭性に優れ、特に熱間圧延機に用いられるワークロールで極めて優れた効果を発揮し、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。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】ＭＣ炭化物のアスペクト比を求める方法を示す概略図である。
【図２】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３】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４】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５（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５（ｂ）】本発明の外層が形成された遠心鋳造円筒体を示す半径方向断面図である。
【図５（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６】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７】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８】本発明例Ｎｏ．４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９】本発明例Ｎｏ．４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１０】比較例Ｎｏ．６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１１】比較例Ｎｏ．６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１２】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１３】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１４】圧延摩耗試験機を示す概略図である。
【図１５】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１６】本発明例Ｎｏ．４の試験片の金属組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図１７】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１８】比較例Ｎｏ．８の試験片の金属組織を示す光学顕微鏡写真である。
【図１９】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２０】各供試材におけるアスペクト比２．０以上のＭＣ炭化物の面積％とＫＩＣの関係を示す。
【図２１】本発明に係る圧延用複合ロールの種々の形態の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１１１】
２  基地、  ２０  内接円、  Ｄ２０  内接円直径、  Ｌ  任意の直線、
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  粒子間距離、
１  ＭＣ炭化物、  １０  円、  Ｄ１０  円相当直径、
４１  鋳型、  ４２  溶湯、  ４３  初晶ＭＣ炭化物、  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、
７１  本発明の外層、  ７２  内層、  ８５  中空部、  ８６  軸材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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