(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延用複合ロールの外層に用いられる外層材であって、質量％で、
Ｃ：2.4 〜3.2 ％、              Si：0.9 〜2.5 ％、
Mn：0.2 〜1.5 ％、              Cr：0.8 〜2.5 ％、
Mo：1.2 〜4.0 ％、              Ni：2.0 〜7.0 ％、
Ｖ：1.5 〜2.7 ％、              Nb：0.1 〜0.8 ％、
Ｂ：0.020 〜0.2 ％、           REM：0.0006〜0.040 ％、
を含み、かつＣ、Cr、Nb、Ｖ含有量が下記（１）〜（３）式を満足し、さらに、Ti：0.05％未満、Al：0.1 ％以下のうちから選ばれた１種または２種を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、黒鉛を含む組織とを有することを特徴とする耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロール外層材。
記
1.8 ≦  Ｃ−(0.236×Ｖ＋0.129 ×Nb) ≦ 2.6  ・・・（１）
Cr／Ｃ  ＜1.0             ・・・（２）
3.0 ≦  Cr＋Ｖ  ≦4.6     ・・・（３）
ここで、Ｃ、Ｖ、Nb、Cr：各元素の含有量（質量％）
【請求項２】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Co：0.5 〜4.0 ％含む組成とすることを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延用ロール外層材。
【請求項３】
外層と内層が溶着一体化してなる熱間圧延用複合ロールであって、前記外層が、質量％で、
Ｃ：2.4 〜3.2 ％、              Si：0.9 〜2.5 ％、
Mn：0.2 〜1.5 ％、              Cr：0.8 〜2.5 ％、
Mo：1.2 〜4.0 ％、              Ni：2.0 〜7.0 ％、
Ｖ：1.5 〜2.7 ％、              Nb：0.1 〜0.8 ％、
Ｂ：0.020 〜0.2 ％、           REM：0.0006〜0.040 ％、
を含み、かつCr、Ｃ、Ｖ、Nb含有量が下記（１）〜（３）式を満足し、さらに、Ti：0.05％未満、Al：0.1 ％以下のうちから選ばれた１種または２種を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、黒鉛を含む組織とを有することを特徴とする耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用複合ロール。
記
1.8 ≦  Ｃ−(0.236×Ｖ＋0.129 ×Nb) ≦ 2.6  ・・・（１）
Cr／Ｃ  ＜1.0             ・・・（２）
3.0 ≦  Cr＋Ｖ  ≦4.6     ・・・（３）
ここで、Ｃ、Ｖ、Nb、Cr：各元素の含有量（質量％）
【請求項４】
前記外層が、前記組成に加えて、さらに質量％で、Co：0.5 〜4.0 ％含む組成とすることを特徴とする請求項３に記載の熱間圧延用複合ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延用複合ロールに係り、とくに耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒れ性に優れ、鋼板の熱間圧延仕上ミル用や継目無鋼管造管用として好適な熱間圧延用複合ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鋼板や鋼管の熱間圧延技術の進歩はめざましく、それに伴い、使用される熱間圧延用ロールの特性、とくに耐摩耗性の向上が強く要求されてきた。このような耐摩耗性向上の要求に対し、外層組成を高速度工具鋼組成に類似した組成とし、硬質な炭化物を析出させて、耐摩耗性を格段に向上させた高性能ロール（ハイス系ロール）が開発され実用化されている。
【０００３】
一方、被圧延材の焼付きが生じやすい圧延スタンドやミルでは、黒鉛を含有し耐焼付き性に優れたNiグレン鋳鉄ロールが組み込まれて熱間圧延が行われてきた。熱間圧延用ロールに黒鉛を含有させることは、黒鉛が潤滑性に富むことから焼付き防止には有効である。しかし、従来のNiグレン鋳鉄ロールは、耐摩耗性が劣り、そのためロール寿命が短いという問題があった。一方、耐摩耗性に優れたハイス系ロールは、焼付きや粗大絞り亀裂の生成など耐事故性の観点で問題があり、例えば、鋼板の絞り圧延事故の発生頻度が高い鋼板の熱間圧延仕上後段スタンドでは、ハイス系ロールを安定して使用することはできず、依然として、多量のNiグレン鋳鉄ロールが使用されている。
【０００４】
このような問題に対し、例えば、特開平1-287248号公報には、Niグレン鋳鉄に1.0 〜5.0 ％のＶを添加し、耐摩耗性を向上させるとした熱間圧延用ロールが提案されている。また、特開平6-335712号公報には、Niグレン鋳鉄に2.0 〜8.0 ％のＶを添加し、0.5 〜５％の黒鉛に加えて0.2 〜10％のMC型炭化物を出現させて耐摩耗性を向上させるとした熱間圧延用ロールが提案されている。さらに特開平6-256889号公報には、２〜10％のCrと0.1 〜10％のＷと、Ｖ、Nbのうちの１種または２種を合計で1.5 〜10％を含み、黒鉛を有するハイス系鋳鉄材が提案されている。
【０００５】
また、鋼板圧延と同様に鋼管圧延においても、熱間圧延用ロールへの耐焼付き性と耐摩耗性の向上が強く要望されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、最近では、圧延製品の品質向上と効率的生産のため、圧延速度の増加や連続圧延量の増加などが指向されており、熱間圧延用ロールの使用環境はますます過酷化している。さらに、被圧延材の高合金化や圧延製品の表面品質要求の厳格化などにより、耐摩耗性と耐焼付き性に優れるとともに、耐肌荒れ性にも優れた熱間圧延作業ロールが熱望されるようになった。
【０００７】
例えば、特開2001-20335号公報に、Nb、Ｗの含有量を制御して、炭化物の重力偏析を抑制し、肌荒れの発生を抑制した熱間圧延用ロールが提案されている。また、特開2001-181780 号公報には、成分調整し、２％以上の黒鉛を晶出させ、肌荒れの発生を抑制した耐摩耗性熱間圧延用ロールが提案されている。しかしながら、特開2001-20335号公報、特開2001-181780 号公報に記載された技術で製造された熱間圧延用ロールでは、耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒れ性を同時に満足することは不可能であった。
【０００８】
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒れ性がともに優れた、熱間圧延用ロール外層材及び熱間圧延用複合ロールを提案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、熱間圧延用ロールの耐摩耗性、耐焼付き性、耐肌荒れ性に影響する種々の要因について鋭意検討した。
Ｖ、Nb、CrおよびＷの多量添加で耐摩耗性が向上することは、 従来からよく知られたことであり、とくに、Ｖ、Nbは、耐摩耗性向上に極めて大きな効果を有し、必要最低限の耐摩耗性を確保するうえでは、1.5 質量％以上のＶ含有を必要とする。しかし、本発明者らの検討によれば、黒鉛を晶出するような成分系でＶを1.5 質量％以上含有すると、羽毛状の粗大なＭＣ炭化物が晶出する。この粗大なＭＣ炭化物は熱間圧延においてロール表面に凸状に残存し、肌荒れを誘引する。本発明者らは、粗大なＭＣ炭化物の晶出抑制方法について、更なる検討を行い、Nbの添加が有効であることを見出した。Nbは、炭化物を形成しＭＣ炭化物の晶出核となることで、ＭＣ炭化物の粗大化を抑制する作用を有する。しかし、Nbの添加のみでは、耐肌荒れ性を向上することは困難である。
【００１０】
さらにNb炭化物の生成核となるAlやTiを含有することにより、Nb炭化物を微細に分散せしめ、微細分散したNb炭化物を核にＭＣ炭化物を生長させることで、ＭＣ炭化物の粗大化を抑制し、耐肌荒れ性を改善することができるという知見も得た。なお、Nb、Al、Tiを含有した場合でも、肌荒れを抑制するためには、Ｖは2.7 質量％以下に限定する必要がある。
【００１１】
また、本発明者らは、さらに耐摩耗性を向上させる目的でCrやＷを増量すると、肌荒れが一層顕著になり、また、Ｖ（Nb）、Cr、Ｗを同時に増量すると、耐焼付き性が劣化するという知見も得た。本発明者らは、CrやＷで形成される共晶炭化物が肌荒れを促進したり、焼付きを発生させるためと考え、Cr量を最低限に抑え、Ｗを無添加とし、その上でMoを増量することを思い付いた。これにより、Cr量増加材やＷ添加材に比べて耐摩耗性が向上し、肌荒れも抑制される傾向となることを知見した。
【００１２】
また、本発明者らは、耐肌荒れ性向上のために、共晶炭化物を減少させる方法として、有効Ｃ量（＝Ｃ−(0.236×Ｖ＋0.129 ×Nb））を低減することを考えた。ＶとNbによってＭＣ炭化物の形成に消費された残りのＣ量（有効Ｃ量）が、共晶炭化物や黒鉛の形成に寄与する。しかし、有効Ｃ量を低減すれば、共晶炭化物が減少し耐肌荒れ性は向上すると考えられるが、耐焼付き性に効果がある黒鉛も減少する。そこで、本発明者らは、有効Ｃ量を厳格に調整すれば、耐焼付き性と耐肌荒れ性を兼備させることも可能であると考えた。
【００１３】
まず、本発明者らが行った基礎的実験結果について、説明する。
質量％で、2.1 〜3.9 ％Ｃー1.9 ％Si−0.4 ％Mn−4.5 ％Ni−1.6 ％Cr−2.4 ％Mo−2.0 ％Ｖ−0.4 ％Nb−0.05％Al−0.07％Ｂ−0.002 ％REM −残部Feを含有する溶湯を溶製し、厚さ35mmのＹ型キールブロックを作製し、試験材とした。これら試験材から試験片を採取し、焼付き試験、摩耗試験を実施した。また、3.2 ％Ｃ−1.9 ％Si−0.4 ％Mn−4.5 ％Ni−1.6 ％Cr−2.4 ％Mo−0.5 ％Nb−0.05％Al−0.07％Ｂ−0.003 REM を含有し、さらにＶを2.8 ％、あるいは3.5 ％含有し、残部Feの溶湯（有効Ｃ量：2.4 、2.2 ）を溶製し、同様に試験材とし、摩耗試験を実施した。
【００１４】
焼付き試験は、図３に示すように、高周波加熱コイルにより900 ℃に加熱され、150rpmで回転する円板状の相手材（材質：SUS410、大きさ：190mm φ）を25mm厚の板状試験片に100kgf（980 Ｎ）で10ｓ間圧接した。試験後、板状試験片の表面を観察し、表面に相手材の焼付き（へばりつき）が認められる場合を、「焼付き有り」とし、相手材の焼付き（へばりつき）が認められず摩耗している場合を、「焼付き無し」とした。
【００１５】
また、摩耗試験は、相手材（材質：S45C、大きさ：190mm φ）と試験片（大きさ：60mmφ）の２円盤すべり摩耗方式で実施した。回転数700rpmで回転させながら、相手材を800 ℃に加熱し、試験片を水冷し、試験片と相手材のすべり率を10％として、荷重100kgf（980 Ｎ）で圧接しながら150min間転動させた。試験後、試験片の摩耗減量（摩耗量）を測定した。さらに試験片表面の肌荒れ状況を目視で観察すると共に、肌荒れの大きな部分について、試験片周辺方向に10mmの長さにわたり、 触針式粗さ計を用いてJIS B 0601の規定に準拠して粗さ曲線を求め、十点平均粗さＲz を求めた。
【００１６】
得られた結果を、有効Ｃ量：｛Ｃ−（0.236 ×Ｖ＋0.129 ×Nb）｝との関係で図１に示す。なお、Cr，Ｃ，Ｖ，Nbは、各元素の含有量（質量％）である。有効Ｃ量が3.2 ％と3.4 ％の試験片（図中の×印）では、大きな肌荒れの発生と同時に摩耗量が他の２質量％Ｖを含有する試験片の1.3 倍以上に増加して、耐摩耗性の著しい低下がみられた。
【００１７】
図１から、有効Ｃ量が2.6 ％を超えると、十点平均粗さ（Ｒz ）が著しく増加し、著しい肌荒れが発生することがわかる。また、有効Ｃ量が1.8 ％未満では焼付きが発生している。有効Ｃ量を1.8 〜2.6 ％の範囲に限定することにより、耐焼付き性、耐肌荒れ性を兼備した熱間圧延用ロールが得られるという知見を得た。
【００１８】
なお、図１から、この有効Ｃ量の範囲内でも、Ｖ量が2.8 質量％（▲部）、3.5 質量％（■部）と高くなると、著しい肌荒れが発生することがわかる。有効Ｃ量が所定の範囲内であっても、耐肌荒れ性が劣化する場合があり、本発明者らは、更なる検討を行った。優れた耐摩耗性、優れた耐肌荒れ性および優れた耐焼付き性を兼備した熱間圧延作業用ロールとするためには、有効Ｃ量を1.8 〜2.6 ％の範囲に調整したうえで、さらにCrとＶの合計含有量（Cr＋Ｖ）を、所定範囲内に調整する必要があることを知見した。Crは、硬質な共晶炭化物を形成して耐摩耗性を向上するがCr量を増加すると共晶炭化物が増加し、耐肌荒れ性が劣化する。また、Ｖは、耐摩耗性向上に極めて有用であるがＶ量が増加するとMC型炭化物が粗大化して肌荒れが発生する。このため耐肌荒れ性と耐摩耗性を両立するには、Cr量とＶ量を好適範囲にバランスさせることが有効となる。
【００１９】
次に、このような知見を得た基礎的な実験結果について、説明する。
質量％で、2.9 ％Ｃ−1.8 ％Si−0.5 ％Mn−4.5 ％Ni−1.86〜1.92％Cr−2.3 ％Mo−1.01〜3.43％Ｖ−0.29〜0.35％Nb−0.05％Al−0.06％Ｂ−0.015 ％REM −残部Feを含有する溶湯を溶製し、厚さ35mmのＹ型キールブロックを作製し、試験材とした。なお、試験材の有効Ｃ量は2.09〜2.64％であった。これら試験材から試験片を採取し、摩耗試験を実施した。
【００２０】
摩耗試験は、相手材（材質：S45C、大きさ：190mm φ）と試験片（大きさ：60mmφ）の２円盤すべり摩耗方式で実施した。回転数700rpmで回転させながら、相手材を800 ℃に加熱し、試験片を水冷し、試験片と相手材のすべり率を10％として、荷重100kgf (980 N)で圧接しながら150min間転動させた。試験後、試験片の摩耗減量（摩耗量）を測定した。さらに試験片表面の肌荒れ状況を目視で観察し、肌荒れの大きな部分について試験片周辺方向に10mmの長さにわたり、 触針式粗さ計を用いてJIS B 0601の規定に準拠して粗さ曲線を求め、十点平均粗さＲz を求めた。
【００２１】
得られた結果を、（Cr＋Ｖ）との関係で図２に示す。なお、Cr，Ｖは、各元素の含有量（質量％）である。
図２から、（Cr＋Ｖ）が3.0 未満では摩耗量が増大し、 耐摩耗性が低下することがわかる。また、（Cr＋Ｖ）が4.6 を超えて増大すると、表面粗さ（Rz）が増大し耐肌荒れ性が劣化していることがわかる。本発明者らは、耐摩耗性と耐肌荒れ性をともに向上させるために、CrとＶの合計含有量（Cr＋Ｖ）を3.0 〜4.6 の範囲に限定する必要があることを知見した。
【００２２】
また、本発明者らは、共晶炭化物量の増加を抑制するため、あるいは、基地や炭化物へのCr濃化に起因した焼付きの発生を防止するために、Cr／Ｃを1.0 未満に制限する必要があることを知見した。
また、本発明者らは、耐焼付き性を向上させるために、ロール組織中に黒鉛を有することが重要であることに鑑み、黒鉛の晶出を促進する要因について検討した。黒鉛晶出を促進するには、炭化物形成元素を減ずること、炭化物形成を促進するＯ、Ｎを低減すること、黒鉛の核となる物質を添加することが考えられる。
【００２３】
Cr含有量を低減し、Ｗを添加しないという手段は、Cr、Ｗが強力な炭化物形成元素であることから、黒鉛晶出には有利となる。また、AlやTiの含有は、AlやTiがＯ、Ｎを固定する作用を有していることから、黒鉛晶出には有利となる。しかし、これらの手段だけでは、優れた耐摩耗性と耐肌荒れ性を維持しつつ、優れた耐焼付き性を有する熱間圧延作業用ロールとすることは難かしい。そこで、本発明者らは、さらに検討を行なった結果、さらに加えてＢを含有することにより耐焼付き性が向上することを見出した。
【００２４】
上記した成分調整により、黒鉛とＭＣ型炭化物と共晶炭化物と基地が共存する組織を有するロールが得られるが、熱間圧延作業用ロールとしてはさらに粗大片状黒鉛の晶出を防止する必要がある。粗大片状黒鉛は、切欠きとして作用し、ロールの圧延表面の欠け落ちを発生させて、肌荒れと摩耗量を増加させる。
本発明者らは、粗大片状黒鉛の生成を抑制する要因について鋭意検討し、微量のREM を含有することにより、粗大片状黒鉛の晶出が抑えられ、微細片状、塊状、球状のいずれかの黒鉛が出現し、黒鉛形態が改善されること見出した。
【００２５】
本発明は、上記した知見に基づいて、さらに検討を加えて完成されたものである。
すなわち、本発明は、熱間圧延用複合ロールの外層に用いられる外層材であって、質量％で、Ｃ：2.4 〜3.2 ％、Si：0.9 〜2.5 ％、Mn：0.2 〜1.5 ％、Cr：0.8 〜2.5 ％、Mo：1.2 〜4.0 ％、Ni：2.0 〜7.0 ％、Ｖ：1.5 〜2.7 ％、Nb：0.1 〜0.8 ％、Ｂ：0.020 〜0.2 ％、REM ：0.0006〜0.040 ％、を含み、かつＣ、Cr、Nb、Ｖ含有量が次（１）〜（３）式
1.8 ≦  Ｃ−(0.236×Ｖ＋0.129 ×Nb) ≦ 2.6  ・・・（１）
Cr／Ｃ  ＜1.0             ・・・（２）
3.0 ≦  Cr＋Ｖ  ≦4.6     ・・・（３）
（ここで、Ｃ、Ｖ、Nb、Cr：各元素の含有量（質量％））
を満足し、さらに、Ti：0.05％未満、Al：0.1 ％以下のうちから選ばれた１種または２種を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、黒鉛を含む組織とを有することを特徴とする耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロール外層材である。また、本発明では、前記組成に加えてさらに、質量％で、Co：0.5 〜4.0 ％含む組成とすることが好ましい。
【００２６】
また、本発明は、外層と内層が溶着一体化してなる熱間圧延用複合ロールであって、前記外層が、質量％で、Ｃ：2.4 〜3.2 ％、Si：0.9 〜2.5 ％、Mn：0.2 〜1.5 ％、Cr：0.8 〜2.5 ％、Mo：1.2 〜4.0 ％、Ni：2.0 〜7.0 ％、Ｖ：1.5 〜2.7 ％、Nb：0.1 〜0.8 ％、Ｂ：0.020 〜0.2 ％、REM ：0.0006〜0.040 ％を含み、かつCr、Ｃ、Ｖ、Nb含有量が前記（１）〜（３）式を満足し、さらに、Ti：0.05％未満、Al：0.1 ％以下のうちから選ばれた１種または２種を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、黒鉛を含む組織とを有することを特徴とする耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用複合ロールである。また、本発明では、前記外層が、前記組成に加えて、さらに質量％で、Co：0.5 〜4.0 ％含む組成とすることが好ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の熱間圧延用複合ロールの外層（外層材）の組成限定理由について説明する。なお、組成における質量％は単に％と記す。
Ｃ：2.4 〜3.2 ％
Ｃは、Ｖ、Nb、Cr、Moと結合して、ロールの耐摩耗性を向上するための硬質炭化物形成に必須な元素であるとともに、黒鉛の晶出ならびに耐焼付き性を確保するために必要な元素であり、本発明では2.4 ％以上の含有を必要とする。一方、3.2 ％を超えて含有すると共晶炭化物が多量に出現し、またMC型炭化物が粗大化して、耐肌荒れ性が低下する。このため、Ｃは2.4 〜3.2 ％の範囲に限定した。
【００２８】
Si：0.9 〜2.5 ％
Siは、脱酸剤として作用するとともに、Ｃの活量を増加し黒鉛を晶出させやすくする元素であり、本発明では0.9 ％以上の含有を必要とする。一方、2.5 ％を超えて含有すると、本発明成分において黒鉛の粗大化及び組織の粗大化を発生させ、ロールの耐肌荒れ性や耐摩耗性が著しく低下する。このようなことから、Siは0.9 〜2.5 ％の範囲に限定した。
【００２９】
Mn：0.2 〜1.5 ％
Mnは、溶鋼中のＳをMnS として固定し、耐摩耗性を阻害するＳを無害、安定化するために有効である。また、焼入れ性を向上させ硬さを増加させるという効果もある。このような効果を得るためには、0.2 ％以上の含有が必要である。しかし、1.5 ％を超えて含有すると凝固界面に偏析し材料を脆化させる。このため、Mnは0.2 〜1.5 ％の範囲に含有した。なお、好ましくは0.3 〜1.0 ％である。
【００３０】
Cr：0.8 〜2.5 ％
Crは、共晶炭化物を増量させ、硬質化させる元素であり、Moとともに含有させることにより、ロール圧延時の炭化物破壊を抑制し耐摩耗性を向上させる効果を有する。このような効果を得るためには、0.8 ％以上の含有を必要とする。一方、2.5 ％を超えて含有すると、共晶炭化物が増加し耐肌荒れ性が低下するとともに、黒鉛量が減少して耐焼付き性も低下する。このため、Crは0.8 〜2.5 ％に限定した。
【００３１】
Mo：1.2 〜4.0 ％
Moは、共晶炭化物を過度に増量させることなく、炭化物や基地を強化する作用を有し、優れた耐肌荒れ性を維持しつつ耐摩耗性を向上させる効果を有する。特に、Nbと複合して含有することにより、硬質なMC型炭化物を強化し、耐摩耗性を顕著に向上させる重要な効果を発揮するが、このような効果を得るためには、1.2 ％以上の含有を必要とする。一方、4.0 ％を超えて含有すると、Mo主体の硬く脆弱な炭化物が多量に形成され、耐肌荒れ性が劣化する。このため、Moは1.2 〜4.0 ％に限定した。なお、好ましくは1.5 〜3.5 ％である。
【００３２】
Ni：2.0 〜7.0 ％
Niは、焼入れ性を向上し、材料の硬さを増加させて耐摩耗性を向上させる効果を有する。また、Niは黒鉛の晶出を促進させる効果も有する。このような効果は2.0 ％以上の含有で認められるが、7.0 ％を超えて含有すると、オーステナイトを著しく安定化し、残留オーステナイト量が増加し耐焼付き性を低下させる。このため、Niは2.0 〜7.0 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは3.0 〜6.0 ％である。
【００３３】
Ｖ：1.5 〜2.7 ％
Ｖは、硬質なMC型炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる効果を有する元素である。本発明では、一定レベル以上の耐摩耗性を得るために、1.5 ％以上の含有を必要とする。一方、2.7 ％を超えると、MC型炭化物が粗大化して肌荒れが発生する。さらに、焼付きが発生しやすくなったりする等の弊害もある。このため、Ｖは1.5 〜2.7 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは、1.5 〜2.3 ％である。
【００３４】
Nb：0.1 〜0.8 ％
Nbは、MC型炭化物に固溶して炭化物を強化する作用を有する元素であり、とくに、本発明の含有範囲内のCr、Mo、Ｖと複合して含有することにより、炭化物を著しく強化して耐摩耗性を顕著に向上させる重要な効果を有している。Ｖのみの含有ではMC型炭化物が羽毛状に成長して組織が粗大化し、ロールの肌荒れを誘引するが、NbとＶを複合して含有することにより、MC型炭化物の羽毛状化を抑制することができ、さらにTi、Alと複合添加することにより、炭化物が微細化し、肌荒れが抑制される。このような効果を得るためには、0.1 ％以上のNb含有を必要とする。なお、Nbが0.1 ％未満では、MC型炭化物の偏析や粗大化が発生する。一方、0.8 ％を超えて含有すると、MC型炭化物がデンドライト状に粗大化するため、却って肌荒れが発生するようになる。また、遠心鋳造法で製造すると、MC型炭化物の偏析が生じる。このようなことから、Nbは0.1 〜0.8 ％の範囲に限定した。
【００３５】
Ｂ：0.020 〜0.2 ％
Ｂは、黒鉛を微細分散する作用と、さらに、耐焼付き性を向上させる作用を有する。このような効果はREM 共存下で0.020 ％以上の含有で認められるが、0.2 ％を超えて含有すると、炭化物が脆弱化し、耐摩耗性が低下するとともに、黒鉛量も減少する。このため、Ｂは0.020 〜0.2 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.04〜0.10％である。
【００３６】
REM ：0.0006〜0.040 ％
REM は、耐摩耗性と耐肌荒れ性をともに向上させる重要な元素である。REM は、肌荒れ性と耐摩耗性に顕著な悪影響を及ぼす粗大片状黒鉛の晶出を抑制する作用を有し、さらに組織を微細化する効果も有する。このような効果を得るためには、0.0006％以上の含有を必要とする。一方、0.040 ％を超えて含有しても効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できないうえ、焼付きを抑制する黒鉛量を減少する傾向を示す。このため、REM は0.0006〜0.040 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.001 〜0.03％である。
【００３７】
Ti：0.05％未満、Al：0.1 ％以下のうちから選ばれた１種または２種
Ti、Alは、いずれも、炭化物生成を助長するＯやＮを固定することにより、黒鉛化を促進する作用を有し、また、Nb炭化物の核となることによりMC型炭化物を微細分散させる重要な効果を有する。このような効果は、Tiが0.01％以上、Alが0.03％以上の含有で顕著に認められる。 一方、Tiを0.05％以上含有すると、微細MC型炭化物が密集し、その部分で大きな肌荒れを発生させる。また、Alを0.1 ％を超えて含有すると、溶湯の流動性が低下して鋳造欠陥が発生しやすくなる。このため、Tiは0.05％未満、Alは0.1 ％以下に限定した。なお、Al、Tiのいずれも含有しない場合には、耐焼付き性が劣化すると共に、MC型炭化物が粗大化し、肌荒れ性が発生する。なおTiは0.010 〜0.040 ％とすることが好ましい。また、Alは0.02〜0.06％とすることが好ましい。
【００３８】
また、本発明では、上記した成分範囲内としたうえで、さらに次（１）〜（３）式
1.8 ≦Ｃ−（0.236 ×Ｖ＋0.129 ×Nb）≦2.6 ％        ……（１）
Cr／Ｃ＜1.0           ……（２）
3.0 ≦Cr＋Ｖ≦4.6               ……（３）
（ここで、Ｃ、Ｖ、Nb、Cr：各元素の含有量 (質量％））
を満足するように各成分の含有量を調整することが重要である。これにより、優れた耐摩耗性、耐肌荒れ性及び耐焼付き性を兼備した熱間圧延作業用ロール外層 (外層材）となる。
【００３９】
1.8 ≦Ｃ−（0.236 ×Ｖ＋0.129 ×Nb）≦2.6 ％        ……（１）
有効Ｃ量：｛Ｃ−（0.236 ×Ｖ＋0.129 ×Nb）｝が1.8 未満では、黒鉛の生成が認められなくなり、 耐焼付き性が劣化する。一方、2.6 ％を超えると共晶炭化物が過度に増加し、顕著な肌荒れが発生し耐肌荒れ性が劣化する。このため、有効Ｃ量：｛Ｃ−（0.236 ×４＋0.129 ×Nb）｝を1.8 以上2.6 以下に限定した。なお、Ｖ含有量が2.1 ％を超える場合には、肌荒れの抑制の観点から有効Ｃ量は2.5 以下にすることが好ましい。（0.236 ×Ｖ＋0.129 ×Nb）は、ＶとNbによってMC型炭化物の形成に消費されるＣ量を意味し、｛Ｃ−0.236 ×Ｖ−0.129 ×Nb｝は、耐焼付き性向上に有利な黒鉛や共晶炭化物の生成に寄与する残されたＣ量を示す値である。
【００４０】
Cr／Ｃ＜1.0                     ……（２）
Cr／Ｃが1.0 以上、すなわちCr含有量がＣ含有量以上となる場合には、基地中および炭化物中のCr濃度が増加し、また黒鉛量が減少するため、焼付きが顕著に発生しやすくなる。Cr／Ｃを1.0 未満とすることにより、従来のNiグレン鋳鉄ロールと同等の優れた耐焼付き性を維持できる。
【００４１】
3.0 ≦Cr＋Ｖ≦4.6               ……（３）
（Cr＋Ｖ）が3.0 未満では、耐摩耗性が低下し、摩耗量が著しく増大する。一方、4.6 を超えると肌荒れが著しく大きくなる。このため、本発明では、（Cr＋Ｖ）を3.0 〜4.6 の範囲に限定した。なお、耐肌荒れ性を重視する場合には、Cr＋Ｖを3.0 近い組成とし、耐摩耗性を重視する場合は、Cr＋Ｖを4.6 に近い組成とすることが好ましい。
【００４２】
上記した成分範囲とすることに加えて上記した（１）、（２）、（３）式をすべて満足するように組成を調整することにより、耐摩耗性、 耐焼付き性および耐肌荒れ性を同時に向上させることができる。
また、本発明の外層材 (外層）は、上記した組成に加えてさらに、Co：0.5 〜4.0 ％を含有してもよい。
【００４３】
Co：0.5 〜4.0 ％
Coは、基地に分配され、基地の合金元素固溶量を増加すると共に、基地を強化し、粗大な絞りクラックの生成を抑える効果があり、必要に応じ含有することができる。このような効果を得るためには、Coを0.5 ％以上含有することが好ましい。一方、4.0 ％を超えて含有しても、効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できず、高価な元素であるため経済的に不利となる。このため、Coは0.5 〜4.0 ％の範囲に限定することが好ましい。
【００４４】
また、本発明の外層材 (外層）では、上記した組成に加えて、黒鉛を含む組織を有する。黒鉛は、耐焼付き性の向上に有効に作用する。このような効果は0.1 ％以上の黒鉛の含有で顕著となるが、２％を超えて存在すると、耐摩耗性が著しく低下する。このため、黒鉛は２％以下とすることが好ましい。
本発明では、外層材の製造方法は特に限定されないが、上記した組成の溶湯を、遠心鋳造法で所定の寸法形状の外層材とすることが製造コストの観点から好ましい。この場合、外層材の凝固途中あるいは完全凝固後に、鋳型の回転を停止し内層材を静置鋳造して、複合ロールとすることが好ましい。これにより外層材の内面側が再溶解され外層と内層が溶着一体化した、複合ロールとなる。
【００４５】
静置鋳造される内層は、鋳造性と機械的性質に優れた球状黒鉛鋳鉄やいも虫状黒鉛鋳鉄あるいは黒鉛鋼などを用いるのが好ましい。また、外層と内層の間に、黒鉛鋼や高炭素鋼からなる中間層を設けてもよい。遠心鋳造法でロールを製造する場合、中間層は、外層の遠心鋳造に引きつづいて、遠心鋳造すれば良い。
なお、以上の説明は、主として、鋼板の熱間圧延用ロールを対象に説明してきたが、本発明は、鋼板の熱間圧延用複合ロールに限定されることはなく、カリバー付き鋼管圧延用複合ロールに適用しても何ら問題ないことはいうまでもない。なお、鋼管圧延用のスリープ式ロールを製造する場合は、外層を遠心鋳造後、球状黒鉛鋳鉄や、高炭素鋼を内層材として、遠心鋳造すれば良い。
【００４６】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す組成を有する溶湯を溶解し、Ca−Siで接種した後、ロール外層材に相当するリング状試験材( 外径：250 mmφ、肉厚：80mm) を遠心鋳造方法により鋳造した。なお、鋳込み温度は1450℃、遠心力は重力倍数で160 Ｇとした。鋳造後、試験材に500 ℃で焼戻し処理を施した。焼戻し後の硬さは、Hs77〜86であった。なお、Niグレン鋳鉄を従来例とした。
【００４７】
これらリング状試験材から試験片を採取し、組織観察、摩耗試験、および焼付き試験を行った。
（１）  組織観察
リング状試験材から組織観察用試験片を採取し、リング状試験材中央断面について、まず黒鉛の有無を観察した。ついで、リング状試験材断面について、硝酸水溶液で腐食しマクロ組織を観察し、ＭＣ型炭化物の偏析状況を調査した。偏析模様が観察される場合を偏析有り、その他の場合を偏析無しとした。
（２）  摩耗試験
リング状試験材から試験片（大きさ：60mmφ）を採取し、相手材（材質：S45C、大きさ：190 mmφ) と試験片の2 円盤すべり摩耗方式で摩耗試験を実施した。試験片を回転数700rpmで回転させながら、相手材を800 ℃に加熱し、試験片を水冷し、試験片と相手材のすべり率を10％として、荷重100kgf（980 N ）で圧接しながら150min間転動させた。試験後、試験片の摩耗減量（摩耗量）を測定した。さらに試験片表面の肌荒れ状況を目視で観察し、一部の肌荒れの大きな部分について試験片周辺方向に10mmの長さにわたり、 触針式粗さ計を用いてJIS B 0601の規定に準拠して粗さ曲線を求め、十点平均粗さＲz を求めた。
（３）  焼付き試験
リング状試験材から試験片（25mm厚の板状) を採取し、図３に示す方式の試験機で焼付き試験を実施した。試験片（25mm厚板状) に、高周波加熱コイルにより、900 ℃に加熱されて150rpmで回転する円板状の相手材（材料：SUS410、大きさ：190 mmφ) を100kgf（980 N)で10ｓ間圧接した。試験後の試験片表面に相手材（金属）のへばり付きがある場合を「焼付き有り」（×）、へばり付きがなく表面が摩耗している場合を「焼付きなし」（○）として、耐焼付き性を評価した。
【００４８】
得られた結果を表２に示す。
【００４９】
【表１】
0003925308.tif 000002
【００５０】
【表２】
0003925308.tif 000003
【００５１】
本発明例は、いずれも耐摩耗性に優れ、かつ焼付きや肌荒れの発生がなく、極めて優れた耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒れ性を有するロール外層材となっている。一方、本発明の範囲から外れる比較例は、耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒れ性の少なくとも１つ以上が低下している。（Cr＋Ｖ）量、Ｖ含有量が本発明範囲を低い外れる比較例（リング材No. Ａ）では、摩耗量が多く耐摩耗性が低下している。また、（Cr＋Ｖ）量、Ｖ含有量が本発明範囲を高く外れる比較例（リング材No. Ｆ，No. Ｇ）では、著しい肌荒れが発生し、耐肌荒れ性が低下している。また、Cr含有量、Cr/C量、（Cr＋Ｃ）量が本発明範囲を高く外れる比較例（リング材No. Ｍ，No. Ｎ）では、摩耗量が増加し耐摩耗性が低下するとともに、肌荒れ、焼付きが発生し耐肌荒れ性、耐焼付き性が低下している。また、Al、Ti、REM を含有しない比較例（リング材No. Ｏ）では、焼付き、肌荒れがともに発生し、耐肌荒れ性、耐焼付き性が低下し、、REM を含有しないためさらには耐摩耗性が低下している。また、Ti含有量が高くはずれ、Nb，Ｂ，REM を含有しない比較例（リング材No. Ｐ）では、肌荒れが発生し、耐肌荒れ性が低下している。Ｃ含有量が本発明範囲を低く外れる比較例（リング材No. Ｑ）では、焼付きが発生し、 耐焼付き性が低下している。また、Al、Ti、REM を含有せず、有効Ｃ量が本発明範囲を高く外れ、Mo含有量が本発明範囲を低く外れる比較例（リング材No. Ｗ）では、有効Ｃ量の過剰とTi、Alを含有しないことで肌荒れが発生し、Mo量の不足とREM を含有しないことに起因して摩耗量が著しく増加し、耐摩耗性、耐肌荒れ性が低下している。また、Ｖ含有量が本発明範囲を高く外れ、有効Ｃ量が本発明範囲を低く外れる比較例（リング材No. Ｘ）では、焼付きが発生し、耐焼付き性が低下している。なお、従来例（リング材No.NiG）は耐焼付き性に優れるが耐摩耗性が著しく劣っている。
（実施例２）
製品胴径685 mm、胴長2380mmの複合ロールを以下の手順で製造した。
【００５２】
遠心力140 Ｇで回転する鋳型内に、外層として肉厚120 mmになるように、外層材溶湯を鋳込んだ。外層が凝固した後に鋳型の回転を停止し、鋳型を立てて内層材( 球状黒鉛鋳鉄）を鋳造することで、外層−内層を一体化させ、外層の表面温度が80℃以下になるまで冷却した後、鋳型を解体し、外層−内層からなる複合ロールとした。
【００５３】
得られた複合ロールは、500 ℃に30時間加熱したのち徐冷する熱処理（焼戻し処理）を実施し、外層の硬さを79〜83Hsとした。
熱処理後、ロール胴端部から外層の化学組成分析用試験材、組織観察用試験片を採取した。なお、内層についてはロール軸端の中心部から化学組成分析用試料を採取した。各複合ロールの外層、内層の化学組成を表３に示す。
【００５４】
得られた複合ロールを、熱間仕上圧延ミルのF7スタンドの作業ロールとして投入し、中炭素鋼10本の試験圧延を実施した。なお、その中の1 本で絞り圧延を再現し、焼付き状況を比較した。
【００５５】
【表３】
0003925308.tif 000004
【００５６】
本発明例（複合ロールNo．１）は、従来ロールであるNiG 鋳鉄ロールの約２倍の極めて良好な耐摩耗性と耐肌荒れ性を有することが確認された。また、絞り圧延において焼付きは発生しなかった。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、鋼板の熱間圧延の後段圧延スタンド用ロールとして、耐摩耗性、耐焼付き性および耐肌荒れ性を兼備した複合ロールが安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明の複合ロールは、優れた耐焼付き性、耐肌荒れ性および耐摩耗性が要求される鋼管圧延用ロールとしても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】十点平均粗さ（Ｒz ）、焼付き、肌荒れと有効Ｃ量との関係を示すグラフである。
【図２】摩耗量、十点平均粗さ（Ｒz ）と（Cr＋Ｖ）量の関係を示すグラフである。
【図３】焼付き試験の概要を示す概略説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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