(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：2.9 〜3.8 ％、              Si：0.8 〜2.0 ％、
Mn：0.2 〜1.5 ％、              Cr：1.5 〜3.5 ％、
Mo：0.8 〜3.5 ％、              Ni：3.0 〜7.0 ％、
Ｖ：1.0 〜3.5 ％、              Nb：0.1 〜0.8 ％、
Ｂ：0.020 〜0.2 ％、            REM ：0.002 〜0.030 ％
を含み、かつ下記（１）式および下記（２）式を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐焼付き性と耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール外層材。
記
2.5 ≦  Ｃ−(0.236×Ｖ＋0.129 ×Nb）  ≦3.2     ………（１）
0.5 ≦＜ Cr ／Ｃ  ＜1.0                         ………（２）
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、Ｗ：３％以下を含有することを特徴とする請求項１に記載の耐焼付き性と耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール外層材。
【請求項３】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ti：0.1 ％以下、Zr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の耐焼付き性と耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール外層材。
【請求項４】
黒鉛を面積率で2.5 ％以下含有する組織を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の耐焼付き性と耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール外層材。
【請求項５】
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：2.9 〜3.8 ％、              Si：0.8 〜2.0 ％、
Mn：0.2 〜1.5 ％、              Cr：1.5 〜3.5 ％、
Mo：0.8 〜3.5 ％、              Ni：3.0 〜7.0 ％、
Ｖ：1.0 〜3.5 ％、              Nb：0.1 〜0.8 ％、
Ｂ：0.020 〜0.2 ％、            REM ：0.002 〜0.030 ％
を含み、かつ下記（１）式および下記（２）式を満足し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐焼付き性と耐摩耗性に優れた熱間圧延用複合ロール。
記
2.5 ≦  Ｃ−(0.236×Ｖ＋0.129 ×Nb）  ≦3.2     ………（１）
0.5 ≦ Cr ／Ｃ  ＜1.0                           ………（２）
ここで、Ｃ，Ｖ，Nb，Cr：各元素の含有量（質量％）
【請求項６】
前記外層が、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｗ：３％以下を含有することを特徴とする請求項５に記載の耐焼付き性と耐摩耗性に優れた熱間圧延用複合ロール。
【請求項７】
前記外層が、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ti：0.1 ％以下、Zr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項５または６に記載の耐焼付き性と耐摩耗性に優れた熱間圧延用複合ロール。
【請求項８】
前記外層が、黒鉛を面積率で2.5 ％以下含有する組織を有することを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の耐焼付き性と耐摩耗性に優れた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、特に鋼板の熱間圧延仕上後段スタンドに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には、黒鉛を含有する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、黒鉛はロールの摩耗や肌荒れを助長する傾向を有している。このため、従来のNiグレン鋳鉄ロールでは、耐摩耗性および肌荒れ性が要求されるレベルに対し十分とはいえないという問題を残していた。
【０００４】
このような問題に対し、例えば、特開平1-287248号公報には、グレン系鋳鉄に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、グレン系鋳鉄に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】
しかし、最近では、圧延製品の品質向上と効率的生産の観点から、圧延速度の増加、連続圧延量の増加等、熱間圧延用ロールの使用環境はますます過酷化し、同時に、被圧延材の高合金化など生産される圧延製品の品種が多様化するに伴い、熱間圧延作業ロールに対する要求もさらに高く、しかも多様化している。このため、特開平1-287248号公報、特開平6-335712号公報及び特開平6-256889号公報に記載された技術によっても、耐焼付き性と耐摩耗性を安定的に両立させることは困難となっており、ロールの肌荒れ等も問題視されるようになってきた。
【０００６】
さらに、鋼板の熱間圧延においては、圧延用作業ロールとして、グレン系鋳鉄ロールとロールクラウンが異なるハイス系ロールの導入により、大きな絞り圧延事故の発生頻度が増加しており、特に仕上後段スタンドでは耐事故性の観点から、耐摩耗性に劣るものの、耐焼付き性に優れたグレン系鋳鉄ロールを使用せざるを得ない状況にある。特開平1-287248号公報、特開平6-335712号公報に記載された技術では、絞り圧延時事故に遭遇した時の耐焼付き性が不十分であり、また、特開平6-335712号公報、特開平6-256889号公報に記載された技術では、耐焼付き性が不十分であるうえ、さらにCr、MoあるいはＶの多量添加に起因する炭化物偏析も問題になる。
【０００７】
また、Ｖを多量添加すると、オーステナイト（デンドライト）と共晶する形で、コロニー状の粗大なMC型炭化物が晶出し、結晶粒を粗大化することによってロールの肌荒れや摩耗を促進するという問題があった。さらに、Crを過剰に添加すると耐焼付き性が著しく劣化するという問題もあった。一方、鋼管圧延においても圧延鋼種の高合金化が進んでおり、熱間圧延用ロールへの焼付き防止と耐摩耗性向上が強く要望されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平1-287248号公報
【特許文献２】
特開平6-335712号公報
【特許文献３】
特開平6-256889号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、耐焼付き性と耐摩耗性がともに優れた、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。
【００１０】
【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、耐焼付き性と耐摩耗性を同時に向上することを狙いとして、熱間圧延用複合ロール外層の組成について鋭意検討した。その結果、Ｖを１〜3.5 ％含有せしめることにより、硬質なMC型炭化物が出現し、さらに特定量のNbを含有することにより、MC型炭化物が粒状化して結晶粒（デンドライト）の微細化が進むことを見出した。また、さらに特定量のCrとMoあるいはＷを含有せしめることにより、MC型炭化物や他の共晶炭化物、および基地が固溶強化されて、耐摩耗性が著しく向上することを見出した。
【００１１】
本発明者らの更なる検討により、耐焼付き性と耐摩耗を同時に達成するためには、上記したＶ，Nb，Cr等の各元素の含有量範囲を単独で調整するだけでは不十分であり、さらにCr／Ｃと｛Ｃ−（0.236 ×Ｖ＋0.129 ×Nb）｝とを厳格に調整する必要があることが判明した。
まず、本発明の基礎になった実験結果について、説明する。
【００１２】
質量％で、2.9 〜4.0 ％Ｃ−1.1 〜2.0 ％Si−0.4 〜0.9 ％Mn−3.7 〜6.7 ％Ni−1.0 〜3.2 ％Mo−0.04〜0.09％Ｂ−0.008 〜0.09％REM −1.3 〜3.2 ％Ｖ−0.1 〜1.0 ％Nb−1.3 〜4.5 ％Cr−残部Feを含有する溶湯を溶製し、遠心鋳造法によりロール外層材に相当するリング状試験材とした。これらリング状試験材を500 ℃で焼戻したのち、これらリング状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。なお、従来のNiグレン鋳鉄（質量％で、Ｃ：3.5 ％−0.8 ％Si−0.7 ％Mn−4.5 ％Ni−0.6Mo −0.005 ％Ｂ）も同様に試験した。
【００１３】
焼付き試験は、図２に示すように、高周波加熱コイルにより 850℃に加熱され、100rpm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。
【００１４】
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 780℃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980 Ｎで圧接しながら120min間転動させた。試験後、試験片の摩耗減量を測定した。耐摩耗性は、従来のNiグレン鋳鉄 (基準片）の摩耗量を基準値とし、基準値に対する各試験片の摩耗量の比、摩耗比（＝（各試験片の摩耗量）／（基準片の摩耗量））で評価した。摩耗比が0.8 未満である場合を「耐摩耗性に優れる」として評価した。
【００１５】
得られた結果を、Cr／Ｃと｛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。
図１から、焼付きの発生が無く摩耗比が0.8 未満である（符号：○）、耐焼付き性と耐摩耗性とがともに優れたものとするためには、｛Ｃ−（0.236 ×Ｖ＋0.129 ×Nb）｝が2.5 〜3.2 で、かつ、Cr／Ｃが0.5 〜1.0 の範囲となるように組成を調整する必要があることがわかる。｛Ｃ−（0.236 ×Ｖ＋0.129 ×Nb）｝と、Cr／Ｃのいずれか、あるいは両方が、この範囲外となると、焼付きの発生あるいは摩耗比が0.8 を超えて、優れた耐焼付き性と優れた耐摩耗性とを同時に具備することができなくなる。
【００１６】
なお、（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量を表し、｛Ｃ−（0.236 ×Ｖ＋0.129 ×Nb）｝は、耐焼付き性向上に有利な共晶炭化物および黒鉛の生成に寄与するＣ量を示す。以下、本発明では、｛Ｃ−（0.236 ×Ｖ＋0.129 ×Nb）｝を有効Ｃ量とも呼ぶ。
また、本発明者らは、上記した組成の制御に加え、さらに特定量のＢとREM を複合含有させることにより、組織の微細化、黒鉛の球状化、微細分散化等の組織改質が顕著に進行でき、耐摩耗性と耐焼付き性がともに優れた熱間圧延用ロール外層材を容易に安定して製造できることを知見した。ＢとREM のどちらか一方あるいは両方を含有しない場合には、上記したCr／Ｃ、有効Ｃ量の制御のみでは、耐摩耗性と耐焼付き性の両立は困難である。
【００１７】
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：2.9 〜3.8 ％、Si：0.8 〜2.0 ％、Mn：0.2 〜1.5 ％、Cr：1.5 〜3.5 ％、Mo：0.8 〜3.5 ％、Ni：3.0 〜7.0 ％、Ｖ：1.0 〜3.5 ％、Nb：0.1 〜0.8 ％、Ｂ：0.020 〜 0.2％、REM ：0.002 〜0.030 ％を含み、かつ次（１）式および次（２）式
2.5 ≦  Ｃ−(0.236×Ｖ＋0.129 ×Nb）  ≦3.2     ………（１）
0.5 ≦ Cr ／Ｃ  ＜1.0                           ………（２）
（ここで、Ｃ，Ｖ，Nb，Cr：各元素の含有量（質量％））
を満足し、残部Feおよび不可避的不純物とからなる組成を有することを特徴とする耐焼付き性と耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール外層材である。
【００１８】
また、本発明では、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ｗ：３％以下を含有することも有効である。また、本発明では、前記各組成に加えてさらに、質量％で、Ti：0.1 ％以下、Zr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することが好ましい。また、本発明では、Caを含有した接種剤を溶湯中に添加する方法等で少量のCaを含有させることも好ましい。さらに、本発明では、黒鉛を面積率で2.5 ％以下含有する組織を有することが好ましい。
【００１９】
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：2.9 〜3.8 ％、Si：0.8 〜2.0 ％、Mn：0.2 〜1.5 ％、Cr：1.5 〜3.5 ％、Mo：0.8 〜3.5 ％、Ni：3.0 〜7.0 ％、Ｖ：1.0 〜3.5 ％、Nb：0.1 〜0.8 ％、Ｂ：0.020 〜 0.2％、REM ：0.002 〜0.030 ％を含み、かつ次（１）式および次（２）式
2.5 ≦  Ｃ−(0.236×Ｖ＋0.129 ×Nb）  ≦3.2     ………（１）
0.5 ≦ Cr ／Ｃ  ＜1.0                           ………（２）
（ここで、Ｃ，Ｖ，Nb，Cr：各元素の含有量（質量％））
を満足し、残部Feおよび不可避的不純物とからなる組成を有することを特徴とする耐焼付き性と耐摩耗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、Ｗ：３％以下を含有することも有効である。また、本発明では、前記外層が、前記各組成に加えてさらに、質量％で、Ti：0.1 ％以下、Zr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することが好ましく、また、本発明では、前記外層が、黒鉛を面積率で2.5 ％以下含有する組織を有することが好ましい。また、前記内層を球状黒鉛鋳鉄、いも虫状黒鉛鋳鉄あるいは黒鉛鋼などの、強靱でかつ鋳造性の良い材料で構成することが好ましい。
【００２０】
【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：2.9 〜3.8 ％
Ｃは、Ｖ，Nb，Cr，MoあるいはＷ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2.9 ％以上の含有を必要とする。一方、3.8 ％を超えて含有すると脆弱な炭化物が多量に出現し、またMC型炭化物が粗大化して、耐摩耗性が低下する。このようなことから、Ｃは2.9 〜3.8 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは、3.0 〜3.6 ％である。
【００２１】
Si：0.8 〜2.0 ％
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0.8 ％以上の含有を必要とする。一方、2.0 ％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0.8 〜2.0 ％の範囲に限定した。
【００２２】
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0.2 〜1.0 ％である。
【００２３】
Cr：1.5 〜3.5 ％
Crは、共晶炭化物を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。本発明では1.5 ％以上の含有を必要とする。一方、3.5 ％を超えて含有すると、耐焼付き性を低下させる作用を有する。このため、Crは1.5 〜3.5 ％に限定した。
【００２４】
Mo：0.8 〜3.5 ％
Moは、黒鉛の晶出を阻害することなく、耐摩耗性向上に有効な炭化物を形成させる元素である。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効果を有するが、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、3.5 ％を超えて含有すると、Mo主体の脆弱な炭化物が多量に形成し、耐摩耗性が顕著に低下する。このため、Moは0.8 〜3.5 ％に限定した。なお、好ましくは1.0 〜3.0 ％である。
【００２５】
Ni：3.0 〜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3.0 ％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3.0 〜7.0 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは4.0 〜6.0 ％である。
【００２６】
Ｖ：1.0 〜3.5 ％
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、1.0 ％以上の含有を必要とする。一方、3.5 ％を超える含有は、耐焼付き性を劣化させるとともに、炭化物の凝固偏析を促進し、ロール表面品質を低下させる。また、3.5 ％を超える含有は、基地組織を著しく粗大化させてロール肌荒れを発生させる原因ともなる。このため、Ｖは1.0 〜3.5 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは、1.0 〜 3.0％である。
【００２７】
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、組織の粗大化も防止できる。このような効果を得るためには、0.1 ％以上の含有を必要とする。なお、Nbが0.1 ％未満では、MC型炭化物の偏析が発生する。一方、1.0 ％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、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。
【００２８】
Ｂ：0.020 〜 0.2％
Ｂは、黒鉛を微細分散、塊状化する作用を有するとともに、炭化物組織を微細化して耐摩耗性と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。
【００２９】
REM ：0.002 〜0.030 ％
REM は、晶出する黒鉛を塊状化あるいは球状化し微細分散する作用を有し、さらに組織を微細化する作用も有し、耐摩耗性を顕著に向上させる、本発明における重要な元素である。0.002 ％未満の含有では、片状化等の黒鉛形態の劣化と組織の粗大化が生じ、耐摩耗性が著しく低下する。一方、0.030 ％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、さらに黒鉛量を減ずる傾向を示す。このようなことから、REM は0.002 〜0.030 ％の範囲に限定した。
【００３０】
なお、REM の添加はミッシュメタルを用いて行うことが好ましい。ミッシュメタルの組成は、REM ：95％以上、残部Fe、Mg、Al、Siである。ミッシュメタル中のREM 元素の比率は、Ce：30〜60％、La：20〜40％、Nd：10〜20％、Pr：３〜10％、Sm：0.1 ％未満、その他１％未満である。なお、REM の添加は、ミッシュメタル以外でもよいことはいうまでもない。
【００３１】
本発明でいうREM は、希土類元素；La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luを総称して使用するが、存在比率は、Ce,La,Ndがおよそ５：３：２となり、La,Ce,NdでREM のほとんどを占め、残部は極微量であるため、本発明では、分析により得られたLa,Ce,Ndの合計量をREM 量として使用するものとする。なお、La,Ce,Ndの分析方法は、JIS K 0116の規定に準拠した、誘導結合プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ）で行うものとする。
【００３２】
なお、本発明では、Ｃ，Ｖ，Nbの含有量を上記した範囲内としたうえで、さらに、次（１）式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。
2.5 ≦｛Ｃ−(0.236×Ｖ＋0.129 ×Nb）｝≦3.2     ………（１）
（ここで、Ｃ，Ｖ，Nb：各元素の含有量（質量％））
有効Ｃ量、｛Ｃ−(0.236×Ｖ＋0.129 ×Nb）｝が、2.5 未満では耐焼付き性が劣化し、一方、3.2 を超えると、黒鉛や脆弱な炭化物が増加し、耐摩耗性が低下する。このため、有効Ｃ量、｛Ｃ−(0.236×Ｖ＋0.129 ×Nb）｝を2.5 以上3.2 以下とした。なお、｛Ｃ−(0.236×Ｖ＋0.129 ×Nb）｝中の（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。（１）式を満足することが、優れた耐摩耗性と耐焼付き性を両立させるための重要な基本条件のひとつとなる。
【００３３】
0.5 ≦ Cr ／Ｃ  ＜1.0                           ………（２）
（ここで、Ｃ，Cr：各元素の含有量（質量％））
Cr／Ｃが1.0 を超える、すなわちCr含有量がＣ含有量を超える場合には、基地中及び炭化物中のCr濃度が増加して、焼付きが顕著に発生しやすくなる。Cr／Ｃが１未満であれば、焼付き抑制に有利な比較的Cr濃度の少ない炭化物が形成され、Niグレン鋳鉄と同等の優れた耐焼付き性を維持できる。一方、Cr／Ｃが0.5 未満では、炭化物と基地に分配されるCr量が不足し、耐摩耗性が著しく低下する。このため、本発明では、Cr／Ｃを0.5 以上1.0 未満とした。本発明では、（２）式を満足することが、優れた耐摩耗性と耐焼付き性を両立させるための重要な基本条件のひとつとなる。
【００３４】
上記した基本組成に加えてさらに、Ｗ：３％以下、あるいはさらにCa：0.01％以下、および／またはTi：0.1 ％以下、Zr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することができる。
Ｗ：３％以下
Ｗは、主として共晶炭化物に分配されるため、硬質の共晶炭化物を増量し、耐摩耗性や耐肌荒れ性を向上させる作用を有し、必要に応じ含有することができる。このような効果は 0.1％以上の含有で認められる。一方、３％を超えて含有すると、肌荒れを促進する作用があり、また炭化物の偏析が発生してロール品質を変化させる。このため、本発明ではＷは３％以下に限定することが好ましい。
【００３５】
Ca：0.01％以下
Caも、黒鉛を球状化し、黒鉛の切欠き効果を減少させて耐摩耗性を一層向上させる作用を有する元素であり、必要に応じ含有することができる。このような効果は、0.0005％以上の含有で顕著に認められるが、0.01％を超えて含有すると、効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなり経済的に不利となる。このため、Caは0.01％以下に限定することが好ましい。なお、Caを添加する場合は、Ca−Si等の接種剤として溶湯中に添加することが好ましい。
【００３６】
Ti：0.1 ％以下、Zr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
Ti、Zr、Alはいずれも、組織を微細化する作用を有する元素であり、必要に応じ選択して含有できる。Ti、Zr、Alがそれぞれ0.1 ％を超えて含有すると、粗大な片状黒鉛あるいは炭化物の偏析が形成される。
【００３７】
なお、上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。不可避的不純物として、Ｐ：0.1 ％以下、Ｓ：0.05％以下が許容できる。
また、本発明の外層材では、上記した組成に加えて、面積率で2.5 ％以下の黒鉛を含む組織とすることが好ましい。黒鉛は、耐焼付き性向上に有効に作用するが、2.5 ％を超えて存在すると、耐摩耗性や耐肌荒れ性が著しく低下する。このため、黒鉛は上記した 2.5％以下に限定することが好ましい。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
【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、Hs78〜86であった。なお、Niグレン鋳鉄を従来例とした。なお、Caは0.0020％以下残留していた。
【００４１】
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、リング状試験材断面について、硝酸水溶液で腐食しマクロ組織を観察し、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。また、黒鉛含有量（面積率）は試験片断面から試料を採取し、鏡面研磨した後、画像解析装置を用いて、黒鉛面積率を測定した。なお、顕微鏡倍率は100 倍とし、17mm2 の視野面積を測定した。
（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 780℃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980 Ｎで圧接しながら120min間回転させた。試験後、試験片の摩耗減量を測定した。耐摩耗性は、従来例であるNiグレン鋳鉄ロール材（リング材No. ：NiG ）の摩耗量を基準値とし、基準値に対する各試験片の摩耗量の比、摩耗比（＝（各試験片の摩耗量）／（基準片の摩耗量））で評価した。
（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２に示す方式で焼付き試験を実施した。試験片（25mm厚の板状）に、高周波加熱コイルにより 850℃に加熱され、100rpmで回転する円板状の相手材（材質：SUS410、大きさ：190 mmφ）を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。
【００４２】
得られた結果を、表２に示す。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
【表２】
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【００４５】
【表３】
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【００４６】
本発明例はいずれも、耐摩耗性と耐焼付き性がともに優れた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、耐焼付き性、あるいは耐摩耗性のいずれかあるいは両方が低下している。従来例（リング材No．：NiG ）は、耐焼付き性にすぐれているが、耐摩耗性が著しく劣っている。
また、Nb量が本発明範囲を外れる比較例（リング材No.:Ｃ，No.:Ｖ，No.:Ｗ，No.:Ｘ）では、炭化物の著しい偏析が認められた。なお、Ｃ量が本発明の範囲を超える比較例（リング材No.:Ｏ，No.:Ｐ）では炭化物の偏析が認められた。
（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
【表４】
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【００５１】
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1.5 倍以上、本発明例（複合ロールNo．２）は、NiG 鋳鉄ロールの約２倍の極めて良好な耐摩耗性を有し、さらに肌荒れ性に優れることも確認された。また、いずれの複合ロールも絞り圧延において焼付きは発生しなかった。
【００５２】
【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、耐焼付き性と耐摩耗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、優れた耐焼付き性と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】耐焼付き性、耐摩耗性におよぼすCr／Ｃと有効Ｃ量との関係を示すグラフである。
【図２】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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