(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続肉盛鋳造法により軸材の外周に外層を溶着形成した熱間圧延用複合ロールにおいて、外層がハイス系材からなり、軸材の常温〜１００℃における熱膨張係数が１２×１０-6／℃以下であり、軸材の常温〜１００℃における熱伝導率が０．０６２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下であり、前記軸材がステンレス鋼（ＳＵＳ材）からなることを特徴とする熱間圧延用複合ロール。
【請求項２】
鋼板の熱間仕上圧延機のワークロールに用いられることを特徴とする請求項１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、軸材の外周に外層を溶着形成する連続肉盛鋳造製の熱間圧延用複合ロールに関する。詳しくは、耐摩耗性、耐肌荒れ性に優れると共に、サーマルクラウンが小さい、鋼板の熱間仕上圧延機のワークロールとして好適な複合ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板の熱間圧延においては、省エネルギー、生産性向上、品質向上などの立場から連続圧延、高圧下圧延、低温圧延など圧延荷重が増大する傾向にある。このような状況において、予め形成した鋳鋼または鍛鋼からなる軸材の外周に外層材の溶湯を溶着させる、いわゆる連続肉盛鋳造製の複合ロールが注目され種々提案されている（ＷＯ８８／０７５９４号公報、特公平７−６１４８９号公報など参照）。連続肉盛鋳造製の複合ロールの軸材としては、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ材）、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ材）などが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ロールは圧延中に圧延材からの急激な入熱と、冷却水による冷却とが繰り返され、圧延が進むにつれロールの温度は上昇し、一般にはロール中央部が端部よりも温度が上昇し、軸方向に不均一な熱膨張（サーマルクラウン）を生じる。特に鋼板の熱間仕上圧延においては、このサーマルクラウンがクラウン制御の予測を超えると板の中伸びなどを起こし板平坦度に大きな影響を与える。板平坦度が十分でないと次工程で適切な板プロフィールを得ることが困難になり形状不良が発生し、歩留まりを低下させる原因となる。一方、中伸びが発生すると絞り込みと称する圧延トラブルが発生しやすくなる。絞り込みは、鋼板が二枚以上折れ込んでロールギャップ内に入る現象で瞬間的な熱及び接触負荷のためロール表面にはクラックが生じることが多く、サーマルクラウンが大きいことによる圧延上の問題は大きい。連続肉盛鋳造製の複合ロールは、軸材がクロムモリブデン鋼やニッケルクロムモリブデン鋼であるため、以前から使用されているニッケルグレンロールに比べサーマルクラウンが大きく、絞り込みや鋼板の惰行性などの圧延性の点で制御しにくい問題があった。
【０００４】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、従来の連続肉盛鋳造製の複合ロールよりサーマルクラウンを低減させることにより、板平坦度を高水準に確保できる熱間圧延用複合ロールを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため種々検討を重ねた結果、軸材の熱膨張係数、熱伝導率を適正な範囲に小さくすることにより、複合ロールのサーマルクラウンを低減させ板平坦度を高水準に確保できることを見出して本発明を完成させた。
【０００６】
すなわち、本発明は、連続肉盛鋳造法により軸材の外周に外層を溶着形成した熱間圧延用複合ロールにおいて、外層がハイス系材からなり、軸材の常温〜１００℃における熱膨張係数が１２×１０-6／℃以下であり、軸材の常温〜１００℃における熱伝導率が０．０６２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下であり、前記軸材がステンレス鋼（ＳＵＳ材）からなることを特徴とする。
【０００７】
本発明において、軸材の熱伝導率が低いほど軸材の温度上昇が小さくなり、それに伴う熱膨張も抑えられるので、軸材の常温〜１００℃における熱伝導率は０．１２cal／cm・sec・℃以下であることが望ましい。具体的な軸材としては低熱膨張性、低熱伝導性を有し、機械的性質に優れるステンレス鋼（ＳＵＳ材）、炭素工具鋼鋼材（ＳＫ材）、ダクタイル鋳鉄などが好ましい。また、外層は耐摩耗性、耐肌荒れ性に優れるハイス系材からなることが好ましい。
【０００８】
本発明によれば、軸材の常温〜１００℃における熱膨張係数を１２×１０-6／℃以下に限定するが、熱間仕上圧延機のワークロールに用いられる複合ロールでは、軸材の温度上昇は通常１００℃以内にあるので常温〜１００℃における熱膨張係数を考慮した。また、従来から熱間仕上圧延機のワークロールに用いられ、サーマルクラウンが低く通板性の問題を起こしていない、内層がダクタイル鋳鉄からなるＮｉグレンロールと比較してもサーマルクラウンが同等以下を達成するように、軸材の熱膨張係数を１２×１０-6／℃以下に限定した。
【０００９】
本発明の複合ロールの外層の材質としては、耐摩耗性、耐肌荒れ性に優れるハイス系材が好適である。好ましい化学組成は重量％で、Ｃ１．０〜４．０％、Ｓｉ０．２〜３．０％、Ｍｎ０．１〜１．５％、Ｃｒ２〜１２％、Ｍｏ９％以下、Ｖ３〜１５％、Ｗ２０％以下、残部実質的にＦｅである。さらに、前記元素以外にＮｉ５％以下、Ｃｏ１０％以下、Ｎｂ５％以下、Ｔｉ５％以下、Ｚｒ５％以下の何れか１種又は２種以上を添加することができる。
【００１０】
Ｃは耐摩耗性向上のための炭化物の形成に必要である。１．０％未満では、晶出炭化物量が少なく、耐摩耗性の点で十分でない。またＶとのバランスにおいて、下限値未満では炭化物が粒界に網目状に析出して靭性及び耐肌荒れ性の点でも十分でない。４．０％を超えるとＶとのバランスがくずれ、ＶＣが均一に分布した組織形態がくずれ、靭性及び耐肌荒れ性の点で劣る。
【００１１】
Ｓｉは脱酸剤として必要な元素であり、またＭ6Ｃ炭化物中に固溶してＷ、Ｍｏ等の高価な元素を置換し、節減するのに有効である。０．２％未満では脱酸効果がない。また３．０％を超えると脆化する。
【００１２】
Ｍｎは脱酸作用とともに不純物であるＳをＭｎＳとして固定する作用がある。０．１％未満では脱酸性に乏しい。１．５％を超えると残留オーステナイトが生じやすくなり安定して十分な硬さを維持できない。
【００１３】
Ｃｒは２％未満では焼入れ性に劣り、１２％を超えるとＣｒ系炭化物が過多となるため不都合である。すなわちＣｒ系炭化物例えばＭ23Ｃ6はＭＣ、Ｍ4Ｃ3、Ｍ6Ｃ、Ｍ2Ｃと比較して硬さが低く耐摩耗性を低下させる。
【００１４】
Ｍｏは焼入れ性と高温硬さを得るために必要であるが、９％を超えるとＣとＶとＭｏとのバランスにおいてＭ6Ｃ系炭化物が増加し、靭性及び耐肌荒れ性の点で好ましくない。
【００１５】
Ｖは耐摩耗性の向上に効果のあるＭＣ系炭化物を形成する。３％未満では十分な効果がなく、１５％を超えるとＣとのバランスでＭＣ系炭化物が均一に分布しにくくなる。
【００１６】
Ｗは高温硬さの維持の点で必要である。２０％を超えるとＭ6Ｃ系炭化物が増加して靭性及び耐肌荒れ性の点で好ましくない。
【００１７】
上記元素以外にＮｉ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒの何れか１種又は２種以上を添加することができる。Ｎｉは焼入れ性を向上する。Ｎｉが５％を超えると残留オーステナイトの増加を招き、割れや圧延中の肌荒れを生じやすくなる。Ｃｏは焼戻し軟化抵抗と二次硬化の点で有効である。Ｃｏが１０％を超えると焼入れ性の点で好ましくない。Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒはＶと同様にＭＣ系炭化物を形成し耐摩耗性を向上させる。それぞれ５％以下添加することが有効である。
【００１８】
不純物元素を除いて残部実質的にＦｅである。不純物元素のＰは脆化防止のため０．１％以下、Ｓも同様に０．０８％以下にするのがよい。
【００１９】
また、本発明の複合ロールの連続肉盛鋳造法としては、一例として図２のような装置を用いることができる。本装置はテーパ部および平行部の周壁を有するロート状の耐火枠１と、その下に同軸的に設置された冷却型４とからなる組合せモールド１０を有する。耐火枠１には、この外周を包囲するように環状の誘導加熱用コイル２が配置されており、またその下部に同軸的に耐火枠１の下部と同径の内孔を有する環状の緩衝型３が設けられている。またその下方の冷却型４は緩衝型３とほぼ同じ内径を有し、かつ同軸的である。冷却型４の入口１４から冷却水が連続的に型内に導入され、出口１４’から排出される。
【００２０】
組合せモールド１０の内側にロールの軸材５をセットする。軸材５の下端又は必要に応じて下端から適宜離れた位置に注入外層の外径とほぼ同径の外径を有する閉止部材（図示せず）を固定し、さらにその下部は軸材５の昇降機構に取り付ける。
【００２１】
軸材５と耐火枠１の間の空間に溶湯７を注入し、溶湯表面は溶融フラックス６で空気に触れないようにシールする。そして、溶湯７が凝固しないように加熱用コイル２で加熱、撹拌する。流動方向Ａのように撹拌される。次に、軸材５に固定された閉止部材を軸材５とともに逐次降下させる。軸材５及び閉止部材の降下と連動して溶湯７も降下し、緩衝型３及び冷却型４面で溶湯７の凝固が始まる。この凝固の時、軸材５と外層８は完全に金属的に接合される。湯だまりの溶湯７の表面も軸材５及び閉止部材の降下に合わせて低下してくるが、新しい溶湯を適宜注入して液面をある水準に保持する。そして、降下と注入を順次繰り返して溶湯７を下方から逐次凝固させて外層８を形成する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例１〜４として、連続肉盛鋳造法にて、表１に示す軸材（ＳＵＳ材およびＳＫ材）と、表２に示すハイス系材の外層からなる複合ロールを製造した。なお、表１には軸材の常温〜１００℃における熱膨張係数（×１０-6／℃）と熱伝導率（cal／cm・sec・℃）を併記する。ＳＵＳ材およびＳＫ材の常温〜１００℃における熱膨張係数は１２×１０-6／℃以下、熱伝導率は０．１２cal／cm・sec・℃以下であった。
【００２３】
比較例１として、連続肉盛鋳造法にて、表１に示す軸材（ＳＣＭ材）と、表２に示すハイス系材の外層からなる複合ロールを製造した。ＳＣＭ材の常温〜１００℃における熱膨張係数は１２×１０-6／℃超であった。また比較例２として、遠心力鋳造法にて、表１に示すダクタイル鋳鉄の内層材と、表２に示すＮｉグレン材の外層からなる複合ロールを製造した。
【００２４】
0004154676.tif 000002
【００２５】
0004154676.tif 000003
【００２６】
実施例、比較例の複合ロールについて、サーマルクラウン（μｍ／半径）を解析した。サーマルクラウンは圧延中常に変化するので、ロール一回転あたりの周期的変化を考慮して解析することは困難である。このため、ロールへの入熱と冷却を平均化し、圧延ピッチごとに、入熱と冷却が同時に行われる圧延時間と、冷却のみの冷却時間に分けて、ロール内部の温度分布などから有限要素法により数値解析した。図１に結果を示す。
【００２７】
図１の結果から、本発明の連続肉盛鋳造製複合ロール（実施例１〜４）は、比較例１と比べてサーマルクラウンを２５％以上低減できた。また、従来から熱間仕上圧延機のワークロールに用いられ、耐摩耗性等の点で十分でないが、サーマルクラウンが低く通板性の問題を起こしてない、内層がダクタイル鋳鉄、外層Ｎｉグレンからなる遠心力鋳造製のロール（比較例２）と比べても、本発明のロールにおけるサーマルクラウンは同等以下を達成できた。これにより、本発明の複合ロールを圧延に使用したときのサーマルクラウン量を大幅に低減でき、従来の問題点であった絞り込み事故などの圧延トラブルの発生を抑えるばかりでなく、圧延製品の板平坦度を高水準に確保できる。特に本発明の複合ロールが径小域なほどつまり熱影響を受けやすいほどこの効果は大きい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の連続肉盛鋳造製複合ロールによれば、サーマルクラウンを著しく低減できるので特に鋼板の熱間仕上圧延において、板の中伸びなどが起こらず板平坦度を高水準に確保できる。このため適切な板プロフィールを得ることが容易になり圧延板の品質を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例及び比較例の複合ロールにおけるサーマルクラウン（μｍ／半径）を示す図である。
【図２】本発明に用いられる連続肉盛鋳造法を説明する図である。
【符号の説明】
５  軸材、  ８  外層
【図１】
0004154676.tif 000004
【図２】
0004154676.tif 000005