(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外層材として質量％で、
Ｃ：２．７〜４．０％、
Ｓｉ：０．５〜３．５％、
Ｍｎ：０．２〜２．０％、
Ｎｉ：２．５〜７．０％、
Ｃｒ：０．５〜２．５％、
Ｍｏ：０．２〜１．０％、
Ｃｏ：０．００１〜０．５０％、
Ｂ：０．００１〜０．５０％、
Ａｌ：０．００１〜０．５０％、
Ｔｉ：０．００１〜０．５０％、
Ｃｕ：０．００１〜０．５０％、
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる外層材からなる遠心鋳造製熱間圧延ロール用高合金グレン鋳鉄材。
【請求項２】
外層材として、さらに、質量％で、
Ｗ：０．２〜２．０％、
Ｖ：０．２〜１．８％、
Ｎｂ：０．２〜２．０％、
の１種または２種以上含有する請求項１記載の遠心鋳造製熱間圧延ロール用高合金グレン鋳鉄材。
【請求項３】
外層材として、さらに、質量％で、
Ｚｒ：０．００１〜０．５０％、
Ｍｇ：０．００１〜０．５０％、
Ｃａ：０．００１〜０．５０％、
の１種または２種以上含有する請求項１または２記載の遠心鋳造製熱間圧延ロール用高合金グレン鋳鉄材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば鉄鋼の型鋼、薄板、厚板等の熱間圧延に用いられ、特に耐摩耗性及び耐肌荒れ性に優れた遠心鋳造製熱間圧延ロール用高合金グレン鋳鉄材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄鋼の例えば型鋼、薄板、厚板等の熱間圧延分野においては、圧延製品の品質向上の要求が高く、圧延用ロールに対しても、高い耐摩耗性と耐肌荒れ性が求められている。これらの要求に対応する圧延用ロールの外層材として、例えば特開平８−９２６９８号公報に開示されている。この技術内容は、耐焼付性に優れたグレン鋳鉄材に黒鉛と硬質炭化物を共存させ、耐摩耗性と耐焼付性を向上させようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この技術のものでは、白銑化傾向の強いＶを２％以上含有させているため黒鉛の晶出量が極めて少なく、黒鉛を晶出させるためにＳｉ含有接種剤を用いてＳｉ量で０．１質量％以上の接種を行っている。このため、黒鉛の晶出ムラや粗大化が生じやすく、熱間圧延用ロール材に適用した場合、耐肌荒れ性に劣るという問題があり、現状の厳しい圧延操業、すなわち、高速・高負荷・大圧下などに対応するためには、未だに圧延ロールの耐摩耗性と耐肌荒れ性の点において、充分なものではなく、その結果、ロール原単位の向上、ロールの保守作業の簡素化等ユーザーでの期待は、まだまだ大きい。以上の背景に鑑み、本発明は、マトリックスの周囲に存する共晶炭化物と黒鉛を、さらに、均一・微細化させ、その結果、圧延ロールの耐摩耗性と耐肌荒れ性を大幅に向上させようとすることをその目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述した問題を解消したもので、その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：２．７〜４．０％、Ｓｉ：０．５〜３．５％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：２．５〜７．０％、Ｃｒ：０．５〜２．５％、Ｍｏ：０．２〜１．０％、Ｃｏ：０．００１〜０．５０％、Ｂ：０．００１〜０．５０％、Ａｌ：０．００１〜０．５０％、Ｔｉ：０．００１〜０．５０％、Ｃｕ：０．００１〜０．５０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる外層材からなる遠心鋳造製熱間圧延ロール用高合金グレン鋳鉄材。
【０００５】
（２）外層材として、さらに、質量％で、Ｗ：０．２〜２．０％、Ｖ：０．２〜１．８％、Ｎｂ：０．２〜２．０％、の１種または２種以上含有する前記（１）記載の遠心鋳造製熱間圧延ロール用高合金グレン鋳鉄材。
（３）外層材として、さらに、質量％で、Ｚｒ：０．００１〜０．５０％、Ｍｇ：０．００１〜０．５０％、Ｃａ：０．００１〜０．５０％、の１種または２種以上含有する請求項１または２記載の遠心鋳造製熱間圧延ロール用高合金グレン鋳鉄材にある。
【０００６】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明材であるグレン鋳鉄材のミクロ組織は、一般的に共晶炭化物と黒鉛およびベイナイトもしくはマルテンサイトとなったマトリックス組織で構成されている。本発明では、このグレン鋳鉄のミクロ組織における、共晶炭化物および黒鉛の均一・微細化のために、Ｂ，Ａｌ，Ｔｉを微量に複合添加することが有効であることを見出した。さらに、Ｃｕ、Ｃｏを微量に同時添加することが、マトリックス組織の強化に極めて有効であることを見出した。これにより、グレン鋳鉄ロールの耐摩耗性と耐肌荒れ性を大きく向上させることができた。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る各化学成分の限定理由について述べる。
Ｃ：２．７〜４．０％
Ｃは、主として、黒鉛およびＦｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖ，Ｗ等と結合して種々の炭化物を形成する。また、マトリックス中に固溶されベイナイトやマルテンサイト相を生成する。多量に含有させるほど、耐摩耗性の向上に有効であるが、しかし、４．０％を超えると、本発明の特徴である、Ｂ，Ａｌ，Ｔｉ等を微量に含有させても黒鉛や炭化物が初晶物として粗大に晶出し、均一・微細化が図れないことにより、その上限を４．０％とした。また、２．７％未満になると、炭化物量が少なく、耐摩耗性の劣化が起こるため下限を２．７％とした。
【０００８】
Ｓｉ：０．５〜３．５％
Ｓｉは、黒鉛の晶出を目的として添加する。しかし、０．５％未満であるとその効果が不十分であり、逆に、３．５％を超えると靱性を低下させるため、その範囲を０．５〜３．５％とする。
Ｍｎ：０．２〜２．０％
Ｍｎは、脱酸、脱硫作用を目的として添加する。しかし、０．２％未満であるとその効果が不十分であり、また、２．０％を超えると靱性を低下させるため、その範囲を０．２〜２．０％とする。
【０００９】
Ｎｉ：２．５〜７．０％
Ｎｉは、マトリックス中に固溶されて、ベイナイトやマルテンサイトを安定化させる。そのためには、２．５％以上を含有させる必要がある。しかし、７．０％を超えて含有させた場合、残留オーステナイト量が過大となり硬質確保が困難となる。従って、その範囲を２．５〜７．０％とする。
Ｃｒ：０．５〜２．５％
Ｃｒは、焼入性の増加、硬度の増加、焼き戻し軟化抵抗の増加、炭化物硬度の安定等のために添加する。しかし、２．５％を超えると共晶炭化物量が増え過ぎ靱性が低下するため、その上限を２．５％とした。一方、０．５％未満であると前記添加する効果が得られない。従って、その範囲を０．５〜２．５％とする。
【００１０】
Ｍｏ：０．２〜１．０％
Ｍｏは、Ｃｒと同様に、焼入性の増加、硬度の増加、焼き戻し軟化抵抗の増加、炭化物硬度の安定等のために添加する。しかし、１．０％を超えると共晶炭化物量が増え過ぎ靱性が低下するため、その上限を１．０％とした。一方、０．２％未満であると前記添加する効果が得られない。従って、その範囲を０．２〜１．０％とする。
【００１１】
Ｃｏ：０．００１〜０．５０％
Ｃｏは、前述したＢ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｕ等と共に、本発明の主要な化学成分である。その殆どがマトリックス中に固溶され基地を強化する。そのため、高温での硬度及び強度を向上させる作用を有している。しかし、０．００１％未満ではその効果は不十分であり、０．５０％を超えてはその効果が飽和するため、経済性の観点からも０．５０％以下とする。
【００１２】
Ｂ：０．００１〜０．５０％
Ｂは、０．００１％以上で、焼入れ性が高まり、靱性の低下を防ぐとともに、晶出する黒鉛を均一微細分散化させる効果がある。しかし、過剰になると、靱性が低下するため０．５０％以下に抑える必要がある。
Ａｌ：０．００１〜０．５０％
Ａｌは、溶湯中で酸化物を生成して、溶湯中の酸素含有量を低下させ、製品の健全性を向上させると共に、生成した酸化物が結晶核として、作用するために凝固組織、特に共晶炭化物の微細分散化に効果がある。しかし、０．００１％でその効果があるが、余り多く含有されると、介在物となって製品中に残存することになるため、その上限は、０．５０％となるようにした。
【００１３】
Ｔｉ：０．００１〜０．５０％
Ｔｉは、共晶炭化物に固溶して、耐摩耗性を向上するとともに、共晶炭化物の晶出形状を微細分散化する効果がある。さらに、マトリックス中にも固溶されて基地を強化する。耐摩耗性向上のためには、最低０．００１％以上の含有が必要であるが、０．５０％を超えると、高合金グレン鋳鉄のミクロ組織の中で重要な構成要素である黒鉛の晶出を阻害する。
【００１４】
Ｃｕ：０．００１〜０．５０％
Ｃｕは、基地組織を強化し高温硬度を向上させるため、前述したＢ，Ａｌ、Ｔｉ等と共に本発明の主要な化学成分である。しかし、０．００１％未満では、その効果がなく、一方０．５０％を超えると、耐摩耗性、耐クラック性が低下すると共にロールの表面性状が劣化するため、その上限を０．５０％とした。
【００１５】
本発明材の基本成分は、上記の通りであるが、適用を対象とするロールのサイズ、要求されるロールの使用特性等により、その他の化学成分として、上記した本発明の化学成分に加えて、さらに、以下に記載する化学成分を適宜選択し含有してもよい。
Ｗ：０．２〜２．０％
Ｗは、Ｍｏと同様にマトリックス中に固溶されて基地を強化すると共に、Ｃと結合してＭ2 ＣやＭ6 Ｃ等の共晶炭化物を形成し耐摩耗性を向上する。基地強化のためには、最低０．２％以上の含有が必要であるが、２．０％を超えると粗大炭化物が形成され靱性が低下する。また、Ｗの添加有無の選択については、例えば適用を対象とするロールサイズ、要求されるロールの使用特性等により、適宜判断するとよい。
【００１６】
Ｖ：０．２〜１．８％
Ｖは、Ｃと結合して高硬度のＭＣ炭化物を形成し、耐摩耗性を向上するとともに、マトリックス中にも固溶されて基地を強化する。基地強化のためには、最低０．２％以上の含有が必要であるが、１．８％を超えると、共晶のＭＣ炭化物が粗大化し過ぎて靱性の低下に繋がるとともに、前記の課題として説明したように、黒鉛の晶出を阻害する。Ｖの添加有無の選択については、例えば適用を対象とするロールサイズ、要求されるロールの使用特性等により、適宜判断するとよい。
【００１７】
Ｎｂ：０．２〜２．０％
Ｎｂは、マトリックス中には殆ど固溶されず、その殆どが高硬度のＭＣ炭化物を形成して、耐摩耗性を向上する。しかし、０．２％未満ではその効果は不十分であり、２．０％を超えて含有させた場合、ＭＣ炭化物が初晶として粗大化なデンドライト状に晶出するため、靱性の低下に繋がる。なお、Ｎｂの添加有無の選択については、例えば適用を対象とするロールサイズ、要求されるロールの使用特性等により、適宜判断するとよい。
【００１８】
Ｚｒ：０．００１〜０．５０％
Ｚｒは、溶湯中で酸化物を生成して、溶湯中の酸素含有量を低下させ、製品の健全性を向上させると共に、生成した酸化物が結晶核として、作用するために凝固組織の微細化に効果がある。しかし、０．００１％でその効果があるが、余り多く含有されると、介在物となって製品中に残存することになるため、その上限は、０．５０％となるようにした。
【００１９】
Ｍｇ，Ｃａ：０．００１〜０．５０％
Ｍｇ，Ｃａは、本発明の圧延用ロールの耐肌荒れ性向上に最も寄与する元素である。Ｍｇ及びＣａは、脱酸や脱硫作用の強い元素であり、ＭｇＯやＣａＯの酸化物を生成し、これが溶湯中に懸濁されて核となり、ＭＣ炭化物を初晶として微細均一に晶出させる。また、その理由は明らかでないが、球状黒鉛鋳鉄の黒鉛がこれらの元素の添加によって球状化されるのと同様と予測される作用によって、晶出するＭＣ炭化物が球状となることを見出した。Ｍｇ、またはＣａの量は、各々０．００１％以上でその効果が認められる。しかし、０．５０％を超えてはその効果が飽和すると共に、Ｍｇ合金やＣａ合金の大量の添加は溶湯との反応が激しいために作業的に危険である。従って、Ｍｇ，Ｃａの範囲を各々０．００１〜０．５０％とする。
【００２０】
Ｎ：１０００ｐｐｍ以下
Ｎは、耐肌荒れ性を向上のために、１０００ｐｐｍ以下とする。すなわち、１０００ｐｐｍ以下とすることにより、炭化物に対する核成長効果が抑制され球状の初晶炭化物の量が減り、そのかわり、細長く微細な共晶炭化物が増加し、ＶＣ炭化物が微細・均一に分散する。それにより耐肌荒れ性が低減する。しかし、１０００ｐｐｍを超えると、その効果がなくなるため、その上限を１０００ｐｐｍとした。なお、望ましくは、５００ｐｐｍ以下、より望ましくは、３００ｐｐｍとする。低減の方法としては、ロールの原材料となっているロール屑や、スクラップ材などにおいて、Ｎ量の少ないものの使用、溶解炉内をＡｒ等の不活性ガス雰囲気にして、原材料を溶解することも有効である。
【００２１】
Ｏ：５００ｐｐｍ以下
Ｏは、非金属介在物となって材質の清浄度を低下させるため多量に含有すると、鋳造割れが発生しやすくなる。従って、低減量は、５００ｐｐｍ以下になるようにする。なお、望ましくは、３００ｐｐｍ以下、より望ましくは、１００ｐｐｍとなるようにする。低減の方法としては、例えば、溶解炉内をＡｒ等の不活性ガス雰囲気にして、原材料を溶解することが有効である。
Ｐ，Ｓは、原材料より、不可避的に混入するものであり、材質を脆くするので少ないほど好ましく、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．１％以下にすると良い。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を従来材と共に説明する。
（実施例１）
表１に示す鋼を高周波誘導炉にて１４７０℃に溶解した後、該溶湯を、直径１００ｍｍ、高さ１００ｍｍの砂型に１３２０℃で鋳造した。その後、この試験片を４００〜４５０℃で１０時間加熱し徐冷することで残留オーステナイトの分解と歪み取りを行い、熱間摩耗試験片を作成した。
次に、図１に示す熱間回転摩耗試験機を用いて、比較試験を実施した。なお、熱間回転摩耗試験機としては、図１に示すような加熱片１および試験片２を接触状態で回転させる転動装置３と、加熱片１および試験片２を囲み、これらを加熱する高周波誘導加熱コイル４と冷却装置５と、放射温度計６とを備えたディスク対ディスクタイプの試験機を使用した。その時の試験条件は、両ディスク間の最大接触応力は約２５ｋｇｆ／ｍｍ2 で、試験片２の周速度（回転数）は、７２０ｒｐｍとし、両ディスク間のすべり率は４．５％で行った。また、熱間圧延材に相当する加熱片の温度は９６０℃とし、試験片の温度は６５０℃として５００回転動させ、試験片の摩耗量を測定した。その後、該摩耗試験後の試験片の表面粗度を各々測定した。
【００２３】
【表１】
0004366475.tif 000002
【００２４】
図２は、本発明例Ａ〜Ｎ材および従来例であるＯ〜Ｒ材の熱間回転摩耗試験による摩耗減量の測定結果を示す図である。また、図３は、本発明材および従来材の熱間回転摩耗試験後の試験片の表面粗度の測定結果を示す図である。この図２及び図３から明らかなように、本発明材Ａ〜Ｎ材は、従来材Ｏ〜Ｒに比較し、いずれもその摩耗減量が少なく、また、耐肌荒れ性の評価の指標となる表面粗度も小さくなっている。
以上の各種の試験の結果により、本発明材は、実際の圧延ロールに適用した場合、その目的とする耐摩耗性と耐肌荒れ性の作用・効果を十分に奏することが明らかとなり、続いて、実際の圧延ロールに適用した結果について説明する。
【００２５】
（実施例２）
低周波誘導炉を用いて溶解した表２に示す本発明の化学組成の溶湯を外層溶湯として、水平式の遠心鋳造機に組み込んだ内径８００ｍｍ、長さ２０００ｍｍの回転鋳型内に鋳込み、次に、適当な時間の経過後に、内層用材料となるダクタイル鋳鉄の化学組成からなる溶湯を数度にわけて注入した。溶解温度は１４７０℃、鋳込み温度は１３２０℃である。鋳造後、４３０℃で１０時間加熱し、徐冷することにより残留オーステナイトの分解と歪み取りを行った後、仕上げ加工を行った。その後、超音波探傷を行い、欠陥のない健全な圧延用ロールであることを確認した。続いて、このロールを実際の熱間仕上圧延に供した。その結果、従来の圧延用ロールに比べて、耐摩耗性および耐肌荒れ性の向上によりロールの原単位が、約２０％向上し、本発明材の効果が多大であることを確認した。
【００２６】
【表２】
0004366475.tif 000003
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明材は、遠心鋳造製熱間圧延用グレン鋳鉄材にける共晶炭化物および黒鉛の更なる均一・微細化のために、Ｂ，Ａｌ，Ｔｉ等を微量に複合添加させ、耐摩耗性と耐肌荒れ性を大きく向上させると共に、ＣｕとＣｏの微量な複合添加によりマトリックス組織を強化し、耐摩耗性を向上させるためのものである。これにより、耐肌荒れ性と耐摩耗性の大幅な向上が可能となり、熱間圧延用ロールの長寿命化が図れる。この結果、ロール原単位を大幅に向上させる効果がある。また、ロール性能の向上による圧延製品の品質改善にも大幅に寄与する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱間回転摩耗試験機の概要構成を示す説明図である。
【図２】本発明材および従来材の回転摩耗試験による摩耗減量を示す図である。
【図３】本発明材および従来材の回転摩耗試験後の表面粗度を示す図である。
【符号の説明】
１  加熱片
２  試験片
３  転動装置
４  高周波誘導加熱コイル
５  冷却装置
６  放射温度計
【図１】
0004366475.tif 000004
【図２】
0004366475.tif 000005
【図３】
0004366475.tif 000006