JP2022085966A - Roll outer layer material for rolling and composite roll for rolling - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱間圧延用あるいは冷間圧延用として好適な、圧延用ロール外層材及びそれを用いた圧延用複合ロールに係り、特に耐摩耗性の向上に関する。 The present invention relates to a rolling roll outer layer material suitable for hot rolling or cold rolling and a composite roll for rolling using the same, and particularly relates to an improvement in wear resistance.
近年、鋼板の圧延技術の進歩は著しく、それに伴い、圧延用ロールの使用環境は一段と苛酷化している。特に最近では、高強度鋼板や薄肉製品など、圧延負荷が大きく、且つ優れた表面品質が要求される鋼板の生産量が増大している。 In recent years, the progress of rolling technology for steel sheets has been remarkable, and the environment in which rolling rolls are used has become more severe. In particular, recently, the production volume of steel sheets such as high-strength steel sheets and thin-walled products, which have a large rolling load and require excellent surface quality, is increasing.
そのため、冷間圧延用ワークロールにおいては、優れた耐摩耗性とそれを担う高い硬さが要求される。耐摩耗性の向上は、ロール材料の高合金化によって図られるのが一般的であるが、高合金化により研削性の悪化あるいは圧延事故時の被害の増大（耐事故性の低下）を招く場合があり、研削性と耐事故性を兼備する材料とする必要がある。さらに、優れた表面品質の鋼板を製造するためには、鋼板と直接接触するロールの表面性状を均質且つ微細にしておく必要があり、具体的には、ロール材質として、清浄度が高く微細なミクロ組織を有する鋳鉄、鋳鋼とすることが求められる。 Therefore, the work roll for cold rolling is required to have excellent wear resistance and high hardness to support it. Generally, the improvement of wear resistance is achieved by increasing the alloying of the roll material, but when the increasing alloying causes deterioration of grindability or increased damage in the event of a rolling accident (decrease in accident resistance). Therefore, it is necessary to use a material that has both grindability and accident resistance. Furthermore, in order to produce a steel sheet with excellent surface quality, it is necessary to make the surface texture of the roll that comes into direct contact with the steel sheet homogeneous and fine. Cast iron and cast steel with a microstructure are required.
また、熱間圧延用ワークロールにおいては、ロールの摩耗や肌荒れの発生が、製品の材質や寸法上の圧延スケジュール制約を余儀なくするとともに、ロール交換頻度の低減も困難となり、このことから、ロールの耐用度の低下が、生産性向上やコスト削減のネックのひとつになっている。このため、熱間圧延用ワークロールにおいては、摩耗や肌荒れの発生を抑制して、ロールの耐用度を向上させることが要求されている。 Further, in a work roll for hot rolling, wear and rough skin of the roll inevitably impose restrictions on the rolling schedule in terms of product material and dimensions, and it becomes difficult to reduce the frequency of roll replacement. Decreased durability is one of the bottlenecks in improving productivity and reducing costs. Therefore, in the work roll for hot rolling, it is required to suppress the occurrence of wear and rough skin to improve the durability of the roll.
このようなことから、使用される圧延用ロールの特性向上、特に耐摩耗性の向上が強く要望されてきた。圧延用ロールにおける耐摩耗性の向上は、鋼板の製造において、鋼板品質の向上及び生産性向上に直結した重要な課題となっている。 For these reasons, there has been a strong demand for improving the characteristics of the rolling rolls used, especially for improving wear resistance. Improving the wear resistance of rolling rolls is an important issue directly linked to the improvement of steel sheet quality and productivity in the production of steel sheets.
また、近年自動車分野では、燃費向上の観点から高強度材の適用による車体の軽量化が進められており、今後もさらに高強度材の適用が進むと考えられている。高強度材を圧延すると、被圧延材と接触する圧延用ワークロールの表層部が弾性変形し、圧延用ワークロールの表層と被圧延材の接触面積（または接触弧長）が大きくなり、圧延荷重（圧延用ワークロールに被圧延材から作用する圧延圧力）が増大する。圧延荷重が過大になると、被圧延材の寸法精度が低下するといった問題や、圧延可能な最小板厚が制限されるといった問題が生じるため、弾性変形が発生し難い、高ヤング率を有した圧延用ロール外層材が要求されている。 Further, in recent years, in the automobile field, the weight of the vehicle body has been reduced by applying high-strength materials from the viewpoint of improving fuel efficiency, and it is considered that the application of high-strength materials will continue in the future. When a high-strength material is rolled, the surface layer of the rolling work roll that comes into contact with the material to be rolled is elastically deformed, and the contact area (or contact arc length) between the surface layer of the rolling work roll and the material to be rolled increases, resulting in a rolling load. (Rolling pressure acting on the work roll for rolling from the material to be rolled) increases. When the rolling load becomes excessive, there are problems such as a decrease in the dimensional accuracy of the material to be rolled and a problem that the minimum plate thickness that can be rolled is limited, so that elastic deformation is unlikely to occur and rolling with a high Young's modulus. Roll outer layer material is required.
圧延用ロールの耐摩耗性向上の要求に対しては、例えば、非特許文献１、非特許文献２に記載されるように、外層組成を高速度工具鋼組成に類似した組成とし、硬質炭化物を多量に分散させて耐摩耗性を格段に向上させたハイス系ロールが開発されている。また、例えば、特許文献１には、鋼製の芯材の周りに、連続肉盛法で外層を形成してなる熱間圧延用複合ロールが記載されている。特許文献１に記載された熱間圧延用複合ロールでは、外層材は、重量％で、C：1.0～4.0％、Si：3.0％以下、Mn：1.5％以下、Cr：2～10％、Mo：9％以下、W：20％以下、V：2～15％を含み、P：0.08％以下、S：0.06％以下、B：0.0500％以下とし、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有し、面積比で粒状炭化物5～30％、非粒状炭化物6％以上を含有する組織からなり、基地の硬さがビッカース硬さ（HV）550以上を有するとしている。なお、外層材には、さらに、Ni：5.0％以下、Co：5.0％以下、Nb：5.0％以下を含有してもよいとしている。これにより、所定量以上の非粒状炭化物の存在によりクラックが発生してもロール深部にまで進展することが抑制され、耐ヒートクラック性が向上し、VC系の硬質炭化物が含まれていることから耐摩耗性も良好であるとしている。
In response to the demand for improved wear resistance of rolling rolls, for example, as described in Non-Patent
このようなハイス系ロール外層材は、耐摩耗性を向上させるため多量の硬質炭化物を基地中に分散させることが必要になる。しかし、ハイス系組成で生成する硬質炭化物は、一般に基地より比重が小さく、鋳造中に偏析を生じやすい。特に、生産性、経済性に優れるために代表的なロール外層材の鋳造方法となっている遠心鋳造法では、比重の小さな相は遠心力で内側に集積し、偏析しやすいため、ハイス系ロール外層材を遠心鋳造法で製造することは困難とされてきた。 In such a high-speed steel roll outer layer material, it is necessary to disperse a large amount of hard carbide in the substrate in order to improve the wear resistance. However, the hard carbide produced by the high-speed steel composition generally has a lower specific density than that of the matrix, and segregation is likely to occur during casting. In particular, in the centrifugal casting method, which is a typical method for casting roll outer layer materials because of its excellent productivity and economy, phases with a small specific gravity accumulate inside due to centrifugal force and are easily segregated. It has been difficult to manufacture the outer layer material by the centrifugal casting method.
しかしながら、遠心鋳造法を適用しても偏析等が生じない、耐摩耗性と耐クラック性に優れた圧延用ロール外層材を提供する技術として、特許文献２に、質量％で、C：1.5～3.5％、Si：1.5％以下、Mn：1.2％以下、Ni：5.5％以下、Cr：5.5～12.0％、Mo：2.0～8.0％、V：3.0～10.0％、Nb：0.6～7.0％を含み、且つ、Nb及びVを、Nb、V及びCの含有量が特定の関係を満足し、さらにNbとVの比が特定の範囲内となるように含有するロール外層材が記載されている。 However, as a technique for providing a rolling roll outer layer material having excellent wear resistance and crack resistance, which does not cause segregation even when the centrifugal casting method is applied, Patent Document 2 describes C: 1.5 to C: 1.5 by mass. Includes 3.5%, Si: 1.5% or less, Mn: 1.2% or less, Ni: 5.5% or less, Cr: 5.5 to 12.0%, Mo: 2.0 to 8.0%, V: 3.0 to 10.0%, Nb: 0.6 to 7.0% Moreover, the roll outer layer material which contains Nb and V so that the content of Nb, V and C satisfies a specific relationship and the ratio of Nb and V is within a specific range is described.
また、特許文献３には、質量％で、C：1.5～3.5％、Si：1.5％以下、Mn：1.2％以下、Cr：5.5～12.0％、Mo：2.0～8.0％、V：3.0～10.0％、Nb：0.6～7.0％を含み、且つ、Nb、V及びCの含有量が特定の関係を満足し、さらにNbとVの比が特定の範囲内となるロール外層材が記載されている。このような組成とすることにより、遠心鋳造法を適用してもロール外層材における偏析が抑制され、耐摩耗性と耐クラック性が向上し、熱間圧延の生産性向上に大きく貢献するとしている。 Further, in Patent Document 3, in mass%, C: 1.5 to 3.5%, Si: 1.5% or less, Mn: 1.2% or less, Cr: 5.5 to 12.0%, Mo: 2.0 to 8.0%, V: 3.0 to 10.0 %, Nb: A roll outer layer material containing 0.6 to 7.0%, the contents of Nb, V and C satisfying a specific relationship, and the ratio of Nb to V is within a specific range is described. .. With such a composition, segregation in the outer layer material of the roll is suppressed even if the centrifugal casting method is applied, wear resistance and crack resistance are improved, and it is said that it greatly contributes to the productivity improvement of hot rolling. ..
また、特許文献４には、遠心鋳造複合ロールが記載されている。特許文献４に記載された遠心鋳造複合ロールは、外層と鋳鉄または鋳鋼の内層からなり、外層が、重量％で、C：1.0～3.0％、Si：0.1～3.0％、Mn：0.1～2.0％、Cr：2.0～10.0％、Mo：0.1～10.0％、V：1.0～10.0％、W：0.1～10.0％を含み、かつMo＋W：10.0％以下を満たす合金成分及び残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有するとしている。特許文献４に記載された技術では、凝集や偏析を起こしやすいM６C型炭化物の晶出が抑制され、MC型＋M７C３型炭化物のみが析出する外層とすることができ、遠心鋳造法で製造できるとしている。 Further, Patent Document 4 describes a centrifugal casting composite roll. The centrifugal casting composite roll described in Patent Document 4 is composed of an outer layer and an inner layer of cast iron or cast steel, and the outer layer is by weight%, C: 1.0 to 3.0%, Si: 0.1 to 3.0%, Mn: 0.1 to 2.0%. , Cr: 2.0 to 10.0%, Mo: 0.1 to 10.0%, V: 1.0 to 10.0%, W: 0.1 to 10.0%, and Mo + W: 10.0% or less. It is said that it has a composition of. The technique described in Patent Document 4 suppresses the crystallization of M 6 C type carbides that easily cause aggregation and segregation, and can form an outer layer in which only MC type + M 7 C 3 type carbides are deposited. Centrifugal casting method It is said that it can be manufactured at.
また、例えば、特許文献５には、圧延ロール用遠心鋳造外層材が記載されている。特許文献５に記載された圧延ロール用遠心鋳造外層材は、質量％で、C：4.5～9％、Si：0.1～3.5％、Mn：0.1～3.5％、V：18～40％を含有する組成を有し、好ましくはビッカース硬さがHV550～900の基地に、MC炭化物が面積率で20～60％分散した組織を有するとしている。特許文献５に記載された技術では、比重の小さいMC炭化物が内面側に濃化する、遠心鋳造偏析を積極的に利用し、遠心鋳造後、MC炭化物が濃化した層だけ残すように切削すれば、MC炭化物が多いロール外層を低コストで確実に形成できるとしている。 Further, for example, Patent Document 5 describes a centrifugally cast outer layer material for rolling rolls. The centrifugally cast outer layer material for rolling rolls described in Patent Document 5 contains C: 4.5 to 9%, Si: 0.1 to 3.5%, Mn: 0.1 to 3.5%, and V: 18 to 40% in mass%. It has a composition, preferably a Vickers hardness of HV550-900, and has a structure in which MC carbides are dispersed in an area ratio of 20-60%. In the technique described in Patent Document 5, centrifugal casting segregation, in which MC carbide having a small specific gravity is concentrated on the inner surface side, is positively used, and after centrifugal casting, cutting is performed so as to leave only the layer in which MC carbide is concentrated. For example, it is said that the roll outer layer containing a large amount of MC carbide can be reliably formed at low cost.
極めて優れた耐摩耗性及び高ヤング率を有する材料としては、古くから超硬合金が知られている。超硬合金としては、例えば、非特許文献３に記載されているように、タングステンカーバイド（WC）を、バインダーとしてのCoとともに、成形、焼結したものが一般的である。 Cemented carbide has long been known as a material having extremely excellent wear resistance and a high Young's modulus. As the cemented carbide, for example, as described in Non-Patent Document 3, tungsten carbide (WC) is generally molded and sintered together with Co as a binder.
このような超硬合金を、圧延用ロールに適用した技術としては、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０などに記載がある。 Techniques for applying such cemented carbide to rolling rolls are described in Patent Document 6, Patent Document 7, Patent Document 8, Patent Document 9, Patent Document 10, and the like.
特許文献６には、熱間圧延ロール及び熱間圧延ガイドロール用タングステン炭化物基超硬合金が記載されている。特許文献６に記載された技術は、クロムのコバルトとニッケルとの和に対する重量比が1/1～1/99、コバルトのニッケルに対する重量比が9/1～1/9、かつタングステン炭化物88重量％以下、コバルトとニッケルとクロムとの総和が12～65重量％であるタングステン炭化物基合金に関する。特許文献６には、このような超硬合金を、普通鋼材（線材）の熱間圧延用ロールに適用した例が記載されている。 Patent Document 6 describes a tungsten carbide-based cemented carbide for hot rolling rolls and hot rolling guide rolls. The technique described in Patent Document 6 has a weight ratio of chromium to the sum of cobalt and nickel of 1/1 to 1/99, a weight ratio of cobalt to nickel of 9/1 to 1/9, and 88 weights of tungsten carbide. % Or less, relating to a tungsten carbide-based alloy in which the sum of cobalt, nickel and chromium is 12-65% by weight. Patent Document 6 describes an example in which such a cemented carbide is applied to a roll for hot rolling of a normal steel material (wire material).
また、特許文献７には、超硬合金からなる熱間線材圧延用ロールが記載されている。特許文献７に記載された技術では、使用する超硬合金を、1μmから5μmの平均粒径を持つWCまたは、WCの一部をTiC、TaC、NbCの１種以上で10重量％以下置換した硬質炭化物相と、三元合金結合相とからなり、該結合相中のCrがNi及びCoの和に対して0.30以下であり、且つ、全結合相に対して0.05以上であり、さらにNiが、NiとCoとの和に対して0.33から0.90であり、分極電位が冷却一般工業用水に対して0.3Ｖ以上である超硬合金が得られる。このような超硬合金とすることにより、耐肌荒れ性に優れた熱間線材用ロールが得られる。 Further, Patent Document 7 describes a roll for rolling a hot wire rod made of cemented carbide. In the technique described in Patent Document 7, the cemented carbide used is replaced with WC having an average particle size of 1 μm to 5 μm or a part of WC with one or more of TiC, TaC, and NbC by 10% by weight or less. It consists of a hard carbide phase and a cemented carbide bonded phase, and Cr in the bonded phase is 0.30 or less with respect to the sum of Ni and Co, and is 0.05 or more with respect to the fully bonded phase, and Ni is further contained. , A cemented carbide having a polarization potential of 0.33 to 0.90 with respect to the sum of Ni and Co and 0.3 V or more with respect to cooling general industrial water can be obtained. By using such a cemented carbide, a roll for hot wire rod having excellent rough skin resistance can be obtained.
また、特許文献８には、鋼系又は鉄系材料からなる内層の外周に、超硬合金からなる外層が中間層を介して接合してなり、該中間層が平均粒径3μm以下のWC原料粉末を用いて形成した超硬合金からなる圧延用複合ロールが記載されている。そして、中間層のWC粒子の含有量を重量比率で70％以下とすることが好ましいとしている。これにより、耐摩耗性に優れ、且つ強度的に信頼性の高い超硬合金製圧延用ロールを得ることができるとしている。 Further, in Patent Document 8, an outer layer made of cemented carbide is bonded to the outer periphery of an inner layer made of a steel-based or iron-based material via an intermediate layer, and the intermediate layer is a WC raw material having an average particle size of 3 μm or less. A composite roll for rolling made of a cemented carbide formed by using powder is described. The content of WC particles in the intermediate layer is preferably 70% or less by weight. As a result, it is possible to obtain a cemented carbide rolling roll having excellent wear resistance and high strength reliability.
また、特許文献９には、外層を耐摩耗性に優れた超硬合金で形成するとともに、WCとNiを含有する超硬合金からなる中間層を具備させ、強度的に信頼性の高い超硬合金製圧延用ロールが開示されている。 Further, in Patent Document 9, the outer layer is formed of a cemented carbide having excellent wear resistance, and an intermediate layer made of a cemented carbide containing WC and Ni is provided, so that the cemented carbide has high strength and reliability. Rolls for rolling alloys are disclosed.
さらに、特許文献１０には、鋼系材料または鉄系材料からなる内層の外周に、Ｒ＝σc（1-ν）／Ｅα（但し、σc：抗折強度、ν：ポアソン比、Ｅ：ヤング率、α：熱膨張係数）で表される熱衝撃係数Ｒが400以上を満足する超硬合金からなる外層が接合してなる板圧延用超硬合金製複合ロールが記載されている。これにより、ロールの耐摩耗性、耐肌荒れ性が改善され、圧延事故時の熱亀裂の発生、進展が抑制されるとしている。 Further, in Patent Document 10, R = σc (1-ν) / Eα (however, σc: bending strength, ν: Poisson's ratio, E: Young's modulus) is described on the outer periphery of the inner layer made of a steel-based material or an iron-based material. , Α: Thermal expansion coefficient), and a composite roll made of a super hard alloy for plate rolling is described in which an outer layer made of a super hard alloy satisfying a thermal shock coefficient R of 400 or more is joined. As a result, the wear resistance and rough skin resistance of the roll are improved, and the generation and growth of thermal cracks at the time of a rolling accident are suppressed.
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、鋼製の芯材の周りに、連続肉盛法で外層を形成するため、生産性が低く、コストも高いという問題があった。また、特許文献２、３に記載された技術では、主として、Nb、V及びCの含有量を特定範囲に限定し、MC型炭化物を均一分散させて、耐摩耗性と耐クラック性を向上させるとしている。しかし、実際には、CrやMoを多く含むM７C３型炭化物やM６C型炭化物も相当量存在するため、さらなる特性の向上は、MC型炭化物を均一分散させるという観点のみからでは十分であるとはいえない。また、特許文献４に記載された技術では、凝集や偏析を起こしやすいM６C型炭化物の晶出を抑制するため、Mo＋W：10.0％以下に限定し、これにより、遠心鋳造法によるロール外層材の製造を可能にしている。しかし、Mo、W含有量を制限することは、最近のさらなる耐摩耗性の向上という要望に対しては、問題を残していた。
However, the technique described in
なお、遠心鋳造法を用いた圧延用ロールの製造にあたっては、Mo、V、W等の炭化物形成元素の増量は、生成されるVC系の硬質炭化物の比重が基地を形成する溶湯より軽いため、生成されたVC系の硬質炭化物は内面側に集積、内層との境界に凝集して、境界の接合強度の低下を招くという懸念があった。 In the production of rolling rolls using the centrifugal casting method, the increase in the amount of carbide-forming elements such as Mo, V, and W is because the specific gravity of the VC-based hard carbides produced is lighter than that of the molten metal forming the base. There was a concern that the generated VC-based hard carbides would accumulate on the inner surface side and aggregate at the boundary with the inner layer, leading to a decrease in the bonding strength at the boundary.
また、特許文献５に記載された技術では、ロールの耐摩耗性は向上するが、MC型炭化物が少なくなった外面側領域を除去する作業を必要とするうえ、歩留が非常に低く、高生産性と低コストという遠心鋳造法の優位性が失われるという問題があった。 Further, in the technique described in Patent Document 5, the wear resistance of the roll is improved, but the work of removing the outer surface side region where the MC type carbide is reduced is required, and the yield is very low and high. There was a problem that the advantages of the centrifugal casting method such as productivity and low cost were lost.
また、超硬合金を使用する特許文献６や特許文献７に記載された技術は、線材圧延用の小型ロールを対象としており、この技術を、冷間圧延用ロールや熱間圧延用ロールのような大型ロールの製造にそのまま適用することは困難である。しかも、遠心鋳造製品に比べ高価なプロセスであるHIP処理を必要とするため、小型製品といえども製造コストが高いという問題があった。 Further, the techniques described in Patent Documents 6 and 7 using cemented carbide are intended for small rolls for wire rod rolling, and this technique can be applied to rolls for cold rolling and rolls for hot rolling. It is difficult to apply it as it is to the production of large rolls. Moreover, since HIP processing, which is an expensive process compared to centrifugal casting products, is required, there is a problem that the manufacturing cost is high even for small products.
超硬合金を板圧延用ロールの外層材として使用する、特許文献８、特許文献９及び特許文献１０に記載された技術は、いずれも外層材の成形は焼結-HIP法を想定しており、製造コストが極めて高いという問題が残されている。また、これらの技術は、結合剤として軟質なCoやNiを使用しており、圧延時にへこみ疵（凹部）が生成しやすいという問題もあり、実用化が進んでいない。また、超硬合金でロールを製造する場合、製造過程で割れが発生しやすく、製造が困難であるという課題も残されている。 The techniques described in Patent Documents 8, 9 and 10 using cemented carbide as the outer layer material of a roll for sheet rolling assume the sintering-HIP method for forming the outer layer material. The problem remains that the manufacturing cost is extremely high. Further, these techniques use soft Co or Ni as a binder, and have a problem that dents (recesses) are likely to be formed during rolling, and have not been put into practical use. Further, when a roll is manufactured from a cemented carbide, there remains a problem that cracks are likely to occur in the manufacturing process and the manufacturing is difficult.
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、従来に比べ顕著に耐摩耗性が向上し、割れの発生を抑制した、圧延用ロール外層材及びそれを用いた圧延用複合ロールを提供することを目的とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a rolling roll outer layer material and a rolling composite roll using the same, which solves the problems of the prior art, significantly improves wear resistance as compared with the prior art, and suppresses the occurrence of cracks. With the goal.
なお、ここで、耐摩耗性が向上したとは、試験片（摩耗試験片（外径60mmφ×幅10mm））と相手片（材質：S45C、外径190mmφ×幅15mm）との２円盤すべり転動方式による摩耗試験において、試験片を水冷しながら、回転数：700rpm（周速：2.2m/s）で回転する試験片に、850℃に加熱した相手片を回転数：250rpm（周速：2.5m/s）で回転させ、荷重980Nで押し当てながら、すべり率：13．1％で転動させ、試験片の転動回数が21000回になるごとに相手材を更新し、累積回転数が168000回になるまで転動させた後、摩耗試験後の試験片の摩耗減量（試験開始前の摩耗試験片重量－試験終了後の摩耗試験片重量）を測定し、摩耗減量が560mg以下であることを指す。 Here, the improved wear resistance means that the test piece (wear test piece (outer diameter 60 mmφ x width 10 mm)) and the mating piece (material: S45C, outer diameter 190 mmφ x width 15 mm) are two-disk slip rolling. In the wear test by the dynamic method, while cooling the test piece with water, the test piece rotates at a rotation speed of 700 rpm (peripheral speed: 2.2 m / s), and the mating piece heated to 850 ° C is rotated at a rotation speed of 250 rpm (peripheral speed:). Rotate at 2.5m / s), roll at a slip rate of 13.1% while pressing with a load of 980N, update the mating material every time the test piece rolls 21000 times, and accumulate the number of rotations. After rolling to 168,000 times, measure the wear loss of the test piece after the wear test (wear test piece weight before the start of the test-wear test piece weight after the end of the test), and the wear loss is 560 mg or less. Refers to something.
また、割れの発生を抑制したとは、得られたロール外層材に目視で割れが発生していないこと、且つ試験片（摩耗試験片（外径60mmφ×幅10mm））と相手片（材質：S45C、外径190mmφ×幅15mm）との２円盤すべり転動方式による摩耗試験において、試験片を水冷しながら、回転数：700rpm（周速：2.2m/s）で回転する試験片に、850℃に加熱した相手片を回転数：250rpm（周速：2.5m/s）で回転させ、荷重980Nで押し当てながら、すべり率：13.1％で転動させ、試験片の転動回数が21000回になるごとに相手材を更新し、累積回転数が168000回になるまで転動させることで、摩耗試験後に目視で割れが発生していないことを指す。 In addition, suppressing the occurrence of cracks means that the obtained roll outer layer material is not visually cracked, and the test piece (wear test piece (outer diameter 60 mmφ x width 10 mm)) and mating piece (material: In the wear test by the 2-disk sliding rolling method with S45C, outer diameter 190 mmφ x width 15 mm), the test piece rotates at a rotation speed of 700 rpm (peripheral speed: 2.2 m / s) while cooling the test piece with water, and 850. The mating piece heated to ℃ is rotated at a rotation speed of 250 rpm (peripheral speed: 2.5 m / s), and while being pressed with a load of 980 N, it is rolled at a slip rate of 13.1%, and the number of times the test piece is rolled is 21000 times. By updating the mating material each time it becomes, and rolling it until the cumulative rotation speed reaches 168,000, it means that no cracks have occurred visually after the wear test.
本発明者らは、上記した課題を達成するため、超硬合金並みの極めて高い耐摩耗性を有する圧延用ロールを、製造工程において割れを発生させずに、生産性及び経済性に優れた遠心鋳造法によって製造可能にする条件について、鋭意検討した。その結果、Fe、Co、Mn、Ni、Cuの含有量を適切な範囲に制御すること、及び遠心鋳造時に遠心力を利用して、硬質な炭化物をロールの外表面側に密集、濃化させることができれば、遠心鋳造製圧延用ロールの耐摩耗性を顕著に向上させることができることに思い至った。そして更なる検討により、遠心鋳造時に、硬質な炭化物をロールの外表面側に密集、濃化させるためには、遠心力が作用している液相中から、液相よりも比重の大きな炭化物が初晶として晶出し得る条件を見出せば良いことに思い至った。 In order to achieve the above-mentioned problems, the present inventors centrifuge a rolling roll having extremely high wear resistance comparable to that of cemented carbide, without causing cracks in the manufacturing process, and having excellent productivity and economy. We have diligently examined the conditions under which it can be manufactured by the casting method. As a result, the content of Fe, Co, Mn, Ni, and Cu is controlled to an appropriate range, and centrifugal force is used during centrifugal casting to concentrate and concentrate hard carbides on the outer surface side of the roll. If possible, I came up with the idea that the wear resistance of centrifugally cast rolling rolls could be significantly improved. According to further studies, in order to concentrate and concentrate hard carbon dioxide on the outer surface side of the roll during centrifugal casting, carbon dioxide having a higher specific density than the liquid phase is selected from the liquid phase on which centrifugal force is acting. I came up with the idea that it would be good to find a condition that could crystallize as a primary crystal.
すなわち、遠心力が作用している液相中に、液相よりも比重の大きな炭化物が晶出すると、炭化物には外周方向への遠心力が作用する。その際、炭化物とその周囲のγ相とが共晶凝固せず、炭化物が初晶として液相から直接晶出できれば、炭化物の周囲はまだ液相であるため、炭化物は容易に外周側に移動、集積することができることになる。 That is, when a charcoal having a specific gravity higher than that of the liquid phase crystallizes in the liquid phase on which the centrifugal force acts, the centrifugal force acts on the charcoal in the outer peripheral direction. At that time, if the carbide and the γ phase around it do not eutectic solidify and the carbide can crystallize directly from the liquid phase as primary crystals, the carbide is still in the liquid phase and the carbide easily moves to the outer peripheral side. , Will be able to accumulate.
このような条件を満たす炭化物形成元素として、比重が大きなWに着目し、しかもそれを多量に含有させることに思い至り、各種鋳込み実験を繰り返すとともに、状態図計算等を活用して、
（１）比重が大きなWを多量に含有する合金に、0.5質量％以上のCを含有させた溶湯とすると、Wが濃化したM６C型炭化物が初晶として出現すること、
（２）さらに、Fe、Co、Mn、Ni、Cuのうちから選ばれた３種以上を、原子％比で0.80～1.20の範囲で含有することで、基地組織の靱性が向上すること、
（３）このような合金溶湯を遠心鋳造すると、初晶として晶出するM６C型炭化物が外層材の外表面側に高濃度に偏析する組織形態が得られること、
を見出した。
Focusing on W, which has a large specific gravity, as a carbide-forming element that satisfies these conditions, and came up with the idea of containing a large amount of it, repeating various casting experiments and utilizing phase diagram calculations, etc.
(1) When a molten metal containing 0.5% by mass or more of C in an alloy containing a large amount of W having a large specific density, M6 C - type carbides enriched in W appear as primary crystals.
(2) Further, by containing 3 or more kinds selected from Fe, Co, Mn, Ni, and Cu in the range of 0.80 to 1.20 in atomic% ratio, the toughness of the matrix structure is improved.
(3) When such an alloy molten metal is centrifugally cast, a structure in which M6 C - type carbides crystallized as primary crystals segregate at a high concentration on the outer surface side of the outer layer material can be obtained.
I found.
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）質量％で、W：25.0～65.0％、Si：0.05～3.00％、C：0.5～3.5％を含み、且つFe、Co、Mn、Ni、Cuのうちから選ばれた３種以上を含有し、
選ばれた元素のうち３種以上の元素夫々の含有量が、原子％比で0.80～1.20の範囲である組成を有することを特徴とする圧延用ロール外層材。
（２）（１）において、前記組成に加えてさらに、
質量％で、Cr：0.5～5.0％、Mo：0.5～5.0％、V：0.5～5.0％、Nb：0.5～5.0％のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする圧延用ロール外層材。
（３）外層と内層とを有する圧延用複合ロールであって、
前記外層が、質量％で、W：25.0～65.0％、Si：0.05～3.00％、C：0.5～3.5％を含み、且つFe、Co、Mn、Ni、Cuのうちから選ばれた３種以上を含有し、
選ばれた元素のうち３種以上の元素夫々の含有量が、原子％比で0.80～1.20の範囲である組成を有することを特徴とする圧延用複合ロール。
（４）（３）において、前記外層が、前記組成に加えてさらに、
質量％で、Cr：0.5～5.0％、Mo：0.5～5.0％、V：0.5～5.0％、Nb：0.5～5.0％のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする圧延用複合ロール。
The present invention has been completed with further studies based on such findings. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) In mass%, W: 25.0 to 65.0%, Si: 0.05 to 3.00%, C: 0.5 to 3.5%, and 3 or more selected from Fe, Co, Mn, Ni, and Cu. Contains,
A roll outer layer material for rolling, wherein the content of each of three or more of the selected elements has a composition in the range of 0.80 to 1.20 in terms of atomic% ratio.
(2) In (1), in addition to the above composition,
It is characterized by containing one or more selected from Cr: 0.5 to 5.0%, Mo: 0.5 to 5.0%, V: 0.5 to 5.0%, and Nb: 0.5 to 5.0% in mass%. Roll outer layer material for rolling.
(3) A composite roll for rolling having an outer layer and an inner layer.
The outer layer contains W: 25.0 to 65.0%, Si: 0.05 to 3.00%, C: 0.5 to 3.5% in mass%, and three or more selected from Fe, Co, Mn, Ni, and Cu. Contains,
A composite roll for rolling, wherein the content of each of three or more of the selected elements has a composition in the range of 0.80 to 1.20 in terms of atomic% ratio.
(4) In (3), the outer layer is further added to the composition.
It is characterized by containing one or more selected from Cr: 0.5 to 5.0%, Mo: 0.5 to 5.0%, V: 0.5 to 5.0%, and Nb: 0.5 to 5.0% in mass%. Composite roll for rolling.
本発明によれば、熱間圧延用あるいは冷間圧延用ロールとして好適な、耐摩耗性が向上し、割れの発生を抑制した圧延用ロール外層材及びそれを用いた圧延用複合ロール、特に遠心鋳造製圧延用ロールを製造でき、産業上格段の効果を奏する。 According to the present invention, a rolling roll outer layer material having improved wear resistance and suppressing the occurrence of cracks, which is suitable as a roll for hot rolling or cold rolling, and a composite roll for rolling using the outer layer material, particularly a centrifugal roll. It is possible to manufacture rolls for casting and rolling, which is extremely effective in industry.
本発明の圧延用ロール外層材は、質量％で、W：25.0～65.0％、Si：0.05～3.00％、C：0.5～3.5％を含み、且つFe、Co、Mn、Ni、Cuのうちから選ばれた３種以上を含有し、選ばれた元素のうち３種以上の元素夫々の含有量が、原子％比で0.80～1.20の範囲である組成を有する。 The rolling roll outer layer material of the present invention contains W: 25.0 to 65.0%, Si: 0.05 to 3.00%, C: 0.5 to 3.5% in mass%, and is composed of Fe, Co, Mn, Ni, and Cu. It contains three or more selected elements, and has a composition in which the content of each of the three or more selected elements is in the range of 0.80 to 1.20 in terms of atomic% ratio.
まず、本発明の圧延用ロール外層材の組成限定理由について説明する。以下、組成に関する質量％は、単に％で記す。 First, the reason for limiting the composition of the rolling roll outer layer material of the present invention will be described. Hereinafter, the mass% related to the composition is simply expressed as%.
W：25.0～65.0％
本発明では、Wを25.0％以上と多量に含有させた合金組成とする。これにより、Wが濃化した硬質なM６C型炭化物を初晶として多量に出現させることができ、耐摩耗性が著しく向上した圧延用ロール外層材とすることができる。また、比重が大きいW系炭化物が生成することから、M６C型炭化物がロール外面側領域に少なくなることを抑制できるため、外面側領域の除去作業は不要となる。
一方、65.0％を超えるWの含有は、M６C型炭化物が粗大化して脆くなり、圧延時にロールに割れが発生し易くなる。また、溶湯の融点が上昇して、溶解、鋳造等が困難となる。このため、Wは25.0～65.0％とする。なお、好ましくは、Wは26.0％以上であり、より好ましくは28.0％以上である。また、好ましくは、Wは64.0％以下であり、より好ましくは63.0％以下である。
W: 25.0-65.0%
In the present invention, the alloy composition is such that W is contained in a large amount of 25.0% or more. As a result, a large amount of W-enriched hard M 6 C-type carbide can appear as primary crystals, and a rolling roll outer layer material with significantly improved wear resistance can be obtained. Further, since W-based carbide having a large specific gravity is generated, it is possible to suppress the decrease of M 6 C type carbide in the roll outer surface side region, so that the work of removing the outer surface side region becomes unnecessary.
On the other hand, if the W content exceeds 65.0%, the M 6 C type carbide becomes coarse and brittle, and the roll is liable to crack during rolling. In addition, the melting point of the molten metal rises, making melting, casting, and the like difficult. Therefore, W is set to 25.0 to 65.0%. W is preferably 26.0% or more, and more preferably 28.0% or more. Further, W is preferably 64.0% or less, and more preferably 63.0% or less.
Si：0.05～3.00％
Siは、脱酸剤として作用するとともに、基地の強化作用も有する元素である。そのような効果を得るためには、0.05％以上のSiの含有を必要とする。一方、3.00％を超えてSiを含有しても、効果が飽和するうえ、片状黒鉛が出現して靭性が低下する。このため、Siは0.05～3.00％とする。なお、好ましくは、Siは0.10％以上である。また、好ましくは、Siは2.50％以下である。
Si: 0.05-3.00%
Si is an element that acts as a deoxidizing agent and also has a base strengthening effect. In order to obtain such an effect, it is necessary to contain 0.05% or more of Si. On the other hand, even if Si is contained in an amount of more than 3.00%, the effect is saturated and flake graphite appears and the toughness is lowered. Therefore, Si is set to 0.05 to 3.00%. In addition, Si is preferably 0.10% or more. Further, Si is preferably 2.50% or less.
C：0.5～3.5％
Cは、Wと結合し、硬質炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる作用を有する元素である。C量に応じて、炭化物の形態や晶出量および晶出温度が変化する。Cが0.5％以上では、M６C型炭化物が初晶として晶出し、遠心鋳造時に外表面側に偏析する組織形態が得られ、耐摩耗性が向上する。Cが0.5％未満では、初晶として晶出するM６C型炭化物量が不足し耐摩耗性が低下する。一方、3.5％を超えて多量に含有すると、外層材として製造が困難になるうえ、非常に割れ易いM２C炭化物やMC炭化物が多量に生成し、且つ、粗大化するため、圧延時にロールが割れ、破壊を生じやすくなる。このようなことから、Cは0.5～3.5％とする。なお、好ましくは、Cは0.6％以上である。また、好ましくは、Cは3.2％以下である。
C: 0.5-3.5%
C is an element that binds to W to form hard carbides and has the effect of improving wear resistance. The morphology, crystallization amount and crystallization temperature of the carbide change according to the amount of C. When C is 0.5% or more, M 6 C type carbide crystallizes as primary crystals, and a structure morphology segregated on the outer surface side during centrifugal casting is obtained, and wear resistance is improved. If C is less than 0.5%, the amount of M 6 C type carbide crystallized as primary crystals is insufficient and the wear resistance is lowered. On the other hand, if it is contained in a large amount exceeding 3.5%, it becomes difficult to manufacture it as an outer layer material, and a large amount of M 2 C carbides and MC carbides that are very fragile are generated and coarsened, so that the roll is rolled during rolling. It is prone to cracking and breaking. For this reason, C is set to 0.5 to 3.5%. In addition, C is preferably 0.6% or more. Further, C is preferably 3.2% or less.
本発明では、上記した成分に加えて、Fe、Co、Mn、Ni、Cuの５つの元素のうちから選ばれた３種以上の元素（以下、選択元素とも記す）を含有し、選択元素のうち３種以上の元素夫々の含有量が、原子％比で0.80～1.20の範囲である。Fe、Mn、Co、Ni、Cuは基地を構成する主な元素であり、これらの元素を３種以上含有し、３種以上の元素夫々の含有量を原子％比で0.80～1.20にすることで基地の靱性が著しく向上する。 In the present invention, in addition to the above-mentioned components, three or more kinds of elements (hereinafter, also referred to as selective elements) selected from the five elements of Fe, Co, Mn, Ni, and Cu are contained, and the selected elements are selected. The content of each of the three or more elements is in the range of 0.80 to 1.20 in terms of atomic% ratio. Fe, Mn, Co, Ni, and Cu are the main elements that make up the base, and contain three or more of these elements, and the content of each of the three or more elements should be 0.80 to 1.20 in atomic% ratio. The toughness of the base is significantly improved.
本発明では、３種以上の選択元素が原子％比で0.80～1.20の範囲内にあれば、上記５つの元素のうち、0.80～1.20の範囲内にある選択元素以外の１種又は２種の元素は、0.80～1.20の範囲外であってもよい。 In the present invention, if three or more selected elements are in the range of 0.80 to 1.20 in atomic% ratio, one or two of the above five elements other than the selective elements in the range of 0.80 to 1.20. The element may be outside the range of 0.80 to 1.20.
原子％比で0.80～1.20の範囲にある選択元素が１種又は２種であると、基地の靱性が低下して、鋳造時や圧延時にロールに割れが発生し易くなる。
また、原子％比で、選択元素の含有量が0.80未満、又は選択元素の含有量が1.20超えであると、基地中に靱性の低い相が生成することで、鋳造時や圧延時にロールに割れが発生し易くなる。よって、本発明では、Fe、Co、Mn、Ni、Cuのうちから選ばれた３種以上を含有し、選ばれた元素のうち３種以上の元素夫々の含有量を、原子％比で0.80～1.20の範囲とする。
好ましくは、この含有量は、原子％比で0.82以上であり、より好ましくは0.85以上である。また、好ましくは、この含有量は原子％比で1.18以下であり、より好ましくは1.16以下である。
なお、Xi：各元素の含有量（質量％）、Mi：各元素の原子量とするとき、原子％比は、Xi/Miの比として表すことができる。
When one or two selection elements in the range of 0.80 to 1.20 in atomic% ratio are used, the toughness of the matrix is lowered and the roll is liable to crack during casting or rolling.
In addition, if the content of the selective element is less than 0.80 or the content of the selective element is more than 1.20 in terms of atomic% ratio, a phase with low toughness is generated in the matrix, and the roll cracks during casting or rolling. Is likely to occur. Therefore, in the present invention, the content of 3 or more selected from Fe, Co, Mn, Ni, and Cu is contained, and the content of each of the 3 or more selected elements is 0.80 in atomic% ratio. The range is from 1.20.
Preferably, this content is 0.82 or more, more preferably 0.85 or more in terms of atomic% ratio. Further, this content is preferably 1.18 or less in terms of atomic% ratio, and more preferably 1.16 or less.
When Xi: the content of each element (mass%) and Mi: the atomic weight of each element, the atomic% ratio can be expressed as the ratio of Xi / Mi.
ここで、参考として成分の一例を記載する。質量％で、W：50.0％、Si：1.00％、C：3.0％、選択元素としてFe、Mn、Niを含有し、選択元素の含有量が原子％比でFe：1.0、Mn：1.1、Ni：0.9であり、このような外層材溶湯を1000kg溶製し、圧延用ロール外層材を製造する場合を考える。ここで、各元素の原子量はFe：55.85、Mn：54.94、Ni：58.69である。選択元素の重量の合計は1000×(1-(50.0+3.0+1.00)/100)=460kgとなる。選択元素Fe、Mn、Niの重量をそれぞれMFe、MMn、MNiとすると、以下の関係式(1)～(3)が成立する。 Here, an example of the component is described for reference. By mass%, W: 50.0%, Si: 1.00%, C: 3.0%, Fe, Mn, Ni are contained as selective elements, and the content of the selective elements is Fe: 1.0, Mn: 1.1, Ni in atomic% ratio. : 0.9, and consider the case where 1000 kg of such molten metal for outer layer material is melted to produce a roll outer layer material for rolling. Here, the atomic weights of each element are Fe: 55.85, Mn: 54.94, and Ni: 58.69. The total weight of the selected elements is 1000 x (1- (50.0 + 3.0 + 1.00) / 100) = 460 kg. Assuming that the weights of the selected elements Fe, Mn, and Ni are M Fe , M Mn , and M Ni , respectively, the following relational expressions (1) to (3) are established.
MFe+MMn+MNi=460 (1)
MFe/55.85×100×1.1=MMn/54.94×100 ⇒ MMn=54.94/55.85×1.1×MFe (2)
MFe/55.85×100×0.9=MNi/58.69×100 ⇒ MNi=58.69/55.85×0.9×MFe (3)
(1)～(3)の連立方程式を解くことにより、MFe=152kg、MMn=164kg、MNi=144kgと計算することができる（質量％で、Fe：15.2％、Mn：16.4％、Ni：14.4％）。
選択元素の種類や数量に応じて同様の計算を行うことにより、本発明に係る圧延用ロール外層材の組成を計算することができる。上記の計算は溶解する原料の含有量を計算しているが、最終製品である圧延用ロール外層材も同じ成分組成になる。
M Fe + M Mn + M Ni = 460 (1)
M Fe / 55.85 × 100 × 1.1 = M Mn /54.94 × 100 ⇒ M Mn = 54.94 / 55.85 × 1.1 × M Fe (2)
M Fe / 55.85 × 100 × 0.9 = M Ni / 58.69 × 100 ⇒ M Ni = 58.69 / 55.85 × 0.9 × M Fe (3)
By solving the simultaneous equations (1) to (3), it can be calculated as M Fe = 152 kg, M Mn = 164 kg, M Ni = 144 kg (mass%, Fe: 15.2%, Mn: 16.4%, Ni: 14.4%).
By performing the same calculation according to the type and quantity of the selected element, the composition of the rolling roll outer layer material according to the present invention can be calculated. Although the above calculation calculates the content of the raw material to be melted, the rolling roll outer layer material, which is the final product, has the same composition.
上記した成分が基本の成分であるが、基本組成に加えて、Cr：0.5～5.0％、Mo：0.5～5.0％、V：0.5～5.0％、Nb：0.5～5.0％のうちから選ばれた１種又は２種以上を必要に応じ選択して含有してもよい。 The above-mentioned components are the basic components, but in addition to the basic composition, they were selected from Cr: 0.5 to 5.0%, Mo: 0.5 to 5.0%, V: 0.5 to 5.0%, and Nb: 0.5 to 5.0%. One kind or two or more kinds may be selected and contained as needed.
Cr、Mo、V、Nbはいずれも、炭化物形成元素であり、Wが濃化したM6C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る。また、Wが濃化したM6C型炭化物とは別に、Cr、Mo、V、Nbが濃化した炭化物（MC型、M7C3型）を形成し、耐摩耗性を向上させる作用を有する。このような効果を得るためには、0.5％以上含有することが必要であり、5.0％を超える含有は靱性を劣化させる。そのため、これらの元素を含有する場合には、夫々の含有量を0.5～5.0％とする。なお、好ましくは、夫々の含有量は1.0％以上である。また、好ましくは、これらの元素夫々の含有量は4.5％以下である。また、これらの任意の炭化物形成元素（Cr、Mo、V、Nb）の含有量の合計は15％以下とすることが好ましく、より好ましくは12％以下である。 Cr, Mo, V, and Nb are all carbide-forming elements, and are elements that have the effect of solidifying W-enriched M 6 C-type carbides to strengthen the carbides. In addition to the W-enriched M 6 C-type carbides, Cr, Mo, V, and Nb-enriched carbides (MC type, M 7 C 3 type) are formed to improve wear resistance. Have. In order to obtain such an effect, it is necessary to contain 0.5% or more, and a content exceeding 5.0% deteriorates toughness. Therefore, when these elements are contained, the content of each is set to 0.5 to 5.0%. The content of each is preferably 1.0% or more. Moreover, the content of each of these elements is preferably 4.5% or less. The total content of these arbitrary carbide-forming elements (Cr, Mo, V, Nb) is preferably 15% or less, more preferably 12% or less.
本発明の圧延用ロール外層材の組成は、上記した成分からなる組成としてもよいが、上記した成分以外の残部として、不可避的不純物からなる組成としてもよい。
不可避的不純物としては、P、S、N、O、Bが例示できる。なお、Pは、粒界に偏析し、材料を脆化させる等の悪影響を及ぼすため、不純物としてできるだけ低減することが望ましいが、0.05％以下であれば許容できる。また、Sも、Pと同様に、粒界に偏析し、材料を脆化させる等の影響を及ぼすため、不純物としてできるだけ低減することが望ましいが、0.05％以下であれば、一部はMnと化合して硫化物系介在物として存在し無害化されるため、許容できる。また、Nは、通常の溶解であれば、不純物として0.01～0.1％程度混入する。しかし、この程度の含有であれば本発明の効果に影響することはない。但し、Nは、複合ロールの外層と中間層あるいは内層との境界にガス欠陥を生成することがあるので0.07％未満に限定することが好ましい。Oは溶解原料から酸化物として混入するだけでなく、溶解中に溶湯が空気と触れることで混入する。Nと同様に、Oもガス欠陥を生成することがあるため、0.07％未満とすることが好ましい。なお、Bは、溶解原料のスクラップや鋳造用フラックスから混入して不可避的不純物元素として含有される場合がある。Bは、炭化物や基地に固溶して炭化物の性質を変化させるか、あるいは、基地に固溶して基地の焼入れ性に影響を及ぼし、品質バラツキを醸成することがある。このため、Bは極力低減した方が好ましいが、0.1％以下であれば、本発明の効果に悪影響を及ぼすことはない。ここで、上記した不可避的不純物である元素は、合計で1％未満に調整することが好ましい。
The composition of the rolling roll outer layer material of the present invention may be a composition composed of the above-mentioned components, but may be a composition composed of unavoidable impurities as a balance other than the above-mentioned components.
Examples of unavoidable impurities include P, S, N, O, and B. Since P segregates at the grain boundaries and has an adverse effect such as embrittlement of the material, it is desirable to reduce it as an impurity as much as possible, but 0.05% or less is acceptable. Also, like P, S also segregates at the grain boundaries and has an effect of embrittlement of the material, so it is desirable to reduce it as an impurity as much as possible, but if it is 0.05% or less, part of it is Mn. It is acceptable because it is compounded and exists as a sulfide-based inclusion and is detoxified. Further, N is mixed in about 0.01 to 0.1% as an impurity in the case of normal dissolution. However, the content of this degree does not affect the effect of the present invention. However, N is preferably limited to less than 0.07% because it may generate gas defects at the boundary between the outer layer and the intermediate layer or the inner layer of the composite roll. O is not only mixed as an oxide from the melting raw material, but also mixed when the molten metal comes into contact with air during melting. Like N, O can also generate gas defects, so it is preferably less than 0.07%. In addition, B may be mixed from scrap of a melting raw material or a flux for casting and contained as an unavoidable impurity element. B may dissolve in carbides or bases to change the properties of the carbides, or may dissolve in bases and affect the hardenability of the bases, fostering quality variations. Therefore, it is preferable to reduce B as much as possible, but if it is 0.1% or less, the effect of the present invention is not adversely affected. Here, it is preferable to adjust the total amount of the elements, which are the above-mentioned unavoidable impurities, to less than 1%.
本発明の圧延用ロール外層材は、特に限定されないが、割れの発生を抑制でき、大型のロールを製造することが可能であることから、径方向肉厚：10～120ｍｍ、ロールの直径：200～1200ｍｍ、ロール軸方向長さ：50～3000ｍｍとすることが好ましい。 The outer layer material for rolling rolls of the present invention is not particularly limited, but since it is possible to suppress the occurrence of cracks and manufacture a large roll, the radial wall thickness: 10 to 120 mm and the roll diameter: 200. It is preferably about 1200 mm and the roll axial length: 50 to 3000 mm.
次に、本発明の圧延用ロール外層材の好ましい製造方法について説明する。 Next, a preferable manufacturing method of the rolling roll outer layer material of the present invention will be described.
本発明では、生産性、ならびに製造コストの観点から、圧延用ロール外層材は、鋳造鋳型を回転させる形式の遠心鋳造法を用いて製造する。これにより、安価に、耐摩耗性に優れた圧延用ロール外層材を製造することができる。 In the present invention, from the viewpoint of productivity and manufacturing cost, the rolling roll outer layer material is manufactured by using a centrifugal casting method in which a casting mold is rotated. As a result, it is possible to inexpensively manufacture a rolling roll outer layer material having excellent wear resistance.
まず、回転する鋳型に、上記したロール外層材組成の溶湯を、所定の肉厚となるように注湯し、遠心鋳造して、圧延用ロール外層材とする。なお、通常は、鋳型の保護のため、その内面には、ジルコン等を主材とした耐火物が被覆されることが一般的である。なお、本発明では、ロール表面における遠心力が100～200Gとなるように回転数を調整して遠心鋳造することが好ましい。高い遠心力を付与することにより、表面側に比重の大きな硬質炭化物を集積させることができる。 First, the molten metal having the composition of the roll outer layer material described above is poured into a rotating mold so as to have a predetermined wall thickness, and centrifugal casting is performed to obtain a roll outer layer material for rolling. Normally, in order to protect the mold, the inner surface thereof is generally covered with a refractory material mainly made of zircon or the like. In the present invention, it is preferable to perform centrifugal casting by adjusting the rotation speed so that the centrifugal force on the roll surface is 100 to 200 G. By applying a high centrifugal force, hard carbides having a large specific gravity can be accumulated on the surface side.
本発明の圧延用ロール外層材は、外層材全体で上記成分範囲を満足していれば、W含有量がロール外周側から内周側に向けて径方向に低下する傾斜組成を有してもよい。 The rolling roll outer layer material of the present invention may have an inclined composition in which the W content decreases in the radial direction from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the roll as long as the entire outer layer material satisfies the above component range. good.
本発明では、得られた圧延用ロール外層材は、単体のスリーブとして、そこに軸材を嵌合させて、圧延用ロールとしてもよい。また、得られた圧延用ロール外層材は、その内側に溶着等により一体化した中間層を設け、中間層を有するスリーブとして、そこに軸材を嵌合させて、圧延用ロールとしてもよい。なお、中間層は、ロール外層材の凝固途中あるいは完全に凝固したのち、鋳型を回転させながら、中間層組成の溶湯を注湯し、遠心鋳造することにより形成することが好ましい。中間層材として、黒鉛鋼、1～2質量％Cの高炭素鋼、亜共晶鋳鉄等が例示できる。なお、これら圧延用ロールの軸材はとくに限定されないが、鍛鋼、鋳鋼、鋳鉄で製造することが好ましい。 In the present invention, the obtained outer layer material for rolling rolls may be used as a single sleeve, and a shaft material may be fitted therein to form a rolling roll. Further, the obtained rolling roll outer layer material may be provided with an intermediate layer integrated by welding or the like inside thereof, and may be used as a sleeve having an intermediate layer, and a shaft material may be fitted therein to form a rolling roll. It is preferable that the intermediate layer is formed by pouring molten metal having an intermediate layer composition and centrifugal casting while rotating the mold while the roll outer layer material is being solidified or completely solidified. Examples of the intermediate layer material include graphite steel, high carbon steel having 1 to 2% by mass C, and subeutectic cast iron. The shaft material of these rolling rolls is not particularly limited, but it is preferably manufactured from forged steel, cast steel, or cast iron.
さらに本発明では、上記した圧延用ロール外層材を外層とし、該外層と溶着等により一体化した内層とからなる圧延用複合ロールとするか、あるいは上記した圧延用ロール外層材を外層とし、該外層と溶着等により一体化した中間層、該中間層と溶着一体化した内層とからなる圧延用複合ロールとしてもよい。 Further, in the present invention, the above-mentioned rolling roll outer layer material is used as an outer layer, and a rolling composite roll composed of the outer layer and an inner layer integrated by welding or the like is used, or the above-mentioned rolling roll outer layer material is used as an outer layer. It may be a composite roll for rolling composed of an intermediate layer integrated with an outer layer by welding or the like, and an inner layer welded and integrated with the intermediate layer.
中間層を形成する場合には、ロール外層材の凝固途中あるいは完全に凝固したのち、鋳型を回転させながら、中間層組成の溶湯を注湯し、遠心鋳造することが好ましい。なお、中間層材としては、黒鉛鋼、1～2質量％Cの高炭素鋼、亜共晶鋳鉄等を用いることが好ましい。中間層と外層とは一体溶着されており、外層成分が中間層へ10～90質量％程度の範囲で混入する。内層への外層成分の混入量を抑える観点から、外層成分の中間層への混入量はできるだけ低減しておくことが望ましい。 In the case of forming the intermediate layer, it is preferable to pour the molten metal having the intermediate layer composition and centrifuge casting while rotating the mold after the roll outer layer material is solidified during or completely solidified. As the intermediate layer material, it is preferable to use graphite steel, high carbon steel having 1 to 2% by mass C, subeutectic cast iron, or the like. The intermediate layer and the outer layer are integrally welded, and the outer layer component is mixed into the intermediate layer in the range of about 10 to 90% by mass. From the viewpoint of suppressing the amount of the outer layer component mixed in the inner layer, it is desirable to reduce the amount of the outer layer component mixed in the intermediate layer as much as possible.
また、内層は、外層あるいは中間層が完全に凝固したのち、鋳型の回転を停止し鋳型を立ててから、内層材を静置鋳造して形成される。ここで、静置鋳造される内層材としては、鋳造性と機械的性質に優れた球状黒鉛鋳鉄、いも虫状黒鉛鋳鉄（CV鋳鉄）などを用いることが好ましい。なお、中間層がなく、外層と内層が一体溶着されている複合ロールでは、外層材の成分が1～10質量％程度、内層に混入することが多い。外層材に含まれるW、Cr、V等は強力な炭化物形成元素であり、これら元素が内層へ混入すると、内層を脆弱化する。このため、本発明では、外層成分の内層への混入率は5質量％未満に抑えることが好ましい。 Further, the inner layer is formed by statically casting the inner layer material after the outer layer or the intermediate layer is completely solidified, the rotation of the mold is stopped and the mold is erected. Here, as the inner layer material to be statically cast, it is preferable to use spheroidal graphite cast iron, hornworm-like graphite cast iron (CV cast iron), etc., which are excellent in castability and mechanical properties. In a composite roll in which the outer layer and the inner layer are integrally welded without an intermediate layer, the component of the outer layer material is often mixed in the inner layer in an amount of about 1 to 10% by mass. W, Cr, V, etc. contained in the outer layer material are strong carbide-forming elements, and when these elements are mixed into the inner layer, the inner layer is weakened. Therefore, in the present invention, it is preferable that the mixing ratio of the outer layer component into the inner layer is suppressed to less than 5% by mass.
上記した圧延用ロール外層材、圧延用複合ロールは、鋳造後、熱処理を施されることが好ましい。熱処理は、950～1150℃に加熱し5～40h保持したのち、炉内で冷却するか、又は、炉外に出して空冷あるいは衝風空冷する工程と、さらに400～600℃に加熱保持したのち冷却する工程を1回以上施す処理とすることが好ましい。なお、本発明圧延用ロール外層材、圧延用複合ロールの硬さは、用途に応じて、79～100HSの範囲内で調整することが好ましい。このような硬さを安定して確保できるように、鋳造後の熱処理を調整することが推奨される。 It is preferable that the above-mentioned rolling roll outer layer material and rolling composite roll are heat-treated after casting. The heat treatment is performed by heating to 950 to 1150 ° C and holding it for 5 to 40 hours, then cooling it in the furnace, or taking it out of the furnace to air-cool or air-cool it, and then heat-hold it to 400 to 600 ° C. It is preferable that the cooling step is performed once or more. The hardness of the rolling roll outer layer material and the rolling composite roll of the present invention is preferably adjusted within the range of 79 to 100HS depending on the application. It is recommended to adjust the heat treatment after casting so that such hardness can be stably secured.
［実施例１］
以下、実施例に基づいてさらに本発明を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。
[Example 1]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples. The present invention is not limited to the following examples.
選択元素の含有量を表１とし、表２に示す組成の溶湯を、高周波誘導炉で溶解し、遠心鋳造法により、試験材としてスリーブ状のロール外層材（外径：250mmφ、径方向肉厚：50mm、厚み70mm）を鋳造した。なお、鋳込み温度は1550℃、ロール外層材の外表面における遠心力が重力倍数で150Gとなるようにした。鋳造後、1000℃に再加熱し10h保持した後、100℃以下まで冷却する焼入れ処理、及び550℃に加熱・保持し冷却する焼戻処理を施した。鋳造後のロール外層材に目視で割れが認められた場合を「×」、割れが認められなかった場合を「○」とした。
なお、鉄鋼の熱間仕上げ圧延用ロールとして使用されている市販の遠心鋳造製外層材組成（ハイスロール系組成：2.0％C－1.0％Si－0.5％Mn－5.0％Cr－5.0％Mo－5.0％V－1.0％Nb－1.5％W（％は質量％である）、No.37）でも、同様にスリーブ状のロール外層材を鋳造し、鋳造後熱処理を施して試験材とし、従来例とした。
The content of the selected element is shown in Table 1, and the molten metal having the composition shown in Table 2 is melted in a high-frequency induction furnace, and a sleeve-shaped roll outer layer material (outer diameter: 250 mmφ, radial wall thickness) is used as a test material by centrifugal casting. : 50 mm, thickness 70 mm) was cast. The casting temperature was 1550 ° C, and the centrifugal force on the outer surface of the roll outer layer material was set to 150 G in multiples of gravity. After casting, it was reheated to 1000 ° C and held for 10 hours, then quenched to cool to 100 ° C or lower, and tempered to heat, hold and cool to 550 ° C. The case where cracks were visually observed in the outer layer material of the roll after casting was evaluated as "x", and the case where no cracks were observed was evaluated as "○".
Commercially available centrifugal casting outer layer material composition (high-speed steel composition: 2.0% C-1.0% Si-0.5% Mn-5.0% Cr-5.0% Mo-5.0) used as a roll for hot finish rolling of steel. For% V-1.0% Nb-1.5% W (% is mass%), No.37), a sleeve-shaped roll outer layer material was cast in the same manner, and heat treatment was performed after casting to make a test material. did.
摩耗試験片（外径60mmφ×幅10mm）は、上記した熱処理後の試験片から図１に示すように採取した。鋳造後に割れが確認されたサンプルに関しては、熱処理前にグラインダーで割れを研削除去した後、上記した熱処理を行い、摩耗試験片を採取した。本実施例で用いた試験材で鋳造後に割れが確認されたものについて、割れの深さは最大で3mmであり、摩耗試験片を採取するのに問題がない大きさであった。摩耗試験は、図２に示すように、試験片（摩耗試験片）と相手片（材質：S45C、外径190ｍｍφ×幅15ｍｍ）との２円盤すべり転動方式で行った。 The wear test piece (outer diameter 60 mmφ x width 10 mm) was collected from the above-mentioned heat-treated test piece as shown in FIG. For the samples in which cracks were confirmed after casting, the cracks were ground and removed with a grinder before the heat treatment, and then the above heat treatment was performed to collect wear test pieces. For the test materials used in this example in which cracks were confirmed after casting, the crack depth was 3 mm at the maximum, and there was no problem in collecting wear test pieces. As shown in FIG. 2, the wear test was carried out by a two-disk sliding rolling method using a test piece (wear test piece) and a mating piece (material: S45C, outer diameter 190 mmφ x width 15 mm).
摩耗試験は、試験片を冷却水で水冷しながら、回転数V2：700rpm（周速：2.2m/s）で回転する試験片に、高周波コイルで850℃に加熱した相手片を回転数V1：250rpm（周速：2.5m/s）で回転させ、荷重980Nで押し当てながら、すべり率：13.1％で転動させた。この時、相手片の温度は温度計で測定した。試験片の転動回数が21000回になるごとに相手材を更新し、累積回転数が168000回になるまで転動させた。
試験終了後に、摩耗試験片の摩耗減量（＝試験開始前の摩耗試験片質量－試験終了後の摩耗試験片質量）を調査した。得られた摩耗減量について、370mg以下である場合を「◎」、370mgを超え560mg以下である場合を「○」、560mgを超える場合を「×」と評価した。また、試験終了後の摩耗試験片の目視による外観観察によって、割れが確認された場合を「×」、割れが確認されなかった場合を「○」とした。
In the wear test, the test piece is cooled with cooling water and rotated at a rotation speed of V2: 700 rpm (peripheral speed: 2.2 m / s). It was rotated at 250 rpm (peripheral speed: 2.5 m / s), and while being pressed with a load of 980 N, it was rolled at a slip rate of 13.1%. At this time, the temperature of the mating piece was measured with a thermometer. The mating material was updated every time the number of rotations of the test piece reached 21,000, and the test piece was rotated until the cumulative number of rotations reached 168,000.
After the test was completed, the wear loss of the wear test piece (= mass of the wear test piece before the start of the test-mass of the wear test piece after the end of the test) was investigated. The obtained wear loss was evaluated as "◎" when it was 370 mg or less, "○" when it was more than 370 mg and 560 mg or less, and "×" when it was more than 560 mg. In addition, the case where cracks were confirmed by visual observation of the appearance of the wear test piece after the test was confirmed as “x”, and the case where no cracks were confirmed was evaluated as “◯”.
以上の結果より、鋳造後の割れ、耐摩耗性、摩耗試験後の割れのいずれかの評価が「×」であった場合を不合格、それ以外を合格とした。 Based on the above results, if any of the evaluations of crack after casting, wear resistance, and crack after wear test was "x", it was rejected, and the others were accepted.
得られた結果を表３に示す。 The results obtained are shown in Table 3.
本発明例はいずれも、摩耗減量が560mg以下であり、従来例（ハイスロール）に比べ格段に耐摩耗性が向上しており、優れた耐摩耗性を示した。また、本発明例ではいずれも、ロール外層材製造時（鋳造後）に割れは発生せず、摩耗試験後においても割れは発生しなかった。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、ロール外層材製造時（鋳造後）、摩耗試験後の少なくともいずれかによって割れが発生するか、摩耗減量が560mg超となり、従来例に比べて耐摩耗性の改善が少なかった。
［実施例２］
表２の試験材No.1～21の成分組成を有する外層を遠心鋳造してスリーブ状のロール外層材を作製した後、外層材内面側に中間層組成の溶湯を遠心鋳造して溶着一体化させ、中間層が完全に凝固した後、内層組成の溶湯を静置鋳造して圧延用複合ロール（外径820mm、胴部の長さ（ロール軸方向長さ）2100mm、ロール軸を含めた全長5900mm）を製造した。鋳込み後に外観観察を行ったところ、割れは確認されなかった。
In each of the examples of the present invention, the wear loss was 560 mg or less, the wear resistance was significantly improved as compared with the conventional example (high-speed steel), and the wear resistance was excellent. Further, in all of the examples of the present invention, no cracks occurred during the production of the roll outer layer material (after casting), and no cracks occurred even after the wear test. On the other hand, in the comparative example outside the scope of the present invention, cracks occur at least at the time of manufacturing the roll outer layer material (after casting) and after the wear test, or the wear loss becomes more than 560 mg, and the wear resistance is higher than that of the conventional example. There was little improvement in sex.
[Example 2]
After the outer layer having the component composition of the test materials No. 1 to 21 in Table 2 is centrifugally cast to prepare a sleeve-shaped roll outer layer material, the molten metal having the intermediate layer composition is centrifugally cast on the inner surface side of the outer layer material to be welded and integrated. After the intermediate layer is completely solidified, the molten metal of the inner layer composition is statically cast and rolled composite roll (outer diameter 820 mm, body length (roll axial length) 2100 mm, total length including roll shaft). 5900mm) was manufactured. When the appearance was observed after casting, no cracks were confirmed.
Claims (4)
選ばれた元素のうち３種以上の元素夫々の含有量が、原子％比で0.80～1.20の範囲である組成を有することを特徴とする圧延用ロール外層材。 By mass%, W: 25.0 to 65.0%, Si: 0.05 to 3.00%, C: 0.5 to 3.5%, and 3 or more selected from Fe, Co, Mn, Ni, and Cu are contained.
A roll outer layer material for rolling, wherein the content of each of three or more of the selected elements has a composition in the range of 0.80 to 1.20 in terms of atomic% ratio.
質量％で、Cr：0.5～5.0％、Mo：0.5～5.0％、V：0.5～5.0％、Nb：0.5～5.0％のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の圧延用ロール外層材。 In addition to the composition,
It is characterized by containing one or more selected from Cr: 0.5 to 5.0%, Mo: 0.5 to 5.0%, V: 0.5 to 5.0%, and Nb: 0.5 to 5.0% in mass%. The rolling roll outer layer material according to claim 1.
前記外層が、質量％で、W：25.0～65.0％、Si：0.05～3.00％、C：0.5～3.5％を含み、且つFe、Co、Mn、Ni、Cuのうちから選ばれた３種以上を含有し、
選ばれた元素のうち３種以上の元素夫々の含有量が、原子％比で0.80～1.20の範囲である組成を有することを特徴とする圧延用複合ロール。 A composite roll for rolling having an outer layer and an inner layer.
The outer layer contains W: 25.0 to 65.0%, Si: 0.05 to 3.00%, C: 0.5 to 3.5% in mass%, and three or more selected from Fe, Co, Mn, Ni, and Cu. Contains,
A composite roll for rolling, wherein the content of each of three or more of the selected elements has a composition in the range of 0.80 to 1.20 in terms of atomic% ratio.
質量％で、Cr：0.5～5.0％、Mo：0.5～5.0％、V：0.5～5.0％、Nb：0.5～5.0％のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項３に記載の圧延用複合ロール。 In addition to the composition, the outer layer further
It is characterized by containing one or more selected from Cr: 0.5 to 5.0%, Mo: 0.5 to 5.0%, V: 0.5 to 5.0%, and Nb: 0.5 to 5.0% in mass%. The composite roll for rolling according to claim 3.
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