JP2732896B2 - Rolls for hot rolling of steel sheets - Google Patents
Rolls for hot rolling of steel sheetsInfo
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- B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、耐摩耗性および耐肌荒れ性に優れた鋼板の
熱間圧延用ロールに関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a roll for hot rolling a steel sheet having excellent wear resistance and surface roughness resistance.
［従来の技術］ 鋼板の熱間圧延（以下、熱延と略称する。）には、鋳
鋼系のマダマイトロールあるいは鋳鉄系の高合金グレン
ロールおよび高クロム鋳鉄ロールが、主に使用されてい
る。以前に比べると、ロール製造技術が進歩し、優れた
品質のロールが造られるようになり、鉄鋼の生産に大き
く寄与している。しかしながら、ロールの耐摩耗性、耐
肌荒れ性の面において未だ十分とは言えず、過酷な条件
下での圧延の場合、特に近年、より高度の製品寸法ある
いは形状を満足する圧延を行うためにロール径を小さく
する場合、従来に増して耐摩耗性、耐肌荒れ性に優れた
ロールが強く要望される。[Prior Art] For hot rolling (hereinafter abbreviated as hot rolling) of a steel sheet, a cast steel-based adammite roll or a cast iron-based high alloy Glen roll and a high chromium cast iron roll are mainly used. . Compared to the past, roll manufacturing technology has advanced, and rolls of excellent quality have been made, which has greatly contributed to the production of steel. However, it cannot be said that the abrasion resistance of the rolls and the surface roughness resistance are still sufficient, and in the case of rolling under severe conditions, especially in recent years, the rolls have to be rolled to satisfy higher product dimensions or shapes. When the diameter is reduced, there is a strong demand for a roll having better abrasion resistance and surface roughness resistance than ever before.
現行のロールの中で最も優れたロール材質は、高クロ
ム鋳鉄であり、このロール材質に関する公知文献は多
く、たとえば、特公昭64−1203号公報、特公昭61−1641
5公報等がある。また、炭化物の形態を規定したロール
材質に関しては、特公昭59−25025号公報に開示されて
いるローラ材があるが、これらのロール材質では、ロー
ルが上に述べた過酷な条件下での圧延に供される場合、
耐摩耗性、耐肌荒れ性は十分ではない。The best roll material among the current rolls is high chromium cast iron, and there are many well-known documents concerning this roll material, for example, Japanese Patent Publication No. 64-1203, Japanese Patent Publication No. 61-1641.
There are five publications. Further, with respect to the roll material defining the form of carbide, there is a roller material disclosed in Japanese Patent Publication No. 59-25025, but with these roll materials, the roll is rolled under the severe conditions described above. If offered to
Abrasion resistance and rough surface resistance are not sufficient.
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、従来の熱延用ロールに比し、格段に耐摩耗
性、耐肌荒れ性に優れたロールを提供することを目的と
したなされた。[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made with the object of providing a roll that is much more excellent in abrasion resistance and surface roughening resistance than conventional rolls for hot rolling.
［課題を解決するための手段］ 本発明の特徴とするところは下記の通りである。[Means for Solving the Problems] The features of the present invention are as follows.
1.平均粒径:5〜30μｍのM6C或いはMC一次炭化物を、マ
ルテンサイト、ベイナイトもしくはパーライト素地中
に、面積率:5〜40％で一様に分散せしめるとともに、10
0μｍを超える粗大炭化物のない鋼板の熱間圧延用ロー
ル。1. Average particle size: 5 to 30 μm of M 6 C or MC primary carbide is uniformly dispersed in martensite, bainite or pearlite at an area ratio of 5 to 40% and 10
Roll for hot rolling of steel sheets without coarse carbide exceeding 0 μm.
但し、Ｍは金属元素であって、Moを主体としさらにC
r,Ti,Nb,VおよびＷのうち１種または２種以上からなる
ものとする。However, M is a metal element, and is mainly composed of Mo and furthermore C
It shall consist of one or more of r, Ti, Nb, V and W.
2.一次炭化物が、ビッカース硬度:1500以上であり、素
地がビッカース硬度:500〜1000であって、ロールの平均
ビッカース硬度が600〜1000である請求項１記載の熱間
圧延用ロール。2. The roll for hot rolling according to claim 1, wherein the primary carbide has a Vickers hardness of 1500 or more, the base material has a Vickers hardness of 500 to 1000, and the average Vickers hardness of the roll is 600 to 1000.
以下に、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
発明者等は先ず、現行のロール材質の中で最も耐摩耗
性、耐肌荒れ性に優れていると言われる高クロム鋳鉄
は、金属組織中の一次炭化物（溶融金属が凝固するとき
に晶出する炭化物）がM7C3の構造を有し、その形態が通
常のM3Cの構造を有するものより微細であることが特徴
である処から、他の種類の炭化物について、それらの特
性を調べることから始めた。因に、上記Ｍは１種または
２種以上の金属を意味し、通常冶金学で用いられる表現
であり、鉄−炭素系ではFe3C（セメンタイト）が安定し
た炭化物である。鉄−クロム−炭素系では、（Fe＋Cr）
3C,（Fe＋Cr）7C3および（Fe＋Cr）23C6の３種類の炭化
物が存在する。さらに、他の合金元素たとえば、Mo,W,
V,Ti,Nb等を添加した場合には、MC,M2C,M6C等元素の電
子構造によって種々の炭化物が出現する。First, the inventors have reported that high chromium cast iron, which is said to be the most excellent in abrasion resistance and surface roughening resistance among the current roll materials, is a primary carbide in a metal structure (crystallized when molten metal solidifies). Carbide) has the structure of M 7 C 3 , and its morphology is characterized by being finer than that of the normal M 3 C structure. I started with that. Incidentally, the above-mentioned M means one or more kinds of metals and is an expression usually used in metallurgy. In iron-carbon systems, Fe 3 C (cementite) is a stable carbide. In the iron-chromium-carbon system, (Fe + Cr)
There are three types of carbides, 3 C, (Fe + Cr) 7 C 3 and (Fe + Cr) 23 C 6 . In addition, other alloying elements such as Mo, W,
When V, Ti, Nb, or the like is added, various carbides appear depending on the electronic structure of elements such as MC, M 2 C, and M 6 C.
発明者等は、これら種々の炭化物を含有する材料につ
いて、熱延ロールの圧延シミュレート実験に用いられて
いる高温摩擦試験機によって熱間の摩耗特性について調
べた。The present inventors investigated the wear characteristics of the various carbide-containing materials during heating using a high-temperature friction tester used in a simulation test for rolling a hot-rolled roll.
その結果、合金元素の中ではMoを１％以上添加したも
のが、優れた熱間耐摩耗性を有することを見出した。ま
た、Mo単独ではなく、Cr＋Mo,Cr＋Mo＋ＶあるいはCr＋M
o＋Ｖ＋Ｗといった複合添加がよく、その際、何れもMo
を含まないものに比し、Moを添加したものの特性が良
く、Moの効果は顕著であった。As a result, it has been found that among the alloy elements, those to which Mo is added at 1% or more have excellent hot wear resistance. Not only Mo alone, but Cr + Mo, Cr + Mo + V or Cr + M
o + V + W composite addition is good.
As compared with those containing no Mo, the properties of the ones to which Mo was added were good, and the effect of Mo was remarkable.
次に、熱延ロールの摩耗がどのような機構で生じるの
かを調べるために、摩耗過程におけるロール試験片の表
面をSEM（走査型電子顕微鏡）を用いて観察した。その
結果、熱間における摩耗は、ロール表面が500℃以上の
高温になるために、素地の硬さが低下し、すべりによる
アブレーシブ（引っ掻き）摩耗を起こすが、このとき硬
い一次炭化物があると、すべりによるアブレーシブ摩耗
を阻止し、この兼合いによって耐摩耗性が支配されてい
ることが明らかになった。Next, the surface of the roll test piece during the abrasion process was observed using a scanning electron microscope (SEM) in order to investigate the mechanism by which the abrasion of the hot-rolled roll occurs. As a result, the hot wear causes the roll surface to reach a high temperature of 500 ° C. or higher, so that the hardness of the base material decreases and causes abrasive (scratch) wear due to slip. At this time, if there is a hard primary carbide, It was found that abrasive wear caused by slippage was prevented, and that this combination controlled wear resistance.
また、ロール表面は水冷されるから、加熱・冷却の繰
返しによる熱疲労によって脆い炭化物に亀裂が入り遂に
は脱落すると、上記アブレーシブ摩耗阻止効果が消失し
て素地の摩耗が進行し、中から新たに炭化物が現れると
再びそこでアブレーシブ摩耗が阻止される、ということ
の繰返しであるという知見も得られた。In addition, since the roll surface is water-cooled, if the brittle carbide cracks due to thermal fatigue due to repeated heating and cooling and finally falls off, the above-mentioned abrasive wear inhibiting effect disappears and the abrasion of the base material progresses and new It has also been found that the appearance of carbides is again the stop for abrasive wear.
さらに、炭化物の硬さは高いほどアブレーシブ摩耗阻
止効果が大きいこと、炭化物の大きさが大であると熱亀
裂が入り易く早期に脱落してしまうこと、また、炭化物
の量が多過ぎると素地が炭化物を十分に保持することが
できなくなるために不適切であること、が明らかになっ
った。走査型電子顕微鏡で観察される炭化物の形は種々
あるが、平均粒径（同面積の円と倣したときの直径の平
均値）で100μｍを超えるものは1000回程度の摩耗で容
易に熱亀裂が入るが、30μｍ以下のものは数1000回まで
亀裂は見られず、また、亀裂が生じても脱落し難い。し
かしながら、炭化物の粒径が５μｍ未満と小さくなる
と、今度はアブレーシブ摩耗阻止効果が殆どなくなって
しまう。従って、最適な炭化物粒径は、５〜30μｍであ
る。第２図に、粗大炭化物に見られる熱亀裂の例を示す
が、この成分系は３％Ｃ−15％Crである。Furthermore, the higher the hardness of the carbide, the greater the effect of inhibiting abrasive wear.If the size of the carbide is large, thermal cracks are likely to occur and it will fall off at an early stage. It became apparent that the carbides could not be sufficiently retained and were unsuitable. There are various types of carbides observed with a scanning electron microscope, but those with an average particle size (average diameter when imitating a circle of the same area) exceeding 100 μm are easily cracked by abrasion of about 1,000 times. However, cracks are not seen up to several thousand times for those having a size of 30 μm or less, and even if a crack is formed, it is difficult to fall off. However, when the particle size of the carbide is reduced to less than 5 μm, the effect of inhibiting abrasive wear is almost lost. Therefore, the optimum carbide particle size is 5 to 30 μm. FIG. 2 shows an example of a thermal crack found in the coarse carbide, and this component system is 3% C-15% Cr.
炭化物の量の表示方法としては、面積率がよく用いら
れる。アブレーシブ摩耗の阻止という点からは炭化物の
量が多いほど好ましいが、炭化物の量が面積率で40％を
超えると、先に述べたように、素地が炭化物を十分に保
持することができなくなるために素地から炭化物が脱落
し易くなる。一方、炭化物の量が面積率で５％に満たな
いと、アブレーシブ摩耗阻止効果が殆どなくなってしま
う。As a method of indicating the amount of carbide, the area ratio is often used. From the viewpoint of inhibiting abrasive wear, the larger the amount of carbide is, the more preferable it is. However, if the amount of carbide exceeds 40% in area ratio, as described above, since the base material cannot sufficiently hold the carbide, Carbides are likely to fall off from the substrate. On the other hand, if the amount of carbide is less than 5% in area ratio, the effect of inhibiting abrasive wear is almost lost.
素地組織は、これら炭化物を保持するために強靭でな
ければならない。最も好ましい素地組織は、マルテンサ
イトもしくはベイナイトである。熱処理時の冷却速度に
よって、素地組織がパーライトになっても、炭化物の効
果が失われることはない。The matrix must be strong to retain these carbides. The most preferred texture is martensite or bainite. Even if the base structure becomes pearlite depending on the cooling rate during the heat treatment, the effect of the carbide is not lost.
一次炭化物の種類としては、前述のように、耐摩耗性
の良好なMoを１％以上含有する材料の組織を調べた処、
M6CまたはMCが存在することがわかり、その形態も微細
で丁度30μｍ以下となっていることから、M6CまたはMC
が最も適当であることがわかった。因みに、一次炭化物
の形態が最も粗大になり易いのはM3Cであり、M7C3はそ
れに比べると数10μｍ程度までかなり微細にすることが
できる。As described above, as a type of the primary carbide, the structure of a material containing 1% or more of Mo having good wear resistance was examined.
We see that the M 6 C or MC is present, since its form is also a just 30μm or less fine, M 6 C or MC
Was found to be the most appropriate. By the way, it is M 3 C that the form of the primary carbide is most likely to be coarse, and M 7 C 3 can be considerably finer to about several tens μm.
M6CとMCは、同じ凝固速度でもさらに微細になる特性
がある。工具鋼に含まれる炭化物は、通常１種類のみで
はない。従って、形態も大小様々であるが、Moを含むの
もはM6CまたはMCの微細炭化物があるために、アブレー
ジョンを主体とする摩耗に対する熱間耐摩耗特性が優れ
ているという知見は、従来なかったものである。かくし
て本発明者等は、粗大なあるいは硬度の低い炭化物を除
き、有用な炭化物のみを有するほぼ理想的な熱延用ロー
ル材質に到達した。M 6 C and MC have the property of becoming finer at the same solidification rate. The carbide contained in the tool steel is usually not only one kind. Thus, although the form is also different sizes, in order also contain a Mo have a fine carbides M 6 C or MC, is the finding that hot wear resistance properties to wear mainly composed of abrasion is excellent, the conventional That was not. Thus, the present inventors have reached an almost ideal hot roll material having only useful carbides except for coarse or low-hardness carbides.
第１図に、本発明による材質のロール試験片の摩耗試
験後の表面のSEM像を示す。なお、素地の金属組織はマ
ルテンサイト組織であった。FIG. 1 shows an SEM image of the surface of a roll test piece made of a material according to the present invention after a wear test. The metal structure of the base was a martensite structure.
M6CとMCの炭化物の硬さは、M3CおよびM23C6よりも硬
く、ビッカース硬度で1500以上である。これら炭化物と
素地を総合したロールの平均硬さも高いほど耐摩耗性は
向上するが、素地のビッカース硬度が1000以上になる
と、ロール全体の破壊靭性が低下して亀裂が著しく伝播
し易くなり、ロールとして使用に耐えなくなる。The hardness of carbides of M 6 C and MC is harder than that of M 3 C and M 23 C 6 and is not less than 1500 in Vickers hardness. The wear resistance improves as the average hardness of the roll obtained by combining these carbides and the base material increases, but when the Vickers hardness of the base material becomes 1000 or more, the fracture toughness of the entire roll decreases and cracks are easily propagated. As a result, it will not stand use.
勿論、本発明のロール材質はロール表層部のみに用
い、内層を靭性の高い材質とすることは、極自然の発想
であり、そのようなロール製造方法はその自体公知の、
たとえば鋳掛け法によって外層を製造する方法を適用す
ることができる。Of course, the roll material of the present invention is used only for the surface layer of the roll, and the inner layer is made of a material having high toughness, is a very natural idea, and such a roll manufacturing method is known per se.
For example, a method of manufacturing the outer layer by a casting method can be applied.
次に、耐肌荒れ性について述べる。肌荒れの機構は種
々あるが、組織の過大さに起因するものが最も多く見ら
れる。その意味で本発明は、微細炭化物を分散した組織
であるために耐肌荒れ性も良好となる。通常、ロール特
性としての耐摩耗性と耐肌荒れ性は、相反するものであ
り両者のバランスをとってロールを製造することが常識
となっている。これは、耐摩耗性を上げるためには炭化
物の量を増やさねばならず、そうするとM3C、M7C3型の
炭化物では形態も粗大となり、不均一摩耗を招いて肌荒
れとなるためである。本発明では、M6CもしくはMC型の
炭化物を用いるため、炭化物の量を増しても形態が粗大
になることがなく、従って、耐肌荒れ性にも優れてい
る。Next, the rough surface resistance will be described. There are various mechanisms of skin roughness, but the most common one is caused by excessive tissue. In this sense, the present invention has a structure in which fine carbides are dispersed, and thus has good surface roughness resistance. Usually, abrasion resistance and surface roughness resistance as roll characteristics are contradictory, and it is a common sense to manufacture a roll by balancing the two. This is because the amount of carbide must be increased in order to increase the wear resistance, and then the form of M 3 C, M 7 C 3 type carbide becomes coarse, causing uneven wear and roughening of the skin . In the present invention, since the M 6 C or MC type carbide is used, the morphology does not become coarse even if the amount of carbide is increased, and therefore, the surface roughness is excellent.
本発明のロールを過酷な圧延条件、特に小径の熱延ロ
ールとして使用するときは、従来の材質では使用に耐え
ない場合でも、十分な耐摩耗性、耐肌荒れ性を発揮して
ロールとしての機能を果たすことができる。When the roll of the present invention is used under severe rolling conditions, especially as a small-diameter hot-rolled roll, even if the conventional material cannot withstand use, it exhibits sufficient abrasion resistance and rough surface resistance to function as a roll. Can be fulfilled.
本発明のロールは、靭性の高い材料、例えばクロムモ
リブデン鋼など、を内層材としこれに、外層材として、
ロール材として通常使用されている高クロム鋳鉄のCr組
成の大部分を１％以上のMoで置き換え、好ましくはさら
に、Ｗ、Ｖ、Ti、Nbなどで置き換えた溶鋼を、連鋳鋳掛
け法を採用し外層を形成して所要の一次炭化物を含有す
るロール外層を得ることができる。その後、所要の硬度
を得るために必要に応じて焼入れ、焼戻し等の熱処理を
施し、次いで機械加工を行うことによってロールを得る
ことができる。The roll of the present invention has a high toughness material, such as chromium molybdenum steel, as an inner layer material, and as an outer layer material,
Most of the Cr composition of high chromium cast iron commonly used as a roll material is replaced with Mo of 1% or more, and preferably, molten steel replaced with W, V, Ti, Nb, etc. is adopted by continuous casting. Then, an outer layer can be formed to obtain a roll outer layer containing a required primary carbide. Thereafter, heat treatment such as quenching and tempering is performed as necessary to obtain the required hardness, and then the roll is obtained by performing machining.
［実施例］ 内層：クロムモリブデン鋼（JIS SCM440相当） 250mmφ（360mmφ）、鍛造により仕上げ 層厚:40mm（60mm） 連続鋳掛け法により複合体外径が330mmφ（480mmφ）
となるように鋳造し、焼入れ、焼戻し処理によって硬さ
Hv＝780とした。この材料を機械加工仕上げして310mmφ
（450mmφ）のロールにした。[Example] Inner layer: chrome molybdenum steel (equivalent to JIS SCM440) 250mmφ (360mmφ), finished by forging Layer thickness: 40mm (60mm) Composite outer diameter is 330mmφ (480mmφ) by continuous casting method
Casting, quenching and tempering
Hv = 780. This material is machined to 310mmφ
(450 mmφ).
組織は、第１図に示すものと同じである。なお、素地
の金属組織はマルテンサイト組織であった。また、最大
粒径が100μｍを超える炭化物はいずれも認められなか
った。The organization is the same as that shown in FIG. The metal structure of the base was a martensite structure. Further, none of the carbides having a maximum particle size exceeding 100 μm was observed.
このロールを、小径ロール圧延機を有するＡ、Ｂの２
製鉄所で使用した処、第１表に示す良好な成績を得た。
小径ロールでは同じ材料の圧延をするのに、径が小さく
なるのに対応して回転数、従って摩耗回数が増大しか
つ、摩耗間隔が短かくなることおよび冷却時間の十分と
れないこと等のためにロール温度が上昇するから摩耗が
著しく増大し、肌荒れを起こし易い。近年、ロール径が
従来のロール径の1/2程度まで小さくなった圧延機が出
現している。The rolls were rolled into A and B having a small diameter roll mill.
When used in a steel mill, good results shown in Table 1 were obtained.
For small diameter rolls, the same material is rolled, but the number of rotations, and therefore the number of wears, increases as the diameter decreases, and the wear interval becomes shorter, and the cooling time is not sufficient. Since the roll temperature rises, the abrasion increases remarkably, and the skin tends to be rough. In recent years, rolling mills in which the roll diameter is reduced to about 1/2 of the conventional roll diameter have appeared.
［発明の効果］ 本発明は、以上述べたように構成しかつ作用せしめる
ようにしたから、小径の熱延ロールとして使用しても十
分な耐摩耗性と耐肌荒れ性を発揮することができ、安価
で高品質の鋼板を高能率で圧延することができる。 [Effects of the Invention] Since the present invention is configured and operated as described above, even if it is used as a small-diameter hot-rolling roll, it can exhibit sufficient wear resistance and rough surface resistance, Inexpensive and high-quality steel sheets can be rolled with high efficiency.
【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明のロールの熱間摩耗後の表面金属組織
のSEM像を示す写真であり、白く見える一次炭化物の種
類は、M6Cである。第２図は、金属ロールの熱間摩耗実
験により粗大炭化物に生じた熱疲労亀裂を示すSEMによ
る組織写真で、黒く見える一次炭化物の種類は、M7C3で
ある。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a photograph showing an SEM image of a surface metal structure of a roll of the present invention after hot abrasion, and the type of primary carbide which looks white is M 6 C. FIG. 2 is an SEM micrograph showing a thermal fatigue crack generated in a coarse carbide in a hot abrasion test of a metal roll. The type of primary carbide that looks black is M 7 C 3 .
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大友 清司 福岡県北九州市戸畑区大字中原46―59 新日本製鐵株式会社機械・プラント事業 部内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Kiyoji Otomo 46-59 Nakahara, Tobata-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka Nippon Steel Corporation Machinery & Plant Division
Claims (2)
化物を、マルテンサイト、ベイナイトもしくはパーライ
ト素地中に、面積率:5〜40％で一様に分散せしめるとと
もに、100μｍを超える粗大炭化物のない鋼板の熱間圧
延用ロール。 但し、Ｍは金属元素であって、Moを主体としさらにCr,T
i,Nb,VおよびＷのうち１種または２種以上からなるもの
とする。1. A mean particle size: the M 6 C or MC primary carbides of 5 to 30 [mu] m, martensite, bainite or during pearlite matrix, area ratio: with for uniformly distributed 5-40%, greater than 100μm Rolls for hot rolling of steel plates without coarse carbides. However, M is a metal element, which is mainly composed of Mo, Cr, T
It shall consist of one or more of i, Nb, V and W.
であり、素地がビッカース硬度:500〜1000であって、ロ
ールの平均ビッカース硬度が600〜1000である請求項１
記載の熱間圧延用ロール。2. The primary carbide has a Vickers hardness of 1500 or more, the base material has a Vickers hardness of 500 to 1000, and the average Vickers hardness of the roll is 600 to 1000.
The roll for hot rolling as described.
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