JP2746059B2

JP2746059B2 - 熱間圧延用ロール

Info

Publication number: JP2746059B2
Application number: JP16419593A
Authority: JP
Inventors: 太郎小出; 邦夫後藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-06-08
Filing date: 1993-06-08
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JPH06346188A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間圧延用ロール、詳
しくは耐摩耗性、耐事故性に優れ、かつ低摩擦性を有す
る熱間圧延用ロールの材質および組織に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋼材の熱間圧延に使用される圧延
用ロールの少なくとも外殻層には、耐摩耗性に優れた高
クロム鋳鉄や高合金グレン鋳鉄などが使用されている。

【０００３】最近、更に耐摩耗性の向上を実現するため
に、特開平１−２４０６３４号公報、特開平２−２５２
０５号公報、特開平２−８８７４５号公報、特開平３−
１２６８３８号公報および特開平３−２１９０４７号公
報等に開示されているような高速度鋼系を高炭素にした
材料（以下、高炭素の高速度鋼という。）が用いられる
ようになってきた。このようなロール材は、組織中に高
硬度炭化物と高温軟化抵抗の高い基地とを有するため優
れた熱間耐摩耗性を発揮する。

【０００４】これらの中で、特に特開平１−２４０６３
５号公報、特開平３−２１９０４７号公報の熱間圧延ロ
ールにおいては、高速度鋼中の炭化物の粒径や面積率を
規定し、さらに耐摩耗性を向上させる試みがなされてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしこれらの高炭素
系高速度鋼ロールを用いた熱間圧延の際には、従来ロー
ル使用時に比べ圧延荷重が上昇し、ミル能力を低下させ
るという問題があった。また、圧延荷重が上昇すると摩
擦加工熱も上昇し、それにともなって鋼板二次スケール
発生量が増加してスケール疵（鋼材表面にスケールが噛
み込んだもの）を生じ、製品品質を劣化させるため大き
な問題となっていた。また、異常圧延時に熱き裂が深
く、耐事故性を著しく低下させていた。

【０００６】本発明は、耐摩耗性・耐事故性に優れ、か
つ低摩擦を有する高炭素系高速度鋼ロールを提供せんと
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者等は圧延
荷重の低減を図るべく、高荷重化に影響を及ぼす金属組
織学的要因を検討したところ、高炭素系高速度鋼の組織
中に含まれる４０μｍ以下の微細な高硬度ＭＣ型炭化物
が圧延中にロール表面に突出し、これがロール表面の摩
擦係数に大きな影響を及ぼすことを知見した。

【０００８】すなわち、高硬度ＭＣ型炭化物は高炭素系高速度鋼ロールの耐
摩擦性を高めるためになくてはならないものであるが、
マトリックスよりも高温硬度が高く摩耗が遅いために圧
延時にロール表面に突出し、かつそれが微細突起となっ
てロールと被圧延材との摩擦を大きくし、その結果圧延
荷重が上昇する。

【０００９】ＭＣ型炭化物を擬集・粗大化すること
により、耐摩耗性・耐事故性が向上し、かつＭＣ型炭化
物の突起によるスパイク効果が減少して摩擦を低減でき
ることを突き止め、本発明を完成するに至ったのであ
る。

【００１０】課題解決手段としての本発明の構成は、以
下のとおりである。少なくとも圧延使用層たる外殻層の
化学組成が重量％で、Ｃ：１. ０〜３. ０％，Ｓｉ：
０. ２〜２. ５％，Ｍｎ：０. ３％〜１. ５％，Ｃｒ：
４. ０〜１２.０％，Ｍｏ：０. ５〜８. ０％，Ｖ：１.
０〜８. ０％，Ｗ：１. ０〜８. ０％，Ｎｂ：０. １
〜５. ０％，Ｃｏ：０. ２〜１０. ０％、残部実質的に
Ｆｅと不可避的不純物とからなる熱間圧延用ロールであ
って、平均粒径５０μｍ以上かつ粒径４０〜１００μｍ
のＭＣ型炭化物を面積率で５〜２０％含有することを特
徴とする熱間圧延用ロール。

【００１１】

【作用】本発明の熱間圧延用ロールの少なくとも外殻
層の化学組成（重量％）およびＭＣ型炭化物の粒径、面
積率を前述のように限定した理由を述べる。Ｃ：１. ０〜３. ０％Ｃは、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖと結合して高硬度の複炭化物
（ＭＣ型を主体にＭ₇Ｃ₃，Ｍ₄Ｃ₃，Ｍ₂Ｃ，Ｍ₆Ｃ等）を
形成してロールの耐摩耗性を高める。その含有量が、
１. ０％未満では炭化物の生成量が不足して熱間での耐
摩耗性が低下する。一方、３. ０％を超えて含有すると
炭化物生成量が増大しすぎ靭性、耐熱き裂性が低下す
る。したがって、Ｃ含有量は１. ０〜３. ０％とした。

【００１２】Ｓｉ：０. ２〜２. ５％Ｓｉは、脱酸剤として含有させるのであるが、０. ２％
未満では脱酸作用が期待できず、一方２. ５％を超える
とロール材質が脆化し、圧延事故発生時のクラックが深
くなる。したがって、Ｓｉ含有量は、０. ２〜２. ５％
とした。

【００１３】Ｍｎ：０. ３〜１. ５％Ｍｎは、脱酸のために添加されるが，その含有量が０.
３％未満では充分な脱酸効果が得られず、一方、１. ５
％を超えると靭性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量
は０. ３〜１. ５％とした。

【００１４】Ｃｒ：４. ０〜１２. ０％Ｃｒは、基地中に固溶して基地を強化するほか、Ｃと結
合して微細なＭ₇Ｃ₃型高硬度炭化物を析出して耐摩耗性
と靭性を高める作用がある。しかし、Ｃｒ含有量が４.
０％未満ではこれらの効果が少ない。一方１２. ０％を
超えると炭化物量が過多となり靭性が低下する。したが
って、Ｃｒ含有量は、４. ０〜１２. ０％とした。

【００１５】Ｍｏ：０. ５〜８. ０％Ｍｏは、基地に固溶して高温軟化抵抗を改善させる他、
Ｃと結合してＭ₆Ｃ，Ｍ₂Ｃ等の微細な高硬度の複炭化物
を形成して基地を強化し、温間の耐摩耗性を向上させる
作用がある。しかし、０. ５％未満ではこれらの効果が
少なく、一方８. ０％を超えると靭性の低下を招く。し
たがって、Ｍｏ含有量は、０. ５〜８. ０％とした。

【００１６】Ｖ：１. ０〜８. ０％Ｖは、Ｃと結合して本発明の熱間圧延用ロールにとって
重要な役割を果たすＭＣ型粗大炭化物を形成して、耐摩
耗性・耐事故性、かつ低摩擦化するのに役立つ。しか
し、１. ０％未満では、耐摩耗性改善や低摩擦効果が少
なく、一方、８.０％を超えて添加されると炭化物量が
増加し、耐事故性を低下する。したがって、Ｖ含有量
は、１. ０〜８. ０％とした。

【００１７】Ｗ：１. ０〜８. ０％Ｗは、Ｃと結合してＭ₆Ｃ，Ｍ₂Ｃ型の微細な高硬度複炭
化物を形成して耐摩耗性を高め、また基地に固溶して焼
戻し軟化抵抗や耐熱性を高める。しかし、１.０％未満
ではこれらの効果が少なく、一方８. ０％を超えると粗
大炭化物が増加し靭性を低下させるほか、偏析が生じ易
くなる。したがって、Ｗ含有量は、１.０〜８. ０％と
した。

【００１８】Ｎｂ：０. １〜５. ０％Ｎｂは、Ｖ同様Ｃと結合して高硬度のＭＣ型炭化物を形
成する。しかし、０.１％未満では、耐摩耗性改善や低
摩擦効果が少なく、一方、５. ０％を超えて添加される
と炭化物量が増加し、耐事故性を低下する。したがっ
て、Ｎｂ含有量は０. １〜５. ０％とした。

【００１９】Ｃｏ：０. ２〜１０. ０％Ｃｏは、その大部分が基地に固溶して基地の硬度を高め
るほか高温軟化抵抗を高め、耐摩耗性を改善する作用を
有する。しかし、その含有量が０. ２％未満ではその効
果が期待できず、一方１０. ０％を超えて含有させても
前記効果が得られない。したがって、Ｃｏ含有量は０.
２〜１０. ０％とした。

【００２０】ＰおよびＳは、不可避的に含有される不純
物元素であるが、機械的性質の劣化を招くのでこれらの
含有量は少ない方がよい。しかし、いずれも０. ０８％
以下であればそれほどの悪影響を及ぼさないので、それ
以下にするのが好ましい。

【００２１】ＭＣ型炭化物の平均粒径を５０μｍ以上に
限定した理由：ＭＣ型炭化物は硬度が高く、ロールの耐
摩耗性を高めるために不可欠である。しかし、その粒径
が小さいと、圧延時にロールの基地が摩耗するにつれて
炭化物が微細突起状にロール表面に突出し易くなり、ロ
ールと被圧延材間の摩擦を高めるため好ましくない。一
方大きすぎると、ロールの強度や靭性等の機械的性質が
劣化し、また偏析が生じやすくなるなどの問題が生じ
る。具体的には、ＭＣ型炭化物の粒径は４０〜１００μ
ｍの範囲のものが主体であることが望ましい。またその
平均粒径は、粒径分布のばらつきを考慮すると５０μｍ
以上であることが必要である。

【００２２】更にその面積率としては次のように限定さ
れる。ＭＣ型炭化物含有率を面積率で５〜２０％とした理由：
ロールの高温硬度は、ＭＣ型炭化物を多く含有するほど
高くなる。しかし５％未満では十分な高温硬度を得るこ
とができず、熱間耐摩耗性が不足する。一方２０％を超
えると靭性が低下するため、耐事故性等の問題が生じ
る。したがって本発明に係る粒径を有するＭＣ型炭化物
含有率は面積率で５〜２０％に限定した。

【００２３】その他、本発明の熱間圧延用ロール組織中
には、Ｃｒを主体とするＭ₇Ｃ₃型やＭ₆Ｃ型など、他の
形態の炭化物を、合計で１０％以下であるなら含有して
も本発明の効果を損なうことはないので、含有させても
良い。

【００２４】本発明の熱間圧延用ロールの少なくとも最
外殻層、すなわち、被圧延鋼材と接触し圧延に供される
層は、上記成分の他は実質的にＦｅからなるものであ
る。本発明のロールは、ロール全体が上述の化学組織を
有する一体型のものであってもよく、あるいは外殻層だ
けがそれの複合型のものであってもよい。後者の場合に
は、内層材としてダクタイル鋳鉄、普通鋳鉄、黒鉛鋳
鉄、球状黒鉛鋳鉄、鍛鋼等の強靭材が使用される。な
お、外殻層の厚さは、どのような厚みのものでも鋳型の
選定により製造可能であり、また外殻層のみの熱処理も
可能であるから、特に限定されない。

【００２５】また、本発明の熱間圧延用ロールは、遠心
力鋳造法、鋳掛け法、溶接肉盛法などの複合ロール製造
法や静置鋳造法、鍛造法などの一体ロール製造法等によ
って製造することができる。

【００２６】こうして製造されたロールは、ＭＣ型炭化
物の粒径を粗大化し摩擦を低減させる目的で、以下に示
す熱処理を行う必要がある。すなわち、固相線から固相
線より８０℃高い温度域内に加熱・保持した後、所要の
冷却を施すことによってＭＣ型炭化物の粒径を粗大化さ
せることができるのである。なお本熱処理は、鋳造もし
くは肉盛等のロール製造時の冷却段階において、上記温
度範囲に所要時間保持することによっても実施可能であ
る。

【００２７】上記熱処理法は、固相と液相が共存する温
度範囲に高炭素系高速度鋼を加熱・保持するものである
が、前記適正な熱処理温度は被熱処理材の成分組成によ
って異なるものであるため、固相線温度を基準として定
めるものである。しかしてここで言う固相線とは、試料
を溶融状態から徐冷した際の熱分析冷却曲線から求めた
凝固終了温度を意味する。

【００２８】また本熱処理法において、熱処理温度を固
相線から固相線より８０℃高い温度域に限定した理由
は、固相線より低い温度ではいくら長時間加熱・保持し
てもＭＣ型炭化物の形状を本質的に変化させることがで
きないからであり、また固相線より８０℃高い温度より
高くした場合には被熱処理材が部分的に溶融し始めて元
の形を保持することができなくなるからである。

【００２９】また、上記熱処理法にあっては、保持時間
は前記熱処理温度との兼ね合い、例えば熱処理温度が高
ければ短く、また、熱処理温度が低ければ長くする等そ
の長さを決定する必要があるため特に限定するものでは
ないが、炭化物を十分に凝集・粗大化させることと経済
性とを考慮すれば２〜１０時間程度とすることが望まし
い。なお、黒鉛等の異常粒成長による内層材の強度劣化
を防ぐため、熱処理時間を必要以上に長くすることは避
けるべきである。

【００３０】また、冷却速度についても被熱処理材の大
きさと必要とする基地組織によって任意に選択するもの
であり、更に、上記熱処理の後に通常の焼入れ・焼戻し
等を行って基地の組織を強靱化することも任意である。
この場合通常の熱処理は上記熱処理の冷却途中に引き続
いて行っても、また、一旦常温付近まで冷却した後に再
度通常の熱処理を行っても良いことは勿論である。

【００３１】また、この熱処理方法を実施する際の雰囲
気についても、特に限定されるものではないが、大気中
で行った場合には表層部の酸化消耗や脱炭が著しいの
で、不活性ガス中あるいは還元性雰囲気中で熱処理を行
うことが望ましい。

【００３２】本発明の熱間圧延用ロールは、熱間圧延の
仕上げ圧延におけるワークロールとして最適であること
は勿論であるが、冷・温間圧延用ワークロールや、製管
・鋼管・条鋼・線材等の圧延用ロールとしても同様の効
果を発揮し、適用可能であることは言うまでもない。

【００３３】

【実施例】以下本発明の熱間圧延用ロールを実施例に基
づいて説明する。エレクトロスラグ再溶解法により溶製
された表１に示す化学組成のロール素材から、鍛造によ
る一体化ロール（胴部直径７５０mm，胴径１８００mm，
全長３８００mm）を準備した。No.１〜５は本発明例、N
o.６〜１０は、比較例である。なおNo.６およびNo.７
は、成分は本発明の範囲内にあるが、ＭＣ型炭化物の凝
集・粗大化の熱処理を施さないもの、No.８〜１０は、
ＭＣ型炭化物の凝集・粗大化の熱処理は行うが、成分が
本発明の範囲外であるものである。

【００３４】

【表１】

【００３５】本発明例であるNo.１〜５および比較例で
あるNo.８〜１０の各ロールは、ＭＣ型炭化物の凝集・
粗大化のために１３００〜１３５０℃に加熱し、２〜１
０時間保持した後徐冷し、さらに残留応力除去と組織調
整、硬度調整のための熱処理（１０００〜１１００℃か
らの焼入れと５００〜５５０℃での焼戻し）を施して、
圧延使用層としての外殻層の厚みがおよそ１００mmとな
るようにした。

【００３６】比較例であるNo.６〜７の各ロールは、Ｍ
Ｃ型炭化物の凝集・粗大化のための熱処理は行わず、そ
の後の焼入れ・焼戻しの熱処理のみを行って、本発明同
様の外殻層厚みを持つようにした。

【００３７】このようにして得られた各ロールの表層部
の一部を切り出し、電解法によりＭＣ型炭化物を抽出し
て粒径を測定した。その結果本発明ロールでは、比較例
と比べＭＣ型炭化物の粒径が４０〜１００μｍと大きく
なっていることを確認した。更に、本発明の範囲の粒径
を有するＭＣ型炭化物の面積率を求めた結果を表２に示
す。これにより本発明例では４０〜１００μｍの粒径を
有するＭＣ型炭化物が、面積率で５〜２０％含まれてい
ることが確認された。

【００３８】

【表２】

【００３９】これらのロールを熱間圧延の仕上げ圧延機
に組み込み、炭素鋼板の熱間圧延（圧下率３０〜３５
％、鋼材温度９００〜１０００℃）に供し、圧延時の摩
擦係数、およびロールプロフィールにおける最大の摩耗
深さから評価した耐摩耗性と、熱延鋼板表面のスケール
疵発生の有無を調査した。その結果を表３に示す。

【００４０】

【表３】

【００４１】本発明例によれば、比較例と比べ圧延荷重
が低減しており、摩擦係数も圧延中安定した値を示し、
１０〜２０％低下していることが確認された。また、最
大摩耗深さも減少しており、比較例に比べ耐摩耗性も向
上している。また、スケール疵の発生が阻止されている
ことを確認したが、これは圧延荷重低下にともなう加工
熱の減少、並びに板スケール生成量の減少によるものと
考えられる。更に異常圧延時の熱き裂深さも浅くなって
おり、耐事故性が向上していることもわかった。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したとおり、優れた耐摩耗性・
耐事故性と低摩擦を有する本発明の熱間圧延用ロールに
よれば、圧延機能力の低下を来すことなく圧延製品の品
質向上や高生産性を実現することができる。しかも、本
ロールは、圧延鋼種に関係なく過酷な圧延条件において
も優れた耐久性を発揮する。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも圧延使用層たる外殻層の化学
組成が重量％で、Ｃ：１. ０〜３. ０％，Ｓｉ：０. ２
〜２. ５％，Ｍｎ：０. ３％〜１. ５％，Ｃｒ：４. ０
〜１２. ０％，Ｍｏ：０. ５〜８. ０％，Ｖ：１. ０〜
８. ０％，Ｗ：１. ０〜８. ０％，Ｎｂ：０. １〜５.
０％，Ｃｏ：０. ２〜１０. ０％、残部実質的にＦｅと
不可避的不純物とからなる熱間圧延用ロールであって、
平均粒径５０μｍ以上かつ粒径４０〜１００μｍのＭＣ
型炭化物を面積率で５〜２０％含有することを特徴とす
る熱間圧延用ロール。