JP6433496B2 - 熱延工場巻取り設備のロール - Google Patents

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Description

本発明は、熱延工場巻取り設備のロールに関し、特にロール表面に被覆される被覆層の組成に関するものである。
熱延工場巻取り設備に設けられるロールは、通板材との摺動および通板材突入時の衝撃により摩耗を引き起こすため、ロール表面に下地肉盛層を形成するとともに、この上に上地自溶合金溶射層を形成してロールを保護することが知られている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
特許文献１は、質量％で、Ｃ：０．１５％、Ｓｉ：０．４０％、Ｍｎ：１．８０％、Ｃｒ：３．０％、Ｍｏ：２．０％、Ｖ：０．８０％、Ｎｉ：２．０％、Ｃｏ：１．０％含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる下地肉盛層を開示する。特許文献２は、質量％で、Ｃ：０．２５％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：１．２％、Ｃｒ：１３．０％、Ｍｏ：０．７％、Ｎｉ：１．５％含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる下地肉盛層を開示する。特許文献３は、Ｃ：０．２６％、Ｓｉ：０．３２％、Ｍｎ：１．１３％、Ｃｒ：１３．３％、Ｍｏ：０．７４％、Ｎｉ：１．１６％含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる下地肉盛層を開示する。
特開昭５５−１４０７１０号公報 特開平８−１２１４６４号公報 特開平９−６７０５４号公報
近年、熱延工場巻き取りの通板材質の変化により（例えば、ハイカーボン材、高張力鋼板、厚板材の増加、縞板巻き取りロールへの適用などが考えられる）、下地肉盛層に要求される硬度が以前に増して向上している。しかしながら、上述の各特許文献に記載された下地肉盛層は、ショア硬さが５０以上で、６０に満たないため、通板時に板材が当接することにより、上地自溶合金溶射層に凹み、割れが発生する。
また、近年、上地自溶合金溶射層に対して複数回のフュージング処理が実施される場合がある。本発明者等が、上述の各特許文献に記載された上地自溶合金溶射層に複数回のフュージング処理を実施したところ、下地肉盛層の硬さが大幅に低下してしまうことがわかった。
そこで、本願発明は、上地自溶合金溶射層と、下地肉盛層とをロール表面に備えた熱延工場巻取り設備のロールにおいて、下地肉盛層のショア硬さを６０以上にすることを目的とする。
上記課題を解決するために、本願発明に係る熱延工場巻取り設備のロールは、（１）ロールの胴部表面に下地肉盛層と、該下地肉盛層の上に炭化物粒子を分散した自溶合金溶射層を形成した熱延工場巻取り設備のロールであって、前記下地肉盛層は、ショア硬さが６０以上であり、質量％で、Ｃ：０．４〜１．０、Ｓｉ：２．０以下、Ｍｎ：３．０以下、Ｃｒ：１．０〜１５．０、Ｎｂ：０．５〜５．０含有するＦｅベースの肉盛層からなることを特徴とする。
（２）上記（１）の構成において、前記下地肉盛層は、さらに、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｏ、Ｗ及びＴｉのうち１種以上を含有し、質量％で、Ｍｏ：０．１〜５．０、Ｖ：０．１〜３．０、Ｃｏ：０．５〜５．０、Ｗ：０．５〜５．０、Ｔｉ：０．１〜１．０であることを特徴とする。
（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記下地肉盛層は、前記自溶合金溶射層を複数回フュージングした場合であっても、ショア硬さが６０以上であることを特徴とする。
本願発明によれば、上地自溶合金溶射層と、下地肉盛層とをロール表面に備えた熱延工場巻取り設備のロールにおいて、下地肉盛層のショア硬さを６０以上にすることができる。
熱延工場巻取り設備の概略図である。
図１は、熱延工場巻取り設備の概略図である。同図を参照して、熱延工場巻取り設備は、仕上げ圧延機にて定寸に圧延された４００〜９００℃の高温鋼板１０を巻き取る複数のコイラー３および各コイラー３の前段に位置する上、下ピンチロール１、２を備える。これら複数のコイラー３および上、下ピンチロール１、２は、同一の圧延ラインに設けられる。
コイラー３は、鋼板１０を巻き取るマンドレル４、およびマンドレル４の周囲に配置されて鋼板１０をマンドレル４に押し付ける複数のラッパーロール５を備える。上、下ピンチロール１、２は、仕上げ圧延機から搬送される鋼板１０を、斜め下方のコイラー３側に方向転換させて該コイラー３に巻き取らせるか、そのまま水平に搬送して下流側のコイラー３に巻き取らせる。上、下ピンチロール１、２は、コイラー３が鋼板１０を安定して巻き取れるように鋼板１０に後方への張力を付与する機能も有する。
上述のピンチロール１、２及びラッパーロール５のロール胴部表面には下地肉盛層が形成されており、この下地肉盛層の上に炭化物粒子を分散した自溶合金溶射層が形成されている。なお、これらのピンチロール１、２及びラッパーロール５、つまり、熱延工場の巻き取り設備のロールに用いられるロール母材には、鉄系の金属を用いることができる。
自溶合金溶射層には、例えば、ベース金属中に炭化物粒子が３〜６０ｗｔ％分散含有された溶着合金を用いることができる。ベース金属には、Ｎｉ系の金属、Ｃｏ系の金属、Ｆｅ系の金属を用いることができる。炭化物粒子を３〜６０ｗｔ％分散含有させることで、耐摩耗性が高まる。炭化物粒子の添加量が３ｗｔ％未満では、添加炭化物粒子の大きさ及び微小添加量との関係で、組織中の炭化物粒子分布が偏分布となりやすく、十分な耐摩耗性を確保することができない。
また、炭化物粒子の添加量が６０ｗｔ％超になると、炭化物の歩留まり低下によるコスト高になるとともに、皮膜自体の靭性低下による製作過程での割れ発生、溶射層のフュージング不良を招くおそれがある。
溶着合金に分散する炭化物には、ＷＣ、ＷｍＣｎ、Ｃｒ３Ｃ２、ＮｂＣ、ＶＣ、ＭｏＣ、ＴｉＣ、ＳｉＣの１種以上など、溶射材料として造粒可能な炭化物を使用することができる。これにベース金属としてのＮｉ系金属、Ｃｏ系金属、Ｆｅ系金属のいずれかを組み合わせることにより、各ロールの耐摩耗性、耐熱衝撃性、耐スリップ焼付の各特性を変化させることができる。その結果、熱延工場巻取り設備の条件に適合した材料を適宜選択することができる。
上述の溶着合金にフュージング処理を施すことで、自溶合金溶射層が形成される。フュージング処理は、溶射パウダーの溶射後に、これを再加熱して、再溶融させる処理のことである。本実施形態の下地肉盛層は、このフュージング処理を複数回実施しても、ショア硬さ（Ｈｓ）が６０未満とならない。すなわち、上地の溶着合金をフュージングすると、下地肉盛層がその熱を受熱するが、特許文献１乃至３に開示された下地肉盛層では、下地肉盛層が複数回加熱されることで、ショア硬さ（Ｈｓ）が大きく低下する。一方、本実施形態の組成を満足する下地肉盛層では、フュージング処理の熱を受熱しても、ショア硬さ（Ｈｓ）が６０未満に低下しないため、上地自溶合金溶射層に凹み、割れが発生しにくくなる。
すなわち、本実施形態の下地肉盛層は、ショア硬さが６０以上であり、質量％で、Ｃ：０．４〜１．０、Ｓｉ：２．０以下、Ｍｎ：３．０以下、Ｃｒ：１．０〜１５．０、Ｎｂ：０．５〜５．０含有するＦｅベースの肉盛層からなる。以下、下地肉盛層の成分限定理由について説明する。
Ｃ：０．４〜１．０
Ｃは、肉盛層の機械的強度、硬度を向上させるために必要である。しかしながら、１．０質量％を超えると、肉盛溶接時に割れが発生する。
Ｓｉ：２．０以下
Ｓｉは、２．０質量％を超えると、溶接時に割れが発生し、靭性及び硬度が低下する。なお、溶接金属を脱酸するためにＳｉは少なくとも０．２以上添加するのが好ましい。
Ｍｎ：３．０以下
Ｍｎは、３．０質量％を超えると、硬度が低下する。なお、溶融金属を脱酸するためにＭｎは少なくとも０．５質量％以上添加するのが好ましい。
Ｃｒ：１．０〜１５．０
Ｃｒは、上地自溶合金溶射層をフュージングした際に、そのフュージング熱を受熱してオーステナイト領域まで昇温され、フュージング後に冷却されることにより、組織がオーステナイト組織からマルテンサイト組織に変わるため、硬度が向上する。Ｃｒの含有量が１質量％未満になると、上述の効果が得られない。Ｃｒの含有量が１５質量％を超えると、オーステナイト組織が多くなり硬度が大きく低下する。好ましくは、Ｃｒの含有量は８．０質量％以下である。Ｃｒの含有量を８質量％以下に制限することにより、オーステナイト組織の増大による硬度低下を、十分に抑制することができる。
Ｎｂ：０．５〜５．０
Ｃを０．４％以上含有させると割れが生じやすくなるが、Ｎｂを添加することにより、Ｃを多量添加することによる割れの発生を抑制することができる。また、肉盛溶接時にＮｂＣからなる炭化物が析出し、フュージング熱による硬さ低下を防止でき、結晶粒の粗大化防止と軟化抵抗が得られる。Ｎｂの含有量が０．５質量％未満になると、上述の効果が得られない。Ｎｂの含有量が５．０質量％を超えると、硬度が低下する。すなわち、Ｎｂが５％を超えるとマトリクス中のＣの減少量が多くなり、逆に硬さが低下する。
前記下地肉盛層は、さらに、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｏ、Ｗ、Ｔｉのうち１種以上を含有していてもよい。これらの含有量は、質量％で、Ｍｏ：０．１〜５．０、Ｖ：０．１〜３．０、Ｃｏ：０．５〜５．０、Ｗ：０．５〜５．０、Ｔｉ：０．１〜１．０とすることができる。
Ｍｏ：０．１〜５．０
Ｍｏは高温硬度を増す効果があるが、０．１％未満だと効果がない。５．０％超添加だとその効果は飽和し、著しい硬度向上効果が望めない。
Ｖ：０．１〜３．０
Ｖは高温硬度を増す効果があるが、０．１％未満だと効果がない。３．０％超だとその効果は飽和し、著しい硬度向上効果が望めない。
Ｃｏ：０．５〜５．０
Ｃｏは高温硬度を増す効果があるが、０．５％未満だと効果がない。５．０％超だとその効果は飽和し、著しい硬度向上効果が望めない。またＣｏは高価であるため、上限値を５．０％とした。
Ｗ：０．５〜５．０
Ｗは高温硬度を増す効果があるが、０．５％未満だと効果がない。５．０％超だとその効果は飽和し、著しい硬度向上効果が望めない。
Ｔｉ：０．１〜１．０
Ｔｉを添加することにより、結晶粒粗大化防止とＴｉＣからなる炭化物が析出する。０．１％未満だと効果がない。また、１．０％超だと、Ｔｉの歩留りが著しく悪くなる。
以下、実施例を示して、本発明についてより具体的に説明する。表１に示す通り、種々の組成からなるロールについてショア硬さを調べた。所定の溶射材料を溶射して、フュージングした後、溶射皮膜を旋削加工で取り除き、下地肉盛層表面の硬さをショア硬度計で測定した。上地溶射層は、炭化物粒子を分散したＮｉ基自溶合金溶射材料をガスフレーム溶射法で溶射することにより形成した。また、上地溶射層に対するフュージング処理の回数を３回とした。
ショア硬さが６０以上であって、かつ、割れが発生しなかった場合には、合格として○で評価した。割れの有無に関わらず、ショア硬さが６０未満の場合には、不合格として×で評価した。ショア硬さの大小に関わらず、割れが発生した場合には、不合格として×で評価した。
Figure 0006433496
さらに、実施例２、２４〜２７、比較例７、８について、フュージング回数を１回、２回、３回、４回、５回と変化させて、それぞれについてショア硬さを調べた。その試験結果を表２に示す
Figure 0006433496
比較例７，８はフュージング回数が増加するのに応じて、著しくショア硬さが低下した。比較例７では、フュージング回数が２回以上になるとショア硬さが６０未満に低下した。比較例８では、フュージング回数が３回以上になるとショア硬さが６０未満に低下した。一方、本発明の実施例２、２４〜２７はフュージング回数の増加によるショア硬さの低下量が小さく、フュージング回数が５回に達しても、６０以上のショア硬さを確保することができた。

Claims (2)

  1. ロールの胴部表面に下地肉盛層と、該下地肉盛層の上に炭化物粒子を分散した自溶合金溶射層を形成した熱延工場巻取り設備のロールであって、
    前記下地肉盛層は、ショア硬さが６０以上であり、質量％で、Ｃ：０．４〜１．０、Ｓｉ：２．０以下、Ｍｎ：３．０以下、Ｃｒ：１．０〜１５．０、Ｎｂ：０．５〜５．０含有するＦｅベースの肉盛層からなることを特徴とする熱延工場巻取り設備のロール。
  2. 前記下地肉盛層は、さらに、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｏ、Ｗ及びＴｉのうち１種以上を含有し、質量％で、Ｍｏ：０．１〜５．０、Ｖ：０．１〜３．０、Ｃｏ：０．５〜５．０、Ｗ：０．５〜５．０、Ｔｉ：０．１〜１．０であることを特徴とする請求項１に記載の熱延工場巻取り設備のロール。
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