JPH03254304A - 耐摩耗複合ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐摩耗複合ロールに関し、特に高強度で耐摩
耗性、針肌あれ性に優れた耐摩耗複合ロールに関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕圧延用
ロールに対する耐摩耗性及び針肌あれ性の要求はますま
す厳しいものになってきている。

これは、これらのロール損耗による被圧延材の形状悪化
の防止とともに、ロール組替工数の低減の要求が強いた
めである。従来の遠心鋳造ロールでは、外層材の重力偏
析の抑制や軸となる鋳鉄材の黒鉛化をはかって、靭性の
維持をするために、外層材の化学組成に制約があり、上
述のような要求を十分に満たすことはできなかった。そ
こで、本発明者らは、外層材の化学組成の制約が少ない
新しいロール製造方法として、鋼材からなる芯材の周囲
に高周波コイルを用いて連続的に外層を形成するいわゆ
る連続肉盛鋳造法によるものを提案した（特開昭６１−
６０２５６号、特願昭６３−５０２７０２号）。

このような製造方法の開発により、硬質の炭化物を形成
するＶ、ＷＳＭｏ等の元素を外層材に多量に添加できる
ようになり、従来の遠心鋳造ロールと比較して数倍の耐
用圧延量を有するロールの製造が可能となったのである
。しかしながらこのようなロールにおいても針肌あれ性
の点では、必ずしも十分に満足されるものではなく、ロ
ールの使用条件によっては、肌あれが生じて耐用圧延量
が従来の遠心鋳造ロールの２倍程度にとどまることもあ
った口 そこで本発明者らは、針肌あれ性の向上とロール組織に
ついて検討した結果、上記耐摩耗複合ロールノ肌あれ現
象はロール材のミクロ組織と密接な関係があり、これを
改善、制御することにより、針肌あれ性を向上できるこ
とを見出した。

そして組織中の非粒状、特に網目状に生成する炭化物が
多く存在すると、この炭化物の部位に優先的にクラック
が発生、進展し、肌あれほこのようなりラックを起点と
して発生することがわかった。

従って本発明の目的は耐摩耗性が良好であるとともに、
針肌あれ性に優れた耐摩耗複合ロールを提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、耐摩耗
複合ロールの外層の肌あれ防止のためには、外層材中の
非粒状の炭化物量を低位に抑え、粒状炭化物をある程度
含有させればよいことを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の耐摩耗複合ロールは、面積比で、粒
状炭化物５〜３０％と、非粒状炭化物５％以下とを含有
する組織からなり、かつ基地の硬さがビッカース硬さ　
（Ｈｖ）　５５０以上の外層材と、鋼製の芯材とからな
ることを特徴とする。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明において粒状炭化物とは、ＭＣ，Ｍ、Ｃ３等であ
られされる炭化物のことである。前記粒状炭化物は一般
に高い硬度を有する。外層材中上記粒状炭化物の含有量
は面積率で５〜３０％である。粒状炭化物の含有量が５
％未満では十分な耐摩耗性向上の効果がなく、３０％を
超えると均一に分散するのが困難となる。

また本発明において、非粒状炭化物とは、Ｍ２．［：、
、Ｍ−Ｃ３、Ｍ２Ｃ、Ｍ、Ｃ等で表される共晶炭化物が
成長することにより形成される非粒状組織のことである
。外層材中の上記非粒状炭化物の含有量は、面積率で５
％以下である。非粒状炭化物の含有量が５％を超えると
、クラックが発生しやすくなり、針肌あれ性が低下する
。

また基地の硬さはビッカース硬さ　（ｆｌｙ）で、５５
０以上である。基地のビッカース硬さが５５０未満であ
ると耐摩耗性が低下する。

粒状炭化物及び非粒状炭化物を上述の面積率で含有する
組織を有し、上記ビッカース硬さを有するには、具体的
には以下の組成の材質を外層とするのが好ましい。すな
わちその外層の化学成分はＣ１，０〜３．５重量％、Ｓ
ｉ３．０重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ２〜
１０重量％、ＭＯ９重量％以下、Ｗ２０重量％以下、７
２〜１５重量％、ＰＯ６０８重量％以下、Ｓ　Ｏ，０６
重量％以下、残ｉＦｅ及び不純物元素からなる。

特に上記外層の化学成分において、非粒状炭化物の量を
面積率で５％以下に抑制するには、不純物元素としての
Ｂの含有量を３００ｐｐｍ以下にするのが好ましい。

耐摩耗複合ロールの外層の化学成分の限定理由は以下の
通りである。

Ｃは耐摩耗性向上のための炭化物の形成に必要である。

その量が１，０重量％未満の場合、晶出炭化物量が少な
く、耐摩耗性の点で十分でない。

方Ｃが３．５重量％を超えると炭化物量が過剰になり、
材質が脆化する。

Ｓｌは脱酸剤として必要な元素である。また溶湯の流動
性を保つためにも必要である。その量が３゜０重量％を
超えると脆化しやすくなり不都合である。

Ｍｎは脱酸作用とともに不純物であるＳをＭｎＳとして
固定する作用がある。その量が１．５重量％を超えると
残留オーステナイトが生じゃすくなり、安定して十分な
硬さを維持できない。

Ｃｒは２重量％未満では焼入れ性に劣り、また１０重量
％を超えるとクロム系炭化物が過多となるため不都合で
ある。すなわちＣｒ系炭化物例えばＭ。Ｃ６はＭＣ５Ｍ
、Ｃ，、Ｍ２Ｃと比較して硬さが低く、耐摩耗性を低下
させる。

旧は焼入れ性と高温硬さを得るために必要であるが、９
重量％を超えるとＣとＶとＭ。とのバランスにおいてＭ
、Ｃ系炭化物が増加し、靭性および針肌あれ性の点で好
ましくないので、Ｍ、含有量の上限は９重量％である。

Ｗは高温硬さの維持の点で必要であるが、２０重量％を
超えるとＭ、Ｃ系炭化物が増加して靭性及び針肌あれ性
の点で好ましくないので、上限を２０重量％とする。

■は耐摩耗性の向上に効果のあるＭＣ系炭化物を形成す
るための必須元素である。従って２重量％未満では十分
な効果がなく、また１５重量％より多いと、溶湯の酸化
が激しくなり、大気中での溶解が困難になってくる。

上記元素以外、鉄基合金は不純物を除いて実質的に鉄か
らなる。不純物として主なものはＰ及びＳであるが、Ｐ
は脆化防止のため０．０８重量％以下であり、Ｓは同様
に０．０６重量％以下であるのがよい。

さらに不純物としては、微量のＢが含まれる。

Ｂは基地中の非粒状炭化物の生成を助長し、かつその中
に濃縮され、それを脆化する。脆化されたネットワーク
状炭化物にそってマイクロクラックが生じ、そのクラッ
クを起点にして結晶粒単位で脱落摩耗を促進し、肌あれ
を生じるので、不純物としてのＢの量を制限しなくては
ならない。その濃度が３００ｐｐｍ以下の場合には基地
中に非粒状炭化物の生成が助長されず、共晶炭化物に沿
って発生するクラックもほとんど認められない。

本発明の耐摩耗複合ロールの外層には、上記各成分の他
に必要に応じてＮ１、Ｃ０．　Ｎｂを添加することがで
きる。

Ｎｉは焼入れ性を向上させる作用を有する。このため、
特に大型ロールのような焼入れ速度を速くできないもの
には添加するのが好ましい。しかしその含有量が５重量
％を超えると、オーステナイトが安定化しすぎ、熱処理
後の残留オーステナイトが過多となり、十分な硬さが得
られない。

Ｃｏは、材質の靭性を向上させ、かつ熱間硬さを向上さ
せる作用がある。従ってＣｏを添加することにより針肌
あれ性、耐摩耗性の向上をはかることができる。上記向
上効果はその含有量が５重量％で、はぼ飽和することか
ら、その上限は５重量％である。

ＮｂはＶと同様に粒状炭化物を形成する。さらに粒状炭
化物であるＭＣ炭化物を微細にする作用を有する。これ
により、耐摩耗性、針肌あれ性を改善する。しかしその
含有量が５重量％を超えると溶湯の酸化が激しくなり、
大気中での溶解、鋳造が困難になる。

本発明の耐摩耗複合ロールの芯材は鋳鋼や鍛鋼等の鋼材
を用いるが、この組成は一般的に用いられているもので
良く、特に制限されない。

上述の組成の外層と、鋼製の芯材とからなる耐摩耗複合
ロールを魁造するには、通常の連続肉盛鋳造法により、
芯材のまわりに外層を形成した後、所望の形状に加工す
ればよいが、本発明のようにＢの含有量を３００ｐｐｍ
以下とするためには、肉盛前の芯材表面の被覆及び外層
用溶湯表面の被覆に使用するフラックスとして、Ｂ又は
Ｂ化合物を含まないものを使用するのが好ましい。

このようなフラックスとしては、５１０２、Ｎａ２Ｏ及
び／又はに２０、その他Ｂ以外の金属の酸化物からなる
ものを適宜含有させる。

上記フラックスの作用は以下の通りである。

ＳｉＯ□はフラックスの主成分として好適な材料であり
、高温でも分解することなく安定して溶湯を被覆する。

またＳｉ口２は耐火性を良好にする作用を有する。

Ｎａ２Ｏとに、［］はともに５１０２のネットワークを
切断し、フラックスの流動性を向上させる働きがある。

さらに上記の成分の他にＢ以外の金属酸化物を適宜加え
、これによってフラックスの流動性や表面張力を調節し
、望むフラックスとする。

〔作用〕

本発明の耐摩耗複合ロールは、針肌あれ性が向上してい
るとともに、耐摩耗性が良好である。このような効果が
得られる理由は、肌あれの原因となる非粒状炭化物の量
を少なく限定しているとともに、外層の基地においてＶ
Ｃ等の粒状炭化物の量の減少を防止し、かつ基地の硬さ
もある程度以上であるためと考えられる。

〔実施例〕

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１．２及び比較例１．２ 鋼製の軸材と、第１表に示す組成の外層材用溶湯を用い
て、連続肉盛鋳造法により胴径３５０　ｍｍφ、胴長６
００　ｍｍのロールを鋳造し、熱処理を施した後、表面
をそれぞれ第２表に模式的に示すような孔型の形状に加
工し、条鋼圧延用複合ロールを作製した。

また比較のためにＢ含有量が３００ｐｐｍより多い組成
の外層材溶湯を用いて、各実施例と同様の形状の条鋼圧
延用複合ロールを作成したく比較例１．２）。さらに従
来の鋳鉄材である合金ダクタイル鋳鉄を用いて、各実施
例と同様の形状の条鋼圧延用ロールを作製した（従来例
１．２）。

第１図に実施例１のロールと比較例１のロールの外層の
ミクロ組織の写真を示す。

実施例１のロールの組織は比較例１のそれと比べて、ネ
ットワーク状の非粒状炭化物がかなり少なくなっている
。

なお、上記各実施例及び比較例において、熱処理として
は１０４０℃の焼入れと、５３０℃で３回の焼戻しを行
った。

次に、これらの条鋼圧延用ロールの実機による圧延試験
を行った。

圧延試験は、ロール−回の改削で何トンの圧延ができる
かを測定し、対応する各従来例の条鋼圧延用複合ロール
より何倍の圧延ができたかその増加率を示した。

結果を第２表に合わせて示す。

また各実施例及び比較例のロールの外層材の、粒状炭化
物及び非粒状炭化物の面積率、ショアー硬さ及び抗折力
を測定した。

結果を第３表に示す。

第 ２ 表 第２表より各実施例の条鋼圧延用複合ロールは、従来例
（合金ダクタイル鋳鉄）による条鋼圧延用ロールに比べ
大幅に圧延量が増加しており、合金ダクタイル鋳鉄ロー
ルの２倍以上の耐用性があるのがわかる。また各比較例
の複合ロールよりも圧延量が増加している。これはＢ含
有量が３００ｐｐｍを超える比較例のより針肌あれ性が
向上しているためである。

実施例３及び比較例３ 鋼製の軸材と、第４表に示す組成の外層材用溶湯を用い
て、連続肉盛鋳造法により胴径６００　ｍｍφ、胴長１
８００ｍｍのロールを鋳造し、熱処理を施し、熱間薄板
圧延用複合ロールを作製した。

また比較のために従来の遠心鋳造法により、第４表に示
す組成の合金グレンロールを作製した（比較例３）。

これらのロールを実機圧延機のＦ４スタンドのワークロ
ールとして使用した。その後各ロールのＩＤ００を圧延
当りの摩耗量を測定した。

結果を第４表に合わせて示す。

また実施例３及び比較例３のロールの粒状炭化物及び非
粒状炭化物の面積率、ショアー硬さを測定した。結果を
第４表に合わせて示す。

第４表より、本発明の耐摩耗複合ロールは、比較例３の
合金グレンロールと比べて、約４．５倍の耐摩耗性を有
するのがわかる。また、圧延終了後、実施例３の圧延用
ロールの表面を目視にて観察したところ、顕著な肌あれ
ばなく、熱間薄板圧延用ロールとして十分な耐用性を有
するものであった。

〔発明の効果〕

本発明の耐摩耗複合ロールは、その外層材が粒状炭化物
及び非粒状炭化物を所定量含有している。

さらに、ＶＣ系の硬質炭化物を含有しているので、耐摩
耗性も良好である。またクラックの発生が抑制され、ク
ラックを起点として表面が結晶単位で脱落摩耗すること
がない。これにより、針肌あれ性が良好な圧延用複合ロ
ールとなっている。

このため、圧延魁品の形状が良好となり、さらに歩留り
向上等も期待できる。

また改削までの耐用圧延量が増加するため、ロール組替
の回数を減らすことができ、圧延作業の省力化も可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の耐摩耗複合ロールの外層材の金
属組織を示す写真であり、 第１図ｂ）はＢ含有量が３００ｐｐｍを超える比較例の
複合ロールの外層材の金属組織を示す写真である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）面積比で、粒状炭化物５〜３０％と、非粒状炭化
   物５％以下とを含有する組織からなり、かつ基地の硬さ
   がビッカース硬さ（Ｈｖ）５５０以上の外層材と、鋼製
   の芯材とからなることを特徴とする耐摩耗複合ロール。
2. （２）請求項１に記載の耐摩耗複合ロールにおいて、前
   記外層の化学成分がＣ１．０〜３．５重量％、Ｓｉ３．
   ０重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ２〜１０重
   量％、Ｍｏ９重量％以下、Ｗ２０重量％以下、Ｖ２〜１
   ５重量％、Ｐ０．０８重量％以下、Ｓ０．０６重量％以
   下、残部Ｆｅ及び不純物元素からなることを特徴とする
   耐摩耗複合ロール。
3. （３）請求項２に記載の耐摩耗複合ロールにおいて、前
   記外層のＢ含有量が３００ｐｐｍ以下であることを特徴
   とする耐摩耗複合ロール。
4. （４）請求項１乃至３のいずれかに記載の耐摩耗複合ロ
   ールにおいて、前記外層がＮｉを５．０重量％以下含有
   することを特徴とする耐摩耗複合ロール。
5. （５）請求項１乃至４のいずれかに記載の耐摩耗複合ロ
   ールにおいて、前記外層がＣｏを５．０重量％以下含有
   することを特徴とする耐摩耗複合ロール。
6. （６）請求項１乃至５のいずれかに記載の耐摩耗複合ロ
   ールにおいて、前記外層がＮｂを５．０重量％以下含有
   することを特徴とする耐摩耗複合ロール。