JPH0776408B2

JPH0776408B2 - 耐クラック性および耐スリップ性に優れた高クロム鋳鉄ロール材

Info

Publication number: JPH0776408B2
Application number: JP1190216A
Authority: JP
Inventors: 博彰片山; 隆橋本; 長森川; 信朗前家
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPH0353043A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、主として熱間圧延に供される圧延用複合ロー
ルの圧延使用層に適用されるロール材に関する。

（従来の技術）熱間圧延用ロール特にホットストリップミル仕上前段の
ワークロールには、従来アダマイトロールが用いられて
いたが、近年、熱間圧延鋼板の高品質化、薄ゲージ化お
よび特殊鋼圧延比率の増加等に対応して、圧延使用層た
る外層に耐摩耗性に優れた高クロムロール材が適用され
た複合ロールが用いられている。

（発明が解決しようとする課題）高クロムロール材は、C:2.0〜3.2wt％Cr:10〜30wt％を
含み、組織中に高硬度のM₇C₃型のクロムカーバイドが多
量に生成したものであり、耐摩耗性に優れているが、耐
スリップ性や耐クラック性に劣るという問題がある。特
に、耐クラック性不足に起因する重大な事故に、所謂、
欠け落ち事故がある。該欠け落ち事故は、圧延中にロー
ル表面から幅および長さが数mm、深さが約1mm程度の小
片が剥離するものである。この様な事故が起ると、前記
剥離部分が被圧延材（鋼板）表面に一定間隔の凸部とし
て転写され、次のロールで圧下されて鋼板の表面性状を
悪くするばかりでなく、コイリング時や鋼板加工時に、
前記凸部圧延部が割れ発生の起点となり、不良品発生の
原因となる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、優れた
耐スリップ性および耐クラック性を有する高クロム鋳鉄
ロール材を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するためになされた本発明の高クロム鋳
鉄ロール材は、化学組成が重量％で C :1.3〜2.0％、Cr:11 〜19 ％ Si:0.3〜1.5％、Mo:0.8〜3.0％ Mn:0.3〜1.5％、Ti:0.1〜1.0％ Ni:0.5〜2.4％、残部実質的にFeからなり、主としてM₂₃C₆型の晶出炭化
物を有することを発明の構成とするものである。

さらに、上記組成のロール材のFeの一部に代えて、Ti:
0.1〜1.0重量％、または、Nb:0.1〜1.0重量％を含有す
るとよい。

（作用）本発明の高クロム鋳鉄ロール材の化学組成は以下の理由
により限定される。単位は重量％である。

C:1.3〜2.0％ＣはCrあるいはMoと結びついてカーバイドを形成する。
本発明ではＣ量を従来の高クロム鋳鉄材より減少させ、
組織中のカーバイド量を抑えると共に靱性を有するM₂₃C
₆型炭化物を安定に晶出させるために、上記範囲で含有
される。すなわち、1.3％未満ではカーバイド量が過少
となり耐摩耗性が不足し、2.0％を越えるとカーバイド
量が過多となりかつ高硬度のM₇C₃型炭化物が晶出して耐
クラック性および耐スリップ性が劣化する。

Si:0.3〜1.5％ Siは溶湯の脱酸のために必要な元素であり、0.3％以上
必要である。しかし、1.5％を越えると基地の脆化を招
来する。

Mn:0.3〜1.5％ Mnは溶湯の脱酸および脱硫のため0.3％以上必要であ
る。しかし、1.5％を越えると機械的性質、特に靱性の
劣化が著しい。

Ni:0.5〜2.4％ Niは炭化物を生成せずに基地に固溶して基地の強度を向
上させると共に焼入硬化性も向上させる。0.5％未満で
は基地強化が十分でない。一方、2.4％を越えてても５
％程度までは基地強化効果は認められるが、製造コスト
が高くつく欠点がある。また、多量に添加すると残留オ
ーステナイトが安定になり、後の熱処理において硬度調
整が困難になり易い。

Cr:11〜19％ Crは主としてM₂₃C₆型のカーバイドを適量形成させるた
めに添加する。11％未満では生成するCrカーバイド量が
過少となり、耐摩耗性が劣化する。一方、19％を越えて
含有されると、生成するCrカーバイド量が過多となり、
本発明の目的である耐クラック性向上を阻害する。

Mo:0.8〜3.0％ MoはFe,Crなどと同じく炭化物を形成すると共に、焼戻
し軟化抵抗を高めるのに有効である。0.8％未満では上
記のような効果がなく、一方3.0％を越えて含有される
と残留オーステナイトを安定化し十分な硬度が得難くな
る。

Ti:0.1〜1.0％ TiはMo炭化物の約２倍の硬度を有する高硬度炭化物を形
成し、耐摩耗性向上の効果がある。また、Moと同様に焼
戻し軟化抵抗を高めるのにも有効である。0.1％未満で
は上記のような効果がなく、一方、1.0％を越えるとロ
ール外層として遠心力鋳造によって製作する際に、比重
の違いから偏析を生ずるようになり、好ましくない。本
発明の高クロム鋳鉄ロール材は、上記成分の他に、Nbを
下記の範囲で含有させることができる。

Nb:0.1〜1.0％ Nbは鋳造組織を微細緻密化して基地を強化すると共に焼
戻し軟化抵抗性も向上する。0.1％未満では上記の効果
が認められず、一方１％を越えると製造コストが高くな
る。

本発明の高クロム鋳鉄ロール材は以上の成分のほかFeお
び不純物で形成される。尚、P,Sはいずれも材質を脆く
するので少ない程望ましく、P:0.08％未満、S:0.06％未
満に止めておくのがよい。

本発明の高クロム鋳鉄ロール材は、特にＣ含有量を抑え
ることによって、生成するカーバイド量を耐摩耗性を損
なわない範囲で低く抑えると共に靱性を有するM₂₃C₆型
炭化物を晶出させる。そして、該炭化物をNiによって固
溶強化された基地組織で支える組織としたところに特色
があり、これによって耐摩耗性を維持しつつ耐クラック
性および耐スリップ性を向上させたものである。

更に、上記組織にTiを積極的に添加して、靱性を有する
M₂₃C₆型炭化物の他に、高硬度のTi炭化物を形成し、前
記両炭化物を上記Niで固溶強化された組織で支える組織
としたので、特に耐摩耗性を向上することができる。更
にまた、必要に応じて前記組織にNbを積極的に添加し
て、基地組織を微細緻密化し、基地組織のより一層の強
化を図ることもできる。これによって、前記M₂₃C₆型炭
化物をより強固な基地組織で支える組織とし、耐摩耗性
を維持しつつ特に耐クラック性を向上させることができ
る。

（実施例）以上説明した高クロム鋳鉄ロール材は、主として熱間圧
延用複合ロールの使用層である外層の鋳造材として使用
されるが、その内層（軸芯）材としては、高級鋳鉄やダ
クタイル鋳鉄等の強靱性のある鋳鉄材又は黒鉛鋳鋼等の
鋳鋼材が適宜使用される。

また、前記複合ロールの製造方法としては、遠心力鋳造
法により外層を鋳造した後、外層を内有した遠心力鋳造
用鋳型を起立させて静置鋳型を構成し、その内部に内層
材溶湯を注湯し、外層と内層とを溶着一体化する方法が
あり、簡便であるので一般に適用されている。

尚、外層と内層との溶着に際して、外層から内面へのCr
の混入を防止するためには、外層と内層との間に中間層
を設けるとよい。該中間層をもうけることによって外層
から内層へのCrの混入、拡散が防止できるほか、外層と
内層の境界部の脆化を有効に防止できるからである。

前記複合ロールは、鋳造後、通常、次の熱処理が施され
る。まず、A₃点以上の高温に加熱保持してオーステナイ
ト中に固溶しているCr,Cを二次炭化物として析出させオ
ーステナイト中のCr,C濃度を下げ、後の冷却（焼入れ）
過程で変態しやすいオーステナイトに変える、所謂、オ
ーステナイトの不安定化熱処理を行う。そして、焼入れ
処理によってオーステナイトを変態させてマルテンサイ
ト化し、引き続き、熱的に安定した組織にすると共に変
態時に発生する残留応力を低減するため、400〜600℃の
温度で焼戻し熱処理を行う。上記熱処理を施すことによ
って、ロール外層にHs75〜85の硬度を付与することがで
きる。

尚、本発明でいうロール材とは、上記説明した熱間圧延
用ロールのみならず、冷間圧延用ロールやホットスキン
パスロール、Ｈ型鋼用ロールなどの外層材の他、圧延付
帯設備におけるローラにも適用可能な材質である。例え
ば、ホットランテーブルローラ等の中空円筒状ローラの
外層材としても適用できる。

次に本発明の高クロム鋳鉄ロール材を圧延使用層たる外
層に適用した複合ロールの具体的製造実施例について説
明する。尚、比較のため、従来例として外層に従来の高
クロム鋳鉄材を用いた複合ロールも製造した。

〈実施例Ａ〉（１）外層材溶湯として第１表に示す高クロム鋳鉄を用
い、これを遠心力鋳造機上で回転する円筒状金型内に鋳
込厚さで100mm分鋳込んだ。この際、前記金型内面には
レジンサンドから成る塗型剤を厚さ3mm塗布しており、
該金型の回転数はGNo.で140、注湯温度は全て1510℃で
あった。

（２）外層鋳造開始から20〜22分後に外層は完全に凝固
した。その後、外層を内有した遠心力鋳造用金型を垂直
に立てて、その両端にロール軸部鋳造用の上型および下
型を連設して静置鋳造鋳型を構成した。その内部に軸芯
材溶湯として第２表に示すダクタイル鋳鉄溶湯を鋳込ん
で完全に満たした後、上部を押湯保温剤でカバーした。

（３）鋳造から３日後、上記鋳型を解体し、ロール素材
を取り出して機械加工した後、それぞれ第３表に示す熱
処理を施した。

（４）仕上加工後、製品の外層は第４表の通りであっ
た。

（５）上記各ロールを実際のホットストリップミル仕上
前段スタンドに設置して圧延に供した。各ロールの圧延
成績を、ロール外層が1mm摩耗する間の被圧延材の通過T
on数として第５表に示す。

第５表より、本実施例の各ロールの耐摩耗性は、いずれ
も従来例より向上していることが確認された。

また、従来例のロールは、ロール表面において欠け落ち
事故の原因となる微細クラックのピッチが平均0.5mmで
あったのに対し、本実施例のロールでは微細クラックの
ピッチは実施例Ａ−１、実施例Ａ−２および実施例Ａ−
３共平均1mmであった。この事は、該ロールがヒートサ
イクルに対して鈍感である事を示し、耐クラック性に対
して有利であることがわかる。

当然本ロールの使用結果として欠け落ち事故がなかった
ことはいうまでもない。また、耐スリップ性（かみ込み
性）および耐肌荒性についても従来例のロールに比べて
向上が認められた。

〈実施例Ｂ〉（１）実施例Ａと同様の条件で、第６表に示す実施例Ｂ
−１、実施例Ｂ−２および実施例Ｂ−３から成る外層材
溶湯を遠心力鋳造用金型に鋳込厚さ100mmで鋳込んだ。
外層の鋳込開始から約14分後、外層の内周面側の一部が
未凝固状態のとき、該外層の内周面に各々第６表に示す
中間材溶湯を鋳込厚さ25mmに鋳込んだ。

（２）外層鋳造開始から約30分後、外層および中間層は
完全に凝固した。その後、外層および中間層を内有した
遠心力鋳造用金型を垂直に立てて、その両端にロール軸
部鋳造用の上型および下型を連設して静置鋳造鋳型を構
成した。その内部に軸心材溶湯として各々第６表に示す
ダクタイル鋳鉄溶湯を鋳込んで完全に満した後、上部を
押湯保温材でカバーした。

（３）鋳造から３日後、上記鋳型を解体し、それぞれ第
７表に示す熱処理を施した。

（４）仕上加工後の製品ロールの外層および中間層の厚
さと、外層の表面硬度は第８表の通りであった。

また、各ロールの中間層および内層において、外層から
のCrの混入、拡散によるCr含有両の増加が認められた。
これを第９表に示した。

（５）前記各ロールから、各層の境界面が軸方向に対し
て45度となるようにして丸棒試験片を採取して圧縮強度
を調べた。その結果を第10表に示す。

比較のために、前記各外層溶湯と内層溶湯を用いて、両
者を直接溶着した２層複合ロールを鋳造したが、この場
合の外層と内層との境界部の45度方向の圧縮強度はいず
れも120kg/mm²程度であり、前記実施例の圧縮強度に比
べて相当低い値であった。

また、前記強度試験の際、本実施例では両者共外層・内
層の直接溶着で認められた境界の脆化に起因する境界部
での滑り減少は全く認められなかった。

（発明の効果）本発明の高クロム鋳鉄ロール材は、Ｃ含有量を抑えると
共にNiを添加したことによって、生成するカーバイド量
を抑えると同時に、靱性を有するM₂₃C₆片炭化物を晶出
させ、該炭化物を強固な基地組織で支える組織とするこ
とができた。このため、耐摩耗性を維持しつつ耐クラッ
ク性が向上し、欠け落ち事故の発生が防止された。ま
た、カーバイド量を抑えたのでロールと圧延材の間の摩
擦係数が上昇し、耐スリップ性が向上した。さらに、基
地組織が強化されたので耐塑性流動性も向上し、耐肌荒
性が向上した。

また、Tiを積極的に添加することによって、靱性を有す
るM₂₃C₆型炭化物と共に高硬度のTi炭化物を晶出させ、
両炭化物を強固な基地組織で支える組織とすることがで
きた。このため、上述の効果に加えて特に耐摩耗性を向
上することができた。

あるいは、Nbを積極的に添加することによって、基地組
織を微細緻密化し、基地組織のより一層の強化を図り、
前記M₂₃C₆型炭化物をより強固な基地組織で支える組織
とすることができた。このため、上述の効果に加えて、
特に耐クラック性および耐肌荒性を向上することができ
た。

従って、本発明の高クロム鋳鉄ロール材は、従来の優れ
た耐摩耗性を維持あるいは向上しつつ、優れた耐クラッ
ク性および耐スリップ性を兼備させることができた。

フロントページの続き (72)発明者前家信朗兵庫県尼崎市西向島町64番地久保田鉄工株式会社尼崎工場内 (56)参考文献特開昭62−23964（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−144807（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−148005（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学組成が重量％で C :1.3〜2.0％、Cr:11 〜19 ％ Si:0.3〜1.5％、Mo:0.8〜3.0％ Mn:0.3〜1.5％、Ti:0.1〜1.0％ Ni:0.5〜2.4％、残部実質的にFeから成り、主としてM₂₃C₆型の晶出炭化
物を有することを特徴とする耐クラック性および耐スリ
ップ性に優れた高クロム鋳鉄ロール材。
【請求項２】請求項（１）記載のロール材のFeの一部に
代えてNb:0.1〜1.0重量％を含有することを特徴とする
耐クラック性および耐スリップ性に優れた高クロム鋳鉄
ロール材。