圧延用ロール及びその製造方法
【課題】ロール厚さ方向における外層の使用径範囲において、ほぼ均等に黒鉛が形成された圧延用ロール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】遠心力鋳造法により製造され、外層が黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材からなる圧延用ロールであって、ロールの使用開始径をｔ１、廃棄径よりも１０ｍｍ大きい直径をｔ２としたとき、ｔ１からｔ２の範囲における金属組織中の黒鉛面積率の差を１.０％以内とした。
【解決手段】遠心力鋳造法により製造され、外層が黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材からなる圧延用ロールであって、ロールの使用開始径をｔ１、廃棄径よりも１０ｍｍ大きい直径をｔ２としたとき、ｔ１からｔ２の範囲における金属組織中の黒鉛面積率の差を１.０％以内とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延用ロール及びその製造方法に関するものであり、より具体的には、遠心力鋳造により作製される外層を有する圧延用ロール及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼板の熱間圧延に用いられる圧延用ロールには、鋼板と接する外層にすぐれた耐摩耗性とすぐれた通板性が求められており、内層となる軸芯材には強靱性が要求される。そこで、圧延用ロールとして、耐摩耗性と通板性にすぐれる高合金耐摩耗鋳鉄材やハイス系材料の遠心力鋳造により形成した外層と、強靱性にすぐれる鋳鉄、鋳鋼又は合金鋼等の内層とを冶金的又は機械的に一体化した複合構造のものが使用されている(例えば、特許文献１参照)。
【０００３】
外層が黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材からなる圧延用ロールは、外層がハイス系材料からなる圧延用ロールに比して耐摩耗性に劣るが、通板性及び耐事故性が良好であるため、通板性や耐事故性が重視される仕上げ圧延の後段側に使用されることが多い。
【０００４】
外層が黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材からなる圧延用ロールが、高い通板性を有する理由として、外層の金属組織中における黒鉛の存在が挙げられる。しかしながら、近年は、耐摩耗性を向上させるために、外層材料に炭化物形成元素を添加する傾向にあり、ＭＣ型炭化物の増加に伴い黒鉛の適量晶出が困難となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７９３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧延用ロールの耐摩耗性を具現するために形成されるＭＣ型炭化物について、溶湯鋳込み時の外層材料中における比重の違いから、ＭＣ型炭化物の分布を最適化する検討や開発は行なわれているが、金属組織中の黒鉛に対しては、外層表面における微細化や分散を目的として、黒鉛の粒径や面積率が検討されていた。
遠心力鋳造用金型に外層材料を注湯した際に、金型近傍の外層外周側は、金型による冷却速度が速いため黒鉛は比較的晶出しにくいのに対し、金型から離れた外層内周側は、冷却速度が遅いため、黒鉛が生成しやすく、また成長もしやすい。
黒鉛は、圧延の際に通板性や耐事故性を改善する効果があるが、多すぎると黒鉛を起因とした摩耗過多や肌荒れを発生させる性質がある。
【０００７】
遠心力鋳造用金型近傍の外層外周側で適正な黒鉛量を得ようとした場合、黒鉛化促進元素である炭素や珪素などを外層材料中で増加させ、金型による急冷域でも黒鉛を得やすくすることはできるが、金型から離れた外層内周側では冷却が遅いため、増加させた炭素や珪素の影響により黒鉛が粗大化し易くなり、実際の圧延で使用したとき、初期の耐摩耗性及び通板性には優れるものの、使用が進むにつれて肌荒れや耐摩耗性不足の問題を有する圧延用ロールとなりやすい。
特に黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材にＭＣ型炭化物を形成させる合金組成において、外層材料の炭素濃度を高めたときに、上記現象が生じ易い。
【０００８】
一方、外層内周側で目標の黒鉛量を得ようとした場合、逆に金型による急冷域において、黒鉛が不足、または得られないことにより、通板性などの問題が発生しやすい圧延用ロールとなりやすい。
【０００９】
本発明の目的は、ロール厚さ方向における外層の使用径範囲において、ほぼ均等に黒鉛が形成された圧延用ロール及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の圧延用ロールは、
遠心力鋳造法により製造され、外層が黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材からなる圧延用ロールであって、
ロールの使用開始径をｔ１、ロールの廃棄径よりも１０ｍｍ大きい直径(以下、「廃棄径＋１０ｍｍ」と称する。)をｔ２としたとき、ｔ１からｔ２の範囲における任意部分の金属組織中の黒鉛面積率差を１.０％以内とした。
ここで使用開始径とは、製造されたロールを初めて圧延に使用する直径とし、廃棄径とは、仕様で定められた最小の使用可能なロール直径とする。本願では、ロールの使用開始径から廃棄径までの外層の使用径範囲において良好な黒鉛量のコントロールを行なうために、使用開始径(ｔ１)から少なくとも廃棄径＋１０ｍｍ(ｔ２)までの黒鉛量をコントロールすることにより、優れた圧延用ロールが得られるようにしている。
廃棄径＋１０ｍｍをｔ２としたのは、境界部である廃棄径部分と比較してｔ２部分(廃棄径＋１０ｍｍ)が使用径範囲内として明確であること、さらに本発明の圧延用ロールの使用径範囲において、任意部分間の距離が５ｍｍ程度のとき金属組織状態に大きな差が見られなかったためである。そのため、少なくとも黒鉛量をコントロールするべき範囲として、廃棄径＋１０ｍｍをｔ２と設定した。
【００１１】
遠心力鋳造法により製造され、外層が黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材からなる圧延用ロールであって、
外層中にＣ：２.７〜４.０質量％、Ｂ：０.０１〜０.１質量％を含有し、ロールの使用開始径(ｔ１)部分における硼素の質量％をＢ(ｔ１)、廃棄径＋１０ｍｍ(ｔ２)部分における硼素の質量％をＢ(ｔ２)としたとき、Ｂ(ｔ１)−Ｂ(ｔ２)≧０.０１５とした。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明の遠心力鋳造法による圧延用ロールの製造方法は、
遠心力鋳造において、外層内周側に比べて外層外周側の硼素濃度が高くなるように硼素を適用して行なう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧延用ロールは、ロール厚さ方向における外層中の黒鉛を均等に分散させることにより、特に、外層内周側における黒鉛の粗大化が抑えられるから、粗大化した黒鉛の摩耗等による肌荒れを防止させることができる。
【００１４】
本発明の圧延用ロールは、使用開始径(ｔ１)における外層成分中の硼素の質量％を、廃棄径＋１０ｍｍ(ｔ２)における外層成分中の硼素の質量％より大きくしている。これにより、外層外周側にて、硼素の作用として黒鉛を晶出しやすくすることができ、外層外周側と外層内周側の黒鉛量がコントロールされた圧延用ロールを得ることができる。
【００１５】
また、本発明の圧延用ロールの製造方法によれば、遠心力鋳造用金型に注ぎ込まれる初期の外層溶湯に、硼素が多く混和されるように調整することで、金型の近傍となる外層外周側にて、硼素の作用で黒鉛を晶出させ易くすることができ、外層における黒鉛量をコントロールできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の圧延用ロールの断面図である。
【図２】外層の遠心力鋳造工程の一例を示す断面図である。
【図３】実施例及び比較例における外層の任意の点の黒鉛面積率の結果を示すグラフである。
【図４】発明例１の(ａ)使用開始径(ｔ１)におけるミクロ組織写真である。
【図５】発明例１の(ｂ)１５ｍｍ内部におけるミクロ組織写真である。
【図６】発明例１の(ｃ)３０ｍｍ内部におけるミクロ組織写真である。
【図７】発明例１の(ｄ)４５ｍｍ内部(ｔ２相当部)におけるミクロ組織写真である。
【図８】比較例１の(ａ)使用開始径(ｔ１)におけるミクロ組織写真である。
【図９】比較例１の(ｂ)１５ｍｍ内部におけるミクロ組織写真である。
【図１０】比較例１の(ｃ)３０ｍｍ内部におけるミクロ組織写真である。
【図１１】比較例１の(ｄ)４５ｍｍ内部(ｔ２相当部)におけるミクロ組織写真である。
【００１７】
図１は、圧延用ロール(10)の断面図である。図に示すように、圧延用ロール(10)は、圧延面となる外層(20)と、該外層(20)の内側に内層(30)を冶金的又は機械的に一体化して構成される。このとき内層の合金組成は、強靱性に優れる鋳鉄、鋳鋼又は合金鋼が利用できるが、球状黒鉛鋳鉄が好適に用いられる。
また、外層と内層の間に、中間層として他の合金組成を有する層を設けていても良い。
【００１８】
圧延用ロール(10)の外層(20)は、黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材から作製することができる。
外層(20)は、ロールの使用開始径(直径)をｔ１、廃棄径＋１０ｍｍ(直径)をｔ２としたとき、ｔ１からｔ２の範囲における任意部分の金属組織中の黒鉛面積率の差を１.０％以内となるようにする。
ここで、黒鉛面積率を測定する任意部分とは、該当径部分における１ｍｍ×１ｍｍ〜２ｍｍ×２ｍｍの面積部分とすることが望ましい。理由として、任意部分が１ｍｍ×１ｍｍよりも小さいと、平均的な黒鉛面積率の測定に誤差が生じる可能性があり、また、任意部分が２ｍｍ×２ｍｍを越える範囲を測定しても、１ｍｍ×１ｍｍ〜２ｍｍ×２ｍｍの面積部分を測定する場合と比べて、測定結果に差が殆んどないからである。
また、上述した黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材とは、作製された外層(20)の使用開始径ｔ１と廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２において、少なくとも黒鉛面積率が０.５％以上、望ましくは１.０％以上となるように黒鉛が晶出する高合金耐摩耗鋳鉄材を意味する。使用開始径ｔ１と廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２における黒鉛面積率が、０.５％よりも低い場合、本願発明の如き、黒鉛の晶出調整を行なう必要がないからである。
例えば、圧延用ロール(10)の外径、即ち、使用開始径ｔ１が、５００〜９００ｍｍ(半径２５０〜４５０ｍｍ)の場合、圧延用ロール(10)は、外層(20)が３０〜７０ｍｍ程度圧延によって消耗されるため、廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２は、３６０〜８４０ｍｍ(半径１８０〜４２０ｍｍ)程度となる。これらｔ１及びｔ２は、作製された圧延用ロール(10)の製品仕様によって異なる。
【００１９】
外層(20)中の黒鉛量の差を抑えるために、外層(20)中にＣ：２.７〜４.０質量％、Ｂ：０.０１〜０.１質量％を含有し、さらに、式１：Ｃ＋１／３Ｓｉ−(０.２４Ｖ＋０.１３Ｎｂ)＞３.３[式内の各元素は、含有する質量％を示す。]を満たす合金組成を有するロールにおいて、ロールの使用開始径(ｔ１)における硼素の質量％をＢ(ｔ１)、廃棄径＋１０ｍｍ(ｔ２)における硼素の質量％をＢ(ｔ２)としたとき、Ｂ(ｔ１)−Ｂ(ｔ２)≧０.０１５とすることが望ましい。外層(20)の厚さ方向の硼素量を調整することにより、外層(20)の金属組織中の厚さ方向の黒鉛量の差を小さくすることができる。
【００２０】
具体的な外層(20)の成分として、合金組成の質量％が、
Ｃ：２.７〜４.０％、
Ｓｉ：０.５〜２.５％、
Ｍｎ：０.２〜２.０％、
Ｎｉ：２.５〜６.０％、
Ｃｒ：１.０〜２.５％、
Ｍｏ：０.２〜０.８％、
Ｂ：０.０１〜０.１％、を含有し、さらに、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の元素の合計濃度が０.２〜３.０％、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物であって、
式１：Ｃ＋１／３Ｓｉ−(０.２４Ｖ＋０.１３Ｎｂ)＞３.３を満たす組成を例示できる。
なお、さらにＡｌ：０.０１〜０.５％を含有することもできる。
【００２１】
以下、各成分限定理由を記す。
Ｃ：２.８〜４.０％
Ｃは主としてＦｅと結合し、セメンタイトを形成すると共に、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉと結合してＭＣ型炭化物を形成する。また、晶出及び析出黒鉛となって摩擦係数を低減する効果がある。しかしながら、含有量が２.８％未満では黒鉛化が促進されず、４.０％を越えると黒鉛が粗大且つ過多となり、耐肌荒れ性及び耐摩耗性の劣化を招く。Ｃの含有量は３.２〜３.７％がさらに望ましい。
【００２２】
Ｓｉ：０.５〜２.５％
Ｓｉは湯流れ性の確保と黒鉛の晶出、析出のために必要な元素である。しかしながら、０.５％未満ではその効果が十分でなく、２.５％を越えると黒鉛が過多となり黒鉛を起点とする摩耗が激しくなりやすく、耐摩耗性が劣化する。Ｓｉの含有量は０.６から１.８％がより望ましい。
【００２３】
Ｍｎ：０.２〜２.０％
Ｍｎは硬化能を増し、また、原材料中に不可避的に含まれるＳと結合してＭｎＳを生成し、Ｓによる劣化を防ぐ元素である。Ｓは原材料中に０.０２％程度含有されるため、Ｍｎは０.２％以上含有させることが望ましい。しかしながら、２.０％を越えると靭性の低下を招くため好ましくない。Ｍｎの含有量は０.３〜１.０％がより望ましい。
【００２４】
Ｎｉ：２.５〜６.０％
Ｎｉは基地組織の改良と黒鉛を晶出、析出させる目的で含有させる。２.５％未満であると黒鉛量が過少となりやすく、６.０％を越えるとＳｉの場合と同様に黒鉛が過多となり、また、残留オーステナイトが増加し、後の熱処理によっても強靭組織にすることが難しくなり、耐摩耗性が低下する。Ｎｉの含有量は４.０〜５.０％がより望ましい。
【００２５】
Ｃｒ：１.０〜２.５％
Ｃｒは一部が基地中に固溶して焼入れ性を改善し、耐摩耗性を向上させる。又、セメンタイトにも固溶し、セメンタイトの硬度を向上させる。１.０％未満であれば、このような作用を得ることができず、２.５％を越えると黒鉛化を阻害する。Ｃｒの含有量は１.３〜２.１％がより望ましい。
【００２６】
Ｍｏ：０.２〜０.８％
Ｍｏは、主に基地に固溶し、焼入れ性を改善し、耐摩耗性を向上させる。しかしながら、０.２％未満ではこのような効果が不十分であり、０.８％を越えると黒鉛化を阻害する。Ｍｏの含有量は０.３〜０.６％がより望ましい。
【００２７】
Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗ：少なくとも１種を合計量で０.２〜３.０％
Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、ＷはＣと結合し、ＭＣ型炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。しかしながら、合計量が０.２％未満であればその効果が不十分となる。一方、合計量が３.０％を越えるとＭＣ型炭化物が過多となり、摩擦係数が大きくなると共に、黒鉛化を阻害する影響も高くなる。各元素は、Ｖ：３.０％以下、Ｎｂ：０.８％以下、Ｔｉ：０.１％以下、Ｗ：１.０％以下がより望ましい。また、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの含有量は少なくとも１種を合計量で０.５〜２.５％とすることがより望ましい。
また、式１：Ｃ＋１／３Ｓｉ−(０.２４Ｖ＋０.１３Ｎｂ)＞３.３を満たさない組成である場合、ＣがＭＣ炭化物として多く消費されるため、黒鉛化が困難または黒鉛が不足しやすい。
【００２８】
Ｂ：０.０１〜０.１％
Ｂは、黒鉛晶出を促進し、また、黒鉛を微細に晶出させる作用がある。Ｂの含有量は０.０２〜０.０７％がより望ましい。
なお、上記の如く、ロールの使用開始径をｔ１、廃棄径＋１０ｍｍをｔ２としたとき、ｔ１からｔ２の範囲における任意部分の金属組織中の黒鉛面積率差を１.０％以内となるようにすることが望まれるため、外層(20)中の硼素含有量は、使用開始径ｔ１における硼素の質量％をＢ(ｔ１)、廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２における硼素の質量％をＢ(ｔ２)としたとき、Ｂ(ｔ１)−Ｂ(ｔ２)≧０.０１５とすることが望ましい。
【００２９】
Ａｌ：０.０１〜０.５％
Ａｌは組織の均一性を高める効果がある。含有量が、０.０１％未満であればその効果を十分に得ることができず、０.２％を越えると、このような効果が飽和すると共に、材質を劣化させる。０.０１〜０.１％がより望ましい。
【００３０】
なお、合金成分として黒鉛球状化をはかるため、外層成分に、ＭｇやＣａを加えてもよい。
【００３１】
その他、Ｐ、Ｓ、Ｏ等の不可避的な不純物の混入は許容される。しかしながら、これら不純物は材質を脆くするため、合計で約０.２％以下に抑えることが望ましい。
【００３２】
上記構成の圧延用ロール(10)は、外層(20)を遠心力鋳造により鋳込むことで作製することができる。
図２は、外層(20)の遠心力鋳造工程の一例を示している。
図に示すように、外層溶湯(22)は、軸心を中心として高速回転する遠心力鋳造用金型(40)に、外層溶湯(22)を収容した取鍋(50)から三角堰(60)を通って、注湯され、遠心力鋳造用金型(40)内で鋳込まれる。
【００３３】
本発明は、圧延用ロール(10)の外層(20)中の黒鉛量の差を小さくすることを目的とするものであり、この目的を達成するために、圧延用ロール(10)は、例えば、注湯される初期の外層溶湯(22)に、硼素量が多く混和されるように調整して作製することができる。
具体的には、取鍋(50)から三角堰(60)を通って注湯される初期の外層溶湯(22)に硼素、または硼素化合物(例えば、Ｂ2Ｏ3)を三角堰(60)に直接投入したり(図２中、矢印Ａ)、取鍋(50)中の外層溶湯に硼素化合物を所定量、望ましくは、３０重量％以上含有するフラックス等を投入すると同時に鋳込むことにより、外層溶湯(22)中の硼素量を調整することができる。また、硼素含有量の異なる２種以上の外層溶湯を準備し、硼素含有量の多い外層溶湯から順に遠心力鋳造用金型(40)に注湯するようにしてもよい。また、外層溶湯(22)に硼素を直接投入するのではなく、遠心力鋳造用金型(40)の内面に塗型した後、さらに塗型表面に硼素成分を含むものを塗布することで、金型(40)内に注ぎ込まれた外層溶湯(22)中に、硼素成分を溶け出すようにしてもよい。
【００３４】
上記により、遠心力鋳造時の金型側に位置する溶湯の硼素濃度を高くすることで、金型(40)近傍の冷却速度の速い外層(20)外周側の黒鉛晶出を助長させることができ、冷却速度の遅い外層(20)内周側との黒鉛面積率や、黒鉛量の差を小さくすることができる。
【実施例】
【００３５】
図２に示す横型遠心力鋳造用金型(40)を用いて、以下の条件で、直径７００ｍｍ(半径３５０ｍｍ)、使用径範囲厚さ５０ｍｍ、外層厚さが６０〜６５ｍｍの圧延用ロール(発明例１〜５及び比較例１〜３)を作製した。
各外層の溶湯組成を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
発明例１及び３は、図２に示した外層溶湯注湯初期に、溶湯３２５０ｋｇに対して、三角堰(60)にＢ2Ｏ3を２ｋｇ投入した。
また、発明例４〜５は、取鍋(50)にＢ2Ｏ3を３０重量％含有したフラックスを１０ｋｇ投入し、注湯した。
【００３８】
遠心力鋳造により得られた圧延用ロールの発明例１乃至５及び比較例１〜３の外層(20)について、外周面に機械加工を施し、得られた外層(20)の使用開始径(ｔ１)、使用開始径から１５ｍｍ内部、３０ｍｍ内部及び廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２(使用開始径から４５ｍｍ内部)の位置で、それぞれ、１.９ｍｍ×１.４ｍｍの部分に対し、ミクロ組織写真を撮影し、画像解析(三谷商事株式会社製「画像解析装置 WinROOF」)を行なうことによって黒鉛面積率を測定した。
【００３９】
結果を表２、図３及び図４乃至図１１に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】
表２を参照すると、発明例１〜５は、使用開始径ｔ１から廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２までの範囲における金属組織中の黒鉛面積率のバラツキが１.０％以内に収まっていることがわかる。
【００４２】
図３は、発明例１と比較例１の黒鉛面積率のバラツキをグラフ化したものであり、図４乃至図１１は、発明例１及び比較例１の(ａ)使用開始径(ｔ１)、(ｂ)１５ｍｍ内部、(ｃ)３０ｍｍ内部、及び、(ｄ)４５ｍｍ内部(廃棄径＋１０ｍｍ(ｔ２))のミクロ組織写真を示している。
図３を参照すると、比較例１は、使用開始径(ｔ１)から廃棄径＋１０ｍｍ(ｔ２)に向かうに従って、黒鉛面積率が増大しているのに対し、発明例１は、黒鉛面積率が殆んど変動していないことがわかる。発明例１と比較例１のミクロ組織写真(図４乃至図１１)を参照すると、発明例１では、(ａ)の使用開始径(ｔ１)における黒鉛は、微細に分散しているが、(ｂ)〜(ｄ)では黒鉛粒径及び分布数がほぼ一定していることがわかる。一方、比較例１は、(ａ)から(ｄ)に向かうにつれて、黒鉛粒が肥大化しており、面積率も大きくなっている。
【００４３】
これは、発明例１〜５が、溶湯初期に硼素化合物を直接投入、又はフラックス等として投入することで、外層の厚さ方向における黒鉛を均等に分散しており、黒鉛の粗大化が抑えられた結果である。黒鉛面積率の差を抑えることができたため、発明例の外層(20)を用いた圧延用ロール(10)は、黒鉛の粗大化による脱落等を防止でき、鋼板の肌荒れを防ぐことができる。
一方、比較例１乃至３は、発明例の如き硼素量の調整を行なっていないから、金型に近い部分は、金型による急速な冷却を受けるため、黒鉛が少量しか晶出していないのに対し、金型から遠い外層内周側で冷却速度が遅くなり、黒鉛が成長し粗大化した結果、黒鉛面積率に差が生じていることがわかる。
さらに、比較例２、３は、ｔ１とｔ２の少なくとも一方の何れかにおいて黒鉛面積率が０.５％よりも小さく、黒鉛晶出の少ない圧延用ロールであり、黒鉛の粗大化等による問題は少ないが、黒鉛晶出によりもたらされる圧延の際の通板性や耐事故性が発明例１〜５よりも劣る。
【００４４】
なお、発明例１について、使用開始径ｔ１における外層(20)の硼素質量％(Ｂ(ｔ１))と、廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２における外層(20)の硼素質量％(Ｂ(ｔ２))を発光分析装置で測定したところ、Ｂ(ｔ１)−Ｂ(ｔ２)は０.０１９であった。この測定によっても、発明例については、外層の厚さ方向における硼素量の調整が行なわれていることがわかる。
即ち、使用開始径ｔ１における外層(20)の硼素量を、廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２における外層(20)の硼素量より多くしたことで、上記の如く、外層(20)の径方向の黒鉛面積率を調整できたことがわかる。
なお、本実施例では横型遠心力鋳造における一例を示したが、本発明の性格上、その遠心力鋳造の種類に左右されるものではないため、図によって示された形に発明が制約されるものではない。
【符号の説明】
【００４５】
(10) 圧延用ロール
(20) 外層
(22) 溶湯
(30) 内層
(40) 遠心力鋳造用金型
(50) 取鍋
(60) 三角堰
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延用ロール及びその製造方法に関するものであり、より具体的には、遠心力鋳造により作製される外層を有する圧延用ロール及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼板の熱間圧延に用いられる圧延用ロールには、鋼板と接する外層にすぐれた耐摩耗性とすぐれた通板性が求められており、内層となる軸芯材には強靱性が要求される。そこで、圧延用ロールとして、耐摩耗性と通板性にすぐれる高合金耐摩耗鋳鉄材やハイス系材料の遠心力鋳造により形成した外層と、強靱性にすぐれる鋳鉄、鋳鋼又は合金鋼等の内層とを冶金的又は機械的に一体化した複合構造のものが使用されている(例えば、特許文献１参照)。
【０００３】
外層が黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材からなる圧延用ロールは、外層がハイス系材料からなる圧延用ロールに比して耐摩耗性に劣るが、通板性及び耐事故性が良好であるため、通板性や耐事故性が重視される仕上げ圧延の後段側に使用されることが多い。
【０００４】
外層が黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材からなる圧延用ロールが、高い通板性を有する理由として、外層の金属組織中における黒鉛の存在が挙げられる。しかしながら、近年は、耐摩耗性を向上させるために、外層材料に炭化物形成元素を添加する傾向にあり、ＭＣ型炭化物の増加に伴い黒鉛の適量晶出が困難となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７９３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧延用ロールの耐摩耗性を具現するために形成されるＭＣ型炭化物について、溶湯鋳込み時の外層材料中における比重の違いから、ＭＣ型炭化物の分布を最適化する検討や開発は行なわれているが、金属組織中の黒鉛に対しては、外層表面における微細化や分散を目的として、黒鉛の粒径や面積率が検討されていた。
遠心力鋳造用金型に外層材料を注湯した際に、金型近傍の外層外周側は、金型による冷却速度が速いため黒鉛は比較的晶出しにくいのに対し、金型から離れた外層内周側は、冷却速度が遅いため、黒鉛が生成しやすく、また成長もしやすい。
黒鉛は、圧延の際に通板性や耐事故性を改善する効果があるが、多すぎると黒鉛を起因とした摩耗過多や肌荒れを発生させる性質がある。
【０００７】
遠心力鋳造用金型近傍の外層外周側で適正な黒鉛量を得ようとした場合、黒鉛化促進元素である炭素や珪素などを外層材料中で増加させ、金型による急冷域でも黒鉛を得やすくすることはできるが、金型から離れた外層内周側では冷却が遅いため、増加させた炭素や珪素の影響により黒鉛が粗大化し易くなり、実際の圧延で使用したとき、初期の耐摩耗性及び通板性には優れるものの、使用が進むにつれて肌荒れや耐摩耗性不足の問題を有する圧延用ロールとなりやすい。
特に黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材にＭＣ型炭化物を形成させる合金組成において、外層材料の炭素濃度を高めたときに、上記現象が生じ易い。
【０００８】
一方、外層内周側で目標の黒鉛量を得ようとした場合、逆に金型による急冷域において、黒鉛が不足、または得られないことにより、通板性などの問題が発生しやすい圧延用ロールとなりやすい。
【０００９】
本発明の目的は、ロール厚さ方向における外層の使用径範囲において、ほぼ均等に黒鉛が形成された圧延用ロール及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の圧延用ロールは、
遠心力鋳造法により製造され、外層が黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材からなる圧延用ロールであって、
ロールの使用開始径をｔ１、ロールの廃棄径よりも１０ｍｍ大きい直径(以下、「廃棄径＋１０ｍｍ」と称する。)をｔ２としたとき、ｔ１からｔ２の範囲における任意部分の金属組織中の黒鉛面積率差を１.０％以内とした。
ここで使用開始径とは、製造されたロールを初めて圧延に使用する直径とし、廃棄径とは、仕様で定められた最小の使用可能なロール直径とする。本願では、ロールの使用開始径から廃棄径までの外層の使用径範囲において良好な黒鉛量のコントロールを行なうために、使用開始径(ｔ１)から少なくとも廃棄径＋１０ｍｍ(ｔ２)までの黒鉛量をコントロールすることにより、優れた圧延用ロールが得られるようにしている。
廃棄径＋１０ｍｍをｔ２としたのは、境界部である廃棄径部分と比較してｔ２部分(廃棄径＋１０ｍｍ)が使用径範囲内として明確であること、さらに本発明の圧延用ロールの使用径範囲において、任意部分間の距離が５ｍｍ程度のとき金属組織状態に大きな差が見られなかったためである。そのため、少なくとも黒鉛量をコントロールするべき範囲として、廃棄径＋１０ｍｍをｔ２と設定した。
【００１１】
遠心力鋳造法により製造され、外層が黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材からなる圧延用ロールであって、
外層中にＣ：２.７〜４.０質量％、Ｂ：０.０１〜０.１質量％を含有し、ロールの使用開始径(ｔ１)部分における硼素の質量％をＢ(ｔ１)、廃棄径＋１０ｍｍ(ｔ２)部分における硼素の質量％をＢ(ｔ２)としたとき、Ｂ(ｔ１)−Ｂ(ｔ２)≧０.０１５とした。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明の遠心力鋳造法による圧延用ロールの製造方法は、
遠心力鋳造において、外層内周側に比べて外層外周側の硼素濃度が高くなるように硼素を適用して行なう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧延用ロールは、ロール厚さ方向における外層中の黒鉛を均等に分散させることにより、特に、外層内周側における黒鉛の粗大化が抑えられるから、粗大化した黒鉛の摩耗等による肌荒れを防止させることができる。
【００１４】
本発明の圧延用ロールは、使用開始径(ｔ１)における外層成分中の硼素の質量％を、廃棄径＋１０ｍｍ(ｔ２)における外層成分中の硼素の質量％より大きくしている。これにより、外層外周側にて、硼素の作用として黒鉛を晶出しやすくすることができ、外層外周側と外層内周側の黒鉛量がコントロールされた圧延用ロールを得ることができる。
【００１５】
また、本発明の圧延用ロールの製造方法によれば、遠心力鋳造用金型に注ぎ込まれる初期の外層溶湯に、硼素が多く混和されるように調整することで、金型の近傍となる外層外周側にて、硼素の作用で黒鉛を晶出させ易くすることができ、外層における黒鉛量をコントロールできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の圧延用ロールの断面図である。
【図２】外層の遠心力鋳造工程の一例を示す断面図である。
【図３】実施例及び比較例における外層の任意の点の黒鉛面積率の結果を示すグラフである。
【図４】発明例１の(ａ)使用開始径(ｔ１)におけるミクロ組織写真である。
【図５】発明例１の(ｂ)１５ｍｍ内部におけるミクロ組織写真である。
【図６】発明例１の(ｃ)３０ｍｍ内部におけるミクロ組織写真である。
【図７】発明例１の(ｄ)４５ｍｍ内部(ｔ２相当部)におけるミクロ組織写真である。
【図８】比較例１の(ａ)使用開始径(ｔ１)におけるミクロ組織写真である。
【図９】比較例１の(ｂ)１５ｍｍ内部におけるミクロ組織写真である。
【図１０】比較例１の(ｃ)３０ｍｍ内部におけるミクロ組織写真である。
【図１１】比較例１の(ｄ)４５ｍｍ内部(ｔ２相当部)におけるミクロ組織写真である。
【００１７】
図１は、圧延用ロール(10)の断面図である。図に示すように、圧延用ロール(10)は、圧延面となる外層(20)と、該外層(20)の内側に内層(30)を冶金的又は機械的に一体化して構成される。このとき内層の合金組成は、強靱性に優れる鋳鉄、鋳鋼又は合金鋼が利用できるが、球状黒鉛鋳鉄が好適に用いられる。
また、外層と内層の間に、中間層として他の合金組成を有する層を設けていても良い。
【００１８】
圧延用ロール(10)の外層(20)は、黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材から作製することができる。
外層(20)は、ロールの使用開始径(直径)をｔ１、廃棄径＋１０ｍｍ(直径)をｔ２としたとき、ｔ１からｔ２の範囲における任意部分の金属組織中の黒鉛面積率の差を１.０％以内となるようにする。
ここで、黒鉛面積率を測定する任意部分とは、該当径部分における１ｍｍ×１ｍｍ〜２ｍｍ×２ｍｍの面積部分とすることが望ましい。理由として、任意部分が１ｍｍ×１ｍｍよりも小さいと、平均的な黒鉛面積率の測定に誤差が生じる可能性があり、また、任意部分が２ｍｍ×２ｍｍを越える範囲を測定しても、１ｍｍ×１ｍｍ〜２ｍｍ×２ｍｍの面積部分を測定する場合と比べて、測定結果に差が殆んどないからである。
また、上述した黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材とは、作製された外層(20)の使用開始径ｔ１と廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２において、少なくとも黒鉛面積率が０.５％以上、望ましくは１.０％以上となるように黒鉛が晶出する高合金耐摩耗鋳鉄材を意味する。使用開始径ｔ１と廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２における黒鉛面積率が、０.５％よりも低い場合、本願発明の如き、黒鉛の晶出調整を行なう必要がないからである。
例えば、圧延用ロール(10)の外径、即ち、使用開始径ｔ１が、５００〜９００ｍｍ(半径２５０〜４５０ｍｍ)の場合、圧延用ロール(10)は、外層(20)が３０〜７０ｍｍ程度圧延によって消耗されるため、廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２は、３６０〜８４０ｍｍ(半径１８０〜４２０ｍｍ)程度となる。これらｔ１及びｔ２は、作製された圧延用ロール(10)の製品仕様によって異なる。
【００１９】
外層(20)中の黒鉛量の差を抑えるために、外層(20)中にＣ：２.７〜４.０質量％、Ｂ：０.０１〜０.１質量％を含有し、さらに、式１：Ｃ＋１／３Ｓｉ−(０.２４Ｖ＋０.１３Ｎｂ)＞３.３[式内の各元素は、含有する質量％を示す。]を満たす合金組成を有するロールにおいて、ロールの使用開始径(ｔ１)における硼素の質量％をＢ(ｔ１)、廃棄径＋１０ｍｍ(ｔ２)における硼素の質量％をＢ(ｔ２)としたとき、Ｂ(ｔ１)−Ｂ(ｔ２)≧０.０１５とすることが望ましい。外層(20)の厚さ方向の硼素量を調整することにより、外層(20)の金属組織中の厚さ方向の黒鉛量の差を小さくすることができる。
【００２０】
具体的な外層(20)の成分として、合金組成の質量％が、
Ｃ：２.７〜４.０％、
Ｓｉ：０.５〜２.５％、
Ｍｎ：０.２〜２.０％、
Ｎｉ：２.５〜６.０％、
Ｃｒ：１.０〜２.５％、
Ｍｏ：０.２〜０.８％、
Ｂ：０.０１〜０.１％、を含有し、さらに、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の元素の合計濃度が０.２〜３.０％、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物であって、
式１：Ｃ＋１／３Ｓｉ−(０.２４Ｖ＋０.１３Ｎｂ)＞３.３を満たす組成を例示できる。
なお、さらにＡｌ：０.０１〜０.５％を含有することもできる。
【００２１】
以下、各成分限定理由を記す。
Ｃ：２.８〜４.０％
Ｃは主としてＦｅと結合し、セメンタイトを形成すると共に、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉと結合してＭＣ型炭化物を形成する。また、晶出及び析出黒鉛となって摩擦係数を低減する効果がある。しかしながら、含有量が２.８％未満では黒鉛化が促進されず、４.０％を越えると黒鉛が粗大且つ過多となり、耐肌荒れ性及び耐摩耗性の劣化を招く。Ｃの含有量は３.２〜３.７％がさらに望ましい。
【００２２】
Ｓｉ：０.５〜２.５％
Ｓｉは湯流れ性の確保と黒鉛の晶出、析出のために必要な元素である。しかしながら、０.５％未満ではその効果が十分でなく、２.５％を越えると黒鉛が過多となり黒鉛を起点とする摩耗が激しくなりやすく、耐摩耗性が劣化する。Ｓｉの含有量は０.６から１.８％がより望ましい。
【００２３】
Ｍｎ：０.２〜２.０％
Ｍｎは硬化能を増し、また、原材料中に不可避的に含まれるＳと結合してＭｎＳを生成し、Ｓによる劣化を防ぐ元素である。Ｓは原材料中に０.０２％程度含有されるため、Ｍｎは０.２％以上含有させることが望ましい。しかしながら、２.０％を越えると靭性の低下を招くため好ましくない。Ｍｎの含有量は０.３〜１.０％がより望ましい。
【００２４】
Ｎｉ：２.５〜６.０％
Ｎｉは基地組織の改良と黒鉛を晶出、析出させる目的で含有させる。２.５％未満であると黒鉛量が過少となりやすく、６.０％を越えるとＳｉの場合と同様に黒鉛が過多となり、また、残留オーステナイトが増加し、後の熱処理によっても強靭組織にすることが難しくなり、耐摩耗性が低下する。Ｎｉの含有量は４.０〜５.０％がより望ましい。
【００２５】
Ｃｒ：１.０〜２.５％
Ｃｒは一部が基地中に固溶して焼入れ性を改善し、耐摩耗性を向上させる。又、セメンタイトにも固溶し、セメンタイトの硬度を向上させる。１.０％未満であれば、このような作用を得ることができず、２.５％を越えると黒鉛化を阻害する。Ｃｒの含有量は１.３〜２.１％がより望ましい。
【００２６】
Ｍｏ：０.２〜０.８％
Ｍｏは、主に基地に固溶し、焼入れ性を改善し、耐摩耗性を向上させる。しかしながら、０.２％未満ではこのような効果が不十分であり、０.８％を越えると黒鉛化を阻害する。Ｍｏの含有量は０.３〜０.６％がより望ましい。
【００２７】
Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗ：少なくとも１種を合計量で０.２〜３.０％
Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、ＷはＣと結合し、ＭＣ型炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。しかしながら、合計量が０.２％未満であればその効果が不十分となる。一方、合計量が３.０％を越えるとＭＣ型炭化物が過多となり、摩擦係数が大きくなると共に、黒鉛化を阻害する影響も高くなる。各元素は、Ｖ：３.０％以下、Ｎｂ：０.８％以下、Ｔｉ：０.１％以下、Ｗ：１.０％以下がより望ましい。また、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの含有量は少なくとも１種を合計量で０.５〜２.５％とすることがより望ましい。
また、式１：Ｃ＋１／３Ｓｉ−(０.２４Ｖ＋０.１３Ｎｂ)＞３.３を満たさない組成である場合、ＣがＭＣ炭化物として多く消費されるため、黒鉛化が困難または黒鉛が不足しやすい。
【００２８】
Ｂ：０.０１〜０.１％
Ｂは、黒鉛晶出を促進し、また、黒鉛を微細に晶出させる作用がある。Ｂの含有量は０.０２〜０.０７％がより望ましい。
なお、上記の如く、ロールの使用開始径をｔ１、廃棄径＋１０ｍｍをｔ２としたとき、ｔ１からｔ２の範囲における任意部分の金属組織中の黒鉛面積率差を１.０％以内となるようにすることが望まれるため、外層(20)中の硼素含有量は、使用開始径ｔ１における硼素の質量％をＢ(ｔ１)、廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２における硼素の質量％をＢ(ｔ２)としたとき、Ｂ(ｔ１)−Ｂ(ｔ２)≧０.０１５とすることが望ましい。
【００２９】
Ａｌ：０.０１〜０.５％
Ａｌは組織の均一性を高める効果がある。含有量が、０.０１％未満であればその効果を十分に得ることができず、０.２％を越えると、このような効果が飽和すると共に、材質を劣化させる。０.０１〜０.１％がより望ましい。
【００３０】
なお、合金成分として黒鉛球状化をはかるため、外層成分に、ＭｇやＣａを加えてもよい。
【００３１】
その他、Ｐ、Ｓ、Ｏ等の不可避的な不純物の混入は許容される。しかしながら、これら不純物は材質を脆くするため、合計で約０.２％以下に抑えることが望ましい。
【００３２】
上記構成の圧延用ロール(10)は、外層(20)を遠心力鋳造により鋳込むことで作製することができる。
図２は、外層(20)の遠心力鋳造工程の一例を示している。
図に示すように、外層溶湯(22)は、軸心を中心として高速回転する遠心力鋳造用金型(40)に、外層溶湯(22)を収容した取鍋(50)から三角堰(60)を通って、注湯され、遠心力鋳造用金型(40)内で鋳込まれる。
【００３３】
本発明は、圧延用ロール(10)の外層(20)中の黒鉛量の差を小さくすることを目的とするものであり、この目的を達成するために、圧延用ロール(10)は、例えば、注湯される初期の外層溶湯(22)に、硼素量が多く混和されるように調整して作製することができる。
具体的には、取鍋(50)から三角堰(60)を通って注湯される初期の外層溶湯(22)に硼素、または硼素化合物(例えば、Ｂ2Ｏ3)を三角堰(60)に直接投入したり(図２中、矢印Ａ)、取鍋(50)中の外層溶湯に硼素化合物を所定量、望ましくは、３０重量％以上含有するフラックス等を投入すると同時に鋳込むことにより、外層溶湯(22)中の硼素量を調整することができる。また、硼素含有量の異なる２種以上の外層溶湯を準備し、硼素含有量の多い外層溶湯から順に遠心力鋳造用金型(40)に注湯するようにしてもよい。また、外層溶湯(22)に硼素を直接投入するのではなく、遠心力鋳造用金型(40)の内面に塗型した後、さらに塗型表面に硼素成分を含むものを塗布することで、金型(40)内に注ぎ込まれた外層溶湯(22)中に、硼素成分を溶け出すようにしてもよい。
【００３４】
上記により、遠心力鋳造時の金型側に位置する溶湯の硼素濃度を高くすることで、金型(40)近傍の冷却速度の速い外層(20)外周側の黒鉛晶出を助長させることができ、冷却速度の遅い外層(20)内周側との黒鉛面積率や、黒鉛量の差を小さくすることができる。
【実施例】
【００３５】
図２に示す横型遠心力鋳造用金型(40)を用いて、以下の条件で、直径７００ｍｍ(半径３５０ｍｍ)、使用径範囲厚さ５０ｍｍ、外層厚さが６０〜６５ｍｍの圧延用ロール(発明例１〜５及び比較例１〜３)を作製した。
各外層の溶湯組成を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
発明例１及び３は、図２に示した外層溶湯注湯初期に、溶湯３２５０ｋｇに対して、三角堰(60)にＢ2Ｏ3を２ｋｇ投入した。
また、発明例４〜５は、取鍋(50)にＢ2Ｏ3を３０重量％含有したフラックスを１０ｋｇ投入し、注湯した。
【００３８】
遠心力鋳造により得られた圧延用ロールの発明例１乃至５及び比較例１〜３の外層(20)について、外周面に機械加工を施し、得られた外層(20)の使用開始径(ｔ１)、使用開始径から１５ｍｍ内部、３０ｍｍ内部及び廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２(使用開始径から４５ｍｍ内部)の位置で、それぞれ、１.９ｍｍ×１.４ｍｍの部分に対し、ミクロ組織写真を撮影し、画像解析(三谷商事株式会社製「画像解析装置 WinROOF」)を行なうことによって黒鉛面積率を測定した。
【００３９】
結果を表２、図３及び図４乃至図１１に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】
表２を参照すると、発明例１〜５は、使用開始径ｔ１から廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２までの範囲における金属組織中の黒鉛面積率のバラツキが１.０％以内に収まっていることがわかる。
【００４２】
図３は、発明例１と比較例１の黒鉛面積率のバラツキをグラフ化したものであり、図４乃至図１１は、発明例１及び比較例１の(ａ)使用開始径(ｔ１)、(ｂ)１５ｍｍ内部、(ｃ)３０ｍｍ内部、及び、(ｄ)４５ｍｍ内部(廃棄径＋１０ｍｍ(ｔ２))のミクロ組織写真を示している。
図３を参照すると、比較例１は、使用開始径(ｔ１)から廃棄径＋１０ｍｍ(ｔ２)に向かうに従って、黒鉛面積率が増大しているのに対し、発明例１は、黒鉛面積率が殆んど変動していないことがわかる。発明例１と比較例１のミクロ組織写真(図４乃至図１１)を参照すると、発明例１では、(ａ)の使用開始径(ｔ１)における黒鉛は、微細に分散しているが、(ｂ)〜(ｄ)では黒鉛粒径及び分布数がほぼ一定していることがわかる。一方、比較例１は、(ａ)から(ｄ)に向かうにつれて、黒鉛粒が肥大化しており、面積率も大きくなっている。
【００４３】
これは、発明例１〜５が、溶湯初期に硼素化合物を直接投入、又はフラックス等として投入することで、外層の厚さ方向における黒鉛を均等に分散しており、黒鉛の粗大化が抑えられた結果である。黒鉛面積率の差を抑えることができたため、発明例の外層(20)を用いた圧延用ロール(10)は、黒鉛の粗大化による脱落等を防止でき、鋼板の肌荒れを防ぐことができる。
一方、比較例１乃至３は、発明例の如き硼素量の調整を行なっていないから、金型に近い部分は、金型による急速な冷却を受けるため、黒鉛が少量しか晶出していないのに対し、金型から遠い外層内周側で冷却速度が遅くなり、黒鉛が成長し粗大化した結果、黒鉛面積率に差が生じていることがわかる。
さらに、比較例２、３は、ｔ１とｔ２の少なくとも一方の何れかにおいて黒鉛面積率が０.５％よりも小さく、黒鉛晶出の少ない圧延用ロールであり、黒鉛の粗大化等による問題は少ないが、黒鉛晶出によりもたらされる圧延の際の通板性や耐事故性が発明例１〜５よりも劣る。
【００４４】
なお、発明例１について、使用開始径ｔ１における外層(20)の硼素質量％(Ｂ(ｔ１))と、廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２における外層(20)の硼素質量％(Ｂ(ｔ２))を発光分析装置で測定したところ、Ｂ(ｔ１)−Ｂ(ｔ２)は０.０１９であった。この測定によっても、発明例については、外層の厚さ方向における硼素量の調整が行なわれていることがわかる。
即ち、使用開始径ｔ１における外層(20)の硼素量を、廃棄径＋１０ｍｍであるｔ２における外層(20)の硼素量より多くしたことで、上記の如く、外層(20)の径方向の黒鉛面積率を調整できたことがわかる。
なお、本実施例では横型遠心力鋳造における一例を示したが、本発明の性格上、その遠心力鋳造の種類に左右されるものではないため、図によって示された形に発明が制約されるものではない。
【符号の説明】
【００４５】
(10) 圧延用ロール
(20) 外層
(22) 溶湯
(30) 内層
(40) 遠心力鋳造用金型
(50) 取鍋
(60) 三角堰
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心力鋳造法により製造され、外層が黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材からなる圧延用ロールであって、
ロールの使用開始径をｔ１、ロールの廃棄径よりも１０ｍｍ大きい直径をｔ２としたとき、ｔ１からｔ２の範囲における任意部分の金属組織中の黒鉛面積率の差が１.０％以内であることを特徴とする圧延用ロール。
【請求項２】
外層中にＶ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の元素を含有し、
外層はＣ：２.７〜４.０質量％、Ｂ：０.０１〜０.１質量％、式１：Ｃ+１／３Ｓｉ−(０.２４Ｖ＋０.１３Ｎｂ)＞３.３を満たし、
ロール使用開始径ｔ１における硼素の質量％をＢ(ｔ１)、ロール廃棄径よりも１０ｍｍ大きい直径ｔ２における硼素の質量％をＢ(ｔ２)としたとき、Ｂ(ｔ１)−Ｂ(ｔ２)≧０.０１５であることを特徴とする請求項１に記載の圧延用ロール。
【請求項３】
ロール外層の合金組成の質量％が、
Ｃ：２.７〜４.０％、
Ｓｉ：０.５〜２.５％、
Ｍｎ：０.２〜２.０％、
Ｎｉ：２.５〜６.０％、
Ｃｒ：１.０〜２.５％、
Ｍｏ：０.２〜０.８％、
Ｂ：０.０１〜０.１％、を含有し、さらに、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の元素の合計濃度が０.２〜３.０％であって、
残部Ｆｅ、及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の圧延用ロール。
【請求項４】
さらに、Ａｌ：０.０１〜０.５％を含有する請求項３に記載の圧延用ロール。
【請求項５】
遠心力鋳造法による圧延用ロールの製造方法であって、
遠心力鋳造用金型に注ぎ込まれる外層溶湯の初期に、硼素量が多くなるように調整して行われることを特徴とする圧延用ロールの製造方法。
【請求項６】
硼素は、外層溶湯の注湯の際に、初期溶湯に直接投入される請求項５に記載の遠心力鋳造による圧延用ロールの製造方法。
【請求項７】
外層の合金組成が質量％で、
Ｃ：２.７〜４.０％、
Ｓｉ：０.５〜２.５％、
Ｍｎ：０.２〜２.０％、
Ｎｉ：２.５〜６.０％、
Ｃｒ：１.０〜２.５％、
Ｍｏ：０.２〜０.８％、
Ｂ：０.０１〜０.１％、を含有し、さらに、
Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｗからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の元素の合計濃度が０.２〜３.０％、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物であって、
式１：Ｃ＋１／３Ｓｉ−(０.２４Ｖ＋０.１３Ｎｂ)＞３.３を満たす、
請求項５又は請求項６に記載の遠心力鋳造による圧延用ロールの製造方法。
【請求項１】
遠心力鋳造法により製造され、外層が黒鉛を含有する高合金耐摩耗鋳鉄材からなる圧延用ロールであって、
ロールの使用開始径をｔ１、ロールの廃棄径よりも１０ｍｍ大きい直径をｔ２としたとき、ｔ１からｔ２の範囲における任意部分の金属組織中の黒鉛面積率の差が１.０％以内であることを特徴とする圧延用ロール。
【請求項２】
外層中にＶ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の元素を含有し、
外層はＣ：２.７〜４.０質量％、Ｂ：０.０１〜０.１質量％、式１：Ｃ+１／３Ｓｉ−(０.２４Ｖ＋０.１３Ｎｂ)＞３.３を満たし、
ロール使用開始径ｔ１における硼素の質量％をＢ(ｔ１)、ロール廃棄径よりも１０ｍｍ大きい直径ｔ２における硼素の質量％をＢ(ｔ２)としたとき、Ｂ(ｔ１)−Ｂ(ｔ２)≧０.０１５であることを特徴とする請求項１に記載の圧延用ロール。
【請求項３】
ロール外層の合金組成の質量％が、
Ｃ：２.７〜４.０％、
Ｓｉ：０.５〜２.５％、
Ｍｎ：０.２〜２.０％、
Ｎｉ：２.５〜６.０％、
Ｃｒ：１.０〜２.５％、
Ｍｏ：０.２〜０.８％、
Ｂ：０.０１〜０.１％、を含有し、さらに、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の元素の合計濃度が０.２〜３.０％であって、
残部Ｆｅ、及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の圧延用ロール。
【請求項４】
さらに、Ａｌ：０.０１〜０.５％を含有する請求項３に記載の圧延用ロール。
【請求項５】
遠心力鋳造法による圧延用ロールの製造方法であって、
遠心力鋳造用金型に注ぎ込まれる外層溶湯の初期に、硼素量が多くなるように調整して行われることを特徴とする圧延用ロールの製造方法。
【請求項６】
硼素は、外層溶湯の注湯の際に、初期溶湯に直接投入される請求項５に記載の遠心力鋳造による圧延用ロールの製造方法。
【請求項７】
外層の合金組成が質量％で、
Ｃ：２.７〜４.０％、
Ｓｉ：０.５〜２.５％、
Ｍｎ：０.２〜２.０％、
Ｎｉ：２.５〜６.０％、
Ｃｒ：１.０〜２.５％、
Ｍｏ：０.２〜０.８％、
Ｂ：０.０１〜０.１％、を含有し、さらに、
Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｗからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の元素の合計濃度が０.２〜３.０％、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物であって、
式１：Ｃ＋１／３Ｓｉ−(０.２４Ｖ＋０.１３Ｎｂ)＞３.３を満たす、
請求項５又は請求項６に記載の遠心力鋳造による圧延用ロールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２７９９８９（Ｐ２０１０−２７９９８９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３７０６１（Ｐ２００９−１３７０６１）
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
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