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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023178732
(43)【公開日】2023-12-18
(54)【発明の名称】熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロール
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20231211BHJP
C22C 37/00 20060101ALI20231211BHJP
C22C 38/58 20060101ALI20231211BHJP
B21B 27/00 20060101ALI20231211BHJP
B22D 13/00 20060101ALI20231211BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 301L
C22C37/00 B
C22C38/58
B21B27/00 C
B22D13/00 501A
C22C38/00 302E
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022091582
(22)【出願日】2022-06-06
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100184859
【弁理士】
【氏名又は名称】磯村 哲朗
(74)【代理人】
【識別番号】100123386
【弁理士】
【氏名又は名称】熊坂 晃
(74)【代理人】
【識別番号】100196667
【弁理士】
【氏名又は名称】坂井 哲也
(74)【代理人】
【識別番号】100130834
【弁理士】
【氏名又は名称】森 和弘
(72)【発明者】
【氏名】布施 太雅
(72)【発明者】
【氏名】岩田 直道
【テーマコード（参考）】
4E016
【Ｆターム（参考）】
4E016AA03
4E016CA08
4E016DA03
4E016DA18
4E016DA19
4E016EA02
4E016EA03
4E016EA04
4E016EA23
4E016FA02
(57)【要約】
【課題】耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロールを提供すること。
【解決手段】特定の成分組成を有し、面積率で粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、上記微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、６００℃の時のショア硬さが４７．０ＨＳ以上である、熱間圧延用ロール外層材。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
【選択図】図１
【解決手段】特定の成分組成を有し、面積率で粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、上記微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、６００℃の時のショア硬さが４７．０ＨＳ以上である、熱間圧延用ロール外層材。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量％で、
Ｃ：０．９～２．６％、
Ｓｉ：０．１５～２．５０％、
Ｍｎ：０．１５～２．６０％、
Ｎｉ：０．２～８．０％、
Ｃｒ：１．２～１２．０％、
Ｍｏ：２．５～１０．０％、
Ｖ：２．０～８．５％、
Ｗ：０．１～６．０％、
Ｐ：０．０１～０．０５％、
Ｓ：０．００１～０．０１１％を含有し、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（１）式を満たし、
Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（２）式を満たし、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
面積率で、粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、
前記粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、
２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、
６００℃の時のショア硬さが４７．０ＨＳ以上である、熱間圧延用ロール外層材。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
Ｃ：０．９～２．６％、
Ｓｉ：０．１５～２．５０％、
Ｍｎ：０．１５～２．６０％、
Ｎｉ：０．２～８．０％、
Ｃｒ：１．２～１２．０％、
Ｍｏ：２．５～１０．０％、
Ｖ：２．０～８．５％、
Ｗ：０．１～６．０％、
Ｐ：０．０１～０．０５％、
Ｓ：０．００１～０．０１１％を含有し、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（１）式を満たし、
Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（２）式を満たし、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
面積率で、粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、
前記粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、
２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、
６００℃の時のショア硬さが４７．０ＨＳ以上である、熱間圧延用ロール外層材。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
【請求項2】
外層と内層とを有する熱間圧延用複合ロールであって、
前記外層は、質量％で、
Ｃ：０．９～２．６％、
Ｓｉ：０．１５～２．５０％、
Ｍｎ：０．１５～２．６０％、
Ｎｉ：０．２～８．０％、
Ｃｒ：１．２～１２．０％、
Ｍｏ：２．５～１０．０％、
Ｖ：２．０～８．５％、
Ｗ：０．１～６．０％、
Ｐ：０．０１～０．０５％、
Ｓ：０．００１～０．０１１％を含有し、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（１）式を満たし、
Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（２）式を満たし、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
面積率で、粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、
前記粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、
２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、
６００℃の時のショア硬さが４７．０ＨＳ以上である、熱間圧延用複合ロール。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
前記外層は、質量％で、
Ｃ：０．９～２．６％、
Ｓｉ：０．１５～２．５０％、
Ｍｎ：０．１５～２．６０％、
Ｎｉ：０．２～８．０％、
Ｃｒ：１．２～１２．０％、
Ｍｏ：２．５～１０．０％、
Ｖ：２．０～８．５％、
Ｗ：０．１～６．０％、
Ｐ：０．０１～０．０５％、
Ｓ：０．００１～０．０１１％を含有し、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（１）式を満たし、
Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（２）式を満たし、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
面積率で、粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、
前記粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、
２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、
６００℃の時のショア硬さが４７．０ＨＳ以上である、熱間圧延用複合ロール。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロールに係り、特に鋼板の粗圧延に好適な熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロールに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、高品質な鋼板の需要が増加しており、それにともない鋼板の熱間圧延技術を向上させることを求められている。そのため、熱間圧延設備で使用される熱間圧延用ロールの特性の向上、特に耐摩耗性の向上が強く要求されている。耐摩耗性を向上させるため、工具鋼の一種である高速度鋼をベースにＶ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなどの炭化物形成元素を含有し、Ｖ系のＭＣ炭化物やＭｏ、Ｗ系のＭ２Ｃ炭化物、Ｃｒ系のＭ７Ｃ３炭化物などの硬質炭化物を多量に導入したハイスロールが開発されている。
【0003】
このようなハイスロールの外層材として、例えば、特許文献１には、Ｃ：１．０～２．６％、Ｃｒ：４．０～１０．０％、Ｍｏ：５．０～１０．０％、Ｗ：５.０％未満、Ｖ：３．０～８．０％を含有し、１２．０％≦２Ｍｏ＋Ｗ≦２０．０％、２Ｍｏ／Ｗ≧３．０、０．２％≦Ｃ－０．２４Ｖ≦０．７％を満足するＦｅ基合金であることを特徴とする圧延用ロールが提案されている。これによって、耐摩耗性に特に付与するＭＣ、Ｍ４Ｃ３、Ｍ２Ｃ、Ｍ６Ｃ炭化物を最適な範囲で生成させ、耐摩耗性に優れた圧延用ロールになるとしている。
【0004】
また、特許文献２には、質量％で、Ｃ：０．７～３．６％、Ｓｉ：０．２～２．５％、Ｍｎ：０．２～２．０％、Ｃｒ：２．０～１０％、Ｍｏ：０．２～１０％、Ｖ：２．０～１０％、Ｂ：０．００１～０．５０％、Ａｌ：０．００１～０．５０％、Ｔｉ：０．００１～０．５０％、Ｚｒ：０．００１～０．５０％、Ｃｕ：０．００１～０．５０％、Ｍｇ：０．００１～０．５０％、Ｃａ：０．００１～０．５０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、さらにＮｉ：０．１～１０％、Ｗ：０．２～１０％、Ｎｂ：０．２～１０％、Ｃｏ：０．２～１０％の１種または２種以上含有する圧延用複合ロールの外層材が提案されている。これによって、ＭＣ炭化物を微細均一かつ球状に晶出させたミクロ組織を得ることで、耐摩耗性に優れた圧延用複合ロールの外層材になるとしている。
【0005】
特許文献３には、質量基準で、Ｃ：１～３％、Ｓｉ：０．４～３％、Ｍｎ：０．３～３％、Ｎｉ：１～５％、Ｃｒ：２～７％、Ｍｏ：３～８％、Ｖ：３～７％、及びＢ：０．０１～０．１２％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、かつ下記式（１）：Ｃｒ／（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＜－２／３［Ｃ－０．２（Ｖ＋１．１９Ｎｂ）］＋１１／６により表される関係（ただし、任意成分であるＷ及びＮｂを含有しない場合、Ｗ＝０及びＮｂ＝０である。）を満足し、面積率で１～１５％のＭＣ炭化物、０．５～２０％の炭ホウ化物、及び０．５～２０％のＭｏ系炭化物を含有することを特徴とする熱間圧延用複合ロールを提案している。ＭＣ炭化物によって耐摩耗性に優れた熱間圧延用複合ロールになるとしている。
【0006】
特許文献４には、質量基準で、Ｃ：１．５０～２．７０％、Ｓｉ：０．３～３％、Ｍｎ：０．１～３％、Ｎｉ：０．１～２．５％、Ｃｒ：４．０～７．０％、Ｍｏ：４．１～８．０％、Ｖ：５．０～１０．０％、Ｗ：０～０．４％、Ｎｂ：０．１～３．０％、Ｎ：０．００５～０．１５％、Ｂ：０～０．０５％を含有し、さらにＣｏ：０．１～５％、Ｚｒ：０．０１～０．５％、Ｔｉ：０．０５～０．５％及びＡｌ：０．００１～０．５％からなる群から選ばれた少なくとも一種を含有し、残部が実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなるＦｅ合金からなり、Ｖ含有量（質量％）とＮｂ含有量（質量％）との比Ｖ／Ｎｂが１～２０．０であり、次式：Ｃ－ｂａｌ＝Ｃ％－０．２×Ｖ％－０．０６×Ｃｒ％－０．０６３×Ｍｏ％－０．０３３×Ｗ％－０．１３×Ｎｂ％［ただし、Ｃ％、Ｖ％、Ｃｒ％、Ｍｏ％、Ｗ％及びＮｂ％は、それぞれＣ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＮｂの含有量（質量％）である。］で示されるＣ－ｂａｌが０～０．２８であることを特徴とし、優れた耐摩耗性をもつ圧延用遠心鋳造複合ロールを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２００４－１８３０８５号公報
【特許文献2】特開２００２－１６１３３１号公報
【特許文献3】国際公開第２０１５／０４５９８４号
【特許文献4】特開２０２０－０２２９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、高品質鋼板の需要が高まる中で鋼板の熱間圧延技術の向上にともなって、ますます熱間圧延用ロールに要求される特性が厳しくなり、特に耐摩耗性がより強く要求されている。そのため、特許文献１～４に記載された従来の熱間圧延用ロールでは、耐摩耗性が十分ではない場合が発生している。
【0009】
そこで本発明は、上記課題を解決した、耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロールを提供することを目的とする。
【0010】
ここで、耐摩耗性に優れたとは、以下の熱間転動摩耗試験により測定される摩耗量が０．４６ｇ以下であることを指す。
（１）熱間転動摩耗試験片（外径６０ｍｍφ、幅１０ｍｍ、Ｃ１面取りあり）を採取する。
（２）摩耗試験を試験片と相手片との２円盤すべり転動方式で行う。
（３）試験片を冷却水で水冷しながら７００ｒｐｍで回転させ、回転する該試験片に、高周波誘導加熱コイルで８００℃に加熱した相手片（外径１９０ｍｍφ、幅１５ｍｍ、Ｃ１面取り）を荷重６８６Ｎで接触させながら転動させる。
（４）摩耗試験は１３５分間実施し、４５分（試験片３１５００回転）ごとに相手片を新品に更新して計３回（試験片９４５００回転）試験を行う。
（５）試験前後の試験片の質量変化を摩耗量として測定する。
（１）熱間転動摩耗試験片（外径６０ｍｍφ、幅１０ｍｍ、Ｃ１面取りあり）を採取する。
（２）摩耗試験を試験片と相手片との２円盤すべり転動方式で行う。
（３）試験片を冷却水で水冷しながら７００ｒｐｍで回転させ、回転する該試験片に、高周波誘導加熱コイルで８００℃に加熱した相手片（外径１９０ｍｍφ、幅１５ｍｍ、Ｃ１面取り）を荷重６８６Ｎで接触させながら転動させる。
（４）摩耗試験は１３５分間実施し、４５分（試験片３１５００回転）ごとに相手片を新品に更新して計３回（試験片９４５００回転）試験を行う。
（５）試験前後の試験片の質量変化を摩耗量として測定する。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らは、熱間圧延用ロールの基地、炭化物、硬さ、摩耗量、化学成分（成分組成）の関係を詳細に調査した。その結果、炭化物の大きさ、面積率が特定の範囲になるよう、化学成分や熱処理条件を最適化させることで、耐摩耗性が向上することを見出した。
【0012】
本発明は上記の知見に基づき完成されたものであり、その要旨は次の通りである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．９～２．６％、
Ｓｉ：０．１５～２．５０％、
Ｍｎ：０．１５～２．６０％、
Ｎｉ：０．２～８．０％、
Ｃｒ：１．２～１２．０％、
Ｍｏ：２．５～１０．０％、
Ｖ：２．０～８．５％、
Ｗ：０．１～６．０％、
Ｐ：０．０１～０．０５％、
Ｓ：０．００１～０．０１１％を含有し、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（１）式を満たし、
Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（２）式を満たし、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
面積率で、粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、
前記粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、
２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、
６００℃の時のショア硬さが４７．０ＨＳ以上である、熱間圧延用ロール外層材。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
［２］外層と内層とを有する熱間圧延用複合ロールであって、
前記外層は、質量％で、
Ｃ：０．９～２．６％、
Ｓｉ：０．１５～２．５０％、
Ｍｎ：０．１５～２．６０％、
Ｎｉ：０．２～８．０％、
Ｃｒ：１．２～１２．０％、
Ｍｏ：２．５～１０．０％、
Ｖ：２．０～８．５％、
Ｗ：０．１～６．０％、
Ｐ：０．０１～０．０５％、
Ｓ：０．００１～０．０１１％を含有し、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（１）式を満たし、
Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（２）式を満たし、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
面積率で、粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、
前記粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、
２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、
６００℃の時のショア硬さが４７．０ＨＳ以上である、熱間圧延用複合ロール。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
［１］質量％で、
Ｃ：０．９～２．６％、
Ｓｉ：０．１５～２．５０％、
Ｍｎ：０．１５～２．６０％、
Ｎｉ：０．２～８．０％、
Ｃｒ：１．２～１２．０％、
Ｍｏ：２．５～１０．０％、
Ｖ：２．０～８．５％、
Ｗ：０．１～６．０％、
Ｐ：０．０１～０．０５％、
Ｓ：０．００１～０．０１１％を含有し、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（１）式を満たし、
Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（２）式を満たし、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
面積率で、粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、
前記粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、
２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、
６００℃の時のショア硬さが４７．０ＨＳ以上である、熱間圧延用ロール外層材。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
［２］外層と内層とを有する熱間圧延用複合ロールであって、
前記外層は、質量％で、
Ｃ：０．９～２．６％、
Ｓｉ：０．１５～２．５０％、
Ｍｎ：０．１５～２．６０％、
Ｎｉ：０．２～８．０％、
Ｃｒ：１．２～１２．０％、
Ｍｏ：２．５～１０．０％、
Ｖ：２．０～８．５％、
Ｗ：０．１～６．０％、
Ｐ：０．０１～０．０５％、
Ｓ：０．００１～０．０１１％を含有し、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（１）式を満たし、
Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（２）式を満たし、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、
面積率で、粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、
前記粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、
２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、
６００℃の時のショア硬さが４７．０ＨＳ以上である、熱間圧延用複合ロール。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
【発明の効果】
【0013】
本発明により、耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロールを提供することができる。その結果、熱間圧延用ロールの寿命が向上し、それにともない熱延鋼板の生産性が向上するという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の熱間圧延用ロール外層材は、質量％で、Ｃ：０．９～２．６％、Ｓｉ：０．１５～２．５０％、Ｍｎ：０．１５～２．６０％、Ｎｉ：０．２～８．０％、Ｃｒ：１．２～１２．０％、Ｍｏ：２．５～１０．０％、Ｖ：２．０～８．５％、Ｗ：０．１～６．０％、Ｐ：０．０１～０．０５％、Ｓ：０．００１～０．０１１％を含有し、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（１）式を満たし、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記（２）式を満たし、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、面積率で、粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、６００℃の時のショア硬さが４７．０ＨＳ以上である。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
【0016】
また、本発明の熱間圧延用複合ロールは、外層と内層の２層、または外層と中間層と内層の３層を有し、上記外層は、上記の熱間圧延用ロール外層材と同様の構成とすることができる。
すなわち、本発明の熱間圧延用複合ロールは、外層と内層とを有する熱間圧延用複合ロールであって、外層が、質量％で、Ｃ：０．９～２．６％、Ｓｉ：０．１５～２．５０％、Ｍｎ：０．１５～２．６０％、Ｎｉ：０．２～８．０％、Ｃｒ：１．２～１２．０％、Ｍｏ：２．５～１０．０％、Ｖ：２．０～８．５％、Ｗ：０．１～６．０％、Ｐ：０．０１～０．０５％、Ｓ：０．００１～０．０１１％を含有し、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が上記（１）式を満たし、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が上記（２）式を満たし、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、面積率で、粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、６００℃の時のショア硬さが４７．０ＨＳ以上である。
すなわち、本発明の熱間圧延用複合ロールは、外層と内層とを有する熱間圧延用複合ロールであって、外層が、質量％で、Ｃ：０．９～２．６％、Ｓｉ：０．１５～２．５０％、Ｍｎ：０．１５～２．６０％、Ｎｉ：０．２～８．０％、Ｃｒ：１．２～１２．０％、Ｍｏ：２．５～１０．０％、Ｖ：２．０～８．５％、Ｗ：０．１～６．０％、Ｐ：０．０１～０．０５％、Ｓ：０．００１～０．０１１％を含有し、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が上記（１）式を満たし、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が上記（２）式を満たし、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、面積率で、粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、６００℃の時のショア硬さが４７．０ＨＳ以上である。
【0017】
以下では、まず、本発明の熱間圧延用ロールの外層材の成分組成の限定理由について説明する。なお、以下、質量％は、特に断らない限り、単に％と記す。
【0018】
Ｃ：０．９～２．６％
Ｃは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等と結合して硬質炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与する。また、基地に固溶して硬さを増加させる。Ｃ含有量が０．９％未満では、炭化物量が不足し、優れた耐摩耗性を得ることができない。一方で、Ｃ含有量が２．６％を超えると、炭化物が過剰に生成し、耐肌荒れ性、耐クラック性が低下する。よって、Ｃ含有量は０．９～２．６％とする。Ｃ含有量は、好ましくは１．３％以上であり、より好ましくは１．５％以上である。また、Ｃ含有量は、好ましくは２．３％以下であり、より好ましくは２．０％以下である。
Ｃは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等と結合して硬質炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与する。また、基地に固溶して硬さを増加させる。Ｃ含有量が０．９％未満では、炭化物量が不足し、優れた耐摩耗性を得ることができない。一方で、Ｃ含有量が２．６％を超えると、炭化物が過剰に生成し、耐肌荒れ性、耐クラック性が低下する。よって、Ｃ含有量は０．９～２．６％とする。Ｃ含有量は、好ましくは１．３％以上であり、より好ましくは１．５％以上である。また、Ｃ含有量は、好ましくは２．３％以下であり、より好ましくは２．０％以下である。
【0019】
Ｓｉ：０．１５～２．５０％
Ｓｉは、溶湯中で脱酸剤として作用し、溶湯の流動性を良くし、鋳造欠陥を防ぐことができる。Ｓｉ含有量が０．１５％未満では、脱酸効果が不足する。一方で、Ｓｉ含有量が２．５０％を超えると効果が飽和する。よって、Ｓｉ含有量は０．１５～２．５０％とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．３０％以上であり、より好ましくは０．６０％以上である。また、Ｓｉ含有量は、好ましくは２．００％以下であり、より好ましくは１．６０％以下である。
Ｓｉは、溶湯中で脱酸剤として作用し、溶湯の流動性を良くし、鋳造欠陥を防ぐことができる。Ｓｉ含有量が０．１５％未満では、脱酸効果が不足する。一方で、Ｓｉ含有量が２．５０％を超えると効果が飽和する。よって、Ｓｉ含有量は０．１５～２．５０％とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．３０％以上であり、より好ましくは０．６０％以上である。また、Ｓｉ含有量は、好ましくは２．００％以下であり、より好ましくは１．６０％以下である。
【0020】
Ｍｎ：０．１５～２．６０％
Ｍｎは、溶湯の脱酸効果や、悪影響を及ぼすＳをＭｎＳとして固定する効果を奏する。Ｍｎ含有量が０．１５％未満では、その添加効果は不十分である。一方で、Ｍｎ含有量が２．６０％を超えると、効果が飽和する。よって、Ｍｎ含有量は０．１５～２．６０％とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．２５％以上であり、より好ましくは０．３５％以上である。また、Ｍｎ含有量は、好ましくは２．００％以下であり、より好ましくは１．６０％以下である。
Ｍｎは、溶湯の脱酸効果や、悪影響を及ぼすＳをＭｎＳとして固定する効果を奏する。Ｍｎ含有量が０．１５％未満では、その添加効果は不十分である。一方で、Ｍｎ含有量が２．６０％を超えると、効果が飽和する。よって、Ｍｎ含有量は０．１５～２．６０％とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．２５％以上であり、より好ましくは０．３５％以上である。また、Ｍｎ含有量は、好ましくは２．００％以下であり、より好ましくは１．６０％以下である。
【0021】
Ｎｉ：０．２～８．０％
Ｎｉは、基地の焼入れ性を向上させ、基地の硬さを向上させる効果を奏する。Ｎｉ含有量が０．２％未満では、その効果は不十分である。一方で、Ｎｉ含有量が８．０％を超えると、オーステナイトが残留しやすくなるため硬さが低下する。よって、Ｎｉ含有量は０．２～８．０％とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは０．８％以上であり、より好ましくは１．４％以上である。また、Ｎｉ含有量は、好ましくは５．０％以下であり、より好ましくは３．５％以下である。
Ｎｉは、基地の焼入れ性を向上させ、基地の硬さを向上させる効果を奏する。Ｎｉ含有量が０．２％未満では、その効果は不十分である。一方で、Ｎｉ含有量が８．０％を超えると、オーステナイトが残留しやすくなるため硬さが低下する。よって、Ｎｉ含有量は０．２～８．０％とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは０．８％以上であり、より好ましくは１．４％以上である。また、Ｎｉ含有量は、好ましくは５．０％以下であり、より好ましくは３．５％以下である。
【0022】
Ｃｒ：１．２～１２．０％
Ｃｒは、炭化物形成元素であり、Ｃと結合してＭ７Ｃ３炭化物を形成する。Ｍ７Ｃ３炭化物は、硬質な炭化物であるため、耐摩耗性を向上させる効果を奏する。Ｃｒ含有量が１．２％未満では、Ｍ７Ｃ３炭化物量が不足し、耐摩耗性が低下する。一方で、Ｃｒ含有量が１２．０％を超えると、粗大なＭ７Ｃ３炭化物が生成し、かえって耐摩耗性が悪化する。よって、Ｃｒ含有量は１．２～１２．０％とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは２．５％以上であり、より好ましくは４．０％以上である。また、Ｃｒ含有量は、好ましくは８．０％以下であり、より好ましくは６．５％以下である。
Ｃｒは、炭化物形成元素であり、Ｃと結合してＭ７Ｃ３炭化物を形成する。Ｍ７Ｃ３炭化物は、硬質な炭化物であるため、耐摩耗性を向上させる効果を奏する。Ｃｒ含有量が１．２％未満では、Ｍ７Ｃ３炭化物量が不足し、耐摩耗性が低下する。一方で、Ｃｒ含有量が１２．０％を超えると、粗大なＭ７Ｃ３炭化物が生成し、かえって耐摩耗性が悪化する。よって、Ｃｒ含有量は１．２～１２．０％とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは２．５％以上であり、より好ましくは４．０％以上である。また、Ｃｒ含有量は、好ましくは８．０％以下であり、より好ましくは６．５％以下である。
【0023】
Ｍｏ：２．５～１０．０％
Ｍｏは、炭化物形成元素であり、Ｃと結合してＭ２Ｃ炭化物を形成する。Ｍ２Ｃ炭化物は、硬質な炭化物であるため、耐摩耗性を向上させる効果を奏する。Ｍｏ含有量が２．５％未満では、それらの効果が不十分である。一方で、Ｍｏ含有量が１０．０％を超えると、粗大なＭ２Ｃ炭化物が生成し、靭性が低下する。よって、Ｍｏ含有量は２．５～１０．０％とする。Ｍｏ含有量は、好ましくは３．５％以上であり、より好ましくは４．５％以上である。また、Ｍｏ含有量は、好ましくは８．５％以下であり、より好ましくは７．０％以下である。
Ｍｏは、炭化物形成元素であり、Ｃと結合してＭ２Ｃ炭化物を形成する。Ｍ２Ｃ炭化物は、硬質な炭化物であるため、耐摩耗性を向上させる効果を奏する。Ｍｏ含有量が２．５％未満では、それらの効果が不十分である。一方で、Ｍｏ含有量が１０．０％を超えると、粗大なＭ２Ｃ炭化物が生成し、靭性が低下する。よって、Ｍｏ含有量は２．５～１０．０％とする。Ｍｏ含有量は、好ましくは３．５％以上であり、より好ましくは４．５％以上である。また、Ｍｏ含有量は、好ましくは８．５％以下であり、より好ましくは７．０％以下である。
【0024】
Ｖ：２．０～８．５％
Ｖは、炭化物形成元素であり、Ｃと結合してＭＣ炭化物を形成する。ＭＣ炭化物はビッカース硬さＨｖで２８００程度の値を有し、最も硬い炭化物のうちの一つである。Ｖ含有量が２．０％未満では、ＭＣ炭化物の晶出・析出量が不十分であり、耐摩耗性が悪化する。一方で、Ｖ含有量が８．５％を超えると、鉄溶湯より比重の軽いＶＣ炭化物が遠心鋳造中の遠心力により外層の内側に濃化し、偏析が起こる。よって、Ｖ含有量は２．０～８．５％とする。Ｖ含有量は、好ましくは３．０％以上であり、より好ましくは４．０％以上である。また、Ｖ含有量は、好ましくは７．５％以下であり、より好ましくは７．０％以下である。
Ｖは、炭化物形成元素であり、Ｃと結合してＭＣ炭化物を形成する。ＭＣ炭化物はビッカース硬さＨｖで２８００程度の値を有し、最も硬い炭化物のうちの一つである。Ｖ含有量が２．０％未満では、ＭＣ炭化物の晶出・析出量が不十分であり、耐摩耗性が悪化する。一方で、Ｖ含有量が８．５％を超えると、鉄溶湯より比重の軽いＶＣ炭化物が遠心鋳造中の遠心力により外層の内側に濃化し、偏析が起こる。よって、Ｖ含有量は２．０～８．５％とする。Ｖ含有量は、好ましくは３．０％以上であり、より好ましくは４．０％以上である。また、Ｖ含有量は、好ましくは７．５％以下であり、より好ましくは７．０％以下である。
【0025】
Ｗ：０．１～６．０％
Ｗは、炭化物形成元素であり、Ｃと結合して硬質なＭ２Ｃ等の硬質な炭化物を生成し、外層の硬さが増加するとともに、耐摩耗性を向上させる効果を奏する。Ｗ含有量が０．１％未満では、その効果が不十分であり、耐摩耗性が悪化する。一方で、Ｗ含有量が６．０％を超えると、粗大なＭ２Ｃ炭化物が生成し、耐摩耗性がかえって悪化する。よって、Ｗ含有量は０．１～６．０％とする。Ｗ含有量は、好ましくは０．５％以上であり、より好ましくは１．０％以上である。また、Ｗ含有量は、好ましくは５．０％以下であり、より好ましくは４．０％以下である。
Ｗは、炭化物形成元素であり、Ｃと結合して硬質なＭ２Ｃ等の硬質な炭化物を生成し、外層の硬さが増加するとともに、耐摩耗性を向上させる効果を奏する。Ｗ含有量が０．１％未満では、その効果が不十分であり、耐摩耗性が悪化する。一方で、Ｗ含有量が６．０％を超えると、粗大なＭ２Ｃ炭化物が生成し、耐摩耗性がかえって悪化する。よって、Ｗ含有量は０．１～６．０％とする。Ｗ含有量は、好ましくは０．５％以上であり、より好ましくは１．０％以上である。また、Ｗ含有量は、好ましくは５．０％以下であり、より好ましくは４．０％以下である。
【0026】
Ｐ：０．０１～０．０５％
Ｐは、製造過程で混入し、機械的特性が低下すると考えられてきたが、本発明者らの鋭意検討の結果、少量のＰの含有は硬さや耐摩耗性を向上させる効果があることを明らかにした。Ｐ含有量が０．０１％未満では、その効果が十分ではなく、一方で、Ｐ含有量が０．０５％超えでは機械的性質が劣化する。よって、Ｐ含有量は０．０１～０．０５％とする。Ｐ含有量は、好ましくは０．０２％以上である。また、Ｐ含有量は、好ましくは０．０４％以下である。
Ｐは、製造過程で混入し、機械的特性が低下すると考えられてきたが、本発明者らの鋭意検討の結果、少量のＰの含有は硬さや耐摩耗性を向上させる効果があることを明らかにした。Ｐ含有量が０．０１％未満では、その効果が十分ではなく、一方で、Ｐ含有量が０．０５％超えでは機械的性質が劣化する。よって、Ｐ含有量は０．０１～０．０５％とする。Ｐ含有量は、好ましくは０．０２％以上である。また、Ｐ含有量は、好ましくは０．０４％以下である。
【0027】
Ｓ：０．００１～０．０１１％
Ｓは、通常、鉄系合金では有害元素として取り扱われ、一定量以下の含有量に制限されるが、その範囲内において、ＭｎＳは潤滑材の効果を奏する。一方で、含有量が多いと材質が脆くなる。よって、Ｓ含有量は０．００１～０．０１１％とする。Ｓ含有量は、好ましくは０．００２％以上である。また、Ｓ含有量は、好ましくは０．００６％以下である。
Ｓは、通常、鉄系合金では有害元素として取り扱われ、一定量以下の含有量に制限されるが、その範囲内において、ＭｎＳは潤滑材の効果を奏する。一方で、含有量が多いと材質が脆くなる。よって、Ｓ含有量は０．００１～０．０１１％とする。Ｓ含有量は、好ましくは０．００２％以上である。また、Ｓ含有量は、好ましくは０．００６％以下である。
【0028】
また、本発明では、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が上記の範囲内であり、加えて下記（１）式および下記（２）式を満たすことを特徴とする。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
３．０≦（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）≦１２．０ ・・・（１）
２０．０≦［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）≦６５．０ ・・・（２）
ここで、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
【0029】
（１）式における（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）について、このパラメータは、炭化物形成元素（Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）と炭化物非形成元素（Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ）の比を示しており、上記（１）式を満たすように調整することで炭化物の形成量、大きさが適正化され、耐摩耗性が大きく向上する。（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）の値が３．０未満であると、炭化物の形成量が不足し十分な耐摩耗性を得ることができない。
一方で、（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）の値が１２．０を超えると、炭化物が粗大化し、かえって耐摩耗性が低下する。
よって、（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）の値は、３．０以上１２．０以下とする。
（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）の値は、好ましくは４．０以上であり、より好ましくは５．０以上である。また、（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）の値は、好ましくは９．０以下であり、より好ましくは７．０以下である。
一方で、（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）の値が１２．０を超えると、炭化物が粗大化し、かえって耐摩耗性が低下する。
よって、（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）の値は、３．０以上１２．０以下とする。
（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）の値は、好ましくは４．０以上であり、より好ましくは５．０以上である。また、（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］+［％Ｍｎ］+［％Ｎｉ］）の値は、好ましくは９．０以下であり、より好ましくは７．０以下である。
【0030】
（２）式における［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）について、このパラメータは、炭素と炭化物形成元素（Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）の関係を示しており、上記（２）式を満たすように調整することで基地中のＣ含有量が適正化され、硬さが向上し、それによって耐摩耗性が向上する。［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）の値が２０．０未満になること、または６５．０を超えることにより、基地中の硬さが不足し、耐摩耗性が低下する。
よって、［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）の値は、２０．０以上６５．０以下とする。
［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）の値は、好ましくは２５．０以上であり、より好ましくは３０．０以上である。また、［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）の値は、好ましくは５０．０以下であり、より好ましくは４０．０以下である。
よって、［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）の値は、２０．０以上６５．０以下とする。
［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）の値は、好ましくは２５．０以上であり、より好ましくは３０．０以上である。また、［％Ｃ］×（［％Ｖ］+［％Ｃｒ］+［％Ｍｏ］+［％Ｗ］）の値は、好ましくは５０．０以下であり、より好ましくは４０．０以下である。
【0031】
残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
上記した成分以外の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。
上記した成分以外の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。
【0032】
次に、本発明の熱間圧延用ロール外層材の組織限定理由について説明する。
【0033】
本発明の熱間圧延用ロール外層材は、上記した範囲の成分組成を有し、かつ面積率で、粒径が１μｍ以下である微細炭化物：５．０～２０．０％を含有する組織を有し、この粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであることを特徴とする。
微細炭化物とは熱処理中に析出したＭＣ炭化物であり、また、基地中に存在する析出炭化物は粒径が１μｍ以下であることから、本発明における微細炭化物は粒径が１μｍ以下である炭化物とする。
微細炭化物は耐摩耗性に大きな影響を与えないと考えられてきたが、本発明者らの鋭意検討の結果、基地中に微細炭化物を形成させることで耐摩耗性が大きく向上することを発見した。基地中に適切な大きさの微細炭化物を形成させることによって、高温での基地の硬さが維持され、それにともなって耐摩耗性が向上したと考えられる。ここで、基地とはマルテンサイトまたはベイナイトであることが好ましい。
微細炭化物とは熱処理中に析出したＭＣ炭化物であり、また、基地中に存在する析出炭化物は粒径が１μｍ以下であることから、本発明における微細炭化物は粒径が１μｍ以下である炭化物とする。
微細炭化物は耐摩耗性に大きな影響を与えないと考えられてきたが、本発明者らの鋭意検討の結果、基地中に微細炭化物を形成させることで耐摩耗性が大きく向上することを発見した。基地中に適切な大きさの微細炭化物を形成させることによって、高温での基地の硬さが維持され、それにともなって耐摩耗性が向上したと考えられる。ここで、基地とはマルテンサイトまたはベイナイトであることが好ましい。
【0034】
微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０μｍ未満であると、粒径が小さいため、微細炭化物は耐摩耗性にほとんど寄与しない。一方、円相当直径で０．８０μｍ超えであると、粒径が大きいため、基地からの欠け落ちが発生し易くなり，かえって耐摩耗性が悪くなる。よって、微細炭化物の平均粒径は、円相当直径で０．５０～０．８０μｍとする。好ましくは、０．５５μｍ以上であり、より好ましくは、０．６０μｍ以上である。また、好ましくは、０．７５μｍ以下であり、より好ましくは、０．７０μｍ以下である。
【0035】
微細炭化物が、外層材全体に対して、面積率で５．０％未満であると、耐摩耗性を担う炭化物が少なすぎるため、耐摩耗性が悪くなる。一方、微細炭化物が、外層材全体に対して、面積率で２０．０％超えであると、基地からの欠け落ちが増え、さらに基地中の炭素濃度が低下することで基地硬さが軟化することで、かえって耐摩耗性が悪くなる。よって、微細炭化物は、面積率で５．０～２０．０％とする。好ましくは、微細炭化物は、面積率で６．０％以上であり、より好ましくは、７．０％以上である。また、好ましくは、１８．０％以下であり、より好ましくは、１７．０％以下である。
また、この粒径が１μｍ以下の微細炭化物の平均粒径を、円相当直径で０．５０～０．８０μｍとし、その微細炭化物を面積率で５．０～２０．０％存在させるには、後述する熱処理条件を制御すればよい。
また、この粒径が１μｍ以下の微細炭化物の平均粒径を、円相当直径で０．５０～０．８０μｍとし、その微細炭化物を面積率で５．０～２０．０％存在させるには、後述する熱処理条件を制御すればよい。
【0036】
組織（基地組織）において、炭化物の他には、マルテンサイトまたはベイナイトを８０．０～９５．０％有していてよい。
【0037】
組織の観察方法は以下の通りである。
まず、得られた外層材に鏡面研磨を施した後にＳＥＭで組織観察を行う。基地組織と炭化物の画像の輝度の違いを利用し、二値化処理を行ったのち、画像解析ツール（ＩｍａｇｅＪ）を用いて炭化物の面積率、円相当直径を算出する。炭化物の面積率、円相当直径の値については、倍率１５００倍の画像を各試料５枚撮影し、その平均値（数平均値）を算出する。
まず、得られた外層材に鏡面研磨を施した後にＳＥＭで組織観察を行う。基地組織と炭化物の画像の輝度の違いを利用し、二値化処理を行ったのち、画像解析ツール（ＩｍａｇｅＪ）を用いて炭化物の面積率、円相当直径を算出する。炭化物の面積率、円相当直径の値については、倍率１５００倍の画像を各試料５枚撮影し、その平均値（数平均値）を算出する。
【0038】
また、本発明の熱間圧延用ロール外層材の硬さは、２０℃の時のショア硬さで７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下であり、６００℃の時のショア硬さで４７．０ＨＳ以上である。２０℃の時のショア硬さが７５．０ＨＳ未満では耐摩耗性が劣化し、一方で、２０℃の時のショア硬さが８５．０ＨＳを超えると、熱間圧延中に熱間圧延用ロール表面に形成されたクラックを研削除去するのが困難になる。よって、本発明の熱間圧延用ロール外層材の硬さは、２０℃の時のショア硬さで７５．０ＨＳ以上８５．０ＨＳ以下である。
好ましくは、２０℃の時のショア硬さで７５．５ＨＳ以上であり、より好ましくは、７６．５ＨＳ以上である。また、好ましくは、２０℃の時のショア硬さで８４．５ＨＳ以下であり、より好ましくは、８２．５ＨＳ以下である。
また、熱間圧延中のロール表面温度は約６００℃付近であり、６００℃の時のショア硬さ（６００℃ショア硬さ）が４７．０ＨＳ以上であると、熱間圧延時の耐摩耗性が向上する。よって、本発明の熱間圧延用ロール外層材の硬さは、６００℃の時のショア硬さで４７．０ＨＳ以上である。６００℃の時のショア硬さの上限は特に限定されないが、高温硬さが高くなると、圧延中にスリップが生じやすくなるため、６０．０ＨＳ以下とすることが好ましい。
このような硬さを安定して確保するには、後述する焼戻しパラメータＰを１００００～２００００の範囲内で成分に応じて調整することで得られる。
好ましくは、２０℃の時のショア硬さで７５．５ＨＳ以上であり、より好ましくは、７６．５ＨＳ以上である。また、好ましくは、２０℃の時のショア硬さで８４．５ＨＳ以下であり、より好ましくは、８２．５ＨＳ以下である。
また、熱間圧延中のロール表面温度は約６００℃付近であり、６００℃の時のショア硬さ（６００℃ショア硬さ）が４７．０ＨＳ以上であると、熱間圧延時の耐摩耗性が向上する。よって、本発明の熱間圧延用ロール外層材の硬さは、６００℃の時のショア硬さで４７．０ＨＳ以上である。６００℃の時のショア硬さの上限は特に限定されないが、高温硬さが高くなると、圧延中にスリップが生じやすくなるため、６０．０ＨＳ以下とすることが好ましい。
このような硬さを安定して確保するには、後述する焼戻しパラメータＰを１００００～２００００の範囲内で成分に応じて調整することで得られる。
【0039】
２０℃の時のショア硬さと６００℃の時のショア硬さについては、まず、ビッカース硬さ計（試験力：１ｋｇｆ）で２０℃の時と６００℃の時のビッカース硬さＨＶを各５点測定し、その平均値を算出する。
まず、２０℃でのビッカース硬さ測定については、ニコン製ＱＭ－２（圧子および試験片の同時加熱式）の試験機を用いて、圧子はダイヤモンドを使用し、試験雰囲気はアルゴンガス雰囲気中、荷重保持時間は１０ｓｅｃで実験を行う。その後、昇温速度２０℃／ｍｉｎで６００℃まで昇温した後、２０℃の時と同じ試験条件で６００℃の時のビッカース硬さを測定する。なお、６００℃でのビッカース硬さ測定においては、ＪＩＳ Ｚ２２５２「高温ビッカース硬さ試験方法」に準拠する。
これらの得られたビッカース硬さをＪＩＳ Ｂ ７７３１の計算式でショア硬さに換算する。
まず、２０℃でのビッカース硬さ測定については、ニコン製ＱＭ－２（圧子および試験片の同時加熱式）の試験機を用いて、圧子はダイヤモンドを使用し、試験雰囲気はアルゴンガス雰囲気中、荷重保持時間は１０ｓｅｃで実験を行う。その後、昇温速度２０℃／ｍｉｎで６００℃まで昇温した後、２０℃の時と同じ試験条件で６００℃の時のビッカース硬さを測定する。なお、６００℃でのビッカース硬さ測定においては、ＪＩＳ Ｚ２２５２「高温ビッカース硬さ試験方法」に準拠する。
これらの得られたビッカース硬さをＪＩＳ Ｂ ７７３１の計算式でショア硬さに換算する。
【0040】
次に、本発明の熱間圧延用ロール外層材及び熱間圧延用複合ロールの好ましい製造方法について説明する。
【0041】
本発明では、ロール外層材の製造方法としては、特に限定されず、遠心鋳造法や連続肉盛鋳造法などが好ましいが、製造コストの観点から着目すると、遠心鋳造法がより好ましい。遠心鋳造法を採用する場合、まず、内面にジルコン等を主材とした耐火物が１～５ｍｍ厚で被覆された回転する鋳型に、上記した熱間圧延用ロール外層材組成の溶湯（単に外層材溶湯と称する）を、所定の肉厚となるように注湯し、遠心鋳造する。
【0042】
本発明の熱間圧延用複合ロールは、遠心鋳造法でロール外層材を鋳造する場合、遠心鋳造された外層と、該外層と溶着一体化した内層とを有する。本発明の熱間圧延用複合ロールは、この外層と、該外層と溶着一体化した内層とからなっていてもよい。なお、外層と内層との間に中間層を配してもよい。すなわち、外層と溶着一体化した内層に代えて、外層と溶着一体化した中間層および該中間層と溶着一体化した内層としてもよい。なお、内層は静置鋳造法で製造することが好ましい。
【0043】
静置鋳造する内層は、鋳造性や機械的性質に優れた球状黒鉛鋳鉄、いも虫状黒鉛鋳鉄（CV鋳鉄）などを用いることが好ましい。遠心鋳造製ロールは、外層と内層が溶着一体化しており、外層材の成分が内層に混入する。外層材に含まれるＣｒ、Ｖ等の炭化物形成元素が内層へ混入すると、内層を脆弱化する。このため、外層成分への混入率はできるだけ抑えるのが好ましい。
【0044】
また、中間層を形成する場合は、中間層材として、黒鉛鋼、高炭素鋼、亜共晶鋳鉄等を用いることが好ましい。中間層と外層は溶着一体化しており、外層材の成分が中間層に混入する。内層への外層材成分の混入率を抑制するためには、外層材の中間層への混入率はできるだけ抑えるのが好ましい。
【0045】
本発明の熱間圧延用複合ロールは、鋳造後、熱処理を施すことが好ましい。
熱間圧延用複合ロールを構成する外層（熱間圧延用ロール外層材）における目的の組織として、粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、その微細炭化物が面積率で５．０～２０．０％存在する組織を有するためには、熱処理は、９００～１１００℃に加熱し、空冷あるいは衝風空冷する焼入れ処理と、さらに下記（３）式に記載している焼戻しパラメータＰが１００００～２００００の範囲内となるように、加熱保持したのち冷却する焼戻し処理を２回以上行うことが好ましい。この時、焼入れ温度、焼戻しパラメータ、焼戻し回数は成分に応じて記載の範囲内で変更することによって、前述した組織を得ることが可能となる。
Ｐ＝Ｔ（ｌｏｇ（ｔ）＋Ａ） ・・・（３）
ここで、Ｔは焼戻し温度（Ｋ）、ｔは焼戻し時間（ｈ）、Ａは定数である。（本発明ではＡ＝２０を使用）
以上より、外層、中間層、内層の３層、または外層、内層の２層を有する熱間圧延用複合ロールを得ることができる。
熱間圧延用複合ロールを構成する外層（熱間圧延用ロール外層材）における目的の組織として、粒径が１μｍ以下である微細炭化物の平均粒径が、円相当直径で０．５０～０．８０μｍであり、その微細炭化物が面積率で５．０～２０．０％存在する組織を有するためには、熱処理は、９００～１１００℃に加熱し、空冷あるいは衝風空冷する焼入れ処理と、さらに下記（３）式に記載している焼戻しパラメータＰが１００００～２００００の範囲内となるように、加熱保持したのち冷却する焼戻し処理を２回以上行うことが好ましい。この時、焼入れ温度、焼戻しパラメータ、焼戻し回数は成分に応じて記載の範囲内で変更することによって、前述した組織を得ることが可能となる。
Ｐ＝Ｔ（ｌｏｇ（ｔ）＋Ａ） ・・・（３）
ここで、Ｔは焼戻し温度（Ｋ）、ｔは焼戻し時間（ｈ）、Ａは定数である。（本発明ではＡ＝２０を使用）
以上より、外層、中間層、内層の３層、または外層、内層の２層を有する熱間圧延用複合ロールを得ることができる。
【実施例0046】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0047】
表１に示す熱間圧延用ロール外層材の化学組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物である。）にて、Ｎｏ．１～８の本発明例の各供試材と、Ｎｏ．９～２１の比較例の各供試材を、１４５０～１５５０℃まで加熱、溶解し、Ｙ型キールブロック鋳型（直方体部：厚み３５ｍｍ、幅２３０ｍｍ、高さ１２０ｍｍ）に鋳造した。冷却後、鋳塊を取り出し、９００～１１００℃で焼入れ処理したのち、焼戻しパラメータＰが１００００～２００００の範囲内となるように、加熱保持したのち冷却する焼戻し処理を３回行った。その後、組織観察、硬さ測定、熱間転動摩耗試験を行った。なお、試験片は肉厚中心部から採取した。
【0048】
【表1】
【0049】
本発明例及び比較例の鋳塊から切り出した各試料をビッカース硬さ計（試験力：１ｋｇｆ）で２０℃の時のビッカース硬さＨＶと６００℃の時のビッカース硬さＨＶを各５点測定し、その平均値を算出した。
２０℃でのビッカース硬さ測定については、ニコン製ＱＭ－２（圧子および試験片の同時加熱式）の試験機を用いて、圧子はダイヤモンドを使用し、試験雰囲気はアルゴンガス雰囲気中、荷重保持時間は１０ｓｅｃで実験を行った。その後、昇温速度２０℃／ｍｉｎで６００℃まで昇温した後、２０℃の時と同じ試験条件で６００℃の時のビッカース硬さを測定した。なお、６００℃でのビッカース硬さ測定においては、ＪＩＳ Ｚ２２５２「高温ビッカース硬さ試験方法」に準拠した。
得られたビッカース硬さをＪＩＳ Ｂ ７７３１の計算式でショア硬さに換算した。
２０℃でのビッカース硬さ測定については、ニコン製ＱＭ－２（圧子および試験片の同時加熱式）の試験機を用いて、圧子はダイヤモンドを使用し、試験雰囲気はアルゴンガス雰囲気中、荷重保持時間は１０ｓｅｃで実験を行った。その後、昇温速度２０℃／ｍｉｎで６００℃まで昇温した後、２０℃の時と同じ試験条件で６００℃の時のビッカース硬さを測定した。なお、６００℃でのビッカース硬さ測定においては、ＪＩＳ Ｚ２２５２「高温ビッカース硬さ試験方法」に準拠した。
得られたビッカース硬さをＪＩＳ Ｂ ７７３１の計算式でショア硬さに換算した。
【0050】
熱間転動摩耗試験方法は次の通りとした。得られた各発明例及び各比較例の鋳塊から、熱間転動摩耗試験片（外径６０ｍｍφ、幅１０ｍｍ、Ｃ１面取りあり）を採取した。摩耗試験は、図１に示すように、試験片と相手片との２円盤すべり転動方式で行った。試験片１を冷却水２で水冷しながら７００ｒｐｍで回転させ、回転する該試験片１に、高周波誘導加熱コイル３で８００℃に加熱した相手片（外径１９０ｍｍφ、幅１５ｍｍ、Ｃ１面取り）４を荷重６８６Ｎで接触させながら転動させた。摩耗試験は１３５分間実施し、４５分（試験片３１５００回転）ごとに相手片を新品に更新して計３回（試験片９４５００回転）試験を行い、試験前後（１回目の試験を開始する前と、３回目の試験終了後）の試験片の質量変化、すなわち摩耗量を測定した。
【0051】
熱処理後の各試料について、鏡面研磨を施した後にＳＥＭで組織観察を行った。基地組織と炭化物の画像の輝度の違いを利用し、二値化処理を行ったのち、画像解析ツール（ＩｍａｇｅＪ）を用いて、粒径が１μｍ以下である微細炭化物の面積率および円相当直径を算出した。粒径が１μｍ以下である微細炭化物の面積率、円相当直径の値については、倍率１５００倍の画像を各試料５枚撮影し、その平均値（数平均値）を算出した。
【0052】
得られた結果を表２に示す。
【0053】
【表2】
【0054】
表２から明らかなように、本発明例は比較例と比べて、優れた耐摩耗性を有することが確認できる。なお、摩耗量が０．４６ｇ以下である場合を合格とし、０．４６ｇよりも大きい値である場合は不合格とした。本発明例では、基地中に適切な大きさの微細炭化物を形成させることによって高温での基地の硬さが適切な硬さに維持され、それにともなって耐摩耗性が向上したと考えられる。
【0055】
図２は、表２に示す熱間転動摩耗試験による摩耗量と１μｍ以下の微細炭化物の平均粒径との関係を示す図である。図２に示すように、炭化物（１μｍ以下の微細炭化物）の平均粒径を０．５０～０．８０μｍの範囲とすることで、摩耗量を０．４６ｇ以下に抑えられることが分かった。
【0056】
また、本発明例の熱間圧延用ロール外層材が耐摩耗性に優れることから、この熱間圧延用ロール外層材を外層として、外層と内層の２層、または外層と中間層と内層の３層を有する熱間圧延用複合ロールも耐摩耗性に優れることが分かった。
【0057】
したがって、本発明によれば、耐摩耗性に優れた熱間圧延用ロール外層材および複合ロールを製造することが可能となる。その結果、熱間圧延用ロールの寿命が向上し、それにともない熱延鋼板の生産性が向上するという効果も得られる。
【符号の説明】
【0058】
１ 試験片
２ 冷却水
３ 高周波誘導加熱コイル
４ 相手片
２ 冷却水
３ 高周波誘導加熱コイル
４ 相手片
【図1】
【図2】