特開 2024-75137 熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロール

(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】P2024075137

(43)【公開日】2024-06-03

(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 37/00 20060101AFI20240527BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20240527BHJP

   B21B 27/00 20060101ALI20240527BHJP

   B21B 27/03 20060101ALI20240527BHJP

   C22C 38/58 20060101ALI20240527BHJP

   C21D 9/38 20060101ALN20240527BHJP

   C21D 5/00 20060101ALN20240527BHJP

【ＦＩ】

C22C37/00 B

C22C38/00 302E

C22C38/00 301L

B21B27/00 C

B21B27/03 510

C22C38/58

C21D9/38 A

C21D5/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022186352

(22)【出願日】2022-11-22

(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

4K042

【Ｆターム（参考）】

4E016AA03

4E016CA08

4E016DA03

4E016DA11

4E016DA18

4E016EA02

4E016EA12

4E016EA23

4E016FA02

4E016FA08

4K042AA21

4K042BA03

4K042BA14

4K042CA01

4K042CA06

4K042CA07

4K042CA08

4K042CA10

4K042CA11

4K042CA13

4K042DA01

4K042DA02

4K042DC02

4K042DC03

4K042DC05

4K042DD05

4K042DE03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ性に優れた熱間圧延用ロールの外層材および熱間圧延用複合ロールを提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：１．１～２．６％、Ｓｉ：０．１５～２．５０％、Ｍｎ：０．１５～２．５０％、Ｎｉ：０．１～６．０％、Ｃｒ：１．５～１０．０％、Ｍｏ：３．５～１２．５％、Ｖ：２．５～７．５％、Ｗ：０．１～６．０％、Ｐ：０．０１～０．０４％、Ｓ：０．００１～０．０１５％を含有し、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が特定の式を満たし、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が特定の式を満たし、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、粒径１．０μｍ以上の炭化物が面積率で７．５～１８．０％存在し、共晶セルサイズが６５～１００μｍであり、６００℃の時のショア硬さが４４．０ＨＳ以上かつ５２．０ＨＳ以下であることを特徴とする、熱間圧延用ロール外層材。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で、
Ｃ：１．１～２．６％、
Ｓｉ：０．１５～２．５０％、
Ｍｎ：０．１５～２．５０％、
Ｎｉ：０．１～６．０％、
Ｃｒ：１．５～１０．０％、
Ｍｏ：３．５～１２．５％、
Ｖ：２．５～７．５％、
Ｗ：０．１～６．０％、
Ｐ：０．０１～０．０４％、
Ｓ：０．００１～０．０１５％を含有し、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記の（１）式を満たし、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記の（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、
粒径１．０μｍ以上の炭化物が面積率で７．５～１８．０％存在し、共晶セルサイズが６５～１００μｍであり、６００℃の時のショア硬さが４４．０ＨＳ以上かつ５２．０ＨＳ以下であることを特徴とする、熱間圧延用ロール外層材。
５０．０≦（［％Ｃｒ］×［％Ｍｏ］×［％Ｖ］×［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］×［％Ｍｎ］×［％Ｎｉ］）≦１５０．０ ・・・（１）
０．９０≦［％Ｃ］×（(０．１７７×［％Ｖ］）／（０．０９９×［％Ｃｒ］＋０．０６３×［％Ｍｏ］＋０．０３３×［％Ｗ］））≦３．００ ・・・（２）
ここで（１）式および（２）式において、［％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】

外層と内層の２層、または外層と中間層および内層の３層を有する熱間圧延用複合ロールであって、前記外層が質量％で、
Ｃ：１．１～２．６％、
Ｓｉ：０．１５～２．５０％、
Ｍｎ：０．１５～２．５０％、
Ｎｉ：０．１～６．０％、
Ｃｒ：１．５～１０．０％、
Ｍｏ：３．５～１２．５％、
Ｖ：２．５～７．５％、
Ｗ：０．１～６．０％、
Ｐ：０．０１～０．０４％、
Ｓ：０．００１～０．０１５％を含有し、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記の（１）式を満たし、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記の（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、
粒径１．０μｍ以上の炭化物が面積率で７．５～１８．０％存在し、共晶セルサイズが６５～１００μｍであり、６００℃の時のショア硬さが４４．０ＨＳ以上かつ５２．０ＨＳ以下であることを特徴とする、熱間圧延用複合ロール。
５０．０≦（［％Ｃｒ］×［％Ｍｏ］×［％Ｖ］×［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］×［％Ｍｎ］×［％Ｎｉ］）≦１５０．０ ・・・（１）
０．９０≦［％Ｃ］×（(０．１７７×［％Ｖ］）／（０．０９９×［％Ｃｒ］＋０．０６３×［％Ｍｏ］＋０．０３３×［％Ｗ］））≦３．００ ・・・（２）
ここで（１）式および（２）式において、［％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、耐スリップ性および耐肌荒れ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、具体的には耐摩耗性や耐焼付き性、耐スリップ性、耐肌荒れ性等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、Ｃｒ系のＭ_７Ｃ_３炭化物を組織中に導入したＨｉＣｒ鋳鋼ロールや、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ＭＣ炭化物、Ｍｏ、Ｗ系Ｍ_２Ｃ炭化物、Ｃｒ系Ｍ_７Ｃ_３炭化物（Ｍは炭化物を形成する金属元素を示す。）などの硬質炭化物を組織中に多量に導入したハイスロールが用いられている。しかし、耐摩耗性を向上させるために多量の炭化物を導入すると、硬さが高く耐摩耗性が良いため、ロールの表面粗さが小さくなり、圧延中の摩擦係数が小さくなることから、スリップが発生しやすくなる他、多量の炭化物の導入時に生じた粗大な炭化物の脱落に起因する肌荒れが発生しやすくなる。

【0003】

このような問題を解決するために様々な技術が開示されており、例えば特許文献１には、Ｃ：０．８～４．０％、Ｓｉ：０．２～２．０％、Ｍｎ：０．２～２．０％、Ｃｒ：３．０～１５％、Ｖ：３．０～１５％、Ｍｏ、Ｗの１種または２種：≧２％、かつＭｏ＋０．５Ｗ：≧６．１％、あるいはさらに、Ｎｉ：０．２～５％、Ｃｏ：０．５～１０％、Ｎｂ：０．５０～５．０％、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒの１種以上：≦０．５％の１種または２種以上を含有させ、外層材の金属組織が面積率で５～３０％の炭化物を有し、該各炭化物の分布を隣接する炭化物間の平均間隙が２０μｍ以下であることを特徴とする熱間圧延用複合ロールが提案されている。これによって、粒状炭化物の適正量を微細かつ各炭化物間の隣接する間隙を小さく分散させることで、耐スリップ性、耐焼付き性が向上する熱間圧延用複合ロールになるとしている。

【0004】

また、特許文献２には、Ｃ：１．０～２．６％、Ｓｉ：１．２％以下、Ｍｎ：１．２％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：１．５～６．０％、Ｍｏ及びＷはＭｏ＋０．５Ｗとして１．５～５．０％、Ｖ：６．０～１２．０％、Ｃｏ：５．０％以下を含有するとともに、Ｔｉ：２．０％以下又はＮｂ：２．０％以下のうち少なくとも１種を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鉄基合金組成の相当粒径√Ｓｃが１μｍ以上である炭化物の面積率Ｓｒ（％）が２０％以下であるＭＣ型炭化物を、その粒間間隔Ｌｃ（μｍ）の平均値が３０μｍ以下となるように、分散させることで、耐摩耗性、耐肌荒れ性及び耐焼付き性が向上する熱間圧延用ロールになるとしている。

【0005】

特許文献３には、質量％で、Ｃ：０．９０～１．４０％、Ｓｉ：０．５０～１．５０％、Ｍｎ：０．５０～１．５０％、Ｎｉ：０．５～２．０％、Ｃｒ：９．０～１６．０％、Ｍｏ：１．００～３．００％、Ａｌ：０．０１０～０．０３０％、を含有するとともに、Ｖ：０．０５～０．５０％、Ｔｉ：０．０５～０．５０％、Ｎｂ：０．０２～０．２０％、のうち少なくとも１種を含有し、かつ、（１）式：８≦Ｃｒ／Ｃ≦１４、（２）式：３．０≦１２．３Ｃ＋０．５５Ｃｒ－１５．２≦７．０、および（３）式：２６．０≦１５．５Ｃ＋Ｃｒを満足し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる溶湯組成を有する鋳鋼からなる外殻層と、該外殻層の内側に鋳造されたダクタイル鋳鉄からなる軸芯材が、中間層を介して一体化していることを特徴とする熱間圧延粗圧延スタンド用ワークロールが提案されている。これにより、Ｃ量とＣｒ量を適切量添加し、Ｍ_７Ｃ_３炭化物量を制御することで、耐摩耗性と耐スリップ性が両立できる熱間圧延粗圧延スタンド用ワークロールになるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４－２５５４５７号公報

【特許文献2】特開２００５－２８４５３号公報

【特許文献3】特開２０２０－６３４８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

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、特に耐摩耗性の向上がより強く要求されている。耐摩耗性の要求に合わせてロールを設計すると、かえってスリップや肌荒れし易くなり、その結果ロールトラブルの発生頻度が増加する。特許文献１～３に記載された従来の熱間圧延用ロールでは、耐摩耗性、耐スリップ性、耐肌荒れ性のいずれかが十分ではない。

【0008】

そこで本発明は、上記課題を解決した、耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者らは、熱間圧延用ロールの基地、組織中の炭化物、硬さ、摩耗量、摩擦係数、化学成分（成分組成）およびロール材組織とロールに付着しているスケールとの関係を詳細に調査した。その結果、炭化物の量や種類、硬さ、共晶セルサイズが特定の範囲になるような化学成分や鋳込み方法、および熱処理条件を最適化させることで、耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ性が向上することを見出した。
本発明は、これらの知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次の通りである。
［１］ 質量％で、
Ｃ：１．１～２．６％、
Ｓｉ：０．１５～２．５０％、
Ｍｎ：０．１５～２．５０％、
Ｎｉ：０．１～６．０％、
Ｃｒ：１．５～１０．０％、
Ｍｏ：３．５～１２．５％、
Ｖ：２．５～７．５％、
Ｗ：０．１～６．０％、
Ｐ：０．０１～０．０４％、
Ｓ：０．００１～０．０１５％を含有し、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記の（１）式を満たし、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記の（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、
粒径１．０μｍ以上の炭化物が面積率で７．５～１８．０％存在し、共晶セルサイズが６５～１００μｍであり、６００℃の時のショア硬さが４４．０ＨＳ以上かつ５２．０ＨＳ以下であることを特徴とする、熱間圧延用ロール外層材。
５０．０≦（［％Ｃｒ］×［％Ｍｏ］×［％Ｖ］×［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］×［％Ｍｎ］×［％Ｎｉ］）≦１５０．０ ・・・（１）
０．９０≦［％Ｃ］×（(０．１７７×［％Ｖ］）／（０．０９９×［％Ｃｒ］＋０．０６３×［％Ｍｏ］＋０．０３３×［％Ｗ］））≦３．００ ・・・（２）
ここで（１）式および（２）式において、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。
［２］ 外層と内層の２層、または外層と中間層および内層の３層を有する熱間圧延用複合ロールであって、前記外層が質量％で、
Ｃ：１．１～２．６％、
Ｓｉ：０．１５～２．５０％、
Ｍｎ：０．１５～２．５０％、
Ｎｉ：０．１～６．０％、
Ｃｒ：１．５～１０．０％、
Ｍｏ：３．５～１２．５％、
Ｖ：２．５～７．５％、
Ｗ：０．１～６．０％、
Ｐ：０．０１～０．０４％、
Ｓ：０．００１～０．０１５％を含有し、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記の（１）式を満たし、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が下記の（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、
粒径１．０μｍ以上の炭化物が面積率で７．５～１８．０％存在し、共晶セルサイズが６５～１００μｍであり、６００℃の時のショア硬さが４４．０ＨＳ以上かつ５２．０ＨＳ以下であることを特徴とする、熱間圧延用複合ロール。
５０．０≦（［％Ｃｒ］×［％Ｍｏ］×［％Ｖ］×［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］×［％Ｍｎ］×［％Ｎｉ］）≦１５０．０ ・・・（１）
０．９０≦［％Ｃ］×（(０．１７７×［％Ｖ］）／（０．０９９×［％Ｃｒ］＋０．０６３×［％Ｍｏ］＋０．０３３×［％Ｗ］））≦３．００ ・・・（２）
ここで（１）式および（２）式において、［％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】

【0010】

本発明により、耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ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がある。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】熱間転動摩耗試験で使用した試験機の構成を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の熱間圧延用ロールの外層材（以下、単に外層ともいう。）の組成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。

【0013】

Ｃ：１．１～２．６％
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、基地への固溶強化により基地硬さを向上させる効果を奏する。Ｃが１．１％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。また、硬さが低くなるため、塑性流動が起こり、塑性流動に起因する肌荒れ等の影響で摩擦係数が大きくなる。一方で、Ｃが２．６％を超えると炭化物が過剰に生成し、耐肌荒れ性が低下する。また、Ｃが２．６％を超えて硬さが高くなると摩擦係数が低下し、スリップが発生する。よって、Ｃ含有量は１．１％以上、２．６％以下に限定した。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。

【0014】

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、鋳造欠陥を防ぐ効果を奏する。Ｓｉ含有量が０．１５％未満では、脱酸に対する効果が不足し、Ｓｉ含有量が２．５０％を超えると脱酸に対する効果が飽和する。よって、Ｓｉ含有量は０．１５％以上、２．５０％以下に限定した。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．２５％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１．５０％以下である。

【0015】

Ｍｎ：０．１５～２．５０％
Ｍｎは、溶湯の脱酸に対する効果や、製品への悪影響を及ぼす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、ＳをＭｎＳとして固定する効果が不十分である。一方で、Ｍｎ含有量が２．５０％を超えると、効果が飽和する。よって、Ｍｎ含有量は０．１５％以上、２．５０％以下に限定した。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１．５０％以下である。

【0016】

Ｎｉ：０．１～６．０％
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０．１％未満では、基地硬さを向上させる効果が不十分となる。一方で、Ｎｉ含有量が６．０％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０．１％以上、６．０％以下に限定した。Ｎｉ含有量は、好ましくは１．０％以上であり、より好ましくは１．５％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４．０％以下である。

【0017】

Ｃｒ：１．５～１０．０％
Ｃｒは、炭化物形成元素であり、Ｃと結合してＭ_７Ｃ_３炭化物を形成する。Ｍ_７Ｃ_３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１．５％未満では、Ｍ_７Ｃ_３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１０．０％を超えると、粗大なＭ_７Ｃ_３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１．５％以上、１０．０％以下に限定した。Ｃｒ含有量は、好ましくは２．５％以上であり、より好ましくは３．５％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６．０％以下である。

【0018】

Ｍｏ：３．５～１２．５％
Ｍｏは、炭化物形成元素であり、Ｃと結合してＭ_２Ｃ炭化物を形成する。Ｍ_２Ｃ炭化物は、Ｍ_７Ｃ_３炭化物よりも硬質な炭化物であるため、さらに耐摩耗性を向上させる効果を奏する。Ｍｏ含有量が３．５％未満では、Ｍ_２Ｃ炭化物量が不足し、耐摩耗性を向上させる効果が不十分である。一方で、Ｍｏ含有量が１２．５％を超えると、粗大なＭ_２Ｃ炭化物が生成し、耐摩耗性の悪化や、靭性の低下が起こる。よって、Ｍｏ含有量は３．５％以上、１２．５％以下に限定した。Ｍｏ含有量は、好ましくは４．０％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１０．５％以下であり、より好ましくは８．０％以下である。

【0019】

Ｖ：２．５～７．５％
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り、耐摩耗性を向上させる効果を奏する。Ｖ含有量が２．５％未満では、ＭＣ炭化物量が不足し、耐摩耗性を向上させる効果が不十分である。一方で、Ｖ含有量が７．５％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２．５％以上、７．５％以下に限定した。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７．０％以下であり、より好ましくは６．５％以下である。

【0020】

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Ｍ_２Ｃ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Ｍ_２Ｃ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％以上、６．０％以下に限定した。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４．５％以下である。

【0021】

Ｐ：０．０１～０．０４％
Ｐは、ロール製造過程で混入し、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、硬さや耐摩耗性の向上効果が十分ではなく、一方で、Ｐ含有量が０．０４％超えでは機械的性質が劣化する。よって、Ｐ含有量は０．０１％以上、０．０４％以下に限定した。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０．０３％以下である。

【0022】

Ｓ：０．００１～０．０１５％
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％以上、０．０１５％以下に限定した。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０．０１０％以下である。

【0023】

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、加えて下記の（１）式および下記の（２）式を満たすことを特徴とする。
５０．０≦（［％Ｃｒ］×［％Ｍｏ］×［％Ｖ］×［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］×［％Ｍｎ］×［％Ｎｉ］）≦１５０．０ ・・・（１）
０．９０≦［％Ｃ］×（(０．１７７×［％Ｖ］）／（０．０９９×［％Ｃｒ］＋０．０６３×［％Ｍｏ］＋０．０３３×［％Ｗ］））≦３．００ ・・・（２）
ここで（１）式および（２）式において、［％Ｃ］、［％Ｓｉ］、［％Ｍｎ］、［％Ｎｉ］、［％Ｃｒ］、［％Ｍｏ］、［％Ｖ］、［％Ｗ］は、各元素の含有量（質量％）である。

【0024】

（１）式における（［％Ｃｒ］×［％Ｍｏ］×［％Ｖ］×［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］×［％Ｍｎ］×［％Ｎｉ］）について、このパラメータは、各炭化物形成元素（Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）の含有量の積と各炭化物非形成元素（Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ）の含有量の積の比を示しており、（１）式を満たすように調整することで炭化物の生成量や共晶セルサイズが適正化され、耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ性が向上する。（［％Ｃｒ］×［％Ｍｏ］×［％Ｖ］×［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］×［％Ｍｎ］×［％Ｎｉ］）の値が５０．０未満であると、炭化物の生成量が不足し十分な耐摩耗性を得ることができない。また、共晶セルサイズが大きくなり、圧延中の摩擦係数が高い値を維持できず、十分な耐スリップ性を得ることができない。一方、１５０を超えると、粗大な炭化物が多量に生成し、十分な耐摩耗性、耐肌荒れ性を得ることができない。また、共晶セルサイズが小さくなることで、圧延中の摩擦係数が高くなり鋼材が焼付きやすくなる。よって、（［％Ｃｒ］×［％Ｍｏ］×［％Ｖ］×［％Ｗ］）／（［％Ｓｉ］×［％Ｍｎ］×［％Ｎｉ］）の値は５０以上、１５０以下に限定した。さらに好ましくは７０以上、１３０以下である。

【0025】

（２）式における［％Ｃ］×（（０．１７７×［％Ｖ］）／（０．０９９×［％Ｃｒ］＋０．０６３×［％Ｍｏ］＋０．０３３×［％Ｗ］））について、このパラメータは、ＭＣ炭化物量と（Ｍ_２Ｃ炭化物量＋Ｍ_７Ｃ_３炭化物量）の比を表しており、（２）式を満たすように調整することで、各炭化物量の割合が適正化され、耐摩耗性、耐肌荒れ性の向上および圧延中の摩擦係数が焼付きおよびスリップが起こらない値を取ることが可能となる。［％Ｃ］×（（０．１７７×［％Ｖ］）／（０．０９９×［％Ｃｒ］＋０．０６３×［％Ｍｏ］＋０．０３３×［％Ｗ］））の値が０．９０未満の場合、硬質なＭＣ炭化物量が少なく、十分な耐摩耗性を得られない。また、ＭＣ炭化物量が減り、圧延中の摩擦係数が高い値を維持できず、十分な耐スリップ性を得ることができない。一方、３．００を超えると、ＭＣ炭化物量の割合が多くなる。これは、微細な粒状な炭化物であり、ロール表面の突起部が多くなることにより圧延中の摩擦係数が大きくなり、焼付きが発生し易くなる。よって、［％Ｃ］×（（０．１７７×［％Ｖ］）／（０．０９９×［％Ｃｒ］＋０．０６３×［％Ｍｏ］＋０．０３３×［％Ｗ］））の値は０．９０以上、３．００以下に限定した。さらに好ましくは１．２０以上、２．５０以下である。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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、粒径１．０μｍ以上の炭化物が面積率で７．５～１８．０％存在し、共晶セルサイズが６５～１００μｍであることを特徴とする。炭化物とは凝固中に晶出したＭＣ炭化物、Ｍ_２Ｃ炭化物、Ｍ_７Ｃ_３炭化物であり、また、基地中に存在する析出炭化物は１．０μｍ未満であることから、１．０μｍ以上の炭化物に限定した。ここで、基地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。各炭化物量を適切な割合にするため、上記した範囲の組成を有し、かつ１μｍ以上の炭化物が面積率で７．５～１８．０％存在し、共晶セルサイズが６５～１００μｍである組織に限定することで、耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ性が向上することを発見した。なお、共晶セルサイズとは、後述の方法で測定した共晶セルのサイズの平均値である。熱延用ロールについては様々な研究がされているが、熱延用ロールとスケールの関係はほとんど研究されていない。発明者らの鋭意検討の結果、ロールの基地上にはスケールが付着しており、炭化物上にはスケールが付着しておらず、スケール付着の有無による凹凸がロール表面に存在していることがわかった。耐摩耗性、耐スリップ性、耐肌荒れ性を全て同時に満たすことはできないと考えられてきたが、炭化物面積率および炭化物種類ごとの割合を適正化し、耐摩耗性を向上させるとともに共晶セルサイズを調整し、ロール表面の凹凸間隔を制御することで、摩擦係数を高い値で維持することが可能となり、耐スリップ性が向上したと考えられる。また、肌荒れの原因の１つとなる黒皮剥離は、共晶セル内部の基地上の黒皮が、ロールの回転によってロール周方向に応力を受け、黒皮が剥離すると考えられる。そのため、共晶セルサイズを適切な範囲にすることで、黒皮の剥離を抑制でき、耐肌荒れ性が向上したと考えられる。

【0029】

共晶セルサイズが６５μｍ未満の場合、表面の凹凸が多すぎることで摩擦係数が高く、焼付きが発生する。一方、１００μｍを超えると、表面の凹凸が少ないことから摩擦係数が十分な値を維持できず、スリップが発生する。よって、共晶セルサイズは６５μｍ以上、１００μｍ以下に限定した。共晶セルサイズは、好ましくは７０μｍ以上であり、より好ましくは７５μｍ以上である。また、共晶セルサイズは、好ましくは９５μｍ以下であり、より好ましくは９０μｍ以下である。

【0030】

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面積率で８２．０～９２．５％有していてよい。

【0031】

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ナイタール液で腐食した後、デジタルマイクロスコープで組織観察を行う。撮影する視野内に共晶セルが２００個以上確認できる視野で撮影を行った。また、画像解析ツール（ＩｍａｇｅＪ）を用いて、測定倍率２００倍の写真の二値化処理を行う。写真中の基地組織と炭化物の輝度に違いがあるため、二値化処理をすることで、基地組織と炭化物を分類し面積を求めることができる。各試料５枚撮影し、炭化物の面積率の平均値を算出する。２００倍で撮影したデジタルマイクロスコープ画像から、炭化物の直径を測定し、炭化物の直径を炭化物の粒径とした。また、炭化物の形状が楕円形等の場合は、炭化物内で最も距離の長い線分に対して垂直二等分線を引き、その垂直二等分線が前記炭化物の粒界と交わる２点間の長さを炭化物の粒径とした。

【0032】

また、得られた外層材に鏡面研磨を施した後にナイタール液で腐食した後、デジタルマイクロスコープを用いて測定倍率１００倍で組織観察を行う。各試料で３視野撮影し、得られた１つの画像に対して計６本の直線を引く。下記の（３）式に示すように、粒径が５．０μｍを超える炭化物と直線との交点の個数を、直線長さで除した値から共晶セルサイズを算出する。各試料の共晶セルサイズは３視野の平均値から得た。なお、粒径が５．０μｍを超える炭化物が共晶セルの境界に存在することを利用し、上記の方法により共晶セルサイズを求めている。
（（Ｌ１／Ｎ１）＋（Ｌ２／Ｎ２）＋（Ｌ３／Ｎ３）＋（Ｌ４／Ｎ４）＋（Ｌ５／Ｎ５）＋（Ｌ６／Ｎ６））／６ ・・・（３）
ここで、Ｌｉはｉ本目の直線長さ、Ｎｉはｉ本目の直線と粒径が５．０μｍを超える炭化物の交点の個数である。

【0033】

また、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４４．０ＨＳ以上５２．０ＨＳ以下である。２０℃の時のショア硬さは７４．０ＨＳ以上８６．０ＨＳ以下であることが好ましい。

【0034】

また、熱間圧延中のロール表面温度は約６００℃付近であり、６００℃時のショア硬さが４４．０ＨＳ未満では、塑性流動が起こり、鋼材がロール面に焼付きやすくなる。一方で、硬さが５２．０ＨＳを超えると、ロール硬さが高すぎることで、圧延中にスリップが発生し易くなる。このような硬さは、本発明の成分を有するロールを、後述する焼戻しパラメータＰが１００００～２００００の範囲内となるように熱処理することで安定して確保できる。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。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の３層を有する熱間圧延用複合ロールであってもよい。なお、内層は静置鋳造法で製造することが好ましい。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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１．０μｍ以上の炭化物が面積率で７．５～１８．０％存在し、共晶セルサイズが６５～１００μｍである組織を有するためには、金型温度を２５０℃以下にし、鋳込み温度１３５０～１５５０℃で鋳造する。また、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、さらに下記の（４）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） ・・・（４）
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）

【0043】

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0044】

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。

【0045】

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．１～６の本発明例の各供試材と、Ｎｏ．７～１６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、本実施例では組織観察、硬さ測定、熱間転動摩耗試験片は肉厚中心部から採取したが、外層材中のどの位置であってもよい。

【0046】

【表1】

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

熱間転動摩耗試験方法は次の通りとした。得られた各本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１と相手片４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４（外径１９０ｍｍφ、幅１５ｍｍ、Ｃ１面取り）を荷重の方向７に荷重６８６Ｎを加え、接触させながら転動させた。試験片１の回転方向５と相手片４の回転方向６は、試験片１と相手片４の接点における接線が同一方向となる回転方向である。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、試験前後の試験片の質量減少量、すなわち摩耗量を測定した。

【0050】

熱間転動摩耗試験機を用いた摩擦係数測定方法は次の通りとした。熱間転動摩耗試験時と同様に、得られた各本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１と相手片４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７６ｒｐｍ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１０００℃に加熱した相手片４（外径１９０ｍｍφ、幅１５ｍｍ、Ｃ１面取り）を荷重の方向７に荷重６８６Ｎを加え、接触させながら転動させた。試験片１の回転方向５と相手片４の回転方向６は、試験片１と相手片４の接点における接線が同一方向となる回転方向である。摩擦係数測定方法は、試験を５時間実施し、１時間ごとに相手片を新品に更新して計５回試験を行った。試験中のトルクと荷重を測定し、下式（５）から摩擦係数を算出した。
μ＝Ｔ／Ｐ×Ｌ ・・・（５）
ここで、μは摩擦係数、Ｔはトルク（ｋｇｆ・ｍ）、Ｐは荷重（ｋｇｆ）、Ｌは試験片の半径（ｍ）である。

【0051】

上記試験は、熱間圧延の連続的な操業を想定している試験のため、相手片を１０００℃に加熱し、３００分後における摩擦係数や焼付き状況を評価している。

【0052】

熱処理後の各試料について、鏡面研磨を施した後にナイタール液で腐食した後、デジタルマイクロスコープで組織観察を行った。撮影する視野内に共晶セルが２００個以上確認できる視野で撮影を行った。また、画像解析ツール（ＩｍａｇｅＪ）を用いて、測定倍率２００倍の写真の二値化処理を行う。写真中の基地組織と炭化物の輝度に違いがあるため、二値化処理をすることで、基地組織と炭化物を分類し面積を求めることができる。各試料５枚撮影し、炭化物の面積率の平均値を算出した。２００倍で撮影したデジタルマイクロスコープ画像から、炭化物の直径を測定し、炭化物の直径を炭化物の粒径とした。また、炭化物の形状が楕円形等の場合は、炭化物内で最も距離の長い線分に対して垂直二等分線を引き、その垂直二等分線が前記炭化物の粒界と交わる２点間の長さを炭化物の粒径とした。

【0053】

また、共晶セルサイズの算出のために、熱処理後の各試料について、得られた外層材に鏡面研磨を施した後にナイタール液で腐食した後、デジタルマイクロスコープを用いて測定倍率１００倍で組織観察を行う。各試料で３視野撮影し、得られた1つの画像に対して計６本の直線を引く。下記の（３）式に示すように、粒径が５．０μｍを超える炭化物と直線との交点の個数を、直線長さで除した値から共晶セルサイズを算出する。各試料の共晶セルサイズは３視野の平均値から得た。
（（２５７４／Ｎ１）＋（２５７４／Ｎ２）＋（２５７４／Ｎ３）＋（２５７４／Ｎ４）＋（２５７４／Ｎ５）＋（２５７４／Ｎ６））／６ ・・・（３）
ここで、直線長さは２５７４μｍ、Ｎｉはｉ本目の直線と粒径が５．０μｍを超える炭化物の交点の個数である。

【0054】

得られた結果を表２に示す。

【0055】

【表2】

【0056】

表２の摩耗量は０．４６ｇ以下である場合を合格（耐摩耗性が良好であることを意味する。）とし、０．４６ｇよりも大きい値である場合は不合格とした。また、摩擦係数は、０．１２～０．３０の範囲で合格、０．１２未満もしくは０．３０より大きい値は不合格とした。摩擦係数が０．１２未満の場合、試験中の摩擦係数が小さいことから耐スリップ性が十分ではないため、摩擦係数が０．１２以上の場合を耐スリップ性に優れるとした。また、焼付きと肌荒れが無い場合を耐肌荒れ性に優れるとした。表２から明らかなように、比較例は耐摩耗性と耐スリップ性のいずれかまたは両方に優れていないが、本発明例は優れた耐摩耗性および耐スリップ性の両方を有することが確認できた。また、０．３０より大きい場合は、試験中の摩擦係数が高いため、焼付きが発生したと考えられる。炭化物面積率および炭化物種類ごとの割合を適正化し、耐摩耗性を向上させるとともに共晶セルサイズを調整し、ロール表面の凹凸間隔を制御することで、摩擦係数を高い値で維持することが可能となり、耐スリップ性も同時に向上した。また、本発明例の試験片表面は焼付きや肌荒れを生じることなく良好な耐肌荒れ性を示した。

【0057】

したがって、本発明によれば、耐摩耗性、耐スリップ性および耐肌荒れ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の向上や、ロールトラブル発生による圧延中断時の時間損失が低減することで熱間圧延用ロールの圧延効率の向上にともない熱間圧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
５：試験片の回転方向
６：相手片の回転方向
７：荷重の方向

【図1】