日鉄ハード株式会社 (〒71 東京都江東区亀戸１丁目１４番４号 Tokyo, 13600, JP)
| 質量%で、C:0.07%以下、Si:0.2~1.5%、Mn:3%以下、Cr:13~20%、Ti:0.5~4%、N:0.1~0.5%を含み、残部Fe及び不可避不純物よりなり、かつ、1≦Ti/N≦20を満たす肉盛溶接層をロール表面に有する連続鋳造用ロール。 |
| 質量%で、Mo:0.3~3%を含むことを特徴とする請求項1に記載の連続鋳造用ロール。 |
| 質量%で、Co:0.5~3%を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の連続鋳造用ロール。 |
| 質量%で、Ni:1~5%を含むことを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一つに記載の連続鋳造用ロール。 |
| 質量%で、C:0.05%以下であることを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか一つに記載の連続鋳造用ロール。 |
| 質量%で、Ti:0.5~3%であることを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一つに記載の連続鋳造用ロール。 |
| 質量%で、N:0.15~0.3%であることを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか一つに記載の連続鋳造用ロール。 |
| 質量%で、1≦Ti/N≦15であることを特徴とする請求項1乃至7のうちいずれか一つに記載の連続鋳造用ロール。 |
本発明は、連続鋳造設備に設けられる耐 性、耐摩耗性に優れた連続鋳造用肉盛ロー に関する。
製鉄所の連続鋳造設備には、ガイドロー 、ピンチロールなどの鋳片を搬送する多数 ロールが設置されており、これらのロール 、長時間にわたり高温度の鋳片から接触負 を受け、鋳片による加熱と冷却水による冷 とによる加熱冷却の繰り返しなどにより、 耗、熱亀裂、高温水蒸気酸化などの激しい 傷を受ける。
また、連続鋳造設備のモールドには、モ ルドと溶鋼との接触を防止する低融点のモ ルドパウダーが供給される。この場合、モ ルドに近い領域に位置するロールとモール パウダーに含まれるフッ素とが接触して、 ールが腐食する。そこで、ロールの損傷対 として、ロール表面に肉盛溶接や自溶合金 射が施される。
従来、肉盛溶接用の溶接材料として、13Cr-Ni
(Ni:1~6)系、17Cr-4Ni(SUS630)系ステンレス鋼のよう
なFe基ステンレス鋼、Ni基合金或いはNi基自溶
合金溶射材などが用いられている。
近年、鋳造速度の高速化、生産性能や鋳 歩留りの向上等が強く求められるようにな ており、ロールの表面温度も上昇している め、ロールの使用環境が従来と比べて厳し なっている。特にモールド直下のトップ部 ール(フートロール、サポートロール、ガイ ドロールなど)では、連鋳ロールの一般的な 求特性である耐熱亀裂性に加えて、ロール 耐摩耗性や耐食性のさらなる向上が求めら るようになっている。
ここで、13Cr-Ni(Ni:1~6)系Fe基ステンレス鋼 おいては、マルテンサイトが主な強化組織 あるため、熱間強度が低く耐摩耗性、耐食 に乏しい。また、17Cr-4Ni(SUS630)系Fe基ステン ス鋼においては鋼リッチ金属間化合物相を 化組織に用いるため、13Cr-Ni(Ni:1~6)系Fe基ステ ンレス鋼よりも耐摩耗性、耐食性は高いもの の、ロールの使用環境の変化に鑑みると、耐 摩耗性、耐食性のさらなる向上が求められる 。
そこで、本願発明は、一般的な耐熱亀裂 に加えて耐摩耗性、耐食性に優れた連続鋳 用ロールを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本願発明の 続鋳造用ロールは、(1)質量%で、C:0.07%以下 Si:0.2~1.5、Mn:3%以下、Cr:13~20%、Ti:0.5~4%、N:0.1~0. 5%を含み、残部Fe及び不可避不純物よりなり かつ、1≦Ti/N≦20を満たす肉盛溶接層をロー 表面に有することを特徴とする。
ここで、「ロール表面」とは、連続鋳造 ロールのロール基材の表面を意味しており ロール基材の表面に他の表面処理層(例えば 、溶射層)が形成されている場合には、当該 面処理層が「ロール表面」となる。また、 ール基材の表面に本願発明の肉盛溶接層を 成し、その上に熱亀裂の分散を目的として い溶射層を形成した構成(例えば特許第1242246 号)であっても、この薄い溶射層が使用中に 失し、表面が肉盛溶接層になった場合でも 本願発明の連続鋳造用ロールに含まれる。
(2)(1)の構成において、質量%で、Mo:0.3~3%を 含ませることができる。(2)の構成によれば、 Moが金属マトリクス中に固溶し、高温時の強 を向上させることができる。
(3)(1)又は(2)の構成において、質量%で、Co: 0.5~3%を含ませることができる。(3)の構成によ れば、肉盛溶接層の耐熱性が高まり、高温時 の強度を向上させることができる。
(4)(1)乃至(3)の構成において、質量%で、Ni: 1~5%を含ませることができる。(4)の構成によ ば、肉盛溶接層の耐食性を高めることがで る。
質量%で、C:0.05%以下に設定するのが好ま く、質量%で、Ti:0.5~3%に設定するのが好まし 、質量%で、N:0.15~0.3%に設定するのが好まし 、質量%で、1≦Ti/N≦15に設定するのが好ま い。
本発明によれば、耐摩耗性、耐食性に優 た連続鋳造用ロールを提供することができ 。
図面を参照しながら、本発明の実施形態に
いて説明する。
(実施形態)
図1は連続鋳造装置の概略図である。本実施
態の連続鋳造装置1は、タンディッシュ2と、
モールド3と、サポートロール4と、冷却スプ
ー5とを含む。ダンディッシュ2は、上側が
口した箱型形状に形成されており、不図示
取鍋から注がれる溶鋼Hを蓄える。ダンディ
シュ2の底部には、上下方向に延びる浸漬ノ
ズル7が設けられており、この浸漬ノズル7の
端部は、ダンディッシュ2の下方に位置する
モールド3内に延出している。
モールド3は、水冷式の鋼板により筒型に 形成されており、ダンディッシュ2から浸漬 ズル7を介して流入する溶鋼Hを鋳造する。モ ールド3には、銅などを用いることができる
モールド3には、モールドパウダー11が注入 れる。これにより、溶鋼が大気から遮断さ 、保温・酸化が防止されるとともに、モー ド3の表面に溶鋼が付着するのを防止できる 。モールドパウダー11は、CaO、SiO 2 、MgO、Al 2 O 3 などの酸化物を主成分とした粉末で構成され ており、粘性を小さくするためにLi 2 O、NaF、CaFなどが添加されている。
サポートロール4は、モールド3の下端か 下流に向かって複数並設されており、モー ド3で冷却された鋳片を支持しながら搬送す 。冷却スプレー5は、サポートロール4に沿 て複数設けられており、隣接するサポート ール4の隙間から鋳片に向かって冷却水を吹 付ける。
上述の構成において、取鍋(不図示)から ンディッシュ2に注入された溶鋼Hは、ダンデ ィッシュ2の底部の浸漬ノズル7によって流量 調整されつつモールド3に注入される。モー ルド3に注入された溶鋼Hは、モールド3の内壁 面に接触する接触部分が冷却(一時冷却)され 凝固する。これにより、表面に凝固層を有 、内部に未凝固の溶鋼Hを有する鋳片が生成 される。
モールド3の下端部から引き出された未凝 固の鋳片は、サポートロール4に支持された 態で下流に搬送され、搬送途中で冷却スプ ー5から吹きつけられる冷却水により冷却さ る。この際、鋳片から受ける接触負荷によ サポートロール4は摺動摩耗する。また、鋳 片による加熱と冷却水による冷却とによる熱 サイクルにより、熱亀裂、高温水蒸気酸化な どの負荷を受ける。さらに、モールド3に注 されたモールドパウダーがサポートロール4 接触して、モールドパウダーに含まれるフ 素とサポートロール4の基材とが化学反応を 起こし、サポートロール4が腐食する。
そこで、本実施形態では、サポートロー 4の表面に耐食性、耐摩耗性に優れた肉盛溶 接を施している。次に、サポートロール4の 面に溶接された肉盛溶接層の組成について 明する。
本実施形態のサポートロール4に溶接され た溶接層は、質量%で、C:0.07%以下、Si:0.2~1.5、 Mn:3%以下、Cr:13~20%、Ti:0.5~4%、N:0.1~0.5%を含み、 残部Fe及び不可避不純物よりなり、かつ、1≦ Ti/N≦20である。なお、肉盛溶接方法としては 、公知の方法(例えば、サブマージアーク溶 法、粉体プラズマアーク溶接法)を用いるこ ができる。
連続鋳造用ロールに要求される特性とし 、主に「耐食性」、「耐摩耗性」、「耐熱 裂性」が挙げられるが、これらの諸特性の ち耐摩耗性を向上させる方法として、耐食 、耐熱亀裂性を保持するための延性・靭性 ある金属マトリクス中に硬質粒子としての 化物を分散させる方法が知られている。し しながら、鋳片に接触してサポートロール4 が高温化すると、炭素との親和力の高いクロ ムが炭素と結合して炭化物が生成され、この 炭化物が結晶粒界に析出する。その結果、結 晶粒界に沿って熱亀裂が促進され易くなり、 金属マトリクス中のクロム濃度が下がり、サ ポートロール4の耐熱亀裂性および耐食性を 下させる。
これに対して、本実施形態の肉盛溶接層 は、耐食性を低下させないように、炭素の 有率を0.07質量%以下の低い値に制限して、 摩耗性の向上因子である硬質粒子の炭化物 代替として耐食性に優れるチタンを多く含 させ、更にこのチタンを親和力の強い窒素 反応させることにより窒化物を析出させ、 摩耗性を向上させている。つまり、炭素の うに、クロムと結合して結晶粒界に析出す ことはない。これにより、金属マトリクス のクロム濃度の低下を抑制できるため、耐 亀裂性、耐食性を維持させながら耐摩耗性 兼備させることができる。
換言すれば、金属マトリクス中に均等に ロムが分布して、かつ、窒化チタンを含む ポートロール4を提供することができる。こ のサポートロール4は、下記に説明するよう 、耐腐食性及び耐摩耗性、耐熱亀裂性に優 ている。
次に、本肉盛溶接層を構成する各材料の 定理由について説明する。
(Cについて)
本発明は、Cの代わりにTi,Nを用いることに
り耐摩耗性、耐食性等を満足させるという
見に基づいている。そのためCの含有率は、
力低く設定する必要がある。ただし、Cは溶
接材料などから混入する不可避的な元素であ
るため、含有率を0%にすることはできない。
のため、Cについては上限値のみを規定して
いる。
(Siについて)
Siの含有率が高いと、肉盛溶接された溶接
の脆化を招き、靭性が低下する。このためSi
の含有率の上限値は、好ましくは1.5質量%で
り、より好ましくは1.0質量%である。Siは溶
の際に、溶湯の粘性を下げ、流動性を高め
接性を向上させることができる。また、精
作用による酸素等の不純物を取り除くのに
効な元素である。このためSiの含有率の下限
値は、好ましくは0.2質量%であり、より好ま
くは0.3質量%である。なお、Siは不可避元素
ため、少なくとも0.2質量%含まれている。
(Mnについて)
Mnの含有率が高いと、肉盛溶接された溶接
の脆化を招き、靭性が低下する。このためMn
の含有率の上限値は、好ましくは3質量%であ
、より好ましくは2質量%である。Mnは溶接の
際に、溶湯の粘性を下げ、流動を高め溶接性
を向上させることができる。また、精錬作用
による酸素等の不純物を取り除くのに有効な
元素である。このためMnの含有率の下限値は
好ましくは0.2質量%であり、より好ましくは
0.8質量%である。なお、Mnは不可避元素のため
、少なくとも0.2質量%含まれている。
(Crについて)
Crの含有率が高すぎると靭性が低下する。
のため、Crの含有率の上限値は、好ましくは
20質量%であり、より好ましくは17質量%である
。Crの含有率が低いと、耐食性及び耐酸化性
向上させることができない。このため、Cr
含有率の下限値は、好ましくは13質量%であ
、より好ましくは15質量%である。
(Tiについて)
Tiの含有率が高いと脆性な金属化合物が生
され、靭性が低下する。このため、Tiの含有
率の上限値は、好ましくは4質量%であり、よ
好ましくは3質量%である。また、Tiは耐食性
を向上させ、CrではなくNと反応することによ
り耐摩耗性に優れた窒化物を生成する。この
ため、Tiの含有率が低いと生成される窒化物
少なくなり、耐摩耗性を向上させることが
きない。このため、Tiの下限値は、好まし
は0.5質量%である。
(Nについて)
Nは、マトリクス金属中に固溶し、焼き戻し
抵抗を高めるとともに、Tiと結合して耐摩耗
に優れた窒化物を生成する。また、窒化物
マトリックスに微細に分散し、炭化物のよ
に結晶粒界に偏って析出しないため耐熱亀
性の向上にも寄与する。このため、Nの含有
率の下限値は、好ましくは0.1質量%であり、
り好ましくは0.15質量%である。Nの含有率が
いと、肉盛溶接をする際にブローホールが
生しやすくなる。このため、Nの含有率の上
値は、好ましくは0.5質量%であり、より好ま
しくは0.3質量%である。
(Ti及びNの比率について)
上述したように、本願発明は、TiをNと反応
せることにより窒化物を生成して、肉盛溶
層の耐摩耗性を高めることを目的としてお
、この目的に適合するように、Ti及びNの比
を設定する必要がある。Ti/Nは好ましくは1~2
0であり、より好ましくは1~15である。
肉盛溶接層にNiを含ませることもできる Niの含有率が高いと、コストアップになる。 このため、Niの含有率の上限値は、好ましく 5質量%であり、より好ましくは3.5質量%であ 。Niの含有率が低いと、十分に耐食性を得 ことができない。このため、Niの含有率の下 限値は、好ましくは1質量%であり、より好ま くは1.5質量%である。Ti及びNからなる窒化物 により必要とする耐食性を確保できる場合に は、Niを省略することもできる。
肉盛溶接層にMoを含ませることもできる Moは金属マトリクス中に固溶し、高温時の強 度が向上する点で有効な元素である。このた め、Moの含有率の下限値は、好ましくは0.3質 %であり、より好ましくは0.5質量%である。Mo の含有率が高いと、靭性を低下させ、コスト アップとなる。このため、Moの含有率の上限 は、好ましくは3質量%であり、より好まし は1.5質量%である。なお、Moは省略すること できる。
肉盛溶接層にCoを含ませることもできる Coは耐熱性を高め、高温時の強度が向上する 点で有効な元素である。このため、Coの含有 の下限値は、好ましくは0.5質量%であり、よ り好ましくは1質量%である。Coの含有率が高 と、加工性が低下して、コストアップにな 。このため、Coの含有率の上限値は、好まし くは3質量%であり、より好ましくは2質量%で る。なお、Coは省略することができる。
次に、実施例を示して、本発明について 体的に説明する。
下記の耐食性試験及び耐摩耗性試験を行っ
。
(耐食性試験について)
SS400平板(300×400×40t)の表面に表1に示す組成
溶接層を形成した。溶接方法としてアーク
接を使用し、8層からなる溶接層を形成した
。希釈の影響を受けにくい全溶着鋼部分から
試験片(20h×30w×4mmt)を切り出した。
耐食性試験の試験条件を表2に示した。表 2に示すように、各試験片を5質量%フッ化水素 酸水溶液中に浸漬させ、100hr放置した。フッ 水素酸水溶液の温度は、常温(20℃)とした。
耐食性試験の結果を表5に示している。腐食
減量を定量的に評価し、腐食減量が3.8(mg/mm 2
)以下である場合には優秀として◎で評価し
3.8~4.2(mg/mm 2
)である場合には良好として○で評価し、4.2(m
g/mm 2
)よりも大きい場合には不良として×で評価し
た。
(耐摩耗性試験について)
炭素鋼鋼管S25C(φ90×100)の表面に表1に示す組
成の肉盛溶接層を形成した。3層からなる肉
溶接層を形成した後に、機械加工により肉
溶接層の厚みを5mmに切削し、切削された炭
鋼鋼管S25Cを径方向に切断して、試験片(φ100
10t)を製作した。
耐摩耗性試験の試験装置について、図2を 用いて説明する。図2は耐摩耗性試験の試験 置の概略構成を図示した概略図である。同 において、試験装置は相手ローラ21と試験片 (以下、試験片ローラという)22とを含む。相 ローラ21は回転軸21a周りに回転し、試験片ロ ーラ22は回転軸21aと平行な方向に延びる回転 22a周りに回転する。回転軸21aは不図示の伝 ギアを介して不図示の第1回転用モータに接 続されており、前記第1回転用モータが駆動 れると回転軸21a周りに相手ローラ21が回転す る。試験片ローラ22は、相手ローラ21の表面 押圧されている。試験片ローラ22の回転軸22a は、不図示の伝達ギアを介して不図示の第2 転用モータに接続されており、前記第2回転 モータが駆動されると回転軸22a周りに試験 ローラ22が回転する。
相手ローラ21の外面から僅かに離間した 置には、相手ローラ21の周方向に延びる高周 波加熱コイル23が設けられている。高周波加 コイル23に交流電流を流すと、相手ローラ21 の表面近傍に高密度のうず電流が発生し、そ のジュール熱で相手ローラ21が加熱される。 験片ローラ22の表面近傍には、相手ローラ21 とは異なる位置に冷却水スプレイノズル24が けられている。冷却水スプレイノズル24か 噴射された冷却水は、試験片ローラ22に供給 され、試験片ローラ22を冷却する。
上述の構成において、高周波加熱コイル2 3に通電して冷却水スプレイノズル24を作動さ せると、試験片ローラ22は、相手ローラ21と 接触位置において加熱され、冷却水スプレ ノズル24から供給される冷却水との接触位置 において冷却される。
また、試験片ローラ22は、相手ローラ21の 表面に押圧されて摩擦接触しており、相手ロ ーラ21よりも試験片ローラ22の回転速度が遅 なるように、前記第1及び第2の回転用モータ の駆動が制御されている。これにより、相手 ローラ21の回転作用により、試験片ローラ22 表面に形成された肉盛溶接層を摩耗させる とができる。したがって、加熱と冷却とを り返す温度環境下において、試験片ローラ22 の耐摩耗性を評価することができる。
耐摩耗性試験の試験条件を表3に示す。表 3に示すように、試験片ローラ22の相手ローラ 21に対する押圧力は147(N)であり、相手ローラ2 1の回転速度は500rpmであり、試験片ローラ22の 回転速度は490rpmであり、高周波加熱コイル23 よる加熱温度は500℃であり、試験時間は5時 間であった。なお、相手ローラ21及び試験片 ーラ22のスリップ率は2%であった。
試験時間終了後に、試験片ローラ22の摩耗 を測定して、耐摩耗性を評価した。摩耗量 、試験片ローラ22に対する押圧力(147(N))に滑 距離(走行距離、すなわち、回転数×試験材 円周(m)のことである)を乗じた値で、摩耗し た肉盛溶接層の体積を徐することにより算出 した。耐摩耗性試験の試験結果を表4に示す 摩耗量を定量的に評価し、比摩擦量が1.2(mm 3 /N・m)以下である場合には優秀として◎で評 し、1.2~1.7(mm 3 /N・m)である場合には良好として○で評価し 1.7(mm 3 /N・m)よりも大きい場合には不良として×で評 価した。なお、溶接性については、溶接不良 であるか否かを目視で評価した。
2 タンディッシュ2
3 モールド
4 サポートロール
5 冷却スプレー