具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在本说明书和附图中，对于基本上具有相同功能构成的构成要素，赋予相同的符号，并且不再赘述。

图1是本发明的实施方式的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊10的截面示意图。如图1所示，本发明的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊具有供轧制的外层1。并且，在该外层1的内侧具有中间层2和内层(轴芯材料)3。作为构成内层(轴芯材料)3的内层材料，可例示出：高级铸铁、球墨铸铁等的具有强韧性的材料，作为构成中间层2的中间层材料，可例示出：镍铬耐磨铸铁、石墨钢。

通过离心铸造的外层1由如下的Fe基合金形成：含有以质量比计为1.5～3.5％的C、0.3～3.0％的Si、0.1～3.0％的Mn、1.0～6.0％的Ni、1.5～6.0％的Cr、0.1～2.5％的Mo、2.0～6.0％的V、0.1～3.0％的Nb、0.001～0.2％的B、0.005～0.070％的N，余量为Fe和不可避免的杂质。

另外，外层1的组织由(a)MC型碳化物、(b)共晶碳化物、(c)基体、(d)其它构成，(b)共晶碳化物具有以面积比计为5～30％的M₃C型碳化物。另外，除了M₃C型碳化物之外，还可以含有M₂C型碳化物、M₆C型碳化物以及M₇C₃型碳化物，但M₂C型碳化物、M₆C型碳化物以及M₇C₃型碳化物不是必须存在。此外，外层的组织中也可以包含石墨，但石墨不是必须存在。

(限定成分的理由)

以下，首先对本发明的外层的化学成分的限定理由进行说明。需要说明的是，在下文中除非另有说明，符号“％”表示“质量％”。

C：1.5～3.5％

C主要与Fe、Cr、Mo、Nb、V、W等结合形成各种硬质碳化物。另外，有时在某些情况下会形成石墨。进一步，固溶于基质中，生成珠光体、贝氏体、马氏体相等。含量越多，对提高耐磨损性越有效，但超过3.5％时，会形成粗大的碳化物、石墨，成为韧性下降、表面粗糙的原因。另外，小于1.5％时，碳化物量少，并且难以确保硬度，耐磨损性变差。因此，将其范围设为1.5～3.5％。更优选的范围是2.0～3.0％。

Si：0.3～3.0％

Si是通过钢水的脱氧来抑制产生氧化物缺陷所需的。另外，它还具有提高钢水的流动性从而防止铸造缺陷的作用。另外，在高合金麻口铸铁等中，在使石墨结晶析出时，是促进石墨的晶体析出的必要元素。因此，含有0.3％以上。但是，超过3.0％时，会使韧性下降，成为耐裂纹性下降的原因。因此，将其范围设为0.3～3.0％。更优选的范围为0.6～2.7％。

Mn：0.1～3.0％

添加Mn是为了脱氧、脱硫作用。另外，Mn与S结合形成MnS。由于MnS具有润滑作用，因此具有防止被轧制材料的烧结的效果。因此，优选在无副作用的范围内含有MnS。Mn小于0.1％时，这些效果不充分；另外，超过3.0％时，韧性下降。因此，将其范围设为0.1～3.0％。更优选的范围是0.5～1.5％。

Ni：1.0～6.0％

Ni具有提高基体的淬透性的作用，是通过防止冷却时形成珠光体从而促进贝氏体化来有效强化基体的元素，因此需要含有1.0％以上。但是，含有超过6.0％时，残留奥氏体量过多，难以确保硬度，并且在热轧使用过程中可能发生变形等。因此，将其范围设为1.0～6.0％，更优选的范围是2.0～5.5％。

Cr：1.5～6.0％

添加Cr是为了提高淬透性、提高硬度、提高回火软化阻力、稳定碳化物硬度等。但是，超过6.0％时，共晶碳化物量过多，韧性下降，因此将上限设为6.0％。另一方面，小于1.5％时，无法获得上述效果。因此，将其范围设为1.5～6.0％。更优选的范围为1.55～5.0％。

Mo：0.1～2.5％

Mo主要与C结合形成硬质碳化物，有助于耐磨损性的提高，并且提高基体的淬透性，因此需要含有最低0.1％以上。另一方面，超过2.5％时，作为本发明的目的之一的M₃C型碳化物的结晶析出量下降。因此，将其范围设为0.1～2.5％。更优选的范围为0.5～2.45％。

V：2.0～6.0％

V是特别用于提高耐磨损性的重要元素。即，V是与C结合从而形成对耐磨损性有很大贡献的高硬度MC碳化物的重要元素。小于2.0％时，MC碳化物量不足，耐磨损性的提高不充分；超过6.0％时，会形成低密度的MC碳化物以初晶形式单独析晶的区域，采用离心力铸造法制造的情况下，由于MC碳化物的密度小于钢水的密度，因此发生明显的重力偏析。因此，将其范围设为2.0～6.0％。更优选的范围为3.0～5.0％。

Nb：0.1～3.0％

Nb几乎不固溶在基体中，其大部分形成高硬度MC碳化物，提高耐磨损性。特别是通过添加Nb生成的MC碳化物与通过添加V生成的MC碳化物相比，与钢水密度的差小，因此具有减轻离心铸造引起的重力偏析的效果。关于Nb的含量，小于0.1％时，其效果不充分；含有超过3.0％时，MC碳化物变得粗大，因此会导致韧性下降。因此，将其范围设为0.1～3.0％。

B：0.001～0.2％

B固溶于碳化物，并且形成碳硼化物。碳硼化物具有润滑作用，具有防止被轧制材料的烧结的效果。关于B的含量，小于0.001％时，其效果不充分；含有超过0.2％时，韧性下降。因此，将其范围设为0.001～0.2％。

N：0.005～0.070％

N具有细化碳化物的效果，与V结合形成氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)。小于0.005％时，碳化物的细化效果不充分；含有超过0.070％时，会形成过量的氮化物(VN)或碳氮化物(VCN)，韧性下降，因此需要将其抑制在0.070％以下。因此，将其范围设为0.005～0.070％。

本发明的外层的基本成分如上所述，也可以根据适用对象的辊的尺寸、所要求的辊的使用特性等，在上述基本成分的基础上，作为其他化学成分，进一步适当选择并含有以下所述的化学成分。

Ti：0.005～0.3％

本发明的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊中，除了上述必需元素以外，还可以含有Ti。Ti可期待与N和O的脱气作用，并且形成TiCN或TiC从而可以成为MC碳化物的结晶核。Ti含量小于0.005％时，无法期待其效果；超过0.3％时，钢水的粘性变高，引发铸造缺陷的风险性高。因此，在添加Ti的情况下，将其范围设为0.005～0.3％。更优选的范围为0.01～0.2％。

W：0.01～2.0％

本发明的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊中，除了上述必需元素以外，还可以含有W。W与Mo一样固溶于基体中以强化基体，并且与C结合形成M₂C、M₆C等硬质共晶碳化物，有助于耐磨损性的提高。为了强化基体，需要最低含有0.01％以上，超过2.0％时，会形成粗大的共晶碳化物，从而韧性下降。因此，在添加W的情况下，将其范围设为0.01～2.0％。需要说明的是，关于是否添加W的选择，例如想通过增加共晶碳化物的量来提高耐磨损性时添加，其效果更大。

Co：0.01～2.0％

本发明的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊中，除了上述必需元素以外，还可以含有Co。Co的大部分固溶于基体中，强化基体。因此，其具有提高高温下的硬度和强度的作用。小于0.01％时，其效果不充分；超过2.0％时其效果饱和，因此从经济性的角度出发，设为2.0％以下。因此，添加Co时，将其范围设为0.01～2.0％。需要说明的是，关于是否添加Co的选择，例如在要求提高耐磨损性、且增加共晶碳化物量有困难时添加，其效果较大。

S：0.3％以下

通常，S是从原料中不可避免地在一定程度上混入的元素，但如上所述，由于其形成MnS从而具有润滑作用，因此具有防止轧制材料的烧结的效果。另一方面，过量含有时，会使材料变脆，因此优选限制在0.3％以下。

不可避免的杂质

本发明的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊的外层的组成中，除上述元素外，余量基本上为Fe和不可避免的杂质。在不可避免的杂质中，P使韧性劣化，因此优选限制在0.1％以下。另外，作为其它不可避免的元素，在不损害外层特性的范围内也可以含有Cu、Sb、Sn、Zr、Al、Te、Ce等元素。为了不损害外层的特性，不可避免的杂质的总量优选为0.6％以下。

(涉及化学组成的关系式)

另外，关于本发明的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊的外层的化学成分(化学组成)，接着，本发明特别是在添加作为硬质碳化物形成元素的V、Nb、Mo、Cr时，关于Ni、Cr、Mo的含量(％)，需要满足以下的式(1)。

2×Ni+0.5×Cr+Mo＞10.0(1)

本发明的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊的外层的特征在于，作为构成显微组织的要素，具有以面积比计为5～30％的M₃C碳化物，并且特征还在于，不进行淬火处理地进行回火处理，该回火处理以400℃以上且550℃以下的回火温度进行。采用这些条件的情况下，现有技术中存在极难将辊表面的外层肖氏硬度(Hs)稳定地控制在75～85的范围的技术问题。

本发明发现，作为构成外层的显微组织的要素，具有以面积比计为5～30％的M₃C碳化物，并且不进行淬火处理地进行回火处理，该回火处理以400℃以上且550℃以下的回火温度进行，采用这样的条件时，本发明的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊的外层的化学成分(化学组成)通过满足式(1)，能够将通过离心铸造法制造的轧制用复合辊表面的外层肖氏硬度(Hs)稳定地控制在75～85的范围。由此，可以提供高水平地兼顾耐磨损性和抗事故性(耐裂纹性)的辊。

(采用离心铸造法的铸造后的热处理)

本发明的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊通过一般的离心铸造法制造，但本发明人等关于离心铸造法中的铸造后实施的热处理，得到了优选不进行淬火处理地进行回火处理的见解。另外还发现优选以400℃以上且550℃以下的回火温度进行回火处理。即得到了如下见解：通过不进行加热至使得Fe基体相变为奥氏体的区域并急速冷却的淬火处理，以400℃以上且550℃以下的回火温度进行回火处理，来确保外层表面上与高速铸铁辊相当的肖氏硬度，并且将主体外层表面的残余应力值抑制在与高合金麻口铸铁辊相当的水平。

如上所述，通过不进行淬火处理地进行回火处理，并将其回火温度设为400℃以上且550℃以下，本发明的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊的外层的肖氏硬度(A)满足以下的式(2)。另外，本发明的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊的外层表面的残余应力(B)满足以下的式(3)。

Hs75≤A≤Hs85 (2)

100MPa≤B≤350MPa (3)

(M₃C系碳化物的含量)

另外，本发明的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊的外层中需要含有以面积比计为5～30％的M₃C型碳化物。本发明人等对供于热轧的离心铸造辊的使用情况进行考察研究，结果发现，对于具有与高速辊相当的耐磨损性的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊，为了赋予与高合金麻口铸铁辊相当的抗事故性，在外层的显微组织构成要素中以规定的比率存在M₃C型碳化物是有效的。外层中存在的M₃C型碳化物的量以面积比计小于5％时，耐磨损性变差，并且难以确保与高合金麻口铸铁辊相当的抗事故性。另外，M₃C型碳化物的量以面积比计超过30％时，M₃C型碳化物的晶体粗大，反而使抗事故性变差，因此将M₃C型碳化物的量限定在以面积比计为5～30％。

(作用效果)

如上所述，在本发明的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊中，通过使外层的化学组成为上述规定的成分、且满足上式(1)，进一步含有以面积比计为5～30％的M₃C型碳化物的构成，从而具有满足上述式(2)的肖氏硬度，残余应力得到抑制而满足上述式(3)。由此，实现了具有与高速铸铁辊相当的优异的耐磨损性、耐表面粗糙性，并且具有与高合金麻口铸铁辊相当的抗事故性的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊。

以上，对本发明的实施方式的一例进行了说明，但是本发明不限于图示的方式。显然，本领域技术人员可以在权利要求所述的思想范围内想到各种变形例或者修改例，这些当然也属于本发明的技术范围。

实施例

通过离心铸造法，将由下述表1所示的化学成分即编号1～16(本发明例)、17～28(比较例)形成的复合辊制作成内层直径600mm、辊外径800mm、外层厚度100mm、体长2400mm的热精轧轧机轧制用复合辊。熔化温度为1550℃，浇铸温度为凝固点+90℃。铸造后，以表1中所述的回火温度实施回火热处理。

需要说明的是，表1中的下划线部分表示外层的化学成分在上述实施方式所说明的规定范围的范围外的情况、不满足上述式(1)的情况、回火温度在规定范围的范围外的情况。另外，关于表1中的外层表面肖氏硬度，符号○表示在本发明范围内(Hs：75～85)，×表示在本发明范围外；关于外层表面残余应力，符号○表示在本发明范围内(100MPa～350MPa)，×表示在本发明范围外。另外，关于M₃C碳化物面积比，符号○表示在本发明范围内(面积比：5～30％)、×表示在本发明范围外。

[表1]

然后，测定所述复合辊中的主体外层表面的肖氏硬度，从而考察是否能够确保与高速铸铁辊相当的肖氏硬度(Hs：75～85)。另外，通过X射线测定主体外层表面的残余应力值，考察是否为与高合金麻口铸铁辊相当的100MPa～350MPa。进一步，对于从辊主体采集的试验片，测定组织中的M₃C型碳化物的面积比，考察是否为5～30％的范围。对于M₃C型碳化物的面积比的测定，需要识别M₃C型碳化物与其它共晶碳化物(M₂C型碳化物、M₆C型碳化物、M₇C₃型碳化物等)，因此利用EPMA(电子探针显微分析仪)的元素映射功能，拍摄仅提取M₃C型碳化物的图像(倍率：100倍)，通过图像分析软件来测定图像中的M₃C型碳化物的面积比。

其结果确认，外层的化学成分在上述实施方式所说明的规定范围内，并且与上述式(1)、回火温度相关的条件在本发明范围内的本发明例编号1～16的辊中，轧制时在外层表面产生裂纹的情况下，均满足该裂纹的加剧速度可以被抑制在与高合金麻口铸铁辊相当的水平的条件，即满足主体外层表面肖氏硬度(Hs：75～85)和残余应力值(100MPa～350MPa)。进一步确认，也满足为了具有与高速辊相当的耐磨损性、且赋予与高合金麻口铸铁辊相当的抗事故性的条件，即满足外层的显微组织构成要素中的M₃C型碳化物的面积比(5～30％)。

另一方面确认，外层的化学成分在上述实施方式所说明的规定范围外的情况、与上述式(1)、回火温度相关的条件在本发明范围外的比较例编号17～28的辊中，轧制时在外层表面产生裂纹的情况下，均不满足：该裂纹的加剧速度可以被抑制在与高合金麻口铸铁辊相当的水平的条件，即不满足主体外层表面肖氏硬度(Hs：75～85)、残余应力值(100MPa～350MPa)；为了具有与高速辊相当的耐磨损性、且赋予与高合金麻口铸铁辊相当的抗事故性的条件，即不满足外层的显微组织构成要素中的M₃C型碳化物的面积比(5～30％)。

由以上说明的实施例的结果可知，在通过离心铸造法制造的轧制用复合辊中，通过使外层的化学成分在规定的范围内，并且限定为满足上述式(1)，含有以面积比计为5～30％的M₃C型碳化物的构成，可以使辊表面的肖氏硬度、残余应力为所期望的范围内的值，实现了具有与高速铸铁辊相当的优异的耐磨损性、耐表面粗糙性，并且具有与高合金麻口铸铁辊相当的抗事故性的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊。

产业上的可利用性

本发明可适用于热轧工序中的带钢热轧机中所使用的通过离心铸造法制造的轧制用复合辊及其制造方法。

附图标记说明

1 外层

2 中间层

3 内层(轴芯材料)

10 通过离心铸造法制造的轧制用复合辊