[发明专利]锻钢辊的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在冷或暖条件下使用的锻钢辊的制造方法，特别涉及即使伴随使用而反复切削辊表面也能够保持良好的表面性状的锻钢辊的制造方法。

背景技术

通常，锻钢辊由于直径较大，因此通过用铸锭法(ingot-making method)铸造大型的铸锭(ingot)并对其进行锻造来制造。对于大型铸锭，在铸造时容易自中心向表面附近生成被称为鬼线偏析(ghost segregation)的宏观偏析，该鬼线偏析在经过锻造工序和热处理工序之后也以偏析的形式残留在所制造的锻钢辊的内部。

图1为通过铸锭法得到的通常的铸锭的纵截面图。如该图所示，在铸锭内，作为通常的宏观偏析，出现V偏析和鬼线偏析。V偏析在铸锭的中心部呈V字状，由上部的浓V偏析和下部的淡V偏析构成。在淡V偏析的下方存在沉淀晶体。鬼线偏析是C、P或Mn、其它合金成分浓化而成的偏析，存在于自V偏析的外侧至铸锭半径的约1/2位置的区域，形成在铸锭的上下方向上延伸的线状偏析线的形体。

鬼线偏析由于生成位置比V偏析更靠近铸锭表面，因此存在如下的问题：在铸锭的铸造以后的锻造、热处理工序中，以该鬼线偏析为起点因加工变形时的应力、热处理-冷却时的热应力而产生裂纹。

另外，锻钢辊在持续使用中表面发生磨耗或损耗时，为了使平滑度恢复至规定范围内，进行切削辊表面的保养。此时，鬼线偏析线残留在锻钢辊的表面附近时，即使在当初的制造工序中没有产生裂纹等缺陷，有时也会因该切削保养而使偏析线在辊的表面露出。将偏析线露出的辊用于压延等加工时，偏析线会被转印到被加工材料，因此辊自身变得不适合再使用。

因此，强烈需要确立在锻造、热处理工序中不产生裂纹，而且即使对锻钢辊的表面反复进行切削保养也不会使偏析线露出，能够在长期内稳定利用的锻钢辊的制造技术。

将通过铸锭法得到的铸锭直接作为锻钢辊的原材料时，特别是由于鬼线偏析，锻钢辊的品质恶化明显。关于这一点，已知的是，通过电渣重熔法(以下称为“ESR法”)得到的钢锭通常形成偏析少的凝固组织。因此，作为锻钢辊的原材料，通常应用通过ESR法得到的钢锭。

图2为通过ESR法得到的通常的钢锭的纵截面图。在钢锭内，虽然也取决于钢水池的深度，但会在钢水池的曲率变大的钢锭半径的约1/2区域附近出现黑斑缺陷(freckle defects)。这种由于ESR法而出现在钢锭内的黑斑缺陷与由于铸锭法而出现在铸锭内的V偏析和鬼线偏析相比较轻微。因此，使用通过ESR法得到的钢锭作为锻钢辊的原材料时，可以初步地期待锻钢辊的品质得到改善。

但是，黑斑缺陷是与鬼线偏析为相同产生机理的通道型偏析的一种。因此，即使在将通过ESR法得到的钢锭作为锻钢辊的原材料时，实际上，与起因于鬼线偏析同样地，锻钢辊的品质恶化也会因黑斑缺陷而变得明显。

此处，黑斑缺陷的产生机理可以如下所述地说明。

在铸造过程中，钢中的C、P、Si等轻元素在凝固过程中的枝晶树间发生微观偏析。微观偏析的钢水由于这些轻元素发生了浓化，因此密度低于主体(母材)钢水，因浮力而受到与重力相反方向的铅直向上的力。

微观偏析钢水在生成当初停止在树枝状的枝晶树间，然后因浮力而稍稍上浮，进而与位于上部的其它微观偏析钢水合体，生长成宏观的偏析钢水的聚集体，使体积增加。微观偏析钢水进一步上浮并进行合体，体积增加，从而产生较大的浮力，穿越存在于上部的枝晶的树枝，而且一边破坏树枝一边上升，进一步采集其它微观偏析钢水。

该偏析钢水在枝晶树间上升中随着凝固的进展而冻结，形成偏析线，残留在钢锭的内部，其以黑斑缺陷的形式出现。

黑斑缺陷从其产生机理上讲，钢水中的轻元素的含量越多则越容易产生是不言而喻的。

另外，作为凝固组织的枝晶组织较粗时，微观偏析钢水的体积容易变大，黑斑缺陷容易粗大化。这是因为，枝晶组织较粗时，最初在枝晶树间产生的微观偏析钢水的体积也变大，以及微观偏析钢水因浮力而开始上升时的阻力较小，从而钢水的上升流容易产生。

通常，将钢锭的半径设为R时，黑斑缺陷容易在钢水池的曲率变大、枝晶臂间隔的前端容易扩展的钢锭的R/2附近产生。但是，钢锭为大型、且轻元素的含量高时，也容易在钢锭的表面附近产生，与上述鬼线偏析的情况同样地，也会产生在热处理工序中发生裂纹等问题。