JP4715105B2

JP4715105B2 - 熱処理用ハースロール

Info

Publication number: JP4715105B2
Application number: JP2004098663A
Authority: JP
Inventors: 浩史蔵本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP2005281791A

Description

本発明は、熱処理炉内で金属板等の被熱処理材を搬送する際に用いる熱処理用ハースロールに関し、特にカーボン製のスリーブを用いた熱処理用ハースロール（以下、カーボン製ハースロールともいう）の改良に関する。

各種金属板を熱処理する際には、熱処理炉内に敷設したハースロール上を金属板を移動させて各種の熱処理を実施している。この熱処理炉用のハースロールとしては、従来から、例えば、耐熱合金の表面に酸化アルミ、酸化亜鉛等のセラミックス材料を溶射したものが用いられてきた。

しかし、耐熱合金の表面にセラミックス材料を溶射したハースロールでは、焼鈍等の熱処理中に金属板の表面にすり疵やかき疵がつきやすく、製品価値を著しく損なうおそれがある。

そのため、近年、耐熱性と耐ビルドアップ性に優れた金属芯体にカーボン製のスリーブを嵌めてなる金属熱処理炉用ハースロール、すなわち、カーボン製ハースロールが使用されるようになってきている。

カーボン製ハースロールについては、例えば特許文献１に開示がある。特許文献１では、被熱処理金属板との摺動部となるカーボンスリーブに、炭化ケイ素を空孔に充填したショア硬度が60〜120となるカーボン材料を用いてカーボンの耐久性の向上を実現したとしている。

また、特許文献２は、高温弱酸化性熱処理炉で使用する黒鉛ロールの気孔中に酸化クロムを存在せしめて耐ロールピックアップ性を向上させることで、カーボン製ハースロール自体の品質向上を図るとしている。

さらに、特許文献３には、耐酸化剤を加えてカーボン製ハースロールの耐久性を延ばすことを可能とする技術が開示されている。

また、特許文献４では、特許文献１〜３の対策によってもカーボン製ハースロールの金属芯体が使用中高温になって内部にカーボンが入り込み、浸炭現象を生じて金属芯体の強度低下やひずみが発生してカーボン製ハースロール自体の耐久性が短くなってしまう欠点の防止を目的として、金属芯体の表面に平均分子量500〜2500のポリカルボシランを焼付ける表面処理を行うことで被膜を形成させ、浸炭を防止する技術が記載されている。
特開平3-255212号公報特公昭47-13165号公報特公昭54-10961号公報特開平11-50136号公報

しかしながら、特許文献４に開示の技術によっても、ポリカルボシランの焼付けにより形成される被膜が多孔質となることは避けられず、金属芯体の表面への浸炭を完全に防止することはできなかった。そのため、カーボン製ハースロールの耐久性が短くなる欠点をある程度は改善できたが、金属芯体の定期的なメンテナンスを不要とするまでには至っていない。

カーボン製ハースロールの金属芯体部分のメンテナンスは、ラインを全て停め、ハースロールを軸受けからはずして行うが、金属芯体自体の重量がかさむので作業自体労力を要し、少しでもメンテナンスが少なくてすむ耐久性に優れたハースロールの開発が望まれるところである。

本発明は、カーボンスリーブを用いた熱処理用ハースロールのカーボンスリーブから金属芯体に炭素が侵入する浸炭現象を防止するものであり、耐用年数を向上させてなる熱処理用ハースロールの提供を目的としている。

本発明は、内部に冷却構造を設け、かつ断熱材で包囲されてなる金属芯体と、さらに該断熱材を包囲してなるカーボンスリーブからなる熱処理用ハースロールであって、前記カーボンスリーブの長さ方向両端部において、前記断熱材とカーボンスリーブとの間にスペーサを介在させることにより、前記断熱材とカーボンスリーブの間に空隙を設けて前記金属芯体の浸炭を抑制したことを特徴とする熱処理用ハースロールによって上記課題を解決した。

また、本発明は、前記断熱材の厚さが0.1mm以上であることを好適とするものである。

本発明により、金属芯体に炭素が侵入する浸炭現象を防止することが可能となり、熱処理用ハースロールの耐用年数を大幅に向上することができた。

浸炭現象は、浸炭される金属芯体の温度が高温になるほど早く進行することが知られている。そこで、本発明者は、まず図３に示すように、金属芯体11の内部に構成される冷却構造14に、冷却媒体導入管14aを介して冷却媒体ｃを流通させ、かつ前記金属芯体11とカーボンスリーブ13の間に断熱材12を充填することにより金属芯体11の温度を低温に保つことを試みた。

しかしながら、冷却媒体での冷却だけでは、金属芯体の変形(曲がり量)は軽減されたものの完全に防止することはできず、さらに浸炭も進行していることがわかった。これは金属芯体の内部では低温となったものの、金属芯体のごく表面においては高温となることが避けられず、また金属芯体、断熱材およびカーボンスリーブが接触しているため、長期間の使用や断熱材の劣化・破損等で局所的に高温となったり、金属芯体の表面では浸炭が進行してしまい金属芯体の強度がばらついたりして金属芯体の変形が進行したものと思われる。

そこで、さらに断熱材とカーボンスリーブとの間に所定の空隙を設けることとした。こうすることで、金属芯体の変形が防止され、浸炭も殆ど生じることがなくなったのである。

本発明の熱処理用ハースロールを図１、図２に基づいて説明する。図中11は鉄芯等に代表される金属芯体である。金属芯体11は、その内部に冷却構造14を有するものであって、冷却媒体ｃが冷却媒体導入管14aを介して流通されている。そして、15は、金属芯体11を包囲するように形成される断熱材である。そして、断熱材15を包囲するようにカーボンスリーブ12を配置するが、その際、本発明では、スペーサ20を介在させ、断熱材15とカーボンスリーブ12の間に所定の空隙ｇを設けることを特徴とする。

なお、空隙ｇを保持する手段としては、スペーサ20の付設に限定するものではなく、断熱材15および／またはカーボンスリーブ12の所要箇所に突起部を設けるようにして空隙を保持してもよいことは言うまでもない。

断熱材の種類としては特に限定しないが、アルミナやシリカ系のセラミックファイバーなどがあげられる。金属芯体11を低温に保持し、かつ浸炭を防止するためには、断熱材15の厚さを0.1mm以上とすることが好ましい。

空隙ｇは、金属芯体を低温としかつ浸炭を防止するために、金属芯体の長さ1000mm当たり1.5mm以上とすることが好ましい。

金属芯体の長さ1000mm当たり1.5mm未満であると、断熱材があったとしても、輻射熱の影響などを避けられず、金属芯体を十分に低温となるようにすることができなくなり、浸炭を有効に防止できないからである。

ここで、冷却媒体ｃは気体、液体いずれでも構わない。気体としては、不活性ガス（Ｎ₂ガスやAr等の希ガス類）を用いることが特に好ましい。というのも、万一、ロール破損が生じて冷却媒体の漏れが生じた場合に、冷却媒体が不活性ガスであればカーボンスリーブの燃焼や熱歪による破損が避けられるからである。また、液体として特に好適には、水をあげることができる。

図1、図２に示した形状および構造からなる熱処理用ハースロールを製作し、この熱処理用ハースロールを炉内平均温度1035℃とした熱処理炉内での冷延鋼帯の熱処理用として実機使用に供した。

製作した熱処理用ハースロールの仕様は、概略以下のとおりである。
(1) 金属芯体：Cr-Ni系合金鋼(例えば)、外径130mm、長さ2800mm
(2) カーボンスリーブ：厚さ30mm×長さ1800mm
なお、内径は、金属芯体の外径＋空隙、外径は、内径＋30mmとした。
(3) 断熱材：ジルコニア（ZrO₂）を金属芯体表面に溶射、厚さは、表１に記載の範囲とする。
(4) 冷却媒体：窒素ガス、流量２Ｎｍ³／Ｈとし、金属芯体入口での温度を30℃とする。なお、比較のため、冷却機能のない、中実の金属芯体も併せて適用した。

以上の熱処理用ハースロールにつき、断熱材の厚さと空隙ｇを幾通りかに変更し、また、一部の金属芯体にポリカルボシラン処理（特許文献４参照）を施した。

以上の各種の熱処理用ハースロールを48ケ月間使用し、その後取り出して金属芯体の変形(曲がり量)、および浸炭層厚さを調査した。結果を表１に示す。

金属芯体の変形は、カーボンスリーブを取り外した後において、図４に示すロール中央部の偏位量を曲がり量ｈ(mm)として測定することで評価した。また、浸炭量は、金属芯体の長さ方向に20cm間隔で10点の測定を行い、炭素濃度が元の芯体より0.5mass％以上高くなっている部分を浸炭層として、最も深くまで浸炭層が形成されている部分の浸炭層厚さを採用して評価した。

表１に示されるように、熱処理用ハースロールを本発明例の構成とすることにより、高温かつ長期間の使用に際しても金属芯体の変形が防止され、浸炭も殆ど生じていないことが明らかである。一方、比較例においては、いずれも金属芯体に変形が認められ、浸炭層が形成されてしまっている。

本発明の熱処理用ハースロールの構造を模式的に示す模式断面図である。本発明の熱処理用ハースロールの軸方向の断面構造を示す模式図である。冷却構造を具備してなる熱処理用ハースロールの軸方向の断面構造を示す模式図である。金属芯体の曲がり量ｈの定義を示す説明図である。

符号の説明

10 熱処理用ハースロール
11 金属芯体
12 カーボンスリーブ
14 冷却構造
14a 冷却媒体導入管
15 断熱材
20 スペーサ
ｃ冷却媒体
ｇ空隙
ｈ曲がり量

Claims

内部に冷却構造を設け、かつ断熱材で包囲されてなる金属芯体と、さらに該断熱材を包囲してなるカーボンスリーブとからなる熱処理用ハースロールであって、
前記カーボンスリーブの長さ方向両端部において、前記断熱材とカーボンスリーブとの間にスペーサを介在させることにより、前記断熱材とカーボンスリーブの間に空隙を設けて前記金属芯体の浸炭を抑制したことを特徴とする熱処理用ハースロール。
前記断熱材の厚さが0.1mm以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱処理用ハースロール。