JP2000045037A

JP2000045037A - 熱処理炉用ハースロール

Info

Publication number: JP2000045037A
Application number: JP10322182A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsumoto; 喬松本; Toshiomi Fukuda; 利臣福田; Yuji Takimoto; 裕治瀧本
Original assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Current assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2000-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】耐酸化性、耐摩耗性に優れ、高品質の金属帯
板を長時間安定して連続的に送り続けられるハースロー
ルを提供する。【解決手段】ハースロール胴部の炭素基材の全面の表
層部に均等に分散し、深さ方向に略均一に、深めに炭化
ホウ素ー炭化ケイ素ー炭素複合材を形成させ、耐酸化
性、耐摩耗性を向上させ、且つロール幅方向の温度分布
を均等にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板等の連続熱処
理炉で使用するハースロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板等の連続熱処理炉のハースロールに
は、一般にステンレス材がよく用いられている。一方、
ロール部の温度分布により、凹凸状のクラウンが発生
し、それによる金属帯板の捩じれが問題となっている。
そこで、金属帯板との接触や、雰囲気温度による温度分
布の発生を抑制するために、また、仮に温度分布が生じ
た場合でも、金属に比較して熱膨張しにくい材料である
黒鉛等の炭素材が使用されはじめている。しかしなが
ら、炭素材をハースロールに使用した場合、容易に酸化
消耗し、ロール胴部が凹状や凸状になるクラウン現象
や、鉄との濡れ性の問題から、鋼板から微粒子がその表
面に付着し、ロール胴部表面が凸凹状になり、相手材で
ある金属帯板を傷つける問題などが新たに発生してい
る。

【０００３】このため、炭素材の耐酸化性の向上を図る
ために種々の改善手段が行われている。例えば、特開昭
５７─１６６３８８には炭素材に金属塩溶液を含浸し、
炭素材の気孔を埋めることによる、耐酸化性の向上が確
認、報告されている。また、炭素材単独では従来用いら
れてきたステンレス材に比較し耐摩耗性、耐酸化性に劣
る。そのため、耐摩耗性、サーマルクラウンを防止し、
耐酸化性を向上させるために、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ
Ｋ以上の炭素基材表面に金属やセラミックスを溶射する
技術も特開平８─２６９５８０に報告されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属塩
溶液の含浸処理による方法では、その耐酸化性がハース
ロールとして充分ではなく、また、金属やセラミック溶
射による場合は、これら溶射膜の使用中の剥離や、被覆
材が硬い為に、相手材である金属帯板を傷つけるなどの
問題があり、ハースロールの耐用寿命の満足する延命効
果が得られなかった。

【０００５】そこで、本発明は、耐酸化性、耐摩耗性を
向上させサーマルクラウンが発生しにくく、連続熱処理
中でも膜の剥離等の問題が起こらないハースロールを提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記問題を解決するため
に、本発明者らは、本発明者らによる先の技術である炭
素材の表面に炭化ケイ素を形成させる技術を適用するこ
とにより、前記問題を解決できると考え、種々実験を重
ね、本発明を完成させるに至った。

【０００７】すなわち、本発明の請求項１記載の発明
は、酸化雰囲気中で熱せられた鋼板が走行する熱処理炉
用ハースロールにおいて、ロール胴部が、炭素基材上に
炭化ケイ素ー炭素複合層を形成したものであることを特
徴とする熱処理炉用ハースロールである。

【０００８】請求項２記載の発明は、前記炭化ケイ素ー
炭素複合層の上に３〜５０μｍの厚さの炭化ホウ素ー炭
化ケイ素ー炭素複合層が形成されてなることを特徴とす
る請求項１記載の熱処理炉用ハースロールである。

【０００９】請求項３記載の発明は、前記炭化ケイ素ー
炭素複合層が略均等に分散し、深さ方向に略均一で、厚
さが１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２
記載の熱処理炉用ハースロールである。

【００１０】請求項４記載の発明は、炭化ケイ素ー炭素
複合層が、ケイ素粉末と炭化ホウ素粉末と熱可塑性樹脂
からなるスラリーを、炭素基材表面に塗布し熱処理する
ことにより、炭素基材の表面に炭化ケイ素ー炭素複合層
が形成されてなることを特徴とする熱処理炉用ハースロ
ールである。

【００１１】従来、連続熱処理炉のハースロールとして
はステンレス製ロールを使用するのが一般的であった
が、本発明では、ケイ素粉末と炭化ホウ素粉末と熱可塑
性樹脂からなるスラリーを基材表面に塗布し、該スラリ
ーを気孔内に浸透させ、熱処理することにより炭化ケイ
素を形成させることから、炭素基材表面は、緻密な炭化
ホウ素ー炭化ケイ素ー炭素複合材によって構成されてい
る。従って、金属帯板と接するロール胴部は炭素材特有
の潤滑性を有し、且つ炭化ケイ素、炭化ホウ素の持つ耐
酸化性、耐摩耗性を兼備する。そのため、セラミックス
被覆した場合のときに発生する、相手材を傷つけるなど
の、硬すぎることに起因する不良がなくなる。また、前
記炭素ー炭化ケイ素複合材は表面全体に均質に形成され
ていることから、セラミックスや金属を溶射した場合に
発生する膜の剥離がない。さらに、金属帯板がロールに
巻きつき、接触した場合でも、ロール表面の温度分布は
均一となり、ロール表面の温度分布から来る金属帯板の
捩じれの発生を防ぐことにもなる。そのうえ、炭化ケイ
素層が形成されていることから、金属帯板との濡れ性
は、炭素材単独の場合よりも悪くなり、金属帯板からの
付着物が減少する。

【００１２】本発明で使用される炭素基材の製造には通
常の炭素材の製造方法を用いて行えば良く、用いる炭素
基材としては、押出黒鉛材を含む一般黒鉛材、等方性黒
鉛材等が挙げられる。

【００１３】使用するバインダーとしては、一般に造膜
性が高く、かつ残炭率が低い樹脂を使用し、例えばポリ
アミドイミド、ポリビニルアルコール、ポリアミド樹脂
の内より選ばれたものが特に好ましい。中でもポリビニ
ルアルコール樹脂が更に望ましく、ジメチルアセトアミ
ド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキサイド、
Ｎメチルー２ーピロリドン等の溶媒に溶解させて使用す
る。

【００１４】この溶液に平均粒径が約３０〜２００μｍ
のケイ素粉末と平均粒径が約４〜２０μｍの炭化ホウ素
粉末とを混合分散してスラリーとする。ケイ素粉末と炭
化ホウ素粉末を樹脂で混合する場合、ケイ素粉末９５〜
５０重量％に対して炭化ホウ素粉末が５〜５０重量％が
望ましい。

【００１５】炭化ホウ素粉末が５重量％未満では、炭化
ホウ素粉末の混合による効果が少ないからである。具体
的には、高温下の真空炉内で処理した場合、溶融シリコ
ンが黒鉛の気孔中に完全には浸透せず、冷却後黒鉛の表
面に金属シリコンとなって固着した状態で残ってしま
い、しかもこの固着物は取り除くことが非常に困難とな
るからである。一方、炭化ホウ素粉末を少なくとも５重
量％以上含有させた場合は、溶融シリコンが黒鉛の気孔
中に深くまで浸透し、黒鉛との反応が進み炭化ケイ素化
され、深めの炭化ケイ素層が形成される。即ち、本発明
は炭化ホウ素が有する焼成時における何らかの触媒作用
に着目してなされたものであり、炭化ホウ素粉末を少な
くとも５重量％以上含有させておくことで、初めてかか
る機能を有効に発揮させ、炭化ケイ素層の増深を達成す
ることができる。

【００１６】この場合、黒鉛の表面には金属シリコンと
しての残留物は存在せず、使用した樹脂の炭化物、炭化
ケイ素、炭化ホウ素の成分の残留物が残るが、容易に取
り除くことができるため、特に問題となることはない。
但し、炭化ホウ素粉末が５０重量％を超えると、ケイ化
反応に関与するケイ素の絶対量そのものが少なくなり、
結果的に炭化ケイ素層を実用可能な深さまで形成できな
くなるので望ましくない。

【００１７】前記のように調製されたスラリーをはけ塗
り、手塗り等の適宜な手段で炭素基材の全面に塗布す
る。この後乾燥器で３００〜４００℃で１〜２時間乾燥
することにより、溶媒は揮散し、樹脂は完全に硬化す
る。

【００１８】このようにして得られた材料を、１０Ｔｏ
ｒｒ以下の不活性ガス雰囲気中で高温熱処理する。炉内
温度が約１５５０〜１６００℃に達した後１０〜３０分
間保持する。加熱手段は特に限定されるものではなく、
適当な手段で行えばよい。この操作によって、ケイ素成
分は溶融し、樹脂の炭化層を通って炭素基材の細孔内に
深く侵入し、炭素と反応して炭化ケイ素化する。

【００１９】このようにして、ハースロールの胴部に深
めに炭化ケイ素ー炭素複合層、さらにその表層に炭化ホ
ウ素ー炭化ケイ素ー炭素複合層が形成される。ここで、
最表層に形成される炭化ホウ素ー炭化ケイ素ー炭素複合
層はこのままで使用しても、また、機械加工を行うこと
により表面を削り取ってもかまわない。これら、深めに
炭化ケイ素層を形成させることによりサーマルクラウン
が発生せずに、耐酸化性が向上したハースロールが提供
できる。

【００２０】また、本発明により形成される炭化ホウ素
ー炭化ケイ素ー炭素複合材の最外郭層には炭化ホウ素の
一部が酸化し、酸化ホウ素ガラスが生成され、表面に薄
く形成されていると推測される。この副生成物である酸
化ホウ素ガラスが耐酸化性の向上に寄与していると考え
られる一方、高温での金属帯板の搬送中に金属帯板が固
着する可能性も考えられる。したがって、この固着を防
止するために有効な方法として、炭化ホウ素ー炭化ケイ
素ー炭素複合材の表面に、窒化ホウ素を塗布することが
考えられる。窒化ホウ素は潤滑性に優れ、また、高温安
定性に優れているため、固着を防止するとともに、耐酸
化性の一層の向上が期待できる。

【００２１】以下に実施例を示し、本発明を具体的に説
明する。（実施例１）炭素基材として、嵩密度１．８ｇ／ｃｍ
³ 、平均細孔半径が１．２μｍ、曲げ強度が７８０ｋｇ
／ｃｍ²の等方性黒鉛（東洋炭素( 株）製) を、１２．
５×２０×３２ｍｍの形状に加工した。また、バインダ
ーとしてのポリビニルアルコール樹脂の８％水溶液を分
散媒とした。ケイ素粉末（和光純薬工業製、平均粒度１
５０μｍ）と、炭化ホウ素粉末（共立窯業社製）を重量
比で８０：２０の比率に混合し、分散媒中に混合分散さ
せてスラリーとした。

【００２２】このスラリーを、炭素基材の全面にはけで
塗布した後、乾燥器の中で３００℃、２時間で溶媒を蒸
発させ、さらに３Ｔｏｒｒの窒素ガス雰囲気下、誘導加
熱炉において１６００℃まで４時間で昇温し、３０分間
保持した後、冷却して取り出した。ケイ化部の厚みは３
ｍｍあった。炭化ホウ素を含む最外表層部は１５μｍで
あった。

【００２３】（実施例２）実施例１と同一の黒鉛基材を
同形状に加工後、同一の手法により基材表層部に炭化ホ
ウ素ー炭化ケイ素ー炭素複合層を形成させ、炭化ホウ素
を含む最外表層部を機械加工により削り取り、炭化ケイ
素─炭素複合層のみが形成された試料を作製し、比較試
験用試料とした。

【００２４】（比較例１）実施例１と同一の黒鉛基材を
同形状に加工し、比較試験用試料とした。

【００２５】前記実施例１、２及び比較例１の試料につ
いて、酸化雰囲気中で温度１０００℃の加熱炉にいれ、
１時間酸化消耗試験を行い、各試料の耐酸化性を調べ
た。

【００２６】表１に酸化消耗試験の結果を示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１から、本発明による炭化ホウ素ー炭化
ケイ素ー炭素複合材は、非常に優れた耐酸化性を示して
いることが分かる。

【００２９】図１に本発明による炭化ホウ素ー炭化ケイ
素ー炭素複合材の表面分析図を示す。面分析は、先ず、
前処理に試料の炭化ケイ素化処理部分をメチルメタクリ
レートに埋め込み、表面を研摩加工し、走査型電子顕微
鏡（ＥＭＡＸ−２７００）で行った。図中の白い部分は
炭化ケイ素質の部分、斜線部分は炭素質の部分である。
これより炭化ケイ素の占有率は約３５％であり、略均等
に分散していることが分かる。

【００３０】

【発明の効果】炭素材の表面が炭化ケイ素ー炭素複合材
で構成されているため、炭素材の特性である自己潤滑性
を有しつつ、炭化ケイ素の持つ耐酸化性、耐摩耗性を兼
備し、また、炭化ケイ素が略均等に分散しているため、
ロール幅方向の温度分布が均等となり、サーマルクラウ
ンの発生が抑制され、ハースロールとしての耐用寿命の
延命効果が得られる。さらに、最外表層部に炭化ホウ素
ー炭化ケイ素ー炭素複合層を残した場合には、さらなる
耐酸化性の向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】表面面分析による表面の炭化ケイ素の占有率を
示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化雰囲気中で熱せられた鋼板が走行す
る熱処理炉用ハースロールにおいて、ロール胴部が炭素
基材上に炭化ケイ素ー炭素複合層を形成したものである
ことを特徴とする熱処理炉用ハースロール。
【請求項２】前記炭化ケイ素ー炭素複合層の上に３〜
５０μｍの厚さの炭化ホウ素ー炭化ケイ素ー炭素複合層
が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の熱処
理炉用ハースロール。
【請求項３】前記炭化ケイ素ー炭素複合層が略均等に
分散し、深さ方向に略均一で、厚さが１〜５ｍｍである
ことを特徴とする請求項１又は２記載の熱処理炉用ハー
スロール。
【請求項４】炭化ケイ素ー炭素複合層が、ケイ素粉末
と炭化ホウ素粉末と熱可塑性樹脂からなるスラリーを、
炭素基材表面に塗布し熱処理することにより、炭素基材
の表面に炭化ケイ素ー炭素複合層が形成されてなること
を特徴とする熱処理炉用ハースロール。