JP2957397B2 - 高熱膨張率硬質酸化物系溶射材料および溶射皮膜をもつハースロール - Google Patents

高熱膨張率硬質酸化物系溶射材料および溶射皮膜をもつハースロール

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JP2957397B2 JP5291850A JP29185093A JP2957397B2 JP 2957397 B2 JP2957397 B2 JP 2957397B2 JP 5291850 A JP5291850 A JP 5291850A JP 29185093 A JP29185093 A JP 29185093A JP 2957397 B2 JP2957397 B2 JP 2957397B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は連続焼鈍炉等の熱処理炉
用ハースロールに使用する溶射材料およびそれを用いて
溶射皮膜を施したハースロールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、熱処理用ハースロールとしては
高温クリープ強度を重視し、耐熱鋳鋼製ロールが用いら
れている。しかし、特に鋼板の連続焼鈍炉内に配設され
るハースロールにあっては高温の酸化性又は還元性の雰
囲気中に長時間連続して使用されるために、その表面は
摩耗を受けたり、逆に鋼板の付着酸化物又は鉄粉がハー
スロール表面に凝着堆積して、いわゆるビルドアップを
形成したりしている。このような摩耗やビルドアップの
発生があると、鋼板はハースロール上を搬送される間
に、その表面が疵付けられて鋼板の品質が低下する原因
となるので、その発生は極力防止されなければならな
い。
【0003】そこで、従来は上記耐熱鋳鋼製ロールにお
けるスケールビルドアップの発生を防止するために、耐
熱鋳鋼製ロールを母材とし、アルミナを母材表面に焼結
せしめたハースロールやアルミナあるいはジルコニアな
どを成分とする溶射材料をもって、母材表面に溶射層を
形成したハースロールや特公昭62−54848号公報
のように、SiO2 を40%以上含み、残部がCo,C
r,Y,Ni,Mo,Al,Zrの熱間耐摩耗性金属な
るサーメット材を溶射皮膜してなるハースロールが知ら
れている。また更には、特公昭60−22047号公報
のように、ZrO2 20〜40重量%、残部Al2 3
よりなる二元系のセラミックス溶着皮膜を有するビルド
アップ防止に優れた熱処理炉内ロールや特公昭63−5
0428号公報のように、酸化ジルコニウムの安定剤5
重量%未満を含みかつ、SiO2換算で少なくとも25
重量%を占める酸化硅素をZrO2 換算の酸化ジルコニ
ウムの合計で85重量%以上を含有する組成からなる溶
射皮膜を形成させた高温熱処理炉用ハースロール並びに
CaO・SiO2 やZrO2 −8wt%Y2 3 なる二
元系の熱遮蔽コーテングが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したアルミナ焼結
によるハースロールにおいては、急激な温度変化によっ
て、アルミナに亀裂を生じ、かけ落ちると言うスポーリ
ング性に問題があり、また、アルミナあるいはジルコニ
アなどを成分とする溶射材料によって溶射層を形成した
ハースロールにおいては、温度変化時においてロール母
材と溶射層との密着性が劣化し、溶射層の剥離をもたら
す。また、Co,Cr,Y,Ni,Mo,Fe等の耐熱
合金に酸化物を含めたサーメットとした場合に耐ビルト
アップ性が充分と言うことが出来ない。一方二元系であ
るZrO2 −Al2 3 やZrO2−SiO2 系につい
ては、いずれも耐熱鋼ロールとの熱膨張差が大きく、そ
のために熱衝撃において剥離を起こすという問題があ
る。また、高熱膨張率セラミックスとしての2CaO・
SiO2 やCaO・SiO2などは皮膜硬度が低く耐摩
耗性に劣るという問題がある。更には、ZrO2 −8w
t%Y2 3 においてもコーテングとして知られている
が、硬度が低いという問題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した問題を解決する
ため、発明者らは鋭意研究を重ねた結果、Al
ZrO系の熱膨張率を改善するためにCeOおよび
の効果を知見し、耐剥離性を改善し、ロールの
耐ビルドアップ性及び耐摩耗性の向上を図る高熱膨張率
硬質酸化物系溶射材料およびそれを用いて溶射皮膜を施
したハースロールを提供することにある。その発明の要
旨とするところは、 (1)高熱膨張率で硬度の高い皮膜をつくるAl
−ZrO−CeO及び/又はYから構成さ
れ、かつAl60wt%以下、CeO35wt
%以下及びY20wt%以下より成る高熱膨張率
硬質酸化物系溶射材料。 (2)高熱膨張率で硬度の高い皮膜をつくるAl
−ZrO−CeO及び/又はYから構成さ
れ、かつAl60wt%以下、CeO35wt
%以下及びY20wt%以下より成る高熱膨張率
硬質酸化物系溶射材料を用いて溶射皮膜を形成させてな
る熱処理用ハースロール。 (3)(1)記載の酸化物系溶射材料を厚さ150μm
以下のボンドコート上に溶射して成る皮膜をもつ熱処理
用ハースロールにある。
【0006】
【作用】以下本発明について詳細に説明する。本発明に
おいてセラミックス成分にAl 2 3 を用いたのはセラ
ミックスの中でも耐蝕性、耐摩耗性に優れ、かつ耐ビル
ドアップ性に優れているからである。しかし、Al2
3 は溶射施工時α型からγ型に変態したものが、800
〜1100℃程度の使用温度域においてα型Al 2 3
にもどるため、Al2 3 単体では体積膨張を伴い剥離
し易く、充分な耐用性を示さない。一方ZrO2 はハー
スロールが配設される高温雰囲気温度にも十分耐えられ
る材料として重要な成分であることからAl2 3 −Z
rO2 が考えられる。しかし、耐熱合金や耐熱鋼ロール
との熱膨張差が大きく、熱衝撃試験を行うと剥離を起こ
す。他方ZrO2 −Y2 3 やZrO2 −CeO2 をも
考えられるが、このいずれも熱膨張率が高いが硬度が低
く、耐摩耗性に劣るために、本発明であるAl2 3
加で硬度を増し、耐摩耗性を良くし、また、組織緻密化
がAl2 3 −ZrO2 の共晶凝固で可能となり、皮膜
のエロージョン特性を改良することが出来る。
【0007】すなわち、基材と皮膜の熱膨張差を少なく
することが熱衝撃による皮膜剥離を無くするための必須
条件であることから、金属に匹敵する熱膨張率をY2
3 添加ないしはCeO2 添加によって得ようとするもの
である。そのためにはY2 3 添加量は20wt%で、
また、CeO2 添加量は35wt%で十分に高い値とな
る。従って、これらの上限はそれぞれ20wt%、35
wt%とする。また、基材への膜厚は50〜250μm
が良好である。このようにZrO2 −Y2 3 系やZr
2 −CeO2 系よりも、本発明の3元系はAl23
−ZrO2 の共晶反応により、組織が微細化し、かつ、
融点も低くなるので、溶射し易くなる。また、Y2 3
やCeO2 は組織安定化材としても働くものである。
【0008】更には、耐ビルドアップ性についても、Z
rO2 系が比較的良好とされて来たが、Al2 3 によ
る組織微細化とY2 3 及びCeO2 の添加により、一
層改善された。すなわち、Y2 3 やCeO2 はFeO
やFe2 3 などの反応性が小さく、ビルドアップ性を
更に改善するものである。それと同時にY2 3 やCe
2 はZrO2 の単斜晶を正方晶、立方晶化し変態をな
くするので、熱膨張差の縮小と相まって熱応力の生成を
防ぐという総合的効果によって良い特性を得ることが出
来るものである。
【0009】更に第2の発明として基材と皮膜との密着
性を良くするために、ボンドコートを下盛りすることに
よって、耐剥離性をより向上させるものである。そのボ
ンドコート材としてはAl2 3 −ZrO2 −CeO2
及び/又はY2 3 から成る酸化物にCo,Ni,C
r,Al,Si,Y,Ta,Nb,Cの2種以上を含む
サーメット材料で、金属材料としては特にMCrAlY
合金、Ni−Cr合金等が有効である。このボンドコー
トの膜厚は150μm以下好ましくは30〜70μm程
度が良い。更にはクロム酸、金属アルコキシドアルコー
ル液等による封孔処理を使用することも可能であり、そ
の場合には封孔後300℃以上で焼成し、安定酸化物化
すると良い。また、溶射法としては特にプラズマ溶射等
が良好である。
【0010】
【実施例】
実施例1 連続焼鈍炉において25%Cr−20%Ni耐熱合金鋼
ロール表面に表1に示す各種セラミックス組成となる被
覆材料を125μm以下の粒度に調整した後プラズマ溶
射装置で溶射皮膜を被覆した場合の各熱膨張率、硬度及
びヒートチェク回数並びに耐ビルドアップ性について示
す。評価としてのビルドアップ試験は発生したビルドア
ップの面積を画像処理の手法を用いて測定した後、ビル
ドアップの面積をロール表面積で除した値をビルドアッ
プの発生比率、単位は%とし、発生面積率の値が低い
程、ビルドアップが発生しにくい溶射皮膜と評価する。
その結果を表1に示すように、耐熱衝撃性を大きくする
ことが出来ると共に、硬度もある程度高くすることが出
来、特に耐ビルドアップ性は顕著に向上することが可能
となった。これに対して比較例1〜4は耐ビルドアップ
性または硬度において劣ることが判る。
【0011】
【表1】
【0012】実施例2 実施例1と同一条件で耐熱合金鋼ロール表面に37wt
%Al2 3 −59wt%ZrO2 −4wt%Y2 3
とCoNiCrAlYから成るサーメット材を50μm
厚さに下地溶射層を施し、引続き37wt%Al2 3
−59wt%ZrO2 −4wt%Y2 3 の100μm
厚溶射皮膜を形成し、研磨仕上げしたロールを連続焼鈍
炉に取付け使用したところ15ケ月経過後にも何等のビ
ルドアップも認められず、被覆層の亀裂や剥離も全くな
く、表1に示す比較例の被覆ロールに比べて、4倍以上
の耐用寿命を得ることが出来た。
【0013】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によってロー
ル基材との熱膨張率差を少なくすることによって、耐剥
離性および耐熱衝撃性を大きく向上させることが出来る
と共に、硬度を高くし、耐摩耗性を向上させることが出
来た。また、高融点ZrO2 の効果によりFeO,Fe
などのビルドアップを極力少なくし、かつ、Y2 3
びCeO2 によるZrO2 部の正方晶化及び立方晶化を
助け、組織安定化を可能とした極めて優れた効果を奏す
るものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広重 宗利 千葉県君津市君津1番地 日鉄ハード株 式会社 君津事業所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 4/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高熱膨張率で硬度の高い皮膜をつくるA
    2 3 −ZrO 2 −CeO2 及び/又はY2 3 から
    構成され、かつAl2 3 60wt%以下、CeO2
    5wt%以下及びY2 3 20wt%以下より成る高熱
    膨張率硬質酸化物系溶射材料。
  2. 【請求項2】 高熱膨張率で硬度の高い皮膜をつくるA
    2 3 −ZrO 2 −CeO2 及び/又はY2 3 から
    構成され、かつAl2 3 60wt%以下、CeO2
    5wt%以下及びY2 3 20wt%以下より成る高熱
    膨張率硬質酸化物系溶射材料を用いて溶射皮膜を形成さ
    せてなる熱処理用ハースロール。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の酸化物系溶射材料を厚さ
    150μm以下のボンドコート上に溶射して成る皮膜を
    もつ熱処理用ハースロール。
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JP6547209B2 (ja) * 2015-07-01 2019-07-24 国立大学法人東北大学 熱遮蔽被膜の製造方法およびボンドコート用粉末
CN113355735B (zh) * 2020-03-06 2023-07-25 内蒙古中环光伏材料有限公司 一种直拉硅单晶用炉盖及其制作方法

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