JP3043917B2 - 耐剥離性、耐摩耗性、耐ビルドアップ性に優れた熱処理炉用ロール - Google Patents

耐剥離性、耐摩耗性、耐ビルドアップ性に優れた熱処理炉用ロール

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JP3043917B2
JP3043917B2 JP5025685A JP2568593A JP3043917B2 JP 3043917 B2 JP3043917 B2 JP 3043917B2 JP 5025685 A JP5025685 A JP 5025685A JP 2568593 A JP2568593 A JP 2568593A JP 3043917 B2 JP3043917 B2 JP 3043917B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は熱処理炉内に配設され、
鋼板を焼鈍し搬送するためのロールであって、特に高温
耐剥離性、高温耐摩耗性及びビルドアップ防止に優れた
熱処理炉用ロール(以下ハースロール)に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】例えば、連続焼鈍炉内に配設されるハー
スロールは600〜1300℃の酸化性または還元性雰
囲気で長時間連続して被熱処理材を焼鈍し、搬送させる
ためにその表面は摩耗を受けたり、また被熱処理材の付
着酸化物や鉄粉が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。
【0003】摩耗やビルドアップによる凹凸がハースロ
ール上に発生すると、被熱処理材である鋼板が搬送され
る間に疵付けられて、品質の低下の原因となっている。
このような鋼板の品質低下を防止するために、定期的に
操業を中断して熱処理炉内を冷却した後、作業者が炉内
に入ってハースロールの表面を研削手入れしたり、ロー
ルそのものを取り替えたりしている。
【0004】このため摩耗やビルドアップを防止するた
め特開昭61−124534号公報のようにロール母材
表面に溶射により形成した結合用金属層を介して、Zr
2及び結合用金属との混合物からなる溶射中間層及
び、ZrO2 の溶射被膜最上層を溶射により形成したロ
ールが提案されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし前記特開昭61
−124534号公報記載のZrO2 単体のみの溶射被
膜は、耐剥離性、耐摩耗性は有するものの、ZrO2
融点が約3000℃と高く緻密に溶射できないため、元
来ZrO2 がビルドアップ源である被熱処理材の鉄粉に
対して反応性が低いにもかかわらず、ビルドアップ源が
被膜に噛み込み耐ビルドアップ性に劣るという欠点があ
る。
【0006】本発明は緻密な溶射被膜を形成することに
より酸化性または還元性雰囲気中に配設されて使用する
に際して優れた高温耐剥離性、高温耐摩耗性とビルドア
ップ防止効果の大きい被覆層をロール表面に形成したハ
ースロールを提供することを目的になされたものであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明はロール
母材表面に原料粉末を溶射により形成した結合用金属層
を介して、原料粉末を溶射により形成した溶射中間層及
び溶射被膜最上層を形成した熱処理炉用ロールにおい
て、溶射被膜最上層の組成は安定化ZrO2 と3Al2
3 ・2SiO2 の割合が体積比で50%:50%から
90%:10%の間にあり、溶射中間層は前記溶射被膜
最上層の組成と前記結合用金属層の組成の割合が体積比
で70%:30%から30%:70%の間にあることを
特徴とする。本発明における安定化ZrO2 はMgO,
CaO,Y2 3 の1種または2種以上を重量%にて5
〜20%含有することを特徴とする。
【0008】以下、本発明について詳細に述べる。ハー
スロールの母材は、耐熱鋳鋼で製造される。この母材に
原料粉末を溶射によりその表面に結合用金属層、安定
化ZrO2 ,3Al2 3 ・2SiO2 及び結合用金属
の混合物からなる溶射中間層、安定化ZrO2 ,3Al
2 3 ・2SiO2 の混合物からなる溶射最上層を成膜
する。
【0009】本発明における安定化ZrO2 はMgO,
CaO,Y2 3 の1種または2種以上を重量%にて5
〜20%含有することにより、温度変化による結晶変態
を防止したものである。添加成分のMgO,CaO,Y
2 3 が5wt%未満ではZrO2 の結晶変態が生じ耐剥
離性が低下する。また、添加成分が20wt%超では被熱
処理材の鉄粉との反応性が上がり、耐ビルドアップ性が
低下する。
【0010】まず、本発明の溶射最上層の組成について
説明する。本発明ではZrO2 単体溶射被膜の欠点を克
服するために安定化ZrO2 に3Al2 3 ・2SiO
2 を添加する。これは安定化ZrO2 に、低融点のセラ
ミックスを添加することで被膜を緻密に形成し、ビルド
アップ源の噛み込みにより発生するビルドアップを防止
するためである。添加するセラミックスとしては低融点
かつビルドアップ源との反応性がZrO2 の次に低い3
Al2 3 ・2SiO2 が適している。
【0011】3Al2 3 ・2SiO2 及び安定化Zr
2 中の3Al2 3 ・2SiO2の割合が10 vol%
よりも少ない場合では、3Al2 3 ・2SiO2 によ
り被膜の気孔を完全に充填することができず3Al2
3 ・2SiO2 の添加によるビルドアップ抑制効果が得
られなかった。また50 vol%よりも多い場合では、被
膜中の3Al2 3 ・2SiO2 成分が多すぎ耐ビルド
アップ性、耐摩耗性が低下することがわかった。このこ
とから3Al2 3 ・2SiO2 量は、全成分の10〜
50 vol%でなければならない。
【0012】次に本発明の溶射中間層の中間層について
説明する。溶射中間層は、溶射最上層と結合用金属層間
の熱膨張係数差を緩和し、耐剥離性を向上させるために
設ける。溶射中間層は前記溶射被膜最上層成分であるセ
ラミックスまたは前記結合用金属層成分である金属が7
0%を超えると熱膨張係数差が緩和できず、溶射被膜最
上層の組成と前記結合用金属層の組成の割合が体積比で
70%:30%から30%:70%の間でなければなら
ない。
【0013】尚、本発明において結合用金属層としては
耐熱鋳鋼及びセラミックスとの密着性があればよく、従
来のNiCr,CoCrAlY,CoNiCrAlY,
NiCrAlYを使用できる。
【0014】本発明の溶射被膜ハースロールは安定化Z
rO2 を主な被膜成分とするためビルドアップ源との反
応性が低く、かつ3Al2 3 ・2SiO2 を添加して
いるため被膜が緻密でビルドアップ源の噛み込みもな
い、すなわち酸化性または還元性雰囲気中に配設されて
使用するに際して優れた高温耐剥離性、高温耐摩耗性と
ビルドアップ防止効果が大きい。
【0015】
【実施例】本発明の溶射被膜ハースロールについて被膜
製造法と共に耐用性試験結果について詳細に説明する。
本発明の溶射被膜ハースロールは粒度10〜44μmの
原料粉末を使用し通常のプラズマ溶射法により製造し
た。耐用性試験は、耐剥離性、耐摩耗性、耐ビルドアッ
プ性試験により行った。このうち耐剥離性、耐摩耗性試
験には50×50×10mmの耐熱鋳鋼基材上に、耐ビル
ドアップ性試験には50×30×5mmの耐熱鋳鋼基材上
に表1の溶射を施したサンプルを使用した。
【0016】
【表1】
【0017】本開発品についてまず耐剥離性試験を行っ
た。耐剥離性試験はサンプルに1000℃15分保持後
水中15分保持の熱衝撃を繰り返した際に被膜が剥離し
た回数を測定することで行った。この結果表2に示すよ
うに本発明溶射被膜は耐剥離性に関しては、比較例に比
べ優れていることが判明した。尚、比較例8,9は溶射
中間層の溶射被膜最上層成分または結合用金属成分が多
すぎるため耐剥離性に劣る結果となった。
【0018】
【表2】
【0019】次に本開発品の高温耐摩耗性を調べるため
に、下記の実験を行った。サンプル表面で温度900
℃、雰囲気N2 −H2 2%中、材質SUJ2のボールを
荷重2kg、摺動速度0.2m/s 、摺動距離720mほど
摺動させ高温耐摩耗性を調査した。この結果表3に示す
ように本開発品は比較例に比べて高温耐摩耗性が優れる
ことがわかった。尚、比較例10は3Al2 3 ・2S
iO2 量が多すぎ耐摩耗性に劣る結果となった。
【0020】
【表3】
【0021】本開発品の耐ビルドアップ性を評価するた
め次の実験を行った。実験に用いた試験装置を図1に示
す。材質がSCH22(25Cr−20Ni−0.4
C)である半径35mmの半月形加圧ロール6を製作し2
枚の各溶射サンプル4,4′上を往復摺動させ、ビルド
アップの発生を再現できるような評価装置を用いた。2
枚の溶射サンプル4,4′はSUS基材に両面溶射した
もの4と、片面溶射したもの4′を用い、半月形加圧ロ
ール6と2枚のサンプル4,4′の間にはビルドアップ
原料5(酸化鉄粉Fe3 4 :真比重5.18:粒度分
布10μm以下)を散布し、トレイ3中に収容する。こ
れらの装置は、つぼ型電気炉2の中に配置され、N2
2 2%の還元雰囲気中で900℃の一定温度で4時間
加圧ロール6を往復運動させ、ビルドアップの発生を起
こさせる。尚図中1は雰囲気ガス導入管、7は加圧ロッ
ド、8は荷重材料、9はカウンターバランス、10はシ
ール板、11は減速機である。図2は、図1中のビルド
アップ原料と溶射被膜部分の配置を拡大したものであ
る。
【0022】以上の再現実験において、図2のごとく、
半月形ロール6と直接接触する面をA面、その裏の面を
B面、そしてB面と向かい合う面Cを面とし、試験後の
ビルドアップ発生状況を表4に示すような耐ビルドアッ
プ性指数を用いて、それぞれの評価点を合計した値で比
較した。また、ビルドアップ源であるFe3 4 の付着
面積率の平均値をもって溶射サンプルの耐ビルドアップ
性を評価した。
【0023】
【表4】
【0024】耐ビルドアップ性試験結果を表5に示す。
本発明溶射被膜は耐ビルドアップ性指数及びFe3 4
粉の付着面積率共に比較例よりも優れており、耐ビルド
アップ性に優れることがわかった。これは3Al2 3
・2SiO2 の添加により被膜が緻密に成膜され、ビル
ドアップ源であるFeが噛み込み難くなったためと考え
られる。
【0025】これに対し比較例7,8,9,11が耐ビ
ルドアップ性に劣るのは、3Al23 ・2SiO2
添加していないまたは添加量が少なく被膜が緻密でない
ためと考えられる。また、比較例10が耐ビルドアップ
性に劣るのは、ZrO2 に比べビルドアップ源のFeと
反応しやすい3Al2 3 ・2SiO2 を多く添加しす
ぎたためと考えられる。
【0026】
【表5】
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のハースロー
ルは耐ビルドアップ性、高温耐剥離性、耐摩耗性、に極
めて優れており、ロール寿命延長に大きく貢献するもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】ビルドアップ試験評価装置及び方法の説明であ
る。
【図2】ビルドアップ試験評価装置及び方法の説明であ
る。
【符号の説明】
4,4′ 溶射サンプル 5 ビルドアップ原料 6 加圧ロール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−314820(JP,A) 特開 昭62−103314(JP,A) 特公 昭63−26183(JP,B2) 特公 平2−30380(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 1/00 115 C21D 9/56 101 C23C 4/10 C23C 28/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロール母材表面に原料粉末を溶射により
    形成した結合用金属層を介して、原料粉末を溶射により
    形成した溶射中間層及び溶射被膜最上層を形成した熱処
    理炉用ロールにおいて、溶射被膜最上層の組成は安定化
    ZrO2 と3Al2 3 ・2SiO2 の割合が体積比で
    50%:50%から90%:10%の間にあり、溶射中
    間層は前記溶射被膜最上層の組成と前記結合用金属層の
    組成の割合が体積比で70%:30%から30%:70
    %の間にあることを特徴とする耐剥離性、耐摩耗性、耐
    ビルドアップ性に優れた熱処理炉用ロール。
  2. 【請求項2】 安定化ZrO2 はMgO,CaO,Y2
    3 の1種または2種以上を重量%にて5〜20%含有
    することを特徴とする請求項1記載の耐剥離性、耐摩耗
    性、耐ビルドアップ性に優れた熱処理炉用ロール。
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