JP4715105B2 - Hearth roll for heat treatment - Google Patents
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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。 The present invention relates to a heat treatment hearth roll used when conveying a material to be heat treated such as a metal plate in a heat treatment furnace, and in particular, a heat treatment hearth roll using a carbon sleeve (hereinafter also referred to as a carbon hearth roll). Regarding improvement.
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。 When heat-treating various metal plates, various heat treatments are performed by moving the metal plates on a hearth roll laid in a heat treatment furnace. As a hearth roll for this heat treatment furnace, conventionally, for example, a surface of a heat-resistant alloy sprayed with a ceramic material such as aluminum oxide or zinc oxide has been used.
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。 However, with a hearth roll in which a ceramic material is sprayed on the surface of a heat-resistant alloy, the surface of the metal plate is liable to be crushed and scratched during heat treatment such as annealing, which may significantly impair the product value.
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。 Therefore, in recent years, a hearth roll for a metal heat treatment furnace in which a carbon sleeve is fitted to a metal core body excellent in heat resistance and build-up resistance, that is, a carbon hearth roll has been used.
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。 For example, Patent Document 1 discloses a carbon hearth roll. In Patent Document 1, carbon durability is improved by using a carbon material having a Shore hardness of 60 to 120 in which pores are filled with silicon carbide in a carbon sleeve serving as a sliding portion with a metal plate to be heat treated. It is said.
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。 Further, Patent Document 2 intends to improve the quality of the carbon hearth roll itself by improving the roll pick-up resistance by making chromium oxide exist in the pores of the graphite roll used in the high temperature weak oxidation heat treatment furnace. .
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。 Furthermore, Patent Document 3 discloses a technique that enables the durability of a carbon hearth roll to be extended by adding an antioxidant.
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。
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。 However, even with the technique disclosed in Patent Document 4, it is inevitable that the coating formed by baking polycarbosilane is porous, and carburization on the surface of the metal core cannot be completely prevented. It was. Therefore, although the defect that the durability of the carbon hearth roll is shortened can be improved to some extent, the periodic maintenance of the metal core has not been made unnecessary.
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。 Maintenance of the metal core part of the carbon hearth roll is done by stopping the entire line and removing the hearth roll from the bearing. However, the weight of the metal core itself is heavy, so the work itself is laborious and maintenance is little. Development of a hearth roll with excellent durability is desired.
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。 The present invention is to prevent the carburization phenomenon that carbon enters the metal core from the carbon sleeve of the heat treatment hearth roll using the carbon sleeve, and to provide a heat treatment hearth roll having an improved service life. Yes.
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。 The present invention, the provided internal cooling structure, and a metal substrate made is surrounded by a heat insulating material, a heat treatment for hearth rolls consisting of more carbon sleeve made surrounding the heat insulating material, the length of the carbon sleeve A gap is provided between the heat insulating material and the carbon sleeve to suppress carburization of the metal core body by interposing a spacer between the heat insulating material and the carbon sleeve at both ends in the length direction. The above-mentioned problems were solved by a heat treatment hearth roll.
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。
Further, the present invention, the thickness of the heat insulating material is shall be preferably made of it is 0.1mm or more.
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。 According to the present invention, it is possible to prevent the carburizing phenomenon that carbon penetrates into the metal core, and the service life of the heat-treating hearth roll can be greatly improved.
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。
It is known that the carburization phenomenon progresses faster as the temperature of the carburized metal core becomes higher. Therefore, as shown in FIG. 3, the inventor first distributes the cooling medium c through the cooling
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。 However, it was found that the cooling (cooling amount) of the metal core body was reduced only by cooling with a cooling medium, but could not be completely prevented and carburization was also progressing. Although this is a low temperature inside the metal core body, it is inevitable that the metal core body has a high temperature on the very surface, and the metal core body, the heat insulating material and the carbon sleeve are in contact with each other for a long time. Deformation of the metal core has progressed due to local high temperature due to the use of heat, deterioration or breakage of the heat insulating material, or carburization on the surface of the metal core and the strength of the metal core varying. I think that the.
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。 Therefore, a predetermined gap is further provided between the heat insulating material and the carbon sleeve. By doing so, deformation of the metal core was prevented, and carburization hardly occurred.
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。
The hearth roll for heat treatment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, 11 is a metal core represented by an iron core or the like. The
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。
The means for holding the gap g is not limited to the attachment of the
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。
Although it does not specifically limit as a kind of heat insulating material, Alumina, a silica type ceramic fiber, etc. are mention | raise | lifted. In order to keep the
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。 The gap g is preferably 1.5 mm or more per 1000 mm of the length of the metal core in order to make the metal core low in temperature and prevent carburization.
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。 If the length of the metal core is less than 1.5 mm per 1000 mm, even if there is a heat insulating material, the influence of radiant heat cannot be avoided, and the metal core cannot be cooled sufficiently and carburized. This is because it cannot be effectively prevented.
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。 Here, the cooling medium c may be either gas or liquid. As the gas, it is particularly preferable to use an inert gas (a rare gas such as N 2 gas or Ar). This is because in the unlikely event that a roll breakage occurs and the cooling medium leaks, if the cooling medium is an inert gas, the carbon sleeve can be prevented from being damaged due to combustion or thermal strain. Further, water is particularly preferable as the liquid.
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。 A heat-treating hearth roll having the shape and structure shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured, and this heat-treating hearth roll is used as an actual machine for heat treatment of a cold-rolled steel strip in a heat treatment furnace having an average temperature in the furnace of 1035 ° C. It was used for.
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。
The specifications of the manufactured heat treatment hearth roll are as follows.
(1) Metal core: Cr-Ni alloy steel (for example), outer diameter 130mm, length 2800mm
(2) Carbon sleeve: 30mm thick x 1800mm long
The inner diameter was the outer diameter of the metal core + the gap, and the outer diameter was the inner diameter + 30 mm.
(3) Thermal insulation: Zirconia (ZrO 2 ) is sprayed onto the surface of the metal core, and the thickness is within the range shown in Table 1.
(4) Cooling medium: Nitrogen gas, flow rate 2Nm 3 / H, and the temperature at the metal core inlet 30 ° C. For comparison, a solid metal core having no cooling function was also applied.
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。 With respect to the above heat-treating hearth roll, the thickness of the heat insulating material and the gap g were changed in several ways, and a polycarbosilane treatment (see Patent Document 4) was applied to some metal cores.
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。 The above various heat treatment hearth rolls were used for 48 months, and then removed to investigate the deformation (bending amount) of the metal core and the thickness of the carburized layer. The results are shown in Table 1.
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。 The deformation of the metal core was evaluated by measuring the deflection amount at the center of the roll shown in FIG. 4 as the bending amount h (mm) after removing the carbon sleeve. In addition, the carburization amount is measured at 10 points at intervals of 20 cm in the length direction of the metal core, and the part where the carbon concentration is 0.5 mass% or more higher than the original core is the carburized layer to the maximum depth. The carburized layer thickness of the part where the layer was formed was adopted and evaluated.
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。 As shown in Table 1, it is clear that the heat treatment hearth roll has the configuration of the present invention example, so that deformation of the metal core body is prevented even when used at a high temperature for a long period of time, and carburization hardly occurs. is there. On the other hand, in all the comparative examples, deformation is recognized in the metal core, and a carburized layer is formed.
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
10 Hearth roll for heat treatment
11 Metal core
12 carbon sleeve
14 Cooling structure
14a Cooling medium introduction pipe
15 Insulation
20 Spacer c Cooling medium g Air gap h Bending amount
Claims (2)
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。 A hearth roll for heat treatment comprising a metal core body provided with a cooling structure inside and surrounded by a heat insulating material, and a carbon sleeve further surrounding the heat insulating material,
In both longitudinal ends of the carbon sleeve, said by interposing a spacer between the insulation and carbon sleeve, suppress carburization of the metal core is provided a gap between the front Symbol insulation and carbon sleeve Hearth roll for heat treatment characterized by the above.
The hearth roll for heat treatment according to claim 1, wherein the heat insulating material has a thickness of 0.1 mm or more.
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