JPH07268488A - 表面被覆カーボンロールおよびその製造方法 - Google Patents
表面被覆カーボンロールおよびその製造方法Info
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- JPH07268488A JPH07268488A JP8377894A JP8377894A JPH07268488A JP H07268488 A JPH07268488 A JP H07268488A JP 8377894 A JP8377894 A JP 8377894A JP 8377894 A JP8377894 A JP 8377894A JP H07268488 A JPH07268488 A JP H07268488A
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- carbon roll
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ロール表面に不均一な温度分布が生じにく
く、サーマルクラウンの発生を防止でき、かつ耐摩耗性
も有するカーボンロールを製造する。 【構成】 カーボンロールの表面に焼き嵌めまたは溶射
により金属、セラミックスまたはサーメットからなる被
覆層２を形成する。被覆層２の厚みは、金属の場合は１
０〜１５００μｍ、セラミックス、サーメットの場合は
１０〜１０００μｍとする。 【効果】 カーボンの欠点であった耐摩耗性の問題が解
決され、長時間の使用が可能である。また、母材がカー
ボンであるため被加熱材や雰囲気と接触しても温度分布
が生じにくく、かつ熱膨張率も小さいのでサーマルクラ
ウンの発生を抑制できる。
く、サーマルクラウンの発生を防止でき、かつ耐摩耗性
も有するカーボンロールを製造する。 【構成】 カーボンロールの表面に焼き嵌めまたは溶射
により金属、セラミックスまたはサーメットからなる被
覆層２を形成する。被覆層２の厚みは、金属の場合は１
０〜１５００μｍ、セラミックス、サーメットの場合は
１０〜１０００μｍとする。 【効果】 カーボンの欠点であった耐摩耗性の問題が解
決され、長時間の使用が可能である。また、母材がカー
ボンであるため被加熱材や雰囲気と接触しても温度分布
が生じにくく、かつ熱膨張率も小さいのでサーマルクラ
ウンの発生を抑制できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱処理炉の搬送用や、
ロール冷却、あるいは通電加熱に用いられる耐摩耗性カ
ーボンロールおよびその製造方法に関し、特に、高温の
金属材と接触しても温度分布に基づくサーマルクラウン
が発生せず、耐摩耗性に優れる表面被覆カーボンロール
およびその製造方法に関する。
ロール冷却、あるいは通電加熱に用いられる耐摩耗性カ
ーボンロールおよびその製造方法に関し、特に、高温の
金属材と接触しても温度分布に基づくサーマルクラウン
が発生せず、耐摩耗性に優れる表面被覆カーボンロール
およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属の焼鈍、例えば冷延鋼板の連続焼鈍
で使用される炉内のハースロールは、炉の雰囲気温度が
高く接触する鋼板が雰囲気温度より低温の場合、ロール
の中央部は温度が低くロールのエッジの方が高温にな
り、温度分布がつく。この温度分布に応じ、ロールのプ
ロフィールには、熱膨張により中央がへこみエッジが高
い凹型のクラウンを生じる。逆に、炉の雰囲気温度より
高温の鋼板と接触する場合や、加熱された鋼板を冷却す
るために使用される冷却ロール、あるいは通電加熱に使
われる通電ロール、押さえロールなどはロール温度が鋼
板よりも低く、高温の鋼板と接触した部分は高温に熱せ
られるが鋼板と接触しない部分は温度が低くなり、凸型
のクラウンが生じる。このような状態では鋼板にも温度
分布、張力分布がつきやすく、形状が悪化して耳波や絞
りなどが生じやすくなる。また、鋼板の幅が変わった場
合にはロールのプロフィールが変化し、鋼板形状が不安
定になりやすく、ロールのプロフィールが安定するまで
低速で操業しなければならないなどの問題があった。
で使用される炉内のハースロールは、炉の雰囲気温度が
高く接触する鋼板が雰囲気温度より低温の場合、ロール
の中央部は温度が低くロールのエッジの方が高温にな
り、温度分布がつく。この温度分布に応じ、ロールのプ
ロフィールには、熱膨張により中央がへこみエッジが高
い凹型のクラウンを生じる。逆に、炉の雰囲気温度より
高温の鋼板と接触する場合や、加熱された鋼板を冷却す
るために使用される冷却ロール、あるいは通電加熱に使
われる通電ロール、押さえロールなどはロール温度が鋼
板よりも低く、高温の鋼板と接触した部分は高温に熱せ
られるが鋼板と接触しない部分は温度が低くなり、凸型
のクラウンが生じる。このような状態では鋼板にも温度
分布、張力分布がつきやすく、形状が悪化して耳波や絞
りなどが生じやすくなる。また、鋼板の幅が変わった場
合にはロールのプロフィールが変化し、鋼板形状が不安
定になりやすく、ロールのプロフィールが安定するまで
低速で操業しなければならないなどの問題があった。
【０００３】また、通電ロールや押さえロールにクラウ
ンが生じると鋼板への接触圧力が部分的に低下する結
果、鋼板と通電ロールの間でスパークが発生し、鋼板、
通電ロール双方に溶融痕が生じ、製品品質の低下、ロー
ル寿命の低下をもたらすという問題があった。
ンが生じると鋼板への接触圧力が部分的に低下する結
果、鋼板と通電ロールの間でスパークが発生し、鋼板、
通電ロール双方に溶融痕が生じ、製品品質の低下、ロー
ル寿命の低下をもたらすという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、金属材との接
触や雰囲気温度によりロールに温度分布が生じるのを抑
制するとともに、仮に温度分布が生じた場合でも膨張し
ないようなロールとするため、ロール胴部の材質に着目
し、熱拡散しやすく熱膨張しない材質を検討すると、熱
伝導が良く熱膨張しにくいという両方の性質を持ち合わ
せる材質としてカーボンがある。カーボンの中でも押し
出し黒鉛は、結晶化がすすむほど熱伝導率が高くなると
いう性質がある。特に結晶は押し出し方向に配向するた
め、熱伝導はこの方向に特に高く、通常使用される鉄の
２〜３倍の熱伝導率を示す。したがって、押し出し方向
をロール胴長方向にとれば、熱は胴長方向に拡散しやす
くなり、高温の金属と接触しても温度分布はつきにく
い。一方、黒鉛は線膨張係数が小さく鉄の１／２〜１／
１０の伸びしかないので、仮に温度分布がついても熱膨
張量は小さく、プロフィールは変化しにくい。カーボン
材には、他にＣＩＰ成形したものや型込め成形したもの
にも同様の性質を有するものが多い。以下、これらのカ
ーボン材をロール胴長部に使い、金属軸に固定したもの
をカーボンロールという。
触や雰囲気温度によりロールに温度分布が生じるのを抑
制するとともに、仮に温度分布が生じた場合でも膨張し
ないようなロールとするため、ロール胴部の材質に着目
し、熱拡散しやすく熱膨張しない材質を検討すると、熱
伝導が良く熱膨張しにくいという両方の性質を持ち合わ
せる材質としてカーボンがある。カーボンの中でも押し
出し黒鉛は、結晶化がすすむほど熱伝導率が高くなると
いう性質がある。特に結晶は押し出し方向に配向するた
め、熱伝導はこの方向に特に高く、通常使用される鉄の
２〜３倍の熱伝導率を示す。したがって、押し出し方向
をロール胴長方向にとれば、熱は胴長方向に拡散しやす
くなり、高温の金属と接触しても温度分布はつきにく
い。一方、黒鉛は線膨張係数が小さく鉄の１／２〜１／
１０の伸びしかないので、仮に温度分布がついても熱膨
張量は小さく、プロフィールは変化しにくい。カーボン
材には、他にＣＩＰ成形したものや型込め成形したもの
にも同様の性質を有するものが多い。以下、これらのカ
ーボン材をロール胴長部に使い、金属軸に固定したもの
をカーボンロールという。
【０００５】このようなカーボンロールはサーマルクラ
ウン防止には有効な特性を持つが、反面柔らかく、ロー
ルとして使用する場合には耐摩耗性が問題となってく
る。
ウン防止には有効な特性を持つが、反面柔らかく、ロー
ルとして使用する場合には耐摩耗性が問題となってく
る。
【０００６】カーボンの耐摩耗性を向上させるために、
たとえば特開平４−２８０８６５号公報には、カーボン
中に金属繊維および／または金属粉を配合し、さらに金
属線および／または金網を配することが記載されてい
る。しかし、これは主に鉄道用パンタグラフ摺板に利用
することを考慮したものであり、カーボンロールの耐摩
耗性を向上させるには十分ではない。
たとえば特開平４−２８０８６５号公報には、カーボン
中に金属繊維および／または金属粉を配合し、さらに金
属線および／または金網を配することが記載されてい
る。しかし、これは主に鉄道用パンタグラフ摺板に利用
することを考慮したものであり、カーボンロールの耐摩
耗性を向上させるには十分ではない。
【０００７】本発明は、ロール表面に不均一な温度分布
が生じにくく、サーマルクラウンの発生を防止でき、か
つ耐摩耗性も有するカーボンロールおよびその製造方法
を提供することを目的とする。
が生じにくく、サーマルクラウンの発生を防止でき、か
つ耐摩耗性も有するカーボンロールおよびその製造方法
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は以下の〜の
通りである。
通りである。
【０００９】 カーボンロールの表面に金属、セラミ
ックスまたはサーメットからなる被覆層を形成したこと
を特徴とする表面被覆カーボンロール。
ックスまたはサーメットからなる被覆層を形成したこと
を特徴とする表面被覆カーボンロール。
【００１０】 カーボンロールの表面に金属からなる
厚み１０〜１５００μｍの被覆層を形成したことを特徴
とする表面被覆カーボンロール。
厚み１０〜１５００μｍの被覆層を形成したことを特徴
とする表面被覆カーボンロール。
【００１１】 カーボンロールの表面にセラミックス
またはサーメットからなる厚み１０〜１０００μｍの被
覆層を形成したことを特徴とする表面被覆カーボンロー
ル。
またはサーメットからなる厚み１０〜１０００μｍの被
覆層を形成したことを特徴とする表面被覆カーボンロー
ル。
【００１２】 カーボンロールの表面に金属、セラミ
ックスまたはサーメットからなる円筒を焼き嵌めにより
密着させて１０〜１０００μｍの被覆層を形成すること
を特徴とする表面被覆カーボンロールの製造方法。
ックスまたはサーメットからなる円筒を焼き嵌めにより
密着させて１０〜１０００μｍの被覆層を形成すること
を特徴とする表面被覆カーボンロールの製造方法。
【００１３】 カーボンロールの表面に金属、セラミ
ックスまたはサーメットを溶射して１０〜１０００μｍ
の被覆層を形成することを特徴とする表面被覆カーボン
ロールの製造方法。
ックスまたはサーメットを溶射して１０〜１０００μｍ
の被覆層を形成することを特徴とする表面被覆カーボン
ロールの製造方法。
【００１４】
【作用】耐摩耗性を向上させるためには、柔らかいカー
ボンロールの表面に硬質層を形成することが有効であ
る。そこで本発明では、カーボンロールの表面に金属ま
たはセラミックスからなる被覆層を形成することにし
た。つまり、柔らかいカーボンの表面を硬い金属または
セラミックスで被覆して耐摩耗性を改善するのである。
金属としては０．８％Ｃ鋼、ＳＵＳ３０４、鋳鉄、Ｗ等
を用いることができ、セラミックスとしてはＺｒＢ2 、
ＴｉＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＷＣ、ＴｉＣ、ＺｒＯ2等を用い
ることができる。
ボンロールの表面に硬質層を形成することが有効であ
る。そこで本発明では、カーボンロールの表面に金属ま
たはセラミックスからなる被覆層を形成することにし
た。つまり、柔らかいカーボンの表面を硬い金属または
セラミックスで被覆して耐摩耗性を改善するのである。
金属としては０．８％Ｃ鋼、ＳＵＳ３０４、鋳鉄、Ｗ等
を用いることができ、セラミックスとしてはＺｒＢ2 、
ＴｉＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＷＣ、ＴｉＣ、ＺｒＯ2等を用い
ることができる。
【００１５】被覆層が厚くなり過ぎると、被覆材の物性
が顕在化して熱膨張したり、鋼板クラウンに追従しなく
なるので、金属の場合は１５００μｍ以下、セラミック
スの場合は１０００μｍ以下の被覆厚とする。また下限
は、たとえば溶射を行う場合、１パスで１０〜３０μｍ
程度盛られることから、１０μｍを下限とする。
が顕在化して熱膨張したり、鋼板クラウンに追従しなく
なるので、金属の場合は１５００μｍ以下、セラミック
スの場合は１０００μｍ以下の被覆厚とする。また下限
は、たとえば溶射を行う場合、１パスで１０〜３０μｍ
程度盛られることから、１０μｍを下限とする。
【００１６】以上のように、本発明の表面被覆カーボン
ロールは、ロール表面に硬度の高い被覆層を有するの
で、カーボンロールの欠点、すなわち柔らかいため耐摩
耗性が劣る問題点が解決される。そして、高熱伝導性、
低熱膨張率といった性質は母材カーボンが受け持つの
で、ロールの温度分布がつきにくく、温度分布がついた
としても、ロールの温度分布に起因するサーマルクラウ
ンの発生が抑制できる。また、弾性率が低いため容易に
変形しやすく、板クラウンなどにも密着して接触でき
る。このようにして、本発明によりサーマルクラウンが
発生せず、かつ耐摩耗性が優れるカーボンロールが得ら
れる。
ロールは、ロール表面に硬度の高い被覆層を有するの
で、カーボンロールの欠点、すなわち柔らかいため耐摩
耗性が劣る問題点が解決される。そして、高熱伝導性、
低熱膨張率といった性質は母材カーボンが受け持つの
で、ロールの温度分布がつきにくく、温度分布がついた
としても、ロールの温度分布に起因するサーマルクラウ
ンの発生が抑制できる。また、弾性率が低いため容易に
変形しやすく、板クラウンなどにも密着して接触でき
る。このようにして、本発明によりサーマルクラウンが
発生せず、かつ耐摩耗性が優れるカーボンロールが得ら
れる。
【００１７】以上のように、カーボンロールの表面に硬
い被覆層を形成して耐摩耗性を改善することができる
が、カーボンは他の物質と反応しにくいため、密着して
被覆層を形成することは困難である。そこで、本発明で
は、焼き嵌めにより被覆層を形成することにした。焼き
嵌めは、熱膨張率が母材カーボンより大きい金属または
セラミックスの円筒をカーボンロールの使用温度以上に
加熱してからカーボンロールを挿入し、冷却して密着さ
せた後外周を研摩して被覆層を所定厚みとすることによ
り行う。また、被覆層は金属またはセラミックスの粉末
をカーボンロール表面に溶射することにより形成するこ
とも可能である。この場合も、溶射後に研摩して所定厚
に調整すればよい。
い被覆層を形成して耐摩耗性を改善することができる
が、カーボンは他の物質と反応しにくいため、密着して
被覆層を形成することは困難である。そこで、本発明で
は、焼き嵌めにより被覆層を形成することにした。焼き
嵌めは、熱膨張率が母材カーボンより大きい金属または
セラミックスの円筒をカーボンロールの使用温度以上に
加熱してからカーボンロールを挿入し、冷却して密着さ
せた後外周を研摩して被覆層を所定厚みとすることによ
り行う。また、被覆層は金属またはセラミックスの粉末
をカーボンロール表面に溶射することにより形成するこ
とも可能である。この場合も、溶射後に研摩して所定厚
に調整すればよい。
【００１８】
【実施例１】種々の厚みの金属被覆層とセラミックス被
覆層について、抑えロールに要求されるクラウンへの追
従性テストを行った。すなわち、まずＳ４５Ｃ製のロー
ル軸に取り付けたヤング率５００ｋｇ／ｍｍ2 の押し出
し黒鉛からなる径φ３００ｍｍ、胴長３００ｍｍのカー
ボンスリーブ表面に表１に示す材質、厚みの被覆層を形
成した。溶射は、カーボン表面にショットブラストをか
けＲａ５μｍにした後、４００℃に予熱した状態で大気
中でプラズマにて行った。被覆層は、厚み１００μｍ以
下の場合には溶射した後研摩することにより、５００μ
ｍ以上の場合には肉厚３〜５ｍｍの円筒を４００℃で５
０μｍの焼き嵌め代で焼き嵌めした後削りだすことによ
り形成した。そして、このようにして製造した表面被覆
カーボンロールを用い、図１に示すように、５０μｍの
エッジドロップを有する板厚０．３ｍｍのブリキ材４を
定盤５の上に置き、その上に圧力が加わると赤色に変色
する紙であるプレスケール６を被せ、室温で圧下力５ｋ
ｇ／ｍｍで圧下した。圧下後、プレスケール６の変色に
よる圧下確認の結果を表１に併せて示す。
覆層について、抑えロールに要求されるクラウンへの追
従性テストを行った。すなわち、まずＳ４５Ｃ製のロー
ル軸に取り付けたヤング率５００ｋｇ／ｍｍ2 の押し出
し黒鉛からなる径φ３００ｍｍ、胴長３００ｍｍのカー
ボンスリーブ表面に表１に示す材質、厚みの被覆層を形
成した。溶射は、カーボン表面にショットブラストをか
けＲａ５μｍにした後、４００℃に予熱した状態で大気
中でプラズマにて行った。被覆層は、厚み１００μｍ以
下の場合には溶射した後研摩することにより、５００μ
ｍ以上の場合には肉厚３〜５ｍｍの円筒を４００℃で５
０μｍの焼き嵌め代で焼き嵌めした後削りだすことによ
り形成した。そして、このようにして製造した表面被覆
カーボンロールを用い、図１に示すように、５０μｍの
エッジドロップを有する板厚０．３ｍｍのブリキ材４を
定盤５の上に置き、その上に圧力が加わると赤色に変色
する紙であるプレスケール６を被せ、室温で圧下力５ｋ
ｇ／ｍｍで圧下した。圧下後、プレスケール６の変色に
よる圧下確認の結果を表１に併せて示す。
【００１９】
【表１】 注）○：追従性良好、△：追従性やや劣る、×：追従せ
ず、−：製造できず
ず、−：製造できず
【００２０】表１に示すように、金属の被覆層の場合に
は厚み１５００μｍ以下、セラミックスの被覆層の場合
には厚み１０００μｍ以下で追従性が良好であった。な
お、鋳鉄の場合は溶射できないため、厚み１００μｍ以
下の被覆層のロールは製造できなかった。また、１００
μｍ以上の層を設ける場合、溶射により形成できるもの
は溶射によって形成し、溶射では層が形成できないもの
については、円筒状にして焼き嵌め後研摩を行えば容易
に所定厚みの被覆カーボンが得られる。一般に１００μ
ｍ以上の厚みの場合には、焼き嵌めの方が形成しやす
い。またサーメット材は、肉厚の厚い溶射はできなかっ
た。
は厚み１５００μｍ以下、セラミックスの被覆層の場合
には厚み１０００μｍ以下で追従性が良好であった。な
お、鋳鉄の場合は溶射できないため、厚み１００μｍ以
下の被覆層のロールは製造できなかった。また、１００
μｍ以上の層を設ける場合、溶射により形成できるもの
は溶射によって形成し、溶射では層が形成できないもの
については、円筒状にして焼き嵌め後研摩を行えば容易
に所定厚みの被覆カーボンが得られる。一般に１００μ
ｍ以上の厚みの場合には、焼き嵌めの方が形成しやす
い。またサーメット材は、肉厚の厚い溶射はできなかっ
た。
【００２１】
【実施例２】本発明のカーボンロールに形成する被覆層
の耐摩耗性を調べるため、５０×５０×１０ｍｍの押し
出し黒鉛に種々の被覆材を溶射した試験材を製作し、Ｓ
ＵＳ３０４製で接触面が５ｍｍ角のピンを１ｋｇｆ／ｍ
ｍ2 の押し付け圧力で２時間押し付けて摩耗量を測定す
るピンオンディスク摩耗試験を行った。比較のため被覆
無しの各種カーボン材についても同様の試験を行った。
その結果を表２に示す。
の耐摩耗性を調べるため、５０×５０×１０ｍｍの押し
出し黒鉛に種々の被覆材を溶射した試験材を製作し、Ｓ
ＵＳ３０４製で接触面が５ｍｍ角のピンを１ｋｇｆ／ｍ
ｍ2 の押し付け圧力で２時間押し付けて摩耗量を測定す
るピンオンディスク摩耗試験を行った。比較のため被覆
無しの各種カーボン材についても同様の試験を行った。
その結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】 注）−はピンに削られたことを、＋はピンを削ったこと
を示す
を示す
【００２３】表２に示すように、本発明のカーボンロー
ルに形成する被覆層はピンを削ってしまうほど耐摩耗性
に優れていた。
ルに形成する被覆層はピンを削ってしまうほど耐摩耗性
に優れていた。
【００２４】
【発明の効果】本発明の表面被覆カーボンロールは硬質
の被覆層を表面に有するので、カーボンの欠点であった
耐摩耗性の問題が解決され、長時間の使用が可能であ
る。また、母材がカーボンであるため被加熱材や雰囲気
と接触しても温度分布が生じにくく、かつ熱膨張率も小
さいのでサーマルクラウンの発生を抑制できる。
の被覆層を表面に有するので、カーボンの欠点であった
耐摩耗性の問題が解決され、長時間の使用が可能であ
る。また、母材がカーボンであるため被加熱材や雰囲気
と接触しても温度分布が生じにくく、かつ熱膨張率も小
さいのでサーマルクラウンの発生を抑制できる。
【図１】カーボンロールの追従性テストに使用した装置
を示す図である。
を示す図である。
【符号の説明】 １ カーボンスリーブ ２ 被覆層 ３ ロール軸 ４ ブリキ材 ５ 定盤 ６ プレスケール
Claims (5)
- 【請求項１】 カーボンロールの表面に金属、セラミッ
クスまたはサーメットからなる被覆層を形成したことを
特徴とする表面被覆カーボンロール。 - 【請求項２】 カーボンロールの表面に金属からなる厚
み１０〜１５００μｍの被覆層を形成したことを特徴と
する表面被覆カーボンロール。 - 【請求項３】 カーボンロールの表面にセラミックスま
たはサーメットからなる厚み１０〜１０００μｍの被覆
層を形成したことを特徴とする表面被覆カーボンロー
ル。 - 【請求項４】 カーボンロールの表面に金属、セラミッ
クスまたはサーメットからなる円筒を焼き嵌めにより密
着させて１０〜１０００μｍの被覆層を形成することを
特徴とする表面被覆カーボンロールの製造方法。 - 【請求項５】 カーボンロールの表面に金属、セラミッ
クスまたはサーメットを溶射して１０〜１０００μｍの
被覆層を形成することを特徴とする表面被覆カーボンロ
ールの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8377894A JPH07268488A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 表面被覆カーボンロールおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8377894A JPH07268488A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 表面被覆カーボンロールおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07268488A true JPH07268488A (ja) | 1995-10-17 |
Family
ID=13812081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8377894A Pending JPH07268488A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 表面被覆カーボンロールおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07268488A (ja) |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP8377894A patent/JPH07268488A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021008 |