JPH07277827A - 耐摩耗性カーボンロールの製造方法 - Google Patents

耐摩耗性カーボンロールの製造方法

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JPH07277827A
JPH07277827A JP6093876A JP9387694A JPH07277827A JP H07277827 A JPH07277827 A JP H07277827A JP 6093876 A JP6093876 A JP 6093876A JP 9387694 A JP9387694 A JP 9387694A JP H07277827 A JPH07277827 A JP H07277827A
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JP
Japan
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roll
carbon
carbide
metal
thermal
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Withdrawn
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JP6093876A
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English (en)
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Yoshiaki Hirota
芳明 広田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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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】 炭化物形成金属またはその金属化合物をカー
ボンロールの原料に配合し、円筒状に成型・焼成する。
その後、この円筒状焼成体をロール胴部としてロール軸
に固定してカーボンロールとする。 【効果】 硬質の金属炭化物がロールカーボン中に分散
しているので耐磨耗性に優れ、耐熱衝撃性も優れるので
長時間安定使用が可能である。さらに、母材がカーボン
であるためロールに温度分布が生じにくく、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。ま
た、金属炭化物、カーボンとも融点が高く、スパークし
にくいため、安定して通電できる。

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、耐摩耗性に優れるカーボンロールの製造方法に関す
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。
【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。
【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。
【0005】このようにカーボン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。
【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、熱膨張率は金属とほぼ
等しく、熱間で使用する場合、サーマルクラウンを抑制
できないとともに、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。
【0009】 炭化物形成金属またはその金属化合物
をカーボンロールの原料に配合し、円筒状に成型・焼成
してロール胴部とすることを特徴とする耐摩耗性カーボ
ンロールの製造方法。
【0010】 前記炭化物形成金属がW、Ti、C
r、Zr、Mo、Si、Ta、V、Nbのいずれかまた
はこれらの組合せである前記の耐摩耗性カーボンロー
ルの製造方法。
【0011】 前記炭化物形成金属またはその金属化
合物をロール表面部分に重点的に配合する前記または
の耐摩耗性カーボンロールの製造方法。
【0012】 前記金属化合物が金属炭化物である前
記〜のいずれかの耐摩耗性カーボンロールの製造方
法。
【0013】
【作用】カーボンロールの耐摩耗性を向上させるため、
本発明では硬度が非常に高くカーボンとなじみが良い金
属または炭化物をカーボンロールに分散させる。そし
て、金属または炭化物を分散させる方法として、カーボ
ン原料、バインダー等からなるカーボンロールの原料に
炭化物形成金属またはその金属化合物を配合してからミ
キサーにて粉体状にして混合し、成型・焼成する方法を
採用する。カーボン原料としては、生コークス、ニドル
コークス、バインダーピッチなどを使用することができ
る。
【0014】炭化物は硬度が極めて高く、加工が困難で
あるから、成型・焼成前のカーボンロールの原料に配合
することにし、その後ロール胴部に適した円筒状に成型
してから焼成する。
【0015】炭化物形成金属を原料中に配合して焼成す
ることにより、カーボンの焼成と同時に炭化物形成金属
が原料中のカーボンにより炭化されて金属炭化物が形成
される。そして、ロール胴部の焼成完了時には、焼成カ
ーボン中に金属炭化物が分散した円筒状のロール胴部が
得られる。
【0016】炭化物形成金属の代わりに、炭化物形成金
属の化合物を配合することも可能であり、この金属化合
物には金属炭化物も含まれる。たとえば、TiO2 やC
23 、SiO2 などの酸化物や、WC、TiC、C
3 2 、ZrC、MoC、SiC、TaC、VC、N
bCなどの炭化物である。すなわち、金属炭化物を配合
する場合には、その金属炭化物が原料中に分散された状
態でカーボンが焼成される。炭化物以外の金属化合物、
例えば酸化物等の場合は、焼成過程で金属と化合してい
る酸素等の元素が離脱し、残った金属が炭化して炭化物
が形成される。
【0017】炭化物形成金属またはその金属化合物の配
合量はカーボンロールに要求される耐摩耗性を考慮して
決めれば良く、最大では全体を炭化物とすることも可能
である。また、耐摩耗性はロールの表面について要求さ
れるので、高価な金属炭化物形成金属をロールの表面部
分に重点的に配合することが好ましい。
【0018】円筒状の焼成体はロール胴部として焼き嵌
め、冷し嵌め、あるいは側面に穴を開けてボルトで固定
するなどによりロール軸に固定してカーボンロールとす
る。
【0019】以上のようにして焼成したカーボン中には
金属炭化物が分散しており、ロールの耐摩耗性はこの金
属炭化物が受け持つため、極めて耐摩耗性に優れる。ま
た、金属炭化物をロール表面に溶射した場合は熱衝撃に
よるロール表面の剥離が問題となるが、本発明法で製造
したカーボンロールは金属炭化物が焼成カーボン中に分
散しており、金属炭化物はカーボンとなじみが良いので
熱衝撃に対して非常に強く、加熱後油中に投下する試験
でもロール表面が剥離することは無かった。さらに、ロ
ールの温度分布に起因するサーマルクラウンの発生とい
う問題は、熱伝導が良く熱膨張しにくいという母材カー
ボンの特性により解決することができる。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。
【0020】
【実施例1】ロッキングミキサーを用いてカーボン原料
中(生コークス、平均粒径15μm、バインダーレス)
に10〜50μmのWCを30wt%配合し、鉄芯を入
れたゴムラバー中に充填して1t/cm2 で円筒状に成
型した。この成型体をリードハンマー炉に入れ、900
℃で30日間加熱した後、2650℃で10日間黒鉛化
させてから取り出した。
【0021】取り出した焼成体は外径240mm、内径
220mm、長さ200mmの円筒状であり、その内外
周を研摩した後500℃に加熱し、軸径150mm、長
さ800mmで中央に径221mm、長さ200mmの
黒鉛スリーブを有するロール軸の黒鉛スリーブに焼き嵌
めしてロール胴部とし、外周を研摩してカーボンロール
を製造した。
【0022】このようにして製造したカーボンロールに
ついて、摩耗試験を行った。すなわち、500℃、窒素
中において3kg/mmの圧下力で鋳鉄製ロールと接触
転動させ、接触距離1000kmにおけるカーボンロー
ルの摩耗深さを測定した。その結果を比較例とともに表
1に示す。
【0023】
【実施例2】生コークス(平均粒径15μm、バインダ
ーレス)にTiO2 (平均粒径45μm)を30wt%
配合し、実施例1と同じ条件で熱処理を行い、炉から取
り出した後ロールに成形した。実施例1と同様に500
℃、N2 雰囲気中で摩耗試験を行ったところ、表1に示
す様に摩耗深さは3μmであり、比較例1、2と比べ大
幅な耐摩耗性向上が図られた。尚、摩耗試験後供試ロー
ルの組織を分析したところ、TiCとCの混合物層であ
った。
【0024】
【表1】
【0025】表1から明らかなように、本発明法により
製造したカーボンロールは比較例のカーボンロールに対
して摩耗量が格段に減少していた。尚、実施例ではカー
ボン原料として生コークスを用いたが、ニードルコーク
スやバイダーピッチなどを使った場合でも同様の結果で
あった。
【0026】
【発明の効果】本発明法により製造した耐摩耗性カーボ
ンロールは硬質の金属炭化物がカーボン中に分散してい
るのでカーボンの欠点であった摩耗の問題が解決され、
耐熱衝撃性も非常に優れているので長時間安定して使用
が可能である。さらに、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。また、金属炭化物、カーボンとも融点が高く、ス
パークがしにくいため安定して通電ができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化物形成金属またはその金属化合物を
    カーボンロールの原料に配合し、円筒状に成型・焼成し
    てロール胴部とすることを特徴とする耐摩耗性カーボン
    ロールの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記炭化物形成金属がW、Ti、Cr、
    Zr、Mo、Si、Ta、V、Nbのいずれかまたはこ
    れらの組合せである請求項1記載の耐摩耗性カーボンロ
    ールの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記炭化物形成金属またはその金属化合
    物をロール表面部分に重点的に配合する請求項1または
    2記載の耐摩耗性カーボンロールの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記金属化合物が金属炭化物である請求
    項1〜3のいずれか記載の耐摩耗性カーボンロールの製
    造方法。
JP6093876A 1994-04-08 1994-04-08 耐摩耗性カーボンロールの製造方法 Withdrawn JPH07277827A (ja)

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JPH07277827A true JPH07277827A (ja) 1995-10-24

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006232660A (ja) * 2005-01-25 2006-09-07 Jfe Steel Kk ハースロール用カーボン材料、ハースロール及びハースロールの使用方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20010703