JPH08157941A - 熱処理炉内搬送用ロール - Google Patents

熱処理炉内搬送用ロール

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JPH08157941A
JPH08157941A JP6301235A JP30123594A JPH08157941A JP H08157941 A JPH08157941 A JP H08157941A JP 6301235 A JP6301235 A JP 6301235A JP 30123594 A JP30123594 A JP 30123594A JP H08157941 A JPH08157941 A JP H08157941A
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JP
Japan
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roll
resistance
heat treatment
coating
oxide
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JP6301235A
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Inventor
Masashi Takaso
正志 高祖
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】熱処理炉内搬送用ロールを提供する。 【構成】表面に内層と外層とからなる二層皮膜を形成し
た熱処理炉内搬送用ロールであって、内層は溶射により
形成した珪化Cr皮膜、外層は溶射層表面の酸化Crと酸化
Siとからなる複合皮膜であるロール。 【効果】溶射皮膜の耐ビルドアップ性、耐剥離性及び耐
摩耗性の向上が得られ、ロールの寿命延長を達成するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、連続式熱処理炉内に配
設され、鋼板、鋼管等を搬送するハースロールに関す
る。
【0002】
【従来の技術】連続式熱処理炉のハースロールには、高
温でのクリープ強度に優れた高Cr−Ni系の耐熱鋼鋳
鋼品JIS G 5122(SCH22)等の材質が用いられる。
しかし、搬送時、被熱処理材の酸化スケールがロール表
面に凝着、堆積する、いわゆるビルドアップ現象が発生
し、被熱処理材表面の押し込み疵の原因となる。
【0003】そこで、ロール表面に耐ビルドアップ性に
優れた材料を溶射コーティングすることが行われ、特
に、酸化物セラミックスが耐ビルドアップ性に優れた材
料とされる。例えば、以下の例がある。
【0004】溶射材料として、特公昭52−13769
号公報にはCaZrO3 、特公昭60−22047号公
報にはZrO2 20〜40Wt%−残部Al2 3 、およ
びZrO2 20〜40Wt%−TiO2 <15Wt%−残部
Al2 3 が示されている。
【0005】酸化物以外のセラミック材料では、低融点
の珪化物(ZrSi2)を酸化物(ZrO2)に添加して緻
密化し、耐剥離性、耐摩擦性を向上した例および炭化物
や窒化物を用いた例がある。例えば、特開平6−657
08号公報には、ZrSi210〜70 vol%−残部M
gO等を含有するZrO2 溶射材料、特開平6−657
09号公報には、表面に耐酸化コーティングしたZr
N、ZrC粉による溶射皮膜が示されている。
【0006】珪化物の溶射については、発熱体への応用
を想定した検討例がある(溶接学会全国大会講演概要、
第49集、1991.9、P. 266〜267 参照)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】現在、ハースロールの
溶射に用いられる酸化物セラミックスは被熱処理材の酸
化スケールと反応せず、ビルドアップの防止に有効であ
る。しかし、溶射層には気孔、割れなどの欠陥が存在
し、それらは表面欠陥にもなるので、被熱処理材の酸化
スケールが表面欠陥を起点に溶射層と機械的に結合し、
ビルドアップする場合がある。このようなビルドアップ
を防止するには表面欠陥のない酸化物セラミック材の被
覆が必要である。さらに、溶射層の表面に気孔、割れが
存在すると、熱応力または摩擦により皮膜が剥離、脱落
し易く、耐剥離性および耐摩耗性の点からも、皮膜の欠
陥防止すなわち緻密化が必要である。
【0008】本発明の目的は、上記の課題を解決し、溶
射皮膜の耐ビルドアップ性、耐剥離性および耐磨耗性な
どの性能が向上した熱処理炉内搬送用ロールを提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の熱
処理炉内搬送用ロールにある。
【0010】ロール母材表面に内層と外層とからなる二
層皮膜を形成した熱処理炉内搬送用ロールであって、内
層は溶射により形成した珪化クロム(CrSi2)皮膜、
外層は溶射層表面の酸化クロム(Cr2 3)と酸化珪素
(SiO2)とからなる複合皮膜であることを特徴とする
熱処理炉内搬送用ロール。
【0011】本発明者は、ロール母材表面のCrSi2
溶射皮膜は耐剥離性に優れ、さらに熱処理により、この
皮膜表面に酸化皮膜を形成させると、緻密性、耐剥離性
および耐磨耗性が向上するとともに、耐ビルドアップ性
にも優れるという新知見を得た。
【0012】本発明ロールは、下記〜の特徴を有す
る。
【0013】まず、CrSi2 を溶射し、内層皮膜を
形成する。
【0014】溶射後、少量のO2 または水蒸気を含む
酸化性雰囲気で熱処理し、内層皮膜の表面を酸化させる
とともに、焼結作用により緻密なCr2 3 およびSi
2からなる外層複合皮膜を形成させ、耐ビルドアップ
性を確保する。
【0015】緻密化した外層複合皮膜により、耐剥離
性および耐摩耗性を向上させる。
【0016】
【作用】ロール母材は前述のSCH22などの通常の材
質を用いることができる。この母材表面の内層となる溶
射皮膜を珪化クロム(CrSi2)に限定した理由は次の
とおりである。
【0017】耐ビルドアップ性に優れた溶射材料として
は酸化物セラミックスがあり、主に、Al2 3 、Ca
O、Cr2 3 、MgO、SiO2 、TiO2 、Y2
3 、ZrO2 が単独または複合で用いられる。酸化物セ
ラミックスは高温で安定であり、被熱処理材の酸化スケ
ールと接触しても反応、凝着しにくい。特にZrO2
CaO、MgO、Y2 3 を添加した安定化ジルコニア
が耐剥離性に優れ、十分な耐摩耗性を有するので、安定
化ジルコニアを主体にした材料がよく用いられる。
【0018】しかし、溶射した酸化物セラミックスには
気孔、割れの欠陥が存在し、それらが表面に露出した表
面欠陥を起点に、被熱処理材の酸化スケールが溶射層と
機械的に結合し、ビルドアップする場合がある。さら
に、上記欠陥の存在に加えて、母材表面と溶射粒子およ
び溶射粒子同士の結合が弱く、熱サイクルを受けると母
材との熱膨張率差により熱応力が発生し、皮膜が剥離し
易い。また、摩耗を受けると溶射粒子が脱落し易い。
【0019】ハースロールに適用する溶射としては、欠
陥のない緻密な皮膜が得られ、母材表面と溶射粒子及び
溶射粒子同士の結合が強いことが望まれる。しかし、酸
化物セラミックスでは限界があり、酸化物以外のセラミ
ックスとして、比較的融点が低く緻密化し易い珪化物の
適用が考えられる。
【0020】珪化物の溶射材料としてはMoSi2 (融
点:2020℃)が知られる。MoSi2 は酸化雰囲気
でMoO3 とSiO2 を生成するが、MoO3 は高温で
昇華し、緻密なSiO2 を残す。SiO2 の皮膜にクラ
ックが生じても、内部で同様に酸化し、皮膜は修復され
る。この自己再生性がMoO3 が耐酸化性に優れる理由
であり、抵抗発熱体に適用されている(参考文献:「熱
プラズマの基礎と新しい利用プロセス」日本鉄鋼協会基
礎研究会、熱プラズマ研究部会、1993.4.10 、P. 372〜
385 )。
【0021】他の珪化物としてはZrSi2 等がある
が、MoSi2 のように昇華性の酸化物は生成せず、Z
rSi2 ではZrO2 とSiO2 の複合酸化物が生ず
る。また、ZrSi2 は低融点(融点:1520℃)で
緻密な溶射皮膜となる。
【0022】これらに対し、CrSi2 は低融点(融
点:1475℃)であり、さらに緻密な溶射皮膜を形成
させることができる。
【0023】内層溶射皮膜としてCrSi2 の厚さの望
ましい範囲は30〜150μmである。
【0024】上記溶射後、外層複合皮膜を形成させるた
めに加熱し、熱処理を施す。すなわち、加熱すると、C
rSi2 の内層溶射皮膜は焼結により更に緻密化すると
ともに、母材との界面において密着化が進み、耐剥離
性、耐摩耗性に優れる皮膜となる。
【0025】このとき適性な酸化雰囲気で加熱すると、
CrSi2 溶射皮膜の表面にCr23 とSiO2 とか
らなる複合酸化物の外層皮膜が生じる。これは、溶射コ
ーティングによるものではなく表面酸化で得られたもの
であるため、緻密でかつ割れの発生に対し自己再生性を
有する皮膜である。このため、被熱処理材の酸化スケー
ルと接触しても反応、凝着せず、更に、表面欠陥を起点
とした機械的結合も防止され、優れた耐ビルドアップ性
が付与される。そして、この複合酸化物の外層皮膜は硬
質で耐摩耗性に優れる。
【0026】複合酸化物からなる外層皮膜の厚さの望ま
しい範囲は0.5〜5μm程度である。
【0027】本発明ロールは、次のような製造方法によ
り得ることができる。
【0028】CrSi2 皮膜の溶射には、通常のプラズ
マ溶射法などを用いることでよい。
【0029】CrSi2 は前述のように低融点であり、
プラズマ溶射する上で特に問題はないが、緻密な溶射皮
膜を得るためには粉末粒径が小さい方が望ましく、Cr
Si2の粒径は10〜30μmの範囲が適する。
【0030】CrSi2 溶射皮膜の表面を酸化、焼結さ
せて緻密化するには、少量の酸素ガスあるいは水蒸気を
含んだ雰囲気で加熱する。このときの望ましい雰囲気お
よび温度条件は、以下のとおりである。
【0031】雰囲気は真空雰囲気とし、圧力範囲は1×
10-1〜10Torrに調整する。雰囲気圧力が10Torrを
超えると異常酸化し、緻密な皮膜が得られない。一方、
1×10-1Torr未満では、酸化が不十分で均一な皮膜が
生じない。
【0032】ガス雰囲気は、水素ガス(H2)を2vol %
以上含み、残りを窒素ガス(N2)とし、露点は−40〜
10℃に調整する。水素ガスが2vol %未満で露点が1
0℃を超えると異常酸化し、緻密な皮膜が得られない。
すなわち、異常酸化すると表面が凹凸化し、被熱処理材
の酸化スケールが機械的に結合するので耐ビルドアップ
性が劣化する。一方、露点が−40℃未満では酸化が不
十分で、均一な皮膜が生じず、CrSi2 と被熱処理材
の酸化スケールが接触して反応することになるので、耐
ビルドアップ性が劣化する。
【0033】加熱温度範囲は500〜1100℃が望ま
しい。500℃未満では酸化、焼結が不十分で、均一な
皮膜ができず、かつ緻密化が進まない。一方、1100
℃を超えると異常酸化する。
【0034】
【実施例】SCH22(0.4 %C−1%Si−1%Mn
−20%Ni−25%Cr)の鋳鋼品(厚さ10mm、幅50m
m、長さ50mm)の表面(50mm×50mm)にCrSi
2を厚さ100μm溶射した。溶射法はプラズマ溶射法
を用い、溶射後、表1に示すように雰囲気条件および加
熱温度を変化させて熱処理した。その他の溶射条件は表
2に示すとおりとした。
【0035】
【表1】
【0036】
【表2】
【0037】このようにして得られた皮膜について、耐
ビルドアップ性を評価した。耐ビルドアップ性の評価
は、酸化鉄(Fe2 3)の粉末を皮膜上に散布し、11
00℃に28日間、大気中で加熱した後、粉末の付着状
況を目視により調査した。これらの結果を表1に併せて
示す。
【0038】表1から明らかなように、本発明の条件を
満たす皮膜では、酸化鉄粉末の付着は認められず、耐ビ
ルドアップ性に優れている。
【0039】さらに条件No.5について、溶射後の加熱温
度を300〜1300℃の範囲で変化させ、得られた皮
膜の耐ビルドアップ性および緻密化程度を評価した。緻
密化程度の評価は、JIS Z 2244ビッカース硬さ(Hv)
試験方法(試験荷重は0.3 kgf)により溶射皮膜の硬さを
測定する方法で行った。結果を表3に示す。
【0040】
【表3】
【0041】表3に示すように、加熱温度が500℃以
上でHv≧600が得られ、これ以上加熱温度を上げて
も顕著には外層の複合皮膜硬さは向上しない。500℃
以上で焼結はほぼ完了し、1100℃を超えると異常酸
化することがわかる。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、ハースロール溶射皮膜
の耐ビルドアップ性、耐剥離性および耐摩耗性の向上が
得られ、ロールの寿命延長を達成することができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ロール母材表面に内層と外層とからなる二
    層皮膜を形成した熱処理炉内搬送用ロールであって、内
    層は溶射により形成した珪化クロム(CrSi2)皮膜、
    外層は溶射層表面の酸化クロム(Cr2 3)と酸化珪素
    (SiO2)とからなる複合皮膜であることを特徴とする
    熱処理炉内搬送用ロール。
JP6301235A 1994-12-06 1994-12-06 熱処理炉内搬送用ロール Pending JPH08157941A (ja)

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JP6301235A JPH08157941A (ja) 1994-12-06 1994-12-06 熱処理炉内搬送用ロール

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