JPS6033364A - 熱処理炉用ハ−スロ−ル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温の炉内で熱処理物を搬送するために設け
られるハースロール及びその製造方法に関する。

従来、高温で熱処理を行なう炉内、たとえば亜鉛メッキ
等のメッキ工程における前処理としての焼鈍加熱処理を
行なう酸化炉や還元炉内に、熱処理物、たとえば鋼材等
の被メツキ部材を搬送するために設けられるハースロー
ルにあっては、その表面に熱処理物からのスケール（酸
化物（）が付着し、これが堆積するビルドアップと呼ば
れる現象が発生していた。このビルドアップ現象のため
に、熱処理物に押疵が生じてその商品価値が低下しπね
、欠陥品として商品化が不可能になってしまうものであ
る。したがって、従来がらとのビルドアップ現象を防止
するために、ハースロールについて種々の加工処理が施
こされているが、未だ十分な効果が得られておらず、ビ
ルドアップ現象全解消したハースロールの開発が要望さ
れている。

本発明はこの要望に応えるためになされたもので、その
目的は、ビルドアップ現象の原因となるスケールの付着
がないことはもちろん、熱処理炉用としての他の条件に
も適したハースロールを提供するところにある。

熱処理炉内において使用されるハースロールの材質とし
ては、炉内の作動温度における酸化性または弱還元性雰
囲気において、第１に、スケールとの親和性が少なく、
スケールの付着が極力少ないこと、第２に、分解、酸化
、還元反応が進行せず、安定していること、第３に、銅
相等の熱処理物との摩擦による摩耗を少なくするため高
温硬度が高いこと、第４に、作動温度範囲内での加熱冷
却による熱衝撃に耐え得る高温強度と耐熱衝撃性を有す
ること、の各条件を満足することが要求される。そして
、これら各条件を満足する物質としては、高融点の金属
炭化物があり、入手容易性や価格性等を総合した実用化
可能性を考慮して、本発明者らは、炭化クロム（Ｃｒ３
Ｃ２）　と炭化チタン（ＴｉＣ）が好適だと考えた。

ところで、前記金属炭化物をノ・−スロールに用いる場
合、工業的には粉末として生産されるために、前記金属
炭化物単体を成形体として加工することは困難である。

したがって、成形加工を容易にするために、他の物質と
の複合体として用いる必要があり、たとえば、超硬工具
において行なわれている炭化タングステン＋ＷＣ）粉末
にノくインダーとしてコバルト（ＣＯ）を複合化させて
プレス成型、焼結加工するような方式を採用する必要が
ある。この際、炭素粒子のバインダーの役割を果たす物
質としては、炉内の作動温度に計ける酸化性外たは弱還
元性雰囲気において、第１に、高温酸化に耐え得ること
、第２に、炭素粒子のノ（インダーとして高温強度に優
れ、靭性に富むとともに、基材の密着力を有すること、
第３に、炭素粒子と脅 の複合化を容易になし得る良好なカロエ性を有すること
、の各条件を満足する必要がある。そして、これら各条
件を満足する物質として本発明者らは、ニッケル（Ｎｉ
）、！：コノ（ルト（ＣＯ）ノ少すくトモ一方ヲヘース
トシ、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（ＡＩ）等の耐熱
性を高める合金元素を含有する耐熱合金が好適だと考え
た。

本発明者らは以上のような観点にｆｃ−）て、前り己目
的を達成し得るノ・−スロールを開発するために、次の
ような実験を行った。この実験は、１０００℃。

程度の熱処理炉内におけるスケールの付着の有無及び反
応結合の有無を比較し、これによって熱処理炉用ハース
ロールの材質としての適否を判断することを目的とした
ものである。対象とした材質は、本発明者らが好適だと
考えた複合材としてＴｉＣ−ＮｉＣｒ　５０　％及びＣ
ｒａＣｚ　−ＮｉＣｒ２５　％　、上ヒ較ｆｌｌとして
ＴｉＣ−Ｎｉ　５０％、ジルコニアイツトリア酸化物（
Ｚｒ０ｚ　−Ｙ２Ｏ３８％　）、ＳｉＣ焼結体、Ｆｅ−
８ｉＣ。

Ｍｏ８ｉｚ及び無垢のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で
ある。試料は、横、縦、厚みがそれぞれ２５Ｘ３５×３
（朋）〜４Ｑ×５０×４（１１ｍ）のステンレス鋼（Ｓ
ＵＳ３０４）の平板に各材質をプラズマ溶射し、また、
無垢のステンレス鋼については前記形状と同一の平板を
用いた。熱処理炉としては最高加熱温度が１１００　Ｃ
１の外撚式真空加熱炉を使用し、炉内に、各試料の表面
に酸化鉄（Ｆｅ３０４試薬１級）の粉末を１ｇずつ載置
したうえ、これをステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の平板
で押えたものを収容して、炉内を真空状態にしてからア
ルゴンガスを大気圧まで充填し、流気しなから昇温加熱
した。加熱温度は１０２５±１０′Ｃ６であり、加熱時
間は１２時間である。この実験結果を表に示すと次の通
りである。

Ｚｒ０ｚ−Ｙ２Ｏ３８％　かなり強く付着　あシ５ＵＳ
３０４　強く付着　、　あシ ＴｉＣ−Ｎｉ　５Ｑ％　付着しか力っていたが弱い力で
剥［雅　なしＴｉＣ−ＮｉＣｒ５０％　付着なし　なし
Ｃｒ　３ｃｚ−ＮｉＣｒ２５％付着７１．　す１゜Ｓｉ
Ｃ焼結体　強く付着　あり Ｆｅ　−ＳｉＣ強く付着　あり Ｍｏ５ｉｚ　付着あり　あシ また、これら各試料の皮膜断面の硬度を測定したところ
次のような結果であった。

材　質　ビッカース硬度Ｈｖ ＺｒＯｚ　−Ｙ２Ｏ３８％　９３　０ ＳＵＳ３０４　１５５ ＴｉＣ−Ｎｉ　５０％　５５０ ＴｉＣ−ＮｉＣｒ５０％　５６０ ＣｒａＣｚ−ＮｉＣｒ２５％　５２２ ＳｉＣ焼結体　１９００ Ｆｅ−８ｉＣ５２０ ＭｏＳｉｚ　８５　０ 以上の結果で明らかなように、ＴｉＣ−ＮｉＣｒ３０　
％及びＣｒ５Ｃ２−ＮｉＣｒ　２５％の各複合材は、ス
ケールの付着がなく、また、化学反応等も起さず良好で
あり、硬度の面でも耐摩耗性に勝れていることが理解で
き、ハースロール材質として最適である。

本発明は、前記実験結果を踏まえたうえ、さらに研究、
実験を重ねてなされたもので、その特徴は、熱処理炉用
ハースロールの胴部周面を、ＴｉＣとＣｒ３Ｃ２のいず
れか一方と、Ｎ１とＣｏの少なくとも一方をベースとす
る耐熱性に勝れた合金と゛の複合相を用いて被覆し９た
ところにある。

ところで、バインダーたるＮｉとＣＯの少なくとも一方
をベースとする耐熱性に優れた合金は、スケールとの親
和性がやや高いので、前記合金が塊状で偏在しているこ
と、この部分にスケールが付着しやすくなる。また、Ｔ
ｉＣあるいはＣｒ３Ｃ２の各粒子が太きいと被覆層の゛
靭性が低下する傾向がみられる。したがってＴｉＣある
いはＣｒ　３Ｃ２とバインダーたる合金は、それらの粒
子ができる限シ微細でかつ均一に分布することが、スケ
ール付着防止はもちろんのこと、被覆層の強度、靭性の
確保という面からも望ましいものである。ところが、Ｔ
ｉＣあるいはＣｒ３Ｃ２とバインダーたる合金のそれぞ
れの粉末粒子を微細に形成しても、これらを単に混合し
ただけでは、粒子の偏在が生じ均一に分布した組織を得
ることは困難である。ここで本発曲者らは、粉末粒子の
微細化を図る一方、１個の粒子の中に複合すべき各物質
の微細構成粒子がそれぞれ１個以上含有される複合粉末
を用いて被覆することに想到した。

そして、ＴｉＣあるいはＣｒａＣｚ粉末と、ＮｉとＣＯ
の少なくとも一方をベースとする耐熱性に優れた合金の
粉末とを、それぞれの粒径が２０μ以下に形成するとと
もに、これらを造粒して複合粉末を形成し、この複合粉
末を溶射することによって７１−スロールの胴部周面を
被覆したところ、各粒子が微細で均一に分布した被覆組
織を得ることができた。

以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細
に説明する。

第１図はハースロールの一部を破断した概略図テアリ、
ハースロール１は、それぞれの周面が軸線と平行に伸び
る軸部１ａと胴部１ｂとからなっており、前記胴部１ｂ
は直径が１１０間、長さが６００騎でおる。また、前記
ノ・−スロール１は、２５％Ｃｒ−２０％Ｎｉ合金を含
有する耐熱合金ステンレス鋼たるＳＵＳ　３１０　Ｓ製
である。そして、前記ノ・−スロール１の胴部１ｂ周面
は、全長にわたって皮膜２によシ被覆されている。

次に第２図に基づいて皮膜２の構成及び形成方法につい
て説明する。皮膜２はプラズマ溶射で形成し、そのアン
ダーコート用材料としてハ、８０％Ｎｉ−２０％Ｃｒ合
金の粉末で粉末粒度が１０５〜４４μのものを用い、そ
のトップコート用材料としては、ＣｒａＣ２７５％　−
ＮｉＣｒ合金２５％（但し、ＮｉＣｒ合金は８０　％　
Ｎｉ　−２０％Ｃｒ合金）の複合粉末で粉末粒度が５３
〜１０μのものを用いた。まず、アルミナ粉末による公
知のエアブラスト処理を胴部１ｂ周面に施こしたうえ、
公知のプラズマ溶９゛］法によりアンダーコート２ａと
して前記材料を０．１πｍの厚さに溶射し、この上に同
じく公知のプラズマ浴剤法によりトップコート２ｂとし
て前記材料を０、６　ｍｍの厚さに溶射した。続いて、
トップコート２ｂ表面を、公知゛の研削砥石による円筒
研削によって０．４問研削し、表面仕上げを行った。第
３図はこのようにして形成した皮膜２の１００倍の組織
写真であり、粒子間結合が良好であるとともに、基材で
ある５ＵＳ３１０Ｓとの密着性も良好で、また、トップ
コー）２ｂは各粒子が偏在することなく拡散分布してい
ることが理解できる。第４図は前記トップコート２ｂを
Ｘ線マイクロアナライザーによってさらに詳細に解析し
た組織写真であｐ、（Ａ’１はトップコー）２ｂの１０
００倍の解析写真、（Ｂ）は同部分（７）１０００倍の
Ｎ１−Ｘ線像、（Ｃ）ｔｒｉ同部分（７）１０００倍の
Ｃｒ−Ｘ線像であって、前述した各粒子の拡散分布状態
が一層明瞭に理解できる。

第５図は、トップコート用材料とし−（ＴｉＣ５０％−
ＮｉＣｒ合金５０％（但し、ＮｉＣｒ合金１ｊ８０％Ｎ
ｉ−２０％Ｃｒ合金）の複合粉末で粉末粒度が５３〜１
０μのものを用いたほかは、前記実施例と同様のハース
ロールに対して、同様の方法で皮膜を形成した実施例に
おけるトップコートの２００倍の組織写真である。本実
施例のトップコートにあっても、各粒子が偏在すること
なく、拡散分布していることが理解できる。また、本実
施例でも前記実施例と同様に、アンダーコートをも含め
て各粒子間結合は良好であり、基材である５ＵＳ３１０
Ｓとの密着性も良好であった。

前記各実施例のハースロール１を従来のＺｒＯ２系溶射
′材の溶射皮膜で被覆した５ＵＳ３１０Ｓ製ノ・−スロ
ール（図示せず）及び何らの被覆も施こさないＳ’ＵＳ
３１０Ｓ製ハースロール（図示せず）とともに、鋼材焼
鈍用還元炉に装着して、２ケ月間の使用テストを行った
。テスト終了後に各・・−スロールにおけるスケール付
着状態を比較観察したところ、前記各実施例のハースロ
ール１にはスケールの付着がほとんどみられず、良好な
状態であったのに対し、他の２例にあってはかなりのス
ケールの装着がみられ、特に無被覆のハースロールはス
ケールの付着が顕著であった。この結果、前記各実施例
のスケール付着防止効果が確認されるとともに、熱処理
炉用ハースロールとして極めて好適であることが確認さ
れた。

なお、本発明にあっては、プラズマ溶射による皮膜のほ
か、ハケ塗り等した後加熱焼結した皮膜でハースロール
胴部を被覆してもよく、また皮膜以外にスリーブ等でハ
ースロール胴部を被覆してもよいものである。さらに、
ＴｉＣとＣｒ３Ｃ２のいずれか一方に複合させる合金は
、Ｎｌ系合金に限らずＣｏ系合金でもよいほが、Ｎｉと
Ｃｏの双方をベースとする合金であってもよい。

以上説明したところで明らかなように、本発明によれば
、ハースロールに対するスケールの付着を防止し、これ
によってビルドアップ現象の発生を阻止することによシ
、熱処理される製品の損傷を防いで、その品質の向上を
図るとともに、ハースロール自体の耐摩耗性、耐熱衝撃
性を向上させて、その耐用期間の長期化を可能にすると
いう優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の好適な実施例を示し、第１図は一部を破断
した概略的正面図、第２図はハースロールの胴部におけ
る概略的な部分拡大断面図、第３図はトップコート材料
としてＣｒ　３Ｃ２合金７５％−ＮｉＣ＋合金２５％の
複合粉末を用いた皮膜の組織を示す１００倍の顕微鏡写
真、第４図は同実施例におけるトップコート組織のＸ線
マイクロアナライザーによる解析写真であシ、（Ａ）は
１０００倍の解析写真、（Ｂ）ば１０００倍のＮ１−Ｘ
線像、（Ｃ）Ｕｘｏｏｏ倍のＣｒ−Ｘ線像ヲソれぞれ示
し、第５図はトップコート材料としてＴｉＣ５０チ−Ｎ
ｉＣｒ合金５０係の複合粉末を用いて皮膜を形成した実
施例におけるトップコート組織の２００倍の顕微鏡写真
である。 １睡・・ハースロール　ｌａ・・欅軸＆［＋ＩＩ）・・
・胴部　２・・・皮膜　２ａ・・・アンダーコート　２
１〕・・・トップコート特許出願人　光栄精工株式会社 同　上　昭和電工株式会社 ２１図 才２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　軸部と胴部とからなるハースロールにおいて、胴
   部周面を、炭化チタンと炭化クロムのいずれか一方と、
   ニッケルとコバルトの少なくとも一方をベースとする耐
   熱性に優れた合金との複合材を用いて被覆したことを特
   徴とする熱処理炉用ハースロール。 ２、　軸部と胴部とからなるハースロールにおいて、炭
   化チタンと炭化クロムのいずれが一方の粉末と、ニッケ
   ルとコバルトの少なくとも一方をベースとする耐熱性に
   優れた合金の粉末とによって複合材を形成し、この複合
   材を用いてハースロールの胴部周面を被覆することを特
   徴とする熱処理炉用ハースロールの製造方法。 ３、　ハースロール胴部周面の被覆は、溶射法によって
   行なうことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の熱
   処理用ハースロールの製造方法。 ４、　複合材は、粉末の粒径が２０μ以下のものを造粒
   ・して形成した複合粉末であることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項または第３項記載の熱処理用ハースロー
   ルの製造方法。