TW201623658A

TW201623658A - 爐輥及其製造方法

Info

Publication number: TW201623658A
Application number: TW104132529A
Authority: TW
Inventors: Yasushi Kurisu; Tatsuo Suidzu
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp; Tocalo Co Ltd
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2016-07-01
Also published as: KR20160105471A; TWI567238B; CN106029937A; MX2017000407A; US20160348971A1; JPWO2016052741A1; CN106029937B; JP6396485B2; BR112016018241B1; EP3202944A4; WO2016052741A1; KR101765025B1; EP3202944B1; US10088236B2; BR112016018241A2; EP3202944A1

Abstract

一種爐輥，係具備：爐輥基材；熔射皮膜，其係形成在前述爐輥基材上；改質皮膜，其係形成在前述熔射皮膜上，且係藉由對前述熔射皮膜的表面的一部分或全面照射能量射束，使前述熔射皮膜熔融、凝固且使前述熔射皮膜部分或全面地改質而成；前述改質皮膜的厚度為2~20μm，前述改質皮膜的維氏硬度HV係前述熔射皮膜的維氏硬度HV之1.2~1.4倍。

Description

爐輥及其製造方法

發明領域

本說明書係有關於一種爐輥及其製造方法。

發明背景

金屬板材的製造設備，特別是在製鋼製程生產線，使搬運爐輥高速旋轉而通過鋼板時，係產生鋼板滑動、蛇行、塵埃附著在搬運爐輥表面、積沈物(build-up)等的現象。特別是在連續退火爐用爐輥，因為在高溫狀態下搬運鋼板，所以在爐輥表面容易產生積沈物。該積沈物係鋼板表面的鐵、錳氧化物等異物附著爐輥表面而成長之現象。該積沈物進行時，附著在爐輥表面的異物係慢慢地成長而例如成為100μm左右的直徑之突起。該結果，因為附著在爐輥表面之異物的凸狀係被轉印至鋼板表面而產生凹狀瑕疵(稱為轉印瑕疵或積沈物瑕疵)，不僅是鋼板的品質低落，而且在定期維修時，必須進行將附著在爐輥表面的異物除去之作業，而成為生產性低落之主要原因。

因此，作為抑制異物附著在上述爐輥表面之對策，以往已進行各種提案，特別地，有許多是有關於爐輥表面的熔射皮膜之材質改良。

例如，日本專利特許第3234209號係揭示一種滑動構件的製造方法，其係對設置在基材上之熔射被膜採用點狀、線狀等的圖案照雷射，來進行部分地加熱而使組織產生變化且被膜產生部分改質，主要是藉由在精加工時或滑動時的選擇性磨耗，使雷射照射部或雷射非照射部凹下且成為油池(oil reservoir)，而形成具有優異的耐燒結性之滑動面。

又，日本專利特開2013-95974號公報係揭示一種方法，其係對熔射皮膜表面照射高能量射束，使熔射皮膜表層的皮膜組成物再熔融、再凝固且使表層緻密化，而在熔射皮膜形成緻密化層之方法。

先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本專利特許第3234209號公報

專利文獻2：日本專利特開2013-95974號公報

發明概要

但是，即便利用在日本專利特許第3234209號及日本專利特開2013-95974號公報所記載之技術，亦難以充分地抑制在爐輥表面產生積沈物，而渴望進一步提升耐積沈物性。

本說明書的實施形態，其主要目的係提供一種爐輥及其製造方法，其中該爐輥在通板時能夠抑制異物附著在爐輥表面。

依照本說明書的一態樣，係提供一種爐輥，其具備：爐輥基材；熔射皮膜，其係形成在前述爐輥基材上；改質皮膜，其係形成在前述熔射皮膜上，且係藉由對前述熔射皮膜的表面的一部分或全面照射能量射束，使前述熔射皮膜熔融、凝固且使前述熔射皮膜部分或全面地改質而成；前述改質皮膜的厚度為2~20μm，前述改質皮膜的維氏硬度HV係前述熔射皮膜的維氏硬度HV之1.2~1.4倍。

依照本說明書的另外態樣，係提供一種爐輥的製造方法，其具備下述的步驟：藉由對在爐輥基材上所形成之熔射皮膜表面的一部分或全面照射能量射束，使前述熔射皮膜熔融、凝固且使前述熔射皮膜部分或全面地改質，而形成厚度為2~20μm且維氏硬度HV係前述熔射皮膜的維氏硬度HV之1.2~1.4倍的改質皮膜。

1‧‧‧連續退火爐

2‧‧‧鋼板

3‧‧‧加熱爐

4‧‧‧均熱爐

5‧‧‧一次冷卻爐

6‧‧‧過時效爐

7‧‧‧二次冷卻爐

10‧‧‧爐輥

12‧‧‧爐輥軸

14‧‧‧爐輥胴部

20‧‧‧爐輥基材

21‧‧‧熔射皮膜

22‧‧‧改質皮膜

23‧‧‧龜裂

24‧‧‧基底層

30‧‧‧雷射

S101、S103‧‧‧階段

d1、d2‧‧‧厚度

L1、L2‧‧‧間隔

圖1係顯示本說明書的第1實施形態之連續退火爐的一個例子之示意圖。

圖2A係顯示第1實施形態之連續退火爐用爐輥之斜視圖及部分擴大剖面圖。

圖2B係顯示第1實施形態之連續退火爐用爐輥之斜視圖及部分擴大剖面圖。

圖3A係第1實施形態之連續退火爐用爐輥之部分擴大剖面圖。

圖3B係第1實施形態之連續退火爐用爐輥之部分擴大剖面圖。

圖4係在第1實施形態之連續退火爐用爐輥之熔射皮膜及改質皮膜的掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope：SEM)照相之一個例子。

圖5係顯示第1實施形態之連續退火爐用爐輥的製造方法的流程的一個例子之流程圖。

圖6係用以說明第1實施形態之連續退火爐用爐輥的製造方法之示意圖。

用以實施發明之形態

依照本說明書的一態樣， (1)提供一種爐輥，其具備：爐輥基材；熔射皮膜，其係形成在前述爐輥基材上；改質皮膜，其係形成在前述熔射皮膜上，且係藉由對前述熔射皮膜的表面的一部分或全面照射能量射束，使前述熔射皮膜熔融、凝固且使前述熔射皮膜部分或全面地改質而成；前述改質皮膜的厚度為2~20μm，前述改質皮膜的維氏硬度HV係前述熔射皮膜的維氏硬度HV之1.2~1.4倍。

(2)在(1)的爐輥，較佳是，在前述改質皮膜的表面，係存在龜裂，在厚度方向將前述爐輥切斷後的剖面，相鄰的前述龜裂之平均間隔為10~100μm，前述龜裂的開口寬度為小於5μm。

(3)在(1)或(2)的爐輥，較佳是前述改質皮膜係含有0.5~2質量%的氧。

(4)在(1)至(3)項中任一項的爐輥，較佳是，在前述改質皮膜的表面，Al₂O₃係分散而存在且在前述改質皮膜的表面之Al₂O₃的面積率為5~40%。

(5)在(1)至(4)項中任一項的爐輥，較佳是，進一步具備形成在前述改質皮膜上、或形成在前述改質皮膜及前述熔射皮膜上之氧化鉻層。

(6)在(1)至(5)項中任一項的爐輥，較佳是，前述熔射皮膜係由陶瓷及耐熱合金所構成之金屬陶瓷(cermet)皮膜；前述陶瓷係以體積%計，含有：Cr₃C₂：50~90%、Al₂O₃：1~40%、Y₂O₃：0~3%、ZrB₂：0~40%，剩餘部分係由不純物及氣孔所構成；前述耐熱合金係以質量%計，含有：Cr：5~20%、Al：5~20%、 Y或Si的至少一者：0.1~6%，剩餘部分係由Co或Ni的至少一者及不純物所構成；前述金屬陶瓷皮膜的50~90體積%為前述陶瓷，剩餘部分為前述耐熱合金。

(7)在(6)的爐輥，較佳是，前述耐熱合金係以質量%計，進一步含有下述的至少一者，Nb：0.1~10%、Ti：0.1~10%。

依照本說明書的另外態樣，(8)提供一種爐輥的製造方法，其具備下述的步驟：藉由對在爐輥基材上所形成之熔射皮膜表面的一部分或全面照射能量射束，使前述熔射皮膜熔融、凝固且使前述熔射皮膜部分或全面地改質，而形成厚度為2~20μm且維氏硬度HV係前述熔射皮膜的維氏硬度HV之1.2~1.4倍的改質皮膜。

(9)在(8)的爐輥的製造方法，較佳是前述能量射束係在大氣中照射。

(10)在(8)或(9)的爐輥的製造方法，較佳是在形成前述改質皮膜之後，實施鉻酸鹽處理。

以下，邊參照附加圖式邊詳細地說明本說明書的較佳實施形態。又，在本說明書及圖式，針對實質上具有相同的功能構成之構成要素，係藉由附加相同的符號而省略重複說明。

(關於連續退火爐的構成)

首先，邊參照圖1邊說明本應用說明書的第1實施形態之連續退火爐用爐輥之連續退火爐。

如圖1所顯示，連續退火爐1係為了調整在冷軋步驟所製成之帶狀鋼板2的機械性質(硬度等)，而將該鋼板2連續地進行退火之設備。該連續退火爐1，係在鋼板2通過配置在爐內之複數支爐輥間時，賦予加熱、均熱、冷卻等的熱循環而連續地將鋼板2進行連續退火。在此，鋼板2係退火對象的金屬帶之一個例子，例如經未圖示的連續冷軋設備冷軋後薄板(例如板厚0.14mm~3.2mm的帶狀冷軋鋼板)。又，金屬帶係只要是退火對象的帶狀金屬材料(金屬帶狀物)，就不管其材質如何。

連續退火爐1係如圖1所顯示，從入側開始依照順序，具備加熱爐3、均熱爐4、一次冷卻爐5、過時效爐6及二次冷卻爐7等，使用設置在各爐內之複數支連續退火爐用爐輥10而邊搬運鋼板2邊將該鋼板2進行連續退火。又，雖然未圖示，在加熱爐3的前段，係例如設置有解捲機(Payoff reel)、剪切機、入側洗淨裝置、入側張力調節器(Looper)等，在二次冷卻爐7之後段，係例如設置有水冷槽、平整(skin pass)爐輥、出側張力調節器、修剪器(trimmer)修剪器、捲取機等。

加熱爐3係藉由直火型無氧化加熱、輻射管加熱等的加熱方式，而將鋼板2加熱至例如700~900℃的高溫為止。均熱爐4係藉由輻射管加熱、間接電氣加熱等的加熱方式，而將鋼板2進行保持在預定溫度之熱處理。又，一次冷卻爐5係藉由爐輥接觸冷卻、氣體噴嘴(gas jet)冷卻、霧冷卻等的冷卻方式而將鋼板2急速冷卻。過時效爐6係使用電加熱器等，而將鋼板2進行在預定溫度保持預定時間(例如在300~400℃ 3分鐘)之過時效處理。而且，二次冷卻爐7係藉由上述各種冷卻方式，而將過時效處理後的鋼板2冷卻。

如以上，連續退火爐1係藉由使鋼板2連續地通過上述複數個爐，而對鋼板2提供預定熱循環，來調整鋼板2的機械性質。此時，係以滿足按照製造對象鋼板(例如高張力鋼板、一般冷軋鋼板、鍍錫鋼板(Tinplate steel sheet)、引伸用鋼板等)的品質之退火條件之方式，來決定上述熱循環。

(關於爐輥的構成)

其次，邊參照圖2A~圖4，邊說明本實施形態之連續退火爐用爐輥。

如圖2A所顯示，連續退火爐用爐輥10(以下，亦簡稱為「爐輥10」)係具備：爐輥軸12；及爐輥胴部14，其係被安裝在該爐輥軸12。相較於被導入連續退火爐1之鋼板2的寬度，爐輥10係具有較寬闊的爐輥寬度，例如爐輥胴部14的爐輥寬度為1000~2500mm左右，爐輥徑Φ為600~1000mm左右。此種爐輥10係驅動式爐輥，其功能係作為在上述連續退火爐1內搬運鋼板2之鋼板搬運用爐輥。亦即，爐輥10係藉由以爐輥軸12作為中心邊旋轉邊使爐輥胴部14的周面(以下，亦有稱為爐輥周面之情形)接觸鋼板2，而使以預定纏繞角度被纏繞在爐輥胴部14之鋼板2邊轉的進行方向，邊轉換方向邊搬運。

而且如圖2A所顯示，爐輥10的爐輥胴部14係具備：爐輥基材20，熔射皮膜21，其係成在爐輥基材20的表面；最上層皮膜之改質皮膜22，其係形成在該熔射皮膜21的表面。又，如圖2B所顯示，在爐輥基材20與熔射皮膜21之間，為了防止因熱膨脹係數差引起剝離，亦可按照必要而實施只有由耐熱合金所構成之基底熔射而形成基底層24。

爐輥基材20，係例如由鋼等的金屬所形成且形成爐輥10的基本形狀。作為該爐輥基材20，例如能夠使用不鏽鋼系耐熱鑄鋼，特別是以SCH22為最佳。能夠對此種爐輥基材20施行熔射處理等的被覆處理。在本實施形態，係在爐輥基材20表面形成熔射皮膜21，而且在該熔射皮膜21表面形成改質皮膜22。

熔射皮膜21係藉將熔射材對爐輥基材20表面進行熔射來形成，其中該熔射材係由使陶瓷與耐熱合金複合而成之材質(金屬陶瓷材)所構成。針對該熔射皮膜21的材質，係在以下詳述。又，熔射皮膜21的厚度(在圖3A之厚度d1)係沒有特別限定，例如為20~200μm。

又，熔射皮膜21的硬度係依據「ISO 6507-1」所規定的維氏硬度HV，以600~1000為佳。熔射皮膜21的維氏硬度HV小於600時，因為積沈物源之鐵等的異物容易咬入熔射皮膜21，所以容易產生積沈物，乃是不佳。相對於此，熔射皮膜21的維氏硬度HV為600~1000時，因為能夠抑制鐵等的異物對硬質的熔射皮膜21之咬入，所以能夠抑制產生積沈物。又，熔射皮膜21的維氏硬度HV大於1000時，因為熔射皮膜21變為容易產生裂紋而剝離，乃是不佳。又，維氏硬度HV係能夠依據在「ISO 6507-1」所規定的試驗方法而測定。

該熔射皮膜21上係設置改質皮膜22，該改質皮膜22係藉由使構成熔射皮膜21之熔射材再熔融之後，使其凝固而形成。該改質皮膜22係表面粗糙度較小且成為緻密的皮膜，氣孔率係成為大約0%。

在該改質皮膜22的厚度(在圖3A之厚度d2)係較佳為2~20μm。改質皮膜22的厚度小於2μm時，由於鋼板2搬運時的磨耗，致使改質皮膜22產生損耗之可能性高，乃是不佳。又，改質皮膜22的厚度大於20μm時，改質皮膜22變為容易剝離，乃是不佳。

又，針對熔射皮膜21及改質皮膜22的厚度，係能夠藉由利用SEM等的顯微鏡觀察所製成的爐輥10之剖面而測定。

而且，本實施形態之改質皮膜22的維氏硬度HV，較佳是具有熔射皮膜21的維氏硬度HV的1.2~1.4倍之值。在此，因為熔射皮膜21的維氏硬度HV係例如600~1000左右，所以本實施形態之改質皮膜22的維氏硬度係成為720~1400左右之值。藉由改質皮膜22係具有比熔射皮膜21更高的硬度，因為能夠更有效地防止鐵等的異物對改質皮膜22之咬入，所以能夠抑制產生積沈物。有關上述維氏硬度Hv之硬度比小於1.2時，容易產生鐵等的異物對改質皮膜22之咬入，而容易發生積沈物。又，有關上述維氏硬度Hv之硬度比大於1.4時，改質皮膜22變為容易剝離。

在該改質皮膜22表面，係如在圖3A示意地顯示，在預定之間隔存在有龜裂23。藉由在改質皮膜22存在此種龜裂23，龜裂23係作為應力緩和機構之功能，而能夠防止隨著熱應力致使改質皮膜22產生裂紋和剝離。在此，如將爐輥在厚度方向切斷之圖3A所顯示的剖面，相鄰龜裂23之間隔L1，係以10~100μm為佳。又，該龜裂23的開口寬度(圖3B顯示之間隔L2)係以小於5μm為佳。間隔L1小於10μm時，改質皮膜22容易剝離，乃是不佳。又，間隔L1大於100μm時，龜裂23的開口寬度L2成為5μm以上之可能性變高。龜裂23的開口寬度L2成為5μm以上時，成為積沈物源之鐵等的異物容易咬入該間隙，致使抑制產生積沈物變為困難。龜裂23的開口寬度L2係越小越佳，其下限值係沒有特別規定，從改質皮膜22的製造上而言，開口寬度L2的大小係以0.1μm為界限。

在此，相鄰龜裂23之間隔L1和龜裂的開口寬度L2之測定方法，係沒有特別限定，能夠藉由眾所周知的方法來測定。例如利用SEM等的顯微鏡將所製成的爐輥10之剖面擴大至適合觀察之倍率，在任意位置計量相鄰龜裂23之間隔和龜裂23的開口寬度即可。

在本實施形態之改質皮膜22，在改質皮膜22之氧的含量，係以0.5~2質量%為佳。氧含量小於0.5質量%時，改質皮膜的硬度容易變小。又，氧含量大於2質量%時，因為皮膜容易產生裂紋，所以改質皮膜容易剝離。此種氧係以在改質皮膜22所含有元素的氧化物之狀態，而被含有在改質皮膜22中。

在本實施形態之改質皮膜22，Al₂O₃係分散而存在於改質被膜22表面。相較於改質皮膜22，Al₂O₃係不容易與積沈物源反應而耐積沈物性優異。相對於改質皮膜22表面全體，在改質皮膜22表面之Al₂O₃的面積率係以5~40%為佳。Al₂O₃的面積率小於5%時，因為改質皮膜22變為容易與積沈物源反應，乃是不佳。又，Al₂O₃的面積率大於40%時，存在於改質皮膜22表面之Al₂O₃變為容易剝離，乃是不佳。

在此，改質皮膜22的氧含量之測定方法和在表面之Al₂O₃的面積率之測定方法，係沒有特別限定，而能夠藉由眾所周知的方法來測定，例如能夠使用波長分散型電子射線微量分析器(Electron Probe MicroAnalyser)(波長分散型EPMA)等。

如以上說明的改質皮膜22，係如以下詳述，較佳是藉由對熔射皮膜21表面照射具有1×105~1×10⁷W/cm²的能量密度之雷射，而將從熔射皮膜21表面起算至預定厚度為止的範圍進行改質而形成。能量密度為1×10⁵W/cm²以下時，使熔射皮膜21熔融係變為困難且加工時間係必要以上地變長。又，能量密度為1×10⁷W/cm²以上時，使熔射皮膜21熔融之能量密度太高，即便進行調整預定條件，亦無法得到具有適當的厚度和龜裂之改質皮膜22。又，所形成之改質皮膜22的厚度、相鄰龜裂23之間隔、龜裂23的開口寬度、Al₂O₃的面積率之各種特性，係能夠藉由調整被照射之雷射的能量密度而控制。

又，在設置改質皮膜22之後，以對此種改質皮膜22進行鉻酸鹽處理為佳。藉由對改質皮膜22的一部分或全面照射雷射束，而能夠對熔射皮膜21之必要的部位，部分或全面地設置改質皮膜22。對熔射皮膜21部分地設置改質皮膜2時，較佳是藉由將不是改質皮膜22的範圍之熔射皮膜21的微細氣孔預先進行鉻酸鹽處理，而以氧化鉻填充微細氣孔來使耐積沈物特性提升。又，較佳是藉由將在改質皮膜22的皮膜表面所產生之龜裂23預先進行鉻酸鹽處理，而以氧化鉻填充龜裂23，來使耐積沈物特性提升。鉻酸鹽處理係能夠藉由將含有鉻酸的水溶液，從爐輥表面塗佈、噴霧之後，加熱至350~550℃來實施。重複此種處理時，能夠改變鉻酸鹽處理的膜厚變化，為了進行填充熔射皮膜21的微細氣孔和改質皮膜21的龜裂23，可以是3次以內的鉻酸鹽處理。

(關於熔射皮膜的材質)

其次，詳述被覆上述爐輥10之熔射皮膜21的材質。本申請發明者等係試製各種熔射皮膜，而調查該試製的熔射皮膜之特性和積沈物產生狀況等。其結果，得到下述的見解：在以下所揭示之由陶瓷及耐熱合金所構成之金屬陶瓷皮膜，係抑制積沈物的效果大且即便在連續退火爐內長時間使用，皮膜亦不容易劣化。

本實施形態之熔射皮膜21，係以由陶瓷及耐熱合金所構成之金屬陶瓷皮膜為佳。在此，陶瓷係含有50~90體積%的Cr₃C₂、1~40體積%的Al₂O₃、0~3體積%的Y₂O₃、0~40體積%的ZrB₂，剩餘部分係由不純物及氣孔所構成。又，Y₂O₃及ZrB₂按照必要而添加之任意成分(選擇性成分)。

又，耐熱合金，係含有5~20質量%的Cr、5~20質量%的Al，及0.1~6質量%之Y或Si的至少一者，剩餘部分係由Co或Ni的至少一者及不純物所構成。

而且，有關金屬陶瓷皮膜的體積比，係以金屬陶瓷皮膜的50~90體積%為陶瓷，剩餘部分為耐熱合金為佳。

以下，詳述構成本實施形態之爐輥的熔射皮膜21之金屬陶瓷皮膜的具體例。

在金屬陶瓷皮膜，金屬陶瓷皮膜的50~90體積%為陶瓷，剩餘部分為CoNiCrAlY、CoCrAlY、NiCrAlY、CoNiCrAlSiY等的耐熱合金。陶瓷小於50體積%時，因為容易與鐵反應的耐熱合金之量變為太多，所以容易產生積沈物。另一方面，陶瓷大於90體積%時，因為陶瓷的熔點較高，在熔射施工時皮膜成為多孔質，積沈物源咬入氣孔而容易產生積沈物。而且，從提升耐積沈物性的觀點而言，陶瓷的比率係以60~80體積%為較佳。

其次，說明陶瓷的材質。

陶瓷的主成分係Cr₃C₂，在陶瓷中含有50~90體積%的Cr₃C₂。Cr₃C₂係即便在如退火爐內的高溫環境下亦不容易氧化，而且因為不容易與鐵、及錳和該等氧化物反應，所以能夠防止產生積沈物。Cr₃C₂小於50體積%時，無法得到抑制積沈物的效果，大於90體積%時，抑制Cr₃C₂中碳擴散之陶瓷成分係相對地變少，其結果、因碳擴散引起皮膜脆。而且，從提升耐積沈物性的觀點而言，以將Cr₃C₂的比率設為60~80體積%為較佳。

在此，Cr₃C₂的粒徑係例如以1~10μm為佳。Cr₃C₂的粒徑小於1μm時，與耐熱合金接觸之表面積變大而容易產生碳擴散。另一方面，粒徑大於10μm時，皮膜表面的粗糙度變大，致使鐵或錳和該等氧化物容易產生積沈物。而且，從提升耐積沈物性的觀點而言，係以將Cr₃C₂的粒徑設為5~8μm為較佳。

Al₂O₃及Y₂O₃係因為任一者均是在該等材料中的碳擴散係數較低，所以能夠抑制Cr₃C₂的擴散至耐熱合金。

在陶瓷的材質，Al₂O₃係設為1~40體積%，Y₂O₃係設為3體積%以下。又，因為Y₂O₃係按照必要且特別是為了得到碳擴散抑制效果之目的而添加之任意成分(選擇的成分)，所以Y₂O₃的量為0~3體積%。Al₂O₃小於1體積%時，無法得到碳擴散抑制效果，大於40體積%時，皮膜脆化且在使用中容易產生龜裂，致使耐積沈物性低落。Y₂O₃大於3體積%時，因為Y₂O₃容易與錳氧化物反應，所以耐積沈物性低落。又，為了得到碳擴散抑制效果之目的而添加Y₂O₃時，添加0.5體積%以上時係有效的。又，從進一步提升耐積沈物性的觀點而言，針對Al₂O₃，係以將其含量設為10~30 體積%為較佳。

Al₂O₃或Y₂O₃係能夠以氧化物的方式添加在原料粉末，從抑制從Cr₃C₂產生碳擴散之目的而言，係以藉由在原料階段、成膜中、或成膜後進行氧化處理，使添加在耐熱合金之Y或Al氧化而以Al₂O₃或Y₂O₃的形式形成在耐熱合金表面為佳。

而且，就在高溫使用之目的而言，為了使熔射皮膜的高溫硬度進一步提高時，以添加40體積%以下之在高溫安定且高硬度的ZrB₂為佳。添加大於40體積%之ZrB₂時，因為相較於Cr₃C₂，ZrB₂的耐積沈物性為較差，所以容易產生積沈物。又，ZrB₂係按照必要且特別是為了高溫使用之目的而添加之任意成分(選擇的成分)，ZrB₂的量係在皮膜中較佳為0~40體積%。而且，為了在高溫使用之目的而添加ZrB₂時，添加量小於5體積%時，因為提升高溫硬度的效果較小，以添加5體積%以上的ZrB₂為佳、而且，從提升耐積沈物性的觀點而言，係以設為15~30體積%較佳。

以上說明的陶瓷之剩餘部分為不純物及氣孔。

其次說明耐熱合金的材質。

耐熱合金中係含有5~20質量%的Cr。Cr小於5質量%時，因為在高溫的耐氧化性較差，皮膜繼續氧化且容易剝離。Cr大於20質量%時，碳化時耐熱合金脆化且容易剝離、又，氧化時係與錳氧化物進行反應而容易產生積沈物。

耐熱合金，亦含有5~20質量%的Al。Al小於5質量%時，即使施行各種氧化處理亦無法得到目標量的Al₂O₃， Al大於20質量%時，因為皮膜的高溫硬度低落，鐵扎刺皮膜而容易產生積沈物。

Y、Si係任一者具有穩定地生成氧化皮膜且防止剝離之效果，較佳是添加0.1~6質量%之Y及Si的任1種或2種。Y或Si大於6質量%時，因為皮膜的高溫硬度低落，鐵扎刺皮膜而容易產生積沈物。又，Y、Si係任一者均是添加0.1質量%以上為佳，添加0.5質量%以上時，係特別有效的。

又，在該耐熱合金中，以添加0.1~10質量%的Nb、或0.1~10質量%的Ti之至少一者為佳。

在耐熱合金中含有Nb或Ti時，因為相較於在耐熱合金中所含有的Cr，係更優先地形成安定的碳化物，而抑制Cr與碳之反應，所以能夠長期間抑制皮膜的脆化。Nb或Ti小於0.1質量%時，無法得到抑制Cr與碳反應之效果。又，Nb或Ti大於10質量%時，在氧化時容易與錳氧化物反應且容易產生積沈物。

以上說明的耐熱合金之剩餘部分，係Co或Ni的至少任一方及不純物。

在圖4係顯示具有以上說明的構成之熔射皮膜21及改質皮膜22的剖面之SEM照相的一個例子。在圖4所顯示的SEM照相，係在皮膜中存在有間隙之熔射皮膜21表面，形成有粗糙度較小且緻密的改質皮膜22。在圖4所顯示的例子，改質皮膜22的厚度為5μm左右。又，從改質皮膜22表面，得知朝向熔射皮膜21的方向而形成有複數個龜裂。

藉由在熔射皮膜21上形成此種改質皮膜22，在本實施形態之爐輥10係能夠抑制產生積沈物。

(關於爐輥的製造方法)

其次，邊參考圖5及圖6，邊說明本實施形態之連續退火爐用爐輥的製造方法。

在本實施形態之爐輥的製造方法，係如圖5所顯示，首先，藉由對爐輥10的爐輥基材20的周面熔射熔射材，而形成熔射皮膜21(階段S101)。又，為了提高熔射皮膜21的密著力之目的，亦可按照必要而在熔射處理之前，進行眾所周知的熔射前噴砂處理或只有由耐熱合金所構成之基底層24(參照圖2B)。

詳述藉由該熔射處理而形成熔射皮膜21(階段S101)。

在此種熔射處理，係藉由將50~90體積%為上述陶瓷的粉末，剩餘部分為上述耐熱合金的粉末之原料粉末，熔射在爐輥基材20表面而在爐輥基材20表面形成金屬陶瓷皮膜。作為熔射的原料粉末，係能夠使用將Cr₃C₂、Al₂O₃等的陶瓷粉末、與含有Cr和Al之耐熱合金粉末混合而成的原料粉末。較佳是使用預先將陶瓷粉末與耐熱合金粉末進行造粒複合化而成的原料粉末來進行熔射時，能夠形成更均質的熔射皮膜21。

又，在爐輥周面形成熔射皮膜21之方法，在進行噴柵(grid blast)用以提升密著性及賦予粗糙度之後，藉由高速氣體熔射(稱為High Velocity Oxygen-Fuel Thermal Spraying Process；HVOF)來進行為佳。在HVOF，係通常將燃料氣體設為煤油、C₃H₈、C₂H₂、C₃H₆的任一種，將燃料氣體的壓力設為0.1~1MPa，將燃料氣體的流量設為10~500l/min，將氧氣的壓力設為0.1~1MPa，將氧氣的流量設為100~1200l/min。

在熔射施工時，係以將爐輥基材20加熱至300~600℃為佳。可將熔射槍的火焰接近爐輥基材20而加熱；或者亦可設置另外氣體燃燒器而加熱。藉由將爐輥基材20加熱至300℃以上，能夠將耐熱合金中的Al、Y氧化而得到目標量的Al₂O₃、Y₂O₃。使加熱溫度高於600℃時，因為皮膜氧化過度進展致使皮膜成為多孔質，而容易產生積沈物。而且，從提升耐積沈物性的觀點而言，係使加熱溫度的範圍成為400~500℃為較佳。

在HVOF熔射施工時，係以將HVOF燃燒氣體成分的氧氣流量設為1000~1200l/min為佳。藉由將氧氣流量設為1000l/min以上，能夠將耐熱合金中的Al、Y氧化且得到目標量的Al₂O₃、Y₂O₃。使氧氣流量比1200l/min更多時，原料粉末在熔射中的氧化係過度進展，致使成為皮膜多孔質且容易產生積沈物。

又，熔射施工後，係以將熔射皮膜21在300~600℃進行氧化處理1~5小時為佳。氧化處理係可以藉由氣體燃燒器將熔射皮膜21表面加熱，亦能夠將爐輥設置在含有大氣或少量的氧氣之惰性氣體(氮、氬等)環境的爐內而進行熱處理。藉由300℃以上加熱1小時以上，能夠將耐熱合金中的Al、Y，而得到目標量的Al₂O₃、Y₂O₃。使加熱溫度高於 600℃或比5小時更長時，皮膜的氧化過度進展致使皮膜成為多孔質且容易產生積沈物。而且，從提升耐積沈物性的觀點而言，係使加熱溫度的範圍成為400~500℃為較佳。

將原料粉末氧化處理之後，提供熔射時係在300~600℃且含有大氣中或少量的氧之惰性氣體(氮、氬等)中進行熱處理1~5小時。小於300℃或加熱小於1小時之情況，Y或Al無法氧化，加熱溫度高於600℃或比5小時更長時，由於氧化後的陶瓷之量増加，致使原料粉末的熔點變高且皮膜成為多孔質。而且，從提升耐積沈物性的觀點而言，熱處理溫度係以設為400~500℃的範圍為較佳。

藉由如以上說明之熔射處理，而在爐輥基材20上形成熔射皮膜21時，接著係藉由對熔射皮膜21的表層照射雷射，使從熔射皮膜表層至預定深度為止再熔融、再凝固而形成改質皮膜22(階段S103)。所形成的改質皮膜22之厚度，係較佳為2~20μm。雷射照射係以在大氣中進行為佳。為了在雷射照射中促進在熔射皮膜21所含有的金屬成分產生氧化反應之緣故。

有關於所形成的改質皮膜22之厚度、龜裂等之各種特性，係能夠藉由對熔射皮膜21表面所照射的雷射能量密度而控制。在本實施形態之爐輥的製造方法，係如圖6示意地顯示，邊使形成有熔射皮膜21之爐輥10旋轉，邊利用從眾所周知的雷射照射裝置射出的雷射30且以預定速度掃描熔射皮膜21表面。在此，為了控制在熔射皮膜21表面之雷射能量密度，係藉由眾所周知的光學系統來調整雷射30 在熔射皮膜21表面的聚光程度和掃描速度。

在此，針對照射在熔射皮膜21表面之雷射的能量密度，係以設為1×10⁵~1×10⁷W/cm²為佳，針對聚光程度和掃描速度，係沒有特別限定。例如在如以下的條件下照射雷射束即可。亦即，利用Nd/YAG雷射裝置(雷射波長：1064nm)，使輸出功率1000W的雷射以在熔射皮膜21表面成為直徑300μm大小的方式進行聚光(能量密度：1.4×106W/cm²左右)，而且以10m/s的掃描速度且間距50μm將熔射皮膜21表面掃描1次或複數次。藉由在此種條件下進行熔射皮膜21的再熔融、再凝固，能夠形成如上述的改質皮膜22。又，該處理條件係到底是只是一個例子，按照所使用的雷射波長和輸出功率且以改質皮膜22的厚度較佳是成為2~20μm之式，適當地設定聚光程度、掃描速度、間距、掃描次數等的處理條件即可。

又，在上述，作為雷射，係使用Nd/YAG雷射(雷射波長：1064nm)，但是能夠適合使用Yb系的光纖雷射(fiber laser)(雷射波長：1070nm)、盤形雷射(disk laser)(雷射波長：1030nm)等的雷射波長為900~1100nm的範圍之近紅外線區域的雷射。又，除了雷射束以外，亦能夠使用電子射束等。雷射束和電子射束係能量射束的一個例子。

藉由如上述的處理，能夠製造本實施形態之連續退火爐用爐輥。

以上，說明了本實施形態之連續退火爐用爐輥及其製造方法。依照本實施形態，因為能夠適當地控制爐輥 10的爐輥周面表面粗糙度且形成緻密且高強度的改質皮膜，所以能夠大幅度地減低鐵、錳氧化物等的異物附著在爐輥周面。因而，在連續退火爐1操作中，能夠抑制在通板中的鋼板2所附帶的異物在爐輥10的爐輥周面附著、成長(亦即，產生積沈物)。因此，因為能夠防止或抑制伴隨著積沈物而產生之鋼板2的轉印瑕疵，所以能夠提升鋼板2的品質。

而且，因為在連續退火爐1內的高溫環境下，能夠長時間穩定地使用爐輥10，所以能夠大幅度地延長爐輥10的壽命。又，在連續退火爐1的定期維修時，因為不需要將附著在爐輥10的爐輥表面之異物除去之作業、或是能夠大幅度地削減該作業，所以能夠提升藉由連續退火爐1之鋼板2的生產性。

實施例

其次，說明實施例。又，以下的實施例係顯示用以證實本發明的效果而進行之試驗結果，但是本發明係不被以下的實施例限定。

依照上述之爐輥的製造方法而製造複數種類的爐輥10，將各自的爐輥10使用連續退火爐1而進行測定爐輥10的壽命之試驗。又，有關爐輥壽命係藉由與連續退火爐1聯線之可攜式螢光X射線來測定爐輥10的爐輥周面，在鐵(Fe)對該爐輥周面的附著量大於5質量%之時點，判定為其壽命。又，在本實施形態之爐輥徑Φ係設為1000mm。

又，在熔射皮膜21的再熔融、再凝固處理時，因為熔射皮膜的組成和表面粗糙度亦受到影響，所以藉由調整聚光程度和掃描速度來進行再熔融、再凝固處理。例如表1之維氏硬度HV為950，熔射被膜的80體積%為陶瓷(79體積%為Cr₃C₂，1體積%為Al₂O₃)，剩餘部分為耐熱合金，該耐熱合金係以質量%計，含有Cr：10%、Al：5%、Y：2%、Ti：0.1%，剩餘部分為Co之熔射被膜時，使用Nd/YAG雷射裝置，使輸出功率1000W的雷射在熔射皮膜21表面聚光成為直徑300μm的大小且以50μm間距、10m/s的掃描速度進行1次掃描處理後，同時在試片所確認之改質皮膜22的厚度為11μm。在相同的條件下進行2次掃描處理時，改質皮膜22的厚度係成為13μm。又，在相同的條件下，使聚光程度成為直徑1000μm時，採用1次以下的掃描之改質皮膜22的厚度係成為2μm。將輸出功率設為500W，使聚光成為直徑300μm的大小且以60μm間距、8m/s的掃描速度進行1次掃描處理時，改質皮膜22的厚度為8μm。因而，在表1所顯示的例子，係基於此種見解而適當地設定聚光程度、掃描速度、間距及掃描次數，來製造表1所顯示的厚度之改質皮膜22。

將形成在爐輥周面之熔射皮膜21的組成、熔射皮膜21及改質皮膜22的各種物性同時顯示在表1。

在表1，改質皮膜22的厚度、龜裂間隔及龜裂寬度，係在得到爐輥之同時，藉由SEM觀察試樣的剖面來測定。在以測定倍率1000倍進行SEM觀察後之10個視野剖面，測定龜裂間隔及龜裂寬度且算出平均值。又，在改質皮膜22表面之Al₂O₃的面積率，係在使用波長分散型EPMA且以測定倍率500倍所觀察的10個視野表面影像，藉由使用定性分析判定為Al₂O₃之部分的顏色為白色、此外為黑色之方式，將反射電子影像進行2值化來測定面積率且算出平均值。改質皮膜22的氧含量，係在使用波長分散型EPMA且以測定倍率500倍觀察的10個視野，進行定量分析來測定氧含量且算出平均值。而且，熔射皮膜21及改質皮膜22的維氏硬度HV係依據在ISO 6507-1規定的方法測定，將基於(改質皮膜22的維氏硬度HV/熔射皮膜21的維氏硬度HV)而得到之硬度變化的比率，同時顯示在表1。又，在表1亦同時顯示試驗結果之爐輥壽命。

從上述表1能夠清楚明白，實施例1~24所揭示的爐輥，係具備具有較高的維氏硬度HV之改質皮膜22，而且具有優異的爐輥壽命。特別是針對龜裂間隔、龜裂寬度及Al₂O₃的面積率為具有適當的值之實施例，得知具有特別優異的爐輥壽命。此種結果，係顯示藉由依照本說明書之爐輥的製造方法而製造爐輥，能夠良好地抑制產生積沈物。

另一方面，對應的比較例之爐輥，其爐輥壽命為小於2年，顯示無法抑制在爐輥表面產生積沈物。

以上，說明了各種典型的實施形態，但是本發明係不被該等的實施形態限定。本發明的範圍係只被以下的申請專利範圍限定。