JPH0651205B2 - ホツトランテ−ブルロ−ラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は熱間圧延設備のホットランテーブルに使用され
るローラに関し、より詳しくは仕上圧延後のヘッダ以後
の冷却帯（ウエットゾーン）における使用に好適なロー
ラに関する。

〈従来の技術〉 従来のホットランテーブルローラには普通鋼、普通鋳
鉄、Cr−Mo鋼が用いられており、これらの溶湯を遠心力
鋳造法により鋳造して得られる長尺管体に、表面熱処
理、肉盛り等の種々の処理を施して一体物スリーブと
し、これをローラ軸に固着してローラとしていた。

又近年は耐摩耗性の向上を図って、金属とセラミックス
粒子との複合体を外層とした高耐摩耗性複合ローラなど
も実現している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記従来の金属系ホットランテーブルローラは、炭化物
や焼入組織などによる硬さを利用して耐摩耗性の向上を
図っているものゝ普通鋼、普通鋳鉄の耐摩耗性は不十分
であり、又Cr−Mo鋼は優れた耐摩耗性を有しているが、
これらはいずれも耐食性に劣っており、冷却水を用いる
前記ウエットゾーンでの使用では耐腐食摩耗性に劣るな
どの問題を蔵していた。

それに長尺の一体物スリーブをローラ軸に固着したロー
ラであるから単重が大きく、多くの駆動エネルギを要
し、ランニングコストの面でも不利であった。

更には、前記一体物スリーブはローラ径の制限から通常
その厚さを大きくできず、従って製造困難な薄肉長尺管
体の遠心力鋳造を余儀なくされていた。

一方金属とセラミックス粒子との複合体を外層とするロ
ーラは、セラミックスと混在する金属が選択的に摩耗さ
れ、セラミックス粒子の欠け落ちなどの問題と共に、前
記ウエットゾーンでの使用では金属部分の腐食が問題で
ある。尤も金属部分が耐摩耗性と共に耐食性に優れる高
合金系材料を使用すれば問題は解消するが、新たにコス
ト高の問題を生じる。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は上記の問題を解決する目的を以ってなされたも
のであり、その技術的手段は、セラミックス外層と金属
内層とから成るスリーブであって、前記セラミックス外
層は緻密な第１外層部及び気孔内に金属を含浸させた第
２外層部から構成されると共に、第２外層部に含浸の金
属材は前記金属内層と冶金的に連続しており、かつ、外
径／セラミックス外層厚さ＜8.0、セラミックス外層厚
さ／金属内層厚さ＞1.5なる条件を満足するセラミック
ス−金属複合スリーブの複数個を、ローラ軸に相互に間
隔を設けて固着して成るようにした点である。

〈実施例〉 次に図面を参照して本発明の実施例について詳述する。

第１図は本発明のホットランテーブルローラ１であり、
セラミックス−金属複合スリーブ２の複数個が、所定の
間隔をおいてローラ軸７に固着されている。

前記スリーブ２はセラミックス外層３と金属内層６から
成り、セラミックス外層３はセラミックス粒子が緻密に
焼結されて成る緻密な第１外層部４と、該第１外層部４
のセラミックスと連続的に、かつ或る程度の気孔率を有
して焼結されたセラミックス層の気孔内に金属を含浸さ
せて成る第２外層部５とで構成されており、該第２外層
部５に含浸の金属材は前記金属内層６と冶金的に連続し
ている。

セラミックスとしては金属酸化物、ケイ化物、窒化物、
金属炭化物、ホウ化物等があり、前記セラミックス外層
すなわち円筒状セラミックス成形体の成形は、たとえば
セラミックス粉末粒子の圧粉成形時に、緻密な第１外層
部相当部分は微細粒子を緻密に、第２外層部相当部分は
セラミックス粒子の混合する熱可塑性結合材の混合率を
調整したり、セラミックス粒子の粒度を大きくしたり、
又成形圧を小さくするなどにより圧粉成形し、焼成する
ことにより緻密表層部及び或る程度の気孔率を有する外
層用成形体ができる。

この場合緻密な第１外層部は気孔率０〜５％が適当であ
り、このセラミックス層が使用層であることによって腐
食の要因である水と金属との反応がなく、従って表面部
の腐食によるクラック等の亀裂を発生せず、従って表面
部の欠け落ち等による摩耗には大きな抵抗を示すのであ
る。

更に熱伝導度が低いためホットコイルからの熱衝撃に対
しても抵抗が大きいのである。

又金属を含浸する第２外層部の気孔率は、前記表層部か
ら漸増して、内層との境界面において40〜60％が好まし
く、このようにすることによって、該気孔に金属を含浸
させたセラミックス外層は、優れた断熱性の保持と共
に、強度の向上及び靱性が付加され、前記含浸金属の漸
増は材質の変化をなだらかにして剥離等のトラブルを回
避することができるのである。

しかし気孔率が不連続的に増加する場合であっても、前
記40〜60％を越えない範囲であれば実用的には支障はな
い。

なお多孔質のセラミックス成形体の一般的製造方法とし
て、網目状骨格を有するウレタンフォームにセラミック
ススラリーを含浸させて後乾燥し、該乾燥成形体を焼成
する方法が知られているが、上記セラミックス外層の形
成も同方法の利用が可能である。たとえば上記ウレタン
フォームにセラミックススラリーを含浸させ乾燥させた
円筒状成形体の外表面に、更にセラミックス粉末による
緻密層を成形し焼成するのである。

かくして得られたセラミックス外層用成形体への金属含
浸（浸透）及び金属内層の成形は、遠心力鋳造によって
容易に行える。

たとえば第２図に示す如く、前記セラミックス外層用成
形体3aを遠心力鋳造用金型８内に耐火物９及びバンド1
0，10で固定し、この状態で金型８を回転させ、セラミ
ックス外層用成形体の気孔に浸透させるための鋳造材溶
湯を注湯用樋11を用いて前記セラミックス外層用成形体
3a内へ注湯する。この際、前記成形体3aの両端面が、鋳
込まれた溶湯に接触するように可及的に空間12，12を設
けることが望ましい。端面部は、冷却により凝固が早
く、必要とするセラミックスへの浸透が得られ難いため
である。

また、浸透を助ける手段として、前記セラミックス外層
用成形体3aを400〜1200℃に予熱することが望ましい。
この際、予熱による酸化等の変質を防止するために、不
活性ガス中で予熱することも有効な手段である。加え
て、該予熱は、鋳造により生ずる熱衝撃によるセラミッ
クス外層用成形体3aの割れ防止及び鋳造後の両者の収縮
差による割れ防止の効果もある。

前記遠心力鋳造の際の鋳型回転数については、ＧNo.が
大きく、鋳込温度が高い方が浸透を助長する。一般にＧ
No.はＧ20〜Ｇ200程度であるが、勿論Ｇ200以上でも浸
透を大きくするのでよい。

鋳造溶湯は、スリーブ表層部（第１外層部）が緻密セラ
ミックス層であり、金属が直接使用層とならないことか
ら普通鋳鉄によることが可能であり、強度、靱性の面か
らダクタイル鋳鉄、高級鋳鉄、鋳鋼等を選ぶことができ
る。浸透性の面からは高級鋳鉄が優れている。勿論他の
鉄系や場合によっては非鉄系材質の使用も可能である。

鋳込量は第２外層部の気孔を満たしかつ内層を形成する
に足る量であり、勿論内層の仕上代は見ておく。

以上のようにして鋳込むことによって第２外層部に含浸
の金属材と、金属内層は冶金的に連続したものとなる。

又、前記高級鋳鉄の如く浸透性のよい材質をまず、第２
外層部に含浸される量若しくは少し余分に鋳造し、次い
でその内側へ強度の大きい材質、たとえばアダマイト、
黒鉛鋳鋼等を鋳造すれば浸透の容易さと機械的強度を容
易に兼備でき、しかも金属内層と前記含浸されている金
属材とは冶金的に連続したものとなる。

次に本発明に係るスリーブの寸法関係について述べる
と、本発明では 外径／セラミックス外層厚さ＜8.0 セラミックス外層厚さ／金属内層厚さ＞1.5 と制限しているのであり、このようにすることによって
セラミックス外層の熱膨脹、収縮による割れを抑制する
ことができるのである。セラミックスの熱膨張率は、４
×10^−６１／℃金属の熱膨張率は約12×10^−６１／℃で
あり、セラミックス内面からの溶湯鋳造含侵時でのセラ
ミックスの膨張は約１×10^−３（0.1％）程度である
が、塑性変形態の小さく、又、熱衝撃性の低いセラミッ
クスにとっては、急加熱時にワレに対しては細心の注意
力が必要である。溶湯含侵後の凝固、冷却における収縮
過程においても同様である。

その１つの手段として、セラミックス層の厚さを金属層
圧より十分に大きくするのと同時に外径に対するセラミ
ックス層の厚さを大きくとる事により、セラミックスに
発生する応力を小さくする事が考えられる。

すなわち、外径／セラミックス厚さが8.0より大きくな
るとセラミックス断面に作用する応力は大きくなりワレ
の問題がある。

又、セラミックス厚さ／金属厚さ＜1.5の時は発生する
熱応力が大きくなり、ワレの問題となる。

すなわち、セラミックス外層そのものの熱膨脹、収縮に
対する安全、セラミックス外層と膨脹係数の大きく異な
る金属内層が強固に接合していることに対する安全を配
慮したものである。

以上セラミックス−金属複合スリーブについて説明して
きたが、本発明は既に述べているように該スリーブの複
数個を、たとえば焼ばめ等の固着手段によってローラ軸
に固着してホットランテーブルローラとするものであ
り、セラミックス外層を有し、しかも短尺スリーブが間
隔をとって配置されたものであるから単重も小さく、駆
動エネルギも少なくて済むのである。

次に本発明の具体的実施例を示す。

製造の製品は胴径310φ、胴長1800（mm）のホットラ
ンテーブルローラであり、外形310φ、内径200φ、軸方
向長さ200（mm）のセラミックス−金属複合スリーブ
を、200φのＳ35Ｃ材よりなるローラ軸に焼ばめた。

(1)セラミックス外層用成形体 外径310φ，内径230φ，肉厚40ｔ，長さ250（mm）の
Ａ_２Ｏ_３成形体を用いた。該成形体の気孔率は表面〜
内面まで３〜50％と漸増している。

(2)鋳造 前記Ａ_２Ｏ_３成形体を遠心力鋳造の金型内面にセット
し、次いで該成形体を予熱した。（800℃） 上記金型をＧ80で回転し、その状態で次表の組成の鋳鉄
溶湯30kg（第２外層部に含浸及び肉厚20mmの金属内層成
形相当量）を1300℃で鋳込んだ。

(3)鋳造後処理 金属内層の凝固後スリーブを型からばらし、両端を25mm
切削加工した。

(4)焼ばめ 上記スリーブ内面を切削加工後、外径200φのＳ35Ｃの
ローラ軸に6/10000の焼ばめ率で４個焼ばめローラとし
た。

(5)調査結果 ローラを解体し、スリーブ断面を調査した結果、セラミ
ックス外層と金属内層の接合状態は良好であり、セラミ
ックスの第２外層部における金属の含浸状態も充実して
いた。

〈発明の効果〉 以上に述べたように本発明のホットランテーブルローラ
は、緻密セラミックス層の第１外層部を有するために優
れた耐食性、耐摩耗性を有し、従って耐腐食摩耗性にも
優れ、又優れた耐熱性、断熱性を有して熱衝撃に対する
抵抗が大であり、更にはセラミックス外層の第２外層部
に金属を含浸させていることによって強度、靱性の向上
を図り、又、セラミックス外層の径、厚み、金属内層の
厚みの相対的制限によって、熱膨脹、収縮に対する安全
を図り、加えて短尺スリーブを間隔をおいて配置してい
ることにより、軽量化に成功して省エネルギ効果が大き
く、ホットランテーブルの冷却帯に使用のローラとして
は極めて優れたローラであるが、他の部門たとえば仕上
圧延前のスラブ搬送ローラなどにも使用でき、本発明の
工業的価値は著大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のホットランテーブルローラの一実施例
の要部断面図、第２図は本発明のホットランテーブルロ
ーラに係るセラミックス−金属複合スリーブの製造方法
を表す概略断面図である。 １……ホットランテーブルローラ、２……セラミックス
−金属複合スリーブ、３……セラミックス外層、３ａ…
…セラミックス外層用成形体、４……第１外層部、５…
…第２外層部、６……金属内層、７……ローラ軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−127957（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−146514（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−247450（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックス外層と金属内層とから成るス
   リーブであって、前記セラミックス外層は緻密な第１外
   層部及び気孔内に金属を含浸させた第２外層部から構成
   されると共に、該第２外層部に含浸の金属材は前記金属
   内層と冶金的に連続しており、かつ、外径／セラミック
   ス外層厚さ＜8.0、セラミックス外層厚さ／金属内層厚
   さ＞1.5なる条件を満足するセラミックス−金属複合ス
   リーブの複数個を、ローラ軸に相互に間隔を設けて固着
   して成ることを特徴とするホットランテーブルローラ。