JPS6116409B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6116409B2 JPS6116409B2 JP58077974A JP7797483A JPS6116409B2 JP S6116409 B2 JPS6116409 B2 JP S6116409B2 JP 58077974 A JP58077974 A JP 58077974A JP 7797483 A JP7797483 A JP 7797483A JP S6116409 B2 JPS6116409 B2 JP S6116409B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- roll
- pick
- temperature
- heat
- sio
- Prior art date
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/0006—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces
- C21D9/0012—Rolls; Roll arrangements
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
- Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
- Tunnel Furnaces (AREA)
Description
本発明は熱処理炉用ロール、特に各種金属板、
例えば珪素綱板、ステンレス板、アルミニウム
板、その他合金板、銅およびその合金板等の熱処
理において、雰囲気温度300〜1200℃の範囲で好
適に使用しうる熱処理炉用ロールに関するもので
ある。 従来、この種の熱処理炉用ロールとしては、 (1) 高クロム、高ニツケル含有の耐熱合金製ロー
ルを水冷又は非水冷で直接被熱処理材を支持
し、搬送に用いる金属ロール、 (2) 前記(1)の耐熱合金製ロールの寿命延長を目的
として、耐熱合金製ロール表面にAl2O3、
ZrO2、SiO2、SiC等のセラミツクスを溶着被覆
したもの、又はセラミツク、セラミツクフアイ
バーをスリーブ状にして、被熱処理材を支持し
搬送に用いるセラミツクロール、 (3) 黒鉛又は黒鉛質繊維をスリーブ状にして被熱
処理材を支持し、搬送に用いるカーボンロー
ル、 等が考案され、使用されている。 しかしながら、これらいずれの炉内ロールにお
いても、希望する特性をすべて満足するに至つて
いない。即ち、水冷金属ロールにおいては、ロー
ル表面温度の低下によりロールピツクアツプの発
生には効果があるが、水冷による熱量損失が非常
に大きくなるという欠点がある。また非水冷金属
ロールにおいては、水冷による熱量損失は解消で
きるものの炉内温度（ロール温度）が800℃以上
の高温下においては、ロールピツクアツプの多発
により、被熱処理材に押疵をつける等の品質低下
をまねく結果となる。 前記耐熱合金製ロールのロールピツクアツプ防
止を図る手段として、耐熱合金製ロール表面に種
種のセラミツクスの溶着被膜を施すかあるいはセ
ラミツクスをスリーブ状にして使用したロールに
おいては、セラミツクスとしてSiCを用いた場
合、特に800℃以上の高温焼鈍を必要とする珪素
綱、ステンレス綱のストリツプにおいてロール表
面上に鉄粉もしくは鉄酸化物粉体が付着し、被熱
処理材に疵をつけるロールピツクアツプが発生し
やすい。この傾向は、還元性の雰囲気中において
著しい発生となる。 また、炭素質スリーブを用いた場合は、炉内の
わずかな酸素や水蒸気によつて酸化損耗が進行し
耐用性が低下するため炉内を非酸化性雰囲気にし
なければならず煩雑な操作が要求され、かつ装置
コストが高くなると同時に炭素質スリーブの使用
範囲が非酸化性雰囲気に限定される。 さらに、Al2O3質、ZrO2質等セラミツクスの溶
着被膜を施したロールの場合、熱膨張係数が大き
く熱処理炉の急速な昇温あるいは炉温変動を生じ
た場合、スポーリング性破壊やクラツクの発生に
よる耐用性の低下を起こす。また、特公昭57−
8847公報等で提案されている溶融SiO2質スリー
ブは熱膨張係数が小さいため、耐スポーリング抵
抗は大きいが1000℃以上で長時間使用すると溶融
SiO2質の結晶形態は、非晶質から結晶化が進
み、低膨張性を失い耐久性がなくなる。また製造
過程における焼成においても結晶形態から1000℃
以下の温度でしか焼成できないため、焼成後の溶
融SiO2質スリーブは低強度であり、研削による
平滑度が出しにくいこと、また使用中に機械的衝
撃で破壊しやすい等の問題がある。 このような実情に鑑み、本発明は耐ロールピツ
クアツプ性および耐スポーリング性に優れ、しか
も高強度を有しかつ高温においても高耐用性を発
現する熱処理炉用ロールを提供しようとするもの
であり、その特徴とするところは、高温雰囲気の
熱処理炉内で被熱処理材を支持し、搬送する炉内
ロールにおいて、金属板を支持する面にAl2O3・
TiO2セラミツクス層を有する熱処理炉用ロール
にある。 以下、本発明について詳述する。 粉末の焼結により製造したAl2O3・TiO2と
ZrO2、Al2O3、MgO・Al2O3・SiO2、溶融SiO2と
のロールピツクアツプ性を調査した。以下にロー
ルピツクアツプ性の試験方法とその結果について
述べる。
例えば珪素綱板、ステンレス板、アルミニウム
板、その他合金板、銅およびその合金板等の熱処
理において、雰囲気温度300〜1200℃の範囲で好
適に使用しうる熱処理炉用ロールに関するもので
ある。 従来、この種の熱処理炉用ロールとしては、 (1) 高クロム、高ニツケル含有の耐熱合金製ロー
ルを水冷又は非水冷で直接被熱処理材を支持
し、搬送に用いる金属ロール、 (2) 前記(1)の耐熱合金製ロールの寿命延長を目的
として、耐熱合金製ロール表面にAl2O3、
ZrO2、SiO2、SiC等のセラミツクスを溶着被覆
したもの、又はセラミツク、セラミツクフアイ
バーをスリーブ状にして、被熱処理材を支持し
搬送に用いるセラミツクロール、 (3) 黒鉛又は黒鉛質繊維をスリーブ状にして被熱
処理材を支持し、搬送に用いるカーボンロー
ル、 等が考案され、使用されている。 しかしながら、これらいずれの炉内ロールにお
いても、希望する特性をすべて満足するに至つて
いない。即ち、水冷金属ロールにおいては、ロー
ル表面温度の低下によりロールピツクアツプの発
生には効果があるが、水冷による熱量損失が非常
に大きくなるという欠点がある。また非水冷金属
ロールにおいては、水冷による熱量損失は解消で
きるものの炉内温度（ロール温度）が800℃以上
の高温下においては、ロールピツクアツプの多発
により、被熱処理材に押疵をつける等の品質低下
をまねく結果となる。 前記耐熱合金製ロールのロールピツクアツプ防
止を図る手段として、耐熱合金製ロール表面に種
種のセラミツクスの溶着被膜を施すかあるいはセ
ラミツクスをスリーブ状にして使用したロールに
おいては、セラミツクスとしてSiCを用いた場
合、特に800℃以上の高温焼鈍を必要とする珪素
綱、ステンレス綱のストリツプにおいてロール表
面上に鉄粉もしくは鉄酸化物粉体が付着し、被熱
処理材に疵をつけるロールピツクアツプが発生し
やすい。この傾向は、還元性の雰囲気中において
著しい発生となる。 また、炭素質スリーブを用いた場合は、炉内の
わずかな酸素や水蒸気によつて酸化損耗が進行し
耐用性が低下するため炉内を非酸化性雰囲気にし
なければならず煩雑な操作が要求され、かつ装置
コストが高くなると同時に炭素質スリーブの使用
範囲が非酸化性雰囲気に限定される。 さらに、Al2O3質、ZrO2質等セラミツクスの溶
着被膜を施したロールの場合、熱膨張係数が大き
く熱処理炉の急速な昇温あるいは炉温変動を生じ
た場合、スポーリング性破壊やクラツクの発生に
よる耐用性の低下を起こす。また、特公昭57−
8847公報等で提案されている溶融SiO2質スリー
ブは熱膨張係数が小さいため、耐スポーリング抵
抗は大きいが1000℃以上で長時間使用すると溶融
SiO2質の結晶形態は、非晶質から結晶化が進
み、低膨張性を失い耐久性がなくなる。また製造
過程における焼成においても結晶形態から1000℃
以下の温度でしか焼成できないため、焼成後の溶
融SiO2質スリーブは低強度であり、研削による
平滑度が出しにくいこと、また使用中に機械的衝
撃で破壊しやすい等の問題がある。 このような実情に鑑み、本発明は耐ロールピツ
クアツプ性および耐スポーリング性に優れ、しか
も高強度を有しかつ高温においても高耐用性を発
現する熱処理炉用ロールを提供しようとするもの
であり、その特徴とするところは、高温雰囲気の
熱処理炉内で被熱処理材を支持し、搬送する炉内
ロールにおいて、金属板を支持する面にAl2O3・
TiO2セラミツクス層を有する熱処理炉用ロール
にある。 以下、本発明について詳述する。 粉末の焼結により製造したAl2O3・TiO2と
ZrO2、Al2O3、MgO・Al2O3・SiO2、溶融SiO2と
のロールピツクアツプ性を調査した。以下にロー
ルピツクアツプ性の試験方法とその結果について
述べる。
【表】
試験片は50×50mmの厚み10mmの平板状であり、
表１に示すようにNo.1〜No.5までの各種セラミ
ツクス材料を用意した。平板２枚の50×50mmの面
間にピツクアツプ原料である鉄酸化物粉末をのせ
て重ね合わせ、その上に１Kg/cm2の荷重を加え、
更にピツクアツプ原料と２枚の平板がこすり合わ
されるような動きを与える。この様な試験装置を
雰囲気制御可能な電気炉中に設定するものであ
る。 ロールピツクアツプ性の試験は雰囲気温度1000
℃H2（10％）−N2（90％）雰囲気で５時間行な
い、試験後試料を取出してピツクアツプを発生し
ている部分の面積を画像解析装置を用いて測定す
る。この値を２枚の試験片面積（50×50mm）で割
算したピツクアツプ面積の割合をもつてピツクア
ツプ発生率とした。 ピツクアツプ発生率を第１図に示した。第１図
において、ピツクアツプ発生率の幅は10回の試験
におけるバラツキを示している。第１図に示し
た、ピツクアツプ発生率の小さい順から挙げると
Al2O3・TiO2、溶融SiO2、MgO・Al2O3・SiO2、
ZrO2、Al2O3の順であり、Al2O3・TiO2が最も優
れていることがわかる。このことは熱膨張係数の
小さなセラミツクス材料ほどピツクアツプ発生率
の少ないことを示しているがMgO・Al2O3・SiO2
ではピツクアツプ発生率は大きくなつている。ま
た、熱膨張係数の大きいZrO2、Al2O3等はピツク
アツプの発生率は大きくなると同時にバラツキも
大きくなる。さらに、低膨張材料の中で、ピツク
アツプ発生率の大小について考えるとピツクアツ
プ発生率と溶融点の高低とに関係がある事が判か
る。つまりピツクアツプ発生率の高いMgO・
Al2O3・SiO2の溶融点は1350℃、溶融SiO2のそれ
は1600℃であるのに対してピツクアツプ発生率の
最も少ないAl2O3・TiO2の溶融点は1855℃と低膨
張材料の中で溶融点が最も高いことが判かる。こ
のことは低膨張である特性に付加して溶融点が高
いことにより高温における反応性の低い特性が作
用して、ピツクアツプ発生率が低下したものであ
ると考えた。 次に、温度変化に対する耐スポーリング性につ
いて述べる。実際の熱処理炉においては操業を開
始する際の昇温、トラブル発生時の火止めに伴な
う降温あるいは温度変動、さらには、操業条件の
変更に伴なう温度変動等、温度変動が発生する多
くの要因があり、熱処理炉設備はこの温度変動に
十分対応できるものでなければならない。この機
能は炉内において被熱処理材を搬送する熱処理炉
用ロールにおいても必要とされロール材料として
十分な耐用性をもつためには温度変動時の損傷を
極力少なくすることが必要となる。言い換えると
耐スポーリング抵抗の大きいロール材料でなけれ
ばならないことである。 耐スポーリング性の試験方法は100×100×20mm
の試料片を電気炉で1100℃まで加熱した後、大気
中に取り出して試料温度が300℃になるまで空冷
する。この加熱、冷却の操作を20回繰り返して、
クラツクの発生、剥離等を観察した。その結果を
表−２に示した。
表１に示すようにNo.1〜No.5までの各種セラミ
ツクス材料を用意した。平板２枚の50×50mmの面
間にピツクアツプ原料である鉄酸化物粉末をのせ
て重ね合わせ、その上に１Kg/cm2の荷重を加え、
更にピツクアツプ原料と２枚の平板がこすり合わ
されるような動きを与える。この様な試験装置を
雰囲気制御可能な電気炉中に設定するものであ
る。 ロールピツクアツプ性の試験は雰囲気温度1000
℃H2（10％）−N2（90％）雰囲気で５時間行な
い、試験後試料を取出してピツクアツプを発生し
ている部分の面積を画像解析装置を用いて測定す
る。この値を２枚の試験片面積（50×50mm）で割
算したピツクアツプ面積の割合をもつてピツクア
ツプ発生率とした。 ピツクアツプ発生率を第１図に示した。第１図
において、ピツクアツプ発生率の幅は10回の試験
におけるバラツキを示している。第１図に示し
た、ピツクアツプ発生率の小さい順から挙げると
Al2O3・TiO2、溶融SiO2、MgO・Al2O3・SiO2、
ZrO2、Al2O3の順であり、Al2O3・TiO2が最も優
れていることがわかる。このことは熱膨張係数の
小さなセラミツクス材料ほどピツクアツプ発生率
の少ないことを示しているがMgO・Al2O3・SiO2
ではピツクアツプ発生率は大きくなつている。ま
た、熱膨張係数の大きいZrO2、Al2O3等はピツク
アツプの発生率は大きくなると同時にバラツキも
大きくなる。さらに、低膨張材料の中で、ピツク
アツプ発生率の大小について考えるとピツクアツ
プ発生率と溶融点の高低とに関係がある事が判か
る。つまりピツクアツプ発生率の高いMgO・
Al2O3・SiO2の溶融点は1350℃、溶融SiO2のそれ
は1600℃であるのに対してピツクアツプ発生率の
最も少ないAl2O3・TiO2の溶融点は1855℃と低膨
張材料の中で溶融点が最も高いことが判かる。こ
のことは低膨張である特性に付加して溶融点が高
いことにより高温における反応性の低い特性が作
用して、ピツクアツプ発生率が低下したものであ
ると考えた。 次に、温度変化に対する耐スポーリング性につ
いて述べる。実際の熱処理炉においては操業を開
始する際の昇温、トラブル発生時の火止めに伴な
う降温あるいは温度変動、さらには、操業条件の
変更に伴なう温度変動等、温度変動が発生する多
くの要因があり、熱処理炉設備はこの温度変動に
十分対応できるものでなければならない。この機
能は炉内において被熱処理材を搬送する熱処理炉
用ロールにおいても必要とされロール材料として
十分な耐用性をもつためには温度変動時の損傷を
極力少なくすることが必要となる。言い換えると
耐スポーリング抵抗の大きいロール材料でなけれ
ばならないことである。 耐スポーリング性の試験方法は100×100×20mm
の試料片を電気炉で1100℃まで加熱した後、大気
中に取り出して試料温度が300℃になるまで空冷
する。この加熱、冷却の操作を20回繰り返して、
クラツクの発生、剥離等を観察した。その結果を
表−２に示した。
【表】
表−２に示すようにZrO2、Al2O3等、熱膨張係
数の大きい材料では少数回のスポーリング性試験
において破壊が生じるが、低膨張材料である
MgO・Al2O3・SiO2、溶融SiO2、Al2O3・TiO2は
20回の試験においてもクラツク発生、剥離等は生
じなかつた。 次に高温雰囲気で長時間使用する場合の変化を
調査した。試験法は100×100×20mmの試験片を
1150℃に加熱保持し、1000時間保持し、徐冷して
外観変化、鉱物組成の変化等を調査した。その結
果を表−３に示した。
数の大きい材料では少数回のスポーリング性試験
において破壊が生じるが、低膨張材料である
MgO・Al2O3・SiO2、溶融SiO2、Al2O3・TiO2は
20回の試験においてもクラツク発生、剥離等は生
じなかつた。 次に高温雰囲気で長時間使用する場合の変化を
調査した。試験法は100×100×20mmの試験片を
1150℃に加熱保持し、1000時間保持し、徐冷して
外観変化、鉱物組成の変化等を調査した。その結
果を表−３に示した。
【表】
表−３に示したように、ZrO2、Al2O3、MgO・
Al2O3・SiO2、Al2O3・TiO2は結晶形態の変化は
認められないが、溶融SiO2は、外観観察におい
て微細なクラツクが発生し、Ｘ線回折結果によれ
ば、試験前には非晶質であつたものが試験後にお
いては結晶化が進み、クリストバライトになつて
いた。この結晶化により、1150℃における熱膨張
率は約３倍に変化し、耐スポーリング性が低下す
ること、結晶化によりミクロ構造の変化があり、
組織が劣化する等から1150℃以上での長時間使用
に耐えない結果になつたものと考えた。 以上記述したように、熱処理炉用ロールとして
必要不可欠な特性である、耐ロールピツクアツプ
性、耐スポーリング性、高温長時間の使用におけ
る結晶変化等を比較検討した結果を表−４に示
す。
Al2O3・SiO2、Al2O3・TiO2は結晶形態の変化は
認められないが、溶融SiO2は、外観観察におい
て微細なクラツクが発生し、Ｘ線回折結果によれ
ば、試験前には非晶質であつたものが試験後にお
いては結晶化が進み、クリストバライトになつて
いた。この結晶化により、1150℃における熱膨張
率は約３倍に変化し、耐スポーリング性が低下す
ること、結晶化によりミクロ構造の変化があり、
組織が劣化する等から1150℃以上での長時間使用
に耐えない結果になつたものと考えた。 以上記述したように、熱処理炉用ロールとして
必要不可欠な特性である、耐ロールピツクアツプ
性、耐スポーリング性、高温長時間の使用におけ
る結晶変化等を比較検討した結果を表−４に示
す。
【表】
○：良 △：やや良 ×：不良
表−４の結果が示すように、各特性において、
Al2O3・SiO2が優れた材質であることが判明し
た。このことは既に述べたように、Al2O3・TiO2
が結晶構造の特異性（Ｃ軸方向のみ熱膨張係数が
負の値を示す。）から熱膨張係数が小さい事と同
時に溶融点が使用温度よりも高いことの相乗効果
により、高温雰囲気においても、耐ロールピツク
アツプ性の高い好結果を示したものと考える。 なお、本結果はセラミツクス焼結体のみでな
く、耐熱合金の表面に溶着被膜を形成する方法に
おいても同様である。 次に本発明の実施例について説明する。 実施例 Al2O3・TiO2の焼結体スリーブをロール軸に装
着したロールを、実際の綱板熱処理炉（温度800
〜1100℃、N2−H2−H2O雰囲気）で1500時間使
用した結果を表−５に示す。 なお比較として溶融SiO2、MgO・Al2O3・
SiO2、Al2O3の焼結体スリーブをロール軸に装着
したロールを同一条件下で使用したので、その結
果も表−５に併記した。
表−４の結果が示すように、各特性において、
Al2O3・SiO2が優れた材質であることが判明し
た。このことは既に述べたように、Al2O3・TiO2
が結晶構造の特異性（Ｃ軸方向のみ熱膨張係数が
負の値を示す。）から熱膨張係数が小さい事と同
時に溶融点が使用温度よりも高いことの相乗効果
により、高温雰囲気においても、耐ロールピツク
アツプ性の高い好結果を示したものと考える。 なお、本結果はセラミツクス焼結体のみでな
く、耐熱合金の表面に溶着被膜を形成する方法に
おいても同様である。 次に本発明の実施例について説明する。 実施例 Al2O3・TiO2の焼結体スリーブをロール軸に装
着したロールを、実際の綱板熱処理炉（温度800
〜1100℃、N2−H2−H2O雰囲気）で1500時間使
用した結果を表−５に示す。 なお比較として溶融SiO2、MgO・Al2O3・
SiO2、Al2O3の焼結体スリーブをロール軸に装着
したロールを同一条件下で使用したので、その結
果も表−５に併記した。
【表】
上記実施例の如く、本発明のロールは耐ロール
ピツクアツプ性に優秀な成績を示し、ロール寿命
延長に大きく貢献したことがわかる。
ピツクアツプ性に優秀な成績を示し、ロール寿命
延長に大きく貢献したことがわかる。
第１図は各試験片のピツクアツプ発生率を示す
グラフである。
グラフである。
Claims (1)
- １ 金属板を支持する面にAl2O3・TiO2セラミツ
クス層を有する熱処理炉用ロール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58077974A JPS59205413A (ja) | 1983-05-02 | 1983-05-02 | 熱処理炉用ロ−ル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58077974A JPS59205413A (ja) | 1983-05-02 | 1983-05-02 | 熱処理炉用ロ−ル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59205413A JPS59205413A (ja) | 1984-11-21 |
| JPS6116409B2 true JPS6116409B2 (ja) | 1986-04-30 |
Family
ID=13648867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58077974A Granted JPS59205413A (ja) | 1983-05-02 | 1983-05-02 | 熱処理炉用ロ−ル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59205413A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61153227A (ja) * | 1984-12-27 | 1986-07-11 | Kawasaki Steel Corp | 連続式熱処理炉用セラミツクスロ−ル |
| JPH0677677B2 (ja) * | 1985-04-23 | 1994-10-05 | 三井東圧化学株式会社 | 混練装置 |
| JPH0612891Y2 (ja) * | 1987-10-30 | 1994-04-06 | 京セラ株式会社 | シート成形用ロール |
| EP4559564A1 (en) * | 2023-11-22 | 2025-05-28 | Gambro Lundia AB | On-line drying of hollow fiber membranes |
-
1983
- 1983-05-02 JP JP58077974A patent/JPS59205413A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59205413A (ja) | 1984-11-21 |
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