(57)【要約】【課題】金属帯の安定的な搬送を可能とし、かつ長寿命化を可能とする連続焼鈍炉用のハースロール及び連続焼鈍炉用のハースロールの製造方法を提供すること。【解決手段】耐熱鋼からなる円筒状の外層スリーブ２と、外層スリーブ２よりも熱伝導性が高く、銅を含む金属からなり、外層スリーブ２の内周面に外周面が接合する円筒状の内層スリーブ３と、を備え、外層スリーブ２と内層スリーブ３との接合界面６に対して、外層スリーブ２の軸方向端部の自由縁がなす角度θ１、及び接合界面６に対して内層スリーブ３の軸方向端部の自由縁がなす角度θ２は、（１）式を満たし、且つ（２）式または（３）式のいずれか一方を満たす。θ１＋θ２＝１８０°±１０°  ・・・（１），  ５５°≦θ１≦８０°  ・・・（２），  １２５°≦θ１＜１８０°  ・・・（３）【選択図】図３
2018062700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱鋼からなる円筒状の外層スリーブと、
該外層スリーブよりも熱伝導性が高く、銅を含む金属からなり、前記外層スリーブの内周面に外周面が接合する円筒状の内層スリーブと、
を備え、
前記外層スリーブと前記内層スリーブとの接合界面に対して前記外層スリーブの軸方向端部の自由縁がなす角度θ１、及び前記接合界面に対して前記内層スリーブの軸方向端部の自由縁がなす角度θ２は、（１）式を満たし、且つ（２）式または（３）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする連続焼鈍炉用のハースロール。
θ１＋θ２＝１８０°±１０°  ・・・（１）
５５°≦θ１≦８０°  ・・・（２）
１２５°≦θ１＜１８０°  ・・・（３）
【請求項２】
前記内層スリーブは、純銅からなることを特徴とする請求項１に記載の連続焼鈍炉用のハースロール。
【請求項３】
耐熱鋼からなる円筒状の外層スリーブと、該外層スリーブよりも熱伝導性が高く、前記外層スリーブの内周面に外周面が接合する円筒状の内層スリーブとを有する複層構造の円筒スリーブの軸方向の端部を機械加工するスリーブ加工工程と、
前記スリーブ加工工程の後、前記外層スリーブの軸方向の端とアスクルとを接合させるアスクル接合工程と
を備え、
前記スリーブ加工工程では、前記外層スリーブと前記内層スリーブとの接合界面に対して前記外層スリーブの軸方向端部の自由縁がなす角度θ１、及び前記接合界面に対して前記内層スリーブの軸方向端部の自由縁がなす角度θ２が、（１）式を満たし、且つ（２）式または（３）式のいずれか一方を満たすように、前記外層スリーブ及び前記内層スリーブの軸方向の端部を成形することを特徴とする連続焼鈍炉用のハースロールの製造方法。
θ１＋θ２＝１８０°±１０°  ・・・（１）
５５°≦θ１≦８０°  ・・・（２）
１２５°≦θ１＜１８０°  ・・・（３）
【請求項４】
前記スリーブ加工工程の前に、熱間静水圧プレス処理を用いて、前記外層スリーブの内周面に前記内層スリーブの外周面を接合させるスリーブ接合工程をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の連続焼鈍炉用のハースロールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続焼鈍炉用のハースロール及び連続焼鈍炉用のハースロールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間圧延にて加工硬化した金属帯は、通常、熱処理による焼きなまし(焼鈍)処理が行われている。このような焼鈍処理は、金属帯をプレス等で成形する際、加工硬化した状態では曲げや絞りといった加工性に劣ることから、熱処理により転位を取り除いて、金属帯の加工性を向上させる為に行われる。近年、金属帯の焼鈍処理には、生産性の高い連続焼鈍炉が多用されている。連続焼鈍炉では、金属帯コイルから払い出されたコイル長手方向の尾端部と次コイルの先端部とを順次接合しながら、複数の金属帯を連続して焼鈍処理することで、長時間にわたって連続した熱処理を行うことができる。通常、連続焼鈍炉は、金属帯の入口側より順番に加熱帯、均熱帯及び冷却帯から構成されており、所望の焼鈍処理をするための熱処理パターンにしたがって各帯での温度設定がなされている。金属帯は、炉内各帯の上部及び下部に設置されている複数の搬送ロールにより、加熱帯から冷却帯までを上下に順番に通板方向を変えながら搬送されていく。
【０００３】
ここで、薄鋼板の連続焼鈍処理を例にとると、加熱帯では、薄鋼板を常温の状態から搬送中に最高温度が６００℃〜８００℃程度にまでに加熱する加熱処理が実施される。次いで、均熱帯では、加熱帯で加熱された温度近辺での均熱処理が実施される。さらに、冷却帯では、段階的な温度パターン設定により、薄鋼板の温度が１００℃以下となるまで、冷却処理が実施される。
【０００４】
この際、薄鋼板を搬送するために炉内に設けられる搬送ロール（以下、「ハースロール」とよぶ。）は、炉内各帯の雰囲気温度で加熱されるのみならず、薄鋼板とロール温度（概ね雰囲気温度と一致する）との温度差に応じて、接触による入熱や抜熱によって加熱又は冷却される。このため、ハースロールは、ロール軸方向に温度分布が生じ、ロール表面が凹形状あるいは凸形状に変化する。このようなロール表面の形状変化が生じると、ロール表面が凹形状では薄鋼板の蛇行現象、凸形状では薄鋼板のバックリング現象(皺状の疵が発生する現象であり、以後、絞りとよぶ)が発生しやすくなる。これらの現象に対して、実操業では経験的に通板速度を低下させることでロール形状の変化を低減させる対策がとられており、生産性を低下させる大きな要因となっている。また、近年、飲料缶などに使用されるブリキ材等では薄ゲージ化が進んでおり、低コスト化のために高速化による連続焼鈍炉での熱処理生産性の向上が重要となっている。
【０００５】
ハースロールの熱膨張によるプロフィル変化を抑制する方法としては、連続焼鈍炉用ハースロールを複層構造としてロール軸方向の温度分布を緩和する技術が提案されている(例えば、特許文献１)。特許文献１の技術は、耐熱鋼からなる外層スリーブに、外層スリーブよりも熱伝導性の高い金属材料からなる内層スリーブを結合させるものであり、軸方向の熱伝導を促進させ、ロール全体の温度分布、延いてはロールの熱膨張プロフィル変化を緩和することができる。このような機能を有するハースロールの製造方法としては、高熱伝導材を溶融して結合する技術（例えば、特許文献２）が提案されている。また、遠心鋳造技術により耐熱鋼からなる外層スリーブを製造した後、その内面に高熱伝導性の金属材料を遠心鋳造にて鋳込んで内層スリーブを形成する技術（例えば、特許文献３）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−１２７４２８号公報
【特許文献２】特開平４−２４７８２１号公報
【特許文献３】特開平６−６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１〜３の複層構造のハースロールは、ロール軸方向に生じる大きな温度分布を改善することのみに主眼が置かれており、物性の異なる金属を結合して使用することによって生ずる結合界面の寿命に関しては、一切言及がされていない。
異なる材料が接合した異材接合体では、界面上における材料の不連続により、外力や温度変化が作用すると、接合界面が自由縁と交差する接合端部（異材界面端）近傍において応力場が弾性論上無限大となる特異性を示す場合がある。このような特異性を示す場合、接合体の強度が著しく低下することとなる。
【０００８】
つまり、特許文献１〜３の複層構造のハースロールでは、異材界面端の応力特異性を考慮したものとはなっておらず、実機操業における昇降温過程で繰返し作用する熱応力によって、異材界面端に極めて大きな応力が作用する場合があった。そして、このような場合には、接合界面の剥離が生じ、所望の均熱効果が得られないために、搬送中の金属帯の蛇行や絞り現象が生じ、安定的な搬送ができなくなるという問題があった。また、ハースロールの寿命が短くなるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は上述した事情に鑑みてなしえたものであり、金属帯の安定的な搬送を可能とし、かつ長寿命化を可能とする連続焼鈍炉用のハースロール及び連続焼鈍炉用のハースロールの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、耐熱鋼からなる円筒状の外層スリーブと、この外層スリーブよりも熱伝導性が高く、銅を含む金属からなり、上記外層スリーブの内周面に外周面が接合する円筒状の内層スリーブと、を備え、上記外層スリーブと上記内層スリーブとの接合界面に対して上記外層スリーブの軸方向端部の自由縁がなす角度θ１、及び上記接合界面に対して上記内層スリーブの軸方向端部の自由縁がなす角度θ２は、（１）式を満たし、且つ（２）式または（３）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする連続焼鈍炉用のハースロールが提供される。
θ１＋θ２＝１８０°±１０°  ・・・（１）
５５°≦θ１≦８０°  ・・・（２）
１２５°≦θ１＜１８０°  ・・・（３）
【００１１】
本発明の一態様によれば、耐熱鋼からなる円筒状の外層スリーブと、この外層スリーブよりも熱伝導性が高く、上記外層スリーブの内周面に外周面が接合する円筒状の内層スリーブとを有する複層構造の円筒スリーブの軸方向の端部を機械加工するスリーブ加工工程と、上記スリーブ加工工程の後、上記外層スリーブの軸方向の端とアスクルとを接合させるアスクル接合工程とを備え、上記スリーブ加工工程では、上記外層スリーブと上記内層スリーブとの接合界面に対して上記外層スリーブの軸方向端部の自由縁がなす角度θ１、及び上記接合界面に対して上記内層スリーブの軸方向端部の自由縁がなす角度θ２が、（１）式を満たし、且つ（２）式または（３）式のいずれか一方を満たすように、上記外層スリーブ及び上記内層スリーブの軸方向の端部を成形することを特徴とする連続焼鈍炉用のハースロールの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、金属帯の安定的な搬送を可能とし、かつ長寿命化を可能とする連続焼鈍炉用のハースロール及び連続焼鈍炉用のハースロールの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るハースロールを示す断面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】ハースロールを示す部分断面図である。
【図４】ハースロールを示す部分断面図である。
【図５】異材接合体における異材界面端を示す模式図である。
【図６】異材接合体における応力特異性の出現及び消失条件を示すグラフである。
【図７】ハースロールの外層スリーブに用いられる耐熱鋼及び内層スリーブに用いられる銅の横弾性係数の温度に対する変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
【００１５】
＜ハースロールの構成＞
まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態に係るハースロール１の構成について説明する。ハースロール１は、回転中心軸を通る断面である図１に示すように、外層スリーブ２と、内層スリーブ３と、アスクル４と、軸部５とを備える。また、ハースロール１は、熱処理される金属帯が薄鋼板である、連続焼鈍炉に用いられる。このような連続焼鈍炉では、通板時にハースロール１には大きな力が加わらないために過度の剛性が不要である。また、金属帯毎の機械的特性や板寸法に合わせた通板速度の変更に対応するため、回転慣性を小さくする必要がある。このため、ハースロール１の内部は空洞になっている。
【００１６】
外層スリーブ２は、中空の円筒状の形状を有し、耐熱鋼からなる。外層スリーブ２に用いられる耐熱鋼は、２５Ｃｒ−２４Ｎｉ鋼であり、縦弾性係数が２１４ＧＰａで、ポアソン比が０．３である。外層スリーブ２の厚みは、例えば１５ｍｍ〜３０ｍｍ程度であり、用いられる温度条件や強度条件、設備条件（例えばモータの出力）等に応じて適宜設定される。また、外層スリーブ２の表面は、通板中の金属帯の蛇行を抑制するため、軸方向（図１における左右方向）の中央側の外径が軸方向の端部側の外径に比べて大きな凸クラウン形状を有する。凸クラウン形状は、焼鈍を行う金属帯の寸法やハースロール１が設けられる炉内の位置に応じて、適切なクラウン形状が採用される。
【００１７】
内層スリーブ３は、外層スリーブ２よりも径の小さな中空の円筒状の形状を有し、タフピッチ銅や脱酸銅、無酸素銅等の純銅からなる。内層スリーブ３に用いられる純銅は、縦弾性係数が１１８ＧＰａで、ポアソン比が０．３４である。内層スリーブ３の厚みは、例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、ハースロール１の強度条件や設備条件等に応じて適宜設定される。なお、内層スリーブ３の厚みが、１０ｍｍ未満と薄い場合、外層スリーブ２の均熱効果が十分に得られないことがある。また、内層スリーブ３の厚みが２０ｍｍ超と厚くなる場合、ハースロール１の重量が重くなりすぎるため、設備の導入やメンテナンスに掛かるコストが増大する。内層スリーブ３は、外層スリーブ２の中空内に配され、外周面が外層スリーブ２の内周面に金属結合によって接合されている。なお、外層スリーブ２と内層スリーブ３との界面を、接合界面６ともいう。また、外層スリーブ２と、外層スリーブ２に接合された内層スリーブ３とからなる接合体を、複層構造の円筒スリーブともいう。
【００１８】
図３は、図１の破線で囲った領域であり、外層スリーブ２及び内層スリーブ３の軸方向の端部を示す部分断面図である。
外層スリーブ２の軸方向の端部は、合界面６に対して外層スリーブ２の軸方向端部の端面である自由縁がなす角度θ１で傾斜するように形成される。つまり、図３に示す例の場合、外層スリーブ２は、軸方向の中央側の厚みが一定であり、軸方向端部における接合界面６の端からなす角度θ１で傾斜する傾斜領域が形成される。そして、外層スリーブ２は、傾斜領域から軸方向端側に中央側よりも薄い一定厚みの領域が形成され、アスクル４に接続される。
【００１９】
一方、内層スリーブ３の軸方向の端部は、合界面６に対して内層スリーブ３の軸方向端部の端面である自由縁がなす角度θ２で傾斜するように形成される。つまり、内層スリーブ３は、軸方向の中央側の厚みが一定であり、軸方向端部に、接合界面６の端に向かって端面がなす角度θ２で傾斜する傾斜領域が形成される。
さらに、本実施形態では、なす角度θ１，θ２が、下記の（１）式を満たし、且つ（２）式及び（３）式を満たす。
θ１＋θ２＝１８０°±１０°  ・・・（１）
５５°≦θ１≦８０°  ・・・（２）
１２５°≦θ１＜１８０°  ・・・（３）
【００２０】
なお、図３に図示した例は、上記の条件において、なす角度θ１，θ２が、（１）式及び（３）式を満たす場合である。一方、なす角度θ１，θ２が（１）式及び（２）式を満たす場合、層スリーブ２及び内層スリーブ３の軸方向の端部の断面形状は、図４に図示した例のようになる。図４に示すように、なす角度θ１，θ２が（１）式及び（２）式を満たす場合、外層スリーブ２及び内層スリーブ３の傾斜領域における傾斜方向が変わる。
【００２１】
ここで、本発明者らは、物性の異なる外層スリーブ２及び内層スリーブ３について、接合端部における特異性の観点から、外層スリーブ２及び内層スリーブ３の軸方向の端部の形状を上述のように規定することで、ハースロール１を長寿命化できることを見出した。
異材界面端における応力特異性の出現及び消失の条件については、久保等の報告（久保、「自由縁応力特異性を消失させるための異種材料接合端の幾何学的条件」、日本機械学会論文集（Ａ編）、日本機械学会、１９９１年、５７巻、５３５号、ｐ．６３２−６３６）がある。この知見によれば、図５に示すような点Ｔでθ１の開き角を持つ材料７Ａと、θ２の開き角を持つ材料７Ｂとが、θ＝０の線上で接合しているとした場合、異材界面端部の応力特異性の出現及び消失の遷移条件は（４）式で表される。なお、（４）式中の、Ｊは（５）式、Ｊ０は（６）式、ｓ１及びｓ２は（７）式、並びにｔ１及びｔ２は（８）式で定義される（ｊ＝１，２）。また、（２）式及び（３）式中のαは（９）式、βは（１０）式で定義される。さらに、（９）式及び（１０）式中のκ１，κ２は、平面ひずみ条件において（１１）式で定義される（ｊ＝１，２）。さらに、（９）式及び（１０）式中のμ１，μ２は、材料７Ａ，７Ｂの横弾性係数であり、材料７Ａ，７Ｂの縦弾性係数Ｅ１，Ｅ２とポアソン比ν１，ν２を用いた（１２）式で定義される（ｊ＝１，２）。
【００２２】
【数１】
2018062700.tif 000003
【００２３】
つまり、異材界面端における応力場は、接合端部の形状及び材料の弾性定数（縦弾性係数、ポアソン比）によって特異性が変化し、応力の分布形態や大きさが変化することとなる。そして、適切な材料特性の組合せ及び端部形状を選択することで、特異性を消失させることが可能となる。
このような知見に基づき、本発明者らは、外層スリーブ２及び内層スリーブ３の異材界面端における応力の特異性について検討を行った。本検討では、図３または図４に示す形状の外層スリーブ２と内層スリーブ３とについて、異材界面端の形状であるなす角度θ１，θ２の値、及び材料の横弾性係数μ１，μ２の値をそれぞれ変化させて、特異性の出現及び消失を検証した。なお、本検討では、マクロな応力集中を防ぐことを目的として、異材界面端が直線で滑らかに連続した形状とするため、なす角度θ１，θ２は、（１３）式を満たすこととした。
θ１＋θ２＝１８０°  ・・・（１３）
【００２４】
本検討の結果を、図６のグラフに示す。図６において、横軸は外層スリーブ２の横弾性係数μ１に対する内層スリーブ３の横弾性係数μ２の比である横弾性比率μ２／μ１、縦軸はなす角度θ１の値をそれぞれ示す。図６において、網掛けが施された領域は、異材界面端において応力の特異性が出現する条件であり、この領域の条件では、接合界面６の端部近傍に非常に大きな応力が作用することとなる。一方、網掛けが施されていない領域は、異材界面端において応力の特異性が消失する条件であり、この領域の条件では、接合界面６の端部近傍に大きな応力が作用しないこととなる。つまり、図６のグラフにおいて、網掛けか施されていない領域の条件となるように、異材界面端の形状を制御することで、ハースロール１の長寿命化を実現することができる。
【００２５】
図７に、本実施形態において外層スリーブ２に用いられる耐熱鋼、及び内層スリーブ３に用いられる銅の横弾性係数μ１，μ２の温度依存性を示す。また、図７には、銅の横弾性係数μ２を耐熱鋼の横弾性係数μ１で除して算出される横弾性比率μ２／μ１の温度依存性を示す。連続焼鈍炉で使用される室温から８００℃までの温度範囲における、横弾性比率μ２／μ１は、０．６以上０．８以下の範囲となることが確認できる。
【００２６】
さらに、この横弾性比率の範囲と図６に示す検討結果から、本実施形態の外層スリーブ２及び内層スリーブ３において異材界面端の応力の特異性を消失する条件としては、（１３）式の条件に加え、なす角度θ１が（２）式又は（３）式のいずれか一方の条件を満たすことが必要となる。この条件を満たすことで、外層スリーブ２と内層スリーブ３との異材界面端に作用する応力を大きく低減することができるため、軸方向端部における外層スリーブ２と内層スリーブ３との剥離の発生を抑制することができ、ハースロール１の長寿命化を実現することができる。なお、なす角度θ１となす角度θ２との和の条件については、（１３）式の条件を（１）式の条件の範囲に広げたとしても、（１３）式の場合と同程度の応力抑制効果を得ることができる。また、（１３）式の代わりに（１）式の条件とすることで、後述する外層スリーブ２及び内層スリーブ３の端部の加工が容易になる。
【００２７】
そして、アスクル４は、略円錐台状の部材であり、耐火鋼等の金属からなる。アスクル４は、外層スリーブ２の軸方向両端側にそれぞれ配され、軸方向の一端が外層スリーブ２の端部に溶接によって接合され、他端が軸部５に溶接によって接合される。なお、図１では、外層スリーブ２とアスクル４との接合位置を破線ａで示し、アスクル４と軸部５との接合位置を破線ｂで示す。
軸部５は、外層スリーブ２の軸方向に延在する部材であり、耐火鋼等の金属からなる。軸部５は、外層スリーブ２の両端側にそれぞれ配され、延在方向の一端がアスクル４に接合される。
【００２８】
＜ハースロールの製造方法＞
次に、本実施形態に係るハースロール１の製造方法について説明する。まず、遠心鋳造等の手段により、粗形状の外層スリーブ２を製造し、削り出し等の機械加工によって所定の寸法に仕上げる（スリーブ製造工程）。また、スリーブ製造工程では、外層スリーブ２と同様な方法で内層スリーブ３が製造される。
次いで、外層スリーブ２の内側に内層スリーブ３を配し、熱間静水圧プレス処  理（ＨＩＰ処理）を施すことで、外層スリーブ２と内層スリーブ３とを接合させ、複層構造の円筒スリーブを製造する（スリーブ接合工程）。ＨＩＰ処理では、高圧容器内に外層スリーブ２及び外層スリーブ２の内側に配された内層スリーブ３を入れ、高温高圧処理を施すことで、外層スリーブ２と内層スリーブ３とを接合界面６にて金属結合させる。
【００２９】
さらに、外層スリーブ２と内層スリーブ３とが接合された、複層構造の円筒スリーブの軸方向の端部を、上述の条件を満たす所望の形状に機械加工する（スリーブ加工工程）。
その後、機械加工された外層スリーブ２の軸方向の端と、予め軸部５が溶接により接合されたアスクル４とを、レーザー溶接等の手段により接合する（アスクル接合工程）。
次いで、アスクル４が接合された外層スリーブ２の表面を、真円度を確保するために円筒研削する（研削工程）。なお、研削工程では、外層スリーブ２の表面が、上述した凸クラウン形状となるように研削が施される。
以上の工程を経ることにより、本実施形態に係るハースロール１を製造することができる。
【００３０】
＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである。
【００３１】
例えば、上記実施形態では、外層スリーブ２に用いられる耐熱鋼は２５Ｃｒ−２４Ｎｉ鋼としたが、本発明はかかる例に限定されない。耐熱鋼は、一般的に用いられる他の成分系のものであってもよい。また、内層スリーブ３には純銅が用いられるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。内層スリーブ３は、外層スリーブ２に比べて熱伝導性が高ければ、銅合金等の銅を含む他の金属であってもよい。なお、異材界面端部の形状が（２）式または（３）式で規定される場合、連続焼鈍炉で用いられる温度域において、外層スリーブ２の材質と内層スリーブ３の材質との横弾性比率μ２／μ１が０．６以上０．８以下となるように、各材質が選択される。
【００３２】
また、上記実施形態では、ＨＩＰ処理を用いて外層スリーブ２と内層スリーブ３とを接合する構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。外層スリーブ２及び内層スリーブは、遠心鋳造法を用いた多段鋳込みや嵌合加工による複層化といった他の手法を用いて形成されてもよい。
さらに、上記実施形態では、金属帯が薄鋼板であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。金属帯は、連続焼鈍炉で処理されるものであれば、薄鋼板と材質や厚みの異なるものであってもよい。
【００３３】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る連続焼鈍炉用のハースロール１は、耐熱鋼からなる円筒状の外層スリーブ２と、外層スリーブ２よりも熱伝導性が高く、銅を含む金属からなり、外層スリーブ２の内周面に外周面が接合する円筒状の内層スリーブ３と、を備え、外層スリーブ２と内層スリーブ３との接合界面６に対して、外層スリーブ２の軸方向端部の自由縁がなす角度θ１、及び接合界面６に対して内層スリーブ３の軸方向端部の自由縁がなす角度θ２は、（１）式を満たし、且つ（２）式または（３）式のいずれか一方を満たす。
【００３４】
上記（１）の構成によれば、外層スリーブ２と内層スリーブ３との異材界面端（接合界面６の軸方向端）の近傍において、応力場が弾性論上無限大となる特異性を消失させることができるため、熱応力等によって異材界面端の近傍に生じる応力を低減することができる。このため、接合界面６の剥離を防止でき、複層化による均熱効果を長期間にわたって得ることができることから、金属帯を安定的に搬送することが可能になる。また、接合界面６の剥離が防止できることから、ハースロール１の長寿命化が可能となる。
【００３５】
（２）上記（１）の構成において、内層スリーブ３は、純銅からなる。
上記（２）の構成によれば、内層スリーブ３の熱伝導性が高くなることから、より高い均熱効果を得ることができ、さらに、内層スリーブ３の重量を低減することができる。
（３）本発明の一態様に係る連続焼鈍炉用のハースロール１の製造方法は、耐熱鋼からなる円筒状の外層スリーブ２と、外層スリーブ２よりも熱伝導性が高く、外層スリーブ２の内周面に外周面が接合する円筒状の内層スリーブ３とを有する複層構造の円筒スリーブの軸方向の端部を機械加工するスリーブ加工工程と、スリーブ加工工程の後、外層スリーブ２の軸方向の端とアスクル４とを接合させるアスクル接合工程とを備え、スリーブ加工工程では、外層スリーブ２と内層スリーブ３との接合界面６に対して外層スリーブ２の軸方向端部の自由縁がなす角度θ１、及び接合界面６に対して内層スリーブ３の軸方向端部の自由縁がなす角度θ２が、（１）式を満たし、且つ（２）式または（３）式のいずれか一方を満たすように、外層スリーブ２及び内層スリーブ３の軸方向の端部を成形する。
上記（３）の構成によれば、上記（１）と同様な効果を得ることができる。
【００３６】
（４）上記（３）の構成において、スリーブ加工工程の前に、熱間静水圧プレス処理を用いて、外層スリーブ２の内周面に内層スリーブ３の外周面を接合させるスリーブ接合工程をさらに備える。
上記（４）の構成によれば、熱間静水圧プレス処理を用いることで、接合界面６において、空隙や熱伝導性の低い合金層等を生じることなく、外層スリーブ２と内層スリーブ３とを接合することができる。このため、複層構造の円筒スリーブを製造する際に用いられる他の方法に比べ、高い均熱効果を得ることができる。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明者らが行った実施例について説明する。実施例では、鋼帯の焼鈍処理を行う連続焼鈍炉の加熱帯に導入することを想定した上記実施形態に係るハースロール１を製造し、効果の検証を行った。
実施例では、まず、ハースロール１の胴部を模擬するため、円筒状の耐熱鋼（２５Ｃｒ−２０Ｎｉ鋼）の外層スリーブ２の内側に、円筒状の銅（純銅）の内層スリーブ３を配し、真空中にて１０００℃の条件でＨＩＰ処理を行うことで複層構造の円筒スリーブを作成した。耐熱鋼の外層スリーブ２の寸法は、胴長４００ｍｍ、外径φ３５０ｍｍ、肉厚１５ｍｍである。また、銅の内層スリーブ３の寸法は、胴長４００ｍｍ、外径φ３２０ｍｍ、肉厚１０ｍｍである。次いで、作成した複層構造の円筒スリーブを、軸方向に５０ｍｍの長さに切断し、耐熱鋼と銅との接合端面を機械加工することによって、異材界面端の角度を調整した試験片を作成した。
【００３８】
そして、作成した試験片について熱処理を施す試験を実施した。熱処理の試験では、試験片を、窒素雰囲気の電気加熱炉で常温から８００℃まで昇温した後、加熱した試験片について１時間の均熱処理を行った。次いで、加熱炉の電源を停止することで、試験片を炉冷した。さらに、冷却後のサンプルについて、異材界面端の亀裂の有無を確認した。確認の結果、亀裂が有る場合には、試験を終了とした。一方、確認の結果、亀裂が無い場合には、再度、加熱から冷却までの熱サイクル（熱処理）を付与した後、異材界面端の亀裂の有無を確認した。そして、このような熱サイクルの付与及び亀裂の確認を、最大１０回の熱サイクルの範囲で、亀裂が確認されるまで繰り返し行った。
【００３９】
表１に、試験に用いた試験片の端部形状及び試験の結果を示す。実施例としては、なす角度θ１，θ２が、（１）式及び（３）式を満たす条件を実施例１とし、（１）式及び（２）式を満たす条件を実施例２とした。また、実施例では、端部形状におけるなす角度θ１，θ２が上記実施形態の条件を満たさない条件についても、比較例として試験を行った。比較例としては、なす角度θ１，θ２が、（１）式、（２）式及び（３）式を満たさない条件を比較例１とし、（１）式を満たし、且つ（２）式及び（３）式のいずれも満たさない条件を比較例２〜４とした。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
試験の結果、（１）式の条件を満たさない比較例１では、１回の熱処理で異材界面端に亀裂が発生することを確認した。また、比較例２〜４の条件では、（１）式の条件を満たすことで比較例１よりは亀裂が発生するまでの熱処理回数は増加したが、いずれの条件においても６回以内の熱処理回数で亀裂が発生することを確認した。
一方、上記実施形態におけるなす角度θ１，θ２の条件を満たす、実施例１，２の条件では、１０回の熱処理を施しても、亀裂が発生しないことを確認した。
【００４２】
つまり、本発明に係るハースロール１によれば、異材界面端に生じる応力ができることから、接合界面６の剥離を防止でき、複層化による均熱効果を長期間にわたって得ることができることが確認された。このため、金属帯の安定的な搬送及びハースロール１の長寿命化が可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１  ハースロール
２  外層スリーブ
２１  第１領域
２２  第２領域
３  内層スリーブ
４  アスクル
５  軸部
６  接合界面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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