(57)【要約】【課題】連続焼鈍炉内のハースロールの熱膨張プロフィルに起因する金属帯の輸送中の蛇行や絞り現象を防止することで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い金属からなり、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、内層スリーブ３は、内径側の胴長が外径側の胴長に比べて短くなることで、軸方向の端面が傾斜する。【選択図】図３
2018062699.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い金属からなり、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、
前記内層スリーブは、内径側の胴長が外径側の胴長に比べて短くなることで、軸方向端の端面が傾斜することを特徴とする連続焼鈍炉用のハースロール。
【請求項２】
前記内層スリーブは、銅を含む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い金属からなり、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有する複層構造の円筒スリーブの、前記内層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、前記内層スリーブの内径側の胴長を外径側の胴長に比べて短くすることで、前記内層スリーブの軸方向の端面を傾斜させ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。
【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。また、このような焼鈍処理は、加工性向上の目的の他に、焼鈍直後に材料を急速冷却して焼入れることで、より強度の高い製品を製造するためにも用いられる。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、薄鋼板との温度差に応じて、接触による入熱（均熱帯、冷却帯）や抜熱（加熱帯）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の薄ゲージ化が進んでおり、低コスト化のために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、延いてはロール表面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、外層材（外層スリーブ）と内層材（内層スリーブ）とを嵌合して製造する技術（例えば、特許文献２）や、高熱伝導材を溶融して結合する技術（例えば、特許文献３）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４）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４−５６７３３号公報
【特許文献３】特開平４−２４７８２１号公報
【特許文献４】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１〜４の複層構造のハースロールの製造技術では、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接合界面の寿命に関しては、一切言及がされていない。
本発明者らは、このような接合界面において、異なる金属の熱膨張率の違いから、部分的に大きな応力や歪が生じ、剥離が生じる可能性があることを知見した。接合界面に剥離が生じてしまうと、ハースロールの熱膨張プロフィルが変化してしまい、所望の均熱効果が得られないことから、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。
【０００８】
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、連続焼鈍炉内のハースロールの熱膨張プロフィルに起因する金属帯の輸送中の蛇行や絞り現象を防止することで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】
【０００９】
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い金属からなり、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、上記内層スリーブは、内径側の胴長が外径側の胴長に比べて短くなることで、軸方向端の端面が傾斜する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。
【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い金属からなり、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有する複層構造の円筒スリーブの軸方向の、上記内層スリーブ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、上記内層スリーブの内径側の胴長を外径側の胴長に比べて短くすることで、上記内層スリーブの軸方向の端面を傾斜させ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】
【００１１】
本発明の一態様によれば、連続焼鈍炉内のハースロールの熱膨張プロフィルに起因する金属帯の輸送中の蛇行や絞り現象を防止することで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】
【００１２】
【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】内層スリーブの端部形状と相当塑性歪との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
＜ハースロールの構成＞
図面を参照して、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。
【００１５】
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には、例えば、ＳＣＨ材等の耐熱鋼を用いることができる。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。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。
【００１６】
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、外層スリーブ２よりも熱伝導性の高い金属からなる。内層スリーブ３の材質は、外層スリーブ３よりも熱伝導性の高い金属であれば特に限定されないが、熱伝導性及び耐熱性の観点からは、銅を含む金属（例えば、タフピッチ銅や脱酸銅、無酸素銅等の純銅、又は銅合金）を用いることが好ましい。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。
【００１７】
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の軸方向の両端は、アスクル４に接合される。内層スリーブ３は、内径側の胴長が外径側の胴長に比べて短く形成されることで、軸方向両端部の端から所定の長さ（以下、「傾斜部長さＬ」ともいう）の領域において、厚みｔが軸方向の端側になるほど薄くなるよう、軸方向両端の端面が直線的に傾斜する。また、内層スリーブ３の軸方向の両端の傾斜は、それぞれ同じ傾斜部長さＬで形成される。内層スリーブ３の胴長は、内層スリーブ３の軸方向の長さである。内層スリーブ３の外径の胴長は、外層スリーブ２の胴長よりも短く形成される。つまり、内層スリーブ３の軸方向の端は、図３に示すように、外層スリーブ２の軸方向の端よりも中央側に配される。このような構成にすることで、外層スリーブ２とアスクル４とを溶接する際の、内層スリーブ３への熱影響を抑えることができる。
【００１８】
ここで、本発明者らは、有限要素法を用いた数値解析により、外層スリーブ２と内層スリーブ３との熱膨張率差に起因し、外層スリーブ２及び内層スリーブの軸方向端である結合端に大きな応力と変形（塑性歪）が生じることを見出した。
図４に通常のハースロールにおける、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を示す。図４に示すハースロールは、本実施形態と同様に、外層スリーブ２と内層スリーブ３とからなる複層構造の円筒スリーブを有する。外層スリーブ２の軸方向の両端は、アスクル４に接合される。内層スリーブ３は、内径側の胴長と外径の胴長とが同じ長さであり、端面が本実施形態のものと異なり直角に形成される。
【００１９】
複層構造の円筒スリーブでは、金属帯と接触している範囲の外層スリーブ２の外周側より、入熱することで熱が内部に伝わり、接合界面６を通じて内層スリーブ３の温度が上昇していく。そして、熱伝導率が高い内層スリーブ３は、軸方向への伝熱性も高いことから温度均一性が高く、接合界面６を通じて外層スリーブ２の軸方向の温度分布を緩和する。この際、外層スリーブ２及び内層スリーブ３の結合界面６周辺の温度はほぼ同じとなっている。内層スリーブ３としては、銅や銅合金などの高熱伝導材料が好適であるが、一般に高熱伝導の特性を持つ金属は熱膨張率が大きいことが特徴である。例えば、連続焼鈍炉内の均熱帯付近の温度である６００℃〜８００℃における、純銅の熱膨張率は１．８×１０−５/Ｋ〜１．９×１０−５/Ｋ程度であり、一般的な耐熱鋼の５％〜１０％程度も高い値である。つまり、結合部周辺の外層スリーブ２の温度と内層スリーブ３の温度とはほぼ同じであるため、両者の熱膨張量の違いにより大きな熱応力が作用して変形を生じ、接合界面６の剥離に至ることが懸念される。
【００２０】
このことから、本発明者らは鋭意検討を行い、この変形量が、外層スリーブ２及び内層スリーブ３の材質や厚みの組み合わせと、内層スリーブ３の端部の形状とによって大きく変化することを見出した。さらに、本発明者らは、図３に示すように、内層スリーブ３の端部形状を内径側の胴長が外径側の胴長にくらべて短くなるような傾斜形状とすることにより、大きな変形抑制効果が得られることを見出した。
【００２１】
本発明者らの検討結果として、数値解析から得られた相当塑性歪と内層スリーブ３の端部形状との関係を図５に示す。図５において、横軸は、内層スリーブ３の端部形状である内層スリーブ３の厚みに対する内層スリーブ端部の傾斜部長さＬの割合を示す。また、縦軸は、図４に示すように内層スリーブ３の端部が傾斜していない場合の変形量に対する、各傾斜形状における変形量の割合を示している。なお、ここでの変形量は相当塑性歪にて評価した。また、図５には外層スリーブ２と内層スリーブ３との厚みが等しい場合の結果、及び両者の厚みの大小関係を変化させた場合の結果を示している。図５の直線ｌは、外層スリーブ２と内層スリーブ３との厚みが等しい場合、図５の直線ｌａは、外層スリーブ２よりも内層スリーブ３の厚みが小さい場合、図５の直線ｌｂは、外層スリーブ２よりも内層スリーブ３の厚みが大きい場合をそれぞれ示す。図５からわかるように、傾斜部長さＬを長くすることにより変形量が大きく低減することがわかる。また、変形量が内層スリーブと外層スリーブとの厚みの関係に依存していることがわかる。これは、端部形状を傾斜形状とすることにより、外層スリーブ２との熱膨張による体積差が小さくなることによる効果と考えられる。
【００２２】
この知見を連続焼鈍炉内のハースロール１に適用する際には、外層スリーブ２及び内層スリーブ３の材質と厚みとの組み合わせにより、適宜、最適な傾斜部長さＬを設定すればよい。しかしながら、連続焼鈍炉内では、材質や板厚の異なる金属帯を接合し、連続通板していることから、通板する金属帯が異なるものへと変わる際には、金属帯の通板速度を加減速する条件変更（速度変更）が行われる。この際、ハースロール１の重量が重すぎる(ＧＤ２が大きすぎる)と迅速な速度変更が行えなくなるため、材質上の非定常部長が長くなるという問題が生ずる。このため、ハースロール１を設計する際には、駆動モーターの容量を加味して全体重量（ＧＤ２）を決定する必要があり、この重量内にて外層スリーブ２及び内層スリーブ３の厚みとバランス、そして内層スリーブ３の端部の傾斜部長さＬを決定すればよい。
【００２３】
そして、アスクル４は、略円錐台状の部材であり、耐熱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、耐熱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。
【００２４】
＜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。
【００２５】
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。
【００２６】
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）。この際、複層構造の円筒スリーブの寸法に応じて、内層スリーブ３のみが加工されてもよく、外層スリーブ２及び内層スリーブ３の両方が加工されてもよい。
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）。
【００２７】
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。
【００２８】
＜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。
【００２９】
例えば、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。
また、上記実施形態では、内層スリーブ３の軸方向端部は、直線的に傾斜するとしたが本発明はかかる例に限定されない。例えば、内層スリーブ３の軸方向端部は、曲線的に傾斜してもよい。
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。
【００３０】
＜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い金属からなり、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、内層スリーブ３は、内径側の胴長が外径側の胴長に比べて短くなることで、軸方向の端面が傾斜する。
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との結合端に生じる応力及び変形を抑えることができる。このため、連続焼鈍炉内のハースロール１の熱膨張プロフィルに起因する金属帯の輸送中の蛇行や絞り現象を防止することができ、安定的な搬送が可能となることから、長寿命化が可能となる。
【００３１】
（２）上記（１）の構成において、内層スリーブ３は、銅を含む。
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。
【００３２】
（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い金属からなり、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とを有する複層構造の円筒スリーブの、内層スリーブ３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、内層スリーブ３の内径側の胴長を外径側の胴長に比べて短くすることで、内層スリーブ３の軸方向の端面を傾斜させる。
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。
【００３３】
（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、外層スリーブの内周面に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。
ここで、特許文献２に開示されている技術では、外層材と内層材とを勘合してハースロールを形成しており、例えばその実施例にて示されているように、外層材としてＳＵＳ３０４ステンレス鋼、内層材として銅を焼き嵌めて製造されている。しかしながら、両材料の熱膨張率は完全に一致するものではないことや、熱膨張率には温度依存性があること等により、ハースロールの軸方向に温度分布が生じた場合には接触界面での熱伝達特性に影響が生じ、軸方向の伝熱特性が低下することがあった。
【００３４】
また、特許文献３では、シェル層となる耐熱鋼製円管とそれより小径の耐熱鋼製円管との間に装入した銅板を真空中で融点以上に加熱し、耐熱鋼との界面を金属的に接合させている。しかしながら、この方法では耐熱鋼と銅との接合界面に銅より熱伝導率の低い鉄−銅合金層が形成されること、また、本発明者らの経験では銅を溶融させた後に適切な冷却処理を施さないと内部に引け巣が生じ、伝熱特性を低下させる等の問題を有していた。
【００３５】
さらに、特許文献４にて提案されている技術においても、遠心鋳造にて外層材を鋳込んだ後に内層材を鋳込むため、結合界面に鉄−銅合金層が生じることが不可避であった。
これに対して、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】
【００３６】
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。
検証は、実機焼鈍炉での条件を模擬し、有限要素法による伝熱解析及び弾塑性変形解析にて行った。解析では、外層スリーブ２には耐熱鋼鋳造品ＳＣＨ相当、及び内層スリーブ３には純銅相当の熱的物性値と応力歪特性とを用い、物性値には温度依存性も考慮した。ハースロール１の概略寸法は、外径がφ７００ｍｍ、バレル長（外層スリーブ２の胴長）が１４００ｍｍ、軸部５の端まで含めた全長が３６００ｍｍである。また、外層スリーブ２の厚みを１０ｍｍ、内層スリーブ３の厚みを８ｍｍとし、接合界面６は完全結合条件とした。さらに、検証では、１０００ｍｍ幅の軟鋼帯の連続長時間操業を想定し、雰囲気温度が７２０℃、鋼板温度が６５０℃の条件で定常温度解析を行った。接触熱伝達などの各種境界条件は、別途、解析結果が実操業でのロール温度実績に合うように決定した。また、実施例では、効果として、傾斜部長さＬを５０ｍｍとした場合と、内層スリーブ３の端部形状が図４に示すように端面が直角な場合（傾斜部長さＬが０ｍｍ）とにおいて、結合端付近に生じる塑性歪の大小を比較することで評価を行った。
【００３７】
解析の結果、端面が直角な場合では、内層スリーブ３の結合端付近に局所的な大きな変形が生じ、相当塑性歪が最大で０．００３６となることを確認した。これに対して、上記実施形態のように端面を傾斜させた場合、内層スリーブ３の傾斜した軸方向の先端付近に最大歪が生じていたものの、相当塑性歪は最大で０．００１４となることを確認した。すなわち、内層スリーブ３の端部形状を傾斜させることで、相当塑性歪が１／３程度となり、変形量を大きく低減できることが確認できた。
以上、本発明に係る連続焼鈍炉用のハースロール１によれば、結合端に生じる応力及び変形を抑えることができるため、熱膨張プロフィルに起因する金属帯の輸送中の蛇行や絞り現象を防止することができ、安定的な搬送が可能となり、長寿命化が可能となる。
【符号の説明】
【００３８】
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】
2018062699.tif 000003
【図２】
2018062699.tif 000004
【図３】
2018062699.tif 000005
【図４】
2018062699.tif 000006
【図５】
2018062699.tif 000007