(57)【要約】【課題】セラミックス製スリーブを形成する窒化ケイ素系焼結体自体の耐熱衝撃性を高めて、搬送される鋼板の中央部が反ることを抑えることのできるセラミックス製ロールを提供する。【解決手段】熱間圧延ラインにおいて鋼板を搬送するのに用いるセラミックス製ロールであって、１個または複数個のセラミックス製スリーブを金属製軸材の外周に嵌着して構成され、そのうち１個のセラミックス製スリーブは金属製軸材の軸長方向の中央部を覆うように嵌着し、セラミックス製スリーブは相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が６００ＭＰａ以上であり、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延ラインにおいて鋼板を搬送するのに用いるセラミックス製ロールであって、１個または複数個のセラミックス製スリーブを金属製軸材の外周に嵌着して構成され、そのうち１個のセラミックス製スリーブは金属製軸材の軸長方向の中央部を覆うように嵌着し、セラミックス製スリーブは相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が６００ＭＰａ以上であり、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなることを特徴とするセラミックス製ロール。
【請求項２】
熱間圧延ラインにおいて鋼板を搬送するのに用いるセラミックス製ロールであって、複数個のセラミックス製スリーブを金属製軸材の外周に嵌着して構成され、そのうち１個のセラミックス製スリーブ（スリーブ１ｂ）は金属製軸材の軸長方向の中央部を覆うように嵌着し、該スリーブ１ｂは相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が６００ＭＰａ以上であり、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなり、他のセラミックス製スリーブ（スリーブ１ａおよびスリーブ１ｃ）は前記スリーブ１ｂの両側に嵌着し、該スリーブ１ａおよびスリーブ１ｃは常温における熱伝導率が前記スリーブ１ｂより小さいセラミックスからなることを特徴とするセラミックス製ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延ラインにおいて鋼板を搬送するのに用いるロールに係り、詳しくは金属製軸材の外周にセラミックス製スリーブを嵌着させたセラミックス製ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から鉄鋼熱間圧延ラインに用いられる搬送用ロールには、金属製ロールが多く使われている。しかしながら、金属製ロールは摩耗しやすく、また耐食性、耐酸化性および耐熱性に劣るという問題があった。また金属自体の重量が重いためロールの取り替え作業が容易でないという問題があった。そこで、これらの欠点を解決するために金属製ロールに替わりセラミックス製ロールが種々提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、ロールの絶縁性を向上させるために、金属からなるロール表面にアルミナやジルコニア等のセラミックスを５０〜１００μｍの厚みで溶射を施してなる熱間圧延ラインで用いられる搬送ロールが記載されている。
【０００４】
また特許文献２には、熱間圧延ラインにおいて、圧延鋼板の上下から互いに対向した誘導加熱コイルを配置して圧延鋼板の幅方向両端部を加熱する誘導加熱装置の直下または前後に配置され、金属製芯金にセラミックス製スリーブを嵌合した熱間圧延ライン向けローラであって、セラミックス製スリーブは窒化ケイ素焼結体からなり、金属製芯金の胴長方向の両側にそれぞれ外嵌され、そのスリーブ外嵌部がローラの胴長方向中央部よりも大径となることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
実用新案登録２５５１６１１号公報
【特許文献２】
特開２００２−１７８０２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のロールにおいては、熱膨張係数が７〜１１×１０−６／℃程度であるアルミナやジルコニア等のセラミックスを５０〜１００μｍの厚みでロール表面に溶射しており、被溶射材である金属製ロールの熱膨張係数１５〜４０×１０−６／℃程度に比べて熱膨張係数差が大きいため、ロール全体を加熱冷却した際にアルミナやジルコニア等の極めて薄い溶射膜が剥離しやすいという問題がある。
【０００７】
特許文献２はこの問題を解決したものであり、金属製芯金にセラミックス製スリーブを嵌合した熱間圧延ライン向けローラは、胴長方向中央部は小径でエアー間隔が形成され被加熱圧延鋼板と接触しないので、ローラ表面への熱衝撃の影響を抑えることができるが、鋼板の中央部を支持せずに鋼板両端部を加熱するため、鋼板の中央部が反りやすいという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明はセラミックス製スリーブを形成する窒化ケイ素系焼結体自体の耐熱衝撃性を高めて、搬送される鋼板の中央部が反ることを抑えることのできる、また搬送される鋼板の均熱化を図り鋼板の中央部が反ることを抑えることのできるセラミックス製ロールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、第１の本発明のセラミックス製ロールは、熱間圧延ラインにおいて鋼板を搬送するのに用いるセラミックス製ロールであって、１個または複数個のセラミックス製スリーブを金属製軸材の外周に嵌着して構成され、そのうち１個のセラミックス製スリーブは金属製軸材の軸長方向の中央部を覆うように嵌着し、セラミックス製スリーブは相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が６００ＭＰａ以上であり、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の本発明のセラミックス製ロールは、熱間圧延ラインにおいて鋼板を搬送するのに用いるセラミックス製ロールであって、複数個のセラミックス製スリーブを金属製軸材の外周に嵌着して構成され、そのうち１個のセラミックス製スリーブ（スリーブ１ｂ）は金属製軸材の軸長方向の中央部を覆うように嵌着し、該スリーブ１ｂは相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が６００ＭＰａ以上であり、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなり、他のセラミックス製スリーブ（スリーブ１ａおよびスリーブ１ｃ）は前記スリーブ１ｂの両側に嵌着し、該スリーブ１ａおよびスリーブ１ｃは常温における熱伝導率が前記スリーブ１ｂより小さいセラミックスからなることを特徴とする。
【００１１】
第１の本発明のセラミックス製ロールにおいては、１個のセラミックス製スリーブを金属製軸材の軸長方向の中央部を覆うように嵌着して配置することにより、搬送される鋼板の中央部を適確に支持できるので、鋼板の中央部が反ることを防止できる。また、セラミックス製スリーブを耐摩耗性、耐食性、耐酸化性および耐熱性に優れる窒化ケイ素を主成分とする焼結体で形成し、相対密度が９８％以上、常温における４点曲げ強度が６００ＭＰａ以上で、かつ、特に常温における熱伝導率を５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上に高めることにより、熱衝撃による破壊を十分に防止できる。焼結体のより好ましい常温における４点曲げ強度は７００ＭＰａ以上、常温における熱伝導率は６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
【００１２】
また、第２の本発明のセラミックス製ロールにおいては、第１の本発明と同様に搬送される鋼板の中央部を適確に支持するために、１個のセラミックス製スリーブを金属製軸材の軸長方向の中央部を覆うように嵌着して配置する。また、圧延工程において、鋼板の中央部は鋼板の両端部に比べ高く昇温される。その鋼板の中央部と接触する部分に、高い熱伝導率を有する窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなるスリーブを配置して放熱性を高め、鋼板の両端部と接触する部分に、熱伝導率が低い窒化ケイ素やサイアロンなどのセラミックス焼結体からなる別のスリーブを配置することにより、鋼板の中央部と両端部の温度差が小さくなり、鋼板が均熱化されて鋼板の反りが一層抑えられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明実施例のセラミックス製ロールの概略図である。図１において、中実状の金属製軸材５の外周に、１個の中空円筒状のセラミックス製スリーブ１を約１ｍｍの隙間を有するように嵌着した。セラミックス製スリーブ１は金属製軸材５の軸長方向の中央部を覆う位置に配置して嵌着した。このセラミックス製スリーブ１の両端部に金属製スリーブ２ａ、金属製スリーブ２ｂを配置した。金属製スリーブ２ａおよび２ｂの外径はセラミックス製スリーブ１のそれより小さくする。
【００１４】
そして、金属製スリーブ２ａの端部（セラミックス製スリーブ１側でない方の端部）に隣接するように弾性部材３ａを軸材５の外周に嵌合させて配置し、さらに弾性部材３ａと隣接するように金属製締付部材４ａを軸材５に螺合させた。金属製締付部材４ａの内周面にはねじ溝が形成されており、軸材５の胴部端部の外周面に設けたねじ部と螺合される。同様に、金属製スリーブ２ｂの端部（セラミックス製スリーブ１側でない方の端部）に隣接するように弾性部材３ｂを軸材５の外周に嵌合させて配置し、さらに弾性部材３ｂと隣接するように金属製締付部材４ｂを軸材５に螺合させた。
【００１５】
このように構成することにより、金属製締付部材４ａおよび４ｂを、ロール軸方向にねじ回転移動させ、弾性部材３ａおよび３ｂを伸縮させて、金属製スリーブ２ａおよび２ｂに側圧を付与し、セラミックス製スリーブ１を所定の位置に位置決め固定した。位置決め後、金属製締付部材４ａおよび４ｂのねじが緩まないように金属製締付部材４ａおよび４ｂを軸材５に固定した。
【００１６】
次に本発明のセラミックス製スリーブの製造方法について説明する。平均粒径０．５μｍの窒化ケイ素粉末に、焼結助剤として、平均粒径０．２μｍの酸化マグネシウム粉末を３．０重量％、平均粒径２．０μｍの酸化イットリウム粉末を３．０重量％添加し、適量の分散剤を加えエタノール中で粉砕、混合した。ついで、噴霧乾燥後、篩を通して造粒した後、ゴム型に充填し、静水圧により冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）を行い、所定形状の中空スリーブロールとなる成形体を作製した。この成形体を１９５０℃、６０気圧の窒素ガス雰囲気中で５時間焼成し、窒化ケイ素系セラミックス焼結体からなるスリーブを得た。更に得られた焼結体を、ダイヤモンド砥石を用いて所定の形状に加工し、本発明の窒化ケイ素系セラミックス製スリーブを製作した。
【００１７】
また、得られた窒化ケイ素系セラミックス焼結体から、直径１０ｍｍ×厚さ３ｍｍの熱伝導率および密度測定用の試験片、縦３ｍｍ×横４ｍｍ×長さ４０ｍｍの４点曲げ試験片を採取した。密度はＪＩＳ  Ｒ２２０５に基づいてアルキメデス法から求めた。相対密度はＪＩＳ  Ｒ２２０５に準拠したアルキメデス法により実測密度を求めこれを計算により算出した理論密度で除した値とした。熱伝導率はレーザーフラッシュ法ＪＩＳ  Ｒ１６１１に準拠して常温での比熱および熱拡散率を測定し熱伝導率を算出した。４点曲げ強度は常温にてＪＩＳ  Ｒ１６０１に準拠して測定を行った。
【００１８】
その結果、本発明の窒化ケイ素系焼結体からなるセラミックス製スリーブは、相対密度が９９．２％、常温における熱伝導率が７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、常温における４点曲げ強度が８６０ＭＰａであり、ロールとして十分な特性が得られた。そして、本発明のセラミックス製ロールを実機ラインに適用した結果、耐摩耗性、耐食性、耐酸化性および耐熱性は良好であり、熱衝撃による破壊も見られず、鋼板の反りを抑えることができ安定した操業を実現することができた。
【００１９】
図２は本発明の他形態の実施例であるセラミックス製ロールの概略図である。図２において、１個のセラミックス製スリーブ（スリーブ１ｂ）を金属製軸材５の軸長方向の中央部を覆うように嵌着して配置した。また、他のセラミックス製スリーブ１ａおよびスリーブ１ｃを前記スリーブ１ｂの両側でかつ鋼板の両端部と接触する部分に嵌着して配置した。
【００２０】
セラミックス製スリーブ１として、外径３５５ｍｍ×内径３０５ｍｍ×長さ１００ｍｍの窒化ケイ素系セラミックススリーブを３個（セラミックス製スリーブ１ａ、１ｂおよび１ｃ）製作した。これらの窒化ケイ素系焼結体からなるセラミックス製スリーブ（スリーブ１ａ、１ｂおよび１ｃ）は、相対密度が９９．５％、常温における熱伝導率が５５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、常温における４点曲げ強度が９４０ＭＰａである。
【００２１】
軸材５として、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４を用いて、胴部中央部の外径３００ｍｍである中実状の軸材を製作した。また、金属製スリーブ２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄとして、ＳＵＳ３０４を用いて外径３２６ｍｍ、厚み１３ｍｍの中空円筒体を製作した。弾性部材３ａおよび３ｂとして、ＳＵＳ３０４を用いてリング状の皿バネを作製し、この皿バネを５枚直列に組み合わせて形成した。金属製締付部材４ａおよび４ｂとして、ＳＵＳ３０４を用いて内周面にねじ溝を形成した中空円筒体を製作した。
【００２２】
これらの部材を用いて、軸材５に同一材質からなる３個のセラミック製スリーブ１ａ、１ｂおよび１ｃと、金属製スリーブ２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄを嵌めて、その後、弾性部材３ａおよび３ｂを嵌めて、金属製締付部材４ａおよび４ｂを回転させて位置決めを行った。位置決め後、金属製締付部材４ａおよび４ｂを軸材５に固定した。なお、本発明において、セラミック製スリーブの個数は３個に限定されず、それ以上の個数でも構わない。
【００２３】
また、第２の本発明のセラミックス製ロールについて、図２を用いて説明する。セラミックス製スリーブ１ｂと、セラミックス製スリーブ１ａおよび１ｃの材質が異なる点を除いて、ロールの組立方法は前述同様である。図２において、１個のセラミックス製スリーブ（スリーブ１ｂ）を金属製軸材５の軸長方向の中央部を覆うように嵌着して配置した。また、他のセラミックス製スリーブ１ａおよびスリーブ１ｃを前記スリーブ１ｂの両側に嵌着して配置した。
【００２４】
鋼板の中央部と接触する部分に配置したスリーブ１ｂは、相対密度が９９．５％、常温における熱伝導率が７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、常温における４点曲げ強度が９２０ＭＰａの窒化ケイ素系焼結体からなる。また、鋼板の両端部と接触する部分に配置したスリーブ１ａおよびスリーブ１ｃは、共に常温における熱伝導率が１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）とスリーブ１ｂより小さいサイアロンセラミックス焼結体からなる。
【００２５】
そして、第２の本発明のセラミックス製ロールを実機ラインに適用した結果、耐摩耗性、耐食性、耐酸化性および耐熱性は良好であり、熱衝撃による破壊も見られず、鋼板の中央部と両端部の温度差が小さくなり、鋼板が均熱化されて鋼板の反りを一層抑えることができ安定した操業を実現することができた。なお、第２の本発明においてセラミック製スリーブの個数は３個に限定されず、それ以上の個数でも構わない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のセラミックス製ロールによれば、耐摩耗性、耐食性、耐酸化性および耐熱性に優れ、熱衝撃による破壊や、搬送される鋼板の中央部が反ることを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例のセラミックス製ロールの概略図である。
【図２】本発明の他形態の実施例であるセラミックス製ロールの概略図である。
【符号の説明】
１  セラミックス製スリーブ、  １ａ（１ｂ、１ｃ）  セラミックス製スリーブ、
２ａ（２ｂ、２ｃ、２ｄ）  金属製スリーブ、
３ａ（３ｂ）  弾性部材、
４ａ（４ｂ）  金属製締付部材、  ５  軸材
【図１】
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【図２】
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