(57)【要約】【課題】耐熱衝撃性、強度、絶縁性に優れる熱間圧延ラインに用いられるセラミックス製ロールを提供する。【解決手段】熱間圧延ラインに用いられるセラミックス製ロールであって、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなり、Ｒ＝σｃ（１−ν）／Ｅα（但し、σｃ：破壊強度、ν：ポアソン比、Ｅ：ヤング率、α：熱膨張係数）で表わされる係数Ｒが６００以上であることを特徴とする。また、窒化ケイ素を主成分とする焼結体は熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上、絶縁耐圧が１６ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延ラインに用いられるセラミックス製ロールであって、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなり、Ｒ＝σｃ（１−ν）／Ｅα（但し、σｃ：破壊強度、ν：ポアソン比、Ｅ：ヤング率、α：熱膨張係数）で表わされる係数Ｒが６００以上であることを特徴とするセラミックス製ロール。
【請求項２】
前記窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、常温における熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス製ロール。
【請求項３】
前記窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス製ロール。
【請求項４】
前記窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、絶縁耐圧が１６ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の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、熱間圧延ラインに用いられる圧延用ロール、搬送用ローラ、ガイドローラなどのロールおよびローラ（以下、ロールおよびローラを「ロール」と略す。）に係り、特に耐熱衝撃性、強度、絶縁性に優れた窒化ケイ素系焼結体からなるセラミックス製ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材を製造する熱間圧延ラインに用いられる圧延用ロール、搬送用ローラ、ガイドローラなどは、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、摩耗しやすい、耐熱性に劣る、また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る。そこで、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】
特開平６−１７０４１９公報には、熱間圧延ラインに使用されるガイドローラまたは圧延ロールであって、窒化ケイ素セラミックスからなり、少なくとも被圧延材と接する溝部の表面粗さがＲｍａｘ４μｍ以下で、表面に酸化膜を有し、材料特性が、曲げ強度８０ｋｇｆ／ｍｍ２以上、破壊靭性値ＫＩＣが７ＭＰａｍ１／２以上、硬度Ｈｋ１４ＧＰａ以上であることが記載されている。
【０００４】
特開平６−２７７７３３号公報には、熱間圧延ラインに使用されるセラミックスローラであって、窒化ケイ素セラミックスからなり、８００℃におけるビッカース硬度が９．０ＧＰａ以上であることが記載されている。
【０００５】
特開２００２−１７８０２０号公報には、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、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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のセラミックス製ロールは、特に耐熱衝撃性が十分といえず、使用時に熱衝撃によりロールが破壊しやすく耐用寿命が短いという問題があった。
【０００７】
また、特開２００２−１７８０２０号公報に記載されているような誘導加熱装置の前後に配置される搬送用ロールの場合、高い耐熱衝撃性に加えて、誘導電流が発生した鋼片と接触して発生するスパーク痕を防止するために高い絶縁性も要求される。
【０００８】
そこで、本発明は耐熱衝撃性、強度、絶縁性に優れ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】
本発明者は鋭意検討した結果、熱衝撃に対する材料の破壊抵抗を表わす量である係数Ｒについて所定の範囲を満足する窒化ケイ素系材料を用いることにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は熱間圧延ラインに用いられるセラミックス製ロールであって、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなり、Ｒ＝σｃ（１−ν）／Ｅα（但し、σｃ：破壊強度、ν：ポアソン比、Ｅ：ヤング率、α：熱膨張係数）で表わされる係数Ｒが６００以上であることを特徴とする。
【００１１】
前記本発明において、窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、常温における熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする。また、窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、相対密度が９８％以上であり常温における４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることを特徴とする。さらに、窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、絶縁耐圧が１６ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、ロールを形成する窒化ケイ素を主成分とする焼結体の急激な温度変化に対する係数Ｒ＝σＣ（１−ν）／Ｅα（但し、σｃ：破壊強度、ν：ポアソン比、Ｅ：ヤング率、α：熱膨張係数）が６００以上の値を有するようにした。
【００１３】
種々の窒化ケイ素系焼結体製ロールを約６００℃の急昇温、急冷却による熱衝撃を受ける実際の熱間圧延ラインにおいて試験した結果、この係数Ｒが６００未満であるとロールが破壊しやすい知見を得た。
【００１４】
本発明で規定される係数Ｒは、ロール自体から切り出した試験片の測定値から求めたものである。破壊強度σｃは常温における４点曲げ強度（ＭＰａ）、熱膨張係数αは常温から８００℃までの平均熱膨張係数（℃−１）、ポアソン比νは常温における値、ヤング率Ｅ（ＧＰａ）は常温における値を用いた。
【００１５】
また、通常の窒化ケイ素系焼結体は、常温における熱伝導率が高々３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であるが、実際の熱間圧延ラインにおいて急昇温、急冷却による熱がロールの表面を経て内部まで速く到達して耐熱衝撃性が高まるように、本発明の窒化ケイ素を主成分とする焼結体は常温における熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。
【００１６】
また、ロールの破壊を防止するために、窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、相対密度が９８％以上であり常温における４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００１７】
また、誘導加熱装置の前後に配置される搬送用ロールとして用いる場合、窒化ケイ素を主成分とする焼結体は絶縁耐圧が１６ｋＶ／ｍｍ以上であると、誘導電流が発生した鋼片と接触して発生するスパーク痕を防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミックス製ロール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、本発明の窒化ケイ素系セラミックス焼結体（実施例１）からなる熱間圧延ラインに用いられる圧延スリーブロールを得た。
【００１９】
また、上記で使用する焼結助剤の種類、添加量、焼成条件を変えて、材料特性の異なる窒化ケイ素系セラミックス焼結体（比較例１）からなる熱間圧延ラインに用いられる圧延スリーブロールを得た。
【００２０】
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。同様に、窒化ケイ素系セラミックス焼結体から試験片を切り出し、常温から８００℃までの平均熱膨張係数、常温におけるポアソン比、ヤング率の測定を行なった。また、絶縁耐圧は常温にてＪＩＳ　Ｃ２１１０に準拠して測定を行った。表１に測定結果を示す。
【００２１】
【表１】
2004136294.tif 000002
【００２２】
実施例１および比較例１の窒化ケイ素系焼結体からなる圧延スリーブロールを用いて、約６００℃の急昇温、急冷却による熱衝撃を受ける実際の熱間圧延ラインにおいて試験した。比較例１の圧延スリーブロールは、耐摩耗性、耐焼付き性は良好であったが、係数Ｒが６００未満であること、また熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であることが原因と考えられるが使用後まもなくロール表面に亀裂が発生した。
【００２３】
本発明の実施例１の圧延スリーブロールは、耐摩耗性、耐焼付き性が良好であるとともに、係数Ｒが６００以上であること、また熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるためロール表面に亀裂は見られず耐熱衝撃性に優れることを確認できた。
【００２４】
また、本発明の実施例１の諸特性を有するロールを、誘導加熱装置の前後に配置される搬送用ロールに適用した結果、ロール表面に亀裂が見られないことに加えて、絶縁耐圧が１６ｋＶ／ｍｍ以上であるため誘導電流が発生した鋼片と接触して発生するスパーク痕を十分に防止することができた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、所定の係数Ｒを有する窒化ケイ素系材料でロールを構成することにより、ロールが破壊し難く耐用寿命の長い熱間圧延ラインに用いられるロールを提供することができる。