(57)【要約】【課題】  連続熱処理炉内に配設されるハースロールの提供【解決手段】  連続熱処理炉内に配設されて、その表面で鋼板を搬送するためのハースロールであり、ロール基体表面に窒化物、硼化物、酸化物及びマトリックス金属を含有する材料を溶射して、窒化物、硼化物及び酸化物がマトリックス中に分散した溶射皮膜を形成する。【効果】  耐ビルドアップ性、耐熱衝撃性、耐摩耗性に優れ、しかも長寿命であるから、装置の可動期間が長くなり、生産性を向上する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール基体外周の表面に、周期律表における４，５および６族元素（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）から選択された１種または２種以上の硼化物（複硼化物を含む。以下同じ。）と、周期律表における４，５および６族元素（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）から選択された１種または２種以上の窒化物（複窒化物を含む。以下同じ。）と、希土類元素（Ｓｃ、Ｙ、ランタニド元素）の１種または２種以上から選択された元素の酸化物（複酸化物を含む。以下同じ。）と、ＭＣｒＡＬＹ（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏから選択された１種または２種以上の金属元素）、ＮｉＣｒ合金、ハステロイ合金、インコネル合金から選択された１種または２種以上のマトリックス金属とを、４種とも含む溶射材料を溶射して皮膜を形成した耐ビルドアップ性、耐熱衝撃性、耐摩耗性に優れたハースロール。
【請求項２】
請求項１記載のハースロールに、優れた耐ビルドアップ性、耐熱衝撃性、耐摩耗性を有する溶射皮膜を形成するための硼化物、窒化物、酸化物およびマトリックス金属からなる溶射材料。
【請求項３】
硼化物および窒化物の含有量が、各々体積比で３％以上かつ３５％以下で、かつ硼化物と窒化物の合計が体積比で５％以上かつ４０％以下であり、硼化物、窒化物、酸化物の合計が体積比で５％以上かつ６０％以下である溶射皮膜を形成した請求項１記載のハースロール。
【請求項４】
硼化物および窒化物の含有量が、各々体積比で３％以上かつ３５％以下で、かつ硼化物と窒化物の合計が体積比で５％以上かつ４０％以下であり、硼化物、窒化物、酸化物の合計が体積比で５％以上かつ６０％以下である溶射皮膜を形成する請求項２記載の溶射材料。
【請求項５】
溶射皮膜厚さが１０〜１０００μｍである請求項１記載のハースロール。
【請求項６】
溶射皮膜とロール基体外周の表面の間に、ＭＣｒＡＬＹ（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏから選択された１種または２種以上の金属元素）、ＮｉＣｒ合金、ハステロイ合金、インコネル合金Ｎｉ−Ａｌ合金またはＭｏ等の下地溶射皮膜を形成した請求項１、３、５のいずれかに記載ハースロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、連続熱処理炉内に配設されて、その表面で鋼板を搬送するためのハースロールとその溶射材料に関し、特に、ロール基体表面に窒化物（複窒化物を含む。以下同じ。）、硼化物（複硼化物を含む。以下同じ。）、酸化物（複酸化物を含む。以下同じ。）およびマトリックス金属を含有する材料を溶射して、窒化物、硼化物及び酸化物がマトリックス中に分散した溶射皮膜を形成した耐ビルドアップ性、耐熱衝撃性、耐摩耗性に優れたハースロールならびに、前記溶射皮膜を形成するための溶射材料に関する。
【背景技術】
【０００２】  鋼板の熱処理炉内に配設されるハースロールは、６００〜１３００℃の酸化性又は還元性雰囲気下で長時間使用される。このため、その表面には主に次のような性能が要求される。【０００３】  １）ハースロール表面には、鋼板に付着した鉄酸化物や鉄粉がビルドアップといわれる凝着堆積物を形成する。さらに近年、炉操業条件その他の変化により、マンガン酸化物のビルドアップが問題になっている。これら鉄系及びマンガン系物質に対する耐ビルドアップ性。
２）連続炉内の異なる温度域を通過してくる鋼板による、温度変化に対応できる耐熱衝撃性。
３）通過する鋼板より摩耗を受けるため、それに耐えうる耐摩耗性。
これらの性能が不十分であると、摩耗、ビルドアップ、熱衝撃によるハースロール表面皮膜の剥離が生じ、鋼板に疵がついて品質低下の原因となる。【０００４】  このような摩耗、ビルドアップ、熱衝撃によるハースロール表面皮膜の剥離を防止する技術として特許文献１には、ロール基体表面にチタン窒化物又はチタン炭化物を溶射施工することによる耐ビルドアップ性を向上させたハースロールが開示されている。【０００５】  又、特許文献２では酸化マンガンと反応性の低いＭｇＡｌ２Ｏ４等のセラミックスと、同じく酸化マンガンとの反応性を低くするために、Ａｌ及びＣｒの含有量を制限したＭＣｒＡｌＹのサーメット皮膜を有するハースロールが開示されている。【０００６】  さらに、特許文献３では、特許文献１の欠点を防止するため、ＴｉＮ粒子を高温で安定な金属酸化物で被覆して耐熱金属とのサーメット皮膜にし、かつ、この皮膜とロールとの間に金属結合層を設けたハースロールを開示している。
【特許文献１】特開昭６３−２５０４４９号公報
【特許文献２】特開平８−６７９６０号公報
【特許文献３】特開平１０−１９５５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  特許文献１開示のハースロールにおけるＴｉＮおよびＴｉＣ自体は、耐摩耗性、耐ビルドアップ性に優れた物質であるが、溶射皮膜は溶射時酸化を受け、気孔が多く非常に脆いものであった。そのため、鋼板との接触により皮膜の摩耗脱落が生じ、長時間の使用は困難であった。【０００８】  前記の欠点を改良した特許文献３においては、皮膜をサーメット化したことと、皮膜とロール基材との間に結合層を設けたことにより、皮膜の耐摩耗性及び耐熱衝撃性は若干向上し、ある程度の耐ビルドアップ性向上は達成した。しかし、セラミックスであるＴｉＮの体積％が４０〜９０％と高いため、皮膜の脆性及び熱衝撃の問題は残り、依然として、摩耗剥離が生じやすくその耐用期間は十分とは言えないものであった。また、めっき、ＰＶＤ、ＣＶＤ、メカニカルアロイニング等の手法を用いてＴｉＮ粒子を金属で被覆する必要があり、結果的に高コストとなり、経済的な面で問題があった。【０００９】  特許文献２においても、耐Ｍｎ系物質ビルドアップ性は向上したものの、耐Ｆｅ系物質ビルドアップ性は従来のものにも劣るものであった。
このように、従来の技術では前述の要求される性能すべてを満足することは出来なかった。
本発明はこれらの問題を解決し、必要な性能すべてを有する、すなわちＦｅ系及びＭｎ系物質に対する優れた耐ビルドアップ性を有し、かつ耐熱衝撃性、耐摩耗性にも優れた長寿命のハースロール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】  上記の性能を有するハースロールを提供するために、本発明は次のようになされる。
まず、周期律表における４，５および６族元素（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）から選択された１種または２種以上の硼化物と、周期律表における４，５および６族元素（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）から選択された１種または２種以上の窒化物と、希土類元素（Ｓｃ、Ｙ、ランタニド元素）の１種または２種以上から選択された元素の酸化物と、ＭＣｒＡＬＹ（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏから選択された１種または２種以上の金属元素）、ＮｉＣｒ合金、ハステロイ合金、インコネル合金から選択された１種または２種以上のマトリックス金属とをそれぞれ用意する。【００１１】  これら硼化物、窒化物、酸化物およびマトリックス金属の４種類とも含む溶射材料を製造し、それをハースロール外周の表面に溶射して耐ビルドアップ性、耐熱衝撃性、耐摩耗性に優れた皮膜を形成する。【００１２】  形成された皮膜において、硼化物および窒化物の含有量が各々体積比で３％以上かつ３５％以下で、かつ硼化物と窒化物の合計が体積比で５％以上かつ４０％以下で、さらに硼化物、窒化物、酸化物の合計が体積比で５％以上かつ６０％以下である。
【発明の効果】
【００１３】  本発明は、前記硼化物、窒化物、酸化物及びマトリックス金属の４種類とも含む溶射材料によりハースロール基体表面に溶射皮膜が形成されたことによって、優れた耐ビルドアップ性、耐熱衝撃性、耐摩耗性を備え、しかも長寿命のハースロールを提供することが出来、産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  本発明の構成と作用を説明する。
本発明者等の研究結果によれば、本発明によるハースロール基体の表面溶射皮膜を形成している各構成物質は、次のような性能・特性を有する。【００１５】  いずれも粒子状で用いられるが、硼化物は、Ｆｅ系物質に対する耐ビルドアップ性に優れ、窒化物は、Ｍｎ系物質に対する耐ビルドアップ性に優れる。酸化物は、硼化物、窒化物程ではないが、前記両物質に対する耐ビルドアップ性に優れる。また硼化物、窒化物、酸化物ともに高硬度物質であり、耐摩耗性に優れる。【００１６】  マトリックス金属は、いずれも耐熱、耐酸化性に優れ、そのため長期間にわたって耐熱衝撃性を維持でき、かつ硼化物、窒化物、酸化物を表面溶射皮膜内に強固に固定することができる。よって、優れた耐ビルドアップ性、耐熱衝撃性、耐摩耗性を保持するために、溶射皮膜は、この硼化物、窒化物、酸化物およびマトリックス金属の４種類とも含有することが不可欠であり、またそうすることによる相乗効果で、単独の場合より各性能・特性とも向上する。【００１７】  さらに、耐ビルドアップ性、耐摩耗性においては硼化物、窒化物、酸化物は多いほど効果を発揮するが、耐熱衝撃性は劣ることになる。優れた耐熱衝撃性を保持するために、それらの含有量は、硼化物および窒化物の含有量が各々体積比で３％以上かつ３５％以下で、かつ硼化物と窒化物の合計が、体積比で５％以上かつ４０％以下であり、硼化物、窒化物、酸化物の合計が、体積比で５％以上かつ６０％以下に制限される。【００１８】  溶射皮膜においては、皮膜表面での前記各粒子と鋼板との接触点数が多いほど高性能を発揮するので、硼化物、窒化物、酸化物は細かくし、かつマトリックス金属中に均一に分散した状態が望ましい。【００１９】  本発明における溶射皮膜形成用溶射材料の製造方法は特に限定しないが、所定量の硼化物、窒化物、酸化物およびマトリックス金属の粉末に有機バインダーを加え、一般的な造粒方法（スプレー造粒法、流動層造粒法、メカニカルアロイング法等が適用できる。）により製造可能である。さらに、必ずしも必要ではないが、脱バインダーおよび焼結をすればさらに好適である。【００２０】  前記溶射皮膜形成用溶射材料の溶射法はとくに限定しないが、フレーム溶射、プラズマ溶射、ＨＶＯＦ溶射（高速ガス溶射）、爆発溶射が適用できる。その中でも熱影響が少なく、緻密な皮膜が形成可能なＨＶＯＦ溶射および爆発溶射が好適である。【００２１】  溶射皮膜厚さは１０μｍ以下では効果が発揮できず、１０００μｍを超えると残留応力が大きく、剥離の可能性が高くなるので、１０〜１０００μｍの範囲とした。
また、熱衝撃性を向上させるために、溶射皮膜とロール基材との間にＭＣｒＡＬＹ（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏから選択された１種または２種以上の金属元素）、ＮｉＣｒ合金、ハステロイ合金、インコネル合金Ｎｉ−Ａｌ合金またはＭｏ等の下地溶射皮膜を挿入することは可能で、本発明の概念に含まれるものである。
【実施例】
【００２２】  本発明の作用効果を確認するため、ＳＵＳ３０４（Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：８．００〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、残部Ｆｅおよび不可避不純物）により、テストピース（以下ＴＰという）を製作（耐ビルドアップ性試験、耐摩耗性試験用：３０×５０×５ｍｍ、耐熱衝撃性試験用：５０×５０×１０ｍｍ）し、ＴＰ表面にＨＶＯＦ溶射（高速ガス溶射）により皮膜を積層して各試験を行った。【００２３】  耐ビルドアップ性を評価するため、次の実験を行った。
実験に用いた装置を図１に示す。材質がＳＣＨ−２２（Ｃ：０．３５〜０．４５％、Ｓｉ：１．７５％以下、Ｍｎ：１．５０％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０４０％以下、Ｎｉ：１９．００〜２２．００％、Ｃｒ：２３．００〜２７．００％、残部Ｆｅおよび不可避不純物）である半径３５ｍｍの半月ロールを製作し、２枚の各溶射ＴＰ上を往復運動させ、ビルドアップの発生を再現できる装置を用いた。２枚の溶射ＴＰには、ＳＵＳ３０４素材に両面溶射した溶射ＴＰ１と、片面溶射した溶射ＴＰ１’を用い、半月ロールと２枚の溶射ＴＰの間には、ビルドアップ原料（酸化鉄粉Ｆｅ３Ｏ４、および混合粉Ｆｅ３Ｏ４＋５０％ＭｎＯ）を散布し、トレイ中に収容した。【００２４】  この装置をつぼ型電気炉の中に配置し、Ｎ２−５％Ｈ２の還元雰囲気中、８５０℃の一定温度で４時間ほど半月ロールを往復運動させ、ビルドアップを発生させた。
図２は図１中のビルドアップ原料と溶射ＴＰ部分の配置を拡大して示すものである。【００２５】  以上の試験において、図２のように半月ロールと直接接触する面をＡ面、その裏の面をＢ面、そしてＢ面と向かい合う面をＣ面とし、試験後のビルドアップ発生状況を表１で示すような耐ビルドアップ性指数を用いて、それぞれの評価点を合計した値で耐ビルドアップ性を評価した。Ｆｅ３Ｏ４を用いた試験においては合計点が７点以上、Ｆｅ３Ｏ４＋５０％ＭｎＯを用いた試験においては合計点が５点以上を良好（○）と判定した。【００２６】
【表１】
2005206930.tif 000002
【００２７】  耐摩耗性を評価するために次の試験を行った。
実験には「スガ式摩耗試験機」を使用した。表２には試験条件を、図３には試験要領図を示す。【００２８】  溶射皮膜を積層したＴＰに荷重をかけてエメリーペーパーに接触させる。エメリーペーパーはＴＰの１往復ごとに少しずつ回転させて新面でテストをする。耐摩耗性は１ｍｇ摩耗するのに要したＴＰの往復回数［Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓｔｒｏｋｅ（ＤＳ）／ｍｇ］で評価する。
試験結果が２０ＤＳ／ｍｇ未満のものは不良（×）、２０ＤＳ／ｍｇ以上４０ＤＳ／ｍｇ未満のものは良好（○）、４０ＤＳ／ｍｇ以上のものは優秀（◎）とした。【００２９】
【表２】
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【００３０】  耐熱衝撃性を評価するために次の試験を行った。
溶射皮膜を積層したＴＰ（５０×５０×１０ｍｍ）を、電気炉内で加熱後水冷し、溶射皮膜の剥離の有無で評価を行った。２０回の繰り返し試験後で溶射皮膜の剥離が無いものを良好（○）、２０回未満で剥離が発生したものは不良（×）とした。表３に試験条件を示す。【００３１】
【表３】
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【００３２】  表４は、本発明例１〜６および比較例１〜４の組成を示すものであり、表５は耐ビルドアップ性試験、耐摩耗性試験、耐熱衝撃性試験の結果および綜合評価を示すものである。【００３３】
【表４】
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【００３４】
【表５】
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【００３５】  本発明例１〜６は、ＴＰ表面に溶射法により溶射皮膜を積層したものであり、それぞれの積層厚さは１０〜１０００μｍの範囲に、硼化物および窒化物の含有量が各々体積比で３％以上かつ３５％以下であり、硼化物、窒化物、酸化物の合計が、体積比で５％以上かつ６０％以下に設定されている。【００３６】  表２に示すように、本発明例１〜６はビルドアップ源としてＦｅ３Ｏ４を用いた耐ビルドアップ性試験では７点以上の良好な値を示し、Ｆｅ３Ｏ４＋５０％ＭｎＯを用いた耐ビルドアップ性試験でも５点以上の良好な値を示す。さらに、耐摩耗性試験、耐熱衝撃性試験においても良好な結果を示し、総合評価は良好（○）であった。【００３７】  一方、比較例１は本発明例１から硼化物を除いたものである。表５に示すように比較例１はビルドアップ源にＦｅ３Ｏ４＋５０％ＭｎＯを用いた耐ビルドアップ性試験および耐熱衝撃性では良好な結果を得たが、ビルドアップ源にＦｅ３Ｏ４を用いた耐ビルドアップ性試験の評価点が２点と低く、耐摩耗性も不良であり、総合評価は不良（×）となった。【００３８】  比較例２は、本発明例３の窒化物を除いたものである。表５に示すように、比較例２はビルドアップ源にＦｅ３Ｏ４を用いた耐ビルドアップ性評価、耐摩耗性および耐熱衝撃性では良好な結果を得たが、Ｆｅ３Ｏ４＋５０％ＭｎＯを用いた耐ビルドアップ性試験の評価点が２点と低く、総合評価は不良（×）となった。【００３９】  比較例３は、本発明例６から希土類元素の酸化物を除いたものである。表５に示すように、比較例３ではビルドアップ源にＦｅ３Ｏ４を用いた耐ビルドアップ性評価では良好な結果を得たが、Ｆｅ３Ｏ４＋５０％ＭｎＯを用いた耐ビルドアップ性試験の評価点が３点と低く、総合評価は不良（×）であった。【００４０】  比較例４は、本発明例２の硼化物、窒化物、酸化物の含有量を体積比２５％ずつに設定したものである。表５に示すように、比較例４は耐ビルドアップ性評価、耐摩耗性評価では非常に優秀な結果を得たが、耐熱衝撃性が不良（×）であり、総合評価は不良（×）となった。
【産業上の利用可能性】
【００４１】    本発明に係る連続熱処理炉内に配設されるハースロールは、前記硼化物、窒化物、酸化物およびマトリックス金属の４種類とも含む溶射材料によりハースロール基体表面に溶射皮膜が形成されたことによって、優れた耐ビルドアップ性、耐熱衝撃性、耐摩耗性を備え、しかも長寿命であるから、装置の可動期間が長くなり、生産性を向上することが出来、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図】耐ビルドアップ性試験を実施する実験装置の模式断面図である。
【図】図１中のビルドアップ原料と溶射ＴＰ部分の配置拡大図である。
【図】耐摩耗性試験要領図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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