(57)【要約】【課題】耐久性、耐浸炭性に優れた表面被覆用材料、および耐浸炭性に優れる熱処理炉用ロールを提供する。【解決手段】外層（4a）がmass％でAl：3％以上30％以下を含有し、残部実質的にNiからなる組成であり、内層（4b）が実質的にAlである２層の被膜により浸炭防止用皮膜を形成した金属芯材（３）に、カーボン製スリーブ（２）を嵌合したカーボン製ロールを熱処理炉用として使用することにより、ロールの耐久性が向上し、熱処理炉作業の生産性が顕著に向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属芯材（３）にカーボン製スリーブ（２）を嵌合してなる熱処理炉用ロールであって、前記金属芯材（３）が、表面に２層の被膜（4a、4b）を有し、外層（4a）がAlを3 mass％以上30 mass％以下含有し、残部実質的にNiからなる組成であり、内層（4b）が実質的にAlからなる組成であることを特徴とする耐浸炭性に優れた熱処理炉用ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種金属板に熱処理を施す熱処理炉内で使用する熱処理炉用ロールの耐浸炭性向上に好適な熱処理炉用ロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鋼板等の金属板を熱処理炉で熱処理する際には、熱処理炉内に搬入・搬送・搬出用ロールを設置し、金属板を前記ロール上を移動させて、金属板を熱処理することが行なわれている。このような熱処理炉用ロールとしては、例えば、耐熱鋳鋼製ロールの表面に酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等のセラミックスを溶射したものが使用される。しかし、表面にセラミックスを溶射したこの耐熱鋳鋼製ロールは、熱処理中にロール表面に被処理材である金属板起因の異物が付着しやすく、この付着した異物により被処理材である金属板に押し疵、すり疵等を発生させ、製品価値を著しく低下させるという問題点があった。
【０００３】
このような問題点に対処するため、最近では、鉄芯などの金属芯材にカーボン製スリーブを嵌め込んだ熱処理炉用ロール（以下、カーボン製ロールともいう）が使用されるようになっている。このカーボン製ロールは、耐熱性と耐異物付着性に優れるとされる。
しかし、このカーボン製ロールでは、使用中高温になると、カーボン製スリーブから金属芯材中へ炭素が浸入する浸炭現象が生じ、金属芯材の強度が低下し、曲がり、すなわち歪が発生する。そのため、金属芯材とスリーブとの間に所定量のクリアランスを確保することが困難となり、ロールが破損しやすく、耐久性が不足するという新たな問題点が生じている。熱処理炉内でロール破損事故が発生すると、ラインを停止して破損したロールを抜き出し新しいロールに交換するという突発作業が必要となり、生産性を著しく低下させる。このため、耐久性に優れた熱処理炉用ロールが要望されていた。
【０００４】
このような要望に対し、例えば、特許文献１には、金属芯体（鉄芯）の表面に平均分子量500〜2500のポリカルボシランの被膜を焼付けによる表面処理で形成したカーボン製ロールが提案されている。特許文献１に記載された技術では、金属芯体の表面に形成したポリカルボシランの被膜により、カーボン製スリーブから金属芯体（鉄芯）への炭素の拡散を防止できるとしている。
【特許文献１】特開平１１−５０１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された技術で製造された熱処理炉用ロールでは、金属芯体表面に形成された被膜成分が昇華して被膜が早期に消滅し、そのため耐久性が不足し、長期の使用が困難となるという問題点があった。
本発明は、かかる従来技術の問題点を解消し、熱処理炉内で使用される熱処理炉用ロール等の金属芯体の表面を被覆し、耐浸炭性を長期にわたり保持する、耐浸炭性に優れた熱処理炉用ロールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を達成するため、本発明者らは、熱処理炉内で使用される部材表面を被覆する材料として耐熱性を有し還元性雰囲気の浸炭熱処理炉内にて炭化物を形成し難いNiに着目し、耐浸炭性に及ぼす各種要因について鋭意研究を重ねた。その結果、本発明者らは、NiにAlを３〜30mass％添加した外層と、実質的にAlからなる内層の２層の被膜構造とすることにより、熱処理炉用ロールに使用する表面被覆材料として十分な耐浸炭性および耐熱性を具備するようになることを見出した。
【０００７】
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明は、金属芯材にカーボン製スリーブを嵌合してなる熱処理炉用ロールであって、前記金属芯材が、表面に２層の被膜を有し、外層がAlを３mass％以上30mass％以下含有し、残部実質的にNiからなる組成であり、内層が実質的にAlからなる組成であることを特徴とする耐浸炭性に優れた熱処理炉用ロールである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、熱処理炉内で使用される熱処理炉用ロールの部材の耐浸炭性、耐久性が向上することにより、部材の長期使用が可能となり、ライン停止、ロール交換等の突発作業が減少して熱処理炉の生産性が向上し、産業上格段の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の熱処理炉用ロールにおける被覆は、熱処理炉内で使用されるロールの金属芯材の表面を被覆し、浸炭を防止して耐浸炭性を向上させるものであり、溶射、蒸着、めっき等により芯材表面を被覆して、外部から芯材内への浸炭を防止する。なお、被覆手段は、とくにこれらに限定するものではない。
本発明の表面被覆用材料は内層が実質的にAlからなり、外層がAl−Ni合金で、Alを３mass％以上30mass％以下含有し、残部実質的にNiからなる組成を有する。Niは、融点が高く耐熱性に優れているが、単独では浸炭性ガスが拡散侵入するとともに、熱処理炉内の微量酸素により酸化して剥離を起こすため、熱処理炉部材の表面被覆用としては耐浸炭性に劣り、部材の浸炭を防止することができない。そこで、本発明では、被覆の内層Alとした上で、外層についてNiにAlを３mass％以上30mass％以下含有させて耐浸炭性を向上させるようにした。NiにAlを含有させることにより、被膜とした場合に熱処理炉内の微量酸素により被膜表面に緻密な酸化被膜が形成される。この酸化被膜により浸炭性ガスが被膜内部に侵入することが防止できるとともに被膜の酸化防止も可能となり、被膜の耐浸炭性が向上する。
【００１０】
Al含有量が３mass％未満では、緻密な酸化被膜の形成が困難となるばかりでなく、NiとAlとの発熱反応が不足して冶金的結合力が低下し、皮膜内層との密着性（被膜密着性）が低下する。一方、Alを30mass％を超えて含有すると被膜の靭性が低下する。このため、Al含有量は３mass％以上30mass％以下に限定した。なお、好ましくは15〜20mass％である。
内層は実質的にAlであり、外層は上記成分以外の残部が実質的にNiである。ここで、「実質的にNi」とは、Ni以外に不可避的に不純物元素を含むことを意味する。不可避的不純物としては、Fe：１mass％以下、Co：１mass％以下、Mn：0.5mass％以下、Si：0.5mass％以下、Cr：１mass％以下、Ti：0.5mass％以下、Ｃ：0.8mass％以下が許容できる。
【００１１】
本発明では、上記した組成を有する表面被覆用材料を、熱処理炉用ロールに適用する。図１の断面模式図に示すように、本発明の熱処理炉用ロール１は、金属芯材３にカーボン製スリーブ２を嵌合してなり、金属芯材３の表面に上記した組成を有する表面皮膜、すなわち外層4a、内層4bからなる２層の浸炭防止用の被膜を形成する。
本発明の熱処理炉用ロールで使用する金属芯材は、所定の強度を有するものであればよく、とくに限定しないが、耐熱性に優れた、オーステナイト系耐熱鋳鋼等の、鉄鋼製の芯材（鉄芯）とすることが好ましい。
本発明では、金属芯材の表面に、上記したように、内層が実質的にAlであり、外層がAlを３mass％以上30mass％以下含有し、残部実質的にNiからなる組成の２層の被膜を形成する。被膜の形成手段はとくに限定しないが、溶射、蒸着、めっき等の慣用手段を用いることが好ましく、なかでも被膜形成の作業性、成膜速度の観点から、溶射が最も好ましい。溶射、蒸着、めっきの方法は、プラズマ溶射、フレーム溶射、爆発溶射、アーク溶射、あるいはＰＶＤ、ＣＶＤ、または電気めっき等の通常公知の方法がいずれも適用でき、とくに限定しない。所望の膜厚を確保できるように条件を調整すればよい。
【００１２】
なお、形成される被膜の膜厚は、成膜方法により異なるが、例えば溶射の場合、内層および外層のそれぞれの厚さを10μｍ〜１ｍｍ（1000μｍ）とすることが好ましい。各層の膜厚が10μｍ未満では所期の効果が期待できない。一方、１ｍｍを超えて厚くなると、熱間での内部応力により剥離を生じる。なお、金属芯材の表面に形成される被膜の膜厚はそれぞれ50〜500μｍとすることがより好ましい。
【００１３】
本発明では、上記した組成の被膜を形成された金属芯材に、カーボン製スリーブを嵌合し、熱処理炉用ロールとする。これにより、熱処理炉用ロールの耐浸炭性が向上し、熱処理炉用ロールとしての耐久性が顕著に改善される。
以下、実施例に基づき、さらに詳細に本発明について説明する。
【実施例】
【００１４】
耐熱鋳鋼製金属芯材（鉄芯）表面に表１に示す組成の表面被覆用材料を溶射して、外層および内層がそれぞれ表1に示す厚さとなる被膜を形成した。この金属芯材に、円筒状のカーボン製スリーブを嵌合し、本発明実施例の熱処理炉用ロールとした。なお、被膜の成分が本発明の範囲を外れるものを比較例、金属芯材表面に被膜を形成しないものを従来例（ロールNo.９）とした。
【００１５】
得られたロールを薄鋼板用焼鈍炉に組み込み、１年間使用した。なお、薄鋼板用焼鈍炉の雰囲気は、温度：1000℃、雰囲気：窒素ガスとした。使用後、ロール断面から試験片を採取し、組織観察およびＥＰＭＡ（電子線プローブ微量分析法）による元素分析により、浸炭深さを求めた。また、ダイヤルゲージを用いて、施盤上で、金属芯材に発生した歪量（曲がり量）を測定した。歪量を、○：１ｍ当たり１mm未満、△：１ｍ当たり１mm以上２mm未満、×：１ｍ当たり２mm以上として評価した。
【００１６】
得られた結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
本発明例はいずれも、金属芯材（鉄芯）表面に浸炭は認められず、金属芯材（鉄芯）の歪もほとんど発生していない。一方、本発明範囲を外れる比較例では浸炭が表面から深さ3.0mmまで発生しており、鉄芯の歪も１ｍ当たり２mm以上発生して、それ以上熱処理炉用ロールとして使用不可能な状態となっていた。本発明例であっても被膜の膜厚が前記の好適範囲を低く外れる場合は、耐浸炭性が低下し浸炭に至り、多少の歪が発生している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の熱処理炉用ロールの断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  熱処理炉用ロール
２  カーボン製スリーブ
３  金属芯材
4a  外層（被膜）
4b  内層（被膜）
【図１】
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