专利名称：炉底辊用碳材料、炉底辊及其使用方法
技术领域：
本发明涉及适用作钢材的热处理炉上使用的炉底辊(hearth roll)的碳材料(carbon material)、使用该碳材料的炉底辊及其使用方法。
背景技术：
在对钢材进行热处理的热处理炉中，用于运送(也包括送入、送出)这些钢材(特别是钢带steel strip)的炉底辊设置在炉内。该炉底辊在高温气体环境下长时间连续使用，在此期间与作为被热处理材料的钢材接触。因此，钢材表面生成的氧化物、铁粉等与炉底辊表面反应，凝集并堆积在辊表面上，从而形成所谓的粘附(pickup)。若炉底辊上产生粘附，则作为被热处理材料的钢板上产生表面缺陷(surface flaw)，因此导致钢材质量的显著下降。而且，为了避免这样的质量下降，若产生粘附，则中止操作，更换炉底辊，故而成为损害生产率的原因。
为了解决上述问题，提出将碳素类的材料即碳材料用于辊表面的技术。
例如，在日本特开昭57-140377号公报和日本特开昭57-137419号公报中，公开了使用石墨质碳素材料的所谓的碳辊。
与钢制的辊、或表面形成了陶瓷层的辊相比，上述碳辊耐粘附性良好。即，由于不容易与钢板表面的氧化物反应，而且辊表面因与钢板的接触而磨损，所以有如下优点不仅异物难以附着，而且即使附着了也容易脱落。
另一方面，当将碳材料作为热处理炉的炉底辊使用时，保证耐氧化性(oxidation resistance)也是重要的事项。
作为改善耐氧化性的方法，在日本特开昭60-92427号公报等中公开了用硅石等对碳素类材料实施浸渍处理(impregnated treatment)的炉底辊。
另外，在日本特开2000-45037号公报中，公开了具有通过在碳素基材上实施淤浆涂布和热处理而形成碳化硅-碳素复合层的辊身(rollshell)的热处理用炉底辊。
该碳辊在保持碳素材料特有的上述特性、润滑性的同时，也兼具碳化硅具有的耐氧化性、耐磨损性。
发明内容
但是，即使是上述的碳辊，若长时间使用也会产生粘附缺陷(pickupflaw)，所以在提高辊寿命的方面还有改良的空间。但是，在碳辊被开发之后，使耐粘附性显著改善的改良还未成功。
另外，在日本特开2000-45037号公报、日本特开昭60-92427号公报中公开的碳辊的耐氧化性、耐磨损性的改善效果也存在连续性的局限。
鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供能显著地提高耐粘附性，与以往的碳辊相比能提高辊寿命的炉底辊用碳材料，以及使用该碳材料的炉底辊。另外，本发明的目的也在于，提供长时间进行热处理而不产生粘附的炉底辊的使用方法。
本发明人对碳辊上产生粘附的现象进行了认真研究，结果阐明了下面的机制。
由于在以往的碳材料中存在大量直径较大的气孔(stomate或pore)，所以热处理中在钢板表面上形成的氧化物或从碳辊表面脱落的碳粒子作为异物进入该气孔中。该异物与热处理中的钢板接触，将钢板表面的氧化物卷入，异物进一步长大。
而且，由于以往的碳辊是软质的，所以辊的碳层即使磨损，进入辊表面的氧化物等异物仍继续埋在碳辊中。其结果是异物埋在碳辊中继续长大。
根据上述见解，本发明人发现通过减小用作炉底辊用材料的碳材料中气孔的最大直径，并将碳材料的硬度设定在适当的范围内，可以防止粘附的产生。
另一方面，为了保证耐氧化性，如日本特开昭60-92427号公报中公开的技术，可以考虑从碳辊的表面开始对气孔中具有耐氧化性的物质进行浸渍处理的方法，但若减小气孔的最大直径，则碳材料变得致密，所以只有炉底辊表层部较浅的区域形成浸渍层。因此，难以制造以延长辊寿命为目的，从表层到足够深的位置都进行了浸渍处理的炉底辊。另外，在日本特开2000-45037号公报中公开的技术若与通常的浸渍相比，可以得到增厚的耐氧化物层，但目前仍然不够。
因此，进一步进行研究，结果得到如下见解碳的初始原料中含有Si碳化物、B碳化物、B氮化物、Si氮化物、Ti硼化物、Zr硼化物、A1氧化物、Si氧化物及Ti氧化物中的一种或两种以上，并且依次实施成形(cast)、煅烧(burning)和石墨化处理(graphitization)的碳材料，耐粘附性会显著地提高，同时具有优良的耐氧化性。
本发明在上述见解的基础上完成，其主要内容如下。
(1)一种炉底辊用碳材料，实施煅烧及石墨化处理(即在原料成形后，至少实施煅烧及石墨化处理而制造)而得到，其特征在于，该碳材料中存在的气孔的最大直径在0.2mm以下、松密度为1.55～2.00g/cm3、石墨化度在0.5以上、肖氏硬度在40以上且不足70，而且，作为不可避免的杂质(incidental impurity)，Fe在0.010质量％以下，碱金属在0.010质量％以下。
(2)根据上述(1)所述的炉底辊用碳材料，还含有总计3～50质量％的选自Si碳化物、B碳化物、B氮化物、Si氮化物、Ti硼化物、Zr硼化物、Al氧化物、Si氧化物及Ti氧化物中的一种或两种以上。
(3)一种炉底辊，具有由上述(1)或(2)所述的碳材料构成的辊身。
而且，辊身不需要全部为上述碳材料，只要至少表面具有该碳材料即可。
(4)一种炉底辊的使用方法，其特征在于，用上述(3)所述的炉底辊，在700℃以上的高温下运送钢板。
图1是本发明的碳辊通过SEM观察的组织照片。
图2是以往的碳辊通过SEM观察的组织照片。
具体实施例方式
下面具体地说明本发明。
<碳材料>
本发明的碳材料通常按照下面的程序制造。
碳素类原料，例如可以将天然石墨、碳黑、无烟碳、焦炭等粉碎，将其作为初始原料。
将该初始原料与作为结合材料的焦油、沥青或树脂等混合，通过放入模中压实、挤压等方法成形。然后，经过煅烧工序、石墨化工序，或者再根据情况实施高纯化工序，得到碳材料(煅烧、石墨化碳材料)。
煅烧可以在公知的温度范围，例如约700～1300℃下进行。石墨化处理也可以在公知的温度范围，例如约2500～3000℃下进行。
而且，也可以在成形之前，进一步添加总计3～50质量％的选自Si碳化物、B碳化物、B氮化物、Si氮化物、Ti硼化物、Zr硼化物、Al氧化物、Si氧化物及Ti氧化物中的一种或两种以上，然后混合。
在得到的碳材料中，余量是C和不可避免的杂质。对于重要的杂质，后面有论述。
本发明的碳材料的特征是在经过最终工序(石墨化处理工序或高纯化工序)后，上述碳材料中存在的气孔的最大直径在0.2mm以下，松密度为1.55～2.00g/cm3，石墨化度在0.5以上，肖氏硬度Hs在40以上且不足70，而且，作为不可避免的杂质，Fe在0.010质量％以下、碱金属元素在0.010质量％以下。
下面说明各因素的限定理由。
·气孔的最大直径0.2mm以下碳材料中气孔的最大直径是本发明中重要的技术特征。若气孔的最大直径超过0.2mm，则气孔成为粘附的起点的概率变得非常高。因此，使气孔的最大直径在0.2mm以下，优选使其在0.1mm以下，更优选使其在0.05mm以下。
此时，气孔的直径是指，用扫描型电子显微镜(SEM)观察碳材料的截面，能够观察到的气孔的最长的直径。而且，在本发明中，用下面的方法测定气孔的直径。使用SEM，观察5个以上2.5mm×3mm的视野，对观察的全部的气孔分别测定最长的直径。求出上述气孔直径的分布，将与平均值相比只高出标准偏差的3倍(3σ)的值作为最大直径。
图1表示本发明的碳辊使用的碳材料通过SEM观察的组织照片，图2表示以往的炉底辊使用的碳材料通过SEM观察的组织照片。可知在以往的碳材料中，存在较大的气孔(照片中的黑色部分)，与此相对，在本发明的碳材料中，气孔微小。而且，图1中气孔的最大直径为0.19mm，图2中为0.46mm。
另外，为了使气孔的最大直径在0.2mm以下，只需使上述初始原料的最大粒径在0.50mm以下。初始原料最大粒径的调整可以通过粉碎之后的筛分进行。
而且，对于后述的Si碳化物等添加物的粒径，也同样优选使其在0.5mm以下。
而且，为了使气孔的最大直径在0.1mm以下，优选使初始原料的最大粒径在0.10mm以下，而且为了使气孔的最大直径在0.05mm以下，优选使初始原料的最大粒径在0.05mm以下。
另一方面，若初始原料的最大粒径不足0.02mm(对应气孔的最大直径0.01mm左右)，则原料的准备、制造工序的管理成本增加，因此不优选。若更加重视成本，则也优选使初始原料的最大粒径在0.05mm以上。
·松密度1.55～2.00g/cm3在本发明中，使松密度在1.55g/cm3以上是为了使碳致密化，从而减少成为粘附的起点的气孔数量。当松密度不足1.55g/cm3时，为多孔质，成为粘附的起点的气孔数量增加。而且，若松密度超过2.00g/cm3，则冲击值下降，当将碳材料作为炉底辊使用时，有破损发生。因此，使碳材料的松密度为1.55～2.00g/cm3。
例如可以根据初始原料的粒径、煅烧条件等控制成形时的成形压力，从而将松密度控制在所规定的值。
·石墨化度0.5以上本发明的碳材料是石墨质碳素材料，需要石墨化处理后的石墨化度在0.5以上。优选在0.7以上。当石墨化度不足0.5时，材料软化，碳材料的耐磨损性变差，不能充分保证炉底辊的寿命。不仅如此，若气孔上产生粘附的起点，则其周围的碳材料磨损，粘附的生长速度加快，耐粘附性变差。而且也存在石墨化度不够大，而容易产生氧化磨损的问题。
而且，碳材料分为碳素质和石墨质，但本发明所述的石墨化度是指碳材料中石墨质所占的比率。在本发明中，通过X射线衍射测定(002)面的层间隔d(002)，将由d(002)＝3.354g+3.44(1-g)得到的g的值作为石墨化度。
石墨化度可以由主要的石墨化处理工序的条件(处理温度、处理时间)控制在所规定的值。
·肖氏硬度40以上、不足70若石墨化处理后的肖氏硬度Hs在40以上，则即使氧化物、碳粒子等异物进入气孔，产生粘附的起点，也由于其周围的碳具有足够的硬度而不会继续磨损碳材料，而且因为异物不能埋在碳中，所以可以抑制异物的生长。
另一方面，当肖氏硬度Hs在70以上，过硬时，若异物进入气孔中而被包入碳材料中，则该异物不从碳材料上脱落，而继续存在于碳材料中，反而使耐粘附性变差。因此，使肖氏硬度Hs在40以上、不足70。
例如可以根据初始原料的粒径等控制煅烧条件(温度、时间等)，从而将碳材料的硬度控制在所规定的值。而且，也可以进一步调整成形条件(成形方法、压力等)。
·Fe0.010质量％以下，碱金属0.010质量％以下若Fe、碱金属元素(Na等)在碳材料中作为杂质而存在，则它们成为催化剂而促进氧化，所以耐氧化性下降。因此，使各容许值减小到0.010质量％以下。为了减小这些元素的含量，可以使用纯度高的初始原料。而且，对于后述的Si碳化物等添加物也优选对纯度进行管理。
另外，碳材料中的碱土金属(Ca、Mg等)也优选在0.010质量％以下。
本发明的碳材料耐氧化性也良好，但若要进一步改善，可以使其含有下述的添加物。
·Si碳化物、B碳化物、B氮化物、Si氮化物、Ti硼化物、Zr硼化物、Al氧化物、Si氧化物以及Ti氧化物中的一种或两种以上的总添加量3～50质量％(任意)Si碳化物、B碳化物、B氮化物、Si氮化物、Ti硼化物、Zr硼化物、Al氧化物、Si氧化物以及Ti氧化物都是具有耐氧化性的物质，当碳材料中含有上述物质时，可以抑制在高温气体环境下使用碳材料时的氧化消耗。而且，由于这些物质是硬质的，所以也有助于碳材料的硬质化。当它们的含量总计不足3质量％时，提高耐氧化性的效果不充分。另一方面，当它们的含量总计超过50质量％时，明显脆化而不能保证碳辊的韧性。因此，使Si碳化物、B碳化物、B氮化物、Si氮化物、Ti硼化物、Zr硼化物、Al氧化物、Si氧化物以及Ti氧化物中的一种或两种以上的总添加量为3～50质量％。
而且，特别是上述的B氮化物、B碳化物、Si碳化物以及Si氮化物，由于能在表面和气孔上较好地形成玻璃质的耐氧化覆膜，所以效果较好，故而优选。
各添加物的含量可以通过混合到初始原料中的量来调整。含量的确认可以按照ICP(感应耦合等离子体，inductively coupled plasma)质量分析、IPC发光分析、EPMA(电子探针显微分析仪，electron probemicro-analysis)、EDX(能量弥散X射线探测器，energy dispersive X-rayanalysis)等方法进行。
而且，在以往的含浸技术等中，具有耐氧化性物质的区域被限定在表面附近，在高温的炉内使用时，耐氧化性物质升华，其效果消失，所以在耐氧化性的连续性上存在问题。本发明没有这样的问题，可以极长时间地保持耐氧化性。
<炉底辊>
将上述碳材料作为热处理炉的炉底辊使用时，粘附的产生显著地减少，炉底辊的寿命延长。
本发明的炉底辊是具有由上述碳材料组成的辊身的热处理炉的炉底辊。在这里，不需要连辊身的轴都使用该碳辊，以一定程度的厚度覆盖辊身的表面就足够了。作为厚度，也根据用途优选在20mm以上。
从操作性的观点出发，作为优选的炉底辊的制造方法，可以将上述碳材料切削成轴套形(sleeve shape)，嵌入成为辊轴的铁芯中，从而作为具有由上述碳材料组成的辊身的炉底辊。或者，也可以通过加工碳材料，制成带轴辊形状的炉底辊。但制造方法并不限于这些。
<炉底辊的使用方法>
上述本发明的炉底辊优选作为钢板的热处理炉的炉底辊使用。即，可以长时间地抑制附着在钢板的表面上的氧化物附着在炉底辊上成为粘附，因此炉底辊的寿命显著地提高。
而且，作为炉底辊的使用温度，即使在950℃以上的高温下也能充分地提高耐粘附性。寿命充分提高，从而本发明的效果能显著地表现出来的温度范围为700～1100℃。在这里，炉底辊的使用温度是指炉底辊表面的温度，通常是与适合炉底辊使用的热处理炉内的温度(炉内温度)或气体环境温度实质上相同的温度。
本发明效果的发挥与使用气体环境(炉内气体环境)无关。因此，在钢板的热处理通常使用的气体环境中，例如在以H2和/或N2为主要成分(或者含有)、其中含有H2O的气体环境等中，也可以得到良好的效果。
实施例实施例1作为碳原料，以最大粒径为0.30mm的焦炭为初始原料，进行CIP(冷等静压，Cold Isostatic Press)成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.72、肖氏硬度Hs为40、气孔的最大直径为0.20mm、松密度为1.78g/cm3的碳材料。另外，作为不可避免的杂质，Fe的含量为15ppm，碱金属元素的含量为19ppm(主要是Na和K，以下相同)。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊，并将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。而且，在该退火炉中使用365天，完全没有粘附的产生，而且也没有发生异常的氧化消耗、破损。
另外，肖氏硬度由以JIS B 7727(1993年版)为基准的D型试验机测定，测定方法按照JIS Z 2246(1992年版)进行。下面的实施例中也一样。
实施例2作为碳原料，以最大粒径为0.10mm的焦炭为初始原料，进行CIP成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.76、硬度Hs为55、气孔的最大直径为0.10mm、松密度为1.80g/cm3的碳材料。另外，作为不可避免的杂质，Fe的含量为5ppm，碱金属元素的含量为16ppm。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊，并将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。与实施例1一样，使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。而且，在该退火炉中使用365天，完全没有粘附的产生，而且也没有发生异常的氧化消耗、破损。
实施例3作为碳原料，以最大粒径为0.05mm的焦炭为初始原料，进行CIP成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.80、硬度Hs为55、气孔的最大直径为0.05mm、松密度为1.85g/cm3的碳材料。作为不可避免的杂质，Fe的含量为10ppm，碱金属的含量为15ppm。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊，并将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。而且，在该退火炉中使用365天，完全没有粘附的产生，而且也没有发生异常的氧化消耗、破损。
实施例4作为碳原料，以最大粒径为0.30mm的焦炭为初始原料，向其中添加B4C(最大粒径为0.15mm)、SiC(最大粒径为0.26mm)，进行CIP成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.73、硬度Hs为40、气孔的最大直径为0.20mm、松密度为1.82g/cm3的碳材料。这里所述的石墨化度是指除去添加物(B4C，SiC)的碳中石墨质的比率。使石墨化处理后B4C的含量为10质量％，SiC的含量为8质量％。另外，作为不可避免的杂质，Fe的含量为16ppm，碱金属的含量为13ppm。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊。将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。而且，在该退火炉中使用730天，完全没有粘附的产生，而且也没有发生异常的氧化消耗、破损。
实施例5作为碳原料，以最大粒径为0.10mm的焦炭为初始原料，向其中添加ZrB2(最大粒径为0.30mm)、SiC(最大粒径为0.15mm)，进行CIP成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.70、硬度Hs为55、气孔的最大直径为0.10mm、松密度为1.86g/cm3的碳材料。这里所述的石墨化度是指除去添加物(ZrB2，SiC)的碳中石墨质的比率。使石墨化处理后ZrB2的含量为10质量％，SiC的含量为30质量％。另外，作为不可避免的杂质，Fe的含量为30ppm，碱金属的含量为26ppm。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊。将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。与实施例1一样，使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。而且，在该退火炉中使用730天，完全没有粘附的产生，而且也没有发生异常的氧化消耗、破损。
实施例6作为碳原料，以最大粒径为0.30mm的焦炭为初始原料，向其中添加TiB2(最大粒径为0.30mm)，进行CIP成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.76、硬度Hs为40、气孔的最大直径为0.20mm、松密度为1.78g/cm3的碳材料。使石墨化处理后TiB2的含量为15质量％。另外，作为不可避免的杂质，Fe的含量为60ppm，碱金属的含量为30ppm。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊。将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。而且，在该退火炉中使用730天，完全没有粘附的产生，而且也没有发生异常的氧化消耗、破损。
实施例7作为碳原料，以最大粒径为0.30mm的焦炭为初始原料，向其中添加ZrB2(最大粒径为0.18mm)，进行CIP成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.74、硬度Hs为40、气孔的最大直径为0.20mm、松密度为1.80g/cm3的碳材料。使石墨化处理后ZrB2的含量为20质量％。另外，作为不可避免的杂质，Fe的含量为45ppm，碱金属的含量为16ppm。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊。将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。而且，在该退火炉中使用730天，完全没有粘附的产生，而且也没有发生异常的氧化消耗、破损。
实施例8作为碳原料，以最大粒径为0.30mm的焦炭为初始原料，向其中添加Al2O3(最大粒径为0.20mm)，进行CIP成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.72、硬度Hs为40、气孔的最大直径为0.20mm、松密度为1.82g/cm3的碳材料。使石墨化处理后Al2O3的含量为35质量％。另外，作为不可避免的杂质，Fe的含量为35ppm，碱金属的含量为60ppm。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊。将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。而且，在该退火炉中使用730天，完全没有粘附的产生，而且也没有发生异常的氧化消耗、破损。
实施例9作为碳原料，以最大粒径为0.30mm的焦炭为初始原料，向其中添加SiO2(最大粒径为0.10mm)，进行模压成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.81、硬度Hs为40、气孔的最大直径为0.20mm、松密度为1.86g/cm3的碳材料。使石墨化处理后SiO2的含量为40质量％。另外，作为不可避免的杂质，Fe的含量为50ppm，碱金属的含量为15ppm。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊。将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。而且，在该退火炉中使用730天，完全没有粘附的产生，而且也没有发生异常的氧化消耗、破损。
比较例1使用最大粒径为0.6mm的焦炭作为初始原料，进行CIP成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.7、硬度Hs为55、气孔的最大直径为0.25mm、松密度为1.70g/cm3的碳材料。作为不可避免的杂质，Fe的含量为13ppm，碱金属的含量为13ppm。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊，并将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。与实施例1一样，使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。但在该退火炉中使用90天时，产生粘附，故而呈现出难以再连续使用的状态。
比较例2使用最大粒径为0.13mm的焦炭作为初始原料，进行CIP成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.78、硬度Hs为75、气孔的最大直径为0.10mm、松密度为1.79g/cm3的碳材料。作为不可避免的杂质，Fe的含量为14ppm，碱金属的含量为18ppm。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊，并将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。与实施例1一样，使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。但在该退火炉中使用90天时，产生粘附，故而呈现出难以再连续使用的状态。
比较例3使用最大粒径为1.0mm的焦炭作为初始原料，进行挤压成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.68、硬度Hs为20、气孔的最大直径为0.50mm、松密度为1.62g/cm3的碳材料。作为不可避免的杂质，Fe的含量为13ppm，碱金属的含量为18ppm。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊，并将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。与实施例1一样，使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。但在该退火炉中使用30天时，产生粘附，故而呈现出难以再连续使用的状态。
比较例4使用最大粒径为1.0mm的焦炭作为初始原料，进行挤压成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.73、硬度Hs为20、气孔的最大直径为0.50mm、松密度为1.68g/cm3的碳材料。作为不可避免的杂质，Fe的含量为52ppm，碱金属的含量为30ppm。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊。将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。与实施例1一样，使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。但在该退火炉中使用时，在第30天产生粘附，在第580天因氧化消耗而导致的损耗以及粘附的产生加剧，呈现出难以再连续使用的状态。
比较例5使用最大粒径为0.10mm的焦炭作为初始原料，进行模压成形，实施煅烧和石墨化处理，从而得到石墨化度为0.76、硬度Hs为55、气孔的最大直径为0.10mm、松密度为1.78g/cm3的碳材料。作为不可避免的杂质，Fe的含量为51ppm，碱金属的含量为31ppm。而且，制作将该碳材料用于辊身的碳辊。将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。与实施例1一样，使退火炉的炉内温度为1000℃，炉内气体环境为N2。但在该退火炉中使用580天时，因氧化消耗而导致的损耗加剧，呈现出难以再连续使用的状态。
实施例10向表1所述的初始原料(最大粒径适当地调整到0.025～0.70mm之间)中，根据需要添加耐氧化性添加物(最大粒径适当地调整到0.050～0.50mm之间)，进行CIP成形后，实施煅烧和石墨化处理，得到碳材料。得到的碳材料的气孔的最大直径，肖氏硬度Hs，石墨化度，松密度，Fe、碱金属元素(主要是Na和K)以及耐氧化性添加物的含量分别如表1所示。而且，以挤压成形使试样No.20成形。
制作将各碳材料用于辊身的碳辊，并将该碳辊作为薄钢板的退火炉的炉底辊使用。而且，制作碳辊时，制成厚度为25mm的轴套，嵌入耐热钢制造的辊轴中，对于No.18，直接将碳材料本身加工成辊型。
退火炉中使用通常的气体环境，使炉内温度为1000℃。
各炉底辊的耐粘附性和耐氧化性如下评价。
耐粘附性的指标1＝使用天数不足90天时产生粘附2＝使用天数在90天以上、不足180天时产生粘附3＝使用天数在180天以上、不足380天时产生粘附4＝使用天数在380天以上时产生粘附耐氧化性的指标用使用380天后重量/使用前重量如下评价(即使中途产生粘附，为了评价也继续使用到380天)1＝不足80％2＝80％以上、不足90％3＝90％以上、不足95％4＝95％以上。
各炉底辊的评价结果合在一起如表1所示。满足本发明的因素的炉底辊显示出极优良的耐粘附性和耐氧化性。
表1
*)成形方法挤压成形**)混合原料碳黑30mass％+天然石墨70mass％***)耐粘附性指标到产生粘附时的使用天数1＝不足90天，2＝90天以上、不足180天，3＝180天以上、不足380天，4＝380天以上****)耐氧化性指标使用后重量/使用前重量1＝不足80％，2＝80％以上、不足90％，3＝90％以上、不足95％，4＝95％以上通过使用本发明的炉底辊用碳材料或本发明的炉底辊，可以防止脱落的碳粒子以及来自钢板的氧化物进入碳材料中，从而可以抑制粘附的起点的形成。而且，由于碳材料的高硬度化，即使粘附的起点形成，但由于碳材料本身没有磨损，也可以防止粘附的起点长大而埋在碳材料中。因此，耐粘附性显著地提高。
另外，通过使碳材料中含有耐氧化性添加物，也可以充分地保证耐氧化性。
而且，根据本发明的炉底辊的使用方法，即使经过较长时间也不会产生粘附缺陷，而且也可以根据需要抑制由于氧化而导致的辊的消耗，所以可以显著地提高炉底辊的寿命。
产业上的利用可能性本发明的炉底辊即使经过较长时间也不会产生粘附缺陷，而且也可以抑制由于氧化而导致的辊的消耗，所以可以显著地提高炉底辊的寿命。
特别是可以适用于在钢板的热处理中以H2和N2为主要成分、含有微量H2O的700℃以上(尤其是950℃以上)的高温气体环境中的退火条件。
权利要求
1.一种炉底辊用碳材料，实施煅烧及石墨化处理而得到，其特征在于，该碳材料中存在的气孔的最大直径在0.2mm以下、松密度为1.55～2.00g/cm3、石墨化度在0.5以上、肖氏硬度在40以上且不足70，而且，作为不可避免的杂质，Fe在0.010质量％以下，碱金属元素在0.010质量％以下。
2.根据权利要求1所述的炉底辊用碳材料，还含有总计3～50质量％的选自Si碳化物、B碳化物、B氮化物、Si氮化物、Ti硼化物、Zr硼化物、Al氧化物、Si氧化物及Ti氧化物中的一种或两种以上。
3.一种炉底辊，具有表面至少具有权利要求1或2所述的碳材料的辊身。
4.一种炉底辊的使用方法，用权利要求3所述的炉底辊，在700℃以上的高温下运送钢板。
全文摘要
本发明提供一种实施了成形、煅烧及石墨化处理的碳材料，使该碳材料中存在的气孔的最大直径在0.2mm以下、松密度为1.55～2.00g/cm
文档编号C04B35/52GK101031661SQ200680000908
公开日2007年9月5日 申请日期2006年1月19日 优先权日2005年1月25日
发明者山田龙宙, 田野口一郎, 内山幸彦, 秋山浩一, 白石一幸, 井原良雄, 上石进, 足立重好 申请人:杰富意钢铁株式会社