加熱炉中セラミックローラーの接合部の構造設計に関する研究

摘要

□自動車用鋼板をはじめとする高級鋼材を生産するための加熱炉（図1(a)参照）では，図1(b)のようなステンレス耐熱鋼にセラミックス溶射でコーティングされた胴部と，ステンレス耐熱鋼の軸部を溶接，焼嵌め等で接合し，中空部を水冷する構造のローラーが主として用いられている．このローラーは，炉内高温環境で使用中に，コーティング層の熱疲労や密着強度の限界等に起因する損傷により，ローラー寿命を短くしている．そこで，図2(a)のように胴部材料にセラミックス,軸部材料にSCM415 を用い，中空部を空冷するローラー構造を検討する．胴部を耐熱性·耐摩耗性に優れたセラミックスにすることで，コーティングに起因する欠陥を防止できるのでローラー寿命の飛躍的な延長が可能となる．一方で，軸部には線膨張係数がセラミックスに比べ約4 倍大きいクロブモリブデン鋼を用いるため，加熱による膨張差がもたらす胴部の張割れや，胴端部の応力集中が問題となってくる．そこで本研究では，高温環境下で稼働中のローラーに生じる応力状況を，接合部の条件を変えて，有限要素法を用いた弾性解析により検討する．