CN111386360A - 浴中设备用构件、熔融金属浴中设备及热浸镀金属材制造装置 - Google Patents

浴中设备用构件、熔融金属浴中设备及热浸镀金属材制造装置 Download PDF

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Abstract

本发明的课题是抑制伴随经时变化而产生的磨损量及摩擦力的增加。本发明涉及一种浴中设备用构件，其被用于热浸镀金属材制造装置中的熔融金属浴中设备，浴中设备用构件具有设置于浴中设备用构件的表面的至少一部分上的覆盖层，覆盖层包含硬质粒子和保持硬质粒子的基体，基体是以Co作为主要成分的钴基合金，硬质粒子包含选自由碳化钨、碳化二钨、碳化铬、碳化钛及碳化铌构成的组中的至少一种的单体、及使用粘合剂将该单体造粒而成的造粒物中的一者或两者，硬质粒子的形状系数的平均值为1.55以下，所述形状系数被表示为将包含硬质粒子的投影形状的最小圆的面积除以与硬质粒子的投影形状对应的面积而得到的值。

Description

浴中设备用构件、熔融金属浴中设备及热浸镀金属材制造 装置
技术领域
本发明涉及浴中设备用构件、熔融金属浴中设备及热浸镀金属材制造装置。
背景技术
在使用锌等金属对钢板等金属材的表面实施镀覆的情况下，大多采用在用于镀覆的金属熔融的浴内以拉紧的状态对金属材连续地进行移送的制造方法。这种情况下，大多采用以下工序：将金属材从炉鼻投入到熔融金属浴槽中，一边在浴中沿沉没辊的周围进行传送，一边通过支承辊从浴槽中拉上来。
这样的沉没辊、支承辊的轴和轴承由于经常以曝露于熔融金属中的状态滑动，因此逐渐剧烈磨损。因此，对于沉没辊、支承辊的轴和轴承等之类的浴中设备用构件，要求优异的耐磨性。于是，以往为了提高浴中设备用构件的耐磨性，开发了各种技术。
例如在以下的专利文献1中，公开了通过热等静压处理在金属材料的表面形成包含钴(Co)基合金和选自碳化钨、碳化铬、碳化钛、碳化铌中的至少一种的覆盖层的技术。
另外，在以下的专利文献2中，公开了一种离心铸造用碳化钨复合衬里材，其通过使用具有特定粒径的球状的碳化钨硬质粒子，并且采用利用离心铸造法的衬里方法，从而使对手攻击(opponent attack)性降低。
另外，在以下的专利文献3中，公开了一种耐蚀耐磨性滑动构件，其通过使用Ni系自熔性合金作为碳化钨的基体，并利用热等静压处理将构件覆盖，从而使耐蚀耐磨性提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-268648号公报
专利文献2：日本特开平7-290186号公报
专利文献3：日本特开2000-266055号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，就上述专利文献2中记载的离心铸造法而言，所制造的构件的特性尚有改善的余地。
另外，上述专利文献1及专利文献3中使用的热等静压处理材由于具有致密且均质的结构，因此对于通过喷镀法、堆焊法而获得的构件显示出优异的耐磨性，另一方面，由于会造成空隙的产生，因此各种碳化物等硬质粒子的添加量有限。因此，伴随着以提高生产率为目的的连续使用期间的长期化，因基体的熔损而产生硬质粒子的脱落和突出，从而磨损量和摩擦力急剧增加这样的问题明显化。
于是，本发明是鉴于上述问题而完成的，本发明的目的在于提供能够抑制伴随经时变化而产生的磨损量及摩擦力的增加的浴中设备用构件、以及具备该浴中设备用构件的熔融金属浴中设备及热浸镀金属材制造装置。
用于解决课题的手段
本发明的主旨如下所述。
(1)一种浴中设备用构件，其是热浸镀金属材制造装置中的熔融金属浴中设备所使用的浴中设备用构件，
上述浴中设备用构件具有设置于该浴中设备用构件的表面的至少一部分上的覆盖层，
上述覆盖层包含硬质粒子和保持该硬质粒子的基体，
上述基体为以Co作为主要成分的钴基合金，
上述硬质粒子包含选自由碳化钨、碳化二钨、碳化铬、碳化钛及碳化铌构成的组中的至少一种的单体(simple substance)、及使用粘合剂将该单体造粒而成的造粒物中的一者或两者，
上述硬质粒子的形状系数的平均值为1.55以下，所述形状系数被表示为将包含硬质粒子的投影形状的最小圆的面积除以与该硬质粒子的投影形状对应的面积而得到的值。
(2)根据(1)所述的浴中设备用构件，其中，上述硬质粒子的粒径为0.001mm～1mm。
(3)根据(2)所述的浴中设备用构件，其中，上述硬质粒子的粒径为0.02mm～0.5mm。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的浴中设备用构件，其中，上述硬质粒子的含量相对于上述覆盖层的整个体积为15体积％～70体积％。
(5)根据(4)所述的浴中设备用构件，其中，上述硬质粒子的含量相对于上述覆盖层的整个体积为25体积％～55体积％。
(6)根据(1)～(5)中任一项所述的浴中设备用构件，其中，上述覆盖层的厚度为1mm～(浴中设备用构件的壁厚尺寸)－7mm。
(7)根据(1)～(6)中任一项所述的浴中设备用构件，其中，上述钴基合金以质量％计包含
Cr：11％～34％、
C：0.05％～3.5％、
W：2％～25％、
Ni：0.5％～30％、
Si：0％～4％、及
B：0％～4％，
剩余部分包含Co及杂质。
(8)根据(1)～(7)中任一项所述的浴中设备用构件，其中，上述钴基合金中的C的含量以质量％计为0.5％～3.0％，
上述基体包含含有析出的W或Cr的至少一者的粒状碳化物。
(9)根据(1)～(8)中任一项所述的浴中设备用构件，其为上述熔融金属浴中设备的辊构件。
(10)根据(1)～(9)中任一项所述的浴中设备用构件，其为上述熔融金属浴中设备的辊支轴或辊轴承。
(11)一种熔融金属浴中设备，其具备(1)～(10)中任一项所述的浴中设备用构件。
(12)一种热浸镀金属材制造装置，其具备(1)～(10)中任一项所述的浴中设备用构件。
发明效果
如以上说明的那样，根据本发明，通过将硬质粒子的形状设定为具有特定的形状系数那样的球形，能够抑制浴中设备用构件的伴随经时变化而产生的磨损量及摩擦力的增加。
附图说明
图1是示意性表示本发明的一实施方式的热浸镀金属材制造装置的构成的说明图。
图2是示意性表示本发明的一实施方式的浴中设备用构件的构成的局部剖视图。
图3是表示图2中所示的浴中设备用构件所具备的覆盖层的剖面摄像图像的一个例子的说明图。
图4是用于对硬质粒子的形状系数进行说明的说明图。
图5是用于对硬质粒子的形状系数的算出方法进行说明的说明图。
图6是表示形状系数的平均值与比磨损量及摩擦系数的关系的一个例子的图解图。
图7是示意性表示热等静压装置的一个例子的说明图。
图8是示意性表示热等静压装置的一个例子的说明图。
具体实施方式
以下在参照所附附图的同时，对本发明的优选的实施方式进行详细说明。此外，在本说明书及附图中，对于实质上具有同一功能构成的构成要素，通过标注同一符号而省略重复说明。
以下，对本发明的一实施方式的浴中设备用构件、熔融金属浴中设备及热浸镀金属材制造装置进行详细说明。本实施方式的浴中设备用构件被用于热浸镀金属材制造装置中的熔融金属浴中设备。
此外，作为热浸镀金属材的一个例子，下面着眼于热浸镀锌钢板，列举出连续热浸镀锌材制造装置中的熔融锌浴中设备作为例子进行说明。然而，本发明所涉及的浴中设备用构件并不限定于配设在熔融锌浴中的浴中设备用构件。即，本发明所涉及的浴中设备用构件可用于配置在任意的熔融金属浴中的熔融金属浴中设备。另外，本发明所涉及的浴中设备用构件不仅可应用于连续热浸镀金属材制造装置，当然也可应用于间歇式的热浸镀金属材制造装置的熔融金属浴中设备。
<1.热浸镀金属材制造装置>
在对本实施方式的浴中设备用构件进行说明之前，对于利用浴中设备用构件的本实施方式的热浸镀金属材制造装置的整体构成，以连续热浸镀锌钢板制造装置作为一个例子，参照图1的同时进行简单说明。图1是示意性表示本发明的一实施方式的热浸镀金属材制造装置的构成的说明图。
连续热浸镀锌钢板制造装置如图1中示意性所示的那样，主要具备熔融锌浴槽1、炉鼻2、沉没辊3和一对支承辊4。
在熔融锌浴槽1中，以熔融的状态保持有用于对所通行的钢板S的表面实施镀覆的作为熔融金属M的锌。炉鼻2是用于将钢板S连续地投入到熔融锌浴槽1中的设备，填充有氮等之类的不活泼气体。沉没辊3及支承辊4分别具有支轴5、6，支轴6与马达等驱动源(未图示)连结，从而沿图中的箭头方向以恒速被旋转驱动。
另外，在图1中所示那样的连续热浸镀锌钢板制造装置中，根据需要还设置有锭投入装置、浮渣回收装置、辊台架等各种设备(未图示)。
本实施方式的浴中设备用构件例如作为沉没辊3、支承辊4的支轴5、6或轴承(未图示)等配设在熔融锌浴槽1的内部的浴中设备的构件使用。
<2.浴中设备用构件>
接着，对于本实施方式的浴中设备用构件，参照图2～图5的同时进行说明。图2是示意性表示本实施方式的浴中设备用构件的构成的局部剖视图。图3是表示图2中所示的浴中设备用构件所具备的覆盖层的剖面摄像图像的一个例子的说明图。图4是用于对硬质粒子的形状系数进行说明的说明图，图5是用于对形状系数的算出方法进行说明的说明图。
本实施方式的浴中设备用构件10如图2中示意性表示的那样，具备母材11和形成于母材11的表面的至少一部分上的覆盖层13。
母材11没有特别限定，根据对沉没辊3、支承辊4所要求的强度等特性，从公知的钢材中适当选择。作为这样的母材11，例如可列举出SUS316L等之类的各种不锈钢钢板。
覆盖层13形成于母材11中的至少像例如轴或轴承的滑动部分等那样作为浴中设备用构件10要求耐蚀性和耐磨性的部分。另外，覆盖层13也可以形成于母材11的整个表面。该覆盖层13通过例如热等静压处理(Hot Isostatic Pressing：HIP处理)等公知的方法而形成于母材11的所期望的部分。
该覆盖层13如图3中例示的那样，包含(a)以钴(Co)作为主要成分的钴基合金15和(b)钴基合金15中含有的硬质粒子17。
以下详述那样的覆盖层13优选以1mm～(浴中设备用构件的壁厚尺寸)－7mm的厚度形成于母材11的表面。在覆盖层13的厚度(图2中所示的厚度d)低于1mm的情况下，根据覆盖层13的其它构成的不同，有可能覆盖层13的耐久性不足而得不到充分的可靠性。另外，在覆盖层13的厚度超过(浴中设备用构件的壁厚尺寸)－7mm的情况下，根据覆盖层13的其它构成的不同，有可能因在HIP处理时产生的内部应力而导致母材11发生变形或断裂。覆盖层13的厚度优选为1.2m～7mm，更优选为1.4mm～5mm。
以下，对该覆盖层13进行详细说明。
[2.1.钴基合金15]
以Co作为主要成分的钴基合金15作为保持硬质粒子17的基体发挥作用。作为一个例子，该钴基合金15可包含以下的成分。此外，在以下的成分表述中，％是指以质量％表示的金属换算量。另外，当然钴基合金15的组成并不限定于以下的一个例子。
Cr：11％～34％
C：0.05％～3.5％
W：2％～25％
Ni：0.5％～30％
Si：0％～4％
B：0％～4％
此外，在钴基合金15中，上述成分的剩余部分包含Co及杂质。
Cr：11％～34％
铬(Cr)是为了提高覆盖层13的耐蚀性而使用的元素。通过将Cr量(Cr换算量)设定为11％以上，变得能够提高覆盖层13的耐蚀性，使铬的碳化物有效地析出。另一方面，在Cr量变得超过34％的情况下，根据钴基合金15的组成的不同，有可能覆盖层13的韧性降低，在HIP处理时产生开裂。Cr量优选为15％以上，更优选为18％以上。另外，Cr量优选为30％以下，更优选为28％以下。
C：0.05％～3.5％
碳(C)是为了提高覆盖层13的耐熔损性而使用的元素。通过将C量设定为0.05％～3.5％，变得能够使碳化物有效地析出，能够使覆盖层13的耐熔损性提高，使耐蚀性提高。另一方面，在C量低于0.05％的情况下，有时无法充分获得上述那样的耐熔损性的提高效果。另外，在C量超过3.5％的情况下，根据覆盖层13的构成的不同，有可能使覆盖层13脆化。
另外，从使后述那样的W或Cr的碳化物有效地析出的观点出发，C量优选为0.2％以上，更优选为0.5％以上。再者，从抑制韧性降低、更可靠地抑制覆盖层13的脆化的观点出发，C量优选为3.2％以下，更优选为3.0％以下。
W：2％～25％
钨(W)是为了提高覆盖层13的强度而使用的元素。通过将W量设定为2％～25％，变得能够使钨的碳化物有效地析出，能够使覆盖层13的耐磨性提高，使耐蚀性提高。另一方面，在W量低于2％的情况下，有时无法充分获得上述那样的耐磨性的提高效果。另外，在W量超过25％的情况下，根据覆盖层13的构成的不同，有可能使覆盖层13的韧性降低，在HIP处理时产生开裂。W量优选为4％以上，更优选为5％以上。另外，W量优选为15％以下，更优选为12％以下。
Ni：0.5％～30％
镍(Ni)是为了提高覆盖层13的韧性而使用的元素。通过将Ni量设定为0.5％以上，能够提高覆盖层13的韧性。另一方面，在Ni量低于0.5％的情况下，有时无法充分获得上述那样的韧性的提高效果。另外，在Ni量超过30％的情况下，存在覆盖层13的相对于熔融金属(熔融锌)的耐蚀性降低的倾向。Ni量优选为5％以上，更优选为10％以上。另外，Ni量优选为25％以下，更优选为22％以下。
B及Si：0％～4％
硼(B)及硅(Si)是通过分别独立地添加0.5％～4％的这些元素而能够使钴基合金15的熔点降低至例如1100℃以下的元素。通过添加这些元素而使熔点降低，在HIP处理时能够使覆盖层13的致密性进一步提高。另外，关于B，通过使硼化物有效地析出而变得能够谋求耐蚀性的提高，并且能够使覆盖层13的耐磨性提高。另一方面，在B、Si的量低于0.5％的情况下，有时无法充分获得上述那样的熔点降低效果。另外，在B、Si的量超过4％的情况下，根据覆盖层13的构成的不同，有可能使覆盖层13的韧性降低，在HIP处理时产生开裂。为了更可靠地获得熔点降低效果，B量及Si量分别独立地优选为1％以上，更优选为1.5％以上。此外，B及Si也可以不包含于钴基合金15中，因此，B量及Si量的下限值可以为0％。为了充分确保覆盖层13的韧性，B量及Si量分别独立地优选为3.3％以下，更优选为3.0％以下。
剩余部分：钴及杂质
钴(Co)是钴基合金15的主要成分，是在钴基合金15中含量最大的成分。钴在熔融金属中的耐蚀性比较优异。钴基合金15中的钴的含量只要如上述那样大于钴基合金15中的其它成分，则没有特别限定，例如为20％～85％，优选为30％～75％。通过使钴基合金15中的钴的含量为30％以上，能够充分确保覆盖层13的耐蚀性和韧性。另外，通过使钴基合金15中的钴的含量为75％以下，可充分获得由其它添加元素带来的耐蚀性、耐磨性的提高。
所谓杂质与有无添加的意图无关，是在工业上制造覆盖层13时可通过原料及其它的要因而混入的成分。这样的杂质可在不对覆盖层13造成不良影响的范围内包含于钴基合金15中。
以上，对钴基合金15的成分进行了说明。
此外，钴基合金15也可以遍及基体整体而具有均匀的成分组成，但也可以不具有。例如，钴基合金15也可以包含金属部和含有至少一种析出的W或Cr的粒状碳化物。通过使这样的粒状碳化物在基体中析出并分散，变得能够使覆盖层13的耐蚀性更进一步提高。其结果是，变得能够更有效地抑制覆盖层13的熔损，变得能够更进一步有效地抑制磨损量、摩擦力的增加。在钴基合金15中析出的碳化物的含量相对于覆盖层13的整个体积优选为5体积％～80体积％。通过使碳化物的含量为5体积％～80体积％，变得能够进一步抑制覆盖层13的熔损，变得能够更有效地抑制磨损量、摩擦力的增加。
在钴基合金15中析出的粒状碳化物例如为以Co3W3C、Co6W6C、WC、W2C、Cr23C6、Cr7C3、Cr3C2作为主体的碳化物。这些碳化物由于具有与硬质粒子17不同的形状，因此可以通过断面观察等来辨别。另外，这些碳化物的粒径与硬质粒子17的粒径相比通常小得多。因此，可以通过粒径的不同来辨别碳化物和硬质粒子17。
另外，在钴基合金15中析出的粒状碳化物的平均粒径没有特别限定，但为1μm～10μm，优选为3μm～8μm。由此，能够使粒状的碳化物在钴基合金15中比较均匀地分散，变得能够更进一步有效地抑制磨损量、摩擦力的增加。上述碳化物的平均粒径可以通过对组织图像(断面图像)使用电子显微镜或光学显微镜等进行摄像，应用公知的图像处理等来求出包含硬质粒子的最小圆，将最小圆的直径进行平均，由此来测定、算出。
另外，上述那样的粒状碳化物在钴基合金15中怎样分布均可，但优选在钴基合金15中均匀地分散。由此，能够更进一步提高钴基合金15的耐蚀性。由这样的粒状碳化物的均匀分散带来的效果在粒状的碳化物的析出量比较少的情况下更进一步显著地发挥出来。
另外，上述那样的粒状碳化物可以通过将钴基合金15中的W、Cr量设定在上述的范围内，并且将C量设定为比较大、例如0.5％以上，并进行后述的HIP处理而形成。
以上，对本实施方式的钴基合金15进行了详细说明。
[2.2.硬质粒子17]
在作为基体的钴基合金15中，添加硬质粒子17，通过钴基合金15被保持。该硬质粒子17包含选自由碳化钨、碳化二钨、碳化铬、碳化钛及碳化铌构成的组中的至少一种的单体、及多个上述单体的造粒物中的一者或两者。造粒物例如通过使用Ni、Co等粘合剂将上述单体进行造粒而获得。
上述硬质粒子17中的碳化钨(WC)、碳化二钨(W2C)、及碳化钛(TiC)是提高覆盖层13的耐磨性的硬质粒子，碳化铬(Cr23C6、Cr7C3、Cr3C2)是缓和覆盖层13的内部应力的硬质粒子。另外，上述硬质粒子17中的碳化铌(NbC)是提高覆盖层13的润滑性的硬质粒子。具有这样的特性的硬质粒子17也可以单独使用，但通过组合而使用，它们的特性彼此重叠地表现出来。
在本实施方式中，上述硬质粒子17为以下说明的那样的形状系数的平均值为1.55以下的球形的粒子(例如参照图3)。这里，上述的形状系数如图4中示意性所示的那样，被表示为将包含着眼的1个硬质粒子的投影形状17’的最小圆19的面积除以与投影形状17’对应的面积(投影面积)而得到的值。即，形状系数通过以下的式(I)而求出。
形状系数＝最小圆的面积/投影形状的面积(I)
在图4中所示的例子中，对于某一个硬质粒子17的投影形状17’示意性以六边形表示的情况进行示出。包含这样的硬质粒子17的最小圆19如图3中所示的那样，成为与硬质粒子的投影形状17’外接的最小的外接圆。
以下，参照图5的同时对形状系数的算出方法基于一个例子进一步进行具体说明。
为了算出形状系数，首先，对着眼的组织的组织图像(断面图像)使用电子显微镜或光学显微镜等进行摄像(图5(a))。此时，摄像视场的大小设定为硬质粒子17的平均粒径的10倍左右。另外，视场中存在的多个硬质粒子17中的至少一部分与视场的边界部接触的硬质粒子设定为在算出处理的对象之外。对这样的组织图像例如以10个视场量进行摄像。
接着，将所得到的各组织图像通过规定的二值化阈值进行二值化，分离出符合硬质粒子17的部分(图5(b))。此时，有时在硬质粒子17的表面附着并析出有上述的粒状碳化物。这种情况下，所附着的粒状碳化物也包含在内作为硬质粒子17处理。之后，将满足上述那样的基准的硬质粒子17设定为形状系数的算出对象(图5(c))。
接着，应用公知的图像处理等，分别测定硬质粒子各自的投影面积和包含硬质粒子的最小圆的面积。通过将所得到的投影面积除以对应的包含最小圆的面积，可以算出所着眼的硬质粒子的形状系数。
通过算出摄像的10张组织图像中所含的对象粒子的形状系数的平均值，可以特定上述的形状系数的平均值。
在图5(a)、(b)中所示的例子中，可知在一个断面组织图像中存在25个作为对象的硬质粒子。与该断面组织图像对应的硬质粒子的平均值成为1.13。
通过使用具有这样的形状系数的平均值的硬质粒子17，可获得以下那样的效果。首先，在作为基体的钴基合金15发生熔损时，硬质粒子17突出，本实施方式的浴中设备用构件介由硬质粒子17与对手的构件相接触。硬质粒子17通过具有上述的形状系数的平均值，构成与对手构件的接触面的接触部位与其说不尖，倒不如说构成比较接近平面的面。因此，能够降低硬质粒子17的与对手构件的接触面中的面压而极为有效地抑制摩擦力的上升。
另外，通过具有这样的形状系数的平均值的硬质粒子17优先与对手构件相接触，还能够抑制对手构件的因摩擦而引起的损耗。
通过使用以上那样的硬质粒子17，覆盖层13的比磨损量(例如在将这样的覆盖层13应用于轴和轴承这两者的情况下，为其合计量)成为1×10-6mm3/m·N以下，摩擦系数成为0.2以下。图6中示出使硬质粒子17的形状系数变化而测定比磨损量及摩擦系数的实验室试验结果。如由图6表明的那样，可知通过将硬质粒子17的形状系数的平均值设定为1.55以下，比磨损量成为1×10-6mm3/m·N以下，摩擦系数成为0.2以下。
此外，硬质粒子的形状系数的平均值只要为1.55以下即可，优选为1.45以下，更优选为1.30以下。由此，能够更进一步抑制覆盖层13中的摩擦力及磨损量的上升。另外，硬质粒子17的形状系数在理论上1.00成为最低值。硬质粒子17的形状系数的平均值也可以为1.00，但通常为1.10以上。
硬质粒子17的平均粒径优选为0.001mm～1mm。在平均粒径低于0.001mm的情况下，硬质粒子17彼此凝聚，根据钴基合金15的组成的不同，有可能无法与作为基体的钴基合金15均匀地混合。另外，在平均粒径超过1mm的情况下，根据钴基合金15的组成的不同，有可能在覆盖层13的内部残存气孔。
硬质粒子17的平均粒径更优选为0.02mm～0.5mm。通过将平均粒径设定为0.02mm～0.5mm，变得能够良好地维持硬质粒子17在基体中的分散性，并且能够良好地发挥覆盖层13的耐蚀性及耐磨性。
特别是W或Cr的粒状碳化物在钴基合金15中析出的情况下，硬质粒子17的平均粒径优选为0.01mm～0.7mm，更优选为0.02mm～0.5mm。由此，变得能够有效地兼顾硬质粒子17的上述摩擦力的上升的抑制效果和由碳化物带来的钴基合金15的耐蚀性提高效果。
此外，硬质粒子17的平均粒径可以是例如在原料阶段分级后通过激光衍射式粒径分布测定法而测定的体积基准中值粒径(D50)。
具有这样的形状及平均粒径的硬质粒子17可以使用像造粒烧结法或气体雾化法等那样用于制造喷镀材料粉末的一般的方法来制造。此时，通过使用相对于目标粒径充分小的一次粒子、适当设定滚动的时间或气体温度之类的制造条件，可以控制形状系数。
例如，在通过造粒烧结法来制造硬质粒子17的情况下，通过延长滚动的时间而使一次粒子的凹凸变得圆滑，从而使粒子形状接近球形，能够获得具有所期望的形状系数的硬质粒子17。另外，在通过气体雾化法来制造硬质粒子17的情况下，通过充分提高气体温度和气氛温度以使能获得所期望的形状系数，由此能够制造硬质粒子17。
另外，对于所获得的制造的硬质粒子，也可以适当进行分级而仅将规定范围的粒径的硬质粒子设定为覆盖层13中添加的硬质粒子17。在覆盖层13中存在微小的粒子的情况下，这些粒子比较容易从覆盖层13脱落。另外，在存在比较大的粒子的情况下，存在覆盖层13的韧性容易降低的倾向。通过进行分级，可以将这些微小的粒子、粗大的粒子排除。此外，作为分级方法，没有特别限定，例如可列举出利用筛分或气流分级机的分级等。
另外，这样的硬质粒子17的含量没有特别限定，优选相对于覆盖层13的整个体积为15体积％～70体积％。在硬质粒子17的含量低于15体积％的情况下，有时作为基体的钴基合金15的面积率变高而耐蚀性降低，并且覆盖层13的耐磨性变得不充分。另外，在硬质粒子17的含量超过70体积％的情况下，有可能在覆盖层13的施工时产生开裂。
硬质粒子17的含量更优选相对于覆盖层13的整个体积为25体积％～55体积％。关于硬质粒子17的含量，含量越少则耐龟裂性越优异，含量越多则耐磨性越优异，耐龟裂性和耐磨性像这样处于折衷的关系。通过将硬质粒子17的含量设定为25体积％～55体积％，变得能够使耐龟裂性及耐磨性这两者有效地发挥出来。
此外，在添加多种的化合物作为硬质粒子17的情况下，优选合计的含量设定在上述的范围内。
以上，对本实施方式的硬质粒子17进行了详细说明。
以上说明的本实施方式的浴中设备用构件通过采用特定的形状的硬质粒子，伴随经时变化而产生的磨损量及摩擦力的增加得以抑制。因此，本实施方式的浴中设备用构件优选配置在熔融金属浴中设备的容易产生磨损、摩擦的部位。具体而言，本实施方式的浴中设备用构件为熔融金属浴中设备的辊构件，优选可以为辊支轴或辊轴承。另外，本实施方式的浴中设备用构件由于伴随经时变化而产生的磨损量及摩擦力的增加得以抑制，因此适于长时间地运转的热浸镀金属材制造装置、例如连续的热浸镀金属材制造装置。
[2.3.浴中设备用构件的制造方法]
接下来，对于以上说明的浴中设备用构件的制造方法，特别以覆盖层13的形成方法为中心而进行说明。图7及图8是示意性表示热等静压装置(HIP装置)的一个例子的说明图。
浴中设备用构件可以通过利用热等静压处理(HIP处理)在母材11上形成覆盖层13而获得。HIP处理例如通过在图7中所示的圆筒状的金属包套(metal capsule)200中填充母材11及覆盖层13的原料，接着，在图8中所示的HIP装置100中配置金属包套200并进行处理来进行。
具体而言，首先，准备金属包套200，如图7中所示的那样，对于用作基材的母材11与金属包套200之间形成的空间封入包含作为基体的钴基合金15和硬质粒子17的材料粉末20。
接着，在封入了材料粉末20的状态下将母材11和金属包套200配置在HIP装置100中，进行HIP处理。HIP装置100如图8中例示的那样，具备高压汽缸101、底座103、架子105、Mo加热器107、供给管109、排出管111和真空泵(未图示)。
高压汽缸101可以形成能够将多个金属包套200串联收纳的空间113，并将其内部设定为规定的压力条件。另外，底座103被收纳于空间113内，在底座103上配置有安装了Mo加热器107的架子105。架子105被构成为具有多个搁板，并在该搁板上可分别配置金属包套200。Mo加热器107按照覆盖配置于架子105上的金属包套200的周围的方式安装于架子105上，将材料粉末20及母材11与金属包套200一起进行加热。由此，Mo加热器107作为材料粉末20及母材11的加热炉发挥作用。
供给管109可以将压力介质从外部供给到空间113内。作为压力介质，除了图8中所示那样的Ar气以外，还可列举出氮气等不活泼气体，可根据处理条件而适当选择使用。排出管111与未图示的真空泵连结，可以将空间113内存在的气体、例如在HIP处理前存在的空气和压力介质排出到装置外部。
将多个金属包套200收纳于以上说明那样的HIP装置100的空间113中，在金属包套200的周围配置Mo加热器107。接着，利用真空泵介由排出管111将空间113内按照成为真空气氛下的方式进行减压。之后，由供给管109导入压力介质、例如Ar气，将空间113内设定为Ar气气氛下。接着，在Ar气气氛中，例如以压力1000～1500kgf/cm2、温度1050～1250℃下1～3小时的条件进行HIP处理。此外，1kgf为约9.8N。在HIP处理中，如图7中所示的那样，金属包套200及作为内容物的母材11及材料粉末20通过压力介质被负载各向同等的压力。
由此，在母材11上形成覆盖层13。上述的HIP处理能够以较低温度来实施，因此，通过HIP处理可以在维持硬质粒子17的形状的状态下形成覆盖层13。另外，根据钴基合金15的组成的不同，W或Cr的粒状碳化物析出。
与此相对，在采用以往已知的堆焊法、喷镀法的情况下，需要将覆盖层的材料设定为比基体的熔点高的温度、例如1300℃以上，其结果是，进行构成硬质粒子的成分向基体中的溶出/析出，析出物以较大且复杂的形状生长。另外，在喷镀中通过碰撞而导致硬质粒子的形状发生变形。其结果是，无法维持硬质粒子的形状。因此，即便是在使用形状系数的平均值低于1.55的硬质粒子作为材料的情况下，也无法使所形成的硬质粒子的形状系数的平均值低于1.55。
另外，在采用堆焊法的情况下，除了上述的问题以外，还会产生焊道的重叠部的选择性损伤(焊道痕)。再者，在采用喷镀法的情况下，由于所得到的覆盖层包含许多缺陷，因此覆盖层的附着力与采用HIP处理的情况相比较差。
在HIP处理后，也可以将母材11和形成于母材11上的覆盖层13通过切削加工而切出，制成所期望的形状。另外，在该情况下，也可以连金属包套200一起切削。
通过进行这样的处理，能够制造本实施方式的浴中设备用构件。以上，对本实施方式的浴中设备用构件的制造方法进行了说明。
实施例
以下，示出实施例及比较例的同时，对本发明的实施方式的浴中设备用构件进行具体说明。此外，以下所示的实施例说到底是本发明的实施方式的浴中设备用构件的一个例子，本发明的实施方式的浴中设备用构件并不限定于下述所示的实施例。
(1.利用HIP法的轴套的制造)
按照上述的浴中设备用构件的制造方法，制造了实施例1～38及比较例1～21的轴套。本实验例中使用的Co基合金及硬质粒子如以下的表1～3中所示的那样。另外，HIP处理使用图7、8中所示那样的装置，以氩气作为压力介质，以1100℃、100MPa、2小时的条件进行。
此外，在下述的表中，硬质粒子的粒径及1次粒径在原料阶段分级后通过激光衍射式粒径分布测定法来测定。另外，形状系数的平均值通过上述的方法来测定。
(2.利用堆焊法的轴套的制造)
接着，通过堆焊法，制造了比较例22～25的轴套。具体而言，首先，准备用作基材的母材，在其外周上通过等离子粉末焊接法以焊接电流160～200A、焊接电压20～25V、焊接速度100mm/min、粉末量25～30g/min的条件沿周向进行堆焊，由此在母材上形成覆盖层。
(3.利用喷镀法的轴套的制造)
接着，通过喷镀法，制造了比较例26～29的轴套。具体而言，首先，准备用作基材的母材，通过在其外周上通过高速气体喷镀(High Velocity Oxygen-Fuel ThermalSpraying Process、称为HVOF)以可燃气体煤油、可燃气体压力0.1～1MPa、可燃气体流量10～500l/min、氧气压力0.1～1MPa、氧气流量100～1000l/min的条件进行喷镀施工，从而在母材上形成了覆盖层。
对于各实施例及各比较例的轴套的构成，示于以下的表1～3中。
Figure BDA0002493039570000171
Figure BDA0002493039570000181
Figure BDA0002493039570000191
(3.评价)
在连续热浸镀金属装置中使用各实施例及各比较例中得到的轴套，对有无伴随比磨损量及摩擦系数的上升而产生钢板滑移进行了评价。比磨损量由使用前后的浴中设备用构件的轴径的变化来算出。将结果示于表4、5中。
[表4]
Figure BDA0002493039570000201
[表5]
Figure BDA0002493039570000211
如由表4、5表明的那样，在比较例中，比磨损量大、或者母材发生变形、或者在施工时产生开裂、或者产生钢板滑移，但在本发明的实施例中，比磨损量小，没有产生钢板滑移。其结果表示在本发明的实施例中，比摩擦量、摩擦系数的上升得以极为良好地抑制。此外，在实施例1、2、4～11、14、16～18、20～22、24～30、32、34、35、37、38的轴套中，观察到在作为基体的Co基合金中均匀地分散有粒状的W或Cr的碳化物。再者，在全部的实施例中，确认到在Co基合金中存在粒状的W或Cr的碳化物。
再者，如由表3、5表明的那样，在采用了堆焊法的比较例22～25中，硬质粒子的形状系数大幅地大于1.55。另外，在比较例22～25中，产生钢板滑移，无法抑制比摩擦量、摩擦系数的上升。
另外，在采用了喷镀法的比较例26～29中，硬质粒子的形状系数也大幅地大于1.55。另外，在比较例26～29中，也产生钢板滑移，无法抑制比摩擦量、摩擦系数的上升。
以上，参照所附附图的同时对本发明的优选实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于这样的例子。只要是具有本发明所属的技术领域的普通知识的人，则在权利要求书中记载的技术思想的范围内，显然可想到各种变更例或修正例，关于它们，当然也可以理解为属于本发明的技术范围。
符号说明：
1 熔融锌浴槽
2 炉鼻
3 沉没辊
4 支承辊
5、6 支轴
11 母材
13 覆盖层
15 钴基合金
17 硬质粒子
20 材料粉末
100 热等静压装置
101 高压汽缸
103 底座
105 架子
107 Mo加热器
109 供给管
111 排出管
200 金属包套

Claims (12)

1.一种浴中设备用构件，其是热浸镀金属材制造装置中的熔融金属浴中设备所使用的浴中设备用构件，
所述浴中设备用构件具有设置于该浴中设备用构件的表面的至少一部分上的覆盖层，
所述覆盖层包含硬质粒子和保持该硬质粒子的基体，
所述基体是以Co作为主要成分的钴基合金，
所述硬质粒子包含选自由碳化钨、碳化二钨、碳化铬、碳化钛及碳化铌构成的组中的至少一种的单体、及使用粘合剂将该单体造粒而成的造粒物中的一者或两者，
所述硬质粒子的形状系数的平均值为1.55以下，所述形状系数被表示为将包含硬质粒子的投影形状的最小圆的面积除以与该硬质粒子的投影形状对应的面积而得到的值。
2.根据权利要求1所述的浴中设备用构件，其中，所述硬质粒子的粒径为0.001mm～1mm。
3.根据权利要求2所述的浴中设备用构件，其中，所述硬质粒子的粒径为0.02mm～0.5mm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的浴中设备用构件，其中，所述硬质粒子的含量相对于所述覆盖层的整个体积为15体积％～70体积％。
5.根据权利要求4所述的浴中设备用构件，其中，所述硬质粒子的含量相对于所述覆盖层的整个体积为25体积％～55体积％。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的浴中设备用构件，其中，所述覆盖层的厚度为1mm～(浴中设备用构件的壁厚尺寸)－7mm。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的浴中设备用构件，其中，所述钴基合金以质量％计包含
Cr：11％～34％、
C：0.05％～3.5％、
W：2％～25％、
Ni：0.5％～30％、
Si：0％～4％、及
B：0％～4％，
剩余部分包含Co及杂质。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的浴中设备用构件，其中，所述钴基合金中的C的含量以质量％计为0.5％～3.0％，
所述基体包含含有析出的W或Cr的至少一者的粒状碳化物。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的浴中设备用构件，其为所述熔融金属浴中设备的辊构件。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的浴中设备用构件，其为所述熔融金属浴中设备的辊支轴或辊轴承。
11.一种熔融金属浴中设备，其具备权利要求1～10中任一项所述的浴中设备用构件。
12.一种热浸镀金属材制造装置，其具备权利要求1～10中任一项所述的浴中设备用构件。
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