JP2002088461A

JP2002088461A - 耐食性ロール

Info

Publication number: JP2002088461A
Application number: JP2000280095A
Authority: JP
Inventors: Satoru Midorikawa; 悟緑川
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】耐食性および耐摩耗性に優れ、バインダー溶出
によるＷＣ脱落に起因する押し疵等が生じない緻密な皮
膜層を長期間にわたって維持し、皮膜表面を研磨して再
使用するサイクルを３回以上繰り返すことが可能である
ため、実機規模でのロール運用上のトータルコストの低
減に有効であり、特に、錫めっき等の電気めっき設備の
コンダクターロールに好適な耐食性ロールの提供。【解決手段】表面に、ＷＣ−Ｎｉサーメットと残部Ｎｉ
基自溶合金からなる混合粉末を溶射した後、再溶融処理
して形成された皮膜層を有する耐食性ロール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は耐食性ロールに関
し、特に、耐食性および耐摩耗性に優れる耐食性ロール
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、製鉄工程、めっき工程等の各種工
程で使用されるロールは、その工程における使用目的、
使用形態、雰囲気、使用環境、使用条件等によって求め
られる特性に応じて各種の表面処理が施されている。例
えば、鋼板の製造工程中の酸洗装置に設けられるロール
は、塩酸等の酸性液と接触するため、表面にゴムライニ
ングが施されている。また、錫めっき等の電気めっき装
置に使用されるコンダクターロールは、めっき液との接
触によるロール母材の腐食を防止するため、ロール胴部
表面をＣｒめっき皮膜で被覆したロールが使用されてい
た。しかし、このＣｒめっき皮膜を有するロールは、時
として何らかの原因によって発生する微細なクラックか
らめっき液が侵入し短期間にロール母材を腐食させ、め
っき皮膜の剥離等のトラブルが発生することがあった。

【０００３】そこで、本出願人は、先に、ロール胴部
に、金属炭化物粉末１０〜９０質量％を含有するＮｉ−
Ｃｒ系自溶合金粉末を溶射被覆させたコンダクタロール
（特公昭６１−２１３２０号公報）、また、ロ−ルの胴
部表面に、ＷＣ２０〜８０質量％、残部がＮｉ−Ｃｒ系
自溶合金から成る混合粉末を溶射して被覆すると共に、
形成された皮膜層中に混在するＷＣ粒子が楕円状に変形
し且つこのＷＣ粒子の長径を皮膜層と平行に配列させた
コンダクタロ−ル（特開平５−９６９９号公報）を提案
した。

【０００４】前者のロールは、皮膜金属とロール母材金
属とが相互拡散して、皮膜とロール母材との境界に形成
された合金層によって、皮膜と母材素地との密着力が強
く、また皮膜が緻密であるとともに、皮膜中に分散した
金属炭化物により耐食性も良好である。さらに、後者の
ロールは、自溶合金中のＷＣ粒子が脱落しにくくなるた
め、長期間にわたるロール使用において、金属炭化物の
脱落によるピットへの錫付着に起因する鋼板への押し疵
の発生をある程度低減できるものである。

【０００５】前記提案のロールは、従来に比べて長期間
使用できるものであるが、これらのロールにおいても、
依然として、ＷＣが脱落したピット部へのめっき金属
（錫）析出などによって、鋼板に押し疵が発生する問題
があった。そこで、本発明者らは、ロール表面に、ＷＣ
７０〜８５％残部Ｎｉ−Ｃｒ合金からなるＷＣサーメッ
ト溶射層を厚み１００μｍ以上有する浸漬用耐食性コン
ダクタロール（特開平１０−２４５６９５号公報）を提
案した。このロールによってＷＣ脱落による鋼板への押
し疵問題が解決された。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のロール
は、厳しい腐食環境で使用される場合には、ＷＣサーメ
ット溶射層の下層に自溶合金溶射皮膜を設けたり、ＷＣ
サーメット溶射層に封孔処理を施すことが必要であっ
た。また、実機規模の運用では、皮膜層が３００μｍま
での厚みになるまで、通常、皮膜表面を研磨して再使用
するサイクルを３回以上繰り返した後、新たな溶射皮膜
の形成作業を行っている。ロールの取替え作業、ロール
の研磨作業、あるいは新たな溶射皮膜の形成等に要する
トータルコストを勘案すると、前記のロールは、ＷＣサ
ーメット溶射層の厚みが薄いため、最大でも１回の表面
研磨後の再使用しかできないため、溶射皮膜を新たに形
成する回数が多くなり、トータルコスト的にメリットが
なく、適用拡大が難しいものであった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、塩酸系のめっき
液や酸洗液または洗浄液に対する耐食性および耐摩耗性
に優れ、ＷＣ脱落に起因する押し疵等が生じない緻密な
皮膜層を長期間にわたって維持し、皮膜表面を研磨して
再使用するサイクルを３回以上繰り返すことが可能であ
る耐食性ロールを提供することにある。これにより、実
機規模でのロール運用上のトータルコストの低減に有効
となる。特に、錫めっき等の電気めっき装置のコンダク
タロールに好適な耐食性ロールを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記目的を
達成するため、まず、ＷＣサーメット溶射皮膜を有する
ロールの皮膜の脱落部のサンプルを採取し、脱落状況を
走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、ＷＣサー
メット溶射皮膜の脱落は、機械的脱落よりもむしろＷＣ
粒子のバインダーとして含有するＣｏの溶出が起因とな
っていることを突き止めた。

【０００９】そこで、溶射皮膜のＮｉ基自溶合金からな
るマトリックス中に含まれるサーメットを、ＷＣ−Ｃｏ
に代えて、ＷＣ−ＮｉＣｒ、ＷＣ−ＣｏＣｒ等のＮｉＣ
ｒ、ＣｏＣｒ等をバインダーとするＷＣサーメットを含
むサーメット溶射皮膜の製造を試みた。しかし、得られ
た溶射皮膜は、全てＮｉ基自溶合金をマトリックスとす
る皮膜本来の特徴である緻密性が失われ、気孔が多数存
在し、ロールの耐食性皮膜として不適であるとともに耐
食性が悪化することが判明した。

【００１０】そのため、新たな皮膜を開発すべく、鋭意
研究した結果、従来知られているＮｉＣｒ、ＣｏＣｒ等
のバインダーではなく、バインダーとしてＮｉを用いた
ＷＣ−Ｎｉサーメットを用いれば、従来皮膜とほぼ同等
の緻密性を有し、また、バインダーの溶出によるＷＣの
脱落に起因する耐食性の劣化が改善されるとともに、耐
摩耗性に優れ、１回の溶射皮膜の形成後、表面研磨して
再使用するサイクルを３回以上繰り返すことが可能な溶
射ロールが得られ、これをコンダクタロールとして用い
れば、鋼板への押し疵の発生もなく、トータルのコスト
を低減できることを知見し、本発明に至った。

【００１１】すなわち、本発明は、表面に、ＷＣ−Ｎｉ
サーメットと残部Ｎｉ基自溶合金からなる混合粉末を溶
射した後、再溶融処理して形成された皮膜層を有するロ
ールを提供するものである。

【００１２】混合粉末が、ＷＣ−Ｎｉサーメット１０〜
４０質量％と、Ｎｉ基自溶合金９０〜６０質量％とを含
むものであると、好ましい。混合粉末が、ＷＣ−Ｎｉサ
ーメット２０〜３５質量％と、Ｎｉ基自溶合金８０〜６
５質量％とを含むものであると、さらに好ましい。さら
に、皮膜層の厚さが０．７ｍｍ以上であることが、好ま
しい。さらにまた、ＷＣ−ＮｉサーメットにおけるＷＣ
／Ｎｉの質量比が８０／２０〜９０／１０であることが
好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の耐食性ロール（以
下、「本発明のロール」という）について詳細に説明す
る。本発明のロールにおいて、ロール母材は特に制限さ
れない。例えば、Ｃ含有量が０．７質量％以下の炭素鋼
が好ましい。

【００１４】本発明のロールにおいて、ＷＣ−Ｎｉサー
メットとは、ＷＣからなる粒子がバインダーであるＮｉ
によって結合された複合焼結粒子である。このＷＣ−Ｎ
ｉサーメットにおいて、ＷＣ／Ｎｉの含有割合は、質量
比で８０／２０〜９０／１０の割合であるのが、ＷＣ脱
落の防止のために好ましい。

【００１５】本発明のロールにおいて、皮膜層は、Ｎｉ
基自溶合金からなるマトリックス中にＷＣ−Ｎｉサーメ
ットが分散した構造を有する。Ｎｉ基自溶合金は、Ｎｉ
を主成分とし、Ｃｒ、ＳｉおよびＢを含有し、ならびに
Ｃ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ等を含有する合金である。
例えば、ＪＩＳＨ８３０３に規定されているＳＦＮｉ
シリーズ、特にＳＦＮｉ４またはＳＦＮｉ５のＮｉ合金
が挙げられ、代表例として、下記組成のものが挙げられ
る。このＮｉ基自溶合金において、ＳｉおよびＢは、自
溶合金の融点を低減して、溶射後の再溶融処理によっ
て、皮膜中の不純物、酸化物等をスラグとして浮上さ
せ、ロール母材と皮膜との間に合金層を形成し、皮膜の
密着性を向上させるために有効な成分である。

【００１６】Ｃｒ１２〜２０質量％Ｂ２．５〜４．５質量％Ｓｉ２〜５質量％Ｃ０．４〜１．１質量％Ｆｅ５質量％以下Ｃｏ１質量％以下Ｍｏ４質量％以下Ｃｕ４質量％以下Ｎｉ残部

【００１７】この皮膜層において、ＷＣ−Ｎｉサーメッ
トの含有量は、１０〜４０質量％が好ましく、さらに好
ましくは２０〜３５質量％である。溶射皮膜層における
ＷＣ−Ｎｉサーメットが少なすぎると、耐摩耗性が低下
し、多すぎると機械的作用によって皮膜層からＷＣの脱
落が生じるおそれがある。また、皮膜層中に分散してい
るＷＣ−Ｎｉサーメットの平均粒径は、１０〜５０μｍ
である。

【００１８】本発明のロールにおいて、溶射皮膜層の厚
さは、０．７ｍｍ以上であることが好ましく、特に好ま
しくは０．７〜１．０ｍｍである。通常、１回当りのロ
ール使用により皮膜層の厚さは０．１ｍｍ程度減少し、
研磨代を０．１ｍｍとすれば３回程度研磨するために
は、０．７ｍｍ以上の皮膜厚さを有することが好まし
い。

【００１９】本発明のロールの製造は、ロール母材の表
面にＷＣ−ＮｉサーメットとＮｉ自溶合金の混合粉末を
溶射した後、再溶融処理して皮膜層を形成することによ
り行うことができる。溶射法は特に制限されず、いずれ
の方法によってもよい。例えば、プラズマ法、フレーム
法、ガスフレーム法、ＨＶＯＦ（High Velocity Oxgen
Fuel) 法、ＨＰＳＳ（High Power Plasma Spray Syste
m) 法等が挙げられる。

【００２０】再溶融処理は、好ましくは１０５０〜１１
００℃の温度に加熱して行うことができる。この再溶融
処理により、Ｎｉ自溶合金とＷＣ−Ｎｉサーメットとを
溶融一体化させ、緻密な皮膜を形成することができると
ともに、皮膜中の不純物、酸化物等をスラグとして浮上
させ、ロール母材と皮膜との間に合金層を形成し、皮膜
の密着性を向上させることができる。

【００２１】本発明のロールは、電気錫めっき設備のコ
ンダクターロール、デフレクタロール、テンションメー
タロール、または、酸洗槽入側のデフレクタロール、ア
ルカリ洗浄ラインのシンクロール、デフレクタロール、
および水を浴びるデフレクタロール等に用いることがで
きる。特に、酸性めっき液に対する耐食性に優れ、かつ
耐摩耗性に優れているため、塩酸系の電気錫めっき等の
めっき浴中に浸漬されるコンダクターロールに好適に用
いることができる。

【００２２】

【実施例】以下に示す実施例は本発明の効果を示す例で
あって、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。

【００２３】（実施例１〜５、比較例１〜４）各例にお
いて、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ５ｍｍの基材（Ｓ
Ｓ４００製）に、表１に示す溶射法で溶射した後、１１
００℃の再溶融処理を行い、表１に示す皮膜組成を有す
る厚さ０．８ｍｍの溶射皮膜を形成して、ハロゲン法
（ＨＣｌ浴）電気錫めっき設備に用いるコンダクタロー
ル用試験片（比較例１〜４、実施例１〜５）を製作し
た。さらに、耐摩耗性試験のため、φ３０ｍｍ×１０ｍ
ｍの試験ロールを製作した（Ａ：比較例、Ｂ〜Ｆ：実施例）。これらの試験片、お
よび試験ロールＡ〜Ｆについて、下記の方法にしたがっ
て、それぞれ硬度、気孔率の測定、ならびに浸漬試験お
よび耐摩耗性試験を行った。結果を表１および図１に示
す。

【００２４】硬度ＪＩＳＺ２２４４に基づき、試験荷重３００ｇでマイ
クロビッカース硬度計を用いて、ビッカース硬度（Ｈ
ｖ）を測定した。

【００２５】気孔率断面の光学顕微鏡写真より面積率を測定して気孔率
（％）を求めた。

【００２６】浸漬試験塩酸系の錫めっき液に、５０℃で７２０時間、試験片を
浸漬後、ＩＣＰ発光分析法によって、溶射皮膜層からの
皮膜成分の溶出量を測定した。また、試験片の表面を２
００倍の走査型電子顕微鏡によって観察し、表面に存在
する直径５０μｍ以上のピット、および直径５０μｍ未
満のピットの個数を調べた。

【００２７】耐摩耗性試験西原式摩耗試験機によって、下記条件で耐摩耗性試験を
行った。耐摩耗性試験後、試験ロールの直径を測定して
摩耗による皮膜層の厚さの減少分を摩耗量（ｍｍ）とし
て求め、試験ロールＡ（比較例１）の摩耗量を基準値Ｔ
１として、各試験ロールの摩耗量Ｔとの比（Ｔ／Ｔ１）
を摩耗比として、図１に示し、耐摩耗性の指標とした。相手材：Ｓ４５Ｃ製ロール（直径３０ｍｍ）すべり率：１．０％回転数：１００ｒ．ｐ．ｍ荷重：０．１ｋｇ試験時間：２０分間

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】また、実施例１および２で製作した試験ロ
ールＢおよびＣを、コンダクタロールとして、下記めっ
き条件で電気錫めっきを行う設備のコンダクターロール
として装着して実機試験を行った。めっき浴塩酸系錫めっき液めっき温度：５０℃ ロール荷重：バックアップロールとの線圧１９６Ｎ／ｃ
ｍ（２０ｋｇｆ／ｃｍ）ロール回転数：３００〜５００ｒ．ｐ．ｍ．

【００３１】その結果、実施例１で製作した試験ロール
Ｂを用いた場合には、ＷＣ脱落に起因する鋼板への押し
疵がなくなるとともに、試験ロールを取り外して、再
度、溶射皮膜層の溶射被覆が必要となる程度に皮膜層が
減耗するまでに、溶射皮膜層を研磨してロールを再使用
するサイクルを３回繰り返して行うことができるという
良好な結果が得られた。さらに、実施例２で製作した試
験ロールＣを用いた場合では、ＷＣ脱落に起因する鋼板
への押し疵がなくなるとともに、３回研磨までの使用が
可能であることはもちろんのこと、皮膜の緻密性が改善
されるため、従来のロールより約２０％の長寿命化効果
が得られた。

【００３２】

【発明の効果】本発明のロールは、耐食性および耐摩耗
性に優れ、バインダー溶出によるＷＣ脱落に起因する押
し疵等が生じない緻密な皮膜層を長期間にわたって維持
し、皮膜表面を研磨して再使用するサイクルを３回以上
繰り返すことが可能であるため、実機規模でのロール運
用上のトータルコストの低減に有効であり、特に、錫め
っき等の電気めっき設備のコンダクターロールに好適で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例および比較例における耐摩耗
性試験の結果を示す図である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２５Ｄ 7/06 Ｃ２５Ｄ 7/06 ＭＦ１６Ｃ 13/00 Ｆ１６Ｃ 13/00 ＡＥ // Ｃ２２Ｃ 1/05 Ｃ２２Ｃ 1/05 Ｈ 19/05 19/05 Ｂ 29/08 29/08 32/00 32/00 ＮＦターム(参考） 3J103 AA13 AA51 EA20 FA11 FA12 FA14 FA16 GA02 GA15 HA03 HA04 HA15 HA32 HA54 HA60 4K018 AA08 BA11 BA20 GA01 JA21 KA17 4K024 AA07 BB06 CB10 GA03 GA04 4K031 AA01 AB02 AB06 AB08 AB09 CB13 CB30 CB45 DA04 FA02 4K053 RA14 RA21 XA41 ZA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に、ＷＣ−Ｎｉサーメットと残部Ｎｉ
基自溶合金からなる混合粉末を溶射した後、再溶融処理
して形成された皮膜層を有する耐食性ロール。
【請求項２】混合粉末が、ＷＣ−Ｎｉサーメット１０〜
４０質量％と、Ｎｉ基自溶合金９０〜６０質量％とを含
むものである請求項１に記載の耐食性ロール。
【請求項３】ＷＣ−ＮｉサーメットにおけるＷＣ／Ｎｉ
の質量比が８０／２０〜９０／１０である請求項１また
は２に記載の耐食性ロール。