JP2005240124A - ハースロールに被覆した溶射被膜 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ハースロール表面へのビルドアップをほぼ完全に防止した、ハースロールに被覆した溶射被膜を提供する。
【解決手段】 質量でＭｏ：６〜３０％を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。また上記成分に加え、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｂ，Ｔａのうち１又は２種以上を合計で２５％以下、更にＣ：３％以下、更にＹ，Ｓｉを合計で３％以下、更に好ましくはＣｒ，Ａｌの１種又は２種を合計で３０％以下含有することを特徴とする。
【選択図】 なし
【解決手段】 質量でＭｏ：６〜３０％を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。また上記成分に加え、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｂ，Ｔａのうち１又は２種以上を合計で２５％以下、更にＣ：３％以下、更にＹ，Ｓｉを合計で３％以下、更に好ましくはＣｒ，Ａｌの１種又は２種を合計で３０％以下含有することを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
本発明は、通板時のロール表面へのビルドアップを抑制したハースロール、特に鉄鋼生産用の連続焼鈍炉ハースロールに被覆した溶射被膜に関する。
金属板材の製造設備、特に製鉄プロセスラインにおいて、搬送ロールを高速回転させて鋼板を通板する際には、鋼板のスリップ、蛇行、搬送ロール表面へのゴミ付き、ビルドアップ等の現象が発生する。特に連続焼鈍炉内ハースロールでは鋼板を高温状態で搬送するためハースロール表面にビルドアップが発生し易く、ビルドアップの形状が鋼板表面に転写されて表面品質を損ない、鋼板のグレードが格落ちとなるだけでなく、定期修繕の際にハースロール表面に付着した異物を取り除く手入れが必要となり、生産性が低下していた。
ハースロール表面へのビルドアップは、鋼板表面の鉄、マンガン酸化物等がハースロール表面に付着して堆積する現象である。これらを防止するには、ビルドアップ源である鉄、マンガン酸化物等とハースロール表面被膜との反応を抑制するか、または反応生成物が取れやすくすることが有効である。
ハースロール表面へのビルドアップを抑制する対策として、ハースロール表面に、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｗ，Ｔａからなる溶射被膜、またはＡｌ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ3 Ｃ2 ，Ｙ2 Ｏ3 からなる溶射被膜を形成する方法（例えば特許文献１、２）が提案されている。しかし、何れの方法によってもハースロール表面へのビルドアップを完全に防止することはできなかった。
即ち、特許文献１で提案された方法では、スケール反応性、すなわち鉄との反応性を考慮し被膜内成分のうちＡｌ濃度を制限しているが、マンガン酸化物と反応しやすいＣｒが多く含有されているため、マンガン酸化物によるビルドアップが発生し易い。
また特許文献２で提案された方法では、合金主成分が鉄と反応し易いＣｏ，Ｎｉであるため、鉄によるビルドアップ発生を完全に防止できない。このためハースロール表面にビルドアップが発生し易いという問題があった。
特開２００２−２５６３６３号公報
特開２００３− ２７２０４号公報
また特許文献２で提案された方法では、合金主成分が鉄と反応し易いＣｏ，Ｎｉであるため、鉄によるビルドアップ発生を完全に防止できない。このためハースロール表面にビルドアップが発生し易いという問題があった。
本発明は、ロール表面へのビルドアップをほぼ完全に防止したハースロール、特に連続焼鈍炉用ハースロールに被覆した被膜を提供するものである。
本発明者は、ハースロール表面へのビルドアップを完全に防止するには、合金主成分をマンガン酸化物と反応しやすいＡｌ，ＣｒからＮｉにすること、かつ、鉄との反応によるビルドアップが発生しても簡単に取れるアブレーダブル性を被膜に付与するため、Ｍｏを含有させることが有効であることを見いだし、種々の溶射被膜を試作し、耐ビルドアップ性について検討を行い、本発明を完成させるに至った。
本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１） 質量でＭｏ：６〜３０％を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。
（２） 質量でＭｏ：６〜３０％、及びＦｅ，Ｃｏ，Ｎｂ，Ｔａのうち１又は２種以上を合計で２５％以下含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。
（３） 質量で更に、Ｃ：３％以下含有することを特徴とする前記（１）または（２）記載のハースロールに被覆した溶射被膜。
（４） 質量で更に、Ｙ，Ｓｉを合計で３％以下含有することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のハースロールに被覆した溶射被膜。
（５） 質量で更に、Ｃｒ，Ａｌの１種又は２種を合計で３０％以下含有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載のハースロールに被覆した溶射被膜。
（６） 前記（１）〜（５）のいずれかに記載の成分を有する合金をマトリックスとして、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ，ＣｒＢ2 ，ＷＢ，ＴｉＢ2 ，ＺｒＢ2 ，Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＴａＣ，ＷＣ，ＺｒＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣのいずれか１種または２種以上を合計で７０質量％以下含有することを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。
（７） 前記（１）〜（６）のいずれかに記載の成分を有する溶射被膜の最表層に１０μｍ以下のクロメート処理を施したことを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。
（１） 質量でＭｏ：６〜３０％を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。
（２） 質量でＭｏ：６〜３０％、及びＦｅ，Ｃｏ，Ｎｂ，Ｔａのうち１又は２種以上を合計で２５％以下含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。
（３） 質量で更に、Ｃ：３％以下含有することを特徴とする前記（１）または（２）記載のハースロールに被覆した溶射被膜。
（４） 質量で更に、Ｙ，Ｓｉを合計で３％以下含有することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のハースロールに被覆した溶射被膜。
（５） 質量で更に、Ｃｒ，Ａｌの１種又は２種を合計で３０％以下含有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載のハースロールに被覆した溶射被膜。
（６） 前記（１）〜（５）のいずれかに記載の成分を有する合金をマトリックスとして、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ，ＣｒＢ2 ，ＷＢ，ＴｉＢ2 ，ＺｒＢ2 ，Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＴａＣ，ＷＣ，ＺｒＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣのいずれか１種または２種以上を合計で７０質量％以下含有することを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。
（７） 前記（１）〜（６）のいずれかに記載の成分を有する溶射被膜の最表層に１０μｍ以下のクロメート処理を施したことを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。
本発明によれば、ハースロール表面へのビルドアップをほぼ完全に防止することができる連続焼鈍炉ハースロールの提供が可能になり、連続焼鈍炉ハースロールに起因する鋼板疵を防止して鋼板品質の向上を図ることができ、産業上の貢献が極めて顕著である。
本発明者は、ハースロール表面に種々の溶射被膜を形成し、ビルドアップの発生状況を調査した。その結果、被膜がＭｏを６〜３０質量％含有するＮｉ合金である場合に、ビルドアップが完全に防止できることを見いだした。
以下、本発明について詳細に説明する。以下の説明において、成分含有量は質量％である。
本発明は、ハースロール、特に連続焼鈍炉用ハースロールに、Ｍｏを６〜３０％含有するＮｉ合金からなる溶射被膜を被覆したものである。
合金の主成分はＮｉとし、Ｍｏを６〜３０％含有する。主成分をＡｌ，ＣｒからＮｉにすることで、マンガン酸化物との反応し易い元素が少ないためビルドアップ発生が防止できる。また、Ｍｏを６〜３０％含有することで、鉄との反応によるビルドアップ発生が防止できる。これは、溶射被膜表面にＮｉ−Ｍｏからなる酸化物被膜が形成され、鉄との反応によるビルドアップが発生しても、この被膜が薄く剥離しビルドアップが簡単に脱落するアブレーダブル性を有するためである。
Ｍｏが６％よりも少ないと、アブレーダブル性が得られずビルドアップが発生し易い。一方、３０％よりも多いと、連続焼鈍炉内で使用中にＭｏの酸化により被膜組織が劣化しビルドアップが発生し易い。
本発明は、ハースロール、特に連続焼鈍炉用ハースロールに、Ｍｏを６〜３０％含有するＮｉ合金からなる溶射被膜を被覆したものである。
合金の主成分はＮｉとし、Ｍｏを６〜３０％含有する。主成分をＡｌ，ＣｒからＮｉにすることで、マンガン酸化物との反応し易い元素が少ないためビルドアップ発生が防止できる。また、Ｍｏを６〜３０％含有することで、鉄との反応によるビルドアップ発生が防止できる。これは、溶射被膜表面にＮｉ−Ｍｏからなる酸化物被膜が形成され、鉄との反応によるビルドアップが発生しても、この被膜が薄く剥離しビルドアップが簡単に脱落するアブレーダブル性を有するためである。
Ｍｏが６％よりも少ないと、アブレーダブル性が得られずビルドアップが発生し易い。一方、３０％よりも多いと、連続焼鈍炉内で使用中にＭｏの酸化により被膜組織が劣化しビルドアップが発生し易い。
また、Ｃｒ，Ａｌは高温での耐酸化性を溶射被膜に付与する必要がある場合に被膜に含有させる。但し、Ｃｒ，Ａｌは３０％以下であることが好ましい。これは、Ｃｒ，Ａｌが３０％よりも多いとマンガン酸化物と反応し易くなり、ビルドアップが発生し易くなるためである。
他の合金元素はＦｅ，Ｗ，Ｃｏ，Ｙ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉから選ぶことが好ましい。
Ｎｉは高温での硬度が低く、Ｍｏは高温硬度が高いが多量に添加すると高温で被膜組織が劣化する。このため高温硬度を上げる目的で、Ｆｅ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｃｏを添加することが好ましい。但し、Ｆｅとの反応性を抑えてビルドアップ発生を防止するため、添加量は合計で２５％以下とすることが好ましい。
Ｎｉは高温での硬度が低く、Ｍｏは高温硬度が高いが多量に添加すると高温で被膜組織が劣化する。このため高温硬度を上げる目的で、Ｆｅ，Ｗ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｃｏを添加することが好ましい。但し、Ｆｅとの反応性を抑えてビルドアップ発生を防止するため、添加量は合計で２５％以下とすることが好ましい。
Ｃは金属成分を炭化させて高温硬度を上げる目的で添加するが、添加量が多いと被膜が脆化するため、３％以下とすることが好ましい。
Ｙ，Ｓｉは酸化被膜の安定生成、剥離防止効果があり、酸化保護被膜を形成するＣｒ，Ａｌ含有量が多い場合に３％以下添加することが好ましい。
合金組成は以下の成分系が好ましい。
Inconel(登録商標) 625:９Ｍｏ−２１．５Ｃｒ−２．５Ｆｅ−３．７Ｎｂ−Bal.Ｎｉ Hastelloy(登録商標)B :２８Ｍｏ−５Ｆｅ−Bal.Ｎｉ
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Hastelloy(登録商標)C ：１７Ｍｏ−１７Ｃｒ−４．５Ｗ−４Ｆｅ−０．１Ｃ
−０．５Ｓｉ−Bal.Ｎｉ
Hastelloy(登録商標)C-22 ：１３Ｍｏ−２２Ｃｒ−３Ｗ−４Ｆｅ−Bal.Ｎｉ
Hastelloy(登録商標)C-276：１６Ｍｏ−１６Ｃｒ−４Ｗ−５Ｆｅ−０．００５Ｃ
−０．０５Ｓｉ−Bal.Ｎｉ
これらは、被膜の耐ビルドアップ性が優れ、かつ高温硬度も高く、連続焼鈍炉ハースロール用の溶射被膜として優れた耐久性が得られるからである。
Inconel(登録商標) 625:９Ｍｏ−２１．５Ｃｒ−２．５Ｆｅ−３．７Ｎｂ−Bal.Ｎｉ Hastelloy(登録商標)B :２８Ｍｏ−５Ｆｅ−Bal.Ｎｉ
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−０．０５Ｓｉ−Bal.Ｎｉ
これらは、被膜の耐ビルドアップ性が優れ、かつ高温硬度も高く、連続焼鈍炉ハースロール用の溶射被膜として優れた耐久性が得られるからである。
更に高温で使用する目的で、溶射被膜の高温硬度をより高くする場合には、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ，ＣｒＢ2 ，ＷＢ，ＴｉＢ2 ，ＺｒＢ2 ，Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＴａＣ，ＷＣ，ＺｒＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣ等のセラミックスを、７０％以下で溶射金属に添加することが好ましい。
７０％よりも多くセラミックスを添加すると原料粉末の融点が上昇し、溶射施工時に被膜が緻密に成膜できないためビルドアップが発生し易い。
７０％よりも多くセラミックスを添加すると原料粉末の融点が上昇し、溶射施工時に被膜が緻密に成膜できないためビルドアップが発生し易い。
また、最表層のクロメート処理を行うことにより、表面の微細な気孔を充填することで、被膜表面の平滑性が著しく向上し更なる耐ビルドアップ性能を得ることができる。ただし、クロメート処理が必要以上に厚くなるとＭｎ成分との反応が促進されて被膜性能が低下するため、１０μｍ以下の薄膜とすることが必要である。
次に、本発明の搬送ハースロール及び焼鈍炉用ハースロールの製造方法について説明する。
まず、ロール母材としてはステンレス系耐熱鋳鋼が用いられ、特にＳＣＨ２２が最適である。
本発明の搬送ハースロール及び焼鈍炉用ハースロールの表面への溶射被膜の形成は、高速ガス溶射（High Velocity Oxygen-Fuel Thermal Spraying Process、ＨＶＯＦという）、爆発溶射（Detonation Gun Process、Ｄ−ｇｕｎという）、プラズマ溶射等により通常の溶射条件で行えば良い。
まず、ロール母材としてはステンレス系耐熱鋳鋼が用いられ、特にＳＣＨ２２が最適である。
本発明の搬送ハースロール及び焼鈍炉用ハースロールの表面への溶射被膜の形成は、高速ガス溶射（High Velocity Oxygen-Fuel Thermal Spraying Process、ＨＶＯＦという）、爆発溶射（Detonation Gun Process、Ｄ−ｇｕｎという）、プラズマ溶射等により通常の溶射条件で行えば良い。
ＨＶＯＦによって溶射する場合には、燃料ガスをケロシン、Ｃ3 Ｈ8 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｃ3 Ｈ6 の何れかとし、燃料ガスの圧力を０．１〜１ＭＰａ、燃料ガスの流量を１０〜５００リットル／min とし、酸素ガスの圧力を０．１〜１ＭＰａ、酸素ガスの流量を１００〜１０００リットル／min とすることが好ましい。
また、プラズマ溶射の場合は、作動ガスをＡｒ−Ｈ2 、Ｈｅの何れかとし、作動ガスの流量を１００〜３００リットル／min 、出力を１０〜２００ｋＷとすることが好ましい。 これらの溶射被膜の原料粉体の粒度は、１０〜５０μｍとすることが好ましい。
また、プラズマ溶射の場合は、作動ガスをＡｒ−Ｈ2 、Ｈｅの何れかとし、作動ガスの流量を１００〜３００リットル／min 、出力を１０〜２００ｋＷとすることが好ましい。 これらの溶射被膜の原料粉体の粒度は、１０〜５０μｍとすることが好ましい。
クロメート処理は、クロム酸を含む水溶液に浸漬、塗布、またはスプレーした後に、３５０℃〜５５０℃の焼成を行い成膜させる。これを繰り返すことによって、クロメート処理の膜厚を変化させることができるが、回数を増すごとに厚くなるので、３回以内程度の処理で終了させることが好ましい。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
母材のＳＵＳ３０４上に、アルミナグリッドブラスト加工を施した後に、表２に示す成分の溶射被膜を１００μｍの厚みになるようにＨＶＯＦにより成膜した。
各種溶射被膜の耐ビルドアップ性を、図１に示したビルドアップ評価試験機により評価した。
図１に示したビルドアップ評価試験機は、ＳＣＨ２２（２５Ｃｒ−２０Ｎｉ−０．４Ｃ）を素材とした半径３５ｍｍの半月形加圧ロール６を、２枚の試験材、両面溶射試料４、片面溶射試料４’上を往復摺動させ、ビルドアップの発生を再現するものである。
母材のＳＵＳ３０４上に、アルミナグリッドブラスト加工を施した後に、表２に示す成分の溶射被膜を１００μｍの厚みになるようにＨＶＯＦにより成膜した。
各種溶射被膜の耐ビルドアップ性を、図１に示したビルドアップ評価試験機により評価した。
図１に示したビルドアップ評価試験機は、ＳＣＨ２２（２５Ｃｒ−２０Ｎｉ−０．４Ｃ）を素材とした半径３５ｍｍの半月形加圧ロール６を、２枚の試験材、両面溶射試料４、片面溶射試料４’上を往復摺動させ、ビルドアップの発生を再現するものである。
半月形加圧ロール６と両面溶射試料４の間、両面溶射試料４と片面溶射試料４’の間には、ビルドアップ原料５（酸化鉄粉Ｆｅ3 Ｏ4 、又はＭｎＯ、粒度分布５０μｍ以下）を散布し、トレイ３中に収容した。片面溶射試料４’の溶射被膜を形成した面は、両面溶射試料４に対抗させた。トレイ３をつぼ型電気炉２の中に配置し、Ｎ2 −Ｈ2 ：２％の還元雰囲気中で９００℃で４時間、半月形加圧ロール６を往復運動させ、ビルドアップを発生させた。
半月形加圧ロール６と直接接触する両面溶射試料４の面をＡ面、その裏の面をＢ面、そしてＢ面と向い合う片面溶射試料４’の面をＣ面とし、試験後のビルドアップ発生状況を表１に示すような耐ビルドアップ性指数を用いて、それぞれの評価点を合計し、５点以上を良好とした。
半月形加圧ロール６と直接接触する両面溶射試料４の面をＡ面、その裏の面をＢ面、そしてＢ面と向い合う片面溶射試料４’の面をＣ面とし、試験後のビルドアップ発生状況を表１に示すような耐ビルドアップ性指数を用いて、それぞれの評価点を合計し、５点以上を良好とした。
結果を表２に示す。
表２から明らかなように、本発明の溶射被膜は耐ビルドアップ性が非常に優れることが判る。
また、本発明被膜を実機連続焼鈍炉の均熱帯のハースロール（ロール：φ８００ｍｍ、ＳＣＨ−２２、雰囲気：温度８５０℃、窒素−水素３％、露点−３０℃、鋼板：張力１ｋｇ／mm2 、平均厚み１mmｔ、速度３００mpm 、鋼種ハイテン）にて１年使用した結果も表２にまとめた。表２から明らかなように、本発明の溶射被膜では１年間の使用期間においてビルドアップ発生がなく、優れた特性であることを確認できた。
表２から明らかなように、本発明の溶射被膜は耐ビルドアップ性が非常に優れることが判る。
また、本発明被膜を実機連続焼鈍炉の均熱帯のハースロール（ロール：φ８００ｍｍ、ＳＣＨ−２２、雰囲気：温度８５０℃、窒素−水素３％、露点−３０℃、鋼板：張力１ｋｇ／mm2 、平均厚み１mmｔ、速度３００mpm 、鋼種ハイテン）にて１年使用した結果も表２にまとめた。表２から明らかなように、本発明の溶射被膜では１年間の使用期間においてビルドアップ発生がなく、優れた特性であることを確認できた。
１：雰囲気ガス導入管
２：つぼ型電気炉
３：トレイ
４、４’：溶射サンプル
５：ビルドアップ原料（酸化鉄粉Ｆｅ3 Ｏ4 、又はＭｎＯ、粒度分布１０μｍ以下） ６：半月加圧ロール
７：加圧ロッド
８：荷重材料
９：カウンターバランス
１０：シール板
１１：減速機
２：つぼ型電気炉
３：トレイ
４、４’：溶射サンプル
５：ビルドアップ原料（酸化鉄粉Ｆｅ3 Ｏ4 、又はＭｎＯ、粒度分布１０μｍ以下） ６：半月加圧ロール
７：加圧ロッド
８：荷重材料
９：カウンターバランス
１０：シール板
１１：減速機
Claims (7)
- 質量でＭｏ：６〜３０％を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。
- 質量でＭｏ：６〜３０％、及びＦｅ，Ｃｏ，Ｎｂ，Ｔａのうち１又は２種以上を合計で２５％以下含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。
- 質量で更に、Ｃ：３％以下含有することを特徴とする請求項１または２記載のハースロールに被覆した溶射被膜。
- 質量で更に、Ｙ，Ｓｉを合計で３％以下含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハースロールに被覆した溶射被膜。
- 質量で更に、Ｃｒ，Ａｌの１種又は２種を合計で３０％以下含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハースロールに被覆した溶射被膜。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の成分を有する合金をマトリックスとして、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ，ＣｒＢ2 ，ＷＢ，ＴｉＢ2 ，ＺｒＢ2 ，Ｃｒ3 Ｃ2 ，ＴａＣ，ＷＣ，ＺｒＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣのいずれか１種または２種以上を合計で７０質量％以下含有することを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。
- 請求項１〜６のいずれかに記載の成分を有する溶射被膜の最表層に１０μｍ以下のクロメート処理を施したことを特徴とするハースロールに被覆した溶射被膜。
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