JP2018040022A - Member for in-bath apparatus - Google Patents

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祥司 松井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress increase of an abrasion loss and friction force that accompanies aging.SOLUTION: The invention relates to members for an in-bath apparatus to be used in a metal melting bath in continuous production equipment of a melting metal plating material. The members for an in-bath apparatus have a coating layer attached to at least a part of its surface, the coating layer being composed of hard particles and a matrix holding the hard particles. The matrix is a cobalt base alloy having Co as the main component. The hard particles are at least one simple substance selected from the group consisting of tungsten carbide, ditungsten carbide, chromium carbide, titanium carbide, and niobium carbide, or a granulated body formed by granulating the simple substance using a binder. The hard particles has an average shape factor of 1.55 or less, wherein the shape factor is obtained by dividing an area of a minimum circle enclosing a projection shape of the hard particles by an area corresponding to the projection shape of the hard particles.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、浴中機器用部材に関する。   The present invention relates to a member for equipment in a bath.

鋼板等の金属材の表面に、亜鉛等の金属を用いてめっきを施す場合、めっきに用いる金属が溶融している浴内に金属材を緊張した状態で連続的に移送する製造方法が用いられることが多い。この場合、金属材をスナウトから溶融金属浴槽に投入し、浴中でシンクロールの周囲を搬送しつつ、サポートロールによって浴槽から引き上げるという工程が採用されることが多い。   When the surface of a metal material such as a steel plate is plated using a metal such as zinc, a manufacturing method is used in which the metal material is continuously transferred in a tensioned state in a bath in which the metal used for plating is melted. There are many cases. In this case, a process is often employed in which a metal material is put into the molten metal bathtub from the snout and is pulled up from the bathtub by the support roll while being transported around the sink roll in the bath.

このようなシンクロールやサポートロールの軸や軸受は、常に溶融金属に曝された状態で摺動されるため、激しく摩耗していく。そのため、シンクロールやサポートロールの軸や軸受などといった浴中機器用部材には、優れた耐摩耗性が求められる。そこで、従来、浴中機器用部材の耐摩耗性を向上させるために、様々な技術が開発されてきた。   The sink roll and support roll shafts and bearings are slid in a state where they are always exposed to molten metal. Therefore, excellent wear resistance is required for members in bath equipment such as sink rolls and support roll shafts and bearings. Therefore, conventionally, various techniques have been developed in order to improve the wear resistance of the in-bath equipment member.

例えば、以下の特許文献1では、金属材料の表面に、コバルト(Co)基合金と、タングステンカーバイド、クロムカーバイド、チタンカーバイド、ニオブカーバイドの少なくとも1種類と、を含む被覆層を熱間静水圧(Hot Isostatic Pressing:HIP)処理により形成する技術が開示されている。   For example, in Patent Document 1 below, a coating layer containing a cobalt (Co) -based alloy and at least one of tungsten carbide, chromium carbide, titanium carbide, and niobium carbide is applied to the surface of a metal material with hot isostatic pressure ( A technique of forming by hot isostatic pressing (HIP) processing is disclosed.

また、以下の特許文献2では、特定の粒径を有する球状のタングステンカーバイド硬質粒子を用いるとともに遠心鋳造法によるライニング方法を採用することで相手攻撃性を低減させた、遠心鋳造用炭化タングステン複合ライニング材が開示されている。   Also, in Patent Document 2 below, tungsten carbide composite lining for centrifugal casting, which uses spherical tungsten carbide hard particles having a specific particle size and reduces the opponent aggression by adopting a lining method by centrifugal casting. A material is disclosed.

また、以下の特許文献3では、タングステンカーバイドのマトリックスとしてNi系自溶性合金を用い、熱間静水圧処理により部材を被覆することによって耐蝕耐摩耗性を向上させた耐蝕耐摩耗性摺動部材が開示されている。   Further, in Patent Document 3 below, a corrosion-resistant wear-resistant sliding member that uses a Ni-based self-fluxing alloy as a tungsten carbide matrix and has improved corrosion resistance and wear resistance by covering the member with hot isostatic pressure treatment is disclosed. It is disclosed.

特開平7−268648号公報JP-A-7-268648 特開平7−290186号公報JP 7-290186 A 特開2000−266055号公報JP 2000-266055 A

しかしながら、上記特許文献2に記載されている遠心鋳造法では、製造される部材の特性に未だ改善の余地があった。   However, the centrifugal casting method described in Patent Document 2 still has room for improvement in the characteristics of the manufactured member.

また、上記特許文献1及び特許文献3で用いられるHIP処理材は、緻密かつ均質な構造を有するため、溶射皮膜や肉盛に対して優れた耐摩耗性を示す一方で、空隙の発生につながるため各種カーバイド等の硬質粒子の添加量には限界がある。そのため、生産性向上を目的とした連続使用期間の長期化に伴って、マトリックスの溶損により硬質粒子の脱落や突出が生じ、摩耗量や摩擦力が急激に増加するという問題が顕在化した。   Moreover, since the HIP processing material used by the said patent document 1 and the patent document 3 has a dense and homogeneous structure, while showing the outstanding abrasion resistance with respect to a thermal-spraying film or overlaying, it leads to generation | occurrence | production of a space | gap. Therefore, there is a limit to the amount of hard particles added such as various carbides. For this reason, as the continuous use period for the purpose of improving productivity is prolonged, the problem that the wear amount and the frictional force rapidly increase due to the dropping of the hard particles and the protrusion due to the matrix erosion occurred.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、経時変化に伴う摩耗量及び摩擦力の増加を抑制することが可能な、浴中機器用部材を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a member for equipment in a bath capable of suppressing an increase in wear amount and frictional force accompanying a change with time. Is to provide.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、連続溶融金属めっき材製造装置における溶融金属浴中機器に用いられる浴中機器用部材であって、前記浴中機器用部材は、当該浴中機器用部材の表面の少なくとも一部に設けられた被覆層を有し、前記被覆層は、硬質粒子と、当該硬質粒子を保持するマトリックスと、からなり、前記マトリックスは、Coを主成分とするコバルト基合金であり、前記硬質粒子は、タングステンカーバイド、炭化二タングステン、クロムカーバイド、チタンカーバイド及びニオブカーバイドからなる群より選択される少なくとも1つの単体、又は、バインダーを用いて当該単体を造粒した造粒物であり、前記硬質粒子は、硬質粒子の投影形状を包含する最小円の面積を、当該硬質粒子の投影形状に対応する面積で除した値として表される形状係数の平均値が、1.55以下である浴中機器用部材が提供される。   In order to solve the above-mentioned problem, according to a certain aspect of the present invention, there is provided a member for an apparatus in a bath used for an apparatus in a molten metal bath in a continuous molten metal plating material manufacturing apparatus, wherein the member for an apparatus in a bath is: A coating layer provided on at least a part of the surface of the in-bath device member, wherein the coating layer includes hard particles and a matrix that holds the hard particles, and the matrix mainly includes Co. A cobalt-based alloy as a component, and the hard particles are at least one simple substance selected from the group consisting of tungsten carbide, ditungsten carbide, chromium carbide, titanium carbide and niobium carbide, or the simple substance using a binder. It is a granulated product, and the hard particles correspond to the projected shape of the hard particles with the area of the smallest circle including the projected shape of the hard particles That the average value of the shape coefficient expressed as divided by the area, 1.55 in a bath member equipment below is provided.

前記硬質粒子の粒径は、0.001mm以上〜1mm以下であることが好ましく、0.02mm以上〜0.5mm以下であることがより好ましい。   The hard particles preferably have a particle size of 0.001 mm to 1 mm, and more preferably 0.02 mm to 0.5 mm.

前記硬質粒子の含有量は、前記被覆層の全体体積に対して15体積%以上〜70体積%以下であることが好ましく、前記被覆層の全体体積に対して25体積%以上〜55体積%以下であることがより好ましい。   The content of the hard particles is preferably 15% by volume to 70% by volume with respect to the total volume of the coating layer, and 25% by volume to 55% by volume with respect to the total volume of the coating layer. It is more preferable that

前記被覆層の厚みは、1mm以上〜(浴中機器用部材の肉厚寸法)−7mm以下であることが好ましい。   It is preferable that the thickness of the coating layer is 1 mm or more to (thickness dimension of the member for equipment in bath) -7 mm or less.

前記コバルト基合金は、質量%で、Cr:11%以上〜34%以下、C:0.05%以上〜3.5%以下、W:2%以上〜25%以下、Ni:0.5%以上〜30%以下、Si:0.5%以上〜4%以下、B:0.5%以上〜4%以下、を含み、残部は、Coと不純物であってもよい。   The cobalt-based alloy is, in mass%, Cr: 11% to 34%, C: 0.05% to 3.5%, W: 2% to 25%, Ni: 0.5% Inclusive of the above, 30 to 30%, Si: 0.5% to 4%, B: 0.5% to 4%, and the balance may be Co and impurities.

以上説明したように本発明によれば、硬質粒子の形状を、特定の形状係数を有するような球形とすることで、経時変化に伴う摩耗量及び摩擦力の増加を抑制することが可能となる。   As described above, according to the present invention, by increasing the shape of the hard particles to a spherical shape having a specific shape factor, it is possible to suppress an increase in the amount of wear and frictional force accompanying a change with time. .

連続溶融亜鉛めっき鋼板製造装置の構成を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the structure of the continuous hot-dip galvanized steel plate manufacturing apparatus. 本発明の第1の実施形態に係る浴中機器用部材の構成を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the structure of the member for apparatus in bath which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 同実施形態に係る被覆層の断面撮像画像の一例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed an example of the cross-sectional captured image of the coating layer which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る硬質粒子の形状係数について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the shape factor of the hard particle which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る硬質粒子の形状係数の算出方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the calculation method of the shape factor of the hard particle which concerns on the same embodiment. 形状係数の平均値と比摩耗量及び摩擦係数との関係の一例を示したグラフ図である。It is the graph which showed an example of the relationship between the average value of a shape factor, a specific wear amount, and a friction coefficient. HIP装置の一例を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed an example of the HIP apparatus typically. HIP装置の一例を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed an example of the HIP apparatus typically.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

(第1の実施形態)
以下では、本発明の第1の実施形態に係る浴中機器用部材について、詳細に説明する。本実施形態に係る浴中機器用部材は、連続溶融金属めっき材製造装置における溶融金属浴中機器に用いられるものである。
(First embodiment)
Below, the member for apparatus in a bath which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated in detail. The in-bath apparatus member according to the present embodiment is used for an in-molten bath apparatus in a continuous molten metal plating material manufacturing apparatus.

なお、以下では、溶融金属めっき材の一例として溶融亜鉛めっき鋼板に着目し、連続溶融亜鉛めっき材製造装置における溶融亜鉛浴中機器を例に挙げて説明を行うものとする。しかしながら、本発明の実施形態に係る浴中機器用部材が、溶融亜鉛浴中に配設される浴中機器用部材に限定されるわけではない。   In the following description, attention is given to a hot dip galvanized steel sheet as an example of the hot dip galvanized material, and an explanation will be given by taking as an example a device in a hot dip galvanized bath in a continuous hot dip galvanized material manufacturing apparatus. However, the in-bath apparatus member according to the embodiment of the present invention is not limited to the in-bath apparatus member disposed in the molten zinc bath.

<連続溶融亜鉛めっき鋼板製造装置について>
本実施形態に係る浴中機器用部材について説明するに先立ち、浴中機器用部材が利用される連続溶融亜鉛めっき鋼板製造装置の全体構成について、図1を参照しながら簡単に説明する。図1は、連続溶融亜鉛めっき鋼板製造装置の構成を模式的に示した説明図である。
<About continuous hot-dip galvanized steel sheet manufacturing equipment>
Prior to the description of the in-bath apparatus member according to the present embodiment, the entire configuration of the continuous hot-dip galvanized steel sheet manufacturing apparatus in which the in-bath apparatus member is used will be briefly described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a configuration of a continuous hot-dip galvanized steel sheet manufacturing apparatus.

連続溶融亜鉛めっき鋼板製造装置は、図1に模式的に示したように、溶融亜鉛浴槽1と、スナウト2と、シンクロール3と、一対のサポートロール4と、を主に備える。   As schematically shown in FIG. 1, the continuous hot-dip galvanized steel sheet manufacturing apparatus mainly includes a hot-dip zinc bath 1, a snout 2, a sink roll 3, and a pair of support rolls 4.

溶融亜鉛浴槽1には、通板される鋼板Sの表面に対してめっきを施すための溶融金属である亜鉛が、溶融した状態で保持されている。スナウト2は、鋼板Sを溶融亜鉛浴槽1に連続的に投入するための設備であり、窒素等といった不活性ガスが充填されている。シンクロール3及びサポートロール4は、それぞれ支軸5,6を有しており、支軸6は、モータ等の駆動源(図示せず。)に連結されて、図中の矢印方向に定速で回転駆動される。   In the molten zinc bath 1, zinc, which is a molten metal for plating the surface of the steel sheet S to be passed, is held in a molten state. The snout 2 is a facility for continuously feeding the steel sheet S to the molten zinc bath 1 and is filled with an inert gas such as nitrogen. The sink roll 3 and the support roll 4 have support shafts 5 and 6, respectively. The support shaft 6 is connected to a drive source (not shown) such as a motor, and has a constant speed in the direction of the arrow in the figure. Is driven to rotate.

また、図1に示したような連続溶融亜鉛めっき鋼板製造装置には、他に、インゴット投入装置、ドロス回収装置、ロール架台等といった各種の設備(図示せず。)が設けられている。   In addition, the continuous hot-dip galvanized steel sheet manufacturing apparatus as shown in FIG. 1 is provided with various other equipment (not shown) such as an ingot charging device, a dross recovery device, and a roll mount.

本実施形態に係る浴中機器用部材は、シンクロール3やサポートロール4の支軸5,6や軸受(図示せず。)などといった、溶融亜鉛浴槽1の内部に配設される浴中機器の部材として用いられるものである。   The in-bath apparatus member according to the present embodiment is an in-bath apparatus disposed inside the molten zinc bath 1 such as the support shafts 5 and 6 of the sink roll 3 and the support roll 4 and a bearing (not shown). It is used as a member.

<浴中機器用部材について>
次に、本実施形態に係る浴中機器用部材について、図2〜図5を参照しながら、詳細に説明する。図2は、本実施形態に係る浴中機器用部材の構成を模式的に示した説明図である。図3は、本実施形態に係る被覆層の断面撮像画像の一例を示した説明図である。図4は、本実施形態に係る硬質粒子の形状係数について説明するための説明図であり、図5は、形状係数の算出方法について説明するための説明図である。
<About equipment for bath equipment>
Next, the in-bath apparatus member according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the configuration of the in-bath apparatus member according to the present embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a cross-sectional captured image of the coating layer according to the present embodiment. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the shape factor of the hard particles according to the present embodiment, and FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a calculation method of the shape factor.

本実施形態に係る浴中機器用部材10は、図2に模式的に示したように、母材11と、母材11の表面の少なくとも一部に形成される被覆層13と、を備える。   As illustrated schematically in FIG. 2, the in-bath apparatus member 10 according to the present embodiment includes a base material 11 and a coating layer 13 formed on at least a part of the surface of the base material 11.

母材11は、特に限定されるものではなく、シンクロール3やサポートロール4に求められる強度等の特性に応じて、公知の鋼材の中から適宜選択される。このような母材11として、例えばSUS316L等といった各種のステンレス鋼板を挙げることができる。   The base material 11 is not particularly limited, and is appropriately selected from known steel materials according to characteristics such as strength required for the sink roll 3 and the support roll 4. Examples of the base material 11 include various stainless steel plates such as SUS316L.

被覆層13は、母材11のうち、例えば軸や軸受の摺動部分などのように、浴中機器用部材10として、耐蝕性や耐摩耗性が要求される部分に少なくとも形成されている。また、被覆層13は、母材11の表面全体に形成されていてもよい。この被覆層13は、例えばHIP処理等の公知の方法により、母材11の所望の部分に形成される。   The covering layer 13 is formed at least on a portion of the base material 11 where corrosion resistance and wear resistance are required as the in-bath apparatus member 10 such as a sliding portion of a shaft or a bearing. The covering layer 13 may be formed on the entire surface of the base material 11. The covering layer 13 is formed on a desired portion of the base material 11 by a known method such as HIP processing.

この被覆層13は、図3に例示したように、(a)コバルト(Co)を主成分とするコバルト基合金15と、(b)コバルト基合金15中に含有される硬質粒子17と、を含む。   As illustrated in FIG. 3, the coating layer 13 includes (a) a cobalt base alloy 15 mainly composed of cobalt (Co), and (b) hard particles 17 contained in the cobalt base alloy 15. Including.

以下で詳述するような被覆層13は、母材11の表面に、1mm以上〜(浴中機器用部材の肉厚寸法)−7mm以下の厚みでHIP処理により形成することが好ましい。被覆層13の厚み(図2に示した厚さd)が1mm未満である場合には、被覆層13の耐久性が不足して十分な信頼性が得られない可能性があるため、好ましくない。また、被覆層13の厚みが(浴中機器用部材の肉厚寸法)−7mm超過である場合には、HIP処理の際に生じる内部応力により母材11が変形又は破断する可能性があるため、好ましくない。   The covering layer 13 as described in detail below is preferably formed on the surface of the base material 11 by HIP treatment with a thickness of 1 mm or more to (thickness dimension of the member for equipment in bath) -7 mm or less. When the thickness of the coating layer 13 (thickness d shown in FIG. 2) is less than 1 mm, the durability of the coating layer 13 may be insufficient and sufficient reliability may not be obtained. . Moreover, when the thickness of the coating layer 13 exceeds (thickness dimension of the member for equipment in a bath) −7 mm, the base material 11 may be deformed or broken due to internal stress generated during the HIP process. It is not preferable.

以下、この被覆層13について、詳細に説明する。   Hereinafter, the coating layer 13 will be described in detail.

[コバルト基合金15について]
Coを主成分とするコバルト基合金15は、硬質粒子17を保持するマトリックスとして機能する合金である。このコバルト基合金15は、以下の成分を含むものである。なお、以下の成分表記において、%は質量%で表した金属換算量を意味している。
[Cobalt-based alloy 15]
The cobalt-based alloy 15 containing Co as a main component is an alloy that functions as a matrix that holds the hard particles 17. The cobalt-based alloy 15 includes the following components. In addition, in the following component description,% means the metal conversion amount represented by the mass%.

Cr:11%以上〜34%以下
C:0.05%以上〜3.5%以下
W:2%以上〜25%以下
Ni:0.5%以上〜30%以下
Si:0.5%以上〜4%以下
B:0.5%以上〜4%以下
Cr: 11% to 34% C: 0.05% to 3.5% W: 2% to 25% Ni: 0.5% to 30% Si: 0.5% to 4% or less B: 0.5% to 4%

なお、コバルト基合金15において、上記成分の残部はCo及び不可避的不純物である。   In the cobalt base alloy 15, the balance of the above components is Co and inevitable impurities.

○Cr:11%以上〜34%以下
クロム(Cr)は、被覆層13の耐蝕性を向上させるために用いられる元素である。Cr量(Cr換算量)を11質量%以上とすることによって、被覆層13の耐蝕性の向上とクロムの炭化物を効果的に析出させることとが可能となる。他方、Cr量が34質量%超過となる場合には、被覆層13の靭性が低下し、HIP処理の際に割れが発生する可能性があるため、好ましくない。
○ Cr: 11% to 34% Chromium (Cr) is an element used for improving the corrosion resistance of the coating layer 13. By setting the Cr amount (Cr equivalent amount) to 11 mass% or more, it is possible to improve the corrosion resistance of the coating layer 13 and to effectively precipitate chromium carbide. On the other hand, when the amount of Cr exceeds 34% by mass, the toughness of the coating layer 13 decreases, and cracking may occur during the HIP treatment, which is not preferable.

○C:0.05%以上〜3.5%以下
炭素(C)は、被覆層13の耐溶損性を向上させるために用いられる元素である。C量を0.05〜3.5質量%とすることによって、炭化物を効果的に析出させることが可能となり、被覆層13の耐溶損性を向上させ、耐蝕性を向上させることができる。他方、C量が0.05質量%未満である場合には、上記のような耐溶損性の向上効果を十分に得ることができず、好ましくない。また、C量が3.5質量%超過である場合には、被覆層13が脆化する可能性があるため、好ましくない。
C: 0.05% to 3.5% Carbon (C) is an element used for improving the resistance to melting of the coating layer 13. By setting the amount of C to 0.05 to 3.5% by mass, it becomes possible to effectively precipitate carbide, improve the corrosion resistance of the coating layer 13, and improve the corrosion resistance. On the other hand, when the amount of C is less than 0.05% by mass, the effect of improving the resistance to melting as described above cannot be sufficiently obtained, which is not preferable. In addition, when the amount of C exceeds 3.5% by mass, the coating layer 13 may become brittle, which is not preferable.

○W:2%以上〜25%以下
タングステン(W)は、被覆層13の強度を向上させるために用いられる元素である。W量を2〜25質量%とすることによって、タングステンの炭化物を効果的に析出させることが可能となり、被覆層13の耐摩耗性を向上させ、耐蝕性を向上させることができる。他方、W量が2質量%未満である場合には、上記のような耐摩耗性の向上効果を十分に得ることができず、好ましくない。また、W量が25質量%超過である場合には、被覆層13の靭性が低下し、HIP処理の際に割れが発生する可能性があるため、好ましくない。
○ W: 2% to 25% Tungsten (W) is an element used for improving the strength of the coating layer 13. By setting the amount of W to 2 to 25% by mass, tungsten carbide can be effectively precipitated, the wear resistance of the coating layer 13 can be improved, and the corrosion resistance can be improved. On the other hand, when the amount of W is less than 2% by mass, the effect of improving the wear resistance as described above cannot be obtained sufficiently, which is not preferable. On the other hand, when the amount of W exceeds 25% by mass, the toughness of the coating layer 13 is lowered, and cracking may occur during the HIP treatment, which is not preferable.

○Ni:0.5%以上〜30%以下
ニッケル(Ni)は、被覆層13の靭性を向上させるために用いられる元素である。Ni量を0.5質量%以上とすることによって、被覆層13の靭性を向上させることが可能となる。他方、Ni量が2質量%未満である場合には、上記のような靭性の向上効果を十分に得ることができず、好ましくない。また、Ni量が30質量%超過である場合には、被覆層13の溶融金属(溶融亜鉛)に対する耐蝕性が著しく低下するため、好ましくない。
○ Ni: 0.5% to 30% Nickel (Ni) is an element used for improving the toughness of the coating layer 13. By making the amount of Ni 0.5% by mass or more, the toughness of the coating layer 13 can be improved. On the other hand, when the amount of Ni is less than 2% by mass, the effect of improving toughness as described above cannot be sufficiently obtained, which is not preferable. On the other hand, when the amount of Ni is more than 30% by mass, the corrosion resistance of the coating layer 13 to the molten metal (molten zinc) is remarkably lowered, which is not preferable.

○B及びSi:0.5%以上〜4%以下
ホウ素(B)及びケイ素(Si)は、これらの元素をそれぞれ独立に0.5〜4質量%添加することによって、コバルト基合金15の融点を例えば1100℃以下に低下させることが可能な元素である。これらの元素を添加して融点を低下させることで、HIP処理の際に被覆層13の緻密性を更に向上させることが可能となる。また、Bについては、ホウ化物を効果的に析出させることで耐蝕性の向上を図ることが可能となり、かつ、被覆層13の耐摩耗性を向上させることができる。他方、BやSiの量が0.5%未満である場合には、上記のような融点低下効果を十分に得ることができず、好ましくない。また、BやSiの量が4質量%超過である場合には、被覆層13の靭性が低下し、HIP処理の際に割れが発生する可能性があるため、好ましくない。
B and Si: 0.5% or more to 4% or less Boron (B) and silicon (Si) are added by 0.5 to 4% by mass of these elements, respectively, thereby melting the cobalt-based alloy 15 Is an element that can be lowered to 1100 ° C. or lower, for example. By adding these elements to lower the melting point, it is possible to further improve the denseness of the coating layer 13 during the HIP process. As for B, it is possible to improve the corrosion resistance by effectively precipitating the boride, and the wear resistance of the coating layer 13 can be improved. On the other hand, when the amount of B or Si is less than 0.5%, the above-described melting point lowering effect cannot be sufficiently obtained, which is not preferable. Further, when the amount of B or Si is more than 4% by mass, the toughness of the coating layer 13 is lowered, and cracking may occur during the HIP treatment, which is not preferable.

以上、本実施形態に係るコバルト基合金15について、詳細に説明した。   Heretofore, the cobalt-based alloy 15 according to the present embodiment has been described in detail.

<硬質粒子17について>
マトリックスであるコバルト基合金15には、硬質粒子17が添加され、コバルト基合金15によって保持される。この硬質粒子17は、タングステンカーバイド、炭化二タングステン、クロムカーバイド、チタンカーバイド及びニオブカーバイドからなる群より選択される少なくとも1つの単体、又は、NiやCo等のバインダーを用いて、上記単体を造粒したものである。
<About hard particles 17>
Hard particles 17 are added to the cobalt-based alloy 15 that is a matrix and is held by the cobalt-based alloy 15. The hard particles 17 are formed by granulating at least one simple substance selected from the group consisting of tungsten carbide, ditungsten carbide, chromium carbide, titanium carbide and niobium carbide, or a binder such as Ni or Co. It is a thing.

上記硬質粒子17のうち、タングステンカーバイド(WC)、炭化二タングステン(WC)、及びチタンカーバイド(TiC)は、被覆層13の耐摩耗性を向上させる硬質粒子であり、クロムカーバイド(Cr236、Cr3、Cr)は、被覆層13の内部応力を緩和させる硬質粒子である。また、上記硬質粒子17のうち、ニオブカーバイド(NbC)は、被覆層13の潤滑性を向上させる硬質粒子である。このような特性を有する硬質粒子17は、単独で使用することも可能であるが、組み合わせて使用することで、これらの特性が互いに重畳されて発現することとなる。 Among the hard particles 17, tungsten carbide (WC), ditungsten carbide (W 2 C), and titanium carbide (TiC) are hard particles that improve the wear resistance of the coating layer 13, and chromium carbide (Cr 23 C 6, Cr 7 C 3, and Cr 3 C 2 ) are hard particles that relieve internal stress of the coating layer 13. Of the hard particles 17, niobium carbide (NbC) is a hard particle that improves the lubricity of the coating layer 13. The hard particles 17 having such characteristics can be used alone, but when used in combination, these characteristics are superimposed on each other.

本実施形態において上記硬質粒子17は、以下で説明するような形状係数の平均値が1.55以下である、球形の粒子である(例えば図3を参照。)。ここで、上記の形状係数は、図4に模式的に示したように、着目する1つの硬質粒子の投影形状を包含する最小円の面積を、投影形状に対応する面積で除した値として表されるものである。図4に示した例では、ある一つの硬質粒子17の投影形状が模式的に六角形で表される場合について示している。このような硬質粒子17を包含する最小円は、図3に示したように、硬質粒子の投影形状に外接する最小の外接円となる。   In the present embodiment, the hard particles 17 are spherical particles having an average shape factor as described below of 1.55 or less (see, for example, FIG. 3). Here, the shape factor is expressed as a value obtained by dividing the area of the minimum circle including the projected shape of one hard particle of interest by the area corresponding to the projected shape, as schematically shown in FIG. It is what is done. In the example shown in FIG. 4, the case where the projection shape of a certain hard particle 17 is schematically represented by a hexagon is shown. The minimum circle including such hard particles 17 is the minimum circumscribed circle circumscribing the projected shape of the hard particles as shown in FIG.

以下、図5を参照しながら、形状係数の算出方法について、具体的に説明する。
形状係数を算出するためには、まず、着目する組織の組織画像(断面画像)を、電子顕微鏡や光学顕微鏡等を用いて撮像する。この際、撮像視野の大きさは、硬質粒子17の平均粒径の10倍程度とする。また、視野中に存在する複数の硬質粒子17のうち、視野の境界部に少なくとも一部が接触している硬質粒子は、算出処理の対象外とする。このような組織画像を、10視野分撮像する。
Hereinafter, the calculation method of the shape factor will be specifically described with reference to FIG.
In order to calculate the shape factor, first, a tissue image (cross-sectional image) of the tissue of interest is imaged using an electron microscope, an optical microscope, or the like. At this time, the size of the imaging field of view is about 10 times the average particle diameter of the hard particles 17. Further, out of the plurality of hard particles 17 existing in the field of view, hard particles at least part of which are in contact with the boundary of the field of view are excluded from the calculation process. Such tissue images are taken for 10 fields of view.

次に、得られた各組織画像を所定の二値化閾値により二値化して、硬質粒子17に該当する部分を分離する。その後、上記のような基準を満たす硬質粒子17を、形状係数の算出対象とする。   Next, each obtained tissue image is binarized by a predetermined binarization threshold, and a portion corresponding to the hard particles 17 is separated. Thereafter, the hard particles 17 satisfying the above criteria are used as the calculation target of the shape factor.

続いて、公知の画像処理等を適用して、硬質粒子それぞれの投影面積と、硬質粒子を包含する最小円の面積と、をそれぞれ測定する。得られた投影面積を、対応する包含最小円の面積で除することで、着目している硬質粒子の形状係数を算出することができる。   Subsequently, a known image processing or the like is applied to measure the projected area of each hard particle and the area of the minimum circle including the hard particle. By dividing the obtained projected area by the area of the corresponding inclusion minimum circle, the shape factor of the hard particle of interest can be calculated.

撮像した10枚の組織画像中に含まれる対象粒子の形状係数の平均値を算出することで、上記の形状係数の平均値を特定することが可能となる。   By calculating the average value of the shape factors of the target particles included in the ten tissue images taken, it is possible to specify the average value of the shape factors.

図5に示した例では、一つの断面組織画像の中に、対象となる硬質粒子が25個存在していることがわかる。この断面組織画像に対応する硬質粒子の平均値は、1.13となった。   In the example shown in FIG. 5, it can be seen that there are 25 target hard particles in one cross-sectional tissue image. The average value of the hard particles corresponding to this cross-sectional structure image was 1.13.

このような形質係数の平均値を有する硬質粒子17を使用することで、マトリックスであるコバルト基合金15が溶損して硬質粒子17が突出した場合であっても、硬質粒子17が、相手面との接触部位の曲率が大きくなる特定の球形形状を有しているため、接触点の面圧を低下させて摩擦力の上昇を極めて効果的に抑制することが可能となる。   By using the hard particles 17 having such an average value of the trait coefficient, even if the cobalt-based alloy 15 as the matrix is melted and the hard particles 17 protrude, the hard particles 17 are separated from the mating surface. Since the contact portion has a specific spherical shape with a large curvature, it is possible to reduce the surface pressure at the contact point and extremely effectively suppress an increase in frictional force.

以上のような硬質粒子17を用いることで、被覆層13の比摩耗量(例えば、かかる被覆層13を軸と軸受の双方に適用した場合には、その合計量)は、1×10−6mm/m・N以下となり、摩擦係数は、0.2以下となる。図6に、硬質粒子17の形状係数を変化させて、比摩耗量及び摩擦係数を測定したラボ試験結果を示す。図6から明らかなように、硬質粒子17の形状係数の平均値を1.55以下とすることによって、比摩耗量が1×10−6mm/m・N以下となり、摩擦係数が0.2以下となっていることがわかる。 By using the hard particles 17 as described above, the specific wear amount of the coating layer 13 (for example, the total amount when the coating layer 13 is applied to both the shaft and the bearing) is 1 × 10 −6. mm 3 / m · N or less, and the friction coefficient is 0.2 or less. FIG. 6 shows the results of a laboratory test in which the specific wear amount and the friction coefficient were measured by changing the shape factor of the hard particles 17. As is apparent from FIG. 6, by setting the average value of the shape factor of the hard particles 17 to 1.55 or less, the specific wear amount becomes 1 × 10 −6 mm 3 / m · N or less, and the friction coefficient becomes 0. It turns out that it is 2 or less.

硬質粒子17の平均粒径は、0.001mm以上〜1mm以下であることが好ましい。平均粒径が0.001mm未満の場合には、硬質粒子17同士が凝集してしまい、マトリックスであるコバルト基合金15と均一に混合できない可能性があり、好ましくない。また、平均粒径が1mm超過である場合には、被覆層13の内部にポアが残存する可能性があり好ましくない。   The average particle size of the hard particles 17 is preferably 0.001 mm to 1 mm. When the average particle size is less than 0.001 mm, the hard particles 17 are aggregated and may not be uniformly mixed with the cobalt-based alloy 15 as the matrix, which is not preferable. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 1 mm, pores may remain inside the coating layer 13, which is not preferable.

硬質粒子17の平均粒径は、より好ましくは、0.02mm以上〜0.5mm以下である。平均粒径を0.02mm以上〜0.5mm以下とすることで、硬質粒子17のマトリックス中への分散性を良好に維持しつつ、被覆層13の耐蝕性及び耐摩耗性を良好に発揮させることが可能となる。   The average particle diameter of the hard particles 17 is more preferably 0.02 mm to 0.5 mm. By making the average particle diameter 0.02 mm or more and 0.5 mm or less, the dispersibility of the hard particles 17 in the matrix is maintained well, and the corrosion resistance and wear resistance of the coating layer 13 are exhibited well. It becomes possible.

なお、硬質粒子17の平均粒径は、例えば原料段階で分級後にレーザ回折式粒子径分布測定法により測定した。   The average particle size of the hard particles 17 was measured by, for example, a laser diffraction particle size distribution measurement method after classification at the raw material stage.

このような形状及び平均粒径を有する硬質粒子17は、造粒焼結法やガスアトマイズ法等のように、溶射材料粉末の製造に用いられる一般的な手法を用いて製造することが可能である。この際に、目標の粒径に対して十分小さい一次粒子の使用や、転動の時間やガス温度といった製造条件を適切に設定することで、形状係数を制御することができる。   The hard particles 17 having such a shape and average particle diameter can be manufactured using a general method used for manufacturing a thermal spray material powder, such as a granulation sintering method or a gas atomization method. . At this time, the shape factor can be controlled by appropriately using the production conditions such as the use of primary particles sufficiently smaller than the target particle size, the rolling time and the gas temperature.

例えば、造粒焼結法により硬質粒子17を製造する場合、転動の時間を長くすることで、一次粒子の凹凸を滑らかにすることで粒子形状を球形に近づけ、所望の形状係数を有する硬質粒子17を得ることができる。また、ガスアトマイズ法により硬質粒子17を製造する場合、所望の形状係数を得ることが可能なようにガス温度と雰囲気温度を十分高くすることで、硬質粒子17を製造することができる。   For example, when the hard particles 17 are produced by the granulation sintering method, by increasing the rolling time, the irregularities of the primary particles are smoothed to make the particle shape closer to a sphere, and a hard material having a desired shape factor. Particles 17 can be obtained. Further, when the hard particles 17 are manufactured by the gas atomization method, the hard particles 17 can be manufactured by sufficiently increasing the gas temperature and the atmospheric temperature so that a desired shape factor can be obtained.

また、このような硬質粒子17の含有量は、被覆層13の全体体積に対して15体積%以上〜70体積%以下であることが好ましい。硬質粒子17の含有量が15体積%未満である場合には、マトリックスであるコバルト基合金15の面積率が高くなって耐蝕性が低下するとともに、被覆層13の耐摩耗性が不十分となるため、好ましくない。また、硬質粒子17の含有量が70体積%超過である場合には、被覆層13の施工時に割れが発生する可能性があるため、好ましくない。   Further, the content of such hard particles 17 is preferably 15% by volume to 70% by volume with respect to the total volume of the coating layer 13. When the content of the hard particles 17 is less than 15% by volume, the area ratio of the cobalt-based alloy 15 that is a matrix is increased, the corrosion resistance is lowered, and the wear resistance of the coating layer 13 is insufficient. Therefore, it is not preferable. Moreover, when content of the hard particle | grains 17 exceeds 70 volume%, since a crack may generate | occur | produce at the time of construction of the coating layer 13, it is unpreferable.

硬質粒子17の含有量は、より好ましくは、被覆層13の全体体積に対して25体積%以上〜55体積%以下である。硬質粒子17の含有量に関して、含有量が少ないほど耐亀裂性に優れ、含有量が多いほど耐摩耗性に優れるというように、耐亀裂性と耐摩耗性とはトレードオフの関係にある。硬質粒子17の含有量を25体積%以上〜55体積%以下とすることで、耐亀裂性及び耐摩耗性の双方を効率的に発揮させることが可能となる。   The content of the hard particles 17 is more preferably 25% by volume to 55% by volume with respect to the total volume of the coating layer 13. Regarding the content of the hard particles 17, the crack resistance and the wear resistance are in a trade-off relationship such that the smaller the content, the better the crack resistance, and the higher the content, the better the wear resistance. By making the content of the hard particles 17 25 volume% or more and 55 volume% or less, it becomes possible to efficiently exhibit both crack resistance and wear resistance.

なお、硬質粒子17として複数種類の化合物を添加する場合には、合計の含有量が上記の範囲内とすることが好ましい。   In addition, when adding a multiple types of compound as the hard particle | grains 17, it is preferable that total content shall be in said range.

以上、本実施形態に係る硬質粒子17について、詳細に説明した。   The hard particles 17 according to this embodiment have been described in detail above.

<被覆層13の製造方法について>
続いて、以上説明したような被覆層13の製造方法について、図7A及び図7Bを参照しながら簡単に説明する。図7A及び図7Bは、HIP装置の一例を模式的に示した説明図である。
<About the manufacturing method of the coating layer 13>
Next, a method for manufacturing the coating layer 13 as described above will be briefly described with reference to FIGS. 7A and 7B. 7A and 7B are explanatory diagrams schematically illustrating an example of the HIP device.

HIP処理は、図7A及び図7Bに示したような装置(HIP装置)を使用して行われる。HIP装置は、図7Aに例示したように、装置内部に、被処理品を収容するための圧力容器と、Moヒータと、が設けられており、加熱炉として構成されている。また、HIP装置は、装置に設けられた高圧シリンダによって、圧力容器とその内部を所定の圧力条件とすることができる。更に、HIP装置には、圧力容器内のガスを排気するための真空ポンプと、Arガスを導入するガス供給配管と、が取り付けられており、Arガス雰囲気において、HIP処理を実施することができる。   The HIP process is performed using an apparatus (HIP apparatus) as shown in FIGS. 7A and 7B. As illustrated in FIG. 7A, the HIP apparatus is provided with a pressure vessel for storing an article to be processed and a Mo heater, and is configured as a heating furnace. Moreover, the HIP apparatus can make a pressure vessel and its inside into a predetermined pressure condition with the high-pressure cylinder provided in the apparatus. Furthermore, the HIP apparatus is provided with a vacuum pump for exhausting the gas in the pressure vessel and a gas supply pipe for introducing Ar gas, and HIP processing can be performed in an Ar gas atmosphere. .

HIP処理では、まず、図7Bに例示したように、基材として用いられる母材11と金属カプセルとの間に形成される空間に対してマトリックスであるコバルト基合金15と硬質粒子17とからなる材料粉末を封入し、圧力容器に収容する。その後、Arガス雰囲気において、圧力1000〜1500kgf/cm、温度1050〜1250℃で1〜3時間処理される。なお、1kgfは、約9.8Nである。 In the HIP process, first, as illustrated in FIG. 7B, a cobalt-based alloy 15 and hard particles 17 that are a matrix with respect to a space formed between a base material 11 used as a base material and a metal capsule are formed. The material powder is enclosed and accommodated in a pressure vessel. Then, it is processed in an Ar gas atmosphere at a pressure of 1000 to 1500 kgf / cm 2 and a temperature of 1050 to 1250 ° C. for 1 to 3 hours. In addition, 1 kgf is about 9.8N.

このような処理を行うことで、本実施形態に係る浴中機器用部材を製造することが可能となる。   By performing such a process, it is possible to manufacture the in-bath apparatus member according to the present embodiment.

以下では、実施例及び比較例を示しながら、本発明の実施形態に係る浴中機器用部材について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明の実施形態に係る浴中機器用部材のあくまでも一例であって、本発明の実施形態に係る浴中機器用部材が、下記に示す実施例に限定されるわけではない。   Below, the member for apparatus in bath which concerns on embodiment of this invention is demonstrated concretely, showing an Example and a comparative example. In addition, the Example shown below is only an example of the member for apparatus in bath which concerns on embodiment of this invention, Comprising: The member for apparatus in bath which concerns on embodiment of this invention is limited to the Example shown below. I don't mean.

(実験例)
上述した浴中機器用部材の製造方法に従って、複数種類の軸スリーブを製造し、各々の軸スリーブを連続溶融金属めっき装置で使用して、比摩耗量及び摩擦係数の上昇に伴う鋼板スリップ発生の有無を評価した。本実験例において使用したCo基合金及び硬質粒子は、以下の表に示した通りである。
(Experimental example)
In accordance with the above-described method for manufacturing an in-bath equipment member, a plurality of types of shaft sleeves are manufactured, and each of the shaft sleeves is used in a continuous molten metal plating apparatus to generate a steel sheet slip as the specific wear amount and friction coefficient increase. The presence or absence was evaluated. The Co-based alloy and hard particles used in this experimental example are as shown in the following table.

なお、下記の表において、硬質粒子の粒子径及び1次粒子径は、原料段階で分級後にレーザ回折式粒子径分布測定法により測定した。比摩耗量は、使用前後における浴中機器用部材の軸径の変化から算出した。また、形状係数の平均値は、上述した方法により測定した。   In the table below, the particle size and primary particle size of the hard particles were measured by a laser diffraction particle size distribution measurement method after classification at the raw material stage. The specific wear amount was calculated from the change in the shaft diameter of the in-bath equipment member before and after use. Further, the average value of the shape factor was measured by the method described above.

得られた結果を、以下の表1に示した。   The obtained results are shown in Table 1 below.

Figure 2018040022
Figure 2018040022

Figure 2018040022
Figure 2018040022

表1から明らかなように、本発明の比較例では、比摩耗量が大きかったり、母材が変形したり、施工時に割れが発生したり、鋼板スリップが発生したりしたが、本発明の実施例では、比摩耗量が小さく、鋼板スリップは発生しなかった。この結果は、本発明の実施例では、比摩擦量や摩擦係数の上昇が極めて良く抑制されていることを示している。   As is apparent from Table 1, in the comparative example of the present invention, the specific wear amount was large, the base material was deformed, cracks occurred during construction, and steel plate slip occurred. In the example, the specific wear amount was small, and no steel plate slip occurred. This result shows that in the examples of the present invention, the increase in the specific friction amount and the friction coefficient are extremely well suppressed.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

11 母材
13 被覆層
15 コバルト基合金
17 硬質粒子

11 Base material 13 Coating layer 15 Cobalt base alloy 17 Hard particles

Claims (7)

連続溶融金属めっき材製造装置における溶融金属浴中機器に用いられる浴中機器用部材であって、
前記浴中機器用部材は、当該浴中機器用部材の表面の少なくとも一部に設けられた被覆層を有し、
前記被覆層は、硬質粒子と、当該硬質粒子を保持するマトリックスと、からなり、
前記マトリックスは、Coを主成分とするコバルト基合金であり、
前記硬質粒子は、タングステンカーバイド、炭化二タングステン、クロムカーバイド、チタンカーバイド及びニオブカーバイドからなる群より選択される少なくとも1つの単体、又は、バインダーを用いて当該単体を造粒した造粒物であり、
前記硬質粒子は、硬質粒子の投影形状を包含する最小円の面積を、当該硬質粒子の投影形状に対応する面積で除した値として表される形状係数の平均値が、1.55以下である、浴中機器用部材。
A member for an in-bath apparatus used for an apparatus in a molten metal bath in a continuous molten metal plating material manufacturing apparatus,
The in-bath apparatus member has a coating layer provided on at least a part of the surface of the in-bath apparatus member,
The coating layer includes hard particles and a matrix that holds the hard particles,
The matrix is a cobalt-based alloy containing Co as a main component,
The hard particles are at least one simple substance selected from the group consisting of tungsten carbide, ditungsten carbide, chromium carbide, titanium carbide and niobium carbide, or a granulated product obtained by granulating the simple substance using a binder,
The hard particles have an average value of a shape factor represented by a value obtained by dividing the area of the minimum circle including the projected shape of the hard particles by the area corresponding to the projected shape of the hard particles, which is 1.55 or less. , Components for equipment in the bath.
前記硬質粒子の粒径は、0.001mm以上〜1mm以下である、請求項1に記載の浴中機器用部材。   The member for equipment in a bath according to claim 1 whose particle size of said hard particles is 0.001 mm or more-1 mm or less. 前記硬質粒子の粒径は、0.02mm以上〜0.5mm以下である、請求項2に記載の浴中機器用部材。   The member for apparatus in a bath of Claim 2 whose particle size of the said hard particle is 0.02 mm-0.5 mm. 前記硬質粒子の含有量は、前記被覆層の全体体積に対して15体積%以上〜70体積%以下である、請求項1〜3の何れか1項に記載の浴中機器用部材。   4. The member for an in-bath apparatus according to claim 1, wherein the content of the hard particles is 15% by volume to 70% by volume with respect to the total volume of the coating layer. 前記硬質粒子の含有量は、前記被覆層の全体体積に対して25体積%以上〜55体積%以下である、請求項4に記載の浴中機器用部材。   5. The device member in a bath according to claim 4, wherein the content of the hard particles is 25% by volume to 55% by volume with respect to the total volume of the coating layer. 前記被覆層の厚みは、1mm以上〜(浴中機器用部材の肉厚寸法)−7mm以下である、請求項1〜5の何れか1項に記載の浴中機器用部材。   The member for apparatus in bath of any one of Claims 1-5 whose thickness of the said coating layer is 1 mm or more-(thickness dimension of the member for apparatus in bath) -7mm or less. 前記コバルト基合金は、質量%で、
Cr:11%以上〜34%以下、
C:0.05%以上〜3.5%以下、
W:2%以上〜25%以下、
Ni:0.5%以上〜30%以下、
Si:0.5%以上〜4%以下、
B:0.5%以上〜4%以下、
を含み、残部は、Coと不純物である、請求項1〜6の何れか1項に記載の浴中機器用部材。
The cobalt-based alloy is mass%,
Cr: 11% to 34%,
C: 0.05% to 3.5%,
W: 2% to 25%,
Ni: 0.5% to 30%,
Si: 0.5% to 4%,
B: 0.5% to 4%,
The member for equipment in a bath according to any one of claims 1 to 6, wherein the balance is Co and impurities.
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