JP2509765B2 - 溶射用粉末およびロ―ルの溶射被覆方法 - Google Patents

溶射用粉末およびロ―ルの溶射被覆方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶射用粉末、特に、連
続焼鈍炉に使用されるハースロールに優れた耐摩耗性、
耐ビルドアップ性および耐剥離性を有する溶射被覆層を
形成することのできる溶射用粉末、およびこの溶射用粉
末を用いるロールの溶射被覆方法に関する。
【0002】
【従来の技術】鉄鋼業においては、冷延鋼板、メッキ鋼
板等の連続焼鈍炉にハースロールが使用されている。こ
れらのハースロールは、鋼板を 700℃以上の高温で焼鈍
する際の炉内における搬送用ロールであり、高温で鋼板
と接触する。その際、鋼板表面の酸化物や軟化した鋼板
の鉄がハースロール表面に付着し、堆積してビルドアッ
プが形成され、そのため搬送される鋼板の表面に疵が生
ずる。また、ハースロールには鋼板の蛇行を防止するた
めにテーパーやクラウンが付与されているので、搬送中
に鋼板とハースロールとが摺動してビルドアップが生ず
る。従って、ハースロールは耐ビルドアップ性に優れて
いることが必要であるが、さらに、前記の摺動に起因し
てハースロールが摩耗するので、高温における耐摩耗性
に優れていることも不可欠である。このため、通常、ロ
ール表面に溶射被覆層を形成させ、耐摩耗性の向上を図
っているが、炉温の上昇および下降時の急激な温度変動
による溶射被覆層の剥離が問題となるので、良好な耐剥
離性を有することも必要である。
【0003】従来から、この種の溶射被覆材としては耐
熱鋼、あるいは耐熱鋼にセラミックスを分散させた材料
からなる溶射被覆材等が用いられている。また、例えば
特公昭58− 17775号公報に記載されているように、ハー
スロールの表面にCo系の耐熱合金やこの合金にジルコニ
アやアルミナ等のセラミックスを分散させた溶射用粉末
による溶射被覆が行われ、耐摩耗性の向上が図られてい
る。
【0004】しかし、これらの耐熱鋼や耐熱合金からな
る溶射用粉末による溶射被覆層は、耐摩耗性の向上には
効果があるものの、金属や酸化物の凝着、堆積に起因す
るビルドアップの発生や、この溶射被覆層の剥離の防止
に対しては効果が小さい。また、耐熱合金にジルコニア
やアルミナ等のセラミックスを分散させた溶射用粉末に
よる溶射被覆層は、多数回の急激な温度変動を受ける
と、熱膨張係数が母材金属と異なるため剥離するという
欠点がある。例えば、前記の特公昭58− 17775号公報に
示された Al2O3サーメット系の溶射被覆では、 Al2O3
50vol.%まで含有させることができ、優れた耐摩耗性を
示すものの、溶射被覆層の耐剥離性が不充分である。こ
のように、従来の溶射用粉末では、高温における耐摩耗
性に優れるとともに、耐ビルドアップ性および耐剥離性
についても充分に満足し得る溶射被覆層を形成すること
はできなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高温の酸化
性または還元性雰囲気中で使用する際に、優れた耐摩耗
性を保持するとともに、良好な耐剥離性および耐ビルド
アップ性を有する溶射被覆層を形成することのできる溶
射用粉末と、その粉末を用いるロールの溶射被覆方法を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
およびのハースロール用溶射用粉末と、下記および
ハースロールの溶射被覆方法にある(以下、%は
「重量%」を意味する)。
【0007】 Ni:5〜15%、Cr:10〜25%、Al:5
〜15%、Hf:0.5 〜 2.5%を含有し、残部がCoおよび不
可避不純物からなるハースロール用溶射用粉末。
【0008】 Ni:5〜15%、Cr:10〜25%、Al:5
〜15%、Hf:0.5 〜 2.5%を含有し、さらに、Moおよび
Tiの1種または2種をMoとTiの合計で15%以下含み、残
部がCoおよび不可避不純物からなるハースロール用溶射
用粉末。
【0009】 前記またはに記載の溶射用粉末を
用い、ロール表面に溶射被覆層を形成することを特徴と
するハースロールの溶射被覆方法。
【0010】 前記またはに記載の溶射用粉末
に、粉末の合計量に対する体積%で、40%以下の Al2O3
粉末および/または30%以下のTiC 粉末を混合した粉末
を用い、ロール表面に溶射被覆層を形成することを特徴
とするハースロールの溶射被覆方法。
【0011】
【作用】以下に、本発明の溶射用粉末(およびの発
明)を構成する各成分の作用効果とそれらの含有量の限
定理由、ならびに本発明方法(との発明)を実施す
るにあたっての好ましい条件について述べる。
【0012】本発明の溶射用粉末はCoを基材とし、特に
Hfを所定量含有させたことを特徴とする合金の粉末であ
る。なお、Coは溶射金属の強度を高め、さらに、母材と
の冶金的結合により溶射金属層(溶射被覆層)の母材と
の密着性を増大させる金属である。
【0013】Niは、Coと同様に母材との密着性を向上さ
せ、さらに、溶射金属の強度、特に靱性を増大させる作
用を有するので、その含有量は多いほどよいが、5%未
満では強度が不充分であり、15%を超えると耐ビルドア
ップ性および耐摩耗性が悪くなるので、溶射金属中のNi
の含有量は5〜15%とする。
【0014】Crは、溶射時にその一部が燃焼ガスにより
酸化されて酸化物(Cr2O3)となり、溶射被覆層の耐ビル
ドアップ性および耐摩耗性を向上させる。また、Alを活
性化し、後述する Al2O3の生成を促進する。しかし、溶
射金属中の含有量が10%未満では上記の効果は顕著には
認められず、一方、25%を超えると耐ビルドアップ性が
著しく悪化し、かつ溶射被覆層が脆化するので、その含
有量は10〜25%とする。
【0015】Alは、溶射時の燃焼ガスにより、あるい
は、溶射後の熱処理時にその一部が酸化あるいは窒化さ
れて Al2O3やAlN となり、溶射被覆層の耐摩耗性および
耐ビルドアップ性を向上させる。しかし、その含有量が
5%未満では Al2O3の生成量が少なく、一方、15%を超
えると溶射被覆層の強度が著しく低下するので、溶射金
属中のAlの含有量は5〜15%とする。
【0016】Hfは、高温において Al2O3、Cr2O3 等の母
材への密着性を向上させ、溶射被覆層の耐剥離性を向上
させる作用を有している。特に、Alが共存する場合、Al
2O3の補強維持効果が顕著で、Al2O3 の密着性を著しく
向上させる作用を有している。しかし、 0.5%未満では
Al2O3、Cr2O3 等を溶射被覆層に密着させる作用が弱
く、一方、2.5 %を超えると溶射被覆層が脆化するの
で、その含有量は 0.5〜2.5 %とする。
【0017】本発明(の発明)の溶射用粉末は上記の
成分を含有し、残部がCoおよび不可避不純物からなる粉
末である。
【0018】の発明の溶射用粉末は、さらに、Moおよ
びTiの1種または2種を含むものである。
【0019】Moは、溶射時にその一部がMo2Cとなり、溶
射被覆層の耐摩耗性および耐ビルドアップ性を向上させ
る。しかし、その含有量が15%を超えると単体として存
在するMoが多くなり、炉の昇温中に昇華して表面が荒
れ、また、材料コストが嵩むことになるため、必要時に
含有させるMo量は15%以下とするなお、その含有量が
3%未満の場合Mo2Cの生成量が少なく、高温における
度上昇効果が顕著には認められないため、3%以上含有
させるのが好ましい
【0020】Tiは、溶射時に燃焼ガスにより TiC、Ti
O2、TiN となり、溶射被覆層の耐摩耗性および耐ビルド
アップ性を向上させる。しかし、その含有量が15%を超
えると溶射皮覆層が脆化し、耐剥離性が悪くなるため、
必要時に含有させるTi量は15%以下とするなお、その
含有量が3%未満ではTiC などの生成量が少なく、耐摩
耗性の向上効果が顕著には認められないため、3%以上
含有させるのが好ましい
【0021】MoとTiを併用する場合も、その合計量は15
%以下とする好ましくは、3〜15%である
【0022】本発明の溶射被覆方法(およびの発
明)は、上記の溶射用粉末、あるいは、この溶射用粉末
に Al2O3および/またはTiC の粉末(分散材ともいう)
を混合した粉末を用いて、ロール表面に溶射被覆層を形
成させる方法である。
【0023】溶射被覆の対象とするロールは、主とし
て、冷延鋼板、メッキ鋼板等の連続焼鈍炉や、加熱炉に
使用されているハースロールで、Ni基合金、耐熱鋼(例
えば、SCH22)、ステンレス鋼 (例えば、SUS310) 等から
なるものである。
【0024】溶射用粉末の粒度は、5〜120 μm とする
のが望ましい。特に望ましい粒度は10〜45μm である。
【0025】溶射用粉末の純度は、所期の特性を有する
溶射被覆層を得るために、99.5%以上であることが望ま
しい。
【0026】溶射方法としては、高速フレーム溶射法
(ジェットコート)が好適である。この方法は、溶射用
粉末を窒素気流に乗せて炭化水素(プロピレン、アセチ
レン+プロピレン、プロパン等)と酸素とを混合した燃
料ガス中に供給し、溶融した状態で母材に向けて高速度
で噴射し、被覆層を形成する方法で、母材に対する密着
性が良好で、気孔率が小さい溶射被覆層を得ることがで
きる。この時のガスの圧力としては、炭化水素及び窒素
については4〜7kgf/cm2 、酸素については5〜8kgf/
cm2 とするのが好ましい。また、トーチとロール間の距
離は、 100〜300mmとするのが好適である。
【0027】溶射被覆層の厚さは、 100〜200 μm 、研
磨後で 30〜120 μm とするのがよい。
【0028】本発明(およびの発明)の溶射用粉末
は単独でも使用できる。しかし、これに Al2O3および/
またはTiC の粉末を添加すれば、Al2O3 やTiC は高硬度
分散粒子として溶射被覆層の耐摩耗性をより向上させ
る。 Al2O3や TiCを添加しても初期摩耗では顕著な差は
生じないものの、長期的に使用する場合にはより大きな
耐摩耗性向上効果が得られる。特に、炉内のブライドル
ロール等の比較的低温位置での耐摩耗性の向上に有効で
ある。また、 Al2O3や TiCは反応性が小さく、溶射被覆
層の表面にビルドアップが形成される原因となるFeの酸
化物やFeの付着も起こりにくく、耐ビルドアップ性が向
上する。
【0029】Al2O3 粉末は、混合量が40体積%を超える
と粒子間結合力が低下し、割れや肌荒れが起こり、耐剥
離性が悪くなるので、粉末の合計量に対する体積%で40
%以下とする。なお、10体積%未満では、耐摩耗性、耐
ビルドアップ性の向上効果が顕著には認められないため
10体積%以上とするのが好ましい
【0030】TiC 粉末の混合量は、30体積%を超えると
粒子間結合力が低下し、割れや肌荒れが起こり、耐剥離
性が悪くなるので、粉末の合計量に対する体積%で30%
以下とする。なお、3体積%未満では、耐摩耗性、耐ビ
ルドアップ性の向上効果が顕著には認められないため3
体積%以上とするのが好ましい
【0031】Al2O3 粉末および TiC粉末の粒度は、それ
ぞれ3〜25μm および1〜6μm とするのが望ましい。
【0032】
【実施例】SCH22 製の試験用ロール(直径 215mm、長さ
230mm)の表面に、表1に示す種々の成分の溶射材(溶
射金属)および分散材を溶射した後、研磨し、ロール表
面粗度Ra 1μm に調整した。そして、図1に示すモデ
ル炉を用い、耐摩耗性、耐ビルドアップ性および耐剥離
性の評価試験を行った。
【0033】溶射方法しては、高速フレーム溶射法を用
い、溶射条件は、ガス圧を、プロピレン:5kgf/cm2
O2:6kgf/cm2 、N2:5kgf/cm2 とし、トーチ/ロール
間距離を 200mmとした。
【0034】溶射材、Al2O3 およびTiC の粒度は、平均
でそれぞれ35μm 、15μm および4μm で、溶射被覆層
の厚さは、約50μm である。
【0035】モデル炉は、図1に示すように、試験用の
上ロール1、下ロール2に JIS G 3141 に規定された S
PCD に相当する冷延鋼板3が取りつけられた構成を有
し、その外周に電気炉(図示せず)が設けられ、全体を
加熱できるようになっている。
【0036】なお、モデル炉には、ストリップ3の張力
測定装置4が取りつけられ、また、下ロール2の表面に
窒素気流にのせてFeの酸化物を噴霧し、耐ビルドアップ
性の試験を行うことができるようになっている。
【0037】試験条件は下記の通りである。
【0038】ロール周速:上ロール 120m/min 、下ロー
ル 100m/min 雰 囲 気:N2+3%H2、 880℃ 張 力 :0.5 kgf/mm2 試験(回転)時間:30分 ストリップ:厚さ 0.8mm、幅 150mm 上記のモデル炉を用いて試験用のロールを取りつけ、30
分間回転させた後の耐摩耗性、耐ビルドアップ性および
耐剥離性の評価を行った。
【0039】結果を表1に併せ示す。なお、耐摩耗性、
耐ビルドアップ性および耐剥離性の評価基準をそれぞれ
表2、表3および表4に示す。耐摩耗性については試験
前後の表面粗度の変化量で評価することとした。表面粗
度が小さくなる程、また、表面粗度の変化量が大きい
程、摩耗が激しいことを意味している。総合評価とは、
各試験における評価基準のうち、◎を3点、○を2点、
△を1点、×を0点として、各試験No. ごとにそれらの
点数を加算したもので、6点以上であれば総合的にみて
良好な溶射被覆層である、とした。
【0040】表1から明らかなように、本発明例ではい
ずれも6点以上であるのに対し、Hfの含有量が本発明で
定める範囲を外れる比較例(No. 4、No. 8)、及びAl
2O3やTiC の混合量が多すぎる比較例(No. 27、No. 3
0)では6点に満たなかった。
【0041】
【表1(1)】
【0042】
【表1(2)】
【0043】
【表2】
【0044】
【表3】
【0045】
【表4】
【0046】
【発明の効果】本発明の溶射用粉末は、高温雰囲気中に
おける耐摩耗性、耐剥離性および耐ビルドアップ性に優
れた溶射被覆層の形成に有効である。この溶射用粉末を
用いる本発明の溶射被覆方法を連続焼鈍炉や加熱炉に使
用されるハースロールに適用すれば、優れた耐摩耗性を
保持するとともに、従来、発生していたビルドアップや
溶射被覆層の剥離を防止することができ、その結果、製
品の表面疵を防止し、品質および生産性の向上を図るこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で用いた耐摩耗性、耐ビルドアップ性お
よび耐剥離性試験のためのモデル炉である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田谷 耕一 茨城県鹿島郡鹿島町大字光3番地住友金 属工業株式会社鹿島製鉄所内 (72)発明者 相坂 隆行 兵庫県尼崎市常光寺1丁目9番1号大阪 富士工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−37145(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、Ni:5〜15%、Cr:10〜25%、
    Al:5〜15%、Hf:0.5 〜 2.5%を含有し、残部がCoお
    よび不可避不純物からなるハースロール用溶射用粉末。
  2. 【請求項2】重量%で、Ni:5〜15%、Cr:10〜25%、
    Al:5〜15%、Hf:0.5 〜 2.5%を含有し、さらに、Mo
    およびTiの1種または2種を合計で15%以下含み、残部
    がCoおよび不可避不純物からなるハースロール用溶射用
    粉末。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載の溶射用粉末を用
    い、ロール表面に溶射被覆層を形成することを特徴とす
    ハースロールの溶射被覆方法。
  4. 【請求項4】請求項1または2に記載の溶射用粉末に、
    粉末の合計量に対する体積%で、40%以下の Al2O3粉末
    および/または30%以下のTiC 粉末を混合した粉末を用
    い、ロール表面に溶射被覆層を形成することを特徴とす
    ハースロールの溶射被覆方法。
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