JP2569614B2 - 通電ロール - Google Patents

通電ロール

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JP2569614B2 JP62274429A JP27442987A JP2569614B2 JP 2569614 B2 JP2569614 B2 JP 2569614B2 JP 62274429 A JP62274429 A JP 62274429A JP 27442987 A JP27442987 A JP 27442987A JP 2569614 B2 JP2569614 B2 JP 2569614B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、連続電気メッキラインにおける通電ロー
ルに関するものである。
〔従来の技術〕
従来、鋼板の連続電気メッキラインにおいて、メッキ
液に触れる環境で使用される通電ロールには、メッキ液
に対する耐食性と被メッキ材である鋼板との接触に対す
る耐摩耗性の両方の特性を備えた材料が使用されてい
る。
かかる両方の特性を備えた材料として、特開昭62−12
7443号公報に記載されている通電ロール用Ni基鋳造合金
などのNi基鋳造用合金が知られている。
そして、上記Ni基鋳造用合金を、遠心鋳造により管体
に鋳造し、この管体に機械加工を施してスリーブ状と
し、鋼製パイプの外側に焼嵌めをし、最後に外面に機械
加工を施して通電ロールを製造していた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、上記従来の技術で述べたNi基鋳造用合金
は、鋳造時の湯流れをよくするために、Si,MnまたはAl
を1種または2種以上添加しており、十分な耐食性を得
ることができなかった。さらに、上記Ni基鋳造用合金
を、遠心鋳造により管体に鋳造し、この管体に機械加工
を施してスリーブ状とし、鋼製パイプの外側に焼嵌めを
し、最後に外面に機械加工を施すことにより通電ロール
を製造しようとすると、焼嵌め時に発生する引張応力の
ために、スリーブ部に割れが発生し、また上記割れが発
生せずに通電ロールを製造できたとしても、その組織は
鋳造組織であるために結晶粒径が大きく、硬度も十分で
ないという問題点があった。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、かかる問題点を解決し、一層
すぐれた耐食性、耐摩耗性および硬さを有する通電ロー
ルとその製造方法を開発すべく研究を行った結果、 重量%で(以下、%は重量%を示す)、 Cr:26〜33%、 Mo:16〜23%、 を含有し、さらに必要に応じて (a) Fe:1〜10%、 (b) W,CuおよびVのうちの1種または2種以上:0.1
〜5%、 (c) Co:0.1〜5%、 以上(a)〜(b)のうちの1種または2種以上を含有
し、残りがNiと不可避不純物からなる組成を有するアト
マイズ法により製造したNi基合金粉末を、 鋼製パイプとその外側に設けたカプセルからなる空間
部に充填し、真空密封して真空密封構造物を作製し、こ
の真空密封構造物を 温度:1050〜1200℃、 圧力:700kg/cm2以上、 時間:0.5〜5時間保持、 の条件で熱間静水圧プレスすると、鋼製パイプの外面に
Ni合金粉末の成分組成と同じ成分組成の、 Cr:26〜33%、 Mo:16〜23%、 を含有し、さらに必要に応じて、 (a) Fe:1〜10%、 (b) W,CuおよびVのうちの1種または2種以上:0.1
〜5%、 (c) Co:0.1〜5%、 以上(a)〜(c)のうちの1種または2種を含有し、
残りがNiと不可避不純物からなる組成並びに比較的軟質
なγ相素地中に結晶粒径:20μm以下の硬質なσ相が析
出した組織を有するNi基焼結合金からなる層が形成され
た通電ロールが得られ、この通電ロールは上記問題点を
解決しうるものであるという知見を得たのである。
この発明は、かかる知見にもとづいてなされたもので
あって、 (1) Cr:26〜33%、 Mo:16〜23%、 を含有し、さらに必要に応じて、 (a) Fe:1〜10%、 (b) W,CuおよびVのうちの1種または2種以上:0.1
〜5%、 (c) Co:0.1〜5%、 以上(a)〜(c)のうちの1種または2種以上を含有
し、残りがNiと不可避不純物からなる組成並びにγ相素
地中に結晶粒径:20μm以下の硬質なσ相が析出した組
織を有するNi基焼結合金からなる層を鋼製パイプの外面
に形成してなる通電ロール、に特徴を有するものであ
る。
この発明で使用される上記Ni基合金粉末は、アトマイ
ズ法で製造され、主として非酸化性ガスを噴霧すること
により製造される。
このガスアトマイズ法により製造されたNi基合金粉末
の組成は、硬質なσ相と比較的軟質なγ相からなってお
り、このNi基合金粉末を熱間静水圧プレスすることによ
り、上記粉末の粒界は圧接または/および拡散接合され
て均一な焼結合金組織となる。
この発明の通電ロールの焼結合金組織を第1図に模擬
的に示す。第1図において12はσ相、13はγ相であり、
σ相12は素地のγ相13中に析出相として分散した組織と
なっている。
つぎに、上記Ni基合金粉末およびNi基焼結合金の成分
組成、Ni基焼結合金の結晶粒径および組織、並びに熱間
静水圧プレス条件を限定した理由について述べる。
(a) CrおよびMo これらの成分には、共に素地に固溶して、これの耐食
性を向上させるほか、素地に微細に分散する金属間化合
物を形成して、合金の耐摩耗性を向上させる作用がある
が、その含有量が、それぞれCr:26%未満およびMo:16%
未満では、前記作用に所望の効果が得られず、一方、そ
の含有量が、それぞれCr:33%およびMo:23%を越える
と、機械加工時に割れが発生しやすくなるために、その
含有量を、それぞれCr:26〜33%、Mo:16〜23%と定め
た。
(b) Fe Fe成分には、所定量含有の場合、Niと同等の作用を発
揮するので、経済的見地からNiの一部をFeで置換し、も
って合金のコスト低減化をはかることを必要に応じて行
なうことが可能であるが、その含有量が1%未満では、
コスト低減化が小さく、一方、その含有量が10%を越え
ると、合金の耐食性が低下するようになることから、そ
の含有量を1〜10%と定めた。
(c) W,Cu、およびV これらの成分には、合金の耐食性を一段と向上させる
作用があるので、特により一層の耐食性が要求される場
合に必要に応じて含有されるが、その含有量が0.1%未
満では所望の耐食性向上効果が得られず、一方5%を越
えて含有させても耐食性の向上により一層の効果は得ら
れないことから、その含有量を0.1〜5%と定めた。
(d) Co Co成分には、耐摩耗性を向上させる作用があるので、
特により一層の耐摩耗性が要求される場合に必要に応じ
て含有されるが、その含有量が0.1%未満では所望の耐
摩耗性向上効果か得られず、一方、その含有量が5%を
越えると、機械加工時に割れが発生するようになること
から、その含有量を0.1〜5%と定めた。
(e) Ni基焼結合金素地中に析出しているσ相の結晶
粒径 熱間静水圧プレス後のNi基焼結合金素地中に析出して
いるσ相の結晶粒径が20μmを越えると、十分な延性が
得られず、ロール加工の際に支障をきたすので、その焼
結粒径を20μm以下に定めた。
(f) Ni基焼結合金の組織 熱間静水圧プレス後のNi基焼結合金組織は比較的軟質
なγ相素地中に硬質なσ相が析出して均一分散した組織
となっており、比較的軟質なγ相を素地とすることによ
り靭性を確保し、この比較的軟質なγ相素地中に硬質な
σ相を析出分散させることにより優れた耐摩耗性が得ら
れ、したがって、靭性と耐摩耗性を付与するものであ
る。
(g) 熱間静水圧プレスの条件 熱間静水圧プレスの条件については、温度が1050℃未
満と時は焼結合金からなる層内に空隙が残留しその強度
が十分でなくなり、また、温度が1200℃を越えると焼結
合金からなる層内に局部的な溶融が始まり、十分な耐食
性が得られなくなるため、その温度を1050〜1200℃の範
囲内と定めた。
また、圧力が700kg/cm2未満の場合、焼結合金からな
る層内に空隙が残留し、その強度が十分でなくなるの
で、その圧力を700kg/cm2以上と定めた。
さらに、熱間静水圧プレスの処理時間が30分未満の場
合、焼結合金からなる層内に空隙が残留し、その強度が
十分でなくなり、5時間を越えると結晶粒径が20μm以
上となり、十分な延性が得られず、ロール加工の際に支
障をきたすので、上記熱間静水圧プレスの処理時間を30
分以上5時間以下と定めた。
〔実施例〕
次に、この発明の通電ロールについて実施例により具
体的に説明する。
高周波誘導炉を用いて真空中で溶解し、第1表に示さ
れる成分組成をもった溶湯を調製し、溶湯の温度を1550
℃に保持した。この溶湯を予熱したタンディッシュ内に
注湯し、その底に設けたノズルより落下せしめ、それを
専用の噴霧ノズルより窒素ガスを噴出し、圧力:25kg/cm
2、流量:12Nm3/分なる条件で粉末化を行なった。このよ
うにして得られた第1表に示される成分組成の粉末を、
第2図に示されるステンレス製カプセル2と軟鋼製パイ
プ4から形成された空間部に充填し、加熱温度:400℃、
真空度:10-5Torrの条件下で12時間粉末表面に吸着した
ガスの真空脱ガス処理を行い、密封して真空密封構造物
を作製した。
上記第2図は、軟鋼製パイプの外側にカプセルを設け
て空間部を形成し、その空間部にNi基合金粉末を充填し
た状態の断面図である。上記第2図において、1は粉末
充填口、2はカプセル、3はNi基合金粉末、4は軟鋼製
パイプ、5は溶接部、6は密封構造物である。
上記軟鋼製パイプ4の外側にカプセル2を装着し、上
記軟鋼製パイプ4とカプセル2とを溶接部5にて溶接す
る。このようにして作製した構造物の空間部にNi基合金
粉末を粉末充填口1を通じて充填し、上記条件で真空脱
ガス処理を行ない、上記粉末充填口1を密封することに
より真空密封構造物6を作製する。上記Ni基合金粉末を
充填し、真空脱ガスし密封した真空密封構造物6を、第
1表に示された条件で熱間静水圧プレスし、粉末を圧密
化し、冷却後ボス付きシャフトを接合し、本体外面を所
要寸法に加工して、外径:300mm、内径:230mm、長さ:400
mm、焼結合金からなる層の厚み:10mmの寸法を有する通
電ロールを作製した。
比較のために、上記実施例で使用したNi基合金粉末の
一部を用いて、この発明の条件を外れた第1表の※印を
付した条件で熱間静水圧プレスを行い、上記実施例で作
製した通電ロールと同一寸法の通電ロールを作製し、比
較例とした。
このようにして得られた本発明実施例1〜10および比
較例1〜5の通電ロールについて、耐摩耗性を評価する
目的で、ビッカース硬さを測定すると共に、これを試験
用電気メッキラインに通電ロールとして焼結合金からな
る層の表面に金属光沢を付与した状態でメッキ槽中に設
置し、メッキ液として、ZnSO4:30%、H2SO4:1.5%を含
む水溶液を用い、60℃±2℃に加熱し、鋼板を通電ロー
ルに接触させながら鋼板を移動させ電気メッキを実施し
た。この間、実際の電気メッキラインにおける運転条件
より厳しい条件、すなわち鋼板通板速度:100m/分、電流
密度:40A/dm2の条件で上記鋼板に電気メッキを施し、こ
れを22時間行った後の上記通電ロール本体の重量減少量
を測定し、かつ通電ロール表面における金属光沢の有無
を観察し、これらの結果も第1表に示した。
さらに、上記実施例で示した成分組成のNi基合金を上
記高周波溶解炉で真空溶解した溶湯を、そのまま管体に
鋳造し、この管体に機械加工を施してスリーブとし、鋼
製パイプの外側に焼嵌めをし最後に外面に機械加工を施
してロールを製 造し、このロールを上記実施例または比較例と同一条件
に設置して鋼板の電気メッキを行い、その結果を第2表
に示した。この場合、第1表の本発明実施例1〜10のNi
基合金粉末の成分組成と第2表の従来例のスリーブの成
分組成とは全く同一である。
〔発明の効果〕
第1表および第2表の結果から、この発明の粉末によ
り通電ロールを製造すると、加工時の割れの発生がな
く、製品の歩止りが向上し、さらに、同一成分組成の合
金であっても、この発明の粉末から熱間静水圧プレスす
ることにより製造した通電ロールのビッカース硬さは大
きく、通電ロール使用による重量減少量は少ない。
したがって、この発明の通電ロールは、加工時の割れ
の発生かなく製品の歩止りが向上するため、従来の遠心
鋳造法よりも結果的にはコストが安くなり、耐食性およ
び耐摩耗性にもすぐれていることから、メッキラインの
連続使用時間の長時間化がはかられ、ライン稼動率の向
上に役立つ等、工業的にすぐれた効果を奏するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の通電ロールの圧密化部分の組織を
模擬的に示した概略図、 第2図は、密封構造物の断面概略図、 1……粉末充填口、2……カプセル、3……合金粉末、
4……鋼製パイプ、 5……溶接部、6……密封構造物、12……α相、13……
γ相。

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Cr:26〜33%、Mo:16〜23%、を含有し、残
    りがNiおよび不可避不純物からなる組成並びに比較的軟
    質なγ相素地中に結晶粒径:20μm以下の硬質なσ相が
    析出した組織を有するNi基焼結合金からなる層を鋼製パ
    イプの外面に形成してなることを特徴とする通電ロー
    ル。
  2. 【請求項2】Cr:26〜33%、Mo:16〜23%、Fe:1〜10%を
    含有し、残りがNiおよび不可避不純物からなる組織並び
    に比較的軟質なγ相素地中に結晶粒径:20μm以下の硬
    質なσ相が析出した組織を有するNi基焼結合金からなる
    層を鋼製パイプの外面に形成してなることを特徴とする
    通電ロール。
  3. 【請求項3】Cr:26〜33%、Mo:16〜23%、W,CuおよびV
    のうちの1種または2種類以上:0.1〜5%を含有し、残
    りがNiおよび不可避不純物からなる組成並びに比較的軟
    質なγ相素地中に結晶粒径:20μm以下の軟質なσ相が
    析出した組識を有するNi基焼結合金からなる層を鋼製パ
    イプの外面に形成してなることを特徴とする通電ロー
    ル。
  4. 【請求項4】Cr:26〜33%、Mo:16〜23%、Co:0.1〜5%
    を含有し、残りがNiおよび不可避不純物からなる組成並
    びに比較的軟質なγ相素地中に結晶粒径:20μm以下の
    硬質なσ相が析出した組織を有するNi基焼結合金からな
    る層を鋼製パイプの外面に形成してなることを特徴とす
    る通電ロール。
  5. 【請求項5】Cr:26〜33%、Mo:16〜23%、Fe:1〜10%、
    W,CuおよびVのうちの1種または2種以上:0.1〜5%を
    含有し、残りがNiおよび不可避不純物からなる組成並び
    に比較的なγ相素地中に結晶粒径:20μm以下の硬質な
    σ相が析出した組織を有するNi基焼結合金からなる層を
    鋼製パイプの外面に形成してなることを特徴とする通電
    ロール。
  6. 【請求項6】Cr:26〜33%、Mo:16〜23%、Fe:1〜10%、
    Co:0.1〜5%を含有し、残りがNiおよび不可避不純物か
    らなる組成並びに比較的軟質なγ相素地中に結晶粒径:2
    0μm以下の硬質な相が析出した組織を有するNi基焼結
    合金からなる層を鋼製パイプの外面に形成してなること
    を特徴とする通電ロール。
  7. 【請求項7】Cr:26〜33%、Mo:16〜23%、W,CuおよびV
    のうちの1種または2種以上:0.1〜5%、Co:0.1〜5%
    を含有し、残りがNiおよび不可避不純物からなる組成並
    びに比較的なγ相素地中に結晶粒径:20μm以下の硬質
    なσ相が析出した組織を有するNi基焼結合金からなる層
    を鋼製パイプの外面に形成してなることを特徴とする通
    電ロール。
  8. 【請求項8】Cr:26〜33%、Mo:16〜23%、Fe:1〜10%、
    W,CuおよびVのうちの1種または2種以上:0.1〜5%、
    Co:0.1〜5%を含有し、残りがNiおよび不可避不純物か
    らなる組成並びに比較的軟質なγ相素地中に結晶粒径:2
    0μm以下の硬質なσ相が析出した組織を有するNi基焼
    結合金からなる層を鋼製パイプの外面に形成してなるこ
    とを特徴とする通電ロール。
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