JP2619901B2 - コンダクターロールの製造方法 - Google Patents

コンダクターロールの製造方法

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JP2619901B2 JP63030895A JP3089588A JP2619901B2 JP 2619901 B2 JP2619901 B2 JP 2619901B2 JP 63030895 A JP63030895 A JP 63030895A JP 3089588 A JP3089588 A JP 3089588A JP 2619901 B2 JP2619901 B2 JP 2619901B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コンダクターロールの製造方法に関し、と
くに鋼板の連続電気めっき処理に好適に用いられるコン
ダクターロールの製造方法に関するものである。
また、以下に説明するこの発明の方法は、連続電解研
磨処理や金属材料の電解樹脂,電解脱スケール,アルミ
ニウム及びその合金の陽極酸化処理の分野で使われるロ
ール部材類似の部材への適用も可能である。
〔従来の技術〕
一般に、薄鋼板への電気めっきは、被めっき鋼板を陰
極のコンダクターロールを介してめっき槽中を所定の速
度で通過させることによって行うのが普通である。例え
ば、第1図は連続電気めっき装置の概要を示すものであ
る。この装置において被めっき鋼板nはまず、めっき液
lを満たしためっき槽tの中に入り、陰極のコンダクタ
ーロールrと接触すると同時に、陰極としての電位を意
時しつつ上下(ときにはどちらか一方)に並列に設置さ
れている陽極aの間を通過する。該被めっき鋼板pはこ
の陽極a間を通過中にめっきされ、その後槽外へ出て水
洗,乾燥などの工程を経て製品となる。
上述の如き装置に使用されるコンダクターロールとし
ては、その機能および耐久性の面から、 a.通電性能がよいこと、 b.耐食性能に優れていること、 c.耐摩耗性能に優れていること、 という3つの点、ならびに安価であることなどが要求さ
れる。
これに対し、従来の電気めっき用コンダクターロール
は、上記特性に対する配慮として次に示すような材質・
構造のロールが用いられてきた。
市販のハステロイC合金(16Cr−4W−5Fe−17Mo−
残Ni)製ロール。
鋼製ロール表面にNiやCrを電気めっきしたロール。
耐食性のNi基合金(例えばハステロイC合金)を鋼
製ロール表面に溶接肉盛したロール。
鋼製ロール表面に金属炭化物を溶射したロール。
しかしながら、このような従来コンダクターロール
は、ある特定の特性には優れているものの、他の特性を
満足させ得ないという欠点を有していた。例えば; 上記のハステロイCロールの場合、めっき液に対し
ては優れた耐食性を発揮しても、軟質(Hv200前後)で
あるために通板材(鋼板)との接触によって短期間内に
摩耗損傷を受け易いという問題点と共に高価であるとい
う欠点があり、 上記のNiまたはCrめっきロールの場合、膜厚が薄い
うえに酸性のめっき液に腐食され易く、ロールとしての
寿命が短いという問題点を抱えており、 また、上記のNi基合金を肉盛溶接したロールは、使
用中に接触する鋼板によって摩耗損傷を受けやすいとい
う欠点と共に、さらにめっき液の腐食作用によって溶接
時に生成した樹枝状組織がロール表面に浮き出る結果
(ちょうどマクロエッチングしたような状態となる)、
この組織模様(ビードマーク)がめっき鋼板に転写さ
れ、品質を基だしく低下させるという問題点があり、 さらに上記の金属炭化物(WC,TiC,Cr3C2など)を溶
射したロールの場合、特に酸性の強いめっき液(例えば
pH2以下)中で使用すると、溶射皮膜の気孔を通して侵
入しためっき液によって母材の鋼製ロールが腐食しこれ
が原因で溶射皮膜が剥離脱落するという問題点があっ
た。
なお、耐食合金を溶射することも考えられるが、溶射
の皮膜は特別の処理をしない限り、多孔質であるから前
記金属炭化物溶射皮膜と同じく剥離脱落現象が著しいと
いう問題点があった。
〔発明が解決しようとする課題〕 ところで、最近は生産性向上のためにラインを高速化
するのが普通である。こうした現状では、高速化に伴な
う陰極電流効率(めっき付着効率)の向上のために、め
っき液の低pH化が不可欠となるが、それは腐食を一層進
行しやすくしているのが実情であり、前述した課題は益
々大きなものとなっている。
要するに、本発明の目的は、耐食性および耐腐食摩耗
性がともに優れる安価なロールを製造できる技術の開発
にあり、それによって従来技術が抱えている上述した技
術的課題を悉く解決しようというものである。
〔課題を解決するための手段〕
かような斯界技術分野における要請に対し、本発明で
は、熱間静水圧加圧処理法(以下これを「HIP処理」法
と略記する)の採用により、ロール表面に耐食・耐摩耗
性成形被覆層を形成させる方法を提案する。すなわち、
本発明は、 Cr:28〜30wt%,W:10〜20wt%,C:2.0〜3.0wt%,Fe:2.0
〜3.5wt%および残部CoからなるCo基合金、Cr:24〜30wt
%,C:0.1〜0.5wt%,Fe:1.2〜2.6wt%,Ni:1.8〜3.0wt%,
Mo:3〜8wt%および残部CoからなるCo基合金、またはCr:
14〜18wt%,W:2〜8wt%,C:0.01〜0.02wt%,Fe:3〜7wt
%,Mo:15〜19wt%および残部NiからなるNi基合金のいず
れか1種の合金からなる耐食・耐磨耗性合金粉末材料を
使って、熱間静水圧加圧処理することにより、緻密で密
着性にすぐれた成形被覆をロール表面に厚く形成させる
技術である。
〔作 用〕
本発明は、ロール表面への被覆に当って、コンダクタ
ーロールの使用環境を考慮し、材質としては後述するよ
うな耐食・耐摩耗性に優れた合金粉末材料を採用する。
ところが、本発明者らが知見したところによれば、かか
る合金粉末材料と前記HIP処理法とは極めて密接な関係
にあることが判った。すなわち、粉末の材料を使用する
ことのメリットは、合金元素の種類、組成の制約を殆ん
ど受けず、広範囲の選択が可能になることである。例え
ば、第1表は、本発明方法の下で使用するNi系およびCo
系合金粉末の化学成分範囲を示したものであるが、この
ような成分組成の合金は線引き,圧延などが不可能であ
り、線材や板材とすることができない。要するに、この
ような成分組成の合金は、単に、耐食・耐摩耗性がある
からというだけでは、コンダクターロールにはならない
ものであった。
これに対し、上記合金粉末については、溶射法による
ロール表面への被覆は可能である。しかしながら、一般
溶射法(大気中溶射)で得られる被覆は、多孔質で密着
性に乏しく、コンダクターロールとして使用するには不
適当である。また、このような合金粉末については、プ
ラズマ粉体溶接肉盛法(PTA法)への適用は可能であ
る。しかし、この方法で得られる肉盛層は、強酸性のめ
っき液中で使用すると溶接ビードが現出し、これがめっ
き鋼板に転写される問題が発生するので同様に適用が困
難である。
これに対し、本発明者らが幾多の研究の中で想到した
HIP処理による被覆は、粉末材料を使うのでロール表面
への厚い被覆層の形成が容易であり、しかも焼結困難な
材料の高密度化成形焼結ができることが判った。さら
に、このHIP処理は、適切な処理条件さえ選べば、均
質,微細でロール表面との密着性に優れた成形被覆層と
することができ、溶解鍛造材と同等以上の強度が得られ
ることも判った。
以上説明したような緻密で密着性に富んだ厚い成形被
覆層は、コンダクターロールとして使用する際に電気抵
抗が少なく、通電効率の向上につながる他、被覆が何ら
かの原因(長時間の使用によって被覆がめっき液によっ
て腐食されて表面が粗となったり、固形異物によって被
覆表面に傷が発生した場合)で傷ついた場合でも、その
部分のみを機械研削すれば再度の使用が可能となり、極
めて経済的である。
しかも、このようなHIP処理による成形被覆層の形成
は、溶接肉盛層に発生するような溶接ビードの現出がな
いため、めっき鋼板へ悪影響を与えることがない。その
上、比較技術である溶接肉盛法とは異なり、基材成分,
特に鉄分が肉盛合金中に溶出してその耐食性を劣化させ
るようなことも全くない。このため、何回でも被覆層の
表面を研削して使用することができることとなり、被覆
層全体を最後まで使用することができる利点がある。
本発明は、上記HIP処理後、必要に応じてさらに得ら
れた成形被覆層について1050℃,30分の溶体化処理を施
す。本発明者らがかような溶体化処理に想到した理由は
次のようなメリットを知見したからである。
すなわち、本発明者らは成形被覆層について、その熱
処理温度と耐食性との関係について試験した。なお、こ
の試験においては、供試成形被覆層から切出した巾30m
m,長50mm,厚さ10mmの試験片を、亜鉛めっき液に硫酸を
添加してpHを1以下に調整しかつ60℃に加温した状態の
液中に2000時間浸漬して、その耐食性を調査した結果の
判定である。
なお、この腐食試験に先立って、被覆層試験片はあら
かじめ次の温度でそれぞれ30分加熱後水冷する熱履歴を
与え、HIP処理のものと比較検討した。加熱温度は、900
℃,950℃,1000℃,1050℃,1100℃,1150℃,1200℃であ
る。
第2表は、2000時間浸漬後引上げた試験片の重量変化
から耐食性を比較したもので、いずれの被覆層も1050℃
以上の溶体処理によって耐食性が向上していることがわ
かる。この原因は溶体化処理により極めて微量含まれて
いる合金粉末粒子中の不純物が完全に固溶化され均質な
オーステナイト組織となったためと判断された。従っ
て、溶体化処理の温度は1000℃以下の温度ではこの効果
がないものと判断した。
すなわち、本発明ではHIP処理後に引き続き1050℃以
上の温度での溶体化処理は、一層の耐食性向上に有効で
ある。
〔実施例〕
実施例−1 第2図に本発明方法の実施に当って使用するHIP処理
装置の1例を示す。この装置は、圧力容器本体21,上蓋2
2,下蓋23及び断熱層24から構成されており、その高圧容
器(圧力容器21)中に収容されている電気炉中の支持台
30上には、中空の円筒状被処理体(スリーブ状)25が設
置できるようになっている。そして、このスリーブ状の
被処理体25は密閉状態の薄い耐熱鋼製の容器26に包囲さ
れていて、該被処理体25と容器26との間の空間には被覆
合金粉末27が充填されるようになっている。そして、こ
の容器26の外側にはアルゴンガスを充満させる空間28が
設けてあり、この空間28内に設置されたヒータ線29に通
電することによって、器内の被処理体25にガスと高温を
同時に与えることができる。
この実施例では、被処理体には、外径300mm,内径200m
m,長さ600mmのJIS G3455(1983)STKM13A製のスリーブ
を用い、また合金粉末材料としては第3表に示した化学
成分の材料を用い、上記装置を1220℃−1300kg/cm2の圧
力を付加した状態で運転し、20mm厚の成形被覆層を形成
させた。
被覆形成後、容器26を機械研削によって除去して被処
理体を取り出し、被処理体の中空部に被処理体の基材と
同質のSTKM13A製の軸を挿入してコンダクターロールに
仕上げた。
次に、コンダクターロールとしての性能を次のような
方法によって試験した。なお、評価にあたっては、同質
の被覆材料を用い、PTA法によって20mm厚の肉盛を行っ
たロールと比較した。
連続めっき装置としては、さきに第1図に示したもの
を用い、構造用鋼板(厚さ0.3mm)を被処理体として電
気亜鉛めっきを実施した。めっき液の化学成分及びめっ
き条件は第4表に示す通りであり、強い酸性を有するう
え、高電流密度でめっきしており、コンダクターロール
としては極めて厳しい環境である。
第5表は連続5000時間運転した後、めっき液よりコン
ダクターロールを引上げ、その表面を観察した結果を示
すものである。この結果から明らかなように、本発明法
によって製造したロールは、被覆材料A,B,Cを問わず、
すべて健全な状態を維持していた。これに対し、比較法
のロールの表面には溶接肉盛特有のビードマークが鮮明
に現出し、これがめっき鋼板へ転写される現象が度々確
認されはじめた。
さらに本発明法によって得られたロールのみ連続3000
時間使用したところ、被覆層の表面が多少肌荒れ状態を
示しているのが見られたが、ビードマークはもとよりめ
っき鋼板に転写する恐れのある現象は全く認められなか
った。この場合でも肌荒れ部を機械的に研削除去する
と、再びコンダクターロールとして使用することができ
た。
実施例−2 実施例−1と同じロール材質,同じ被覆材料を用い、
同条件のHIP処理を実施して、20mm厚の成形被覆層を形
成させた。その後、第2図に示した容器26を機械研削に
よって除去して被処理体を取り出し、さらに真空炉中で
1150℃×30分加熱,急冷の溶体化処理を行い、ロールと
した。
つぎに、実施例−2と同じ要領で電気亜鉛めっきを行
い、連続8000時間運転後、ロールの被覆層表面を目視観
察を実施したが、全く異常は認められなかった。
実施例−1の溶体化処理を行わないロールでは、8000
時間の運転により被覆層表面が多少肌荒れしたが、溶体
化処理を実施することにより、さらに耐食性が向上した
ことが確認された。
なお、この実施例では、PTA法による溶接肉盛層を比
較例として用いなかったが、本肉盛層は先に実施した同
めっき条件の連続5000時間の運転によってビードマーク
が現出し、ロール被覆層として劣ることが判明していた
ためである。
実施例−3 実施例−1と同じロール,同じ装置を用いて鋼板の連
続錫めっき処理を実施した。第6表は錫めっき液の化学
成分とめっき条件を示したものである。また、ロールの
性能評価は、実施例−1と同様、5000時間の連続めっき
処理後ロールを引上げ、その表面を観察することによっ
て行った。
第7表はこの結果を示したものであるが、本発明のロ
ール表面は全て健全な状態を示したのに対し、比較法の
PTA法による肉盛ロール表面には鮮明なビードマークが
現出し、これ以上の連続使用は不可能な状態にあった。
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば; (1) 溶接肉盛法のようなロール基材からの鉄の混入
がないため、同じ合金粉末材料を用いて被覆層を形成さ
せても耐食性にすぐれたコンダクターロールの製造がで
きる。
(2) 長時間使用しめっき液の腐食作用を受けてもビ
ードマーク模様を発生させることのないコンダクターロ
ールを製造できるから、めっき鋼板の品質を低下させる
ことがない。
(3) 得られた成形被覆層については、その表面が肌
荒れしても、その部分のみを除去すれば再使用できるの
で経済的である。
(4) (3)の操作を繰返しても、新しく露出する被
覆層中には基材からの鉄分混入のない面が現れるので、
最後まで使用することができる成形被覆層を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、コンダクターロールを使用した鋼板の連続電
気めっき槽の略線図、 第2図は、熱間静水圧加圧装置の略線図である。 a……陽極、p……被めっき鋼板、r……コンダクター
ロール、t……めっき槽、l……めっき液、21……圧力
容器本体、22……上蓋、23……下蓋、24……断熱槽、25
……被処理体、26……鋼製容器、27……被覆合金粉末、
28……アルゴンガス封入空間、29……ヒータ線、30……
支持台。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C25D 7/06 B22F 5/00 E

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鋼鉄製ロールの表面に、Cr:28〜30wt%,W:
    10〜20wt%,C:2.0〜3.0wt%,Fe:2.0〜3.5wt%および残
    部CoからなるCo基合金、Cr:24〜30wt%,C:0.1〜0.5wt
    %,Fe:1.2〜2.6wt%,Ni:1.8〜3.0wt%,Mo:3〜8wt%およ
    び残部CoからなるCo基合金、またはCr:14〜18wt%,W:2
    〜8wt%,C:0.01〜0.02wt%,Fe:3〜7wt%,Mo:15〜19wt%
    および残部NiからなるNi基合金のいずれか1種の合金か
    らなる耐食・耐磨耗性合金粉末材料を使って、熱間静水
    圧加圧処理することにより、成形被覆層を形成すること
    を特徴とするコンダクターロールの製造方法。
  2. 【請求項2】上記熱間静水圧加圧処理によって得られる
    成形被覆層をさらに、1050℃以上の温度で液体化処理す
    ることを特徴とするコンダクターロールの製造方法。
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