JP2786566B2 - 溶融亜鉛メッキ装置用筒状体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、筒状本体の外周に耐食
性被覆層を形成した溶融亜鉛メッキ装置用筒状体の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融亜鉛メッキ装置において使用されて
いる各種ロール等の主要部や軸受ブッシュ等を構成する
筒状体としては、２６％（重量％、以下同じ）Ｃｒ−１
２％Ｎｉ合金、１３％Ｃｒ−１．５％Ｓｉ合金等の耐熱
合金よりなる筒状体、或いは、その寿命向上のため、溶
融亜鉛に対する耐溶食性（以下、単に耐食性という）に
優れた被覆層を前記筒状体の外周に形成した筒状体が採
用されている。即ち、溶融亜鉛メッキ装置におけるメッ
キ浴内に浸漬配置され、メッキ処理のために前記浴内へ
連続供給される長尺素材を一定時間だけ浸漬させた後に
浴外へ導くべく、その長尺素材を巻回させてその進行方
向を転換させるシンクロール、そのシンクロールにて進
行方向が転換された長尺素材の浴外への進行を、その長
尺素材を両側から挟み込んで補助する一対のサポートロ
ール等の各種ロールの主要部、或いは、前記シンクロー
ルを前記浴内にて回転自在に支持する軸受部に用いられ
る軸受ブッシュ等を構成する筒状体として、前記耐熱合
金製の筒状体、或いは、前記耐食性に優れた被覆層が筒
状本体の外周に形成された被覆層付き筒状体が採用され
ている。尚、前記被覆層付き筒状体の製造方法として
は、最近、次に述べるようなものが採用されている。例
えば、前記シンクロール等においては、その表面に、Ｗ
Ｃ−１２％Ｃｏよりなる溶射材を溶射することにより、
前記被覆層を形成する方法が最近採用されている。ま
た、前記軸受ブッシュ等においては、その表面に、ステ
ライト合金等を溶接肉盛することにより、前記被覆層を
形成する方法が最近採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来方法に
よって製造された、前記耐熱合金製筒状体又は被覆層付
き筒状体においても、次に述べるような問題があった。
即ち、前記耐熱合金製の筒状体の場合は、溶融亜鉛によ
る溶食が発生し、短期間（例えば、約２週間）で表面の
再研磨が必要となる。また、ＷＣ−１２％Ｃｏよりなる
溶射材が本体外周に溶射されて前記被覆層が形成される
場合においては、その被覆層の厚さが、通常、５０〜２
００μｍ程度と非常に薄いものであった。なぜなら、溶
射材の溶射によって形成される被覆層の厚肉化を図ろう
とする場合には、筒状本体と被覆層との密着強度、被覆
工程の生産性や経済性等の面から厚肉化に限界が生じる
からであった。従って、前記被覆層付き筒状体が一定期
間使用されて被覆層が目減りした状態では、その被覆層
の厚さに、再研摩（再生のための再研摩）後に有効な被
覆層を残存させる余裕が通常は存在せず、前記筒状体に
おいては、前記再研摩を行うだけの簡易な再生が不可能
であった。また、使用中に被覆層の剥離、割れ等の事故
が発生する。そこで、前記筒状体が一定期間使用された
後、その筒状体に一旦再研摩（平滑化のための再研摩）
を施した上で、費用が嵩むにも拘らず再溶射を施して皮
膜を形成することにより、再生を図っていた。しかしな
がら、前記筒状体に対し、一定期間の使用の都度、上述
のような再研摩・再溶射を施して、前記筒状体の再生を
図ることとすれば、その再生費用が著しく嵩むという問
題があった。また、前記軸受ブッシュのように、ステラ
イト合金等が本体外周に溶接肉盛されて前記被覆層が形
成される場合においては、その被覆層が、硬さや耐摩耗
性の点で優れるものの、耐食性の点で前記ＷＣ−１２％
Ｃｏほど良好でなく、その耐食性の点での耐用寿命が不
足するという問題があった。本発明は、このような実情
に着目してなされたものであり、前記再研摩を行うだけ
の簡易な再生を可能とし再生費用の低減を図り得ると共
に、耐食性・耐摩耗性の点での耐用寿命も十分に長くで
きる溶融亜鉛メッキ装置用筒状体の製造方法を提供する
ことを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る溶融亜鉛メ
ッキ装置用筒状体の製造方法（以下、本発明方法とい
う）は、筒状本体を構成する内筒体に対し、変形自在な
外筒体を、両筒体間に隙間室を形成しつつ外嵌した状態
に配置し、前記隙間室に、Ｃｏ：５〜５０％、Ｎｉ：５
〜３０％、Ｆｅ：５〜３０％、Ｃｒ：３０％以下及びＣ
ｒ₃Ｃ₂ ：３０％以下からなる群の中から、ＣｏかＮｉ
かＦｅかの何れかを含むように選択された少なくとも１
種の成分が合計で５〜５０％となるように、且つ、残部
が実質的にＷＣ又はＭｏ₂Ｃ（即ち、ＷＣ及び不可避不
純物、又は、Ｍｏ₂Ｃ及び不可避不純物）となるように
全体組成を調整した粉末を充填した上で、前記隙間を脱
気しつつ密閉した後、前記粉末の圧密化焼結を行うこと
により、前記耐食性被覆層としての圧密化焼結層を形成
した後、前記外筒体を除去する点に特徴を有している。

【０００５】

【作用】本発明方法においては、前記隙間室に充填され
た前記組成の粉末に対して前記圧密化焼結を行うことに
より、前記被覆層としての焼結層が形成されるので、そ
の被覆層は、前記筒状本体としての内筒体に対して一体
化して十分に密着し、且つ、前記脱気の下で処理される
ためにガス閉じこもり等に起因する微小空隙等の欠陥の
ないものとなる。しかも、前記被覆層の厚さは、前記隙
間室の大きさを適宜に設定すること（即ち、前記両筒体
の寸法を適宜に設定してそれらを適宜に配置すること）
により、比較的自由に変更することができる。そして、
前記溶融亜鉛メッキ装置用筒状体を最終的に得るために
は、少なくとも前記外筒体の部分を除去することとす
る。更に、前記被覆層は、次に述べる理由から上述の組
成に限定された粉末が焼結されたものであるので、十分
な硬さ・耐摩耗性が確保され且つ耐食性の点でも十分に
優れたものとなる。次に、粉末組成の限定理由について
述べる。ＷＣ又はＭｏ₂Ｃを基本的な成分に選んだの
は、ＷＣ及びＭｏ₂Ｃが、溶融亜鉛に対して高い耐浸食
性を示す上、硬質で高い耐摩耗性を示す基本物質である
からである。Ｃｏ：５〜５０％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｆ
ｅ：５〜３０％の何れかを含有させるようにしたのは、
次の理由による。即ち、ＷＣ及びＭｏ₂Ｃは、上述した
ような優れた特性を有する反面、単体のままでは靭性に
乏しく、割れやカケ等が発生し易いので、単体のままの
ＷＣ又はＭｏ₂Ｃにて前記被覆層としての焼結層が構成
されている溶融亜鉛メッキ装置用筒状体は、構造部材と
しての使用に耐え難いものとなるが、Ｃｏ：５〜５０
％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｆｅ：５〜３０％の何れかを含
有させると、それらが前記焼結層のバインダーとしての
役割を果たすようになり、前記焼結層の靭性が向上する
ようになるからである。尚、ＣｏやＮｉやＦｅの下限を
５％としたのは、前記靭性を向上させるのに、ＣｏやＮ
ｉやＦｅが最低限５％は必要となるからである。また、
上述の上限（Ｃｏでは５０％、ＮｉやＦｅでは３０％）
を越えると、耐溶融亜鉛浸食性が低下するようになるの
で、上述の上限を設定することとした。Ｃｒ又はＣｒ₃
Ｃ₂ を３０％以下含有させるようにしたのは、ＷＣ及び
Ｍｏ₂Ｃにて前記焼結層が構成されている場合には、耐
酸化性に難点があり、高温での長時間使用に耐え難くな
るのに対し、Ｃｒ又はＣｒ₃Ｃ₂ を３０％以下含有させ
ると、前記焼結層の耐酸化性が向上するようになるから
である。但し、Ｃｒ又はＣｒ₃Ｃ₂ の含有量が３０％を
越えると、耐溶融亜鉛浸食性が低下するので、上限を３
０％に設定することとした。尚、Ｃｒ又はＣｒ₃Ｃ₂ の
含有は不可欠なものではない。

【０００６】

【発明の効果】従って、本発明方法によれば、上述した
ように前記被覆層の厚さを比較的自由に変更することが
でき、その厚肉化も可能となるため、被覆層の厚肉化を
図りつつ製造した筒状体は、それが一定期間使用されて
被覆層が目減りした状態でも、その厚さに、再研摩を行
って被覆層を残存させる余裕を持たせることができ、一
定期間使用の筒状体に対する簡易な再生が可能となる。
従って、前記被覆層付き筒状体の再生費用の低減が可能
となる。しかも、前記被覆層は、その成分が上述したよ
うに限定されているので、十分な硬さ・耐摩耗性が確保
され且つ耐食性も十分に優れたものとなる。従って、従
来の溶射や溶接肉盛等にて形成された被覆層を備える筒
状体に比し、耐用寿命も十分に長く、硬さ・耐摩耗性も
十分に大きい筒状体が提供されるようになる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
４には、本発明方法を用いて製造される筒状体１１を主
要な構成要素とする溶融亜鉛メッキ用のシンクロールが
示されている。

【０００８】前記筒状体１１の本体１１ｂは、耐熱鋼
（具体的には、１３％Ｃｒ鋼やＳＵＳ３１６等のステン
レス鋼）にて構成され、その筒状体１１の両端部には、
耐熱鋼製の被軸受部１２，１３が内嵌装着され、その内
嵌状態は溶接によって固定されている。

【０００９】前記シンクロールは、前記被軸受部１２，
１３の部分が軸受体１５にて軸支されることにより、溶
融亜鉛メッキ装置におけるメッキ浴内に回転自在に浸漬
配置されている。前記被軸受部１２，１３と前記軸受体
１５との間には軸受ブッシュ１４が介装されている。そ
して、前記シンクロールは、メッキ処理のために前記浴
内へ連続供給される長尺素材を一定時間だけ浸漬させた
後に浴外へ導くべく、その長尺素材を巻回させてその進
行方向を転換させるのに使用される。

【００１０】そのシンクロールは、上述したようにメッ
キ浴内に浸漬されるので、その主要部（即ち、筒状本体
１１ｂ）の外周にメッキ浴との長期接触に耐える耐食性
を備える被覆層１１ａが本発明方法によって形成され
る。また、前記被覆層１１ａには、その部分に前記長尺
素材が巻回して接触走行するようになるので、所定の硬
さ・耐摩耗性も必要となるが、それらの品質は、本発明
方法によって形成される前記被覆層１１ａにおいて十分
に確保される。

【００１１】本発明方法は、具体的には、図１〜図３に
示す手順によって実施される。先ず、図１に示すよう
に、前記筒状本体１１ｂを構成する内筒体２（即ち、前
記耐熱鋼にて構成された内筒体２）に対し、焼結時に縮
径変形が可能なように軟鋼にて構成された外筒体３を、
両筒体２，３間に隙間室Ｓを形成しつつ外嵌した状態に
配置する。具体的には、平リング状で且つ軟鋼製の底体
１の上に前記内筒体２を内周部合致状態に載置し、その
載置状態を溶接固定（溶接部Ｂ）すると共に、前記底体
１の外周部に前記外筒体３の下端部を外嵌し、その外嵌
状態を溶接固定（溶接部Ｂ）する。

【００１２】その後、前記隙間室Ｓに、Ｃｏ：５〜５０
％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｆｅ：５〜３０％、Ｃｒ：３０
％以下及びＣｒ₃Ｃ₂ ：３０％以下からなる群の中か
ら、ＣｏかＮｉかＦｅかの何れかを含むように選択され
た少なくとも１種の成分が合計で５〜５０％となるよう
に、且つ、残部が実質的にＷＣ又はＭｏ₂Ｃとなるよう
に全体組成を調整した粉末５を充填する。その粉末５
は、原料粉末として、ＷＣ，Ｍｏ₂Ｃ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆ
ｅ，Ｃｒ，Ｃｒ₃Ｃ₂ の各粉末（純度：９９％以上、平
均粒度：約５０μｍに調整されたもの）又はこれらの合
金粉末を予め準備し、それらを適宜選択し適宜割合に混
合して得る。そして、前記内筒体２の上に、平リング状
で且つ軟鋼製の蓋体４を、両者の内周部を合致させた状
態に載置し、その載置状態を固定すべく、前記両者の内
周部を溶接固定（溶接部Ｂ）することにより、前記隙間
室Ｓに前記粉末５が充填され且つ前記隙間室Ｓが施蓋さ
れた粉末充填体を得る。この状態における前記隙間室Ｓ
には、前記粉末５の他に不純ガスが未だ残存している。

【００１３】その後、脱気口６を通じて、真空度：１０
^-5Ｔｏｒｒ、加熱温度：４００〜５００℃の条件で真空
脱ガス処理を行って密封することにより、前記粉末充填
体を前記不純ガスの残存しない状態にする。

【００１４】その後、前記粉末充填体をＨＩＰ（熱間静
水圧プレス）処理装置内に装入し、その粉末充填体に対
し、温度：１３５０℃、圧力：１０００ｋｇ／ｃｍ² 以
上、時間：１Ｈｒの条件のＨＩＰ処理を施すことによ
り、前記粉末５の圧密化焼結を行って、前記耐食性被覆
層１１ａとしての焼結層（層厚：例えば５〜１０ｍｍ）
を形成する。

【００１５】その後、前記ＨＩＰ処理装置内からＨＩＰ
処理完了品を取り出してその両端部を切断除去した後、
図２に示すように外周切削加工を施して前記外筒体３を
除去すことにより、前記筒状体１１を得る（図３参
照）。

【００１６】次に、本発明方法によって得られる筒状体
の品質について説明する。本発明方法によって製造され
る筒状体の各品質（硬さ・耐食性・耐摩耗性）について
調査すべく、テストピース（直径：３０ｍｍ、長さ：２
００ｍｍの中実丸棒）を本発明方法に係る圧密化焼結に
よって作成した。表１及び表２には、そのテストピース
の品質調査結果が、各種粉末組成及び各種ＨＩＰ処理条
件と対応させて一覧されている。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】耐食性は、前記中実丸棒を、直径：３０ｍ
ｍ、長さ：１５０ｍｍの大きさに加工した耐食試験片
を、溶融亜鉛メッキ浴（浴組成：Ｚｎ−０．２％Ａｌ、
浴温度：４６０〜４７０℃）に７２Ｈｒ浸漬し、腐食減
量（ｇ／ｍ²ｈ）を測定した結果で判定した。耐摩耗性
は、前記中実丸棒を、断面形状：４ｍｍ×４ｍｍの四
角、長さ：２０ｍｍの大きさに加工した摩耗試験片の端
面を、５００ｒｐｍで回転するアルミナディスク（直
径：５０ｍｍ，厚さ：５ｍｍ）に、面圧：５０ｋｇ／ｃ
ｍ²、すべり速度：４０．７ｍ／ｍｉｎ、時間：６０ｍ
ｉｎ、温度：４００℃の条件で押し付けて摩耗量（μ
ｍ）を測定した結果で判定した。焼結性は、焼結後にお
ける割れ発生の有無の観察結果で判定した。

【００２０】表１において、試料番号１〜試料番号９
は、本発明方法にて作成したテストピース（ＷＣを基本
成分とするもの）に相当し、試料番号１０１〜試料番号
１０８は、本発明の粉末組成の条件を逸脱した条件で作
成したテストピースに相当し、試料番号２００は、前記
筒状本体１１ｂに該当する素材よりなるテストピースに
相当する。また、試料番号２０１は、ステライト合金を
表面に肉盛したものである。尚、表１中の粉末組成で＊
印を付してある数値は、本発明の粉末組成の条件を逸脱
している数値である。

【００２１】表１から明らかなように、本発明の粉末組
成の条件を満足しているテストピースは、耐食性・耐摩
耗性・焼結性の何れもが本体（試料番号２００）、ステ
ライト合金肉盛品（試料番号２０１）に比して良好であ
る。一方、本発明の粉末組成の条件を何れか逸脱してい
るテストピースは、耐食性・耐摩耗性・焼結性のうちの
少なくとも何れかが不良である。

【００２２】尚、表１を参照して、Ｃｏ・Ｎｉ・Ｆｅ・
Ｃｒ（又はＣｒ₃Ｃ₂）の何れをも含む試料番号８（本発
明例）と、試料番号１０７（比較例）とを比較した場合
について考察したところ、試料番号８は、Ｃｏ＋Ｎｉ＋
Ｆｅ＋Ｃｒ（又はＣｒ₃Ｃ₂）が合計で５０％以下となっ
ていて耐食性・耐摩耗性・焼結性の何れも良好であるの
に対し、試料番号１０７は、Ｃｏ＋Ｎｉ＋Ｆｅ＋Ｃｒ
（又はＣｒ₃Ｃ₂）が合計で５０％を越えており、耐食性
も耐摩耗性も焼結性も不良である。このデータから、Ｃ
ｏ＋Ｎｉ＋Ｆｅ＋Ｃｒ（又はＣｒ₃Ｃ₂）を合計で５０％
以下に抑えることが重要な要件であることが分かる。ま
た、試料番号１０１は、ＣｏもＮｉもＦｅも含有してい
ないので焼結性が悪いことが分かる。

【００２３】表２において、試料番号１１〜試料番号１
９は、本発明方法にて作成したテストピース（Ｍｏ₂Ｃ
を基本成分とするもの）に相当し、試料番号１１１〜試
料番号１１８は、本発明の粉末組成の条件を逸脱した条
件で作成したテストピースに相当し、試料番号２００
は、前記筒状本体１１ｂに該当する素材よりなるテスト
ピースに相当する。また、試料番号２０１は、ステライ
ト合金を表面に肉盛したものである。尚、表２中の粉末
組成で＊印を付してある数値は、本発明の粉末組成の条
件を逸脱している数値である。

【００２４】表２から明らかなように、本発明の粉末組
成の条件を満足しているテストピースは、耐食性・耐摩
耗性・焼結性の何れもが本体（試料番号２００）、ステ
ライト合金肉盛品（試料番号２０１）に比して良好であ
る。一方、本発明の粉末組成の条件を何れか逸脱してい
るテストピースは、耐食性・耐摩耗性・焼結性のうちの
少なくとも何れかが不良である。

【００２５】尚、表２を参照して、Ｃｏ・Ｎｉ・Ｆｅ・
Ｃｒ（又はＣｒ₃Ｃ₂）の何れをも含む試料番号１８（本
発明例）と、試料番号１１７（比較例）とを比較した場
合について考察したところ、試料番号１８は、Ｃｏ＋Ｎ
ｉ＋Ｆｅ＋Ｃｒ（又はＣｒ₃Ｃ₂）が合計で５０％以下と
なっていて、耐食性・耐摩耗性・焼結性の何れも良好で
あるのに対し、試料番号１１７は、Ｃｏ＋Ｎｉ＋Ｆｅ＋
Ｃｒ（又はＣｒ₃Ｃ₂）が合計で５０％を越えており、耐
食性も耐摩耗性も焼結性も不良である。このデータか
ら、Ｃｏ＋Ｎｉ＋Ｆｅ＋Ｃｒ（又はＣｒ₃Ｃ₂）を合計で
５０％以下に抑えることが重要な要件であることが分か
る。また、試料番号１１１は、ＣｏもＮｉもＦｅも含有
していないので焼結性が悪いことが分かる。

【００２６】次に、別実施例について説明する。上述の
実施例は、本発明方法をシンクロールを製造するのに適
用したものであったが、本発明方法は、前記シンクロー
ル以外の被覆層付き筒状体、例えば、前記シンクロール
にて進行方向が転換された長尺帯状材の浴外への進行
を、その長尺帯状材を両側から挟み込んで補助する一対
のサポートロール、前記シンクロールを前記浴内にて回
転自在に支持する軸受部に用いられる軸受ブッシュ等を
製造するときにも適用することができる。

【００２７】例えば、上述の実施例におけるシンクロー
ルの被軸受部１２，１３と軸受体１５との間には軸受ブ
ッシュ１４が介装されているが、その軸受ブッシュ１４
は図４に示すように筒状本体１４ｂの外周に耐食性被覆
層１４ａが形成されてなり、その耐食性被覆層１４ａを
形成する場合においても、本発明方法を適用することが
できる。尚、この軸受ブッシュ１４を得る場合、ＨＩＰ
処理後において上述の実施例と同様、外周切削加工によ
る前記外筒体３の除去を行って前記筒状体１１を得る
が、その筒状体１１のままでは、前記軸受ブッシュ１４
として使用できないので、その筒状体１１に対して更に
外周及び内周の研削加工を施して前記軸受ブッシュ１４
を得る。

【００２８】また、前記隙間に充填された粉末５を圧密
化焼結する手段としては、上述の実施例におけるＨＩＰ
（熱間静水圧プレス）処理に替えて、ＣＩＰ（冷間静水
圧プレス）処理と焼結処理とを組み合わせた処理を採用
することも可能である。

【００２９】また、前記筒状本体１１ｂを構成する内筒
体２の素材としては、上述の実施例における耐熱鋼に替
えて、他の耐熱鋼、又は、他の耐熱合金を採用すること
もできる。

【００３０】また、その他の溶融金属（即ち、鉛やスズ
等の溶融金属）に対しても優れた耐食性を示すので、そ
れらを用いた溶融メッキ装置においても、本発明の転用
が可能である。

【００３１】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一過程を示す説明図

【図２】その後続過程を示す説明図

【図３】その後続過程を示す説明図

【図４】シンクロールの縦断面図

【符号の説明】

２ 内筒体 ３ 外筒体 ５ 粉末 １１ａ 耐熱性被覆層 １１ｂ 筒状本体 Ｓ 隙間室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−346640（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−128355（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−43352（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−74978（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−142571（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 2/00 B22F 5/00 B22F 7/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状本体（１１ｂ）の外周に耐食性被覆
   層（１１ａ）を形成した溶融亜鉛メッキ装置用筒状体の
   製造方法であって、 前記筒状本体（１１ｂ）を構成する内筒体（２）に対
   し、変形自在な外筒体（３）を、両筒体（２),（３）間
   に隙間室（Ｓ）を形成しつつ外嵌した状態に配置し、 前記隙間室（Ｓ）に、Ｃｏ：５〜５０重量％、Ｎｉ：５
   〜３０重量％、Ｆｅ：５〜３０重量％、Ｃｒ：３０重量
   ％以下及びＣｒ₃Ｃ₂：３０重量％以下からなる群の中か
   ら、ＣｏかＮｉかＦｅかの何れかを含むように選択され
   た少なくとも１種の成分が合計で５〜５０重量％となる
   ように、且つ、残部が実質的にＷＣ又はＭｏ₂Ｃとなる
   ように全体組成を調整した粉末（５）を充填した上で、
   前記隙間を脱気しつつ密閉した後、 前記粉末（５）の圧密化焼結を行うことにより、前記耐
   食性被覆層（１１ａ）としての圧密化焼結層を形成した
   後、 前記外筒体（３）を除去する溶融亜鉛メッキ装置用筒状
   体の製造方法。