JP4354176B2

JP4354176B2 - WC cermet sprayed roll and method for producing the same

Info

Publication number: JP4354176B2
Application number: JP2002334608A
Authority: JP
Inventors: 悟緑川; 満佐久田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2022-11-19
Also published as: JP2004169080A

Description

【０００１】
本発明は、ＷＣサーメット溶射ロールおよびその製造方法に関し、特に低硬度の非磁性鉄心表面に耐久性に優れたＷＣサーメット溶射皮膜を形成してなるＷＣサーメット溶射ロールおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ロールの鉄心表面にWCサーメット溶射皮膜を形成してなるWCサーメット溶射ロールは、鋼帯の連続処理ラインで鋼帯に張力を付与するためのブライドルロールや鋼帯の搬送方向を転換させるためのデフレクタロール等に用いられる。これらの用途では、耐摩耗性や耐スリップ性、耐デント性などが要求されており、そのため、これら要求を満たすべく、溶射皮膜の表面粗さや気孔率、さらにはWCサーメットのバインダー等を規定することが知られている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６４−８７００６号公報
【特許文献２】
特公平５−３７７２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、WCサーメット溶射ロールにおいて、ロールの鉄心の硬度について規定した文献は見当らず、経験に基いてロールごとに目安が設けられているに過ぎない。例えば、ブライドルロールの場合、鉄心表層硬度は一般にはHs55以上、特に張力の高いものではHs70以上と言われ、また、デフレクタロールの場合、Hs40程度以上と言われていた。すなわち、表層の硬度がこれらの目安を下回る鉄心にWCサーメット溶射皮膜を形成すると、稼働中に鉄粉、亜鉛粉又はドロス粉等の異物噛込みがあった場合、例えば図３に示すように、鉄心１の表層が凹んで皮膜２が割れ、剥離箇所７を形成してしまうため、ごく早期に使用不能になると言われていた。
【０００５】
ところが、用途によっては、センサ近傍のロール等、オーステナイト域の鋼を素材とすることで非磁性を確保しなければならないようなロール等は、鉄心表層硬度は著しく低くならざるを得ず、溶射対象の非磁性鉄心表層硬度がＨｓ３０以下の場合でも、異物噛込み時に皮膜の剥離が起こらないものが求められていた。
【０００６】
本発明は、上記要求に応え得る、非磁性鉄心表層硬度がＨｓ３０以下でも異物噛込み時にＷＣサーメット溶射皮膜が剥離しない耐久性を有するＷＣサーメット溶射ロールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心の表面に、Ｆｅ含有量０．１０ｍａｓｓ％未満でかつ膜厚４００〜５００ μｍであり、ＨＶＯＦ法によって形成されたＷＣサーメット溶射皮膜を有してなるＷＣサーメット溶射ロールである。
また、請求項２記載の本発明は、請求項１記載のＷＣサーメット溶射ロールを製造するにあたり、表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心の表面に、Ｆｅ含有量０．１０ｍａｓｓ％未満でかつ粉末粒径５〜３５ μｍのＷＣサーメットをＨＶＯＦ法によって溶射することを特徴とするＷＣサーメット溶射ロールの製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のＷＣサーメット溶射ロールは、ＷＣサーメット溶射皮膜の不可避的成分であるＦｅの含有量を０．１０ｍａｓｓ％未満に制限し、かつ、皮膜の膜厚を４００〜５００ μｍに制限したものである。皮膜のＦｅ含有量を０．１０ｍａｓｓ％未満としたことにより、皮膜中のＦｅ酸化物が低減し、皮膜の靭性が向上する。ただし、この靭性が向上した皮膜であっても、表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心表面に形成された皮膜の膜厚が４００ μｍを下回ると、異物噛込み時に皮膜にクラックが発生し、さらに膜厚３００μｍ以下では鉄心の凹みも顕著となる。一方、膜厚が５００ μｍを上回ると圧縮残留応力が顕著となり、剥離しやすくなる。このため、膜厚は４００〜５００ μｍの範囲とした。これにより、鉄粉、亜鉛粉、ドロス粉等の異物が噛込んでも母材（鉄心）が凹まず、皮膜にクラックが発生せず、剥離の生じない耐久性に富むＷＣサーメット溶射ロールが得られる。
【０００９】
表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心は、オーステナイト系ステンレス鋼（例：ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）を素材として構成される。本発明のＷＣサーメット溶射ロールの好ましい製造方法は、これらの低表層硬度の非磁性鉄心にＷＣサーメットを溶射する際に、Ｆｅ含有量０．１０ｍａｓｓ％未満でかつ粉末粒径５〜３５ μｍのＷＣサーメットを用いることである。Ｆｅ含有量が０．１０ｍａｓｓ％以上のＷＣサーメットを用いたのでは、形成される皮膜のＦｅ含有量を０．１０ｍａｓｓ％未満にするのが困難になる。
【００１０】
また、ＷＣサーメットの粉末粒径が５μｍ未満では、溶射時の粉末送給が不安定となり、一方、３５ μｍを超えると皮膜がポーラスとなって、皮膜の緻密性が低減し、靭性が不十分となりやすいので、粉末粒径は５〜３５ μｍの範囲とするのが好ましい。なお、粉末粒径は、より好ましくは１５〜２５ μｍの範囲である。
本発明で用いるＷＣサーメットとしては、例えば次のようなものが挙げられる。なお、次に挙げるものはいずれも、不可避的不純物は合計で０．５ｍａｓｓ％未満であり、かつ、その１種であるＦｅは０．１０ｍａｓｓ％未満に制限されているものとする。
【００１１】
・８８ＷＣ１２Ｃｏ⇒Ｃｏ：１０〜２７ｍａｓｓ％（代表１２ｍａｓｓ％）を含有し、残部がＷＣ及び不可避的不純物からなるもの
・７３ＷＣ７Ｎｉ２０Ｃｒ⇒Ｎｉ：５〜１３ｍａｓｓ％（代表７ｍａｓｓ％）、Ｃｒ：１４〜２２ｍａｓｓ％（代表２０ｍａｓｓ％）を含有し、残部がＷＣ及び不可避的不純物からなるもの
・８６ＷＣ１０Ｃｏ４Ｃｒ⇒Ｃｏ：８〜１２ｍａｓｓ％（代表１０ｍａｓｓ％）、Ｃｒ：２〜６ｍａｓｓ％（代表４ｍａｓｓ％）を含有し、残部がＷＣ及び不可避的不純物からなるもの
また、溶射にあたっては、密着性と緻密性の観点から、ＨＶＯＦ（ＨｉｇｈＶｅｌｏｃｉｔｙＯｘｉｇｅｎＦｕｅｌ）の溶射ガンを用いる。溶射により形成される皮膜の膜厚は、溶射ガンの操作条件（ガス流速、ガス流量、溶射対象物と溶射ガンの距離、粉末流量など）を調整することにより、設定することができる。なお、溶射後のロールは、皮膜表面を研磨等して平滑面にした後、細かなダル目をつけて使用されるので、溶射完了時の膜厚の設定値は、本発明の膜厚範囲である４００〜５００ μｍに溶射後の研磨等による減り分（実績あるいは実験データから決定可能）を加算した値とするのがよい。
【００１２】
【実施例】
表１に示す鉄心表層を模した基材（50×50×厚み10(mm)）の表面に表１に示すWCサーメットを溶射し、得られた皮膜の表面を研磨して平滑面となして、表１に示す膜厚の皮膜を形成し、これを試験材として、図２に示す要領で異物噛込み再現試験を行った。溶射にはHVOFのJP5000相当の溶射ガンを用いた。なお、HVOFであれば他種の溶射ガンを用いてもよい。異物６としては、CGL （連続溶融亜鉛めっきライン）より採取したドロスをφ3.0mm の球状に加工したものを用いた。また、相手材５には高張力鋼板（50×50×厚み1.5(mm) ）を用い、押し付け力Ｆは実機条件を想定して4900Ｎとした。その結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】

【００１４】
表１に示すとおり、硬度Ｈｓ３０以下の非磁性基板にＦｅ：０．１０ｍａｓｓ％未満でかつ膜厚：４００〜５００ μｍのＷＣサーメット溶射皮膜を形成したもの（本発明例相当の試験材）では、いずれも皮膜の剥離又はクラックは生じなかった。一方、硬度Ｈｓ３０以下の基板にＦｅ：０．１０ｍａｓｓ％以上又は膜厚：４００ μｍ未満もしくは５００ μｍ超の皮膜を形成したもの（比較例相当の試験材；Ｎｏ．１，４，５，８，１１，１５，１６）では、いずれも剥離又はクラックが生じた。なお、もう１つの比較例相当の試験材；Ｎｏ．１７は、基板の硬度が前記従来の目安であるＨｓ４０程度以上であるため、皮膜のＦｅ含有量が本発明範囲よりも高くまた膜厚が本発明範囲よりも薄くても、剥離又はクラックは発生しなかった。
【００１５】
次に、CGL におけるセンサ近傍のデフレクタロールに本発明を適用した。この本発明例のロールは、図１に示すような形状を有する。ロールの鉄心１はSUS304製で、外径800mm ×胴長2200mmの円筒形状をなし、その表層硬度はHs28〜30である。この鉄心の表面に、表１のNo.6と同じ組成及び粉末粒径を有するWCサーメット粉末を、HVOFのJP5000相当の溶射ガンにて溶射し、膜厚500 μm の溶射皮膜を形成した。なお、溶射後、皮膜表面をダイヤモンド砥石で研磨したのち、軸方向に測定した粗度Ｒ_a：1.5 μm （JIS B0601-1994に準拠。カットオフ値0.8mm 、基準長さ４mm）となるようにＳ／Ｂ（ショットブラスト）を施し、さらにバフ研磨して粗度の山部を滑らかに仕上げた。仕上げ後の皮膜の膜厚は400 μm であった。
【００１６】
前記デフレクタロールには、従来はCrめっきロールが使用されており、その使用当時では、摩耗や、異物噛込みによる皮膜損傷により、４〜６ヶ月程度おきにロールを取替えねばならなかったが、本発明例のロールを使用し始めてからは、異物噛込みがあっても皮膜にクラックや剥離は見られず、WCサーメット本来の耐摩耗性能が発揮され、16ヶ月間取替え無しで継続して使用中である。
【００１７】
かくして本発明によれば、表層硬度の低い非磁性鉄心表面に、異物噛込みによるクラックや剥離の生じない耐久性に富むＷＣサーメット溶射皮膜を形成でき、例えばＣＧＬ等におけるセンサ付近のロール等、ロールの寿命を大幅に延長させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のWCサーメット溶射ロールの１例を示す模式図である。
【図２】異物噛込み再現試験要領を示す模式図である。
【図３】 WCサーメット溶射皮膜の剥離状況を例示する模式図である。
【符号の説明】
１鉄心
２皮膜（WCサーメット溶射皮膜）
３フランジ
４試験材
５相手材
６異物
７剥離箇所[0001]
The present invention relates to a WC cermet sprayed roll and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a WC cermet sprayed roll formed by forming a WC cermet sprayed coating excellent in durability on the surface of a non-magnetic iron core with low hardness and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Generally, a WC cermet sprayed roll formed by forming a WC cermet sprayed coating on the iron core surface of the roll is used to change the transport direction of the bridle roll and steel strip for applying tension to the steel strip in the continuous treatment line of the steel strip. Used for deflector rolls. In these applications, wear resistance, slip resistance, dent resistance, etc. are required. Therefore, in order to satisfy these requirements, the surface roughness and porosity of the thermal spray coating, and the binder of WC cermet, etc. are specified. It is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 64-87006 [Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 5-37724 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, in the WC cermet sprayed roll, there is no literature that defines the hardness of the iron core of the roll, and only a standard is provided for each roll based on experience. For example, in the case of a bridle roll, the surface hardness of the iron core is generally said to be Hs55 or higher, particularly in the case of a high tension, it is said to be Hs70 or higher, and in the case of a deflector roll, it is said to be about Hs40 or higher. That is, when the WC cermet sprayed coating is formed on the iron core whose surface layer hardness is lower than these standards, if there is foreign matter biting such as iron powder, zinc powder or dross powder during operation, for example, as shown in FIG. It has been said that the surface layer of the iron core 1 is recessed and the coating 2 is cracked to form a peeled portion 7, which makes it unusable very early.
[0005]
However, depending on applications, rolls near the sensor, such as rolls that require non-magnetism by using steel in the austenitic region, have a very low iron core surface hardness. Even when the surface hardness of the non-magnetic iron core is Hs30 or less, there has been a demand for a film that does not peel off when a foreign object is caught .
[0006]
It is an object of the present invention to provide a WC cermet sprayed roll that has the durability that the WC cermet sprayed coating does not peel off when a foreign matter is caught even if the surface hardness of the nonmagnetic core is Hs30 or less, and a method for producing the same. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention according to claim 1 is a WC cermet sprayed coating formed by the HVOF method on the surface of a non-magnetic iron core having a surface hardness of Hs30 or less and having an Fe content of less than 0.10 mass% and a film thickness of 400 to 500 μm. It is a WC cermet sprayed roll comprising:
In addition, when the WC cermet sprayed roll according to claim 1 is produced, the present invention according to claim 2 has a Fe content of less than 0.10 mass% and a powder particle size on the surface of a nonmagnetic iron core having a surface hardness of Hs30 or less. A method for producing a WC cermet spray roll, characterized by spraying a 5-35 μm WC cermet by an HVOF method.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The WC cermet sprayed roll of the present invention is one in which the content of Fe, which is an inevitable component of the WC cermet sprayed coating, is limited to less than 0.10 mass%, and the film thickness of the coating is limited to 400 to 500 μm. . By setting the Fe content of the coating to less than 0.10 mass%, Fe oxide in the coating is reduced and the toughness of the coating is improved. However, even if this film has improved toughness, if the film thickness of the film formed on the surface of the non-magnetic iron core having a surface hardness of Hs30 or less is less than 400 μm, cracks will occur in the film when foreign matter is caught, and the film When the thickness is 300 μm or less, the dents in the iron core become prominent. On the other hand, when the film thickness exceeds 500 μm, the compressive residual stress becomes remarkable and the film is easily peeled off. Therefore, the film thickness is in the range of 400 to 500 μm. As a result, even when foreign matter such as iron powder, zinc powder, dross powder or the like is caught, the base material (iron core) does not dent, cracks do not occur in the film, and a WC cermet sprayed roll with high durability that does not cause peeling is obtained. .
[0009]
A nonmagnetic iron core having a surface hardness of Hs30 or less is made of austenitic stainless steel (eg, SUS304, SUS316, etc. ) . The preferred method for producing the WC cermet sprayed roll of the present invention is such that when WC cermet is sprayed on these low surface hardness non-magnetic iron cores, the WC cermet has an Fe content of less than 0.10 mass% and a powder particle size of 5 to 35 μm. The use of cermet. If a WC cermet having an Fe content of 0.10 mass% or more is used, it is difficult to make the Fe content of the formed film less than 0.10 mass%.
[0010]
Also, if the powder particle size of WC cermet is less than 5 μm, the powder feed during thermal spraying becomes unstable, while if it exceeds 35 μm, the coating becomes porous, reducing the denseness of the coating and increasing the toughness. The powder particle size is preferably in the range of 5 to 35 μm because it tends to be insufficient. The powder particle size is more preferably in the range of 15 to 25 μm.
Examples of the WC cermet used in the present invention include the following. In all of the following, unavoidable impurities are less than 0.5 mass% in total, and Fe, which is one of them, is limited to less than 0.10 mass%.
[0011]
-88WC12Co-> Co: 10 to 27 mass% (representative 12 mass%), the balance consisting of WC and inevitable impurities-73WC7Ni20Cr-> Ni: 5-13 mass% (representative 7 mass%), Cr: 14-22 mass% ( Containing 20 mass%), the balance is made up of WC and inevitable impurities. 86WC10Co4Cr⇒Co: 8-12 mass% (10 mass% representative), Cr: 2-6 mass% (typical 4 mass%) the ones made of WC and unavoidable impurities, when the spray from the viewpoint of adhesion and denseness, Ru using thermal spray gun of HVOF (High Velocity Oxigen Fuel). The film thickness of the coating formed by thermal spraying can be set by adjusting the operating conditions of the thermal spray gun (gas flow rate, gas flow rate, distance between the thermal spray object and the thermal spray gun, powder flow rate, etc.). In addition, since the roll after spraying is used with a fine rounded surface after polishing the surface of the coating, etc., the set value of the film thickness upon completion of spraying is the film thickness range of the present invention. It is preferable to add a decrease (which can be determined from actual results or experimental data) due to polishing after thermal spraying to 400 to 500 μm.
[0012]
【Example】
The WC cermet shown in Table 1 is sprayed on the surface of a base material (50 × 50 × thickness 10 (mm)) imitating the surface of the iron core shown in Table 1, and the surface of the resulting film is polished to form a smooth surface. A film having the film thickness shown in Table 1 was formed, and this was used as a test material, and a foreign matter biting reproduction test was performed in the manner shown in FIG. A thermal spray gun equivalent to HVOF JP5000 was used for thermal spraying. In the case of HVOF, other types of spray guns may be used. As the foreign material 6, a dross collected from CGL (continuous hot dip galvanizing line) and processed into a spherical shape of φ3.0 mm was used. Further, a high-strength steel plate (50 × 50 × thickness 1.5 (mm)) was used as the counterpart material 5, and the pressing force F was 4900 N assuming actual machine conditions. The results are shown in Table 1.
[0013]
[Table 1]

[0014]
As shown in Table 1, with a nonmagnetic substrate having a hardness of Hs30 or less formed with a WC cermet sprayed coating of Fe: less than 0.10 mass% and a film thickness: 400-500 μm (test material corresponding to the present invention example), None of the films peeled off or cracked. On the other hand, a substrate having a hardness of Hs30 or less formed with a film of Fe: 0.10 mass% or more or a film thickness: less than 400 μm or more than 500 μm (a test material corresponding to a comparative example; No. 1, 4, 5, 8, In 11, 15, 16), peeling or cracking occurred. In addition, another test material corresponding to a comparative example; No. 17, since the hardness of the substrate is about Hs40 or more which is the above-mentioned standard, peeling or cracking occurs even if the Fe content of the film is higher than the range of the present invention and the film thickness is thinner than the range of the present invention. I did not.
[0015]
Next, the present invention was applied to a deflector roll near the sensor in CGL. This roll of the present invention has a shape as shown in FIG. The iron core 1 of the roll is made of SUS304 and has a cylindrical shape with an outer diameter of 800 mm and a trunk length of 2200 mm, and its surface layer hardness is Hs28-30. A WC cermet powder having the same composition and particle size as No. 6 in Table 1 was sprayed on the surface of this iron core with a spray gun corresponding to JP5000 of HVOF to form a sprayed film having a thickness of 500 μm. Note that after spraying, after the coating surface was polished with diamond grindstone, roughness was measured in the axial direction R _a: 1.5 μm (. Conforms to JIS B0601-1994 cutoff value 0.8 mm, the reference length 4 mm) such that S / B (shot blasting) was applied, and further buffing was performed to finish the roughness peaks smoothly. The film thickness after finishing was 400 μm.
[0016]
Conventionally, a Cr plating roll has been used as the deflector roll. At the time of its use, the roll had to be replaced every 4 to 6 months due to wear or damage to the film due to foreign matter biting. After starting to use the roll of the invention example, no crack or peeling was seen in the film even if foreign matter was caught, the original wear resistance performance of WC cermet was demonstrated, and it is continuously used without replacement for 16 months It is.
[0017]
Thus, according to the present invention, it is possible to form a highly durable WC cermet sprayed coating on the surface of a non-magnetic iron core having a low surface hardness, which does not cause cracks or peeling due to the inclusion of foreign matter. There is an excellent effect that the lifetime of the can be greatly extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a WC cermet sprayed roll of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a foreign matter biting reproduction test procedure.
FIG. 3 is a schematic view illustrating the peeling state of a WC cermet sprayed coating.
[Explanation of symbols]
1 Iron core 2 Coating (WC cermet sprayed coating)
3 Flange 4 Test material 5 Mating material 6 Foreign material 7 Peeling part

Claims

WC cermet sprayed roll having a WC cermet sprayed coating formed by the HVOF method on the surface of a nonmagnetic iron core having a surface hardness of Hs30 or less and having an Fe content of less than 0.10 mass% and a film thickness of 400 to 500 μm. .

In producing the WC cermet sprayed roll according to claim 1, a WC cermet having an Fe content of less than 0.10 mass% and a powder particle size of 5 to 35 μm is formed on the surface of a nonmagnetic iron core having a surface hardness of Hs30 or less by the HVOF method. A method for producing a WC cermet spray roll, characterized by spraying.