JP4561359B2 - コンダクタロール - Google Patents

Description

本発明は、例えば電気めっきラインに代表される、冷延鋼板等の金属板、特にブリキ原板等の表面処理設備等に用いるコンダクタロールに関し、耐食性と耐摩耗性に優れたコンダクタロールに関するものである。

冷延鋼板の一種であるブリキ原板の電気錫めっきラインでは、例えば図１、図２に示すように、素材である冷延鋼板（以下、鋼板Ｓ）を搬送することで、アルカリ洗浄工程ａ→ピックリング工程ｂ→めっき工程ｃおよびｄ→洗浄工程ｅ→ケミカル処理工程ｆの一連の工程を経て錫めっきが行われるようになっている。

これら一連の工程のうち、めっき工程ｃおよびｄでは、めっき浴内を搬送される鋼板Ｓに対して通電を行なうコンダクタロール１０が複数個設置されている。このコンダクタロール１０にはその寿命を長くするため、耐食性に優れ、かつ耐摩耗性や耐剥離性に優れる等の性能が要求され、しかも通電を行なうために、その表面はある程度の粗度を持つ必要がある。これらの性能を満足し、そのある程度の粗度を維持するために、コンダクタロール１０には、金属製のロール（以下、金属ロール）の表層に、通常、硬質Ｃｒめっきが、厚みにして０．０５〜０．１ｍｍ程度施されている。

しかしながら、このＣｒめっき層には微小クラックが存在しているため、使用中にこのクラックからめっき液が侵入し、Ｃｒめっき層の下地である金属ロールが腐食されて、めっき層の剥離が発生することがある。また、異物がかみ込んだ場合に、金属ロールの硬度は概して高くないために、容易にその表層が凹み、めっき層が剥離する。

一方、Ｃｒめっき層は硬質なものの、使用するにつれ摩耗して粗度が低下するので、再めっきを施して補修することになる。このとき、再めっきを施すのに先立って、一部下地である金属ロールの胴部も含めて研削することになるのであるが、これが繰り返されるうちに径が小さくなり、やがて金属ロールの部分を全部交換する必要が生ずるため、それだけランニングコストがかかる。

特許文献１には、金属ロールの表層に自溶合金を溶射後、Ｃｒめっきを施したコンダクタロールが、特許文献２には、金属ロールの表層に、耐食性と耐摩耗性の両方を兼ね備えたＷＣサーメットを含有する自溶合金を溶射したコンダクタロールが、それぞれ提案されている。
特開２００４−１７６１５８号公報 特開平５−００９６９９号公報

しかしながら、特許文献１のようなコンダクタロールでは、めっき浴の成分によって、Ｃｒめっき層の微小クラックが選択的に腐食されて溶出する結果、部分的にＣｒめっき層が剥離してしまうという問題があった。また、表層がＣｒめっきのため、異物がかみ込んだ場合にＣｒめっき層にクラックが発生してしまい、そこへめっき液が侵入して、腐食が進行するという問題があった。

また、特許文献２のようなコンダクタロールでは、バインダーであるＣｏの溶出と、電気めっきラインにて使用することのある異物除去用のポリシャーの影響により、ＷＣが剥離しやすく、その結果、摩耗が進行するという問題があった。

腐食や摩耗が進行すると、ロール表面の粗度が変化し、製品である冷延鋼板等の金属板の表面品質が低下する。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、耐食性と耐摩耗性に優れたコンダクタロールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］ロール表面上にＷＣサーメットを含有する自溶合金溶射層を形成し、更にその上にＷＣサーメット層を形成したことを特徴とするコンダクタロール。

［２］前記ＷＣサーメットを含有する自溶合金溶射層の厚みが０．４ｍｍ以上であることを特徴とする前記［１］に記載のコンダクタロール。

［３］前記ＷＣサーメット層は封孔処理を施したものであることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載のコンダクタロール。

本発明によれば、ＷＣサーメットを含有する自溶合金溶射層を下地に形成して、その上にＷＣサーメット層を形成するようにしたので、異物かみ込みや異物除去用のポリシャーの影響による剥離の問題がなくなるとともに、腐食や摩耗が大幅に低減し、長期間安定して使用できるようになる。また、表面が凹まず、粗度が安定しているため、冷延鋼板等、製品金属板の表面品質が向上するという効果もある。

本発明においては、ＷＣサーメットを含有する自溶合金溶射層を下地に形成して、その上にＷＣサーメット層を形成したから、
（１）硬い異物をかみ込んでも表層のＷＣサーメット層、下地層であるＷＣサーメットを含有する自溶合金溶射層とも極めて硬質なため凹み難く、クラックも発生しにくい。
（２）下地層にＷＣサーメットを含有する自溶合金溶射層が存在しているため、表層との密着力が向上し、表層であるＷＣサーメット層が剥離しにくくなる。
（３）あるいは、更に好ましい形態として表層に封孔を施したＷＣサーメット層を形成するようにしたから、Ｃｒめっきの場合のようなクラックからの腐食や、例えばＣｏのようなバインダーの溶出、あるいはポリシャー使用に伴う粗度変化が抑制できる。

以上より、長期間安定して使用できるようになる。

ここで、前述の話を多少繰り返すが、下地層の自溶合金としてＷＣを含有したものを用いるのは、（イ）表層だけでなく下地層も皮膜を硬質化することで、ロールが異物をかみ込んでも、表層の皮膜にクラックが発生するのを抑制できるとともに、（ロ）下地層である自溶合金溶射層中のＷＣの分散により表層であるＷＣサーメット層との境界が、図３に示すように木の根のように入りくんだ状態となることで、密着力が向上し、剥離を抑制できるためである。

ここで、自溶合金とは、Ｎｉベースで、Ｃｒ、Ｂ、Ｓｉを含有する合金であり、Ｂ、Ｓｉを添加することで融点が１０００℃近くに低下するので、これを溶融させることで不純物、酸化物を表面に浮上させ、緻密な皮膜を形成できるものであるが、その作用を確実にするため、下地層の自溶合金は、Ｎｉ基のものを５０〜７５mass％下地層成分全体に対して含有するものとするのが好ましい。

また、下地層であるＷＣサーメット層を含有する自溶合金溶射層の厚みは０．４ｍｍ以上とするのが好ましく、０．４ｍｍ以上とすることで、錫、スラッジ等の異物かみ込み時の凹み、クラックを確実に防止できるようになる。なお、上限は特に規定するものではないが、１．０ｍｍ以上とすると皮膜の品質が悪化（気孔発生）する場合があるため、０．４〜１．０ｍｍとするのが好ましい。ちなみに，図３中に示すように、境界に凹凸があるが、ｈは、最頂部から最底部までの間隔を表すものとし、そのｈを０．４〜１．０ｍｍとするのが好ましいという意味とする。

更に、表層は、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ₃Ｃ₂、Ｔａから選ばれる一種又は二種以上を表層成分全体に対して５０〜８０mass％含有する、ＷＣサーメット溶射層とするのが好ましく、Ｃｏは含有しないものとするが、それは、
（ａ）ＷＣサーメットにはＣｒめっきのようなクラックが存在しないこと
（ｂ）Ｃｏは一般的にめっき液に溶出しやすく、次に説明するラボ試験でもその兆候が現れること
（ｃ）純粋なＷＣサーメットのため、ＷＣを含有する自溶合金よりも耐食性と耐摩耗性に優れ、長期間粗度を維持でき、安定して使用できること
がその理由である。

５０mass％未満では、硬度が低く、耐摩耗性が不十分な場合があり、８０mass％超では、靭性が低下し、剥離する場合がある。

ＷＣサーメット層の厚みは、５０μｍ未満では長期使用するには摩耗代が不足し、使用途中で下地層が露出する場合があり、一方、１５０μｍより厚くなると、その後のバフ仕上げで粗さが規定値を下回る、すなわち、下地層での粗さが最終仕上げ後に反映されなくなる場合があるので、５０μｍ〜１５０μｍの厚みとするのが好ましい。

なお、上記成分のＷＣサーメットを溶射する方法としては、高密度ガスエネルギー溶射法、例えばＨＶＯＦ (High Velocity Oxygen Fuel)、ＨＰＳＳ (High Power Plasma Spray System)を用いるのが好ましい。

また、溶射後、封孔処理を行えば、溶射皮膜内に存在する気孔を極力なくすことができる。封孔処理は、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂等の封孔剤を塗装して気孔に充填すればよい。

以下に、以上のような結論に至った腐食、密着、押込みによる凹みに関してのラボ試験結果について述べる。

（Ａ）腐食試験について
表１に示す表層材質の金属板について、錫めっき液（成分 硫酸系、ｐＨ３）を用いた浸漬試験を実施した。なお、硫酸系とは、純粋な硫酸の他に、Ｓｎ、Ｆｅ等のイオンや、メタンスルホン酸（ＭＳＡ）、あるいはその他の酸化防止剤等が含まれる場合がある、という意味とする。

なお、表１において、Ｎｏ.２のＷＣ自溶合金の成分値は、３５ＷＣ−４５Ｎｉ−１１Ｃｒ−２Ｂ−３Ｓｉ−０．５Ｃ−Ｆｅ（残部）である。

また、Ｎｏ.３の自溶合金の成分値は、４０ＷＣ−３Ｓｉ−４Ｂ−２Ｍｏ−０．７Ｃ−Ｆｅ（残部）である。

また、Ｎｏ.５のＷＣ−Ｃｏ−Ｃｒの成分は、８６ＷＣ−１０Ｃｏ−４Ｃｒである。

また、Ｎｏ.６のＷＣ−ＮｉＣｒの成分値は、７３ＷＣ−２０Ｃｒ₃Ｃ₂−７Ｎｉである。

試験条件を表２に、試験結果を表３に示す。なお、ピースは縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚み１０ｍｍのＳＳ４００基材に各々皮膜を形成し、表面は研磨仕上げで粗度Ｒａが１．０未満（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１、ＪＩＳ Ｂ０６５１−２００１、ｌｒ（λｃ）＝０．８ｍｍ、ｌｗ（λｆ）＝８ｍｍ、ｌｐ（ｌｎ）＝４０ｍｍで測定）とした。

これより、Ｎｏ．６金属板（本発明例）で最も耐食性のよい結果が得られていることがわかる。

（Ｂ）密着力試験について
表４に示す材質について、ＪＩＳ Ｈ８６６７に準じた試験を行なった。試験結果も表４に示す。ちなみに表４中の破断した箇所あるいは剥離した箇所について図４に示す。図４中、ＳＳ４００（基材）の側がロールの方であり、そうでない側のＳＳ４００をエポキシ樹脂接着剤で貼り付けて試験に供した。

なお、表４において、Ｎｏ.１試験材の自溶合金の成分値は、６４Ｎｉ−１６Ｃｒ−４Ｂ−４Ｓｉ−３Ｍｏ−３Ｃｕ−Ｆｅ（残部）である。

また、Ｎｏ.２試験材の自溶合金及びＷＣサーメットの成分値については、自溶合金は６４Ｎｉ−１６Ｃｒ−４Ｂ−４Ｓｉ−３Ｍｏ−３Ｃｕ−Ｆｅ（残部）であり、ＷＣサーメットは７３ＷＣ−２０Ｃｒ₃Ｃ₂−７Ｎｉである。

また、Ｎｏ.３試験材の自溶合金及びＷＣサーメットの成分値については、自溶合金は３５ＷＣ−４５Ｎｉ−１１Ｃｒ−３Ｂ−３Ｓｉ−０．６Ｃ−Ｆｅ（残部）であり、ＷＣサーメットは７３ＷＣ−２０Ｃｒ₃Ｃ₂−７Ｎｉである。

その結果、Ｎｏ.３試験材（ＷＣ含有自溶合金にＷＣサーメットを溶射したもの）の方が、密着力が向上する結果が得られた。

（Ｃ）押込みによる凹み試験について
表５に示す材質について、錫玉やスラッジを用いた凹み試験を実施した。

なお、表５において、Ｎｏ.１〜３試験材の自溶合金及びＷＣサーメットの成分値については、自溶合金は６４Ｎｉ−１６Ｃｒ−４Ｂ−４Ｓｉ−３Ｍｏ−３Ｃｕ−Ｆｅ（残部）であり、ＷＣサーメットは７３ＷＣ−２０Ｃｒ₃Ｃ₂−７Ｎｉである。

また、Ｎｏ.４〜７試験材の自溶合金及びＷＣサーメットの成分値については、自溶合金は３５ＷＣ−４５Ｎｉ−１１Ｃｒ−３Ｂ−３Ｓｉ−０．６Ｃ−Ｆｅ（残部）であり、ＷＣサーメットは７３ＷＣ−２０Ｃｒ₃Ｃ₂−７Ｎｉである。

凹み試験の試験装置概略を図５に示す。縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚み１０ｍｍのＳＳ４００基材２１に皮膜２２を形成し、その皮膜２２が下面になるようにＳＳ４００基材２１を固定して、錫玉２３（あるいはスラッジ）を載せた金属板２４をオートグラフにより下方から皮膜２２に押し付けるという構造の治具を製作し試験を行なった。その結果を表６に示す。

これによりNo.５〜７試験材（本発明例）であれば凹みもせずクラックも発生しない結果が得られた。

図６に本発明のコンダクタロールの一例を示す。このコンダクタロール１１を電気錫めっきラインのめっきセルのプレータコンダクタロール（φ２５４×１３７０Ｌ）用に製作し、使用した。スリーブ１２上に形成する下地層ＷＣ含有Ｎｉ基自溶合金層１３は厚み０．４５ｍｍ、最表層のＷＣ−ＮｉＣｒサーメット層１４は厚み０．２ｍｍで、ともに溶射により形成し、最表層のＷＣサーメット層にはエポキシシール（封孔）を実施後、ショットブラストにてＲａ２．０±０．５に仕上げた。めっき液はＨ₂ＳＯ₄系、温度は５０〜６０℃、ライン速度は３００〜４５０ｍｐｍである。

従来例の先行文献１相当のＷＣ自溶合金溶射ロールであれば約１２ヶ月ほどで腐食、摩耗により取り替えを余儀なくされていたが、本発明のロールでは、約２４ヶ月経過後も問題なく使用できた。

なお、本発明は、上記の実施の形態で登場した封孔剤、表面粗度、各溶射層の厚みなどについては、これらに限らなくてもよい。例えば、粗度は研磨仕上げでＲａ１．０μｍ以下でもよい。また、封孔剤はシリコン系などでもよい。

電気錫めっきラインの説明図である。 電気錫めっきラインの説明図である。 密着力向上のメカニズムの説明図である。 密着力試験について、破断した箇所あるいは剥離した箇所の説明図である。 凹み試験の試験装置の概略図である。 本発明のコンダクタロールの一例の説明図である。

符号の説明

１０ コンダクタロール
１１ コンダクタロール
１２ スリーブ
１３ ＷＣ含有Ｎｉ基自溶合金層
１４ ＷＣ−ＮｉＣｒサーメット層
２１ ＳＳ４００基材
２２ 皮膜
２３ 錫玉
２４ 金属板
ａ アルカリ洗浄工程
ｂ ピックリング工程
ｃ、ｄ めっき工程
ｅ 洗浄工程
ｆ ケミカル処理工程
ｈ 下地層厚み

Claims (3)

1. ロール表面上にＷＣサーメットを含有する自溶合金溶射層を形成し、更にその上にＷＣサーメット層を形成したことを特徴とするコンダクタロール。
2. 前記ＷＣサーメットを含有する自溶合金溶射層の厚みが０．４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のコンダクタロール。
3. 前記ＷＣサーメット層は封孔処理を施したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンダクタロール。

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