JP4881049B2 - 電気メッキ用コンダクターロール - Google Patents
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Description
上記従来のコンダクターロールにより鋼板に通電しつつ通板すると、始めは良質な電気メッキ鋼板を製造することができる。しかしながら、数週間のうちにコンダクターロールの表面の電流が不均一となり、線状マークや電蝕マークが発生してしまうという問題点があった。
a)焼嵌め時におけるロール胴部と外部スリーブとの内部接触部のグリップ力の不均一。
b)ロール胴部金属材と外部スリーブ金属材の熱膨張係数の差による焼嵌め部接触部分の相対的移動。
c)供給電力の急降下又は中断時に発生する逆起電力により起こる電気化学的陰極作用による腐食。
d)鋼板とロール表面との、実接触点を減らし、滑りやすくするロール表面の摩耗。
等の諸要因により、ロール胴部と外部スリーブとの接触部分に分離と腐食が発生し、該接触部分に電流が集中することにより大電流が流れて過熱され、その結果として、ロール胴部の熱変形が生じ、鋼板との接触状態が不均一になるためと考えられる。
また、コンダクターロールの下地に熱伝導性の良い銅を用いてロール表面の熱変形を抑制して、前述の鋼板との接触状態を改善しようとする技術も公開されている。(下記特許文献参照)
・ロール胴部表面に要求される硬さ、耐食性などの機械的特性
・コンダクターロール通電部位の構造
について広く研究を行った。
これにより、以下の知見を得た。
1)ロール胴部への高耐食、高硬度な溶射皮膜の適用が有効であること
2)ロール胴部表面近傍に配置した電気抵抗の低い材料の層が電流の偏りを改善できること
3)通電を必要としないロール胴部表面の部位には絶縁を施すと、さらに電流の偏りを改善できること
本発明は上記の知見を基になされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
(2)前記合金皮膜の下に、銅、銀、金、白金のいずれかまたはこれらの合金を厚さ5μm〜500μmの溶射又はメッキした下地層を形成したことを特徴とする(1)に記載の電気メッキ用コンダクターロール。
(3)コンダクターロールのロール胴部の両端部や側面及び軸部に、ガラス質層であるセラミックスが鋼板エッジより両端各10〜50mm内側まで被覆されたことを特徴とする(1)または(2)に記載の電気メッキ用コンダクターロール。
(4)ロール胴部の表面に、厚さ50μm〜10mmの厚さのニッケル基合金皮膜をHVAF溶射により成膜し、溶射すると同時に当該合金皮膜の表層にHv480以上の硬度の窒化層を成膜することを特徴とする電気メッキ用コンダクターロールの製造方法。
(5)前記合金皮膜の下に、銅、銀、金、白金のいずれかまたはこれらの合金を厚さ5μm〜500μmの溶射又はメッキした下地層を形成することを特徴とする(4)に記載の電気メッキ用コンダクターロールの製造方法。
(6)コンダクターロールのロール胴部の両端部や側面及び軸部に、ガラス質層であるセラミックスが鋼板エッジより両端各10〜50mm内側まで被覆することを特徴とする(4)または(5)に記載の電気メッキ用コンダクターロールの製造方法。
また、ストリップと接触しない部位でもメッキ液などが付着する範囲に絶縁を伴うガラス溶射を施した場合では、エッジ摩耗が防止され、ロール表面へのメッキ付着が防止されるので、さらなる電流の偏りを無くす効果が得られる。また、この場合、ロール表面へのメッキ付着が防止され、電流の偏りがなくなるので、無駄な電流がなくなり、消費電力を削減することができる。
また、ロール再生の際に焼き嵌めされるスリーブの表面に前述の諸溶射を施すことで、新規にロールを製作する場合より安価にロールを製造する効果が得られる。
図1及び図2の(a)に示すように、コンダクターロール1のロール胴部3の表面に、通電腐食抵抗性を有するニッケル基合金6を厚さ50μ〜10mm程度に溶射すると同時に当該ニッケル基合金6の表面に窒化層を形成し、表面硬度をHv480程度の高硬度に担持させる。ニッケル基合金6の厚さは薄すぎると通板時の摩耗によって短期間でその機能が消失してしまうため、50μm以上であることが好ましい。逆に、厚すぎると溶射コストが上昇し、経済的な効果が薄れてしまうため10mm以下が好ましい。
図3及び図4の(a)に示すように、コンダクターロール1のロール胴部3の表面に、通電腐食抵抗性を有するニッケル基合金6を厚さ50μ〜10mm程度に溶射すると同時に当該ニッケル基合金6の表面に窒化層を形成し、表面硬度をHv480程度の高硬度に担持させ、更にロール胴部3の両端部や側面及び軸部に、エッジ摩耗防止とロール表面へのメッキ付着防止のための絶縁層としてガラス質層であるセラミックス7を厚さ50μ〜1mm程度に溶融溶射する。尚、当該ロール端部の溶融溶射膜厚の厚さは絶縁機能が保持できれば、前述の範囲内でいかなる厚さにしても良いが、絶縁層としてガラス質層であるセラミックス7の厚さが薄すぎると、わずかなキズなどで絶縁機能を消失するため50μm以上が望ましい。逆に厚い場合、溶融溶射皮膜が剥離しやすくなるため、1mm以下が望ましい。
図4の(b)に示すように、コンダクターロール1のロール胴部3の表面に、電気抵抗の低い銅、銀、金又は白金等の金属を厚さ5μ〜500μ程度に溶射又はメッキして下地層4を形成し、該下地層4の表面に通電腐食抵抗性を有するニッケル基合金6を厚さ50μ〜10mm程度に溶射すると同時に当該ニッケル基合金6の表面に窒化層を形成し、表面硬度をHv480程度の高硬度に担持させ、更にロール胴部3の両端部や側面及び軸部に、エッジ摩耗防止とロール表面へのメッキ付着防止のための絶縁層としてガラス質層であるセラミックス7を厚さ50μ〜1mm程度に溶融溶射する。なお、上記ロール胴部3の両端部や側面及び軸部にセラミックス7を溶融溶射した実施形態の場合、ニッケル基合金6とセラミックス7との接合部表面は研磨処理により段差をなくした平坦面とする。
また、前述のニッケル基合金層の施工方式として、図6に示すように、HIP法などに比べて、表面硬度を高くすることができるHVAFによる溶射被覆であることが望ましい。
(発明例1並びに比較例1及び2)
まず、コンダクターロール1のロール胴部3の表面に、電気抵抗の低い金属である銅を厚さ500μで肉盛溶射を行い下地層4を形成後、その上に通電腐食抵抗性を有するニッケル基合金6である「インコネル625」を厚さ1mmで肉盛溶射を行った。該「インコネル625」は、通電状態において接触する酸性腐食液であるメッキ浴液に対し、優れた通電腐食抵抗性を有するニッケル基合金(成分:21.5Cr、9Mo、2.5Fe、3.6(Nb+Ta)、残Ni)である。また、前記ニッケル基合金6の表面に窒化層を形成し、表面硬度をHv480程度の高硬度に担持させた。
これに対し、比較例1及び2として、ロール胴部にNi合金をHIP成形して製造したコンダクターロールを用いた。比較例1のロールの成分は (21.5Cr、9Mo、2.5Fe、3.6(Nb+Ta)、残Ni)の通称インコネル合金であり、比較例2のロールの成分は(16Cr、16Mo、4W、5.5Fe、残Ni)の通称ハステロイ合金である。これらには下地処理や両端部の絶縁処理はしていない。これらの表面硬度はHv300程度である。また、これらの表面粗度は比較例1についてはRa0.1μmの鏡面加工、比較例2についてはRa0.6μmになるように研磨を施した。
発明例2では、発明例1のコンダクターロールに対し、ロール胴部3の両端部や側面に絶縁材質を設けなかった例である。
同じく、図8に示す、電気メッキ試験を行ったところ、鋼板のエッジ部で50時間に到る前に電蝕マークが発生したが、それ以外の胴部中央近傍には、鋼板の電蝕マークは50時間まで発生しなかった。
(発明例3)
発明例3は、ニッケル基合金6に、ハステロイ合金(16Cr、16Mo、4W、5.5Fe、残Ni)の組成である金属を溶射した場合である。ニッケル合金6以外は発明例1と同じ構成のコンダクターロールである。発明例1、発明例2と同様に、50時間まで、鋼板の電蝕マークは発生しなかった。
図6は本発明の電気メッキ用コンダクターロールの表面強度を説明するための比較グラフである。図6に示すように、一般的なコンダクターロールのロール表面硬度がHv180であり、HIP加工によるロール表面硬度がHv307であるのに対し、本発明の溶射〔HVAF(High Velocity Air Fuel)溶射〕によるロール表面硬度はHv483と非常に高い硬度を有しているのがわかる。
発明例4は、前述の発明例1〜3に対し、下地層の導電材料やロール胴両端部絶縁材料、を用いなかった場合である。表面ニッケル基合金6には、発明例1と同じインコネル組成の材料を用いた。その際、導電下地を用いていないことから、ロール表面粗度は、他の実施例とは異なりRa0.4μmとした。前述の表面硬度の改善により、従来技術であるHIP材料に比べ、表面粗度の低下が少なくなり、図8に示した電気メッキ試験において、鋼板中央部については50時間まで電蝕マークが発生しなかった。このように、ニッケル基合金6に高速ガスフレーム溶射(HVAF溶射)などにより表面に窒化層を形成する溶射方式を用いることだけでも、一定の電蝕マーク抑制効果が得られる。
その結果、当該メッキプロセスにおけるコンダクターロールに関係した修繕コストを大幅に低減できるとともに、メッキ品質に優れたメッキ鋼板などを効率よく生産することを可能にした。
2 ロールエンド
3 ロール胴部
4 下地層
6 ニッケル基合金
7 セラミックス
8 鋼板
9 コンダクターロール
10 シンクロール
11 押し付けロール
12 メッキ浴
13 電源
14 ストリップ(連続鋼帯)
15 浴槽
16 電極
Claims (6)
- ロール胴部の表面に、厚さ50μm〜10mmの厚さのニッケル基合金皮膜を有し、当該合金皮膜の表層に、Hv480以上の硬度の窒化層が形成され、前記ニッケル基合金皮膜はHVAF溶射により成膜され、溶射すると同時に前記窒化層を成形していることを特徴とする電気メッキ用コンダクターロール。
- 前記合金皮膜の下に、銅、銀、金、白金のいずれかまたはこれらの合金を厚さ5μm〜500μmの溶射又はメッキした下地層を形成したことを特徴とする請求項1に記載の電気メッキ用コンダクターロール。
- コンダクターロールのロール胴部の両端部や側面及び軸部に、ガラス質層であるセラミックスが鋼板エッジより両端各10〜50mm内側まで被覆されたことを特徴とする請求項1または2に記載の電気メッキ用コンダクターロール。
- ロール胴部の表面に、厚さ50μm〜10mmの厚さのニッケル基合金皮膜をHVAF溶射により成膜し、溶射すると同時に当該合金皮膜の表層にHv480以上の硬度の窒化層を成膜することを特徴とする電気メッキ用コンダクターロールの製造方法。
- 前記合金皮膜の下に、銅、銀、金、白金のいずれかまたはこれらの合金を厚さ5μm〜500μmの溶射又はメッキした下地層を形成することを特徴とする請求項4に記載の電気メッキ用コンダクターロールの製造方法。
- コンダクターロールのロール胴部の両端部や側面及び軸部に、ガラス質層であるセラミックスが鋼板エッジより両端各10〜50mm内側まで被覆することを特徴とする請求項4または5に記載の電気メッキ用コンダクターロールの製造方法。
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