JPH0353055A - 表面にセラミックスを溶射した金属ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、表面に溶射層を有する金属ロールに係り、よ
り詳しくは，特に制振鋼板製造時に表皮鋼板と直接接触
するラミネートロールとして用いた場合、昇温された表
皮鋼板との反応に起因する反応層が原因で製品表面に発
生する表面疵（押し疵）の発生を防止できるセラミック
ス溶射金属ロールに関する。

（従来の技術） ２枚の薄鋼板で粘弾性高分子樹脂を挟み込んだ拘束型の
複合材料である制振鋼板を製造するには、一例として第
１図に示すようなラインが用いられるが，このラインに
おいては、粘弾性高分子樹脂として熱可塑性樹脂を使用
する場合には、表皮鋼板を昇温しで該樹脂を溶融軟化さ
せると共に所定の樹脂膜厚さにラミネートするためにラ
ミネートロールと称する金属ロールが使用される。また
、熱硬化性樹脂を使用する場合には、制振樹脂の硬化温
度まで昇温すると共に所定樹脂膜厚さにラミネートする
ために、同様にラミネートロールが使用される。

このラミネートロールである金属ロールの表面には、こ
れまで多くの場合、硬質Ｃｒめっき材が使用されている
。

一方、合金化溶融亜鉛めっきラインの合金化炉出側のト
ップロールには、ＷＣ−Ｃｏを初めとする各種溶射ロー
ルが使用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら，制振鋼板製造ラインのラミネートロール
表面に硬質めっき材を使用すると，以下のような問題が
ある。

まず，このラインで制振鋼板の表皮鋼板として冷延鋼板
を使用した場合には、通板する鋼板の鉄分（Ｆｅ）が金
属ロール表面で反応し，反応生戊物がビルドアップする
。その結果、このピルドアップによるロール表面の凹凸
が原因となり、鋼板表面に押し疵が発生し，製品の表面
品質を損なうという問題点があった。

この鉄分の反応（焼き付き）に起因する問題は、ロール
表面にＷＣ−Ｃｏを溶射処理することにより改善が可能
である（特願昭６３−１６８８７３号参照）。

しかし、制振鋼板の表皮鋼板としてＺｎめっき鋼板を通
板した場合には、ロール表面にめっき層であるＺｎが付
着（ピックアップ）し、鉄分のピルドアップと同様に製
品表面に押し疵が発生するという問題があった。

このような問題は、制振鋼板の製造ラインでのラミネー
トロールのみならず、溶融亜鉛めっきライン、合金化炉
出側のトップロールなどの溶射ロールの場合も同様であ
った。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであって、昇温された通板鋼板と接触しても製
品表面に押し疵の発生を防止し得る金属ロールを提供す
ることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） か＼る目的を達成するため、本発明者等は、先ずロール
表面へのＺｎのピックアップ防止を図るため、ロール表
面溶射剤とＺｎとの反応性，っまり溶射剤とＺｎとの濡
れ性について詳細に調査検討した。その結果、以下のよ
うな機構によりＺｎのピックアップが発生することが明
らかになった。

すなわち、Ｚｎめっき鋼板を通板した際に溶射ロール表
面に発生するピックアップは、加熱昇温されたロール（
ロール温度：２４０〜２６０℃）と鋼板が接触し、昇温
されためつき鋼板の表面のめっき層が、溶射剤中に含ま
れる結合剤である金属元素と反応し，合金化反応を起こ
すために発生することが判明した． 一般に溶射剤は，セラミックスのみでは硬く脆いので，
この欠点を補うために結合剤が添加されている。また、
金属表面に溶射する場合には、金属との熱膨張率の違い
から加熱，冷却を繰返す熱サイクルにより剥離（スポー
リング）を生じ易く、そのためにも結合剤の添加が行わ
れている。このような溶射剤中に添加される結合剤とし
て代表的な元素は、使用されるセラミックスがＷＣの場
合にはＣＯが使用され、Ｃｒ，Ｃ，の場合にはＮｉ或い
はＮｉ−Ｃｒが使用され、ＡＱ２０，の場合にはＣＯが
使用される。

しかし、これらの金属元素（結合剤）は、Ｚｎとの２元
状態図からも明らかなように．Ｚｎ−Ｎｉ系やＺ　ｎ　
−　Ｃ　ｏ系では金属間化合物を生成し、Ｚｎとの反応
性は極めて高い元素である。したがって、結合剤として
ＣＯ、Ｎｉ．Ｃｒ等の金属元素を含む溶射剤を使用した
場合、Ｚｎのピックアップに起因する押し疵の防止を図
ることは、使用される環境の温度にも関係するが、極め
て困難であることが明らかになった。

そこで、このＺｎと溶射剤との反応を防止する方策につ
いて研究を重ねた結果、結合剤を含まないセラミックス
単味の材料を溶射処理し、その際、このセラミックと金
属（金属ロール）との密着性を確保する手段を講じるこ
とにより、Ｚｎとの反応生成物の形成を防止できること
を見い出し、本発明をなしたものである． すなわち、本発明は、表面に溶射層を有する金属ロール
において，該溶射層の最表面には金属元素の結合剤を含
まないセラミックスが溶射されており、その下層には金
属との密着性を確保し得る組或の溶射膜を形成させたこ
とを特徴とする被処理材の金属元素との反応防止性に優
れた金属ロールを要旨とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用） 溶射処理に供する金属ロールとしては、一般的には、ｕ
Ｉｔｆ４１！１ロールが多く使用されるが、これのみに
限定されることはない。

この金属ロールの表面に溶射層を形成するが、溶射層の
最表面は、金属元素の結合剤を含まないセラミックスを
溶射して形成する。セラミックスとしては種々の材質が
可能であり、例えば，ＷＣ、Ｃｒ２Ｃ，、ＡＭ，Ｏ，な
どが挙げられる。セラミックス溶射層の厚さは５０〜１
３０μｍが好ましい．このセラミックス溶射層の下層、
すなわち、セラミックス溶射層と金属ロール表面との間
には，金属とセラミックス溶射剤との密着性を高めるた
めに、金属元素の結合剤を含む溶射層を形或する。

金属元素の結合剤を含む溶射剤としては、従来より用い
られている溶射剤でもよく、例えば、ＷＣ−Ｃｏ．Ｃｒ
．Ｃ，−ＮｉＣｒ．Ａｆｌ２０，−Ｃｏなどが挙げられ
る。この溶射層の厚さは５〜２０μｍが好ましい。

溶射層全体の総膜厚さを５０−１５０μｍの範囲に制御
するのが好ましい。膜厚さが５０μｍ以下では耐熱疲労
性に問題がある。一方、膜厚さが１５０μｍを超えると
スポーリング性に問題があり、また、溶射処理に時間が
かかると共に、必要以上に溶射膜を厚くしても反応の防
止効果には影響がない。

また，溶射層の最表面の表面粗度は、Ｒ　ｍａｘ　（最
大粗さ）で０．５〜３μｍに調整するのが好ましい。

セラミック溶射ままの表面粗度は、約６〜８μｍあり，
このままでは、表面粗さプロフィルの突起部が鋼板表面
をスクラッチし、反応層を形威しないまでも，ロール表
面に凹凸が生じ、ロール温度によってはビックアップや
ピルドアップを助長する。一方、表面粗度の調整は、余
り小さくすると通板する鋼板との接触面積が見掛け上大
きくなり、鋼板と溶射金属ロールとの摩擦係数が高くな
り、Ｆｅとの焼き付きを発生し易くなり、したがって，
鉄との焼き付き防止に効果が小さくなる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を示す。

失蓋班よ 溶射剤とのなじみ性を確保するためにショア硬さＨｓ＝
４０〜５０に調整したクロムーモリブデン鋼４種（Ｓ　
ＣＭ４　４　０）調質鋼からなる板厚１５ｍｍ、幅８０
ｌＩ１．長さ８０＋ｍのサイズの試験片を用いて、その
表面に以下の４種類の溶射処理を施した。表面部の断面
構造を第２図に示す。

■ＷＣ−Ｃｏを約７０μｍ溶射処理 ■Ｃｒ，Ｃ，　一ＮｉＣｒを約７０μ■溶射処理■Ｃｏ
−Ａｍ２０，を約１　０　０　ａｍ溶射処理■Ｃｒ２Ｃ
，−ＮｉＣｒを約１０μｍ溶射処理した後、その上層に
Ｃｒ，Ｃ，単味層を約８０μｍ溶射処理する． これらの溶射処理試験片の表面を，研削加工により表面
粗さＲｍａｘ＝１〜３μｍに調整し、その上に純亜鉛を
約１５μｍめっき処理した。このめっきは溶射層との反
応性を調べるために行ったものである。

次いで、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃で各
２４ｈｒ熱処理した。熱処理後の試験片を埋め込み，研
磨した断面を光学顕微鏡組織ａ察及びＸ線プローブ・マ
イクロアナライザーで分析した６ その結果は、第ｌ表並びに第３図〜第１０図に示すよう
に、以下の如く考察される。

本発明例は，ｌｌ板と接触する表面に、結合剤として金
属元素を含まない炭化物系セラミックス単味（Ｃｒ２Ｃ
，溶射剤）が溶射処理されているので、亜鉛との反応性
が最も低く、亜鉛の融点（４１９．４℃）直下の温度に
加熱した場合（４　０　０℃）でも拡散反応は生じなか
った。第３図に示すように，亜釦めっき層とＣｒ，Ｃ，
溶射層との界面に加熱処理による反応変化（組織変化，
戊分移動）は見当らない。

一方，同一のセラミックスに金属元素の結合剤（Ｎｉ−
Ｃｒ）を含む溶射剤を溶射した比較例Ｎα２では、３０
０℃加熱で既に拡散反応の進行が認められ（第４図）．
３５０℃加熱では溶射層が不明瞭となるほどにＮｉ．Ｃ
ｒが拡散している（第５図）。

また、ＷＣ−Ｃｏ溶射剤を溶射した比較例Ｎαｌでは、
３５０℃加熱で拡散反応の進行が認められ（第６図）、
Ｃｏ　　ＡＱｚ○，溶射剤を溶射した比較例Ｈａ　３で
は、４００℃加熱で拡散反応の進行が認められる（第７
図）。

［以下余白］ 去１０生え 溶射剤とのなじみ性を確保するためにショア硬さＨｓ＝
４０〜５０に調整したクロムーモリブデンＷ４４種（Ｓ
ＣＭ４４０）調質鋼からなる板厚１５ｍａｔ．幅２０ｍ
ｍ、長さ２０ｍｍのサイズのダイス試験片を用いて、そ
の表面に以下の４種類の溶射処理を施した． ■ＷＣ−Ｃｏを約７０μ鵬溶射処理 ■Ｃｒ，Ｃ，−ＮｉＣｒを約７　０　ｔｔｍ溶射処理■
Ｃｏ−Ａｎ，Ｏ，を約Ｌｏｏμｓ溶射処理■Ｃｒ，Ｃ，
−ＮｉＣｒを約１０μ鵡溶射処理した後、その上層にＣ
ｒ，Ｃ３単味層を約８０μｍ溶射処理する． これらの溶射処理ダイス試験片の表面を、研削加工によ
り２通りのレベルの表面粗さＲｍａｘ＝０．１〜０．５
μｍＩ．１〜３μｔｍ．　３〜６μ重にそれぞれ調整し
，試験片ダイスを準備した。

次いで、第８図に示すように，同じ試験片ダイス一対（
Ａ．Ｂ）を対向させ、試験片ダイス間に冷延鋼板（１．
Ｏｍｍｔ　Ｘ　５　０ｍｍｗＸ　３　０　０ｍｅＱ）を
挾み込んで、試験片ダイスに２　ｋｇｆ　／　ｒＩ１ｍ
”の面圧を付加し、この状態で冷延鋼板を引き抜き、引
き抜き荷重（Ｐ）と引き抜き力（Ｆ）を測定して、摩擦
係数（μ）をＦ＝μＰの関係式から算出した。引き抜き
長さは１５０ｍｍ、引き抜き速度は３００ｍ／ｍｉｎと
し、鋼板表面に防錆剤を塗布して潤滑した（ダイヤモン
ド浸漬）． 冷延鋼板を連続して引き抜く条件で、この摩擦係数の大
小及び摩擦係数の変化挙動並びに試験片ダイス表面の焼
き付き発生の有無の目視判定から、鉄との焼き付き性を
評価した。第９図〜第１２図にダイス使用時の摩擦係数
の変化を引き抜き枚数との関係で示す。

その結果、第９図に示す本発明例のように、溶射層（金
属元素を含まない溶射剤：Ｃｒ２Ｃ，単味溶射剤）の表
面粗度を適切に制御すれば、引き抜き枚数が増しても摩
擦係数は殆ど変化せず、鉄との焼き付き性も優れること
が明らかになった。

なお、結合剤を含む溶射剤を用いた溶射層の場合には、
第１０図〜第１２図に示すように、表面粗度を管理すれ
ば鉄との焼き付け性は得られるものの、実施例１で示し
たように溶射層と加熱鋼板との反応が生じる欠点がある
． （発明の効果） 以上詳述したように，本発明によれば、鋼板と直接接触
する金属ロールの最表面に、金属元素の結合剤を含まな
いセラミックス戒分を溶射処理するので、製造のために
通板する鋼板或分（鋼板の場合には鉄分、めっき鋼板の
場合にはめっき層）との反応を防止でき、ロール表面に
ピックアップ或いはビルドアップして製品表面に押し疵
を発生するのを極めて容易に防止することができる．し
たがって、このビックアップ物或いはピルドアップ物を
定期的に除去するための研磨作業が不要となり，生産性
、作業性向上にも有効である。

本発明の金属ロールは，制振鋼板コイル製造ラインのラ
ミネートロールに適用した場合に効果が大きいことは云
うまでもないが、更に、溶融亜鉛めっきライン、合金化
炉出側のトップロールに適用した場合には、鋼板温度が
３５０〜４００℃と高くなるので、その効果が一層大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は制振鋼板コイルラインの構成を示す図、第２図
は実施例１に用いた試験片の表面部の断面構或を模式的
に示す説明図， 第３図〜第７図は実施例ｌで得られた各種溶射層を有す
る金属ロールのＥＰＭＡ分析結果を示す模式図で、第３
図は本発明例、第４図〜第７図は比較例を示しており、 第８図は摩擦係数測定要領を示す図、 第９図〜第１２図は実施例２において各種溶射剤を溶射
したダイス使用時の摩擦係数変化を鋼板引き抜き枚数と
の関係で示す図である。 １・・・ペイオフリール、２・・・シャー、３・・・溶
接機、４・・・フィルムフィーダー、５・・・プレ・ラ
ミネートロール，６・・・クロメートコーター、７・・
・ブラシロール，８・・・ラミネートロール、９・・・
加熱冷却ロール、１０・・・シャー、１１・・・オイラ
ー　１２・・・テンションリール、２０・・・母材（Ｓ
ＣＭ４４０）、２１・・・溶射層、２２・・・亜鉛蒸着
めっき層、Ａ．Ｂ・・・試験片ダイス、 Ｃ・・・引き抜き用冷延鋼板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　表面に溶射層を有する金属ロールにおいて、該
   溶射層の最表面には金属元素の結合剤を含まないセラミ
   ックスが溶射されており、その下層には金属との密着性
   を確保し得る組成の溶射膜を形成させたことを特徴とす
   る被処理材の金属元素との反応防止性に優れた金属ロー
   ル。
2. （２）　前記溶射層全体の膜厚さが５０〜１５０μｍで
   ある請求項１に記載の金属ロール。
3. （３）　前記溶射層の最表面の表面粗度Ｒｍａｘが０．
   １〜３μｍに調整されている請求項１又は２に記載の金
   属ロール。