JPH0394984A - 耐溶融金属性にすぐれた複合肉盛溶着層被覆部材 - 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、例えば鉄鋼材料の溶融めっき装置に適した特
性、すなわち、溶融金属に対する耐浸食性や剥離性に代
表される耐溶融金属性に優れた複合肉盛溶着層被覆部材
に関するものである。

溶融めっき処理としては、溶融亜鉛めっき、溶融アルミ
めっき、溶融亜鉛−アルご合金めっき及び溶融錫めっき
など非鉄金属の溶融めっき製造プロセスが有利に適合す
る。

一般に、自動車用鋼板や土木，建築資材または家電用の
耐熱，耐食材などとして用いられている溶融亜鉛めっき
あるいは溶融アルξニウムめっき鋼板は、その大部分が
、主として連続溶融めっき処理によって製造されている
。

かかる連続溶融めっき処理に用いる装置は、溶融金属中
に浸漬される浸漬ロール、溶融金属表面近傍に配設され
るめっきロールやスナップロール及びこれらのロールを
通過した後のめっき鋼板をガイドするガイドロール（ト
ソプロール）などをそなえている。さらに、溶融金属中
から引き上げられた鋼板に付着している溶融金属の量を
制御するものとして、めっき浴上を通る鋼板に沿って高
圧の窒素ガスを吹き付ける噴射ノズルが取付けられたも
のがある。

これらのロールおよび噴射ノズルは、溶融金属中に浸漬
されているか、溶融金属が飛散して付着するか、あるい
は溶融金属を被覆した高温の鋼板と接触するため、次に
示すような性能、すなわち、？融金属による侵食が起こ
りにくいこと、通板する鋼板と接触しても摩耗しにくい
こと、付着した溶融金属の剥離ならびに保守点検が容易
なこと、ロールとしての寿命が長いこと、および低コス
トであること、などが要求される． 〔従来の技術〕 これらの要求に応えられるものとして現在までに提案さ
れている従来技術としては、 ■ロール表面にＪＩＳ　｝１８３０３　（１９７６）制
定の自溶合金を溶射したもの、 ■特開昭６１　−　１１７２６０号公報に開示のような
ＺｒＯ■とＡＩ２０３からなるセラミックス被覆層を溶
射して形成したもの、 ■特公昭５８　−　３７３８６号公報に開示のようなｗ
Ｃ，（ｒＣ，　Ｔｉｃの１種または２種以上に対し、Ｎ
ｉやＳｉの如き熱間耐食性金属またはそれらの酸化物を
共存させてなる、０．１〜２．４　ｍ厚さの表面被覆層
を主として溶射によって形成したロール、 などが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記■，■の従来技術では、それ以前の無処理ロールに
比べると寿命が長くはなっているものの、２週間程度の
使用によって自溶合金溶射皮膜やセラミックス溶射皮膜
が局部的に剥離し、これがめつき鋼板表面に変色模様と
して転写される結果、商品価値を甚だしく低下させると
いう問題点があった。

また、上記■の従来技術の場合もまた主として熔射被覆
に関し、ＷＣ，　ＣｒＣ，　ＴｉＣなどの炭化物を使う
点において、耐侵食性の要求に対しすぐれた性能を示す
。しかしながら、この炭化物だけでは被覆層を形戊でき
ないために、これと共存させる金属の使用が不可欠とな
るところ、その種類によっては、それがたとえ熱間耐食
性金属であっても、甚だしく性能が低下し、実用に供し
得ないという問題があった。

しかも、この従来技術■の場合、炭化物にＣｏを混合さ
せたサーメット材料を使うものがあるが、この溶射皮膜
は溶融金属に対して比較的良く耐えるが、通常の溶射で
あるために多孔質であり、その上、溶射して基材表面に
付着させているだけであるから密着性に乏しい傾向にあ
る。そのため、０．１　ｍ厚以下の薄膜では溶融亜鉛に
対する十分な耐侵食性が得られず、一方、その厚さが２
．４ｎ以上の厚膜になると、母材から剥離することがあ
るため、皮膜の厚みを０．１〜２．４關に制限しなけれ
ばならず、このことから、この技術は実用に供するまで
には至っていないのが実情である。

そこで本発明は、耐溶融金属性（例えば溶融亜鉛めっき
浴中で使用されるロールの軸受部に要求される特性、す
なわち溶融金属の環境下において、耐侵食性および付着
した溶融金属の１１６性）にすぐれ、また大きな機械的
応力負荷や摩耗によく耐えるとともに、長寿命であるな
どの特性を具える複合肉盛溶着層被覆部材を提供するこ
とが目的である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、上記目的を達成するためには、基材表面
にＣｏ基合金の溶融マトリックス中に炭化物が均等に分
散した状態の溶着層を、通常の溶射手段によることなく
、いわゆる粉体肉盛溶接を行うことにより、前記Ｃｏ基
合金および基材表面の一部を一旦溶融状態として厚膜状
態で形成させることが有効であることを知見した。すな
わち、Ｃｏ基合金と炭化物とを粉体で混合させた後、Ｃ
ｏ基合金を溶融，溶接して肉盛することによって、炭化
物を溶融合金中に分散させればよいことを見い出したの
である。

すなわち本発明は、 基材の表面層を、Ｃｏ基合金と炭化物との混合粉末を用
いる肉盛溶接によって形成されるところの溶融Ｃｏ基合
金マトリックス中に炭化物が分散した状態の複合肉盛溶
着層にて、形成したことを特徴とする耐溶融金属性にす
ぐれた複合肉盛溶着層被覆部材、である。

上記混合粉末のうちのＣｏ基合金は、Ｃｏの他に、Ｎｉ
，　Ｃｒ，　Ｍｏ，　Ｗ．　Ｆｅ，　Ｓｉ，　Ｍｎおよ
びＣを含有する合金などが好適であり、また上記炭化物
としては、ＮｂＣ，　Ｃｒ．ＣｔまたはＴｉＣを含むも
のが好適であり、そして、かかる混合粉末は、上記Ｃｏ
基合金中に２０〜８０　ｖｏｌ％の上記炭化物を含有さ
せたものが好適である。

〔作　用〕

本発明の被覆部材は、基材、例えば鋼材表面層を、耐溶
融金属性に優れた性能を発揮する複合肉盛溶着層で被覆
形成して得られる。この複合肉盛溶着層は、一旦溶融状
態とするＣｏ基合金をマトリックスとし、このマトリッ
クス中に硬質で耐摩耗性に卓越した特性を有する炭化物
を、あたかも均等に析出した如くに分散させてなる溶着
層を、粉体を使う肉盛溶接によって形成することで得ら
れる。すなわち、この溶着層は、前記混合粉末をプラズ
マ粉体肉盛溶接法（以下、ｒＰＴＡ法」と言う）やサブ
マージアーク溶接法などの肉盛溶接法にて形成するので
ある。

次に、上記ＰＴＡ法にて溶着層を形戒する方法について
、詳しく説明する。すなわち、第ｌ図に示すように、同
心円の軸心部を貫通するように設けられた陰極棒ｌに対
して、被着側の鋼材２および最外側に設ける外筒３をそ
れぞれ陽極とし、これらの電極間に直流の電圧（３０〜
５０Ｖ）を負荷するとともに、陰極棒１と上記外筒３と
の間に同心円状に介挿させた内筒４の内側、すなわち陰
極棒１と内筒４との隙間５からプラズマソースガス、例
えばアルゴンを流すと、該陰極棒ｌの先端と上記鋼材２
との間に、プラズマアーク６が発生する。

上記内筒４と上記外筒３との間には、溶接肉盛用材料を
供給するための環状供給通路７を設け、この通路７から
混合粉末（すなわちＣｏ基合金と炭化物の混合物）８を
、プラズマアーク６中へ繰出すことによって、まずＣｏ
基合金を溶融させ、この合金中に未溶融の炭化物粉末を
均等に分散させながら、かつ前記プラズマアークにより
鋼材２の表面を一部溶融しなから肉盛溶接し、冷却させ
て溶着層９を形成する。

なお、このようにして得られた溶着層９は、従来の溶射
層と比べると次のような点で格段に優れた特性を発揮す
る。

■　母材との密着性が強固である。すなわち、肉盛用の
Ｃｏ基合金と母材は、ともに溶融状態となって接合する
ため両者は冶金的結合となる。

■　気孔がなく高密度である。すなわち、溶融状態とな
って冶金的結合が行われるため、金属成分が相互に固溶
状態となり、貫通気孔は完全に消滅する。

■　層が肉厚である。すなわち、肉盛操作は何回も繰返
し行うことができ、また、それぞれの肉盛層が冶金的結
合状態となるので、層間！！１離を起こさない。

■　その他として、本発明の粉体を用いる方法では、Ｃ
ｏ金属合金と炭化物を任意の割合に分散させることがで
きる。

なお、内筒４と外筒３との間に形成される環状供給通路
７の出口、すなわちシールドガス供給口１０には、不活
性ガス、例えばアルゴンまたは窒素ガスを流し、溶着金
属の酸化を防止するようになっている。

本発明において、溶着層を構成する金属としてＣｏ基合
金、炭化物としてＮｂＣ，　Ｃｒ．Ｃ．またはＴｉＣを
混合状態で使用したが、その選択理由は次のとおりであ
る。

すなわち、Ｃｏ基合金は、市販合金中では溶融金属に比
較的よく耐えることが知られているが、耐摩耗性に乏し
い欠点がある。一方、炭化物は硬質で耐摩耗性に優れて
いるが、単独では皮膜を形戒することができない。そこ
で本発明においては、ＰＴＡ法によって、一旦溶融状態
を導いたのち炭化物を巻き込みながら冷却させてマトリ
ックスを形成した場合、このＣｏ基合金マトリックス中
へ炭化物粉末を均一分散させることができる。このよう
にすれば、両者の特性を全く損なうことなく、それらの
各々の性能を互いに他の特性を阻害することなく発揮さ
せることができる。

第ｌ表に示すＣｏ基，Ｎｉ基およびＦｅ基合金をマトリ
ックスとし、これにＮｂＣ，　Ｃｒ＋ＣｚおよびＴｉＣ
をそれぞれ４０　ｖｏｌ％（以下単に％で示す）分散さ
せた溶接肉盛による溶着層を、ＳＵＳ　３０４板上に形
成させた後、これを４８０℃の溶接亜鉛浴中に１０日間
浸漬し、その後ＳＯＳ　３０４板を引き上げ溶着層の外
観状況を観察した。

第２表に観察結果を示すように、炭化物粉末はすべての
合金中へよく分散した。とくに炭化物をＣｏ基合金中に
分散させたものは、炭化物（　ＮｂＣ，Ｃｒ３Ｃ２，　
Ｔｉｃ）の種類に関係なく、すべて良好な耐溶融金属性
を発揮した。しかも殆んど亜鉛による侵食は認められず
、また亜鉛浴中から引き上げた際に付着していた亜鉛も
簡単に剥離することができた。

これに対し、Ｎｉ基およびＦｅ基合金中へ炭化物を分散
させた被覆層は、ともに完全に溶融亜鉛によって侵食さ
れ、被覆層はその３０％以上が消耗していた。

第２表 また、本発明に使用するＣｏ基合金と炭化物の粉末粒度
について、前記第２表の評価方法によって調査した結果
、次のようなことが明らかとなった。

（１）　　ＮｂＣ，　Ｃｒ３Ｃｔ，　ＴｔＣの粒度は、
６０〜３５０メッシュが適当である。すなわち、６０メ
ッシュ未満では粉末の流動性が悪くなり、ＰＴＡ法施工
時に均等な送給ができ難くなり、また３５０メッシュを
超えると取扱い時に飛散したり、ノズル穴を閉塞するな
どの不具合が生じやすい。

（２）　　Ｃｏ基合金の粉末粒度も炭化物と同様な挙動
が認められるが、両者の均等な混合をはかるには、両者
の粒度をなるべく同様にすることが好ましい。

（３１　　Ｃｏ基合金と炭化物の混合割合は、粉末状態
で２０〜８０％が適当である。この範囲内であれば、目
的とする効果が得られ、２０％未満では炭化物の添加効
果が少な＜、８０．％を超えると溶接肉盛時に気孔が発
生し緻密な被覆層が得られない不利があり、また溶接性
そのものが低下してくる。

第２図は、Ｃｏ合金中にＮｂＣ，　Ｃｒ．Ｃ２およびＴ
ｉｃの添加量を変化させて形成した肉盛層を、４８０℃
の溶融亜鉛中に１０日間浸漬した後の亜鉛の侵食深さを
調査した結果を示したものである。この結果から明゛ら
かなように、炭化物の含有量が２０〜８０％範囲の肉盛
層は溶融亜鉛に対する耐侵食性に優れていることがわか
る。

〔実施例〕

実施例ｌ 第３図に示す連続溶融亜鉛めっき装置に、本発明に従っ
てえられた複合肉盛溶着層被覆部材を適用した．同図に
おいて、亜鉛めっきを施す綱板３１は、デフレクターロ
ール３２を経て鋼製のめっき槽３３の溶融亜鉛３４中に
導入後浸漬され、めっき槽３３のほぼ中央部に設けられ
ているシンクロール３５によって、浴中で方向を転じた
後、スナップロール３６と接触しながら亜鉛浴中から引
き上げられる．この亜鉛浴上には、加圧（０．５〜１０
ｋｇｆ／ｃｍ”）された窒素ガスを吹付けるための噴射
ノズル３７が設けてあり、めっき鋼板の表裏面に窒素ガ
スを吹付けて、余分な溶融亜鉛を取り除いて所定の付着
量に制御する。その後、めっき鋼板はサポートロール３
８を経て次工程へ送られる。なお、３９はシンクロール
の軸受部である。

本実施例では、ＰＴＡ法によって本発明の炭化物分散肉
盛層からなる被覆層を形成させた処理材を、次に示すロ
ール類およびシンクロール軸受部に適用した。

（１１　　シンクロール　　　（材質：　ＪＩＳ　ＳＴ
ＫＭ１３Ａ）（２）　　シンクロール軸受部（材質二　
同　上　）（３）スナップロール　　（材質；　同　上
　）（４）　　サポートロール　　（材質二　同　上　
）（５）噴射ノズル　　　　（材質：　ＳＯＳ　３０４
　）適用した被覆部材は、第１表に示したｌｌｍｌ〜弘
４合金中にＮｂＣ，　Ｃｒ３Ｃ．，　ＴｉＣをそれぞれ
４０％混合した混合粉末を用いたＰＴＡ法にて４璽■厚
に肉盛した溶着層をそなえるものとした。

また、比較として、第ｌ表に示したＭ１〜胤４の材料（
炭化物を含まないもの）をＰＴＡ法によって４１ｍ厚に
肉盛したものも同様に適用した。

なお、溶融亜鉛めっき浴の温度は４７０〜４８０℃とし
、この浴にて厚さ０．３５Ｘ幅９００ｍｍの＠｛反に冫
容融亜鉛めっきを施した。

第３表に、上記の連続めっき処理を２０日間実施した後
の点検結果を示す。

同表から明らかなように、炭化物を含まない被覆部材は
、シンクロールや同軸受部では７日間で使用不可能とな
り、またスナップロール，サポートロールおよび噴射ノ
ズルにおいても付着した亜鉛による溶着現象が顕著であ
り、溶着層中に亜鉛が侵入し、スナップロールにおいて
は膜厚の２０〜６０％が消耗し、さらに、一旦付着した
亜鉛は除去困難であった。

これに対し、炭化物を分散させた本発明に従う被覆部材
は、すべての適用対象においてすぐれた性能を発揮し、
付着した亜鉛も簡単に剥離できた．また、亜鉛による侵
食深さは、炭化物を含まない比較材に比べいずれも小さ
く、炭化物による溶融亜鉛に対する耐侵食性と耐摩耗性
の向上は明らかである。

実施例２ 第３図に示した連続溶融めっき装置を使用してアルもニ
ウムめっきを行う際に、被覆部材を適用した場合の効果
を調査した。

供試しためっき用鋼板、ロール類およびシンクロール軸
受部材などはすべて実施例ｌと同様であり、用いた混合
粉末における炭化物の混合割合は６０％とした。溶融ア
ルミニウム浴の温度は７２０℃で、７日間の運転後、そ
れぞれの溶着層の外観状況および付着アルごニウムの剥
離性の難易を調査した。この結果を第４表に示す。

同表に示すように、本発明に従う被覆部材は、アルミニ
ウム浴中においても優れた耐侵食性と耐摩耗性を発揮し
た。これに対し、炭化物を含まない合金の肉盛層を被覆
した比較材は、アルミニウムの侵食が大きく、また表面
にアルξニウムが強固に付着しているなど、本発明の処
理材に比べ、特性の劣るものであった。

上記実施例から判るように、本発明のＣｏ基合金に炭化
物を分散させた複合肉盛熔着層を有する被覆部材は、溶
融亜鉛および溶融アルミニウムと接触する部分に適用す
れば、優れた性能を発揮することが判明した。なお、実
際の溶融めっきラインでは、亜鉛中に微量のアルミが添
加されていたり、また亜鉛−アルミ合金が用いられてい
るが、このような場合でも実施例１および実施例２の結
果から明らかなように、本発明の複合肉盛溶着層を有す
る被覆部材は、このような合金浴中においても通用可能
であり、高純度の亜鉛、またはアルξ用のみに限定され
るものではない。

また本実施例では、炭化物を分敗させるための溶融肉盛
法として作業性のよいＰＴＡ法を採用したが・、サブマ
ージアーク溶接法によっても炭化物分散の複合肉盛溶着
層を得ることができ、その溶着層も本発明と同様な性能
を発揮することが容易に窺えるので、溶接肉盛法はＰＴ
Ａ法のみに限定されるものではない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、Ｃｏ基合金と炭化物との混合粉末
を肉盛溶接した複合肉盛溶着層は、炭化物が溶融合金マ
トリックス中に分散すると共に、一部が溶融する母材表
面と強固に溶着するので、溶融亜鉛や溶融アルミニウム
と接触してもすぐれた耐侵食性および耐摩耗性を、長時
間に亘って発揮し得る。

したがって、安定した溶融めっき作業が可能となり、高
い生産性と品質のよいめっき鋼板を低コストで製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＰＴＡ法による溶融肉盛装置の先端部の構造
を示す模式図、 第２図は、炭化物含有量と侵食深さとの関係を示すグラ
フ、 第３図は、溶融めっき装置を示す模式図である。 １・・・陰極棒、２・・・鋼材、３・・・外筒、４・・
・内筒、５・・・隙間、６・・・プラズマアーク、７・
・・環状供給通路、８・・・混合粉末、９・・・溶着層
、１０・・・シールドガス供給口、３１・・・Ｍ板、３
２・・・デフレクターロール、３３・・・めっき浴槽、
３４・・・溶融亜鉛、３５・・・シンクロール、３６・
・・スナップロール、３７・・・噴射ノズル、３８・・
・サポートロール、３９・・・シンクロールの軸受部。 １陰極棒

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　基材の表面層を、Ｃｏ基合金と炭化物との混合粉
   末を用いる肉盛溶接によって形成されるところの、溶融
   Ｃｏ基合金マトリックス中に炭化物が分散した状態の複
   合肉盛溶着層にて、形成したことを特徴とする耐溶融金
   属性にすぐれた複合肉盛溶着層被覆部材。