JPH0564706B2

JPH0564706B2 -

Info

Publication number: JPH0564706B2
Application number: JP1132586A
Authority: JP
Inventors: Junji Oohori; Tetsuya Nishiura; Saburo Wakamatsu; Nobuhiko Kawamura
Original assignee: Showa Denko KK; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Resonac Holdings Corp
Priority date: 1989-05-29
Filing date: 1989-05-29
Publication date: 1993-09-16
Also published as: JPH032362A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は溶射ロールに係り、特に耐摩耗性、耐
焼き付き性、耐剥離性を必要とする鋼片、鋼板、
鋼帯処理用等の鉄鋼製造プロセス用ロールおよび
その製造方法に関するものである。［従来の技術及び解決しようとする課題］従来耐摩耗性、耐剥離性、耐焼き付き性などの
特性を必要とする鋼材処理用溶射ロールには、 (イ) 特開昭61−150761に開示されたCr、Si、Ｂ、
Ｃ及びFeを含むNi基もしくはCo基の自溶性合
金を溶射した溶射ロール、 (ロ) 特開昭63−86856に開示された炭化クロム
（以下Cr₃C₂と記す）ないし炭化タングステン
（以下WCと記す）等の硬質粒子とCo、Cr・
Si・Ｂ・Ｃ及びFeを含むNi基もしくはCo基の
自溶性合金等の金属を混合した材料の溶射をし
た溶射ロール等がある。しかし上記溶射ロールはそれぞれの目的に対し
ある程度の機能を発揮することは認められている
が、以下に示すような不都合もしくは問題点を有
している。すなわち上記溶射ロールのうち(イ)の自溶性合金
溶射ロールは耐剥離性、耐焼き付き性は優れてい
るものの耐摩耗性の面で不充分である。また(ロ)の
混合材溶射ロールは、溶射中及び溶射機へ粉末を
送給する過程でCr₃C₂又はWCの硬質粒子と自溶
性合金等の金属が粒度差や比重差により分離現象
が生ずることから、溶射皮膜中で成分偏析を起こ
し易く、しかもCr₃C₂やWCの付着歩留りが低く、
多孔質の皮膜となり、耐摩耗性等の特性で十分な
効果が得られないばかりでなく、溶射皮膜に亀裂
が入り易く寿命が短かい等の欠点がある。本発明は上記従来技術の欠点を解消し、生成皮
膜が均一性及び緻密性に富み、強靭で且つ優れた
耐摩耗性、耐剥離性、耐焼き付き性を合せ持つ溶
射ロールとその製造方法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］前記目的を達成する為、本発明者らは所望の特
性を具備した溶射ロールを得るべく粉末組成、性
状、溶射法等について多面的に研究を重ねた結
果、金属相中に硬質粒子が均一に分散しているだ
けではなく、硬質粒子と金属相の一部とが部分的
に溶融反応して結合した新規な複合構造を有する
複合粉末を得、これを金属ロール表面に溶射して
耐摩耗性、耐剥離性、耐焼き付き性に優れた溶射
ロールとすることに成功したものである。すなわち、本発明は要するに粒径１〜100μｍ
の硬質粒子10〜50面積％とマトリツクス合金相で
ある金属相90〜50面積％からなり、望ましくは予
め硬質粒子と金属相の一部が部分的に溶融反応さ
せて結合させ、且つ硬質粒子が金属相中に均一に
分散している複合材料粉末を胴部表面に溶射して
得られる強靭な溶射皮膜を具備していることを特
徴とする溶射ロールおよびその製造方法を要旨と
するものである。本発明で用いる溶射用複合粉末は金属マトリツ
クスに硬質粒子が一部溶融反応した状態で分散結
合した複合合金粒子からなるものである。この複
合粉末の各粒子の組織は、第１図に示すように、
金属相２に硬質粒子３が均一に分散し、しかも金
属相２と硬質粒子３との界面には部分的に溶融相
４が生成し強固に結合した複合構造を呈してい
る。このような複合構造の粉末は、第２図に示す従
来品の如く自溶性合金粉末５と硬質粒子粉末６と
の単なる混合態様のものとは全く異なつたもので
あり、また、第３図に示す他の従来品の如く自溶
性合金粉末５の表面に有機又は無機のバインダー
を用いて硬質粒子粉末６をコーテイングすること
により複合化したものとも異なつた結合構造のも
のである。このような金属マトリツクスに硬質粒
子を一部反応させ複合化した状態となつているた
め、溶射中に硬質粒子とマトリツクスとが分離す
ることはなく従来のような自溶性合金粉末とカー
バイト粉末とを単に混合したものや、バインダー
を用いて造粒複合化したものを用い溶射して得ら
れた溶射皮膜に較べて、遥かに優れた均一性、緻
密性、耐摩耗性等を具備している。分散させる硬質粒子は硬度、耐摩耗性、施工性
からCr₃C₂（炭化クロム）の他に、炭化タングス
テン、炭化ニオブ、炭化チタン等の炭化物を用い
ることができ、経済的には炭化クロムが最適であ
る。硬質粒子はマトリツクス中に均一微細に分散
しているのが効果があり、硬質粒子のサイズは１
〜100μｍが適当である。かかる金属相と硬質粒
子は所定の割合で配合されている必要があり、粒
径１〜100μｍの硬質粒子10〜50面積％、金属相
90〜50面積％の範囲とすることが好ましい。この
範囲外の割合及び粒径で配合した場合には耐摩耗
性、耐剥離性、耐焼き付き性の少なくともいずれ
かが不充分となる。即ち硬質粒子配合比10面積％
未満もしくは粒径1μｍ未満の硬質粒子添加では
耐摩耗性等の硬質粒子添加効果が得らぜず、又硬
質粒子配合比50面積％を越えたり粒径100μｍを
越すと、フエージング施工性低下、気孔欠陥、及
び割れ等の品質低下が発生し、所期の効果が得ら
れない。なお、本発明の溶射ロールは上記の粉末を主と
して粉末式ガス火炎溶射又はプラズマ溶射で施工
して得るため、溶射粉末粒径は150〜20μｍ、好
ましくは125〜44μｍとするのが適当である。微細均一の程度は、溶射被覆層の断面の顕微鏡
組織を観察した場合、硬質粒子の粒径は１〜
100μｍであり、硬質粒子相の占める面積割合は
10〜50％、金属マトリツクス相の面積割合が90〜
50％であつて、該硬質粒子が金属マトリツクス相
中に均一分散した組織を呈するものである。さら
に金属マトリツクス相は微細な組織を呈している
のが認められる。なお、各相の面積割合は画像解
析することにより求めることができる。これに対して従来の自溶性合金粉末を溶射した
場合は、金属マトリツクスから析出する炭化物し
か認められない。また硬質粒子と自溶性合金との
混合粉を溶射した場合は、硬質粒子が母材から離
れた部分に偏析し、しかも一部が凝集して粗大と
なり、母材近傍では逆に硬質粒子の欠乏相が現わ
れるので均一微細に分布した組織とはならない。前記ロール用溶射材料の好ましい例としては、
Cr：16〜42重量％ Si：1.4〜4.5重量％Ｂ：1.4
〜4.5重量％及びＣ：1.4〜5.1重量％を含み残部が
Ni、またはCoのうち１種または２種からなる組
成であつて、且つ炭化クロムと自溶性合金の金属
相からなり、炭化クロム粒子の表面が一部溶融反
応して金属相と一体結合しており、かつ炭化クロ
ム粒子が金属マトリツクス相中に均一分散したも
のが挙げられる。ここに溶射材料の数値限定理由を述べる。 Crは耐酸化性向上のために添加されるが16％
未満では耐酸化性が不十分である。一方上限はマ
トリツクス（例えばNi）への固溶限界から42％
以下とした。Ｃはマトリツクスの硬度向上のため必要であり
1.4％未満では硬度不足が起きやすく不都合であ
る。しかし余り多量になるとマトリツクスの脆化
が大きくなるため4.5％以下とした。Ｂ、Siは共にフエーシング（溶射皮膜再溶融処
理）性向上のため添加されるが、それぞれ1.4％
未満ではフエーシング性が不十分である。しかし
多すぎるとマトリツクスの脆化が大きくなるので
それぞれ上限を4.5％とした。このような金属相と硬質粒子からなる複合粉末
を溶射被覆した本発明の溶射ロール表面は、複合
粉末それ自体が堆積したものであつて、硬質粒子
と金属マトリツクスが溶射中に分離したり凝集す
ることはなく、金属マトリツクスに硬質粒子が一
部溶融反応した状態で結合し、硬質粒子が均一微
細に分散した溶射被覆層からなるものである。こ
のため本発明の溶射ロールは従来のように、自溶
性合金粉末と炭化物硬質粒子粉末を単に混合した
ものや、バインダーを用いて造粒複合化したもの
を用い溶射被覆した溶射ロールに比べて、はるか
に優れた均一性、緻密性、耐摩耗性等を具備して
いる。尚被覆するロールは通常用いられる鋼製ロ
ールで良い。被覆厚さは0.2mm〜２mmの範囲で経
済性を考慮して選定すれば良い。［作用］本発明においては微細な硬質粒子を利用して鋼
材処理用ロールの耐摩耗性を改善するものであ
り、硬質粒子と金属マトリツクスを一部溶融反応
させて強固に結合させているため、溶射中でも両
者が分離することはなく微細均一分散が達成でき
る。また、硬質粒子はロール表面に強固に付着す
る。しかも金属マトリツクス相として自溶性合金
組成を採用すれば、一層強靭で耐摩耗性に富んだ
表面層が得られる。［実施例］次に本発明の実施例を比較例と共に示す。実施例１第１表に示す組成のNi基自溶性合金85体積％
に対して純度99％以上のCr₃C₂15体積％を混合し
た粉末を溶融後急冷凝固させ、粒度調整して得ら
れる第２表に示す複合溶射材料を、第４図に示す
回転軸７に粉末式ガス火炎溶射で１mm溶射し、硬
度を測定すると共にフアレツクス試験機
（ASTMD2670−67）により皮膜の摩耗量を測定
した。その結果を第３表に示す。尚、硬度の測定は溶射被覆８を施した回転軸７
を切断後研磨し、微小硬度計にて荷重300ｇで断
面硬度Hv（300）を測定した。フアレツクス試験
は第５図に示すように、回転ヘツド９に上記の溶
射被覆を施した試験用回転軸７（材質S45C、径
8.2mmφ）を固定用ピン１１によつて固着し、回
転数225rpmで回転させ、その両側から溝幅6.35
mmの96゜V溝を形成したＶブロツク１０（材質
S45C）にて100Kgの荷重を与え、すべり速度
0.097ｍ／secで潤滑油を使用せず10分間連続負荷
を与えた後、試験用回転軸７の摩耗重量を評価し
た。次にこの溶射層断面の顕微鏡組織写真を第６
図、第７図に示す。第７図は倍率を高めたもので
ある。図中黒色を呈する大きな片状の相が硬質粒
子として添加した炭化クロムである。マトリツク
ス中に細かく分布している黒色部は、自溶性合金
中の炭化物、硼化物である。マトリツクスはNi
−Cr合金である。第６図に示す組織をルーゼツ
クス5000画像解析装置で解析したところ、炭化ク
ロム相の占める面積割合は18.5％であつた。これ
は後述する比較例４の自溶性合金のみからなる溶
射層の顕微鏡組織（第８図）に比し、炭化物の量
がはるかに多いのがわかる。実施例２第１表に示す組成のCo基自溶性合金85体積％
に対し、純度99％以上のCr₃C₂15体積％を混合し
た粉末を実施例１と同様に処理して得られる第２
表に示す複合溶射材料を実施例１と同一の方法で
評価した。その結果を第３表に示す。実施例３第２表実施例１に示す組成及び粒度で通常の鋼
製ロール（φ130×500L及びφ220×1800L）胴部
表面に１mm〜1.5mmに溶射した。溶射ロールを熱
鋼片処理用ロールに供した結果、１年間使用した
後も摩耗量は0.1mm以下と優れた耐摩耗性を示し
た。また溶射皮膜の剥離及び焼き付きも全く認め
られなかつた。比較例１第１表に示す組成のNi基自溶性合金粉末85体
積％と純度99％以上のCr₃C₂粉末15体積％を混合
して得た第２表に示す混合溶射材料を実施例１と
同一方法で評価した。その結果を第３表に示す。比較例２第１表に示す組成のNi基自溶性合金95体積％
に対し、純度99％以上のCr₃C₂5体積％を混合し
た粉末を実施例１と同様に処理して得られる第２
表に示す複合溶射材料を実施例１と同一方法で評
価した。その結果を第３表に示す。比較例３第１表に示す組成のNi基自溶性合金40体積％
に対し、純度99％以上のCr₃C₂60体積％を混合し
た粉末を実施例１と同様に処理して得られる第２
表に示す複合溶射材料を実施例１と同一方法で評
価した。その結果を第３表に示す。比較例４第１表に示す組成のNi基自溶性合金を150〜
20μｍの粒径とし、実施例１と同一の方法で評価
した。その結果を第３表に示す。また溶射層断面
の顕微鏡組織写真を第８図に示す。比較例５第１表に示す組成のCo基自溶性合金を150〜
20μｍの粒度とし、実施例１と同一方法で評価し
た。その結果を第３表に示す。第３表から明らかな通り、本発明の実施例１〜
２はいずれも高硬度で対摩耗性に優れ、鋼材処理
用ロールとして実施例３に示すように優れた性能
を有している。一方比較例１〜５はいずれも硬度
が低く対摩耗性が劣つている。特に自溶性合金に
硬質粒子を混合させた場合（比較例１）、硬質粒
子を含まない比較例２よりも硬度は改善されるも
のの対摩耗性はほとんど改善されない。

【表】

【表】［発明の効果］以上詳述した通り本発明の溶射ロールは、金属
相に硬質粒子が均一に分散していると共に硬質粒
子と金属相の一部が部分的に溶融反応して結合さ
れている複合粉末により得られる溶射ロール故、
優れた対摩耗性、密着力、耐焼き付き性を具備す
ることが可能となり、鋼片鋼板、鋼帯処理等の鋼
材処理用溶射ロールの如き過酷な使用環境下で寿
命延長等の優れた経済効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる硬質粒子を分散させた
複合粉末の個々の粒子の組織を示す説明図。第２
図及び第３図は従来の混合粉末の態様を示す説明
図で、第２図は炭化クロム粉末と自溶性合金を混
合した場合を示し、第３図はバインダーを用いて
自溶性合金粉末の表面に炭化クロム粉末をコーテ
イングし造粒複合した粉末の場合を示す。第４
図、第５図は本発明における溶射ロールの耐摩耗
性評価に用いたフアレツクス試験の説明図で、第
４図は溶射を施した試験用回転軸（S45C）を示
し、第５図はフアレツクス試験方法を示してい
る。第６図は本発明ロールの溶射被覆層を構成す
る金属組織の顕微鏡写真、第７図は第６図と同様
な組織の倍率を高めた写真、第８図は従来ロール
の自溶性合金のみからなる溶射被覆層の金属組織
を示す顕微鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】１粒径１〜100μｍの硬質粒子が10〜50面積％
とマトリツクス合金相（以下金属相と略す）が90
〜50面積％からなり、該硬質粒子と金属相の一部
が部分的に溶融反応して結合しており、且つ硬質
粒子が金属相中に均一に分散している金属組織を
呈する溶射皮膜を胴部表面に具備してなることを
特徴とする耐摩耗性、耐剥離性、耐焼き付き性に
優れた鋼材処理用溶射ロール。２粒径１〜100μｍの硬質粒子が10〜50面積％
とマトリツクス合金相（以下金属相と略す）が90
〜50面積％からなり、該硬質粒子と金属相の一部
が部分的に溶融反応して結合しており、且つ硬質
粒子が金属相中に均一に分散している複合粉末を
胴部表面に溶射被覆することを特徴とする耐摩耗
性、耐剥離性、耐焼き付き性に優れた鋼材処理用
溶射ロールの製造方法。３前記複合粉末はCr：16〜42重量％、Si：1.4
〜4.5重量％、Ｂ：1.4〜4.5重量％及びＣ：1.4〜
5.1重量％を含み、残部がNiまたはCoのうち１種
または２種からなる組成を有し、且つ炭化クロム
（Cr₃C₂）と自溶性合金の金属相とからなること
を特徴とする請求項第２項記載の鋼材処理用溶射
ロールの製造方法。