JPH0578801A - 溶融亜鉛浴用部材 - Google Patents
溶融亜鉛浴用部材Info
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- JPH0578801A JPH0578801A JP26687491A JP26687491A JPH0578801A JP H0578801 A JPH0578801 A JP H0578801A JP 26687491 A JP26687491 A JP 26687491A JP 26687491 A JP26687491 A JP 26687491A JP H0578801 A JPH0578801 A JP H0578801A
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Abstract
けでなく、溶融亜鉛浴中に浮遊し、めっき鋼板の表面や
ロール表面に付着して、製品のすり疵発生や異物付着に
よる不良品の発生原因となるドロス(Fe−Al−Zn合金)
が付着しにくい表面層をそなえる溶融亜鉛浴用部材を提
供すること。 【構成】 鋼鉄性基材の表面に鉄−アルミニウム系合金
層を形成してなる溶融亜鉛浴用部材であり、特にこの合
金層中に含有させるアルミニウムを22wt%以上とする。
この合金層は、熱拡散浸透法, 溶射法および溶融アルミ
ニウムめっき法のいずれかによって形成する。
Description
ルミニウム合金めっきを含む。以下同じ。)装置のシン
クロールなど、亜鉛浴や亜鉛−アルミニウム合金浴と直
接接触する用途に用いて好適な溶融亜鉛浴用部材に関す
るものである。
らには家電装置などの耐熱,耐食材として用いられる溶
融亜鉛めっき鋼板は、大部分、図2に示すような連続溶
融亜鉛めっき装置によって製造されている。この溶融亜
鉛めっき装置には、めっき浴1中に浸漬されるシンクロ
ール2、めっき浴中の表面近傍に配設されるサポートロ
ール3、これらのロールを通過した後のめっき鋼板4を
案内するガイドロール5および鋼板に付着した過剰の亜
鉛を払拭するための噴射ノズル6などが配設されてい
る。
融亜鉛が飛散付着し易い箇所に設置され、また溶融亜鉛
が付着した高温の鋼板と接触する状況下で使用されるの
で、(1) 溶融亜鉛による浸食が起こり難い、(2) 通板材
(鋼板)と接触しても摩耗しにくい、(3) 付着した溶融
亜鉛の剥離ならびに保守点検が容易、(4) 寿命が長く低
コスト、(5) 高温の溶融亜鉛浴中に浸漬した際の耐熱衝
撃性に優れる、ことなどが要求される。
ロールや軸受構成部品、例えばブッシュ、ベアリング、
カラーおよびエンドボールなどの部品としては、(1) 表
面にJIS H 8303(1976)に制定のCo基自溶合金を溶射し
たもの、(2) 特開昭61−117260号公報に開示のような、
ZrO2とAl2O3 とからなるセラミックス被膜を溶射形成し
たもの、(3) 特公昭58-37386号公報に開示のように、 W
C, Cr3C2およびTiC のうちから選んだ一種または二種以
上に対し、Ni, Siのような熱間耐食性金属またはこれら
の酸化物を共存させた 0.1〜2.4mm 厚さの被膜を、主と
して溶射法によって形成したもの、(4) 先に発明者らが
特公昭2-55502号公報にて開示した、被膜の気孔率を1.
8 %以下に制御したWC−Co系サーメット材料を溶射した
もの、などが知られている。
従来技術はいずれも、昨今の溶融亜鉛めっき鋼板の需要
拡大に伴うめっきプラントの稼働率の向上およびめっき
鋼板自身の品質向上の要求に対して、十分に応えられる
までには至っていないのが実情である。しかもこれまで
提案されている耐溶融亜鉛用被膜材料は、WCサーメット
に代表されるように、高価であるところにも問題を残し
ていた。
融亜鉛性を呈するだけでなく、溶融亜鉛浴中に浮遊し、
めっき鋼板の表面やロール表面に付着して、製品のすり
疵発生や異物付着による不良品の発生原因となるドロス
(Fe−Al−Zn合金)が付着しにくい表面層をそなえる溶
融亜鉛浴用部材を提供するところにある。
ついて説明する。さて本発明者の実験的知見によると、
従来から溶融亜鉛浴中に浮遊したり浴の底部に堆積し、
操業中に屡々亜鉛めっき鋼板の表面に付着して、その品
質を低下させる、通称ドロスと呼ばれるFe-AL, Fe-Zn合
金またはこれらの混合物などの金属間化合物が、優れた
耐溶融亜鉛性を有することが判明した。ここにかかるFe
-Al, Fe-Zn合金の発生源は次のとおりである。 めっき用鋼板を少量のAlを含む溶融亜鉛浴中に浸漬さ
せたとき、鋼板と溶融亜鉛との間に合金化反応が起こ
り、その際少量のFeが亜鉛浴中に溶出し、FeZn13, FeZn
7 などの金属間化合物を生成する。また溶中に添加され
ている Al とも反応してFe-Al2, Fe-Al5などを形成す
る。 その他、溶融亜鉛中に浸漬されているロール類例えば
シンクロール、サポートロールおよびこれらのロールを
保持している鋼鉄製金具類も Fe の供給源となってい
る。
も、融点が高く、溶融亜鉛めっき環境では固形状態で存
在し、しかもこれらの合金自体は溶融亜鉛と反応しにく
く極めて安定性が高いという利点がある。
る鋼鉄製基材の表面に予めFe−Al合金層を形成させてみ
たところ、所期した目的の達成に関し、望外の成果が得
られたのである。本発明は、上記の知見に立脚するもの
である。
鉄−アルミニウム系合金層をそなえてなる溶融亜鉛浴用
部材である。ここにおいて、鉄−アルミニウム系合金と
は、Fe−Al合金およびFe−Al−Zn合金を意味する。
層中のアルミニウム含有量は22wt%(以下単に%で示
す)以上とすることが好ましい。というのは、後述する
実施例にも示すとおり、Al含有量が22%に満たないと充
分に満足のいく耐溶融亜鉛性が得られないからである。
合金層の形成方法としては、熱拡散浸透法、溶射法およ
び溶融アルミニウムめっき法のうちから選んだいずれか
の方法、さらにはこれらの複合法がとりわけ有利に適合
する。
さは、30〜1000μm程度とするのが好ましい。30μmよ
り薄いと、その機能が十分に発揮されず、また1000μm
以上では、熱拡散浸透法などの処理において、温度を高
くしたり、また時間を長くしたりする必要があるため、
このような熱履歴によってロール母材の機械的性質が劣
化するおそれがあるからである。
亜鉛浴中に浮遊しているドロス成分(Fe−Al−Znを主成
物)と本質的には同じ部類に属するので、両者は化学的
または冶金的親和力で結合しないため、Fe−Al系合金層
は常に清浄な状態を維持することができる。このためド
ロス成分のロール表面での生成や付着に起因しためっき
鋼板表面におけるすり疵の発生やドロスの転写などによ
る品質不良が効果的に防止されるのである。
金層を形成することによって耐溶融亜鉛性の優れた浴用
部材を提供するものであり、形成方法として次のような
処理法がある。 鋼鉄製基材を下記の粉末中に埋没させ、 900〜1000℃
程度の温度で5〜10時間程度加熱する。例えば Al粉
末:20%、 Al2O3粉末:78%、 NH4Cl:2%。または
Fe−Al合金粉末:98%、 NH4Cl:2%。 鋼鉄製基材の表面に軟鋼またはステンレス鋼を溶射し
た後、の方法によってAlを拡散浸透させる。 鋼鉄製部材の表面に、Fe−Al合金(Al含有量10〜60
%)を溶射する。 の溶射後、のAl拡散浸透処理を行う。 Alを溶射後、 800〜1000℃程度の温度で5〜10時間程
度加熱して、Alを母材中へ拡散浸透させる。 真空容器中でAlまたはFe−Al合金をレーザーや電子ビ
ームによって蒸気化して鋼鉄製部材へ付着させる(PV
D法)。 溶融Al浴中へ浸漬して、Fe−Al合金層を形成させる。
ときにはFe, Al, Znの化合物として存在させることが重
要であり、これらの金属成分がそれぞれ遊離状態で混合
しているだけでは効果はない。なお現実問題として、本
発明の部材はAlを添加した溶融亜鉛浴中で使用されるこ
とが多いので、Znは亜鉛浴中から必然的に供給されるこ
ととなり、従って鋼鉄製基材の表面にはFe−Al合金層を
形成させておけばよいこととなる。
l2で約49%, Fe-Al5で約70%であるが、溶融亜鉛浴中で
はこのような理想的な合金層だけの形成に止まらず、ま
た浴中のZnも共存状態となるので、本発明に必要なFe−
Al合金中のAl含有量は正確には決定し難い。しかしなが
ら実験結果によると、 0.1%のAlを添加した亜鉛浴中
(480 ℃ )において優れた耐溶融亜鉛性を示したFe−Al
合金層中のAl濃度は3〜45%の範囲にあることが判明し
た。このように理論値と実験値との間にAl濃度に差が生
じた理由は、実際の亜鉛浴中では多量の亜鉛がFe−Al合
金と共存し、純粋のFe−Al合金のみを分別して分析する
ことが困難なためと考えられる。
た鋼鉄製基材を溶融亜鉛浴中に浸漬すると、Fe−Al合金
層中の余分なAl成分は亜鉛浴中へ溶出し、亜鉛浴中に添
加されているAl量および浸漬温度の関係からFe−Al合金
中のAl濃度は平衡状態となる。この濃度が見掛け上3〜
45%となったもので、その他の成分としてFe−Zn, Znが
共存していることとなる。本発明のFe−Al合金層を形成
した鋼鉄製基材を、 0.1%Alを含む 480℃の溶融亜鉛浴
中に浸漬したところ、亜鉛の内部拡散速度は、無処理の
鋼鉄製基材の5%以下まで抑制されることが判明した。
この理由はFe−Al合金層が亜鉛の拡散浸透の障壁として
作用しているためで、またこのようなFe−Al合金層を形
成した鋼鉄製基材には、亜鉛浴から引き上げた際、亜鉛
そのものの付着も少ない現象が認められた。
を用いる場合の熱源としては、プラズマ、可燃ガスの燃
焼炎、可燃ガスの爆発エネルギー、アークおよびレーザ
ーなどが用いられ、また溶射雰囲気については大気中ま
たはアルゴン雰囲気中(正確には減圧下のアルゴン雰囲
気中)のいずれでも処理可能であり、特に限定されるも
のはない。
し、その表面にそれぞれ下記に示す〜の方法で鉄−
アルミニウム合金層を形成した。ついで 480℃の溶融亜
鉛浴中に10日間浸浸した後、これを引き上げ、その外観
変化および亜鉛浴浸浸部の断面を検鏡することにより耐
溶融亜鉛性を評価した。なお比較のため、無処理の軟
鋼、ステンレス鋼(SUS 405, SUS 304),純鉄の溶射被
覆材(純度99.9%)、純Alの溶射被覆材(純度99.7
%), Al2O3 の溶射被覆材(純度98.0%)および自溶合
金の溶射被覆材(JIS H 8303 MSFCol)についても併せて
試験した。得られた試験結果を表1に示す。
l:2%の混合粉末中に埋没させ、アルゴンガス雰囲気
中にて 900℃で6時間加熱した。この処理によって形成
されたAl拡散浸浸層の厚さは約150 μm, 最表層部のAl
濃度は25〜35%であった。
150 μm の純Feを被覆した後、上述のの方法と同じ条
件下にAl拡散浸透処理を施した。の処理によって溶射
被膜中の気孔が消滅すると共に、Fe−Al合金層が形成さ
れた。
て軟鋼基材の表面に厚み:150 μm のFe−Al合金層を形
成させた。
アルゴンガンを導入し100 〜200 mbr の減圧下でプラズ
マ溶射を行って、厚み:150 μm のFe−Al合金層を形成
させた。
み:200 μm のFe−Al合金層を形成させた。
み: 150μm のFe−Al合金層を形成させた。
後、アルゴン雰囲気中で1000℃、5 時間加熱し、Fe-Al
拡散浸透層を形成させた。拡散層厚は約90μm,Al濃度は
最高70%であった。
っき層の膜厚は約110μm, Al 濃度は最高92%であっ
た。
比較例はいずれも、亜鉛によって著しく浸食され、亜鉛
浴から引き上げた際、溶出したFe成分と溶融Znとの冶金
反応によって生成したFe−Zn合金を多量に含む亜鉛が塊
状となって基材表面に付着し、耐溶融亜鉛性に乏しかっ
た。またFe, Alを溶射した比較例(No.12, 13)は、溶射
被膜の効果は全く認められ、無処理の試験片(No.9)と
同様な外観を呈していた。さらにAl2O3 を溶射した比較
例No.14 は、亜鉛には浸食されなかったものの、被膜中
に存在する気孔や溶融亜鉛浴中へ浸漬した際の急速な加
熱によって発生した亀裂部を通して亜鉛が母材内部へ侵
入し、母材のSS 400が侵食されることによって被膜が破
壊された。またさらに自溶合金を溶射した比較例No.15
は、比較例中では最も良好な耐溶融亜鉛性を示したが、
それでも溶射被膜の欠陥部を通って侵入した亜鉛によ
り、被膜が局部的に大きな侵食を受けた。
8はいずれも、若干の程度の差は認められたものの良好
な耐溶融亜鉛性を示した。特にFe−Al合金を減圧プラズ
マ溶射したNo.4は、その表面に付着する亜鉛が極めて少
なく、またその断面を調査した結果でも亜鉛の内部侵入
深さは8μmに止まっていた。同材料を大気プラズマ溶
射したNo.3では亜鉛の侵入深さが18μmに達しているこ
とから考えると、減圧プラズマ溶射被膜の緻密性が有効
に作用しているものと考えられる(大気中では溶射粒子
が酸化されるため、その被膜は酸化物を含むと共に気孔
率が高くなる)。ただし、大気プラズマ溶射被膜でも、
成膜後、Al拡散浸透処理を施す(No.5)と亜鉛の侵入経
路となる気孔がAlによって閉塞され、亜鉛の侵入深さを
より小さくすることができる。
れていることが明らかとなり、この合金属は母材そのも
のにAlを拡散浸透させても、また母材の表面に溶射被膜
として形成させても、同等の効果があることが判明し
た。しかしながら表1に示したように、本発明のFe−Al
合金層でも、その処理法の違いに応じて溶融亜鉛の内部
侵入深さが相違することも明らかとなった。そこで本実
施例では、SS 400鋼を母材として溶融Alめっき処理を行
った後、アルゴン雰囲気中において 800〜1000℃,1〜
10時間の種々の条件下で熱処理を施してFe−Al合金層中
のAl濃度が異なる数多くの試験片を製作し、Fe−Al合金
層中のAl濃度と亜鉛の侵入深さとの関係について調査し
た。調査結果を図1に示す。
は、Fe−Al合金層中のAl濃度が5%のものの亜鉛の侵入
深さを10とした場合における相対比を意味する。また試
験片のAl濃度は、Al拡散浸透層の最表層部近傍のAl濃度
をX線マイクロアナライザーによって測定することによ
り、また亜鉛の侵入深さは、 0.1%Alを含む 480℃の溶
融亜鉛浴中に7日間浸漬した試験片を亜鉛浴から引き上
げた後、同じくX線マイクロアナライザーによって測定
することにより行った。
濃度が高いほど亜鉛の侵入深さは浅く、耐溶融亜鉛性に
優れていることがわかる。40%以上の高濃度例では、表
面のAlが亜鉛浴中に溶出し、一方では亜鉛が侵入してく
るので、試験後のAl濃度は26〜36%の範囲に低下してい
たが、いずれも亜鉛の内部侵入が少なく、優れた対溶融
亜鉛性を示した。しかしAl濃度が22%に満たない場合に
は、表1に示したSS400(無処理)に比べると効果は認め
られたものの、供試材中では比較的亜鉛の侵入深さは大
きかった。従って、耐溶融亜鉛性を充分に発揮させるた
めには、Fe−Al合金層中のAl濃度は22%以上とすること
が有利である。
ル(材質 JIS G3445(1983) STKM13A)およびサポートロ
ール(材質 JIS G 3445 (1983) STKM 13A )として、
大気プラズマ溶射法によってFe−Al(55.8%)合金を溶
射したもの、Fe−Al(55.8%)溶射被膜をアルゴンガ
ス中で 800℃, 2時間加熱したもの、減圧プラズマ溶
射法によってFe−Al(55.8%)合金を溶射したロールを
それぞれ1本ずつ準備した。なお溶射被膜の厚さはいず
れも 150μm とした。その後、各ロールを、0.08%Alを
含む 475℃の溶融亜鉛浴を用いた連続溶融亜鉛めっき鋼
板の製造に供し、その際、各ロールを1時間毎に亜鉛浴
から引き上げてその表面を点検すると共に、製造される
亜鉛めっき鋼板の外観とくに異物の付着、すり傷の発生
など品質に悪影響を与える因子の有無について調査し
た。
ロールはいずれも、6週間の連続使用に対して健全な状
態を呈し、浴中から引き上げた際にも亜鉛の付着が少な
く、しかも製造されためっき鋼板には品質上問題となる
ような現象は全く認められなかった。
週間の使用でロール表面が亜鉛によって著しく侵食さ
れ、平滑性を失うため、それ以上の連続操業は不可能で
あった。また高価なWC(88)−Co(12)の溶射材料被膜を形
成したロールの実績でも、1ヵ月程度の連続運転には充
分健全な状態を維持するが、それ以上の使用では被膜の
局部剥離や剥離部における母材質の溶融亜鉛による侵食
現象が認められていた。特に操業上の都合から溶射被膜
形成ロールを頻繁に亜鉛浴から引き上げざるを得ない条
件下では、被膜の局部剥離が発生することが度々認めら
れた。これに対し、本発明のFe−Al合金層形成ロール
は、亜鉛浴からの引き上げまたは浴中への浸漬に伴う熱
衝撃に対して強い抵抗性を発揮し、被膜の剥離は全く認
められなかった。
亜鉛浴中で優れた耐侵食性を示すだけでなく、めっき鋼
板にすり疵を与えたり付着して品質を低下させるドロス
成分の付着を効果的に抑制することができ、さらに本発
明の表面層は安価なFe−Al合金を主成分としているの
で、設備費が安くつき、経済的に優利な生産体制を確立
することができる。
比との関係を示したグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 鋼鉄製基材の表面に、鉄−アルミニウム
系合金層をそなえることを特徴とする溶融亜鉛浴用部
材。 - 【請求項2】 請求項1において、鉄−アルミニウム系
合金層中のアルミニウム含有量が22wt%以上である溶融
亜鉛浴用部材。 - 【請求項3】 請求項1または2において、鉄−アルミ
ニウム系合金層が、熱拡散浸透法、溶射法および溶融ア
ルミニウムめっき法のうちから選んだいずれかの方法ま
たはこれらの複合法により形成されたものである溶融亜
鉛浴用部材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26687491A JP2826220B2 (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 溶融亜鉛浴用部材 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0578801A true JPH0578801A (ja) | 1993-03-30 |
JP2826220B2 JP2826220B2 (ja) | 1998-11-18 |
Family
ID=17436854
Family Applications (1)
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JP26687491A Expired - Fee Related JP2826220B2 (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 溶融亜鉛浴用部材 |
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Country | Link |
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1991
- 1991-09-19 JP JP26687491A patent/JP2826220B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2826220B2 (ja) | 1998-11-18 |
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