JPH06346207A

JPH06346207A - 溶融亜鉛めっき用耐食性複合ロール

Info

Publication number: JPH06346207A
Application number: JP4016812A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Mizuguchi; 政明水口; Yoshimitsu Oshima; 嘉光大島; Osamu Takatsu; 修高津
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1994-12-20

Abstract

(57)【要約】【目的】連続溶融亜鉛めっき用シンクロールとして具
備すべき耐食性および強度、靱性等に優れたロールであ
って、簡素で経済的な工程にて製造し得るロールを提供
する。【構成】ロール外層表面 (最外層) は鋼より溶融亜鉛に
濡れにくい炭化物 (タングステンカーバイド) 等を溶射
被覆する。溶射被覆層に接するロール外層は、溶射被膜
と密着性が良く、室温とめっき浴温の温度サイクル (熱
衝撃) に対して、被膜の亀裂、剥離等をもたらさず、か
つ十分なロール強度を有するステンレス鋳鋼から、一
方、ロール内層は、溶融亜鉛に対する耐食性の優れたス
テンレス鋳鋼から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融亜鉛めっき用高耐
食性複合ロール、特に遠心鋳造により複合ロールとする
とともに最外層に酸化物、炭化物などの溶射被覆層を設
け、耐用寿命を飛躍的に延ばした溶融亜鉛めっき用のシ
ンクロールとして適する高耐食性複合ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融亜鉛めっき鋼板は、今日、自動車用
あるいは家電用などの薄板材料として多量に使用されて
いる。しかし、溶融亜鉛自体は、鉄鋼などの構造材料や
ステンレス鋼に対する腐食性が強いために、溶融亜鉛め
っき装置の耐食性の確保には十分な注意を払う必要があ
る。例えば、鋼板の連続溶融亜鉛めっき用シンクロール
は、溶融亜鉛に常に浸漬された状態で使用されており、
その腐食に対して最も苛酷な条件におかれている。シン
クロールの耐食性の如何は、ライン操業能率、製品品質
等に大きく影響することから、その耐食性の改善は実用
上の観点からも最重要課題である。

【０００３】従来、この種のシンクロールとしては、0.
3%C −25%Cr −12%Ni 系、0.4%C −２%Si −25%Cr −12
%Ni 系などのオーステナイト系耐熱ステンレス鋳鋼から
構成したロールを使用するか、13Cr系マルテンサイト系
ステンレス鋳鋼から構成したロールの外周表面にさらに
炭化物、酸化物などを溶射層を被覆したものが使用され
ている。

【０００４】しかし、このような材質のロールの溶融亜
鉛に対する耐食性は未だ満足すべきものではない。例え
ば、オーステナイト系耐熱ステンレス鋳鋼では、溶融亜
鉛による腐食摩耗によりロール表面の肌荒れが生じ、そ
れにより、ストリップ製品の品質低下を招来し、一方、
13Cr系マルテンサイト系ステンレス鋳鋼製のロールでは
外周表面に酸化物、炭化物の溶射層を設けるが、むしろ
ロール内面の浸食が激しく、いずれも耐食性を満足せ
ず、充分な効果を得ていない。

【０００５】このような状況から、両者の長所を活かし
て、オーステナイト系耐熱ステンレス鋳鋼ロールの外周
表面に炭化物などを溶射することが試みられているが、
オーステナイト系耐熱ステンレス鋳鋼と溶射被膜の線膨
張率の差が大きく、室温とめっき浴温の温度サイクルに
よって被膜の亀裂、剥離が生じ、使用に耐えない。従
来、10日間程度でロール替えしているのが実情である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の如き従来技術における連続溶融亜鉛めっき用シンクロ
ールの欠点を改良し、ロール材料として具備すべき耐食
性および強度、靱性等に優れ、かつ簡素で経済的な工程
にて製造し得る溶融亜鉛めっき用ロールを提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】ここに、本発明者らは、
かかる課題を解決すべく、その具体的手段として次のよ
うな点に着目した。

【０００８】溶融亜鉛めっきに際して直接鋼板と接
するロール外層表面 (最外層) は特に耐食性が重要であ
るため、鋼より溶融亜鉛に濡れにくい炭化物 (タングス
テンカーバイド) 等を溶射被覆することが有利である。

【０００９】溶射被覆層に接するロール外層は溶射被
膜と密着性が良く、室温とめっき浴温との温度サイクル
(熱衝撃) に対して、被膜の亀裂、剥離等をもたらさ
ず、かつ十分な強度を有するステンレス鋳鋼から構成す
る。

【００１０】ロール内層は溶射不可能というより、
内面溶射は難度が高く、たとえできたとしても極めてコ
スト高となり現実的でないため、溶融亜鉛に対する耐食
性の優れたステンレス鋳鋼で形成させる。

【００１１】上記、の構成を有する複合ロール
は、例えば遠心鋳造法を採用することで、簡素でかつ経
済的に製造でき、その製造に際しても、特殊な条件、制
限等を必要としない。

【００１２】このような着想に基づいて、その具体化の
ためにさらに研究の結果、ロール内外層の金属材料の組
成をそれぞれ限定することによってそれが実現されるこ
とを知り、本発明に至った。

【００１３】ここに、本発明は、内層、該内層の外側に
設けられた外層、および該外層を被覆する溶射層から成
る複合ロールであって、前記内層が、重量割合で、Ｃ:
0.05〜0.25％、Si:1.5％超５％以下、Mn:0.5〜1.5 ％、
Cr:10 〜14％、残部Feおよび付随不純物から成る金属材
料から構成され、前記外層が、重量割合で、Ｃ:0.05〜
0.25％、Si:0.5〜1.5 ％、Mn:0.5〜1.5 ％、Cr:10 〜14
％、Ni:0.2〜1.0 ％、Mo:0.2〜1.0 ％、残部Feおよび付
随不純物から成る金属材料から構成されたことを特徴と
する、溶融亜鉛めっき用高耐食性複合ロールである。

【００１４】本発明の好適態様によれば、前記外層およ
び内層は、それぞれ遠心鋳造ステンレス鋳鋼層である。
本発明における溶射層としては特定のものに制限され
ず、従来より使用されている酸化物（例：アルミナ）あ
るいは炭化物( 例: タングステンカーバイド) の溶射層
であれば十分である。

【００１５】

【作用】本発明に用いられるシンクロール基材の成分限
定 (重量％) 理由は下記の通りである。

【００１６】内層ステンレス鋼: Ｃ: 0.05〜0.25％焼入性を付与するため少なくとも0.05％の含有量を要す
る。Ｃ量の増加とともにその効果は増すが、あまり多く
なると耐食性、靱性が劣化するので0.25％を上限とす
る。

【００１７】Si: 1.5 ％超５％以下本発明にかかるロールの耐食性を付与する主要成分であ
り、溶融亜鉛に対する所要耐食性を確保するために1.5
％超は必要である。しかし多量に過ぎると鋳造時の割れ
感受性を高くしたり、溶接性を害するので上限を５％に
限定する。なお、Si:1.5％以上で靱性は著しく低下する
が、本発明にあっては複合ロールとして外層と複合して
使用されるので実用上の問題はない。好ましくは、2.0
〜3.5 ％である。

【００１８】Mn: 0.5 〜1.5 ％ Mnは溶湯の脱酸・脱硫のほか、鋳造性の改善効果を有す
る。鋳造性を確保するために0.5 ％以上の含有を必要と
する。ただし、多量に加えると耐食性を悪くするので上
限を1.5 ％とする。

【００１９】Cr: 10〜14％本発明ロールの耐食性を付与する主要成分であり、所要
の耐食性を確保するためには10％を必要とする。Cr含有
量の増加とともに、その効果も増大するが、余り多くな
ると脆性を加速し、溶接性を害するので上限を14％とす
る。また、多量になると外層との線膨張率差 (内部応
力) が生じ、ロールの割れ、歪みをもたらすおそれがあ
る。

【００２０】Ｐ、Ｓ、その他の不純物これらの不純物は、通常の13Cr鋳鋼に許容される範囲内
で混入してもよい。例えば、Ｐは0.03％以下、Ｓは0.03
％以下存在しても、本発明の趣旨は損なわれない。な
お、Ni: 1.0 ％以下、Mo: 1.0 ％以下程度は存在してい
てもよい。

【００２１】外層ステンレス鋼: Ｃ: 0.05〜0.25％焼入性を付与するため少なくとも0.05％の含有量を要す
る。Ｃ量の増加とともにその効果は増すが、あまり多く
なると耐食性、靱性が劣化するので0.25％を上限とす
る。

【００２２】Si: 0.5 〜1.5 ％ Siは溶湯の脱酸元素でありその鋳造性、および耐食性も
高める。そのためには0.5 ％以上を必要とするが、多量
の含有は靱性の低下を招くので1.5 ％を上限とする。好
ましくは、1.0 〜1.4 ％である。

【００２３】Mn: 0.5 〜1.5 ％ Mnは溶湯の脱酸・脱硫のほか、鋳造性の改善効果を有す
る。鋳造性を確保すために0.5 ％以上の含有を必要とす
る。ただし、多量に加えると耐食性を悪くするので上限
を1.5 ％とする。

【００２４】Cr: 10〜14％本発明ロールの基本元素であって、所要の耐食性を確保
するために少なくとも10％を必要とする。含有量の増加
とともにその効果も増大するが、多くなると線膨張率が
大きくなり、室温とめっき浴温の温度サイクルにより最
外層溶射被膜の剥離をもたらし、靱性も低下するので14
％を上限とする。

【００２５】Ni: 0.2 〜1.0 ％ Niは靱性の改善に有効な元素であり、高靱性確保のため
に少なくとも0.2 ％を要する。含有量の増加にともなっ
て靱性も向上するが、多量の含有は経済性を悪くするの
で1.0 ％を上限とする。

【００２６】Mo: 0.2 〜1.0 ％ Moは高温強度の向上に有効であるほか、特に焼戻し脆性
を防ぎ、熱処理後の靱性を確保するために加える。靱性
確保のために少なくとも0.2 ％を必要とするが多量に加
えても効果の増加は少なく、経済性を損なうので1.0 ％
以下とする。

【００２７】Ｐ、Ｓ、その他の不純物これらの不純物は通常の13Cr鋳鋼に許容される範囲内で
混入してもよい。例えばＰは0.03％以下、Ｓは0.03％以
下存在しても、本発明の趣旨は損なわれない。

【００２８】次に、本発明にかかる複合ロールの好適製
造方法について説明する。本発明にかかるシンクロール
基材は、好ましくは、二重遠心鋳造法により製造され
る。この二重遠心鋳造法それ自体はすでに慣用のそれを
用いることでよく、本発明においても特に制限されな
い。

【００２９】まず、回転する円筒状の鋳型の壁に外層ス
テンレス鋼組成の溶融金属を注入すると、溶融金属に遠
心力が働いて、溶融金属は鋳型内面に押圧されて中空管
となる。これを二重管とするために最初に注ぎ込んだ外
層が、所望の厚さだけ固化したとき、すなわち外層の最
内面に半凝固状態となったときに、今度は、内層ステン
レス鋼の組成の溶融金属を所望の厚さだけ注入しながら
遠心鋳造によって鋳造を継続する。

【００３０】この二重遠心鋳造法は、外層の最内面が半
凝固の状態を保持している時点で内層の鋳造を行うこと
により、両層の密着、結合を確実に行うものである。次
に、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する。

【００３１】

【実施例】表１に示す化学成分の供試材を遠心鋳造 (鋳
込寸法直径400 mm、肉厚40mm、長さ2000mm) で製作し、
各試験片を採取して線膨張率、常温・高温引張特性、衝
撃特性、溶射被膜の耐剥離性、溶融亜鉛に対する耐食性
を調査した。

【００３２】その結果を表２に示す。試験片は従来ロー
ル (オーステナイト系耐熱ステンレス鋳鋼) については
鋳造のままとし、参考ロール、発明ロール (マルテンサ
イトステンレス鋳鋼) については、焼入れ焼戻し熱処理
(温度970 ℃強制空冷、温度720 ℃焼戻し) を施した。

【００３３】溶射皮膜の耐剥離性は、外層に相当する材
料から厚さ５mm、幅50mm、長さ100mmの板状試験片を削
り出し、全表面にタングステンカーバイドを溶射被覆
(膜厚80〜90μm)して熱衝撃試験を行って評価した。試
験片を650 ℃の炉中で10分間保持後、室温まで急冷し
た。この操作を30回繰り返すことで熱衝撃を与え溶射被
膜の亀裂の有無を目視した。溶融亜鉛に対する耐食性
は、直径30mm、長さ500 mmの棒状試験片を削り出し、裸
材について溶融亜鉛浴中 (460 ℃) に連続700 時間浸漬
し、そのときの腐食減量でもって評価した。

【００３４】次いで、本発明にかかるロールの外層につ
いて直径30mm、長さ500 mmの棒状試験片の片側250 mmに
タングステンカーバイドを溶射 (膜厚100 〜120 μm)し
て溶融亜鉛バス中(460℃) に連続700 時間浸漬した。裸
材では全表面に溶融亜鉛が付着したが、溶射層を設ける
ことで溶融亜鉛の付着は極く一部に点状に付着しただけ
であった。これらの結果を表２にまとめて示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】表２より明らかなように本発明にかかる複
合ロールの外層は、溶射皮膜との密着性に優れ、併せて
高い強度、靱性を有している。溶融亜鉛に対する耐食性
も従来ロールと同等のレベルを有している。本発明にか
かる複合ロールの内層は従来技術ロール（オーステナイ
ト系ステンレス鋼）に比し、溶融亜鉛に対する耐食性が
著しく優れている。また従来技術のロールの硬さHB 170
〜183 に対して、本発明にかかる複合ロール内層のそれ
は、HB 241〜269 と高く、溶融亜鉛中における回転摩耗
腐食に対しても優れていることがわかる。反面、内層の
衝撃試験値は著しく低値を示しているが、高靱性の外層
と複合して使用されるので問題とならない。

【００３８】従って、本発明のロール基材の外表面にタ
ングステンカーバイド等を溶射被覆したロールを使用す
れば、溶融亜鉛に対する耐性が３〜４倍に向上し、ロー
ルの寿命、操業能率、ストリップ製品の品質が大幅に向
上する。例えば、実操業において従来ロールではロール
替えによる手直し頻度は11日であったのに対し、本発明
のロールでは64日とほぼ６倍にも延長された。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明にかかる複合ロールは、化学成分として上述
の範囲の外層が溶射被膜との密着性に優れ、かつロール
強度、靱性も十分であり、内層が優れた耐食性を有す
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 38/44 Ｃ２３Ｃ 4/10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内層、該内層の外側に設けられた外層、
および該外層を被覆する溶射層から成る複合ロールであ
って、前記内層が、重量割合で、Ｃ:0.05 〜0.25％、S
i:1.5％超５％以下、Mn:0.5〜1.5 ％、Cr:10 〜14％、
残部Feおよび付随不純物から成る金属材料から構成さ
れ、前記外層が、重量割合で、Ｃ:0.05 〜0.25％、Si:
0.5〜1.5 ％、Mn:0.5〜1.5 ％、Cr:10 〜14％、Ni:0.2
〜1.0 ％、Mo:0.2〜1.0 ％、残部Feおよび付随不純物か
ら成る金属材料から構成されたことを特徴とする、溶融
亜鉛めっき用高耐食性複合ロール。
【請求項２】前記外層および内層が、それぞれ遠心鋳
造ステンレス鋳鋼層である、請求項１記載の溶融亜鉛め
っき用高耐食性複合ロール。