JPH06346208A

JPH06346208A - 溶融金属めっき装置

Info

Publication number: JPH06346208A
Application number: JP13446793A
Authority: JP
Inventors: Junji Sakai; 淳次酒井; Mitsuo Taguchi; 三夫田口; Yukio Saito; 幸雄斉藤; Yoshio Takakura; 芳生高倉; Yasunori Kani; 保宣可児; Hitoshi Ogoshi; 斎大越; Yoshitaka Nakayama; 義孝中山; Norihiko Okochi; 敬彦大河内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 1994-12-20

Abstract

(57)【要約】【目的】耐食性及び耐剥離性に優れた溶融金属めっき
装置を提供する。【構成】溶融金属中で使用するロール（４）及びロー
ルを支持する部材（９）の表面に溶融金属に濡れにくい
窒化物又はほう化物セラミックス被膜をつける。【効果】溶融金属に侵食されず長時間の連続操業に耐
えられ、ロール及びロールを支持する部材の交換回数及
び交換費用を減らすことが出来る。また、ドロスの発生
を大巾に抑制できるため、ロールの回転が滑らかであり
均一なめっきができる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続溶融金属めっき装
置に係り、特に溶融金属による侵食及び摩耗に対して優
れた特性を有するめっき装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続溶融金属めっき鋼板の製造法は、表
面を清浄、活性化した鋼板を溶融金属の入っためっき浴
槽中に挿入して行き、めっき装置に支持されたシンクロ
ールで方向を変え、２本のサポートロールの間を通して
から上方に引き上げていき、鋼板の表面に付着した余分
の溶融金属液を高圧ガスを用いて吹き落し、めっき厚み
を調整する方法である。

【０００３】この浴中のめっき装置はロール及びロール
を支持する部材からなり、その材質はステンレス鋼や鋳
鋼など溶融金属に対して耐食性に優れた金属材料であ
る。しかし、最近では、耐食性を高めるために金属の表
面にＣｏ基合金を肉盛溶接したものやＷＣ／Ｃｏ炭化物
系サーメット、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂等酸化物系セラミッ
クスの被膜を溶射法で形成させたもの、ＷまたはＷＣの
被膜を化学蒸着法（ＣＶＤ）で形成させたものが提案さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】金属材料で作られため
っき装置は溶融亜鉛めっきで７〜１０日間、溶融アルミ
ニウムめっきで３〜４日間程度で溶融金属に侵食されて
摩耗損傷する。このため、一定の期間が経過すると運転
を停止し、めっき装置をめっき浴槽から取り出して、ロ
ール及びロールを支持する部材の交換や改修を行ってい
る。この間のライン停止は、生産性を著しく低下させる
と共に、ロールの交換費用がコスト高の原因になる等の
問題点があった。

【０００５】特に、めっき装置のロール及びロールを支
持する部材の表面が溶融金属と反応し徐々に侵食され
て、鉄（Ｆｅ）を溶出する。このＦｅと溶融金属とが反
応して金属間化合物（ドロス）を作る。溶融亜鉛めっき
の場合、ＺｎとＦｅの反応でできるドロスはＺｎより重
くて硬いものがある。これが、浴中で回転しているロー
ル軸と軸受間に入り込むと軸受の摩耗が加速される。そ
のため、軸と軸受との間隙にはガタが生じロールが振れ
廻る。その結果、走行中の鋼板が振動してめっき特性を
著しく下げる。また、ドロスはめっき鋼板の表面に付着
したり、すり傷を付けたりしてめっき鋼板が不良品とな
る等の問題点がある。

【０００６】ロール及びロールを支持する部材の耐食性
を向上させるため、前述のように金属の表面に炭化物系
サーメット被膜や酸化物セラミックス被膜を溶射法で形
成させているが、次のような問題点がある。サーメット
の場合は、炭化物だけでは金属（母材）に対する密着性
に乏しいため、これと共存させるＣｏやＮｉ等の金属を
添加している。すると、この添加金属と溶融金属が反応
して腐食摩耗が起こる。酸化物セラミックス被膜の場合
も、セラミックスの粒子と溶融金属が反応して腐食摩耗
が起こる。また、高温の溶融金属中ではロール及びロー
ルを支持する部材の金属材料と被膜の熱膨張差から大き
な内部応力が発生し、クラックになったり、被膜が局部
的に剥離することがある。すると、めっき鋼板の表面を
傷つけることになる。

【０００７】これらの表面被覆ロールの欠点である耐腐
食摩耗及び耐剥離性を改善した方法にＷまたはＷＣの被
膜を化学蒸着法で５〜４０μｍ以下に形成させたものが
知られている。しかしながら、このような被膜も、Ａｌ
と化合物（ＷＡｌ₂、ＷＡｌ₃等）を作り耐食性は充分な
ものと言えず、特に、最近ではめっき鋼板の耐食性を高
めるためにアルミニウムめっき、あるいは亜鉛めっきで
あってもアルミニウムの添加量を多く（５５％）したも
のが主流になりつつあり、メッキ浴温度やめっき速度等
の操業条件がますます厳しくなっている。したがって、
耐食性及び耐剥離性に優れた溶融金属めっき装置用部材
の開発が求められている。

【０００８】本発明の目的は、ロール及びロールを支持
する部材からなる溶融金属めっき装置において、溶融金
属浴に浸漬する部分の表面に溶融金属に濡れにくい窒化
物又はほう化物セラミックス被膜を付けることにより、
従来技術における上記問題点を解決し、ロール及びロー
ルを支持する部材の耐食性、耐摩耗性を向上させ長寿命
化を図り、生産性の向上、めっき不良鋼板の低減、ロー
ルの交換費用の削減などにより、製品のトータルコスト
を低減させることのできる溶融金属めっき装置を提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶融金属中で
使用するめっき装置のロール及びロールを支持する部材
の表面に溶融金属に濡れにくい、窒化物又はほう化物セ
ラミックス被膜を形成することによって溶融金属による
侵食を防止する。なお、溶融金属に濡れにくい窒化物セ
ラミックスにはＢＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｚｒ
Ｎ、ＴａＮ、ＨｆＮ、ＵＮ、ＴｈＮ、ＮｂＮ、ＶＮ、Ｃ
ＶＮ等がある。ほう化物セラミックスにはＴｉＢ₂、Ｌ
ａＢ₆、ＺｒＢ₂、ＮｂＢ₂、ＴａＢ₂、ＨｆＢ₂、ＶＢ₂、
Ｗ₂Ｂ等がある。

【００１０】耐食性について考察すると、溶融金属によ
る侵食は、一般に融液がセラミックスを濡らす度合いが
侵食速度に影響し、融液に濡れにくい材料が耐食性が大
きいと考えられている。金属の種類やめっき条件によ
り、融液とセラミックスとの接触角（９０度以上が濡れ
にくい）が異なるので、接触角が大きい材料の中から適
切なものを選ぶ必要がある。セラミックス材料として
は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂などの酸化物、Ｔｉ
Ｎ、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮなどの窒化物、ＳｉＣ、Ｔ
ｉＣ、ＷＣなどの炭化物、ＺｒＢ₂、ＴｉＢ₂などの硼化
物など多くのセラミックス材料が考えられる。

【００１１】一般に、めっきする金属としては、亜鉛や
アルミニウムが用いられているので、これらの溶融金属
とセラミックスとの接触角の大きさが大きく影響する
が、この接触角はセラミックスの種類によって異なって
いる。例えば、６００℃のＺｎ及び１０００℃のＡｌ融
液と、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ジルコニア（Ｚｒ
Ｏ₂）、炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、
炭化タングステン（ＷＣ）、窒化硼素（ＢＮ）、窒化珪
素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、サイアロン（Ｓｉ_5.5Ａｌ_0.5Ｏ_0.5Ｎ₇
_.5）、ほう化チタン（ＴｉＢ₂）、ほう化ジルコニウム
（ＺｒＢ₂）セラミックス間の接触角をアルゴン雰囲気
中で測定すると、図１に示すように、亜鉛及びＡｌ融液
とも窒化物及びほう化物セラミックスはいずれも１２０
〜１８０度の範囲にあり、ほとんど濡れず、また１時間
で侵食深さも２μｍ以下と浅く、ほとんど反応していな
い。これらの窒化物及びほう化物セラミックスを用いた
場合、耐食性に優れ、長時間使用できることが判った。

【００１２】被膜の形成法は気相法でのＣＶＤ法（減
圧、プラズマ）、ＰＶＤ法（真空蒸着、イオンプレーテ
ィング）、融液法での溶射法等が適している。

【００１３】

【作用】本発明の溶融金属中で使用するロール及びロー
ルを支持する部材の表面は溶融金属に濡れにくい窒化物
及びほう化物セラミックスで被覆されているから、溶融
金属に侵食されないため、長時間の連続操業ができ、ま
た、ドロスの発生を大巾に抑制できるため、鋼板の表面
傷がなくなる。さらに、ロール軸及び軸受間ではドロス
の混入が少なくなり、摺動部の摩擦係数も小さく、摩耗
を少なくすることができる。そのため、ロールの回転は
滑らかで均質なめっきができる。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明で使用するセラミックスを選
択するために行った実験及び本発明の実施例について説
明する。〔実験〕本発明で使用するのに好適なセラミックスを選
択するに当たって、各種のセラミックス被膜を付けた試
験片を亜鉛浴中に浸漬し、被膜の耐食性を調べた。

【００１５】〔実験条件〕試験片の寸法：外径５ｍｍ、長さ３０ｍｍ溶融金属と温度：Ｚｎ浴、温度４６０℃ Ａｌ浴、温度６５０℃ 試験時間：５時間試験片は、ロール及びロール支持部材に多く使用されて
いる鉄鋼材料のＳ４５Ｃ（ＪＩＳ）、ＳＵＳ３１６（Ｊ
ＩＳ）、ＳＵＨ３０９（ＪＩＳ）、ＳＣＭ４４５（ＪＩ
Ｓ）を選んだ。被膜はサーメットのＷＣ／Ｎｉ、ＷＣ／
Ｃｏ材、セラミックスのＡｌ₂Ｏ₃、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ｔ
ｉＢ₂、ＴｉＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ材を選び、炭素鋼Ｓ４
５Ｃ（ＪＩＳ）の表面に以下の方法で被膜をつけた。す
なわち、ＷＣ／Ｎｉ、ＷＣ／Ｃｏ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＢ₂
は溶射法（膜厚１００〜１５０μｍ）で、ＴｉＣ、Ｓｉ
Ｃ、ＴｉＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮは化学蒸着法（膜厚５〜８
μｍ）である。

【００１６】耐食性の評価は試験片の外観観察と試験片
を切断して、実体顕微鏡と走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
により亜鉛と母材との反応及び亜鉛と被膜との反応状況
を観察する方法により行った。その結果をまとめて、表
１に示した。

【００１７】

【表１】

【００１８】被膜のない鉄鋼材料はいずれの材質とも、
溶融金属との反応層がみられ母材の直径が小さくなって
いる。サーメット材は溶融金属と反応し溶融金属中に拡
散していることが認められ、被膜が摩耗していた。Ａｌ
₂Ｏ₃被膜は全体に小さいクラックが見られ、一部剥離し
ており母材も侵食されていた。また、被膜中へＺｎ、Ａ
ｌの侵入も見られた。ＳｉＣ、ＴｉＣ被膜はＺｎ浴中で
は比較的安定していたが、Ａｌ浴中では一部侵食され母
材に反応層が見られた。一方、ＴｉＢ₂、ＴｉＮ、Ｓｉ₃
Ｎ₄、ＢＮ被膜はほとんど侵食されておらず、母材も反
応していないことが判った。以上の試験結果から、溶融
金属に濡れにくい窒化物及びほう化物セラミックス被膜
は耐食性に優れていることがわかる。

【００１９】〔実施例１〕本発明を、シンクロールの軸
受部に適用した実施例について説明する。図２に本発明
に係る連続溶融金属めっき装置の概略を示す。鋼板（ス
トリップ）１はスナウト２を経てめっき槽３に供給され
る。めっき槽３の中でシンクロール４により方向が変え
られ、鋼板の巾方向の反りを押さえるための２本のサポ
ートロール５の間を通って上方に引き上げられ、ストリ
ップの表面に付着した余分な溶融金属液をガスワイピン
グノズル６から高圧ガスを用いて吹き落し、めっき厚み
が調整される。

【００２０】図３は本発明によるシンクロールの軸及び
軸受部の概略を示す。シンクロール４は鋳鋼材（ＳＣＳ
１４、ＪＩＳ）を機械加工と溶接によって製作した。そ
して、軸部７には溶融金属に濡れず優れた耐食性を示す
円筒状のサイアロンセラミックス８を装着した。軸受９
は市販のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６、ＪＩＳ）を所定
寸法に加工してから化学蒸着法で膜厚８μｍの窒化硼素
（ＢＮ）の被膜をつけた。軸との摺動する内周面には固
体潤滑性に優れた半円形状のＣ繊維分散黒鉛複合材（Ｃ
／Ｃ複合材）１０を装着した。軸受の取付けは、ステン
レス製ホルダー１１の所定の位置に溶接してから鋳鋼製
フレーム１３の所定の位置に合わせ、ステンレス製クラ
ンプ１２で固定することによって行った。

【００２１】上記構造によるシンクロールを４６０℃の
Ｚｎのめっき浴中で１０日間連続めっき作業に使用し
た。その結果、従来の軸受９は亜鉛に浸食され表面から
約２ｍｍ腐食摩耗しており、多量のドロス（Ｚｎ−Ｆｅ
化合物）が付着し、Ｃ／Ｃ複合材の摩耗は２０ｍｍであ
ったのに対し、本実施例による軸受のＢＮ被膜はほとん
ど損傷を受けておらず、ドロスの付着もなく、Ｃ／Ｃ複
合材の摩耗は５ｍｍで前者の１／４であった。

【００２２】このため、従来のめっき付着量のバラツキ
が±４ｇ／ｍ²であったのに対し、本発明によるめっき
付着量のバラツキは±３ｇ／ｍ²となり、均一なめっき
ができた。そして、軸受は酸洗い後、再度使用すること
ができ、その効果が確認できた。なお、本実施例では、
本発明を軸受けに適用した場合の効果を確認するために
軸受９に窒化硼素の被膜をつけたが、シンクロール４の
表面及びホルダー１１、フレーム１３、クランプ１２等
めっき浴中に浸漬される部材、すなわち溶融金属めっき
装置のロール及びロールを支持する部材の全表面にこの
ような被膜をつけるのが好ましいのはもちろんである。

【００２３】〔実施例２〕実施例１と同じ構造のシンク
ロールを６７０℃のアルミニウムめっき浴中で４日間連
続めっき作業に使用した。その結果、従来の軸受はアル
ミニウムに浸食され表面から約３ｍｍ腐食摩耗してお
り、多量のドロス（Ａｌ−Ｆｅ化合物）が付着し、Ｃ／
Ｃ複合材の摩耗は２０ｍｍであったのに対し、本実施例
による軸受のＢＮ被膜はほとんど損傷を受けておらず、
ドロスの付着もなく、Ｃ／Ｃ複合材の摩耗は５ｍｍで前
者の１／４であった。このため、従来のめっき付着量の
バラツキが±５ｇ／ｍ²であったのに対し、本発明によ
るめっき付着量のバラツキは±４ｇ／ｍ²となり、均一
なめっきができた。そして、軸受は酸洗い後、再度使用
することができ、その効果が確認できた。

【００２４】〔実施例３〕次に、サポートロールの胴部
にＳｉ₃Ｎ₄セラミック被膜を形成させた実施例について
説明する。サポートロール（胴部直径２５０ｍｍ×長さ
１５００ｍｍ）は次のようにして製作した。図４に示す
ように軸１４を市販のノビナイト鋳鉄（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ系合金）を機械加工により製作した。次に、胴部に用
いるスリーブ１５を次のように作製した。軸と同材質の
ノビナイト鋳鉄を外径２５０ｍｍ、内径２００ｍｍ、長
さ２５０ｍｍの円筒体に加工してから、化学蒸着法で膜
厚８μｍの窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）の被膜を外径表面部分
につけた。

【００２５】ロールの組立ては次のようにした。軸１４
の一端からスリーブ１５を挿入してから、軸と同材質の
止めリング１６（材質：ＳＵＳ３１６）をはめて軸とス
リーブを固定した。上記構造によるサポートロールを４
６０℃のＺｎのめっき浴中で連続めっき作業に使用し
た。その結果、従来の金属製ロールは７日間でめっき鋼
板の表面にドロスによるすり傷が生じ、それ以上めっき
作業ができなかったのに対し、本実施例によるものは１
０日間連続使用しても均一なめっき作業を行うことがで
きた。胴部の摩耗は、従来のロールは約２ｍｍと多かっ
たのに対し、本実施例によるものはほとんどみられず、
酸洗後、再使用が可能であり、その効果が確認できた。

【００２６】

【発明の効果】本発明のように、溶融金属中で使用され
る溶融金属めっき装置のロール及びロールを支持する部
材の表面を、溶融金属に濡れにくい窒化物又はほう化物
セラミックス膜で被覆すれば、溶融金属に侵食されず長
時間の連続操業に耐えられ、コスト高の一因であったロ
ール及びロールを支持する部材の交換回数及び交換費用
を減らすことが出来る。

【００２７】また、ドロスの発生を大巾に抑制できるた
め、ロール軸及び軸受摺動部との摩擦係数も小さく、摩
耗も少ないことからロールの回転は滑らかであり均一な
めっきができ、生産性の向上、めっき不良鋼板の低減な
どに有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】種々のセラミックスの、アルミ融液との濡れ性
能の試験結果を示す線図。

【図２】連続溶融金属めっき装置の概略説明図。

【図３】シンクロール軸受の概略説明図。

【図４】サポートロールに適用した場合の一部破断側面
図。

【符号の説明】

１：鋼板（ストリップ）、２：スナウト、３：めっき
槽、４：シンクロール、５：サポートロール、６：ガス
ワイピングノズル、７：軸、８：サイアロンセラミック
ス、９：軸受、１０：Ｃ／Ｃ複合材、１１：ホルダー、
１２：クランプ、１３：フレーム、１４：サポートロー
ル軸、１５：スリーブ、１６：止めリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高倉芳生茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者可児保宣茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者大越斎茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者中山義孝茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者大河内敬彦茨城県勝田市大字堀口832番地の２株式会社日立製作所素形材事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属中で使用するロール及びロール
を支持する部材を備えた溶融金属めっき装置において、
前記ロール及びロールを支持する部材の表面に溶融金属
に濡れにくい窒化物又はほう化物セラミックス被膜をつ
けたことを特徴とする溶融金属めっき装置。
【請求項２】前記溶融金属に濡れにくい窒化物セラミ
ックスはＢＮ、ＴｉＮ、Ａ１Ｎ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＺｒＮ又は
ＴａＮであることを特徴とする請求項１記載の溶融金属
めっき装置。
【請求項３】前記溶融金属に濡れにくいほう化物セラ
ミックスはＴｉＢ₂、ＬａＢ₆、ＺｒＢ₂、ＮｂＢ₂又はＴ
ａＢ₂であることを特徴とする請求項１記載の溶融金属
めっき装置。
【請求項４】前記セラミックス被膜は気相法によって
形成されたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の
溶融金属めっき装置。
【請求項５】前記セラミックス被膜は溶射法によって
形成されたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の
溶融金属めっき装置。