JPH07122157B2

JPH07122157B2 - ロールの表面処理方法

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Publication number: JPH07122157B2
Application number: JP2241824A
Authority: JP
Inventors: 能宏山口; 拓男太田; 富雄夏目
Original assignee: Satosen Co Ltd
Current assignee: Satosen Co Ltd
Priority date: 1990-09-11
Filing date: 1990-09-11
Publication date: 1995-12-25
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: JPH04120297A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、ロールの表面処理方法に関し、特に表面欠
陥がなく耐摩耗性と耐蝕性に優れ、しかもロールの表面
に接触する鋼板のスリップ防止の効果も大きいロールを
製造するための表面処理方法に関する。

（従来の技術）鉄鋼業の分野では、多種多様なロールが使用されている
が、これらのロールに共通して要求されるのは耐摩耗性
である。また、例えば冷延鋼板の電気めっきラインで用
いられるコンダクターロールには耐食性も必要とされ、
テンションロールでは鋼板のスリップを防止するグリッ
プ力も要求される。このようなロールは、通常、ロール
本体の表面に耐摩耗性のめっきを施して使用されている
が、ロールに前記のグリップ力を付与するためには、ロ
ール表面に硬質粒子を吹きつける、いわゆるブラスト加
工を施して表面を粗化する方法が採用されている。しか
し、従来のブラスト加工では、加工表面の凸部高さが不
揃いのため凸部の一部だけが鋼板と接触することにな
り、摩擦力が不足してスリップを起こしやすいだけでな
く、凸部の摩耗も激しい。

めっきラインの通電用コンダクターロールでは、被めっ
き材（鋼板）に随伴する前処理液やめっき液がロールに
接触することが避けられない。このような状態では鋼板
との電気化学的な作用によって、鋼板に汚点となる模様
が発生するために、このロール本体に付随したゴムロー
ルでめっき液を絞りとるようにしている。しかしなが
ら、従来のブラスト加工法で粗面化した素地表面にめっ
きされた皮膜では、ブラストする粉体材料の鋭角粒子が
ロール素材表面に喰い込んだ表面欠陥があり、ブラスト
加工後の凸部の腐食摩耗、めっき皮膜の腐食による剥
離、および前記の随伴めっき液からのめっき付着が生じ
やすい。

第２図は、従来のブラスト加工を施したロールにめっき
した状態を拡大断面で示したものである。図示のよう
に、従来のブラスト加工ではロール母材（２）の表面の
凸部と凹部とが極端になるため、めっき層（１）は、凸
部では電流の尖端作用によりめっき粒子の粗いコブ状の
析出となり、一方、深い凹部ではめっきの付き廻りが不
良になりロールの摩耗および腐食が進行し、ロールの使
用期間が短くなる。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上述の問題点を改善するためになされたもの
であって、その目的は、例えば冷延鋼板の電気めっきラ
インで使用される通電用コンダクターロール、デフレク
ターロール、テンションロール等であって、表面欠陥が
なく耐摩耗性および耐食性に優れたロールを製造する表
面処理方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、下記（１）〜（４）を要旨とする。

（１）ロール表面に粒径が0.05〜0.2mmの鋼球、または
粒径が0.1〜0.15mmのガラス球を投射してその表面を球
状粗化し、その後、当該表面にCrめっき、またはNi−Ｗ
合金めっきのいずれか一層を施すことを特徴とするロー
ルの表面処理方法。

（２）ロール表面に粒径が0.05〜0.2mmの鋼球、または
粒径が0.1〜0.15mmのガラス球を投射してその表面を球
状粗化し、その後、当該表面に下地Niめっきを施し、更
にその上にCrめっき、またはNi−Ｗ合金めっきのいずれ
か一層を施すことを特徴とするロールの表面処理方法。

（３）ロール表面にNi下地めっきを施し、その後、粒径
が0.05〜0.2mmの鋼球、または粒径が0.1〜0.15mmのガラ
ス球を投射してその表面を球状粗化した後、Crめっき、
またはNi−Ｗ合金めっきのいずれか一層を施すことを特
徴とするロールの表面処理方法。

（４）ロールが鋼板の電気めっきラインで使用するロー
ルである上記（１）、（２）または（３）のロールの表
面処理方法。

本発明方法の大きな特徴の一つは、めっきを施す前のロ
ール表面を球状粗化することである。この球状粗化と
は、球状の粒子をロール表面に投射して、その表面に勾
配が緩やかで曲率半径の大きな微小凹凸をつけることを
意味する。

第１図が、上記の球状粗化したロール表面の拡大断面図
である（この図は、球状粗化の後に更にめっきを施した
状態を示している）。

上記の球状粗化は、圧縮空気をジェットとして噴射し球
状粒子をロール表面に投射する（吹き付ける）方法、い
わゆるショットブラスト法で行う。球状粒子としては、
粒径が0.05〜0.2mmの鋼球、または粒径が0.1〜0.15mmの
ガラス球を使用する。

例えば、通電用コンダクターロールでは、ロール本体
（母材）は銅の電鋳材であるが、これは硬度が低いため
球体が母材に食い込みやすい。従って、母材に食い込み
にくいガラス球を使用し、低めの吹付け圧力とするのが
よい。このときのガラス球の粒径が0.1mmより小さい
と、ロールを通過する被処理鋼板の量が増すにつれて、
ロールのスリップ防止効果が大きく低下する。また、被
処理鋼板等に付随してくるめっき液は、前記のとおり、
鋼板の製品品質、ロール本体の電気化学的な腐食などの
問題を生じるので、そのめっき液の絞り取りが十分に行
われるようなロール表面状態にするために、粒径が大き
めのガラス球を使用するのがよい。しかし、粒径が0.15
mmより大きいガラス球でブラストしたコンダクターロー
ルは、表面粗度が大きくなりすぎて被処理鋼板表面に疵
を発生させることがある。

テンションロールでは、とくに耐摩耗性と鋼板のスリッ
プ防止が必要である。テンションロールは母材が鋳鋼で
表面硬度も高いが、鋼板との接触面積が大きく、かつ鋼
板表面にキズを発生させないような表面状態にしなけれ
ばならないから、その要求を満たすように、球状粒子と
して鋼球を使用するのがよい。その場合、鋼球の粒径が
0.05mmより小さいと従来のブラスト処理材と同じような
鋭利な凹凸のある表面状態になってしまい、テンション
ロールでは長期にわたって十分なグリップ力を維持する
ことができない。一方、粒径が0.2mmを超える鋼球では
ブラストしたときに割れて、その破片がロール表面に食
い込み、その鋭利な突起部にめっき電流が集中して、第
２図に示すようなコブ状の析出が起こりがちである。

本発明の特徴の第二は、球状粗化したロール表面に、Cr
めっきまたはNi−Ｗ合金めっきを施すことにある。Crめ
っきとしては、通常の硬質Crめっき、微細析出の高硬度
Crめっき（非晶質のCrめっきを含む）等、あらゆる種類
のCrめっきが使用できる。

以下、前記のような球状粗化された表面に施すめっきの
代表例について説明する。

（ａ）硬質Crめっきこれは、通常のサージェントCrめっき浴で、例えば下記
のような条件で施すことができる。

浴組成：無水クロム酸150〜450g/、硫酸1.5〜4.5g/ 浴温:40〜55℃ 陰極電流密度:15〜25A/dm² （ｂ）高硬度Crめっき（微細析出Crめっき、非晶質Cr
めっき）これは、サージェントCrめっき液を基本組成とし、これ
にアミン径錯体を添加し、陰極電流密度20〜60A/dm²に
増加してめっきする。この条件で硬度（Hv）が1200前後
の高硬度Crめっき層が得られる。

（ｃ） Ni−Ｗ合金めっきＷ含有量がおよそ20〜44％（重量％、以下同じ）の皮膜
で、例えば次の条件でめっきを行うことができる。

浴組成：硫酸Ni20〜50g/、タングステン酸ソーダ40〜70g/ クエン酸50〜100g/ カチオン界面活性剤（少量）（pH8.0〜9.5）浴温:50〜70℃ 陰極電流密度:5〜20A/dm² 本発明方法は、球状粗化したロール表面に直接前記
（ａ）〜（ｃ）のようなめっきを施すだけでなく、ロー
ル表面に予め下地Niめっきを施し、その上に前記のよう
なめっき行う方法で実施してもよい。

下地Niめっきを行う目的は、特にロール素地が鉄系の材
料である場合に、上層のCrめっき等との電位差を小さく
すること、および素地の微小ピット等の表面欠陥をこの
Niめっきで覆うことである。球状粗化はNiめっきの前の
素地に対して行ってもよく、またNiめっきを施した後に
行ってもよい。球状粗化は、素地のピット等の表面欠陥
を少なくするという効果もある。

（作用）第１図に示したように球状に粗化された表面は、微細凹
凸が非常に滑らかであり、めっき層（１）の厚みも均一
になる。即ち、第２図に示した従来のブラスト加工によ
って生じる尖鋭な凸部でのめっき粒子の粗いコブ状の析
出や、深い凹部でのめっき付き廻り不良の問題がなくな
る。また、冷延鋼板等の被処理材との接触面積が増加す
ることから、そのグリップ力も増加してスリップが減少
する。さらにロール母材表面に与えられる残留圧縮応力
と、めっき皮膜の内部引張り応力との相乗効果によって
めっき皮膜の剥離がなくなる。以下にこれらの作用効果
を具体的に説明する。

（イ）耐摩耗性とスリップ防止効果について：第２図に示すように、従来のブラスト加工で粗化された
ロールの表面状態は、非常に微細で急峻な凹凸でありそ
の間隔も狭いものである。このような表面に電気めっき
を施こす場合、ロール径とロール軸方向長さから計算さ
れた表面積に基づいて設定された電流を流すのである
が、表面の凸部では先端が鋭利なために電流密度がこの
設定電流密度より高くなりコブ状粒子が析出する。この
高い電流密度で析出しためっき皮膜は脆くて剥離しやす
く、耐摩耗性の向上には適していない。またこのような
表面状態では、鋼板との接触が尖鋭な凸部先端に限られ
た点接触となるため、グリップ力が低下するだけでな
く、高い凸部ピークの局部的摩耗が起きる。

一方、第１図に示す球状粗化されたロールの表面状態は
滑らかな凹凸形状であり、特に凸部先端に電流が集中す
ることもなく、めっき析出粒子も緻密なものとなる。ま
た表面の凹凸間隔も広くなり、凹部の底へのめっき付き
廻りも良好となる。この状態では、鋼板との接触面積が
第２図の場合に比較して格段に大きくなり、鋼板のスリ
ップ防止効果が大きく、かつ局部摩耗もなくなる。テン
ションロール等では特にこのスリップ防止効果が必須で
あるが、同時にこの部分での耐摩耗性を上げることも必
要である。特に耐摩耗性を上げるために高硬度Crめっき
を施した場合、皮膜硬度がHvで約1200と硬質Crめっきに
比例しても一段と高く、従来適用されている0.1mmとい
うような厚いCrめっきは必要でない。高硬度Crめっき
は、マイクロクラックが硬質Crめっきに比較して多く、
これは微細かつ非連続で下地まで貫通するクラックが殆
どない。従って、耐蝕性も著しく優れている。

（ロ）耐蝕性向上効果について最も耐蝕性が要求されるロールは、例えばSnの電気めっ
きラインで使用される通電用のコンダクターロールであ
る。その耐蝕性を例として説明する。

Snめっきラインで使用される通電用のコンダクターロー
ルは、その表面にCrめっきが施されている。この場合、
Snめっき液の腐食作用によりCrめっき皮膜の内部に残存
するクラックを通じてめっき皮膜の剥離が発生する。こ
れはめっき析出形態にも関係し、従来のブラスト加工で
粗化した表面の凸部では、前記のとおり、強電流による
コブ状粒子の析出が起き、凹部ではめっき付き廻り不良
があって、これらがCrめっき皮膜の剥離現象を助長する
のである。

本発明方法によれば、これらの不良めっきの要因を少な
くなる。それと同時に、球状粒子の投射により母材に残
留圧縮応力が発生し、これがCrめっき皮膜の引張内部応
力を相殺する結果となり、一層耐蝕性のあるめっき皮膜
が得られる。

さらに本発明方法では、下地が球状粗化された表面に、
それ自体耐蝕性に富むCrめっきまたはNi−Ｗ合金めっき
を施すから、ロールの耐蝕性はきわめて優れたものとな
る。

本発明方法を適用してSnめっき通電用コンダクターロー
ルに、例えばNi−Ｗ合金めっきを施す場合、めっき皮膜
の厚みは20〜30μｍ程度が適当である。このめっき皮膜
の厚みは耐蝕性および耐摩耗性に関する実験データをも
とに選定されたものであるが、めっき剥離事故が発生し
ても特に大事に至らない範囲である。一方、従来のブラ
スト加工によって粗化したロール表面に同じ厚みのNi−
Ｗ合金めっきを施し、使用後のロール表面を詳細に調査
したところ、表面の凹部から腐食が進行していた。これ
は明らかにNi−Ｗ合金めっきの凹部への付き廻りが不良
でこの部分のめっき厚みが極端に薄いためである。

上記のように、めっきの前にロール表面を球状粗化する
ことによって多くの問題点が解決される。前述のロール
表面凸部への過剰な電流集中がないということは、厚め
っきを行う場合でも良好なめっき皮膜が得られるという
ことでもある。

Ni−Ｗ合金めっきの皮膜硬度は、析出状態によってはHv
650前後と硬質Crめっき（HV900前後）に比較して低い
が、本発明方法によって球状粗化された表面にめっきし
たロールでは、従来のショットブラスト加工による不揃
いな表面状態にめっきしたロールよりも耐摩耗性ははる
かに増大する。

次に、本発明を実施例によって更に具体的に説明する。

〔実施例１〕鋳鋼製のテンションロールの表面に第１表に示す条件で
球状粗化と従来のブラスト加工による粗化処理を施し、
次いで第２表に示す条件で厚さ0.1mmの硬質Crめっき
と、厚さ30μｍの非晶質高硬度Crめっきを施した。

以上の方法で得られたロールを使用して、実機ラインに
より、通板速度３トン/hrの条件でスリップ防止効果を
調べた。その結果を第３表に示す。

また、これらのロールの使用後のロール表面摩耗面積を
ローラースコープで観察して測定した。その結果を第３
表に併記する。

第３表に示すように、本発明方法で得られるロールは長
時間にわたってスリップ防止効果を維持する。耐摩耗性
においても同じ硬質Crめっきで比較して従来の方法で製
造してロールよりもはるかに優る。

〔実施例２〕銅材の通電コンダクターロールに、第４表に示す条件で
球状粗化の表面加工を施し、その上に同じく第４表に示
す条件で20μｍ厚のNi−33％Ｗ合金めっきを施した。

上記のコンダクターロールを鋼板のSnめっきライン（浴
の主成分は硫酸第１スズ40g/、硫酸60g/であった）
の通電コンダクターロールとして使用した。従来のブラ
スト加工で粗化してCrめっきを施したロールでは1800時
間が限度で、それまでにめっきの剥離事故が多発してい
たが、上記本発明方法で製造したロールは、4300時間の
使用ができ、その間めっき皮膜の剥離事故は皆無であっ
た。

〔実施例３〕銅材の通電コンダクターロールの表面を第５表の球状粗
化の条件で処理し、その上に同じく第５表に示す条件で
厚さ70μｍの非晶質高硬度Crめっきを施した。

得られたロールをSnめっきラインの下地Niめっき用通電
コンダクターロールとして使用した。なお、下地Niめっ
きの浴組成は、硫酸ニッケル200g/、硼酸40g/、pH2
であった。

従来方法で製造したCrめっきコンダクターロールの最大
使用可能時間が100時間で、めっき層の剥離事故が発生
したのに対して、上記本発明方法で製造したロールは、
事故なしで1000時間以上の使用が可能であった。

さらに、上記の本発明方法で別途作製した試験片（40mm
×30mm）を、上記の下地Niめっきのめっき液に浸漬し
て、２週間後における下地銅溶出量を測定したところ、
従来方法で作製したCrめっきの試験片では10mg/であ
ったが、本発明方法で作製した試験片では銅溶出は全く
検出されなかった。

〔実施例４〕第３図にめっき層部分を拡大した断面で示すように、鉄
材（JIS−S35C）の通電コンダクターロール（２）に、
まず第６表に示す条件でNiめっき（下地めっき）（３）
を施した後、同じく第６表に示す条件で粗化の処理を行
い、Niめっき層（３）を球状粗化した。その上に更に第
６表に条件で20μｍ厚のNi−33％Ｗ合金めっき層（４）
を施して通電コンダクターロールを得た。

上記によって製造したロールを実施例２と同じ条件で使
用したところ、実施例２のロールと大差ない良好な成績
であった。即ち、本発明方法によれば、ロールのシェル
層を高価な銅製から安価な鉄製のものに変更することが
可能であることがわかった。

（発明の効果）本発明の表面処理方法は、耐摩耗性、耐食性、耐スリッ
プ性等を必要とするあらゆる種類のロールの製造に適用
することができる。特に、鋼板等の電気めっきラインで
使用する各種のロールには、耐摩耗性と耐食性とを同時
に必要とするものが多いので、その製造には本発明方法
が好適である。しかも、本発明方法を実施するのには特
別の装置を必要とせず、従来の設備によって低コストで
操業することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法で製造したロール表面の拡大断面
図である。第２図は、従来の方法で製造したロール表面の拡大断面
図である。第３図は、本発明方法で製造した下地Niめっき層を有す
るロールのめっき層部分を拡大した断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロール表面に粒径が0.05〜0.2mmの鋼球、
または粒径が0.1〜0.15mmのガラス球を投射してその表
面を球状粗化し、その後、当該表面にCrめっき、または
Ni−Ｗ合金めっきのいずれか一層を施すことを特徴とす
るロールの表面処理方法。
【請求項２】ロール表面に粒径が0.05〜0.2mmの鋼球、
または粒径が0.1〜0.15mmのガラス球を投射してその表
面を球状粗化し、その後、当該表面に下地Niめっきを施
し、更にその上にCrめっき、またはNi−Ｗ合金めっきの
いずれか一層を施すことを特徴とするロールの表面処理
方法。
【請求項３】ロール表面にNi下地めっきを施し、その
後、粒径が0.05〜0.2mmの鋼球、または粒径が0.1〜0.15
mmのガラス球を投射してその表面を球状粗化した後、Cr
めっき、またはNi−Ｗ合金めっきのいずれか一層を施す
ことを特徴とするロールの表面処理方法。
【請求項４】ロールが鋼板の電気めっきラインで使用す
るロールである請求項（１）、（２）または（３）のロ
ールの表面処理方法。