JPH0748665Y2

JPH0748665Y2 - 溶融金属めっき浴用ロール

Info

Publication number: JPH0748665Y2
Application number: JP1989124010U
Authority: JP
Inventors: 良夫原田; 和正小松; 記生野村
Original assignee: Tocalo Co Ltd
Current assignee: Tocalo Co Ltd
Priority date: 1989-10-25
Filing date: 1989-10-25
Publication date: 1995-11-08
Anticipated expiration: 2004-10-25
Also published as: JPH0363565U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、溶融金属めっき浴用ロールに関するものであ
って、主として連続溶融亜鉛めっき浴用ロールに関する
ものである。もちろん、この考案に係るロールは、溶融
錫めっき、溶融亜鉛−アルミ合金めっき、溶融アルミ炉
浴中で使用するロールに対しても同様に適用が可能であ
る。

〔従来の技術〕

さて、自動車用鋼板や土木，建築用鋼材、あるいは家電
装置などの耐熱，耐食材として用いられている溶融亜鉛
めっき鋼板や溶融アルミニウムめっき鋼板などは、大部
分、第１図に示すような連続溶融めっき処理によって製
造されている。その連続溶融めっき処理装置には、溶融
金属浴１中に浸漬されるシンクロール２、溶融金属表面
近傍に配設されるサポートロール３およびこれらのロー
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などが配設されている。これらのロールは、溶融金属
浴中に浸漬されるか、溶融金属が飛散付着しやすい個所
にあり、また溶融金属が付着した高温の鋼板と接触する
ため、（１）溶融金属による浸食が起こり難いこと、
（２）通板材（鋼板）と接触しても摩耗しにくいこと、
（３）付着した溶融金属の剥離並びに保守点検が容易な
こと、（４）ロールとしての寿命が長く低コストである
こと、そして、（５）高温の溶融金属中に浸漬した際の
熱衝撃によく耐えること、などの性能が要求される。

ところで、現在使用されているロールとしては、（１）表面にJIS H8303（1976）制定のCo基自溶合金を
溶射したロール、（２）特開昭61-117260号公報に開示のような、ZrO₂とA
l₂O₃からなるセラミックス皮膜を溶射形成したロール、（３）特公昭58-37386号公報開示のように、WC,Cr₃C₂,T
iCの１種または２種以上に対し、Ni,Siの如き熱間耐食
性金属またはこれらの酸化物を共存させてなる0.1〜2.4
mm厚さの皮膜を主として溶射法によって形成したロー
ル、などがある。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかし、前記従来技術の（１）及び（２）のロールは、
それ以前の無処理ロールに比べると長い寿命をもっては
いるものの、２週間程度の使用によってロール表面の皮
膜（自溶合金溶射皮膜やセラミックス皮膜）が局部的に
剥離する。そして、この剥離した皮膜が被めっき鋼板表
面に付着し変色模様を生じさせる。そのために、めっき
鋼板の品質が甚だしく低下する。

また、上記従来技術の（３）のロールは、WC,Cr₃C₂,TiC
などの炭化物を使用する点において、溶融金属の耐浸食
性に優れているが、この炭化物だけではロールに対する
密着性に乏しいためこれと共存させる金属の添加が不可
欠となる。ところが、添加金属の種類によっては、溶融
金属と冶金反応を起こし、甚だしく浸食されることがあ
る。

また、上掲の〜の各ロールは、いずれも溶射法によ
って皮膜形成をしたものである。したがって、その皮膜
は偏平化された粒子の積層構造であり、微視的にはピン
ホールが生成しやすい構造となっている。

さらにとに示す従来ロールは、酸化物または炭化物
セラミックスを用いているため、金属質のロール基材と
は膨張係数が著しく異なるため、（セラミックスの方は
金属の1/2〜1/3程度）高温の溶融金属浴中に浸漬した
際、ロール母材と皮膜との間に膨張係数の差に起因する
大きな熱応力が発生し、しばしば皮膜に亀裂が発生した
り、剥離する現象がある。このため、たとえロール表面
に、耐溶融金属性に優れたセラミックス皮膜を形成した
としても、その機能を十分利用できないのが実情であ
る。

この対策として、セラミックス被覆ロールを溶融金属中
に浸漬する前に、加熱して予めロールそのものの温度を
上げ、浴中の溶融金属との温度差を小さくすることを考
えた。しかし、炭化物を大気中で予熱することは、酸素
による酸化の虞れがある（炭化物が酸化物に変化するた
め、ロールとの密着力が低下して容易に剥離が起こる）
ため、セラミックス皮膜の寿命を却って短くする欠点が
見られた。

以上説明したように、従来技術、特にセラミックス皮膜
を形成した溶融金属用ロールは、高温の溶融金属中に浸
漬する際に発生する熱衝撃に弱く、皮膜自身の特性は耐
溶融金属性に優れているとしても、その機能を十分発揮
する状態にないのが実情である。

〔問題点を解決するための手段〕

このような実情に鑑み、本考案では、サーメット溶射皮
膜の表面上に、化学的緻密化処理によって生成させるこ
とのできるCr₂C₃からなる皮膜を形成することによっ
て、サーメット溶射皮膜を急激な温度変化時の熱障壁機
能を持つように変成するとともに、大気中で加熱しても
該サーメット溶射皮膜が変質したり、酸化消耗するよう
なことがないようにする。しかも、本考案では、このサ
ーメット溶射皮膜内（とくにその上層部のピンホール）
に生成したCr₂C₃の微粒子を充填することによって、溶
融金属の侵入を防止したり、また付着を最小限にとどめ
るようにしたものである。

こうした内容の下に構成される本考案ロールは、酸化物または炭化物系のセラミックとCoもしくはNiとか
らなるサーメット溶射皮膜を形成した鋼鉄製ロールの、
その溶射皮膜の表面を、化学的緻密化処理によって得ら
れるCr₂O₃からなる皮膜で覆われているとともに、この
溶射皮膜のピンホール中には下記化学的緻密化処理によ
って生成するCr₂O₃微粒子を充填されていることを特徴
とするものである。

なお、上記化学的緻密化処理とは、サーメット溶射皮膜
を被覆したロールを、クロム酸含有溶液中に浸漬する
か、その溶液を該ロール表面に噴霧することによって、
該クロム酸含有溶液を該ロールのサーメット溶射皮膜外
表面に塗布し、かつ該溶射皮膜のピンホール中に浸透さ
せ、その後加熱することによってロール溶射皮膜外表面
ならびにピンホール中にCr₂O₃の微粒子を生成，充填さ
せる処理である。

〔作用〕

本考案の特徴は、サーメット溶射皮膜の外表面が、化学
的緻密化処理によって得られるCr₂O₃からなる皮膜にて
覆われているとともに、この溶射皮膜上層部のピンホー
ル中にも、上記処理によって生成したCr₂O₃の微粒子を
浸透させて充填された構造にすることにある。

すなわち、本考案溶融金属めっき浴用ロールは、このロ
ール表面に、まず溶射法によって、酸化物，炭化物など
のセラミックス及びそれらにCo,CrおよびNiのような耐
熱・耐食性に優れた金属を混合した混合物にかかるサー
メットの溶射皮膜を形成する。次いで、この溶射皮膜つ
きロールを、クロム酸を含む水溶液中に浸漬するか、あ
るいは該水溶液をこのロール表面に対し噴霧する。

この処理によって、溶射皮膜表面はクロム酸で被覆され
ると共にその溶射皮膜中にピンホールが存在すれば、ク
ロム酸溶液がその中へ浸透することになる。

その後、このクロム酸処理したロールを、200〜500℃の
温度に加熱する。この処理によって前記溶射皮膜中の水
分は蒸発揮散するとともに、そのあとには微粒子状のCr
₂O₃が残留物として、溶射皮膜外表面上や皮膜中のピン
ホール内に残留し、ロールの溶射皮膜外表面とピンホー
ル間にCr₂O₃からなる層とCr₂O₃微粒子の充填層が形成さ
れる。

そして、前記クロム酸水溶液中への浸漬と加熱を数回繰
返すと、Cr₂O₃の層は次第に厚くなり、本考案の目的と
する機能を発揮するようになる。このCr₂O₃からなる皮
膜の厚みは、１〜20μｍの厚さが好適である。それは、
このCr₂O₃からなる皮膜の厚さが１μｍ以下では、前記
サーメット溶射皮膜の表面を効果的に被覆することがで
きない。一方、Cr₂O₃からなる皮膜の厚さが20μｍを超
えると、本考案の目的は達成できるものの、この処理に
多くの時間と経費を要するので、得策でない。

第２図は、ロール基材21の表面上に形成したサーメット
溶射皮膜22上に、Cr₂O₃からなる皮膜23を形成したもの
の断面を模式的に示したものである。

なお、生成したCr₂O₃は、溶射皮膜の表面のみならず、
この皮膜上層部にあるピンホール中にまで浸透し、充填
24された状態となる。従って、前記サーメット溶射皮膜
は、Cr₂O₃皮膜によって大気中に露出することがなくな
る。その結果、次のような効果を発揮する。

ロールを予熱してもサーメット溶射皮膜のセラミック
ス質（とくに炭化物の場合）が変質しない。

ピンホールを通じての溶射皮膜への溶融金属の浸入が
防止できる。

高温溶融金属中に直接浸漬しても、また高温の予熱炉
中にロールを直接設置しても、溶射皮膜上のCr₂O₃皮膜
が熱障壁機能を発揮するため、溶射皮膜の熱応力の発生
を緩やかにし、亀裂や剥離を防止する。

溶融金属が付着した高温の鋼板と接触しても、ロール
表面に溶融金属が付着しにくく、また付着しても容易に
剥離する。

上記Cr₂O₃からなる皮膜を生成させるための化学的緻密
化処理剤としては、クロム酸やクロム酸アンモン，炭酸
クロム，硫酸クロム，硝酸クロム，重クロム酸，重クロ
ム酸アンモンなど、要するにこれらの水溶液を加熱した
ときに残渣物としてCr₂O₃を生成するような薬剤であれ
ば使用が可能である。

なお、水溶液を加熱することによって生成するCr₂O₃微
粒子は、一般に0.1μｍ以下の微粒子であり、これが高
温環境下で焼結状態になると、ビッカース硬さ800〜150
0程度となるため、めっき鋼板との接触によっても摩耗
されにくく、それ自体がセラミックスであるため、溶融
金属に対して十分な耐食性を発揮するものである。

前記サーメット溶射皮膜は、火炎溶射，プラズマ溶射，
ジェットコート溶射などの方法を適用することにより、
主として粉末溶射法により被成する。溶射材料として
は、ZrO₂，Al₂O₃，TiO₂，Cr₂O₃などの酸化物及びWC,Cr₃
O₂,TiCなどの炭化物とCo,NiあるいはCrとの混合物や化
合物サーメット、そしてそれらの２種以上の混合物を用
いる。

このサーメット溶射皮膜の厚さは、ロール基材のサイズ
やオーバーコートとなる前記Cr₂O₃皮膜により変わる
が、好ましくは40μｍ〜500μｍがよい。この厚さにす
る理由は、40μｍより薄ければ、皮膜欠陥が多くなる。
また、500μｍ以上では、高価な溶射材料を使用する割
にはロール皮膜としての寿命が延びず、逆に皮膜そのも
のが内部応力によって剥離しやすくなるためである。

〔実施例〕

実施例１ 13Cr鋼製のロール（直径480×長さ3,400mm）表面に、次
のようなサーメット溶射皮膜をプラズマ溶射法によって
200μｍ厚さに形成し、その後このサーメット溶射皮膜
の上に化学的緻密化処理によってCr₂O₃からなる皮膜を
５μｍの厚さとなるように生成させて被覆した。

この処理を施したロールを、10日間鋼板の溶融亜鉛めっ
き浴用ロールとして使用した。このロールを、その後亜
鉛浴中から引き上げ、ロール表面上の溶射皮膜の性状に
ついて調査した。比較のため、Cr₂O₃の皮膜を形成しな
いロールを同条件で使用して、両者を比較した。

第１表は、このときの試験結果を示したもので、Cr₂O₃
の皮膜を形成しないものは、亜鉛の大きな侵食は受けて
いないものの、５〜10cm直径程度の局部剥離が多数認め
られた。これに対し、Cr₂O₃からなる皮膜を形成した本
考案ロールについては、Cr₂O₃の微粒子が残存し、その
下の溶射皮膜はほぼ完全な状態を維持していた。

また、溶融亜鉛浴中から引き上げたロールには、多少の
亜鉛が付着していたが、手でこすると容易に剥離し、ま
た、剥離部にはCr₂O₃の皮膜が残存しており、溶射皮膜
には全く異常は認められなかった。

実施例２本実施例は、ロールの予熱時に発生する溶射皮膜の変質
防止効果についての調査である。すなわち、実施例１で
は、ロールそのものを直接高温の溶融亜鉛浴中に浸漬し
たが、浸漬条件によってはロールそのものが大きく変形
し、その程度が溶射皮膜の伸びの限界を超えると皮膜に
亀裂が発生する。Cr₂O₃もセラミックスの一種であるた
め、上記のような条件下に置かれると亀裂が発生する可
能性がある。

そこで、溶射皮膜−Cr₂O₃の皮膜つきロールを、あらか
じめ大気中で150〜300℃に加熱し、その後、溶融亜鉛浴
中に浸漬した。このようにすれば、温度差に起因するロ
ール本体の変形は小さく抑えることができる。

さて、直径100×長さ1000mmの13Cr鋼製の小型ロールを
用い、このロール表面に実施例１のサーメットを200μ
ｍ溶射し、その後そのサーメット皮膜上に化学的緻密化
処理によってCr₂O₃からなる皮膜を８μｍ形成して試験
ロールを製作した。

その後、この試験ロールを、 25℃の室温から480℃の溶融亜鉛めっき浴中に直接浸
漬して15分間静置し、これを引上げ30分間放冷する。こ
の操作を10回繰返した。

300℃に維持した電気炉中に30分間放置した後、480℃
の溶融亜鉛浴中に15分間浸漬し、これを引上げる操作を
10回繰返した。

比較のため、Cr₂O₃の皮膜を形成しない溶射皮膜のまま
の比較ロールを同条件で試験し、溶射皮膜の損傷状態を
調査した。

第２表は、このときの結果を示したものである。

比較例のAl₂O₃，Al₂O₃・Cr₂O₃，ZrSiO₄などの酸化物セ
ラミックス（No.10,11,12）は、電気炉中における300℃
の加熱によっても化学変化を起こさないため、加熱の影
響をうけない。このため、300℃の加熱後亜鉛浴中に浸
漬すると、温度差が小さいためロールの変形が殆ど認め
られず、この熱歪に伴う皮膜の剥離は小さかった。た
だ、この種の皮膜は多孔質であるため、ピンホールを通
しての溶融亜鉛の内部浸透があるため、この現象による
皮膜の亀裂と剥離が発生した。また、WC,TiC,Cr₃O₂など
の炭化物系のセラミックス皮膜（No.7,8,9）では、300
℃とはいえ大気中で加熱する際、酸化が徐々に進み、皮
膜の耐溶融亜鉛性が次第に低下し、局部的に小さな剥離
現象が発生した。ただ、300℃に加熱すると、溶融亜鉛
浴中に浸漬してもロール基材の変形が少なく、これに起
因する皮膜の破壊はない。しかし、皮膜のピンホールを
通しての亜鉛の侵入による剥離が認められた。

さらに、この比較例のロールにおいては、室温から直接
高温の溶融亜鉛浴中に浸漬すると、いずれの皮膜もロー
ル基材の大きな変形によって亀裂が発生したり剥離が起
こった。

これに対し、Cr₂O₃皮膜を有する本考案の試験ロール（N
o.1〜３）は、いずれも300℃の加熱はもとより、室温か
ら直接溶融亜鉛浴中に浸漬する条件下においても、優れ
た保護作用を示し、溶射皮膜は健全であった。すなわ
ち、300℃の電気炉中の加熱においても変質せず、また
大きな温度差による熱衝撃に対しても緩衝的機能を発揮
し、皮膜の損傷を防止することが判明した。

これらの実施例は、溶融亜鉛浴中に浸漬した場合につい
て報告したものであるが、上述した作用機構から明らか
なように、本考案のロールを亜鉛飛沫が付着しやすく、
また、高温の溶融亜鉛の付着した鋼板と接触するロール
類に対しても同様な効果が得られる。従って、本考案の
ロールは浴中浸漬ロールのみに限定されるものではな
い。

〔考案の効果〕

以上の説明並びに実施例の結果から明らかなように、酸
化物系や炭化物系サーメット溶射皮膜の上に、化学的緻
密化処理によって形成したCr₂O₃からなる皮膜を有する
本考案ロールは、大気中で加熱しても皮膜の変質がな
く、しかも皮膜は高温の溶融亜鉛浴中に浸漬した場合に
発生する熱衝撃や熱歪に対して強く、そして、Cr₂O₃微
粒子成分が下層の溶射皮膜のピンホール中にも浸透充填
されているために、このロールを溶融金属中に浸漬して
もそれらが皮膜内部に浸入することがなく、耐久性に優
れたロールが得られる。

このため、本考案ロールは、溶融金属浸漬用ロールとし
て好適で、皮膜の寿命も長いので、このロールを使って
得られるめっき鋼板の品質も長期にわたって優れたもの
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋼板の連続溶融亜鉛めっき装置の概要を示す
略線図、第２図は、本考案ロールのロール表面の構造を示す部分
断面図である。１……溶融金属浴２……シンクロール３……サポートロール４……めっき鋼板５……ガイドロール 21……ロール基材 22……サーメット溶射皮膜 23……化学的緻密化法によるCr₂O₃の皮膜 24……サーメット溶射皮膜のピンホール中に浸透したCr
₂O₃微粒子の層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭64−33562（ＪＰ，Ｕ) 特公昭41−18708（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】酸化物または炭化物系のセラミックとCoも
しくはNiとからなるサーメット溶射皮膜を形成した鋼鉄
製ロールの、その溶射皮膜の表面を、下記化学的緻密化
処理によって得られるCr₂O₃からなる皮膜で覆われてい
るとともに、この溶射皮膜のピンホール中には下記化学
的緻密化処理によって生成するCr₂O₃微粒子を充填され
ていることを特徴とする溶融金属めっき浴用ロール。記上記化学的緻密化処理とは、サーメット溶射皮膜を被覆
したロールを、クロム酸含有溶液中に浸漬するか、その
溶液を該ロール表面に噴霧することによって、該クロム
酸含有溶液を該ロールのサーメット溶射皮膜外表面に塗
布し、かつ該溶射皮膜のピンホール中に浸透させ、その
後加熱することによってロール溶射皮膜外表面ならびに
ピンホール中にCr₂O₃の微粒子を生成，充填させる処理
である。