JPS63195238A - 電気めつき用通電ロ−ル合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、腐食摩耗抵抗性にすぐれた電気めっき用通電
ロール合金に関する。

〔従来の技術〕

連続電気亜鉛めっき等の電気めっきに使用される通電ロ
ールは、第５図に示すように、ロール胴部（スリーブ）
　（１０）の両端に、給電部材であるロールエンド（２
０，２０）が嵌着された構造を有する。

被めっき鋼板はそのロール胴部（１０）表面に接触し、
バックアップロールに挾持されて、めっき液中を走行す
る。

上記通電ロールの胴部（１０）は、通電状態下に、強酸
性腐食液であるめっき液による腐食をうける。

その腐食は、単純な腐食ではなく、通電量との相関を有
する通電腐食であり、通電量が増加するに従って、腐食
量が増大する。また、ロール胴部（１０）は、その表面
に接触してめっき液中を通過する被めっき鋼板との摩擦
による機械的摩耗をうける。

通電ロールの胴部は、この通電腐食と機械的摩耗とが重
畳する腐食摩耗により、表面に肌あれ（凹凸・疵）が生
じる。そのロール胴部表面の腐食摩耗は、特に、被めっ
き鋼板のエッヂと接触する電流密度の高い部分、および
バックアップロールによる接触面圧が最も高くなる部分
に集中的に生じ易い。

通電ロールの胴部表面に腐食摩耗による肌あれが生じる
と、その疵が被めっき鋼板のめっき表面に転写され、め
っき品質が低下する原因となる。

従って、ロール胴部は、通電腐食に対する抵抗性および
機械的摩耗に対する抵抗性とを兼備し、腐食摩耗が生じ
にくいものであることを要する。従来、その胴部材料と
して、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ　　
３１６やＮｔ−Ｃｒ−Ｍ。

系Ｎｉ基合金である「ハステロイＣ」、［ハステロイＣ
−２７６Ｊ等が使用されてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕 近時、電気めっき条件は、めっき品質・生産性向上等の
要請から、通電壁が従来の１０〜１５ＫＡ程度から、４
０〜５０ＫＡと高電流量化し、まためっき液はｐＨ１〜
２と強酸性のものが使用され、更に通板速度は１００ｍ
／分程度から、１５０〜２００ｍ　７分へと高速度化の
傾向にある。

このめっき条件の苛酷化に対し、ＳＵＳ　　３１６オー
ステナイト系ステンレス鋼をロール胴部材とする通電ロ
ールは、めっき液中での通電腐食抵抗性が不足し、また
その表面高度はＨｓ２２程度と低く、機械的摩耗に対す
る抵抗性も十分でない。他方、「ハステロイＣ」や［ハ
ステロイＣ−２７６Ｊからなるロール胴部を有する通電
ロールは、低ｐＨのめつき液に対して、非常にすぐれた
通電腐食抵抗性を有し、かつその表面高度もＨｓ２５〜
２８と比較的高いけれども、近時の高速度通板条件には
十分に対応し得ず、殊に高張力鋼板（Ｉ（ｓ：２５〜３
５）などの硬質の被めっき鋼板と接触する場合の摩耗抵
抗性に問題がある。

このため、従来の通電ロールは、短期間で腐食摩耗によ
る胴部表面の肌あれがすすみ、頻繁に（例えば１〜２週
間の周期で）胴部表面の再研磨加工を行わねばならず、
そのロール取替と再研磨加工に多大の労力とコストを費
やすことを余儀なくされている。

本発明は、上記問題点を解決するために改良された腐食
摩耗抵抗性を有する通電ロール合金を提供するものであ
る。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明の電
気めっき用通電ロール合金は、５０Ｃｒ　−５ＯＮ　ｉ
系合金の熱時効硬化特性に着目し、その成分組成の工夫
により、Ｈｓ４０以上の高硬度をもたせて機械的摩耗に
対する抵抗性を大きく高めると共に、従来の「ハステロ
イ」材に匹敵する高度の通電腐食抵抗性を兼備させたも
のである。

本発明の通電ロール合金は、 Ｃｒ：４０〜５５％、Ｍｏ：２〜１０％、Ｂ：０．０１
〜０．２％、Ｆｅ：１０％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ
：１％以下、Ｎ：０．２％以下、Ｃ：０．１％以下、残
部は実質的にＮｉからなり、所望により、Ｎｉの一部は
、０．５〜２％のＮｂ、０．５〜３％のＴａ。

０．１〜１％のＴ　１　ｓおよび０９１〜１％のＡＩお
よび１％以下のＶから選ばれる１種または２種以上の元
素を以て置換された化学成分組成を有する。

本発明の通電ロール合金は、その熱時効硬化特性により
、Ｈｓ４０以上の高硬度が付与され、機械的摩耗に対し
、従来の「ハステロイ」合金を大きく凌ぐ抵抗性を示す
。また、その通電腐食抵抗性は「ハステロイ」合金のそ
れに匹敵する。この耐機械的摩耗性および耐通電腐食性
を兼備していることにより、ｐＨ約１の強酸性・高電流
量・高速度通板のめつき条件に対して、高度に安定した
腐食摩耗抵抗性を示す。

本発明の通電ロール合金の成分限定理由は次のとおりで
ある。

Ｃｒ：４０〜５５％ Ｃｒは、本発明合金の鋳放し組織において、γ−Ｎｉ基
地内に、α−Ｃｒ相として析出した状態にあり、時効熱
処理が加えられると、α−Ｃｒ相が更に基地中に析出し
て合金を硬化する。第１図に、Ｃｒ含有量と時効熱処理
（但し、７００℃×５０Ｈｒ）後の合金の硬さくＨｓ）
の関係を示す。図示のとおり、Ｃｒ量が４０％に満たな
いと、時効硬化能が十分でないので、Ｃｒ量は４０％以
上とする。

Ｃｒ量の増加に伴って硬化能は増大するが、５５％を越
えると、合金の脆弱化が著しくなるので、５５％を上限
とする。

Ｍｏ：２〜１０％ Ｍｏは５０Ｃｒ　−５ＯＮ　ｉ光熱時効合金の耐食性改
善に著効を発蓮する。第２図に、５０Ｃｒ　−５ＯＮ　
ｉ系合金にＭｏを添加した場合のＭｏ添加量と熱時効処
理（７００℃Ｘ５０Ｈｒ）後の耐食性の関係を示す。図
の縦軸は、沸騰５％硫酸腐食試験（浸漬時間：２４Ｈｒ
）における腐食速度（ｇ　／　ｒｄ　ｈ　）を表してい
る。図に示したように、Ｍｏを２％以上添加することに
より、耐食性が著しく高められることがわかる。しかし
、多量に添加すると、ＮｌＸＭｏ、等の金属間化合物の
生成に伴って合金が著しく脆弱化するので、１０％を上
限とする。

Ｂ　：　０．０１〜０．２％ Ｂは結晶粒界における炭化物（クロム炭化物等）および
窒化物（クロム窒化物等）の生成を抑制する作用をもち
、その抑制作用により、粒界の強化、特に高温での粒界
強化に効果を示し、溶接時の粒界割れを防止する。また
、通電腐食に対する抵抗性を強化する。この効果は、０
．０１％以上の添加によりあられれ、添加量と共に、そ
の効果も増大する。しかし、０．２％をこえると、α−
Ｃｒ相の変質をきたし、合金の靭性等が損なわれるので
、０．２％を上限とする。

Ｆｅ：１０％以下 Ｆｅは本発明合金にとって必要な元素ではないが、１０
Ｖ６までの混在が許容される。Ｆｅの比較的多量の混在
が許容されることは経済的に有利である。ただし、その
混在量があまり多くなると、耐食性が劣化し、また熱時
効処理時に、σ相（Ｆｅ−Ｃｒ）が析出し、材質劣化の
原因となるので、１０％を上限とする。

Ｓｉ：１％以下 Ｓｉは脱酸剤として有効であるが、そのための添加量は
１％までで十分である。また、１％をこえると、熱時効
後の延性および溶接性の低下が著しくなる。

Ｍｎ：１％以下 ＭｎもＳｉと同様に脱酸剤として有効であるが、そのた
めの添加量は１％をこえる必要はない。また、１％をこ
える添加は、Ｍ　ｎ　Ｓ等の非金属介在物の生成とそれ
による延性低下を惹起する。

本発明合金は、所望によりＮｉの一部が、Ｎｂ、Ｔａｓ
　Ａｌ、Ｔｉ、Ｖから選ばれる１種または２種以上の元
素を以て置換される。

Ｎｂ：０，５〜２％ Ｎｂは、ＣおよびＮ等と結合し、これらの元素を固定化
することにより、合金の延性を高める。

Ｎの存在は延性に大きく影響するので、ＮｂとしてＮを
固定することによる熱時効材の延性改善効果は大きい。

また、Ｎｂは、結晶粒界に存在するＣと結合して、これ
を安定化することにより、溶接時の高温割れを防ぐ効果
を示すと共に、溶接熱影響部の耐食性劣化を抑制する。

これらの効果は、Ｎｂを０．５％以上添加することによ
り確保されるが、２％をこえるとその効果は略飽和する
。また過剰の窒化物が生成し延性の劣化をみる。よって
、０．５〜２％とする。

Ｔａ：０．５〜３％ Ｔａは前記Ｎｂと同様の作用を有し、ＣおよびＮ等を固
定化することにより、合金の延性および溶接性を高める
。この効果を得るためには少なくとも０．５％の添加を
必要とする。しかし、３％をこえる添加の必要はなく、
またそれ以上添加すると窒化物の生成により延性を害す
るので、３％を上限とする。

Ｔｉ：０．１〜１％ Ｔｉは強力な脱酸元素であり、その脱酸作用により合金
の延性を向上させる効果を有する。そのために必要な添
加量は０．１％以上である。しかし、過剰に添加すると
、窒化物や炭化物の生成により、却って延性が劣化する
ので、１％を上限とする。

ＡＪ：０．１〜１％ ／ｌは前記Ｔｉと同じく強力な脱酸元素であり、合金の
延性改善効果を奏する。このためには、少なくとも０．
１％の添加を必要とするが、過剰に添加すると、Ｎｉ５
Ａｌ１等の金属間化合物が生成し、却って延性等を害す
ることとなるので、１％を上限とする。

Ｖ１％以下 本発明合金は、鋳造工程での凝固後の冷却速度が緩慢（
約り０℃／分以下）であると、マクロ結晶粒界に沿って
析出したα−Ｃｒ相から、Ｃｒ−Ｎｆ−Ｍｏａ元系また
はＣｒ−Ｎｉ　−Ｍｏ−Ｎｂ４元系のα型固溶体（この
ものは、Ｈｖ約６００と極めて硬く脆い）が生成し易い
。このα型固溶体は、鋳造凝固過程、あるいはその後の
機械重切削加工時に外表面に発生する引張応力等による
粒界割れの原因となる。

■はα−Ｃｒ相を微細化し、結晶粒界に沿って析出し易
いα−Ｃｒ相の連結を阻止する結果、α−Ｃｒ相から２
次的に発生する上記α型固溶体の生成を抑制する。この
α型固溶体の析出抑制による粒界割れ防止効果は、■の
微量添加により得ることができる。添加量を増すに伴っ
て効果は増大するが、２％の添加で、その効果は略飽和
する。

また、それをこえて添加すると、■Ｃ等の炭化物の析出
と、それによる脆化が生じるので、１％を上限とする。

好ましくは、０．４〜０．７％である。

Ｃ：０．１％以下 Ｃは耐食性に存寄な元素であるので少ないことが望まし
い。特に、本発明の合金においては、Ｃ量が０．１％を
越えると、Ｎｂ等の添加元素がカーバイドとして析出し
易くなり、これらの添加元素の有効性が減殺されると共
に、合金の延性が低下する。よって、Ｃ量は０．１％以
下とする。

Ｎ：０．２％以下 Ｎは、合金溶製工程において、Ｃｒの大気中の吸Ｎ現象
に因り混入する不可避不純物である。Ｎの混在量が０．
２％をこえると、ラメラ−組織が顕著にあられれ、合金
の延性および溶接性等が劣化するので、０．２％を上限
とする。

Ｎｉ：残部 ＮｉはＣｒと共に本発明合金の基本成分である。

Ｎｊは合金表面に緻密な不働態皮膜を形成し、強酸性腐
食液であるめっき液に対する腐食溶解速度を抑制する。

また、Ｃｒの脆弱な性質を補って、良好な延性を付与す
る。

第３図は本発明合金の時効温度と時効後の硬さの関係（
但し二時効時間：５０Ｈｒ）を、第４図は本発明合金の
時効時間と時効後の硬さの関係（但し、時効温度ニア０
０℃）を示している。供試材の成分組成は、Ｃｒ　：　
４５．８％、Ｍｏ：２．８％、Ｂ：０．０５％、Ｓｉ：
０．３％、Ｍｎ：０．０１％、Ｆｅ：０．３％、Ｃ：　
０．０１％、Ｎ：０．１１％、残部：Ｎｉである。図示
のように、時効温度：約６５０〜８００℃、時効時間：
約３０１４ｒ以上の時効処理によりすぐれた熱時効効果
が達成され、特に、時効温度ニア００℃付近、時効時間
：約５０Ｈｒ以上において最良の結果が得られることが
判る。

本発明合金を以て通電ロールの胴部（スリーブ）を製作
する場合、その全肉厚を本発明合金にて形成して構わな
いけれども、ロール胴部の耐摩耗性やめっき液に対する
耐通電腐食性はロール胴部の外表面に関する問題である
から、その表層部のみに本発明合金を適用し、内層部分
には他の適当な安価な材料、例えば炭素鋼等を使用する
ことにより第５図に示すような表層（１１）と内層部（
１２）との二層構造を有するスリーブ（１０）とすると
よい。

二層構造を有するスリーブの製作工程の１例を挙げれば
、まず本発明合金を用いてスリーブの表層（１１）とな
る中空円筒体を遠心力鋳造し、該中空円筒体に一次粗機
械加工を施したのち、熱時効処理を行い、更に二次機械
加工を施す。これを、別途準備された他種材料からなる
中空筒体である内層部材（工２）に焼嵌めすることによ
り二層構造のスリーブ（１０）を得る。そのスリーブ（
１０）の両端開口部にロールエンド（２０）　＜２０）
を焼嵌めし、その胴部エンドをピン止め（３０）あるい
は溶接により強度補強することにより目的とする通電ロ
ールに仕上げられる。

〔実施例〕

第１表の化学成分組成を有する各供試合金の熱時効処理
材（７００℃Ｘ５０Ｈｒ）について、通電腐食試験、機
械摩耗試験および溶接性試験を行い、同表右欄に示す結
果を得た。

表中、賦香（阻）１〜１４は発明例、ｌＩ＆１１０１〜
１１２は比較例である。比較例のうち、魚１０１は「ハ
ステロイＣ」相当材、隘１０２は５ＵＳ３１６ステンレ
ス鋼相当材（いずれも、圧延板材を使用）であり、また
ｌ１ｈ１０３〜１１２は、本発明合金に類似する成分組
成を有しているが、いずれかの元素の含有量（表中、下
線材）が本発明の規定からはずれている例である。

［ｒ）通電腐食試験 通電ロールの実使用条件をシミュレートし、強酸性腐食
液（２３ｇ／１２Ｈ２ＳＯ４，液温５５℃）中、試験片
〔被試験面積：１ｃＩ１１〕を陰極とし、陽極＜ｐｔ＞
との間に、ｌＡのパルス電流を通電し、２４時間後の試
験片の腐食減量を測定する。

（ＩＩ）摩耗試験 回転輪（ｓＧｐ　１００Ａ　（炭素鋼）、回転速度４０
ＰＰＭ）を相手材とし、これに試験片（１５Ｘ２０Ｘ１
０．１ｎｓ）を２　ｋｇの負荷で押付けると共に、その
接触部にめっき液（２３ｇ　／　ＩＩ　Ｈｉｓ　Ｏｓ、
　１５０ｇ　／　ｌＺｎ５Ｏｎ・７Ｈ２０，１００ｇ／
ｊ！ＮａｚＳＯｉ　）を吹き付けて湿潤環境とし、７日
間（１６８Ｈｒ）経過後の試験片の摩耗量（■）を測定
する。

（ＩＩＩ）凝固割れ試験 供試合金板の表面を１５０〜２００℃に予熱し、その表
面にＴＩＧ溶接機によりアーク放電を生じさせることに
より再溶融させる。このとき、アーク電流は、電圧１５
〜１７ｖ・電流１３０〜１４０Ａに制御する。１０秒間
再溶融させたのち、表面をアスベスト等で被覆して徐冷
する。冷却後、その表面に研磨加工を加え、加工面の割
れの有無をカラーチェックにより検査する。この試験は
鋳造性を評価するものであり、表中、「鋳造性」欄の「
○」は割れなし、「×」は割れ発生、をあられす。

第１表に示すように、本発明の合金は、従来材である［
ハステロイＣｌ　　（患１０１）や、５ＵＳ３１６材（
Ｎｃｔ　１０２）に比し、めっき液との接触条件下での
機械的摩耗量が著しく少ない。、耐食性についても、本
発明合金は、従来材である５ＵＳ３１６材（隘１０２）
を大きく凌ぎ、「ハステロイＣ」に匹敵する通電腐食抵
抗性を備えていることがわかる。

他方、比較例ＮＱ１０３〜１１２は、本発明合金に類す
る成分組成を有しているが、いずれかの元素を欠き、も
しくはその含有量に過不足があるため、耐通電腐食性ま
たは耐摩耗性に劣り、あるいは溶接性に問題がある。例
えば、Ｃｒ量が不足する磁１０３は硬度が低く、耐摩耗
性に乏しい。Ｃｒを過剰に含む１ｌｈ１０４は、通電腐
食抵抗性および耐摩耗性のいずれも良好であるが、延性
が不足するため、凝固時に割れが生じている。Ｍｏおよ
びＢを含まないｆ’ｈ１０６は、耐摩耗性や鋳造性に問
題はないけれども、耐通電腐食性が著しく悪い。逆に、
Ｍ。

を過剰に含むと、合金が脆弱化するため、隘１０５にみ
るように、凝固割れを避けることができない。

隘１０７はＦｅを過剰に含む例であり、耐摩耗性は良好
であるけれども、延性に乏しいため、凝固割れが生じて
いる。また、通電腐食量も増加の傾向にある。Ｃ量を過
剰に含む１Ｉｈ１０８は、良好な耐摩耗性を有している
が、通電腐食が著しく、しかも延性の不足により凝固割
れが発生している。また、Ｎｂを過剰に含む場合（ｋ　
１０９）、Ｔａを過剰に含む場合（ｌｔｌ１０）および
Ｂを過剰に含む場合（Ｎａｉｌｌ）は、耐通電腐食性や
耐摩耗性に問題はないけれども、延性の不足による凝固
割れの発生を避けることができない。

〔発明の効果〕

本発明合金は強酸性腐食液に対する通電腐食抵抗性およ
び耐摩耗性にすぐれているので、本発明合金をロール胴
部材料として構成された通電ロールは、連続電気めっき
操業下での腐食、摩耗が少なく、またその胴部表面に付
着しためっき金属を除去するための砥石摺り付けによる
表面研磨加工における疵や摩損の発生も軽微であり、長
期にわたって平滑美麗な表面性状を保持する。従って、
ロールの取替頻度が減少し、ロールの再研磨加工費が節
減されると共に、安定した連続めっき操業を維持するこ
とができ、更にめっき製品の品質の委定・向上効果も得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣｒ含有量と硬度の関係を示すグラフ、第２図
はＭｏ含有量と腐食速度の関係を示すグラフ、第３図、
第４図は時効処理条件と時効後の硬度の関係を示すグラ
フ、第５図は通電ロールの例を示す一部断面正面図であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒ：４０〜５５％、Ｍｏ：２〜１０％、Ｂ：０
   ．０１〜０．２％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、
   Ｆｅ：１０％以下、Ｃ：０．１％以下、Ｎ：０．２％以
   下、残部実質的にＮｉからなる耐腐食摩耗性にすぐれた
   電気めっき用通電ロール合金。
2. （２）Ｃｒ：４０〜５５％、Ｍｏ：２〜１０％、Ｂ：０
   ．０１〜０．２％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、
   Ｆｅ：１０％以下、Ｃ：０．１％以下、Ｎ：０．２％以
   下、およびＮｂ：０．５〜２％、Ｔａ：０．５〜３％、
   Ｔｉ：０．１〜１％、Ａｌ：０．１〜１％、Ｖ：２％以
   下から選らばれる１種または２種以上、残部実質的にＮ
   ｉからなる耐腐食摩耗性にすぐれた電気めっき用通電ロ
   ール合金。