JPS6333537A

JPS6333537A - 電気めつき用通電ロ−ル

Info

Publication number: JPS6333537A
Application number: JP17440486A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Ishii; 利明石井
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1986-07-23
Filing date: 1986-07-23
Publication date: 1988-02-13

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、耐摩耗性および耐食性にすぐれた電気めっき
用通電ロールに関する。

〔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、強酸性溶液であるめっき液（例えば、ｐＨ１〜
２）に対する腐食抵抗性と、めっき液中を連続走行する
被めっき鋼板（通板材）との摩擦に耐える摩耗抵抗性を
備えていなければならない。

通電ロールは、基本的には第４図に示すように、ロール
胴部をなすスリーブ（１０）と、その両端に嵌着固定さ
れる給電部材であるロールエンド（２０）とからなり、
そのスリーブ（１０）の周面に通板材が接触する。

従来より、そのスリーブ（胴部）構成材料として、Ｎ　
ｉ　−Ｃｒ　−Ｍ　Ｏ系ニッケル基合金である「ハステ
ロイＣ」、またはオーステナイトステンレス鋼である５
ＵＳ３１６等が汎用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記「ハステロイＣ」をスリーブ材とする通電ロールは
耐食性にすぐれているものの、硬度がＨｓ２５〜３０程
度と低く、耐摩耗性の点に問題がある。特に、高張力鋼
板等の表面硬度の高い通板材が高速度（例えば、１５０
〜１８０　ｍ／分）で走行するめっき条件下では、スリ
ーブ表面、殊に通板材のエツジが当接する部分に疵が付
き易い。

また、５Ｏ３３１６等のオーステナイトステンレス鋼を
スリーブ材とする通電ロールでは、耐摩耗性および耐食
性のいずれも十分でなく、摩耗による疵と腐食による肌
荒れとが加重される。

このため、従来の通電ロールは、耐用寿命が短く、ごく
短期間（約１０〜３０日）でスリーブ表面の再研摩加工
を必要としている。従って、通電ロールを頻繁に取替え
ねばならず、その保守に多大のコストが必要である。

本発明は、上記問題点を解決するために改良された耐摩
耗性と耐食性を有する通電ロール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は、Ｃｒ　：　４０〜５５％、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：１
％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｆｅ：１０％以下、Ｎ：０．
２％以下、残部は実質的にＮｉからなり、硬度はＨｓ：
４０以上であるＣｒ−Ｎｉ系合金を以て、ロール胴部の
少なくとも表層部が形成されていることを特徴としてい
る。

また、本発明の通電ロールは、所望により、前記Ｃｒ−
Ｎｉ系合金のＮｉの一部が、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔ　ｉ　−、
Ａ　ｌから選ばれる１種または２種以上の元素で置換さ
れたＣｒ−Ｎｉ系合金を以て、ロール胴部の少なくとも
表層部が形成される。但し、これらの元素の含有量は、
Ｎｂ：０．５〜２％、Ｔａ：０．５〜３％、Ｔｔ：０，
１〜１％、およびＡ　ｌ　：０．１〜１％であり、Ｎｂ
とＴａを同時に添加する場合の両者の合計量は、下式〔
■〕　：０．５Ｎｂ［％）　＋０．３７ａ　（％〕≦１・・・・
〔■〕を満足する範囲に規定される。

本発明通電ロールのロール胴部構成材料である前記Ｃｒ
−Ｎｉ系合金は、熱時効硬化特性を有し、ロール胴部の
表面に硬さくＨｓ）４０以上の高い硬度とすぐれた摩耗
抵抗をもたらす。また、熱時効後における耐食性や溶接
性等も良好である。

本発明通電ロールの胴部構成材料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、Ｔ−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℃Ｘ５０Ｈｒ）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、時効硬化能が小さいので、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。

Ｃ：０．１％以下Ｃは耐食性に有害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盪が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。

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％を越えると、熱時効
後の延性および溶接性の低下が著しくなる。よって、１
％を上限とする。

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％を越える必要はない。また、１％を越
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ので、１％を上限とする。

Ｆｅｍ１０％以下Ｆｅは本発明合金にとって必要な元素ではないが、１０
％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。もっとも、その
混在量があまり多（なると、耐食性が劣化し、また熱時
効処理材では、Ｆｅ−Ｃｒ化合物、所謂σ相の析出によ
る材質劣化を免れないが、１０％以下の混在であれば、
そのような問題を生じることはない。

Ｎ二０．２％以下Ｎの混在量が０．２％を越えると、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。Ｎは、合金溶製工程において
、大気から、殊にＣｒの吸Ｎ作用に因り混入する不可避
不純物であるが、真空溶解等の減圧溶解プロセスを採用
することにより、その混入量を著しく低減することがで
きる。また、大気溶解プロセスにおいても、操業条件の
制御により、０．１〜０．１５％程度に抑えることがで
きる。

本発明通電ロール胴部構成材料は所望により、次のよう
に、Ｎｂ、７”ａ、Ｔｉ、Ａｌの１種もしくは７種以上
の元素を含有する。

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働きを有する。殊
に、Ｎの混在は延性に大きく影響するので、Ｎｂの添加
によるＮの固定化に伴う延性改善効果は顕著である。ま
た、ＮｂはＣと結合して、これを安定化することにより
、溶接時の高温割れに対する抵抗性を高めると共に、溶
接熱影響部の耐食性劣化を防止する。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、添加
量を増すと共に増強されるが、２％を越えるとその効果
は略飽和し、また過剰の窒化物の生成により延性の劣化
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
必要とし、添加量を増すに伴って効果も大きくなる。し
かし、３％を越える添加の必要はなく、またそれ以上添
加すると過剰の窒化物が生成し、延性等の劣化が生じる
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、合金溶製時の酸素の混入
量を低減し、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。

Ａｌ：０．１〜１％Ａｊ？は前記Ｔｉと同じく強力な脱酸元素であり、合金
中の酸素混入量を少なくし、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、Ｎ１ｐＡＩ１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。

上記のＮｂ５Ｔａ、ＴｉおよびＡｌの中から、ＮｂとＴ
ａが同時に選択される場合の両元素の合計量（０，５Ｎ
　ｂ　＋０．３　Ｔ　ａ　）の値を１以下と限定したの
は、それをこえると延性が阻害されるからである。

Ｎｉ：残部ＮｉはＣｒと共に本発明合金の基本成分である。

Ｎｉ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ほ
か、Ｃｒの脆弱な性質を補って、良好な延性を付与する
。上記効果はＣｒとの共存により達成される。

第２図は本発明合金の時効温度と時効後の硬さの関係（
但し、時効時間＝５０Ｈｒ）を、第３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　：　
４Ｂ、２％、Ｃ：　０．０１％、Ｓｉ：０．１７％、Ｍ
ｎ：０．０１％、Ｆｅ：０．２％、Ｎ　：　０．１３％
、残部Ｎｉである。図示のように、時効温度：約６５０
〜８００℃、時効時間：約３０時間以上の時効処理によ
り十分な熱時効硬化が達成され、特に時効温度＝７００
℃付近、時効時間：約５０Ｈｒ以上で最良の結果が得ら
れる。

本発明の通電ロールの胴部（スリーブ）は、その全肉厚
を前記Ｃｒ−Ｎｉ系合金を以て形成することができるけ
れども、ロール胴部のめっき液に対する耐食性や耐摩耗
性は、その表層部に関する問題であるから、表層部（シ
ェル）のみを前記Ｃｒ　−Ｎ　ｉ系合金を以て形成し、
内層部は他の適当な材料、例えば炭素鋼等の安価な材料
を適用し、第４図に示すような表層（１））と内層部（
１２）とからなる二層構造のスリーブ（１０）とするこ
とができる。

二層構造のスリーブの製作工程の１例を挙げれば、まず
スリーブ（１０）の表層（シェル＞　（１））用部材と
して、前記Ｃｒ　−Ｎ　ｉ系合金からなる中空円筒体を
遠心力鋳造法により鋳造し、その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、ついで二次機
械加工により所定のサイズに仕上げる。これを、別途内
層（１２）用部材として準備された他種材料（炭素鋼等
）からなる中空筒体に焼嵌めし、その接合部の適所を溶
接（Ｗｌ）することにより、二層構造のスリーブ（ｌＯ
）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、接合部の適所に溶
接（Ｗ２）を行って両者を固着させることにより通電ロ
ールに組み立てられる。

〔実施例〕

第１表の各供試合金の鋳造材を熱時効処理（７００”ｅ
Ｘ５０Ｈｒ）したものについて、腐食試験、摩耗試験、
溶接性試験を行い、同表右欄に示す結果を得た。

表中、賦香（患）１〜１）は発明例、丸１０１〜１０９
は比較例である。比較例のうち、ａｉｏｉは「ハステロ
イＣ」相当材、Ｎ１）１０２は５ＵＳ３１６ステンレス
鋼相当材（いずれも圧延板材）であり、丸１０３〜１０
９は本発明合金に類する成分組成を有しているが、いず
れかの元素の含有量（下線付）が本発明の規定からはず
れている例である。

（Ｉ）腐食試験液温７０℃のＺｎ系めっき液（２３ｇ　／　ｌ　ＨｚＳ
　Ｏａ＋２００ｇ／　ｌ　Ｚ　ｎ　Ｓ　Ｏａ　　・７　
ＨｚＯ）中、７日間浸漬したのち、腐食減量（ｇ／ｍｈ
）を測定。

（ｎ）摩耗試験第５図に示すように、回転輪（ｂ）　（Ｓ　Ｇ　Ｐｌｏ
ｏ　Ａ（炭素鋼）、回転速度４０ＰＰＭ）を相手材とし
、これに試験片（Ｔ２）　（１５ｘ２０ｘｌＯ，鶴〕を
２　ｋｇの負荷で押付けると共に、その接触部にめっき
液（Ｃ）（２３ｇ／ＲＨｚＳＯｔ、１５０ｇ／ｌ　Ｚｎ
５Ｏｓ−７Ｈｚ０゜１００ｇ／　ｌＮ　ａ　ｉｓ　０４
　）を吹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。

［１）［）溶接性試験第６図（１）に示すように、表面に凹陥部（ｄｌ〔直径
（ｄ）　８１０鰭、中央部深さくｈ）：６ｆｌ）を形設
した試験片（Ｔ３）の該凹陥部（ｄ）に、ＴＩＧ溶接法
（但し、電流：１３０Ａ、電圧：１５Ｖ、母材の予熱な
し）により、「ハステロイＣ」合金の肉盛層（ｅ）を形
成（同図（ＩＩ）　）　したのち、その肉盛層（ｌｉｔ
ｌの表面を機械加工により平滑化しく同図（ＩＩＩ）　
）　、表面研磨の後、カラーチエツクを行い、割れの有
無により、ロール表面の補修溶接性を評価する。表中、
「溶接性」欄の「○」は−溶接性良好（割れなし）、「
×」は溶接性不良（割れあり）を表す。

この溶接性により、通電ロール組立工程での溶接施工性
のほか、通電ロールの実使用時にアークスポットが生じ
た場合の溶接補修性を評価することができる。

第１表に示すように、本発明通電ロールのロール胴部表
層をなすＣｒ−Ｎｉ系合金は、めっき液腐食環境下での
耐摩耗性が高く、従来のロール胴部材料であるハステロ
イＣ（ＮＩＩＯＩ）や５ＵＳ３１６材（Ｎ１）０２）に
比し、３．５〜５．５倍（摩耗量比）に及ぶ摩耗抵抗性
を有している。また、耐食性については、５ＵＳ３１６
材（陽１０２）の約１０倍（腐食量比）と高く、ハステ
ロイＣ（ｌｋｌｏｌ）に略匹敵する腐食抵抗性を備えて
いる。更に、溶接性も良好であり、通電ロールの溶接組
立、ロール胴部表面の溶接補修にも問題のないことがわ
かる。

他方、本発明通電ロールの胴部材料に類する成分組成を
有する比較例隘１０３〜１０９についてみると、過剰の
Ｃ量を含むＩｌ＆Ｌ１０３　、Ｃｒ量が不足するＮａ１
０４　、Ｆ　ｅ量が過剰の患１０６は耐食性に乏しく、
またＣｒ１ｌの不足する隘１０４は耐摩耗性にも劣って
いる。更に、過剰のＣ量を含む隘１０３・Ｃｒ１ｌが過
剰のＮ［Ｌｉ２Ｓ　、Ｆ　ｅｉｌが過剰（７）Ｎａ１０
６　、　Ｎ量が過剰のｍ　１０７．５ｉおよびＭｎを過
剰に含む隘１０８、ＮｂとＴａの合計量が過剰のｌ１ｈ
１０９は溶接性に問題がある。

〔発明の効平〕

本発明の通電「１−ルはロール胴部表面の摩耗抵抗性お
よび腐食抵抗性にすぐれているので、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
面研削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安定・向上効果も得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はロール胴部材料のＣｒ含有量と硬度の関係を示
すグラフ、第２図、第３図はロール胴部材の時効処理条
件と硬度の関係を示すグラフ、第４図は通電ロールの例
を示す一部切欠正面図、第５図は摩耗試験要領説明図、
第６図（１）〜（ＩＩＮ）は溶接性試験要領説明図であ
る。ＩＯ＝ロール胴部（スリーブ）、１）：表層、１２：内
層、２０：ロールエンド。

Claims

【特許請求の範囲】（１）ロール胴部の少なくとも表層部が、Ｃｒ：４０〜
５５％、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１
％以下、Ｆｅ：１０％以下、Ｎ：０．２％以下、残部は
実質的にＮｉであり、硬度（Ｈｓ）：４０以上であるＣ
ｒ−Ｎｉ系合金からなる耐摩耗性・耐食性にすぐれた電
気めっき用通電ロール。（２）ロール胴部の少なくとも表層部が、Ｃｒ：４０〜
５５％、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１
％以下、Ｆｅ：１０％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％から選ばれる１種または
２種以上の元素を含有し、但し、ＮｂとＴａの合計量は
下式：０．５Ｎｂ〔％〕＋０．３Ｔａ〔％〕≦１を満足し、残部は実質的にＮｉであり、硬度（Ｈｓ）：
４０以上であるＣｒ−Ｎｉ系合金からなる耐摩耗性・耐
食性にすぐれた電気めっき用通電ロール。