WO1998001594A1 - Materiels mecaniques disposes dans un bain de metallisation a chaud - Google Patents

Materiels mecaniques disposes dans un bain de metallisation a chaud Download PDF

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WO1998001594A1
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Michinori Suhara
Yasunari Sato
Toshinori Yashiro
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Nippon Steel Hardfacing Co., Ltd.
Nippon Steel Corporation
Hitachi Metals, Ltd.
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y10S384/00—Bearings
    • Y10S384/90—Cooling or heating
    • Y10S384/913—Metallic compounds

Definitions

  • the present invention is, for example, molten zinc plated, molten aluminum plated or hot-dip zinc aluminum alloy various bath equipment used for plated like non-ferrous metals mainly excluding copper plated, especially silicon nitride (S i N 4 Various equipment for bathing placed in a plating bath of molten metal formed of a composition containing as a main component (for example, bath rolls (support rolls, synchro rolls, etc.), roll bearings, mouth lures, melties) (E.g., storage box, snout, bath pump, thrust receiver, etc.).
  • bath rolls support rolls, synchro rolls, etc.
  • roll bearings for example, storage box, snout, bath pump, thrust receiver, etc.
  • various in-bath equipment used for hot-dip galvanizing, hot-dip aluminum coating, or hot-dip zinc-aluminum alloy plating is usually a low-carbon steel, high-chromium steel, or a molten metal such as SUS316L. Often corrosive.
  • the metal material equipment various corrosion-resistant metals such as W, Co, Mo, Cr, etc.
  • a coating is formed by welding or by spraying using a single or a mixture of borides, nitrides, carbides, and fluorides. In this case, the service life of the equipment and equipment that could be used continuously without causing defects in high-quality products was limited to 15 to 90 days.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art and to provide various kinds of equipment for a molten metal plating bath that can be used stably for a long period of six months or more. ing. Disclosure of the invention
  • L is a material that is not reactive with the molten metal, and that the composition is mainly composed of silicon nitride that is easy to process. The inventor found that it was effective to form various equipment for the plating bath, and completed the present invention.
  • the present invention was made based on the findings, S i 3 N 4: 7 0 ⁇ 9 5%, A 1 9 0. : 2 to 10%, A 1: 1 to: I 0%, Y 2 Og: 1 to 10% and a composition comprising unavoidable impurities, characterized in that the molten metal plating bath
  • the gist is the equipment to be placed in the bath, such as rolls, bearings, roll arms, melting boxes, snouts, bath pumps, and thrust receivers.
  • FIG. 1 is an explanatory sectional view of a molten metal plating apparatus using the roll of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view showing an embodiment of the bearing portion of the servo roll of the present invention.
  • FIG. 3 is a side view and a cross-sectional view of a bearing showing another embodiment of the bearing portion of the support roll of the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory view in which a bearing is combined with a bearing portion of the sink roll of the present invention. Explanation of reference numerals
  • the various equipment for the molten metal plating bath of the present invention which has a long service life, is formed of a composition containing silicon nitride as a main component, which is a non-reactive material with the molten metal and is easily processed for industrial use. Is done.
  • the present invention solves the problem by designing only a ceramic composition containing silicon nitride as a main component and exhibiting sufficient impact resistance and strength.
  • a spiral groove is formed on the surface of the mouth supporting shaft;
  • One or more grooves are provided on the end face of the support shaft, and the grooves prevent molten metal from entering between the roll support shaft surface and the bearing inner surface so that they do not come into direct contact with each other. Lubricating liquid.
  • ceramics such as metal oxides, metal carbides, gold borides, and metal fluorides are used.
  • rolling bearings are known to be manufactured using ceramics for balls and needles, metal for inner races and outer races, and vice versa.
  • the above case has two main disadvantages.
  • One of them is that the part formed by ceramics has a longer life, but the metal part has a shorter life as before, and does not contribute to a longer life of the devices and equipment aimed at by the present invention.
  • Another drawback is that extremely high hardness dross, which is an alloy of two or more metals, floats in the molten metal plating bath, which penetrates into the race with balls and twenty-one dollars, resulting in resistance and resistance. And stop the bearing function.
  • Sliding bearings have been proposed and commercialized on a trial or partial basis to avoid the loss of bearing function due to dross penetration. These are performed by fixing ceramics by some means to a part of the bearing formed of metal, that is, the part that comes into contact with the shaft.
  • the disadvantage in this case is that the base material of the ceramics disappears because the metal portion is corroded as described above, and the life of the whole cannot be extended.
  • the present invention solves the above-mentioned disadvantages all at once.
  • a bearing it is a sliding bearing formed integrally with ceramics, and similarly in the case of a roll, a portion which is severely worn by contact with the bearing or a steel plate is used.
  • the rolls are integrally formed with the ceramics to enable practical use. Since the various types of equipment used in the bath for bathing a molten metal of the present invention are not constituted by a combination of a metal and a ceramic, they are not damaged by a tensile force or a compressive force due to a difference in thermal expansion coefficient. It can be used for a long time. The reasons for limiting the components and the composition range of the ceramics for forming the various devices for use in the hot-dip plating bath of the present invention will be described.
  • Corrosion resistant to non-ferrous metals except copper, and resistant to acids and alkalis Sintered molding by adding a small amount of such A 1 0 Q. Yo0 3. If it is less than 70%, heat resistance and corrosion resistance are not sufficient, and if it exceeds 95%, sintering becomes impossible.
  • a 1 N 1 to 10%
  • Si in powder form (particle size 1.2 ⁇ ) by weight.
  • the mixture obtained by pressurizing the mixture was pressed to 1000 kg / cm 2 , sintered under a nitrogen atmosphere at 1750 ° C for 5 hours, and rolled as shown in Figure 3 (diameter 250 mm, trunk length). 1 900 mm.
  • the characteristics of the ceramic roll and bearing after sintering were as follows.
  • Example 1 The rolls and bearings obtained in Example 1 were assembled in the mounting device (hot-dip zinc bath 470 ° C) shown in Fig. 1 and a cold-rolled steel sheet with an average sheet width of 1,200 mm and an average sheet thickness of 1.25 mm (steel type: low carbon aluminum killed steel, the mechanical properties: YP 2 8 kgf / mm 2 , T s 3 6 kgf / mm 2 ), after running continuously for 1 power month at an average passing speed of 1 15 mZ min, and maintaining the line, even if the roll of the present invention is used 6 times again under the same conditions No defects were found on the surface.
  • the device of the present invention has an extremely long service life even with rolls, roll bearings, and thrust receivers having sliding and friction, but it has a sliding and frictional property such as a roll arm, a melting box and a snout. Those that do not have a permanent life. When the conventional technology is applied to these equipment, the service life is 2 to 3 years excluding the kettle. Industrial applications
  • the present invention is configured as described above, it is possible to obtain various kinds of equipment for bathing a molten metal plating bath having a very long life, and it is possible to greatly extend the continuous operation period without replacing the equipment. It is extremely useful in industry.

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Description

明細書
溶融金属めつき浴中に配置される浴中用機材 技術分野
本発明は、 例えば溶融亜鉛めつき、 溶融アルミニウムめつきあるいは溶融亜鉛 アルミニウム合金めつき等の銅を除く非鉄金属主体のめつきに使用される各種の 浴中機材、 特に窒化珪素 （S i N4 を主成分とする組成物で形成された溶融金属 めっき浴中に配置される浴中用各種機材 （例えば、 浴中ロール （サポートロール、 シンクロ一ル等 } 、 ロール軸受、 口一ルアー厶、 メルティ ングボックス、 スナウ ト、 浴中ポンプ、 スラスト受け等） に関する。 背景技術
従来、 溶融亜鉛めつき、 溶融アルミニウムめつきあるいは溶融亜鉛アルミニゥ ム合金めつきに使用される各種の浴中機材としては、 通常、 低炭素鋼、 高クロム 鋼あるいは S U S 3 1 6 L等耐溶融金属腐食性材であることが多い。
前記耐溶融金属腐食性材ょりさらに耐蝕性を必要とする場合には、 前記金属材 料製機器、 機材表面に、 W、 C o、 M o、 C r等の各種耐蝕性金属、 酸化物、 硼 化物、 窒化物、 炭化物、 弗化物等の単独あるいは混合物を使用して、 溶接による 盛り金をしたり、 溶射により皮膜を形成するのが一般的である。 この場合、 高品 位製品に欠陥を引き起こさないで前記機器、 機材が連続使用できる寿命は 1 5〜 9 0日が限度であった。
製造業における生産性を向上するためには、 製品品質を劣化させる事無く、 長 期間にわたって設備を稼働させることが必要である。
溶融金属浴めつき操業において、 このような要求に応えるためには、 めっき浴 の管理と共に、 めっき浴中で使用する機器、 機材の連続使用できる寿命がなるベ く長いことが要求される。
本発明は、 前記従来技術における問題点を解消し、 6 力月以上の長期にわたつ て安定して使用可能な溶融金属めつき浴中用各種機材を提供することを目的とし ている。 発明の開示
前記目的を達成するため、 本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、 溶融金属と反 応しな L、材料であってかつ加工が容易な窒化珪素を主成分とする組成物により溶 融金属めつき浴中用各種機材を形成することが効果的であることを知見し、 本発 明を完成するにいたった。
前記知見に基づいてなされた本発明は、 S i 3N4： 7 0〜 9 5 %、 A 1 90。： 2 〜 1 0 %、 A 1 ： 1 〜： I 0 %、 Y2Og： 1 〜 1 0 %および不可避不純物よりなる 組成物で形成されたことを特徴とする、 溶融金属めつき浴中に配置されるロール、 軸受、 ロールアーム、 メルテイ ングボックス、 スナウ ト、 浴中ポンプ、 スラス ト 受け等の浴中用機材を要旨としている。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明ロールを使用した溶融金属めつき装置の断面説明図である。 図 2は、 本発明サボ—トロールの軸受部の実施例を示す側面図である。
図 3は、 本発明サポートロールの軸受部の他の実施例を示す側面図と軸受の断 面図である。
図 4は、 本発明シンクロールの軸受部に軸受を組合わせた説明図である。 符号の説明
1 のつさ鋼板
2 溶融金厲浴
3 スナウ 卜
4 シンクロール
5 シンクロールホルダー
6 サポー トロール
7 サポー トロールホルダ一
8 メルティ ングボックス 9
1 0 サポー トロール胴
1 1 螺旋状溝付き軸
1 2 軸端面溝
1 3 凸状軸端面
1 4 軸受
1 5 シンクロール
1 6 シンクロ一ル軸
1 7 シンクロールアーム
1 8 シンクロ一ル軸受
1 9 シンク口一ルスラスト受け 発明を実施するための最良の形態
本発明の構成と作用を説明する。
高寿命化した本発明溶融金属めつき浴中用各種機材は、 溶融金属とは非反応材 料で、 工業的に使用するために加工が容易な窒化珪素を主成分とした組成物で形 成される。
一般的に窒化珪素の欠点である耐衝撃性および強度の不足を補うために、 金属 と組み合わせて設計されるが、 金属とセラミ ックスの熱膨張係数に大きな差があ り、 溶融金属めつき浴中用各種機材としては成功していない。
本発明では、 窒化珪素を主成分としたセラミ ックス組成物のみで形成し、 十分 な耐衝撃性および強度を発揮できるように設計して解決した。
すなわち、 窒化珪素を主成分としたセラミックス組成物で形成したロール支持 軸とロール軸受が接触摩擦して十分な寿命が得られな t、場合、 口一ル支持軸表面 に螺旋状の溝と、 前記支持軸端面に 1本又はそれ以上の溝を設け、 この溝によつ てロール支持軸表面と軸受内面との間に溶融金属が入りこんで両者が直接接触し ないようにし、 かつ溶融金属を潤滑液としている。
通常、 金属酸化物、 金属炭化物、 金厲硼化物、 金属弗化物等のセラミ ックスを 使用した場合の転がり軸受は、 ボールやニー ドルにセラ ミ ックスを使用し、 イン ナ一レースやアウターレースに金属を使用したり、 その逆の組合せで製造使用さ れることが知られている。
前記の場合主に二つの欠点がある。 その一つは、 セラミ ックスで形成された部 位は長寿命化されるが、 金属部分は従来通り短寿命であり、 本発明の目的とする 機器、 機材の長寿命化に貢献しない。 もう一つの欠点は、 溶融金属めつき浴中に は 2種類以上の金属が合金化した硬度の極めて高いドロスが浮遊しており、 これ がボールや二一ドルとレースに嚙み込み、 抵抗となって軸受機能を停止すること である。
ドロスの嚙み込みによる軸受機能の停止を回避するために、 滑り軸受か提案さ れ、 それぞれ試行または一部で工業化されている。 これらは金属で成形された軸 受の一部分、 すなわち軸と接触する部分にセラミ ックスをなんらかの手段で固定 して行なわれている。 この場合の欠点としては前記と同様金属部分が腐食するた めセラミ ツクスの基材が消滅し、 全体としての寿命延長が出来ないのである。 本発明は前記の欠点を一挙に解決したもので、 軸受の場合はセラミ ックスで一 体に成形した滑り軸受であり、 ロールの場合も同様、 軸受との接触による摩耗の 激しい部分や、 鋼板と接触する摩耗の激しい部分のみにセラミ ックスを採用する ものではなく、 セラミ ックスでロールを一体に成形して実用化を可能としたもの である。 本発明の溶融金属めつき浴中用各種機材は、 金属とセラ ミ ックスとの組 合せにより構成されていないから、 熱膨張係数の差によって引張力や圧縮力が掛 かつて破損することはなく、 長期間にわたって使用することが可能である。 本発明溶融金厲めっき浴中用各種機材を形成するセラミ ックスの成分と組成範 囲を限定した理由を説明する。
S i 3N4： 7 0〜9 5 %
銅を除く非鉄溶融金属にたいして耐蝕性があり、 酸、 アルカリにも強い。 A 1 0 Q. Yo03などを少量添加することによって焼結成形される。 7 0 %未満で は耐熱性、 耐蝕性が十分でなく、 9 5 %を超えると焼結成形が不可能になる。
Α し 0。： 2〜： 1 0 % Υ 203 : 1〜： 1 0 % 両者を一緒に添加することにより主成分の S i 3N4の焼結成形を可能とする。 下— 限値未満では焼結性が不十分であり、 上限値を超えると耐熱性、 耐蝕性が低下し て実用性がなくなる。
A 1 N： 1〜 1 0 %
熱伝導率が高く、 高硬度であり、 強度を向上する効果がある。 1 %未満では前 記効果は得られず、 10%を超えると脆性が大きくなり耐衝撃性が低下する。 前記 4種以外の物質または元素が不可避不純物として含有される場合、 合計量 が 1 %未満であれば本発明の効果は損なわれない。
本発明の実施例について説明するが、 これによつて本発明が限定されるもの ではない。
実施例 1
重量で粉末状 （粒度 1. 2 μπι) の S i。N487 %、 A 1 N 3 %、 A 12〇35 %、 Y2035 %を配合し、 ポリ ビニルプチラールをバインダーとして原料粉末 1 00重量部当たり 0. 5重量部を加えて携拌して得た混合物を、 1000 k g /cm2に加圧成形し、 これらを窒素雰囲気下、 1750てで 5時間焼結して図 3 に示すロール （直径 2 5 0 mm、 胴長 1 900 mm. 軸部径 90 mm, 軸長 1 50mm, 軸部螺旋深さ 2mm、 ピッチ 26 mm) と軸受 （内径 93mm、 外 径 1 40 mm, 長さ 1 20mm) を得た。 焼結後のセラミ ックスロールおよび軸 受の特性は次の通りであった。
曲げ強度 100 k g/mm2
表面硬度 HV 1 5 8 0
耐蝕性 （試験液：溶融亜鉛浴によるテストピーステスト）
腐食減量 lmgZ月以下
耐摩耗性 （試験条件：実機サポートロール軸受）
摩耗量 4 gノ月以下
実施例 1で得られたロールと軸受を図 1のめつき装置 （溶融亜鉛浴 470°C) に組み込み、 平均板幅 1 200mm、 平均板厚 1. 25 mmの冷間圧延鋼板 （鋼 種：低炭素アルミキルド鋼、 機械的性質 ： Y P 2 8 k g f /mm2, T s 3 6 k g f /mm2) に対して、 通板平均速度 1 1 5 mZ m i nで連铳 1力月操業 し、 ライン保守後、 同じ条件で再度本発明ロールを 6回繰り返し使用してもロー ル表面に欠陥は発生しなかった。
比較のため実施例 1と同一サイズの S U S 3 1 6 L材製のロール軸と軸受に、 3 0 // m厚の硬質クロムめつきを施し、 同様の条件でめっき操業をした。 ロール 表面荒れのため、 操業開始後 1 0日でロール交換をしなければならなかった。 前記のように、 本発明機材は、 摺動 ·摩擦のあるロール、 ロール軸受、 スラス ト受けでも極めて長寿命であるが、 ロールアーム、 メルティ ングボックスおよび スナウ 卜のように、 摺動 '摩擦の無い部分は半永久的寿命となる。 これら機材に 従来技術を適用した場合には、 その寿命は釜を除いて 2〜 3年である。 産業上の利用分野
本発明は以上説明したように構成されているから、 非常に長寿命の溶融金属め つき浴中用各種機材が得られ、 機材を交換することなく連続操業期間を大幅に延 長することが可能となり、 産業上極めて有用である。

Claims

請求の範囲
1. S i gN4： 70〜95%、 A 1203： 2〜： 1 0%、 A 1 N : 1〜1 0%、 Y。〇3： 1〜10%および不可避不純物よりなる組成物で形成されたことを特徵 とする、 溶融金属めつき浴中に配置される浴中用機材。
2. 溶融金属めつき浴中用機材が浴中ロールであって、 該ロール支持軸表面に 螺旋状の溝と、 前記支持軸端面に 1本又はそれ以上の溝を設けた、 請求項 1記 載の溶融金属めつき浴中に配置される浴中用機材。
3. 溶融金属めつき浴中用機材が浴中ロ—ルであって、 該ロール支持軸表面に 螺旋状の溝を設け、 前記支持軸端面を凸状に形成した請求項 1記載の溶融金属 めっき浴中に配置される浴中用機材。
4. 溶融金属めつき浴中用機材が浴中ロール用軸受であって、 該軸受の側断面 がコ字である請求項 1記載の溶融金属めつき浴中に配置される浴中用機材。
5. 溶融金属めつき浴中用機材が浴中ロール用軸受であって、 該軸受が円筒状 である請求項 1記載の溶融金属めつき浴中に配置される浴中用機材。
PCT/JP1997/002364 1996-07-08 1997-07-08 Materiels mecaniques disposes dans un bain de metallisation a chaud WO1998001594A1 (fr)

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