JPH0332622B2 - - Google Patents

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
気めつき用通電ロール合金に関する。 〔従来の技術〕 連続電気亜鉛めつき等の電気めつきに使用され
る通電ロールは、強酸性溶液であるめつき液（例
えば、PH１〜２）に対する腐食抵抗性と、めつき
液中を連続走行する被めつき鋼板（通板材）との
摩擦に耐える摩擦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５図に示すよう
に、ロール胴部を成すスリーブ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２
０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、Ni−Cr−Mo系ニツケル基合金である「ハイ
テロイＣ」、またはオーステナイトステンレス鋼
であるSUS316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「ハイテロイ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
Hs：25〜30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（硬度Hs：約25〜35）が高速度（例えば、150
〜180ｍ／分）で走行するめつき条件下では、ス
リーブ表面、殊に通板材のエツヂが当接する部分
に疵が付き易い。 また、SUS316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
再研磨加工を必要としている。従つて、通電ロー
ルを頻繁に取替えねばならず、またその保守に多
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〕 本発明の電気めつき用通電ロール合金は、 Cr：40〜55％、Mo：２〜10％、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％の２元素から選ばれる１種もしく
は２種を含有し、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からなり、なお所
望により、Ti：0.1〜１％、Al：0.1〜１％、の１
種もしくは２種の元素を以てNiの一部が置換さ
れた成分構成を有している。 本発明に通電ロール用合金は、50Cr−50Ni合
金を基本成分としてその熱時効硬化特性による高
耐摩耗性を保持しつつ、Moの適量添加により強
酸性腐食環境中での通電状態における高度の腐食
抵抗性を確保し、更に通電ロールの実使用過程で
のアークスポツト等による表面損傷を修復するた
めの肉盛溶接の施工に対し、Nb、Ta等の元素の
添加により、良好な溶接性を保証すると共に、溶
接に伴う耐食性の劣化を防止して長期に亘り健全
な表面状態を維持することを可能としている。 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（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
に伴つ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−50Ni系熱時効合金の耐食性改善に
著効を発輝する。第２図に、50Cr−50Ni系合金
にMoを添加した場合のMo添加量と熱時効処理
（700℃×50Hr）後の耐食性の関係を示す。図の
縦軸は、沸騰５％の硫酸腐食試験（浸漬時間：
24Hr）における腐食速度（ｇ／m²ｈ）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。 50Cr−50Ni系合金では、熱時効処理が加えら
れると、Crが析出し活性な状態となるため、Cr
の不働態皮膜が不安定化し、本来の腐食抵抗特性
が著しく低下するのであるが、Moが添加される
ことにより、不安定な不働態皮膜が安定化し、本
合金系本来の高耐食性が保持されるものと考えら
れる。このMo添加効果は添加量を増すにつれ増
大するが、多量に添加すると、（Mo_x Ni_y）Cr₂
等の金属間化合物の生成に伴つて合金が著しく脆
弱化するので、10％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
量が0.1％を超えると、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。よつて、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。よつて、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、
そのため添加量は１％をこえる必要はない。ま
た、１％をこえる添加は、MnS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。 Fe：10％以下 Feは本発明合金にとつ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。もつとも、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：0.2％以下 Ｎの混在量が0.2％をこえると、ラメラー組識
が顕著にあらわれ、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。 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つき液に対する腐食溶解速度
を抑制するほか、Crの脆弱な性質を補つて、良
好な延性を付与する。 Nb：0.5〜２％ Nbは、合金マトリツクスに固溶しているＣや
Ｎと結合し、これらを固定することにより合金の
延性を高める。殊にＮの固定による延性向上効果
は大きい。この延性改善効果により、溶接施工
（ロール胴部のアークスポツト等による表面損傷
を修復するための肉盛溶接等）における熱応力の
解放が容易となり、溶接部とその近傍における熱
応力による割れ発生の抑制防止が可能となる。ま
た、固溶ＣがNbとの結合により安定化されるこ
とは、耐食性の向上に寄与するだけでなく、溶接
時の高温割れの防止に奏効し、更には溶接熱影響
部の耐食性低下の抑制防止効果により溶接施工効
後の高耐食性を保証することを可能とする。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
％をこえるとその効果は略飽和し、また過剰の窒
化物が生成し延性の劣化をみる。よつて、0.5〜
２％とする。 Ta：0.5〜３％ Taは、前記Nbと同じ作用効果を有する元素で
あり、ＣおよびＮの固定化による延性の向上と良
好な溶接性の確保、および溶接熱影響部の耐食性
低下の抑制防止等を目的として添加される。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、添加量を増すに伴つて効果も大きくな
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等
の劣化が生じるので、３％を上限とする。 上記NbとTaは、いずれか１種を単独添加して
よく、または両元素を複合添加してもよい。両者
を複合添加する場合に、その合計量〔0.5Nb（％）
＋0.3Ta（％）〕の上限値を１（％）と規定したの
は、それをこえると、延性の低下をきたし、溶接
時の割れ防止効果を確保できなくなるからであ
る。 本発明の合金は、前記諸元素のほかに、所望に
よりTiまたはAlのいずれか一方または両者が添
加される。 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。その延性改善効果は、溶接施工にお
ける熱応力の解放を容易にし、溶接に伴う割れ発
生に対する抵抗性を高める。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、却つて延性
が劣化するので、１％を上限とする。 Al：0.1〜１％ Alは、前記Tiと同じ目的を以て添加され、そ
の強力な脱酸作用により合金の酸素含有量を低減
し合金の延性を高め、前記Tiと同様に溶接にお
ける割れの防止に奏効する。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、Ni₃Al等の金属間化合物が生成し、却つ
て延性等を害することとなるので、１％を上限と
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：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：700℃）を示している。共試材の
成分組成は、Cr：46.0％、Mo：2.7％、Ｃ：0.02
％、Si：0.3％、Mn：0.01％、Fe：0.3％、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30Hr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：700℃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
耗性やめつき液に対する耐食性はロール胴部の外
表面に関する問題であるから、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との二重構造を有
するスリーブ１０とすることができる。 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内層部１２として
の中空筒体に焼嵌めし、接合部の適所を溶接Ｗ１
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２
０，２０を焼嵌め、接合部の適所に溶接Ｗ２を行
うことにより目的とする通電ロールに仕上げられ
る。 なお、通電ロールは実使用過程でしばしばその
胴部表面にアークスポツトによる損傷（直径約１
〜３mm程度の疵、または円周方向に延在する帯状
疵等）が生じるので適時その表面修復のための溶
接肉盛が施される。本発明合金を適用した通電ロ
ールの胴部表面に肉盛溶接補修を行う場合におい
て、表面損傷が点状の疵のように補修面積がごく
微少であれば、肉盛材料は胴部母材（本発明合
金）とは別種の材料（例えばハステロイＣ合金等
であつて差支えないが、表面損傷が帯状疵のよう
に比較的広い領域に亘る場合は、溶接補修部分の
耐食性・耐摩耗性がロール寿命に実質的な影響を
もたらすので、その肉盛材料を共金（本発明合金
からなる胴部母材と同じ合金）として溶接肉盛補
修を行うのがよい。その肉盛溶接補修において、
割れの発生や溶接熱影響部の耐食性の劣化のない
健全な溶接補修を達成することができる。 〔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℃〜50Hr）について、腐食試
験、摩耗試験および溶接性試験、溶接熱影響部腐
食試験を行い、同表右欄に示す結果を得た。 表中、試番（No.）１〜13は発明例、No.101〜113
は比較例である。比較例のうち、No.101は「ハス
テロイＣ」相当材、No.102はSUS316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No.103〜113は、本発明合金に類似する成分組
成を有しているが、いずれかの元素を欠くか、ま
たはその含有量（表中、下線付）が本発明の規定
からはずれている例である。 〔〕 腐食試験 通電ロールの実使用条件をシミユレートし、
第６図に示すように、強酸性腐食液ａ〔23
ｇ／H₂SO₄、液温55℃）中、試験片Ｔ１
〔被試験面積：１cm²〕を陰極とし、陽極Ptとの
間に、同図のように１Ａ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。
なお、パルス電流を通電して腐食試験を行うこ
ととしたのは、パルス電流を与えることによ
り、通電ロールの実使用状態（ロールの周面
は、ロールの回転に伴つて、周面天頂に担持さ
れている被めつき鋼板に対し接触と離脱が連続
的に繰返えされる）における腐食との相関性の
よい試験結果が得られることよる。 〔〕 摩耗試験 第７図に示すように、回転輪ｂ〔SGP100A
（炭素鋼）、回転速度40RPM〕を相手材とし、
これに試験片Ｔ２〔15×20×10、mm〕を２Kgの
負荷で押付けると共に、その接触部にめつき液
ｃ〔23ｇ／H₂SO₄、150ｇ／ZnSO₄・7H₂O、
100ｇ／NaSO₄〕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
（mg）を測定する。 〔〕 溶接性試験 第８図に示すように、表面に凹陥部ｄ〔直
径ｄ：10mm、中央部深さｈ：６mm〕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）したのち、その肉盛層ｅの表
面を機械加工により平滑化し（同図）、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「〇」は、溶接性良好
（割れなし）、「×」は溶接性不良（割れあり）
を表す。 〔〕 溶接後の腐食試験 肉盛材として、「ハステロイＣ」合金に代え、
試験片（母材）と同じ成分組成の合金を使用し
た点を除いて上記〔〕の溶接性試験と同一の
条件で肉盛層を形成し、前記〔〕の腐食試験
と同じ腐食試験に付し、溶接熱影響部（HAZ）
の腐食減量を求めた。 表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Ｃ」（No.101）や、SUS316材
（No.102）に比し、めつき液との接触条件下での摩
耗量が著しく少なく、卓抜した腐食摩耗抵抗性を
有している。耐食性についても、本発明合金は、
従来材であるSUS316材（No.102）を大きく凌ぎ、
「ハステロイＣ」に近似した腐食抵抗性を備えて
いることがわかる。また、溶接性も良好であり、
割れ発生を伴うことなく腐食補修等の溶接を達成
することができ、かつ溶接熱影響部（HAZ）の
耐食性の劣化は殆んどなく、実質上母材と同一の
腐食抵抗性が確保される。 他方、比較例No.103〜113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
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、Moを含まないNo.103、過剰
のＣを含むNo.104、過剰のFeが混在しているNo.
107、Mo含有量が不足するNo.108は耐食性に乏し
く、Cr含有量が不足するNo.105は硬度が低く耐摩
耗性に乏しく、また過剰のＣを含むNo.104、Cr量
が上限規定を越えるNo.106、Moを過剰に含むNo.
109、NbとTaの合計量が過剰のNo.110、は溶接性
に劣つている。更に、No.111〜113については、耐
摩耗性や溶接性等にすぐれ、耐食性も前記No.101
〜103に比べはるかに良好ではあるが、溶接によ
る熱影響部の耐食性に乏しい点で発明例（No.１〜
13）に及ばない。

〔発明の効果〕

本発明合金は強酸性腐食液に対する腐食抵抗お
よび耐摩耗性にすぐれ、溶接施工においてもその
腐食抵抗性は損なわれないので、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
続電気めつき操業下での腐食、摩耗が少なく、ま
たその胴部表面に付着しためつき金属を除去する
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、長期にわたつて平
滑美麗な表面性状を保持する。従つて、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、安定した連続めつき操業を維持す
ることができ、更にめつ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、第６図，は腐食試験
要領説明図、第７図は摩耗試験要領説明図、第８
図，，は溶接性試験要領説明図である。 １０：ロール胴部（スリーブ）、２０：ロール
エンド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Cr：40〜55％、Mo：２〜10％、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％の２元素から選ばれる１種もしく
   は２種を含有し、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からなる耐摩耗
   性・耐食性にすぐれた電気めつき用通電ロール合
   金。 ２ Cr：40〜55％、Mo：２〜10％、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％の２元素から選ばれる１種もしく
   は２種と、Ti：0.1〜１％、Al：0.1〜１％の２元
   素から選ばれる１種もしくは２種を含有し、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からなる耐摩耗
   性・耐食性にすぐれた電気めつき用通電ロール合
   金。