JP4354176B2 - Ｗｃサーメット溶射ロールおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、ＷＣサーメット溶射ロールおよびその製造方法に関し、特に低硬度の非磁性鉄心表面に耐久性に優れたＷＣサーメット溶射皮膜を形成してなるＷＣサーメット溶射ロールおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ロールの鉄心表面にWCサーメット溶射皮膜を形成してなるWCサーメット溶射ロールは、鋼帯の連続処理ラインで鋼帯に張力を付与するためのブライドルロールや鋼帯の搬送方向を転換させるためのデフレクタロール等に用いられる。これらの用途では、耐摩耗性や耐スリップ性、耐デント性などが要求されており、そのため、これら要求を満たすべく、溶射皮膜の表面粗さや気孔率、さらにはWCサーメットのバインダー等を規定することが知られている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６４−８７００６号公報
【特許文献２】
特公平５−３７７２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、WCサーメット溶射ロールにおいて、ロールの鉄心の硬度について規定した文献は見当らず、経験に基いてロールごとに目安が設けられているに過ぎない。例えば、ブライドルロールの場合、鉄心表層硬度は一般にはHs55以上、特に張力の高いものではHs70以上と言われ、また、デフレクタロールの場合、Hs40程度以上と言われていた。すなわち、表層の硬度がこれらの目安を下回る鉄心にWCサーメット溶射皮膜を形成すると、稼働中に鉄粉、亜鉛粉又はドロス粉等の異物噛込みがあった場合、例えば図３に示すように、鉄心１の表層が凹んで皮膜２が割れ、剥離箇所７を形成してしまうため、ごく早期に使用不能になると言われていた。
【０００５】
ところが、用途によっては、センサ近傍のロール等、オーステナイト域の鋼を素材とすることで非磁性を確保しなければならないようなロール等は、鉄心表層硬度は著しく低くならざるを得ず、溶射対象の非磁性鉄心表層硬度がＨｓ３０以下の場合でも、異物噛込み時に皮膜の剥離が起こらないものが求められていた。
【０００６】
本発明は、上記要求に応え得る、非磁性鉄心表層硬度がＨｓ３０以下でも異物噛込み時にＷＣサーメット溶射皮膜が剥離しない耐久性を有するＷＣサーメット溶射ロールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心の表面に、Ｆｅ含有量０．１０ｍａｓｓ％ 未満でかつ膜厚４００ 〜５００ μｍ であり、ＨＶＯＦ法によって形成されたＷＣサーメット溶射皮膜を有してなるＷＣサーメット溶射ロールである。
また、請求項２記載の本発明は、請求項１記載のＷＣサーメット溶射ロールを製造するにあたり、表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心の表面に、Ｆｅ含有量０．１０ｍａｓｓ％ 未満でかつ粉末粒径５〜３５ μｍ のＷＣサーメットをＨＶＯＦ法によって溶射することを特徴とするＷＣサーメット溶射ロールの製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のＷＣサーメット溶射ロールは、ＷＣサーメット溶射皮膜の不可避的成分であるＦｅの含有量を０．１０ｍａｓｓ％ 未満に制限し、かつ、皮膜の膜厚を４００ 〜５００ μｍ に制限したものである。皮膜のＦｅ含有量を０．１０ｍａｓｓ％ 未満としたことにより、皮膜中のＦｅ酸化物が低減し、皮膜の靭性が向上する。ただし、この靭性が向上した皮膜であっても、表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心表面に形成された皮膜の膜厚が４００ μｍ を下回ると、異物噛込み時に皮膜にクラックが発生し、さらに膜厚 ３００μｍ 以下では鉄心の凹みも顕著となる。一方、膜厚が５００ μｍ を上回ると圧縮残留応力が顕著となり、剥離しやすくなる。このため、膜厚は４００ 〜５００ μｍ の範囲とした。これにより、鉄粉、亜鉛粉、ドロス粉等の異物が噛込んでも母材（鉄心）が凹まず、皮膜にクラックが発生せず、剥離の生じない耐久性に富むＷＣサーメット溶射ロールが得られる。
【０００９】
表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心は、オーステナイト系ステンレス鋼（例：ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）を素材として構成される。本発明のＷＣサーメット溶射ロールの好ましい製造方法は、これらの低表層硬度の非磁性鉄心にＷＣサーメットを溶射する際に、Ｆｅ含有量０．１０ｍａｓｓ％ 未満でかつ粉末粒径５〜３５ μｍ のＷＣサーメットを用いることである。Ｆｅ含有量が０．１０ｍａｓｓ％ 以上のＷＣサーメットを用いたのでは、形成される皮膜のＦｅ含有量を０．１０ｍａｓｓ％ 未満にするのが困難になる。
【００１０】
また、ＷＣサーメットの粉末粒径が５μｍ 未満では、溶射時の粉末送給が不安定となり、一方、３５ μｍ を超えると皮膜がポーラスとなって、皮膜の緻密性が低減し、靭性が不十分となりやすいので、粉末粒径は５〜３５ μｍ の範囲とするのが好ましい。なお、粉末粒径は、より好ましくは１５ 〜２５ μｍ の範囲である。
本発明で用いるＷＣサーメットとしては、例えば次のようなものが挙げられる。なお、次に挙げるものはいずれも、不可避的不純物は合計で０．５ｍａｓｓ％未満であり、かつ、その１種であるＦｅは０．１０ｍａｓｓ％ 未満に制限されているものとする。
【００１１】
・８８ＷＣ１２Ｃｏ⇒Ｃｏ：１０〜２７ｍａｓｓ％ （代表１２ｍａｓｓ％ ）を含有し、残部がＷＣ及び不可避的不純物からなるもの
・７３ＷＣ７Ｎｉ２０Ｃｒ⇒Ｎｉ：５〜１３ｍａｓｓ％ （代表７ｍａｓｓ％ ）、Ｃｒ：１４〜２２ｍａｓｓ％ （代表２０ｍａｓｓ％ ）を含有し、残部がＷＣ及び不可避的不純物からなるもの
・８６ＷＣ１０Ｃｏ４Ｃｒ⇒Ｃｏ：８〜１２ｍａｓｓ％ （代表１０ｍａｓｓ％ ）、Ｃｒ：２〜６ｍａｓｓ％ （代表４ｍａｓｓ％ ）を含有し、残部がＷＣ及び不可避的不純物からなるもの
また、溶射にあたっては、密着性と緻密性の観点から、ＨＶＯＦ（Ｈｉｇｈ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｏｘｉｇｅｎ Ｆｕｅｌ） の溶射ガンを用いる。溶射により形成される皮膜の膜厚は、溶射ガンの操作条件（ガス流速、ガス流量、溶射対象物と溶射ガンの距離、粉末流量など）を調整することにより、設定することができる。なお、溶射後のロールは、皮膜表面を研磨等して平滑面にした後、 細かなダル目をつけて使用されるので、溶射完了時の膜厚の設定値は、本発明の膜厚範囲である４００ 〜５００ μｍ に溶射後の研磨等による減り分（実績あるいは実験データから決定可能）を加算した値とするのがよい。
【００１２】
【実施例】
表１に示す鉄心表層を模した基材（50×50×厚み10(mm)）の表面に表１に示すWCサーメットを溶射し、得られた皮膜の表面を研磨して平滑面となして、表１に示す膜厚の皮膜を形成し、これを試験材として、図２に示す要領で異物噛込み再現試験を行った。溶射にはHVOFのJP5000相当の溶射ガンを用いた。なお、HVOFであれば他種の溶射ガンを用いてもよい。異物６としては、CGL （連続溶融亜鉛めっきライン）より採取したドロスをφ3.0mm の球状に加工したものを用いた。また、相手材５には高張力鋼板（50×50×厚み1.5(mm) ）を用い、押し付け力Ｆは実機条件を想定して4900Ｎとした。その結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
表１に示すとおり、硬度Ｈｓ３０以下の非磁性基板にＦｅ：０．１０ｍａｓｓ％ 未満でかつ膜厚：４００ 〜５００ μｍ のＷＣサーメット溶射皮膜を形成したもの（本発明例相当の試験材）では、いずれも皮膜の剥離又はクラックは生じなかった。一方、硬度Ｈｓ３０以下の基板にＦｅ：０．１０ｍａｓｓ％ 以上又は膜厚：４００ μｍ 未満もしくは５００ μｍ 超の皮膜を形成したもの（比較例相当の試験材； Ｎｏ． １，４，５，８，１１，１５，１６）では、いずれも剥離又はクラックが生じた。なお、もう１つの比較例相当の試験材；Ｎｏ．１７ は、基板の硬度が前記従来の目安であるＨｓ４０程度以上であるため、皮膜のＦｅ含有量が本発明範囲よりも高くまた膜厚が本発明範囲よりも薄くても、剥離又はクラックは発生しなかった。
【００１５】
次に、CGL におけるセンサ近傍のデフレクタロールに本発明を適用した。この本発明例のロールは、図１に示すような形状を有する。ロールの鉄心１はSUS304製で、外径800mm ×胴長2200mmの円筒形状をなし、その表層硬度はHs28〜30である。この鉄心の表面に、表１のNo.6と同じ組成及び粉末粒径を有するWCサーメット粉末を、HVOFのJP5000相当の溶射ガンにて溶射し、膜厚500 μm の溶射皮膜を形成した。なお、溶射後、皮膜表面をダイヤモンド砥石で研磨したのち、軸方向に測定した粗度Ｒa ：1.5 μm （JIS B0601-1994に準拠。カットオフ値0.8mm 、基準長さ４mm）となるようにＳ／Ｂ（ショットブラスト）を施し、さらにバフ研磨して粗度の山部を滑らかに仕上げた。仕上げ後の皮膜の膜厚は400 μm であった。
【００１６】
前記デフレクタロールには、従来はCrめっきロールが使用されており、その使用当時では、摩耗や、異物噛込みによる皮膜損傷により、４〜６ヶ月程度おきにロールを取替えねばならなかったが、本発明例のロールを使用し始めてからは、異物噛込みがあっても皮膜にクラックや剥離は見られず、WCサーメット本来の耐摩耗性能が発揮され、16ヶ月間取替え無しで継続して使用中である。
【００１７】
かくして本発明によれば、表層硬度の低い非磁性鉄心表面に、異物噛込みによるクラックや剥離の生じない耐久性に富むＷＣサーメット溶射皮膜を形成でき、例えばＣＧＬ 等におけるセンサ付近のロール等、 ロールの寿命を大幅に延長させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のWCサーメット溶射ロールの１例を示す模式図である。
【図２】異物噛込み再現試験要領を示す模式図である。
【図３】 WCサーメット溶射皮膜の剥離状況を例示する模式図である。
【符号の説明】
１ 鉄心
２ 皮膜（WCサーメット溶射皮膜）
３ フランジ
４ 試験材
５ 相手材
６ 異物
７ 剥離箇所
本発明は、ＷＣサーメット溶射ロールおよびその製造方法に関し、特に低硬度の非磁性鉄心表面に耐久性に優れたＷＣサーメット溶射皮膜を形成してなるＷＣサーメット溶射ロールおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ロールの鉄心表面にWCサーメット溶射皮膜を形成してなるWCサーメット溶射ロールは、鋼帯の連続処理ラインで鋼帯に張力を付与するためのブライドルロールや鋼帯の搬送方向を転換させるためのデフレクタロール等に用いられる。これらの用途では、耐摩耗性や耐スリップ性、耐デント性などが要求されており、そのため、これら要求を満たすべく、溶射皮膜の表面粗さや気孔率、さらにはWCサーメットのバインダー等を規定することが知られている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６４−８７００６号公報
【特許文献２】
特公平５−３７７２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、WCサーメット溶射ロールにおいて、ロールの鉄心の硬度について規定した文献は見当らず、経験に基いてロールごとに目安が設けられているに過ぎない。例えば、ブライドルロールの場合、鉄心表層硬度は一般にはHs55以上、特に張力の高いものではHs70以上と言われ、また、デフレクタロールの場合、Hs40程度以上と言われていた。すなわち、表層の硬度がこれらの目安を下回る鉄心にWCサーメット溶射皮膜を形成すると、稼働中に鉄粉、亜鉛粉又はドロス粉等の異物噛込みがあった場合、例えば図３に示すように、鉄心１の表層が凹んで皮膜２が割れ、剥離箇所７を形成してしまうため、ごく早期に使用不能になると言われていた。
【０００５】
ところが、用途によっては、センサ近傍のロール等、オーステナイト域の鋼を素材とすることで非磁性を確保しなければならないようなロール等は、鉄心表層硬度は著しく低くならざるを得ず、溶射対象の非磁性鉄心表層硬度がＨｓ３０以下の場合でも、異物噛込み時に皮膜の剥離が起こらないものが求められていた。
【０００６】
本発明は、上記要求に応え得る、非磁性鉄心表層硬度がＨｓ３０以下でも異物噛込み時にＷＣサーメット溶射皮膜が剥離しない耐久性を有するＷＣサーメット溶射ロールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心の表面に、Ｆｅ含有量０．１０ｍａｓｓ％ 未満でかつ膜厚４００ 〜５００ μｍ であり、ＨＶＯＦ法によって形成されたＷＣサーメット溶射皮膜を有してなるＷＣサーメット溶射ロールである。
また、請求項２記載の本発明は、請求項１記載のＷＣサーメット溶射ロールを製造するにあたり、表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心の表面に、Ｆｅ含有量０．１０ｍａｓｓ％ 未満でかつ粉末粒径５〜３５ μｍ のＷＣサーメットをＨＶＯＦ法によって溶射することを特徴とするＷＣサーメット溶射ロールの製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のＷＣサーメット溶射ロールは、ＷＣサーメット溶射皮膜の不可避的成分であるＦｅの含有量を０．１０ｍａｓｓ％ 未満に制限し、かつ、皮膜の膜厚を４００ 〜５００ μｍ に制限したものである。皮膜のＦｅ含有量を０．１０ｍａｓｓ％ 未満としたことにより、皮膜中のＦｅ酸化物が低減し、皮膜の靭性が向上する。ただし、この靭性が向上した皮膜であっても、表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心表面に形成された皮膜の膜厚が４００ μｍ を下回ると、異物噛込み時に皮膜にクラックが発生し、さらに膜厚 ３００μｍ 以下では鉄心の凹みも顕著となる。一方、膜厚が５００ μｍ を上回ると圧縮残留応力が顕著となり、剥離しやすくなる。このため、膜厚は４００ 〜５００ μｍ の範囲とした。これにより、鉄粉、亜鉛粉、ドロス粉等の異物が噛込んでも母材（鉄心）が凹まず、皮膜にクラックが発生せず、剥離の生じない耐久性に富むＷＣサーメット溶射ロールが得られる。
【０００９】
表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心は、オーステナイト系ステンレス鋼（例：ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）を素材として構成される。本発明のＷＣサーメット溶射ロールの好ましい製造方法は、これらの低表層硬度の非磁性鉄心にＷＣサーメットを溶射する際に、Ｆｅ含有量０．１０ｍａｓｓ％ 未満でかつ粉末粒径５〜３５ μｍ のＷＣサーメットを用いることである。Ｆｅ含有量が０．１０ｍａｓｓ％ 以上のＷＣサーメットを用いたのでは、形成される皮膜のＦｅ含有量を０．１０ｍａｓｓ％ 未満にするのが困難になる。
【００１０】
また、ＷＣサーメットの粉末粒径が５μｍ 未満では、溶射時の粉末送給が不安定となり、一方、３５ μｍ を超えると皮膜がポーラスとなって、皮膜の緻密性が低減し、靭性が不十分となりやすいので、粉末粒径は５〜３５ μｍ の範囲とするのが好ましい。なお、粉末粒径は、より好ましくは１５ 〜２５ μｍ の範囲である。
本発明で用いるＷＣサーメットとしては、例えば次のようなものが挙げられる。なお、次に挙げるものはいずれも、不可避的不純物は合計で０．５ｍａｓｓ％未満であり、かつ、その１種であるＦｅは０．１０ｍａｓｓ％ 未満に制限されているものとする。
【００１１】
・８８ＷＣ１２Ｃｏ⇒Ｃｏ：１０〜２７ｍａｓｓ％ （代表１２ｍａｓｓ％ ）を含有し、残部がＷＣ及び不可避的不純物からなるもの
・７３ＷＣ７Ｎｉ２０Ｃｒ⇒Ｎｉ：５〜１３ｍａｓｓ％ （代表７ｍａｓｓ％ ）、Ｃｒ：１４〜２２ｍａｓｓ％ （代表２０ｍａｓｓ％ ）を含有し、残部がＷＣ及び不可避的不純物からなるもの
・８６ＷＣ１０Ｃｏ４Ｃｒ⇒Ｃｏ：８〜１２ｍａｓｓ％ （代表１０ｍａｓｓ％ ）、Ｃｒ：２〜６ｍａｓｓ％ （代表４ｍａｓｓ％ ）を含有し、残部がＷＣ及び不可避的不純物からなるもの
また、溶射にあたっては、密着性と緻密性の観点から、ＨＶＯＦ（Ｈｉｇｈ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｏｘｉｇｅｎ Ｆｕｅｌ） の溶射ガンを用いる。溶射により形成される皮膜の膜厚は、溶射ガンの操作条件（ガス流速、ガス流量、溶射対象物と溶射ガンの距離、粉末流量など）を調整することにより、設定することができる。なお、溶射後のロールは、皮膜表面を研磨等して平滑面にした後、 細かなダル目をつけて使用されるので、溶射完了時の膜厚の設定値は、本発明の膜厚範囲である４００ 〜５００ μｍ に溶射後の研磨等による減り分（実績あるいは実験データから決定可能）を加算した値とするのがよい。
【００１２】
【実施例】
表１に示す鉄心表層を模した基材（50×50×厚み10(mm)）の表面に表１に示すWCサーメットを溶射し、得られた皮膜の表面を研磨して平滑面となして、表１に示す膜厚の皮膜を形成し、これを試験材として、図２に示す要領で異物噛込み再現試験を行った。溶射にはHVOFのJP5000相当の溶射ガンを用いた。なお、HVOFであれば他種の溶射ガンを用いてもよい。異物６としては、CGL （連続溶融亜鉛めっきライン）より採取したドロスをφ3.0mm の球状に加工したものを用いた。また、相手材５には高張力鋼板（50×50×厚み1.5(mm) ）を用い、押し付け力Ｆは実機条件を想定して4900Ｎとした。その結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
表１に示すとおり、硬度Ｈｓ３０以下の非磁性基板にＦｅ：０．１０ｍａｓｓ％ 未満でかつ膜厚：４００ 〜５００ μｍ のＷＣサーメット溶射皮膜を形成したもの（本発明例相当の試験材）では、いずれも皮膜の剥離又はクラックは生じなかった。一方、硬度Ｈｓ３０以下の基板にＦｅ：０．１０ｍａｓｓ％ 以上又は膜厚：４００ μｍ 未満もしくは５００ μｍ 超の皮膜を形成したもの（比較例相当の試験材； Ｎｏ． １，４，５，８，１１，１５，１６）では、いずれも剥離又はクラックが生じた。なお、もう１つの比較例相当の試験材；Ｎｏ．１７ は、基板の硬度が前記従来の目安であるＨｓ４０程度以上であるため、皮膜のＦｅ含有量が本発明範囲よりも高くまた膜厚が本発明範囲よりも薄くても、剥離又はクラックは発生しなかった。
【００１５】
次に、CGL におけるセンサ近傍のデフレクタロールに本発明を適用した。この本発明例のロールは、図１に示すような形状を有する。ロールの鉄心１はSUS304製で、外径800mm ×胴長2200mmの円筒形状をなし、その表層硬度はHs28〜30である。この鉄心の表面に、表１のNo.6と同じ組成及び粉末粒径を有するWCサーメット粉末を、HVOFのJP5000相当の溶射ガンにて溶射し、膜厚500 μm の溶射皮膜を形成した。なお、溶射後、皮膜表面をダイヤモンド砥石で研磨したのち、軸方向に測定した粗度Ｒa ：1.5 μm （JIS B0601-1994に準拠。カットオフ値0.8mm 、基準長さ４mm）となるようにＳ／Ｂ（ショットブラスト）を施し、さらにバフ研磨して粗度の山部を滑らかに仕上げた。仕上げ後の皮膜の膜厚は400 μm であった。
【００１６】
前記デフレクタロールには、従来はCrめっきロールが使用されており、その使用当時では、摩耗や、異物噛込みによる皮膜損傷により、４〜６ヶ月程度おきにロールを取替えねばならなかったが、本発明例のロールを使用し始めてからは、異物噛込みがあっても皮膜にクラックや剥離は見られず、WCサーメット本来の耐摩耗性能が発揮され、16ヶ月間取替え無しで継続して使用中である。
【００１７】
かくして本発明によれば、表層硬度の低い非磁性鉄心表面に、異物噛込みによるクラックや剥離の生じない耐久性に富むＷＣサーメット溶射皮膜を形成でき、例えばＣＧＬ 等におけるセンサ付近のロール等、 ロールの寿命を大幅に延長させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のWCサーメット溶射ロールの１例を示す模式図である。
【図２】異物噛込み再現試験要領を示す模式図である。
【図３】 WCサーメット溶射皮膜の剥離状況を例示する模式図である。
【符号の説明】
１ 鉄心
２ 皮膜（WCサーメット溶射皮膜）
３ フランジ
４ 試験材
５ 相手材
６ 異物
７ 剥離箇所
Claims (2)
- 表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心の表面に、Ｆｅ含有量０．１０ｍａｓｓ％ 未満でかつ膜厚４００ 〜５００ μｍであり、ＨＶＯＦ法によって形成されたＷＣサーメット溶射皮膜を有してなるＷＣサーメット溶射ロール。
- 請求項１記載のＷＣサーメット溶射ロールを製造するにあたり、表層硬度Ｈｓ３０以下の非磁性鉄心の表面に、Ｆｅ含有量０．１０ｍａｓｓ％ 未満でかつ粉末粒径５〜３５ μｍ のＷＣサーメットをＨＶＯＦ法によって溶射することを特徴とするＷＣサーメット溶射ロールの製造方法。
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