(57)【要約】【課題】酸に対して優れた耐食性を有すると共に耐摩耗性を有するＮｉ基合金およびこのＮｉ基合金からなる連続電気めっきラインのコンダクターロールを提供する。【解決手段】Ｃｒ：１８超〜２１％未満、Ｍｏ：１８超〜２１％未満％、Ｔａ：１超〜３．４％未満、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｍｎ：０．０５〜０．５％、Ｆｅ：０．０１〜２％、Ｓｉ：０．０１〜０．１％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％未満、Ｖ：０．００１〜０．１％未満含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなり、不可避不純物として含まれるＣ量を０.０５％以下に調整した組成を有し、かつ素地中に微細な金属間化合物が分散析出している組織を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃｒ：１８超〜２１％未満、Ｍｏ：１８超〜２１％未満％、Ｔａ：１超〜３．４％未満、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｍｎ：０．０５〜０．５％、Ｆｅ：０．０１〜２％、Ｓｉ：０．０１〜０．１％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％未満、Ｖ：０．００１〜０．１％未満含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなり、不可避不純物として含まれるＣ量を０.０５％以下に調整した組成を有し、かつ素地中に微細な金属間化合物が分散析出している組織を有することを特徴とする耐食性および耐摩耗性に優れた析出強化型Ｎｉ基合金。
【請求項２】
請求項１記載の金属間化合物は、γ’型金属間化合物相であることを特徴とする耐食性および耐摩耗性に優れた析出強化型Ｎｉ基合金。
【請求項３】
請求項１または２記載の組成を有する耐食性および耐摩耗性に優れた析出強化型Ｎｉ基合金からなることを特徴とする連続電気めっきラインのコンダクターロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、酸に対して優れた耐食性を有すると共に耐摩耗性を有するＮｉ基合金およびこのＮｉ基合金からなる連続電気めっきラインのコンダクターロールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸に対して優れた耐食性を有すると共に耐摩耗性を有するＮｉ基合金として、質量％で（以下、％は質量％を示す）、Ｃｒ：１８〜２８％未満、Ｍｏ：１７超〜２３％をＣｒ＋Ｍｏ：３５〜４５％となるように含有し、さらに必要に応じて、
（ａ）ＣｕおよびＶのうちの１種または２種：０．１〜５％、
（ｂ）ＢおよびＣａのうちの１種または２種：０．００１〜０．０１％、
（ｃ）Ｃｏ：０．１〜５％、
以上（ａ）〜（ｃ）のうちの１種または２種以上を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる組成、並びに素地中に位相的最蜜構造を有するμ相（Ｎｉ７Ｍｏ６型金属間化合物相）が分散析出した組織を有する強度、硬度および耐食性に優れた析出強化型Ｎｉ基合金が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平２−５７１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の強度、硬度および耐食性に優れた析出強化型Ｎｉ基合金からなるロールを連続電気めっきラインのコンダクターロールとして使用すると、連続電気めっきラインに設置されたコンダクターロールは、高温に保たれた強酸性めっき液中に長時間浸漬された状態を保ちながらストリップなどを搬送する働きも行なうことから、激しく腐食されて孔食が発生すると同時に摩擦により摩耗する。コンダクターロール表面に孔食が生じると、孔食によって生じた孔がめっき層に転写し、めっき層表面に突起が生じるなどして厚さが不均一となり、またコンダクターロールが摩耗するとロールの径に微小のばらつきが発生し、めっきの厚さにバラツキが生じるので好ましくない。そのため、コンダクターロールに腐食および摩耗が進行すると、コンダクターロールを交換しなければならなくなるが、コンダクターロールの交換には時間がかかるために連続電気めっきライン稼動効率が低下することとなる。したがって、従来よりも一層耐食性および耐摩耗性に優れたＮｉ基合金を開発し、この耐食性および耐摩耗性に優れたＮｉ基合金からなるコンダクターロールを使用してコンダクターロールの交換回数を減らすべく研究がなされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明者らは、従来よりも一層耐食性および耐摩耗性に優れたＮｉ基合金を開発し、この耐食性および耐摩耗性に優れたＮｉ基合金からなるコンダクターロールを得るべく鋭意研究を行った。その結果、
（イ）質量％（以下、％は質量％を示す）でＣｒ：１８超〜２１％未満、Ｍｏ：１８超〜２１％未満％、Ｔａ：１超〜３．４％未満、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｍｎ：０．０５〜０．５％、Ｆｅ：０．０１〜２％、Ｓｉ：０．０１〜０．１％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％未満、Ｖ：０．００１〜０．１％未満含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなり、不可避不純物として含まれるＣ量を０.０５％以下に調整した組成を有し、かつ素地中に微細な金属間化合物が分散析出している組織を有する析出強化型Ｎｉ基合金は、耐食性および耐摩耗性に一層優れ、この析出強化型Ｎｉ基合金からなるロールを連続電気めっきラインのコンダクターロールとして使用すると、使用寿命が一層長くなり、したがって、連続電気めっきラインにおけるコンダクターロールの交換回数を減らすことができる、
（ロ）前記素地中に分散析出する金属間化合物はγ’型金属間化合物相であることが一層好ましい、という研究結果が得られたのである。
【０００５】
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）質量％で、Ｃｒ：１８超〜２１％未満、Ｍｏ：１８超〜２１％未満％、Ｔａ：１超〜３．４％未満、Ｍｇ：０．００１〜０．０５％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｍｎ：０．０５〜０．５％、Ｆｅ：０．０１〜２％、Ｓｉ：０．０１〜０．１％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｃｕ：０．０１〜０．１％未満、Ｖ：０．００１〜０．１％未満含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなり、不可避不純物として含まれるＣ量を０.０５％以下に調整した組成を有し、かつ素地中に微細な金属間化合物が分散析出している組織を有する耐食性および耐摩耗性に優れた析出強化型Ｎｉ基合金、
（２）前記（１）記載の金属間化合物は、γ’型金属間化合物相である耐食性および耐摩耗性に優れた析出強化型Ｎｉ基合金、
（３）前記（１）または（２）記載の組成を有する耐食性および耐摩耗性に優れた析出強化型Ｎｉ基合金からなる連続電気めっきラインのコンダクターロール、に特徴を有するものである。
【０００６】
次に、この発明の析出強化型Ｎｉ基合金の合金組成における各元素の限定理由について詳述する。
【０００７】
Ｃｒ、Ｍｏ：
ＣｒおよびＭｏは、共に耐食性を向上させると同時に、一旦、単一相に固溶化したのち、適正な温度範囲で長時間時効熱処理することにより、素地中にγ’型金属間化合物相（Ｎｉ２（Ｃｒ、Ｍｏ）型金属間化合物相）を微細に析出させることにより析出硬化し、耐摩耗性を向上させる効果がある。その場合、Ｃｒは１８％を超えて含有することが必要であるが、２１％以上含有すると、Ｍｏとの組み合わせにおいて単一相化が困難となり、粗大なμ相（Ｎｉ７Ｍｏ６型金属間化合物相）を形成してしまい、耐食性劣化をもたらすので好ましくない。したがって、Ｃｒの含有量を１８超〜２１％未満に定めた。一層好ましくは、１８．５〜２０．５％である。
同様にＭｏは１８％を超えて含有することが必要であるが、２１％以上含有すると、Ｃｒとの組み合わせにおいて単一相化が困難となり、粗大なμ相を形成してしまい、耐食性劣化をもたらすので好ましくない。したがって、Ｍｏの含有量を１８超〜２１％未満に定めた。一層好ましくは、１８．５〜２０．５％である。
【０００８】
Ｔａ：
Ｔａは耐孔食性を一段と改善する効果があり、Ｔａを含むＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金を固溶化処理し、その後時効処理することによりＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金の耐孔食性を著しく改善することができるが、Ｔａを１％以下添加しても十分な耐孔食性を改善する効果が得られないので好ましくなく、一方、３．４％を越えて含有すると、逆に耐孔食性が劣化してしまうので好ましくない。したがって、Ｔａの含有量を１超〜３．４％に定めた。一層好ましい範囲は、１．１〜２．５％である。
【０００９】
Ｎ、ＭｎおよびＭｇ：
Ｎ、ＭｎおよびＭｇを共存させることにより、耐孔食性を含む耐食性全般を劣化させる粗大なμ相（Ｎｉ７Ｍｏ６型金属間化合物相）の生成を抑制することができる。すなわち、Ｎ、ＭｎおよびＭｇは母相であるＮｉ-ｆｃｃ相を安定化させ、Ｃｒ、ＭｏおよびＴａの固溶化を促進し、前記μ相を析出し難くする。その効果として、耐摩耗性を付与する際に実施する時効処理時に、μ相の析出を抑制し、優先的にγ’相を微細に析出させることで耐食性劣化の抑止や耐摩耗性付与が可能になるのである。しかし、Ｎの含有量が０．００１％未満ではμ相生成を抑制する効果がなく、したがって、時効処理により過剰なμ相生成を許し、その結果として耐孔食性の劣化や十分な耐摩耗性付与ができなくなるので好ましくない。一方、Ｎを０．０４％を超えて含有すると窒化物を形成し高温加工性が劣化するためＮの含有量を０．００１〜０．０４％（一層好ましくは、０．００５〜０．０３％）とした。
同様に、Ｍｎの含有量が０．０５％未満ではμ相生成を抑制する効果がなく、したがって、耐孔食性を改善すると同時に十分な耐摩耗性を付与することができなくなるので好ましくない。一方、Ｍｎを０．５％を超えて含有するとμ相生成を抑制する効果がなくなり、耐孔食性が劣化すると同時に十分な耐摩耗性が得られないので好ましくない。したがって、Ｍｎの含有量を０．０５〜０．５％（一層好ましくは、０．１〜０．４％）とした。
同様に、Ｍｇの含有量が０．００１％未満ではμ相生成を抑制する効果がなく、したがって、耐孔食性を改善すると同時に十分な耐摩耗性を付与することができなくなるので好ましくない。一方、Ｍｇを０．０５％を超えて含有するとμ相生成を抑制する効果がなくなり、耐孔食性が劣化すると同時に十分な耐摩耗性が得られないので好ましくない。したがって、Ｍｇの含有量を０．００１〜０．０５％（一層好ましくは、０．００２％〜０．０４％）とした。
なお、これら３元素の効果はそれぞれ等価ではなく、３元素が同時に所定の範囲で含有しないと効果がないことを見出している。
【００１０】
Ｆｅ、ＳｉおよびＡｌ：
Ｆｅ、ＳｉおよびＡｌは耐摩耗性を向上させる効果がある。Ｆｅは０．０５％以上含有することで効果を示すものの、２％を超えて含有すると耐孔食性が劣化するので好ましくない。したがって、Ｆｅの含有量を０．０５％〜２％（一層好ましくは、０．１〜１％未満）とした。
同様にＳｉは０．０１％以上含有することで効果を示すものの、０．１％を超えて含有するとμ相生成を促進し、その結果、耐食性を劣化させるので好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量を０．０１％〜０．１％（一層好ましくは、０．０２〜０．０５％）とした。
同様にＡｌは０．０１％以上含有することで効果を示すものの、０．５％を超えて含有すると耐食性を劣化させるので好ましくない。したがって、Ａｌの含有量を０．０１％〜０．５％（一層好ましくは、０．０２〜０．４％）とした。
【００１１】
Ｃｕ：
Ｃｕは硫酸系の腐食環境下で耐食性を向上させる効果があるが、Ｃｕを０．０１％以上含有することで効果を示すものの、０．１以上含有すると硫酸系の腐食環境下で耐食性を劣化させるので好ましくない。したがって、Ｃｕの含有量を０．０１％〜０．１％未満とした。
【００１２】
Ｖ：
Ｖはγ’相を析出しやすくする成分であるので添加するが、Ｖの含有量が０．００１％未満ではγ’相の析出に時間がかかるので好ましくなく、一方、Ｖを０．１％以上含有するとμ相が析出するようになって耐食性が劣化する。したがって、Ｖの含有量を０．００１〜０．１％未満とした。
【００１３】
Ｃ：
Ｃは不可避不純物として含まれるが、Ｃが大量に含まれると結晶粒界近傍でＣｒと炭化物を形成し、金属イオンの溶出量を増大させることから耐食性を劣化させる。したがって、Ｃの含有量は少ないほど好ましく、不可避不純物に含まれるＣの含有量の上限を０．０５％と定めた。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の耐食性および耐摩耗性に優れたＮｉ基合金は特に連続電気めっきラインのコンダクターロールの素材として優れており、鉄鋼産業上優れた効果をもたらすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
いずれもＣ含有量の少ない原料を用意し、これらを通常の高周波溶解炉を用いて溶解し鋳造して表１〜４に示される成分組成を有し、厚さ：４０ｍｍで約５ｋｇの重さを有するインゴットを作製し、このインゴットに１２３０℃で１０時間均質加熱処理を施し、１０００〜１２３０℃の範囲内に保持しながら、1回の熱間圧延で１ｍｍの厚さを減少させつつ、最終的に８ｍｍ厚とし、さらに１２００℃で３０分間保持し水焼入れすることにより固溶化処理を施し、ついで、６００℃で３０時間保持の時効処理を施し、この時効処理したインゴットの表面をバフ研磨することにより、表１〜４に示される成分組成を有する本発明Ｎｉ基合金板１〜２３、比較Ｎｉ基合金板１〜２３を作製した。これら本発明Ｎｉ基合金板１〜２３、比較Ｎｉ基合金板１〜２３にはいずれも素地中にγ’相が分散析出していた。
さらに、表４に示される成分組成を有し、厚さ：４０ｍｍで約５ｋｇの重さを有するインゴットを作製し、このインゴットに１２３０℃で５時間均質加熱処理を施し、１１００〜１２５０℃の範囲内に保持しながら、1回の熱間圧延で１ｍｍの厚さを減少させつつ、最終的に８ｍｍ厚とし、ついで、１０００℃で３０分間保持の時効処理を施し、この時効処理したインゴットの表面をバフ研磨することにより、表４に示される成分組成を有する従来Ｎｉ基合金板１〜３を用意した。これら従来Ｎｉ基合金板１〜３の素地中にはいずれもμ相が分散析出していた。
【００１６】
これら本発明Ｎｉ基合金板１〜２３、比較Ｎｉ基合金板１〜２３および従来Ｎｉ基合金板１〜３を使用して下記の条件で摩耗試験および腐食試験を行なった。
【００１７】
摩耗試験：
本発明Ｎｉ基合金板１〜２３、比較Ｎｉ基合金板１〜２３および従来Ｎｉ基合金板１〜３をそれぞれ縦：２５ｍｍ、横：５０ｍｍ、厚さ：８ｍｍの寸法に切断して摩耗試験片を作製した。この試験片を用い、
摩耗距離：１００ｍｍ、
最終荷重：１８．２ｋｇ、
相手材：ＳＵＪ−２、
潤滑剤：なし、
摩耗速度：０．１２ｍ／ｓｅｃ、
の条件で大越式摩耗試験を実施し、比摩耗量を測定し、この比摩耗量を表１〜４に示すことにより耐摩耗性を評価した。ここで比摩耗量とは、大越式摩耗試験を実施することにより摩耗試験片が摩耗により減少した体積（体積減少量）をすべり距離と荷重で除した値である。
【００１８】
耐食試験：
本発明Ｎｉ基合金板１〜２３、比較Ｎｉ基合金板１〜２３および従来Ｎｉ基合金板１〜３をそれぞれ縦：３０ｍｍ、横：２０ｍｍ、厚さ：８ｍｍの寸法に切断して腐食試験片を作製し、この腐食試験片の表面を研磨し、最終的に耐水エメリー紙＃４００仕上げとした。これら研摩後の腐食試験片をアセトン中、超音波振動状態に５分間保持することにより脱脂し、これらを沸騰温度に保持したグリーン・デス液（１１．５％Ｈ２ＳＯ４＋１．２％ＨＣｌ＋１％ＦｅＣｌ３＋１％ＣｕＣｌ２）中に２４時間浸漬し、その後、腐食試験片の表面を観察し、孔食の有無を表１〜４に示した。
【００１９】
【表１】
2008121048.tif 000002
【００２０】
【表２】
2008121048.tif 000003
【００２１】
【表３】
2008121048.tif 000004
【００２２】
【表４】
2008121048.tif 000005
【００２３】
表１〜４に示された結果から、本発明Ｎｉ基合金板１〜２３は、従来Ｎｉ基合金板１〜３に比べて比摩耗率が低いことから耐摩耗性に優れており、さらに孔食の発生がないことから耐食性が優れていることが分かる。しかし、この発明から外れた比較Ｎｉ基合金板１〜２３は耐摩耗性および耐食性のうち少なくとも１つの特性が劣っているので好ましくないことが分かる。