(57)【要約】【課題】耐摩耗性に優れ、プロセスロールのさらなる長寿命化を図れるＷＣサーメット溶射ロールを提供する。【解決手段】鉄芯表面にＷＣサーメットを溶射してなる皮膜を有するＷＣサーメット溶射ロールにおいて、前記皮膜中の気孔寸法が５．０μｍ以下、前記皮膜の気孔率が１．５％以下、断面硬さがビッカース硬さＨｖで１０５０〜１１５０となるように溶射したもの。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄芯表面にＷＣサーメットを溶射してなる皮膜を有するＷＣサーメット溶射ロールにおいて、前記皮膜中の気孔寸法が５．０μｍ以下、前記皮膜の気孔率が１．５％以下、断面硬さがビッカース硬さＨｖで１０５０〜１１５０であることを特徴とするＷＣサーメット溶射ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性に優れたＷＣサーメット溶射ロールに関し、詳しくは、鋼板等金属板の冷間圧延設備や熱仕（熱延精整）設備のプロセスロールに好ましく用いうる耐摩耗性に優れたＷＣサーメット溶射ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷間圧延設備等の製造ラインのプロセスロールとして多用されているＷＣ（炭化タングステン）サーメット溶射ロールは、ＷＣサーメット粉末（通常、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｏＣｒ及びＮｉＣｒ等の金属をバインダーとして用いて所定の大きさにＷＣを焼結造粒あるいはさらに焼結後粉砕して製造した粉末を、例えばＨＶＯＦ（高速燃焼炎溶射）ガン等で燃焼させ鉄芯の表面に噴きつけて、該表面にＷＣサーメットの皮膜（溶射皮膜）を形成することにより製造されている。ここで、プロセスロールとは、被処理金属板を接触通過させるロールのうち圧延作業ロール（ワークロール）を除いたものを指し、例えば、ガイドロール、ブライドルロール、テンションメータロール、デフレクタロール、ルーパロール、マッシャーサポートロールなどがある。
【０００３】
従来、ＷＣサーメット溶射ロールは、ＷＣサーメット粉末をＨＶＯＦガン等でより高速に鉄芯表面に噴きつけることで皮膜の気孔率を低減して皮膜の硬さを向上させるという製造方法により、耐摩耗性の向上が図られてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法により耐摩耗性の向上を図ることは、コスト面から限界にきており、プロセスロールのさらなる長寿命化を図ることは困難であった。本発明は、耐摩耗性に優れ、プロセスロールのさらなる長寿命化を図れるＷＣサーメット溶射ロールを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鉄芯表面にＷＣサーメットを溶射してなる皮膜を有するＷＣサーメット溶射ロールにおいて、前記皮膜中の気孔寸法が５．０μｍ以下、前記皮膜の気孔率が１．５％以下、断面硬さがビッカース硬さＨｖで１０５０〜１１５０であることを特徴とするＷＣサーメット溶射ロールである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、皮膜（溶射皮膜）中の気孔寸法を５．０μｍ以下と、溶射に用いるＷＣサーメット粉末粒径（通常１０〜４４μｍ程度）の半分以下とし、かつ皮膜全体の気孔率を１．５％以下としたから、皮膜の粉体摩耗（鉄粉等の粉状異物による摩耗）、凝着摩耗（鋼板のスリップ、焼付き等による摩耗）などが低減し、ＷＣサーメット溶射ロールのさらなる長寿命化が図れる。
【０００７】
皮膜中に気孔寸法５．０μｍ超の箇所が存在すると、気孔率が１．５％以下であっても、この箇所を起点として粉末粒子脱落から皮膜損傷が進展するので、皮膜の摩耗は低減しない。また、気孔寸法が５．０μｍ以下であっても、気孔率が１．５％を超えると、水蒸気や水滴が皮膜と鉄芯の界面まで達して鉄芯が腐食し、皮膜剥離に至ってしまう。よって、気孔寸法が５．０μｍ以下でかつ気孔率が１．５％以下とする必要がある。
【０００８】
本発明でいう気孔寸法および気孔率は、以下のようにして測定される。
ロール軸方向の任意位置から採取した試料の皮膜断面を、ＯＭ（光学顕微鏡）またはＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）にて好ましくは倍率４００〜５００で、独立気孔が１００個以上視認されるまで視野を変えて観察し、視認された個々の気孔の長径と面積を測定し、測定した長径データの個々のデータを気孔寸法とし、測定した面積データの総和÷視野面積（×１００％）を気孔率とする。
【０００９】
また、本発明では、溶射皮膜の断面硬さをビッカース硬さＨｖで１０５０〜１１５０の範囲になるようにしたから、溶射ガン内でＷＣサーメット粉末の十分な半溶融化が進行する。このため、皮膜中の非気孔部が強靭化するとともに、気孔は微細化し、気孔率も低下して、耐摩耗性が向上する。断面硬さをＨｖで１１５０超にするには、溶射ガンによる半溶融化した粉末の噴きつけ速度をより高速にする必要がある。ところが、かかる噴きつけ速度では、コスト上の問題があることは先にも述べた通りであるが、他にもＷＣサーメット粉末が溶射ガン内で十分に半溶融化しないという問題が生じ、皮膜の非気孔部が脆化するとともに、へん平状の積層構造とならずに部分的に気孔の粗大化も起こるため、耐摩耗性が低下する。一方、断面硬さをＨｖで１０５０未満とすると、耐摩耗性が十分でなくなる。さらに、Ｈｖで１０５０未満の断面硬さは、溶射ガンによる半溶融化した粉末の噴きつけ速度を著しく低速にした場合に形成されるが、かかる噴きつけ速度では皮膜と鉄芯との結合力が弱くなって皮膜剥離が生じ易くなるうえ皮膜がポーラスなものとなり、やはり耐摩耗性が低下する問題が生じる。よって、皮膜の断面硬さはビッカース硬さＨｖで１０５０〜１１５０とする。なお、本発明にいう断面硬さとは、ダミーピースをロール側面に取り付けて、該ピースに溶射後、該ピースをロール側面から切断して断面方向からビッカース硬さを測定することで評価される。
【００１０】
本発明のＷＣサーメット溶射ロールは、鉄芯の表面にＷＣサーメット粉末を溶射ガンを用いて燃焼させて噴きつける溶射方法にて製造する。溶射ガンとしては好ましくはＨＶＯＦガンを用い、ＷＣサーメット粉末粒径＝５〜４４μｍ、燃焼温度＝２４００〜２８００℃、吹付け速度（粒子速度）＝３００〜６００ｍ／ｓなる常用の溶射条件範囲の中から、気孔寸法＝５．０μｍ以下、気孔率＝１．５％以下、断面硬さ＝１０５０Ｈｖ〜１１５０Ｈｖの皮膜が得られる適正条件値を、溶射ガンの燃焼室内でＷＣサーメット粉末を十分に半溶融化させることに留意しつつ、予備実験により決定し、設定することにより、製造する。なお、ＷＣサーメット粉末粒径は５〜２０μｍとするのがより好ましい。また、ＷＣサーメット粉末の成分は一般的に、９２ＷＣ−８Ｃｏ（元素記号に前置した数値はその元素のｍａｓｓ％含有量を表す。以下同じ。）、８８ＷＣ−１２Ｃｏ、８３ＷＣ−１７Ｃｏ、７３ＷＣ−２７ＮｉＣｒ、８３ＷＣ−１７Ｎｉ、８８ＷＣ−１２Ｎｉ、８６ＷＣ−１０Ｃｏ−４Ｃｒなどがあるが、いずれの成分でも適正条件を設定することにより本発明の皮膜が得られるので、成分に限定されない。なお、下記に好適な各成分とその範囲を示す。
【００１１】
Ｃｏ　：８〜１７ｍａｓｓ％
ＮｉＣｒ：２０〜２７ｍａｓｓ％
Ｎｉ　：８〜１７ｍａｓｓ％
ＣｏＣｒ：１４〜１６ｍａｓｓ％
鉄芯としては、ＪＩＳの　Ｓ３５ＣやＳ４５Ｃに相当する鋼材が好適である。
【００１２】
なお、本発明においては、溶射皮膜を、少なくともプロダクトミックス中の最大幅の金属板の接触通過するロール上の領域をカバーしうるように形成すれば十分であるが、本発明はこれに限るものではなく、もちろん胴部全体に形成してもよい。
【００１３】
【実施例】
ＪＩＳ　Ｓ４５Ｃ相当鋼製の中空回転体（外径３０ｍｍ×内径１６ｍｍ×幅８ｍｍ）の外周面に、ＨＶＯＦガンを用いて粒径５〜２０μｍの７３ＷＣ−２７ＮｉＣｒのＷＣサーメット粉末を種々の溶射条件で燃焼・噴きつけすることにより、図１に示す範囲の気孔寸法、気孔率、および図２に示す範囲の断面硬さを有するＷＣサーメット溶射皮膜（膜厚＝１００μｍ）を形成し、Ａ〜Ｅの５種類のＷＣサーメット溶射ピースを得た。なお、図２における断面硬さ（ビッカース硬さＨｖ）の測定は、試験力＝２．９Ｎ（０．３ｋｇｆ）にて行った。ピースＡ、Ｂが本発明例、ピースＣ、Ｄ、Ｅが従来相当の比較例である。
【００１４】
また、これらのピースを用いて西原式摩耗試験を行った。試験条件は、相手材＝ＪＩＳ　ＳＵＪ２相当鋼、すべり率＝１０％、荷重（試験力）＝４９０Ｎ（５０ｋｇｆ）、試験時間＝３ｈｒとした。試験前後のピース外径差から摩耗量を測定し、評価した。その結果、図３に示すように、本発明例Ｂを基準とした摩耗比は、本発明例Ａが０．８であるのに対し、比較例Ｃ、Ｄ、Ｅはそれぞれ１．７、３．０、４．０であり、本発明要件を満たすように形成されたＷＣサーメット溶射皮膜は従来に比べて格段に耐摩耗性に優れることが確認された。なお、ここで用いたＷＣサーメット粉末は７３ＷＣ−２７ＮｉＣｒであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他一般的なＷＣサーメット粉末でも同様の結果が得られる。
【００１５】
次に、本発明例Ｂ相当の７３ＷＣ−２７ＮｉＣｒのＷＣサーメット溶射皮膜を、鋼板調質圧延ラインのマッシャーサポートロール（直径３５０ｍｍ×胴長１４００ｍｍ）の胴部に膜厚＝１２０μｍとして形成し、使用した。その結果、比較例Ｄ相当の皮膜を形成していた従来は１．５ヶ月で摩耗により別なロールと取替えていたのに対し、本発明例Ｂ相当の皮膜では約４．５ヶ月経過後も継続使用可能となった。
【００１６】
また、本発明例Ａ相当の７３ＷＣ−２７ＮｉＣｒのＷＣサーメット溶射皮膜を、ＣＡＬ（連続焼鈍ライン）のテンションレベラ用ブライドルロールの入側ロール（直径３５０ｍｍ×胴長１４００ｍｍ）の胴部に膜厚＝７０μｍとして形成し、使用した。その結果、比較例Ｃ（７３ＷＣ−２７ＮｉＣｒ）相当の皮膜を形成していた従来は６．０ヶ月で摩耗により別なロールと取替えていたのに対し、本発明例Ａ相当の皮膜では約１３ヶ月経過後も継続使用可能となった。
【００１７】
なお、ここでは、マッシャーサポートロールやブライドルロールへの本発明実施例について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、ＷＣサーメット溶射ロールで構成されるプロセスロールである限り、いかなるロールにも適用可能である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、ＷＣサーメット溶射ロールの皮膜中の気孔寸法、気孔率および断面硬さに適正値を見いだし、規定した範囲の溶射皮膜を形成し使用するようにしたから、ＷＣサーメット溶射皮膜の耐摩耗性が格段に向上し、さらなるプロセスロールの長寿命化を図れるという効果を奏する。また、プロセスロールの長寿命化に伴い製造ラインの稼働率が向上し、製品の増産が可能になるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例および比較例の皮膜の気孔寸法と気孔率を示す図である。
【図２】本発明例および比較例の皮膜の断面硬さを示す図である。
【図３】本発明例および比較例の西原式摩耗試験結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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