特許 6227618 溶融金属めっき浴中スリーブの製造方法及び溶融金属めっき鋼板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6227618

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】溶融金属めっき浴中スリーブの製造方法及び溶融金属めっき鋼板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 2/00 20060101AFI20171030BHJP

   C23C 4/02 20060101ALI20171030BHJP

   C23C 4/10 20160101ALI20171030BHJP

   F16C 13/00 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   C23C2/00

   C23C4/02

   C23C4/10

   F16C13/00 A

   F16C13/00 Z

【請求項の数】8

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-234065(P2015-234065)

(22)【出願日】2015年11月30日

(65)【公開番号】特開2017-101273(P2017-101273A)

(43)【公開日】2017年6月8日

【審査請求日】2016年7月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000109875

【氏名又は名称】トーカロ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(72)【発明者】

【氏名】金谷 貴文

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 隼

(72)【発明者】

【氏名】中澁 裕三

(72)【発明者】

【氏名】水津 竜夫

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 義孝

【審査官】 萩原 周治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１０５５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２７７８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０６９１５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−０１３１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０３３７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０４６６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０８４６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０７１７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２６２４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０３３５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１０１０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０２５９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０３３７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０８４６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３２５６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０８０９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０５４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１１４５２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００１９７８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ ２／００−４／１８

Ｆ１６Ｃ １３／００−１５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属基材上に、コバルト基合金からなる溶接材を肉盛り溶接し、第１の肉盛り層を形成する第一工程と、
前記第１の肉盛り層上に、コバルト基合金からなり、かつ複数の炭化タングステン粒子を含む溶接材を肉盛り溶接し、第２の肉盛り層を形成する第二工程と、
を有する溶融金属めっき浴中スリーブの製造方法であって、
前記第二工程において、複数の炭化タングステン粒子のうち少なくとも一部の粒子は、その少なくとも一部分が前記コバルト基合金中に一度溶解し、その後析出させられる
ことを特徴とする溶融金属めっき浴中スリーブの製造方法。

【請求項2】

前記第二工程において、肉盛り溶接は２周以上施工する請求項１に記載の溶融金属めっき浴中スリーブの製造方法。

【請求項3】

前記第二工程において、肉盛り溶接はスリーブの軸方向に施工する請求項１又は２に記載の溶融金属めっき浴中スリーブの製造方法。

【請求項4】

前記第１の肉盛り溶接層がＨＲＣ４０未満の硬度を有し、前記第２の肉盛り溶接層がＨＲＣ４０以上の硬度を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中スリーブの製造方法。

【請求項5】

前記第２の肉盛り溶接層中の炭化タングステン粒子の含有量が５０質量％以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中スリーブの製造方法。

【請求項6】

前記第二工程後、前記第２の肉盛り溶接層上に、前記第２の肉盛り層よりも硬度が高い溶射層を形成する第三工程をさらに有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中スリーブの製造方法。

【請求項7】

前記第三工程における溶射材は、炭化タングステン系サーメット又は硼化タングステン系サーメットである請求項６に記載の溶融金属めっき浴中スリーブの製造方法。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中スリーブの製造方法における各工程と、前記スリーブを溶融金属めっき浴中で用いて、溶融金属めっき鋼板を製造する工程と、を有することを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶融亜鉛めっき浴などの溶融金属めっき浴中に浸漬して使用されるロール軸部材及びその製造方法、並びに溶融金属めっき鋼板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

溶融亜鉛めっき鋼板に代表される溶融金属めっき鋼板は、図４に示すように、焼鈍された鋼帯Ｐが、スナウト３０の内部を通過して、ポット３２に収容された溶融金属浴３４中に連続的に進入し、その後、シンクロール３６によって通板方向を上向きに変更された後、サポートロール３８に導かれて溶融金属浴３４から出て行き、ガスワイピングノズルで所定のめっき厚みに調整された後に、冷却されて、製造される。

【0003】

ここで、溶融金属中に浸漬して配置されるシンクロールは、駆動装置を持たず、ロールの軸が軸受と接触しながら回転する。よって、ロール軸部材は溶融金属中において軸受から摺動抵抗を受けるため、長期間使用するためには、溶融金属に対する耐食性、耐摩耗性、高靭性等の性能が要求される。そのため、溶融金属めっき浴中に配置されるロール軸部材には、従来から様々な検討が行われてきた。

【0004】

特許文献１には、母材金属の表面に、溶融Ａｌに対して熱力学的に安定的なセラミックスと耐熱耐食性金属とからなる緻密質サーメット層を、溶射法、肉盛り溶接法、熱間静水圧プレス法等により形成した溶融金属めっき浴中ロール軸部材が記載されている。特許文献２には、ロール軸部の表面に、Ｃｏ基合金からなる下肉盛り層と、Ｃｏ基合金にＣｒ₃Ｃ₂又はＷ₂Ｃを含有させた上肉盛り層とを形成した溶融金属めっき浴中ロール軸部材が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１−６１３６９号公報

【特許文献2】実開平５−６９１５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１の技術では、溶融金属に対する耐食性や耐摩耗性は良好であっても、母材金属の上に耐摩耗性が良好な緻密質サーメットを直接形成しているため、ロール軸部材に高荷重が作用した際に緻密質サーメット層に摩耗や割れが発生しやすいという問題がある。

【0007】

特許文献２の技術では、ロール軸部と高硬度の上肉盛り層との間に、上肉盛り層よりも低硬度の下肉盛り層が配置されるため、特許文献１よりは割れの発生は抑えられるものと思われる。しかし、実機使用時にロール軸部材が軸受から強い摺動抵抗を受けた場合には、肉盛り層の摩耗や割れの抑制が不十分であった。

【0008】

このようにロール軸部材の被覆層に割れが発生した場合、割れの中に溶融金属が浸入してロール軸の基材と反応し、基材を損傷させ、ロールの回転不良が発生して、鋼板の生産及び品質に悪影響を及ぼす。そのため、実機使用時にロール軸部材が軸受から強い摺動抵抗を受けた場合にも被覆層に摩耗や割れが発生しにくいロール軸部材が求められていた。

【0009】

そこで本発明は、上記課題に鑑み、被覆層の摩耗や割れを抑制した長寿命の溶融金属めっき浴中ロール軸部材及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、長期の安定生産が可能な溶融金属めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決する本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）金属基材と、
該金属基材上に形成された、コバルト基合金からなる第１の肉盛り溶接層と、
該第１の肉盛り溶接層上に形成された、コバルト基合金からなる第２の肉盛り溶接層と、
を有する溶融金属めっき浴中ロール軸部材であって、
前記第２の肉盛り溶接層は、前記第１の肉盛り溶接層よりも高い硬度を有し、
前記第２の肉盛り溶接層には複数の炭化タングステン粒子が含まれ、
前記第２の肉盛り溶接層に含まれる複数の炭化タングステン粒子のうち少なくとも一部の粒子は、前記第２の肉盛り層を形成する溶接材に添加された複数の炭化タングステン粒子のうち少なくとも一部の粒子の少なくとも一部分が前記コバルト基合金中に一度溶解し、その後析出したものであることを特徴とする溶融金属めっき浴中ロール軸部材。

【0011】

（２）前記第１の肉盛り溶接層がＨＲＣ４０未満の硬度を有し、前記第２の肉盛り溶接層がＨＲＣ４０以上の硬度を有する、上記（１）に記載の溶融金属めっき浴中ロール軸部材。

【0012】

（３）前記第２の肉盛り溶接層中の炭化タングステン粒子の含有量が５０質量％以下である上記（１）又は（２）に記載の溶融金属めっき浴中ロール軸部材。

【0013】

（４）前記第２の肉盛り溶接層がロール軸方向に施工されたものである上記（１）〜（３）のいずれかに記載の溶融金属めっき浴中ロール軸部材。

【0014】

（５）前記第２の肉盛り溶接層上に、前記第２の肉盛り溶接層よりも硬度が高い溶射層を有する上記（１）〜（４）のいずれかに記載の溶融金属めっき浴中ロール軸部材。

【0015】

（６）前記溶射層は、炭化タングステン系サーメット材又は硼化タングステン系サーメット材からなる上記（５）に記載の溶融金属めっき浴中ロール軸部材。

【0016】

（７）金属基材上に、コバルト基合金からなる溶接材を肉盛り溶接し、第１の肉盛り溶接層を形成する第一工程と、
前記第１の肉盛り溶接層上に、コバルト基合金からなり、かつ複数の炭化タングステン粒子を含む溶接材を肉盛り溶接し、第２の肉盛り溶接層を形成する第二工程と、
を有する溶融金属めっき浴中ロール軸部材の製造方法であって、
前記第二工程において、複数の炭化タングステン粒子のうち少なくとも一部の粒子は、その少なくとも一部分が前記コバルト基合金中に一度溶解し、その後析出させられる
ことを特徴とする溶融金属めっき浴中ロール軸部材の製造方法。

【0017】

（８）前記第二工程において、肉盛り溶接は２周以上施工する上記（７）に記載の溶融金属めっき浴中ロール軸部材の製造方法。

【0018】

（９）前記第二工程において、肉盛り溶接はロール軸方向に施工する上記（７）又は（８）に記載の溶融金属めっき浴中ロール軸部材の製造方法。

【0019】

（１０）前記第１の肉盛り溶接層がＨＲＣ４０未満の硬度を有し、前記第２の肉盛り溶接層がＨＲＣ４０以上の硬度を有する、上記（７）〜（９）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール軸部材の製造方法。

【0020】

（１１）前記第２の肉盛り溶接層中の炭化タングステン粒子の含有量が５０質量％以下である上記（７）〜（１０）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール軸部材の製造方法。

【0021】

（１２）前記第二工程後、前記第２の肉盛り溶接層上に、前記第２の肉盛り溶接層よりも硬度が高い溶射層を形成する第三工程をさらに有する上記（７）〜（１１）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール軸部材の製造方法。

【0022】

（１３）前記第三工程における溶射材は、炭化タングステン系サーメット材又は硼化タングステン系サーメット材である上記（１２）に記載の溶融金属めっき浴中ロール軸部材の製造方法。

【0023】

（１４）上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール軸部材を溶融金属めっき浴中で用いて、溶融金属めっき鋼板を製造することを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。

【発明の効果】

【0024】

本発明の溶融金属めっき浴中ロール軸部材は、被覆層の摩耗や割れが抑制されるため長寿命である。また、本発明の溶融金属めっき浴中ロール軸部材の製造方法によれば、被覆層の摩耗や割れを抑制した長寿命の溶融金属めっき浴中ロール軸部材を得ることができる。また、本発明の溶融金属めっき鋼板の製造方法によれば、長期の安定生産が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態によるロール軸部材１００の模式断面図である。

【図2】図１における第２の肉盛り溶接層中の炭化タングステン粒子の状態を説明する図である。

【図3】本発明の一実施形態における、ロール軸方向の肉盛り溶接の施工方法を示す図である。

【図4】溶融金属めっき設備の模式図である。

【図5】（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図４におけるシンクロール３６の端部の構成を示す断面図及び斜視図である。

【図6】発明例１における、第２の肉盛り溶接層の断面のＳＥＭ写真である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本発明の一実施形態によるロール軸部材は、例えば、図４に示すシンクロール３６の端部に用いられるスリーブである。図４を参照して、焼鈍された鋼帯Ｐは、スナウト３０の内部を通過して、ポット３２に収容された溶融金属浴３４中に連続的に進入し、その後、シンクロール３６によって通板方向を上向きに変更された後、サポートロール３８に導かれて溶融金属浴３４から出て行き、ガスワイピングノズルで所定のめっき厚みに調整された後に、冷却される。

【0027】

図５を参照して、溶融金属中に浸漬して配置されるシンクロール３６の端部の構成を説明する。シンクロール３６の軸の端部が、筒状のスリーブ４０に挿入され、さらに軸受４２を介して、ハンガー４４で支持される。シンクロール３６は駆動装置を持たず、鋼帯Ｐの通板に伴い回転する。その際は、スリーブ４０が軸受４２と接触しており、スリーブ４０は軸受４２から摺動抵抗を受ける。よって、本発明の一実施形態によるロール軸部材は、スリーブ４０に適用できる。

【0028】

溶融金属としては、溶融亜鉛、溶融アルミニウム、溶融Ｚｎ−Ａｌ、溶融Ａｌ−Ｓｉなどを挙げることができ、特に限定されない。

【0029】

本発明者らは、溶融亜鉛めっき浴中のロール軸部材の損傷形態を詳細に観察した。その結果、鉄基ロール基材の比重が溶融亜鉛の比重よりも小さいため、溶融亜鉛浴中ではロールに浮力が生じ、鋼帯の張力と合わせて、ロール軸部材には強い曲げ応力が作用し、さらに軸受から受ける強い摺動抵抗にも起因して被覆層の摩耗や割れが発生する。また、被覆層の割れの中に溶融亜鉛が浸入して、耐食性に劣る基材を溶損させることで、割れが進展して最終的にロール軸部材の損傷に至ることが判明した。

【0030】

これらの結果から、ロール軸部材に作用する曲げ応力に対し耐割れ性を有する肉盛り材の選定や、施工条件等に関する被覆材の開発を鋭意努力して行い、本発明を完成するに至った。

【0031】

図１を参照して、本発明の一実施形態による溶融金属めっき浴中ロール軸部材１００は、金属基材１０と、この金属基材の上に形成された第１の肉盛り溶接層１２と、この第１の肉盛り溶接層の上に形成された第２の肉盛り溶接層１４と、この第２の肉盛り溶接層の上に形成された、炭化タングステン系サーメット材又は硼化タングステン系サーメット材からなる溶射層１６と、を有する。なお、本明細書では金属基材上の肉盛り溶接層及び溶射層を「被覆層」と総称する。

【0032】

金属基材１０は、例えばＳＵＳ３１６Ｌ鋼、ＳＵＳ４１０鋼、ＳＵＳ４２０鋼等の材質からなる。金属基材１０の硬度は、ＨＲＣ２２以下が好ましく、ＨＲＣ１１以下がより好ましい。金属基材の硬さがＨＲＣ２２を超えると、硬すぎて使用中に割れやすくなるためである。金属基材１０の硬度は、ＨＲＣ１０以上とすることが好ましい。

【0033】

ここで、本実施形態では、金属基材１０よりも上側に形成された、コバルト基合金からなる肉盛り溶接層を「第１の肉盛り溶接層」とし、第１の肉盛り溶接層よりも上側に形成された、コバルト基合金からなり、炭化タングステン粒子を含み、かつ第１の肉盛り溶接層１２よりも高い硬度を有する肉盛り溶接層を「第２の肉盛り溶接層」と定義する。金属基材１０上に形成される肉盛り溶接層はこれら２層に限定されず、他の肉盛り溶接層が形成されていてもよい。金属基材１０上に第１の肉盛り溶接層１２及び第２の肉盛り溶接層１４以外の肉盛り溶接層が形成される場合は、各肉盛り溶接層が金属基材から離れるほど高い硬度を有することが好ましい。このように、ロール軸部材の金属基材から表面に向けて、漸変的に硬度を高くすることで、ロール軸部材が受ける曲げ応力を緩和し、被覆層の割れを抑制することができる。

【0034】

肉盛り溶接層は２層でも十分な割れ抑制の効果を有する。肉盛り溶接層を３層以上にしてもいいが、多層になると施工性に劣るため、２層又は３層にするのが好ましい。肉盛り溶接は、母材表面に硬化、耐食、補修、再生などの目的に応じた金属を溶着する、母材の表面処理技術であり、溶射やめっきに比べて厚い層を形成できる。

【0035】

本実施形態において、複数層の肉盛り溶接層は全てコバルト基合金からなることが好ましい。肉盛り材料としてはニッケル基合金もあるが、溶融亜鉛浴中における耐食性はコバルト基合金が優れているからである。

【0036】

各肉盛り溶接層を形成するための肉盛り材料は、各肉盛り溶接層の硬度が上記の条件を満たすように、各種肉盛り用合金の市販材（例えば、ステライト合金、トリバロイ合金等）から適宜選び、組み合わせればよい。

【0037】

このとき、第１の肉盛り溶接層１２がＨＲＣ４０未満の硬度を有し、第２の肉盛り溶接層１４がＨＲＣ４０以上の硬度を有することが好ましい。第２の肉盛り溶接層１４をＨＲＣ４０以上の高硬度とすることで、耐摩耗性が高まる。第２の肉盛り溶接層１４の硬度は、ＨＲＣ４５以上とすることがより好ましく、上限はＨＲＣ５３程度とすることが好ましい。ＨＲＣ５３を超えると、耐摩耗性には優れるが割れが入りやすくなるからである。第１の肉盛り溶接層１２の硬度は、ＨＲＣ３５以上とすることが好ましい。

【0038】

図１を参照して、第２の肉盛り溶接層１４は複数の炭化タングステン粒子２０Ａ，２０Ｂを含むものとする。第２の肉盛り溶接層１４中の炭化タングステンの含有量は、５０質量％以下であることが好ましく、４０質量％以下がより好ましい。５０質量％を超えると、肉盛り溶接層の施工時に割れが発生する可能性があるからである。第２の肉盛り溶接層１４中の炭化タングステンの含有量は、炭化タングステン粒子添加の効果を確保するために、２５質量％以上であることが好ましい。炭化タングステン粒子を第２の肉盛り溶接層１４に含ませることで、溶融金属に対する耐溶損性と耐摩耗性が向上する。なお、本発明において、「炭化タングステン粒子」とは、ＷＣ粒子、Ｗ₂Ｃ粒子、及び、ＷＣとＷ₂Ｃの両方を含む粒子のいずれも含む概念である。

【0039】

ここで、図１及び図２を参照して、第２の肉盛り溶接層１４中に含まれる複数の炭化タングステン粒子のうち少なくとも一部の粒子は、第２の肉盛り層１４を形成する溶接材に添加された複数の炭化タングステン粒子のうち少なくとも一部の粒子の少なくとも一部分がコバルト基合金中に一度溶解し、その後析出したものである。図１及び図２中、コバルト基合金中に少なくとも一部分が一度溶解し、その後析出した炭化タングステン粒子は符号２０Ｂで示し、それ以外の炭化タングステン粒子は符号２０Ａで示した。炭化タングステン粒子は、コバルト基合金中に一度溶解すると、その後析出する過程で分散析出する。硬質な炭化タングステン粒子が第２の肉盛り溶接層１４中に離散的に位置すると、その硬さが均一になるため、第２の肉盛り溶接層１４の耐摩耗性が向上する。また、硬さが均一になると、第２の肉盛り溶接層１４上に溶射層を形成することが可能になり、さらなる長寿命化が可能になる。炭化タングステン粒子２０Ａは、コバルト基合金中に溶解しなかった粒子か、コバルト基合金中に該粒子の表面から一部分のみが溶解し、中心部のみが残った粒子である。

【0040】

ここで、第２の肉盛り溶接層中の炭化タングステン粒子の状態は、第２の肉盛り溶接層の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより、把握できる。図６は、第２の肉盛り溶接層に相当する部分のＳＥＭ写真である。図６における第２の肉盛り溶接層中の複数の炭化タングステン粒子は、第２の肉盛り層を形成する溶接材に添加された炭化タングステン粒子の表面から、コバルト基合金中に少なくとも一部分または全部が一度溶解し、その後析出したものである。各析出物の形状は異形状であり、一部はデンドライト状となっている。炭化タングステン粒子がコバルト基合金中に一度溶解し、析出したものであるか否かは、ＳＥＭ写真における当該粒子の形状から判別できる。

【0041】

コバルト基合金の融点（１２７０〜１３００℃）よりも高温で一定時間溶接材を保持し、その後一定時間かけて冷却すると、コバルト基合金中への炭化タングステン粒子の溶解−析出現象が起きる。そのような状況を簡易的に実現する方法として、第２の肉盛り溶接層を形成する際に、２周以上の肉盛り施工を行う方法が挙げられる。

【0042】

溶接材中に含ませる炭化タングステン粒子のサイズとしては、平均粒径８０〜２８０μｍが好ましく、形状としては、球状又はブロック状のものが好ましい。

【0043】

本実施形態において第２の肉盛り溶接層は、図３に示すようにロール軸方向Ｃに施工されたものであることが望ましい。肉盛り溶接は通常、円筒形状の部材に対して円周方向にスパイラル状に施工するが、曲げ応力が作用する溶融金属めっき浴中ロール軸部材では、肉盛りの重ね合わせ部の損傷が起点となり、割れが発生することが多い。これに対し、ロール軸方向に肉盛り溶接を施工すると、仮に肉盛り溶接層の重ね合わせ部が損傷しても、ロール軸方向の損傷であるから、ロール軸部材に曲げ応力が作用しても直ちに割れを形成することはない。なお、第１の肉盛り溶接層は、ロール軸方向に施工しても、ロールの周方向に施工しても構わない。

【0044】

また、本実施形態では、第２の肉盛り溶接層１４上に溶射層１６を形成する。溶射材としては、炭化タングステン系サーメット材又は硼化タングステン系サーメット材が好ましく、具体的には、ＷＣ−１２Ｃｏ、ＷＣ−１７Ｃｏ、ＷＢ−３０％ＣｏＣｒなどが挙げられる。炭化タングステン系サーメット又は硼化タングステン系サーメットの溶射層は非常に高い硬度（ＨＲＣ６８以上）と高い耐食性を有するが、金属基材上へ直接溶射施工すると、当該溶射層に割れが発生しやすい。しかし、本実施形態では、溶射層１６の下に、炭化タングステン粒子を一度溶解し、析出することで硬さが均一となった第２の肉盛り溶接層１４があるため、溶射層１６に割れが発生せず、ロール軸部材の寿命を大幅に延ばすことができる。

【0045】

第１の肉盛り溶接層１２の厚さ、第２の肉盛り溶接層１４の厚さは特に限定されないが、それぞれ１〜２ｍｍ、２〜４ｍｍ程度とすることができる。また、溶射皮膜１６の厚さも特に限定されないが、５０〜２００μｍ程度とすることができる。

【0046】

本実施形態のロール軸部材１００を溶融金属めっき浴中で用いて、溶融金属めっき鋼板を製造すれば、当該部材が長寿命であることから、長期の安定生産が可能である。

【実施例】

【0047】

以下に、本発明の発明例及び比較例を記載する。

【0048】

（発明例１）
スリーブ基材（ＳＵＳ３１６Ｌ鋼）の外周上に、コバルト基合金（ステライト合金）を溶接材として、ＰＴＡ法で周方向に肉盛り溶接を行い、基材表面に１ｍｍ厚の第１の肉盛り溶接層を形成した。プラズマアーク電流は１５０〜１８０Ａ、プラズマアーク電圧は２２〜２６Ｖ、送り速度は９〜１３ｃｐｍ、パス間温度は１５０〜２００℃とした。肉盛り溶接（周方向）は、表面全体が施工されるように、ロール軸方向に徐々にずらしながら施工した。

【0049】

続いて、第１の肉盛り溶接層の外周上に、炭化タングステン粒子を３５質量％含むコバルト基合金（トリバロイ合金）を溶接材として、ＰＴＡ法でロール軸方向に肉盛り溶接を行い、第１の肉盛り溶接層の表面に２ｍｍ厚の第２の肉盛り溶接層を形成した。プラズマアーク電流は１３０〜１７０Ａ、プラズマアーク電圧は２２〜２６Ｖ、送り速度は１２〜１６ｃｐｍ、パス間温度は６００〜７００℃とした。炭化タングステン粒子は、粒径４５〜１５０μｍ（平均粒径約１００μｍ）のものを使用した。肉盛り溶接（ロール軸方向）は、表面全体が施工されるように、周方向に徐々にずらしながら施工し、かつ、それを２周行った。

【0050】

第１の肉盛り溶接層の硬さは、ＨＲＣ３８であり、第２の肉盛り溶接層の硬さは、ＨＲＣ４９であった。また、第２の肉盛り溶接層の断面をＳＥＭで観察したところ、複数の炭化タングステン粒子のうち少なくとも一部の粒子が、前記コバルト基合金中に一度溶解し、その後析出したものであることが確認された。ＳＥＭ写真を図６に示す。

【0051】

（比較例１）
発明例１と同様に第１の肉盛り溶接層を形成し、さらに発明例１と同様の溶接材を用いて周方向の肉盛り溶接を１周だけ施工して第２の肉盛り溶接層を形成した。第２の肉盛り溶接層の断面をＳＥＭで観察したところ、前記コバルト基合金中に一度溶解し、析出したと思われる炭化タングステン粒子は確認されなかった。

【0052】

（比較例２）
発明例１と同様に第１の肉盛り溶接層を形成し、さらに発明例１と同様の溶接材を用いてロール軸方向の肉盛り溶接を１周だけ施工して第２の肉盛り溶接層を形成した。第２の肉盛り溶接層の断面をＳＥＭで観察したところ、前記コバルト基合金中に一度溶解し、析出したと思われる炭化タングステン粒子は確認されなかった。

【0053】

（発明例２）
発明例１と同様に第１の肉盛り溶接層及び第２の盛り溶接層を形成し、さらに第２の肉盛り溶接層の外周上に、ＷＣ−１７Ｃｏサーメットを溶射材として大気圧プラズマ溶射を行い、第２の肉盛り溶接層の表面に１００μｍ厚の溶射層を形成した。ＷＣ−１７Ｃｏサーメット溶射層の硬さは、ＨＲＣ７０であった。また、第２の肉盛り溶接層の断面をＳＥＭで観察したところ、複数の炭化タングステン粒子のうち少なくとも一部の粒子が、前記コバルト基合金中に一度溶解し、その後析出したものであることが確認された。

【0054】

（比較例３）
発明例１と同様に第１の肉盛り溶接層を形成し、さらに発明例１と同様の溶接材を用いてロール軸方向の肉盛り溶接を１周だけ施工して第２の肉盛り溶接層を形成した。続いて、発明例２と同様の方法で溶射を行った。しかし、溶射層の表面が割れて、使用可能なものが作製できなかった。第２の肉盛り溶接層の断面をＳＥＭで観察したところ、前記コバルト基合金中に一度溶解し、析出したと思われる炭化タングステン粒子は確認されなかった。

【0055】

（ロール軸部材の寿命の評価方法）
各発明例及び比較例で作製したロール軸部材を、図４に示す溶融亜鉛めっき設備のシンクロールの端部に取り付け、溶融亜鉛めっきラインで３０日間使用した。その後、ロール軸部材の摩耗及び割れの目視確認を行った。

【0056】

（評価結果）
発明例１のロール軸部材には、磨耗は見られたが割れは発生しなかったので、少なくとも３０日の寿命があることが確認された。一方、比較例１及び比較例２のロール軸部材には使用後割れが発生しており、３０日を越える使用は困難であることが分かった。発明例２のロール軸部材には磨耗及び割れの発生がないことから３０日以上に寿命を延ばせることが確認できた。

【産業上の利用可能性】

【0057】

本発明の溶融金属めっき浴中ロール軸部材は、実機使用時に軸受から強い摺動抵抗を受けても摩耗や割れの発生を抑制できるため、ロール軸部材が長寿命化し、溶融金属めっき鋼板の安定生産を行うことができる。

【符号の説明】

【0058】

１００ ロール軸部材
１０ 金属基材
１２ 第１の肉盛り溶接層
１４ 第２の肉盛り溶接層
１６ 溶射層
２０Ａ 炭化タングステン粒子
２０Ｂ 一度溶解後析出した炭化タングステン粒子
３０ スナウト
３２ ポット
３４ 溶融金属浴
３６ シンクロール
３８ サポートロール
４０ スリーブ
４２ 軸受
４４ ハンガー
Ｃ ロール軸方向
Ｐ 鋼帯

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】