JP2000345313A - 繰り返し熱衝撃及び摺動摩耗を受けるロール胴部基材表面の耐熱性、耐食性、耐摩耗性を向上させた連続鋳造に用いるロール製造法 - Google Patents

繰り返し熱衝撃及び摺動摩耗を受けるロール胴部基材表面の耐熱性、耐食性、耐摩耗性を向上させた連続鋳造に用いるロール製造法

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JP2000345313A
JP2000345313A JP11196396A JP19639699A JP2000345313A JP 2000345313 A JP2000345313 A JP 2000345313A JP 11196396 A JP11196396 A JP 11196396A JP 19639699 A JP19639699 A JP 19639699A JP 2000345313 A JP2000345313 A JP 2000345313A
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Takao Sato
隆夫 佐藤
Noboru Hiraoka
昇 平岡
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Nippon Steel Hardfacing Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱性、耐食性、耐摩耗性を向上させた
連続鋳造に用いるロール製造法の提供。 【解決手段】 繰り返し周期的に金属溶湯に接する連続
鋳造鋳型となる銅又は銅合金のロール胴部基材表面に、
Ta、Mo、Al、Cr、Ag、Ni、Co、Pt、Y
の一種以上又は合金又はこれら金属と金属炭化物、金属
硼化物、金属窒化物、金属珪化物あるいは金属酸化物セ
ラミックスの一種以上を含むサーメットよりなる放電被
覆溶着皮膜層を形成する。 【効果】 ロールの長寿命化をはかることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属製錬技術にお
ける溶融金属連続鋳造装置等の、繰り返し熱衝撃や摺動
摩耗環境に使用されるロールその他の部材の表面被覆と
して使用される溶着皮膜の形成による部材、特に連続鋳
造に用いるロール製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融金属から直接鋳造片を形成する連続
鋳造設備、例えば図3に示される1856年ヘンリーベ
ッセマーが発明したストリップ鋳造機のような設備で
は、平行して回転する内部を水冷した2本の銅製ロール
31、31の間隙に、溶融金属を注入して急速に凝固さ
せ、引き出しロール33、33により連続した板状の金
属片32を引き出して製造する。
【0003】その際、銅製ロール端面には溶融金属を保
持し流出を防止する目的で、セラミックス製の板材を押
しつけており、ロールとロールの間に高温の金属溶湯が
たまりつつ、ロールに冷却されて金属片が下方向へ送り
出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】したがって、銅製ロー
ル胴部表面は溶融金属による熱影響を周期的に受けると
ともに、直接鋳造片との摺動摩擦による摩耗により、ロ
ール寿命が短くなってしまうという問題があった。そも
そも連続鋳造用ロールは、通常純銅あるいは銅合金製の
水冷ロールが使用され、これに高温の金属溶湯が直接接
触するため、その耐摩耗性を改善するためにロール胴部
表面にNiめっき、Crめっき等が施された例がある。
しかしながら、その場合も耐摩耗性、耐熱性が不十分で
ある。
【0005】とくにめっき層の摩耗によってロール胴部
表面基材のCu成分が鋳造片に溶着し、これが原因で鋳
造片表面にひび割れが発生したりして製品欠陥となるな
どの問題があった。前述したように、連続鋳造用ロール
は水冷によって耐熱性を維持しているために、ロール胴
部素材の熱伝導率が高いこと、表層の耐熱性、鋳造片に
対する耐摩耗性が高いことが必要である。
【0006】従来のNiめっき等では、ロール胴部基材
の耐熱性や耐摩耗性の改善が不十分で、ロール寿命を大
きく改善するには至らなかった。すなわち、ロールの寿
命は高熱伝導性のCu基材の上にどのような耐熱性、耐
摩耗性の皮膜を設けるか、また、ロール胴部を変形させ
ないよう皮膜の強度を高くするためにはどうすればよい
かを具現化できるかどうかによって左右される。本発明
は前記従来技術の問題点を解決し、耐熱性、耐食性、耐
摩耗性を向上した表面皮膜層を形成する連続鋳造用ロー
ルの製造法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者等は種々研究を重ねた結果、ロール基材表
面への耐熱性、耐摩耗性の皮膜を形成する手段として、
皮膜形成材としての電極と基材とを接触させ、アーク放
電により皮膜形成材成分を溶着させる放電被覆処理法
(Electro Spark Deposition
法:以下ESD法という)の適用により皮膜接着強度を
高めることができることを知見し、本発明を完成するに
至った。
【0008】前記の知見に基づいてなされた本発明は、
繰り返し周期的に金属溶湯に接する連続鋳造鋳型となる
銅又は銅合金のロール胴部基材表面に、Ta、Mo、A
l、Cr、Ag、Ni、Co、Pt、Yの一種以上又は
合金又はこれら金属と金属炭化物、金属硼化物、金属窒
化物、金属珪化物あるいは金属酸化物セラミックスの一
種以上を含むサーメットよりなる放電被覆溶着皮膜層
(ESD法による表面皮膜層)を形成してなることを特
徴とする耐熱性、耐食性、耐摩耗性を向上させた連続鋳
造に用いるロール製造法を要旨としている。
【0009】また、本発明は、ESD法による表面皮膜
層の形成前に、下地層としてロール胴部基材表面に、C
r、Ag、Ni、Co、Au、Pt、Fe、Mn、W、
Ti、Nb、Alの一種以上の金属又は合金又はこれら
の金属を主成分とした合金(例えばニッケル燐)のメッ
キ層を形成する耐熱性、耐食性、耐摩耗性を向上させた
連続鋳造に用いるロール製造法を要旨としている。
【0010】さらに本発明は、金属成分を含むアルコキ
シドアルコール液、又はその含水液、塩化物アルコール
水溶液あるいはクロム酸を主成分とする水溶液を使用し
て、放電被覆溶着皮膜層に封孔、焼成処理を施す耐熱
性、耐食性、耐摩耗性を向上させた連続鋳造に用いるロ
ール製造法をもその要旨としている。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の構成と作用を説明する。
図1に示すように、連続鋳造ロール1の胴部基材表面へ
耐熱性、耐食性および耐摩耗性表面皮膜2形成手段とし
て、溶着材となる電極をロール胴部基材表面に接触さ
せ、ESD法を適用する。
【0012】本発明で用いるESD法は、小入熱で金属
又はサーメットをロール胴部基材表面へ溶着するもの
で、この方法によればロール胴部基材の熱変形が小さ
く、溶着境界部に薄い溶融拡散層が形成されて皮膜の密
着性が高くなり、さらに、その表面層金属又はサーメッ
トの封孔処理用材料を適切に選定することによって、ロ
ールの長寿命化を達成することができる。
【0013】本発明において、ESD法により溶着させ
るTa、Mo、Al、Cr、Ag、Ni、Co、Pt、
Yの一種以上又は合金又はこれら金属と金属炭化物、金
属硼化物、金属窒化物、金属珪化物あるいは金属酸化物
セラミックスの一種以上を含むサーメットは、いずれも
融点が高いか、熱伝導率が高く、ロール胴部の耐熱性を
高めるために選定されたもので、皮膜層を形成するもの
である。
【0014】放電溶着皮膜層の厚さは10〜100μm
程度にすることができる。10μm末満では薄すぎて効
果がなく、100μmを超えても加工の手間がふえるほ
どは効果の向上がみられない。
【0015】本発明では、ロール胴部基材に対する下地
皮膜層を、通常めっきにより行うことを前提としてい
る。すなわち、ESD法による表面皮膜層の形成前に、
Cr、Ag、Ni、Co,Au、Pt.Fe、Mn.
W、Ti、Nb、Alの一種以上の金属又は合金又はこ
れらの金属を主成分とした合金(例えばニッケル燐)を
めっきし、表面皮膜層の金属又は合金又は金属炭化物、
金属硼化物、金属窒化物、金属珪化物あるいは金属酸化
物セラミックスの一種以上を含むサーメットとの密着性
を向上させるのである。とくに前記金属は耐食性があっ
て酸化しにくいため、ESD法による表面皮膜層の溶着
を助ける。さらに熱伝導性も高く、表面皮膜層からの熱
吸収を良くすることが確認されている。
【0016】上層皮膜としては、ESD法によりWC、
TiC、Cr、ZrB、TiB等と耐熱性金
属よりなるサーメット材の表面皮膜層を形成するとよ
い。その場合、WC、TiC、Cr、ZrB
TiB等と耐熱性金属よりなるサーメット材電極を用
い、電極を廻転させながらロール胴部基材表面と接触放
電させて皮膜を溶着させる。なお硼化物は導電性があ
り、ESD法用の電極材として好適であった。前記のよ
うにして得られたサーメット材の表面皮膜層は高硬度で
耐摩耗性があり、TiC、Crサーメットなどは
耐熱性も高いため好んで用いられるものである。
【0017】本発明において、下地皮膜層をESD法に
より形成することは、比較的低入熱であるから低融点の
銅ロール胴部基材に損傷を与えることがなく、しかも下
地皮膜層との密着性がよく、耐熱性を付与することがで
きる点で優れており、本発明の特徴のひとつである。
【0018】なお、ESD法は、廻転する数mm径の電
極を使用し、約15A程度の直流電流又はパルス重畳直
流電流などを使用する。パルス重畳直流電流の特徴は、
短絡時間を短くする点にあり、皮膜の溶着をより確実に
するという効果が奏される。また施工方法としては、直
進法のほか、ウィービング法、多電極法等で行うことが
できる。さらに、不活性ガスのシールドを併用したり、
絶縁油中での処理により安定した品質の溶着層が得られ
る。
【0019】本発明で使用するESD法は小入熱である
ため熱影響が小さく、銅ロール胴部基材の結晶粒粗大化
を起こしにくい。また、ロール胴部基材又はその下地皮
膜層との境界部に溶融層が生じるため、皮膜の結合力が
溶射による場合よりかなり高くなる。本発明のESD法
は、絶えず電極に押しつけ力を作用させて、電極とロー
ル胴部基材とを接触状態でパルス重畳直流電流によるア
ーク放電をさせて、放電被覆処理をするものであり、一
般の接触溶融溶接とはアーク現象が異なっている。市販
されている加工機としてはTechno Coat社製
の商品名「スパークデポ」が使用できる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、従来の
単なる耐熱合金皮膜を形成する連続鋳造に用いるロール
製造法と異なり、Cr,Tiなどの炭化物、Cr,Wな
どの硼化物あるいはCr,Al,Zrなどの酸化物を分
散させたサーメット表層皮膜がESD法により形成され
るものであるから、皮膜の耐熱性、耐食性および耐摩耗
性が優れているばかりでなく、ロール基材胴部表面への
密着性も良好であり、ロールの長寿命化をはかることが
できるという効果を奏することができるというものであ
る。
【0021】
【実施例】本発明を実施例により具体的に説明するが、
これによって本発明が限定されることはない。 実施例
【0022】本発明により形成された放電被覆溶着皮膜
の耐熱衝撃性と耐摺動摩耗性とを同時に評価するための
試験法を、図1に基づいて説明する。試験材1として、
ロール状回転円筒の表面にESD法で溶着皮膜リング2
を施して用い、試験材1を回転しながら対向する位置に
バーナー3、冷却水ノズル4を配置して溶着皮膜の加熱
・冷却を行う。試験材1の回転は10rpm、試験部分
のサイズは100mmφ、幅40mmである。また、加
熱側表面温度は500℃、水冷側表面温度は75℃以下
となるようにバーナーとノズルを調整した。ノズル4に
供給する冷却水量は0.2〜0.3リットル/分であ
る。
【0023】次いで図2に示す方法で試験材1の溶着皮
膜リング2にSUS304の平板5を荷重10kgで押
しつけ、溶着皮膜の剥離あるいは摩耗により基材表面が
露出するまでの時間を評価した。この両試験を5分間隔
で交互に実施する。
【0024】なお摺動摩耗試験中、溶着皮膜リング2は
皮膜表面が500℃になるように試験材1の下部からヒ
ーター7で加熱しつつ、回転数120rpmで評価し
た。冷却水による基材の熱衝撃の影響を明らかにするた
め、Cu材を試験材1の基材として採用した。
【0025】
【表1】
【0026】表1は、各実施例の条件と結果を示してお
り、No.1〜No.13が本発明例、No.14、N
o.15が比較例である。試験結果から明らかなよう
に、本発明で得られた溶着皮膜は、従来のNiめっきの
ままのものやサーメット皮膜よりも長寿命である。すな
わち、従来の皮膜はいずれも100〜400分で剥離ま
たは摩耗により基材表面が露出するのに対して、本発明
例における基材の露出時間は650〜1050分であ
り、耐用度が大きく向上していることがわかる。
【0027】以上のシュミレーションテストの結果から
明らかなように、本発明で得られた溶着皮膜は、繰り返
し熱衝撃を受ける銅ロール胴部基材の摺動摩耗部分に適
用するときわめて有用であり、工業的価値の高いもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明で得られる溶着皮膜の耐熱衝撃性と耐
摺動摩耗性とを同時に評価するための試験を実施する説
明図である。
【図2】 本発明で得られる溶着皮膜の剥離あるいは摩
耗により基材表面が露出するまでの時間を評価するため
の試験を実施する説明図である。
【図3】 従来の連続鋳造設備を示す断面説明図であ
る。
【符号の説明】
1 試験材 2 溶着皮膜 3 バーナー 4 冷却水ノズル 5 SUS304平板 6 重錘 7 ヒーター 31 水冷銅ロール 32 金属片 33 引き出しロール
フロントページの続き Fターム(参考) 3J103 AA02 AA51 EA20 FA01 FA11 FA12 FA13 FA15 FA30 GA02 GA15 HA03 HA13 HA31 HA32 HA35 HA36 HA37 HA38 HA51 4E004 DA12 DA13 DB02 DB03 QA01 4K031 AA02 AA03 AA08 AB08 AB09 BA05 CB21 CB22 CB26 CB27 CB31 CB32 CB37 CB39 CB42 CB44 CB45 CB46 CB47 DA03 FA01 FA06 FA07 FA08

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 繰り返し周期的に金属溶湯に接する連続
    鋳造鋳型となる銅又は銅合金のロール胴部基材表面に、
    Ta、Mo、Al、Cr、Ag、Ni、Co、Pt、Y
    の一種以上又は合金又はこれら金属と金属炭化物、金属
    硼化物、金属窒化物、金属珪化物あるいは金属酸化物セ
    ラミックスの一種以上を含むサーメットよりなる放電被
    覆溶着皮膜層を形成してなることを特徴とする耐熱性、
    耐食性、耐摩耗性を向上させた連続鋳造に用いるロール
    製造法。
  2. 【請求項2】 下地層としてロール胴部基材表面に、C
    r、Ag、Ni、Co、Au、Pt、Fe、Mn、W、
    Ti、Nb、Alの一種以上の金属又は合金又はこれら
    の金属を主成分とした合金(例えばニッケル燐)のメッ
    キ層を形成する請求項1記載の耐熱性、耐食性、耐摩耗
    性を向上させた連続鋳造に用いるロール製造法。
  3. 【請求項3】 放電被覆溶着皮膜層の厚さが10〜10
    0μmである請求項1または2記載の耐熱性、耐食性、
    耐摩耗性を向上させた連続鋳造に用いるロール製造法。
  4. 【請求項4】 放電被覆溶着皮膜層がWC、TiC、C
    、ZrB、TiBと金属又は合金のサーメ
    ット材からなる請求項1、2または3記載の耐熱性、耐
    食性、耐摩耗性を向上させた連続鋳造に用いるロール製
    造法。
  5. 【請求項5】 金属成分を含むアルコキシドアルコール
    液、又はその含水液、塩化物アルコール水溶液あるいは
    クロム酸を主成分とする水溶液を使用して、放電被覆溶
    着皮膜層に封孔、焼成処理を施す請求項1ないし4のい
    ずれかに記載の耐熱性、耐食性、耐摩耗性を向上させた
    連続鋳造に用いるロール製造法。
  6. 【請求項6】 放電被覆溶着皮膜層上に電気めっきを行
    ってメッキ層を形成する請求項1ないし4のいずれかに
    記載の耐熱性、耐食性、耐摩耗性を向上させた連続鋳造
    に用いるロール製造法。
JP11196396A 1999-06-08 1999-06-08 繰り返し熱衝撃及び摺動摩耗を受けるロール胴部基材表面の耐熱性、耐食性、耐摩耗性を向上させた連続鋳造に用いるロール製造法 Granted JP2000345313A (ja)

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