JP2003053494A - 双ドラム式薄板連続鋳造用冷却ドラムの製造方法 - Google Patents

双ドラム式薄板連続鋳造用冷却ドラムの製造方法

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JP2003053494A
JP2003053494A JP2001245169A JP2001245169A JP2003053494A JP 2003053494 A JP2003053494 A JP 2003053494A JP 2001245169 A JP2001245169 A JP 2001245169A JP 2001245169 A JP2001245169 A JP 2001245169A JP 2003053494 A JP2003053494 A JP 2003053494A
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drum
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Yasushi Kurisu
泰 栗栖
Kazuto Yamamura
和人 山村
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却ドラム母材の耐熱疲労性を比較的安価な
手段で強化し、長期にわたって安定した連続鋳造を実現
できる双ドラム式薄板連続鋳造装置用冷却ドラムを提供
する。 【解決手段】 溶融金属から薄板を連続鋳造するために
反対方向に回転駆動される一対の冷却ドラムを製造する
方法において、銅又は銅合金からなるドラム母材の表面
を超音波振動によるピーニング処理を施すこと。このピ
ーニング処理部は、ドラム母材の表面に振幅20〜50
μm、振動数10〜50kHz 条件で超音波振動により形
成することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、双ドラム式薄板連
続鋳造装置において用いられる冷却ドラムの製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から一般に知られている双ドラム式
薄板連続鋳造装置は、図1及び図2に示すように、反対
方向に回転軸8周りに回転駆動される一対の冷却ドラム
1、このドラムの両端面に当接される一対のサイド堰2
によって形成される移動鋳型3内に、タンディッシュ4
内からノズル5を介して溶融金属(溶鋼)6を供給し、
移動鋳型3内に所定レベルの湯溜り部3pを作りつつ、
一対の冷却ドラム1で冷却して凝固シェル6sを形成
し、この凝固シェルを一対の冷却ドラム1の最接近部に
形成されるギャップ部において圧接・一体化して薄板6
cを連続鋳造するように構成されている。
【0003】この双ドラム式薄板連続鋳造装置において
用いられる、一対の冷却ドラム1は、一般に熱伝導率の
良好なCu、Cu合金によって形成され、図2に示すよ
うに、溶鋼6を外周面で冷却して凝固シェル6sを形成
するため、および熱負荷に対する耐用性を確保するため
に、内部に冷却構造7を備えたものである。この冷却ド
ラム1は、湯溜り部3pを形成するときは溶鋼6と直接
接触し、加熱され、凝固シェル6sの衝合部であるキッ
シングポイントを過ぎ、次に湯溜り部を形成するまでは
溶鋼6と非接触状態になることから、内部冷却水により
冷却される。
【0004】この熱応力疲労による亀裂発生および進展
を抑制するため、冷却ドラム1には、高強度かつ高熱伝
導率のCr−Zr添加銅合金が使用されている。しか
し、この銅合金を用いた場合でも、機械的強度が十分で
はなく、疲労寿命が短いという問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、銅又は銅合
金からなるドラム母材の熱疲労問題を解決し、長期にわ
たって安定した連続鋳造を実現する双ドラム式薄板連続
鋳造装置用冷却ドラムの製造方法を提供するものであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の(1)
〜(3)の発明から構成されるものである。 (1) 溶融金属から薄板を連続鋳造するために反対方
向に回転駆動される一対の冷却ドラムの製造方法におい
て、銅又は銅合金からなるドラム母材の表面を超音波振
動によるピーニング処理を施すことを特徴とする双ドラ
ム式薄板連続鋳造用冷却ドラムの製造方法。 (2) 溶融金属から薄板を連続鋳造するために反対方
向に回転駆動される一対の冷却ドラムの製造方法におい
て、銅又は銅合金であるドラム母材表面に超音波振動に
よるピーニング処理を施した後に、熱膨張係数がドラム
母材の0.5〜1.2倍で、ビッカース硬さがHv15
0〜500である表層を設けることを特徴とする双ドラ
ム式薄板連続鋳造用冷却ドラムの製造方法。 (3) (1)、(2)のいずれかにおいて、振幅20
〜50μm、振動数10〜50kHz の条件で超音波振動
によるピーニング処理を施すことを特徴とする双ドラム
式薄板連続鋳造用冷却ドラムの製造方法。
【0007】
【発明の実施の形態】上記のように、本発明によれば、
ドラム母材表面に超音波によるピーニング処理を施す。
この処理は超音波により棒状工具を軸方向に振動させ、
その先端を処理対象となる金属表面にあてがうことによ
って表面を強化する方法である。この方法によれば、金
属表面に高密度のエネルギーを与えて塑性変形を生じさ
せ、応力集中を緩和させ、金属を強化することができ
る。以下に本発明について、詳細に説明する。まず、本
発明の冷却ドラムの各構成要件とその限定理由について
説明する。
【0008】[超音波振動によるピーニング処理] (1)本発明でのピーニング処理は、図3に示すよう
に、超音波打撃装置9の棒状工具10の先端を処理対象
となる金属表面に当て、軸方向に超音波振動させ、処理
対象部分に打撃を与え強化する方法である。 (2)棒状工具10の先端は断面円形であり、その直径
は1〜6mm程度が好ましい。直径が1mm未満では強度が
不足し十分な打撃を与えることが出来ず、直径が6mmを
超えると質量が大きくなるために、超音波振動を行わせ
にくくなるためである。 (3)振動数は、10〜50Hz、振幅は20〜50μm
が好ましい。これは金属に与えられる打撃のエネルギー
がこの周波数の領域で効率よく、大きくなることによ
る。また、振幅が20μm未満では、十分な打撃を与え
ることができず、50μmを超えると、金属に入る塑性
変形が大きくなりすぎることがあり、好ましくない。
【0009】上記のような条件で処理された金属表面
は、高密度のエネルギーにより塑性変形を生じて、表層
から10mm以上の深さまで引張応力を導入することがで
きる。また、表層から100μm程度の深さまで金属組
織に大きな変化を生じて、耐熱疲労性の改善を図ること
ができる。本発明では、このような超音波振動によるピ
ーニング処理部を、ドラム母材表面に形成する。ピーニ
ング処理部は、ドラム母材表面全面について形成するこ
とが好ましい。この結果、ドラム母材表面に引張応力が
導入され、疲労強度が飛躍的に向上する。
【0010】[ドラム母材] (1)ドラム母材の熱伝導率は、100W/m・K 以上にす
ることによりドラムの温度を低く保ち、発生熱応力を小
さくして長寿命にすることができる。一般に使用できる
材料中で熱伝導率が最も大きいCuの熱伝導率400W/
m・K を上限とすることが好ましい。 (2)ドラム母材の形成材料としては、CuやCu合金
が適性があり、特に、熱伝導率が320W/m・K で熱膨張
係数が18×10-6/℃であるCr−Zr−Cu合金
が、強度が大きく適性が高い。
【0011】[表層] (1)熱膨張係数を、母材の1.2倍以下とすることに
より、表層と母材間の熱膨張係数差により発生する熱応
力を小さくして表層の剥離を抑制できる。熱膨張係数が
1.2倍超では、熱膨張係数差が大きくなり過ぎ、発生
する熱応力により表層が剥離して短期間で使用不能にな
る。一方、表層に要求される熱伝導率、硬度を満足して
十分な強度を確保する材料としては、現状では、0.5
倍以上のものが殆どであることから、下限は実質的に
0.5倍程度とする。 (2)表層の形成材料としては、熱伝導率が70〜15
0W/m・K 程度で、ドラム母材温度を低く保つことができ
強度も確保できるNi、Ni−Co、Co、Ni−Co
−W、Ni−Feなどが適性がある。この表層は、ドラ
ム母材との結合力が強く、厚みが均一で、強度を安定で
きるメッキで形成することが好ましい。また、厚みは、
ドラム母材の熱疲労を軽減するために100μm以上で
あることが好ましい。ただし、冷却ドラム表面の温度上
昇を適度に抑制するために2000μm以下とすること
が好ましい。 (3)表層の硬度は、十分な強度を確保するためにはビ
ッカース硬さHv150以上であることが好ましい。H
v150未満では強度(耐変形性)が不十分である。ま
た、Hv1000超になると靭性が低くなり割れやすく
なるので、1000以下であることが好ましい。 (4)表層の熱伝導率は、70W/m・K 以上でもあって
も、断熱効果を補いドラム表面温度を適度に保つことが
でき、ドラム母材に発生する熱疲労を小さくできる。上
限は、鋳片(溶鋼、凝固シェル)からの抜熱抑制のた
め、200W/m・K 以下にすることが好ましい。 (5)表層は、メッキ、溶射、肉盛りなどによって施工
することにより、ドラム母材と強固に結合でき、断熱層
と強固に結合することが容易である。
【0012】
【実施例】(実施例1)本発明の冷却ドラムの実施例を
図4に示す。図4において、冷却ドラム1は径が100
0mmであり、内部には冷却構造7を備えたものであり、
ドラム母材を、熱伝導率が400W/m・K のCuで形成
し、このドラム母材の表面に、振幅30μm、振動数2
0kHz で超音波振動によるピーニング処理部11を形成
した。更に、その表面に熱膨張係数がドラム母材の熱膨
張係数の0.8倍で、ビッカース硬さHv350である
Ni−Co−Wを厚み1000μmでメッキにより表層
12を形成した。
【0013】(実施例2)ドラム母材を、熱伝導率が3
20W/m・K 、熱膨張係数が18×10-6/℃のCu−1
Cr−0.16Zrで形成し、振幅40μm、振動数3
0kHz で超音波によるピーニング処理を実施した。表層
に、熱伝導率が90W/m・K 、熱膨張係数が14×10-6
/℃、ビッカース硬さHvが180のNiをメッキによ
り形成した。
【0014】(比較例)ドラム母材を、熱伝導率が40
0W/m・K 、熱膨張係数が18×10-6/℃のCuで形成
した。表層に、熱伝導率が90W/m・K 、熱膨張係数が1
4×10-6/℃、ビッカース硬さHvが180のNiを
メッキにより形成した。
【0015】各冷却ドラムについて、100回の連続鋳
造実験を行い、ドラムの耐熱疲労性を評価項目とする耐
久性について調査した。鋳造条件を下記に示す。 [鋳造条件] 冷却ドラム 径 :1000mm 幅 :1000mm 鋳造対象 薄板(ステンレス鋼) 厚み:3mm 幅 :1000mm 鋳造速度:6m/分
【0016】本発明の冷却ドラムである実施例の場合で
は、ドラム母材の割れはなく、満足できる耐久性が得ら
れた。一方、比較例では、ドラム母材の割れが認められ
た。
【0017】なお、本発明は、上記の実施例、実験例に
限定されるものではなく、また、本発明の冷却ドラムを
適用する双ドラム式薄板連続鋳造装置は上記の実施例に
限定されるものではない。例えば、冷却ドラムの冷却構
造とその配置、冷却ドラム条件(母材材料、表層材料、
厚み、形成手段、超音波によるピーニング処理条件等)
等については、連続鋳造の対象鋼種、操業条件(温度、
速度、寸法等)等に応じて、選択されるものであり、上
記本発明の請求項の範囲内で変更があるものである。
【0018】
【発明の効果】本発明においては、冷却ドラム母材表面
に超音波によるピーニング処理を行い、耐熱疲労性を強
化するため、冷却ドラム機能を長期にわたって安定維持
し安定した連続鋳造を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】双ドラム式薄板連続鋳造装置の一般的な構造例
を示す正面説明図。
【図2】双ドラム式薄板連続鋳造装置で用いられる冷却
ドラムの一般的な構造例を示す一部切欠側面説明図。
【図3】超音波打撃装置の構造例を示す側面説明図。
【図4】本発明方法で得た冷却ドラムの一部切欠側面説
明図。
【符号の説明】
1 冷却ドラム 2 サイド堰 3 移動鋳型 3p 湯溜り部 4 タンディッシュ 5 ノズル 6 溶鋼 6s 凝固シェル 6c 薄板(鋳片) 7 冷却構造 8 回転軸 9 超音波打撃装置 10 棒状工具 11 ピーニング処理部 12 表層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融金属から薄板を連続鋳造するために
    反対方向に回転駆動される一対の冷却ドラムを製造する
    方法において、銅又は銅合金からなるドラム母材の表面
    を超音波振動によるピーニング処理を施すことを特徴と
    する双ドラム式薄板連続鋳造用冷却ドラムの製造方法。
  2. 【請求項2】 溶融金属から薄板を連続鋳造するために
    反対方向に回転駆動される一対の冷却ドラムを製造する
    方法において、銅又は銅合金であるドラム母材表面に超
    音波振動によるピーニング処理を施した後に、熱膨張係
    数がドラム母材の0.5〜1.2倍で、ビッカース硬さ
    がHv150〜500である表層を被覆することを特徴
    とする双ドラム式薄板連続鋳造用の冷却ドラムの製造方
    法。
  3. 【請求項3】 超音波振動によるピーニング処理を振幅
    20〜50μm、振動数10〜50kHz の条件で施すこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の双ドラム式薄板連
    続鋳造用の冷却ドラムの製造方法。
JP2001245169A 2001-08-13 2001-08-13 双ドラム式薄板連続鋳造用冷却ドラムの製造方法 Withdrawn JP2003053494A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008544863A (ja) * 2005-05-12 2008-12-11 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 集成部品の超音波ピーニング処理

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20081104