JP2010058145A - 鋼鋳片の表層改質方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ワイヤー7のオシレーション幅を±Lo、オシレーション速度をFo、プラズマトーチ3の間隔をPL、鋼鋳片1の溶融処理速度をV、鋼鋳片1の表層部分が溶融して形成された溶融プール8の長さをLpとするとき、これらが4Lo/Fo<Lp/V,Lo≧0.9PL/2の関係を満たすように、ワイヤー7のオシレーション中心位置をプラズマトーチ3間の中心に合わせてオシレーションすることで溶融プール8を攪拌しながらワイヤー7を連続して溶融プール8に供給することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
(1) 銅を含有する鋼鋳片の表層を複数の等間隔に配置されたプラズマトーチからのプラズマ照射によって加熱・溶融させ、この溶融した鋼鋳片の表層部分に、ワイヤー形状のニッケル又はニッケル合金を添加する鋼鋳片の表層改質方法において、
前記ワイヤーのオシレーション幅を±Lo(mm)、オシレーション速度をFo(mm/sec)、プラズマトーチの間隔をPL(mm)、鋼鋳片の溶融処理速度をV(mm/sec)、鋼鋳片の表層部分が溶融して形成された溶融プールの長さをLp(mm)とするとき、これらが下記(1)式の関係を満たすように、前記ワイヤーのオシレーション中心位置を前記プラズマトーチ間の中心に合わせてオシレーションすることで前記溶融プールを攪拌しながら、当該ワイヤーを連続して前記溶融プールに供給することを特徴とする、鋼鋳片の表層改質方法。
(3) 前記ワイヤーに含有される不純物元素のOおよびNが、O≦50質量ppm、N≦200質量ppmであることを特徴とする、上記(1)または上記(2)に記載の鋼鋳片の表層改質方法。
本発明の鋼鋳片の表層改質方法においては、銅を含有する鋼鋳片の表層をプラズマ加熱により溶融させ、この溶融した鋼鋳片の表層部分に、ニッケル又はニッケル合金からなるワイヤーによってニッケル元素を添加する。
以下に、本発明を適用した第1の実施形態について詳細に説明する。図1は、本発明の鋼鋳片の表面改質方法の第1の実施形態を模式的に示す斜視図である。
先ず、本実施形態の鋼鋳片の表面改質方法に用いる表面改質処理装置について説明する。
図1に示すように、表面改質処理装置は、鋼鋳片1の搬送方向上流側に配置された誘導加熱コイル2と、誘導加熱コイル2の搬送方向下流側であって鋼鋳片1の上方に配置されたプラズマトーチ3と、プラズマトーチ3の上記上流側に配置されたワイヤー7と、プラズマトーチ3から放射されるプラズマジェット4を制御する一対のプラズマ制御用コイル5とから概略構成されている。
ワイヤー7は、ニッケル又はニッケル合金から構成されている。
また、供給するワイヤー7中のO濃度が200質量ppmを越えると、鋼鋳片1が中炭素系の場合にはCO反応による生成ガスによってブローホールが発生し、溶融処理部の表面性状が劣化するのでO濃度を200質量ppm以下にすることが好ましい。なお、O濃度が50質量ppmを超えると溶融部で酸化物が生成し易く、表面品質が劣化する場合があるため、O濃度を50質量ppm以下にすることがより好ましい。また、供給するワイヤー7中のN濃度が200質量ppmを越えると、窒素によるブローホールが発生し、溶融処理部の表面性状が劣化するのでN濃度は200質量ppm以下にすることが好ましい。
図1に示すように、本実施形態の鋼鋳片の表層改質方法においては、例えば、鋼鋳片1の表層を誘導加熱コイル2により誘導加熱した後、鋼鋳片1の上方に配置されたプラズマトーチ3から鋼鋳片1の表面に向けてプラズマジェット4を吹きつけ、鋼鋳片1の表層を加熱溶融する。その際、鋼鋳片1とプラズマトーチ3との間に配置されたプラズマ制御用コイル5により、プラズマジェット4の幅を制御・拡大する。そして、鋼鋳片1の表層における溶融部、即ち、溶融プール8に向けて、ワイヤー供給用水冷ノズル6からワイヤー7を供給する。このとき、ワイヤー7は、プラズマジェット4等により加熱されて、ワイヤー7の成分(ニッケル又はニッケル合金)が、連続的に溶融プール8に添加される。
なお、ワイヤー7のオシレーション方法は特に限定されるものではなく、個々に制御しても良いし、全て同調させても良い。
次に、本発明を適用した第2の実施形態について詳細に説明する。図4は、本発明の鋼鋳片の表面改質方法の第2の実施形態を模式的に示す斜視図である。
先ず、本実施形態の鋼鋳片の表面改質方法に用いる表面改質処理装置について説明する。
図4に示すように、本実施形態の表層改質処理装置は、第1の実施形態の表層改質処理装置の構成に加えて振動器10を設けた構成となっている。これにより、未溶融のワイヤー7を連続的に溶融プール8に供給する場合に、振動器10を取り付けた水冷ノズル6を介してワイヤー7に振動11を付与すると共に、当該ワイヤー7をオシレーションしながら供給可能とされている。なお、図4に示す構成要素のうち、図1に示す構成要素と同一の構成要素には、図1と同一の符号を付してその説明を省略、若しくは簡単に説明する。
比較例2は、オシレーション速度が遅いため、上記(2)式を満足できず、さらにワイヤー供給が不連続であるため、ニッケル濃度のばらつきが100%であった。
比較例3は、ワイヤー供給速度が遅く、ワイヤー供給が不連続であるため、ニッケル濃度のばらつきが200%であった。
比較例4は、ワイヤー供給は連続であるが、オシレーション速度が遅いために上記(2)式を満足できず、ニッケル濃度のばらつきが200%であった。
比較例5は、ワイヤー供給速度が比較的速く、ワイヤー供給は連続であるが、バイブレーター圧力が低く、振動周波数が不足するため、ワイヤーが鋼鋳片に固着してしまうという装置問題が生じた。
比較例6及び比較例7は、プラズマトーチ間隔が広すぎるため、鋼鋳片表面の幅方向で溶融部が繋がらずに溶融不完全となった。
比較例8は、ワイヤー供給は連続であるが、オシレーション幅が不足するために上記(3)式を満足できず、ニッケル濃度のばらつきが300%であった。
比較例9は、ワイヤー供給は連続であるが、オシレーション速度が遅いため、上記(2)式を満足できず、さらにオシレーション幅が不足するために上記(3)式を満足できず、ニッケル濃度のばらつきが600%であった。
2 誘導加熱コイル
3 プラズマトーチ
4 プラズマジェット
5 プラズマ制御用コイル
6 ワイヤー供給用水冷ノズル
7 ワイヤー
8 溶融プール
9 オシレーション
10 振動器
11 振動
Claims (3)
- 銅を含有する鋼鋳片の表層を複数の等間隔に配置されたプラズマトーチからのプラズマ照射によって加熱・溶融させ、この溶融した鋼鋳片の表層部分に、ワイヤー形状のニッケル又はニッケル合金を添加する鋼鋳片の表層改質方法において、
前記ワイヤーのオシレーション幅を±Lo(mm)、オシレーション速度をFo(mm/sec)、プラズマトーチの間隔をPL(mm)、鋼鋳片の溶融処理速度をV(mm/sec)、鋼鋳片の表層部分が溶融して形成された溶融プールの長さをLp(mm)とするとき、これらが下記(1)式の関係を満たすように、前記ワイヤーのオシレーション中心位置を前記プラズマトーチ間の中心に合わせてオシレーションすることで前記溶融プールを攪拌しながら、当該ワイヤーを連続して前記溶融プールに供給することを特徴とする、鋼鋳片の表層改質方法。
- 前記ワイヤーを供給する際、ワイヤー先端で振幅±2mm以上、±5mm以下で、かつ周波数が20Hz以上、80Hz以下の振動を付与することを特徴とする、請求項1に記載の鋼鋳片の表層改質方法。
- 前記ワイヤーに含有される不純物元素のOおよびNが、
O≦50質量ppm、
N≦200質量ppm
であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の鋼鋳片の表層改質方法。
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