JP5161842B2 - 連続鋳造用鋳型 - Google Patents
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Description
この鋳型においては、鋳造速度の高速化に伴い、凝固した鋳片による冷却部材の溶鋼接触面(鋳型内面)側の摩耗等に起因する損耗が問題になっていた。このため、冷却部材の溶鋼接触面側の表面に、NiやNi合金のめっきを施していた。
しかし、鋳型の寿命延長のニーズがあったため、上記しためっきの代わりに、Co−Ni合金を電解析出により電気めっきしていたが、腐食損傷が発生した。
そこで、この腐食損傷を抑制するため、Niを特定量含有するCo−Ni合金めっきが実用化されるようになり、鋳型の長寿命化が図られていた(例えば、特許文献1参照)。
前記冷却部材の溶鋼接触面側の表面の全部に、平均粒径が0.1μm以上1.0μm以下(但し、1.0μmを除く)のSiCからなる硬質粒子を、0.5質量%以上20質量%以下分散させたコバルト複合めっきが被覆されている。
前記冷却部材の溶鋼接触面側の表面のメニスカス位置を含む上部を除いて、平均粒径が0.1μm以上1.0μm以下(但し、1.0μmを除く)のSiCからなる硬質粒子を、0.5質量%以上20質量%以下分散させたコバルト複合めっきが被覆されている。
第1、第2の発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記コバルト複合めっきのマトリックスはコバルトのみ又はニッケル−コバルト合金で構成するのがよい。
第1、第2の発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記コバルト複合めっきのマトリックスがニッケル−コバルト合金で構成され、該ニッケル−コバルト合金中のニッケル量が0を超え40質量%以下の範囲内であるのがよい。
図1(A)、(B)に示すように、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型(以下、単に鋳型ともいう)は、上下方向に貫通した空間部を形成する冷却部材10を有し、この空間部に溶鋼を供給して冷却しながら鋳片を製造する鋳型であり、冷却部材10の溶鋼接触面側の表面に、硬質粒子を分散させたコバルト複合めっき(以下、めっき皮膜又は皮膜ともいう)11が被覆されたものである。以下、詳しく説明する。
これにより、例えば、幅が600mm以上3000mm以下程度、厚みが50mm以上300mm以下程度のスラブを製造できる。
このコバルト複合めっき11のマトリックスは、ニッケル−コバルト合金で構成されているが、コバルトのみ(即ち、コバルト100質量%)で構成してもよい。なお、マトリックスを、ニッケル−コバルト合金で構成する場合、ニッケル−コバルト合金中のニッケル量を、鋳型の腐食損傷の程度により、0を超え40質量%以下(好ましくは30質量%以下)の範囲内で調整することが好ましい。このように規定したのは、特開2000−263190号公報の記載に基づいているが、以下、簡単に説明する。
このため、腐食損傷の少ない鋳型においては、ニッケル−コバルト合金中のニッケル量が、0を超え40質量%以下の範囲内であれば、いずれの組成に調整しても構わない。しかし、特に腐食損傷の激しい鋳型においては、マトリックス中のニッケル量の下限を10質量%、更には16質量%にすることが好ましい。
コバルト複合めっき11中の硬質粒子の量(含有量)は、0.1質量%以上30質量%以下である。ここで、コバルト複合めっき11中の硬質粒子の量を、上記した範囲に限定した理由について、コバルト複合めっき(皮膜)中のSiC量と摩耗量との関係を示す図2を参照しながら説明する。
そして、実機モールド下部での摩耗を想定して、試験片を300℃×5分間保持した後、引続き摩擦摩耗試験機を用い、300℃の条件にてリングオンプレート型の摺動摩耗試験を実施した。この試験では、試験片にS45C製の外径25.6mm、肉厚2.8mmのリングを196N(20kgf)の力で押付け、300℃、50mm/秒にて、20分間回転させた。
ここで、皮膜中のSiC量が0.1質量%未満の場合、マトリックス金属に比べ、耐摩耗性の改善効果がほとんど得られなかった。一方、皮膜中のSiC量が30質量%を超える場合、マトリックス金属中に含まれる粒子が多過ぎて、健全なめっき皮膜を析出できなかった。
以上のことから、コバルト複合めっき11中の硬質粒子の含有量は、0.1質量%以上30質量%以下(好ましくは、下限を0.5質量%、上限を20質量%)の範囲で、必要とされる耐摩耗性により調整するのが好ましい。
コバルト複合めっき中に取込まれる硬質粒子は、物理的に吸着した状態でマトリックス内に取込まれるが、粒子径が5.0μmを超える場合、めっき液中で粒子そのものが沈降し易くなり、マトリックス中に取込まれ難くなる。また、仮に取込まれたとしても、粒子そのものは非電導性であり、その周辺には金属が析出しないため、粒子周辺部に空隙が生成し、導電率を阻害したり、更にはマトリックスの割れの起点となる。
従って、コバルト複合めっき11中の硬質粒子の平均粒径を、0.05μm以上5.0μm以下にすることが好ましいが、更には、下限を0.1μm、上限を1.0μmとすることが好ましい。
なお、コバルト複合めっきの厚みは、長辺の上端から下端へかけて同一厚みにしてもよく、また部分的に厚く(下側部を厚く)してもよい。この場合のコバルト複合めっきの厚みは、例えば、0.5mm以上2.0mm以下である。
図3(A)に示すように、コバルト複合めっき21が形成されていない上部には、クロム、ニッケル、コバルト、又はこれらのいずれか1又は2以上の金属からなる合金で構成されるめっき層22を露出させている。
これにより、長辺20の溶鋼接触面側を、その場所ごとに目的に応じた材質に調整できる。
また、コバルト複合めっき21の厚みは、長辺20の上側から下端へかけて徐々に厚くしているが、長辺の上側から下端へかけて同一厚みにしてもよく、また部分的に厚く(下側部を厚く)してもよい。なお、コバルト複合めっき21の厚みは、前記したコバルト複合めっき11と同程度でよい。
まず、図1(A)、(B)に示すように、所定形状に機械加工された銅又は銅合金からなる長辺12を準備し、これをめっき液中に浸漬させる。
このめっき液は、まず、硬質粒子がめっき液中に分散し易いように、硬質粒子を溶媒(例えば、水及び有機溶媒のいずれか一方又は双方)に添加し、スクリュー撹拌機と超音波を用いて均一に分散させる。
なお、上記した溶液には、アニオン系界面活性剤及びカチオン系界面活性剤のいずれか一方又は双方からなる界面活性剤(分散剤)を添加してもよい。
また、上記した溶媒に有機溶媒(例えば、エタノール)を使用する場合は、ここで揮発除去させる。
なお、図1(B)に示すように、コバルト複合めっき11の厚みを変える場合は、めっき液と長辺12を相対移動(めっき液面を下降又は長辺12を上昇)させて、その厚みを変更したり、また長辺12に均一厚みのコバルト複合めっきを形成した後、機械加工する。
また、図3(B)に示すように、めっき層22を露出させる場合は、長辺20の表面にめっき層22を形成し、これを機械加工した後、コバルト複合めっき21を形成する。なお、このコバルト複合めっき21は、機械加工により厚みを調整できる。
(実施例1)
まず、SiC粒子を、予めめっき液に分散し易いように、SiC粒子1〜200gに対し、水500mL(ミリリットル)を加え、スクリュー撹拌機と超音波を用い、均一分散させた。その後、硫酸コバルト・7水和物、硫酸ニッケル・6水和物、臭化コバルト、硼酸、アニオン系界面活性剤を加え、均一溶液とした。そして、めっき前にめっき液量を調整した。このめっき浴中のコバルトとニッケルの比は、目的とする合金比に応じて、適宜選定した。
このめっき浴組成を、表1に示す。
まず、SiC粒子を、予めめっき液に分散し易いように、SiC粒子1〜200gに対し、エタノール500mL(ミリリットル)を加え、スクリュー撹拌機と超音波を用い、均一分散させた。その後、硫酸コバルト・7水和物、硫酸ニッケル・6水和物、臭化コバルト、硼酸、アニオン系界面活性剤を加え、均一溶液とした。次に、エタノールを蒸発させるため、スクリュー撹拌機で撹拌しながら、50℃に保ったまま、24時間エアーバブリングさせた。そして、めっき前にめっき液量を調整した。このめっき浴中のコバルトとニッケルの比は、目的とする合金比に応じて、適宜選定した。
このめっき浴組成を、表2に示す。
まず、カチオン系界面活性剤0.001〜0.1gを、水10mL(ミリリットル)に溶解させた。
次に、SiC粒子を、予めめっき液に分散し易いように、SiC粒子1〜200gに対し、エタノール500mLを加え、スクリュー撹拌機と超音波を用い、均一分散させた。その後、硫酸コバルト・7水和物、硫酸ニッケル・6水和物、臭化コバルト、硼酸、アニオン系界面活性剤を加え、均一溶液とした。そして、エタノールを蒸発させるため、スクリュー撹拌機で撹拌しながら、50℃に保ったまま、24時間エアーバブリングさせた。なお、めっき前にめっき液量を調整した。このめっき浴中のコバルトとニッケルの比は、目的とする合金比に応じて、適宜選定した。
このめっき浴組成を、表3に示す。
また、コバルト複合めっきのマトリックスを構成するニッケル量を、0を超え40質量%以下(特には、16質量%以上30質量%以下)とした場合には、マトリックスの摩耗を抑制しながら、長辺の腐食損耗も抑制できた。
そして、硬質粒子の平均粒径は、0.05μm以上5.0μm以下にした場合に、硬質粒子を使用した効果がよく現れたが、その効果は、平均粒径を0.1μm以上1.0μm以下にした場合に顕著であった。
以上のことから、本発明の連続鋳造用鋳型を使用することで、耐摩耗性の更なる向上が図れると共に、耐腐食性も向上可能で、耐久性に優れ長寿命化が図れることを確認できた。
また、前記実施の形態においては、冷却部材として、一対の短辺と一対の長辺とで構成される4つ組みしたものについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ビレット(例えば、幅及び厚みが100〜200mm程度)又はブルーム(例えば、幅及び厚みが200〜400mm程度)を製造するチューブ状のものでもよい。従って、鋳型の構成についても、スラブとは形状と寸法の異なる他の鋳片、例えば、上記したビレットやブルーム、又はビームブランク(H型鋼用に使用)を製造する鋳型、更には、鍛造又は鍛造した銅ブロックに導水孔を穿孔したブロック鋳型に、本願発明を適用することも勿論可能である。
Claims (4)
- 上下方向に貫通した空間部を形成する冷却部材を有し、該空間部に溶鋼を供給して冷却しながら鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、
前記冷却部材の溶鋼接触面側の表面の全部に、平均粒径が0.1μm以上1.0μm以下(但し、1.0μmを除く)のSiCからなる硬質粒子を、0.5質量%以上20質量%以下分散させたコバルト複合めっきが被覆されていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。 - 上下方向に貫通した空間部を形成する冷却部材を有し、該空間部に溶鋼を供給して冷却しながら鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、
前記冷却部材の溶鋼接触面側の表面のメニスカス位置を含む上部を除いて、平均粒径が0.1μm以上1.0μm以下(但し、1.0μmを除く)のSiCからなる硬質粒子を、0.5質量%以上20質量%以下分散させたコバルト複合めっきが被覆されていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。 - 請求項2記載の連続鋳造用鋳型において、前記メニスカス位置を含む上部には、クロム、ニッケル、コバルト、又はこれらのいずれか1又は2以上の金属からなる合金で構成されるめっき層が露出していることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の連続鋳造用鋳型において、前記コバルト複合めっきのマトリックスはニッケル−コバルト合金で構成され、該ニッケル−コバルト合金中のニッケル量が0を超え40質量%以下の範囲内であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
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