JP6373303B2 - 連続鋳造鋳型の補修方法 - Google Patents
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凝固シェルが形成される鋳型空間部を取り囲む連続鋳造鋳型部材の前記連続鋳造鋳型基材の内表面側全体を該連続鋳造鋳型基材に設定された研削許容深さより浅い初期クラック除去深さまで研削し、補修後の前記連続鋳造鋳型基材においても要求される熱抵抗を確保して、前記連続鋳造鋳型基材の研削面に現れる残存クラックを検出する工程と、
前記連続鋳造鋳型基材の前記研削面に現れる前記残存クラック及びその周囲を、該残存クラックに沿って部分研削することにより窪み部を形成して該残存クラックを除去する工程と、
前記窪み部を、銅を96質量%以上含む溶接金属の肉盛り溶接で充填する工程と、
前記窪み部に形成した前記溶接金属の肉盛り溶接部をピーニングする工程と、
ピーニングされた前記肉盛り溶接部の高さ位置が、前記連続鋳造鋳型基材の前記研削面の高さ位置と一致するまで該肉盛り溶接部の表層側を研削する工程とを有する。
凝固シェルが形成される鋳型空間部を取り囲む連続鋳造鋳型部材の前記連続鋳造鋳型基材の内表面側全体を該連続鋳造鋳型基材に設定された研削許容深さまで研削し、補修後の前記連続鋳造鋳型基材においても要求される熱抵抗を確保して、前記連続鋳造鋳型基材の研削面に現れる残存クラックを検出する工程と、
前記連続鋳造鋳型基材の前記研削面に現れる前記残存クラック及びその周囲を、該残存クラックに沿って部分研削することにより窪み部を形成して該残存クラックを除去する工程と、
前記窪み部を、銅を96質量%以上含む溶接金属の肉盛り溶接で充填する工程と、
前記窪み部に形成した前記溶接金属の肉盛り溶接部をピーニングする工程と、
ピーニングされた前記肉盛り溶接部の高さ位置が、前記連続鋳造鋳型基材の前記研削面の高さ位置と一致するまで該肉盛り溶接部の表層側を研削する工程とを有する。
そして、連続鋳造鋳型基材の研削面側の残存クラックの除去により生じた窪み部を、銅を96質量%以上含む溶接金属の肉盛り溶接で充填するので、窪み部に形成した肉盛り溶接部と連続鋳造鋳型基材との間で銅の含有量に差が発生せず、連続鋳造鋳型基材の局所的な熱的及び電気的な特性変化(例えば、熱抵抗及び電気抵抗の低下)を防止することができる。このため、補修後の連続鋳造鋳型基材において、補修前の連続鋳造鋳型基材と同等の熱的特性及び電気的特性を確保することが可能になる。
更に、窪み部に形成した溶接金属の肉盛り溶接部をピーニングするので、肉盛り溶接部を加工硬化させて硬度の向上を図ると共に、肉盛り溶接部に残留圧縮応力を付与して肉盛り溶接部の機械的特性の改善(例えば、0.2%耐力の向上、引張強度の向上、伸びの低減)を図ることができ、補修後の連続鋳造鋳型基材においても、補修前の連続鋳造鋳型基材と同等の機械的特性を確保することが可能になる。
まず、本発明の第1の実施の形態に係る連続鋳造鋳型の補修方法が適用される連続鋳造鋳型10について説明する。図1に示すように、連続鋳造鋳型10は、対向配置される長辺11(連続鋳造鋳型部材の一例)と、長辺11の間に対向配置される短辺12(連続鋳造鋳型部材の一例)とを有している。そして、凝固シェル(図示せず)が形成される鋳型空間部13は、対向配置される長辺11の各内側表面14と、対向配置される短辺12の各内側表面15で囲まれることにより形成されている。
なお、長辺側基材16及び短辺側基材18を形成する銅合金としては、長辺側基材16及び短辺側基材18として要求される熱的特性及び電気的特性を満足するために、銅を少なくとも96質量%含む必要があるが、銅合金を構成する他の金属成分の種類とその含有量は、長辺側基材16及び短辺側基材18として要求される機械的特性に応じて選択することができる。
また、硬質皮膜層17、19は、例えば、Ni−Cr系の合金の溶射皮膜層、CoをベースとしたCr−Si−B系の合金の溶射皮膜層、及びCo−Ni系の合金めっき皮膜層のいずれか1又は2以上を組み合わせて形成されている。
本実施の形態に係る連続鋳造鋳型の補修方法は、クラックを完全除去することにより残存厚みが部分的に限界使用厚み未満となる長辺側基材16(図1参照)を有する連続鋳造鋳型10の補修方法であって、連続鋳造鋳型10から、凝固シェルが形成される鋳型空間部13を取り囲む長辺11を取り外し、クラックが発生している長辺11の内表面側の硬質皮膜層17を研削除去した後、硬質皮膜層17の下地となる長辺側基材16の内表面側全体を長辺側基材16に設定された研削許容深さまで研削して、長辺側基材16の研削面に現れる残存クラックを検出する第1工程を有している。
ここで、研削許容深さは、例えば、3〜10mmの範囲に設定される。
以上のように、長辺側基材16側から肉盛り溶接部へのジルコニウム及びアルミニウムの溶け込み効果と、ピーニングによる肉盛り溶接部の塑性変形の効果が複合化することにより、肉盛り溶接部の機械的特性の改善、例えば、0.2%耐力の向上、引張強度の向上、伸びの低減を図ることができる。その結果、補修後の長辺側基材16においても、補修前の長辺側基材16と同等の機械的特性を確保することが可能になる。
なお、ジルコニウム及びアルミニウムの析出を促進するため、肉盛り溶接部を熱処理してもよい。
溶接金属は、長辺側基材16と同等の熱的特性及び電気的特性を満足する必要があるため、銅を少なくとも96質量%含む必要があるが、肉盛り溶接中に長辺側基材16側から肉盛り溶接部に溶け込む金属の効果とピーニングの効果の複合化を利用して肉盛り溶接部の機械的特性を長辺側基材16の機械的特性と同等とすることが可能であれば、溶接金属に含まれる他の金属成分の種類とその含有量は任意に選択することができる。
(実施例1)
長辺側基材の作製に使用するのと同一の銅合金(クロムを1質量%、ジルコニウムを0.2質量%、アルミニウムを0.9質量%含み、残部が銅及び不可避的不純物)を用いて形成した銅板材の表面側に、深さ5mm、幅5mm、長さ40mmの窪み部を形成し、窪み部をクロム銅溶接金属(クロムを1質量%含み、残部が銅及び不可避的不純物)の肉盛り溶接で充填した。次いで、肉盛り溶接部からスラグを取り除き、肉盛り溶接部が加熱状態の間に肉盛り溶接部のビードの波形が消えるまでピーニングを行った。
そして、ピーニング後の肉盛り溶接部(以下、CrCu溶接Pと記載する)を冷却後、銅板材から肉盛り溶接部を切り出し、硬度測定用試料、引張強度測定用試料を作製した。
なお、図2には、比較例として、窪み部をクロム銅溶接金属の肉盛り溶接で充填し、ピーニングを行わないで冷却した後、銅板材から肉盛り溶接部(以下、CrCu溶接と記載する)を切り出して作製した硬度測定用試料、窪み部を銅溶接金属の肉盛り溶接で充填し、ピーニングして冷却後、銅板材から肉盛り溶接部(以下、Cu溶接Pと記載する)を切り出して作製した硬度測定用試料、窪み部を銅溶接金属の肉盛り溶接で充填し、ピーニングを行わないで冷却した後、銅板材から肉盛り溶接部(以下、Cu溶接と記載する)を切り出して作製した硬度測定用試料をそれぞれ用いて同様の測定を行った結果を示している。
図2から、CrCu溶接Pの硬度値は、長辺側基材である銅合金の硬度値と比較して同等以上であることが確認できた。
なお、図3には、比較例として、CrCu溶接の引張強度測定用試料、Cu溶接Pの引張強度測定用試料、Cu溶接の引張強度測定用試料をそれぞれ用いて同様の測定を行った結果を示している。
図3から、CrCu溶接Pの機械的特性は、長辺側基材である銅合金の機械的特性と比較して同等以上であることが確認できた。
実施例1で使用した銅合金からなる銅板材(縦100mm、横50mm、厚さ30mm)の一面側に、深さが5mm、幅が5mm、長さが40mmの窪み部を形成し、窪み部を実施例1で使用したクロム銅溶接金属の肉盛り溶接で充填した。次いで、肉盛り溶接部からスラグを取り除き、肉盛り溶接部が加熱状態の間に肉盛り溶接部のビードの波形が消えるまでピーニングを行った後、ピーニングされた肉盛り溶接部(CrCu溶接P)の高さ位置が、銅板材の表面の高さ位置と一致するように表面側全体を研削し、研削面上に厚さ0.1mmのCo−Ni系の合金めっき層を形成して、ヒートサイクル試験試料とした。
また、めっき層の表面状態を調査後、切断線が肉盛り溶接部の幅方向の中央部を肉盛り溶接部の長手方向に沿って通過するようにヒートサイクル試験試料を切断して、切断面上に現れる銅板材とCrCu溶接Pの境界の状態、CrCu溶接Pとめっき層の境界の状態を観察した。更に、境界を挟んで銅板材とCrCu溶接Pのビッカース硬度をそれぞれ測定し、ヒートサイクル試験前後における硬度変化の有無を調べた。
ヒートサイクル試験前後における銅板材とCrCu溶接Pの硬度の測定結果を図4に示す。図4に示すように、ヒートサイクル試験前の銅板材とCrCu溶接Pのビッカース硬度は略同程度の関係(実施例1)であるが、この関係はヒートサイクル試験後においても維持されることが確認できた。このことから、補修後の長辺側基材が、連続鋳造時に急熱急冷の温度変動を繰り返し受けても、CrCu溶接Pの劣化は進行しないと考えられる。
また、本発明は具体的数字を用いて説明したが、要旨を変更しない範囲で数値限定を外すことができる。
例えば、クロム(0.5〜1.5質量%)及びジルコニウム(0.08〜0.3質量%)を含み、残部が銅及び不可避的不純物からなる銅合金で形成された長辺側基材を補修する場合にも、銅を96質量%以上含む溶接金属として、クロム銅溶接金属を使用することができる。この場合、肉盛り溶接の終了と共に肉盛り溶接部は急冷されるため、肉盛り溶接中に長辺側基材から肉盛り溶接部に溶け込んだジルコニウムを肉盛り溶接部に固溶させることができる。そして、その後に実施するピーニングにより肉盛り溶接部を塑性変形させることにより固溶しているジルコニウムの拡散を促進させて、肉盛り溶接部内へのジルコニウムの析出を図ることができる。その結果、肉盛り溶接部の機械的特性を改善することが可能になる。
Claims (4)
- クラックを完全除去すると残存厚みが限界使用厚みに近接する、銅を96質量%以上含む連続鋳造鋳型基材を有する連続鋳造鋳型の補修方法であって、
凝固シェルが形成される鋳型空間部を取り囲む連続鋳造鋳型部材の前記連続鋳造鋳型基材の内表面側全体を該連続鋳造鋳型基材に設定された研削許容深さより浅い初期クラック除去深さまで研削し、補修後の前記連続鋳造鋳型基材においても要求される熱抵抗を確保して、前記連続鋳造鋳型基材の研削面に現れる残存クラックを検出する工程と、
前記連続鋳造鋳型基材の前記研削面に現れる前記残存クラック及びその周囲を、該残存クラックに沿って部分研削することにより窪み部を形成して該残存クラックを除去する工程と、
前記窪み部を、銅を96質量%以上含む溶接金属の肉盛り溶接で充填する工程と、
前記窪み部に形成した前記溶接金属の肉盛り溶接部をピーニングする工程と、
ピーニングされた前記肉盛り溶接部の高さ位置が、前記連続鋳造鋳型基材の前記研削面の高さ位置と一致するまで該肉盛り溶接部の表層側を研削する工程とを有することを特徴とする連続鋳造鋳型の補修方法。 - クラックを完全除去すると残存厚みが限界使用厚み未満となる、銅を96質量%以上含む連続鋳造鋳型基材を有する連続鋳造鋳型の補修方法であって、
凝固シェルが形成される鋳型空間部を取り囲む連続鋳造鋳型部材の前記連続鋳造鋳型基材の内表面側全体を該連続鋳造鋳型基材に設定された研削許容深さまで研削し、補修後の前記連続鋳造鋳型基材においても要求される熱抵抗を確保して、前記連続鋳造鋳型基材の研削面に現れる残存クラックを検出する工程と、
前記連続鋳造鋳型基材の前記研削面に現れる前記残存クラック及びその周囲を、該残存クラックに沿って部分研削することにより窪み部を形成して該残存クラックを除去する工程と、
前記窪み部を、銅を96質量%以上含む溶接金属の肉盛り溶接で充填する工程と、
前記窪み部に形成した前記溶接金属の肉盛り溶接部をピーニングする工程と、
ピーニングされた前記肉盛り溶接部の高さ位置が、前記連続鋳造鋳型基材の前記研削面の高さ位置と一致するまで該肉盛り溶接部の表層側を研削する工程とを有することを特徴とする連続鋳造鋳型の補修方法。 - 請求項1又は2記載の連続鋳造鋳型の補修方法において、前記連続鋳造鋳型基材をクロム及びジルコニウムを含む銅合金で形成し、前記溶接金属にクロム銅溶接金属を使用し、前記肉盛り溶接部に前記連続鋳造鋳型基材からジルコニウムを溶け込ませたことを特徴とする連続鋳造鋳型の補修方法。
- 請求項1又は2記載の連続鋳造鋳型の補修方法において、前記連続鋳造鋳型基材をクロム、ジルコニウム、及びアルミニウムを含む銅合金で形成し、前記溶接金属にクロム銅溶接金属を使用し、前記肉盛り溶接部に前記連続鋳造鋳型基材からジルコニウム及びアルミニウムを溶け込ませたことを特徴とする連続鋳造鋳型の補修方法。
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