JP7489458B2 - 連続鋳造用鋳型及び連続鋳造用鋳型の製造方法 - Google Patents
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Description
そして、耐食性及び耐衝撃性等を向上させるために、めっき及び溶射の材料並びに製造条件等につき、様々な検討が行われている。
例えば、特許文献1では、溶鋼接触面側に、粗面化処理が行われた下地めっき層と溶射皮膜を順次形成する連続鋳造用鋳型の製造方法において、Co:5質量%以上15質量%以下、Cr:2質量%以上6質量%以下、及び残部WCからなる粒状のサーメット材料と、0を超え8質量%以下のAlを含有する粒状のNi-Al合金とを、混合して形成され、しかも、全体の20質量%以上60質量%以下をNi-Al合金とした溶射粒子を火炎溶射機で溶射し、サーメット材料の粒界にNi-Al合金を存在させた溶射皮膜を形成している。また、特許文献2は、(半導体)レーザ光による自溶性合金の被覆方法で、被覆層の材料となる粉末材料にレーザ光を照射し、基材を直接被覆している。
しかしながら、めっきは、施工時間が長く、大掛かりな設備を必要とするという欠点がある。また、溶射は、施工時間は短いが、高温の熱処理の影響により銅板が熱変形し、寸法精度及び平坦精度が低下し易いという欠点がある。特許文献1に記載の溶射皮膜は、皮膜施工後の高温の熱処理を必要としないタイプであり、皮膜施工後に熱処理を施すタイプに比べ、母材や下地との強固な密着性を確保する点において課題があった。
一方、特許文献2では、銅板の表面に自溶性合金粒子を供給しながら半導体レーザ装置からレーザ光を照射し、自溶性合金を溶融、凝固させて被覆層を形成する自溶性合金の被覆方法が提案されており、溶射後の熱処理を必要とする一般的な溶射皮膜とは異なり、熱変形の問題を改善することができる。また、特許文献1等の溶射被膜に比べ、下地に対する強固な密着性が確保できる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、異物が少なく、緻密で、基材への密着性に優れた被膜を有し、耐熱性、耐食性及び耐摩耗性に優れる連続鋳造用鋳型及び連続鋳造用鋳型の製造方法を提供することを目的とする。
ここで、自溶性合金の主成分金属としては、Ni、Co及びFeが好適に用いられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの金属は、2種類以上を組み合わせて用いてもよい(以上、第2の発明においても同様)。
ここで、Ni基自溶性合金におけるCr、Fe、Co、Mo、Nb、W、Mn及びV、Co基自溶性合金におけるFe、Mo及びW、Fe基自溶性合金におけるCr、C、Ni及びMoは、それぞれ必須成分ではなく、上記範囲(0を含む)で含有量を選択できる任意成分である(第2の発明においても同様)。
図1に示す本発明の第1の実施例に係る連続鋳造用鋳型の製造方法は、鉄鋼等の製造に使用される連続鋳造用鋳型の基材10の耐熱性、耐食性及び耐摩耗性を向上させるものである。
図1に示すように、銅又は銅合金(例えば、Cu-Cr-Zr等)で形成された連続鋳造用鋳型の基材10の溶鋼接触面に、レーザクラッディングにより、自溶性合金の被覆層12を形成する。
レーザクラッディングでは、レーザ加工ヘッド13から基材10の溶鋼接触面にレーザ光14を照射しながら、粉末供給部15から基材10の溶鋼接触面に被覆層12の原料となる自溶性合金の粉末16を吹き付ける。粉末16はレーザ光14で加熱されて溶融し、基材10の溶鋼接触面に溶着して被覆層12を形成する。レーザ加工ヘッド13を移動させることにより、基材10の溶鋼接触面に帯状の被覆層12を連続的に形成し、やがて基材10の溶鋼接触面全体を自溶性合金がレーザクラッディングされた被覆層12で覆うことができる。
自溶性合金は、アルミニウムを含有することが好ましく、より具体的には、Niを主成分金属とし、Cr:0~26質量%、B:1~4.5質量%、Si:0.5~5質量%、C:0.4~3質量%、Fe:0~5質量%、Co:0~1質量%、Al:1~5質量%、Mo:0~20質量%、Nb:0~4質量%、W:0~5質量%、Mn:0~2質量%、V:0~1質量%を含有するNi基自溶性合金が好適に用いられる。自溶性合金がアルミニウムを含有することにより、アルミニウムの強い酸化作用で脱酸効果を向上させ、被覆層12に含まれる異物(気泡及び酸化物)を減少させることができる。また、自溶性合金が主成分金属としてNiを含有する場合、Ni3Alの析出硬化により被覆層12の耐摩耗性を向上させることができる。さらに、B(硼素)及びSi(珪素)を含有することにより、主成分金属のNi等の融点を下げると共に、溶融状態でNiに付着している空気(酸素)と結合し、硼珪酸ガラスを形成して浮上させ、脱酸作用を発揮して被覆層12の緻密化を図り、基材10への密着性を高めることができる。
また、自溶性合金の成分は上記以外にも、適宜、選択することができ、例えば、上記の自溶性合金に炭化物セラミックス(WC又はNbC等)、硼化物セラミックス、珪化物セラミックス又は窒化物セラミックスを混合し、硬度低下を抑えて耐摩耗性を向上させることもできるし、NiにCrを固溶させたMCアロイ(Ni-Cr-Fe、Cr45%)を用いて耐硝フッ酸性及び耐硝化腐食性を向上させることもできる。なお、レーザ光の波長及びエネルギー密度等は自溶性合金の成分及び基材の成分に応じて適宜、選択することができる。
また、基材10にレーザ光14を照射することにより、基材10が軟化点以上に加熱され、基材10の強度が低下すると、基材10に割れが発生するおそれがある。そこで、基材10へのレーザ光14の照射中に基材10を冷却し、レーザ光14により基材10が軟化点以上に加熱されることを防ぎ、基材10の強度低下及び割れの発生を防止する。
よって、基材10にレーザ光14を照射して被覆層12を形成している間は、基材10の冷却と加熱のバランスを取りながら、基材10を所定の温度範囲に維持する必要がある。なお、基材10を予熱するための加熱手段(図示せず)及び基材10を冷却するための冷却手段(図示せず)の種類及び組合せは、適宜、選択することができる。
第2の実施例に係る連続鋳造用鋳型の製造方法が、第1の実施例と異なる点は、図2に示すように、連続鋳造用鋳型の基材10に被覆層19を多層化(ここでは5層)して形成している点である。そして、基材10に最も近い層20aから最も遠い層20eに向かって線膨張係数を減少させることにより、被覆層19の割れを効果的に防止することができる。このとき、多層化された被覆層19の基材10に最も近い層20aから最も遠い層20eに向かって自溶性合金の主成分金属(例えばNi)の含有率を減少させることにより、各層20a~20eの線膨張係数を容易に調整することができるが、線膨張係数の調整方法は適宜、選択することができる。なお、その他の製造方法は第1の実施例と同様である。
第3の実施例に係る連続鋳造用鋳型の製造方法が、第1、第2の実施例と異なる点は、図3に示すように、連続鋳造用鋳型の基材10と被覆層22との間に、めっき又はレーザクラッディングにより下地層23を形成している点である。
ここで、被覆層22は、被覆層12と同様の材質で形成してもよいし、被覆層19と同様に多層化してもよく、その他の製造方法は第1の実施例と同様である。また、下地層23をめっきで形成する場合、50℃程度のめっき浴で行われ、材質としてはNi等が好適に用いられる。そして、下地層23をレーザクラッディングで形成する場合、製造方法は第1の実施例と同様であり、材質としてはNi、Ni-Al、Ni-Cu等が好適に用いられる。
このようにレーザ光の吸収率の高い材質で下地層23を形成することにより、被覆層22を形成する際のレーザ光の吸収率を高め、被覆層22を効率的に形成できると共に、被覆層22の密着性を高めることができる。
Claims (14)
- 連続鋳造用鋳型の基材の溶鋼接触面に、前記基材よりもレーザ光の吸収率の高いNi-Alでレーザクラッディングにより形成された下地層と、該下地層の上に、レーザクラッディングにより形成された、Ni、Co及びFeのいずれかを主成分金属とする自溶性合金の被覆層とを有することを特徴とする連続鋳造用鋳型。
- 連続鋳造用鋳型の基材の溶鋼接触面に、前記基材よりもレーザ光の吸収率の高い材質でレーザクラッディングにより形成された下地層と、該下地層の上に、レーザクラッディングにより形成され多層化された、自溶性合金の被覆層とを有し、多層化された前記被覆層の前記基材に最も近い層から最も遠い層に向かって前記自溶性合金の主成分金属の含有率が減少することにより線膨張係数が減少していることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
- 請求項1又は2記載の連続鋳造用鋳型において、前記自溶性合金は、アルミニウムを含有することを特徴とする連続鋳造用鋳型。
- 請求項1又は2記載の連続鋳造用鋳型において、前記自溶性合金は、(1)Niを主成分金属とし、Cr:0~26質量%、B:1~4.5質量%、Si:0.5~5質量%、C:0.4~3質量%、Fe:0~5質量%、Co:0~1質量%、Al:1~5質量%、Mo:0~20質量%、Nb:0~4質量%、W:0~5質量%、Mn:0~2質量%、V:0~1質量%を含有するNi基自溶性合金、(2)Coを主成分金属とし、Cr:5~30質量%、Si:0.5~3質量%、C:0.05~3質量%、Fe:0~2質量%、Mo:0~30質量%、W:0~15質量%を含有するCo基自溶性合金、及び(3)Feを主成分金属とし、Cr:0~30質量%、Si:0.3~1.3質量%、C:0~3質量%、Ni:0~16質量%、Mo:0~5質量%を含有するFe基自溶性合金のいずれか1であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
- 請求項1記載の連続鋳造用鋳型において、前記被覆層は多層化され、前記基材に最も近い層から最も遠い層に向かって前記自溶性合金の主成分金属の含有率が減少することにより線膨張係数が減少していることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
- 請求項1~5のいずれか1記載の連続鋳造用鋳型において、前記自溶性合金に炭化物、硼化物、珪化物又は窒化物のセラミックスが混合されていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
- 連続鋳造用鋳型の基材の溶鋼接触面に、前記基材よりもレーザ光の吸収率の高いNi、Ni-Al及びNi-Cuのいずれかでレーザクラッディングにより下地層を形成し、該下地層の上に、レーザクラッディングにより、Co又はFeを主成分金属とする自溶性合金の被覆層を形成する又は前記基材よりもレーザ光の吸収率の高いNi-Al又はNi-Cuでレーザクラッディングにより下地層を形成し、該下地層の上に、レーザクラッディングにより、Ni、Co及びFeのいずれかを主成分金属とする自溶性合金の被覆層を形成することを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
- 連続鋳造用鋳型の基材の溶鋼接触面に、前記基材よりもレーザ光の吸収率の高い材質でレーザクラッディングにより下地層を形成し、該下地層の上に、レーザクラッディングにより多層化された、自溶性合金の被覆層を形成し、多層化された前記被覆層の前記基材に最も近い層から最も遠い層に向かって前記自溶性合金の主成分金属の含有率を減少させることにより、線膨張係数を減少させたことを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
- 連続鋳造用鋳型の基材の溶鋼接触面に、前記基材よりもレーザ光の吸収率の高い材質でレーザクラッディングにより下地層を形成して、該下地層の上に、レーザクラッディングにより、自溶性合金の被覆層を形成するに際し、前記基材へのレーザ光の照射開始前に該基材を予熱し、前記基材へのレーザ光の照射中に該基材を冷却することを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
- 請求項7~9のいずれか1記載の連続鋳造用鋳型の製造方法において、前記自溶性合金は、アルミニウムを含有することを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
- 請求項7~9のいずれか1記載の連続鋳造用鋳型の製造方法において、前記自溶性合金は、(1)Niを主成分金属とし、Cr:0~26質量%、B:1~4.5質量%、Si:0.5~5質量%、C:0.4~3質量%、Fe:0~5質量%、Co:0~1質量%、Al:1~5質量%、Mo:0~20質量%、Nb:0~4質量%、W:0~5質量%、Mn:0~2質量%、V:0~1質量%を含有するNi基自溶性合金、(2)Coを主成分金属とし、Cr:5~30質量%、Si:0.5~3質量%、C:0.05~3質量%、Fe:0~2質量%、Mo:0~30質量%、W:0~15質量%を含有するCo基自溶性合金、及び(3)Feを主成分金属とし、Cr:0~30質量%、Si:0.3~1.3質量%、C:0~3質量%、Ni:0~16質量%、Mo:0~5質量%を含有するFe基自溶性合金のいずれか1であることを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
- 請求項7又は9記載の連続鋳造用鋳型の製造方法において、前記被覆層を多層化し、前記基材に最も近い層から最も遠い層に向かって前記自溶性合金の主成分金属の含有率を減少させることにより線膨張係数を減少させたことを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
- 請求項7~12のいずれか1記載の連続鋳造用鋳型の製造方法において、前記自溶性合金に炭化物、硼化物、珪化物又は窒化物のセラミックスを混合したことを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
- 請求項7又は8記載の連続鋳造用鋳型の製造方法において、前記基材へのレーザ光の照射開始前に該基材を予熱し、前記基材へのレーザ光の照射中に該基材を冷却することを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
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