JPH01233047A

JPH01233047A - 連続鋳造用鋳型の製造方法

Info

Publication number: JPH01233047A
Application number: JP6263888A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Nomura; 野村　廣敏; Atsumi Ikeda; 篤美池田; Yasushi Kitamura; 保志北村
Original assignee: NOMURA TOKIN KK
Current assignee: NOMURA TOKIN KK
Priority date: 1988-03-15
Filing date: 1988-03-15
Publication date: 1989-09-18
Also published as: AU611994B2; AU2981489A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、鉄鋼例えば低炭素鋼、高炭素鋼、ステンレス
鋼、特殊合金鋼なとを鋳造するための連続！ｉｉ￥ｉ造
用鋳型の製造方法に関するものである。

［従来の技術］連続鋳造用鋳型は、一般に熱伝導性の良い銅又は銅合金
から作られているが、この鋳型に注入される溶鋼が非常
に高温であって、且つ、溶鋼の冷却で成長してくる凝固
殻によってこすられるために、鋳型の内壁面の損傷が激
しく、短時間の間に寿命限界に達するという問題があっ
た。この問題を解消するために、鋳型内壁面に金属溶射
層を設けることがよく行われ、前記溶射層としてニッケ
ル系あるいはニッケルークロム系合金溶射層を用いるこ
とか提案されている。

また、鋳型内壁面と金属溶射層との結合力を高めるため
に、中間層としてニッケルまたはニッケル合金めっきを
施し、中間層と鋳型内壁面及び中間層と金属溶射層の各
境界部分において、加熱処理による冶金的に結合した合
金層を形成することか提案されている（特公昭６１−１
．５７８２号公報参照）。

［発明か解決しようとする課題］しかしなから、上述の従来技術にあっては、中間層とｖ
ｊ型内壁面との境界部分に合金層を形成せしめるために
、３００℃〜４００℃で２時間〜８時間の加熱処理を必
要とし、また、中間層と金属溶射層との境界部分に合金
層を形成せしめるために、９３０℃〜９５０℃で４５分
間〜９ｏ分間の溶体化処理を必要とし、これを急冷した
後にも、約４００℃で３時間〜４時間の析出時効処理を
必要とし、このような高温で長時間の加熱処理に耐えう
る鋳型母材としては、耐熱性に優れた析出硬化型銅合金
材を使用しなければならないという制約があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、溶射層の形成後に加熱処理を必
要とせず、しがも、高い密着強度が得られる連続鋳造用
鋳型の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明に係る連続鋳造用鋳型の製造方法にあっては、上
記の課題を解決するために、銅又は銅合金からなる鋳型
の溶鋼注入面に、クロムカーバイトを主成分とし、ニッ
ケル、クロムもしくはコバルトのうち１種類以」二の結
合金属を含むサーメットを、少なくとも音速の２．５倍
以上の粒子飛行速度で溶射することを特徴とするもので
ある。

また、銑を母材の溶鋼注入面に、ニッケル又はニッケル
合金めっきを施した後、めっき面にサーメット溶射を行
うようにしても良い。

１作用］本発明にあっては、銅又は銅合金からなる鋳型の溶鋼注
入面に、音速の２．５倍以」二の粒子飛行速度てサー、
メツＩ・を溶射したので、溶射層の形成後に加熱処理を
施さなくても、緻密て密着性の高い溶射層が得られるも
のである。また、クロムカーバイト系サーメットを溶射
しているので、耐熱温度が極めて高く、高速鋳造に適す
る鋳型が得られるものである。

［実施例］第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の製造方法を適用できる
連続鋳造用鋳型における鋳型壁の縦断面構造を例示する
図である。

第１図（ａ）に示す鋳型壁は、銅又は銅合金より＝３− なる鋳型母材１の内壁面（溶鋼注入面）にめっき層２を
形成し、めっき層２の上に溶射層３を形成したものであ
る。

第１図（ｂ）に示す鋳型壁は、鋳型母材１の下半部を削
り落とし、上半部及び下半部にめっき層２を形成し、下
半部のめっき層２の上に溶射層３を形成したものである
。

第１図（ｃ）に示す鋳型壁は、鋳型母材１の下半部を削
り落とし、下半部のみにめっき層２を形成して、面一に
整面した後に、溶射層３を形成したちのである。

第１図（ｄ）に示す鋳型壁は、鋳型母材１の下半部を削
り落とし、下半部に第１のめっき層２Ａを形成して、面
一に整面した後に、第２のめっき層２Ｂを形成し、第２
のめっき層２Ｂの上に溶射層３を形成したちのである。

第１図（ｅ）に示ず鋳型壁は、鋳型を材１の内壁面（溶
鋼注入面）にめっき層２を下側はと厚くなるように形成
し、めっき層２の上に溶射Ｎ３を形成したものである６なお、第１図（ｌ〕）乃至（ｅ）に示す鋳型壁において
、連続鋳造用鋳型の下半部のめっき層２や溶射層３の厚
みを厚くしている理由は、鋳型壁の下半部では、溶鋼の
冷却で成長してくる凝固殻によってこすられるために、
鋳型の内壁面の損傷が激しく、耐摩耗性を強く要求され
るからである。

」１記各図に示す鋳型壁において、鋳型母材１としては
、熱伝導性の良好な脱酸銅、クロム・ジルコニウム含有
銅、銀金有銅などが用いられる。この鋳型母材］の上に
溶射層３を直接形成しても構わないが、溶射層３は多孔
性であるので、銅又は銅合金よりなる鋳型母材↑が腐食
することを防止するために、めっき層２を形成すること
が好ましい。仮に溶射層３が無欠陥てあっても、溶射層
は硬く、延びか良くないので損傷しやすく、特に、操業
立上り時には鋳型底部にタミーバーと称する底板を挿入
するので、それによる溶射層の損傷によって耐食性か低
下することがあるので、これを防止する意味でもめっき
層２を施すことが好ましい３．防食用のめっき層２とし
ては、ニッケルめっき又はニッケル合金めっきが適して
いる。

防食に必要なめっき層２の厚みは、鋳型母材１の表面１
１１さにも左右されるが、２０μｍ以上とすることが適
している。また、めっき層２の厚みが大きくなると、め
っき時間が長くなって生産性を損なう結果となるので、
めっき層２の厚みは最大でも３ｍｍ以内とする。ただし
、鋳型壁の上半部ては溶鋼か連続的に注入されるために
、めっき層２の厚みが大きいと、熱伝導性が低下し、ヒ
ートクラックか発生するため、鋳型壁の上半部にめっき
層２を有する第１図（ａ）、（＋））及び（ｄ）、（ｅ
）の構造ては、めっき層２の厚みは最大０．５ｍｍとす
る。なお、耐食性を必要とする部分は、主として鋳型壁
の下半部であると考えられるため、鋳型壁の上半部には
特に防食用のめっき層２は必要ではないが、作業性を考
えると、全面にめっきを施した方が作業が容易になる。

以下、めっき層２の形成法について説明する。

まず、鋳型母材１の内壁面を切削研摩して整面した後、
内壁面にイ」着する油脂類なとを除去する脱脂処理を行
って、さらに水洗する。次に活性化処理を施すがこの処
理液としては、特に硫酸と過酸化水素との混合水溶液が
用いられる。

この処理液によると、鋳型の内壁面にその整面工程ない
しそれ以降の工程て物理的な外力ないし熱を受けて形成
される加工による変質層がまず溶解除去され、これによ
り露出してくる地肌が微細な凹凸面に形成される。前記
変質層には内部に油脂類などが含まれていることがある
から、一般の活性化処理液たとえば硫酸、硝酸、塩酸な
どのように変質層の表面をそのまま凹凸面とするもので
は、充分な活性化効果が得られない。これに対し、変質
層を溶解除去する前記活性化処理液によれば、活性化効
果が大となり、引き続き施されるめっき層２の密着強度
に好結果を与える。したがって、めっき層２の形成後に
加熱処理による合金化を行う必要は全く無い。

前記活性化処理後、めっき層２を形成する。めっき層２
を形成するためのめっき液として特に好ましい液組成及
びめっき条件を例示すれば、次の通っである。

ワ」ニヒ畜− 硫酸ニッケル　　　　　　２４０〜３００ｇ／ｌ塩化ニ
ッケル　　　　　　　　２０〜５０ｇ／ｌホウ酸　　　
　　　　　　　　２５〜４５１７／１−ｐＨ３，５〜４
，５液温　　　　　　　　　　　　　４５〜６０°Ｃ電流密
度　　　　　　　　　　１〜８Ａ／ｄＩ０２スルフアミ
ン」刻二Ｊ二がル４Ｌスルファミン酸ニッケル　３００〜６００ｇ／β塩化ニ
ッケル　　　　　　　　　Ｏ〜３０ｇ／ＩＩ！ホウ酸　
　　　　　　　　　２５〜４．５ｇ／Ｉ！ピッｌ〜防止
剤　　　　　　　０．１〜０．７ｇ／ｌ液温　　　　　
　　　　　　　　４５〜６０°Ｃ電流密度　　　　　　
　　　１〜２　ＯＡ、　／　ｄｅｎ２千−ＥＺ−久ノ１
」−沓＊ぬり一汁辷スルファミン酸ニッケル　２００〜７００ｇ／Ｎ塩化ニ
ッケル　　　　　　　　　１〜５０ｇ／ｌスルファミン
酸第１鉄　　　０．１〜３０ｇ／ｌホウ酸　　　　　　
　　　　　３０〜４０ｇ／ｌ安定剤（オキシカルボン酸
）　　０．１〜３０ｇ／βピッ）〜防止剤　　　　　　
　　　　０〜２ｇ／１１）８　　　　　　　　　　　　
　　　２〜５液温　　　　　　　　　　　　　室温〜７
０℃電流密度　　　　　　　０．５〜２０　ＯＡ／ｄｍ
２ニッケルめっき浴としては、上記ワット浴又はスルフ
ァミン酸浴を利用でき、いずれもスルフォン酸（例えは
、１　、３　、６１−１．Ｊナフタレンスルフォン酸す
１〜リウム）、スルファンイミ１〜（例えば、サッカリ
ン）、スルフォンアミド、スルフィン酸などの歪み（応
力）除去剤を使用しない浴とする。また、ニッケルー鉄
合金めっきについては、鉄含有率を１〜１０％の範囲と
する。その理由は、鉄含有率の増加に伴って、皮膜（合
金）の内部応力が増大し、６７ｊ　！Ｉ￥の変形を起こ
したり、使用時の熱応力によりクラックを発生しなりす
るからである。ニッケル−鉄合金めっきは、ニッケルめ
っきに比べて硬度が高く、耐摩耗性に優れているので、
鋳型壁の下半部のめっきに適しており、第１図（ｃ）の
めっき層′２や、第１図（ｄ）の下半部めっき層２Ａと
して使用すれば好適である。

溶射層３としては、クロムカーバイトを主成分とし、ニ
ッケル、クロム、もしくはコバルトの１種類以上の結合
金属を含むサーメットを用いる。

クロムカーバイト系のサーメットは、耐熱温度が高いの
で、高速鋳造に適する。また、クロム系の結合金属を用
いた場合には、釧込み初期の溶鋼飛沫の付着（スプラッ
シュ）を防止できる。結合金属の含有率は全組成の１０
％以上とし、最大５０％までとする。結合金属を１０％
以上含有させる理由は、溶射粉末自体の結合力を高める
ためである。

また、結合金属の含有率が５０％を越えると、溶射粉末
による耐熱性　耐摩耗性が発揮されにくくなる。

クロムカーバイト系サーメットの好ましい組成を例示す
ると、第１表の通りである。

第１表溶射粉末は少なくとも音速の２，５倍以上の速度でめっ
き面もしくは鋼材面に吹き付けることによって、緻密で
密着性の高い溶射層２を形成する。

溶射粉末の粒径は１μｍ以上１００μｍまでとする。

また、その厚みは１０μｍ以上８００μｍまでとする。

本発明に用いるサーメッ１へ溶射層３は、従来の鋳型の
内面被覆用の溶射層に比べると、高温での耐摩耗性が改
善され、密着性も改善され、製鋼雰囲気での耐食性も向
上している。本発明者らは、これらの総ての点について
、非常に詳細に検討し、幾多の実験を繰り返して、クロ
ムカーバイトを主成分とし、ニッケル、クロムもしくは
コバルトのうち１種類以上の結合金属を含むサーメット
の溶射層が鋳型の内壁面保護に最適であることを発見し
たものである。

以下、それぞれの点について、実験データを交えながら
詳細に検討する。

１１１に２匹℃ 丈ず、上述の組成Ａ、Ｂのサーメッ１〜について、溶射
法の違いによる付着力の差異を検討した結果を第２表に
示す。同表において、素材のは銀添加リン脱酸銅（Ａｇ
ＤＣｕＰ）、素材■は素材■に１゜ＯＪｉｍのニッケル
ー鉄（７％）合金めっきを施したものである。付着力の
単位はＫｇ／ｆｆｌｍ２である。付着力の測定法は、Ｊ
　Ｉ　５−Ｈ−８６６６に準じた。

不等号の付いていない数字は、破断がサーメッ１へ溶射
層の内部が又は素材とめっき層との境界て発生したこと
を意味し、また、不等号の付いているものは使用した接
着剤とサーメット溶射層との界が外れたことを意味する
。

一１２＝第２表上表から明らかなように、粒子の飛行速度がマツハ３で
ある場合には、亜音速である場合に比べて、付着力（密
着性）が改善されており、それ故、粒子の結合力（緻密
性）も改善されている。

このように、本発明では、音速の２．５倍以上の粒子飛
行速度て溶射を行っているのて、溶射層３の密着性が高
く、溶射後に加熱などにより拡散処理を施さなくても良
い。その結果、耐熱性に優れた析出硬化型の銅合金材な
どを使用しなければならないといった制約はなくなるも
のである。

耐摩−性について次に、上述の組成Ｃのサーメッ１〜について、粒子の飛
行速度の差異による溶射層の摩耗特性の差異を摩Ｙ、ｆ
、滅兄て比り咬した結果を第３表に示す。摩耗減量の単
位は、クラムである。測定方法については、鋳型の摩耗
条件とほぼ一致するテーパー法を用い、３回の試験結果
の平均値を記しな。クロムカーバイトの粒径は１０〜４
．４．　Ｂ　ｍとした３゜第３表」１表から明らかなように、オ立子の飛行速度がマツハ
２．５である場合には、亜音速である場合に比べて、耐
摩耗性が大幅に改善されている。これによって、鋳型の
下部ては、ニッケルめっきの７〜’３０倍、ニッケルー
７％鉄合金めっきの３〜５倍に及ぶ耐摩耗性（耐久性）
が得られる。また、自動巾換方式のスラブ用鋳型の長辺
（広面）に用いる場合においては、短辺（狭面）の側面
が広面上を移動することによる摺動傷を防止てきる。

耐食性について」二連の従来例のように、鋳型の保護被覆が２層以上か
ら成っているものは、実操業において、時折、異常腐食
現象を呈し、耐摩耗性以外の原因で寿命限界に至ってい
るのが実状である。この原因は、鋳型に要求される機能
を゛耐熱性・耐摩耗性耐剥離性″の確保のみに限定して
おり、耐食性、特に異なる種類の金属を重ねた時の電気
化学的腐食（電食）を無視しているために発生ずること
が分かった。すなわち、製鋼時に鋳型か晒されるであろ
う雰囲気を想定しての耐食性を加味せずに仕様を決定し
ているために発生する問題である。

そこて、本発明のクロムカーバイト系サーメット溶射層
３の自然電位を下層のめっき層２の自然−１５＝電位と併せて測定しな。第４表は、その測定結果である
。試料は、幅３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚み１Ｑ＋ｕｎ
の銅材（ＤＣｕＰ）とし、この全表面に各種の金属をめ
っき又は溶射することにより作製しな。

測定液は、亜硫酸カス雰囲気を想定し、希硫酸溶液（２
ｖｏｆ％硫酸）を５０℃で適用しな。電位の測定単位は
ｍＶ：ＳＣＥで示した。

上表から明らかなように、本発明のクロムカーハイ１〜
系ザーメツ１〜溶射層２の自然電位は、常温下でも加熱
下ても下７１のめっき層２よりも卑であり、めっき層２
の自然電位は鋼材よりも卑であるので、従来例のように
、操業中に下層から腐食が進行するようなことは無いも
のである。

［発明の効果］本発明の製造方法によれは、銅又は銅合金からなる鋳型
の溶鋼注入面に、少なくとも音速の２゜５倍以上の粒子
飛行速度てザーメッＩ・を溶射するようにしたので、溶
射後に加熱処理などを行わなくても、緻密で密着性の高
い溶射層を得ることができるという効果がある。したが
って、従来例のように、鋳型母材に対する制約が生じる
ことはないという利点かある。また、クロムカーバイト
を主成分とし、ニッケル、クロムもしくはコバルＩ・の
うち１種類以」二の結合金属を含むサーメットを溶射し
ていることにより、高温での耐熱性、耐摩耗性、耐食性
に優れた鋳型が得られるという効果かあり、鋳型の被熱
量が多い高速連続鋳造用の鋳型に特に適するものである
。

なお、鋳型母材の溶鋼注入面に、ニッケル又はニッケル
合金めっきを施した後、めっき面にサーメット溶射を行
うようにすれば、製鋼雰囲気中における鋳型母材の腐食
を防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）乃至（ｅ）は本発明の製造方法を適用でき
る連続鋳造用鋳型における鋳型壁の縦断面構造を示す断
面図である。１は鋳型母材、２はめっき層、３は溶射層である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）銅又は銅合金からなる鋳型の溶鋼注入面に、クロ
ムカーバイトを主成分とし、ニッケル、クロムもしくは
コバルトのうち１種類以上の結合金属を含むサーメット
を、少なくとも音速の２．５倍以上の粒子飛行速度で溶
射することを特徴とする連続鋳造用鋳型の製造方法。
（２）鋳型母材の溶鋼注入面に、ニッケル又はニッケル
合金めっきを施した後、めっき面にサーメット溶射を行
うことを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用鋳型の製
造方法。