JPH09228071A - 連続鋳造用鋳型への溶射方法及び連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 連続鋳造機用の鋳型への溶射技術で、かつフ
ュージング処理をせずに従来よりも密着性や耐摩耗性を
向上させる溶射方法と連続鋳造用鋳型を提供する。 【解決手段】 銅または銅合金からなる鋳型の一部ある
いは全部に厚み０．０５〜２mmのＮｉメッキを施した
後、この表面の粗度をＲmax で３０〜５０μｍのブラス
ト処理を行い、次いで鋳型全体を１００〜２５０℃に予
備加熱し、次いで速やかに厚み０．１〜１mmのＮｉ基自
溶性合金あるいはＷＣ−Ｃｏ合金を溶射する。この時の
Ｎｉ基自溶性合金の成分はＮｉ＝６６〜７６％、Ｃｒ＝
１５〜２０％、Ｂ＝３〜５％、Ｓｉ＝３〜５％、Ｃ＝
０．８〜１．２％、Ｆｅ＝２〜３％、不可避的な不純物
に、あるいはＷＣ−Ｃｏ成分はＣｏ＝１２〜２０％、Ｗ
Ｃ＝８０〜８８％とすることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶鋼を鋳造するため
の連続鋳造用鋳型への溶射方法及び連続鋳造用鋳型に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から連続鋳造用鋳型（以降、鋳型と
略す）には銅または銅合金が使用されている。スラブを
鋳造する場合の鋳型は２組の幅１．５ｍ以上の長辺と幅
０．５ｍ以下の短辺によって構成されている。

【０００３】この鋳型の主成分はＣｕであるが硬度を上
げるためにＣｒやＺｒがそれぞれ０．５〜１．５％、
０．０８〜０．３０％程度添加されている。しかし、鋳
型表面は鋳片やパウダーによって摩耗を受けるため長辺
ではＣｒ系メッキやＮｉ系メッキが形成されている。ま
た、更に摩耗を改善させるために特開昭６３−３５７６
２号公報ではメッキの代わりにＮｉ基自溶性合金の溶射
皮膜を使用している。自溶性合金の溶射は一般的に銅鋳
型表面にＮｉ電気メッキを施した後に行い、次いでメッ
キ表面にブラスト処理を行い、次いでこの表面にＮｉ基
自溶性合金（ビッカース硬度＜８００）の溶射皮膜を形
成し、次いで鋳型全体を１０００℃程度に昇温するフュ
−ジング処理を行っている（溶射工学：養賢堂１９６８
年発行Ｐ８８〜９０）。

【０００４】このフュ−ジング処理は皮膜を再溶融さ
せ、溶射において常に問題となっている密着強度と皮膜
強度を向上させるために行う。フュ−ジング処理を容易
にするため、即ち溶射膜の融点を下げるためにＣｒ、
Ｃ、Ｂ、Ｓｉ、Ｆｅなどが添加されている。また、これ
らの添加物は皮膜硬度を増して摩耗特性を向上させる効
果もある。

【０００５】また、ここでの溶射法はプラズマ溶射やフ
レ−ム溶射がある。プラズマ溶射はアルゴン、水素、ヘ
リウム、窒素の少なくとも一種以上の混合したプラズマ
によって粒子を完全に溶融させて溶射する方法である。
一方、フレ−ム溶射では酸素とプロパンやアセチレンな
どの燃焼ガスによって高速の燃焼フレ−ムを形成し、粒
子を溶融させず、粒子の衝突時の運動エネルギ−によっ
て粒子を結合させて皮膜を形成する（例えば前述“溶射
工学”。最近では燃焼ガスに酸素と水素（第一メテコ社
ＤＪ−２６００ ハイブリッド溶射パンフレット：１
９９２年１０月発行）とを、あるいは酸素と灯油（ウエ
スコジャパン社 ＪＰ−５０００溶射パンフレット：１
９９２年６月発行など）とを混合するフレ−ム溶射も開
発されている。

【０００６】さらに、銅製鋳型表面にＷＣ−Ｃｏ合金の
溶射皮膜を形成する従来例としては、下地メッキとして
Ｎｉメッキ層を持ち、その上にＷＣ−Ｃｏ合金の溶射層
とＭｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金の溶射層を有する連続鋳造用鋳
型（特公昭５６−１９７８号公報）、下地メッキとして
Ｎｉ合金メッキ層を、その上にＷＣ−Ｃｏ合金の如き金
属炭化物系溶射皮膜を超音速フレーム法で形成した連続
鋳造用鋳型（特開平１−１８６２４５号公報）、下地メ
ッキとしてＮｉ＋Ｎｉ合金メッキ層を、その上にセラミ
ックス溶射層もしくはセラミックス６０％含有する金属
又は合金との複合溶射層を形成した連続鋳造用鋳型（特
公昭３−３７４５４号公報）、銅製鋳型の内壁面に直接
超高速フレーム溶射法にてＮｉ及びＷＣ−Ｃｏ合金の如
き金属炭化物系複合材料からなる皮膜を形成し、かつ、
金属炭化物系複合材料の含有量を外層に向って連続的又
は段階的に増大させた連続鋳造用鋳型（特公平６−３６
９６３号公報）等が知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のフュ−ジング処
理を行うＮｉ基自溶性合金の溶射技術では鋳型の温度を
１０００℃程度に昇温するため鋳型に熱変形が生じる。
従って、実際にはこの技術は鋳型短辺に限られ、長辺に
は適用されていない。

【０００８】一方、フュ−ジング処理を行わないと密着
強度は高々６０MPa 以下と低いために溶射中あるいは後
に鋳型から皮膜の剥離が生じる。この理由はプラズマ溶
射の場合、粒子を溶融するために粒子表面に酸化物を形
成しやすいためであり、フレ−ム溶射では粒子の速度が
不十分であるためである。

【０００９】また、特公昭５６−１９７８号公報では溶
射層が二重構造となっており、かつ、溶射もプラズマ溶
射であって本発明の超高速フレーム溶射と異なってい
る。次に、特開平１−１８６２４５号公報や特公昭３−
３７４５４号公報のように、下地メッキにＮｉ合金を採
用する場合には、下地メッキ層と溶射皮膜層との界面に
おける密着性に問題がある。即ち、下地層の硬度が高い
ほど、溶射粒子の「食い込み」が減り、機械的接合力が
弱まって界面の密着強度は低くなる傾向のあることを本
発明者らは知見している。さらに、特公平６−３６９６
３号公報のように、下地層を介在させないで溶射層を直
接鋳型表面に被覆する場合には、熱膨張係数の差による
熱応力が発生し溶射層の剥離のおそれがある。

【００１０】従って、本発明の目的は溶射後のフュ−ジ
ング処理無くても密着性が高く、皮膜が剥離しない連続
鋳続用の鋳型への溶射方法と鋳型を提供することであ
る。また、この技術でＮｉ基自溶性合金と同等若しくは
これよりも硬くて耐摩耗性の優れた連続鋳続用の鋳型へ
の溶射技術を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨とす
るところは次の通りである。 （１）連続鋳造用鋳型の溶射方法において、銅または銅
合金からなる鋳型表面の一部或いは全部に厚み０．０５
〜２mmのＮｉ電気メッキを施した後、前記Ｎｉ電気メッ
キ表面に粗度がＲmax ＝３０〜５０μｍのブラスト処理
を行い、鋳型を１００℃以上、２５０℃以下に加熱し、
次いで厚み０．１〜１mmのＮｉ基自溶性合金あるいはＷ
Ｃ−Ｃｏ合金を溶射し、フュ−ジング処理を施さなくて
も密着性が良好で、被膜が剥離しないことを特徴とする
連続鋳造用鋳型への溶射方法。 （２）Ｎｉ基自溶性合金の成分がＮｉ＝６６〜７６％、
Ｃｒ＝１５〜２０％、Ｂ＝３〜５％、Ｓｉ＝３〜５％、
Ｃ＝０．８〜１．２％、Ｆｅ＝２〜３％および残部不可
避的な不純物であるか、あるいはＷＣ−Ｃｏ成分がＣｏ
＝１２〜２０wt％、ＷＣ＝８０〜８８wt％および残部が
不可避的な不純物であることを特徴とする請求項１記載
の連続鋳造用鋳型への溶射方法。 （３）溶射する際、溶射ガン出口から鋳型表面（Ｎｉメ
ッキ部）までの距離を１５０mm〜３００mmに、フレ−ム
の速度を１３００m/S 〜２３００m/s に、原料粉末の供
給量を６０〜１２０g/min にして溶射することを特徴と
する（１）又は（２）記載の連続鋳造用鋳型への溶射方
法。 （４）酸素と灯油とを混合してフレ−ム溶射することを
特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の連続鋳造
用鋳型への溶射方法。 （５）銅または銅合金からなる鋳型表面の一部或いは全
部に、厚み０．０５〜２mmのＮｉ電気メッキを形成し、
該Ｎｉ電気メッキ層上に、Ｎｉ＝６６〜７６％、Ｃｒ＝
１５〜２０％、Ｂ＝３〜５％、Ｓｉ＝３〜５％、Ｃ＝
０．８〜１．２％、Ｆｅ＝２〜３％および残部不可避的
な不純物からなるＮｉ基自溶性合金あるいはＣｏ＝１２
〜２０wt％、ＷＣ＝８０〜８８wt％および残部が不可避
的な不純物であるＷＣ−Ｃｏ合金の皮膜を厚み０．１〜
１mmにて超高速フレーム溶射で形成したことを特徴とす
る連続鋳造用鋳型。

【００１２】

【発明の実施の形態】鋳型表面へ溶射を行う場合、先ず
Ｎｉ電気メッキは鋳型表面を酸洗した後、速やかにメッ
キ浴中に鋳型を入れ、鋳型に通電して行う。メッキ厚み
は使用環境に準じて決定されるが０．０５mm〜２mmにす
る。下限はメッキ後のブラスト処理によってメッキの一
部が削り取られても銅が表面に露出させないため、また
上限は経済的な理由による。

【００１３】次いで、溶射前にブラスト処理を行う。ブ
ラストではＳｉＣ、アルミナ、鉄などのグリッドを５kg
f/cm² 程度の圧力でメッキ表面に吹き付けるが、如何な
るグリッドの種類や圧力であっても最終的にメッキ表面
に粗度Ｒmax ＝３０〜５０μｍの凹凸を形成すればよ
い。この凹凸によって皮膜とメッキの接触面積が広くな
るためにアンカリング効果＝機械的結合が強化される。
ここで粗度がＲmax が３０μｍより低くなるとアンカリ
ング効果が不十分であるために密着強度が低下し、一
方、Ｒmax が５０μｍより高くなると粒子がメッキ凹部
の底に粉末が十分に入らずメッキと皮膜に未接合部が形
成されるために粗度はＲmax ＝３０〜５０μｍにする。

【００１４】溶射前に鋳型全体を１００℃以上、２５０
℃以下に加熱する。この温度は結露を防ぐために１００
℃以上に、鋳型素材の銅あるいは銅合金の熱変形、熱影
響（再結晶など）を防ぐために２５０℃以下にする必要
がある。

【００１５】このようなブラスト処理をした後、皮膜の
厚みが０．１〜１mmのＮｉ基自溶性合金、あるいはＷＣ
−Ｃｏ合金を溶射する。厚みは耐摩耗効果を得るために
は０．１mm以上に、また溶射中の剥離や鋳造時の熱応力
による剥離をさせないために１mm以下にすることが必要
である。

【００１６】また、溶射材料としては熱処理無しに緻密
な皮膜を得るためにＮｉ基自溶性合金を用いる。Ｎｉは
他の成分を固溶し、炭化物などの化合物とのヌレ性に優
れ、強靭な母相になる。Ｎｉが６６％未満では脆性が急
激に落ち、また、７６％超では硬度が落ちるためＮｉの
組成は６６〜７６％にする。

【００１７】このＮｉ母相にＣｒ、Ｂ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃ
を添加する。ＣはＣｒ（Ｃｒ₂ Ｃ₃ ）、Ｂ（Ｂ₄ Ｃ）、
Ｓｉ（ＳｉＣ）、Ｆｅ（Ｆｅ₃ Ｃなど）と炭化物を形成
し、硬度を向上させる。０．８％未満では硬度が低く、
１．２％超で靭性が低下するためＣの量は０．８〜１．
２％にする。

【００１８】Ｂは酸化物（Ｂ₂ Ｏ₃ ）を形成し、母相の
融点を下げる。また、硬質粒子である炭化物を形成し耐
摩耗性を向上させる。３％未満では酸化物の生成が多く
硬度が不十分である。また、５％超では脆性が低下する
ためＢの量は３〜５％にする。

【００１９】ＳｉはＢと同様に酸化物（ＳｉＯ₂ ）を形
成し母相の融点を下げ、炭化物は耐摩耗性を向上させ
る。３％未満では溶融時の流動性が落ち、フュ−ジング
後に皮膜内に気孔が残留する（但し、本発明の場合はフ
ュ−ジング処理を行わない、融点を下げる効果にのみ必
要である）。また、５％超では脆性が低下するためＳｉ
の量は３〜５％にする。

【００２０】Ｆｅは固溶体炭化物を形成し、耐摩耗性を
向上させる。２％未満では硬度が低く、３％超では脆性
は低下するためＦｅの量は２〜３％にする。

【００２１】ＣｒはＮｉに固溶し、且つ表面に酸化物
（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）を形成し耐食性を向上させる。また、高
温での摩耗性に優れた炭化物を形成する。Ｃｒの量は２
０％超では脆性が落ち、また、１５％未満では硬度が低
いため１５〜２０％にする。

【００２２】上記以外の粉末製造時に混入する酸素など
の不純物は、脆性の低下を防ぐため０．０２％未満にす
ることが好ましい。

【００２３】また、Ｎｉ基自溶性合金に代えてＮｉ基自
溶性合金よりも摩耗性を向上させるため、炭化物量の多
くかつ被膜強度の高いＷＣ−Ｃｏ系サ−メットが優れて
いる。ここでＣｏ量が１２〜２０wt％であるのは１２wt
％以下では被膜の強度が劣化し、２０wt％では摩耗性が
著しく低下するためである。

【００２４】溶射中のガス条件としてはフレ−ムの速度
を１３００m/s 〜２３００m/s にする必要がある。フレ
−ムの速度が上がると溶射粒子の速度も上がり、基板と
の衝突時に粒子の基板への噛み込み、言い替えるとアン
カリング効果が高くなるために密着性が上昇する。ま
た、粒子の速度が高いと衝突時に運動エネルギ−から変
換される熱エネルギ−が増加し、基板側の最表面を溶融
させるために密着性が向上する。この密着性を確保する
のに必要なフレ−ム速度は１３００m/s 以上である。一
方、現状の装置の構造上からフレ−ムの最高速度は２３
００m/s 以下と制限される。この時、溶射ガンから鋳型
までの距離が３００mmを超えると溶射粒子が減速し、１
５０mm以下では溶射ガンへの影響があるため、この距離
は１５０〜３００mmにすることが好ましい。また、溶射
材料の粉末供給量は６０g/min 未満ではコスト高にな
り、１２０g/min 超では溶射ガンのノズル内壁へのスピ
ッティングや被膜中の残留応力が過大になるため、供給
量は６０〜１２０g/min にする必要がある。

【００２５】ここでフレ−ムを発生させるための燃焼ガ
スとして従来はアセチレンやプロパンが用いられていた
が、燃焼エネルギ−を向上させるために灯油を用いるこ
とが好ましい。この場合の灯油（ケロシン）の量は１５
〜４０l/hour、酸素の流量５０〜６５ｍ³ ／hour（圧力
１３〜１８bar ）にする。この時フレ−ム速度を１３０
０m/s 以上にするため、灯油の量が１５LPH 、酸素の流
量が５０ｍ³ ／hour以上必要である。また、溶射ガンの
冷却能力から灯油の量や酸素の流量が多すぎるとガン損
傷が発生すること、および皮膜内部の圧縮応力が高くな
りすぎるため、灯油量は４０LPH 、酸素流量は６５ｍ³
／hour未満にする必要がある。

【００２６】

【実施例】

実施例１（鋳型への溶射方法） 幅２６００mm×高さ９００mmの長辺鋳型の下端部（高さ
３５０mm）への溶射条件を以下に記す。 ・Ｎｉ電気メッキ：従来の手法と同様に鋳型表面を酸洗
した後、速やかにメッキ浴中に浸し、鋳型に通電し平均
厚み２mmのＮｉメッキを形成する。 ・ブラスト処理 ：ＳｉＣグリッドを圧力５kgf/cm² で
先のＮｉメッキ表面に吹き付ける。ブラスト処理後のメ
ッキ表面の粗度はＲmax＝３２〜４５であった。 ・溶射 ：酸素流量 ＝５７ｍ³ ／hour（圧力＝１３bar ） ：灯油量 ＝２３l/hour ：粉末供給ガス流量＝１．４ ｍ³ ／hour ：粉末供給速度 ＝７kg/hour ：フレ−ム速度 ＝１９００m/s ：溶射距離 ＝２００mm 溶射材料 ＝溶射材料の成分 皮膜厚み ＝０．４５mm 溶射材料（表１）

【表１】 ・溶射後の熱変形量：鋳型の両端（幅２６００mm）を直
線で結んだ線と中心部のたわみ量の変化で定義した変形
量は８０μｍ以下であった。

【００２７】以上の条件で作製した溶射鋳型を実際の鋳
型として用い、１５０トンの鋳造を４００チャ−ジ行
い、従来から用いていた鋳型表面に厚さ３０μｍのＣｒ
メッキを施している鋳型と比較した。その結果、下端部
の摩耗量は１／３に改善された。

【００２８】実施例２（鋳型への溶射方法） 幅２５０mm×高さ９００mmの短辺鋳型の下端部（高さ５
００mm）への溶射条件を以下に記す。 ・Ｎｉ電気メッキ：従来の手法と同様に鋳型表面を酸洗
した後、速やかに下端部（下端から高さ３００mmまで）
をメッキ浴中に浸し、鋳型に通電し平均厚み０．８mmの
Ｎｉメッキを形成する。 ・ブラスト処理 ：ＳｉＣグリッド（＃３０）を圧力６
kgf/cm² で先のＮｉメッキ表面に吹き付ける。ブラスト
処理後のメッキ表面の粗度はＲmax ＝３１〜４５であっ
た。 ・溶射 ：ガス 酸素 流量＝２００l/hour （圧力＝１５bar ） 灯油 ２５l/hour フレ−ム速度 ２１５０m/s 溶射距離 ２８０mm 溶射材料（表２）

【表２】

【００２９】以上の条件で作製した溶射鋳型を実際の鋳
型として用い、１５０トンの鋳造を８００チャ−ジ行
い、従来から用いていた鋳型表面に厚さ３０μｍのＣｒ
メッキを施している鋳型と比較した。その結果、下端部
の摩耗量は１／４に改善された。

【００３０】

【発明の効果】本発明により熱変形は無く耐摩耗性の優
れた鋳型の製造が可能となり、従来の鋳型よりも寿命が
伸びたことから鋳型の維持に要するコストの大幅な削減
が可能となった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 4/10 Ｃ２３Ｃ 4/10 Ｃ２５Ｄ 3/12 Ｃ２５Ｄ 3/12 7/00 7/00 Ｆ (72)発明者 北口 三郎 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 小原 昌弘 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 佐藤 信治 愛知県東海市東海町５−３ 新日本製鐵株 式会社名古屋製鐵所内 (72)発明者 津村 康浩 愛知県東海市東海町５−３ 新日本製鐵株 式会社名古屋製鐵所内 (72)発明者 竜口 得 福岡県北九州市小倉南区新曽根５番１号 三島光産株式会社機工事業本部内 (72)発明者 梅山 祐登 福岡県北九州市小倉南区新曽根５番１号 三島光産株式会社機工事業本部内 (72)発明者 山本 圭祐 福岡県北九州市小倉南区新曽根５番１号 三島光産株式会社機工事業本部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造用鋳型の溶射方法において、銅
   または銅合金からなる鋳型表面の一部或いは全部に厚み
   ０．０５〜２mmのＮｉ電気メッキを施した後、前記Ｎｉ
   電気メッキ表面に粗度がＲmax ＝３０〜５０μｍのブラ
   スト処理を行い、鋳型を１００℃以上、２５０℃以下に
   加熱し、次いで厚み０．１〜１mmのＮｉ基自溶性合金あ
   るいはＷＣ−Ｃｏ合金を溶射し、フュ−ジング処理を施
   さなくても密着性が良好で、被膜が剥離しないことを特
   徴とする連続鋳造用鋳型への溶射方法。
2. 【請求項２】 Ｎｉ基自溶性合金の成分がＮｉ＝６６〜
   ７６％、Ｃｒ＝１５〜２０％、Ｂ＝３〜５％、Ｓｉ＝３
   〜５％、Ｃ＝０．８〜１．２％、Ｆｅ＝２〜３％および
   残部不可避的な不純物であるか、あるいはＷＣ−Ｃｏ成
   分がＣｏ＝１２〜２０wt％、ＷＣ＝８０〜８８wt％およ
   び残部が不可避的な不純物であることを特徴とする請求
   項１記載の連続鋳造用鋳型への溶射方法。
3. 【請求項３】 溶射する際、溶射ガン出口から鋳型表面
   （Ｎｉメッキ部）までの距離を１５０mm〜３００mmに、
   フレ−ムの速度を１３００m/S 〜２３００m/s に、原料
   粉末の供給量を６０〜１２０g/min にして溶射すること
   を特徴とする請求項１又は２記載の連続鋳造用鋳型への
   溶射方法。
4. 【請求項４】 酸素と灯油とを混合してフレ−ム溶射す
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の
   連続鋳造用鋳型への溶射方法。
5. 【請求項５】 銅または銅合金からなる鋳型表面の一部
   或いは全部に、厚み０．０５〜２mmのＮｉ電気メッキを
   形成し、該Ｎｉ電気メッキ層上に、Ｎｉ＝６６〜７６
   ％、Ｃｒ＝１５〜２０％、Ｂ＝３〜５％、Ｓｉ＝３〜５
   ％、Ｃ＝０．８〜１．２％、Ｆｅ＝２〜３％および残部
   不可避的な不純物からなるＮｉ基自溶性合金あるいはＣ
   ｏ＝１２〜２０wt％、ＷＣ＝８０〜８８wt％および残部
   が不可避的な不純物であるＷＣ−Ｃｏ合金の皮膜を厚み
   ０．１〜１mmにて超高速フレーム溶射で形成したことを
   特徴とする連続鋳造用鋳型。