JPH10156490A

JPH10156490A - Ｚｎ含有金属の鋳造用鋳型

Info

Publication number: JPH10156490A
Application number: JP3525997A
Authority: JP
Inventors: Fumio Yuse; 文雄湯瀬; Kenji Yamamoto; 兼司山本; Takenori Nakayama; 武典中山; Atsushi Kato; 淳加藤; Wataru Urushibara; 亘漆原
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 1998-06-16
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: JP3709038B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐熱性や耐摩耗性に優れる他、表面保護層と
して形成されるＣｒ系めっき層の形成時に生じたクラッ
クを可及的に封孔・消失、もしくは減少させると共に、
使用時における特に鋳型メニスカス部で生じるクラック
の新たな生成と成長も可及的に抑制し、Ｚｎアタック現
象によるめっき皮膜の損傷や剥離も効果的に抑え、鋳型
寿命を延長すること。【解決手段】ＣｕまたはＣｕ系合金よりなる鋳型基材
における溶湯との接触面に、保護皮膜として少なくとも
１層のＣｒ系めっき層が形成された鋳造用鋳型であっ
て、該鋳型の少なくともメニスカス部における上記Ｃｒ
系めっき層の少なくとも１層に、３５０ＭＰａ以上の残
留圧縮応力が与えられ、耐Ｚｎアタック性の高められた
Ｚｎ含有金属鋳造用の鋳型を開示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｚｎを含有する金
属の鋳造を行なう際に用いられる耐久性の改善された鋳
型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼などの連続鋳造に用いられる鋳型とし
て現在最も汎用されているのは、熱伝導率が大きくて高
い冷却効率の得られるＣｕあるいはＣｕ合金製の鋳型で
ある。そして連続鋳造に当たっては、凝固殻の形成およ
び成長を効率よく進めるため、鋳型には間接的もしくは
直接的な水冷構造が付設される。

【０００３】しかし、該連続鋳造用鋳型に注入される溶
湯は非常に高温であるため、注入溶湯との接触面の損傷
が激しく、短時間のうちに寿命限界に達する。そこで鋳
型の長寿命化を図るための手段として、鋳型における溶
湯との接触面に、耐溶損性および耐摩耗性に優れたＣｒ
系めっき層を形成する方法が採用されている。またＣｒ
系めっき層の形成においても、めっき構造を様々に工夫
して内面強化を図る方法が提案されている。その代表的
なものとしては、第１層としてＮｉやＣｏ、Ｎｉ−Ｃｏ
合金めっき層を形成し、第２層としてＰやＢを含むＮｉ
系またはＣｏ系の合金めっき層を形成し、更に第３層
（最表層部）としてＣｒ系めっきを施した３層構造の内
面強化層を形成する方法（特公昭５２−５０７３４号公
報）、前記第１層を省略した２層構造の内面強化層を形
成する方法（特開昭５７−８５６５０号公報）、電解Ｎ
ｉめっき層上に電解Ｃｒめっき層を連続成形して２層構
造以上の内面保護層を形成する方法（特開平７−２８４
８８１号公報）などが例示される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、Ｚｎめっき
されたスクラップ材を原料として使用する場合など、溶
鋼中にＺｎが混入してくる場合は、前述の様なＣｒ系め
っきよりなる保護皮膜が形成されていたとしても、該Ｃ
ｒめっき内に存在するクラックからＺｎが浸透、侵入
し、下地めっき層や鋳型基体層を損傷する。溶鋼中に不
純物として含まれる該Ｚｎがめっき皮膜を侵食し或は剥
離させて鋳型寿命を著しく短縮させる現象はＺｎアタッ
ク現象と呼ばれ、大きな問題となっている。

【０００５】こうした問題は、Ｚｎが混入した溶鋼を鋳
造する場合に限らず、Ｃｕ−Ｚｎ合金やＡｌ−Ｚｎ合金
等、即ちＺｎを含有する溶融金属を用いて鋳造を行なう
場合に共通する問題であり、特に鋳型のメニスカス部に
おいてＺｎアタックの問題が頻発する。

【０００６】他方、実用鋳型の特にメニスカス部は、溶
湯との接触による急速加熱と冷却からなる厳しい熱サイ
クルに曝される。そして内面保護層としてＣｒ系めっき
層を形成したものでは（Ｃｒ層を２層以上の複層構造と
した場合を含む）、めっき層形成時（使用前における下
地層の硬化や密着性向上を目的として行なわれる熱処理
工程）の熱影響によってめっき皮膜に強い引張応力が作
用するので、めっきままの状態でも少なからず微細なク
ラックが生成しており、しかも使用時に受ける上記の様
な過酷な熱サイクルを受けてクラックの生成と成長は更
に進行する。そして表層部のＣｒめっき層にクラックが
存在もしくは生成すると、前述の様なＺｎアタック現象
が起こり、めっき皮膜の損傷や剥離が短時間のうちに進
行するのである。

【０００７】そして前述した様な鋳型内面保護技術で
は、Ｃｒ系めっき皮膜自身の耐Ｚｎ性や耐クラック性の
改善が目論まれるが、現実にはクラックを完全に無くす
ことができる訳ではなく、且つクラックに起因するＺｎ
アタック現象の防止対策までは配慮されておらず、その
ことが、Ｃｒ系めっき等により内面保護された鋳型の寿
命を十分に延長できない原因になっているものと考えら
れる。即ち、Ｚｎを含む溶湯の鋳造に用いられる鋳型の
寿命延長を図るには、鋳型内面に形成される保護めっき
層の耐摩耗性や耐熱性、皮膜そのものの耐Ｚｎ性などに
加えて、使用前の熱処理工程で生じるクラックを可及的
に低減すると共に、使用後の過酷な熱サイクルによる新
たなクラックの生成と成長を抑制し、Ｚｎアタック現象
も可及的に阻止し得る様な技術を確立する必要がある。

【０００８】本発明はこの様な事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、耐熱性や耐摩耗性に優れる
他、表面保護層として形成されるＣｒ系めっき層の形成
時に生じたクラックを可及的に封孔・消失、もしくは減
少させると共に、使用時における特に鋳型メニスカス部
で生じるクラックの新たな生成と成長も可及的に抑制
し、Ｚｎアタック現象によるめっき皮膜の損傷や剥離を
効果的に抑えることができ、その結果として鋳型寿命を
大幅に延長することのできる技術を確立しようとするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の鋳造用鋳型は、ＣｕまたはＣｕ系合金
よりなる鋳型基材における溶湯との接触面に、保護皮膜
としてＣｒ系めっき層が形成された鋳造用鋳型におい
て、該鋳型の少なくともメニスカス部における上記Ｃｒ
系めっき層は、３５０ＭＰａ以上の残留圧縮応力を有
し、あるいはＣｕまたはＣｕ系合金よりなる鋳型基材に
おける溶湯との接触面に、保護皮膜として少なくとも２
層のＣｒ系めっき層が形成された鋳造用鋳型であって、
該鋳型の少なくともメニスカス部における上記Ｃｒ系め
っき層の少なくとも１層は、３５０ＭＰａ以上の残留圧
縮応力を有しているところに要旨がある。

【００１０】本発明の鋳型における上記Ｃｒ系めっき層
と鋳型基材との間には、鋳型基材側に、Ｎｉおよび／ま
たはＦｅを主成分とする合金めっき層からなる下地層を
形成すると共に、Ｃｒ系めっき層側には、Ｆｅおよび／
またはＣｏもしくはそれらを主成分とする合金からなる
中間層を形成することによって、めっき層全体としての
鋳型基材に対する密着性を高めると共に、熱影響を受け
た時の熱膨張差によるめっき層の損傷や剥離を一層効果
的に抑えることができ、鋳型寿命を一段と延長すること
ができるので好ましい。更に、上記Ｃｒ系めっき層を少
なくとも２層のＣｒまたはＣｒ系合金層によって構成す
る場合、該ＣｒまたはＣｒ系合金層の間に、鉄族金属の
少なくとも１種を主成分とする金属層または合金層を介
在させれば、熱衝撃によって生じることのあるクラック
の成長がめっき層内で中断もしくは分断され、鋳型基材
にまで至るＺｎの侵入をより確実に抑えることが可能と
なり、その結果としてＺｎアタック現象が一層効果的に
抑えられるので好ましい。

【００１１】また上記本発明において、３５０ＭＰａ以
上の残留圧縮応力を有するＣｒ系めっき層は、Ｃｒ系め
っき層の形成後、微細粒子を吹付けて所定の残留圧縮応
力を与えることにより容易に得ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】まず本発明における前提的要件、
即ち表層部をＣｒ系めっき層（ＣｒまたはＣｒ合金層）
で構成する理由は、Ｃｒまたはその合金の融点が高く且
つ溶融Ｚｎに対する溶解度も小さくて耐摩耗性や耐熱性
に優れたものであるからである。Ｃｒ系めっき層の形成
法は特に制限がなく、例えば電気めっき法などの湿式め
っき法、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリ
ング、ＣＶＤなどの気相めっき法などいずれも採用可能
であるが、コスト的に最も一般的なのは電気めっき法で
ある。

【００１３】該Ｃｒ系めっき層は、Ｃｒ系めっきの特徴
である耐溶融金属付着性を確保するため、めっき厚さを
０．３μｍ以上とすることが望ましい。しかしＣｒ系め
っき層は、厚くなればなるほど内部応力、特に引張応力
が大きくなる傾向があり、その結果としてＣｒ系めっき
皮膜にクラックが生じ易くなり、且つクラックの伝播も
起こり易くなる。従ってその厚さは１００μｍ以下に抑
えることが望ましく、経済性も考慮すると一般的な厚さ
は５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上、好ましい
上限は７０μｍ、より好ましくは３０μｍである。

【００１４】該表層部のＣｒ系めっき層に残留圧縮応力
を与えるのは、該めっき皮膜の耐クラック性を高めるた
めである。即ち本発明者らの検討結果によると、Ｃｒ自
身は高融点で耐摩耗性や耐溶融Ｚｎ性に優れたものであ
るにも拘らず、満足な鋳型寿命が得られない理由は、前述の如くＣｒ系めっき層形成時の熱影響（使用前に
おける下地層の硬化や密着性向上を目的とする熱処理工
程）によって微細なクラックが生成しており、且つ溶湯との接触による急速加熱と冷却の過激な熱サイク
ル下で、特にメニスカス部にクラックが新たに生成・成
長するためであり、Ｃｒ系めっきままの状態ではめっき
層が引張応力を有していることから、熱影響によるクラ
ックの生成ないし成長が避けられず、該クラックを通し
て鋳型基材であるＣｕやＣｕ合金層にまで溶融Ｚｎが侵
入し、めっき層の剥離や鋳型基材の損傷が短時間のうち
に進行するものと思われる。

【００１５】ところがＣｒ系めっき層に、後述する様な
微細粒子吹付け処理やバニシング加工を施して３５０Ｍ
Ｐａ以上の残留圧縮応力を与えると、該吹付け処理によ
って塑性流動が起こり、コーキング作用によりクラック
の多くが封孔・消失（即ち全体的に見て大幅に減少）す
ると共に、使用時における過酷な熱サイクルによるクラ
ックの生成、成長も著しく抑制され、Ｚｎアタックによ
るＣｒ系めっき層の剥離や損傷が著しく抑えられること
を知った。

【００１６】即ち本発明者らは、使用前の熱処理によっ
てクラックが発生したＣｒ系めっき層に微細粒子吹付け
やバニシング処理を行なうと、該処理によってクラック
の多くが封孔されると共に、該Ｃｒ系めっき層に残留圧
縮応力が付与されて使用時におけるクラックの生成およ
び成長も抑えられるという基礎実験結果を基に、該残留
圧縮応力の値がクラックの封孔・消失・減少に及ぼす影
響、および使用時におけるクラックの生成に及ぼす影響
を定量的に把握にすべく、後記実施例を含めた多くの実
験データの中から、微細粒子吹付け処理によってＣｒ系
めっき層に与える残留圧縮応力とめっき層断面に生成し
たクラックの減少率の関係、および使用時に受ける熱影
響による新たなクラックの生成率の関係を整理したとこ
ろ、図１，２に示す様な結果を得た。

【００１７】まず図１は、微細粒子の吹付けによって与
えられるＣｒ系めっき層の残留圧縮応力がクラックの封
孔・消失・減少に及ぼす影響を示した図であり、Ｃｒ系
めっき層に与えられる残留圧縮応力が３５０ＭＰａ以上
（図の圧縮応力では−３５０ＭＰａ以下）であれば、ク
ラックのほぼ５０％が封孔されて消失し、より好ましく
は４００ＭＰａ以上（図では−４００ＭＰａ以下）、更
に好ましくは５００ＭＰａ以上（図では−５００ＭＰａ
以下）になると、クラックのほぼ８０％以上、更にはほ
ぼ１００％が封孔されて消失し、鋳型寿命の大きな支配
要因であるＺｎアタックが効果的に阻止されることが分
かる。

【００１８】ところで原理上は、未封孔のクラックが少
しでも残留しておれば、Ｚｎアタック自体は発生する。
しかしながら実際に観測されるところによれば、クラッ
ク数が少なくなると、仮にＺｎアタックを生じてもクラ
ック周辺の損傷部分が発展的に連結して皮膜が一気に剥
離するという状況は極めて生じ難くなることが分かっ
た。即ち封孔率が１００％でなくとも、例えば５０％程
度以上となれば、実用面ではＺｎアタックの不具合は殆
んど無視し得る程度に改善されるのである。

【００１９】また図２は、残留圧縮応力と断面クラック
数の関係を示すグラフであり、試験にはガラスビーズ
（＃１００）を用い、処理時間を０〜１２０秒の間で変
化させた。図２によると、残留圧縮応力が圧縮側に大き
い試料では、熱サイクル試験後もクラックが生じておら
ず、これは熱サイクルを受けてもクラックが開口せず、
Ｚｎの侵入系路が断たれて実用面でのＺｎアタック現象
を生じさせなかったものと考えられる。

【００２０】尚本発明において、３５０ＭＰａ以上の残
留圧縮効力が与えられるＣｒめっき層は、その全面にわ
たって当該値の残留圧縮効力を与える必要はなく、熱衝
撃とＺｎアタックを最も受け易いメニスカス部に上記の
残留圧縮応力を与えればよく、例えば連続鋳造鋳型など
では該メニスカス部が上下５０ｍｍ程度の範囲で変動す
るのが通常であるので、少なくともこの領域、より好ま
しくはメニスカス部の上下１００ｍｍの範囲に上記値の
残留圧縮応力を与えておけば、本発明の目的は十分に果
たすことができる。

【００２１】また、上記Ｃｒめっき層の残留圧縮応力
は、使用時における溶融金属の温度や鋳造状況によって
変わるので、使用中あるいは使用後の残留圧縮応力によ
って規定することは適当でなく、上記で規定する残留圧
縮応力の値は、鋳造熱等の影響を受けておらない使用前
の値を意味する。

【００２２】上記で定める残留圧縮応力は公知のＸ線応
力測定法によって求めることができる。即ち、結晶質材
料に応力が加わって変形すると、結晶の格子面間隔が無
歪状態の値から変化してくる。Ｘ線応力測定法はこの現
象を利用し、Ｘ線回折角の測定値から格子面間隔の変化
量を求め、それから弾性力学的に残留圧縮応力を算出す
る方法であり、本発明で採用した算出手法は後述する
が、測定誤差を極力少なくして再現性を高めるには、好
ましくは４点以上の測定値の平均値として求めることが
望ましい。但し、測定手法や測定条件などは必ずしも後
述するものに限定されるものではなく、必要に応じて適
宜変更することが可能である。なお別手法を採用した場
合は、必要により比較・修正することが望まれる。

【００２３】Ｃｒ系めっき層に残留圧縮応力を与える為
の手段は特に制限されないが、前述の如くこの処理で
は、同時に使用前のＣｒ系めっき層に生じたクラックを
封孔・消失・減少させることが必要であるので、ショッ
トピーニング処理（ドライホーニング、液体ホーニン
グ、サンドブラストなどを包含する、以下同じ）やロー
ラバニシング処理の如く、表面のＣｒ系めっき層に物理
的な衝撃を与えることのできる方法を採用すべきであ
り、最も実用性の高いのはショットピーニング法の如く
微細粒子を吹き付ける方法である。尚ショットピーニン
グ処理に当たっては、Ｃｒ系めっき層の異常摩耗や劣化
を起こさせることなく、クラックの封孔と十分な残留圧
縮応力を与え得る様、ショットされる微細粒子の種類や
粒径などに応じて、ショット圧力や処理時間等を適正に
制御すれば良い。本発明者らが実験によって確認した好
ましいショットピーニング条件を例示すると下記の通り
である。投射角度：３０〜９０度ビーズ種類：ＳＵＳ、ガラスビーズ、ジルコニアビーズビーズ径：直径３０〜３００μｍ（＃５０〜＃３００
程度）の略球形空気圧：２〜１０ｋｇ／ｃｍ³ より好ましくは３〜
７ｋｇ／ｃｍ³ 投射距離：５〜１００ｍｍより好ましくは５〜３０ｍ
ｍ投射時間：１〜１２０秒より好ましくは５〜１００秒

【００２４】即ちショットピーニングに用いるビーズと
しては、様々の市販品があり、Ｃｒ系めっき層の表面性
状をいたずらに悪化させないものであればその種類の如
何は問わないが、好ましくは、長寿命で錆びないステン
レスビーズ、セラミックス（ジルコニア等）ビーズ、錆
びることなくコスト的にも有利なガラスビーズ等が推奨
される。また、ビーズ径が小さ過ぎる場合は満足のいく
クラックの封孔・消失・減少効果や残留圧縮応力付与効
果が得られ難く、逆に大き過ぎる場合はめっき層の表面
性状を悪化させる傾向が生じてくる。

【００２５】空気圧も、めっき表面性状の悪化やめっき
剥離などを起こすことなく十分なクラックの封孔・消失
・減少効果や残留圧縮応力付与効果を得る為の好ましい
範囲を選択している。投射距離は上記の範囲である限り
全く問題ないが、距離が短か過ぎると投射面積が狭くな
って処理効率が悪く、逆に長過ぎるとビーズの投射密度
が低くなるばかりでなく、投射圧力の損失も大きくなっ
て満足のいくクラック封孔・消失・減少効果や残留圧縮
応力付与効果が得られ難くなる。投射時間は、１投射領
域当たり１〜１２０秒程度で十分であり、過度に長くな
るとめっき層の損傷、劣化、剥離を起こす恐れが出てく
る。

【００２６】いずれにしても、Ｃｒ系めっき層に３５０
ＭＰａ以上の残留圧縮応力を付与し得る様な条件で、シ
ョットピーニング処理やバニシング処理を行なえば、Ｃ
ｒ系めっき層表面に存在するクラックの多くが封孔・消
失・減少すると共に、その後に過酷な熱サイクルを受け
た時でもクラックの新たな生成や成長は起こらず、Ｚｎ
アタック現象による鋳型の劣化を可及的に抑えることが
可能となる。但し、残留圧縮応力が過度に高くなる様な
条件設定を行なうと、めっき層の表面劣化や剥離などを
起こす恐れが生じてくるので、１，０００ＭＰａ程度以
下に抑えることが望ましい。Ｃｒ系めっき層に与えるよ
り好ましい残留圧縮応力は４５０〜８００ＭＰａの範囲
である。

【００２７】なおショットピーニング処理を行なえば、
Ｃｒ系めっき層への残留圧縮応力の付与およびめっき表
面のクラックの封孔・消失・減少に加えて、処理面の硬
度も向上して耐摩耗性が一層高められるという副次的効
果も得ることができる。またＣｒ系めっき表面のクラッ
クを封孔・消失・減少を無くすことによる副次的効果と
して、鋳型下方部での冷却水や腐食性物質の侵入が阻止
されて鋳型の耐食性も高められるので、こうしたことも
鋳型寿命の延長に寄与してくる。

【００２８】またＣｒめっき層を２層以上形成する場
合、下層側のＣｒめっき層にショットピーニング処理を
施して残留圧縮応力を付与した後、その上にＣｒめっき
層を形成すれば、該ショットピーニング処理によって表
面に微細な凹凸が与えられ、アンカー効果によって第２
層の密着性が高められ、また該凹凸により第２層の結晶
構造は第１層と異なって隣り合った結晶が入り込んだ構
造となり、全体としてのめっき層を上から下まで貫通す
る様なクラックが形成され難くなるといった効果も得る
ことができる。

【００２９】尚本発明を実施する際においても、めっき
層の硬度調整や密着性向上を期してめっき処理後に熱処
理を行なうことが有効であるが、この工程では前述の如
くＣｒ系めっき層にクラックが発生するので、この熱処
理は残留圧縮応力の付与前に行ない、その後で行なわれ
る残留圧縮応力付与と同時に、該クラックの封孔・消失
・減少を行なうべきである。

【００３０】上記では、本発明の基本思想となる「表層
Ｃｒ系めっき層のクラック封孔・消失・減少と残留圧縮
応力付与」について説明したが、このＣｒ系めっき層を
少なくとも２層のＣｒまたはＣｒ系合金層によって構成
する場合は、そのうち少なくとも１層の残留圧縮応力を
３５０ＭＰａ以上とすればよく、該ＣｒまたはＣｒ系合
金層の間に鉄族金属の少なくとも１種を主成分とする金
属層または合金層を形成すると、使用時におけるＣｒ系
めっき層のクラック発生を一層効果的に抑えることがで
きるので好ましい。

【００３１】即ち、例えば電気めっき法等によって単層
のめっき皮膜を形成する場合、該めっき皮膜による十分
な耐溶湯付着性を確保するには、前述の如くめっき厚さ
を０．３μｍ程度以上にすることが望ましい。ところ
が、Ｃｒ系めっき層が厚くなるにつれてめっき層の内部
応力は急増し、その結果としてめっき皮膜にクラックが
生じ易くなるばかりでなく、クラックの伝播も進み易く
なる傾向があり、こうした内部応力による障害を回避す
るための単層めっき層の厚さは、概ね５０μｍ以下が目
安となる。

【００３２】しかし本発明者らが種々研究を進めたとこ
ろによると、上記Ｃｒ系めっき層を複層構造とし、少な
くとも２層のＣｒまたはＣｒ合金層によって構成すると
共に、該めっき層の間に鉄族金属の少なくとも１種を主
成分とする合金層を介在させることによって単位めっき
層当りの厚さを薄くしてやれば、各単位めっき層内の内
部応力を小さく抑えると共に、単位めっき層にクラック
が発生したとしても該クラックの中断ないし分散が起こ
り、鋳型基材に至るまでのクラックの成長が起こらなく
なり、その結果としてＺｎアタック現象が阻止されて鋳
型寿命を更に延長することができるのである。

【００３３】ここで、ＣｒまたはＣｒ合金層の間に介在
させる金属層として鉄族金属（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）の少
なくとも１種を主成分とする金属または合金を選択した
のは、鉄族金属はＣｒとの親和性が高くて優れた層間密
着性を得ることができる他、その膨張率がＣｒと近似し
ており、しかも高融点でＺｎ侵食量も少なくてクラック
を分断するための中間層素材として最も適当であること
による。鉄族金属の中でも特に好ましいのはＣｏであ
る。

【００３４】該鉄族金属層の好ましい厚さは０．３μｍ
以上、より好ましくは３〜２０μｍであり、その理由
は、該鉄族金属層が薄過ぎると、Ｃｒめっき層間に設け
る中間層として十分な密着性が得られにくくなるばかり
でなく、クラック分断効果も不十分となり、逆に厚くし
過ぎることは経済的に好ましくないからである。該鉄族
金属層を介して形成される各ＣｒまたはＣｒ合金層の好
ましい厚さは、前述の如く０．３μｍ以上とすべきであ
るが、クラック分断効果や表層部の耐溶湯付着性、耐摩
耗性および経済性等を総合的に考慮した好ましい下限は
２μｍ、より好ましくは５μｍ、好ましい上限は５０μ
ｍ、より好ましくは３０μｍである。また、鉄族金属層
を含めた全体としてのめっき層数は、少なくとも３層以
上であればよいが、めっき層数を悪戯に多くすることは
めっき作業性や経済性にマイナスとなるので、５層ない
し７層までに抑えるのが良く、通常は３層構造までで目
的を十分に果たすことができる。

【００３５】更に本発明においては、前記複層構造のＣ
ｒ系めっき層あるいは単層構造のＣｒ系めっき層と、基
材となるＣｕまたはＣｕ合金製鋳型基材との密着性を高
めるため、これらＣｒ系めっき層と鋳型基材との間に、
鋳型基材側に、Ｎｉおよび／またはＦｅを主成分とする
合金めっき層からなる下地層を形成すると共に、Ｃｒ系
めっき層側には、Ｆｅおよび／またはＣｏもしくはそれ
らを主成分とする合金からなる中間層を形成すると、鋳
型寿命を更に延長することができるので好ましい。

【００３６】ここで、下地層としてＮｉおよび／または
Ｆｅを主成分とする合金めっきを選択した理由は、これ
らがＣｕまたはＣｕ合金鋳型基材に対して高い密着性向
上効果を有しているばかりでなく、該鋳型基材およびそ
の上に中間層として形成されるＦｅおよび／またはＣｏ
もしくはそれらを主成分とする合金と接触した状態で相
互に熱拡散を起こし易く、めっき層全体としての密着性
や鋳型基材との一体性が高められ、鋳型内面被覆として
の耐摩耗性を著しく高めるからである。こうした作用を
有効に発揮させる意味から、該下地層の好ましい厚さは
２０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上であるが、
あまり厚くすることは経済的に不利であるので２００μ
ｍ程度以下に抑えるのが一般的である。

【００３７】上記下地層を構成するＮｉおよび／または
Ｆｅ系合金めっき中に含まれる好ましい元素としては、
Ｃ，Ｐ，Ｂ，Ｗ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｃｒ等が挙げら
れ、これらは単独もしくは２種以上を含み得る。

【００３８】また、上記下地層の上側で且つＣｒ系めっ
き層の下側に形成される中間層として、Ｆｅおよび／ま
たはＣｏもしくはそれらを主成分とする合金を選択した
理由は、これらがＣｒとＣｕの中間の熱膨張率を有して
おり、熱サイクルを受けた時の熱膨張差に伴う内部応力
によってめっき剥離を起こすのを防止する上で最も好ま
しく、しかも高融点でＺｎ侵食量が少なくてクラックの
分断にも適しており、更にはこれらの金属は、加熱条件
下でＣｒやＮｉ等と相互に固溶し易く、表層側のＣｒ系
めっき層および下地層との間で相互に拡散接合して層間
接合力の向上に有効に作用し、めっき層全体としての耐
久性を高める作用を発揮するからである。こうした作用
を有効に発揮させる意味から、該中間層の好ましい厚さ
は０．３μｍ以上、より好ましくは２μｍ程度以上であ
るが、あまり厚くすることは経済的に不利であるので望
ましくは５０μｍ程度以下に抑えるのがよく、最も一般
的な中間層の厚さは３〜２０μｍの範囲である。

【００３９】尚、前記Ｃｒ系めっき層や下地層、中間め
っき層等の形成法には一切制限がなく、たとえば電気め
っき法や真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッ
タリング法、ＣＶＤ法等の気相めっき法、溶射法などを
任意に選択して採用することができる。

【００４０】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受
けるものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で
変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらは
全て本発明の技術範囲に包含される。

【００４１】実施例脱酸銅よりなる角棒（６ｍｍ角×８０ｍｍ）に、電気め
っき法によって表３，４に示す各種のめっき層を形成し
た後、３００〜５００℃で３０〜３００分の熱処理を施
し、その一部についてはショットピーニング処理または
ロールバニシング加工を行なって、Ｃｒ系めっき層に所
定の残留圧縮応力を付与すると共に、クラックを封孔・
消失させた。代表的なめっき条件を表１に、またショッ
トピーニング処理条件を表２に示す。得られた各めっき
層形成材について、下記の方法で試験を行ない、各めっ
き層のクラック数や損傷率を調べた。結果を表３，４に
示す。

【００４２】［耐Ｚｎアタック性評価試験］各試料を、
４５０℃の溶融Ｚｎに３０分間浸漬してから取り出し、
めっき層を含めた任意の縦断面１０箇所を顕微鏡観察
し、表層部のＣｒ系めっき層が消失している部分の長さ
の割合によってめっき損傷率を評価した。

【００４３】［耐クラック性評価試験］各試料につい
て、４５０℃⇔室温の熱サイクルを１０回繰り返した
後、めっき層を含めた縦断面１０ｍｍの長さを顕微鏡観
察し、鋳型基材まで到達しているクラックの数を調べ
た。また、銅合金基材（２０ｍｍ角×１０ｍｍ）に、上
記と同じ各種のめっき層を形成し、ショットピーニング
法により条件を種々変化させて残留圧縮応力を変化させ
た試料を作製し、上記と同じ熱サイクルを付加した後の
クラック数を同様にして調べた。

【００４４】［残留圧縮応力の測定法］下記のＸ線残留
応力測定条件によって測定した。Ｘ線管球：Ｃｒ−Ｋα フィルター：Ｖ管電圧：４０ｋＶ管電流：３０ｍＡ照射面積：２ｍｍ×２ｍｍ回折面：Ｃｒ（２１１），ＡＳＴＭ６−０６９４回折角：２θ＝１５３．０° 入射角：ψ＝０，１５，３０，４５° 応力定数：−２４９．３３ＭＰａ／ｄｅｇ

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】

【表３】

【００４８】

【表４】

【００４９】表３，４からも明らかである様に、本発明
の規定要件を全て満足する実施例では、いずれも溶融Ｚ
ｎに浸漬処理したときの損傷率が少なく優れた耐溶融Ｚ
ｎ性を有しており、また熱サイクルを与えた時のクラッ
ク数も少なく、特にＣｒ系めっき層の下地層としてＦｅ
系もしくはＮｉ系の合金めっき層を形成し、中間層とし
てＦｅ系もしくはＣｏ系めっき層を形成したもの、ある
いはＣｒ系めっき層を複層構造とし、Ｃｒ系めっき層の
間に鉄族系めっき層を介装させたものでは、耐溶融Ｚｎ
性および耐クラック性において非常に優れたものである
ことが分かる。

【００５０】これらに対し、表層部にＣｒ系めっき層を
形成し、あるいは更にＣｏ系やＮｉ系の下地めっき層を
形成したものであっても、いずれのＣｒ系めっき層にも
残留圧縮応力が与えられておらず引張応力が作用してい
る比較例では、耐溶融Ｚｎ性（損傷率）が非常に悪く、
耐クラック性も劣悪であることが分かる。

【００５１】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、Ｚ
ｎ含有溶湯を用いる鋳造用鋳型の溶湯との接触面におけ
る少なくともメニスカス部に形成されるＣｒ系めっき層
に残留圧縮応力を与えることによって、従来の引張応力
を有するＣｒ系めっき層に比べて格段に優れた耐溶融Ｚ
ｎ性と耐クラック性を得ることができ、Ｃｒ系めっき層
の有する優れた耐熱性や耐溶融亜鉛性とも相まって、鋳
型寿命を大幅に延長し得ることになった。

【００５２】また請求項３，４の発明によれば、鋳型基
材と前記Ｃｒ系めっき層との間にＮｉおよび／またはＦ
ｅを主成分とする合金めっき層を下地層として形成し、
且つその上にＦｅまたはＣｏ系の中間層を形成してＣｒ
めっき層の密着性等を高め、あるいはＣｒ系めっき層を
多層構造としＣｒ系めっき層の間に鉄族系金属もしくは
合金めっき層を介在させ、鋳型基材とＣｒ系めっき層の
密着性を高めると共に層間の熱膨張差を緩和すれば、め
っき層の層間剥離を一段と抑制しつつ耐熱摩耗性を高め
ることができ、鋳型の一層の寿命延長を図ることができ
る。

【００５３】更に請求項５の発明によれば、Ｃｒ層への
微細粒子の吹き付けによって、該Ｃｒ層に存在する微細
なクラックを埋めると共に、当該Ｃｒ層に簡単に残留圧
縮応力を与えることができ、耐Ｚｎアタック性をより効
果的に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｃｒ系めっき層の残留圧縮応力とクラック数の
関係を示すグラフである。

【図２】熱サイクル試験前後におけるＣｒ系めっき層の
残留圧縮応力とクラック数の関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２５Ｄ 5/52 Ｃ２５Ｄ 5/52 7/00 7/00 Ｆ (72)発明者加藤淳神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者漆原亘神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣｕまたはＣｕ系合金よりなる鋳型基材
における溶湯との接触面に、保護皮膜としてＣｒ系めっ
き層が形成された鋳造用鋳型において、該鋳型における
少なくともメニスカス部のＣｒ系めっき層は、３５０Ｍ
Ｐａ以上の残留圧縮応力を有していることを特徴とする
Ｚｎ含有金属の鋳造用鋳型。
【請求項２】ＣｕまたはＣｕ系合金よりなる鋳型基材
における溶湯との接触面に、保護皮膜として少なくとも
２層のＣｒ系めっき層が形成された鋳造用鋳型であっ
て、該鋳型の少なくともメニスカス部における上記Ｃｒ
系めっき層の少なくとも１層は、３５０ＭＰａ以上の残
留圧縮応力を有していることを特徴とするＺｎ含有金属
の鋳造用鋳型。
【請求項３】上記Ｃｒ系めっき層と鋳型基材との間に
は、鋳型基材側に、Ｎｉおよび／またはＦｅを主成分と
する合金めっき層からなる下地層が形成されると共に、
Ｃｒ系めっき層側には、Ｆｅおよび／またはＣｏもしく
はそれらを主成分とする合金からなる中間層が形成され
ている請求項１または２に記載の鋳造用鋳型。
【請求項４】少なくとも２層のＣｒまたはＣｒ系合金
層の間に、鉄族金属の少なくとも１種を主成分とする金
属層または合金層が形成されている請求項２または３に
記載の鋳造用鋳型。
【請求項５】３５０ＭＰａ以上の残留圧縮応力を有す
るＣｒ系めっき層は、Ｃｒ系めっき層の形成後、微細粒
子を吹付けることによって残留圧縮応力が与えられたも
のである請求項１〜４のいずれかに記載の鋳造用鋳型。