JPS60234958A - 耐摩耗性層を備えた連続鋳造用鋳型の製造方法およびこの方法によつて得られる鋳型 - Google Patents

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】 本発明は、鋳型中空室を区画していてかつ賦形作用を行
う面上に耐摩耗性の層を備えた、連続鋳造装置のための
鋼材から成る鋳型を造るための方法および鋳型に関する
。

例えば鉄および鋼のように高温溶融の金属を連続鋳造す
るには公知のように連続鋳造−底なし鋳型が使用される
が、この底なし鋳型は、高い熱伝導性を有していること
から銅材料で造られている。この鋳型は使用目的に応じ
て一体部分から成る鋳型と多部分から成る鋳型とに区別
され、一体部分からなる鋳型の場合は継目無くプレス或
いは鋳造された管体或いは溶接された板材或いは帯材か
ら造られ、或いはまた多部分から成る鋳型を必要とする
場合は一つの枠内で互いに固定されて鋳型中空室を形成
する鋳型片から造られる。

これらのすべての鋳型構造様式に共通なことは、溶鋼レ
ベル領域において熱透過率が高いことから鋳造されたビ
レット或いはスラブが鋳型壁に面した外側帯域において
急速に固化し、これにより薄い殻が生じ、この殻が鋳型
から剥がれ、次に流れて来る溶融物によって再び押し込
まれることである。このことによって条件ずけられるス
トランドの周面全体およびストランド全長にわ八る不等
な冷却挙動はストランド殻内に熱亀裂および破断を生む
機械的な応力を招く。

しかもまた、鋼材から成る連続鋳造−鋳型内挿体を使用
した場合、この連続鋳造−鋳型内挿体は鋳型中空室内で
、固化したストランド殻との摩擦によシおよびストラン
ドと鋳型中空室との間に流入するスラッグ粒子により著
しい摩耗をこおむる。これによって生じる鋳型内部寸法
の変形は鋳型の可能な使用寿命を決定的に短くする。更
に、不利なことはある種類の鋼が鋼上吸収し、とれが鋼
の結晶粒界拡散およびこれに伴い恐ろしい赤熱ぜい性を
招くことである。

こう言ったことから、これらの難点を回避するため既に
、鋳型内挿体の溶融物と接触する内表面上に耐摩耗性の
被覆を施すか、或いは浴レベルの領域においても鋳型体
の材料に比して熱伝導性の僅かな材料から成る鋳型内挿
体を設けることが提案されている（ドイツ連邦共和国公
開公報第１９５７５５２号参照）。この被覆は鋳型の耐
摩耗性を高めかつ従ってその寿命を高め、−１鋳型内挿
体は鋳型の高さに依存し比熱透過率の調節を可能にする
。

既に、例えば鋳型の溶融物と接触する表面に電解処理に
よシフロム層或いはニッケル層を被覆することがなされ
ている。しかし、例えばクロムは硬度が高いにも拘す、
比較的薄い、例えば約２５０μｍ以下の層でしか被覆出
来ないと言う欠点がある。なぜなら、そうでなかった場
合鋳型材料および被覆材料の延び係数が異なることによ
り、また付着力が僅かなことからこの層が破断してしま
うからである。更に、通常６Ｏ−１５０ａ＋１１の電解
処理によシ破覆された薄い層は、鋼材料から成る担持作
用を行う基礎層の強度が弱いことから、この層が硬い物
質により機械的に負荷された場合容易に破断してしまう
と言う欠点を有している。

ニッケル或いはコバルト或いは鉄と合金されたニッケル
合金はクロムよシも良好な挙動を示し、平坦な或いは幾
分成形された板上にでも数ばリメートル以下の厚みで積
層可能である。しかし、このような層の硬度はクロムに
比して僅かであり、加えて達せられ得る層厚みが矩形成
いは正方形の鋳型の場合、例えばビレットを造るための
鋳型管体の場合電解液の分散がうまくゆかないことから
約１５０−２００μｍに限定される。なぜなら、そうで
なかった場合鋳型の内部輪郭および寸法精度が不許容に
変わるからである。

例えびニッケルを燐酸、はう素の分散により或いは硬い
物質、例えば炭化珪素の拡散による積層方法のようカミ
解或いは化学的に積層を行う方法の外に、更に電気溶縮
溶射、ガス粉末溶射、プラズマ溶射或いはデトネーショ
ンプラズマ溶射のような溶射方法が提案されている。こ
の場合積層物質としては、モリブデン、アルミニウムブ
ロンズ、マンガンブロンズおヨヒニツクルークロムーは
う素−珪累−鉄一炭Ｘをベースとした硬質金属が使用さ
れる。

しかし、この溶射方法によって被覆された層の付着度は
充分でないことが分かった。更に、このような溶射層は
多少多孔性であシ、微細な亀裂を有しており、異形性で
メジ、かつ異方性である。鋳型内挿体の予加熱による鋳
型材料と被覆された材料との間の付着強度の可能な改善
は行うことは出来ない。何故ならこの場合冷間成形され
た鋳型の軟化およびこれに加えて開放状態での作業の場
合、即ち保護ガスによる覆いを使用せずに作業を行う場
合、賦形作用を行う鋳型壁の許容出来ない酸化が生じる
からでおる。

この公知の技術から出発して、本発明の根底をなす課題
は、良好な品質の耐摩耗性の材料から成る層を鋳型内挿
体の賦形作用を行う面上に永続的に被覆することである
。

上記の課題は本発明によシ、耐摩耗性の層をレーザ光線
を作用させることによって形成することによって解決さ
れる。この光線の高いエネルギ密度は帯域毎に、しかも
境界面領域内に存在している鋳型表面の溶解を誘起する
。これは鋳型の銅材料と層材料間の金属による結合を生
じさせる。これに伴い、境界を接している金属層の機械
的に強い永続的な固着が達せられ、長時間の作業継続に
あっても摩耗層の破裂が回避される。帯域毎の、即ち狭
く限られた帯域でのかつ比較的短時間の加熱は冷開成形
された鋳型の軟化ｆｅ阻止し、この場合被覆された或い
は被本発明による方法を実施する場合、鋳型の賦形作用
全行う面上に先ず金属層或いは金属を含んでいる層が付
着によシ被覆され、引続きこの層がレーザ光線の作用に
よシ溶融されて鋳型の鋼材料と冶金的に結合される。例
えば電解にょシ被覆されたニッケル層或いはクロム層で
もよい付着する金属層のレーザ光線による処理は鋳型中
空室の全表面にわたって行われる。しかし、とのレーザ
光線による処理を鋳型の機械的に特に負荷を受ける領域
に限定して行うことも可能である。例えば、鋳造ストラ
ンドにょシ最も強く機械的な負荷を蒙むる領域１例えば
鋳型の下方部分において耐摩耗性の金属層或いは金属を
含んでいる層を鋳型材料と冶金的に結合するだけで充分
なことがしばしばある。この領域内における被覆された
ニッケル層或いはクロム層の破裂は阻止される。この層
は同時に亀裂および孔かを持たないと言う点でも品質改
良が行われている。

レーザ光線による耐摩耗性の層を形成する他の有利な可
能性は、本発明の他の構成にょシ以下の点にある。即ち
鋳湯の賦形作用を行う面上に先ず金属層或いは金属を含
む層が被覆され。

引き続きこの層の材料にレーザ光線の作用の下に耐摩耗
性を高める添加物が合金結合される。

レーザによりタングステンカーバイド（Ｗｃ）、クロム
（Ｏｒ）、珪素（ｓｌ）、鉄（Ｆθ）、コバルト（ＣＯ
）等のような適当な合金粉末を単独で或いは混合した形
で被覆する場合、例えば上記の電解的に被覆されるニッ
ケル層は合金形成にのみ利用される。

本発明方法によシ、数ミリ塩の厚みのかつ優れた品質の
耐摩耗性の層を異論無く永続的に被覆することが可能と
なる。更に、これと関連して、本発明の本発明の他の構
成によシ耐摩耗性の層をレーザ光線を適用して鋳型の賦
形作用を行う面上に被覆溶着により被覆した場合有利で
あることが分かった。この方法にとって適している材料
は実地上溶射技術において公知のすべての材料、例えば
９０重量％以下のタングステンカーバイド（Ｎｏ）−コ
バルト（Ｃｏ）　ｔ−ベースとした材料、ニッケル（Ｎ
ｉ　）　をベーストシたタングステンカーバイドニッケ
ルーコバルト−クロムをベースとしたタングステンカー
バイド、クロム、はう素、珪素、鉄および炭素を有する
自己流動性の材料、並びに７５重量％以下のタングステ
ンカーバイド並びにステライトを含む添加物を有する材
料である。

この場合方法は、溶着物質を金属粉末の形で或いは金属
を含んでいる粉末の形で賦形作用を行う錆層面上へのレ
ーザ光線の衝突点の直ぐ手前で例えばプラズマ技術にお
いて一般的であるような供給装置により被覆し、そこで
溶融させるようＫして行われる。鋳型壁の境界に近い領
域が同時に溶融されるこ七によシ、鋳型壁の鋼材料との
異論の々い金属の拡散が達せられる。

このような被覆溶着箇所は実際に孔を有しておらず、曲
げ試験の際ももはや積層体と基材との間の分離は行われ
なり０ 本発明の他の可能な構成によシ、耐摩耗性の材料は例え
ば従来の溶射方法によル鋳型の賦形作用を行う面に載せ
られ、ここで始めて引き続いてこの材料をレーザ光線に
より帯域ごとに再溶融させ、この場合始めてこの一連の
再溶融で、任意に被覆された層と鋳型基材間の金属結合
が形成される。

賦形作用を行う鋳型面上に耐摩耗性の層を形成するため
の本発明の他の構成は、耐摩耗性を高める材料、即ち耐
摩耗性体をレーザ光線による処理によ多金属表面に拡散
させることである。

仁の目的のためカーバイド、窒化動勢のような摩耗性体
が例えばニッケル或いはクロムから成る電解的に被覆さ
れた金属層内にレーザによる溶融の際この層内にｍｓ的
に拡散される。しかし、この耐摩耗性体の拡散は賦形作
用を行う鋳型面の表面近傍領域内に直接行うこともでき
、従って耐摩耗性層は鋳型の銅材料内に拡散された固体
粒子によって形成される。

賦形作用を行う面として、グラファイトおよびりｐム、
ニッケル或いはコバルトから成る一種或いは多種類の材
料のような固体潤滑剤から成る混合メッキ層を有する、
いわゆる自己潤滑性の連続鋳造鋳型が公知である（ドイ
ツ連邦共和国特許公報第２９３０５７２参照）。この混
合メッキ層の問題点は、付加的か潤滑剤を加えるとと々
く高い温度での僅かな摩擦係数を可能にすることである
。従って鋳造ストランドのための排出抵抗が低減される
。この点で本発明は他の有利な適用可能性を与える。即
ち、レーザによシ同時に固体物質、例えば密化はう素（
Ｂ　Ｎ）、密化クロム（ｃｒＮ）およびクロムカーバイ
ト（ＯｒＣ）、タングステンカーバイ）　（Ｗｅ）　或
いはモリブデン（Ｍｏ　ｓ　２　）　もしくはタングス
テンカーバイ（ＷＳ２）が耐摩耗性層内に一緒に入れら
れる。

既に述べたように、付着する金属層を電解的な方法によ
シ鋳型の賦形作用を行う面上に、例えば純粋なニッケル
／ｉ或いは純粋なりロム層として被覆することが可能で
ある。この層は引き続きレーザ光線により鋳型壁と冶金
的に結合することが出来る。しかもまた、この層は合金
化された材料成分との合金化の働きをおこない、或いは
また金属をベースとしたマトリックスとして耐摩耗性体
の拡散のために使用することが出来る。

しかし、また金属層或いは金属を含んでいる層はプラズ
マ−１火炎−或いは火炎ショック溶射（デトネーション
溶射）Ｋよりｖ覆させる仁とも可能である。この場合公
知の方法が利用できる。これらの方法によシ１例えばタ
ングステンカーバイド、クロムカーバイト、チタンカー
バイトをベースとした、しかしまた純粋に酸化アルミニ
ウム、り四ム酸化物もしくはコバルト。

ニッケル、クロム、モリブデン等のような合金添加物を
備えた溶射層を加工することが出来る。

本発明による方法を実施するための他の可能性は、金属
層或いは金属を含む層を爆発メッキによル被覆すること
である。その際、引き続きいろいろな目的のためのレー
ザ光線による処理を行うことが出来る。

その際望まれている要求に応じて本発明による方法のた
め種々異なる材料或いは材料組み合わせ物を使用するこ
とが出来る。即ち金属層のヘーストシテハニッケルーク
ロムーコバルトー合金を使用するのが有利である。しか
し、またコバルト−クロム（ステ９イ）　）ｅぺ一、ｌ
：したいわゆる多成分合金も本発明の目的にとって有利
であることが分かった。金属を含む層は炭化物或いは窒
化物のような耐摩耗性体を拡散されて有する金属をベー
スとしたマトリックスから成っていても良い。仁の層は
ま例えばりｐムー酸化物、チタン−酸化物或いは酸化ア
ルξ二ラムのような金属酸化物単独或いはこれらの金属
酸化物の混合の形で含んでいてもよい。

本発明により鋳型の賦形作用を行う面上において形成さ
れた耐摩耗性層或いは摩耗保護層は少なくとも鋳型の脚
部領域内に設けられる。この領域は作業中において最も
強く摩耗応力をこむる領域である。

挿入物を溶鋼レベルの領域内に設け、これによル鋳型の
熱伝導性を僅かにしかつ鋳型壁の温度を高くするための
既に公知の提案（ドイツ連邦共和国公開特許公報第１９
５７３３２号参照）と関連して本発明は他の色々な利点
を与える。

即ち、ここで本発明による方法によシ組立て鋳型の溶鋼
レベルの領域に存在する矩形の或いはぐさび状の溝をレ
ーザ光線を適用して適当な金属粉末で充填することがで
き、かつこの溝内に溶込むことができる。鋳型−溝壁と
溶込まれた挿入物との間の間隙の形成はもはや行われな
い、なぜなら挿入物が境界面近傍の領域の金属間相互の
結合によシ実際に冶金的に鋳型壁内に一体イヒされるか
らである。

以下に添付図面に図示した実施例につき本発明を詳説す
る。

この場合図面は鋳型内挿体の壁部分の断面図を示してい
る。この壁部分は個々の板、または管の形の継ぎ目の無
い内挿体或いは任意の形の溶接され九内挿体であっても
よい。

例えば５Ｍのレーザで第１図に示した鋳型壁１の賦形作
用を行う面に全高さにわたって延びている耐摩耗性の積
層２が成形される。この目的のため鋳型壁１上に例えば
０ｕＡＧ　から成る板、７５重量％のＷｅ、２１１ｉ量
％のＮ１．３．５重量％のＯｒ、０．５重量％のＢ、０
．８ｉ量％の８１および０．８重量％のＦ６　の混合物
から成る粉末の材料が適当な配量装置によシレーザ光線
の衝突点の直ぐ手前で鋳型壁に被覆の載せられ、溶着さ
れる。この場合配量装置とレーザ光線は同期されて運動
する。約０．３−０，６　ｃｔｒｒ’７秒の作業速度で
耐摩耗性の層がＬ５ｔｘの厚さで載せられる。

異論のがい鋳型の基材との金属の拡散結合がＨＶ１０７
０の合金層の硬度で祷られ、層は実際に欠陥がない。「
火炎溶射或いはプラズマ溶射による材料被覆」作業工程
はこのうな方法で節減される。

本発明は電解処理によって形成された層と組み合わせて
も適用できる。即ち、例えば０．７．ｌのニッケル層が
鋳型の内面全体上の銅拡散を回避するために析出され、
引き続きこの面或いは最も著しく摩耗負荷を受ける面領
域もタングステンカーバイド、クロム、珪素、鉄、コハ
ドルト等の適当な混合の形での合金粉末添加のもとにレ
ーザによシ合金処理によシ被榎される。

第２図−第４図は本発明の他の実施例を示している。例
えばいわゆる組み立て鋳型３の脚部領域に切欠４が設け
られている。電解的な方法によシ、この切欠４をも含め
て全鋳型板上に約８０μｍ　の厚みのクロム層が被覆さ
れる。脚部の耐摩耗性を高めるため引き続き付加的に切
欠４内Ｋ例えば６０重量％のタングステンカーバイド、
２９重重景ニッケル、２重量％のほう素。

２重量％の珪素、２重量％の鉄および０．５重量％の炭
素から成る粉末混合物が拡散され、レーザで溶融され、
これＫよシこの領域内に硬質金属層６が生成される。こ
の方法にあって有利なことは、領域４内でも既に存在し
ているクロム層５が耐摩耗性の層６のための合金形成の
ために使用されることである。この場合Ｈｙ；１０２０
の硬度が達せられる。

この実施例と異なって、タングステンカーバイドを除い
てニッケルー、はう素−１珪素−１鉄−および炭素−の
組み合わせ物１Ｍ加した、もしくはニッケルの代わルに
コバルトを使用した組み合わせ物を添加した粉末混合物
によっても、或いはニッケル／コバルト−組み合わせ物
によっても使用にたえる硬度値を得ることが可能である
。同様に本発明の方法を実施するに当たって、作業を一
次りレム−積層５から出発せずに、例えばニッケルー積
層から出発して行い、相応して合金粉末を選択すること
も可能である。

その上タングステンカーバイドのか代わＣＫＴｉ０Ｐ或
いはｃｒ３ｃ　４有利に使用することができる。

鋼材料から成る第５図に図示した鋳型壁７は、溶鋼レベ
ル領域内に断面が矩形の内挿体８を備えている。例えば
３−５重量％のＡ／　を含んでいるＮｉ　−Ａ／−組み
合わせの粉末混合物を鋳型壁内の相応して予め形成され
た溝内に充填し引き続きこの粉末をレーザ光線装置によ
ル溶融して溶込むことによシ、永続的な固着が達せられ
る。これによ多本発明は、肉厚のかつ付着強固な被覆お
よび内挿体を内挿体８とこれに続いている鋳型壁間の間
隙形成の危険を伴うことなく造ることの課題の解決策を
も提供する。これは特に、鋳型の熱伝導性が僅かである
こと、および鋳型壁の温度が比較的高いことが望ましい
鋳型領域にとって言えることである。このこと紘、しば
しば鋳造の際敏感な鋼の鋳造の際に言えることである。

第６図社専ら、鋳型壁９の溶鋼レベルの領域内に熱伝導
性の僅かな材料から成るくさび状の内挿体１０が設けら
れている実施例が示されている。この内挿体も、レーザ
による溶融によシ鋳型壁の境を接している面との拡散結
合が達せられることにより、鋳型壁内に固く接合されて
いる。

【図面の簡単な説明】

９１図から第６図は本発明によって加工された鋳型の壁
の部分断面図。 図中符号は、 １・・・鋳型壁　２・・・積層 ３・・・組立て鋳型　４・・・切欠 ５・・・クロム一層　６・・・硬質金属層７・・・鋳型
壁　８・・・内挿体 ９・・・鋳型壁　１０・・・内挿体 代理人　江崎光好 代理人　江　崎　光　史 第１図　第２δ 第４図　第５図 Ｉｔ　第３閃 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　鋳型の中空室を区画している、賦形作用を行う面
   上に耐摩耗性の層を備えている連続鋳造用鋳型のための
   、銅材料から成る鋳型を製造するための方法において、
   耐摩耗性の層をレーザ光線の作用によυ形成することを
   特徴とする上記方法。 ２　鋳型の賦形作用を行う面上に先ず金属層或いは金属
   を含む層を付着させ、引き続き、この層をレーザ光線を
   作用させることによプ鋳型の銅材料と溶融によシ冶金的
   に結合させる、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ＆　付着した金属層或いは金属を含んでいる層を鋳造ス
   トランドによって最も強い負荷をこおむる領域内におい
   てのみレーザ光線によシ鋳型の鋼材料と冶金的に結合す
   る、特許請求の範囲第２項に記載の方法。 ４、　鋳型の賦形作用を行う面上に先ず金属層或いは金
   属を含む層を付着させ、引き続きこの層の材料にレーザ
   光線を作用させて耐摩耗性を高める添加物を合金結合さ
   せる。特許請求の範囲第１項或いは第２項に記載の方法
   。 ５、　鋳型の賦形作用を行う面上に耐摩耗性の層をレー
   ザ光線による溶着被覆する、特許請求の範囲第１項に記
   載の方法。 ＆　溶着勧賞を金属粉末或いは金属を含む粉末の形でレ
   ーザ光線の衝突点の直前において鋳型の賦形作用を行う
   面に載せ、そこで溶融させる、特許請求の範囲第５項に
   記載の方法。 ｌ　鋳型の賦形作用を行う面の表面近傍の領域内にレー
   ザ光線の作用の下に耐摩耗性を高める材料を拡散させる
   。４Ｉ許請求の範囲第１項から第６項のいずれか一つに
   記載の方法。 ＆　耐着する金属層或いは金属を含む層内にレーザ光線
   の作用下に耐摩耗性を高め小材料を拡散させる。特許請
   求の範囲第２項から第７項のいずれか一つに記載の方法
   。 ９　レーザ光線の作用下に形成された耐摩耗性の層内に
   固形潤滑剤を一緒に溶込む、特許請求の範囲第１項から
   第８項のいずれか一つに記載の方法。 １α　耐摩耗性を高める添加物の合金化および／または
   溶込み並びにレーザ光線による被覆溶着を鋳造ストラン
   ドによって最も著しく機械的負荷をこおむる領域におい
   てのみ行う、特許請求の範囲第４項から第９項に記載の
   方法。 １１、金属層或いは金属を含んでいる層を電解方法によ
   って被覆する、特許請求の範囲第２項から第１０項のい
   ずれか一つに記載の方法。 １２、金属層或いは金属を含んでいる層をプラズマ−１
   火炎−を火炎衝撃溶射によシ被覆する、特許請求の範囲
   第２項から第１１項に記載の方法。 １＆金属層或いは金属を含んでいる層を爆発メッキによ
   り被覆する、特許請求の範囲第２項から第１２項に記載
   の方法。 １４、金属層のためのベースとしてニッケル（Ｎ１）或
   いはり四ム（Ｏｒ）　を特徴する特許請求の範囲第２項
   から第１３項に記載の方法。 １５、金属層のためのベースとしてニッケル（Ｎ１）−
   クロム（Ｏｒ、）−コパル）　（Ｃｏ）−合金を特徴す
   る特許請求の範囲第２項から第１４項のいずれか記載の
   方法。 １＆　金属層のためのベースとしてコパル）　（Ｇｏ）
   −クロム＜ｃｒ＞　＜ステライト）ｔ−ベースとした多
   成分合金を特徴する特許請求の範囲第２項から第１５項
   に記載の方法。 １１　金属を含む層が炭化物或いは窒化物のような耐摩
   耗性体が拡散されている金属−ベース−マトリックスか
   ら成る。特許請求の範囲第２項から第１６項のいずれか
   一つに記載の方法。 １ａ　金属を含んでいる層が金属酸化物を含んでいる、
   特許請求の範囲第２項から第１７項に記載の方法。 １Ｌ？、鋳型壁の賦形作用を行う内面に耐摩耗性保護層
   を有する連続鋳造用鋳型において、耐摩耗性保護層が鋳
   型壁の少なくとも表面近傍領域が溶融された後この鋳型
   壁と冶金的に結合されていることを特徴とする、鋳型。 ２α　鋳型の少なくとも下領域が鋳型壁と冶金的に結合
   されている耐摩耗性保護層を備えている１％許請求の範
   囲第１９項に記載の鋳型。 ２１、鋳型の下方領域内に存在している耐摩耗性保護層
   が残シの領域に設けられている耐摩耗性保護層に比して
   比較的厚い肉厚を有している。特許請求の範囲第２０項
   に記載の鋳型。 ２２、溶鋼レベル内に同時に熱伝導性が低減されている
   耐摩耗性保護層が設けられている、特許請求の範囲第１
   ９項に記載の鋳型。 ２３、熱伝導性が低減されている耐摩耗性保護層が溶鋼
   レベル内で内挿体の形で設けられている、特許請求の範
   囲第２２項に記載の鋳型。 ２４、内挿体の断面がストランドの走過方向で走る境界
   面でくさび状或いは部分的にくさび状に形成されている
   。特許請求の範囲第２３項に記載の鋳型。 ２ａ　溶融の後固化した領域がその周面に対して種類お
   よび／量によシ異なる合金成分を含んでいる。特許請求
   の範囲第１９項から第２４項のいずれか一つに記載の鋳
   型。