JPS63183748A - 連続鋳造用鋳型 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、オンライン寿命が長く、連続鋳造機の高稼
動率と安定操業、更には整備コストの著しい低減を可能
とする連続鋳造用鋳型に関するものである。

〈従来技術とその問題点〉 一般に、連続鋳造によって鉄鋼等の鋳片を製造する場合
には鋳型内面の性状が鋳片品質に大きな影響を与えるも
のであることから、実際の連続鋳造においては作業中に
発生する鋳型内表面の“摩耗”や“すり疵”の程度が鋳
型のオンライン寿命の目安とされ、これによって鋳型交
換周期が決定されている。従って、従来からメッキ処理
や溶射処理により鋳型内面を保護して鋳型寿命の延命化
を図ることが行わ・れており、これまでにも摩耗速度の
遅いメッキ材や溶射材が数多く開発され実用されてきた
。

例えば、メッキ処理による鋳型内面性状の維持策として
はＮｉ電着法、Ｎｉ電着層の上にＮｉの化学メフキ層を
設ける方法、Ｎｉ−Ｃｒ合金電着法、Ｎ１−Ｗ合金電着
法、Ｎｉ−Ｆｅ合金電着法或いはＣｒメッキ法等が知ら
れており、溶射処理による鋳型内面性状の維持策として
はＮｉ−Ｃｒ合金溶射層を設ける方法、Ｗ−Ｃ合金溶射
層を設ける方法或いはＮｉ　−Ｃｒ−Ｍ。

合金溶射層を設ける方法等が知られている。

また、直接的な肉盛溶接ができなかったＣｕ製鋳型表面
に、まず下地処理としてＦｅ又はＮｉメッキを施し、そ
の上にＣｏ　−Ｃｒ合金の肉盛溶接層を設ける提案もな
されている（特公昭５５−４０３４２号公報）。

しかしながら、メッキ処理による鋳型には、○　Ｎｉメ
ッキ処理品の場合には表面硬度に限界があって摩耗し易
いので十分な寿命の延命化が図り難い、 ｏ　Ｃｒ系メッキ処理品の場合には表面硬度は良好であ
るが、ＣｒとＣｕの熱膨張差が大きいことからメッキの
剥離を生じ易くてやはり十分に満足できるオンライン寿
命を確保し難い、Ｑ　メッキ処理品は総じて所望メッキ
厚を確保するのに長時間が必要であり、この点からのコ
スト高を免れ得ない、 との問題点が、また溶射処理により内面に保護層を形成
する鋳型には、 ○　密着力不足のために溶射被覆層の剥離現象がしばし
ば生じ、“突然の鋳型交換”を余儀無くされる傾向があ
る、 ○　溶射技術上、形成させ得る溶射被覆層の厚さは０．
１〜０．５鶴程度が限界であるので十分な鋳型寿命の延
命化を図り難い、 ○　溶射の際に鋳型を構成する母材銅板温度が１０００
〜１２００℃まで上昇して強度低下を起こすため、析出
硬化型の銅合金製鋳型にしか適用出来ない、 Ｏ溶射コストが高い、 等の問題点がそれぞれ存在しており、更に、Ｆｅ又はＮ
ｉメッキを施した後にＣｏ　−Ｃｒ合金の肉盛溶接保護
層を形成する鋳型では、 Ｏメッキ面での密着力に限界があり、時としてメッキ面
からの剥離現象を生じがちである、○　下地メッキがＦ
ｅである場合には肉盛溶接時に亀裂を生じることが多々
あり、保護層の形成が困難である、 Ｏ肉盛溶接が可能となる下地メッキ厚（例えば０．５ｍ
ｍ）を得るのに長時間を要する、との問題点を解消する
ことが出来なかった。

その上、最近では高速連続鋳造機や高速・高能率（鋳込
み中幅替え可能）連続鋳造機が採用されるようになって
きたことから鋳型摩耗条件も一段と苛酷となり、早期に
発生しがちな、例えば第１図で示す如き鋳型の下部摩耗
ｌやコーナー摩耗２等の“局部摩耗”が鋳型交換周期を
決める主因となって、鋳型交換の周期は一層短かくなる
傾向を示している（なお、第１図において符号３は“す
り疵”の発生し易い部位を示している）。従って、摩耗
が少なく長期間の安定操業が可能な、コストの安い連続
鋳造鋳型の開発が緊急課題となっていた。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、鋳型のオンライ
ン寿命を縮め連続鋳造機の稼動率や安定操業を妨げると
ころの“局部摩耗”や“すり疵”を長期に亘って抑制し
、「高品質鋳片を作業性良く安定製造し得る連続鋳造鋳
型」をコスト安く提供すべく鋭意研究を重ねた結果、以
下（ａ）〜（ｅ）に示される如き知見を得るに至ったの
である。即ら、（ａ）　　一般に銅又は銅合金に高融点
材料の肉盛溶接を施こそうとすると「熱膨張係数が大き
いため溶接時の入熱により歪が発生して寸法公差が外れ
る」、「熱伝導度や電気伝導度が極めて良好なため極く
高い予熱温度が必要であり、従ってその熱によって強度
低下を来たす」、「肉盛り材の融点が母材のそれよりも
高いために溶接入熱が高くなり、溶接部にカットが出来
たり、母材での再結晶が促進されて強度低下を来たした
りし、これを防止しようとすれば融合不良等の溶接欠陥
が生じる」等の問題があるため、銅又は銅合金への高融
点材料の直接的な肉盛溶接は不可能とされていたが、そ
のような銅または銅合金表面であっても、○　母材をフ
レームにセットしたままの状態で、かつ背面から水冷（
２００℃以下に保持するのが適当）しなからＴＩＧ溶接
にて肉盛溶接を行う、 ○　Ｈｅガスシールド等を採用しながら溶接エネルギー
（アークエネルギー）を高＜シて肉盛溶接を実施する（
溶接電流は３５０〜４５０Ａ程度が適当）、 ○　溶接入熱を少なくし、母材への影響を出来るだけ小
さくするために、母材と上盛り材との中間の融点を持つ
下盛りを実施する、と言う手段を採用すれば高融点材料
の肉盛溶接層を十分に安定して形成できること、 （ｂ）シかも、下盛り層の材質と厚さを母材及び上盛り
層の材質に合わせて特定のものに調整すれ・ば、上盛り
層として高温で優れた耐摩耗性を発揮する硬質合金を採
用したとしても、上盛り材と母材との熱膨張差が十分に
吸収・緩和されて表面亀裂の発生が防止される上、肉盛
層と母材との密着性をも著しく高め得ること、 （Ｃ１従って、連続鋳造鋳型における“摩耗”や“すり
疵”発生の起き易い部分、或いは内面全体に上述のよう
な下盛り材と上盛り材とを特定厚さで肉盛溶接すれば、
簡単・迅速に、しかもコスト安くオンライン寿命の延命
化を図ることができ、高品質鋳片の安定製造が一段と容
易になること、（ｄｌ　　上述のような肉盛溶接を補修
の目的で摩耗や損傷を生じた部分（当然この部分は摩耗
や損傷を生じ易い部分でもある）へ局部的に施した連続
鋳造鋳型であっても、鋳型のオンライン寿命は十分に延
命化され、安定した作業性が維持できること、 （ｅ）　　上述のような肉盛溶接部を含む連続鋳造鋳型
内面に更に薄いクロムメッキ層等の鋳型使用初期焼付き
防止メッキ層を施すと、鋳造初期の焼付き防止効果が改
善されて鋳造作業が一層安定化すること。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 「連続鋳造鋳型を、銅又は調合金製の両端開放鋳型本体
内面の少なくとも一部に、第２図（ａｌで例示する如く
、厚さが０．５　ｌ１１ｍ以上でＮｉを５０〜７５重量
％含有する下盛Ｎｉ−Ｃｕ合金層４と、厚さが１ｍｍ以
上でＮｉ：５５〜７５重量％、　Ｃｒ：　２５〜３５重
量％、Ｃ：０．５〜１．０重量％を含み残部が実質的に
Ｆｅである合金の上盛層５との２層肉盛溶接層を有せし
めた構成とするか、或いは第２図（ｂｌで例示する如く
、前記肉盛層部を含む内面を更に少なくとも１０μｍ以
上の使用初期焼付き防止メッキ層６で被覆した構成とす
ることによって、内面摩耗や疵の発生を極力抑制してオ
ンライン寿命を著しく延命化せしめると共に、鋳型の製
造・保守コストを極力低く抑えた点」 に特徴を有するものである。

なお、ここで鋳型本体の材質（第２図にて符号７で示す
）は銅又は銅合金であれば格別に制限されるものではな
く、通常の脱酸銅、リン脱酸銅、Ａｇ　−Ｃｕ合金、Ｃ
ｒ　−Ｃｕ合金、Ｃｒ　−Ｚｒ　−Ｃｕ合金等の何れで
あっても何ら差し支えはない。また、本発明に係る「連
続鋳造用鋳型」とは、前記肉盛溶接層を新しく作成され
た鋳型本体に設けたものは勿論、鋳型の補修時に前記肉
盛溶接層を形成したものをも含めて意味していることは
言うまでもない。そして、前記の如き肉盛溶接層は鋳型
本体の内面全体に設けても良いが、特に摩耗の生じ易い
鋳型下部やコーナ一部のみに設けるだけでも十分な寿命
延長効果が得られるので、コスト面からは上記部分のみ
に止めておくのが得策と考えられる。

更に、前記「使用初期焼付き防止メッキ層」としては、
この目的のために普通に用いられている“クロムメッキ
層”や例えば特公昭５２−５０７３４号公報に記載され
ている如き“Ｎｉ及びＣｏの一種以上から成る下層メッ
キ層と、３〜２０−ｔ％Ｐ−２〜１５ｗｔ％Ｂ−Ｎｉ、
Ｃｏ合金から成る中間メッキ層と、上層クロムメッキ層
との３層メッキ層”等が適用できる。

ところで、この°発明の連続鋳造鋳型において、下盛り
Ｎｉ−Ｃｕ合金層及び上盛り合金層の化学成分組成と厚
み、並びにクロムメッキ層の厚みを前記の如くに数値限
定した理由を以下に説明する。

［下盛りＮｉ−Ｃｕ合金層］ Ａ）成分組成 Ｎｉ−Ｃｕ合金としたのは母材及び上盛り材との密着性
が良好である上、銅に近い熱伝導度（２０〜３０　Ｋｃ
ａ　ｌ　／ｍ”ｈ　’ｔ：　）及び線膨張系数（１２〜
１３ｘｌＯ−’／’Ｃ）を得ることが出来るからである
が、Ｎｉ含有割合が５０重量％未満であると上盛り材と
の密着性が十分でなく、一方、Ｎｉ含有割合が７５重量
％を越えると銅との熱伝導度や線膨張系数の差が大きく
なって良好な肉盛溶接が出来なくなることに加えて、銅
母材との密着性も劣化する。

Ｂ）層厚 下盛り層の厚みが０．５ｍ■未満では、銅母材との溶融
結合が不十分となる上、上盛り層との拡散厚みも十分で
な（なって肉盛層の密着性が劣化する。

なお、好適な下盛り層厚は１１１ｍ程度である。

［上盛り合金層］ Ａ）成分組成 上盛り層の化学成分組成は「亀裂発生が少なくて耐摩耗
性が良好であり、しかも高潤滑性能を有していて焼付き
が起こらないもの」と言う観点から限定されたものであ
るが、個々の成分についての限定理由をより詳しく説明
する。

（ａ）　　　Ｎｉ Ｎｉ含有割合が５５重量％未満では比摩耗量が大きくて
焼付が発生し、一方、７５％重量を越えて含有させると
焼付は生じないが比摩耗量が増加する。

（ｂ）　　Ｃｒ Ｃｒ含有割合が２５重量％未満では比摩耗量が大きくて
焼付が発生し、一方、３５重量％を越えて含有させると
比摩耗量が小さくて良好ではあるものの、やはり焼付を
生じるようになる。

（Ｃ）　　Ｇ Ｃ含有割合が０．５重量％未満では、比摩耗量は小さい
ものの焼付が発生し、一方、１．０重量％を越えて含有
させると比摩耗量が小さい上に焼付発生もないが、微小
亀裂が生じるようになる。

Ｂ）層厚 上盛り層の厚みが１龍未満では、肉盛溶接により層全体
が下盛り層との拡散層となって所望の耐摩耗性を確保出
来なくなる恐れがある。

［鋳型使用初期焼付き防止メッキ層の層厚］クロムメッ
キ層等の鋳型使用初期焼付き防止メッキ層は鋳型の使用
初期における焼付き防止効果を改善するため必要に応じ
て設けられるものであるが、その厚みが１０μｍ未満で
は十分な焼付き防止改善効果が得られない。

さて、前述の如き構成としたこの発明の連続鋳造鋳型に
見られる優れた特徴点は、主として以下に示す要素が相
乗的に絡み合って醸し出すものと考えられる。

■　鋳型銅板に特定材質の肉盛層を溶接施工することで
、迅速な作業性の下で母材の剪断力差の密着力が得られ
、“肉盛層の剥離”と言う問題が十分に解消できたこと
に加えて、ピンカース硬さくＨｖ）４００以上の耐摩耗
性に優れた表面硬度が得られる。

■　肉盛層を“上盛り”及び“下盛り”の２層構造とす
ることで下盛り層に緩衝作用を担わせることができるの
で、表層材（上盛り材）として母材との熱膨張差等の大
きな高耐摩耗性材料を使用し、かつその厚みを厚くした
としても熱亀裂の発生は最小限に抑えられ、肉盛層の剥
離や鋳片品質への悪影響を生じることが殆んど無い。

■　鋳型製作に特殊な設備を必要とせず、極めて安価に
高寿命品の製造ができる。

〈発明の効果〉 この発明に係る連続鋳造用鋳型（鋳型下部とコーナ一部
のみに２層肉盛溶接層を設けたもの）と従来のＮｉ系メ
ッキ処理鋳型及びＮｉ　−Ｃｒ系溶射処理鋳型との性能
を対比すると、おおよそ次のような結果が得られるが、
これは従来品におけるＮｉ系メッキの種類やＮｉ−Ｃｒ
系溶射の種類を問わずに、また対比する本発明品の規定
条件内での成分や層厚に大きく左右されることなくもた
らされる結果である。

ｉ）この発明の鋳型では従来品に比して鋳型下部やコー
ナ一部等の局部摩耗量が減少し、オンラインでの鋳型寿
命が２〜３倍延びる。従って、この発明の鋳型を使用す
ると鋳型替え回数が減少し、安定操業と増産が可能とな
る上、鋳型整備コスト（表面処理コスト並びに補修・整
備作業コスト）が約半減する。

第３図は、従来品（Ｎｉ系メッキ処理品）と本発明品と
の摩耗速度を比較したグラフであるが、本発明品は従来
品に比して格段に優れた耐摩耗性を有していることが明
らかである。

なお、鋳型の内表面硬度は本発明品がＨｖ４００〜５０
０程度であるのに対して、従来のＮｉ系メッキ処理品が
Ｈｖ１９０〜３６０程度、Ｎｉ−Ｃｒ系溶射品がＨｖ３
９０〜６１０であったが、その損耗度はＮｉ系メッキ処
理品を１とすると第１表のようであった。

（注）　「本」は「本発明品」を示す。

ｉｉ　）この発明の鋳型では、鋳型替え周期の延長に伴
い鋳型銅板（鋳型本体）自身の寿命も延命化され、補修
による繰り返し使用を前提として従来品に比べて２〜３
倍の寿命となる。従って、銅板購入コストが略半減する
。

次の第２表は、従来品（溶射処理品はＮｉ下地メッキ＋
ＷＣ溶射品）と本発明品との鋳型本体寿命を比較したも
のであるが、この表からも本発明品の優れた耐久性が明
らかである。

第　　　２　　　表 （注）表中の数値は成分割合（ｗｔχ）を表わす。

ｉｉｉ　）この発明の鋳型では、鋳型替え周期が延長さ
れるので鋳片品質（縦割れの有無やコーナー形状）の向
上が得られ、また整備の絶対数減少に伴う運搬費の軽減
や予備鋳型保有数の圧縮等が可能となるなど、好ましい
関連効果がもたらされる。

次に示す第３表は、これらの主要なものの概略この発明
に係る連続鋳造用鋳型は上述のような優れた特徴を有し
ているが、以下、実施例によりこの発明の効果をより具
体的に説明する。

〈実施例〉 実施例　１ 短辺幅２７０鶴×高さ９００鶴、長辺幅１６００寵×高
さ９００ｗｍなる寸法の、純銅から成るｇ鋼の連続鋳造
用鋳型基体（本体）”の数チ中−ジ使用した後のものを
準備し、その短辺鋳型を水洗した後、まず前表面を薄（
機械加工して残存しているメッキを取り除いた。

次いで、鋳型表面の摩耗が著しい“最下面”及び“下部
の両コーナー″（第１図で示した部分）を高さ：３００
■■９幅：４０ｍｍ、深さ＝２鶴に亘って機械加工した
。

続いて、この段付部に次の条件で２層の肉盛溶接を施し
た。

［第１層目］ 肉盛方法・・・ＴＩＧによる手溶接 （シールドガスとしてＨｅ使用）、 溶接棒・・・７０％１ｔ％Ｎｉ−３０ｗｔ％Ｃｕのｉ、
ｅｍφ、溶接電流・・・３５０〜４００Ａ。

溶接速度・・・１０　ｃｍ／ｓｉｎ。

予熱・・・無し、 溶接中水冷・・・無し、 肉盛層厚・・・１龍、 肉盛層の化学成分組成・・・溶接棒組成と実質的に同じ
。

［第２層目］ 肉盛方法・・・ＴＩＧによる手溶接 （シールドガスとしてＨｅ使用）、 溶接棒−０，８ｗｔ％Ｃ−６０ｉ１ｔ％Ｎｉ−３０ｗｔ
％Ｃｒ−Ｆｅの１．６ｎφ、 溶接電流・・・３００〜３５０Ａ、 溶接速度−１０ｃｍ／ｍｉｎ、 予熱・・・無し、 溶接中水冷・・・無し、 肉盛層厚・・・１．５ｎ＋、 肉盛層の化学成分組成・・・溶接棒組成と実質的に同じ
。

次に、形成された肉盛表面を機械加工し、肉盛を施さな
かった銅部位と同一レベルの平面とした後、前述した特
公昭５２−５０７３４号公報に示された３層メッキを厚
さ２０〜３０１Ｊｍで施した。

このような処理を行っても、洞性鋳型母体（本体）の硬
度はｆｌｖｌｌＯを示して肉盛−溶接前の母体（本体）
硬度ＨｖｌｌＯと変化はなく、鋳型の歪を生じることが
なかった。これに対して、肉盛・メッキ部の表面硬度は
Ｈｖ４００以上となっており、優れた耐摩耗性表面とな
っていることが確認された。

また、下盛り層と母材、並びに下盛り層と上盛り層相圧
の密着度は十分な溶融結合が成されている関係上極めて
良好であって、強い結合となっていることが確認された
。

この連続鋳造鋳型を使用して鋼の連続鋳造を実施したと
ころ、使用寿命が１２００回前後と従来のもの（使用寿
命：４００〜５００回）に比して格段に向上することが
分かった。

なお、同様に肉盛溶接を施した鋳型で、最表面のメッキ
を施さなかったものについても同様な試験を行ったが、
この場合には鋳造作業開始時に焼付き現象が起こりがち
であったが、その他はメッキを施したものと何ら変わり
のない結果が得られた。また、未使用の鋳型本体に肉盛
或いは肉盛・メッキ処理した鋳型においても同様の結果
が得られたことは言うまでもない。

実施例　２ 短辺幅２３５ｎＸ高さ７００１軌長辺幅２３００　ｖｓ
×高さ７００關なる寸法の、純銅から成る“鋼の連続鋳
造用鋳型基体（本体）”の数チャージ使用した後のもの
を準備し、実施例１おけると同様に水洗並びに機械加工
を施してから、次の肉盛溶接を実施した。

［第１層目コ 肉盛方法・・・ＴＩＧによる手溶接 （シールドガスとしてｆｌｅＨｅ使用 溶接棒−６０ｗｔ％Ｎｉ　　４０ｗｔ％Ｃｕの２．４１
１φ、溶接電流・・・３５０〜４００Ａ、 溶接速度・・・１０ｃ１１／ｌｌ１ｉｎ、予熱・・・無
し、 溶接中水冷・・・鋳型本体の冷却孔を利用して実施、肉
盛層厚・・・１ｍ、 肉盛層の化学成分組成・・・溶接棒組成と実質的に同じ
。

［第２Ｎ目］ 肉盛方法・・・ＴＩＧによる手溶接 （シールドガスとしてＡｒ使用）、 溶接棒＝　１．Ｏｗｔ％Ｃ６５ｗｔ％Ｎｉ−２５ｗｔ％
Ｃｒ−Ｆｅの１．６ｍ■φ、 溶接電流・・・３００〜３５０Ａ、 溶接速度・・弓Ｏｃｍ／ｗｉｎ、 予熱・・・無し、 溶接中水冷・・・鋳型本体の冷却孔を利用して実施、肉
盛層厚・・・１　、５　ｍｍ、 肉盛層の化学成分組成・・・溶接棒組成と実質的に同じ
。

次に、形成された肉盛表面を機械加工し、肉盛を施さな
かった銅部位と同一レベルの平面とした後、２０〜３０
μｍ厚でクロムメッキを施した。

この結果、肉盛・メッキ部の表面硬度は６００℃でＨｖ
３００を示し、高温域においても優れた耐摩耗性を発揮
することが確認された。

また、下盛り層と母材、並びに下盛り層と上盛り層相圧
の密着度は十分な溶融結合が成されている関係上抜群に
良好であって、強い結合となっていることが確認された
。

この連続鋳造゛鋳型を使用して鋼の連続鋳造を実施した
ところ、使用寿命は１０００〜１２００回であって従来
のもの（使用寿命：４００〜５００回）の２〜３倍であ
ることが分かった。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、使用寿命が極
めて長く、しかも比較的コストの安い連続鋳造用鋳型を
能率の良い製作作業の下で提供することが可能となり、
高品質鋳片の安定製造や連続鋳造設備の整備コスト低減
が一段と容易化するなど、産業上極めて有用な効果がも
たらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、連続鋳造鋳型の摩耗・損傷状況を示す概略模
式図、 第２図は、本発明に係る連続鋳造用鋳型内面の断面構造
を示す概略模式図で、第２図（ａｌはメッキ層のないも
のを、そして第２図（ｂ）はメッキ層を施したものをそ
れぞれ示す、 第３図は、本発明に係る連続鋳造用鋳型と従来のそれと
の摩耗速度を比較したグラフである。 図面において、 １・・・下部摩耗、　２・・・コーナー摩耗、３・・・
すり疵、　　４・・・下盛りＮｉ　−Ｃｕ合金層、５・
・・上盛り層、 ６・・・初期焼付き防止メッキ層、 ７・・・銅又は銅合金鋳型本体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅又は銅合金製両端開放鋳型本体内面の少なくと
   も一部に、厚さが０．５ｍｍ以上でＮｉを５０〜７５重
   量％含有する下盛Ｎｉ−Ｃｕ合金層と、厚さが１ｍｍ以
   上でＮｉ：５５〜７５重量％、Ｃｒ：２５〜３５重量％
   、Ｃ：０．５〜１．０重量％を含み残部が実質的にＦｅ
   である合金の上盛層との２層肉盛溶接層を有して成る連
   続鋳造用鋳型。
2. （２）銅又は銅合金製両端開放鋳型本体内面の少なくと
   も一部に、厚さが０．５ｍｍ以上でＮｉを５０〜７５重
   量％含有する下盛Ｎｉ−Ｃｕ合金層と、厚さが１ｍｍ以
   上でＮｉ：５５〜７５重量％、Ｃｒ：２５〜３５重量％
   、Ｃ：０．５〜１．０重量％を含み残部が実質的にＦｅ
   である合金の上盛層との２層肉盛溶接層を有し、かつ該
   肉盛層部を含む内面が少なくとも１０μｍ以上の使用初
   期焼付き防止メッキ層で被覆されて成る連続鋳造用鋳型
   。