(57)【要約】【課題】耐摩耗性の更なる向上が図れると共に、耐腐食性も向上可能で、耐久性に優れ長寿命化が図れる連続鋳造用鋳型を提供する。【解決手段】上下方向に貫通した空間部を形成する冷却部材１０を有し、空間部に溶鋼を供給して冷却しながら鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、冷却部材１０の溶鋼接触面側の表面の一部又は全部に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＷＣ、及びＣｒＣのいずれか１又は２以上からなる硬質粒子を、０．１質量％以上３０質量％以下分散させたコバルト複合めっき１１が被覆されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に貫通した空間部を形成する冷却部材を有し、該空間部に溶鋼を供給して冷却しながら鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、
前記冷却部材の溶鋼接触面側の表面の一部又は全部に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＷＣ、及びＣｒＣのいずれか１又は２以上からなる硬質粒子を、０．１質量％以上３０質量％以下分散させたコバルト複合めっきが被覆されていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項２】
請求項１記載の連続鋳造用鋳型において、前記コバルト複合めっきのマトリックスはコバルトのみ又はニッケル−コバルト合金で構成されていることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項３】
請求項２記載の連続鋳造用鋳型において、前記コバルト複合めっきのマトリックスはニッケル−コバルト合金で構成され、該ニッケル−コバルト合金中のニッケル量が０を超え４０質量％以下の範囲内であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、前記硬質粒子の平均粒径は０．０５μｍ以上５．０μｍ以下であることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の連続鋳造用鋳型において、前記コバルト複合めっきの表面の一部には、クロム、ニッケル、コバルト、又はこれらのいずれか１又は２以上の金属からなる合金で構成されるめっき層が露出していることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼の連続鋳造設備に用いる連続鋳造用鋳型に係り、更に詳細には、高温での耐熱性と耐摩耗性を改善可能な連続鋳造用鋳型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上下方向に貫通する空間部が形成された冷却部材を有する連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）を使用し、空間部に溶鋼を供給して冷却しながら鋳片を製造している。
この鋳型においては、鋳造速度の高速化に伴い、凝固した鋳片による冷却部材の溶鋼接触面（鋳型内面）側の摩耗等に起因する損耗が問題になっていた。このため、冷却部材の溶鋼接触面側の表面に、ＮｉやＮｉ合金のめっきを施していた。
しかし、鋳型の寿命延長のニーズがあったため、上記しためっきの代わりに、Ｃｏ−Ｎｉ合金を電解析出により電気めっきしていたが、腐食損傷が発生した。
そこで、この腐食損傷を抑制するため、Ｎｉを特定量含有するＣｏ−Ｎｉ合金めっきが実用化されるようになり、鋳型の長寿命化が図られていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２６３１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、成分調整されたＣｏ−Ｎｉ合金めっきにより、鋳型の寿命を高位で安定化させると、鋳型の更なる寿命延長の要求が増し、このため、従来技術では、耐摩耗性が不十分という問題が生じてきた。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、耐摩耗性の更なる向上が図れると共に、耐腐食性も向上可能で、耐久性に優れ長寿命化が図れる連続鋳造用鋳型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る連続鋳造用鋳型は、上下方向に貫通した空間部を形成する冷却部材を有し、該空間部に溶鋼を供給して冷却しながら鋳片を製造する連続鋳造用鋳型において、
前記冷却部材の溶鋼接触面側の表面の一部又は全部に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＷＣ、及びＣｒＣのいずれか１又は２以上からなる硬質粒子を、０．１質量％以上３０質量％以下分散させたコバルト複合めっきが被覆されている。
【０００７】
本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記コバルト複合めっきのマトリックスはコバルトのみ又はニッケル−コバルト合金で構成するのがよい。
本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記コバルト複合めっきのマトリックスがニッケル−コバルト合金で構成され、該ニッケル−コバルト合金中のニッケル量が０を超え４０質量％以下の範囲内であるのがよい。
【０００８】
本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記硬質粒子の平均粒径は０．０５μｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましい。
本発明に係る連続鋳造用鋳型において、前記コバルト複合めっきの表面の一部には、クロム、ニッケル、コバルト、又はこれらのいずれか１又は２以上の金属からなる合金で構成されるめっき層が露出していることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る連続鋳造用鋳型は、冷却部材の溶鋼接触面側の表面に、硬質粒子を０．１質量％以上３０質量％以下分散させたコバルト複合めっきが被覆されているので、高温での耐熱性と耐摩耗性を改善でき、連続鋳造用鋳型の長寿命化が図れる。
【００１０】
ここで、コバルト複合めっきのマトリックスをコバルトのみで構成した場合、コバルト複合めっきの耐摩耗性を向上できる。また、コバルト複合めっきのマトリックスをニッケル−コバルト合金で構成した場合、ニッケルに起因した冷却部材の腐食損傷を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の冷却部材の長辺の正面図、側面図である。
【図２】皮膜中のＳｉＣ量と摩耗量との関係を示す説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ変形例に係る冷却部材の長辺の正面図、側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型（以下、単に鋳型ともいう）は、上下方向に貫通した空間部を形成する冷却部材１０を有し、この空間部に溶鋼を供給して冷却しながら鋳片を製造する鋳型であり、冷却部材１０の溶鋼接触面側の表面に、硬質粒子を分散させたコバルト複合めっき（以下、めっき皮膜又は皮膜ともいう）１１が被覆されたものである。以下、詳しく説明する。
【００１３】
冷却部材１０は、間隔を有して対向配置された図示しない一対の短辺（短片ともいう）と、この短辺を幅方向両側から挟み込んだ状態で対向配置された一対の長辺１２（長片ともいう）とで構成されている。この短辺及び長辺１２の裏面側には、複数のボルト（締結手段）によってバックプレート（支持部材）がそれぞれ固定され、短辺及び長辺１２の裏面側の上下方向に設けられた多数の導水溝に冷却水を流すことで、短辺及び長辺１２の冷却を行うと共に溶鋼の冷却を行って鋳片を製造できる。
【００１４】
短辺は、例えば、幅が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度（一対の長辺１２の間隔と等しい）、上下方向の長さが６００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下程度である。また、長辺１２は、対向配置される一対の短辺の間隔を、６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下の範囲で変更可能とすることのできる幅を有し、上下方向の長さは短辺と同程度である。なお、短辺と長辺１２は、銅又は銅合金で構成されている。
これにより、例えば、幅が６００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下程度、厚みが５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度のスラブを製造できる。
【００１５】
この冷却部材１０を構成する一対の短辺及び一対の長辺１２の双方の溶鋼接触面側（即ち、冷却部材１０の内面側）の表面全部には、硬質粒子を分散させたコバルト複合めっき１１が被覆されている。
このコバルト複合めっき１１のマトリックスは、ニッケル−コバルト合金で構成されているが、コバルトのみ（即ち、コバルト１００質量％）で構成してもよい。なお、マトリックスを、ニッケル−コバルト合金で構成する場合、ニッケル−コバルト合金中のニッケル量を、鋳型の腐食損傷の程度により、０を超え４０質量％以下（好ましくは３０質量％以下）の範囲内で調整することが好ましい。このように規定したのは、特開２０００−２６３１９０号公報の記載に基づいているが、以下、簡単に説明する。
【００１６】
ここで、マトリックス中のニッケル量が１０質量％未満の場合、冷却部材の腐食損耗が急激に増大し、一方、マトリックス中のニッケル量が４０質量％を超える場合、マトリックスの摩耗が増大し、硬質粒子との複合効果が減少する。
このため、腐食損傷の少ない鋳型においては、ニッケル−コバルト合金中のニッケル量が、０を超え４０質量％以下の範囲内であれば、いずれの組成に調整しても構わない。しかし、特に腐食損傷の激しい鋳型においては、マトリックス中のニッケル量の下限を１０質量％、更には１６質量％にすることが好ましい。
【００１７】
コバルト複合めっき１１中に分散させる硬質粒子には、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＷＣ、及びＣｒＣのいずれか１又は２以上からなるセラミックスを使用できる。なお、ＳｉＣの硬質粒子については、人為的な処理によって製造されたα−ＳｉＣ、β−ＳｉＣを使用できる。
コバルト複合めっき１１中の硬質粒子の量（含有量）は、０．１質量％以上３０質量％以下である。ここで、コバルト複合めっき１１中の硬質粒子の量を、上記した範囲に限定した理由について、コバルト複合めっき（皮膜）中のＳｉＣ量と摩耗量との関係を示す図２を参照しながら説明する。
【００１８】
使用した試験片は、２ｍｍ厚の銅板にコバルト複合めっき層を施した後、マイクロカッターで３０ｍｍ×３０ｍｍのサイズとし、６００番のペーパーで表面研磨して作製した。なお、コバルト複合めっき層のマトリックスを構成するＣｏとＮｉの比を、Ｃｏ：Ｎｉ＝８０：２０とし、マトリックス中のＳｉＣ量を０から３０質量％の範囲で変更した。このＳｉＣの平均粒径は、０．５μｍ程度である。
そして、実機モールド下部での摩耗を想定して、試験片を３００℃×５分間保持した後、引続き摩擦摩耗試験機を用い、３００℃の条件にてリングオンプレート型の摺動摩耗試験を実施した。この試験では、試験片にＳ４５Ｃ製の外径２５．６ｍｍ、肉厚２．８ｍｍのリングを１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）の力で押付け、３００℃、５０ｍｍ／秒にて、２０分間回転させた。
【００１９】
図２から明らかなように、皮膜中にＳｉＣを分散させることで、摩耗量が急激に低下する傾向が現れることを確認できた。
ここで、皮膜中のＳｉＣ量が０．１質量％未満の場合、マトリックス金属に比べ、耐摩耗性の改善効果がほとんど得られなかった。一方、皮膜中のＳｉＣ量が３０質量％を超える場合、マトリックス金属中に含まれる粒子が多過ぎて、健全なめっき皮膜を析出できなかった。
以上のことから、コバルト複合めっき１１中の硬質粒子の含有量は、０．１質量％以上３０質量％以下（好ましくは、下限を０．５質量％、上限を２０質量％）の範囲で、必要とされる耐摩耗性により調整するのが好ましい。
【００２０】
この硬質粒子の平均粒径（粒子径ともいう）は、０．０５μｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましい。
コバルト複合めっき中に取込まれる硬質粒子は、物理的に吸着した状態でマトリックス内に取込まれるが、粒子径が５．０μｍを超える場合、めっき液中で粒子そのものが沈降し易くなり、マトリックス中に取込まれ難くなる。また、仮に取込まれたとしても、粒子そのものは非電導性であり、その周辺には金属が析出しないため、粒子周辺部に空隙が生成し、導電率を阻害したり、更にはマトリックスの割れの起点となる。
【００２１】
一方、粒子径が０．０５μｍ未満の場合、めっき液に粒子を投入する際に、粒子が細か過ぎて投入が困難となるため、作業性が悪くなる等の問題がある。
従って、コバルト複合めっき１１中の硬質粒子の平均粒径を、０．０５μｍ以上５．０μｍ以下にすることが好ましいが、更には、下限を０．１μｍ、上限を１．０μｍとすることが好ましい。
【００２２】
図１（Ｂ）に示すように、上記したコバルト複合めっき１１の厚みは、長辺１２の上端から下端へかけて徐々に厚くしている（傾斜めっき）。これは、長辺１２の下側が上側よりも摩耗し易いことによる。ここで、コバルト複合めっき１１の厚みは、例えば、上端が０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、下端が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下（上端の厚みの５倍以上１５倍以下）である。
なお、コバルト複合めっきの厚みは、長辺の上端から下端へかけて同一厚みにしてもよく、また部分的に厚く（下側部を厚く）してもよい。この場合のコバルト複合めっきの厚みは、例えば、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。
【００２３】
また、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、銅又は銅合金からなる短辺（図示しない）及び長辺２０の溶鋼接触面側の表面の一部（ここでは、メニスカス位置を含む上部を除く部分）に、コバルト複合めっき２１を被覆してもよい。このコバルト複合めっき２１は、前記したコバルト複合めっき１１とは、形状以外（即ち、構成や成分）は同一である。
図３（Ａ）に示すように、コバルト複合めっき２１が形成されていない上部には、クロム、ニッケル、コバルト、又はこれらのいずれか１又は２以上の金属からなる合金で構成されるめっき層２２を露出させている。
これにより、長辺２０の溶鋼接触面側を、その場所ごとに目的に応じた材質に調整できる。
【００２４】
コバルト複合めっき２１は、図３（Ｂ）に示すように、長辺２０の溶鋼接触面側の表面全部にめっき層２２を形成した後、めっき層２２の上部を除く表面に形成しているが、長辺２０の溶鋼接触面側の上部のみにめっき層を形成し、このめっき層を除く部分に、コバルト複合めっきを形成してもよい。
また、コバルト複合めっき２１の厚みは、長辺２０の上側から下端へかけて徐々に厚くしているが、長辺の上側から下端へかけて同一厚みにしてもよく、また部分的に厚く（下側部を厚く）してもよい。なお、コバルト複合めっき２１の厚みは、前記したコバルト複合めっき１１と同程度でよい。
【００２５】
続いて、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用鋳型の冷却部材１０を構成する長辺１２（短辺も同様）の製造方法について、簡単に説明する。
まず、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、所定形状に機械加工された銅又は銅合金からなる長辺１２を準備し、これをめっき液中に浸漬させる。
このめっき液は、まず、硬質粒子がめっき液中に分散し易いように、硬質粒子を溶媒（例えば、水及び有機溶媒のいずれか一方又は双方）に添加し、スクリュー撹拌機と超音波を用いて均一に分散させる。
【００２６】
その後、硫酸コバルト・７水和物、硫酸ニッケル・６水和物、臭化コバルト、硼酸を加え、均一な組成の溶液とする。このめっき浴中のコバルト−ニッケル比は、形成するコバルト複合めっきのマトリックスを構成するコバルトとニッケルの合金比に応じて適宜選定する。
なお、上記した溶液には、アニオン系界面活性剤及びカチオン系界面活性剤のいずれか一方又は双方からなる界面活性剤（分散剤）を添加してもよい。
また、上記した溶媒に有機溶媒（例えば、エタノール）を使用する場合は、ここで揮発除去させる。
【００２７】
このめっき液中に長辺１２を浸漬させた後は、ニッケル−コバルト合金を、冷却部材１０の溶鋼接触面側に電解析出させて電気めっきすることで、硬質粒子を分散させたコバルト複合めっき１１を形成できる。
なお、図１（Ｂ）に示すように、コバルト複合めっき１１の厚みを変える場合は、めっき液と長辺１２を相対移動（めっき液面を下降又は長辺１２を上昇）させて、その厚みを変更したり、また長辺１２に均一厚みのコバルト複合めっきを形成した後、機械加工する。
また、図３（Ｂ）に示すように、めっき層２２を露出させる場合は、長辺２０の表面にめっき層２２を形成し、これを機械加工した後、コバルト複合めっき２１を形成する。なお、このコバルト複合めっき２１は、機械加工により厚みを調整できる。
【実施例】
【００２８】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
（実施例１）
まず、ＳｉＣ粒子を、予めめっき液に分散し易いように、ＳｉＣ粒子１〜２００ｇに対し、水５００ｍＬ（ミリリットル）を加え、スクリュー撹拌機と超音波を用い、均一分散させた。その後、硫酸コバルト・７水和物、硫酸ニッケル・６水和物、臭化コバルト、硼酸、アニオン系界面活性剤を加え、均一溶液とした。そして、めっき前にめっき液量を調整した。このめっき浴中のコバルトとニッケルの比は、目的とする合金比に応じて、適宜選定した。
このめっき浴組成を、表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
このめっき液を使用して、冷却部材を構成する短辺と長辺の表面に、ＳｉＣ粒子を０．１質量％以上３０質量％以下分散させたコバルト複合めっきを電解析出させて形成し、連続鋳造用鋳型を製造した。
【００３１】
（実施例２）
まず、ＳｉＣ粒子を、予めめっき液に分散し易いように、ＳｉＣ粒子１〜２００ｇに対し、エタノール５００ｍＬ（ミリリットル）を加え、スクリュー撹拌機と超音波を用い、均一分散させた。その後、硫酸コバルト・７水和物、硫酸ニッケル・６水和物、臭化コバルト、硼酸、アニオン系界面活性剤を加え、均一溶液とした。次に、エタノールを蒸発させるため、スクリュー撹拌機で撹拌しながら、５０℃に保ったまま、２４時間エアーバブリングさせた。そして、めっき前にめっき液量を調整した。このめっき浴中のコバルトとニッケルの比は、目的とする合金比に応じて、適宜選定した。
このめっき浴組成を、表２に示す。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
このめっき液を使用して、冷却部材を構成する短辺と長辺の表面に、ＳｉＣ粒子を０．１質量％以上３０質量％以下分散させたコバルト複合めっきを電解析出させて形成し、連続鋳造用鋳型を製造した。
【００３４】
（実施例３）
まず、カチオン系界面活性剤０．００１〜０．１ｇを、水１０ｍＬ（ミリリットル）に溶解させた。
次に、ＳｉＣ粒子を、予めめっき液に分散し易いように、ＳｉＣ粒子１〜２００ｇに対し、エタノール５００ｍＬを加え、スクリュー撹拌機と超音波を用い、均一分散させた。その後、硫酸コバルト・７水和物、硫酸ニッケル・６水和物、臭化コバルト、硼酸、アニオン系界面活性剤を加え、均一溶液とした。そして、エタノールを蒸発させるため、スクリュー撹拌機で撹拌しながら、５０℃に保ったまま、２４時間エアーバブリングさせた。なお、めっき前にめっき液量を調整した。このめっき浴中のコバルトとニッケルの比は、目的とする合金比に応じて、適宜選定した。
このめっき浴組成を、表３に示す。
【００３５】
【表３】
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【００３６】
このめっき液を使用して、冷却部材を構成する短辺と長辺の表面に、ＳｉＣ粒子を０．１質量％以上３０質量％以下分散させたコバルト複合めっきを電解析出させて形成し、連続鋳造用鋳型を製造した。
【００３７】
実施例１〜３の連続鋳造用鋳型は、いずれも耐久性に優れ長寿命化が図れた。この効果は、ＳｉＣ以外の他の硬質粒子、即ちＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＷＣ、及びＣｒＣを使用した場合も、同様であった。
また、コバルト複合めっきのマトリックスを構成するニッケル量を、０を超え４０質量％以下（特には、１６質量％以上３０質量％以下）とした場合には、マトリックスの摩耗を抑制しながら、長辺の腐食損耗も抑制できた。
そして、硬質粒子の平均粒径は、０．０５μｍ以上５．０μｍ以下にした場合に、硬質粒子を使用した効果がよく現れたが、その効果は、平均粒径を０．１μｍ以上１．０μｍ以下にした場合に顕著であった。
以上のことから、本発明の連続鋳造用鋳型を使用することで、耐摩耗性の更なる向上が図れると共に、耐腐食性も向上可能で、耐久性に優れ長寿命化が図れることを確認できた。
【００３８】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の連続鋳造用鋳型を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、冷却部材として、一対の短辺と一対の長辺とで構成される４つ組みしたものについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ビレット（例えば、幅及び厚みが１００〜２００ｍｍ程度）又はブルーム（例えば、幅及び厚みが２００〜４００ｍｍ程度）を製造するチューブ状のものでもよい。従って、鋳型の構成についても、スラブとは形状と寸法の異なる他の鋳片、例えば、上記したビレットやブルーム、又はビームブランク（Ｈ型鋼用に使用）を製造する鋳型、更には、鍛造又は鍛造した銅ブロックに導水孔を穿孔したブロック鋳型に、本願発明を適用することも勿論可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０：冷却部材、１１：コバルト複合めっき、１２：長辺、２０：長辺、２１：コバルト複合めっき、２２：めっき層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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