(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼からなるフットロール芯材である母材の表面に肉盛溶接によりコバルト基合金の２．３〜３．３ｍｍ厚みの肉盛溶接層を形成してなる連続鋳造用フットロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造装置におけるモールド直下の初期凝固位置に存在するフットロールの長期耐用化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造設備におけるフットロールは、モールド直下の連続鋳造片の初期凝固段階で接触する熱負荷の大きいロールである。このフットロールは連続鋳造片の表面品質及び内部品質に直結するものであり、ロール表面の凹凸が大きく影響する。このフットロールは従来は１３Ｃｒ系ステンレス鋼の単一材質から構成されていた。ところで、連続鋳造片の引抜きロール或いは連続鋳造片凝固中期以降の注水がなく、またモールドパウダーの落下のないロールと異なり、このフットロールは、モールド直下に位置するので鋳造２次冷却水が注水されてかかり、フッ素を含有したモールドパウダーが落下してくる。そこで、１３Ｃｒ系ステンレス鋼の単一材質からなるフットロールの場合、直上から落下してくるフッ素を含有したモールドパウダーと鋳造２次冷却水の注水が共にロール表面を著しく酸化させて腐食し、さらに熱負荷の大きな領域であるためロールの摩耗も大きい。これらのためにフットロールのロール表面に凹凸が発生していた。従って、フットロールの耐久性は約３００〜４００チャージが限度で、凹凸の発生したフットロールは取替を必要としていた。
【０００３】
ところで、連続鋳造におけるロールに肉盛溶接等をするものには、例えば、以下の公開公報のものがある。
【０００４】
特開昭６２−６８６６５号公報には、連続鋳造用ローラの胴部表面にプラズマ溶接法に用いて、ハステロイ合金、ステライト合金、コルモノイ合金を０．５〜２．０ｍｍの厚さで肉盛層を形成したものが記載されている。しかし、この方法は連続鋳造工程と熱間圧延工程を一本化したホットダイレクトローリングや、熱片の状態で熱延加熱炉に挿入するホットチャージローリング法における連続鋳造ローラを意図するものであるが、ホットダイレクトローリングやホットチャージローリング法における問題点は、連続鋳造の引抜き工程の中期以降の後半工程での鋳片の冷却し過ぎをなくして次工程の熱間圧延工程や熱延加熱炉に如何に供給するかであるので、通常の連続鋳造法における引抜き工程の中期以降の工程での冷却用の注水を行なうのに対し、ホットダイレクトローリングやホットチャージローリング法では中期以降の工程の送り部や湾曲部では注水することなく、また、この部分では腐食による悪影響を起こすフッ素含有のモールドパウダーも影響しない部分である。従って、特開昭６２−６８６６５号公報の発明は、上記の部分には有効であるが、本願発明で意図しているモールド直下の初期凝固段階における部分のフットロールの部分では、注水やフッ素含有のモールドパウダーの落下の問題があり、また、同公報の実施例にあるようにローラの芯材がＳ４５ＣやとＳＣＭ８２２などの鋼では溶接部が容易に剥離する問題がある。
【０００５】
また、特開昭５３−５１１３６号公報には、ロール表面にＣｒ：７〜１４％、Ｍｎ：０．４〜１．０％、Ｃ：０．２〜０．４％、残部Ｆｅその他の不可避成分からなる合金を配設したものが記載されている。しかし、このものも上記と同様に、モールド直下の初期凝固段階における部分のフットロールの部分の問題を意図するものでなく、腐食や剥離の点に問題がありフットロールに適応できるものではない。
【０００６】
またさらに、特開昭５７−１２３９５８号公報に記載のものも、水冷無しロールを意図する引抜き工程の中期以降の後半工程での鋳片の冷却し過ぎをなくすものにおけるもので、モールド直下の初期凝固段階における部分のフットロールの部分の問題を意図するものでなく、上記と同様に腐食や剥離の点に問題がありフットロールに適応できるものではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決しようとする課題は、鋼の連続鋳造装置のモールド直下の初期凝固段階における熱負荷の大きな部分のフットロールの表面の表面性状の耐食性および耐摩耗性などを高めて長期にわたりロール表面の凹凸の発生や摩耗をなくしてフットロールの耐用性を高めることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、ステンレス鋼からなるフットロール芯材である母材の表面に肉盛溶接によりコバルト基合金の２．３〜３．３ｍｍ厚みの肉盛溶接層を形成してなる連続鋳造用フットロールである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明におけるフットロール芯材とするステンレス鋼は、耐熱、耐食性に優れたステンレス鋼が好ましい。また本発明における肉盛溶接するコバルト基合金とは、合金成分中にコバルトを最も多く成分として含有する合金をさし、好ましくは、その化学成分は、質量％で、Ｃｒ：１５〜３５％、Ｗ：≦２０％を含有し、残部ＣｏからなるＣｏ基合金であるが、その他にさらにＮｉ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉなどから選択した成分を含有したＣｏ基合金であってもよい。必ずしもコバルトは５０％以上でなくとも、コバルトを最も多く含有する耐熱性合金であればよく、例えばステライトなどのＣｏ−Ｃｒ合金であってもよい。そして、このコバルト基合金を上記の耐食性のステンレス鋼を母材とするフットロール芯材の表面上に厚さ２．３〜３．３ｍｍの肉盛溶接層を形成して、連続鋳造用のフットロールとする。
【００１０】
上記のように、本発明において連続鋳造用フットロールの芯材からなる母材を耐食性のあるステンレス鋼としているのは、耐食性に劣る母材をフットロールの芯材とするとき、フットロールの表面の溶接材層に希少亀裂が発生すると、この表面の溶接材層の希少亀裂からフッ素を含有するモールドパウダーのフッ素と２次冷却水が進入して母材と溶接材層間で耐食性に劣る母材側で腐食が発生し、溶接部が剥離を起こす。さらに本発明におけるコバルト基合金の肉盛溶接材層は母材のステンレス鋼と極めて優れた密着性を有する。
【００１１】
フットロール芯材の表面に肉盛溶接するコバルト基合金層の厚さを２．３〜３．３ｍｍに限定する理由は、２．３ｍｍ未満では強度的に不足するため、コバルト基合金層の剥離が起こるからである。３．３ｍｍを超えると靱性および延性が不足するために割れが発生した後、剥離が起こるからである。
【００１２】
本発明を図面を参照して説明する。図１は本発明におけるフットロールを説明するもので、モールド１およびその直下に位置するフットロール４、５を模式的に示す図である。同図において、１はモールドであり、モールド１の下部にはモールド直下の初期凝固段階における連続鋳造片の表面に接触する熱負荷の大きな部分の４面にフットロール４およびフットロール５が形成されている。この部分はモールド１に最も近接しているのでフッ素を含有するモールドパウダーが最も多く落下してくる場所であり、また、早期に鋳片の外殻を形成するために水冷される場所であり、かつ、熱負荷の最も大きな場所であるので、ロールの水冷を欠くことのできない場所でもある。そして、モールド１はやや長方形であるので、フットロール４はモールドの幅広面の連続鋳造片の表面に接触するやや長いロールの上下２段のフットロール４からなり、フットロール５はモールドの幅狭面の連続鋳造片の表面に接触するやや短いロールの同様に上下２段のフットロール５からなる。それぞれのフットロール４、５の上下２段の間には２次冷却水ノズル６が設けられている。
【００１３】
図２は、フットロール４、５のステンレス鋼からなる芯材である母材７とその周面上に肉盛溶接されたコバルト基合金の肉盛溶接層８を示す模式的斜視図である。以上において、本発明のステンレス鋼製のフットロール芯材である母材８の表面に慣用の肉盛溶接により形成したコバルト基合金の肉盛溶接層８の厚みは、２．３〜３．３ｍｍの厚みに形成されている。これらの厚みとすることで最も過酷な条件の場所において、コバルト基合金の肉盛溶接層８の剥離が防止されている。
【００１４】
図３は母材７から肉盛溶接層８が剥離する形態を説明する模式図である。フットロール表面９において、コバルト基合金の肉盛溶接層８の肉厚が２．３ｍｍより薄い場合は、強度不足により容易に肉盛溶接層８に割れ１１が生じ、また肉盛溶接層８の肉厚が３．３ｍｍを超える厚い層の場合は、肉盛溶接層８の靱性および延性が不足することとなりコバルト基合金の肉盛溶接層８に微細亀裂が生じ、この微細亀裂から冷却水やモールドパウダーのフッ素が入りこみさらに割れ１１を生じ、図に示すように、さらに左右の割れ１１から肉盛溶接層８と母材７との境界部分の母材側の母材表面１０に腐食部１２が発生し、遂にこの部分から肉盛溶接層８が剥離してフットロール表面９に凹凸が生じて使用に耐えなくなり、廃棄される。なお、図３はコバルト基合金の肉盛溶接層８の剥離の状況を説明しているが、従来の肉盛溶接層によるものや、１３Ｃｒ系ステンレス鋼単一材質のものでも、表面層に微細亀裂が生じて内部に割れが拡がり、腐食して、表面部分が剥離する。
【００１５】
【実施例】
溶製したＳＵＪ鋼などの溶鋼を連続鋳造法により連続鋳造する。この場合、鋳造する溶鋼量は１チャージにつき約１５５トンで、鋳造時間は１チャージにつき約７２分である。鋳造する溶鋼の鋳造温度は１４００〜１６００℃である。使用するモールドパウダーは約７％のフッ素を含有している。モールド１の口径は幅広面２が５００ｍｍで、幅狭面３が３９０ｍｍである。フットロール４、５の設置は図１に示すようにモールド直下の周囲４面に各面に２段づつ、計８個のフットロールを設置する。フットロール芯材は１３Ｃｒ系のステンレス鋼で、この芯材に肉盛溶接したコバルト基合金の１種であるステライトの組成は、質量％で、Ｃ：０．０８％、Ｓｉ：０．７１％、Ｍｎ：１．５２％、Ｎｉ：１０．２１％、Ｃｒ：２０．３６％、Ｗ：１４．４２％、Ｆｅ：１．２７％を含有し、残部がＣｏであるＣｏ合金からなり、その肉盛溶接厚さは表１に示す。幅広面２側のフットロール４のロール寸法はφ１５０×３４０ｍｍ（仕上がり）で、幅狭面３側のフットロール５のロール寸法はφ１５０×２４０ｍｍ（仕上がり）である。各面の上下２段のフットロール４、５の間に配設の２次冷却水ノズル６から流す２次冷却水の流量は２１〜３１リットル／分である。
【００１６】
上記の条件で、ＳＵＪの溶鋼を常法によりタンディッシュからモールド１に注入する。溶鋼は水冷のモールド内で凝固を進行しながら下方へ移動し、先ずフットロール４、５と接触し、さらに下方に送られて連続鋳造片となる。表１に本発明によるステンレス製の母材７の周面上にコバルト基合金の肉盛溶接層８を形成したフットロールと、従来の１３Ｃｒ系ステンレス鋼単一材質からなるフットロールと、本発明と同一の材質であるが厚みの異なる肉盛溶接層８を形成したフットロールの、それぞれの剥離の有無の状況と耐用チャージ数を示す。耐用チャージ数は、溶接部が剥離、あるいは表面部分が剥落し、廃棄される段階までのチャージ数を示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１において、Ｎｏ．１〜Ｎｏ４は従来例のもので、剥離を生じ、耐用チャージ数も３０２〜３７１回と少ない。これに対し、Ｎｏ．６、Ｎｏ７は、本発明のコバルト基合金の肉盛溶接層の厚みの条件の２．３〜３．３ｍｍを満足するもので、耐用チャージ数は１２５２０回、１９３２１回と大幅に増大している。これに比して、本発明と同一の材質であっても、Ｎｏ．５の肉盛溶接層の厚みが２ｍｍと薄いものでは耐用チャージ数は２９８回と低く、また、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９の肉盛溶接層の厚みが３．３ｍｍを超えるものでは、同様に耐用チャージ数は３４１回、２７０回と少なく、本願発明が極めて優れていることが判る。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明は、鋼の連続鋳造において、モールド直下の初期凝固段階の熱負荷の大きな部分のフットロールの母材をステンレス鋼とし、そのロール母材の周面上にステンレス鋼と密着性の良好な耐熱性および耐摩耗性に極めて優れたコバルト基合金の厚みが２．２〜３．３ｍｍの肉盛溶接層を形成してロール表面としたので、過酷な使用条件下でフットロールは表面層の剥離がなく、耐用年数が従来のものに比して格段に向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるモールドおよびモールド直下のフットロールを説明する模式的斜視図である。
【図２】本発明のフットロールの構造を説明する模式的斜視図である。
【図３】フットロールの表面層の剥離の状況を説明する模式図である。
【符号の説明】
１  モールド
２  幅広面
３  幅狭面
４  フットロール
５  フットロール
６  ２次冷却水ノズル
７  母材
８  肉盛溶接層
９  フットロール表面
１０  母材表面
１１  割れ
１２  腐食部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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