(57)【要約】【課題】鋳型銅板の上部にはメッキ層のみを、下部には金属系炭化物の溶射層を設けた場合に生ずる溶射層の剥離の問題を解決し、鋳型寿命の一層の延長を図り得る連続鋳造鋳型を提供する。【解決手段】連続鋳造用鋳型の作動面が上部では金属メッキ層であり、下部では金属系炭化物の溶射層である連続鋳造用鋳型において、前記金属系炭化物の溶射層の硬度を、前記金属メッキ層との連接部では該金属メッキ層の硬度と同等とするとともに、下方に向かって高くなるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造用鋳型の作動面が上部では金属メッキ層であり、下部では金属系炭化物の溶射層である連続鋳造用鋳型において、
前記金属系炭化物の溶射層の硬度を、前記金属メッキ層との連接部では該金属メッキ層の硬度と同等とするとともに、下方に向かって高くなるようにしたことを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項２】
金属系炭化物の溶射層の硬度を硬度傾斜金属系炭化物溶射層を介して高めることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用鋳型。
【請求項３】
硬度傾斜金属系炭化物溶射層は、その上端の硬度がＨｖで１８０〜２５０であり、その下端の硬度がＨｖで６００〜１０００であることを特徴とする請求項２記載の連続鋳造用鋳型連続鋳造鋳型。
【請求項４】
鋳型銅板の作動面側表面には下地メッキとしてＮｉ系メッキが施され、その上部表面には金属メッキ層としてＣｒメッキが設けられ、下部表面には金属系炭化物の溶射層が設けられてことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の連続鋳造用鋳型連続鋳造鋳型。
【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に使用される連続鋳造用鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造に使用する鋳型は、一般に、鋳造空間に面する側の銅板にＮｉメッキ等の金属メッキを施し、表面の硬度を高めて、鋳片との摩擦による摩耗を防止するように工夫されている。この鋳型銅板はその下部ほど摩耗しやすい傾向があり、鋳型寿命は下部の磨耗によって支配される。これは、鋳型の下部では鋳型内溶鋼の静圧によって凝固シェルが外側に膨らむ傾向があり、このため鋳型の下部にいくほど凝固シェルが強い圧力で鋳型内面に押しつけられるためである。
【０００３】
このような鋳型下部の磨耗に対処するために、鋳型下部にメッキ層よりも硬度の高い表面被覆層を設けることが提案されている。たとえば、特許文献１には鋳型表面にＣｕメッキ層を施し、該Ｃｕメッキ層の上面にＮｉ基自溶性合金を溶射し、ついでフュージング処理を行う連続鋳造用鋳型の製造方法が開示されている。また、特許文献２には、上記のごときマルチコーチングした連続鋳造鋳型の補修に要する工数の低減を図るとともに耐久性及び信頼性を向上させることを目的として、銅製鋳型ベースの上にＮｉ基合金メッキ層を形成し、さらに鋳型下部には該Ｎｉ基合金メッキ層上に超音速フレーム溶射法によって金属系炭化物層を形成した連続鋳造鋳型が提案されている。これによりスラブ連鋳機の鋳型長辺の長寿命化が可能になっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−３５７６２号公報
【特許文献２】
特開平１−１８６２４５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に開示されるように、鋳型銅板の上部にはＮｉ基合金メッキ層のみを、下部にはＮｉ基合金メッキ層に重ねて金属系炭化物の溶射層を設けた場合、連続鋳造の際、金属系炭化物の溶射層での摩耗速度は小さくなるが、上部のＮｉ基合金メッキ層のみを設けた部分と下部のＮｉ基合金メッキ層に重ねて金属系炭化物の溶射層を設けた部分の境界近くでＮｉ基合金メッキ層が優先的に摩耗する現象が発生する。それによって両者の境界に段差が生じ、この段差に鋳片が引っかかることによって溶射層が剥離するという問題が発生している。
【０００６】
本発明は、このように鋳型銅板の上部にはメッキ層のみを、下部には金属系炭化物の溶射層を設けた場合に生ずる溶射層の剥離の問題を解決し、鋳型寿命の一層の延長を図り得る連続鋳造鋳型を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、連続鋳造用鋳型の作動面が上部では金属メッキ層であり、下部では金属系炭化物の溶射層である連続鋳造用鋳型において、前記金属系炭化物の溶射層の硬度を、前記金属メッキ層との連接部では該金属メッキ層の硬度と同等とするとともに、下方に向かって高くなるようにして、上記課題を解決する。
【０００８】
上記発明において、金属系炭化物の溶射層の硬度を、硬度傾斜金属系炭化物溶射層を介して高めることとすることができ、その際、該硬度傾斜金属系炭化物溶射層は、その上端の硬度がＨｖで１８０〜２５０であり、その下端の硬度がＨｖで６００〜１０００であることとするのがよい。
【０００９】
なお、上記各鋳型は、鋳型銅板の作動面側表面には下地メッキとしてＮｉ系メッキが施され、その上部表面には金属メッキ層としてＣｒメッキが設けられ、下部表面には金属系炭化物の溶射層が設けられているものとすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る連続鋳造鋳型１の代表的な構造を示す模式断面図である。ここに示されているように、鋳型銅板２の作動面（連続鋳造の際、鋳片が通過する面をいう）の上部表面には、下地金属メッキ層３を介して最外表面に金属メッキ層４が設けられている部分Ａがあり、それに連なって鋳型銅板２の下部表面には下地金属メッキ層３を介して金属系炭化物の溶射層５を設けてなる部分Ｂがある。なお、本発明において「金属メッキ層」とは、連続鋳造用鋳型の作動面側最外層（表面）側に施されたメッキ層をいう。
【００１１】
上記発明に用いる連続鋳造鋳型の基材は、従来から使用されている鋳型銅板である。その材質は特に制限されるものではないが、Ｃｒ銅、Ｃｒ−ＺｒＯ２銅などの析出硬化型銅合金などがが好適に使用される。
【００１２】
図１に示す例では、この鋳型銅板２の作動面側表面全面に下地金属メッキ層３が設けられている。この下地金属メッキ層３は、公知のようにＮｉ、Ｃｒこれらの組み合わせから選択することができ、特に制限されない。
【００１３】
鋳型の作動面側の下部、すなわち連続鋳造の際に凝固シェルが膨らみ、それにより強く擦られる部分には、上記下地金属メッキ層３に重ねて金属系炭化物の溶射層５が設けられている。この金属系炭化物の溶射層５は、その材質に特に制限なく、たとえば、特許文献２に開示されているような、Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｒの少なくとも１種を１０〜５０％含有するタングステン炭化物、チタン炭化物、クロム炭化物からなる金属炭化物溶射被膜とすることができる。また、金属系炭化物の溶射層５の形成の際には、鋳型銅板２に掛かる熱負荷を軽減し、その変形を防止するために特許文献２に開示されるような超音速フレーム溶射を利用するのがよい。
【００１４】
本発明では、上記金属系炭化物の溶射層５の硬度を、鋳型最外表面に設ける金属メッキ層４との連接部では金属メッキ層４の硬度と同等とするとともに、下方に向かって高くなるようにする。図２は、図１に示す連続鋳造鋳型の内面の高さ方向の硬度分布を示すグラフである。ここに示すように、本発明では、金属系炭化物溶射層５の硬度が金属メッキ層４との連接部近傍では金属メッキ層４と同程度のＨｖ：２００程度であるが、下方に向かうにしたがい高くなり、その下端部ＢではＨｖ：６００程度となっている。なお、硬度は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４記載のビッカース硬さ試験の方法にしたがい、試験力を３．９２３Ｎとして測定した。
【００１５】
これにより金属メッキ層４が形成されている部分Ａとそれに続く金属系炭化物の溶射層５が形成されている部分Ｂの硬度が連続的になっているので、連続鋳造用鋳型の金属メッキ層４が形成されている部分Ａと金属系炭化物の溶射層を設けた部分Ｂとの連接部に生ずる磨耗の偏りに起因する溶射部分の剥離の問題がなく、かつ、金属系炭化物の溶射層５の下部はその硬度が高くなっているので、連続鋳造の際に凝固シェルが膨らみそれにより強く擦られても長期間耐えることができる。
【００１６】
上記のように金属系炭化物の溶射層５の硬度を鋳型下端に向かうにつれて次第に高くすることにより本発明の目的を達し得るが、この金属系炭化物の溶射層の硬度を、硬度傾斜金属系炭化物溶射層を介して高めることによって一層良好に本発明の目的を達することができる。
【００１７】
図３はそのような連続鋳造鋳型の構造を示す模式断面図である。また、図４は図３に示す断面構造をもつ連続鋳造鋳型の高さ方向の硬度分布を示すグラフである。図３に示すように、この例では金属メッキ層４と鋳型下部の鋳型下部の金属系炭化物溶射層５との間に硬度が次第に増加する硬度傾斜金属系炭化物溶射層６が設けられている。その硬度は、金属メッキ層４との連接部７では、金属メッキ層４と同程度のＨｖ：２００程度であるが、高さ１００ｍｍの範囲にわたって次第に硬度が高くなり、鋳型下部の金属系炭化物溶射層５との連接部８近傍では、Ｈｖ：６００程度となる。この場合には、金属メッキ層４と金属系炭化物の溶射層５との接続部（連接部）７で金属メッキ層４のみが摩耗する現象が避けられるとともに、鋳型下部に十分な長さにわたって高い硬度を有する部分が確保されているので、鋳型寿命の一層の向上が達成できる。
【００１８】
このように、本発明では鋳型銅板１の上に施された金属メッキ層４と金属系炭化物溶射層５との連接部の硬度差を小さくしており、これにより、連接部で金属メッキ層４のみが磨耗する現象が避けられ、鋳型寿命の一層の向上を達成するものである。したがって、連接部における両層の硬度差は極力小さくほぼ同程度とするのがよいが、Ｈｖで１０程度の差であれば、金属メッキ層４のみが特に大きく摩耗する現象は認められない。具体的には、前記のように金属メッキ層４の硬度が２００程度の場合、これに接続する部分では金属系炭化物の溶射層５の硬度はＨｖで１９０〜２１０とするのが好ましい。
【００１９】
一方、上記鋳型下部（通常のスラブ連続鋳造機では下端から少なくとも１００ｍｍの範囲）は、鋳片による摩擦力が最も大きく加わるので、金属系炭化物の溶射層の硬度は高いことが必要である０具体的にはＨｖがって、前記のように硬度傾斜金属系炭化物溶射層を設ける場合、その下端部の硬度は上記の硬度はＨｖで６００以上とすることが望ましい。
【００２０】
このような硬度傾斜を有する溶射被覆のための手段は特に制限されず、たとえば、図５に示すように溶射ガンを鋳型銅板の幅方向に走査する際に、高さ方向の位置を変える度に溶射材料の配合を変化させていく方法、溶射材料の配合は変化させずに溶射フレームを形成するために供給する酸素と燃料ガスの配合あるいは流量を変化させる等してフレームの速度を変化させる方法、溶射ガンと鋳型銅板の間隔を次第に変化させる方法、あるいはこれらの組み合わせに等任意の手段によって得ることができる。
【００２１】
また、鋳型上部のメッキ層が設けられている範囲Ａでは、下地メッキ層としてＮｉメッキを施した上に金属メッキ層としてＣｒメッキを施すことができる。このＣｒメッキ層の厚さは８０〜１２０μｍ程度とするのがよい。
【００２２】
なお、上記例は、鋳型銅板の作動面側表面には下地メッキとしてＮｉ系メッキが施され、その上部表面には該下地メッキを介して金属メッキ層としてＣｒメッキが設けられ、下部表面には該下地メッキを介して金属系炭化物の溶射層が設けられた例であるが、本発明は必ずしもこれに限られるものではない。たとえば、最外層のＣｒメッキ層を設けることなく、Ｎｉメッキ層をそのまま作動面である金属メッキ層としてもよい。
【００２３】
このような構造を有する連続鋳造鋳型は、鋳片と鋳型が相対移動する形式のすべての連続鋳造機に適用可能である。例えば、垂直式連鋳機、垂直曲げ型連続鋳造機、湾曲型連続鋳造機などの鋳型上方から溶融金属を供給し、鋳型下方から鋳片を引き抜く形式の連続鋳造機に適用可能である。また、製造される鋳片の形状により、スラブ連続鋳造機、ブルーム連続鋳造機、ビレット連続鋳造機、ビームブランク連続鋳造機、丸鋳片連続鋳造機などのいずれの連続鋳造機にも適用可能である。鋳造する鋼の種類としては特に限定されるものではなく、普通鋼、合金鋼、ステンレス鋼などいずれであってもよい。
【００２４】
【実施例】
（発明例）
鋳型銅板の作動面側の全面わたって、まず、厚さ２００〜３００μｍのＮｉメッキを施し、これに重ねて鋳型下端から上方３００ｍｍの範囲にわたっては、Ｎｉを７０ｍａｓｓ％含有するクロム炭化物を硬度Ｈｖ：６００となるように超音速フレーム溶射した。また、その上方１００ｍｍにわたってはクロム炭化物を硬度Ｈｖ：６００から２００まで漸減するよう超音速フレーム溶射した。この硬度の漸減は、溶射ガンに供給する酸素と燃料の流量を調節してフレームの速度を漸減することによつて行った。溶射層の厚みは０．３ｍｍとした。また、鋳型上部のクロム炭化物の溶射を行わなかった部分には、厚さ１００μｍのクロムメッキを施した。
【００２５】
（比較例）
鋳型銅板の鋳造空間側となる面の全面わたって、まず、厚さ２００〜３００μｍのＮｉメッキを施し、これに重ねて鋳型下端から上方４００ｍｍの範囲にわたって、Ｎｉを７０ｍａｓｓ％含有するクロム炭化物を硬度Ｈｖ：６００となるように超音速フレーム溶射した。
【００２６】
上記発明例及び比較例の鋳型を用いて連続鋳造を行い、鋳型下部の金属系炭化物の溶射層（硬度傾斜金属系炭化物溶射層を含む）が剥離して下地のＮｉメッキ層が露出するまでの鋳型寿命を調査した。使用した連続鋳造機は垂直型連続鋳造設備であり、連続鋳造した鋼種構成（プロダクトミックス）は、質量比で高炭素鋼：３０％、ステンレス鋼：７０％であり、鋳型サイズは、２００〜６０ｍｍ厚×６００〜１６５０ｍｍ幅であり、鋳込み速度は１．０〜１．８ｍ／ｍｉｎとした。また、鋳型高さは９００ｍｍ幅であった。
【００２７】
本発明を適用した場合、１２００チャージまで、鋳型下端の溶射層の磨滅や剥離は認められなかった０これに対し、比較例の場合は、６００チャージ鋳込み時点で、鋳型下端のＮｉ−Ｃｏメッキが摩耗し、再被覆が必要になった。このように本発明の適用により
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、金属系炭化物の溶射層の硬度を、前記金属メッキ層との連接部では該金属メッキ層の硬度と同等とするとともに、下方に向かって高くなるようにしたので、メッキ層と金属系炭化物の溶射層を設けた部分との連接部に生ずる摩耗の偏りに起因する溶射部分の剥離の問題が解決され、鋳型寿命の一層の延長を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る連続鋳造鋳型の構造を示す模式断面図である。
【図２】図１に示す連続鋳造鋳型の内面の高さ方向の硬度分布を示すグラフである。
【図３】本発明に係る他の連続鋳造鋳型の構造を示す模式断面図である。
【図４】図３に示す連続鋳造鋳型の内面の高さ方向の硬度分布を示すグラフである。
【図５】本発明に係る金属系炭化物溶射層に硬度傾斜を有せしめるための溶射ガンの走査パターンの１例を示す模式図である。
【符号の説明】
１：連続鋳造鋳型
２：鋳型銅板
３：下地金属メッキ層
４：金属メッキ層
５：５：金属系炭化物溶射層
６：硬度傾斜金属系炭化物溶射層
７：金属メッキ層と硬度傾斜金属系炭化物溶射層との連接部
８：硬度傾斜金属系炭化物溶射層と鋳型下部の金属系炭化物の溶射層との連接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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