JPH01210152A - 溶湯用容器 - 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〕 本発明は、溶湯用容器に関し、特に鋳鋼溶湯を遠心鋳造
する際に用いるモールドを使用好適例とする容器内壁処
理技術に関するものである。

なお、このサーメットの溶射被覆層を有する容器につい
ての技術は、当然鋳鉄溶湯用モールドにも適用できる他
、溶鋼と接する製鋼炉で用いられるランスパイプ、取鍋
などの製鋼炉付帯設備などへの適用も可能である。

以下、本発明の説明に当っては、鋳造用容器とりわけ遠
心鋳造用モールドの例について説明する。

〔従来の技術〕

さて、遠心鋳造法は、回転する筒状またはリング状の鋳
型（モールド）内に溶融金属を注入することにより、パ
イプの如き中空部材を製造する技術である。この技術は
、静置鋳型鋳造の場合に較べて次のような特徴がある。

＋１１　　溶融金属が外周に向かって高速でゆきわたる
ので、湯まわりが良く鋳肌の忠実度が高い。

（２）回転軸が水平の場合、遠心力によってできる溶融
金属の形は円筒状となるので、管状鋳物を造るときも中
子が不必要である。

（３）溶融金属の外周部を鋳型によって急冷するので、
内周部は押湯の代りとなる。しかも、溶湯の補給距離が
短かく補給圧力が高いため、押湯を省略することができ
る。

（４）　　重力が遠心力によって普通の数十〜数百倍に
なったのと同じになるので、鋳物は著しく大きな静圧下
で凝固することとなり、緻密な組織が得られ機械的性質
が向上する。

（５）内・外面では比重の差が大きいので、溶滓、非金
属介在物、気泡などの分Ｆｎが容易となり、清浄な外表
面を有する鋳物が得られる。

従来、鋳鉄、鋳鋼品の製造に供される遠心鋳造用モール
ドは、耐熱鋳鋼（ＪＩＳ　Ｇ５１２２５ＣＨ−１〜３゜
ＳＣＨ１ｌ−１５）を用い、金属溶湯と接触する部分に
は珪藻土を塗布したもので構成することにより、モール
ドと鋳造材料との離型性の向上や溶湯とモールド間の断
熱作用によるモールド表面の熱疲労亀裂の発生防止によ
る寿命の延長をはかっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したように、遠心鋳造用モールドの内面。

特に注入金属溶湯と接するモールド内表面は、鋳造時の
遠心力によって発生する、いわゆる通常の数十倍〜数百
倍に達する重力を伴う溶融金属によって大きな熱負荷を
受ける。したがって、このような用途に使われるモール
ド内表面は、熱疲労による材質の劣化が激しく、亀裂の
発生や亀裂の成長に伴う局部的結晶粒子の脱落現象によ
って、用傷され易い状態にある。その結果、モールドと
しての精度が低下し、寿命が甚だしく短かくなる欠点が
あった。

また、従来は、各回の供湯時にモールド内面に珪藻土粉
末を塗布している。この作業は多くの人手を要し、さら
に塗布した珪藻土を乾燥させるための時間が必要となる
うえ、作業環境上も好ましくないという欠点があった。

また、このような珪藻土の塗布は、人力に頼っているた
めに■重厚さが不均一になり易く、これが製品不良とな
って現れることがあった。さらに、かかる珪藻土塗布法
では、モールドの断熱性、凝固金属の月１型性について
はそれなりの成果が得られるものの、寿命の延長は期待
したほどではなく、より一層の改善が望まれていた。

上述のような要請に応え、本発明者らは、先に注入金属
溶湯と接触する面の断熱性および離型性を向上させると
ともに、熱疲労に伴う亀裂発生の阻止にも有効な方法と
して、Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ｃｒ、　Ａｌ、　Ｆｅ。

Ｔａ、　ＹおよびＣｅよりなる合金を溶射被覆したモー
ルドを開発し提案した。

ところが、この先行提案に係るモールドは、１３００℃
前後の鋳鉄製品の遠心鋳造及び１４００℃の鋳鋼用静止
鋳型用のものとしては、卓越した性能を発揮した。しか
し、鋳鋼用、遠心鋳造鋳型に適用した場合、大きな熱負
荷のためにやや寿命が短かくなるという若干の問題点が
残っており、さらなる改良が望まれていた。

［課題を解決するための手段〕 かような要請に対し本発明は、注入金属溶湯と接する面
に対し、Ｎｉ　−Ｃｒ合金やＮｉ　−Ｃｏ−Ｃｒ−Ａｌ
　−Ｙ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ　−Ｙ合金、Ｃｏ　−Ｎ
ｉ　−Ｃｒ−Ａｌ　−Ｙ−Ｔａ合金などにＹ２Ｏ３安定
化ＺｒＯ□を混合してなるサーメット溶射被覆すること
に想到し、かつその溶射°被覆層の表面粗さをＲａ１ｌ
〜３８μｍにすればよいことを知見し、従来技術が抱え
ている問題点を克服できる溶湯用容器を開発したのであ
る。

（作　用〕 本発明にかかる容器は、溶湯と接する内面に、一般に行
われている珪藻土の塗布に代えて、第１表に示すような
成分組成の合金と金属酸化物セラミックスとを混合した
サーメット材料を溶射被覆してなるものである。

第　　　　１　　　　表 ［ この容器の内面保護膜形成のために本発明にあっては溶
射法を採用する。この溶射法を採用した理由は、もとも
とサーメット材料の被覆加工に適する技術であるが、同
時に自動装置や溶射ロボットの採用が容易でモールドの
内面に均一に処理することができるので、鋳造製品の寸
法精度を向上させるのに有効だからである。しかも、溶
射被覆層は多孔質であるため、高温の溶湯がモールド内
に注入されたとき、モールドに対する熱衝撃を緩和し、
モールド材の熱疲労を起こりにくくする効果がある。さ
らに、溶射材料の粒度をかえることにより、溶射被覆層
の粗さも適宜変えることができるので、使用目的によっ
て被覆層の気孔率や表面粗さを選択することができると
いう特徴がある。

このように本発明では、溶湯と接する内面に、溶射被覆
層を形成させるが、その溶射の材料としてはサーメット
材料を使う。このようなサーメット材料の溶射被覆は、
溶湯との接触及び冷却凝固時の鋳造品の坂り出し時など
に次のような作用効果を発揮する。すなわち、サーメッ
ト材料中の合金は、金属時打の延性と耐酸化性を有し、
モールドとの溶射被覆の密着性を向上させる作用が太き
い。しかしながら、溶融状態の鋳鋼と接すると反応して
合金化し、部分的に被覆が破損したり、鋳造製品のモー
ルドからの剥離性が悪くなるという欠点がある。

一方、本発明において採用するＹ２Ｏ：１安定化ＺｒＯ
□は、卓越した耐熱性、断熱性を有し、溶湯と全く反応
せず離型性にもすぐれている。しかし、それ単独では溶
湯注入時の衝撃に弱く、被覆に亀裂を発生したり剥離し
やすいという欠点がある。

そこで、本発明においては、溶射すべき材料として、上
記各構成材料の欠点を相互に補い合える一方で、長所は
そのまま利用できるサーメット溶射材料に着目したので
ある。このような材料を使ったサーメット溶射被覆は、
すぐれた密着性、適度な靭性、耐熱衝撃性に加えＺｒＯ
□の粒子間結合力を高め、凝固した鋳造品との離型性が
よいなどの利点を有し、本発明容器内面を形造るのに好
適な手段となる。

さらに、本発明容器の内面形成に当たっては、溶射被覆
面の粗さが、鋳造品の品質に大きな影響を与えることを
知見した。そこで、最も望ましい最適粗さについて研究
した。すなわち、被覆内面が比較的平滑だと、溶湯中に
溶解している各種ガス成分が外部へ排出しにくくなり、
鋳造品の内部に小さな気泡を残留させて、材料欠陥の原
因となることをつきとめた。そこで、被覆内面の粗さを
大きくすることにより、比表面積を増加させ、もって溶
解ガスの排出を容易とすることによって問題点を解決し
た。

以下に、本発明容器の内面構造を決定するサーメット溶
射材料の組成と被覆面の表面粗さとの臨界的意義につい
て、実際に実験した結果にもとづいて実施例の記述に併
せて説明する。

〔実施例〕

１旌開二上 （１）　　第１図は、遠心鋳造用モールドを示すもので
、図示の符号のうち、モールド１は、鋳枠２、前蓋３、
後蓋４によって構成され、前蓋の中心部開口部には溶湯
５を注入するための注入箱６が設けられている。そして
、鋳枠２の外周部はローラ７と接触しており、該鋳枠２
はこのローラ７の駆動力によって回転し、？８湯はそれ
によってモールドの内壁８に押しやられ中空鋳物をつく
るようになっている。

この実施例で用いるモールドは、耐熱鋼鋳鋼品−ＪＩＳ
　Ｇ５１２２　（１９８０）　５ＣＨ１２を用いて成形
した、内径３００ｍｍ、長さ６００鶴のものであり、そ
の？容ン易と接する内面にサーメット溶射材料をプラズ
マ熱源を用いて０．１〜０．１５ｍｍ（１００〜１５０
　μｍ）の厚さに溶射加工しである。

（２）第２表は、溶射したサーメット材料のうらの合金
成分を示したもので、それぞれの合金にはＹ２Ｏ３安定
化ＺｒＯ□を、合金／　Ｙ２Ｏ３・Ｚｒ０ｚ容世混合比
で１０／９０〜９０／１０の範囲で混合したサーメット
溶射材料を調整した。

なお、溶射に当り、その厚さの１５０μｍは、前記合金
のみをアンダーコートとして３０〜４０μｍになるよう
に溶射し、その上に合金／Ｙ２０：ｌ・ＺｒＯ□サーメ
ット溶射材料を１１０〜１２０μｍの厚さで溶射して仕
上げた。

一方、比較例として、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ、　
Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ａｌ　−Ｙ　−Ｔａ、　Ｎｉ−Ｃｒ
合金をそのままの状態で溶射したもの、及びこれらの合
金を５０〜６０μｍ厚に溶射した後、その上にＹ２Ｏ３
・ＺｒＯ□を１００〜１２０μｍ厚に別に溶射したモー
ルド、さらには従来から用いられている珪藻土塗布した
モールドについても比較した。

（３）上述のようにして得られたモールド内に、ＪＩＳ
　Ｇ５１０１　（１９８４）炭素鋼鋳鋼品５Ｃ４２を、
１３８０〜１４２０℃に加熱した鋳鋼溶湯を注入し、そ
のときの溶湯接触面を観察した。

得られたモールド内への鋳鋼溶湯の注入の仕方は、凝固
後の仕上寸法厚さが５　ａｍ厚となるように注入し、凝
固後鋳造品を取出した。この工程を１工程とし、■工程
毎にモールドの内面を観察し、被覆の損傷状態やモール
ドの異常の有無を記録することによって本発明の効果を
評価した。

第３表は、これらの結果を要約したもので、合金とＹｚ
Ｃｈ　・ＺｒＯ２との混合比が６０／４０〜１０／９０
のサーメット材料を溶射被覆したものでは、４０工程を
経ても健全な状態を維持していた。ところが、混合比が
７０／３０．８０／２０．９０／１０の、いわゆる合金
成分の多い溶射被覆をもつモールドでは溶湯との反応が
強くなり、２５〜３６エ程で局部的な剥離が発生した。

一方、比較例の合金溶射被覆は、さらに溶湯との反応性
が強く、早いものでは２０回の工程で剥離しく旧、長く
もったものでも３３回の工程で部分剥離が認められた（
Ｅ、Ｆ、Ｇ）。

また、合金を溶射した後、その上にＹ２Ｏ３・ＺｒＯ□
セラミックスを溶射被覆したモールドについては、溶湯
との冶金的結合がないためか、離型性能にすぐれていた
が、３０〜３４回の工程で熱衝撃による亀裂が発生し、
それが原因で局部的な剥離が発生した（Ｋ）。

なお、珪藻土を１工程毎に塗布したモールドについては
、１５工程で完全に肌荒れし、光学顕微鏡観察によると
既に微細な熱疲労割れが成長しつつあることが判明した
。

実力」トニ斐 実施例−１の結果によって優れた被覆性能を示したＡ、
Ｂ、Ｃ合金／ＹｇＯｔ　’　Ｚｒ０ｚ混合比４０／６０
組成のサーメット材料を用い、被覆層表面粗さと鋳造品
の品質との関係を実験的に求めた。

被覆層表面粗さは、Ｙ２Ｏ３・ＺｒＯ□セラミックス粒
子径５〜１５０μｍ範囲のものを選択することによって
制御した。また、得られた鋳造品の品質は、その断面を
切断研磨し、マクロエツチングすることによってガスの
残留に起因する欠陥（巣）の発生状況を観察することに
よって行った。

第４表は、その実験結果を要約したもので、４０μｍ以
上の粒子径材料で溶射した被覆層のモールドで得られた
鋳造品は非常に均等な組織を示し、残留ガスによる気孔
の発生は殆ど認められなかった。これに対し、４０μｍ
以下のものは鋳肌面は平滑であるが、溶解ガスの離脱が
十分でなく、小さな気泡が多数残留しているのが認めら
れた。

なお、溶射材料の粒子径と溶射被覆層表面粗さＲａとの
関係は次のとおりに判断した。

すなわち、溶射被覆層の表面粗さは、使用した溶射材料
の平均粒子径の１／４．０±１０％範囲にほぼ比例する
ので、例えば、上述した好適最小粗さの粒子径３５〜６
５μｍのものから得られる溶射被覆層の表面粗さ（Ｒａ
）は、 ３５＋６５／２　　／４．０　＝１２．５±１０％＝旦
〜１４μｍ また、好適最大粒子径１２０〜１５５μｍのものは、１
２０−１−１５５／２　／４．０　＝３４．４±１０％
＝３１〜詳μｍ 以上の結果から明らかなように、本発明遠心鋳造用モー
ルドの溶射被覆層表面粗さ（Ｒａ）は１１〜３８μｍの
ものが溶湯中のガス成分の排出に有効であり、鋳巣のな
い高品質ｊＪ鋼製品を得るのに有効であることが判明し
た。

第　　　　４　　　　表 （備考）○脱ガス良好　　△微細気泡残留　　×気泡残
留大以上の実施例−１及び実施例−２においては、高温
金属溶湯である鋳鋼用モールドの例について述べたが、
この温度より約１００℃低い鋳鉄溶湯用モールドにも適
用できることは、その作用機構から明らかである。

また、本発明では、安定化ジルコニアとしてＹ２Ｏ３・
ＺｒＯ□を使用したが、ＺｒＯ□の安定化物としてＭｇ
Ｏ，ＬａＯなどが知られており、この種のアルカリ土類
元素を添加したＭｇＯ・ＺｒＯ□、　　Ｃａ０−ＺｒＯ
□も市販されている。本発明の使用目的から明らかなよ
うに、後者の安定化ＺｒＯ□も使用できることは容易に
考えられる。

（発明の効果） 以上説明したような構成によってなる本発明にかかる容
器（遠心鋳造用モールド）は、その内面に適度な表面粗
さをもつサーメット材料の溶射被覆層を有するため、寿
命の大幅延長に有効で、非能率的な珪藻土塗布工程をな
くすことができ、他の合金溶射やセラミックス溶射では
得られない高品質鋳造品を効率よく生産し得る。

例えば、遠心鋳造用モールドとして採用した場合、次の
ような効果が期待できる。

（１）鋳鉄・鋳鋼の溶湯と接触しても表面が剥離するこ
とがなく、長期間にわたって高品質な鋳造品を製造でき
る。

（２）凝固した鋳造品との型離れが良好である。

（３）１回の溶射被覆により、長期間にわたって精度の
高い鋳造作業が可能であり、高品質、省資源、省力化に
よる生産コストの低減効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋳造用モールドを示す縦断面図、第２図は、
第１図のＡ−Ａ部矢視部の断面図である。 Ｉ・・・モールド、２・・・鋳枠、３・・・前蓋、４・
・・後蓋、５・・・溶湯、６・・・注入箱、７・・・ロ
ーラ、８・・・モールドの内壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属溶湯と接する面に、Ｎｉ基もしくはＣｏ基また
   はＮｉ−Ｃｒ系の合金と安定化ジルコニアとを容量比で
   ４０〜９０％混合してなるサーメット材料の溶射被覆層
   を設けてなる溶湯用容器。 ２、上記サーメット材料は、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ａｌ−
   ＹもしくはＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ−ＹのＮｉ基合金あるいは
   Ｎｉ−Ｃｒ系合金、またはＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ
   −ＴａのＣｏ基合金とＹ＿２Ｏ＿３安定化ＺｒＯ＿２と
   の混合物である請求項１に記載の溶湯用容器。 ３、サーメット材料の溶射被覆層の表面粗さＲａが１１
   〜３８μｍである請求項１または２に記載の溶湯用容器
   。