JPH0677789B2

JPH0677789B2 - 連続鋳造用鋳型

Info

Publication number: JPH0677789B2
Application number: JP62165202A
Authority: JP
Inventors: 元久宮藤; 益光副田; 弘志中村; 誠昭磯野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-07-03
Filing date: 1987-07-03
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPS6411054A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、連続鋳造用鋳型に関し、更に詳述すれば、析
出硬化型銅合金の鋳型基体の内面に優れた耐熱性及び耐
摩耗性を有するめっき層を設けた連続鋳造用鋳型に関す
る。

［従来の技術］従来の鋼の連続鋳造用鋳型は、一般に、熱伝導性が良好
な銅（Cu）又はCu合金を使用して成形されているが、こ
のCu又はCu合金からなる鋳型内面は、高温の溶鋼に接触
すると激しい損傷を受けるため、寿命が短いという問題
点を有していた。

この問題点を改善するために、操業中に連続鋳造用鋳型
内面と溶鋼との間にガラス質パウダー等の潤滑剤を介在
させ、鋳型と溶鋼とが直接に接触することがないように
操業上配慮されている。

また、耐熱性及び耐摩耗性を向上させるべく、鋳型内面
に種々のめっきを施した鋳型が開発されている。例え
ば、第１層としてニッケル（Ni）及びコバルト（Co）の
少なくとも１種からなるめっき層、第２層として３乃至
30重量％の燐（Ｐ）及び２乃至15重量％の硼素（Ｂ）の
少なくとも１種と残部Ni及びCoの少なくとも１種とから
なる合金めっき層、並びに第３層としてクロム（Cr）め
っき層を順次設けたもの（特公昭52−50734号）、又
は、上記鋳型における第１層を省略した二層めっき構造
の鋳型（特開昭57−85650号）等が提案されている。そ
して、これらのめっき層を有する連続鋳造用鋳型によっ
て、寿命が延長され、長期間の連続鋳造の操業が可能と
なったとされている。

ところで、近時、連続鋳造用鋳型内の溶鋼を攪拌して鋳
片品質を改善するために電磁攪拌が採用されているが、
この攪拌効果を向上させるため鋳型材料に電気伝導率が
低いCu合金を使用するようになってきた。

しかし、一般に電気伝導率が低い材料は、熱伝導率も低
いために、この材料により成形された鋳型は従来のCu鋳
型に比して、その鋳型内面がより高温となるため、耐熱
性のより一層の向上が要求される。

このような鋳型内面の耐熱性向上のためには、前述の公
報にも記載されているように、Ｐを含有するNi合金めっ
き層と、Crめっき層とを順次鋳型内面に設けることは有
用なことである。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、このNi及びＰからなる合金めっき層とCr
めっき層とを積層させた多層めっきを設ける場合、鋳型
基体のCu又はCu合金とNi及びＰからなる合金めっき層と
の間、並びにNi及びＰからなる合金めっき層とCrめっき
層との間が強固に密着されることが要求される。

この場合に、Cu又はCu合金とNi及びＰからなる合金めっ
き層との間の密着性は、熱処理することによりCu又はCu
合金とNi及びＰからなる合金めっき層との間に拡散層を
形成させることによって、向上させることができる。し
かし、Ni及びＰからなる合金めっき層とCrめっき層との
間には、熱処理によって拡散層を形成するということは
困難であるため、この手法をめっき層相互間の密着性の
改善には適用できない。

なお、Ni及びＰからなる合金めっき層を設けた後、塩酸
又は硫酸等により酸洗いし、Ni及びＰからなる合金めっ
き層の酸化皮膜を除去した後、Crめっき層を設けること
も考えられるが、このような方法では、両めっき層間の
密着性を十分に向上させることはできない。

また、その他の手段として、Ni及びＰからなる合金めっ
き層の表面を入念に研磨した後、Crめっき層を設ける方
法もあるが、鋳型の製造上、極めて非能率的であるとい
う問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
耐熱性及び耐摩耗性が優れた鋳型内面を有する連続鋳造
用鋳型を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明に係る連続鋳造用鋳型は、析出硬化型銅合金で成
形された鋳型基体と、この鋳型基体の内面に形成されニ
ッケル及び燐を含有する合金からなる第１のめっき層
と、この第１のめっき層上に0.3μｍ以上の厚さで形成
され５％以上のコバルトを含有する合金からなる第２の
めっき層と、この第２のめっき層上にクロム又はその合
金で形成された第３のめっき層と、前記第１のめっき層
と第２のめっき層との間及び前記第２のめっき層と第３
のめっき層との間に形成された拡散層とを有することを
特徴とする。

［作用］本発明においては、鋳型基体の内面に第１乃至第３のめ
っき層を積層してある。この第１のめっき層はNi及びＰ
を含有する合金（以下、Ni−Ｐ合金という）で形成さ
れ、第３のめっき層はCr又はCu合金で形成されている
が、この第１及び第３のめっき層間に、５％以上のCoを
含有する合金（以下、Co合金という）で形成された第２
のめっき層を0.3μｍ以上の厚さで形成してある。

また、例えば、200乃至500℃の温度で熱処理（特許請求
の範囲第２項参照）することにより形成された拡散層
が、第２のめっき層と第１及び第３のめっき層との間に
夫々設けられている。そして、第２のめっき層中のCo
は、第１及び第３のめっき層のNi及びCrの双方と固溶体
を形成するので、めっき層と鋳型基体との間に加え、各
めっき層間も十分に強固に固着される。また鋳型基体を
構成する折出硬化型銅合金は耐熱性が優れていると共
に、第１及び第２のめっき層を構成するNi−Ｐ合金及び
Cr又はCr合金も耐熱性が優れている。従って、耐熱性及
び耐摩耗性が優れためき層を鋳型基体の内面に強固に被
着させることができる。

［実施例］以下、本発明に係る連続鋳造用鋳型について、更に具体
的に説明する。

本発明に係る連続鋳造用鋳型の鋳型基体は、優れた耐熱
性を有する析出硬化型のCu合金で成形されている。この
ような銅合金としては、例えば、Ni、シリコン（S
i）、亜鉛（Zn）を夫々3.2％、0.7％、0.3％含むもの、
同じ成分を1.6％、0.35％、0.3％含むもの、Cr、ジ
ルコニウム（Zr）を夫々0.8％、0.2％含むもの、Cr、
Zr、マグネシウム（Mg）を夫々0.6％、0.15％、0.005％
含むもの、鉄（Fe）、Ｐを夫々0.1％、0.035％含むも
の、Fe、Ｐ、スズ（Sn）を夫々0.1％、0.035％、0.03
％含むもの、Ni,ベリリウム（Be）、Zr、Mgを夫々１
％、0.2％、0.2％、0.04％含むもの、Ni、Be、ニオブ
（Nb）を夫々0.98％、0.2％、0.07％含むもの等があ
る。

鋳型基体の内面にNi及びＰからなる合金の第１のめっき
層を形成し、次いで５％以上のCoを含有するCo合金の第
２のめっき層を0.3μｍ以上の厚さで設け、更にその上
にCr又はCr合金からなる第３のめっき層を順次設けてあ
る。各めっき層の成分をこのように選択することによっ
て、各めっき層間の密着性が向上する。そして、各めっ
き層を積層した後、200乃至500℃の温度において熱処理
することにより、各めっき層の相互間に拡散層が形成さ
れ、第２層のCoが第１層のNi及び第３層のCrと固溶体を
形成する。このため、各めっき層間の密着性を更に一層
向上させることができる。このようにして、耐摩耗性及
び耐熱性が優れた連続鋳造用鋳型が得られる。

第２のめっき層におけるCo合金のCo含有量を５重量％以
上に限定したのは、Co含有量が５％未満の場合には、第
１のめっき層との間及び第３のめっき層との間の拡散層
の形成が不十分となり、密着性を十分に向上させること
ができないためである。Co含有量が高い程、拡散層の形
成効果が大きいが、Coは高価であり経済的に不利となる
ため、機能性及び経済性を考慮するとCo含有量を約50重
量％とすることが好ましい。

Co合金からなる第２のめっき層の厚さを0.3μｍ以上と
限定する理由は、この層厚が0.3μｍ未満であると、複
雑な電流分布を示す鋳型内面のめっき作業において、め
っき厚さが局所的に薄い部分が生じ、密着性の改善が不
十分になるからである。なお、Co合金のめっき層厚の上
限としては、機能上及び経済的な見地から、10μｍ以下
とするのが適当である。

また、熱処理温度範囲を200℃以上としたのは、各めっ
き層間の拡散層の形成を促進するためである。一方、熱
処理温度が500℃を越えると、Ni−Ｐ合金めっき層の軟
化が顕著になるので上限を500℃とすることが好まし
い。第１図は横軸に熱処理温度をとり、縦軸にNi−Ｐ合
金めっき層の表面硬度をとって、熱処理による表面硬度
の変化を示すグラフ図である。なお、熱処理時間は１時
間である。この第１図から明らかなように、熱処理温度
が500℃を超えると表面硬度が著しく低くなる。このた
め、500℃以下の温度で熱処理することが好ましい。

このように、本発明はNi−Ｐ合金の第１のめっき層と、
Cr又はCr合金のぢ３のめっき層との間に、Ni及びCrの双
方と固溶体を形成するCoを適量含有するCo合金からなる
第２めっき層を設けて、各めっき層間の密着性を著しく
向上させると共に、更に、Co合金第２のめっき層とそれ
を挟む第１及び第２の両めっき層との間に拡散層の形成
を促進するのに十分で、かつ、鋳型基体及びNi−Ｐ合金
第１めっき層が軟化しない温度で熱処理する。

これにより、各めっき層間に拡散層が形成され、 Ni−Ｐ合金めっき層が硬化し、各めっき層中の吸蔵水素が放出されて、水素脆性が改
善され、めっき応力が緩和されるという効果が奏される。

このようにして、従来のNi−Ｐ合金めっき層及びCrめっ
き層を順次積層した鋳型に比して、耐熱性及び耐摩耗性
が優れた鋳型が得られる。

なお、本発明は、筒状のブルーム又はビレット用の鋳型
の外、スラブ用の組立鋳型にも適用できるものであるこ
とは勿論である。

次に、折出硬化型Cu合金板上に種々のめっき層を施し、
その特性を試験した結果について、説明する。

Ni;3.2％、Si;0.7％、Zn;0.3％、残部Cuからなる折出硬
化型Cu合金板（板厚1mm、巾100mm、長さ100mm）上に、N
i−Ｐ合金めっき、Co−Ni合金めっき、Crめっきを順次
施した。Ni−Ｐ合金めっき層及びCrめっき層の厚さは夫
々30μｍ及び15μｍである。Co−Ni合金めっき層におい
ては、Co含有量を１乃至75重量％、めっき層の厚さを0.
1乃至５μｍの範囲で変化させた。

更に、これらのめっきを施した試験材のうちの一部につ
いて、150乃至550℃の範囲で熱処理を施した。Ni−Ｐ合
金めっき、Co−Ni合金めっき、及びCrめっきの各めっき
浴の組成及びめっき条件は下記第１表に示すとおりであ
る。

これらの各試験材は下記第２表に示す各種試験により、
めっき性能を評価した。

下記第３表は、その試験結果を各試験材のめっき仕様及
び熱処理条件と共に示す。

第３表において、Coを50％含有する合金めっき層の膜厚
の変化による各種特性の変化の傾向をみると、試験材の
No.18（めっき層なし）、No.13（膜厚0.1μｍ）、No.1
（0.3μｍ）、No.2（１μｍ）、No.3（３μｍ）、No.4
（５μｍ）と膜厚が厚くなるに従って、表面硬度（Ａ）
の変化は小さいが、噴射摩耗試験（Ｂ）における摩耗時
間は膜厚０μｍから、0.1μｍにかけてかなり大きく変
化し、0.1μｍから0.3μｍにかけては急激に摩耗時間が
長くなる。そして、１μｍから３μｍにかけては徐々に
摩耗時間が長くなるという傾向を示す。特にCo合金を0.
3μｍ以上の厚さでめっきしたNo.1乃至No.4の場合は、C
o合金めっきなしのものに対し、２倍以上の摩耗時間を
示した。また、Co合金めっきを0.1μｍ形成しただけ（N
o.13）でも、曲げ試験（Ｃ）によるCrめっきの剥離がな
くなり、噴射摩耗試験（Ｂ）による摩耗時間もCo合金め
っき層がない場合に比して約20％延長された。

次に、No.3のCoを50％含むCo合金めっき層を３μｍ施し
た試験材について、めっき後の熱処理条件による各種特
性の変化をNo.3（熱処理なし）、No.15（150℃、５時
間）、No.9（200℃、５時間）、No.7（350℃、３時
間）、No.10（500℃、１時間）、No.16（550℃、１時
間）についてみると、熱処理を施していないNo.3の試験
材と、150℃で５時間熱処理したNo.15の試験材とでは表
面硬度（Ａ）及び噴射摩耗試験（Ｂ）による摩耗時間に
差異がなく、このような熱処理条件では硬化がないこと
がわかる。

一方、200℃で５時間の熱処理を施したNo.9の試験材で
はNo.3の試験材と比較して、表面硬度（Ａ）は殆ど変化
していないが、噴射摩耗試験（Ｂ）による摩耗時間が約
23％延長され、更に350℃で３時間熱処理を施したNo.7
の試験材ではNo.3の試験材の1.4倍と著しく摩耗時間が
延長されている。また、500℃で１時間の熱処理を施し
たNo.10の試験材も、ほぼNo.7の試験材と同様の傾向が
みられたが、550℃で１時間の熱処理を施したNo.16の試
験材では、表面硬度（Ａ）がHV830と熱処理を施さないN
o.3の試験材に比較して約10％低下し、噴射摩耗試験
（Ｂ）による摩耗時間もNo.3の試験材よりやや減少する
傾向を示した。

さらに、Ni−Ｐ合金めっき層とCrめっき層の間にCo合金
めっき層を３μｍ施した後、350℃で３時間の熱処理を
施した試験材について、Coの含有量の変化による影響
を、No.17（１％）、No.11（５％）、No.7（50％）、N
o.12（75％）の各試験材についてみてみると、表面硬度
（Ａ）はいずれもHV1050以上で非常に高い値を示してい
るのに対し、噴射摩耗試験（Ｂ）による摩耗時間はCo含
有量が１％のNo.17の試験材に対して、Co含有量が５％
のNo.11の試験材で約２倍、Co含有量が50％、75％の夫
々No.7、No.12の試験材では約2.4倍と長くなっている。

また、Co合金めっき層をNi−Ｐ合金めっき層とCrめっき
層の中間に施したものはいずれも、曲げ試験（Ｃ）にお
いて、めっきに剥離が認められなかった。

以上の結果から、特に噴射摩耗試験（Ｂ）による摩耗時
間の変化を基に判断すると、Ni−Ｐ合金めっき層とCrめ
っき層との間に５％以上のCoを含むCo合金めっき層を0.
3μｍ以上設けることにより、各めっき層間の密着性が
改善され、更にその後、200乃至500℃の温度において熱
処理することによって、その密着性が著しく改善される
と考えられる。

また、350℃以上500℃以下の温度で熱処理した場合は、
熱処理しなかった場合及び低温で熱処理した場合に比較
して、表面硬度（Ａ）がHV1000以上と高い値を示してい
る。これは第１図に示すように350℃以上の熱処理でNi
−Ｐ合金めっき層が硬化するためである。

また、550℃で熱処理した場合に（No.13）、表面硬度が
HV830まで低下する理由は以下のように考えられる。第
２図は横軸に熱処理温度をとり、縦軸にNi;3.2％、Si;
0.7％、Zn;0.3％、残部Cuからなる銅合金の表面硬度を
とって、熱処理温度（熱処理時間は５分間）による表面
硬度の変化を示すグラフ図である。この第２図に示すよ
うに、熱処理温度が500℃を超えると、銅合金鋳型基体
が軟化してくる。また、第３図は横軸に熱処理温度をと
り、縦軸にCrめっき層の表面硬度をとって１時間の熱処
理によるCrめっき層の表面硬度の変化を示すグラフ図で
ある。この第３図から明らかなように、同様に、熱処理
温度が500℃を超えると、Crめっき層が軟化してくる。

このように、550℃で熱処理した試験材表面硬度が低下
したのは、第２図及び第３図に示すように、500℃を超
える温度で、Cu合金基体及びCrめっき層が軟化したこと
と、前述の第１図に示すように、Ni−Ｐ合金めっき層の
軟化が促進されたためと考えられる。

次に、実際に鋳型を製造し、鋳型の寿命を求めた試験の
結果について説明する。前述と同様のCu合金からなる連
続鋳造用筒型鋳型（１辺が134mm、肉厚8mm、長さ800m
m）の内面以外の部分をビニール系塗料によりマスキン
グしたものを３本用意し、第３表のNo.18、No.3、No.7
の各試験材と同様の条件でめっき層を形成した（No.7に
は350℃で３時間の熱処理を施した）。

これらの３本の鋳型を用いて、実際に角形ビレットを鋳
造した。そして、鋳型内面に施した多層めっきが剥離又
は摩耗して鋳型素材のCu合金が露出するまでのチャージ
数でもって鋳型の寿命を求めた。

その結果、No.18の試験材と同様のめっきを施した鋳型
の寿命が250チャージであったのに対して、本発明の実
施例であるNo.3の試験材と同様のめっきを施した鋳型の
寿命が445チャージであり、No.7の試験材と同様のめっ
きを施した鋳型は550チャージを経過してもめっきの剥
離や摩耗による鋳型素材の露出はみられなかった。

［発明の効果］本発明によれば、連続鋳造用鋳型の溶湯鋳込面に高強度
の密着性を有する多層めっきを形成したから、鋳型内面
の耐熱性及び摩耗性を向上させることができると共に、
従来の鋳型に比して寿命を1.7倍以上に延長させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はNi−Ｐ合金めっき層の表面硬度の熱処理温度に
よる変化を示すグラフ図、第２図はCu合金基体の表面硬
度の熱処理温度による変化を示すグラフ図、第３図はCr
めっき層の表面硬度の熱処理温度による変化を示すグラ
フ図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】析出硬化型銅合金で成形された鋳型基体
と、この鋳型基体の内面に形成されニッケル及び燐を含
有する合金からなる第１のめっき層と、この第１のめっ
き層上に0.3μｍ以上の厚さで形成され５％以上のコバ
ルトを含有する合金からなる第２のめっき層と、この第
２のめっき層上にクロム又はその合金で形成された第３
のめっき層と、前記第１のめっき層と第２のめっき層と
の間及び前記第２のめっき層と第３のめっき層との間に
形成された拡散層とを有することを特徴とする連続鋳造
用鋳型。
【請求項２】前記拡散層は前記第１乃至第３のめっき層
の積層形成後の200乃至500℃の熱処理により形成された
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の連続鋳造用鋳型。