JPS6034639B2 - 連続鋳造用鋳型の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は連続鋳造用鋳型の製造方法に係り、特に銅もし
くは鋼合金より成る鋳型の表面に１〜２０％のＦｅを含
有するＮｉ−Ｆｅ合金の被覆層を有する硬度、耐摩耗性
、耐焼付性、耐熱衝撃性にすぐれた鋼の連続鋳造用鋳型
の製造方法に関する。

従来鉄鋼の連続鋳造用鋳型には、熱伝導特性のすぐれた
鋼または鋼合金を使用している。しかしこのような連続
鋳造用鋳型（以下鋳型という）をそのまま使用すると、
この鋳型に注入される溶鋼が非常に高温なため溶鋼注入
面の損傷が激しく鋳型は極めて短期間に寿命限界に達す
るとともに、削りとられた銅の一部が銭片表面から粒界
に侵入し鋳造銭片の表面に星状割れが発生し、品質上車
大な欠陥を発生する。そこでこの鋳型内面を従来クロム
めつきで保護することが試みられたが熱衝撃によって早
期に剥離し、めつき施工の効果が発揮されなかった。

この原因は熱膨張係数に差がありＣｕ：１６．５×１０
‐６（２０ｏｏ）に対して、Ｃｒ：６．２×１０‐６（
２０ｑｏ）と小さく、熱衝撃によって容易に銅素地とク
ロムめつきが剥離するためである。これを解決するため
ＮｉまたはＮｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂの如きＮｉ合金めつきが
施された。

この材質は熱膨張係数が１３．３×１０‐６（２０℃）
と比較的Ｃｕに近く、かつ展延性に優れているＣｒに比
べて硬度が低く摩耗しやすいため厚めつきをすることが
必要である。このＮｉめつきによってＣｒめつきの数倍
に及ぶ寿命を得たが、Ｎｉは穣鋼と溶着しやすく甚しい
場合は鋳造中にブレークアウトと称する銭片の破断を発
生し、この際の溶鋼の飛散によって設備に重大な損傷を
生ずる。

さらにＮｉめつきは鋳型内に注入された溶鋼の傷面付近
でくり返し受ける熱衝撃によって亀裂が発生し短期間で
亀裂が大きく開口し、ついには使用不能となるため全厚
３肋に対し１回当り０．３〜０．５肌の削り込みが必要
で、寿命期間中最低２回以上の削正があり著しく寿命が
低減する欠点がある。本発明の目的は、前記従来の連続
鋳造用鋳型の欠点を克服し、硬度、耐摩耗性、耐焼付性
、耐熱衝撃性にすぐれた被膜層を有する連続鋳造用鋳型
の製造方法を提供するにある。

本発明による連続鋳造用鋳型の製造方法の要旨は次の如
くである。

まず、製造しようとする鋳型は、銅もし〈は鋼合金より
成る鋼の連続鋳造用鋳型において、前記鋳型の表面に１
〜２０％のＦｅを含有するＮｉ−Ｆｅ合金の被覆層を有
する鋳型としている。そしてこのような連続鋳造用鋳型
を得るための製造方法は、連続鋳造用鋳型を構成する銅
もし〈は錦合金の表面にスルフアミン酸ニッケルを主成
分とする電解液によってＮｉ被覆層を亀着させる連続鋳
造用鋳型の製造方法において、前記電解液にはスルフア
ミン酸塩以外の有機硫黄化合物を含まず、かつ第１鉄イ
オンおよびオキシカルボン酸を有して成り、前記Ｎｉ被
覆層中に１〜２０％のＦｅを含有させることを特徴とす
る連続鋳造用鋳型の製造方法である。一般に鋳型に要求
される特性は、鋳型内の鰭片の動きと、相互に関連ある
もので次の点である。

‘ィ｝ 鋳型上部メニスカス近傍でのめつき材質の耐蝕
性、耐熱衝撃性および溶鋼に対する耐焼付き性がすぐれ
ていること。‘ｏ｝ 鋳型下部での銭片の摺動に対する
耐摩耗性と、熱を受けた際のめつきと銅との熱膨張係数
の差に基づく耐剥離性がすぐれていること。

本発明の製造方法の対象たる鋳型は前記‘ィ｝，｛ｏ｝
のいずれをも満足し、特に耐摩耗性がＮｊめつきの従釆
鋳型に比べて約２倍向上し、亀裂も大中に軽減すること
ができた。具体的にはＮｉ−Ｆｅ被覆層においてＦｅの
含有量を１〜２０％にすればよく、これは次の理由によ
る。

すなわち、Ｆｅ含有量１％未満では耐摩耗度、硬度を内
張材として必要な値以上保証することができず、また２
０％を越すとめつき層が脆く早期に剥離、亀裂を生ずる
とともに、めつき中発生する残留応力が大きくなって銅
素地より剥離することによるものである。次に本発明に
よる１〜２０％Ｆｅを含有するＮｉ−Ｆｅ合金の被覆層
を有する銅もし〈は銅合金より成る鋳型の製造方法につ
いて説明する。

従来の単なるＮｉめつきした鋼もしくは鋼合金より成る
鋳型の製造時にはスルフオン酸ニッケルを主成分とする
電解液を使用して露着させる方法を探っていることは公
知であるが、本発明の製造方法においては、そのめつき
工程において次の‘ａ｝、‘ｂ’２項を必須要件とする
ものである。

（ａ｝ 電解液であるスルフアミン酸ニッケル水溶液に
酒石酸、クエン酸、リンゴ酸等およびそのアンモニウム
塩の如くオキシカルボン酸と、第１鉄イオンの両方を加
えること。‘ｂー スルフアミン酸塩以外の例えば安定
剤として通常使用されるサッカリンの如き有機硫黄化合
物を含有しない電解液を使用すること。

すなわち、本発明においては、従来の有機物系安定剤の
代りに他の液に比して元来電着応力の低いスルフアミン
酸塩浴と併用したオキシカルボン酸を使用するのが本発
明の一つの特徴である。

このオキシカルボン酸の作用は第１鉄イオンを銭化して
安定化するとともに本発明者らによる応力測定結果によ
ると、有機系化合物には及ばないが十分使用できる程度
の応力減少効果が確認されている。また、スルフアミン
酸塩以外の有機硫黄化合物を含ませないとしたのは次の
理由による。すなわち、通常のニッケルやニッケル合金
めつき液にはサッカリンの如き有機硫黄化合物を液中に
添加する。これはめつき被膜の内部応力（歪）を低減し
、母材からの剥離や割れを防止し、まためつき平滑化に
利用するためである。しかし、連続鋳造用鋳型のめつき
に使用すると、鋳型は長時間高温下にさらされて被熱す
るものであるが故に、熱影響によりめつき被膜に大きな
亀裂を呈してしまうことが判明したからである。つまり
、サッカリンのような有機硫黄化合物を併用して得ため
つき被膜には引張強度の低下や伸びの低下が認められ、
併用しないで得ためつき被膜には引張強度や伸びの低下
がないことが認められた。高温被熱部材へのめつきに上
記悪影響をもたらす原因は有機硫黄化合物に存すること
は明白であり、事実、サッカリンに限らず、応力減少や
平滑化の目的に利用されている他の有機硫黄化合物、例
えばナフタリンスルホン酸ナトリウム、Ｐ−トルェンス
ルフオンアミド等もサッカリンと同じような挙動するこ
とが知られている。このような結果から、有機硫黄化合
物を含ませないものとしたのである。なお、スルフアミ
ン酸やラウリル硫酸ナトリウムも分子内に硫黄を含み、
かつ有機硫黄化合物とみなされるが、これらはめつき液
の成分として加えられるものであり、また、これらの存
在によってめつき被膜が極端に劣化する現象は無いので
、スルフアミン酸塩は除いたのである。以上のめつき液
組成を考慮して本発明で使用するめつき液の組成範囲を
第１表に示す。

第１表 めつき条件 ｐＨ ２〜５ 電流密度 ０．５〜２００Ａ／ｄの俗温度
室温〜７０ｑｏ次に本発明による製造方
法の実施例について説明する。

実施例 １鋳型の露着に適する液を検討するために第２
表に示す如き計６種類のめつき液を準備し、スパイラル
応力計を用いて各液の電着応力を測定した後、１０日間
５０ｑｏに保持した恒温槽内に浸潰し、液の外観と組成
の変化を調べ安定性を調査した。

第２表第２表においてニッケルイオン及び第１鉄イオン
は全てスルフアミン酸塩として添加した。

亀着応力および液の安定性測定結果は第３表に示すとお
りである。第３表 電着応力測定条件：電流密度 ３Ａ／ｄ〆、３０分第３
表の結果からクエン酸添加による応力減少効果と第１鉄
イオンの安定効果とが、またサッカリンには応力減少効
果が大であることは明らかであるが、本発明によるサッ
カリンの入らないＥ液でも使用に供される程度まで応力
減少効果が認められることが判明した。

実施例 ２ 実施例１のＡ〜Ｆの液を新しく調合し、中３００柵×長
さ４０仇剛×厚さ１帆のバフ研摩したＳＵＳ３０４ステ
ンレス鋼を準備し、これらの液から電流密度船／ｄ〆液
温５０ｑｏの条件下に０．１肋厚に蚤着し、その後ステ
ンレス鋼からめつき被膜を剥離した後ＡＳＴＭ規格Ｅ８
−６６に準じた引張試験片を作製し常温、４００００×
ｌｈｒ、および７００ｑ０×ｌｈｒ加熱処理したものの
引張強度、伸びを求めた。

第４表はその結果であるが同表にはＡ〜Ｆ液から得た箔
のＦｅ含有量を併記した。

第４表からも明らかなようにスルフアミン酸塩以外の有
機硫黄化合物を含有しない本発明のＥ液から得たものは
高温下に処理しても従来のＡ液から得たニッケル被膜に
勝る伸び率を有することがわかる。

実施例 ３ 実施例１のＡ、Ｅの２液を用いて中３０仇吻×長さ４０
仇舷×厚さ１肋の鞍鋼板に液温５０ｑｏ、電流密度３Ａ
／ｄれの条件下に０．１肋厚に亀着してテーバー式摩耗
試験用試料を作成し、実施例２と同様な加熱処理を施し
たものについて次の試験条件で摩耗減量を比較した。

トハ−糠難｛章＝誓し麗筆…窓章 第４表 第５表はその試験結果を示したものであるが、本発明の
Ｅ液より得た試料の如くニッケルに鉄を含有させること
によって、耐摩耗性が改善されていて実際の鋳型に適用
しても良好な結果が期待できることが判明した。

第５表 実機にての使用試験結果は、添附図面に示す如く、本発
明によるＮｉ−Ｆｅ合金被覆を施した銅製鋳型が同一め
つき厚さにおいて従釆のＮｉのみの被覆を施した鋳型に
比し約２倍の寿命があることが判明した。

実施例 ４ 実際の鋳型への適用を考慮して実施例１のＥ液について
液温５０つＣ、電流密度３Ａ／ｄでの条件下に実際の鋳
型材を中６仇奴×長さ６物岬×厚さ１比岬こ切削加工し
、試料としてその片側面に４劉時間密着させて厚み１．
０〜１．５肋の露看破膜を有する試験片を得た。

比較用として実施例１のＡ液からも同一条件下に試験片
を作成した。本発明によるＥ液から得た試険片の外観は
従来のＡ液から得たニッケルのみのものに比べて色調が
暗いこと以外になんらＡ液のものと差異はない。Ａ、Ｅ
液からの試験片を合わせて、常温、４００℃×ｌｈｒお
よび７００℃×ｌｈｒの順に加熱処理し、表面硬度を求
めたところ第６表の結果を得た。

第６表以上実施例より明らかなとおり、本発明によるＦ
ｅｉ〜２０％を含有させたＮｊ−Ｆｅ合金被覆層を有す
る銅もしくは鋼合金より成る連続鋳造鋳型は従来のＮｉ
単味めつきの鋳型よりもすぐれた高温特性と耐摩耗性を
有することが判明した。

本発明による銅もしくは鋼合金の表面に１〜２０％のＦ
ｅを含むＮｉ−Ｆｅ合金の被覆層を有する連続鋳造用鋳
型は次の如き効果を有する。

｛ィ｝ 熱膨張係数はＮｉ単味被覆層と大差がないので
耐剥離性に遜色がない。

‘ロー Ｎｉ−Ｆｅ合金は融点１４００ｑ０程度と高く
、高温強度と伸びにすぐれているので溶鋼との接触によ
っても耐焼付性、耐熱衝撃性にすぐれている。

し一 常温ならびに高温硬度がＮｉめつきよりもすぐれ
ているので耐摩耗性が大である。

摩耗試験結果からもその事実を裏付けている。片 その
結果寿命が従来のＮｉ単味の被覆層の銭型に比し約２倍
に延長でき、連続鋳造の生産性を著しく向上することが
できる。

本発明によるＮｉ−Ｆ８被覆層の亀着による製造方法に
よれば次の効果がある。

｛ィー 任意のＦｅ含有量のＮｊ−Ｆｅ合金被覆層を銅
もしくは銅合金鋳型の表面に形成できる。

‘ｏ’Ｎｉ一Ｆｅ合金の被覆層は厚くめつきすることが
でき、また本発明法によれば、サッカリンの如き有機系
安定剤を使用しなくてもスルフアミン酸塩浴とオキシカ
ルボン酸を使用することにより竃着応力の低いめつきが
できるので厚めつきにも割れを発生することがない。

【図面の簡単な説明】

添附図面は本発明によるＮｉ−Ｆｅ合金被覆層鋳型（黒
丸）と、従来のＮｉ被覆層鋳型（白丸）とを同一めつき
厚にて実機にて摩耗減量を比較した連続鋳造時の使用ヒ
ート数と摩耗量指数の関係図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 連続鋳造用鋳型を構成する銅もしくは銅合金の表面
   にスルフアミン酸ニツケルを主成分とする電解液によつ
   てＮｉ被覆層を電着させる連続鋳造用鋳型の製造方法に
   おいて、前記電解液にはスルフアミン酸塩以外の有機硫
   黄化合物を含まず、かつ第１鉄イオンおよびオキシカル
   ボン酸を有して成り、前記Ｎｉ被覆層中に１〜２０％の
   Ｆｅを含有させることを特徴とする連続鋳造用鋳型の製
   造方法。