【０００１】
本発明は、金属材料製のローラー本体と、その上に設けられ、前記ローラー本体の材料よりも硬度の高い金属材料製のコーティングとを有する、溶融金属（特には、溶融スチール）を鋳造するキャスティングローラーに関する。この型のキャスティングローラーは、溶融スチールを連続的に鋳造ストリップに鋳造する機械の内部で用いられる。
【０００２】
「ダブル−ローラー鋳造機」とも称される前記のような装置中でのスチールのストリップ鋳造用として、二本のキャスティングローラーが用意される。これらは、キャスティング工程の間は反対方向に回転し、それらの回転軸に関して平行に配置され、内部で冷却され、そしてそれらの間に生じるキャスティングギャップの長い側面の範囲を定める。十分な液状溶融金属を、前記キャスティングギャップに注ぐたびに、前記のキャスティングギャップ上に溶融金属のプールが形成される。前記溶融金属は、前記溶融金属プールからキャスティングローラーに到達して凝固し、そして、キャスティングローラーによって、キャスティングギャップの中へ運ばれる。キャスティングギャップにおいて、キャスティングローラー上で形成されるシェル及び依然として自由流動性の溶融金属からキャストストリップが形成され、これは続いて抜き出されて更なる工程に供給される。
【０００３】
キャスティングローラーの良好な熱伝導性を保証する目的で、それらは典型的には、少なくともそれらの側表面を銅合金製にする。このようにして、好ましい熱放散が達成される。しかしながら、実際の操作においては、キャスティングローラーには、機械的及び熱的に強い歪みが加わるので、キャスティングローラーの製造に用いられる銅材料には大きな摩耗が発生する。
【０００４】
従って、スチール鋳造に用いるキャスティングローラーには、その側面の表面上に、キャスティングローラーの他の材料よりも硬度が大きいコーティングを典型的に設ける。キャスティングローラーの銅製ローラー本体上のコーティングの製造方法は、ＥＰ０８０１１５４Ｂ１において知られている。前記の公知方法によって、銅材料製のキャスティングローラーの側面の表面に、ニッケルコーティングをコートする。その際に完成したキャスティングローラーが、溶融金属と接触する側面の表面上で、耐摩耗性のハードコーティングによってコートされるように、特定の製造方法工程に注意する。前記ニッケルコーティングは、銅ローラーを機械的ダメージから保護し、そしてその熱的歪みを減少する。それと同時に、コーティング領域においては、良好な熱伝導性を有する銅製のローラー本体の領域よりも、より低い熱伝導性を原因とする一層高い温度が発生する。キャストストリップの改良された表面が、外側のコーティングの一層高い温度によって得られる。
【０００５】
前記のタイプのコーティングを備えたキャスティングローラーの問題は、設けられた特定のコーティングが、コーティングを支持するローラー本体の銅材料と比べて、異なる熱膨張挙動を示すことである。これらの差が大きすぎると、コーティングの一部のクラッキング又は剥落が起こることがある。続いて、露出したローラー本体の部分が、溶融金属と直接に接触し、更なる摩耗を引き起こす。
【０００６】
この問題を解決するために、２種類の異なるコーティングを銅製ローラー本体上に設け、ローラー本体に直接に設けるコーティングを、直接に溶融金属と接触する外側のコーティングと比べて、加熱時により強く膨張させることが、ＥＰ０４２１９０８Ｂ１に提案されている。このようにして、ローラー本体の冷却によって外側コーティングよりも内側コーティングの方がより冷却されているが、外側コーティングは、内側コーティング上で張力をかけられることになる。この場合には、外側コーティングは、好ましくは、スチール、ニッケル、又はクロム製であり、一方、内側コーティングは銅製である。このタイプのダブルコーティングは、この場合、付加的な境界層が第１コーティングと第２コーティングとの間に発生し、不都合な工程条件下又は不均一の材料組成が原因となる接着の問題が発生することがあるという欠点を有する。従って、ＥＰ０４２１９０８Ｂ１によるコーティングには、信頼性及び耐摩耗性に関する問題もまた、実際の操作に存在する。
【０００７】
本発明の目的は、前記の従来技術から出発して、耐用年数の増加及び使用特性を改良したキャスティングローラーを提供することである。更に、前記のようなキャスティングローラーの製造方法を特定することである。
【０００８】
前記の目的は、厚さ方向に、自由表面領域よりも、ローラー本体との境界領域の方が硬度が低いコーティングをローラー本体に設けた前記のタイプの装置によって達成される。
【０００９】
本発明によれば、ただ１つの単層コーティング（好ましくはニッケル合金系）が、ローラー本体に設けられる。しかしながら、前記コーティングは、直接に溶融金属と接触する外側表面の領域よりもローラー本体との境界領域の方が低硬度になるように構成される。前記硬度、すなわち、ローラー本体から始まって、コーティングの厚さの全体に亘って外側に増加する硬度の結果として、前記コーティングは、ローラー本体に隣接する領域に増加した延性を有し、従って、前記コーティングがローラー本体の前記銅ジャケットの変形をこの領域で吸収することができ、そしてローラー本体上のコーティングの良好な接着が保証される。操作中にローラー本体からコーティングが脱落する危険は、このような方法で防止され、従って、キャスティングローラーの長期間継続した信頼性のある操作が保証される。それと同時に、キャスティングローラーの周縁部の硬度が非常に高くなるので、本発明のキャスティングローラーの表面は、良好な耐摩耗性を有し、従って耐用年数が向上する。
【００１０】
ローラー本体に設けるコーティングにおいて変化する硬度傾向は、ローラー本体に隣接する領域と自由表面の領域とで異なる組成を有するコーティングによって発生させることができる。従って、例えば、コーティングの過程において、析出する特定の材料の硬度を上昇させる要素の割合を、使用する特定の電解液中で増加させることができる。このようにして、コーティングの厚み方向に亘って変化する合金組成が得られる。その分布は、キャスティングローラーの周縁部よりもローラー本体に隣接している領域の方が硬度が低く、同時により延性が高くなる方法で実施される。これに関連して、硬度増加要素としては、例えば、クエン酸ナトリウム又は硫黄を用いることが適切であり、コーティングがニッケル合金系から形成される場合には、好適に使用することができる。
【００１１】
前記の態様の代わりに又は前記の態様に加えて、組成変化によって硬度傾向に影響を与えるために、コーティングがその自由外側表面の領域よりもローラー本体との境界領域が軟らかい微小構造を有するようにコーティング工程を制御することもできる。これは、コーティング工程の過程で、析出電流を最小値から増加させることによって達成することができる。コーティングの開始段階の低い析出電流強度により、細粒化コーティングの厚さの領域が最初に形成され、増加した延性が得られる。その後の析出電流強度の増加により、微小構造がより粗くなり、そしてコーティングの硬度は、厚みの増加と共に増大する。
【００１２】
前記コーティング工程は、いずれの場合にも、特定の問題領域（ローラー本体とコーティングとの境界層；コーティングの外側表面）における特定の最適な材料特性を有する均質なコーティング構造が得られるように制御すべきである。これはいずれの場合も、コーティングの厚さ全体に亘って硬度が連続的に増加するように硬度増加要素を電解液に添加するか、又は析出電流を変化させることによって保証することができる。この場合、使用する特定のコーティング材料、その厚さ、及び特定の操作の影響に応じて、硬度が、ローラー本体の周縁部から始まって、直線的に、又は徐々に増加する傾向を有する場合には、適切であることができる。
【００１３】
実用的な実験により、本発明によるキャスティングローラーは、コーティングの硬度がローラー本体との境界領域で１５０ＨＶ〜２５０ＨＶであり、そして自由表面領域で４００ＨＶ〜５００ＨＶである場合に、それらに対する要求を確実に満足することが分かった。この点はコーティングがニッケル材料系で製造されている場合には特に当てはまる。
【００１４】
本発明の更に好適な実施態様が従属項に特定されており、そして図面に基づいて示されている以下の実施例的態様に沿ってより詳細に説明する。
【００１５】
図１は、キャスティングローラーの斜視図である。
図２は、キャスティングローラーの拡大部分断面図である。
【００１６】
キャスティングローラー１は、ローラー本体２を有し、少なくとも外側の側面表面３が、銅材料で製造されている。ローラー本体２の内側には、冷却装置（図示せず）が装備されており、その装置によって、ローラー本体がキャスティング操作中に冷却される。
【００１７】
ニッケル合金系のコーティング４は、電解析出（electrolytic deposition）によってローラー本体２の側面の表面３に与えられる。コーティング４の厚みＤに亘って、側面表面３から始めて直線的に増加するコーティング４の硬度傾向（図２において、水平の連続的な複数の線で示している）を発生させる目的で、コーティング工程の間で析出電流強度を連続して増加させる。このような方法で、コーティング４はコーティング工程の初期段階でゆっくり形成され、従って、ローラー本体２の側面表面３と接触する領域において、コーティング４は、微細な微小構造を有し、そして１５０ＨＶ〜２５０ＨＶの領域の低い硬度を有し、同時に延性も増加している。従って、問題の厚み領域におけるコーティングは、キャスティング中の加熱による、ローラー本体２の膨張に追随することができる。
【００１８】
コーティング工程に亘って、析出電流を、連続的に直線的に増加させると、その結果として、コーティングがより急速に形成され、そして粗い粒子が増加する。このようにして、コーティングの硬度は、溶融スチールと接触する外側の表面５の方向に、直線的に増加し、従って、コーティングは、外側の表面５において、４００ＨＶ〜５００ＨＶの範囲の最大硬度を有し、これによって高い耐摩耗性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】キャスティングローラーの斜視図である。
【図２】キャスティングローラーの拡大部分断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１・・・キャスティングローラー；２・・・ローラー本体；
３・・・ローラー本体の外側側面の表面；４・・・コーティング；５・・・外側表面；
Ｄ・・・コーティング４の厚さ。[0001]
The present invention is directed to casting molten metal (particularly, molten steel) having a roller body made of a metal material and a coating made of a metal material provided thereon and having a higher hardness than the material of the roller body. About rollers. This type of casting roller is used inside a machine that continuously casts molten steel into cast strips.
[0002]
Two casting rollers are provided for strip casting of steel in such an apparatus, also referred to as a "double-roller caster". These rotate in opposite directions during the casting process, are arranged parallel to their axis of rotation, are cooled internally, and delimit the long sides of the casting gap that forms between them. Each time sufficient liquid molten metal is poured into the casting gap, a pool of molten metal is formed on the casting gap. The molten metal reaches the casting roller from the molten metal pool and solidifies, and is conveyed into the casting gap by the casting roller. At the casting gap, a cast strip is formed from the shell formed on the casting roller and the still free flowing molten metal, which is subsequently withdrawn and fed to further processing.
[0003]
To ensure good thermal conductivity of the casting rollers, they typically have at least their side surfaces made of a copper alloy. In this way, favorable heat dissipation is achieved. However, in actual operation, the casting roller is subjected to strong mechanical and thermal strains, so that the copper material used for manufacturing the casting roller is significantly worn.
[0004]
Accordingly, casting rollers used for steel casting typically have a coating on their side surfaces that is harder than the other materials of the casting roller. A method for producing a coating on a copper roller body of a casting roller is known from EP0801154B1. According to the above-mentioned known method, a nickel coating is coated on the side surface of a casting roller made of a copper material. Care is taken in the specific manufacturing method steps so that the finished casting roller is coated with a hard-wearing hard coating on the side surfaces that come into contact with the molten metal. The nickel coating protects the copper roller from mechanical damage and reduces its thermal distortion. At the same time, higher temperatures are generated in the coating area due to lower thermal conductivity than in the area of the copper roller body with good thermal conductivity. The improved surface of the cast strip is obtained by the higher temperature of the outer coating.
[0005]
A problem with casting rollers with a coating of the type described above is that the particular coating provided exhibits a different thermal expansion behavior compared to the copper material of the roller body supporting the coating. If these differences are too large, cracking or spalling of some of the coating may occur. Subsequently, the exposed portions of the roller body come into direct contact with the molten metal, causing further wear.
[0006]
To solve this problem, two different coatings are provided on the copper roller body, and the coating provided directly on the roller body expands more strongly when heated compared to the outer coating which is in direct contact with the molten metal. This has been proposed in EP 0421908 B1. In this way, the cooling of the roller body cools the inner coating more than the outer coating, but the outer coating will be tensioned on the inner coating. In this case, the outer coating is preferably made of steel, nickel or chromium, while the inner coating is made of copper. This type of double coating in this case creates an additional boundary layer between the first coating and the second coating, causing adhesion problems due to unfavorable process conditions or uneven material composition. Has the disadvantage that it may Thus, coatings according to EP 0 421 908 B1 also have problems with reliability and abrasion resistance in practical operation.
[0007]
It is an object of the present invention to provide a casting roller which, starting from the prior art described above, has an increased service life and improved use properties. Another object of the present invention is to specify a method for manufacturing the above-described casting roller.
[0008]
The above object is achieved by a device of the above type in which a coating is provided on the roller body, in the thickness direction, whose hardness is lower at the boundary area with the roller body than at the free surface area.
[0009]
According to the invention, only one single layer coating (preferably a nickel alloy system) is provided on the roller body. However, the coating is configured such that the hardness at the boundary area with the roller body is lower than at the outer surface in direct contact with the molten metal. As a result of the hardness, i.e. starting from the roller body and increasing outwardly over the entire thickness of the coating, the coating has an increased ductility in the area adjacent to the roller body and thus the The coating can absorb the deformation of the copper jacket of the roller body in this area and a good adhesion of the coating on the roller body is guaranteed. The danger of the coating falling off the roller body during operation is prevented in this way, thus ensuring a long-lasting and reliable operation of the casting roller. At the same time, the surface of the casting roller of the present invention has good abrasion resistance, and therefore its service life is improved, because the hardness of the periphery of the casting roller is very high.
[0010]
The changing hardness trend in the coating provided on the roller body can be caused by coatings having different compositions in the area adjacent to the roller body and in the area of the free surface. Thus, for example, in the course of coating, the proportion of factors that increase the hardness of the particular material deposited can be increased in the particular electrolyte used. In this way, an alloy composition that varies across the thickness of the coating is obtained. The distribution is carried out in such a way that the hardness is lower in the area adjacent to the roller body than in the periphery of the casting roller, and at the same time it is more ductile. In this connection, it is appropriate to use, for example, sodium citrate or sulfur as the hardness increasing element, and when the coating is formed from a nickel alloy system, it can be suitably used.
[0011]
Instead of, or in addition to, the above aspects, the coating may have a microstructure in which the boundary area with the roller body is softer than the area of its free outer surface to influence the hardness tendency by the composition change. The coating process can also be controlled. This can be achieved by increasing the deposition current from a minimum during the coating process. Due to the low deposition current intensity at the beginning of the coating, a region of the thickness of the grained coating is initially formed and increased ductility is obtained. Subsequent increases in deposition current intensity result in coarser microstructures and the hardness of the coating increases with increasing thickness.
[0012]
The coating process is controlled in each case to obtain a homogeneous coating structure with specific optimal material properties in the specific problem areas (boundary layer between the roller body and the coating; outer surface of the coating). Should. In each case, this can be ensured by adding a hardness increasing element to the electrolyte or by varying the deposition current so that the hardness increases continuously over the entire thickness of the coating. In this case, depending on the particular coating material used, its thickness, and the effect of the particular operation, if the hardness has a tendency to increase linearly or gradually, starting from the periphery of the roller body. Could be appropriate.
[0013]
Practical experiments show that the casting rollers according to the invention satisfy the requirements for coatings where the hardness is between 150 HV and 250 HV at the boundary area with the roller body and between 400 HV and 500 HV at the free surface area. I found out. This is especially true if the coating is made of a nickel material system.
[0014]
Further preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims and will be described in more detail along the following exemplary embodiments, which are shown based on the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a perspective view of the casting roller.
FIG. 2 is an enlarged partial sectional view of the casting roller.
[0016]
The casting roller 1 has a roller body 2 and at least the outer side surface 3 is made of a copper material. A cooling device (not shown) is provided inside the roller body 2, by which the roller body is cooled during the casting operation.
[0017]
The nickel alloy-based coating 4 is applied to the side surface 3 of the roller body 2 by electrolytic deposition. In order to generate a linearly increasing hardness tendency of the coating 4 (indicated by a plurality of horizontal continuous lines in FIG. 2), starting from the side surface 3 over the thickness D of the coating 4, Between which the deposition current intensity is continuously increased. In this way, the coating 4 is formed slowly in the early stages of the coating process, so that in the area that comes into contact with the side surface 3 of the roller body 2, the coating 4 has a fine microstructure and And the ductility is increased at the same time. Thus, the coating in the thickness area in question can follow the expansion of the roller body 2 due to heating during casting.
[0018]
A continuous, linear increase in the deposition current over the coating process results in a more rapid formation of the coating and an increase in coarse particles. In this way, the hardness of the coating increases linearly in the direction of the outer surface 5 in contact with the molten steel, so that the coating has a maximum hardness in the outer surface 5 in the range of 400 HV to 500 HV. Thus, high wear resistance is obtained.
[Brief description of the drawings]
[0019]
FIG. 1 is a perspective view of a casting roller.
FIG. 2 is an enlarged partial sectional view of a casting roller.
[Explanation of symbols]
[0020]
1 Casting roller; 2 Roller body;
3 ... surface of the outer side surface of the roller body; 4 ... coating; 5 ... outer surface;
D: thickness of coating 4