JP4135835B2

JP4135835B2 - 連続鋳掛け肉盛溶接用モールド

Info

Publication number: JP4135835B2
Application number: JP37577098A
Authority: JP
Inventors: 英行後藤; 眞一坂本; 弘道斉藤
Original assignee: FUJICO CO., LTD.
Current assignee: FUJICO CO., LTD.
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2018-12-16
Also published as: JP2000176628A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳掛け肉盛溶接の冷却モールドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に示すように、特公昭５２−２８４６号公報に開示されている従来の連続鋳掛け肉盛溶接に使用する連続鋳掛け肉盛溶接用モールド５０は、鋼等の金属から作られた中空式冷却型５１と、その内側上部に設けられた冷却緩衝型５２との組合わせモールドを有している。そして、その上方に電磁誘導加熱コイル５３を有する中空環状の耐火枠５４を組合わせ、中央に設けられている被溶接母材５５に連続鋳掛け肉盛溶接を行っていた。
前記被溶接母材５５は、常時降下させて下方にて冷却凝固させて、肉盛り溶接物５６を形成するが、降下速度が緩やかであるため、鋼等の金属で直接冷却すると冷却効果が過大となり肉盛層５７にクラックを発生する。そこで、肉盛層５７の抜熱を所定のレベルまで抑える目的で冷却緩衝型５２として黒鉛ライニングを使用していた。このような目的で使用する冷却緩衝型５２に求められる主な特性としては、溶湯５８に濡れず耐食性、耐溶損性が優れていること、耐摩耗性に優れ高温まで機械的強度が劣化しないこと、及び熱膨張率が小さく耐熱衝撃性が高い等が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この冷却緩衝型５２を構成する黒鉛ライニングの内側面は肉盛溶着層と接触し、肉盛溶着層が溶融状態においては、接触面にほとんど損耗疵を生じないが、肉盛溶着層に凝固シェルが生じると黒鉛ライニングの内側面に摺動損傷疵を発生し降下時の抵抗が順次増大する。即ち、従来の黒鉛ライニングを使用した冷却緩衝型５２は、耐食性、耐溶損性、耐摩耗性に劣っているため鋳掛け肉盛溶接を長時間行うと、内側面に摺動損傷疵を発生し摩耗増大が進行することで降下時の抵抗となり、不良品が発生する傾向があった。
また、１回の鋳掛け肉盛溶接毎に消耗した冷却緩衝型５２を交換しなければならず、非効率的であった。この黒鉛ライニングの内側面の疵が原因となって肉盛層５７の表面に摺動疵を発生し、該摺動疵は逆に黒鉛ライニングの疵を拡大して、両者が相侯って肉盛層５７の表面の損傷疵が順次増大して不良製品となっていた。従って、黒鉛ライニングは常にチャージごとの交換を要し、不良品の発生、作業能率の低下等多くの欠点があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、以上の記載した欠点を解消し、長期間の使用が可能でしかも製品に傷の発生を起こしにくい連続鋳掛け肉盛溶接用冷却モールドを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る連続鋳掛け肉盛溶接用モールドは、鋼等の金属から作られた中空式冷却型の上部内側面に冷却緩衝型を有する組合わせモールドと、該組合せモールドの上方にあって電磁誘導加熱コイルで外包された中空環状の耐火枠とを有する連続鋳掛け肉盛溶接用モールドにおいて、前記冷却緩衝型は、非黒鉛系のモールドであって、黒鉛に比較して耐食性、耐溶損性、及び耐摩耗性を有するセラミックスからなっている。
前記セラミックスは、熱伝導率及び線膨張係数において、従来の黒鉛ライニング材と近似であり、その他溶湯に対する耐酸化性、耐食性及び耐熱衝撃性に優れている特性を有し、特に耐摩耗性については黒鉛ライニングと比較して遥かに優れている。よって本発明に係る連続鋳掛け肉盛溶接用モールドによれば、消耗度が極めて少なく長期にわたり安定して使用することができ、品質の向上、作業の効率化等経済的効果は顕著である。
ここで、前記セラミックスに、例えば、窒化硼素１０〜６０重量％とサイアロン４０〜９０重量％とを有する複合セラミックスを用いることも可能である。
また、前記セラミックスに、例えば、窒化硼素１０〜５０重量％と窒化珪素５０〜９０重量％とを有する複合セラミックスを用いることも可能である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照し、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る連続鋳掛け肉盛溶接用モールドの断面図である。
図１に示すように、組合せモールド１０は鋼等の金属から作られた中空式冷却型１１及び非黒鉛系のモールドである冷却緩衝型１２とを有し、冷却緩衝型１２は中空式冷却型１１の内側上部（上部内側面）にあって、中空式冷却型１１より外部から冷却される。組合せモールド１０の上方に電磁誘導加熱コイル１３で外包された中空環状の耐火枠１４を一体的に配置して組合せモールドとした連続鋳掛け肉盛溶接用モールド１５を構成している。
前記連続鋳掛け肉盛溶接用モールド１５の中央に、被溶接母材１６を垂直に立てて、被溶接母材１６と連続鋳掛け肉盛溶接用モールド１５との間の空隙部に溶湯１７を注入して連続鋳掛け肉盛溶接を行う。被溶接母材１６は、常時矢印１８のように緩やかに降下するが注湯された溶湯１７は高周波誘導熱により昇温された被溶接母材１６に融着し、更に中空式冷却型１１及び冷却緩衝型１２によって徐々に冷却されて表面より凝固し肉盛層１９が形成される。なお、図１において、２０はガラスコーティング層、２１は予熱用の電磁誘導加熱コイルを示す。
【０００６】
ここで、冷却緩衝型１２としては、窒化硼素１０〜６０重量％とサイアロン４０〜９０重量％とを有する複合セラミックスを用いている。この冷却緩衝型１２の成分の限定理由について、以下に説明する。
サイアロンは、高温強度が強く耐酸化性、耐溶損性、耐摩耗性に優れている。窒化硼素は黒鉛と同様の結晶構造を有し熱伝導性、耐食性、耐熱衝撃性を向上させる効果があり、また溶湯と濡れにくくする作用を持っているためサイアロンと窒化硼素の複合化は冷却緩衝型としての特性向上に有効である。複合するにあたり、サイアロンの割合は４０重量％未満では高温強度が著しく低下するため４０重量％以上とする。窒化硼素の割合は、１０重量％未満の場合は十分な耐熱衝撃性及び耐食性の効果が得られないだけでなく、溶湯に対して濡れにくくする特性が得られない。６０重量％を超えると機械的強度が著しく低下して耐摩耗性、耐食性に問題が生じ消耗が顕著になり乱れた鋳肌性状となる。従って、窒化硼素は１０〜６０重量％とする。主要の成分は上記の通りであるが、目的の特性を損なわない範囲で焼結助剤等の改善成分を添加することができる。
【０００７】
次に、本発明の他の実施の形態に係る連続鋳掛け肉盛溶接用モールドの冷却緩衝型１２として、窒化硼素１０〜５０重量％と窒化珪素５０〜９０重量％とを有する複合セラミックスを用いている。この成分の限定理由について以下に詳細に説明する。
窒化珪素は、高温での機械的強度、耐摩耗性に優れているが、低熱伝導率で耐溶損性に劣るという欠点を有している。このため、高熱伝導率を有し耐溶損性、耐熱衝撃性に優れる窒化硼素と複合させることで欠点を解消する。複合するにあたり、窒化珪素の割合は高温強度を得るため５０重量％以上とする。窒化硼素の割合は、１０重量％未満では耐溶損性の効果が薄く、５０重量％を超えると耐摩耗性に問題が生じ乱れた鋳肌性状となる。従って、窒化硼素は１０〜５０重量％とする。主要の成分は上記の通りであるが、目的の特性を損なわない範囲で焼結助剤等の改善成分を添加することができる。
【０００８】
以上のように、冷却緩衝型１２として、（１）窒化硼素１０〜６０重量％とサイアロン４０〜９０重量％とを有する複合セラミックスや（２）窒化硼素１０〜５０重量％と窒化珪素５０〜９０重量％とを有する複合セラミックスを用いることによって、以下の特性を有する。即ち、この実施の形態に係る材質の冷却緩衝型１２においては融着湯が溶融状態にあって接触面の損傷はほとんど無く、凝固シェル層との接触を極めてスムーズにして両者には摺動抵抗による摺動疵の発生はほとんどない。従って優れた肉盛層１９が得られしかもモールドの使用回数も増える。
【０００９】
【実施例】
続いて、以下に本発明及び比較例を含む肉盛溶接用モールドに係る実施例について説明する。
サイアロンと窒化硼素並びに窒化珪素と窒化硼素の複合セラミックスを冷却緩衝型とした組合せモールドを用いて連続鋳掛け肉盛溶接を行った。実施例の成分を表１に示す。
【００１０】
【表１】

【００１１】
実施条件は、母材として機械構造用鋼管（ＳＴＫＭ）−１３Ａを用い、肉盛り材質は１．７５重量％Ｃ−１３．０重量％Ｃｒ−５．５重量％Ｖの鋳鉄とし、モールド径φ３２５ｍｍ、胴長７９００ｍｍとした。以上の条件で本発明材４材質と試験材２材質及び比較材として黒鉛ライニングによる連続鋳掛け肉盛溶接を行った。実施結果を表１のように、実施後のモールドの耐用度、摩耗量、ロール表面のクラック数で示す。まず、モールドの耐用度を調査した。その結果、従来の黒鉛ライニングの耐用度１回に対し本発明材１〜４の耐用度は２回であった。試験材５、６、比較材７については、モールドの摩耗及び鋳肌欠陥の増大から複数回の使用は不可能であった。モールドの摩耗量については、従来の黒鉛ライニングの摩耗量３ｍｍに対し、本発明材１〜４は、いずれも摩耗量０．５ｍｍ以下で耐摩耗性は良好である。次に連続鋳掛け肉盛溶接後のロールをスキンカットして、染色浸透探傷試験によって鋳肌表面のクラックを調査した。
【００１２】
その結果、本発明材１〜４には、従来の黒鉛ライニングのクラック数７個に対し欠陥が発生しておらず鋳肌性状は良好であった。２チャージ目の実施結果でもクラックは発生していなかった。また、試験材５、６についてはクラック個数が従来の黒鉛ライニングと同様多数発生していた。以上の結果より、摩耗量、クラック発生数共に良好であることから、本発明材は十分に複数回の使用に耐え、良製品を製造できることが判明した。
【００１３】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１〜３の連続鋳掛け肉盛溶接用モールドにおいては、組合せモールドの内側上部に設けられた冷却緩衝型の消耗度が極めて少なく、安定して複数回の使用が可能になり、かつ良製品を供給できる等経済的効果は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る連続鋳掛け肉盛溶接用モールドの概略説明図である。
【図２】従来例に係る連続鋳掛け肉盛溶接用モールドの概略説明図である。
【符号の説明】
１０組合せモールド１１中空式冷却型
１２冷却緩衝型１３電磁誘導加熱コイル
１４耐火枠
１５連続鋳掛け肉盛溶接用モールド１６被溶接母材
１７溶湯１８引抜き方向を示す矢印
１９肉盛層２０ガラスコーティング層
２１予熱用の電磁誘導加熱コイル

Claims

鋼等の金属から作られた中空式冷却型の上部内側面に冷却緩衝型を有する組合わせモールドと、該組合せモールドの上方にあって電磁誘導加熱コイルで外包された中空環状の耐火枠とを有する連続鋳掛け肉盛溶接用モールドにおいて、
前記冷却緩衝型は、非黒鉛系のモールドであって、黒鉛に比較して優れた耐食性、耐溶損性、及び耐摩耗性を有するセラミックスからなることを特徴とする連続鋳掛け肉盛溶接用モールド。
請求項１記載の連続鋳掛け肉盛溶接用モールドにおいて、前記セラミックスに、窒化硼素１０〜６０重量％とサイアロン４０〜９０重量％とを有する複合セラミックスを用いたことを特徴とする連続鋳掛け肉盛溶接用モールド。
請求項１記載の連続鋳掛け肉盛溶接用モールドにおいて、前記セラミックスに、窒化硼素１０〜５０重量％と窒化珪素５０〜９０重量％とを有する複合セラミックスを用いたことを特徴とする連続鋳掛け肉盛溶接用モールド。