連續(xù)鑄造用結(jié)晶器銅板及其制造方法技術(shù)

提供在即使供實(shí)際連續(xù)鑄造的情況下也具有與結(jié)晶器銅板基體材料的附著性好、而且耐磨性優(yōu)良的表面覆蓋層的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器銅板，在結(jié)晶器銅板基體材料表面設(shè)有從Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｂ、Ｓｉ和Ａｌ中選擇一種或兩種以上的金屬層的最內(nèi)層、在它的上面交替層壓一組以上從這些金屬群中選擇一種或兩種以上的氮化物、碳化物或碳－氮化物層和由上述金屬組成的層、再設(shè)有上述氮化物、碳化物或碳－氮化物的最外層，在形成各層時(shí)適合使用ＰＶＤ法，希望至少在形成最內(nèi)層的金屬層時(shí)，使用電弧截?cái)嗥秒妷骸＃?該技術(shù)在2023年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及適合用于在熔融金屬特別是鋼水的連續(xù)鑄造中使用的結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)部件，特別是適合用作鑄造熔融金屬的結(jié)晶器銅板的銅板。而且涉及對(duì)于此結(jié)晶器銅板有利于提高它的耐久性的技術(shù)或可以進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的技術(shù)。此外本專利技術(shù)也涉及上述連續(xù)鑄造用結(jié)晶器銅板的制造方法。特別涉及有效改善覆蓋在結(jié)晶器銅板表面上的耐磨涂敷層的附著性，進(jìn)一步提高此結(jié)晶器銅板耐久性的制造技術(shù)。
技術(shù)介紹
在熔融金屬特別是鋼水的連續(xù)鑄造中，近年來力圖通過提高鑄造速度來提高生產(chǎn)能力。與此同時(shí)也要求更有效地生產(chǎn)多品種和多尺寸的鑄坯。熔融金屬的連續(xù)鑄造一般使用在鑄造方向的上游一側(cè)和下游一側(cè)敞開的水冷式結(jié)晶器。也就是采用把熔融金屬注入此結(jié)晶器內(nèi)，由于從熔融金屬向結(jié)晶器散熱使熔融金屬凝固，同時(shí)把被鑄造的鑄坯向下游方向拉出的鑄造方式。此時(shí)結(jié)晶器被固定或沿鑄造方向反復(fù)振動(dòng)，各種情況下在鑄坯和結(jié)晶器之間都會(huì)產(chǎn)生摩擦。由于結(jié)晶器與鑄坯接觸的面不斷暴露在高溫中，特別是它的表面承受大的熱負(fù)荷。當(dāng)然為了結(jié)晶器/鑄坯之間的潤滑和熔融金屬表面的保溫、防氧化，使用以氧化物為主要成分的結(jié)晶器保護(hù)渣。可是特別是在高速鑄造的情況下，由于鑄坯和結(jié)晶器的相對(duì)速度增加，結(jié)晶器承受的摩擦力顯著增加。而且由于提高速度使結(jié)晶器內(nèi)鑄坯溫度升高，結(jié)晶器承受的熱負(fù)荷也顯著增加。其結(jié)果隨使用次數(shù)的增加，結(jié)晶器表面上容易形成裂紋。此外在板坯連續(xù)鑄造時(shí)，為了高效率地進(jìn)行鑄造，常常在鑄造中改變板坯的寬度。這種情況與穩(wěn)定狀態(tài)下鑄入時(shí)相比，在結(jié)晶器和鑄坯之間也常常產(chǎn)生明顯大的摩擦力。再有在進(jìn)行熱強(qiáng)度高的不銹鋼和高碳鋼這樣的高級(jí)鋼連續(xù)鑄造的情況下，由于凝固殼的硬度比普通鋼高，結(jié)晶器表面的磨損顯著。因此為了提高現(xiàn)有結(jié)晶器的耐久性，進(jìn)行了各種研究和開發(fā)。連續(xù)鑄造用結(jié)晶器一般為了提高鑄坯的冷卻效率，在與鑄坯接觸一側(cè)配置成以銅板(以下稱為結(jié)晶器銅板)作為構(gòu)成部件。在現(xiàn)有結(jié)晶器銅板上為了延長銅板的壽命和確保耐高溫的材料強(qiáng)度，主要采用析出硬化型的銅合金材料。再有一般利用濕式涂敷法和熔融噴鍍法等在這樣的結(jié)晶器銅板表面涂敷Ni-Cr、Fe-Ni、Co-Ni等的合金。可是例如在上述的析出硬化型銅合金材料基體材料表面上用上述濕式涂敷法和熔融噴涂法等進(jìn)行涂敷，作為結(jié)晶器銅板(表面處理材料)，在用于不銹鋼和高碳鋼的連續(xù)鑄造情況下的壽命，也有與用于普通鋼連續(xù)鑄造情況相同或比它降低的情況。因此為了要延長用于不銹鋼和高碳鋼等高強(qiáng)度鋼連續(xù)鑄造的結(jié)晶器銅板的壽命，要開發(fā)至今還沒有的新的結(jié)晶器表面處理材料。從這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，在特開平9-314288號(hào)公報(bào)中提出了用金屬(Al、4A族元素(Ti、Zr等)、5A族元素(V、Nb、Ta等)、6A族元素(Cr、Mo、W等)、Fe)的氮化物覆蓋結(jié)晶器銅板表面的方法。由于這樣的氮化物具有非常高的硬度，所以可以期待提高結(jié)晶器銅板的耐磨性。這樣的氮化物覆蓋層由于與結(jié)晶器銅板基體材料的附著性不好，在此公報(bào)中推薦希望在涂敷氮化物的基底層鍍Fe合金和Ni合金、Co合金等合金。在上述的特開平9-314288號(hào)公報(bào)中發(fā)表了通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)得到耐裂性和耐磨性好的結(jié)果。可是本專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)在提供給連鑄機(jī)中實(shí)際連續(xù)鑄造時(shí)，在覆蓋氮化物層內(nèi)產(chǎn)生裂紋，很多情況下這樣的氮化物層剝落，不可能長時(shí)間連續(xù)使用。此外還擔(dān)心氮化物等的陶瓷層利用銅板從熔融金屬散熱(heat extraction)的效果差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)是根據(jù)上述實(shí)際情況開發(fā)的專利技術(shù)，本專利技術(shù)的目的是提供具有在實(shí)際使用中與銅板基體材料的附著性好、而且耐磨性優(yōu)良、散熱效果好的表面覆蓋層的連續(xù)鑄造用的結(jié)晶器銅板，同時(shí)提出有效的制造方法。此外，本專利技術(shù)的目的是再對(duì)上述技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提供進(jìn)一步提高結(jié)晶器銅板的耐磨性覆蓋層的附著性，進(jìn)一步提高結(jié)晶器銅板的耐久性等的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器銅板的有效的制造方法。專利技術(shù)人為了達(dá)到上述目的，針對(duì)如何把高硬度的耐磨性優(yōu)良的各種金屬的碳化物和氮化物涂敷在銅或銅合金的基板上，可以牢固地附著，使在實(shí)際的連續(xù)鑄造環(huán)境下長期使用也不剝離和不產(chǎn)生裂紋，進(jìn)行了專心的研究。其結(jié)果最新發(fā)現(xiàn)采用干式涂敷法，其中采用離子化率高而且可以高速成膜的PVD(Physical Vapor Deposition，物理氣相沉積)法、特別是HCD(Hollow Cathode Discharge，空心陰極放電)法和電弧放電法，(1)把從Ti、Cr、Ni、B、Si和Al中選擇一種或兩種以上的金屬構(gòu)成的金屬層，作為結(jié)晶器銅板表面上的耐磨性被膜的最內(nèi)層，能確保與銅板牢固的附著性，(2)作為耐磨性被膜的最外層，利用覆蓋從上述金屬群群(Ti、Cr、Ni、B、Si和Al)中選擇一種或兩種以上的氮化物系或碳化物系(包括碳-氮化物系，以下相同)的陶瓷膜，不但能夠確保高的強(qiáng)度，而且能夠確保優(yōu)良的耐磨性和耐熱性，也能確保散熱效果，(3)此外，在上述的最內(nèi)層和最外層之間，利用交替層壓從上述金屬群中選擇的一種或兩種以上金屬的氮化物或碳化物組成的陶瓷層和從上述金屬群中選擇一種或兩種以上的金屬組成的金屬層，可以有效地緩解耐磨性復(fù)合被膜的內(nèi)部畸變，不僅可以進(jìn)一步提高與銅板的附著性，也可以有效地防止耐磨性復(fù)合被膜的剝離和在此復(fù)合被膜中特別是在陶瓷膜中產(chǎn)生裂紋。本專利技術(shù)是以上述的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)的專利技術(shù)。也就是本專利技術(shù)的主要內(nèi)容如下。1.連續(xù)鑄造用結(jié)晶器銅板，其特征為在熔融金屬的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器銅板中，在作為基體材料的銅或銅合金制的板材表面設(shè)置有從金屬群Ti、Cr、Ni、B、Si和Al中選擇的一種或兩種以上的金屬組成的金屬層作為最內(nèi)層，在它的上面交替層壓有一組以上的從上述金屬群中選擇的一種或兩種以上金屬的氮化物或碳化物層和從上述金屬群中選擇的一種或兩種以上的金屬組成的層，進(jìn)而作為最外層設(shè)置有從上述金屬群中選擇的一種或兩種以上金屬的氮化物或碳化物層。2.上述1所述的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器銅板，其特征為在上述最內(nèi)層和基體材料的邊界形成最內(nèi)層金屬和構(gòu)成基體材料的金屬的混合層。3.上述1或2所述的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器銅板，其特征為構(gòu)成上述基體材料的銅或銅合金制的板材，預(yù)先在它的表面實(shí)施以從Ni、Cr、Fe和Co中選擇的一種或兩種以上為主要成分的涂鍍。4.連續(xù)鑄造用結(jié)晶器銅板制造方法，其特征為在構(gòu)成基體材料的銅或銅合金制板材表面，用PVD法形成從Ti、Cr、Ni、B、Si和Al中選擇一種或兩種以上的金屬組成的金屬層作為最內(nèi)層，在它的上面交替層壓一組以上的從上述金屬群中選擇一種或兩種以上的金屬氮化物或碳化物層和從上述金屬群中選擇一種或兩種以上的金屬組成的金屬層，然后形成從上述金屬群中選擇一種或兩種以上金屬的氮化物或碳化物層的最外層。5.上述4所述的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器銅板制造方法其特征為形成上述最內(nèi)層的方法為高偏置電壓放電涂敷法。6.上述4或5所述的連續(xù)鑄造用結(jié)晶器銅板制造方法其特征為上述基體材料的銅或銅合金制的板材是在它的表面上涂鍍以從Ni、Cr、Fe和Co中選擇一種或兩種以上為主要成分的板材。上述中“氮化物或碳化物”也包括碳-氮化物。7.在基體材料的銅或銅合金制板材表面，用PVD法形成從Ti、Cr、Ni、B、Si和Al中選擇一種或兩種以上的金屬組成的金屬層的最內(nèi)層，在它的上面交替層壓一組以上的從上述金屬群中選擇一種或兩種以上的金屬氮化物或碳化物層和從上述金本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種連續(xù)鑄造用結(jié)晶器銅板，是適合用于連續(xù)鑄造熔融金屬的結(jié)晶器銅板，其特征在于，　　　　具有實(shí)質(zhì)上由銅或銅合金制的板材構(gòu)成的基體材料和在所述基體材料表面設(shè)置的覆蓋層，　　　　所述覆蓋層是由如下部分組成：　　　　最內(nèi)層，由從金屬群Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｂ、Ｓｉ和Ａｌ中選擇的一種或兩種以上金屬組成；　　　　中間層，形成于所述最內(nèi)層上，交替層壓了一組以上的從所述金屬群中選擇的一種或兩種以上金屬的氮化物、碳化物或碳－氮化物組成的層，和從所述金屬群中選擇的一種或兩種以上的金屬組成的層；和　　　　最外層，形成于所述中間層上，由從所述金屬群中選擇的一種或兩種以上金屬的氮化物、碳化物或碳－氮化物組成。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：絲山誓司，井口征夫，藤井徹也，大石政治，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：杰富意鋼鐵株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國別省市：JP[日本]