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WO2025182391A1 - モールド銅板、連続鋳造用鋳型及び鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

モールド銅板、連続鋳造用鋳型及び鋼の連続鋳造方法

Info

Publication number
WO2025182391A1
WO2025182391A1 PCT/JP2025/002489 JP2025002489W WO2025182391A1 WO 2025182391 A1 WO2025182391 A1 WO 2025182391A1 JP 2025002489 W JP2025002489 W JP 2025002489W WO 2025182391 A1 WO2025182391 A1 WO 2025182391A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mold
layer
continuous casting
copper plate
coating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2025/002489
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝平 古米
ひかる 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JFE Steel Corp filed Critical JFE Steel Corp
Publication of WO2025182391A1 publication Critical patent/WO2025182391A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/059—Mould materials or platings

Definitions

  • the present invention relates to a mold copper plate used in a continuous casting mold, a continuous casting mold, and a method for continuously casting steel.
  • Patent Document 1 discloses a continuous casting mold having a dissimilar material filling section in which a recess in the inner wall surface of the mold is filled with a metal or non-metal with a thermal conductivity different from that of the mold copper plate. According to Patent Document 1, providing a dissimilar material filling section in the continuous casting mold makes the thermal conductivity of the mold copper plate non-uniform, thereby suppressing non-uniform solidification in the early stages of solidification and preventing vertical cracks in the solidified shell and on the surface of the produced slab.
  • the continuous casting mold disclosed in Patent Document 1 has the problem that repeated thermal contraction due to molten steel being poured into the mold causes the sections filled with foreign substances to protrude or cracks to form in the sections filled with foreign substances, shortening the mold's lifespan. Furthermore, when casting at high speeds using a thin slab continuous casting machine, the mold temperature becomes high due to the high casting speed, making it more likely that cracks will form not only in the sections filled with foreign substances but also on the mold surface, thereby shortening the mold's lifespan. In particular, the funnel-shaped molds used in thin slab continuous casting machines have the problem that cracks are more likely to form in the mold due to their shape, shortening the mold's lifespan.
  • the present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a mold copper plate, a continuous casting mold, and a method for continuous casting of steel using said mold that can suppress uneven solidification of the solidified shell, thereby suppressing vertical cracks on the slab surface, and extend the life of the continuous casting mold.
  • a molded copper plate used in a continuous casting mold comprising: a base layer containing copper or a copper alloy; a layer including grooves or round grooves provided on the base layer; and a coating layer provided on the layer including grooves or round grooves, wherein the coating layer is composed of at least one of nickel, cobalt, a nickel-based alloy, a cobalt-based alloy, a stainless steel alloy, a metal nitride, a metal carbide, and a metal oxide, and the layer including grooves or round grooves is composed of a heterogeneous material whose thermal conductivity ratio to the thermal conductivity of the base layer is 80% or less or 120% or more.
  • [6] A method for continuously casting steel using the continuous casting mold according to any one of [3] to [5], comprising adding a mold powder having a CaO/ SiO2 mass ratio of 0.8 to 2.2 to the surface of molten steel in the continuous casting mold, and continuously casting the molten steel at a casting speed of 1.0 m/min to 6.0 m/min.
  • FIG. 1 is a cross-sectional schematic view showing an example of a continuous casting machine having a continuous casting mold formed of a mold copper plate according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of a mold.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a molded copper plate.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the molded copper plate as viewed from the internal space side.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a sample whose tensile strength was measured.
  • FIG. 6 is a graph showing the number of vertical cracks on the slab surface for Conventional Examples 1 and 2, Inventive Examples 1 to 27, and Comparative Examples 1 to 12.
  • FIG. 7 is a graph showing the number of charges, which indicates the life of the molds of Conventional Examples 1 and 2, Inventive Examples 1 to 27, and Comparative Examples 1 to 12.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a continuous casting machine 10 having a continuous casting mold 12 (hereinafter referred to as "mold 12") made of a molded copper plate according to this embodiment.
  • mold 12 a continuous casting mold 12 made of a molded copper plate according to this embodiment.
  • the continuous casting machine 10 has a mold 12, a tundish 14 installed above the mold 12, and a plurality of strand support rolls 16 arranged in a row below the mold 12.
  • a ladle containing molten steel 18 is installed above the tundish 14, and the molten steel 18 is poured into the tundish 14 from the bottom of the ladle.
  • An immersion nozzle 20 is installed at the bottom of the tundish 14, and the molten steel 18 is poured into the mold 12 through the immersion nozzle 20.
  • the molten steel 18 solidifies as heat is removed from the inner surface of the mold 12, forming a solidified shell 24. This forms a strand 28 with the solidified shell 24 as its outer shell and an unsolidified layer 26 made of molten steel 18 inside.
  • the upper surface of the molten steel 18 in the mold 12 is covered with molten mold flux 22.
  • the mold flux 22 flows between the mold 12 and the molten steel 18 and acts as a lubricant.
  • the flow of mold flux 22 between the mold 12 and the molten steel 18 suppresses seizure between the mold 12 and the solidified shell 24.
  • multiple secondary cooling zones 30, each equipped with spray nozzles (not shown), are installed from directly below the mold 12 along the casting direction.
  • the strand 28 pulled out of the mold 12 is cooled by cooling water sprayed from the spray nozzles in the secondary cooling zones 30.
  • the solidified shell 24 is appropriately cooled, solidification of the unsolidified layer 26 progresses, and solidification of the strand 28 is completed.
  • slabs 34 are cast using a continuous steel casting method using a mold 12.
  • Figure 2 is a perspective view showing an example of a mold 12.
  • the mold 12 is composed of a pair of molded copper plates 40 arranged opposite each other, and a pair of molded copper plates 42 sandwiched between the molded copper plates 40 and arranged opposite each other.
  • the pair of molded copper plates 40 and the pair of molded copper plates 42 are formed in the shape of rectangular plates.
  • the pair of molded copper plates 40 are arranged on the front and back sides in Figure 2.
  • the pair of molded copper plates 42 are arranged on the right and left sides in Figure 2.
  • the mold 12 When viewed from above, the mold 12 has an inner wall surface formed into a rectangular shape by a pair of molded copper plates 40 and a pair of molded copper plates 42.
  • the mold 12 is formed into a hollow cylindrical shape by a pair of molded copper plates 40 and a pair of molded copper plates 42.
  • the back surfaces of the molded copper plates 40 and 42 have recesses formed to serve as cooling water channels (not shown).
  • the back surface of the molded copper plate 42 is the surface opposite the surface of the mold 12 that faces the internal space into which the molten steel 18 is poured.
  • the molded copper plates 40 and 42 are cooled by passing cooling water through the cooling water channels, which cools the molten steel 18 and forms the solidified shell 24.
  • the meniscus refers to the surface position of the molten steel 18 in the mold 12.
  • the symbol M indicates the position of the meniscus.
  • continuous casting is performed by controlling the position of the meniscus so that it is 100 mm from the top end of the mold 12.
  • Arrow A in Figure 2 indicates the casting direction
  • arrow B indicates the width direction of the mold 12.
  • a pair of mold copper plates 40 and a pair of mold copper plates 42 are arranged so that the casting direction A and the width direction B are perpendicular to each other.
  • the molded copper plate 40 and molded copper plate 42 that make up the mold 12 have the same configuration and differ only in size. Therefore, the following explanation will focus on the configuration of molded copper plate 40, and will omit an explanation of molded copper plate 42.
  • Figure 3 is a cross-sectional view of the molded copper plate 40.
  • Figure 3(a) is a cross-sectional view of the molded copper plate 40
  • Figure 3(b) is an enlarged view of part C in Figure 3(a).
  • the molded copper plate 40 has a layer 52 including grooves 54 formed on a base layer 50, and a coating layer 56 formed on the layer 52 including the grooves 54.
  • the coating layer 56 is provided on the surface facing the internal space of the mold 12 into which molten steel 18 is poured.
  • the substrate layer 50 is made of a material containing copper or a copper alloy. When using a copper alloy for the substrate layer 50, it is possible to use a copper alloy with trace amounts of chromium, zirconium, etc. added, for example.
  • the layer 52 containing the grooves 54 is provided between the substrate layer 50 and the coating layer 56. The grooves 54 are formed so as to be recessed from the surface of the substrate layer 50 facing the coating layer 56.
  • Figure 4 is a schematic diagram showing the surface of the molded copper plate 40 facing the internal space.
  • the area surrounded by a dotted circle shows the internal structure of the molded copper plate 40.
  • the layer 52 including the grooves 54 is preferably formed in a region R up to 200 mm below the meniscus of the molded copper plate 40.
  • the layer 52 including the grooves 54 needs only to be formed in a region up to 200 mm below the meniscus, and may also be formed in a region further below 200 mm.
  • the layer 52 including the grooves 54 may also be formed in a region Q above the meniscus. As described above, continuous casting is performed so that the meniscus is located 100 mm from the top end of the mold 12.
  • a layer 52 containing recessed grooves 54 is formed in a region R extending 200 mm below the meniscus (300 mm from the top end of the mold 12) and in a region Q extending 30 mm above the meniscus (70 mm from the top end of the mold 12).
  • the grooves 54 are composed of a plurality of vertical grooves extending in the casting direction A and arranged in the width direction B so that they are parallel to one another, and a plurality of horizontal grooves extending in the width direction B and arranged in the casting direction A so that they are parallel to one another.
  • the plurality of vertical and horizontal grooves form a lattice-like groove 54.
  • the grooves 54 are not limited to a lattice-like shape, and a plurality of cylindrical circular grooves may also be provided in the region, for example, in a staggered pattern.
  • the layer 52 containing the grooves 54 is composed of a heterogeneous material whose thermal conductivity ratio relative to that of the base layer 50 is 80% or less or 120% or more.
  • the layer 52 containing the grooves 54 is composed of a filling portion 57 in which the grooves 54 are filled with the heterogeneous material, and a layer portion 58 of the heterogeneous material formed between the coating layer 56 and the base layer 50.
  • the depth of the groove 54 is preferably 0.5 mm or more and 5.0 mm or less, and more preferably 1.0 mm or more and 3.0 mm or less.
  • the width of the groove 54 is preferably 2.0 mm or more and 20.0 mm or less, and more preferably 4.0 mm or more and 10.0 mm or less.
  • the thickness of the layer portion 58 in the stacking direction is preferably 0.0 mm or more and 0.5 mm or less, and more preferably 0.0 mm or more and 0.2 mm or less.
  • the dissimilar material does not have to be metal, but may be non-metal.
  • the ratio of the thermal conductivity of the dissimilar material to the base layer 50 at room temperature (approximately 20°C) must be 80% or less or 120% or more.
  • the thermal conductivity of metals generally decreases as the temperature increases. However, if the ratio of the thermal conductivity of the dissimilar material to the thermal conductivity of the base layer 50 at room temperature is 80% or less or 120% or more, a sufficient difference in thermal conductivity can be achieved even at the operating temperature of the mold 12.
  • the dissimilar material may be a metal with a lower thermal conductivity than copper and copper alloys, such as Ni (thermal conductivity: approximately 90 W/(m ⁇ K)) or Ni alloy (thermal conductivity: approximately 40-90 W/(m ⁇ K)).
  • Other dissimilar materials may include Cu, Co, NiCo, nickel-based alloys (Hastelloy, Inconel), and stainless steel alloys.
  • the dissimilar material in the molded copper plates 40, 42 contained in one continuous casting mold is either a low thermal conductivity material whose ratio to the thermal conductivity of the base layer 50 is 80% or less, or a high thermal conductivity material whose ratio to the thermal conductivity of the base layer 50 is 120% or more.
  • the thermal resistance of the mold 12 in the casting direction A and width direction B of the mold 12 near the meniscus increases and decreases regularly and periodically. This creates a distribution in which the heat flux from the solidified shell to the mold 12 in the early stages of solidification of the molten steel near the meniscus increases and decreases regularly and periodically.
  • This periodic increase and decrease in heat flux reduces the stress and thermal stress generated in the solidified shell due to the transformation from ⁇ iron to ⁇ iron, and reduces deformation of the solidified shell caused by these stresses.
  • the uneven heat flux distribution caused by deformation of the solidified shell is homogenized, suppressing uneven solidification.
  • the coating layer 56 only needs to be provided on at least the layer 52 containing the grooves 54, but may also be provided on the surface of the base layer 50 where the layer 52 containing the grooves 54 is not formed.
  • the coating layer 56 is preferably provided so that its thickness in the stacking direction is 2.0 mm or less. By making the thickness of the coating layer 56 2.0 mm or less, the effect of the coating layer 56 on heat flux is reduced, allowing the effect of periodic fluctuations in heat flux caused by different substances to be fully obtained.
  • the coating layer 56 is preferably provided so that its thickness in the stacking direction is 10 ⁇ m or more. If the thickness of the coating layer 56 in the stacking direction is less than 10 ⁇ m, there will be areas where the coating layer 56 is not formed when the coating layer 56 is formed, which is not preferred.
  • the coating layer 56 is composed of at least one of nickel, cobalt, nickel-based alloy, cobalt-based alloy, stainless steel alloy, metal nitride, metal carbide, and metal oxide.
  • the coating layer 56 may also be composed of Hastelloy, Inconel, or stainless steel. These alloys have high heat resistance and corrosion resistance, so including these alloys improves the heat resistance and corrosion resistance of the coating layer 56.
  • the coating layer 56 may be composed of at least one of a metal nitride, a metal carbide, and a metal oxide.
  • metal nitrides include TiN, TiSiN, WN, WSiN, TaN, and TaSiN.
  • metal carbides include TiC, TiSiC, WC, WSiC, TaC, and TaSiC.
  • metal oxides include TiO and TiSiO.
  • the heat resistance of the coating layer 56 can be improved, and the wettability between the mold flux 22 and the mold copper plate 40 can also be improved. Higher wettability with the mold flux 22 allows the mold flux 22 to flow uniformly into the mold 12.
  • the mold flux 22 can be uniformly introduced into the mold 12, fluctuations in the amount of heat dissipation are suppressed, further suppressing uneven solidification of the solidified shell 24.
  • the introduced mold flux 22 causes the cooling rate at the beginning of solidification to be slower than the cooling rate at the end of solidification, allowing the molten steel 18 to cool more slowly, further suppressing vertical cracks on the surface of the slab 34.
  • the coating layer 56 be composed of an alloy containing at least one of nickel, cobalt, a nickel-based alloy, a cobalt-based alloy, and a stainless steel alloy, and further containing at least one of a metal nitride, a metal carbide, and a metal oxide.
  • the mold 12 constructed with the molded copper plate 40 of this embodiment has a mold thickness of 40 mm to 100 mm and is preferably applied to a thin slab continuous casting machine that continuously casts at a casting speed of 3.0 m/min to 6.0 m/min.
  • the molded copper plate 40 of this embodiment is preferably funnel-shaped.
  • a funnel-shaped molded copper plate is a funnel-shaped molded copper plate in which the thickness is expanded only around the immersion nozzle 20 in the widthwise central portion where the immersion nozzle 20 is inserted, due to the narrow width of the mold used to cast the thin slab.
  • a funnel-shaped portion is provided in which the widthwise central portion of the molded copper plate is widened into a funnel shape so that an immersion nozzle 20 with an outer diameter of 80 to 100 mm can be used.
  • Thin slab continuous casters cast at high speeds, which increases the mold temperature near the meniscus, promoting uneven solidification and making it more likely for vertical cracks to occur on the surface of the cast slab 34.
  • thermal stress is likely to occur in the bulging center of the width, and heat extraction from the molten steel 18 is also uneven at this location. Therefore, in molds that include funnel-shaped mold copper plates, uneven solidification of the solidified shell is further promoted, making it even more likely for vertical cracks to occur on the surface of the cast slab 34.
  • the molded copper plate 40 of this embodiment has a layer 52 including grooves 54 made of a dissimilar material whose thermal conductivity ratio relative to that of the base layer 50 is 80% or less or 120% or more. This suppresses uneven solidification of the solidified shell 24 and vertical cracks on the surface of the cast slab 34.
  • the molded copper plate 40 of this embodiment has a coating layer 56 containing at least one of nickel, cobalt, nickel-based alloys, cobalt-based alloys, stainless steel alloys, metal nitrides, metal carbides, and metal oxides. This suppresses cracks from occurring in the coating layer 56 even when the surface temperature near the meniscus increases due to high-speed casting. Because the coating layer 56 is provided on top of the layer 52 including grooves 54, suppressing cracks from occurring in the coating layer 56 also suppresses cracks from occurring in the dissimilar material below it.
  • the surface temperature of the mold copper plate that makes up the mold 12 during casting can reach approximately 300°C.
  • the strength of the coating layer decreases, and even if the mold copper plate has a coated surface, its lifespan can be significantly reduced.
  • the molded copper plate 40 preferably has a coating layer 56 with a tensile strength of 250 MPa or more at 300°C.
  • a coating layer 56 with a tensile strength of 250 MPa or more at 300°C cracks are prevented from occurring in the coating layer 56, even when the mold is used in a thin slab continuous casting machine in which the surface temperature of the mold reaches 300°C or higher, and a decrease in mold lifespan can be suppressed.
  • Figure 5 is a schematic diagram of a sample whose tensile strength was measured.
  • the tensile strength of the coating layer 56 at 300°C can be measured using the method described in JIS G 0567:2020 (High-temperature tensile test methods for steel materials and heat-resistant alloys). It has been confirmed that Hastelloy, Inconel, stainless steel, metal nitrides (TiN, TiSiN, WN, WSiN, TaN, TaSiN), and metal carbides (TiC, TiSiC, WC, WSiC, TaC, TaSiC) are resistant to a decrease in tensile strength even at temperatures above 300°C, with a tensile strength of 250 MPa or more at 300°C.
  • a coating layer 56 is provided on the layer 52 having the grooves 54, it is preferable to form an interface layer at the interface between the layer 52 having the grooves 54 and the coating layer 56.
  • an interface layer at the interface between the layer 52 having the grooves 54 and the coating layer 56 it is possible to prevent gaps and uneven deformation from occurring at the interface even when the surface temperature of the molded copper plate 40 reaches 300°C or higher.
  • the interface layer is formed by applying a coating layer 56 onto the layer 52 having the grooves 54 using the laser cladding method. On the other hand, if the coating layer 56 is applied using electroplating or hot-dip plating, no interface layer is formed.
  • the basicity (mass ratio of CaO/ SiO2 ) of the mold powder used is 0.8 or more and 2.2 or less, and the casting speed is 1.0 m/min or more and 6.0 m/min or less.
  • continuous casting using a mold including the mold copper plate according to this embodiment makes it possible to continuously cast a slab while suppressing vertical cracks on the surface, and also to extend the life of the continuous casting mold.
  • the molded copper plate 40 comprises a layer 52 including grooves 54 provided on a base layer 50, and a coating layer 56 provided on the layer 52 including grooves 54.
  • the layer 52 including grooves 54 is composed of a heterogeneous material whose thermal conductivity ratio relative to that of the base layer 50 is 80% or less or 120% or more. This prevents uneven solidification of the solidified shell and prevents vertical cracks on the surface of the cast slab 34.
  • the coating layer 56 is composed of at least one of nickel, cobalt, nickel-based alloy, cobalt-based alloy, stainless steel alloy, metal nitride, metal carbide, and metal oxide. This improves the heat resistance of the coating layer, improves the heat resistance of the molded copper plate, and prevents cracks from occurring in the coating layer 56 even if the surface temperature of the molded copper plate 40 becomes high. Furthermore, because the coating layer 56 is provided on top of the layer 52 containing the grooves 54 made of a different material, it is possible to prevent cracks from occurring in the different material. As a result, the life of the mold 12 made of the molded copper plates 40, 42 can be extended.
  • the mold 12 is described as being composed of a pair of molded copper plates 40 and a pair of molded copper plates 42, but this is not limited to this.
  • the molded copper plates of this embodiment can suppress vertical cracks on the surface of the slab 34 to be cast and can also suppress the occurrence of cracks, so it is sufficient that at least one of the molded copper plates that make up the mold 12 is the molded copper plate 40, 42 of this embodiment. This makes it possible to suppress vertical cracks on the surface of the slab 34 to be cast more effectively than a mold that does not include any of the molded copper plates 40, 42 of this embodiment, and also extends the mold life.
  • Inventive Examples 1 to 27 a mold was used consisting of a molded copper plate on which a layer containing grooves and a coating layer were formed.
  • the layer containing grooves was formed using a different material whose thermal conductivity at room temperature was 80% or less or 120% or more relative to the base layer.
  • the coating layer was formed using a laser cladding method, thereby forming an interface layer at the interface between the layer containing grooves and the coating layer.
  • the coating layer was formed using electroplating, thereby preventing the formation of an interface layer at the interface between the layer containing grooves and the coating layer.
  • a mold was used consisting of a molded copper plate on which a Ni or NiCo coating layer was formed using electroplating.
  • a mold was used consisting of a molded copper plate with only a base layer.
  • a mold was used consisting of a molded copper plate on which a coating layer was formed using a laser cladding method.
  • a mold was used consisting of a molded copper plate on which a layer containing grooves was formed using a different material whose thermal conductivity at room temperature was greater than 80% or less than 120% of the base layer.
  • Table 1 The continuous casting conditions and evaluation results of the cast slabs for the conventional example, inventive example, and comparative example are shown in Table 1 below.
  • "%" means mass %
  • TiC10%-Ni" in inventive example 6 means a Ni alloy containing 10 mass% TiC.
  • the tensile strength of the coating layer at 300°C was measured using the method specified in JIS G 0567:2020 (High-temperature tensile testing methods for steel materials and heat-resistant alloys).
  • the mold temperature during casting is the maximum surface temperature near the meniscus measured using a thermocouple installed inside the mold copper plate.
  • the number of vertical cracks on the slab surface is the number of vertical cracks that appeared on the surface of the slab after casting.
  • the number of charges is the cumulative number of charges from the time the mold was used until cracks appeared on the mold surface.
  • Figure 6 is a graph showing the number of vertical cracks on the slab surface for Conventional Examples 1 and 2, Invention Examples 1 to 27, and Comparative Examples 1 to 12. As shown in Figure 6, the number of vertical cracks on the slab surface for Invention Examples 1 to 27 was significantly lower than for Conventional Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 12. These results confirm that by forming a layer with grooves using a dissimilar material with a thermal conductivity ratio of 80% or less and 120% or more relative to the base layer, vertical cracks on the surface of the solidified shell can be suppressed, and vertical cracks on the surface of the cast slab can be suppressed.
  • Figure 7 is a graph showing the number of charges, which indicates the mold lifespan, for Conventional Examples 1 and 2, Invention Examples 1 to 27, and Comparative Examples 1 to 12. As shown in Figure 7, it was confirmed that the number of charges for Invention Examples 1 to 27 was equal to or greater than that of Conventional Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. These results confirm that by using molds made from the molded copper plates of Invention Examples 1 to 27, it is possible to suppress the occurrence of vertical cracks on the slab surface without reducing the mold lifespan compared to conventional methods.
  • Invention Examples 19-24, and 26 are invention examples that use molded copper plates in which no interfacial layer is formed at the interface between the coating layer and the layer with grooves.
  • the number of charges for Invention Examples 1-18, 25, and 27, which used molded copper plates in which an interfacial layer is formed at the interface between the coating layer and the layer with grooves was higher than the number of charges for Invention Examples 19-24 and 26, which used molded copper plates in which no interfacial layer was formed.
  • Invention Examples 1 and 2 are invention examples that use molded copper plates with a coating layer that does not satisfy the tensile strength requirement of 250 MPa or more at 300°C.
  • Invention Examples 3 to 18, 25, and 27 are invention examples that use molded copper plates with a coating layer that satisfies the tensile strength requirement of 250 MPa or more at 300°C. As shown in Figure 7, the number of charges for Invention Examples 3 to 18, 25, and 27 was greater than the number of charges for Invention Examples 1 and 2. These results confirm that the life of the mold can be further extended by using a molded copper plate with a coating layer that satisfies the tensile strength requirement of 250 MPa or more at 300°C.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

凝固シェルの不均一凝固を抑制してスラブの表面の縦割れを抑制するとともに、連続鋳造用鋳型の寿命を延長できるモールド銅板を提供する。　連続鋳造用鋳型に用いられるモールド銅板であって、銅又は、銅合金を含む基材層と、基材層上に設けられる凹溝又は丸溝を含む層と、凹溝又は丸溝を含む層上に設けられるコーティング層とを有し、コーティング層は、ニッケル、コバルト、ニッケル基合金、コバルト基合金、ステンレス合金、金属窒化物、金属炭化物及び金属酸化物のうちの少なくとも１つを含んで構成され、凹溝又は丸溝を含む層は、基材層の熱伝導率に対する熱伝導率の比率が８０％以下又は１２０％以上となる異種物質で構成される。

Description

モールド銅板、連続鋳造用鋳型及び鋼の連続鋳造方法
　本発明は、連続鋳造用鋳型に用いられるモールド銅板、連続鋳造用鋳型及び鋼の連続鋳造方法に関する。
　鋼の連続鋳造において鋳型内における溶鋼の冷却が不均一になると、凝固シェル厚みが鋳片の鋳造方向及び鋳型幅方向で不均一となる。凝固シェルの厚みが不均一になると、凝固シェルの収縮や変形に起因する応力が作用し、凝固初期においては、この応力が凝固シェルの薄肉部に集中し、凝固シェルに表面割れが発生する。
　この割れは、その後の熱応力や連続鋳造機のロールによる曲げ応力及び矯正応力などの外力により拡大し、大きな表面割れとなる。加えて、亜包晶鋼をはじめとする中炭鋼種では、凝固初期にδ／γ変態によって凝固シェルが変形してさらに凝固シェルの厚みが不均一になり表面割れの懸念が高まる。凝固シェル厚みの不均一度が大きい場合には、鋳型内で縦割れが発生し、この縦割れから溶鋼が流出するブレークアウトが発生する場合もある。鋳片に存在する割れは、次工程の圧延工程で表面欠陥となることから、鋳造後の鋳片の段階において、鋳片の表面を手入れして表面割れを除去することが必要となる。
　特許文献１には、鋳型の内壁面の凹部に鋳型銅板の熱伝導率とは異なる熱伝導率の金属又は非金属が充填された異種物質充填部を有する連続鋳造用鋳型が開示されている。特許文献１によれば、連続鋳造用鋳型に異種物質充填部を設けることで鋳型銅板の熱伝導率が不均一になり、これにより凝固初期の不均一凝固が抑制され、凝固シェルの縦割れ及び製造されるスラブ表面の縦割れを抑制できるとしている。
特開２０１８－１９２５３０号公報
　特許文献１に開示されている連続鋳造用鋳型では、鋳型に注入される溶鋼による熱収縮が繰り返されることで異種物質充填部の浮き出しや異種物質充填部にクラックが発生し、鋳型寿命が短くなるという課題がある。さらに、薄スラブ連続鋳造機で高速鋳造する場合、高速鋳造により鋳型温度が高温になるので、異種物質充填部だけでなく鋳型表面にもクラックが発生しやすくなり、これにより鋳型寿命が短くなる。特に、薄スラブ連続鋳造機で使用されるファンネル形状の鋳型においては、その形状要因により鋳型にクラックが発生しやすくなり、鋳型寿命が短くなるという課題がある。
　本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、凝固シェルの不均一凝固を抑制してスラブ表面の縦割れを抑制するとともに、連続鋳造用鋳型の寿命を延長できるモールド銅板、連続鋳造用鋳型及び当該鋳型を用いる鋼の連続鋳造方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］　連続鋳造用鋳型に用いられるモールド銅板であって、銅又は銅合金を含む基材層と、前記基材層上に設けられる凹溝又は丸溝を含む層と、前記凹溝又は丸溝を含む層上に設けられるコーティング層とを有し、前記コーティング層は、ニッケル、コバルト、ニッケル基合金、コバルト基合金、ステンレス合金、金属窒化物、金属炭化物及び金属酸化物のうちの少なくとも１つを含んで構成され、前記凹溝又は丸溝を含む層は、前記基材層の熱伝導率に対する熱伝導率の比率が８０％以下又は１２０％以上となる異種物質で構成される、モールド銅板。
［２］　前記コーティング層と前記凹溝又は丸溝を含む層との界面に界面層を有する、［１］に記載のモールド銅板。
［３］　［１］又は［２］に記載のモールド銅板を含む連続鋳造用鋳型であって、前記コーティング層の積層方向の厚さが２．０ｍｍ以下であり、前記凹溝又は丸溝を含む層は、メニスカスから下方の２００ｍｍまでの領域に設けられる、連続鋳造用鋳型。
［４］　前記コーティング層の３００℃の引張強度が２５０ＭＰａ以上である、［３］に記載の連続鋳造用鋳型。
［５］　ファンネル形状の前記モールド銅板を含む、［３］又は［４］に記載の連続鋳造用鋳型。
［６］　［３］から［５］のいずれかに記載の連続鋳造用鋳型を用いる鋼の連続鋳造方法であって、前記連続鋳造用鋳型内の溶鋼の表面にＣａＯ／ＳｉＯ２の質量比が０．８以上２．２以下のモールドパウダーを添加し、１．０ｍ／ｍｉｎ以上６．０ｍ／ｍｉｎ以下の鋳造速度で連続鋳造する、鋼の連続鋳造方法。
　本発明に係るモールド銅板を含む連続鋳造用鋳型を用いることで、凝固シェルの不均一凝固を抑制できるとともに連続鋳造中に当該連続鋳造用鋳型にクラックが生じることを抑制できる。これにより、当該モールド銅板を含む連続鋳造用鋳型で鋳造されるスラブ表面の縦割れを抑制できるとともに連続鋳造用鋳型の寿命を延長できるようになる。
図１は、本実施形態に係るモールド銅板で構成される連続鋳造用鋳型を有する連続鋳造機の一例を示す断面模式図である。 図２は、鋳型の一例を示す斜視図である。 図３は、モールド銅板の断面図である。 図４は、内部空間側から見たモールド銅板の模式図である。 図５は、引張強度を測定したサンプルの模式図である。 図６は、従来例１、２、発明例１～２７及び比較例１～１２のスラブ表面の縦割れ個数を示すグラフである。 図７は、従来例１、２、発明例１～２７及び比較例１～１２の鋳型の寿命を示すチャージ数を示すグラフである。
　以下、本発明を本発明の実施形態を通じて説明する。以下の実施形態は、本発明の好適な一例を示すものであり、これらの実施形態によって何ら限定されるものではない。
　図１は、本実施形態に係るモールド銅板で構成される連続鋳造用鋳型１２（以後、「鋳型１２」と記載する。）を有する連続鋳造機１０の一例を示す断面模式図である。図１を用いて、まず、本実施形態に係るモールド銅板で構成される鋳型１２を用いる鋼の連続鋳造方法について説明する。
　連続鋳造機１０は、鋳型１２と、鋳型１２の上方に設置されるタンディッシュ１４と、鋳型１２の下方に複数並べて配置される鋳片支持ロール１６とを有する。図示を省略してあるが、タンディッシュ１４の上方には、溶鋼１８を収容する取鍋が設置され、取鍋の底部からタンディッシュ１４に溶鋼１８が注入される。タンディッシュ１４の底部には、浸漬ノズル２０が設置され、当該浸漬ノズル２０を介して溶鋼１８が鋳型１２に注入される。溶鋼１８は、鋳型１２の内面から抜熱されて凝固し、凝固シェル２４が形成される。これにより、凝固シェル２４を外殻とし、溶鋼１８からなる未凝固層２６を内部に有する鋳片２８が形成される。
　鋳型１２内の溶鋼１８の上面は、溶融したモールドフラックス２２に覆われている。モールドフラックス２２は、鋳型１２と溶鋼１８との間に流入し、潤滑剤としての役割を担う。鋳型１２と溶鋼１８との間にモールドフラックス２２が流入することで、鋳型１２と凝固シェル２４との焼き付きが抑制される。
　鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール１６の間隙には、スプレーノズル（図示せず）が配置された二次冷却帯３０が、鋳型１２の直下から鋳造方向に沿って複数設置されている。鋳型１２から引き抜かれた鋳片２８は、二次冷却帯３０のスプレーノズルから噴出される冷却水によって冷却される。鋳片２８が、鋳片支持ロール１６で搬送されて、複数の二次冷却帯３０を通過している間に、凝固シェル２４が適切に冷却されて未凝固層２６の凝固が進み、鋳片２８の凝固が完了する。
　鋳造方向下流には、鋳片２８を引き続き搬送するための搬送ロール１７が複数設置されている。搬送ロール１７の上方には、鋳片２８を切断するための鋳片切断機３２が配置されている。凝固完了後の鋳片２８は、鋳片切断機３２によって、所定の長さのスラブ３４に切断される。このようにして、鋳型１２を用いる鋼の連続鋳造方法によりスラブ３４が鋳造される。
　図２は、鋳型１２の一例を示す斜視図である。鋳型１２は、互いに対向して配置された一対のモールド銅板４０及び、当該モールド銅板４０に挟持され、かつ互いに対向して配置される一対のモールド銅板４２で構成される。
　一対のモールド銅板４０及び一対のモールド銅板４２は、矩形の板状に形成されている。一対のモールド銅板４０は、図２において正面及び背面に配置されている。一対のモールド銅板４２は、図２において右側面及び左側面に配置されている。
　鋳型１２は、上面視において、一対のモールド銅板４０及び一対のモールド銅板４２によってその内壁面が矩形状に形成されている。鋳型１２は、一対のモールド銅板４０及び一対のモールド銅板４２によって中空の筒状に構成される。
　モールド銅板４０及びモールド銅板４２の背面には冷却水路（図示せず）となる凹部が形成されている。モールド銅板４２の背面は、鋳型１２における溶鋼１８が注入される内部空間側の面に対して反対側の面である。モールド銅板４０及びモールド銅板４２は、当該冷却水路に冷却水を通水させることにより冷却され、これにより、溶鋼１８が冷却され凝固シェル２４が形成される。
　メニスカスは、鋳型１２での溶鋼１８の湯面位置を意味する。図２において、符号Ｍはメニスカスの位置を示す。本実施形態では、メニスカスの位置が鋳型１２の上端から１００ｍｍの位置になるように制御して連続鋳造している。図２の矢印Ａは鋳造方向を示し、矢印Ｂは鋳型１２の幅方向を示す。鋳型１２は、鋳造方向Ａと幅方向Ｂとが互いに直交するように一対のモールド銅板４０及び一対のモールド銅板４２が配置されている。
　鋳型１２を構成するモールド銅板４０とモールド銅板４２とは構成が同じであって大きさのみが異なる。したがって、以下の説明においてはモールド銅板４０の構成を説明し、モールド銅板４２の説明は省略する。
　図３は、モールド銅板４０の断面図である。図３（ａ）はモールド銅板４０の断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＣ部の拡大図である。図３に示すように、モールド銅板４０は、基材層５０上に凹溝５４を含む層５２が形成され、凹溝５４を含む層５２の上にコーティング層５６が形成されている。コーティング層５６は、溶鋼１８が注入される鋳型１２の内部空間側の面に設けられる。
　基材層５０は、銅又は銅合金を含む材料で構成される。基材層５０として銅合金を用いる場合には、例えば、クロム、ジルコニウム等を微量添加した銅合金を用いればよい。凹溝５４を含む層５２は、基材層５０とコーティング層５６との間に設けられる。凹溝５４は、基材層５０におけるコーティング層５６と対向する表面から窪むように形成される。
　図４は、モールド銅板４０の内部空間側の面を示す模式図である。図４において、点線の円で囲んだ部分は、モールド銅板４０の内部構造を示す。凹溝５４を含む層５２は、モールド銅板４０のメニスカスから下方の２００ｍｍまでの領域Ｒに形成されることが好ましい。すなわち、凹溝５４を含む層５２は、メニスカスから下方２００ｍｍまでの領域に形成されていればよく、下方２００ｍｍよりさらに下方の領域に形成されていてもよい。凹溝５４を含む層５２は、メニスカスから上方の領域Ｑに形成されてもよい。上述したように、鋳型１２の上端から１００ｍｍの位置がメニスカスになるように連続鋳造を行っている。このため、本実施形態に係るモールド銅板４０には、凹溝５４を含む層５２がメニスカスから下方の２００ｍｍ（鋳型１２の上端から３００ｍｍ）までの領域Ｒと、メニスカスから上方３０ｍｍ（鋳型１２の上端から７０ｍｍ）までの領域Ｑとに形成されている。
　凹溝５４を含む層５２において凹溝５４は、鋳造方向Ａに延在し、且つ、互いに平行になるように幅方向Ｂに配列された複数の縦溝と、幅方向Ｂに延在し、且つ、互いに平行になるように鋳造方向Ａに配列された複数の横溝とで構成される。凹溝５４は、複数の縦溝及び横溝により格子状の凹溝５４となる。但し、凹溝５４は格子状に限らず、当該領域に円柱状の丸溝を、例えば、千鳥状に複数設けてもよい。
　再び、図３を参照する。凹溝５４を含む層５２は、基材層５０の熱伝導率に対する熱伝導率の比率が８０％以下又は１２０％以上となる異種物質で構成される。凹溝５４を含む層５２は、凹溝５４に異種物質が充填される充填部５７と、コーティング層５６及び基材層５０の間に形成される異種物質の層状部５８とを含んで構成される。
　基材層５０の表面を基準とした凹溝５４の深さは０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましく、１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることがより好ましい。凹溝５４の幅は２．０ｍｍ以上２０.０ｍｍ以下であることが好ましく、４．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であることがより好ましい。層状部５８の積層方向の厚みは０．０ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．０ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
　異種物質は金属に限らず、非金属であってもよい。異種物質と基材層５０とは、常温（約２０℃）における熱伝導率の比率が８０％以下又は１２０％以上になっていればよい。金属の熱伝導率は、一般に高温になるほど小さくなる。しかしながら、常温での基材層５０の熱伝導率に対する異種物質の熱伝導率の比率が８０％以下又は１２０％以上であれば、鋳型１２としての使用温度においても十分な熱伝導率差を生じさせることができる。
　異種物質としては銅及び銅合金よりも熱伝導率が低い金属を用いてよく、例えば、Ｎｉ（熱伝導率：約９０Ｗ／（ｍ×Ｋ））又はＮｉ合金（熱伝達率：約４０～９０Ｗ／（ｍ×Ｋ））を用いてよい。異種物質として、Ｃｕ、Ｃｏ、ＮｉＣｏ、ニッケル基合金（ハステロイ、インコネル）、ステンレス合金等を用いてもよい。１つの連続鋳造用鋳型に含まれるモールド銅板４０、４２における異種物質には、基材層５０の熱伝導率に対する比率が８０％以下の低熱伝導物質又は基材層５０の熱伝導率に対する比率が１２０％以上の高熱伝導物質のいずれか一方のみを用いる。
　凹溝５４を含む層５２が異種物質によって構成されることで、メニスカスの近傍の鋳型１２の鋳造方向Ａ及び幅方向Ｂにおける鋳型１２の熱抵抗が規則的かつ周期的に増減する。これにより、メニスカスの近傍の溶鋼の凝固初期段階における凝固シェルから鋳型１２への熱流束が規則的且つ周期的に増減する分布が形成される。この熱流束の周期的な増減により、δ鉄からγ鉄への変態によって凝固シェルに発生する応力や熱応力が低減し、これらの応力によって生じる凝固シェルの変形が小さくなる。凝固シェルの変形が小さくなることで、凝固シェルの変形に起因する不均一な熱流束分布が均一化されて不均一凝固が抑制される。これらの効果により、凝固シェルの表面の縦割れが抑制され、鋳造されるスラブ３４の表面の縦割れの発生が抑制される。
　コーティング層５６は、少なくとも凹溝５４を含む層５２上に設けられればよいが、凹溝５４を含む層５２が形成されていない基材層５０の表面に設けられてもよい。コーティング層５６は、積層方向の厚みが２．０ｍｍ以下となるように設けられることが好ましい。コーティング層５６の厚みを２．０ｍｍ以下にすることで、熱流束に及ぼすコーティング層５６の影響が少なくなるので、異種物質による熱流束の周期的な変動の効果が十分に得られるようになる。コーティング層５６は積層方向の厚みが１０μｍ以上となるように設けられることが好ましい。コーティング層５６の積層方向の厚みを１０μｍ未満にすると、コーティング層５６の形成時にコーティング層５６が形成されなくなる部分が生じてしまうので好ましくない。
　コーティング層５６は、ニッケル、コバルト、ニッケル基合金、コバルト基合金、ステンレス合金、金属窒化物、金属炭化物及び金属酸化物のうちの少なくとも１つを含んで構成される。コーティング層５６は、ハステロイ、インコネル又はステンレスを含んで構成されてもよい。これらの合金は、高い耐熱性及び耐食性を有するので、これら合金を含むことで、コーティング層５６の耐熱性及び耐食性が向上する。
　コーティング層５６は、金属窒化物、金属炭化物及び金属酸化物のうちの少なくとも１つを含んで構成されてもよい。ここで、金属窒化物は、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＮ、ＷＳｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮである。金属炭化物は、例えば、ＴｉＣ、ＴｉＳｉＣ、ＷＣ、ＷＳｉＣ、ＴａＣ、ＴａＳｉＣである。金属酸化物は、例えば、ＴｉＯ、ＴｉＳｉＯである。
　コーティング層５６が金属窒化物、金属炭化物及び、金属酸化物のうちの少なくとも１つを含んで構成されることで、コーティング層５６の耐熱性を向上できるとともにモールドフラックス２２とモールド銅板４０との間の濡れ性も向上できる。モールドフラックス２２との濡れ性が高くなれば、モールドフラックス２２を均一に鋳型１２に流入させることができるようになる。
　モールドフラックス２２を均一に鋳型１２に流入させることができれば、抜熱量の変動が抑制され、凝固シェル２４の不均一凝固がさらに抑制される。流入したモールドフラックス２２によって凝固初期の冷却速度が凝固終期の冷却速度よりも低下するので、溶鋼１８が緩やかに冷却され、スラブ３４の表面の縦割れがさらに抑制される。コーティング層５６は、ニッケル、コバルト、ニッケル基合金、コバルト基合金及び、ステンレス合金の少なくとも１つを含み、金属窒化物、金属炭化物及び金属酸化物のうちの少なくとも１つをさらに含む合金で構成されることがより好ましい。
　本実施形態に係るモールド銅板４０で構成される鋳型１２は、鋳型厚みが４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、３．０ｍ／ｍｉｎ以上６．０ｍ／ｍｉｎ以下の鋳造速度で連続鋳造される薄スラブ連続鋳造機に適用されることが好ましい。このような薄スラブ連続鋳造機に適用するため、本実施形態に係るモールド銅板４０はファンネル形状であることが好ましい。ファンネル形状のモールド銅板とは、薄スラブを鋳造する鋳型の幅が狭いために浸漬ノズル２０が挿入される幅方向の中央部の浸漬ノズル２０の周辺のみの厚みを拡大させ、モールド銅板の幅方向の中央部分が膨らんだ漏斗形状のモールド銅板である。例えば、鋳型厚みが４０ｍｍのファンネル形状のモールド銅板では、外径φ８０～１００ｍｍの浸漬ノズル２０が使用できるように、モールド銅板の幅方向の中央部分が漏斗状に広げられた漏斗形状部が設けられる。
　薄スラブ連鋳機では高速鋳造されるので、メニスカス付近の鋳型温度が高くなって不均一凝固が促進され、鋳造されるスラブ３４の表面に縦割れが発生しやすくなる。ファンネル形状のモールド銅板では、膨らんだ幅方向の中央部に熱応力が発生しやすく、当該位置では溶鋼１８からの抜熱も不均一になる。このためファンネル形状のモールド銅板を含む鋳型では凝固シェルの不均一凝固がさらに促進され、鋳造されるスラブ３４の表面に縦割れがさらに発生しやすくなる。
　これに対し、本実施形態に係るモールド銅板４０は、基材層５０の熱伝導率に対する熱伝導率の比率が８０％以下又は１２０％以上となる異種物質で構成される凹溝５４を含む層５２を有する。これにより、凝固シェル２４の不均一凝固が抑制され、鋳造されるスラブ３４の表面の縦割れを抑制できる。さらに、本実施形態に係るモールド銅板４０は、ニッケル、コバルト、ニッケル基合金、コバルト基合金、ステンレス合金、金属窒化物、金属炭化物及び金属酸化物のうちの少なくとも１つを含むコーティング層５６を有する。これにより、高速鋳造によりメニスカス付近の表面温度が高くなったとしてもコーティング層５６にクラックが発生することを抑制できる。凹溝５４を含む層５２の上層にコーティング層５６が設けられるので、コーティング層５６にクラックが発生することが抑制されれば、その下層の異種物質にクラックが発生することも抑制される。
　鋳造速度が３．０ｍ／ｍｉｎ以上６．０ｍ／ｍｉｎ以下の高速で連続鋳造される薄スラブ連続鋳造機においては、鋳造時に鋳型１２を構成するモールド銅板の表面温度が３００℃程度になる場合がある。鋳型を構成するモールド銅板の表面温度が３００℃になるとコーティング層の強度が低下し、表面がコーティングされたモールド銅板であってもその寿命が大きく低下する場合がある。
　表面温度が３００℃以上になっても寿命が大きく低下しないように、モールド銅板４０は、３００℃の引張強度が２５０ＭＰａ以上となるコーティング層５６を有することが好ましい。３００℃における引張強度が２５０ＭＰａ以上のコーティング層５６を有することで、鋳型の表面温度が３００℃以上になる薄スラブ連続鋳造機に用いられても、当該コーティング層５６にクラックが発生することが抑制され、鋳型寿命の低下を抑制できる。
　図５は、引張強度を測定したサンプルの模式図である。コーティング層５６の３００℃における引張強度はＪＩＳ　Ｇ　０５６７：２０２０（鉄鋼材料及び耐熱合金の高温引張試験方法）に記載の方法で測定できる。ハステロイ、インコネル、ステンレス、金属窒化物（ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＮ、ＷＳｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ）、金属炭化物（ＴｉＣ、ＴｉＳｉＣ、ＷＣ、ＷＳｉＣ、ＴａＣ、ＴａＳｉＣ）は、３００℃以上になっても引張強度が低下しにくく、３００℃における引張強度が２５０ＭＰａ以上となることを確認している。
　凹溝５４を有する層５２上にコーティング層５６を設ける場合、凹溝５４を有する層５２とコーティング層５６との界面に界面層が形成されることが好ましい。凹溝５４を有する層５２とコーティング層５６との界面に界面層を有することで、モールド銅板４０の表面温度が３００℃以上になっても当該界面に隙間が生じたり、凹凸変形が生じたりすることを抑制できる。
　界面層は、レーザークラッド法を用いて凹溝５４を有する層５２上にコーティング層５６を設けることで形成される。一方、電気鍍金や溶融鍍金を用いてコーティング層５６を設けた場合には界面層が形成されない。
　レーザークラッド法を用いて、基材である銅合金の表面にＴｉＣのコーティング層を設けたサンプルの断面を確認した。この結果、基材とコーティング層との界面において、基材を構成する銅合金とコーティング層を構成するＴｉＣとが混合された界面層が形成されていることが確認された。一方、溶融鍍金にてコーティング層を設けたサンプルでは、界面層が形成されておらず、界面において基材を構成する銅合金とコーティング層を構成するＴｉＣとが混合せずに分離していた。これらの結果から、凹溝５４を有する層５２とコーティング層５６との界面には界面層が形成されていることが好ましく、これにより、界面部分の剥離や変形を抑制できることが確認された。
　本実施形態に係るモールド銅板を含む鋳型を用いる鋼の連続鋳造方法で使用するモールドパウダーの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２の質量比）を０．８以上２．２以下とし、鋳造速度を１．０ｍ／ｍｉｎ以上６．０ｍ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。このような連続鋳造条件であれば、本実施形態に係るモールド銅板を含む鋳型を用いて連続鋳造することで、表面の縦割れを抑制しながらスラブを連続鋳造できるとともに当該連続鋳造用鋳型の寿命も延長できるようになる。
　以上、説明したように本実施形態に係るモールド銅板４０は、基材層５０上に設けられる凹溝５４を含む層５２と、凹溝５４を含む層５２上に設けられるコーティング層５６とを有する。そして、凹溝５４を含む層５２は、基材層５０の熱伝導率に対する熱伝導率の比率が８０％以下又は１２０％以上となる異種物質で構成される。これにより、凝固シェルの不均一凝固が抑制され、鋳造されるスラブ３４の表面の縦割れを抑制できる。
　コーティング層５６はニッケル、コバルト、ニッケル基合金、コバルト基合金及び、ステンレス合金、金属窒化物、金属炭化物及び金属酸化物のうちの少なくとも１つを含んで構成される。これにより、コーティング層の耐熱性が向上し、モールド銅板の耐熱性が向上し、モールド銅板４０の表面温度が高くなったとしてもコーティング層５６にクラックが発生することが抑制される。さらに、異種物質で構成される凹溝５４を含む層５２の上層にコーティング層５６が設けられるので、当該異種物質にクラックが発生することも抑制できる。これらの結果、当該モールド銅板４０、４２から構成される鋳型１２の寿命を延長できるようになる。
　本実施形態では、鋳型１２が一対のモールド銅板４０と一対のモールド銅板４２とで構成される例で説明したがこれに限らない。上記のとおり、本実施形態に係るモールド銅板は、鋳造されるスラブ３４の表面の縦割れを抑制でき、且つ、クラックの発生も抑制できることから、鋳型１２を構成するモールド銅板のうち、少なくとも１つが本実施形態に係るモールド銅板４０、４２であればよい。これにより、本実施形態に係るモールド銅板４０、４２を全く含まない鋳型よりも鋳造されるスラブ３４の表面に縦割れを抑制でき、且つ鋳型寿命を延長できる。
　次に、転炉で酸素吹錬され、ＲＨ脱ガス処理された中炭素鋼を連続鋳造してスラブを鋳造した実施例を説明する。実施例で用いた中炭素鋼の化学成分は、Ｃ：０．０８～０．１７質量％、Ｓｉ：０．１０～０．３０質量％、Ｍｎ：０．５０～１．２０質量％、Ｐ：０．０１０～０．０３０質量％、Ｓ：０．００５～０．０１５質量％、Ａｌ：０．０２０～０．０４０質量％である。取鍋にこの中炭素鋼３００トンを導入し、図１に示した連続鋳造機を用いて連続鋳造を実施した。
　発明例１～２７では、凹溝を含む層及びコーティング層を形成させたモールド銅板から構成される鋳型を用いた。発明例１～２７では、基材層に対して常温における熱伝導率の比率が８０％以下又は１２０％以上となる異種物質を用いて凹溝を含む層を形成した。発明例１～１８、２５、２７では、レーザークラッド法を用いてコーティング層を設けることで、凹溝を含む層及びコーティング層の界面に界面層を形成させた。一方、発明例１９～２４、２６では、電気鍍金を用いてコーティング層を設けることで、凹溝を含む層及びコーティング層の界面に界面層を形成させなかった。
　従来例では、電気鍍金を用いてＮｉ又はＮｉＣｏのコーティング層を形成させたモールド銅板から構成される鋳型を用いた。比較例１では、基材層のみを有するモールド銅板で構成される鋳型を用いた。比較例２～１２では、レーザークラッド法を用いてコーティング層を設けたモールド銅板から構成される鋳型を用いた。比較例９～１２では、基材層に対して常温における熱伝導率の比率が８０％より大きい、又は、１２０％未満となる異種物質を用いて凹溝を含む層を形成させたモールド銅板から構成される鋳型を用いた。従来例、発明例及び比較例における連続鋳造条件及び鋳造されたスラブの評価結果を下記表１に示す。表１の「モールド鋼板コーティング層」の列における「％」は質量％を意味し、発明例６の「ＴｉＣ１０％-Ｎｉ」は、ＴｉＣを１０質量％含むＮｉ合金を意味する。
　３００℃におけるコーティング層の引張強度はＪＩＳ　Ｇ　０５６７：２０２０（鉄鋼材料及び耐熱合金の高温引張試験方法）に記載の方法で測定した値である。鋳造時の鋳型温度は、モールド銅板内に設置した熱電対によって測定されたメニスカス付近の表面温度の最大値である。スラブ表面の縦割れ個数は、鋳造後のスラブに発生した表面の縦割れ個数を測定した値である。チャージ数は、鋳型を使用してから鋳型表面にクラックが発生するまでの累計チャージ数である。
　図６は、従来例１、２、発明例１～２７及び比較例１～１２のスラブ表面の縦割れ個数を示すグラフである。図６に示すように、発明例１～２７のスラブ表面の縦割れ個数は、従来例１、２及び比較例１～１２に比べて顕著に少なくなった。この結果から、基材層に対する熱伝導率の比率が８０％以下及び１２０％以上の異種物質を用いて凹溝を有する層を形成することで、凝固シェルの表面の縦割れが抑制され、鋳造されるスラブ表面の縦割れを抑制できることが確認された。
　図７は、従来例１、２、発明例１～２７及び比較例１～１２の鋳型の寿命を示すチャージ数を示すグラフである。図７に示すように、発明例１～２７のチャージ数は、従来例１、２及び比較例１と同等以上になることが確認された。この結果から、発明例１～２７のモールド銅板から構成される鋳型を用いることで、鋳型の寿命を従来よりも低下させることなくスラブ表面の縦割れの発生を抑制できることが確認された。
　発明例１９～２４、２６は、コーティング層と凹溝を有する層との界面に界面層が形成されていないモールド銅板を用いた発明例である。図７に示すように、コーティング層と凹溝を有する層との界面に界面層が形成されたモールド銅板を用いた発明例１～１８、２５、２７のチャージ数は、当該界面層が形成されていないモールド銅板を用いた発明例１９～２４、２６のチャージ数よりも多くなった。この結果から、コーティング層と凹溝を有する層との界面に界面層を有するモールド銅板を用いることで、鋳型の寿命を延長できることが確認された。
　発明例１、２は、３００℃の引張強度が２５０ＭＰａ以上を満足しないコーティング層を有するモールド銅板を用いた発明例である。発明例３～１８、２５、２７は、３００℃の引張強度が２５０ＭＰａ以上を満足するコーティング層を有するモールド銅板を用いた発明例である。図７に示すように、発明例３～１８、２５、２７のチャージ数は、発明例１、２のチャージ数よりも多くなった。この結果から、３００℃における引張強度が２５０ＭＰａ以上を満足するコーティング層を有するモールド銅板を用いることで、鋳型の寿命をさらに延長できることが確認された。
　１０　連続鋳造機
　１２　連続鋳造用鋳型
　１４　タンディッシュ
　１６　鋳片支持ロール
　１７　搬送ロール
　１８　溶鋼
　２０　浸漬ノズル
　２２　モールドフラックス
　２４　凝固シェル
　２６　未凝固層
　２８　鋳片
　３０　二次冷却帯
　３２　鋳片切断機
　３４　スラブ
　４０　モールド銅板
　４２　モールド銅板
　５０　基材層
　５２　凹溝を含む層
　５４　凹溝
　５６　コーティング層
　５７　充填部
　５８　層状部

Claims (6)

  1. 　連続鋳造用鋳型に用いられるモールド銅板であって、
    　銅又は銅合金を含む基材層と、前記基材層上に設けられる凹溝又は丸溝を含む層と、前記凹溝又は丸溝を含む層上に設けられるコーティング層とを有し、
    　前記コーティング層は、ニッケル、コバルト、ニッケル基合金、コバルト基合金、ステンレス合金、金属窒化物、金属炭化物及び金属酸化物のうちの少なくとも１つを含んで構成され、
    　前記凹溝又は丸溝を含む層は、前記基材層の熱伝導率に対する熱伝導率の比率が８０％以下又は１２０％以上となる異種物質で構成される、モールド銅板。
  2. 　前記コーティング層と前記凹溝又は丸溝を含む層との界面に界面層を有する、請求項１に記載のモールド銅板。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載のモールド銅板を含む連続鋳造用鋳型であって、
    　前記コーティング層の積層方向の厚さが２．０ｍｍ以下であり、
    　前記凹溝又は丸溝を含む層は、メニスカスから下方の２００ｍｍまでの領域に設けられる、連続鋳造用鋳型。
  4. 　前記コーティング層の３００℃の引張強度が２５０ＭＰａ以上である、請求項３に記載の連続鋳造用鋳型。
  5. 　ファンネル形状の前記モールド銅板を含む、請求項３又は請求項４に記載の連続鋳造用鋳型。
  6. 　請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の連続鋳造用鋳型を用いる鋼の連続鋳造方法であって、
    　前記連続鋳造用鋳型内の溶鋼の表面にＣａＯ／ＳｉＯ２の質量比が０．８以上２．２以下のモールドパウダーを添加し、
    　１．０ｍ／ｍｉｎ以上６．０ｍ／ｍｉｎ以下の鋳造速度で連続鋳造する、鋼の連続鋳造方法。
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