连续铸造用结晶器铜板及其制造方法技术

提供在即使供实际连续铸造的情况下也具有与结晶器铜板基体材料的附着性好、而且耐磨性优良的表面覆盖层的连续铸造用结晶器铜板，在结晶器铜板基体材料表面设有从Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｂ、Ｓｉ和Ａｌ中选择一种或两种以上的金属层的最内层、在它的上面交替层压一组以上从这些金属群中选择一种或两种以上的氮化物、碳化物或碳－氮化物层和由上述金属组成的层、再设有上述氮化物、碳化物或碳－氮化物的最外层，在形成各层时适合使用ＰＶＤ法，希望至少在形成最内层的金属层时，使用电弧截断偏置电压。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适合用于在熔融金属特别是钢水的连续铸造中使用的结晶器的结构部件，特别是适合用作铸造熔融金属的结晶器铜板的铜板。而且涉及对于此结晶器铜板有利于提高它的耐久性的技术或可以进行强制冷却的技术。此外本专利技术也涉及上述连续铸造用结晶器铜板的制造方法。特别涉及有效改善覆盖在结晶器铜板表面上的耐磨涂敷层的附着性，进一步提高此结晶器铜板耐久性的制造技术。
技术介绍
在熔融金属特别是钢水的连续铸造中，近年来力图通过提高铸造速度来提高生产能力。与此同时也要求更有效地生产多品种和多尺寸的铸坯。熔融金属的连续铸造一般使用在铸造方向的上游一侧和下游一侧敞开的水冷式结晶器。也就是采用把熔融金属注入此结晶器内，由于从熔融金属向结晶器散热使熔融金属凝固，同时把被铸造的铸坯向下游方向拉出的铸造方式。此时结晶器被固定或沿铸造方向反复振动，各种情况下在铸坯和结晶器之间都会产生摩擦。由于结晶器与铸坯接触的面不断暴露在高温中，特别是它的表面承受大的热负荷。当然为了结晶器/铸坯之间的润滑和熔融金属表面的保温、防氧化，使用以氧化物为主要成分的结晶器保护渣。可是特别是在高速铸造的情况下，由于铸坯和结晶器的相对速度增加，结晶器承受的摩擦力显著增加。而且由于提高速度使结晶器内铸坯温度升高，结晶器承受的热负荷也显著增加。其结果随使用次数的增加，结晶器表面上容易形成裂纹。此外在板坯连续铸造时，为了高效率地进行铸造，常常在铸造中改变板坯的宽度。这种情况与稳定状态下铸入时相比，在结晶器和铸坯之间也常常产生明显大的摩擦力。再有在进行热强度高的不锈钢和高碳钢这样的高级钢连续铸造的情况下，由于凝固壳的硬度比普通钢高，结晶器表面的磨损显著。因此为了提高现有结晶器的耐久性，进行了各种研究和开发。连续铸造用结晶器一般为了提高铸坯的冷却效率，在与铸坯接触一侧配置成以铜板(以下称为结晶器铜板)作为构成部件。在现有结晶器铜板上为了延长铜板的寿命和确保耐高温的材料强度，主要采用析出硬化型的铜合金材料。再有一般利用湿式涂敷法和熔融喷镀法等在这样的结晶器铜板表面涂敷Ni-Cr、Fe-Ni、Co-Ni等的合金。可是例如在上述的析出硬化型铜合金材料基体材料表面上用上述湿式涂敷法和熔融喷涂法等进行涂敷，作为结晶器铜板(表面处理材料)，在用于不锈钢和高碳钢的连续铸造情况下的寿命，也有与用于普通钢连续铸造情况相同或比它降低的情况。因此为了要延长用于不锈钢和高碳钢等高强度钢连续铸造的结晶器铜板的寿命，要开发至今还没有的新的结晶器表面处理材料。从这样的观点出发，在特开平9-314288号公报中提出了用金属(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)的氮化物覆盖结晶器铜板表面的方法。由于这样的氮化物具有非常高的硬度，所以可以期待提高结晶器铜板的耐磨性。这样的氮化物覆盖层由于与结晶器铜板基体材料的附着性不好，在此公报中推荐希望在涂敷氮化物的基底层镀Fe合金和Ni合金、Co合金等合金。在上述的特开平9-314288号公报中发表了通过实验室试验得到耐裂性和耐磨性好的结果。可是本专利技术人发现在提供给连铸机中实际连续铸造时，在覆盖氮化物层内产生裂纹，很多情况下这样的氮化物层剥落，不可能长时间连续使用。此外还担心氮化物等的陶瓷层利用铜板从熔融金属散热(heat extraction)的效果差。
技术实现思路
本专利技术是根据上述实际情况开发的专利技术，本专利技术的目的是提供具有在实际使用中与铜板基体材料的附着性好、而且耐磨性优良、散热效果好的表面覆盖层的连续铸造用的结晶器铜板，同时提出有效的制造方法。此外，本专利技术的目的是再对上述技术进行改进，提供进一步提高结晶器铜板的耐磨性覆盖层的附着性，进一步提高结晶器铜板的耐久性等的连续铸造用结晶器铜板的有效的制造方法。专利技术人为了达到上述目的，针对如何把高硬度的耐磨性优良的各种金属的碳化物和氮化物涂敷在铜或铜合金的基板上，可以牢固地附着，使在实际的连续铸造环境下长期使用也不剥离和不产生裂纹，进行了专心的研究。其结果最新发现采用干式涂敷法，其中采用离子化率高而且可以高速成膜的PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)法、特别是HCD(Hollow Cathode Discharge，空心阴极放电)法和电弧放电法，(1)把从Ti、Cr、Ni、B、Si和Al中选择一种或两种以上的金属构成的金属层，作为结晶器铜板表面上的耐磨性被膜的最内层，能确保与铜板牢固的附着性，(2)作为耐磨性被膜的最外层，利用覆盖从上述金属群群(Ti、Cr、Ni、B、Si和Al)中选择一种或两种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，不但能够确保高的强度，而且能够确保优良的耐磨性和耐热性，也能确保散热效果，(3)此外，在上述的最内层和最外层之间，利用交替层压从上述金属群中选择的一种或两种以上金属的氮化物或碳化物组成的陶瓷层和从上述金属群中选择一种或两种以上的金属组成的金属层，可以有效地缓解耐磨性复合被膜的内部畸变，不仅可以进一步提高与铜板的附着性，也可以有效地防止耐磨性复合被膜的剥离和在此复合被膜中特别是在陶瓷膜中产生裂纹。本专利技术是以上述的认识为基础的专利技术。也就是本专利技术的主要内容如下。1.连续铸造用结晶器铜板，其特征为在熔融金属的连续铸造用结晶器铜板中，在作为基体材料的铜或铜合金制的板材表面设置有从金属群Ti、Cr、Ni、B、Si和Al中选择的一种或两种以上的金属组成的金属层作为最内层，在它的上面交替层压有一组以上的从上述金属群中选择的一种或两种以上金属的氮化物或碳化物层和从上述金属群中选择的一种或两种以上的金属组成的层，进而作为最外层设置有从上述金属群中选择的一种或两种以上金属的氮化物或碳化物层。2.上述1所述的连续铸造用结晶器铜板，其特征为在上述最内层和基体材料的边界形成最内层金属和构成基体材料的金属的混合层。3.上述1或2所述的连续铸造用结晶器铜板，其特征为构成上述基体材料的铜或铜合金制的板材，预先在它的表面实施以从Ni、Cr、Fe和Co中选择的一种或两种以上为主要成分的涂镀。4.连续铸造用结晶器铜板制造方法，其特征为在构成基体材料的铜或铜合金制板材表面，用PVD法形成从Ti、Cr、Ni、B、Si和Al中选择一种或两种以上的金属组成的金属层作为最内层，在它的上面交替层压一组以上的从上述金属群中选择一种或两种以上的金属氮化物或碳化物层和从上述金属群中选择一种或两种以上的金属组成的金属层，然后形成从上述金属群中选择一种或两种以上金属的氮化物或碳化物层的最外层。5.上述4所述的连续铸造用结晶器铜板制造方法其特征为形成上述最内层的方法为高偏置电压放电涂敷法。6.上述4或5所述的连续铸造用结晶器铜板制造方法其特征为上述基体材料的铜或铜合金制的板材是在它的表面上涂镀以从Ni、Cr、Fe和Co中选择一种或两种以上为主要成分的板材。上述中“氮化物或碳化物”也包括碳-氮化物。7.在基体材料的铜或铜合金制板材表面，用PVD法形成从Ti、Cr、Ni、B、Si和Al中选择一种或两种以上的金属组成的金属层的最内层，在它的上面交替层压一组以上的从上述金属群中选择一种或两种以上的金属氮化物或碳化物层和从上述金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续铸造用结晶器铜板，是适合用于连续铸造熔融金属的结晶器铜板，其特征在于，　　　　具有实质上由铜或铜合金制的板材构成的基体材料和在所述基体材料表面设置的覆盖层，　　　　所述覆盖层是由如下部分组成：　　　　最内层，由从金属群Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｂ、Ｓｉ和Ａｌ中选择的一种或两种以上金属组成；　　　　中间层，形成于所述最内层上，交替层压了一组以上的从所述金属群中选择的一种或两种以上金属的氮化物、碳化物或碳－氮化物组成的层，和从所述金属群中选择的一种或两种以上的金属组成的层；和　　　　最外层，形成于所述中间层上，由从所述金属群中选择的一种或两种以上金属的氮化物、碳化物或碳－氮化物组成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：丝山誓司，井口征夫，藤井彻也，大石政治，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]