モールドの表面処理一覧

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コバルト合金めっき

コバルト合金めっきは、高温雰囲気でも硬度が低下しない（Hv＝250程度）という機能性を有しています。その為、主に製鉄業界向けの連続鋳造用金型（モールド）に使用されています。モールドは、溶けた鉄（溶鋼：1,000℃以上）を冷やし固める箱のようなものです。モールドの母材は、冷却効率を上げるために熱伝導率が良い銅の合金が起用されています。しかし硬度が柔らかく、低く冷えて固まった鉄（鋳片）と擦れることで摩耗してしまい、鋳片の品質異常や歩留の低下を招きます。

世間的に耐摩耗性が良い表面処理として硬質クロムめっき（Hv=800程度）があげられます。ただし、モールドの使用雰囲気は1,000℃以上あり、溶鋼からの被熱によって硬質クロムめっきは組成変化を起こし著しく硬度を低下させてしまします。

野村鍍金が開発した「コバルト合金めっき」は、使用雰囲気が高温（1,000℃以上）であっても硬度が低下しないため、モールドを安定的に使用することが可能となります。また実際にモールドを使用されている環境（損傷の傾向）に合わせて、起用するコバルト合金めっきを選定することも可能です。

＜コバルト合金めっき被膜ラインナップ＞

◆TAP-2 ：コバルト合金めっきのベースとなる表面処理

◆TAP-2S：耐食性に優れる（TAP-2比）

◆TAP-Xb：耐摩耗性に優れる（TAP-2比）

◆TAP-2e：耐ヒートクラック性（伸び性）に優れる（全コバルト合金めっき比）

過酷な使用条件である製鉄向けモールドで使用できている実績より、コバルト合金めっきは「高温雰囲気」で使用することに適した表面処理であるといえます。しかし「高温に耐えるだけ」という表面処理のニーズはおそらく少ないと思います。高温雰囲気でありなおかつ、「耐摩耗性」「耐食性」「母材との密着力」などその他の条件を満たせることがポイントとなります。高温雰囲気で使用される製品（部品）に表面処理をご検討される際には、野村鍍金までお問合せください。

コバルト合金メッキによるモールドの耐寿命について

Before (改善前)

Before (改善前)

コバルト合金めっき起用による長寿命化

製品属性(仕様)

製品画像(様子)

特徴
コバルト合金めっきは、様々な機能性を持っています。その機能性の1つとして、高温雰囲気（400℃以上）でも硬度がほとんど低下しないという特性があります。
電気めっきでは、一般的な「硬質クロムめっき（Hv＝800程度）」などでは、400℃以上の高温雰囲気では硬度が大きく低下してしまいます。700℃付近では本来の硬度は半分以下となり、硬質クロムめっきとしての機能性（耐摩耗性）が失われてしまいます。コバルト合金めっきの１つである「TAP-2（野村鍍金開発被膜）」は、Hv=250程度と硬度自体は硬質クロムめっきよりも硬くはありませんが、700℃と高温雰囲気でもほとんど硬度が低下することはありません。
この特性が、製鉄向け連続鋳造用鋳型（モールド）の寿命延長に貢献しています。

モールドは、溶けた鉄（溶鋼）を冷やし固める役割を担っています。冷却効率をよくするために、モールドの材料には熱伝導率がいい銅の合金が起用されています。ただ銅合金の硬さはHv=100程度なので、冷やし固めている鉄とこすれることで簡単に摩耗してしまいます。銅板が傷つくことで、生産する鉄の品質低下を招いたり、使用回数（寿命）の低下、なにより銅板自体の寿命を低減させることにもつながります。モールドの交換頻度が増えることでランニングコストも増え、新たに銅板を購入する費用も増えるなど大きなロスが発生してしまいます。
銅板を保護（耐摩耗性を向上させる）する為に、1960年代には硬質クロムめっきが採用されていました。しかし高温雰囲気では硬度が低下、さらに硬くて脆い被膜であるため溶鋼からの被熱により割れ（ヒートクラック）が発生するなど、硬質クロムめっきはモールドの使用環境に対して完全にマッチすることはできてはいませんでした。そういった状況を受け、野村鍍金では熱に強くなおかつ耐摩耗性に優れた表面処理として1980年代にコバルト合金めっき「TAP-2」を開発しました。
TAP-2を起用することで従来（硬質クロムめっき）と比べ、使用寿命は4倍以上に伸ばすことが可能となりました。モールドの長寿命化および鋳片の品質向上の実績が認められ、今では国内外問わず多くの製鉄所様でTAP-2（ならびに更なる改良表面処理）をご利用いただいております。
TAP-2（コバルト合金めっき）はモールドで主にご利用いただいております。しかし現在では「耐熱性」と「耐摩耗性」の観点から、その他の製品（高温雰囲気でも耐摩耗性が必要な操業環境で使用される部品など）にもご使用いただく機会が増えてきております。

コバルト合金めっきによる長寿命モールド

製品属性(仕様)

製品画像(様子)

特徴
製鉄メーカー様では、溶かした鉄（溶鋼）を冷やし固めるために「モールド」と呼ばれる金型が使用されます。特に横幅の広い鉄（スラブ）を生産する場合には、幅の広い銅板（長辺）と幅の狭い銅板（短辺）で製造します。長辺の素材は、熱伝導率のよい銅合金が使用されます。しかし銅合金は比較的柔らかいため、外的損傷（傷、摩耗、腐食など）を受けやすく、すぐに寿命を迎えてしまいます。外的損傷を防ぐために、野村鍍金では独自開発した「コバルト合金めっき」を銅板に被覆しています。長辺銅板に求められる特性は、耐熱性・耐摩耗性・耐腐食性と多岐にわたります。これらの機能付加を満たす表面処理が、「コバルト合金めっき」になります。このコバルト合金めっきの特徴として、めっき表面の環境温度が上がったとしても硬度が下がらないという特性があります（コバルト合金めっきに対して、モールドに使用される一般的な硬質クロムめっきでは、200℃を超えると硬度が半分程度に低下します）。製鐵向けモールドは非常に高温雰囲気で使用されます。その為、表面処理が硬すぎる（硬質クロムめっきなど：Hv＝800）と割れてしまい品質の悪化につながってしまいます。コバルト合金めっきはHv＝300～400程度で「割れ」に対する耐久力もあります。お客様からの要求も年々厳しくなり、一つの皮膜で全ての要求を克服することは難しくなっています。野村鍍金では、各損傷条件に適したコバルト合金めっきを複数保有しています。これら複数のコバルト合金めっきを組み合わせることで、お客様のご使用環境に適した仕様の提案が可能となります。

Co合金めっき 高温雰囲気で使用する製品への金属表面処理

製品属性(仕様)

製品画像(様子)

特徴
産業用部品の中には、比較的高温雰囲気下（300℃以上など）で使用されるものもあります。高温雰囲気で使用する目的は様々であるが、「耐摩耗性」「耐食性」「バリア性」「不変性」などが挙げられます。実際にご使用される運転条件（温度雰囲気）によって表面処理の選定も変わりますが、Co（コバルト）をベースとした「Co合金めっき」は前述の機能性を発揮します。

【耐摩耗性・耐食性】
・製鉄会社様でご使用いただいている金型（モールド）は、溶けた鉄（1000℃以上）を冷やし固める目的で使用されます。金型自体は熱伝導率が良い銅でできていますが、溶けた鉄からの「被熱」と固まった鉄からの「物理的摩耗」によりすぐに損傷してしまいます。
そこで金型の表面にCo合金めっきを施工することで、金型の長寿命化および鋳片の品質向上を実現しております。Co合金めっきは硬度（Hv）が300～400ぐらいあり銅よりも3倍以上硬い為、物理的な面でも耐摩耗性に優れています。またCo合金めっきは、高温雰囲気下（300℃以上）でも硬度が低下しないという特異的な特性をもっています。一般的なその他めっき（Crめっきなど）は高温雰囲気にさらされることで硬度が低下し、通常硬度Hv＝900程度ですが、400℃ぐらいの被熱を受けることで硬度は半減してしまいます。

【バリア性・不変性・耐食性】
・腐食現象は一般的に高温雰囲気下である方が強く発生します。重要な部品を保護する目的で表面処理を選定する場合、常温であればコスト面も含め「塗装」が選定されることもありますが、高温雰囲気下では塗装自体の耐熱性が持たず選定できない場合があります。また融点が高い「金属めっき」を選定した場合でも、Crめっきなどには被膜自体がそもそも割れ（クラック）が発生・存在するため腐食成分が侵入しやすく、結果として腐食が発生することがあります。
Co合金めっきは基本的にクラックは存在しない均一な被膜面であるため、外部からの腐食から製品を保護することが可能となります。Co合金めっきでも耐食性が不足している場合には、Niめっきを選定することで耐摩耗性は落ちますが耐食性に限ってはさらに効果を高めることも可能です。

製鉄向け銅板へのTAP-Ⅱめっき

製品属性(仕様)

製品画像(様子)

特徴
製鉄の鋳造に使用される連続鋳造鋳型の運用初期は、銅材に直接クロムめっきが施工されていました。クロムめっきは高硬度で耐摩耗性にとても優れていますが、銅との熱膨張係数の差が大きいためにめっき剥離が発生し、数百チャージとう短い期間で寿命を迎えていました。めっき剥離の対策として、クロムめっきの次に使用されるようになったのがニッケルめっきです。しかし、ニッケルめっきはクロムめっきに比べ柔らかいために耐摩耗性が劣っていました。 この耐摩耗性の向上を目的として、上層へのクロムめっきやニッケルーリン合金めっきが適用されるようになり、寿命が少しずつ向上されていきました。その後、弊社開発のニッケルー鉄合金めっきが使用されるようになり、1000チャージを超える寿命を達成しました。しかし、ニッケルの合金化で硬さが向上したために、新たな問題としてヒートクラックやそれに起因する剥離、腐食が発生するようになりました。 この対策として野村鍍金が新たに開発しためっき皮膜が、『TAP-Ⅱめっき』です。 TAP-Ⅱめっきはコバルト系合金めっきで、高温の熱処理を受けても硬度・耐摩耗性共にほとんど変化がみられません。また、高温雰囲気で表面に低摩擦係数の特殊酸化被膜を形成させ、摩擦係数を低下させるという特徴があり、高温雰囲気下では他の金属に比べ耐摩耗性の点でとても有利です。さらには酸化被膜層が形成されているため、スプラッシュの付着し難い表面を得られます。TAP-Ⅱの硫化物はニッケル硫化物と比較して溶解温度が高いので、結晶粒界に容易に析出せずヒートクラックを生じ難いです。 これらの物性が銅板の寿命延長に大きく寄与し、2500チャージの寿命を達成させました。TAP-Ⅱめっきは、モールド銅板の全面に施工することができる万能な皮膜です。現在では多くの製鉄所様でご使用いただいています。

製鉄向け銅板へのTAP-Ⅱeめっき

製品属性(仕様)

製品画像(様子)

特徴
鉄鋼用連続鋳造用鋳型（モールド）の表面処理には、現在、Co系合金めっきが主に使用されている。Co系合金めっきは高温での耐摩耗性に優れており、この皮膜の開発によりモールドの寿命は飛躍的に向上した。
鋳片の品質向上を高めるための電磁攪拌が採用されたことで、モールド上部（メニスカス部近傍）の熱衝撃は更に激しくなり、ヒートクラックが大きな問題となってきた。ヒートクラックは、表面保護のめっき皮膜にダメージを与え、めっき皮膜の剥離を引き起こす。このため、激しい熱影響に耐えることのできる高温伸び特性に優れためっき皮膜の開発が強く望まれていた。従来のCo系合金めっきは，六方細密充填の結晶構造を有し，結晶内のすべり面の数が限られているため，塑性変形しにくい特徴がある。我々は、合金組成が規則的に変化した積層Co合金めっき皮膜を開発し，この構造を取ることで，従来のCo系合金めっきより非常に優れた伸び特性を示すことを確認した。
従来からも積層構造をもった皮膜の研究例や特許例は見られる。その例としては、複数のめっき槽を用いて単金属を交互に繰り返し積層させる方法等があるが、製造工程が複雑で実用化が不可能な状態にある。我々が開発したこの皮膜は、単一のめっき浴でめっき条件を変化させるだけで、ある組成変化と数十μｍレベルの積層構造を持った皮膜の作製に成功している。
この耐クラック性に優れたCo系合金めっきがTAP-Ⅱeである。この皮膜の最大の特徴は優れた伸び特性にあり、従来のCo系合金めっきが約３％であるのに対し、TAP-Ⅱeは15%まで向上している。モールドでの実績も多数ありクラック対策に貢献している。また、特殊な積層構造は任意に構成を変化させることができ、積層構造を変化させることにより強度や伸び特性をさらに向上させることも可能である。

連続鋳造用モールド

製品属性(仕様)

製品画像(様子)

特徴
高炉・電炉メーカー様で使用される連続鋳造型の寿命を延ばすために、野村鍍金独自の表面処理であるTAP-Xbめっきを施しています。TAP-Xbめっきはモールド用めっき皮膜であるTAP-Ⅱと比較するとラボテストで3倍の良好な耐摩耗性を発揮します。スラブ・ブルーム・ビームブランクなどの連続鋳造用モールドの寿命延長に効果があります。特に短辺銅板と接するコーナー部、銅板下端の偏摩耗個所などの耐摩耗性を必要とする部位に施工することで最大限の効果を実現します。

製鉄向け銅板へのTAP-Xbめっき

製品属性(仕様)

製品画像(様子)

特徴
TAP-Xbめっきは、スタンダードな皮膜のTAP-Ⅱめっきと同じコバルト系合金めっきで、TAP-Ⅱよりさらに耐摩耗性に優れた皮膜になります。この皮膜は、製鉄所様のモールド用鋳型の長辺銅板の表面処理に使用されています。
製品事例として上げさせていただいているTAP-Ⅱめっきと同じく、高温雰囲気で表面に低摩擦係数の特殊酸化被膜を形成させ摩擦係数を低下させるという特徴を持ち、高温の熱処理を受けても硬度・耐摩耗性共にほとんど変化がみられません。
硬さ、強度、伸び、耐食性、熱伝導率はスタンダードな皮膜のTAP-Ⅱめっきと同等ですので、TAP-Xｂにすることによる使用条件の変更は一切必要なく、現状の使用条件のままご使用いただけます。

コバルト合金めっき適用化による製鉄向けモールドの寿命延長

Before (改善前)

After (改善後)

コバルト合金メッキ被覆モールドの耐溶融亜鉛性改善

Before (改善前)

After (改善後)

製鉄向けスラブモールド短辺銅板

製品属性(仕様)

製品画像(様子)

特徴
スラブ用モールドは、幅の広い長辺（銅板）2枚1組と幅の狭い短辺（銅板）2枚1組を組み合わせ鋳型を構成しています。短辺は長辺よりも摩耗を受けやすい環境にあります。従来、長辺と短辺には耐摩耗性に優れるコバルト合金めっきを被覆していましたが、それでも短辺側が先に寿命を迎えていました。そこで、より耐摩耗性に優れる「溶射被膜」を確立し、現在多くの短辺に採用されています。短辺銅板の寿命が向上し、長辺銅板と同時寿命となることで、モールドの交換サイクルが安定し様々なコストメリットが実現できます。お客様のご使用環境に合わせ、溶射被膜とコバルト合金めっきを組み合わせることで最善の組み合わせを提案いたします。

製鉄向けモールド銅板への溶射施工

製品属性(仕様)

製品画像(様子)

特徴
野村鍍金のモールド銅板への溶射は、Ni－Crをベースに作られています。主にスラブモールド短辺への皮膜として多くの製鉄所様で使用されています。

スラブモールドは平行に置かれた長辺銅板2枚の間に短辺銅板2枚が挟まれた形で長方形を形成させており、その長方形の中に溶鋼を流し、徐々に冷やし固めて鋳造します。
また、スラブモールドは幅可変を行い鋳造サイズを変更するものが多くあります。幅可変は、長辺銅板の位置はそのままで短辺銅板の位置をずらし行います。長辺銅板と短辺銅板の合わせ面である鋳片角部(コーナー部)は、他の箇所に比べて溶鋼の凝固スピードが速く摩耗量が多くなり、銅板が削れていきます(コーナー摩耗)。
先に述べたように、鋳造サイズ変更の際、長辺銅板の位置はそのままで短辺銅板の位置のみ変更する為、長辺銅板表面のコーナー部となる位置は変更されますが、短辺銅板のコーナー部は変わりません。その為、短辺銅板では毎回同じ箇所が摩耗していきます。長辺銅板と短辺銅板が同じ皮膜の場合、短辺銅板が先に摩耗してしまい、長辺銅板の寿命が来る前にモールド銅板の交換となってしまいます。
この状況を防止する為に溶射が採用されています。溶射の硬度はビッカースで約600Hv。耐摩耗性に優れており、摩耗量はNi皮膜と比較して約1/6まで低減します。この溶射の耐摩耗性能により、長辺銅板と短辺銅板の交換時期が同程度となり、モールド銅板の交換時期を大幅に改善致しました。野村鍍金の溶射皮膜は1種類ではなく、スタンダードな溶射皮膜、ヒートショックが起きやすい箇所へ最適な溶射皮膜、耐摩耗性をより向上させた溶射皮膜がありますので、各製鉄所様の操業条件に合わせた最適な溶射皮膜のご提案を行う事が可能です。

連続鋳造用モールド向け　銅めっき補修

製品属性(仕様)

製品画像(様子)

特徴
製鉄設備の連続鋳造用モールドの材料には冷却効果を上げるために熱伝導率のよい銅板が採用されている。銅板自体は柔らかいため溶けた鉄（溶鋼）が触れる部分には耐摩耗性・耐食性向上を目的としてコバルト系の合金めっきなどが被覆されている。しかし溶鋼を冷やし固める工程は非常に過酷でな環境で、特に溶鋼からの被熱によって銅板にひび割れ（ヒートクラック）を発生させることもある。
ヒートクラックが発生すると銅板をメンテナンス（再めっき）する際に完全に除去しておく必要がある。そうしないとモールドを再使用した際に、残存したヒートクラックを起点にすぐさまヒートクラックが発生し尚且つより深く発生させてしまうこととなる。銅板には使用できる板厚が決まっており、ヒートクラックが深く入るとその分銅板を多く削ることとなり、銅板自体の寿命が短くなってしまい銅板の購入コストが上がってしまいます。
そこで、ヒートクラックが発生した個所を部分的（もしくは銅板全面）に機械加工で削り取ったのちに、銅めっきを厚く（mmオーダー）被覆することで銅板の板厚を復元することが可能となる。そうすることで銅板自体の寿命を延長（通常通りの使用回数を担保）することができます。銅板を新作する場合、材料購入から加工完成まで半年程度かかるものもあり、銅板が計画通り使用できることで操業も安定化でき、また予算取りの計画が立てやすくなります。