Im Hinblick auf die oben genannten
Situationen besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Stranggießverfahren
für einen
Stahl mit hohen Cr- und Al-Gehalten zur Verfügung zu stellen, bei dem das
Auftreten von Betriebsstörungen
während
des Gießens
vermindert wird und das Auftreten von Längsrissen oder Oberflächen-Defekten
bei den resultierenden Brammen verringert wird im Vergleich zu den
bereits vorhandenen Fällen,
selbst wenn die Cr- und Al-Gehalte hoch sind.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung
haben eine umfangreiche Untersuchung der Probleme beim Stranggießen von
Stahl mit hohen Cr- und Al-Gehalten durchgeführt, um das oben genannte Ziel
zu erreichen und der Gegenstand der Erfindung ist eine entsprechende
Gegenmaßnahme.
Zusammenfassung
der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Stranggießverfahren
für einen
Stahl mit hohen Cr- und Al-Gehalten, bei dem ein geschmolzener Stahl,
der umfasst C ≤ 0,02
Massenprozent, N ≤ 0,02
Massenprozent, Si ≤ 1,0
Massenprozent, Mn ≤ 1,0
Massenprozent, Ni ≤ 0,5
Massenprozent, Cu ≤ 0,5
Massenprozent, Cr 10 bis 30 Massenprozent, Al 1,0 bis 10,0 Massenprozent,
Ti ≤ 0,05
Massenprozent, Ca ≤ 0,05
Massenprozent und Mg ≤ 0,05 Massenprozent
und als Rest unvermeidliche Verunreinigungen und Fe, mittels eines
Tundish (einer Zwischenpfanne) in eine Form gegossen wird, und anschließend kontinuierlich
erstarrte Gussstahl-Werkstücke aus
der Form herausgezogen werden, wobei der geschmolzene Stahl bei
einem Grad der Überhitzung
und mit einer Gießgeschwindigkeit
innerhalb eines Bereiches gegossen wird, wie er durch die Punkte
A, B, C, D und E in der 1 begrenzt
ist.
In diesem Fall enthält der geschmolzene
Stahl vorzugsweise außerdem
0,005 bis 0,200 Massenprozent als Gesamtmenge eines oder mehrerer
der Elemente, ausgewählt
aus La, Hf, Y, Pr, Nd, Zr, Ce, Sm und B.
Der Grad der Überhitzung des geschmolzenen
Stahls ist wie folgt definiert: Temperatur des geschmolzenen Stahls
in dem Tundish (Zwischenpfanne)- Temperatur
der Liquiduskurve des geschmolzenen Stahls. Die Temperatur des geschmolzenen
Stahls in dem Tundish wird allgemein bestimmt mittels eines Thermoelements vom
Eintauch-Typ in dem geschmolzenen Stahl. Die Temperatur der Liquiduskurve
wird ermittelt durch Bestimmung eines durchschnittlichen ΔMP-Wertes
für die
Differenz ΔMP-Wert
(= AMP – MP)
zwischen dem AMP-Wert für
die aktuelle Temperatur der Liquiduskurve, bestimmt durch Anwendung
eines differentiellen Thermoanalysen-Verfahrens für geschmolzene
Stahlproben an zwei oder mehr Punkten, und dem MP-Wert, bestimmt
nach der nachstehenden Hirai-Gleichung, und anschließendes Einsetzen
desselben in die Hirai-Gleichung. Das heißt, die Liquiduskurven-Temperatur
= MP + durchschnittliches ΔMP.
Die Hirai-Gleichung (Einheit für den Komponenten-Prozentsatz
in der Gleichung: Massenprozent) ist folgende:
MP = 1538-{f(C)
+ 13,0 × Si
+ 4,8 × Mn
+ 1,5 × Cr
+ 3,1 × Ni
+ 4,7 × Cu
+ 3,6 × Al
+ 3,0 × MO}
worin
bedeuten:
wenn C ≤ 0,50%,
f(C) = 55 × C
+ 80 × C2
C > 0,50%,
f(C) = 44-21 × C
+ 52 × C2
Erfindungsgemäß können die Temperatur des geschmolzenen
Stahls und die Gießgeschwindigkeit während des
Stranggießens
aufeinander abgestimmt werden und es gibt keine Betriebsstörung während des Langzeit-Gießens und
das Auftreten von Längsrissen
oder Oberflächendefekten
an den resultierenden Brammen kann im Vergleich zu dem bereits existierenden
Fall verringert werden.
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
1 stellt
ein Diagramm dar, welches das Ergebnis einer Testoperation als Basis
für die
vorliegende Erfindung zeigt anhand der Relation zwischen dem Grad
der Überhitzung
von geschmolzenem Stahl und der Gießgeschwindigkeit;
2 stellt
ein Diagramm dar, welches das Ergebnis einer Testoperation für verschiedene
Arten von geschmolzenen Stählen
mit hohen Cr- und Al-Gehalten
zeigt anhand der Relation zwischen dem Grad der Überhitzung von geschmolzenem
Stahl und der Gießgeschwindigkeit;
3A stellt
ein Fließdiagramm
dar, das eine Herstellungsstufe für übliche Stahlbleche unter Anwendung
eines Rohblock-Herstellungsverfahrens zeigt; und
3B stellt
ein Fließdiagramm
dar, das eine Herstellungsstufe für übliche Stahlbleche unter Anwendung
eines Stranggießverfahrens
zeigt.
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
werden nachstehend in Verbindung mit dem Verfahren beschrieben,
das zu der vorliegenden Erfindung führt.
Erstens ist der geschmolzene Stahl
als Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens
begrenzt auf geschmolzene Stähle
mit hohen Cr- und Al-Gehalten, in denen die Bestandteile wie nachstehend
angegeben festgelegt werden.
In dem geschmolzenen Stahl mit Komponenten
außerhalb
des nachstehend angegebenen Bereiches, treten keine Betriebsstörungen auf
oder das Auftreten von Längsrissen
oder Oberflächendefekten
verursacht keine signifikanten Probleme beim Stranggießen.
C ≤ 0,02 Massenprozent
Ein niedrigerer C-Gehalt ist bevorzugt
wegen der Korrosionsbeständigkeit
und der obere Grenzwert ist definiert als 0,02 Massenprozent im
Hinblick auf die Zähigkeit
bei Raumtemperatur. Es gibt keine spezielle Beschränkung bezüglich des
unteren Grenzwertes und er erstreckt sich bis zu dem Wert für eine unvermeidliche
Verunreinigung.
N ≤ 0,02 Massenprozent
Ein niedrigerer Gehalt für N ist
bevorzugt wegen der Korrosionsbeständigkeit und der obere Grenzwert ist
definiert als 0,02 Massenprozent im Hinblick auf die Zähigkeit
bei Raumtemperatur. Es besteht keine spezielle Beschränkung in
bezug auf den unteren Grenzwert und er erstreckt sich bis zu dem
Wert für
eine unvermeidliche Verunreinigung.
Si ≤ 1,0 Massenprozent
Si hat die Wirkung, den geschmolzenen
Stahl zu desoxidieren, der obere Grenzwert ist jedoch definiert als
1,0 Massenprozent, da ein übermäßig hoher
Gehalt die Brammen versprödet.
Es besteht keine spezielle Beschränkung in bezug auf den unteren
Grenzwert und er umfasst auch den Wert für eine unvermeidliche Verunreinigung.
Mn ≤ 1,0 Massenprozent
Mn hat die Wirkung, die Festigkeit
des Stahls zu verbessern, der obere Grenzwerte für seinen Gehalt ist jedoch
als 1,0 Massenprozent definiert, da ein übermäßig hoher Gehalt die Oxidationsbeständigkeit
des Stahls beeinträchtigt.
Es besteht keine spezielle Beschränkung in bezug auf den unteren
Grenzwert und er erstreckt sich bis zu dem Wert für eine unvermeidliche
Verunreinigung.
Ni ≤ 0,5 Massenprozent
Da ein übermäßig hoher Ni-Gehalt die Zähigkeit
des Stahls beeinträchtigt
(verschlechtert), wird der obere Grenzwert für dessen Gehalt als 0,5 Massenprozent
definiert. Es besteht keine spezielle Beschränkung in bezug auf den unteren
Grenzwert und er erstreckt sich bis zu dem Wert für eine unvermeidliche
Verunreinigung.
Cu ≤ 0,5 Massenprozent
Cu ist ein Element, das Oxidationsbeständigkeit
verleiht, da jedoch ein übermäßig hoher
Cu-Gehalt die Oberflächendefekte
erhöht
oder die Zähigkeit
beeinträchtigt,
ist der obere Grenzwert definiert als 0,5 Massenprozent. Es besteht
keine spezielle Beschränkung
in bezug auf den unteren Grenzwert und er erstreckt sich bis zu
dem Wert für
eine unvermeidliche Verunreinigung.
Cr 10 bis 30 Massenprozent
Cr ist erforderlich in einer Menge
von mindestens 10 Massenprozent oder mehr im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit
des Cr enthaltenden Stahls, der obere Grenzwert ist jedoch definiert
als 30 Massenprozent im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit.
Al 1,0 bis 10,0 Massenprozent
Al ist ein Element, das die Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit
des Stahls verbessert und es ist darin in einer Menge von 1,0 Massenprozent
oder mehr enthalten, um diesen Effekt zu ergeben. Andererseits ist
der obere Grenzwert definiert als 10,0 Massenprozent, da ein übermäßig hoher
Gehalt die Zähigkeit
von Brammen oder von Stahlblechen nach dem Warmwalzen beeinträchtigt (verschlechtert).
Ti ≤ 0,05 Massenprozent
Da ein hoher Ti-Gehalt eine Verstopfung
der Düse
während
des Stranggießens
verursacht, wird die Obergrenze als 0,05 Massenprozent definiert.
Es besteht keine spezielle Beschränkung in bezug auf den unteren
Grenzwert und er umfasst auch den Wert für eine unvermeidliche Verunreinigung.
Ca ≤ 0,05 Massenprozent
Ca hat die Wirkung, eine Verstopfung
der Düse
während
des Stranggießens
zu verhindern. Da jedoch ein übermäßig hoher
Gehalt die Einschlüsse
in dem Stahl erhöht,
die zu Oberflächendefekten
bei den Produkten führen,
wird der obere Grenzwert definiert als 0,05 Massenprozent. Es besteht
keine spezielle Beschränkung
in bezug auf den unteren Grenzwert und er umfasst auch den Wert
für eine
unvermeidliche Verunreinigung.
Mp ≤ 0,05 Massenprozent
Mg ist ein Element, das die Funktion
hat, die Abblätterungs-Beständigkeit
von Oxidstählen
zu verbessern. Da jedoch ein übermäßig hoher
Gehalt die Zähigkeit
der Brammen beeinträchtigt,
ist der obere Grenzwert definiert als 0,05 Massenprozent. Es gibt
keine spezielle Beschränkung
in bezug auf den unteren Grenzwert und er umfasst auch den Wert
für eine
unvermeidliche Verunreinigung.
Außerdem werden dem vorstehend
beschriebenen geschmolzenen Stahl ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus
der Gruppe La, Hf, Y, Pr, Nd, Zr, Ce, Sm und B, zugesetzt. Der Grund
dafür ist
der, dass jeder Bestandteil die Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit
von Brammen verbessert durch Zugabe einer Gesamtmenge von nur etwa
0,005 bis 0,200 Massenprozent. Die Gesamtmenge ist definiert als
0,005 bis 0,200 Massenprozent, weil der Effekt der Verbesserung
der Oxidationsbeständigkeit
unbedeutend ist, wenn der Gehalt weniger als 0,005 Massenprozent
beträgt,
während
die Zähigkeit
der Brammen oder Stahlbleche nach dem Warmwalzen bei einem Gehalt
von mehr als 0,200 Massenprozent beeinträchtigt ist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung
haben dann die Gründe
neu bewertet, nach denen das Stranggießen eines geschmolzenen Stahls
mit der vorstehend angegebenen Zusammensetzung bisher als schwierig
angesehen wurde, und die Beurteilungen sind nachstehend zusammengefasst.
- (1) Da der Al-Gehalt hoch ist, wird das Formpulver als ein Ingrediens-System bereitgestellt,
in dem Al2O3 so eingestellt
ist, dass sein Gehalt etwas niedriger ist im Hinblick auf die vorstehenden
Angaben. Daher ist die Schmelzrate des Pulvers im Anfangszustand
des Gießens
niedrig und es wird nicht-geschmolzenes Pulver in die verfestigten
Hüllen
eingebaut, was Betriebsstörungen
mit sich bringt, beispielsweise ein Ausbrechen, wie vorstehend beschrieben,
oder eine Verschlechterung der Produkte.
- (2) Wenn die Gießtemperatur
für den
geschmolzenen Stahl mehr erhöht
wird als üblich
für die
Förderung
des Schmelzens des Formpulvers, werden Längsrisse in der Oberfläche der
gebildeten Brammen erzeugt und wenn die Risse groß sind,
müssen
die Brammen verworfen werden.
- (3) Da Spannungs-induzierte Risse bei einer Temperatur unterhalb
eines bestimmten Wertes bei Brammen mit hohen Cr- und Al-Gehalten
gebildet werden, wird die Oberfläche
der Brammen konditioniert, während
sie heiß ist
(etwa 200 bis 300 °C)
und dann werden die Brammen sofort in einen Heizofen eingeführt, in
dem sie bis zum Auswalzen verbleiben. Deshalb können die Brammen nicht spezifisch
beobachtet werden und es ist schwierig, feine Längsrisse zu erkennen. Wenn
diese Brammen so wie sie vorliegen ausgewalzt werden, brechen sie
oder es können
Oberflächendefekte
auftreten bei der Herstellung von Stahlblechen, die als Produkte nicht
verwendet werden können.
Im Hinblick auf die oben genannten
Ergebnisse haben die Erfinder gefunden, dass die Temperatur während des
Gießens
stärker
als üblich
kontrolliert werden muss im Hinblick auf Betriebsstörungen oder
Defekte in Produkten und sie haben Test-Operationen mit einer Reihe
von Chargen durchgeführt,
während
gleichzeitig die Temperatur und die Gießrate während des Gießens verschiedenen
Veränderungen
unterworfen wurden für
solche geschmolzenen Stähle,
die dem vorstehend beschriebenen Komponentenbereich entsprechen (C:
0,004 Massenprozent; Si: 0,56 Massenprozent; Mn: 0,15 Massenprozent;
P: 0,019 Massenprozent; S: 0,002 Massenprozent; Ni: 0,31 Massenprozent,
Cu: 0,25 Massenprozent; Cr: 22,1 Massenprozent; Al: 8,96 Massenprozent;
N: 0,0082 Massenprozent; Ti: 0,0012 Massenprozent; Ca: 0,0043 Massenprozent;
Mg: 0,0042 Massenprozent Y: 0,0048 Massenprozent und La: 0,0044
Massenprozent). Die Gießtemperatur
wurde definiert als Grad der Überhitzung
als Differenz zwischen der Temperatur des geschmolzenen Stahls in
dem Tundish (Zwischenpfanne) und der Temperatur der Liquiduskurve.
Das Ergebnis ist in der
1 zusammengefasst. Aus
1 geht hervor, dass entweder
Betriebsstörungen
oder Defekte in den Produkten auftreten, wenn das Gießen mit
einer Kombination von Überhitzungsgrad
und Gießgeschwindigkeit
außerhalb
des Bereiches durchgeführt
wird, der von den Linien begrenzt ist, welche die Koordinationspunkte
A, B, C, D, E und F miteinander verbinden. Das heißt, es wurde
erkannt, dass ein glattes und stabiles Stranggießen auch dann durchgeführt werden
kann, wenn hohe Cr- und Al-Gehalte einverleibt werden, wenn man
das Gießen
durchführt,
während
eine vorgegebene Beziehung zwischen dem Grad der Überhitzung
und der Gießgeschwindigkeit
des geschmolzenen Stahls eingehalten wird. Dann wurde diese Erfindung
gefunden auf der Basis, dass das Gießen durchgeführt wird,
während
die Beziehung eingehalten wird. Wenn man als Grad der Überhitzung
des geschmolzenen Stahls Y (° C)
annimmt und als Gießgeschwindigkeit
X (m/min) annimmt, so ergibt sich die Beziehung auf den Segmenten,
die durch die folgenden sechs Gleichungen definiert ist, oder in
einem Bereich, der von den Segmenten umgeben ist:
Die Größe der Brammen, auf welche
die vorliegende Erfindung angewendet wird, besteht in der Regel
in einer Dicke von 150 bis 270 mm und in einer Breite von 600 bis
1600 mm, es besteht jedoch keine spezielle Beschränkung in
bezug auf die Formgröße.
Bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung
In den nachfolgenden Beispielen wurde
die Einstellung der Bestandteil-Faktoren
der Erfindung bestätigt
in verschiedenen geschmolzenen Stählen mit hohen Cr- und Al-Gehalten,
in denen die Menge jedes der Bestandteile unterschiedlich war.
Die Tabelle 1 zeigt kollektiv die
Zusammensetzungen der verwendeten geschmolzenen Stähle mit
hohen Cr- und Al-Gehalten. Die 2 zeigt
das Ergebnis des tatsächlich
durchgeführten
Gießens
unter variierender Veränderung
des Grades der Überhitzung
und der Gießgeschwindigkeit
der geschmolzenen Stähle.
In der 2 sind die numerischen
Werte a-j in Klammern unter den Symbolen "O" und "x" angegeben, die der Stahl Nr. in der
Tabelle 1 entsprechen, und die römischen
Ziffern II-VII geben die Anzahl der Betriebsstörungen und Produktdefekte an.
Die geschmolzene Stahl-Temperatur jedes Stahls mit den Nummer a-j
in dem Tundish wurden mittels eines in den geschmolzenen Stahl eingetauchten
Thermoelements gemessen. Die Temperatur der Liquiduskurve wurde
ermittelt durch Bestimmung eines Durchschnittswertes für ΔMP für den DifferenzwertΔMP (= AMP – MP) zwischen
dem tatsächlichen Temperaturwert
der Liquiduskurve AMP, bestimmt für geschmolzene Stahlproben
an zwei Punkten (Cr: 20 Massenprozent; Al: 5 Massenprozent; C: 0,005 Massenprozent;
Si: 0,1 Massenprozent; Mn: 0,1 Massenprozent und N: 0,005 Massenprozent)
durch Differential-Thermoanalyse (Testvorrichtung: differentialthermogravimetrische
Vorrichtung, hergestellt von der Firma Shinku Ricoh Co., Messatmosphäre: Ar,
Standardprobe: α-Al2O3, Temperatursteigerungsrate:
5°C/min),
und dem MP-Wert, bestimmt aus der nachstehend angegebenen Hirai-Gleichung,
der in die Hirai-Gleichung eingesetzt wurde. In diesem Beispiel
betrug der Durchschnittswert ΔMP
= 35 °C.
Das heißt,
sie wurden bestimmt aus der Temperatur der Liquiduskurve für jeden
Stahl Nr. a-j = MP + 35°C
und sind in der Tabelle 1 angegeben.
Hirai-Gleichung (Einheit für den Prozentsatz
des Bestandteils in der Gleichung: Massenprozent) Hirai-Gleichung:
MP
= 1538 - {f(C) + 13,0 × Si
+ 4,8 × Mn
+ 1,5 × Cr
+3,1 × Ni
+ 4,7× Cu
+ 3,6 × Al
+ 3,0 × Mo}
worin
dann, wenn C ≤ 0,50
%, f(C) = 55 × C
+ 80 × C2
C > 0,50
%, f(C) = 44-21 × C
+ 52 × C2
Die gegossenen Brammen hatten die
folgenden Dimensionen: Dicke 197 mm, Breite 1080 mm und Länge 7050
mm, und das Auftreten von Längsrissen
wurde visuell untersucht. Außerdem
wurden die Brammen zu Stahlbändern
geformt durch aufeinanderfolgendes Warmwalzen und Kaltwalzen jeweils
bis auf eine Dicke von 2,5 mm und einer Breite von 1040 mm. In diesem
Fall wurden die Brammen in der erforderlichen Weise konditioniert. Tabelle
1 Ergebnis
des chemischen Bestandteils (Massenprozent)
Aus der
2 geht
hervor, dass das Stranggießen
erfindungsgemäß möglich ist,
ohne dass Betriebsstörungen
oder Produktdefekte auftreten. Außerdem zeigt die Tabelle 2
kollektiv die Ausbeute für
jeden der geschmolzenen Stähle,
die erhalten wurde beim Gießen
und die Ausbeute für
das Coil-Raffinieren nach dem Warmwalzen. Aus der Tabelle 2 geht
hervor, dass die Ausbeute für
die Brammen und die Ausbeute für
das Coil-Raffinieren besonders bevorzugt waren, wenn das Gießen in einem
Bereich durchgeführt
wurde, der durch das erfindungsgemäße Verfahren definiert ist,
und es ist ersichtlich, dass die Erfindung ausgezeichnet ist. Tabelle
2 Vergleich
in bezug auf den Ausbeuteverlust (verglichen mit der Durchführung des
Stranggießens
eines Bleches gemäß Tabelle
1) unter den in der Fig. 2 angegebenen Bedingungen
Wie vorstehend angegeben, sind Stahlbleche mit
hohen Cr- und Al-Gehalten erfindungsgemäß herstellbar, auch wenn das
Stranggießen
angewendet wird, ohne dass Betriebsstörungen auftreten und bei einem
verminderten Auftreten von Längsrissen
oder Oberflächendefekten
in den erhaltenen Brammen.
