JP2002542040A - マイクロクラックのないフェライト系ステンレス鋼のツインロール連続鋳造のための方法 - Google Patents
マイクロクラックのないフェライト系ステンレス鋼のツインロール連続鋳造のための方法Info
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Abstract
Description
ばれる方法を用いて、厚さ数mm程度のフェライト型ステンレス鋼帯(stee
l strip)を、液体金属から直接的に連続鋳造することに関する。
法の開発においてかなりの進歩があった。現時点において主として使用されてい
る方法は、2つの内部冷却されたロールを用い、これを互いに向かい合わせに設
置して、水平軸回りに反対方向に回転させ、両ロールの表面間の最小距離をほぼ
所望の鋳造帯板の厚さ(例えば数mm)に等しくして、この間に前記液体金属を
鋳込むものである。溶鋼を収容する鋳造空間は、帯板が凝固を開始するロールの
横表面と、ロールの端部に当てがった耐火物製の横クロージャプレートによって
画定される。液体金属は、ロールの外部表面と接触するとすぐに凝固し始め、両
ロールの外部表面上に凝固「シェル」が形成され、いわばロール間の距離が最小
になる領域である「ニップ」内で、これらのシェルが一体接合される仕組みにな
っている。
する主要な問題の1つは、帯板上に発生するマイクロクラックと呼ばれる表面欠
陥の発生リスクが高いことである。これらのクラックは小さいものであるが、そ
れでも冷間加工された最終製品を使用不適にするのに十分である。このマイクロ
クラックは鋼の凝固過程で発生し、その深さは約40μm、開口は約20μmで
ある。マイクロクラックの発生は、鋼が凝固中に、接触アーク全長にわたりロー
ル表面と接触する条件に依存する。このような条件は、2つの連続するステップ
として説明することができる。第1ステップは、溶鋼とロール表面の間の初期接
触に関連し、これによってロール表面に固体の鋼のシェルが形成される。第2ス
テップは、このシェルのニップの厚さまでの成長に関連し、ここで先述のように
、完全に凝固した帯板を形成するためにもう一方のロール上で形成されたシェル
と接合される。鋼とロール表面との接触は、不活性ガスの性質および鋼の化学組
成と共に、鋳造ロールの表面トポグラフィによって決まる。これらのパラメータ
はすべて、鋼とロール間の熱伝達の成立に関与し、シェルの凝固条件を支配する
。
のツインロール鋳造方法を開発する様々な試みが行われてきた。
な制御の必要性に依拠している。特に、鋼が凝固し始めたときに、ロールの鋳造
によって鋼から引き出される熱流束を、増加させようとする試みがなされている
。この目的で、文献EP−A−0732163では、非常にわずかな粗さ(Ra
が5μm未満)を有するロールを、鋼の組成と、鋼表面とロールの界面を濡らす
液状酸化物を金属中に形成しやすい製造条件とを組み合わせて用いることを提案
している。オーステナイト型ステンレス鋼に関しては、文献EP−A−0796
685において、高温における相変化を最小化するために、Creq/Nieq 比が1.55より大きな鋼を用い、表面に直径100〜1500μm、深さ20
〜50μmのタッチディンプルのあるロールを使用し、かつ鋼に可溶なガス、ま
たは大部分がそのような可溶性ガスからなる混合ガスで鋳造空間を不活性化する
ことによって、実施する鋳造法が教示されている。
て、低炭素濃度(0.05%未満)かつ低窒素濃度(0.05%未満)で、ニオ
ブ(0.1〜5%)とチタンを含む鋼の鋳造を提案している。帯板がロールを離
れるとき、帯板を急速に冷却すると共に、次いで帯板をコイルに巻く温度を制御
しなくてはならない。このような製造条件および鋳造条件は、コストを高めると
共にその条件が厳しく、鋼グレードに特殊な特性が要求されるために、この方法
により得られる製品の応用分野は制限される。
ス鋼薄帯板を鋳造する方法を提供することである。このような方法は、その実施
において特に困難な鋳造条件を必要とせず、同種の広範なグレードの鋼に応用可
能となる。
レス鋼の帯板を、水平軸を有する回転する2つの冷却されたロールの間で、液体
金属から直接的に連続鋳造するための方法であって、この方法は、 液体金属組成を、重量パーセントで、C%+N%≦0.12、Mn%≦1、P
%≦0.04、Si%≦1、Mo%≦2.5、Cr%11〜19、Al%≦1、
Ti%+Nb%+Zr%≦1、残部は鉄および精錬過程から生じる不純物とし、 液体金属のγp指標を次式、 γp=420C%+470N%+23Ni%+9Cu%+7Mn%−11.5
Cr%−11.5Si%−12Mo%−23V%−47Nb%−49Ti%−5
2Al%+189 で定義して、その値を35%から60%の間とし、 前記ロールの表面粗さRaを5μmより大きくし、 ロール間に存在する液体金属のメニスカスの近傍で、鋼中に可溶なガスを少な
くとも容積で60%含む、不活性ガスを使用することを特徴とする。
ステナイトを形成する可能性を支配する、金属の組成条件と、鋳造表面の最小粗
さの条件と、不活性化ガスの組成条件とを組み合わせて構成される。この組合せ
に従うことにより、それに対応して困難すぎる制約を鋳造方法に課すことなく、
また鋳造された帯板から製造されることになる製品の応用分野を過剰に制約する
ことなく、帯板表面上でのマイクロクラックの形成を防止することが可能である
。
ろう。
固中の帯板とロールとの間の熱交換の制御である。この伝達を適正に制御するに
は、凝固シェルがロールの壁面に固着する条件がわかると共に、それが再現可能
なことが必要である。しかし、鋳造帯板が11%から19%のクロミウムを含有
するフェライト系ステンレス鋼でできている場合には、シェルがロールに接触し
て完全に凝固した後に、次のような現象が発生する。凝固したシェルは最初、完
全にフェライト構造(δ相)を有し、次いで、まだロールの表面に固着したまま
冷却されるときに、1300〜1400℃の温度範囲でδフェライト/γオース
テナイト相変態を起こす。この相変態によって、金属の局部収縮が起こり、これ
らの2相間に顕微鏡レベルで感知できる密度差が生じる。このような収縮は、凝
固シェルとロール表面の間の接触を局部的に損なうほど大きくなる可能性がある
。あとで理解されるであろうように、このような接触がなくなることにより、局
部的な熱伝達条件が大幅に変化する。ロールの表面仕上げと、前記表面の凹部内
に存在する不活性化ガスの性質とが組み合わされて、その結果相変態の程度が、
これは金属の組成に依存するが、熱伝達度に影響を及ぼす。
て説明することができる。この指標は、高温における金属中に存在する最大オー
ステナイト量を表す。このγp指標は、既知の方法では、いわゆる「トリコット
とカストロ」の関係を用いて、金属の組成から以下のように計算される(パーセ
ントは重量パーセントである)。
Cr%−11.5Si%−12Mo%−23V%−47Nb%−49Ti%−5
2Al%+189 本発明をもたらした研究過程において、他のすべての事項を一定にしたとき、
γpの値が、凝固中に鋳造ロールによって引き出される熱流束の大きさを示す、
優れた指標であることが明らかとなった。ロールによって金属から引き出される
熱流束は、ロール冷却用流体の温度上昇の測定値から計算した、平均値を用いる
ことにより、実験的に定量化することができる。経験的に、ロールによって金属
から引き出される平均熱流束は、γp指標の値が大きいほど、低くなることがわ
かっている。
止するための必要条件の1つは、液体金属とロールが接触する初期の間、引き出
される熱流束が大きいことである。この目的で、メニスカス領域(液体金属表面
とロール表面の界面につけられた名前)の液体金属の表面を覆う不活性化ガスは
、鋼に可溶なガスを含むか、あるいは完全にそのようなガスで構成するのが好ま
しい。この目的で、窒素を使用するのが常套的であるが、水素、アンモニア、ま
たは炭酸ガスを使用することも考えられる。ほぼ100%不活性化雰囲気を作る
不溶性ガスとして、アルゴンを使用するのが常套的であるが、ヘリウムなど別の
不溶性ガスの使用も考えられる。鋼に対して顕著に可溶なガスを用いると、不溶
性ガスは、ロール表面内の凹部への金属の浸透において、可溶性ガスよりもより
大きな緩和効果を有するため、鋼とロール間の接触が改善される。同様に、ロー
ルのわずかな表面粗さによって、ロールと金属の間の接触が緊密となり、高い熱
流束がもたらされる。
所値が変動するリスクが増大する。事実、帯板に表面クラックを生じさせるのは
このような不均質性であり、それは不均質性によって、まだ強度の低い表面の様
々な領域間に引張り力が発生するからである。したがって、シェルがロールに接
触して凝固、冷却するステップを通して、マイクロクラックの形成を防止するの
が望ましい場合には、可能であるならば、鋳造条件について満たすべき様々な要
件間に、妥協策が見つかるであろう。
な条件について実験を行った。この実験は、厚さ2.9mm〜3.4mmの帯板
を、外部表面を水の内部循環で冷却したニッケル鍍金を施した銅製のロールの間
で鋳造して実施した。以下の表1には、様々な試行(AからFで示す)中に鋳造
した金属の組成とそれぞれのγp指標の値を示し、表2は、様々な試行で得られ
た結果を、達成できた表面品質として、鋼の組成、不活性化ガスの組成、および
ロールの粗さについて示してある。後者のパラメータは、ISO4287(19
97)標準に準拠して、計測距離lmの範囲内の中央線に沿った粗さプロファイ
ルの変動の算術平均で定義される、平均粗さRaで表した。この中央線は、フィ
ルタリングによって得られ、計測されたプロファイルを、この線分より上の面積
が、線分の下の面積と等しくなるように切断する線分として定義される。この定
義による式は以下のようになる。
率が60%未満のときはマイクロクラックが存在しない。これらの鋼はすべて、
γp指標が45.7%〜53.4%にあり、Raが7または11μmのロールで
鋳造された。
た場合でも、γp指標が低い(29.5%)鋼を鋳造したときには、マイクロク
ラックが規則的に発生することがわかる。しかし、γp指標が62.0%である
鋼Dについて実施した実験からは、鋳造した鋼のγp指標が非常に高い場合でも
マイクロクラックが発生することがわかる。
からみて適当であるときでも、ロールの粗さが小さい(Raが4μm)とマイク
ロクラックが形成されることがわかる。
いて引き出される熱流束が大きいことが必要である。不活性化ガスが鋼中に十分
に溶解しない場合には、引き出される平均熱流束が小さすぎて、鋼は十分均一に
凝固せず、そのためにマイクロクラックの形成が促進される。この観点では、先
験的に、ロールの粗さを小さくすることも望ましいであろう。しかし、粗さRa
が小さすぎる場合には、凝固開始場所の数と総表面積が非常に大きくなり、この
ためにマイクロクラックを発生させる過剰な急速冷却がもたらされる。さらに、
シェル凝固と冷却過程における後続ステップで要求される条件も考慮に入れる必
要がある。実験によると、不活性化ガス中の可溶性ガス含有率を少なくとも60
%にすることと、ロール粗さRaを5μmより大きくすることを組み合わせるこ
とで、満足な結果が得られることがわかっている。
先述のように、やはりマイクロクラックの原因となる熱的な不均質性を防止する
ために、引き出される熱流束が大きくなりすぎるのを避けることが必要である。
この観点から、粗さのピークが凝固の開始と成長の場所として働き、金属が必ず
しもその底まで達することなく侵入する谷の部分が、表皮が凝固、冷却するとき
の表皮の体積の変動を吸収する収縮ポイントとして作用することから、最小粗さ
Ra5μmの値が正当化される。しかし、20μmより大きな粗さRaは推奨で
きないのは、そうしない場合には帯板の表面に「凹部」として刻印される粗さが
大きくなり、これは後続の冷間圧延や転化ステップ中に低減することが困難であ
るからである。したがって、この場合も表面外観が不完全になる最終製品を得る
リスクがある。所望のロール粗さは、ショットブラスト、レーザ加工、フォトエ
ッチング処理、放電加工処理など、この目的で知られる任意の手段を用いて達成
することができる。
てδ→γ変態が増幅される。したがって、凝固したシェルは、前記接触アーク上
で剥離を起こし、この剥離によって、シェルがすでに凝固しているときに、シェ
ルの弱さが原因によるマイクロクラックを発生させることなく、引き出される熱
流束が緩和され、かつ適当なレベルに維持される。実験によると、γp指標の最
小値として設定すべき値は35%であることがわかった。γp指標が60%を越
えると、δ→γ変態によって生じる剥離が大きくなりすぎて、シェルの強度が過
剰に低下する結果、マイクロクラックが発生する。
る表面マイクロクラックの発生を防止するための必要性から要求される、時には
相反する要件間における、妥協案を提供するものである。本発明は、高価な合金
元素(アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ニオブなどの安定化元素が任意選
択で添加される)を不要にすることができる。その上、本発明は、ロールから離
れた後の、帯板の冷却と巻取りについて特殊な条件を必要としない。
Claims (3)
- 【請求項1】 厚さ10mm以下のフェライト系ステンレス鋼帯を、水平軸
を有する2つの冷却された回転するロールの間で、液体金属から直接的に連続鋳
造する方法であって、 液体金属組成を、重量パーセントで、C%+N%≦0.12、Mn%≦1、P
%≦0.04、Si%≦1、Mo%≦2.5、Cr%11〜19、Al%≦1、
Ti%+Nb%+Zr%≦1、残部は鉄および精錬過程から生じる不純物とし、 液体金属のγp指標を次式、 γp=420C%+470N%+23Ni%+9Cu%+7Mn%−11.5
Cr%−11.5Si%−12Mo%−23V%−47Nb%−49Ti%−5
2Al%+189 で定義して、その値を35%から60%の間とし、 前記ロールの表面粗さRaを5μmより大きくし、 ロール間に存在する液体金属のメニスカスの近傍で、鋼中に可溶なガスを少な
くとも容積で60%含む、不活性ガスを使用することを特徴とする方法。 - 【請求項2】 不活性化ガスが窒素とアルゴンの混合ガスであり、それぞれ
の割合が60〜100%および0〜30%であることを特徴とする請求項1また
は2に記載の方法。 - 【請求項3】 ロールの表面粗さRaが5〜20μmの間にあることを特徴
とする請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
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