JP2008208425A - Method for reforming surface layer of steel slab, surface-reformed steel slab, and worked product - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、銅を含有する鋼の連続鋳造鋳片の表層改質方法、並びにこの方法により表層を改質した表面改質鋼鋳片及び加工製品に関する。 The present invention relates to a method for modifying the surface layer of a continuous cast slab of steel containing copper, and a surface-modified steel slab and a processed product obtained by modifying the surface layer by this method.
銅を含有していると、鋼の熱間加工性が著しく阻害され、連続鋳造、再加熱又は熱間圧延等の通常の製造工程において、表面に割れが発生する。この鋼表面の割れは、連続鋳造、再加熱又は熱間圧延において鋼が雰囲気中の酸素に曝されて酸化する際に、鋼中への溶解度が低くかつ融点が低い銅が酸化鉄と鋼との間に液体状態で存在し、更にこの液体状の銅が鋼の結晶粒界に侵入して界面強度を低下させるために発生すると考えられている。 When it contains copper, the hot workability of steel is remarkably hindered, and cracks are generated on the surface in a normal production process such as continuous casting, reheating or hot rolling. This cracking of the steel surface is caused by the fact that when the steel is oxidized by exposure to oxygen in the atmosphere during continuous casting, reheating, or hot rolling, copper having a low solubility in the steel and a low melting point is iron oxide and steel. It is considered that this occurs because the liquid copper enters the crystal grain boundaries of the steel and lowers the interface strength.
一方、鋼の製錬工程において銅を除去することは困難であり、この現象を防止する方法としては、鋼中に銅が混入しないようにするか、又は鋼中に銅の溶解度を向上させる元素であるニッケルを添加する方法が知られている。しかしながら、近年、循環型社会への要求の高まりから、鋼の原料として銅を多く含むスクラップが多量に使用されるようになっており、鋼中に銅が混入しないようにすることが困難となっている。また、鉱石から作った鉄で希釈しても銅は次第に累積するため、ニッケル添加により鋼中の銅を無害化する必要があるが、ニッケルは希少で高価な元素であり、製造コストが高くなる。 On the other hand, it is difficult to remove copper in the steel smelting process, and as a method for preventing this phenomenon, an element that prevents the copper from being mixed in the steel or improves the solubility of the copper in the steel. There is known a method of adding nickel. However, in recent years, due to the increasing demand for a recycling society, scraps containing a large amount of copper have been used as a raw material for steel, and it has become difficult to prevent copper from being mixed into steel. ing. In addition, even if diluted with iron made from ore, copper gradually accumulates, so it is necessary to detoxify copper in steel by adding nickel, but nickel is a rare and expensive element, which increases production costs .
そこで、従来、銅を含有する鋼の鋳片表層を安価に確実に改質し、熱間加工時のわれの発生を防止することを目的とし、鋼鋳片の表層を誘導加熱及びプラズマ加熱のいずれか一方又は双方により溶融させ、その溶融した鋼鋳片の表層部分に、ニッケル又はニッケル合金を添加する方法が提案されている(特許文献1参照)。この特許文献1には、鋼鋳片表層溶融部にニッケルを添加する方法として、ワイヤー又はシート状のニッケル又はニッケル合金を使用することが記載されている。
Therefore, conventionally, the steel slab surface layer containing copper is reliably and inexpensively modified, and the surface layer of the steel slab is subjected to induction heating and plasma heating in order to prevent cracking during hot working. There has been proposed a method of melting either one or both of them and adding nickel or a nickel alloy to the surface layer portion of the molten steel slab (see Patent Document 1). This
しかしながら、前述した特許文献1に記載の技術には、以下に示す問題点がある。即ち、ニッケル添加により銅を含有する鋼鋳片の表層を改質する場合、鋼鋳片表層溶融部にニッケルを添加する方法及び条件によって、表層のニッケル濃度にばらつきが生じ、均一に改質できないという問題点がある。具体的には、鋼鋳片表層溶融部にニッケルを添加する際に、ニッケル又はニッケル合金粉末を使用すると、鋳片の表面に載置した場合は磁場により粉末の位置が変化し、また、鋳片の表面に吹きつけた場合はプラズマ気流等によりはじかれるため、表層のニッケル濃度にばらつきが生じる。一方、ニッケル又はニッケル合金のシートを使用すると、上述した問題は起こらないが、実用化は技術的に困難である。また、ワイヤー状のニッケル又はニッケル合金を使用する場合、単にワイヤーを添加するだけでは、ワイヤーが鋳片表面に固着したり、表層のニッケル濃度にばらつきが生じたりする。更に、特許文献1には、ワイヤーの供給方法及び条件に関しては全く検討がなされていない。従って、従来の方法では、鋼鋳片の表層を均一に改質することはできないため、熱間加工等において歩留まりが低下するという問題点がある。
However, the technique described in
本発明は、上述した問題点に鑑みてなさなれたものであって、表層におけるニッケルの濃度分布のばらつきを低減して、銅を含有する鋼鋳片の表層を確実に改質し、熱間加工時のわれの発生を防止できる鋼鋳片の表層改質方法、表面改質鋼鋳片及び加工製品を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to reduce the variation in the nickel concentration distribution in the surface layer, to reliably reform the surface layer of the steel slab containing copper, An object of the present invention is to provide a method for modifying the surface layer of a steel slab, a surface-modified steel slab, and a processed product that can prevent cracking during processing.
本発明に係る鋼鋳片の表層改質方法は、銅を含有する鋼鋳片の表層をプラズマ加熱により溶融させ、この溶融した鋼鋳片の表層部分に、ニッケル又はニッケル合金を添加する鋼鋳片の表層改質方法であって、前記鋼鋳片の溶融処理速度Vt(mm/秒)、プラズマ加熱により形成される溶融プール長さLp(mm)に対し、ワイヤーから供給される溶滴がLp/Vt(秒)間隔となる供給速度をVw0(g/秒)、処理長さ20mmあたりに溶滴が1個落下する供給速度をVw2(g/秒)、溶滴が連続的に溶融プールに添加される供給速度をVw1(g/秒)としたとき、Vw0<Vw2の場合は供給速度Vw(g/秒)を下記数式(1)で規定される範囲とし、Vw0≧Vw2の場合は供給速度Vw(g/秒)を下記数式(2)で規定される範囲として、ニッケル又はニッケル合金からなるワイヤーを供給することを特徴とする。 The method for modifying the surface layer of a steel slab according to the present invention comprises melting a surface layer of a steel slab containing copper by plasma heating, and adding nickel or a nickel alloy to the surface layer portion of the molten steel slab. A method for modifying a surface layer of a piece, in which a molten droplet supplied from a wire corresponds to a melting processing speed Vt (mm / second) of the steel slab and a molten pool length Lp (mm) formed by plasma heating. Lp / Vt (second) interval supply speed is Vw 0 (g / second), one droplet drops per processing length of 20 mm is Vw 2 (g / second), and droplets continuously When the supply rate added to the molten pool is Vw 1 (g / second), when Vw 0 <Vw 2 , the supply rate Vw (g / second) is set in the range defined by the following formula (1), and Vw for 0 ≧ Vw 2 feed rate Vw (g / sec) of the following formula (2) As the range defined, and supplying a wire made of nickel or nickel alloy.
本発明に係る改質鋳片は、前述した表面改質方法が施されていることを特徴とする。 The modified slab according to the present invention is characterized by being subjected to the surface modification method described above.
本発明に係る加工製品は、前述した表面改質鋼鋳片を加工することにより得られることを特徴とする。 The processed product according to the present invention is obtained by processing the above-described surface-modified steel slab.
本発明によれば、鋼鋳片表層溶融部に供給するニッケル又はニッケル合金からなるワイヤーの供給速度Vwを適正化しているため、表層部分におけるニッケル濃度のばらつきが抑制され、銅を含有する鋼鋳片の表層を確実に改質して、熱間加工時のわれの発生を防止することができる。 According to the present invention, since the supply speed Vw of the wire made of nickel or a nickel alloy supplied to the steel slab surface layer melted portion is optimized, the variation in nickel concentration in the surface layer portion is suppressed, and the steel casting containing copper The surface layer of the piece can be reliably modified to prevent cracking during hot working.
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。本発明の鋼鋳片の表層改質方法においては、銅を含有する鋼鋳片の表層をプラズマ加熱により溶融させ、この溶融した鋼鋳片の表層部分に、ニッケル又はニッケル合金からなるワイヤーによってニッケル元素を添加する。図1(a)は本発明の鋼鋳片の表面改質方法の一形態を模式的に示す斜視図であり、図1(b)はその断面図である。図1(a)及び(b)に示すように、本発明の鋼鋳片の表層改質方法においては、例えば、鋼鋳片1の表層を高周波コイル2により誘導加熱した後、鋼鋳片1の上方に配置されたプラズマトーチ3から鋼鋳片1の表面に向けてプラズマジェット4を吹きつけ、鋼鋳片1の表層を加熱溶融する。その際、鋼鋳片1とプラズマトーチ3との間に配置されたプラズマ制御用コイル5により、プラズマジェット4の幅を制御・拡大する。そして、鋼鋳片1の表層における溶融部、即ち、溶融プール8に向けて、ワイヤー供給用水冷ノズル7からニッケル又はニッケル合金からなるワイヤー6を供給する。このとき、ワイヤー6は、プラズマジェット4等により加熱され溶融するため、ワイヤー6の成分(ニッケル又はニッケル合金)は、溶滴状となって溶融プール8に添加される。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail. In the method for modifying the surface layer of a steel slab according to the present invention, the surface layer of a steel slab containing copper is melted by plasma heating, and the surface layer portion of the molten steel slab is nickel-coated with a wire made of nickel or a nickel alloy. Add elements. Fig.1 (a) is a perspective view which shows typically one form of the surface modification method of the steel slab of this invention, FIG.1 (b) is the sectional drawing. As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), in the method for modifying the surface layer of a steel slab according to the present invention, for example, after the surface layer of the
更に、本発明の鋼鋳片の表面改質方法では、上述した工程において、鋼鋳片1の溶融処理速度Vt(mm/秒)、プラズマジェット4による加熱によって形成される溶融プール6の長さLp(mm)に対し、ワイヤー6から供給される溶滴がLp/Vt(秒)間隔となる供給速度をVw0(g/秒)、処理長さ20mmあたりに溶滴が1個落下する供給速度をVw2(g/秒)、溶滴が連続的に溶融プール8に添加される供給速度をVw1(g/秒)としたとき、Vw0<Vw2の場合はワイヤー6の供給速度Vw(g/秒)を下記数式(3)で規定される範囲とし、Vw0≧Vw2の場合はワイヤー6の供給速度Vw(g/秒)を下記数式(4)で規定される範囲とする。
Furthermore, in the method for modifying the surface of a steel slab according to the present invention, the length of the molten pool 6 formed by the melting treatment speed Vt (mm / second) of the
本発明の鋼鋳片の表面改質方法においてニッケルが添加される鋼鋳片1の表層部分の厚さは、酸化膜の厚さ以上であれば特に限定されるものではないが、通常は鋼鋳片1の表面から0.5〜5mm程度の範囲である。
The thickness of the surface layer portion of the
また、本発明の鋼鋳片の表面改質方法においては、ワイヤー6はプラズマジェット4と鋼鋳片1からの輻射熱及び溶融プール8からの熱伝達により加熱され、溶融する。そして、ワイヤー6の先端に溶滴が形成されて成長し、自重が表面張力に勝ったときに液滴となって、鋼鋳片表層溶融部に落下する。このとき、ワイヤー供給速度Vwが遅いと、溶滴の温度分布が小さくなって液滴が通常よりも大きくなるまで落下しないため、落下頻度が少なくなる。また、ワイヤー6の供給Vwが早くなるに従い、プラズマジェット4と鋼鋳片1からの輻射熱だけでは溶融しきれなくなり、更に溶融プール8の熱によっても加熱されることになる。具体的には、鋼鋳片1の溶融処理速度Vt(mm/秒)、及びプラズマ加熱により形成される溶融プール8の長さLp(mm)に基づき規定される鋼鋳片表面の溶融時間Lp/Vt(秒)あたり、鋼鋳片表層溶融部(溶融プール8)にワイヤー6から液滴が少なくとも1滴供給されないと、ニッケル濃度が極めて低い領域が形成されてしまう。
Further, in the steel slab surface modification method of the present invention, the wire 6 is heated and melted by the radiant heat from the plasma jet 4 and the
従って、ワイヤー6から供給される溶滴がLp/Vt(秒)間隔となる供給速度Vw0が、処理長さ20mmあたりに溶滴が1個落下する供給速度Vw2以上である場合は、ワイヤー6の供給速度VwをVw0よりも速くする。一方、ワイヤー6から供給される溶滴がLp/Vt(秒)間隔となる供給速度Vw0が、処理長さ20mmあたりに溶滴が1個落下する供給速度Vw2未満である場合は、ワイヤー6の供給速度VwをVw2よりも速くする。なお、ワイヤー6から供給される溶滴がLp/Vt(秒)間隔となる供給速度Vw0は、鋼鋳片1の誘導加熱による予備加熱温度、プラズマ出力及び処理速度によって変化する。
Accordingly, when the supply speed Vw 0 at which the droplets supplied from the wire 6 are spaced at intervals of Lp / Vt (seconds) is equal to or higher than the supply speed Vw 2 at which one droplet drops per processing length of 20 mm, the wire 6 feed rate Vw of faster than Vw 0. On the other hand, when the supply speed Vw 0 at which the droplets supplied from the wire 6 are spaced at intervals of Lp / Vt (seconds) is less than the supply speed Vw 2 at which one droplet drops per processing length of 20 mm, the wire 6 feed rate Vw of faster than Vw 2. The supply speed Vw 0 at which the droplets supplied from the wire 6 are spaced at intervals of Lp / Vt (seconds) varies depending on the preheating temperature by induction heating of the
一方、ワイヤー供給速度Vwが、溶滴が連続的に溶融プール8に添加される供給速度Vw1の1.2倍以上になると、ワイヤー6の加熱が不十分のまま溶融プール8に添加することになる。その結果、冷たいワイヤー6により溶融プール8が冷却され、その冷却された部分が凝固するため、ニッケルの流動拡散量が低減し、添加部のみニッケル濃度が高くなる。従って、ワイヤー供給速度Vwは1.2Vw1未満とする。
On the other hand, when the wire supply speed Vw becomes 1.2 times or more of the supply speed Vw 1 at which the droplets are continuously added to the
なお、上述した液滴の落下頻度については、例えば、テレビカメラ及びCCDカメラ等の撮像手段を使用し、撮影コマ数を1/30以上、シャッター速度を1/1000程度の撮影条件で撮像し、その映像から溶滴数を数えることにより計測することができる。その際、プラズマ光を減光し、溶滴を確認できるように、プラズマ入力及びカメラとビデオとの距離に応じて、フィルター又は絞り等を適宜調節する必要がある。 In addition, about the drop frequency of the above-mentioned droplet, for example, using an imaging unit such as a television camera and a CCD camera, the number of frames is 1/30 or more and the shutter speed is about 1/1000. It can be measured by counting the number of droplets from the image. At that time, it is necessary to appropriately adjust the filter or the diaphragm according to the plasma input and the distance between the camera and the video so that the plasma light can be reduced and the droplet can be confirmed.
上述の如く、本発明の鋼鋳片の表層改質方法においては、鋼鋳片表層溶融部に添加されるニッケル又はニッケル合金の供給速度Vwを上述した適正な範囲としているため、表層部分におけるニッケル濃度のばらつきを±50%以内に抑制することができる。その結果、銅を含有する鋼鋳片の表層を確実に改質し、熱間加工時のわれの発生を防止することができる。また、ニッケル添加量を低減することができるため、製造コストも低減することができる。 As described above, in the method for modifying the surface layer of the steel slab according to the present invention, the supply rate Vw of nickel or nickel alloy added to the steel slab surface layer melting portion is within the appropriate range described above. Variation in density can be suppressed within ± 50%. As a result, the surface layer of the steel slab containing copper can be reliably modified, and cracking during hot working can be prevented. In addition, since the amount of nickel added can be reduced, the manufacturing cost can also be reduced.
なお、本発明の鋼鋳片の表層改質方法においては、ワイヤーを処理方向と直交する方向に、処理速度の3〜10倍の速さでオシレーションすることが望ましい。これにより、ニッケル濃度のばらつきを±20%以内に抑制することができる。その際、オシレーション速度が処理速度の3倍未満であると、ニッケル濃度のばらつきを±20%以内まで低減することができず、また、オシレーション速度が処理速度の10倍を超えると、ワイヤーを連続供給する条件では、ワイヤーの鋼鋳片への溶着(ワイヤーステック)が生じる。
In the method for modifying the surface layer of a steel slab of the present invention, it is desirable to oscillate the wire in a direction orthogonal to the processing direction at a
また、本発明により表層が改質された鋼鋳片は、添加元素の効果により耐食性及び疲労特性が向上するため、例えば造船、自動車、建築材料及び橋梁等に使用される鋼材として好適である。 Further, the steel slab whose surface layer has been modified according to the present invention is suitable as a steel material used in, for example, shipbuilding, automobiles, building materials, bridges, and the like because corrosion resistance and fatigue characteristics are improved by the effect of the additive element.
更に、図1に示す方法では、高周波コイル2で予備加熱した後、プラズマ加熱しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、予備加熱を加熱炉、バーナー、プラズマ及びレーザ等の他の熱源で行い、溶融のための本加熱をプラズマで行ってもよい。 Further, in the method shown in FIG. 1, plasma heating is performed after preheating with the high frequency coil 2, but the present invention is not limited to this, and preheating is performed using a heating furnace, a burner, plasma, a laser, or the like. The main heating for melting may be performed by plasma using another heat source.
以下、本発明の実施例及び本発明の範囲から外れる比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する、本実施例においては、ワイヤーには線径が1.2mmのSUS310sを使用し、ワイヤー供給速度Vwを変えて、銅を含有する鋼鋳片の表層改質を行った。その際の処理条件を下記表1に示す。なお、下記表1における下線は、本発明の範囲外であることを示す。 Hereinafter, examples of the present invention and comparative examples that are out of the scope of the present invention will be given to specifically explain the effects of the present invention. In this example, SUS310s having a wire diameter of 1.2 mm is used for the wire. Then, the surface layer modification of the steel slab containing copper was performed by changing the wire supply speed Vw. The processing conditions at that time are shown in Table 1 below. In addition, the underline in following Table 1 shows that it is outside the scope of the present invention.
そして、実施例及び比較例の各鋳片について、表層部分におけるニッケル濃度のばらつきを調べた。その際、ニッケル濃度は、予め溶融処理及び合金添加を施した部位をグラインダー等で研削しておき、例えば、モバイルカウントバックと呼ばれる金属材料判別機(例えば、WAS社製PMI-MASTAR等)により、10mm間隔で測定した。その結果を上記表1に併せて示す。 And the variation of the nickel concentration in a surface layer part was investigated about each slab of an Example and a comparative example. At that time, the nickel concentration is preliminarily ground with a grinder or the like where the melting treatment and alloy addition have been performed, for example, by a metal material discriminator called mobile countback (for example, PMI-MASTAR manufactured by WAS, etc.) Measurements were taken at 10 mm intervals. The results are also shown in Table 1 above.
上記表1に示すように、比較例No.1及びNo.6の鋼鋳片は、ワイヤーの供給量が不足していたため、ニッケル濃度のばらつきが50%を超えていた。一方、比較例No.2及びNo.7の鋼鋳片は、ワイヤーの供給量過多で溶融プールが冷却されたため、ニッケル濃度のばらつきが50%を超えていた。また、比較例No.3の鋼鋳片は、ワイヤーを高温部に入れたため、連続供給実現のために必要なワイヤー量で供給過多が発生し、結果としてニッケル濃度のばらつきが大幅に増加した。更に、比較例No.4の鋼鋳片は、ワイヤーの加熱が不十分であったため、ワイヤーが未溶融となり、鋼鋳片の表層を改質できなかった。更にまた、比較例No.5の鋼鋳片は、ワイヤー供給速度が、処理長さ20mmあたりに溶滴が1個落下する供給速度Vw2よりも遅かったため、ニッケル濃度のばらつきが100%と大きく、濃度分布不良であった。 As shown in Table 1 above, Comparative Example No. 1 and no. In the steel slab of No. 6, since the supply amount of the wire was insufficient, the variation in nickel concentration exceeded 50%. On the other hand, Comparative Example No. 2 and no. In the steel slab of No. 7, since the molten pool was cooled due to excessive supply of wire, the variation in nickel concentration exceeded 50%. Comparative Example No. Since the steel slab of No. 3 had the wire placed in the high-temperature part, excessive supply occurred in the amount of wire necessary for realizing continuous supply, and as a result, the variation in nickel concentration increased significantly. Further, Comparative Example No. In the steel slab No. 4, since the heating of the wire was insufficient, the wire was not melted, and the surface layer of the steel slab could not be modified. Furthermore, Comparative Example No. The steel slab of No. 5 had a wire distribution rate slower than the supply rate Vw 2 at which one droplet dropped per treatment length of 20 mm, so the variation in nickel concentration was as large as 100% and the concentration distribution was poor. .
これに対して、本発明の範囲内で改質処理を行った実施例No.8〜No.12の鋼鋳片は、いずれもニッケル濃度のばらつきが50%以下であり、前述した比較例の鋼鋳片に比べて表層におけるニッケルの濃度分布のばらつきが低減していた。 On the other hand, Example No. which performed the modification process within the scope of the present invention. 8-No. The 12 steel slabs each had a nickel concentration variation of 50% or less, and the variation in the nickel concentration distribution in the surface layer was reduced as compared with the steel slab of the comparative example described above.
1 鋼鋳片
2 高周波コイル
3 プラズマトーチ
4 プラズマジェット
5 プラズマ制御用コイル
6 ワイヤー
7 ワイヤー供給用水冷ノズル
8 溶融プール
Lp 溶融プール8の長さ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記鋼鋳片の溶融処理速度Vt(mm/秒)、プラズマ加熱により形成される溶融プール長さLp(mm)に対し、ワイヤーから供給される溶滴がLp/Vt(秒)間隔となる供給速度をVw0(g/秒)、処理長さ20mmあたりに溶滴が1個落下する供給速度をVw2(g/秒)、溶滴が連続的に溶融プールに添加される供給速度をVw1(g/秒)としたとき、Vw0<Vw2の場合は供給速度Vw(g/秒)を下記数式(A)で規定される範囲とし、Vw0≧Vw2の場合は供給速度Vw(g/秒)を下記数式(B)で規定される範囲として、ニッケル又はニッケル合金からなるワイヤーを供給することを特徴とする鋼鋳片の表層改質方法。
A method for modifying the surface layer of a steel slab comprising melting a surface layer of a steel slab containing copper by plasma heating, and adding nickel or a nickel alloy to the surface layer portion of the molten steel slab,
Supply of droplets supplied from a wire at intervals of Lp / Vt (seconds) with respect to the melting processing speed Vt (mm / second) of the steel slab and the molten pool length Lp (mm) formed by plasma heating Vw 0 (g / sec) for the velocity, Vw 2 (g / sec) for the supply rate at which one droplet drops per treatment length of 20 mm, and Vw for the rate at which the droplet is continuously added to the molten pool. 1 (g / sec), when Vw 0 <Vw 2 , the supply speed Vw (g / sec) is in the range defined by the following formula (A), and when Vw 0 ≧ Vw 2 , the supply speed Vw A method for modifying the surface layer of a steel slab, characterized in that a wire made of nickel or a nickel alloy is supplied within a range defined by the following mathematical formula (B).
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