JPH01113157A - 金属の超音波印加連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、溶湯金属の連続鋳造において超音波振動を鋳
片内に伝達することにより鋳片の中心偏析を軽減し、健
全な鋳片を製造するための超音波印加連続鋳造方法に関
するものである。

〈従来の技術〉 一般に、溶湯金属の連続鋳造においては凝固前面にてｃ
、ｐ、ｓなどの不純物成分の濃化した溶湯金属が最終凝
固部に集積して中心偏析が形成され鋳片の均質性を著し
く　Ｉ！ない、得られた製品の特性を著しく劣化させて
いる。

連続鋳造鋳片の凝固末期においては、凝固前面に存在す
る不純物成分の濃化残溶鋼が鋳片の凝固・収縮あるいは
溶鋼静圧による鋳片のバルジングによって生じる空隙に
流入して中心偏析が形成される。

これを防止する対策として凝固・収縮量に見合う世の圧
下を鋳片に付与する方法、バルジングを抑制するために
小径ロールの稠密配置を行うか、面支持により溶湯静圧
に伴う鋳片のバルジングを防止することが原理的に不可
欠であるとされている。また、空隙が形成され、残溶湯
の流動が発生してもその流動を抑制さえすれば中心偏析
防止が可能であるとの見解から溶湯流動に対して圧損抵
抗を付与することを目的とした結晶粒を粒状化する、す
なわち凝固組繊を等軸品化する方法が広く採用されてい
る。

凝固組織の等軸晶化の手法としては低温鋳造法、機械的
振動法、電磁撹拌法などがあり、すでに工業化されチル
が（鉄と鋼、　Ｖｏ　Ｉ！　７１　（１９８５）　Ｎａ
３　Ｐ４３５〜４３７　）　、Ｌかし等軸品粒の周囲に
存在する粒状の偏析帯に起因するセミマクロ的な偏析の
解消は未だ不十分であり、高級鋼材の製造においてはさ
らに徹底した偏析の軽減技術の出現が要望されているの
が現状である。

従来の中心偏析軽減技術の中でも多くの提案のある電磁
撹拌技術は、等軸品の生成を目的としたものであり、凝
固末期に集積した溶質濃化残溶湯を分散させる中心偏析
の解消には有効な手段となり得ない。すなわち、電磁撹
拌の場合は、鋳片外表面から移動磁界を付加して鋳片の
凝固殻内部の残溶湯に流動を与えるものであり、凝固殻
の厚い凝固末期では移動磁界の強度が凝固殻によって大
きく減衰されてしまい有効な流動を与えることが難しく
なるためである。

一方、機械的振動あるいは超音波振動を鋳片外側面ある
いは鋳型を介して印加する方法は、凝固殻内で振動の減
衰が少なく有効な残溶湯流動を付与できる可能性のある
手段であると考えられる。

しかしながらこれまで具体的に提案されている方法は、
特開昭５４−１５５１２２号公報に見られるとおり、残
溶湯流動に伴う柱状晶の切断、ずなわら等軸晶の生成を
目的としたものであり、超音波振動印加の位置は、残溶
湯Ｉゾさの大きい連鋳機上部の凝固初期が望ましいと提
案されており、凝固最末期に形成される中心軸偏析の軽
減に対する具体的な適用方法については全く未知の状況
にある。

また特開昭５４−１５５１２２号公報によれば超音波撮
動印加方法としては鋳片のバルジングを抑制する必要上
、サポートロールを介して印加している。

この場合、ロール支持部あるいはロール冷却水への超音
波エネルギーロスが大きく超音波出力が１０〜６０に−
とかなり大きくなり設備費が高いという欠点が予測され
る。

く問題解決のための手段〉 本発明者らは、鋳片の中心偏析軽減のための問題点を解
決するため、中心偏析形成過程に関する基礎的な実験、
検討を行い連続鋳造鋳片の凝固末期の残溶湯軸心部の固
相率が特定の値の時に機械的振動もしくは超音波振動を
印加することの有効性を見出しまたその具体的手法とし
て鋳片への超音波伝達を鋳片側面から実施することの優
位性を確認するに至ったものである。

本発明は、溶湯金属の連続鋳造による鋳片の製造方法に
おいて、鋳片の残溶湯軸心部の固相率ｆ、が０．８以上
もしくは凝固が完了した位置で、護持片側面の片側また
は両側に接触して少な（とも−時的に鋳片と同期移動す
る伝達ホーンを介して、超音波振動を鋳片内に伝達する
ことを特徴とする金属の超音波印加連続鋳造方法、であ
る。

〈発明をするに至った経過および作用〉残溶湯の流動と
中心偏析の強度との関係を求めるため、二次冷却帯のサ
ポートロール間隔を意図的に広げて鋳片のバルジングを
誘起させ、得られた鋳片の中心偏析度の調査を行った。

バルジングの発生位置を２次冷却帯上部から下部まで順
次変え、その条件で各種の鋳片を製造した。バルジング
発生位置における凝固殻内残溶湯軸心部の固相率（ｆ、
）の値を伝熱計算で求め、バルジング発生時のｆ、とそ
の鋳片の中心偏析度の関係が第２図のようであることを
見出した。第２図の結果から、ｆＳ　　ｏ、ｓ〜０．８
の間の鋳片バルジングの発生を抑制することが中心偏析
軽減に対して極めて重要であることが判明した。

逆に言えば、濃化溶湯の中心部集積を分散させるアクシ
ョンをｆ、値が０．８以下の領域でとることは、ｆ、が
０．８に至る間のバルジングの発生を完全に防止するこ
とがかなり困難であることから意味の無いことであると
言える。

従って濃化溶湯の分散を計る手法はｆＳ　　Ｏ，８以上
すなわち凝固殻がかなり厚くなった位置において採用す
べきであるとの極めて新しい知見が得られた。

残溶湯への撹拌エネルギー伝達に対して極めて有効な手
法である超音波振動印加時期については、前述のように
本目的に対する最適印加位置の観点からは十分な検討が
なされていないのが現状である、すなわち、単に等軸晶
帯形成を目的としているためｆ、かむしろ小である二次
冷却帯上部における超音波印加が望ましいとの技術的提
言があるのに留まっている。

残溶湯軸心部固相率がｒｓ　　Ｏ，８以上の位置におい
て残溶湯流動を付与すべきであるとの新しい知見に基き
、各種の流動誘起手法について検討した結果、前述のよ
うに流動を誘起するため、鋳片の外部より導入されるエ
ネルギーの減衰の少ない超音波振動の印加方法が最適で
あるとの結論に達した。

しかし、連続的に引き抜かれて移動する鋳片に対して超
音波振動を有効に伝達する手法に関しては問題がある。

ｆ、が０．８近傍の二次冷却帯では尚バルジングによる
鋳片の変形の可能性があり、サポートロールを密に配置
している。従ってロールを介する超音波印加が有効な手
段ではあるが、前述のごとく鋳片を強力にサポートする
ロール支持部構造への超音波エネルギーロスが大きく、
有効なエネルギー伝達を計るためには超音波発信設備を
大きなものとせざるを得ないという設備コスト上の問題
、あるいは過大な超音波振動が伝達系に存在するために
伝達系の機械的破壊のトラブルが多い。

以上の問題を解決するため、鋳片のサポート構造と超音
波振動伝達系とを切り離す方法を導入することにした。

即ち、超音波を鋳片に伝達する伝達ホーンを直径数士閣
の金属製の棒として軽量化し、結果としてホーン支持系
への超音波エネルギーロスを著しく軽減し、超音波発信
設備を小さなものとすることにより、設備コストの削減
及び超音波伝達ホーンの破壊トラブルを防止し得るよう
にする。

さらに、超音波振動伝達ホーンから鋳片への振動伝達を
有効たらしめるためには、ホーンの鋳片への押し付けを
持続させることが必要であり、鋳片とホーンが同期移動
する方法が望ましいが鋳片の上、下面にはサポートロー
ルが存在し、ホーンの移動に対して障害となり、鋳片の
上、下面ではこの方法の採用はできないので、連鋳機本
来の構造物が存在しない鋳片側面に伝達ホーンを”押し
付ける方法を採用した。

〈実施例〉 本発明の実施例を以下に示す。

湾曲型連鋳機によりＡＰＩ−Ｘ６０規格相当の溶湯を引
き抜き速度が１．０ｍ／ｗｉｎで２００　ｍ厚Ｘ　１５
００閲幅のサイズに鋳造した。第１図に示すように二次
冷却帯下部のサポートロール３にはさまれた鋳片の側面
に鋼製の超音波伝達ホーン４を２本（１本のみ図示）配
し、鋳片側表面に押し付け、鋳片移動速度と同期して移
動させつつ約３ＫＷのパワーで発振される周波数１０Ｋ
Ｈｚの超音波振動を鋳片に印加した。ホーンの移動スト
ロークは１ｍとし、往復運動する押しつけ機構をホーン
支持系に設けた（図示せず）、ホーンの配置位置は実験
により変化させたが、その位置における凝固殻内残溶湯
軸心部の固相率（ｆ、）は伝熱計算によって求めた。

得られた鋳片の厚み中心部のセミマクロ偏析を調査する
ため、０．５薗ピツチで厚み方向にサンプリングして分
析に供した。第３図に偏析パターンの例を示すがｆ、は
超音波印加時の値である。第４図には、Ｐの偏析度（Ｃ
Ｐ／ＣＰ）と超音波印加時のｆ、との関係を示す、第４
図から明らかなように本発明例であるｆＳ　　Ｏ，８以
上の条件での超音波印加が中心偏析軽減に極めて有効で
あることが判る。

なお、第４図で横軸のｆ、＝１より大きく、右側にある
データは、鋳片が完全凝固した位置あるいはそのやや後
方の位置での超音波印加に対応するものであり、中心偏
析軽減に対してこの場合でも有効である。

この結果は、固相内を超音波振動が減衰の少ないまま伝
播し、凝固末期の固液界面に有効な振動を付与している
ことを示唆している。

〈発明の効果〉 鋳造時のＰの偏析度が５〜７もあり、溶湯の極低Ｐ化あ
るいは鋳片の拡散焼鈍などの複雑、かつエネルギー消費
の大なるプロセスを経なければ製造が不可能であった耐
ＨＩＣｗＪなどの高級鋼材が本発明方法によると容易に
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の説明図、第２図は、バルジング
発生時のｆ、と鋳片の偏析度の関係を示すグラフ、第３
図は超音波振動印加時のＰ偏析度のグラフ、第４図は、
超音波振動印加時のｆＳ　とＰ偏析度との関係を示すグ
ラフである。 １・・・連鋳鋳片の凝固殻、 ２・・・連鋳鋳片内未凝固残溶湯、 ３・・・サポートロール、 ４・・・超音波振動伝達ホーン、 ５・・・電歪振動子、 ６・・・超音波発信器。 特許出願人　　　　川崎製鉄株式会社 第　　１　　図 第　　２　　図 残溶湯軸心部の固相率　（ｆＳ　） 第　　３　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶湯金属の連続鋳造による鋳片の製造方法において、鋳
   片の残溶湯軸心部の固相率ｆ＿Ｓが０．８以上もしくは
   凝固が完了した位置で、該鋳片側面の片側または両側に
   接触して少なくとも一時的に鋳片と同期移動する伝達ホ
   ーンを介して、超音波振動を鋳片内に伝達することを特
   徴とする金属の超音波印加連続鋳造方法。