JPH02274350A

JPH02274350A - 金属の凝固組織微細化鋳造方法

Info

Publication number: JPH02274350A
Application number: JP9304089A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Takeuchi; 栄一竹内
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1989-04-14
Publication date: 1990-11-08
Anticipated expiration: 2014-07-12
Also published as: JP2917223B2

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、電磁力によって、金属の凝１Ｍ組織および偏
析を制御した鋳造方法に係り、更に詳しくは、連続鋳造
等によって得られる成品金属材の材質欠陥の原因となる
溶質のマクロ凝固偏析を軽減し、凝固組織の微細化を達
成する方法に関する。

従来の技術従来より連続鋳造にお一＼ては、凝固時の溶質の偏析に
よって、成品の品質が悪イヒするため、その改りが望ま
れていた。

これらの改善方法としては。

（イ）精錬によって有害な偏析の原因となる溶質を予め
低減させておく方法。

（ロ）連続鋳造最終凝固部のマクロ偏析（中・ら偏析）
の発生する部位の鋳片を軽圧イヒする方法、または、（ノリ電磁撹拌（特開昭５０−２３３３８号）によって
凝固組織を微細化（等軸晶化）シ、中・ら偏析を軽減す
る方法。

などが行われている。

特に、（ハ）の電磁撹拌は、装置的にも、また操作性の
点でも簡便であるため１広く一般に用いられているが、
ここで得られる効果は、溶融金属の流動を伴う撹拌を発
生させて得られるため、溶融金属の流れを発生させるあ
る程度の広さの場が必要なことや、その大きな流れによ
る非金属介在物の鋳片内部への浸入、あるいは鋳型内で
利用する場合に、パウダーを巻き込むという問題があっ
た。また、デンドライト間に溜る溶質元素が、凝固前面
の強い流れで掃き出されるため２その部位での溶質元素
の負偏析（鋼の連続鋳造の場合にはホワイトバンドと呼
ばれる）欠陥を発生させるなどの問題があった。

一方、中心偏析あるいはマクロ偏析の発生を起こしにく
い凝固組織である等軸晶を得る方法として、低温鋳造法
や、Ｚｒ等の凝固核生成を促す物質の添加による方法も
提案されているが、前者ではノズル閉塞などの搬送上の
問題が発生しやすいこと、後者の場合には効果を得るた
めに多量の添加を行なわなければならず５これらの添加
元素が一般的に高価なことから、実用的ではなかった。

発明が解決しようとする課題本発明は、上記問題点を改善する金属の鋳造方法で、電
磁力によって引き起こされる凝固前面の振動によりデン
ドライトの破断を行ない、これを核として凝固組織を微
細化すると共に２局所的な不均一性をなくして、偏析を
軽減しようとするものである。

課題を解決するための手段本発明は、（１）溶融金属の連続鋳造に際して、鋳型内に設けた電
磁コイルに低周波交流静止磁界を付与し、少なくとも凝
固前面に低周波電磁振動を励起させることによって、凝
固前面の柱状デンドライトを破断させ、溶融金属中に遊
離させることを特徴とする。金属の凝固組織微細化鋳造
方法、（２）溶融金属の連続鋳造に際して、ストランド部に設
けた電磁コイルに低周波交流静止磁界を付与し、少なく
とも凝固前面に低周波電磁振動を励起させることによっ
て、凝固前面の柱状デンドライトを破断させ、溶融金属
中に遊離させることを特徴とする、金属の凝固組織微細
化鋳造方法。

（３）低周波電磁振動を与えるコイル電流周波数が１〜
３０Ｈｚ、また１コイル内平均磁束密度が１０００ガウ
ス以」二である」−記（１）または（２）項記載の金属
の凝固組織微細化鋳造方法、である。

すなわち本発明は、溶融金属が冷却されて凝固開始する
とき、あるいは凝固しつつあるときに、低周波数の電磁
気力を用いて溶融金属を振動させ、この振動により分断
された微小デンドライト結晶を液中に分散させて、溶質
元素の偏析が少なく、かつ微細な凝固組織を得る方法で
ある。

この方法は、電磁撹拌等の流れによる同等の効果を期待
できない小断面鋳造時に特に有効である。

作用以下、本発明の詳細な説明する。

本発明は、溶融金属の凝固の開始時および／または進行
中に、交流磁界によって低周波振動を与えるものであり
、その振動を付与する範囲は、好ましくは凝固面全体で
あるが、鋼の連続鋳造の場合は、等軸品を得たい鋳片厚
みに相当する任意の範囲で付与することが可能である０
例えば、ｐＩ型内にコイルを設けることもできるし、ス
トランドのある特定の位置に設置することも可能である
。

また、複数個のコイルを設けることでより高い効果を得
ることができる。

振動は、凝固先端を振動させる方向、好ましくは凝固生
成方向に直角な方向に振動させる。この方向は、電磁コ
イルの設置角度を変えることによって容易に変えること
が可能である。この振動により、欄間の溶質元素（Ｃ１
Ｐ、Ｓなど）を溶融金属中に掃き出させることなく、凝
固前面の結晶を破断させ、これらを核とした等軸晶の発
生を促すことが可能となる。

低周波振動は、ソレノイド型等の電磁コイルを鋳型内か
らストランド周囲にかけて配置し、溶融金属に１０００
ガウス以上の平均磁束密度を与える交流静＋ｈ！ｉ界を
印加することによって発生させる。

１０００ガウス未満の磁束密度では振動力が弱く、十分
な効果を得ることができない、また、コイル電流周波数
は１〜３０）１ｚ、好ましくは１＝ｌＯＨｚテある６周
波数が３０Ｈ２を超えると、溶融金属の強い撹拌が発生
するので好ましくない。

本発明における溶融金属は特に限定するものではないが
、ここでは鋼を中心とし、以下実施例によって具体的に
説明する。

実施例実施例１第１図にこの実施例に相当する本発明の実施態様例を示
す、すなわち、第１図に示した次の２ケースの場合の鋼
の連続鋳造を実施した。

（ａ）鋳型１内に電磁コイル３を設置した場合、（ｂ）
ストランド部２の未凝固部分、すなわちメニスカス４よ
り５ｍ下の位置に電磁コイル３を設置した場合。

何れの場合も、鋳片を取り巻くように設けた電磁コイル
３に１周波数５Ｈｚの電流を流して、コイル内部に平均
３０００ガウスの低周波磁界を発生させた。鋳型には、
中炭素鋼厚板材相当の成分系を有する１５５０〜１５５
５℃の溶鋼を注入し、鋳造後得られる鋳片サイズは、幅
１２００℃組厚さ２００ｍ５．鋳造速度は１ｍ／ｓｉｎ
とした。ここで使用した連鋳機による鋳造では、第１図
（ｂ）で電磁コイル３を設置した位置、すなわちメニス
カス４より５ｍ下の位置での凝固シェル６の厚さが何れ
の場合も５０〜５２ｍｍの範囲内であった。

こうして上記２ケースそれぞれの場合に得られた鋳片を
切断し、そのＣ断面を腐食して組織観察を行なったとこ
ろ、第１図（ａ）の場合には、第２図（ａ）に示すよう
な微細等軸晶８の組織が全体に見られた。また、第１図
（ｂ）の場合には、第２図（ｂ）に示すような組織が生
成して、ＰＪ片表面から約５０１１内部に微細等軸晶８
が観察され、柱状晶７と微細等軸晶８の境界部には、第
２図（Ｃ）に見られるような溶質の負偏析Ｗｆ（ホワイ
トバンド１０）は発生していなかった。

実施例２上述の実施例１で第１図（ｂ）のケース、すなわちメニ
スカス４より５ｍ下の位置に鋳片を取り巻くように電磁
コイル３を設けた場合について４平均磁束密度をそのま
ま３０００ガウスとし、コイル電流周波数をｌ　Ｈｚ、
　２　Ｈｚ、　ｆＯ）１ｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ、及び
５０Ｈ２と変化させて連続鋳造を行なった。ここでも、
実施例１と同じく、鋳型に中炭素鋼厚板材相当の成分系
を有する１５５０−１５５５℃の溶鋼を注入し、鋳造後
得られる鋳片サイズは、幅１２００ｍｍ、厚ざ２００ｍ
ｍ、　ｐＪ造速度は１ｍ／ｇｅｉｎとした。一方、１ｒ
Ｌ磁コイル３を設置した位置での凝固シェル６の厚さは
、何れの場合も５０±５園層の範囲内にあった。

その結果、　３０Ｈｚ以下では、第２図（ｂ）のように
溶質の負偏析帯（ホワイトバンド１０）は生成しなかっ
たが、５０Ｈｚでは、第２図（Ｃ）の状況に類似し、ホ
ワイトバンド１０が生成した。

実施例３同じく上述の実施例１で第１図（ｂ）のケース、すなわ
ち１メニスカス４より５ｍ下の位置に鋳片を取り巻くよ
うに電磁コイル３を設けた場合に対して、コイル電流周
波数をそのまま５）［ｚとし、コイル内平均磁束密度を
５００ガウス、　ｔｏｏｏガウス、２０００ガウス、５
０００ガウス、及びｔｏｏｏｏガウスに変化させて連続
鋳造を行なった。ここでも、実施例１と同じく鋳型に中
炭素鋼厚板材相当の成分系を有する１５５０〜１５５５
℃の溶鋼を注入し、鋳造後得られる鋳片サイズは幅１２
００ｍｍ、厚さ２００ｍｍ、鋳造速度は１ｍ１層ｉｎと
した。ここでも、電磁コイル３を設置した位置での凝周
シェル６の厚さ、は、何れの場合も５０±５層層の範囲
内にあった。

その結果、１０００ガウス以上では、第２図（ｂ）のよ
うな微細等軸晶８が生成して良好な組織となったが、　
５００ガウスでは、第２図（ｄ）の状況に類似し、中央
部にマクロ偏析１１が生成した。

比較例１次に、第１図（ａ）の電磁コイル３に代え、鋳型部分に
一般に使用されている移動磁界型の電磁撹拌装置を設置
し２実施例１と同様に、鋳型には中炭素鋼厚板材相当の
成分系を有する１５５１℃の溶鋼を注入し、鋳造後得ら
れる鋳片サイズは幅１２００℃鳳。

厚さ２００ｍ５、鋳造速度はｌ■／ｓｉｎとした。ここ
では電磁コイル３を設置した位置での凝固シェル６の厚
さが５２ｍ５であった。また、電磁力は電磁撹拌装置部
分で約Ｉｓ／ｓｅｃの溶鋼流速が得られるように調整し
た。

このとき得られた鋳片のＣ断面組織を第２図（ｃ）に示
す、鋳片内部は等軸重９となっているものの、その粒度
は上記実施例１の何れの場合よりも大きく、シかもその
境界には溶質の負偏析帯（ホワイトバンド１０）が発生
していた。

比較例２比較例１と全く同様な鋳造条件で、ただし、電磁撹拌装
置は稼働せず、従って電磁力を全く付与しなかった場合
に得られた鋳片のＣ断面凝固組織を第２図（ｄ）に示す
、鋳片の最終凝固部である中央に溶質のマクロ偏析１１
が認められた。

以上の結果から１本発明による方法は、凝固組織微細化
およびマクロ偏析防止に非常に有効であることが分かる
。

発明の効果本発明では、交流静止磁界によって、凝固前面に低周波
振動を付与するため、電磁撹拌のような溶融金属の大き
な流れにより引き起こされる溶質元素の負偏析を発生さ
せることなく、柱状デンドライトを破断させ１これを核
とした等軸重生成を促す結果、＊同組織の微細化とマク
ロ偏析防止を図ることができる。このようにして得られ
た鋳片を加工して得られる成品は、材質的に非常に優れ
たものとなる。

この方法は、装置面、操作面共に簡便であり、特に溶融
金属に電磁力を用いて低周波振動による局所的な運動を
引き起こすため、他の方法では上述のような組織微細化
およびマクロ偏析防止効果を期待しにくい小断面鋳造に
も特に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施態様例を示す説明図。また、第２図は、得られた鋳片のＣ断面組織観察状況を
示す説明図で２（ａ）及び（ｂ）は、本発明実施時の鋳片組織。（ｃ）及び（ｄ）は、比較例の鋳片組織。である。１−・・鋳型、２・・リストランド部、３　＊　ａ・電
磁コイル、４１１・・メニスカス、５１１・ψ溶融金属
、６・・φ凝固シェル　７　ａ　拳・柱状晶。８・φ・微細等軸重２９争・拳等軸品、１０・・会ホワ
イトバンド、１１・・−中心偏析。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶融金属の連続鋳造に際して、鋳型内に設けた電
磁コイルに低周波交流静止磁界を付与し、少なくとも凝
固前面に低周波電磁振動を励起させることによって、凝
固前面の柱状デンドライトを破断させ、溶融金属中に遊
離させることを特徴とする、金属の凝固組織微細化鋳造
方法。
（２）溶融金属の連続鋳造に際して、ストランド部に設
けた電磁コイルに低周波交流静止磁界を付与し、少なく
とも凝固前面に低周波電磁振動を励起させることによっ
て、凝固前面の柱状デンドライトを破断させ、溶融金属
中に遊離させることを特徴とする、金属の凝固組織微細
化鋳造方法。
（３）低周波電磁振動を与えるコイル電流周波数が１〜
３０Ｈｚ、また、コイル内平均磁束密度が１０００ガウ
ス以上である請求項（１）または（２）記載の金属の凝
固組織微細化鋳造方法。