JPH0365426B2

JPH0365426B2 -

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Publication number: JPH0365426B2
Application number: JP59151862A
Authority: JP
Priority date: 1984-07-21
Filing date: 1984-07-21
Publication date: 1991-10-11
Also published as: FR2567910A1; JPS6130654A; DE3525905A1; FR2567910B1; DE3525905C2

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明はアルミニウム（以下アルミ）およびア
ルミ合金の溶湯から連続してアルミ等の鋳造板を
製造するアルミ連続鋳造用ロールに関するもので
ある。〔従来の技術並びに問題点〕アルミ連続鋳造用ロールはシエル（外筒）とコ
ア（軸芯）が焼嵌により固定されており、シエル
は内面を常時水冷することにより、熱伝導によつ
て外面を冷却される。アルミ連続鋳造機の多くは
上記冷却構造のロールを２本溶湯アルミの注入口
に配置し、これを回転しながら表裏２面で冷却
し、連続的に鋳造板材を製造する構造となつてい
る。溶湯アルミに直接接触するシエル外面の接触
長さ（円周方向）はわずか数10mmであるから、溶
湯はロールの回転によつて瞬時に冷却凝固される
が、逆に接触したシエル外面は衝撃的に温度が上
昇する。しかし接触後はシエル内面の冷却効果に
より、その外面は急激に温度が降下し、ロール１
回転後再度溶湯に接触する直前に最低温度、即ち
はじめの温度となり、以降このような加熱、冷却
サイクルを繰返す。溶湯アルミの温度は純アル
ミ、アルミ合金等のアルミ材質、鋳造機、鋳造条
件、アルミ製造メーカー等により異なるようであ
るが、690〜700℃程度と思われる。次にシエル外
面の温度については、溶湯との接触時において
600℃程度と推定され、又、接触後のシエル外面
冷却過程での測温例として、45℃前後の結果をえ
ている。以上の如く、シエル外面は衝撃的な加熱、冷却
サイクルを受けるために、やがてヒートチエツク
が発生する。ヒートチエツクは発生初期には微細
で深さも浅く外観的にも目立たないが、ロールの
使用期間が長くなるにつれ成長し、外観的にも長
く粗大となり、シエル外面全体に亀甲状に発生す
る。このヒートチエツクは当然鋳造板表面にもそ
の模様をプリントするが、ヒートチエツクが粗大
に成長すると、プリントされた模様も粗大とな
り、商品価値を低下させる。同時に鋳造以降の圧
延工程でも消去できなくなる。シエル外面のヒー
トチエツクの状況がこのような外観になると、連
続鋳造作業は中止され、ロールは鋳造機より組外
されてシエル外面は改削される。改削はヒートチ
エツクが除去されるまで行なうので、それが深い
と改削量が多くなり、その結果シエルの使用寿命
を短縮し、総アルミ鋳造量が低下する。従つて、
シエル鋼としては、ヒートチエツクが発生しにく
いこと、発生しても細かく深さも浅いことが要求
されている。一般的にヒートチエツクは規則的に
配列しているが、シエル外面ではヒートチエツク
以外に全く不規則的なヒートクラツクがしばしば
発生することがある。このクラツクはヒートチエ
ツクと異なり、繰返し熱サイクルによるものでは
なく、熱衝撃により比較的瞬時に発生したもの
で、配列が不規則的であり、長く深い場合が多い
ので問題となる。従つて、シエル鋼としてはこの
種のクラツクの発生しにくいものでなければなら
ない。次に連続鋳造機の生産性であるが、先に述
べた冷却機構より、溶湯に接触する直前のシエル
外面の温度が低温程、その冷却能力は大きいの
で、それだけロールの回転を速めて鋳造でき生産
性が上る。シエル外面は内面の常時水冷却の効果
が、熱伝導により伝わり冷却されるので、生産性
の見地からは、シエル鋼の熱伝導率はできるだけ
大きい方がよい。以上シエル鋼に要求される性能について述べた
が、これらをまとめると、 (1) 耐ヒートチエツク性のよいこと。 (2) 熱衝撃性に強いこと。 (3) 熱伝導率が大きいこと。などの諸性質を具備することがシエル鋼にとつて
必要である。従来これらを満足するために、シエ
ル鋼としてはC0.53〜0.58％、Mn0.45〜0.65％、
Si0.20〜0.30％、P0.02％以下、S0.02％以下、
Ni0.40〜0.50％、Cr1.0〜1.2％、Mo0.45〜0.55％、
V0.10〜0.15％、残部がFeの合金鋼が提案された
が（米国特許第4409027号）、最近さらに高性能の
シエル鋼が要求される。耐ヒートチエツク性を向
上するためには、有効合金元素の添加が必要であ
り、概して高合金化指向となるが、一方高合金化
すると一般的に熱伝導率は小さくなる傾向があ
る。従つて、これらの条件を勘案して材料設計す
る必要がある。〔発明の目的〕本発明はシエル鋼に要求される各種性能を配慮
して、従来のシエル材よりも耐ヒートチエツク性
および熱衝撃性を著しく改善し、その結果シエル
廃却までの総アルミ鋳造量を大巾に増大させるこ
とを目的とし、かつ高合金化による熱伝導率の低
下を極力小さくしたことを特徴としている。〔発明の構成〕本発明を完成するにあたり発明者は裏付けとな
る各種実験を行なつた。即ち、耐ヒートチエツク
性の評価は、実体ロールシエル外面が受ける急激
な加熱、冷却サイクルを、小試験片に再現させ、
発生したヒートチエツクの深さを比較して行なつ
た。この場合の加熱、冷却サイクルは、高周波誘
導加熱式熱サイクル試験機で実現した。次に実体シエルに発生する熱衝撃性不規則クラ
ツクに関する発明者の現象解析および実体シエル
での実績より、熱衝撃性の評価についてはシエル
鋼の高温強度（0.2％降伏強さ）と焼もどし抵抗
性が重要であることが明らかとなつているので、
これらの観点より検討した。またシエル鋼の熱伝
導率はレーザーフラツシユ法により測定し検討し
た。以上の実験結果より、アルミ連続鋳造用ロール
のシエル鋼としては次の化学組成及び硬度を有す
る合金鋼が最も適していることを見出し本発明を
えたものである。即ち本発明の第１は、重量比
で、Ｃ 0.35〜0.45重量％（以下同様） Si 0.30％以下 Mn 0.80％以下 Cr 2.00〜4.50％ Mo 0.40〜0.80％Ｖ 0.10〜0.30％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から
なり、かつ、硬度がHSD60±３であることを特
徴とする耐ヒートチエツク性、耐熱衝撃性にすぐ
れたアルミ連続鋳造用ロールシエル鋼であり、第
２の発明は上記成分に、さらにNi0.7％以下を添
加して焼入れ性および靱性の向上をはかつたもの
である。以下、各成分含有量の限定理由について説明す
る。Ｃ：0.35％以上としたのはこれ以下では耐ヒート
チエツク性には好ましいが、細いものが緻密に
数多く発生し易い。即ち、耐ヒートチエツク性
は良好であつても、熱衝撃性の大きい連鋳機で
はヒートチエツクとヒートチエツクが結びつい
て長いクラツクになり易く危険である。また
0.45％以下としたのはこれ以上では耐ヒートチ
エツク性が低下するためである。 Si：Siは主として基地に固溶し、焼もどし抵抗性
を高める作用があり、また脱酸剤でもあり不可
避的にある量は含まれる。SiはＣと同様軽原子
量の元素で、重量含有率（％）が多いと材料の
熱伝導率を著しく低下するので0.30％以下とし
た。 Mn：Siと同様に脱酸元素であるので材料中に必
ず含まれる。焼入れ性に効果を示す元素である
が、シエルは一般に薄いので焼入れ性を特に意
識する必要はない。また少量なら耐ヒートチエ
ツク性、耐熱衝撃性にも関与しない。しかし、
多過ぎると焼入れ後の残留オーステナイトを安
定化するので好ましくない。そこで0.8％以下
とした。 Ni：Niは基地に固溶する元素で、焼入れ性およ
び靱性向上に有効な元素であるが、耐ヒートチ
エツク性および耐熱衝撃性には殆んど影響しな
い。多過ぎると焼入れ時の残留オーステナイト
を安定化して好ましくない。そこで0.70％以下
とした。 Cr：本発明の主要元素で、一般的に焼入れ性の
向上や機械的性質の改善、耐蝕性等に有効であ
るが、本発明では特に耐ヒートチエツク性と高
温強度の向上に効果を発揮させるために添加し
た。即ちCr量が増大する程耐ヒートチエツク
性および高温強度も増大するので、Cr量の増
大は望ましいが、一方熱伝導率は低下する。そ
こでCr量の下限は２％とした。これ以下では
耐ヒートチエツク性の著しい低下と高温強度の
低下があり、シエルの寿命は従来鋼のもの以上
に期待できない。特に好ましいのは3.0％以上
である。また上限は4.5％としたが、これをこ
えると耐ヒートチエツク性、高温強度はすぐれ
ていても熱伝導率の低下が著しくなるので好ま
しくない。 Mo：焼もどしに対する軟化抵抗性と焼もどし脆
性防止に効果を示す元素である。しかし高価で
あり必要最小限としたい。これらの効果を出す
ためには0.4％は必要である。また0.8％以上含
有量が多い場合は２次硬化も著しくなるので、
高温での強度、耐摩耗性等を特に要求される場
合以外は必要ではない。そこで本発明では0.8
％以下とした。Ｖ：結晶粒の調整に効果を示す元素であるが、こ
のためには少量でよい。そこで本発明では0.10
％以上0.30％以下とした。本発明鋼の硬度はHSD60±３の範囲（好まし
くは61〜62）とすることが必要であつて、この範
囲を逸脱すると所期の目的を達成するために好ま
しくない。即ち、硬さがこれより低いと耐ヒート
チエツク性が劣化し、ヒートチエツクの深さは硬
さの低下とともに反比例的に大きくなる。一方、
硬さがこの範囲をこえて高くなると熱衝撃性不規
則的ヒートクラツクを発生し易く、また耐ヒート
チエツク性も低下する。〔試験結果〕次に、上記成分含有量の限定理由を裏付ける試
験結果について述べる。比較鋼および本発明の各
種組成のシエル鋼について、熱サイクル試験、高
温引張試験、熱伝導率測定等を行なつた。試験シ
エル鋼の化学組成を第１表に示した。次に第２表
には上記各試験における試験片の熱処理条件を各
鋼種毎に示した。この場合の熱処理条件は、シヨ
アー硬さHSD60±３になるように調整した。第
２表より判るように、本発明鋼においてＣ量が高
くかつCr、Moも高いものでは焼もどし温度が比
較鋼よりもやや高いので熱衝撃性に対し比較的有
利である。次に試験結果を第１〜第３図に示した。第１図
は熱サイクル試験の結果であるが、この試験では
30℃600℃の温度域で5000回急速加熱冷却を繰
返し、発生したヒートチエツクの深さを測定し
た。この結果により耐ヒートチエツク性の比較を
行なつた。図より判るように本発明鋼はいずれも
耐ヒートチエツク性にすぐれているが、特にCr、
Moの高い鋼種が良好である。次に第２図は高温
強さ、即ち試験温度600℃での0.2％降伏強さの測
定結果を示したものである。この場合にも本発明
鋼が比較鋼よりもすぐれていることが判る。特に
Ｃ量が低くてCr、Moの多いＥ、Ｆ鋼がよい。こ
れは繰返し熱衝撃に有利である。第３図は３種の
温度（25、300、600℃）における熱伝導率の測定
結果である。図より明らかな如く、高合金鋼程熱
伝導率は低下するが、比較鋼に比べ低下率の小さ
いことが判る。以上本発明鋼について述べたが、総合的にはＣ
量が低くてCr、Moの多いＥ、Ｆ鋼が良好であ
る。

【表】

〔実施例〕

C0.37％、Si0.22％、Mn0.71％、Ni0.61％、
Cr3.84％、 Mo0.76％、V0.13％、残部Feなるシエル鋼を
用い、造塊後、鍛造、粗加工に続き、焼入れ、焼
もどしを行い、寸法949φ（外径）×838φ（内径）×
685（長さ）のシエルに仕上げた。完成硬さは
HSD61〜62であつた。このようにして完成した
シエルをコアーに焼嵌し、アルミニウム連続鋳造
に使用したところ、ヒートチエツクは殆んど発生
せず、又、生産性も良好であつた。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明鋼と比較鋼に関する各種試
験結果を示したものである。第１図は熱サイクル
試験によつてえられた各鋼種試験片のヒートチエ
ツク最大深さを示す。第２図は温度600℃での引
張試験結果で、0.2％降伏強さを示す。第３図は
３種の温度（25、300、600℃）における熱伝導率
の測定結果を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ 0.35〜0.45重量％（以下同様） Si 0.30％以下 Mn 0.80％以下 Cr 2.00〜4.50％ Mo 0.40〜0.80％Ｖ 0.10〜0.30％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からな
り、かつ、硬度がHSD60±３であることを特徴
とする耐ヒートチエツク性、耐熱衝撃性にすぐれ
たアルミニウム連続鋳造用ロールシエル鋼。２Ｃ 0.35〜0.45重量％（以下同様） Si 0.30％以下 Mn 0.80％以下 Cr 2.00〜4.50％ Mo 0.40〜0.80％Ｖ 0.10〜0.30％ Ni 0.70％以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からな
り、かつ、硬度がHSD60±３であることを特徴
とする耐ヒートチエツク性、耐熱衝撃性にすぐれ
たアルミニウム連続鋳造用ロールシエル鋼。