JPH04127946A - 棒線材用ブルーム・ビレットの連続鋳造法 - 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、棒線材用リムド鋼のブルーム・ビレットの連
続鋳造法に関する。

（従来の技術） 従来、リムド鋼は造塊法によって製造されている。即ち
、上注法または下注法により鋳型に注入し、リミングア
クションにより所定の厚みのリム層を形成させている。

リム層の厚み調整は、蓋打ち時間（注入終了からリミン
グアクション終了までの時間）の調整によって行なわれ
る。

このようにして製造したリムド鋼は、表面欠陥が少なく
、またコア部にＣやＳ等が偏析しているため被削性に優
れており、このため溶接用ナツト等に使われる。溶接用
ナツトは、例えば線材を角型に引抜加工し、せん断後、
冷間鍛造によりナツトの外形が形成される。次いで、横
断面中央部を打ち抜きし、タッピング加工によりネジ切
りして製造される。

このように、溶接ナツト用鋼材においては表面に対して
冷間加工性と溶接性が要求されると共に、コア部は被削
性が要求されるので、リムド鋼が最も適している。

従来、リムド鋼の連続鋳造による製造に関しては、数多
くの報告がなされている。例えば、特開昭５１−２８２
１号公報には、Ｃ：　０．０２〜０．１０％のリムド鋼
の連続鋳造において、〔％Ｃ）Ｘ自由〔％０〕を調整し
、凝固厚さが５ｍｍ以上となる期間、１ｍ／ｓｅｃ以上
の撹拌流速で鋳型内電磁撹拌し、ＣＯ気泡発生を防止す
る方法が述べられている。

特許第１２０７８３４号（特公昭５８−４２７７８号公
報）においては、Ｃ：　０．０２〜０，１５％、ＳｉＳ
２．０１％、Ｍ　ｎ　：　０　、０６〜０　、２０％、
Ｐ≦０．０２５％、Ｓ≦０．０２０％、自由酸素二ア０
〜２５０ｐｐｍに調整した溶鋼を電磁撹拌しつ＼鋳造し
、ピンホールのないスラブを製造する方法が述べられて
いる。

また、特許第１４１５０８１号（特公昭５９−２４９０
３号公報）においては、溶鋼中の自由酸素濃度ね５０〜
２００ｐｐｍの溶鋼に、鋳型内電磁撹拌で０．１〜１．
０ｍ／ｓｅｃの水平流動を与え、且つ鋳型両短辺の水平
断面形状を凹型として弱脱酸鋼スラブを製造する方法が
述べられている。

上記のように、連続鋳造によるリムド鋼の製造方法に関
しては、リムド鋼は溶鋼中の酸素濃度が高いために、凝
固過程で発生して問題となるＣＯ気気孔ピンホール）の
発生防止を狙いとしての鋳型内電磁撹拌の適用に関する
ものか多い。

溶接ナツト用鋼材は、前述のように表面に対して冷間加
工性と溶接性が要求されると共に、コア部に対しては被
削性が要求される。この種の鋼材を製造する方法として
、特開昭６２−１４２０５３号公報に鉄被覆硫黄充填ワ
イヤーにより、コア部に硫黄を添加する製造方法が述べ
られている。

（発明が解決しようとする課題） 造塊法によるリムド鋼の製造においては、リム層の厚み
が鋼塊ボトム部で厚くトップ部で薄いという問題と、コ
ア部のＳ濃度が偏析によって鋼塊部位で変動するという
問題があり、このためナツトへの加工時にタッピング不
良や冷間加工割れ等が発生し易いという欠点があった。

更に、造塊法では、鋼塊から成品への一貫歩留が低いた
めに、連続鋳造法による製造方法の確立が長年の課題で
あった。

また、特開昭６２−１４２０５３号公報における擬似リ
ムド硫黄複層快削鋼の製造方法には、Ｃ５０，２０％、
Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｐ≦０．０４０％、Ｓ≦
０．０３５％、０ニア０〜８００９ｐ■の成分の溶鋼を
鋳型に注入し、部凝固シェルを生成させた鋳片内の鋳型
下端以降の位置に鉄被覆Ｓ充填ワイヤーによりＳを添加
して、Ｓ　：０．０８０〜０．４００％のコアを有する
硫黄快削鋼の連続鋳造法が述べられているが、この方法
ではＳ充填ワイヤーの鋳型内添加装置とワイヤーの添加
が必要であり、製造コストが高いという問題点かある。

溶接ナツト用ブルーム・ビレットを連続鋳造により製造
する場合、鋳片表層部においては冷間加工性と溶接性を
向上させる目的から、特にＣやＳ濃度を所定濃度以下に
低下させる必要がある。

方、コア部の被削性向上の観点からは、逆にＣやＳ濃度
を極力高める必要がある。このように、棒線材用リムド
鋼のブルーム・ビレット連鋳においては、鋳片内におけ
るＣとＳａ度分布を適切に調整することが重要な課題で
ある。

本発明は、前記課題を解決する棒線材用ブルーム・ビレ
ットの連続鋳造法を提起するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、重量比でＣ：　０．０２〜口、２０％、Ｓｉ
Ｓ２．１０％、Ｍｎ：０．３０〜１．６０％、Ｐ≦０．
０４０％、Ｓ二〇、０２０〜０．０４０％、へρ≦０．
０３０％残部を不可避不純物に調整した溶鋼に、鋳型内
電磁撹拌により３０〜１００ｃ＋ｎ／ｓｅｃの撹拌流動
を与えつ＼鋳造し、鋳片厚みの１０％以下の表層部分に
ＣとＳの負偏析度か０．９３以下となる負偏析帯を形成
させると共に、該表層部よりも内側のコア部には、Ｃと
Ｓの偏析度か１．１以上の偏析帯を形成せしめ、また、
二次冷却帯に設置した電磁撹拌装置により撹拌流動を与
えつ＼鋳造し、該撹拌流動により形成されるＣとＳの負
偏析帯を、鋳型的電磁撹拌により形成される負偏析帯に
一部重複して出現せしめることにより、ＣとＳの負偏析
度が０．９３以下となる表層部の厚みを鋳片厚みの２０
％以下にするものである。

本発明で溶鋼中の各成分濃度を規定する理由を、以下に
説明する。

Ｃは、要求される強度、冷間加工性、溶接性に合わせて
選定できるようにすべく、０．０２〜０．２０％の範囲
とする。

Ｓｉは０，１０％を超えると被削性やメツキ性に悪影響
を与えるため、０．１０％以下に規定する。

Ｍｎは、０．３０％未満では熱間加工性が低下し、１．
６０％を超えると冷間加工性や被削性が劣化するために
、０，３０〜１．６０％の範囲とする。

Ｐは、冷間加工性を確保するために０．０４０％以下に
する。

Ｓを０．０２０〜０．０４０％とする理由について以下
に述へる。

後述する鋳型的電磁撹拌及び二次冷却帯電磁撹拌によっ
て鋳片表層部に負偏析度０．９３以下の負偏析帯を形成
せしめるが、該負偏析帯のＳか［１，０４０％を超える
と表面の冷間加工性や溶接性が悪化するために、本発明
では、Ｓの上限を０．０４０％に規定する。Ｓの下限を
０．０２０％とする理由は、電磁撹拌により形成される
偏析度１．１以上のコア部偏析帯におけるＳ濃度を０．
０２０％超として、コア部の被削性を向上させるためで
ある。以上より、Ｓを０．０２０〜０．０４０％に規定
する。

また、ｌ）を０．０３０％以下とする理由は、溶鋼を脱
酸して連続鋳造時に鋳片表層部にＣＯ気泡欠陥を発生さ
せないようにするためである。

本発明では、上記のように調整した溶鋼に鋳型的電磁撹
拌により３０〜１ｏｏｃｏ＋／ｓｅｃの撹拌流動を与え
つ＼鋳造し、表層部分にＣとＳの負偏析度が０．９３以
下となる負偏析帯を形成させると共に、表層部よりも内
側のコア部には、ＣとＳの偏析度が１．１以上の偏析帯
を形成せしめるものであるか、これを達成するための必
要撹拌流速について以下に検討する。

発明者らは、鋳型的電磁撹拌による撹拌流速と、鋳片内
でのＣとＳの偏析に関する実験を行なった。

撹拌流速とＣの負偏析度の関係について得られた経験式
を（１）式に示す。

ニーで、撹拌流速は、実験の電磁撹拌装置を組み込んだ
鋳型内で溶解したフユーズトメタルの流速測定結果によ
る。また、Ｃの負偏析度は、鋳片を３關ピツチで段削り
した切粉のＣ分析値をレードルＣ値で除算することによ
り求めた。

Ｋｅ　−１−７，０Ｘ　１０’　（Ｋｅ　−Ｋｏ）　（
Ｕ／Ｖ）・・・（１） こ＼で、 Ｋｅ：Ｃの実行分配係数（負偏析度測定値）Ｋｏ：Ｃの
平衡分配係数 Ｕ　：撹拌流速（ｃｍ／５ｅｅ） Ｖ　：メニスカスから電磁撹拌コイル高さ方向中心まで
の凝固速度（ｃｍ／５ｅｅ） ＶＣ＝鋳造速度（ｍ／＋＋１ｎ） Ｋ　：凝固係数 （ブルーム連鋳：　２０龍・ｍ１ｎ−１１２ビレット連
鋳：　１５ｍｍ　・ｗｉｎ−１／２）Ｌｏ：メニスカス
から電磁撹拌コイル高さ方向中心までの距離（＝２４５
ｍｍ） 但し、 Ｖ−に／１２　（Ｌｏ／Ｖｃ／１０００）１／２１＊ｌ
／８００／１０次に、鋳型的電磁撹拌により、鋳片表層
部に負偏析帯を形成させるのに必要な最低撹拌流速を求
める。本発明では、Ｃの目標負偏析度をＫｅ≦０．９３
以下とする。また、Ｃ：　０．０２〜０．２０％程度の
低炭素鋼の平衡分配係数は、一般にＫｏ　−０，２２で
あるので、Ｋｅ≦０．９３及びＫｏ−０，２２を（１）
式に代入すると、必要最低撹拌流速は（２）式及び（３
）式にように求まる。

Ｕ≧１４０８Ｖ−４７，４（Ｖｃ）ｌ１２（ブルーム連
鋳の場合）　　　・・・（２）Ｕ≧１４０８Ｖ−３５，
６（Ｖｃ）１／２（ビレット連鋳の場合）　　　・・・
（３）即ち、ブルーム連鋳において一般的鋳造速度であ
るＶｃ＝０．５ｍ／１ｎ、及びＶｃ＝１．０ｍ／ｌｌ１
１ｎの時の必要撹拌流速は、（２）式から夫々Ｕ≧３４
ｃｍ／ｓｅｃ、及びＵ≧４７ｃｍ／ｓｅｃ以上となる。

同様に、ビレット連鋳において一般的鋳造速度であるＶ
　ｃ＝　２．５ｍ　／　ｓｉｎの場合は、必要撹拌流速
は（３）式からＵ≧５６ｃｍ／ｓｅｃと求まる。

これらの結果は、表層部の目標負偏析度をＫｅ≦０．９
３とした場合であるが、本発明では負偏析度Ｋｅを更に
小さくし、且つコア部の目標偏析度を更に大きくしよう
とする場合には、撹拌流速を更に大きな値とするもので
ある。しかしながら、撹拌流速を大きくし過ぎると鋳型
内パウダーの巻き込みが発生するために、Ｕ　−１００
ω／ＳｅＣを上限とするものである。

以上の結果から、本発明での鋳型内電磁撹拌における撹
拌流速はＵ　：　３０〜１００ｃｍ／ｓｅｃに規定する
ものである。

次に、本発明における負偏析帯の必要厚みについて述べ
る。溶接用ナツトは、通常１５關φ前後の線材から引抜
加工・せん断・冷間鍛造を受けてナツトの外形か形成さ
れ、次いて横断面中央部を打ち抜きしタッピング加工し
て製造されることを前に述べた。

引抜加工・冷間鍛造の際には、線材径の約１０％（１５
順φ線材の場合、約１．５ｍｍ程度）の表層部負偏折帯
厚みがあれば、加工性は良好である。また、打抜加工と
タッピング加工では、線材径の８０％以内の中心部が加
工される。従って、負偏析帯の必要厚みを、鋳片厚みの
１０％以下と規定する。

電磁撹拌流動による洗浄作用を受けた表層部分は、上記
のようにＣとＳ濃度が低下し負偏析を呈するか、表層部
よりも内側のコア部には、表層部からはじき出されたＣ
とＳが濃化してこれらの偏析帯が形成される。

本発明では、負偏析帯の厚みを更に増大させる方法とし
て、二次冷却帯に電磁撹拌装置を設置して撹拌流動を与
えつ＼鋳造し、該撹拌流動により形成されるＣとＳの負
偏析帯が、鋳型内電磁撹拌により形成される負偏析帯に
一部重複して出現せしめることにより、ＣとＳの負偏析
度が０．９３以下となる表層部の厚みを鋳片厚みの２０
％以下にする。

一方、鋳片断面内でのＣとＳの偏析度に関する調査結果
を第１図に示す。

断面サイズ３５０ｍｍ　Ｘ　５６０ｍｍのブルームを、
鋳造速度Ｖ　ｃ　−０，５０ｒｒｊ　／ｗｉｎ、鋳型内
電磁撹拌の流速Ｕ　−６０ｃｍ　／　ｓｅｅで鋳造した
場合の結果であるが、電磁撹拌を受けた表層部には、Ｃ
１Ｓ共に所要の負偏析帯が形成され、且つ表層部よりも
内側のコア部には、電磁撹拌により表層部からＣ１Ｓ共
に偏析度１．１以上の偏析帯が形成されている。

第１図に示した如く、鋳型内電磁撹拌により形成される
負偏析帯に引き続いて、ＣとＳの負偏析帯が形成される
ので、表面の加工性が向上すると共に、コア部の偏析度
も増大し被削性が向上する。

本発明によれば、溶鋼成分の調整と電磁撹拌の適用によ
り、冷間加工性と溶接性に優れた表面を有し、且つ被削
性に優れたコア部を有する溶接用ナツト等棒線材用リム
ド鋼の連鋳法による製造が可能となる。

（実　施　例） １５０Ｔ転炉でＡ　Ｉ　Ｓ　Ｉ　１１１０相当のリムド
鋼を溶製し、ＲＨにおいて溶鋼成分を０，０６％Ｃ−０
，０３％５ｉ−０，４５％Ｍｎ−０，０２５％Ｐ−０．
０３５％Ｓ−０．０１５％Ａ、Ｑに調整した。また、酸
素濃淡電池で測定した溶鋼中Ｏ濃度は、４０ｐｐｌｉで
あった。

曲率半径１２ｍＲの湾曲型連鋳機で、横断面サイズが３
５０ｍｍ　Ｘ　５６０ｍｍのブルームを、浸漬ノズルと
モールドパウダーを用い、鋳造速度Ｖｃ　−０，５ｍ／
ｍｉｎで鋳造した。

リニアモーター型の鋳型的電磁撹拌装置をメニスカス下
２４５ｍｍの位置に設置し、溶鋼に水平撹拌流動を与え
ながら鋳造した。撹拌流速は（２）式で与えられる流速
よりも大きいＵ　＝　６０ｃｍ　／　ｓｅｅとした。

更に、メニスカスから３ｍの位置にリニアモーター型の
電磁撹拌装置を設置し、撹拌流速３０ｃｍ／ＳＱＣの流
動を与えながら鋳造した。得られたブルーム鋳片内のＣ
とＳの偏析度を第１図に示す。

図から明らかなように、表層部員偏析帯ては、ＣとＳの
負偏析度は、０．８５となっている。コア部でのＣＳ偏
析度は、目標通り１．１以上になっている。

次に、該鋳片を圧延して得たビレットの被削性試験結果
を、造塊法によるリムド鋼と比較して表１に示した。尚
、被削性は、工具５ＫＨ５１（１０關φ）を使用し、切
削速度３０ｍ／ｉ＋ｉｎ、送り速度０、２０ｍ＋ａ　／
　ｒｅｖの条件でドリル寿命を測定し評価した。

本発明での被削性は、造塊材の被削性と遜色のない結果
か得られている。

表　　　１ 更に、本発明になる連鋳材を１５關φの線材に圧延し、
溶接用ナツトに加工したところ、図には示さないが従来
の造塊材と同等の使用成績が得られた。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明法によれば、表面品質か良
好でコア部の被削性に優れたリムド鋼を連鋳法て製造可
能となり、従来造塊法に比ベコスト削減及び品質安定化
に対する効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例における鋳片断面内でのＣと
Ｓの偏析度を示す図表である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量比で Ｃ：０．０２〜０．２０％、 Ｓｉ≦０．１０％、 Ｍｎ：０．３０〜１．６０％、 Ｐ≦０．０４０％、 Ｓ：０．０２０〜０．０４０％、 Ａｌ≦０．０３０％、 残部を不可避不純物に調整した溶鋼に、鋳型内電磁撹拌
   により３０〜１００ｃｍ／ｓｅｃの撹拌流動を与えつゝ
   鋳造し、鋳片厚みの１０％以下の表層部分にＣとＳの負
   偏析度が０．９３以下となる負偏析帯を形成させると共
   に、該表層部よりも内側のコア部には、ＣとＳの偏析度
   が１．１以上の偏析帯を形成させることを特徴とする棒
   線材用ブルーム・ビレットの連続鋳造法。 ２、二次冷却帯に設置した電磁撹拌装置により撹拌流動
   を与えつゝ鋳造し、該撹拌流動により形成されるＣとＳ
   の負偏析帯を、鋳型内電磁撹拌により形成される負偏析
   帯に一部重複して出現せしめることにより、ＣとＳの負
   偏析度が０．９３以下となる表層部の厚みを鋳片厚みの
   ２０％以下にすることを特徴とする請求項１記載の棒線
   材用ブルーム・ビレットの連続鋳造法。