JPH05123831A - 複合鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

複合鋳片の連続鋳造方法

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JPH05123831A
JPH05123831A JP28676691A JP28676691A JPH05123831A JP H05123831 A JPH05123831 A JP H05123831A JP 28676691 A JP28676691 A JP 28676691A JP 28676691 A JP28676691 A JP 28676691A JP H05123831 A JPH05123831 A JP H05123831A
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molten metal
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composite
solidified
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JP28676691A
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Toru Kato
徹 加藤
Masahiro Yoshihara
正裕 吉原
Ryoji Baba
良治 馬場
Kozo Ota
晃三 太田
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シームレスクラッド鋼管用素材としての複合
中実、中空鋳片を高速でしかも長尺に鋳込むことがで
き、かつ鋳込み時の芯材偏心、界面はがれといった欠陥
のない連続鋳造法を提供する。 【構成】 下記式を満足する条件下で、両端開放鋳型内
に芯材を挿入しつつ、その周囲に溶湯を注入し、溶湯を
連続的に凝固させながら、芯材とともに凝固シェルを引
抜く。 TSM < TM < TBT ここで、TSM: 溶湯の固相率が70%となる温度 TBT: 芯材の脆性遷移温度 TM : 芯材の経時的な最高到達温度

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複合鋳片の連続鋳造方
法、例えばシームレスクラッド鋼管用素材としての複合
鋳片を連続的に製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、工業技術の目まぐるしい進歩発展
と社会情勢の変化の中で、従来知られていた単独の材料
では実現できないような各種特性を兼備した素材に対す
る要望が高まってきており、これらの要望に応えるべ
く、クラッド鋼を始めとして様々な複合材料が提案さ
れ、実用されている。
【0003】ところで、一般にクラッド鋼の製造方法に
は爆着法、圧延法、肉盛り溶接法および鋳ぐるみ法がよ
く知られている。このうち前者の三つの方法は母材の表
面に合わせ材を各々の手段で接合するものであり、生産
性、コスト面でシームレスクラッド鋼管用の管の製造方
法としては問題がある。
【0004】これに対して、鋳ぐるみ法は、芯材を溶湯
によって鋳ぐるみ封入することによって製造するもので
あり、鋳造操作の連続化の可能性もあり、生産性向上、
コスト低減を実現できる技術として大きく期待される方
法の一つである。従来、このような鋳ぐるみ法によって
複合材料を連続的に製造する、実用化が有望な手段とし
て、例えば特開昭53−29229 号公報や特開昭54−71039
号公報に開示されているような方法が知られている。
【0005】上記各公報に記載される方法は、複合ロー
ルや複合ビレットを連続的に製造しようとするものであ
り、異種金属溶湯を保持するタンディッシュの側面に連
結した両端開放水平鋳型内へ、該タンディッシュの対向
側面から芯材を連続的に挿入し、該芯材の周囲に金属溶
湯を凝固・付着せしめてピンチロールで連続的に鋳型か
ら引き抜くことにより複合材を高能率で製造しようとい
うものである。
【0006】しかしながら、このような水平連続鋳造法
では芯材の供給がタンディッシュの側面を貫通して行わ
れる関係上、芯材供給部の溶湯洩れ防止のために極めて
複雑で高精度の機構を要し、工業規模での実用化は極め
て困難なものであった。一方、本出願人は特開昭62−20
3640号において、シームレスクラッド鋼管用素材として
の複合中空鋳片を高速でしかも長尺に鋳込むことがで
き、かつ、鋳込み時での完全結合を可能とする複合中空
鋳片の連続鋳造法を提案した。
【0007】すなわち、この方法は、図1に示すよう
に、一端にタンディッシュ1を直結した両端開放鋳型2
内へ、中空芯材3を挿入しつつ、該タンディッシュ1に
よって挿入芯材3の周囲に溶湯4を注入して連続的に凝
固させ、間欠的若しくは連続的にこの鋳型より下方に引
き抜くことにより複合鋳片を連続鋳造する方法である。
【0008】この方法によれば、中空の挿入芯材3の外
表面のみを溶融状態にし、鋳造時に接合良好な複合丸鋳
片を得ることができる。実施例として、ビレットサイズ
直径203mm(鋳型直径216mm)鋳片について、いくつかの中
空芯材の外表面のみを溶融させ、鋳造状態で接合した例
を紹介している。
【0009】なお、図中、符号5は中空芯材3のサポー
トロール、6はフィードノズル耐火物、7は接続耐火
物、8は凝固シェルをそれぞれ示す。この特開昭62−20
3640号公報に記載の発明は優れた方法ではあるが、芯材
の周囲を一旦溶融させなければならないため、外層より
も内層の融点の方が高いような材料の場合には接合が困
難であった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】かくして、本発明の第
一の目的は、芯材を溶融させず、各サイズ毎の最適接合
条件を求める必要のない効率的な複合鋳片の連続鋳造法
を提供せんとするものである。ところで、従来より、複
合ビレットの連続鋳造に際しては、芯材と合わせ材との
界面部分に、芯材偏心、界面はがれといった欠陥が生じ
る場合があることが知られている。かかる欠陥をもつ素
材をシームレスクラッド鋼管に加工すると偏肉、芯材脱
落といった製品上の欠陥となる。
【0011】したがって、本発明の別の目的は、シーム
レスクラッド鋼管用素材としての複合中実および複合中
空鋳片を高速でしかも長尺に鋳込むことができ、かつ、
鋳込み時での芯材偏心、界面はがれといった欠陥のない
複合鋳片の連続鋳造法を提供せんとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】前述したように、複合鋳
片の連続鋳造においては、芯材と合わせ材との界面部分
に芯材偏心、界面はがれといった欠陥が生じることがあ
る。本発明者らは、芯材の温度を経時測定した時の最高
到達温度により、芯材およびその近傍の状況が芯材偏
心、界面はがれ、良好な接合のうちいずれになるか決ま
ることを知った。
【0013】この知見に基づいてなされた本発明は、1
つの面からは、両端開放鋳型内に芯材を挿入しつつ、そ
の周囲に溶湯を注入し、当該溶湯を連続的に凝固させな
がら、前記芯材とともにこの生成した凝固シェルを前記
鋳型から引抜くことにより複合鋳片を製造する方法にお
いて、下記式を満足する条件下で溶湯の注入、凝固、そ
して引き抜きを行うことを特徴とする複合鋳片の連続鋳
造方法である。
【0014】 TSM < TM < TBT ・・・・(1) ここで、TSM: 溶湯の固相率が70%となる温度 TBT: 芯材の脆性遷移温度 TM : 芯材の経時的な最高到達温度 本発明は鋳型が縦形でも横形でもその鋳込形態には制限
されない。しかし、好ましくは操業上の便から縦形鋳型
を用いる。
【0015】本発明の実施に当たっては、前記芯材の温
度を最高温度到達箇所の近傍、例えば芯材外表面近傍の
箇所において測定しながら溶湯の注入、凝固、そして引
き抜きを行ってもよい。なお、芯材の脆性遷移温度TBT
については後でその算出方法について述べる。
【0016】
【作用】次に、本発明における上述のように鋳込条件を
限定した理由を詳述する。本発明者は、複合中実あるい
は複合中空鋳片の連続鋳造に際して、芯材近傍において
は、一旦初期凝固シェルが生成した後、当該シェルに復
熱が起こり、復熱後は芯材温度は肉厚方向でほぼ一定で
あり、またこの温度と初期凝固シェル温度とはほぼ等し
くなるという知見を得た。
【0017】この復熱時に初期凝固シェルが再溶解しな
ければ、接合面部分では固相間の相互拡散となり、十分
な拡散接合とならず界面はがれが生じる。すなわち、良
好な界面接合状態を得るためには初期凝固シェルが溶解
して溶湯中への拡散が十分におこる温度まで復熱するこ
とが必要である。
【0018】一般に、金属では固相率が70%以上あれ
ば、その形状を維持できることが知られている。したが
って、芯材表面に生成した前記初期凝固シェルが溶湯の
固相率が70%となる温度TSMより以上の高温にまで復熱
しない時には初期凝固シェルが十分再溶解せず、溶湯と
芯材の界面では固相間の相互拡散となるため拡散不十分
となり界面はがれが生じる。
【0019】一方、鋼は脆性遷移温度TBT以上になると
粒界溶融が生じるため、急速にその強度を失う。したが
って、芯材温度がその脆性遷移温度に達した場合には、
芯材強度が急速に低下し、芯材軟化さらには、芯材溶融
が起こる。すなわち、良好な界面接合状態を得るために
は芯材の最高到達温度TM が芯材の脆性遷移温度TBT
で達しないことが必要である。
【0020】前述のように初期凝固シェル復熱後は、芯
材温度と初期凝固シェル温度とはほぼ等しくなることか
ら、芯材温度を測定しつつ鋳込みを行えば、その最高到
達温度により良好な接合状態が得られているかどうか判
定可能となる。したがって、別の面からは本発明は、測
定した芯材温度の最高到達温度TM が前記の式の条件を
満足するとき、芯材と合わせ材とが良好な接合となると
判定することを特徴とする複合中実および複合中空丸鋳
片の芯材と合わせ材との界面接合状況判定方法というこ
ともできる。
【0021】
【実施例】本発明方法による実施例および比較例を以下
に説明する。以下の実施例および比較例は、複合シーム
レス鋼管の素材を対象としたものであり、その実施に当
たっては図1に示したタンディッシュ鋳型直結式連続鋳
造装置を用いた。表1に芯材および鋳ぐるみ溶湯の化学
成分と凝固温度を示す。
【0022】温度TSMは前述のように溶鋼の固相率が70
%となる温度でこの温度では溶鋼中の拡散が十分に生じ
る。これは溶鋼の液相線温度TL と固相線温度TS の間
で固相率と温度とに線形関係があると仮定して求めた。
芯材の脆性遷移温度TBTは、藤井らが鉄鋼の凝固、鉄鋼
基礎共同研究会、凝固部会(1977)で報告したように、ま
ず、表1に示した芯材の化学成分から計算固相線温度を
求め、同報告にある計算固相線温度と脆性遷移温度との
関係から求めた。なお、上記報告文は本明細書の一部と
してここに援用する。
【0023】このようにして求められた表1の合わせ材
および芯材におけるTSMは1429℃、TBTは1475℃であっ
た。本実施例では、TM を変化させるために初期溶鋼過
熱度ΔTを9〜120 ℃に変化させ、各々の実験について
鋳込みの初期と後期の2点の調査を行った。芯材内に埋
め込んだ熱伝対により芯材の温度を測定しその経時変化
により最高到達温度TM を決めた。この最高到達温度は
芯材外表面より2mm内側の箇所で計測された。
【0024】鋳込み条件は下記表2に示した通りであ
り、鋳型と鋳片間の潤滑維持のために間欠引き抜きを行
った。また、芯材表面にNH4BF4+バインダー (樹脂) を
1:1に配合したスカム反発材を塗布した。表3中に中
空芯材寸法直径50mm×厚さ10mmの場合における実施例お
よび比較例を示す。
【0025】芯材の最高到達温度TM がTSMより低いと
きに芯材と合わせ材との界面にはがれが生じ (比較例
1)、TBTより高いときに芯材軟化が生じている (比較例
2)。一方、実施例1〜3に示すように、本発明方法によ
れば界面はがれ、芯材軟化といった欠陥のない複合鋳片
の連続鋳造が行われた。なお、芯材の経時的な最高到達
温度は計測によるものである必要はなく、伝熱計算等に
より求めれば、鋳込みを行なわなくとも芯材およびその
近傍の状況の推定が可能となる。
【0026】また、芯材や鋳片の寸法あるいは材質を変
更した場合についても、本発明の方法が有効であること
は言うまでもない。その技術的思想は同一であるからT
SM、TBTを直ちに計算で求め、その範囲内にTM がくる
ようにして操業を行えば鋳込時での芯材偏心、界面はが
れといった欠陥のない鋳片が得られる。さらに、芯材内
を冷却する、あるいは芯材を予熱する等の方法により、
芯材の最高到達温度が本発明において規定する条件を満
たすように変化させることも有効である。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】
【0030】
【発明の効果】本発明の方法を用いることによって、複
合鋳片の連続鋳造時に界面はがれ、芯材軟化といった欠
陥のない良好な鋳片が得られる。しかもこれは鋳片サイ
ズの如何によって新たな条件設定を行う必要はないので
あって、実用上からは効率的方法と言える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施するための装置の概略説明図
である。
【符号の説明】
1 : タンディッシュ、 2 : 両端開放鋳型、3
: 中空芯材、 4 : 溶湯、5 : サポー
トロールトロール 6 : 耐火物、7 : 耐火物、
8 : 凝固シェル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 晃三 大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金 属工業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 両端開放鋳型内に芯材を挿入しつつ、そ
    の周囲に溶湯を注入し、当該溶湯を連続的に凝固させな
    がら、前記芯材とともにこの生成した凝固シェルを前記
    鋳型から引抜くことにより複合鋳片を製造する方法にお
    いて、下記式を満足する条件下で溶湯の注入、凝固、そ
    して引き抜きを行うことを特徴とする複合鋳片の連続鋳
    造方法。 TSM < TM < TBT ここで、TSM: 溶湯の固相率が70%となる温度 TBT: 芯材の脆性遷移温度 TM : 芯材の経時的な最高到達温度
  2. 【請求項2】 請求項1記載の複合鋳片の製造方法にお
    いて、前記芯材の温度を測定しながら溶湯の注入、凝
    固、そして引き抜きを行う連続鋳造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の複合鋳片の製造方法にお
    いて、測定した芯材の経時的な最高到達温度TM が請求
    項1記載の式の条件を満足するとき、芯材と合わせ材と
    が良好な接合となると判定することを特徴とする複合中
    実および複合中空丸鋳片の芯材と合わせ材との界面接合
    状況判定方法。
JP28676691A 1991-10-31 1991-10-31 複合鋳片の連続鋳造方法 Withdrawn JPH05123831A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105328167A (zh) * 2015-10-30 2016-02-17 东北大学 一种生产钢铝复合管材的dc铸造装置及方法
CN114160764A (zh) * 2021-11-22 2022-03-11 昆明理工大学 一种采用连铸生产复合材料的方法
CN116140570A (zh) * 2022-10-14 2023-05-23 大连理工大学 一种电磁搅拌装置及水平连续铸造装置

Cited By (4)

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CN105328167A (zh) * 2015-10-30 2016-02-17 东北大学 一种生产钢铝复合管材的dc铸造装置及方法
CN105328167B (zh) * 2015-10-30 2017-12-01 东北大学 一种生产钢铝复合管材的dc铸造装置及方法
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Effective date: 19990107