JPH06102815B2 - 熱間スラブの幅サイジング用金型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱間スラブを全長にわたって幅圧下し、所定
幅に加工する際に使用する熱間スラブの幅サイジング用
金型に関する。

（従来の技術） 自動車、船舶、そのほか種々の用途に使用される鋼板
は、幅の広いものもあれば狭いものもあり、そのサイズ
は広範囲におよんでいる。このようなサイズの異なる鋼
板を熱間圧延するに際し、それぞれの製品幅に応じた最
適な幅のスラブを供給することができるなら、鋳造およ
び圧延工程などの能率を高め、歩留り向上を図ることが
できる。

そこで製品幅に応じた最適幅のスラブを製造する方法が
種々提案されている。例えば連続鋳造中に鋳型の幅変え
を行う方法や、竪型圧延機で幅圧下する方法、あるいは
プレスにより幅サイジングする方法などである。プレス
による方法は第１図に示すように、スラブＳの側面に対
し平行な面２と傾斜した面３を有する金型１でスラブ側
面を圧下し、サイジングするものである。この方法は鋳
型の幅変えや竪型圧延機による方法に較べて能率がよい
ことから、最近多く実施されるようになった。しかしプ
レスによる方法では金型とスラブの接触時間が長いため
に金型温度が異常に上昇し、スラブ圧下面に摩耗とヒー
トクラックが発生してその寿命を著しく縮める。その結
果、金型費用が嵩んでサイジングコストが増大したり、
金型交換頻度が増えて能率が上がらないという問題があ
る。そこで最近では下記のような方法で金型を冷却しな
がらサイジングする方法が実施されている。

a.金型圧下面に散水する方法 この方法はスラブ圧下中の金型圧下面に多量の冷却水を
散布するもので、非常に簡便な冷却方法である。しかし
この方法ではスラブが局所的に過冷却されて品質が悪化
するという欠点がある。また別の散水方法として前のス
ラブを圧下した後、次のスラブが到着するまでの間に散
水する方法もあるが、金型は圧下面だけでなく内部まで
加熱されており、待ち時間の間では十分な冷却ができな
い。またこの方法では圧下面だけが急冷され、内部との
温度差が大きくなって過大な熱応力が生じ、ヒートクラ
ックが発生するという問題がある。

b.金型内部に通水する方法 この方法は金型内部に水路に設けて金型内部から冷却す
るもので、金型全体をほぼ均等に冷却することができ
る。しかし高サイクルで往復運動する金型内部に冷却水
を供給するために装置が複雑になり、メンテナンスに手
間を要するうえ、冷却効率が低いという問題がある。

（発明が解決しようとする課題） 熱間スラブの幅サイジングに使用される金型は、サイジ
ング中に温度が上昇して摩耗やヒートクラックが発生す
る。そこで、従来は金型を冷却して寿命の延長を図って
いるが、期待するほどの効果が得られていないのが実情
である。

本発明の課題は、冷却水を使用することなく、金型材料
を改良することで、耐摩耗性と耐ヒートクラック性を兼
ね備えた寿命の長い熱間スラブの幅サイジング用金型を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、金型をNi、Cr、Mo、Coなどを含む低合金鋼
で構成し、且つ、その硬度を一定の範囲に調整すれば、
耐摩耗性と耐ヒートクラック性とが著しく改善されるこ
とを見出し、先に特許出願した（特願平1-317966号、同
135454号）。

その後、さらに検討を進めたところ、金型の基地の組織
をベイナイト主体にすれば一段と耐摩耗性と耐ヒートク
ラック性とが改善されること、およびその方法としてMo
を増量するのがよいことを見出した。

上記新しい知見に基づく本発明は「熱間スラブの幅サイ
ジング用金型であって、その化学組成が重量％で、 C:0.15〜0.35％、 Si:0.1〜1.5％、 Mn:0.2〜1.5％、 Ni:1.0％以下、 Cr:0.8〜2.5％、 Co:1.0％以下、 Mo:1.5％超え5.0％以下 さらに、ＶおよびNbの１種または２種を合計で1.0％以
下、残部が実質的にFeからなり、かつ基地の組織が面積
率で80％以上のベイナイトである熱間スラブの幅サイジ
ング用金型」にある。

（作用） 以下、本発明の金型の化学組成およびベイナイト組織の
面積率を前記のように限定する理由を述べる。

なお、含有成分の「％」は『重量％』である。

C:0.15〜0.35％ Ｃは焼戻し過程でCr、Mo、Ｖと結合して微細炭化物を形
成し、高温強度、高温靱性を高める働きがある。しか
し、含有量が0.15％未満では前記効果が小さく、0.35％
を超えて含有すると炭化物が粗大化し、高温靱性が著し
く低下する。

Si:0.1〜1.5％ Siは脱酸剤として作用し、また溶湯の湯流れをよくす
る。さらには、MoやCrなどと共に基地の組織のベイナイ
ト化を促進する働きがある。しかし、0.1％未満の含有
量では前記効果が得られず、1.5％を超えて含有すると
基地の脆化を招き、耐ヒートクラック性が低下するの
で、0.1〜1.5％の含有量と定めた。

Mn:0.2〜1.5％ MnはSiと同様に脱酸の作用を有するが、0.2％未満の含
有量では十分な脱酸効果が得られず、1.5％を超えて含
有すると靱性が低下するので、0.2〜1.5％の含有量とし
た。

Ni:1.0％以下 Niには焼入性や深硬性を高め高温強度を改善する他、組
織を緻密にし、耐ヒートクラック性や靱性を高める働き
がある。これらの効果はわずかな含有量から発揮される
が、1.0％を超えて含有すると残留オーステナイトが増
加し、高温での組織が不安定となるので、1.0％以下の
含有量とした。

残留オーステナイトは、特に高温下では変能しやすく、
使用中にマルテンサイト等に変態し、急激な膨張が生
じ、耐ヒートクラック性を低下させる。

Cr:0.8〜2.5％ CrはＣと結合して高温軟化抵抗に優れた炭化物を形成
し、高温強度を高める他、基地の組織のベイナイト化を
促進する作用がある。しかし、含有量が0.8％未満では
前記効果が少なく、2.5％を超えて含有すると脆弱な共
晶炭化物が多量に晶出し、高温靱性が劣化するので、0.
8〜2.5％の含有量とした。

Mo:1.5％超え5.0％以下 Moは、金型全体の基地の組織を面積率で80％以上のベイ
ナイトとするのに必要不可欠な元素であるとともに、ベ
イナイト基地中に固溶もしく微細炭化物として析出する
ことによって高温軟化抵抗をはじめとする高温特性を著
しく改善する。しかし、1.5％以下ではフェライトやパ
ーライト主体の組織になりやすく、5.0％を超えて含有
するとマルテンサイト主体の組織が出現しやすくなり、
金型全体を一様に面積率で80％以上のベイナイト組織と
するのが困難となる。従って、Mo含有量は1.5％超え5.0
％以下とする。但し、Moが3.0％を超えると組織中の残
留オーステナイトが増加し、耐摩耗性や耐ヒートクラッ
ク性を損なう危険性があるので、Moの望ましい含有量は
1.5％超え3.0％以下である。

Co:1.0％以下 Coは、焼入れ過程においてCr、Ｖ、Moの炭化物生成元素
のオーステナイトへの固溶を促進する働きがある。固溶
したCr、Ｖ、Moは焼戻し過程で微細炭化物として析出
し、高温強度、高温靱性を高める。

高温強度が高くなると摩耗は減り、ヒートクラックが発
生し難くなると共に高温靱性の改善によりその成長速度
も抑制されるため、金型の耐ヒートクラック性が格段に
向上する。しかし、その含有量が1.0％を超えると逆に
焼入れ性が低下し、十分な高温強度が得られず高温靱性
も低下するので、1.0％以下の含有量とした。

V,Nbの１種または２種の合計:1.0％以下 ＶおよびNbは結晶粒を微細化するほか、基地中に微細炭
化物として析出し、高温強度および高温靱性を改善する
効果がある。しかし、その含有量が合計で1.0％を超え
ると炭化物が粗大化して機械的性質が低下することか
ら、１種または２種合計で1.0％以下と定めた。

残部はFeおよび不可避不純物である。不純物としては
Ｐ、Ｓが代表的である。ＰおよびＳは合金を脆化させる
ので、それぞれ0.08％以下の含有量に抑えるのがよい。

ベイナイト組織：面積率で80％以上 第２図および第３図は、C:0.30％、Si:0.32％、Mn:0.47
％、Ni:0.17％、Cr:1.45％、Co:0.2％、Mo:1.55％、V:
0.22％、Nb:0.11％、残部が実質的にFeからなる合金
を、大きさの異なる熱処理素材として準備し、950℃で
焼入れ、650℃で焼戻して、質量効果により基地の組成
をマルテンサイト、ベイナイトまたはフェライトの単相
としたものについて、JIS G 0567に準じて引張試験を行
い、各温度における引張強さと絞りを調べた結果を示し
たものである。絞りは試験片の原断面積と破断後におけ
る試験片の最小断面積との差の原断面積に対する百分率
である。

第２図および第３図より、500℃を超える高温下では、
基地の組織がベイナイトであれば高温強度、絞り（靱
性）が共に高いレベルにあることがわかる。

本発明において、基地組織をベイナイトとするのは、上
記の理由からである。そして、そのベイナイト組織を面
積率で80％以上にするのは、80％未満では高温強度およ
び靱性が十分でなく、金型の摩耗が大きくなったり、深
いヒートクラックが発生したりするからである。

第４図および第５図は後述する実施例における各金型の
摩耗量およびヒートクラック深さをベイナイトの占める
割合との関係でグラフ化したものである。

基地組織にベイナイトが占める割合が面積率にして80％
以上であれば摩耗量は少なく、且つヒートクラック深さ
は浅く、耐摩耗性と耐ヒートクラック性が共に優れてい
ることがわかる。

金型全体の基地の組織を面積率で80％以上のベイナイト
とするには、前記組成の合金で作られた金型に、900〜1
050℃のオーステナイト域からの焼入れと、それに続く6
00〜670℃での１〜３回の焼戻しを施せばよい。従っ
て、本発明の金型の基地組織のベイナイトは、厳密には
焼戻しベイナイトである。焼入れは900℃未満の温度で
はフェライト主体の基地組織となりやすく、1050℃を超
える温度ではマルテンサイトと残留オーステナイト主体
の基地組織となり、ベイナイトが面積率にして80％以上
にならないので、耐摩耗性の向上が小さい。

焼戻しは、析出硬化、硬度調節、残留応力低減等を目的
に行われるが、焼入れによって得られた基地組織割合を
基本的には変化させることはない。この焼戻しは600℃
未満の温度では焼入れ後の残留オーステナイトの分解が
十分進まないため、高温での組織が不安定になる他、絞
りが著しく低下し、耐ヒートクラック性に劣る。670℃
を超える温度で焼戻しすると、ベイナイト組織の分解が
始まり高温強度が低下し、耐摩耗性や耐ヒートクラック
性に劣る。

（実施例） 以下、本発明のスラブの幅サイジング用金型を実施例に
基づいて説明する。

第１図に示すような形状を有し、第１表に示す化学組成
と組織を有する金型を制作した。なお、熱処理として
は、全て焼入れ（1000℃から油冷）とそれに続く焼戻し
（650℃から油冷）を１回施した。そして、この金型
（平行部長さ:500mm、傾斜部長さ:920mm、厚さ:400mm、
傾斜角度:12度）で、連続鋳造により製造された幅1000m
m、厚さ250〜270mm、長さが6.9〜9.4m、温度が約1200℃
の炭素鋼のスラブ1500トンを100〜350mmの幅圧下量でサ
イジングを行い、金型圧下面の摩耗量およびヒートクラ
ック深さを調べた。その結果を第１表、第４図および第
５図に示す。

第１表において、No.1〜No.6は本発明の金型、No.7およ
びNo.8は前掲の先願（特願平1-317966号）発明の金型、
No.9も同じく先願（特願平1-315454号）発明の金型、N
o.10はCr含有量の多い比較例の金型である。

先願発明の金型は比較例の金型より摩耗量が少なく、ヒ
ートクラック深さは浅いが、本発明例の金型よりは劣っ
ている。本発明の金型はいずれも耐摩耗性および耐ヒー
トクラック性の両方に優れている。

（発明の効果） 実施例にも示した如く、本発明の熱間スラブの幅サイジ
ング用金型は優れた耐摩耗性と耐ヒートクラック性を兼
備しているので、その寿命は一段と長い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、金型によりスラブを幅圧下している状態を示
す平面図、 第２図は、基地組織の違いによる温度と引張強さの関係
を示すグラフ、 第３図は、基地組織の違いによる温度と絞りの関係を示
すグラフ、 第４図は、ベイナイト組織の占める割合と摩耗量との関
係を示すグラフ、 第５図は、ベイナイト組織の占める割合とヒートクラッ
クとの関係を示すグラフ、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱間スラブの幅サイジング用金型であっ
   て、その化学組成が重量％で、 C:0.15〜0.35％、 Si:0.1〜1.5％、 Mn:0.2〜1.5％、 Ni:1.0％以下、 Cr:0.8〜2.5％、 Co:1.0％以下、 Mo:1.5％超え5.0％以下 さらに、ＶおよびNbの１種または２種を合計で1.0％以
   下、残部が実質的にFeからなり、かつ基地の組織が面積
   率で80％以上のベイナイトである熱間スラブの幅サイジ
   ング用金型。