JPH07121437B2 - Cr含有鋼連続鋳造鋳片の中心部欠陥の防止方法 - Google Patents

Cr含有鋼連続鋳造鋳片の中心部欠陥の防止方法

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JPH07121437B2
JPH07121437B2 JP4386588A JP4386588A JPH07121437B2 JP H07121437 B2 JPH07121437 B2 JP H07121437B2 JP 4386588 A JP4386588 A JP 4386588A JP 4386588 A JP4386588 A JP 4386588A JP H07121437 B2 JPH07121437 B2 JP H07121437B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、Cr含有鋼の連続鋳造に際してみられる鋳片の
中心部欠陥の発生防止方法、特にCrMo鋼およびCr系ステ
ンレス鋼の連続鋳造に際してみられる鋳片の中心部欠陥
(以下、「キャビティ」とも云う)の抑制技術に関する
ものである。
(従来の技術) 管材用等のCrMo鋼およびCr系ステンレス鋼においては、
従来より連続鋳造の段階にて、鋳片の中心部欠陥、つま
り鋳片の中心部のキャビティ生成が激しく、圧延によっ
て製品としたときの鋼管内面疵等の原因となる場合があ
る。
かかるキャビティ抑制対策としては、従来、主に次の3
つの方法がとられてきた。
鋳込速度の低下 溶鋼加熱温度の低下 電磁撹拌の採用 上記3つの方法は、いずれも、凝固組織の改善、すなわ
ち、等軸晶生成促進により中心部へのキャビティの集中
を避け、中心部周囲へ分散生成させることを目的とする
ものである。
しかしながら、上記方法には、以下に示すような問題点
がある。
に関する問題点としては生産性の低下およびタンディ
ッシュスライディングノズル閉塞による鋳込中断があ
る。
に関する問題点としてはタンディッシュスライディン
グノズル閉塞による鋳込中断がある。
に関する問題点としては改善効果に限界があることで
ある。
このような問題から、従来法における上記、、の
キャビティ抑制対策は、実際の操業への適用に際して限
界が生じてくる。
(発明が解決しようとする課題) 本発明の目的はCr含有鋼の連続鋳造時にみられる鋳片の
中心部欠陥を効果的に防止する方法を提供することであ
る。
本発明のさらに具体的目的は、Cr5%以上含有するCrMo
鋼およびCr系ステンレス鋼等のCr含有鋼の連続鋳造時に
みられる鋳片の中心部欠陥を防止する方法を提供するこ
とである。
(課題を解決するための手段) 連続鋳造片におけるキャビティ生成は、従来より第1図
に示すような機構によると考えられている。
すなわち、鋳型に注入された溶鋼1はメニスカス2の部
分から凝固を開始し、凝固シェル3が鋳型壁から成長
し、中心部に向かう。固相線4と液相線5との間にはデ
ンドライト相6が成長している。この領域は固液共存域
である。完全固相において凝固収縮により生成した鋳片
中心部の凝固収縮孔へ、本来給湯されるべき溶鋼が、固
液共存域の存在により給湯を阻害され、その結果、収縮
孔が残存しキャビティ7が生成するものと考えられる。
従って、キャビティ生成は、給湯を阻害する固液共存
域、すなわち第1図の模式図に示す凝固区間距離(Δ
f)が長くなるほど、激しくなる傾向がある。
ところで、その凝固区間距離Δfは、溶質元素の偏析を
考慮した凝固解析により求めることができる。計算結果
を第2図にグラフで示す。対象鋼種および解析を実施す
るにあたり想定した鋳込条件を第1表ないし第3表にま
とめて示す。
このようにして得られた凝固区間距離ΔfとC量との関
係をCr系ステンレス鋼である鋼種A〜CおよびCrMo鋼で
ある鋼種Dについてグラフにまとめると第3図の通りで
ある。これによりCr系ステンレス鋼およびCrMo鋼におい
ては、この距離はCr含有量によらずむしろC含有量の増
加にしたがい長くなる傾向にあることが判明した。
このように、高CのCr含有鋼であってもある限度以内に
C量を制限することによって凝固区間距離を短くするこ
とができることが判明したが、具体的のどの程度の凝固
区間であれば実用上十分であるか、換言すればC量であ
れば良いかについて、次に検討した。またそのときの鋳
造条件はどのようなものであるかについても検討した。
そこで、まず凝固区間距離とキャビティ評点との関連に
ついて検討した。ここに、キャビティ評点とは、第4図
に示すように、試片(寸法=410×150×10mm)として採
取したブルーム縦断面のキャビティ開口率から図示のよ
うに0%、25%、50%、75%、そして100%と評点化す
るである。その結果、第5図に示す凝固区間距離とキャ
ビティ評点との関係が得られた。凝固区間距離が長くな
ればキャビティ評点は悪くなる傾向になる。すなわち、
キャビティを抑制するには、凝固区間距離を短くするこ
とが重要であり、C含有量を低下させることは極めて有
効な手段となる。
ここでキャビティ開口率(キャビティ評価点P)は下記
式で表すことができる。
l:i番目のキャビティ長さ(mm) L:測定した鋳片の鋳込方向の長さ(mm) これらの関係について定量的に考察すると、第5図から
も分かるように、まず、凝固区間距離とキャビティ評点
との関係からは、凝固区間距離Δfが、 Δf≦5.5(m) ・・・(2) のときキャビティ評点≦20%となり製品の品質が良好で
あることが分かる。
次に、鋳込条件と凝固区間距離との関係についてみる
と、第6図に示すように、鋳込速度を上げても410mm t
のブルーム厚の凝固区間距離Δfは例えばC=0.07%と
する鋼種Cについては、鋳込速度を0.45m/minと上昇さ
せてもΔfが5.5mを超えることはない。また、第6図に
示すように、鋳込み速度を制限することにより、凝固区
間距離Δf、換言すればキャビティ評点は上昇する。さ
らにこのキャビティ評点ブルーム厚にも依存する。この
ように、鋳込速度およびブルーム厚の減少は、凝固区間
距離短縮に有効であり、ひいては、キャビティ抑制には
有効となる。
このように、発明者らは、鋳造条件の中で、C含有量、
鋳込速度、およびブルーム厚さをある一定の条件によっ
て制限することにより、キャビティを効果的に抑制でき
ることを知見して本発明を完成した。なお、上記ブルー
ム厚さは鋳型厚さに相関する。
ここに、本発明は、5重量%以上のCrを含有するCr含有
鋼を連続鋳造するに際し、下記の式で表わされる条件下
で連続鋳造することを特徴とするCr含有鋼連続鋳造鋳片
の中心部欠陥の防止方法である。
ここで、Co:鋼炭素量(%) θ:連続鋳造鋳型厚(m) Vc:鋳込み速度(m/min) 無欠陥連続鋳造片を製造するには、すでに述べたよう
に、鋳込速度を可能な限り低下させる必要があるが、こ
れには前記問題点のため限界がある。しかし、本発明に
よる(3)式に示されるようにC含有量を減少させるこ
とにより、鋳込速度を低下させることなく中心部無欠陥
連続鋳造を製造することが可能であり、むしろ更に鋳込
速度を上昇させることもできるのであり、本発明の意義
は大きい。
(作用) 次に、本発明をさらに具体的に説明する。
本発明の適用鋼種はCr含有量が5重量%以上のものに制
限するが、これはCr量が5%未満では連続鋳造時のキャ
ビティ発生が問題にならず、その理由はS含有量が特に
高い場合を除き、溶鋼の粘度、硬さ等の性質に由来する
からである。その他適用鋼種については制限はないが、
代表例を示せばJIS STPA、SUS420J1等のCrMo鋼およびCr
含有ステンレス鋼、つまりフェライト系またはマルテン
サイト系ステンレス鋼である。オーステナイト系の場合
にもCr含有量が5%以上であれば適用可能であるが、一
般にオーステナイト系の場合にはもともとC量はかなり
低いためキャビティ発生がそれほど問題にならない。
かかる観点からは、本発明の好適態様にあっては本来高
C含有を必要とする鋼種に制限されるのであり、一方、
本発明によりC:含有量を(3)式の範囲内に制限された
後は、C低減に伴う強度低下を防ぐため、Nb、V、Ti、
B等の合金元素の添加等の手段によってそのような低C
化を補償するのが好ましい。
本発明の好適態様にあってその対象とする鋼組成は次の
通りである。
C:0.80%以下、Si:0.01〜1.00%、 Mn:0.01〜1.50%、P:0.04%以下、 S:0.03%以下、Cr:5%以上、 残部Feおよび不可避的不純物。
上記鋼組成にはMo:0.01〜3.00%含有されてもよいが、
その場合、C:0.30%以下とする。
さらに、Moを含有しない場合および含有する場合を含め
て、本発明の対象とする鋼組成は、さらに、Nb:0.01〜
0.20%、V:0.01〜0.20%、Ti:0.01〜0.20%、およびB:
0.0015〜0.0080%の1種または2種以上を含有してもよ
い。
このように各組成を限定した理由は次の通りである。
C:0.80%以下: C含有量は中心部欠陥除去という観点からは可及的に少
ないほうがよいが、しかしある程度の機械的特性を確保
するには必要であり、本発明にあっては0.80%以下に制
限する。
Si:0.01〜1.00%: Siは脱酸材として添加されるのであって、また一部高温
強度を改善するためにも添加されるのであって、したが
って、本発明において広い範囲の添加が許容される。
Mn:0.01〜1.50%: 一般には強度、靭性改善に添加されるのであるが、本発
明にあっては0.01〜1.50%という広い範囲で添加されて
も特にキャビティ評価には直接関係しない。
Cr:5%以上: 連続鋳造に際しての中心部欠陥は特にCi5%以上の鋼に
おいてよく見られるのであって、したがって、それらの
解消を目的とする本発明にあってはその対象鋼のCr含有
量を5%以上に制限するのである。
P:0.04%以下、S:0.03%以下: これらは一般には不純物として存在するのであって、そ
れぞれ0.04%以下、0.03%以下に制限する。
Mo:0.01〜3.00%: Moは、Cr鋼本来の特徴である高温特性をさらに一層改善
するために添加されるのであって、高温強度、靭性の改
善効果がみられる。Mo添加が見られる場合には、C量低
減による機械的特性の劣化も少ないため、C含有量の上
限を0.30%以下とすることができる。
Nb、V、Ti、B: さらに、Moを含有しない場合および含有する場合を含め
て、本発明の対象とする鋼組成は、さらに、Nb:0.01〜
0.20%、V:0.01〜0.20%、Ti:0.01〜0.20%、およびB:
0.0015〜0.0080%の1種または2種以上を含有してもよ
いが、これはC含有量の低下に伴う機械的特性の低減を
補償するために必要に応じ添加することができる。
その他、本発明の対象となる鋼はときによってはその特
定用途に応じてNi、Cu、W、Zrなどの追加元素を添加さ
れることがあるが、そのようなものであっても本発明に
かかる連続鋳造条件に従う限り、本発明に範囲内にある
ことは明らかであろう。
本発明において、連続鋳造操作それ自体は何ら制限はさ
れず、例えば従来のものをそのまま使用すればよい。ま
た、キャビティ防止に当たっては、他の防止対策ととも
に本発明の方法を採用してもよい。
前述のように、本発明にあっては、特定式に従って連続
鋳造条件を設定、制御するのであるが、その場合の制御
式は下記式(4)のように記述される。これは一連の試
験結果にもとずいて実験的に求めたものである。
すなわち、凝固区間距離Δfを〔C〕含有量および鋳込
条件(鋳込速度、連続鋳造鋳型厚)の関数として表すと
下記(4)式となる。
Co:〔C〕含有量(%)、θ:鋳型厚(m)、 Vc:鋳込み速度(m/min) すなわち、上記(4)式より求める凝固区間距離Δfが
(1)の関係を満たすような〔C〕含有量および鋳込条
件がキャビティ制御に必要である。
なお、上記鋳型厚(θ)は鋳型内鋳込空間横断面の短辺
側の長さをいうのであって、鋳片の短辺長さに同じであ
る。一般にスラブでは150〜250mm、ブルームでは300〜5
00mmの範囲内である。
次に、本発明を実施例によってさらに具体的に説明す
る。
(実施例) 慣用の連続鋳造設備(ブルーム厚410mm)で、第4表に
示す基本組成を有する一連のCrMo鋼およびCr系ステンレ
ス鋼を、鋳込速度、C含有量を適宜変化させた一連の連
続鋳造条件下で鋳造した。そして、それぞれのキャビテ
ィ発生状況を調査した。鋳込み条件は第5表にまとめて
示す。
結果を第7図にグラフで示す。製品にて品質が良好とな
るキャビティ評点20%以下を達成することのできる上限
の鋳込速度は、連続鋳造鋳型厚に応じてC含有量を減少
させることにより、さらに上昇させることができた。
なお、第7図において第5表に示す鋳込み条件下で
(3)式は下記の式で表される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、キャビティ生成機構を示す模式図; 第2図は、凝固区間距離Δfの算出結果を示すグラフ; 第3図は、凝固区間距離とC含有量との関係を示すグラ
フ; 第4図は、キャビティ評点の評価の説明図; 第5図は、キャビティ評点と凝固区間距離との関係を示
すグラフ; 第6図は、鋳込み速度と凝固区間距離との関係を示すグ
ラフ;および 第7図は、本発明における実施例の結果を示すグラフで
ある。 1:溶鋼、2:メニスカス 3:凝固シェル、4:固相線 5:液相線、6:デンドライト 7:キャビティ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】5重量%以上のCrを含有するCr含有鋼を連
    続鋳造するに際し、下記の式で表わされる条件下で連続
    鋳造することを特徴とするCr含有鋼連続鋳造鋳片の中心
    部欠陥の防止方法。 ここで、Co:鋼炭素量(%) θ:連続鋳造鋳型厚(m) Vc:鋳込み速度(m/min)
  2. 【請求項2】前記Cr含有鋼が下記鋼組成を有する請求項
    (1)記載の方法。 重量%で、 C:0.80%以下、Si:0.01〜1.00%、 Mn:0.01〜1.50%、P:0.04%以下、 S:0.03%以下、Cr:5%以上、 残部Feおよび不可避的不純物。
  3. 【請求項3】前記Cr含有鋼が下記鋼組成を有する請求項
    (1)記載の方法。 重量%で、 C:0.30%以下、Si:0.01〜1.00%、 Mn:0.01〜1.50%、P:0.04%以下、 S:0.03%以下、Cr:5%以上、 Mo:0.01〜3.00%、 残部Feおよび不可避的不純物。
  4. 【請求項4】前記Cr含有鋼が下記鋼組成を有する請求項
    (1)記載の方法。 重量%で、 C:0.80%以下、Si:0.01〜1.00%、 Mn:0.01〜1.50%、P:0.04%以下、 S:0.03%以下、Cr:5%以上、 さらに、Nb:0.01〜0.20%、V:0.01〜0.20%、 Ti:0.01〜0.20%、およびB:0.0015〜0.0080%の1種ま
    たは2種以上、 残部Feおよび不可避的不純物。
  5. 【請求項5】前記Cr含有鋼が下記鋼組成を有する請求項
    (1)記載の方法。 重量%で、 C:0.30%以下、S:0.01〜1.00%、 Mn:0.01〜1.50%、P:0.04%以下、 S:0.03%以下、Cr:5%以上、 Mo:0.01〜3.00%、 さらに、Nb:0.01〜0.20%、V:0.01〜0.20%、 Ti:0.01〜0.20%、およびB:0.0015〜0.0080%の1種ま
    たは2種以上、 残部Feおよび不可避的不純物。
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