JPH0716763B2

JPH0716763B2 - 棒線材用ブルーム・ビレットの連続鋳造法

Info

Publication number: JPH0716763B2
Application number: JP24799290A
Authority: JP
Inventors: 健菅原; 敦山中; 康裕橋本; 譲児田村; 邁青柳
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-09-18
Filing date: 1990-09-18
Publication date: 1995-03-01
Anticipated expiration: 2010-03-01
Also published as: JPH04127946A

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、このため溶接用ナット等に使われる。溶接
用ナットは、例えば線材を角型に引抜加工し、せん断
後、冷間鍛造によりナッ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、溶接ナッ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51−2621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〕×自由〔％Ｏ〕を調整し、凝固厚さが5mm
以上となる期間、1m/sec以上の攪拌流速で鋳型内電磁攪
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％、Si≦0.01％、Mn:0.06〜0.20％、
Ｐ≦0.025％、Ｓ≦0.020％、自由酸素:70〜250ppmに調
整した溶鋼を電磁攪拌しつゝ鋳造し、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59−24903号公報）にお
いては、溶鋼中の自由酸素濃度が50〜200ppmの溶鋼に、
鋳型内電磁攪拌で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気孔（ピンホール）の発
生防止を狙いとしての鋳型内電磁攪拌の適用に関するも
のが多い。

溶接ナット用鋼材は、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、このためナッ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、Ｃ≦0.20％、Mn:0.30〜2.0
0％、Ｐ≦0.040％、Ｓ≦0.035％、O:70〜600ppmの成分
の溶鋼を鋳型に注入し、一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がある。

溶接ナット用ブルーム・ブ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。一方、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・ブレット連鋳
においては、鋳片内におけるＣとＳ濃度分布を適切に調
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:0.02〜0.20％、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
電磁攪拌により30〜100cm/secの攪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
上の偏析帯を形成せしめ、また、二次冷却帯に設置した
電磁攪拌装置により攪拌流動を与えつゝ鋳造し、該攪拌
流動により形成されるＣとＳの負偏析帯を、鋳型内電磁
攪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ッ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べる。

後述する鋳型内電磁攪拌及び二次冷却帯電磁攪拌によっ
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、該負偏析度のＳが0.040％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、電磁攪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、Al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内電磁攪
拌により30〜100cm/secの攪拌流動を与えつゝ鋳造し、
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
であるが、これを達成するための必要攪拌流速について
以下に検討する。

発明者らは、鋳型内電磁攪拌による攪拌流速と、鋳片内
でのＣとＳの偏析に関する実験を行なった。攪拌流速と
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。

こゝで、攪拌流速は、実験の電磁攪拌装置を組み込んだ
鋳型内で溶解したフューズド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3mmピッチで段削り
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＝１−7.5×10^-5（Ke−Ko）（U/V） …（１）こゝで、 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 :攪拌流速（cm/sec） V :メニスカスから電磁攪拌コイル高さ方向中心までの凝固速度（cm/sec） Vc:鋳造速度（m/min） K :凝固係数（ブルーム連鋳:20mm・min^1/2、ビレット連鋳:15mm・min^1/2） Lo:メニスカスから電磁攪拌コイル高さ方向中心までの距離（＝245mm）但し、Ｖ＝K/｛２（Lo/Ve/1000）^1/2｝＊1/60＊1/10 次に、鋳型内電磁攪拌により、鋳片表層部に負偏析帯を
形成させるのに必要な最低攪拌流速を求める。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、必要最低攪拌流速は（２）式及び（３）
式のように求まる。

Ｕ≧1408V＝47.4（Vc）^1/2 （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/min、及びVc＝1.0m/minの時の必要攪拌流速は、
（２）式から夫々Ｕ≧34cm/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Vc
＝2.5m/minの場合は、必要攪拌流速は（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≦0.93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、攪拌流速を更に大きな値とするものである。
しかしながら、攪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＝100cm/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攪拌における攪
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。溶接用ナットは、通常15mmφ前後の線材から引抜加
工・せん断・冷間鍛造を受けてナットの外形が形成さ
れ、次いで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％（15mmφ
線材の場合、約1.5mm程度）の表層部負偏析帯厚みがあ
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。

電磁攪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が、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、二次冷却帯に電磁攪拌装置を設置して攪拌流動を与
えつゝ鋳造し、該攪拌流動により形成されるＣとＳの負
偏析帯が、鋳型内電磁攪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×560mmのブルームを、鋳造速度Vc＝0.
50m/min、鋳型内電磁攪拌の流速Ｕ＝60cm/secで鋳造し
た場合の結果であるが、電磁攪拌を受けた表層部には、
C,S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、電磁攪拌により表層部からC,S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、鋳型内電磁攪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攪拌の適用によ
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ット等棒線材用リム
ド鋼の連鋳法による製造が可能となる。

（実施例） 150T転炉でAISI1110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％Si−0.45％Mn−0.025％
Ｐ−0.035％Ｓ−0.015％Al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、40ppmであった。

曲率半径12mRの湾曲型連鋳機で、横断面サイズが350mm
×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内電磁攪拌装置をメニスカス下
245mmの位置に設置し、溶鋼に水平攪拌流動を与えなが
ら鋳造した。攪拌流速は（２）式で与えられる流速より
も大きいＵ＝60cm/sec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
磁攪拌装置を設置し、攪拌流速30cm/sec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、表層部負偏析帯では、ＣとＳの
負偏析度は、0.85となっている。コア部でのC,S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SKH51（10mmφ）を使用し、切削速
度30m/min、送り速度0.20mm/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
が得られている。

更に、本発明になる連鋳材を15mmφの線材に圧延し、溶
接ナッ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、表面品質が良
好でコア部の被削性に優れたリムド鋼を連鋳法で製造可
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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田村譲児北海道室蘭市仲町12 新日本製鐵株式会社室蘭製鐵所内 (72)発明者青柳邁北海道室蘭市仲町12 新日本製鐵株式会社室蘭製鐵所内 (56)参考文献特開昭51−2621（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−19628（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、鋳型内電磁攪拌
により30〜100cm/secの攪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。
【請求項２】二次冷却帯に設置した電磁攪拌装置により
攪拌流動を与えつゝ鋳造し、該攪拌流動により形成され
るＣとＳの負偏析帯を、鋳型内電磁攪拌により形成され
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。