JPH07239327A - 金属の清浄度評価方法 - Google Patents

金属の清浄度評価方法

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JPH07239327A
JPH07239327A JP6052520A JP5252094A JPH07239327A JP H07239327 A JPH07239327 A JP H07239327A JP 6052520 A JP6052520 A JP 6052520A JP 5252094 A JP5252094 A JP 5252094A JP H07239327 A JPH07239327 A JP H07239327A
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JP
Japan
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metal
metal piece
crucible
water
cooled
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Withdrawn
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JP6052520A
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Takehiko Fuji
健彦 藤
Eiichi Takeuchi
栄一 竹内
Masataka Yano
正孝 矢野
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/20Metals
    • G01N33/205Metals in liquid state, e.g. molten metals

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属中に存在し、製品欠陥につながる不純物
粒子の量・径・組成等を、その製造過程で採取した金属
片により評価する際、金属の清浄度を代表性良く、迅速
かつ安価に評価する。 【構成】 周方向に分割された金属セグメント3から成
る水冷金属坩堝5中で、金属片9を不活性ガスあるいは
減圧雰囲気下で浮揚させながら誘導加熱により溶解し、
金属片9内に存在する不純物粒子を金属片溶融体外周1
1に排出する。その後、供給電力を減少し、金属片溶融
体をその最終凝固位置が金属片溶融体最上部になるよう
に冷却・凝固して表面に排出された不純物粒子を介在物
の島状集合体12として集合させ、集合した粒子を分析
・調査する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属内に存在する不純
物粒子の量・径分布・成分構成を評価する方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】以下、金属として鋼の場合を例にとり説
明する。鋼内に存在する不純物粒子として、例えば、ア
ルミキルド鋼の場合には、鋼中の酸素と添加したアルミ
ニウムとが反応して生成するアルミナ系介在物、製鋼ス
ラグに起因する石灰・シリカ等含むスラグ系介在物、連
続鋳造時の鋳型潤滑剤に起因するパウダー系介在物等が
ある。これらの不純物粒子は、薄板・線材等圧延成形の
際の中間製品あるいは最終製品において、疵や破損等の
欠陥の原因となるため、種々の方法で評価され、不良材
料と評価された場合には屑化するなどの対策がとられて
いる。もし、欠陥が製品において発見された場合、すで
にその製品は種々の工程を経て製造されているところか
ら、これを屑化すると製造コストの悪化につながる。従
って、品質作り込みの早期段階で評価が加えられること
が望ましい。特に、介在物の存在は、金属の精錬・凝固
段階で決定されるため、従来よりこの段階における種々
の評価技術が試行されてきた。
【0003】鋼の介在物の評価技術については、例えば
鉄鋼便覧II製銑・製鋼第3版(日本鉄鋼協会編昭和5
4年10月15日丸善発行)に述べられていて、鋼中の
酸素濃度を調査するトータル酸素(T〔O〕)法、大型
介在物を評価するために用いられる電解抽出によるスラ
イム法、金属の断面を拡大観察し、介在物を評価する顕
微鏡法等が存在する。これらの技術は、表1に示すよう
に、それぞれの手法の特徴から、調査対象となる介在物
の種類や径などに制約があること、あるいは評価に時間
がかかること等が知られている。また、製品の欠陥を予
測する基となる中間製品についてこれらの手法により情
報を得たとしても十分満足できるものではない。すなわ
ち、表1からもわかるように、従来の手法は、評価サン
プルが中間製品の場合、その品質を十分代表しているも
のではない、サンプルの評価に時間がかかりすぎる、あ
るいは、評価中に介在物が変質する等の問題があった。
【0004】
【表1】
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、製品品質に対
応する中間製品の品質を迅速に評価できるようになるこ
とだけでも、コスト・時間の問題を大幅に改善できる。
本発明は、中間製品の品質評価において、サンプルの代
表性、調査時間・コストおよび介在物の変質の各問題を
解決する方法を与えるものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、周方向に分割
された金属セグメントから成り、上面が開放し、かつ下
面が閉塞している水冷金属坩堝と、それを取り囲むよう
に配置されて高周波電流を導通する誘導コイルと前記水
冷金属坩堝を収容して、これを不活性ガス雰囲気あるい
は減圧雰囲気下に置く容器とにより構成された金属の浮
揚溶解装置を用い、前記誘導コイルに高周波電流を導通
して水冷金属坩堝内に装入した金属片を一定時間浮揚さ
せた状態で溶解し、該金属片内に存在する不純物粒子を
金属片溶融体の表面に浮上排出させた後に、前記誘導コ
イルに供給する電力を減少させて、浮揚している金属片
溶融体と水冷金属坩堝との接触面積を増加させ、該金属
片溶融体をその最終凝固位置がその最上部となるように
冷却・凝固させて、金属片溶融体の表面に排出させた不
純物粒子が集合するようにし、この集合した不純物粒子
を分析・調査することを特徴とする金属の清浄度評価方
法である。本方法においては、金属表面に浮上した不純
物粒子集合体の面積により代表表示することができる。
【0007】
【作用】本発明の方法の具体的構成を、図1を参照しな
がら以下に示す。
【0008】雰囲気1を不活性ガス雰囲気あるいは減圧
雰囲気に制御可能な容器2内に、図2(a)、(b)に
示すような周方向に分割された金属セグメント3で構成
され、上面が開放し、かつ下面が閉塞している水冷機構
4を有する水冷金属坩堝5を配置する。また、この水冷
金属坩堝5は高周波発信機6により与えられる高周波電
流7が流れる誘導コイル8によって取り囲まれている。
このような装置において、清浄度評価の対象となる予め
重量を測定した金属片9を、水冷金属坩堝5内に置き、
誘導コイル8に高周波電流7を流す。すると、発生した
電磁力10により金属片9は溶解するとともに、水冷金
属坩堝5内で浮揚する。一般に、介在物は溶融金属より
比重が軽く、かつ介在物と溶融金属間には界面張力が働
くため、浮揚した金属片溶融体外周11上に排出され
る。この状態を一定時間保持した後、誘導コイル8に流
す高周波電流を切断ないし小さくすると、金属片溶融体
は凝固開始し、介在物は浮揚していた金属片溶融体の上
部に集まり、島状に集合して介在物の島状集合体12を
形成する。この島の面積を測定することにより、介在物
量を評価することが可能である。介在物の島状集合体1
2と金属部分とは輝度が異なるため、画像処理によって
自動的に介在物の評価を行うことも可能である。また、
介在物を光学顕微鏡または電子顕微鏡により観察した
り、あるいは成分分析等を行うことによりその径や分布
を測定したり組成を同定したりすることも可能である。
本発明の方法により、代表性の良好なデータでもって、
安価かつ迅速に金属の清浄度を評価することができる。
【0009】水冷金属坩堝5は、例えば、第129・1
30回西山記念技術講座「電磁力を利用したマテリアル
プロセシング」平成元年4月28日社団法人日本鉄鋼協
会発行記載のバッチ型あるいは浮揚溶解型と呼ばれる上
面が開放され、下面が閉塞されたものである。また、水
冷金属坩堝5は高周波発信機6で与えられる高周波電流
7が流れる誘導コイル8によって取り囲まれている。図
1のように、清浄度評価の対象となる予め重量を測定し
た金属片9を、水冷金属坩堝5内に置き、誘導コイル8
に高周波電流7を流すと、図3のように水冷金属坩堝5
に誘導電流が発生するが、水冷金属坩堝5は周方向に分
割されているため、各周方向に分割された金属セグメン
ト3内で周回する誘導電流13となり、あたかもコイル
を水冷金属坩堝内面に配置したかのような状態となる。
従って、金属片9には、図3に示す原理によって誘導電
流14が流れ、誘導加熱によって溶解すると同時に、誘
導電流14と誘導コイル8によって発生する磁場15と
の間で相互作用し、電磁力10が金属片9を内向きに押
す。この時、図2のように、水冷金属坩堝5の内部が下
方になるに従って断面積が小さくなる形状であると、下
方になるほど金属には強い電磁力10が作用することに
なる。従って溶融時には、図4に示すような電磁力10
と表面張力16及び重量17のバランスが起こり、溶融
した金属片9は水冷金属坩堝5内で浮揚する。一般に、
介在物は溶融金属より比重が軽くかつ介在物と溶融金属
間には界面張力が存在するため、介在物は界面エネルギ
ーを極小にすべく金属片溶融体外周11に排出される。
この状態を一定時間保持した後、誘導コイル8に流す高
周波電流を漸減させていくと、溶融金属片9の浮揚力は
弱まり、図5に示すように、溶融金属片9は、(a)の
状態から、下方から順次水冷された水冷金属坩堝5と接
触し、凝固18していき、(b)のようになる。この
際、介在物は浮揚している金属体の上部に集まる。最終
的には金属片9の最終凝固位置がその最上部にくるよう
に制御しながら冷却していくと、介在物は金属片9の最
上部に島状に集合し、介在物の島状集合体12を形成す
る。この島は、一般に厚みが薄く、同時に、その上方か
ら見た面積は金属片の体積と相関を持ち介在物量の評価
が可能である。
【0010】
【実施例】幅1500mm、厚み250mmの鋳型によ
り、鋳造速度1.2m/分で鋳造したアルミキルド鋼の
鋳片20本について、図6に示すように、鋳片幅方向1
/4及び1/2の位置で、鋳造方向に20mm、厚み方
向に表層から30mm、幅方向に20mmの金属片を採
取した。これを内径40mm、深さ40mm、上端より
20mmから40mmまでは放物線状の断面形状を有す
る図7のような水冷金属坩堝5を用い、大気圧に対する
ゲージ圧力0.2気圧の減圧雰囲気にて溶解した。誘導
コイル8には30kWの電力を与え、溶解後2分保持
し、その後10秒かけて電力を0kWまで直線的に落と
した。一旦溶解した金属片は、その頂部を最終凝固位置
とし、ひけ巣の無い状態で凝固した。その後、介在物の
島状集合体の面積を調査した。一方、同じ鋳片の直近の
鋳片位置から採取したもう一つの同一寸法の金属片を製
品欠陥との相関の良いT〔O〕分析にかけて比較を行っ
た。図8に両者の比較を行った結果を示す。その結果、
良好な相関が得られた。
【0011】
【発明の効果】本発明の方法を用いれば、従来の評価方
法では得られなかった良好な代表性及び製品との相関性
を有する迅速かつ安価な中間製品の清浄度評価が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の金属の清浄度評価方法を実施する装置
の例を示す図である。
【図2】水冷金属坩堝の例を示す図であり、(a)は平
面図、(b)は立面断面図である。
【図3】水冷金属坩堝浮揚溶解の原理を示す図である。
【図4】浮揚溶解の力のバランスを説明する図である。
【図5】金属片溶融体の冷却・凝固及び介在物の集合を
説明する図であり、(a)は冷却・凝固前、(b)は冷
却・凝固後を示す図である。
【図6】鋼鋳片からの金属片採取の例を示す図である。
【図7】金属片を装入した水冷金属坩堝内状況例を示す
図である。
【図8】T〔O〕法と本発明方法による評価結果の比較
を示す図である。
【符号の説明】
1 雰囲気 2 容器 3 周方向に分割された金属セグメント 4 水冷機構 5 水冷金属坩堝 6 高周波発信機 7 高周波電流 8 誘導コイル 9 金属片 10 電磁力 11 金属片溶融体外周 12 介在物の島状集合体 13 誘導電流 14 誘導電流 15 磁場 16 表面張力 17 重力 18 凝固

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周方向に分割された金属セグメントから
    成り、上面が開放し、かつ下面が閉塞している水冷金属
    坩堝と、それを取り囲むように配置されて高周波電流を
    導通する誘導コイルと前記水冷金属坩堝を収容して、こ
    れを不活性ガス雰囲気あるいは減圧雰囲気下に置く容器
    とにより構成された金属の浮揚溶解装置を用い、前記誘
    導コイルに高周波電流を導通して水冷金属坩堝内に装入
    した金属片を一定時間浮揚させた状態で溶解し、該金属
    片内に存在する不純物粒子を金属片溶融体の表面に浮上
    排出させた後に、前記誘導コイルに供給する電力を減少
    させて、浮揚している金属片溶融体と水冷金属坩堝との
    接触面積を増加させ、該金属片溶融体をその最終凝固位
    置がその最上部となるように冷却・凝固させて、金属片
    溶融体の表面に排出させた不純物粒子が集合するように
    し、この集合した不純物粒子を分析・調査することを特
    徴とする金属の清浄度評価方法。
  2. 【請求項2】 金属表面に浮上した不純物粒子集合体の
    面積により代表表示する請求項1記載の金属の清浄度評
    価方法。
JP6052520A 1994-02-28 1994-02-28 金属の清浄度評価方法 Withdrawn JPH07239327A (ja)

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