JPH08279B2 - 鍛造用鋼塊品の製造方法 - Google Patents

鍛造用鋼塊品の製造方法

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JPH08279B2
JPH08279B2 JP14646586A JP14646586A JPH08279B2 JP H08279 B2 JPH08279 B2 JP H08279B2 JP 14646586 A JP14646586 A JP 14646586A JP 14646586 A JP14646586 A JP 14646586A JP H08279 B2 JPH08279 B2 JP H08279B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は造塊用鋳型枠に溶湯を鋳込み、その溶湯を凝
固させて鋳造用鋼塊品を製造する方法に関する。
〔従来の技術〕
従来の鍛造用鋼塊品の製造方法では、定盤上に載置さ
れた鋳型頭部に押湯を設け、最終凝固位置に発生する大
型の収縮鋼である1次パイプの欠陥発生を防止し、品質
向上を図つている。
この従来例では、一定の押湯量が欠陥発生を防止する
うえで必要である。一方、押湯量を多くしても、歩溜り
が低下する割にはV状偏析や2次パイプの発生を防止す
ることができなかつた。
そのため、押湯部の溶鋼表面を低温材や発熱保温材で
被覆したり、発熱スリーブ、断熱スリーブ等を用いて押
湯部の溶鋼の凝固を制御するスリーブ法、さらに積極的
に押湯枠内に内蔵したコイルに低周波または高周波発生
装置により低周波または高周波電流を流す誘電加熱方式
(特開昭52−33143号公報記載)、電極を用いて押湯部
上部の溶鋼を通電加熱する電弧加熱法、さらにはシリン
ダで押湯部を加圧するいわゆる高圧凝固法(日刊工業社
発行、特殊鋳造法、昭和49年6月)等が採用されてい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上記各従来例では、溶湯の凝固過程に何ら配
慮されていない結果、急速凝固域(最終凝固部分)をな
くすことが不可能であつた。そのために、鍛造用鋼塊品
の内部に欠陥発生が避けられないものとなつている。
よつて、従来技術をそのまま用いても、次の問題があ
る。
押湯を多くしても、有効に偏析を防止することが不可
能である。その結果、歩留まりが低下する。
また、低温材や発熱保温材による溶鋼表面の被覆法で
は、鋼塊サイズ、形状によつては相当量を必要とするば
かりでなく、それらが溶鋼へ巻き込まれ、鋼塊品質が悪
くなつていた。
さらに、電弧加熱法では熱的に安定しているが、側壁
が凝固するため、伝熱のための有効深さに限界があり、
特に大型鋼塊ではこの押湯下部の凝固が進むため、溶鋼
中の成分変化等を起こす欠点がある。高圧凝固法では、
加圧シリンダに溶鋼が直接接触するため、シリンダに溶
鋼が不均一に凝固し、加圧が均一に付与されないうえ、
かなり高圧をかけるため、定盤上に載置する鋳型および
押湯枠等の板面を完全なものとし、湯漏れのないように
しなければならない。
本発明は、このような問題点に鑑み、加速凝固域をな
くし、内部欠陥のない健全な鋼塊を製造することができ
る方法を提供すること目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、定盤と鋳型と押湯枠とからなる造塊用鋳型
枠に溶湯を鋳込み、前記押湯枠の上端開口部を保温材で
被覆して当該溶湯を凝固させてなる鍛造用鋼塊品の製造
方法において、当該鋼塊の製造中に、前記定盤を冷却す
るとともに、前記鋳型下端部から、当該鋳型高さ(H)
の(1/4)H〜(1/2)Hの高さの位置までを冷却し、前
記鋳型の上端部から当該鋳型高さ(H)の(1/10)H〜
(1/5)Hの長さまでを断熱することを特徴とする鍛造
用鋼塊品の製造方法である。
〔作用〕
上記構成によれば、定盤近傍の鋳型内溶湯の凝固(凝
固波)の進行が下部より上部に向つて早く進行する。よ
つて、微細組織で健全な凝固組織を得ることができる。
それとともに、加速凝固の程度が低減し、内部欠陥の
ない良好な品質の鋼塊を得ることができる。
次に、冷却の位置おそび断熱の位置を特定した理由に
ついて説明する。
鋳型下部における冷却が、鋳型下端部から当該鋳型高
さ(H)の(1/4)Hの高さの位置より低いと、溶湯の
冷却速度が遅くなる。一方、(1/2)Hの高さの位置よ
り高い位置まで冷却されると、側壁からの凝固がおこ
り、加速凝固域をなくすことが不可能となる。
一方、断熱の位置を鋳型上端部から(1/10)Hの長さ
より小さい部分で行うと、断熱の効果を得ることができ
ない。一方、断熱を(1/5)Hの長さより大きい部分に
おいて行うと、冷却速度が遅くなる問題がある。
〔実施例〕
次に、本発明方法の一実施例について説明する。第1
図はその本発明方法を実施するための鋳型枠である金型
枠を示した断面図である。第1図において、水冷定盤1
には、給水口8および排水口9が設けられている。この
定盤1の上には、鋳型である上金型3が設けられてい
る。この上金型3の上には、押湯枠4が設けられてい
る。
上金型3の下部には、冷却下金型2が設けられ、給水
口10および排水口11が備えられている。
前記押湯枠の内周側および上金型3の上端部内周側に
は、断熱ボード5が設けられている。また、押湯枠の開
口部上端には、保温材6が設けられている。
このような用塊溶鋳型枠において、水冷定盤および下
金型には、循環水流による冷却が行われている。循環水
流水による水流の平均速度は、少なくとも0.2m/sec以上
とすることが望ましい。水流速度が小さいと、冷却の効
果が充分でないためである。なお、空冷も可能である。
断熱材(断熱ボード)5は、充分に断熱性能を具備し
ているものでなければならない。具体的な熱的性質で述
べると、熱拡散度(又は温度拡散度)が0.004〜0.1cm2/
secの範囲内にあることが望ましい。熱拡散度が0.004cm
2/secの値より小さいと、断熱材はその強度が充分でな
く、使用により破壊し、品質を劣化させることがある。
また、熱拡散度が0.1cm2/secの値より大きいと、断熱材
の断熱効果が小さくなるものである。
上記保温材6は、溶湯を内部に注入終了後直ちに溶鋼
表面に被覆するようにする。
次に、冷却位置および断熱位置の詳細について説明す
る。
冷却位置は、金型下端部すなわち水冷定盤1の表面か
ら少なくとも(1/4)H(Hは上金型3の高さ)の高さ
の位置までを冷却する。そして、冷却位置の上限は多く
とも水冷金型下端部から(1/2)Hの高さの位置までで
ある。
一方、断熱位置は、押湯枠内周側と、上金型3上端部
から少なくとも(1/10)Hの長さまで、多くとも(1/
5)Hの長さまで断熱する。
次に、上記本実施例に係る造塊用鋳型枠に溶湯を鋳込
み、鋼塊品を製造した。この際、定盤のみを冷却する造
塊用鋳型枠および冷却なし、あるいは断熱なしの造塊用
鋳型枠を用いて、同時に鋼塊品を製造し、各々比較し
た。以下、詳説する。
上記本実施例に係る造塊用鋳型枠を用いて、50t電気
炉で溶解、精練した材質SF−50Alキルド鋼で、40t鋼塊
を溶製した。この際、水冷下金型の高さは(1/3)Hと
した。また、上金型3に設けた断熱ボードは(1/10)H
の長さにわたるように設けた。このような造塊用鋳型枠
に所定の溶湯を注入し、凝固させた。一方、上記と同じ
ようなAlキルド鋼を、なんら行なわない従来例に従い、
その他は上記方法と同じにして製造した。この両者の鋼
塊の縦断面について欠陥調査を行つた。この結果を第1
表に示す。
次に、金型下部の冷却および金型上端部での断熱が与
える加速凝固位置の発生の与える影響について説明す
る。第2図に、冷却および断熱がない鋳型枠での製造
(I)と定盤のみを冷却する鋳型枠における製造例(I
I)における、軸心部での凝固終了時間を計算したグラ
フを示す。第1表からわかるように、実測した欠陥発生
位置は、鋼塊底部より90〜240cmの領域にある。この欠
陥発生位置は、第2図での計算結果の加速凝固域(VII
I)と一致することがわかつた。したがつて、内部欠陥
は加速凝固位置で発生するために、欠陥のない健全な鋼
塊を製造するためには、加速凝固位置をなくせばよいこ
とになる。
次に、第3図に第2図と同様な凝固終了時間と鋼塊底
部からの距離との関係を示す。第3図において、IVは、
鋳型の(2/3)Hを水冷した場合の鋳型枠における製造
例を示し、IIIは、(1/3)H部分を水冷した製造例を示
す。なお、IIは定盤のみの水冷の製造例である。第3図
からわかるように、グラフ(III)がグローバルな立ち
上がりを示し、加速凝固位置が、鋼塊底部より240cm前
後のわずかな位置に発生することがわかる。また、鋳型
の水冷部をさらに(2/3)Hまで広げると、鋼塊底部よ
り110〜150cmの位置に加速凝固位置が発生すると推定さ
れる。したがつて、第3図からわかるように、定盤の水
冷に比べ、さらに鋳型下部 を水冷することが、加速凝固位置の除去に好ましいこと
がわかる。
次に、第4図に鋳型上端部での断熱の影響について説
明する。第4図Iは冷却および断熱が何らない製造例で
ある。第4図Vは鋳型上部(1/10)Hの長さまで断熱し
た製造例である。VIは、同様に(1/5)Hの長さまでを
断熱した製造例である。
第4図からわかるように、鋼塊底部より240cm前後の
加速凝固域をなくすには鋳型上部を(1/10)H〜(1/
5)H程度の長さまでを断熱すればよいことがわかる。
このような結果から、鋳型底部での冷却および鋳型上部
での断熱を組み合わせることにより、加速凝固域をなく
すことができるという特有の効果を生ずる。このことに
ついて、第5図に示す。第5図では、定盤および鋳型下
部(1/3)Hを水冷とし、押湯枠および鋳型上部(1/1
0)Hの長さを断熱した製造例における凝固終了時間と
鋼塊底部からの距離との関係を示すグラフである。第5
図からわかるように、凝固終了時間の進行に伴い、鋼塊
底部から溶湯がほぼ一定速度で凝固していくことがわか
る。すなわち、第5図のグラフにおいては、加速凝固域
(凝固速度が大きくなる部分)の発生がみられないこと
がわかる。
すなわち、第1図に示した鋳型枠によれば、第5図に
示すように、溶湯の凝固が鋳型下部から鋳型上端部にわ
たつてほぼ一定の速度で均一に進行していることがわか
る。
このような加速凝固領域をなくす効果は、大型の鍛造
用鋼塊品を作る場合において重要である。すなわち、鋳
型高さHと該高さHの(1/2)Hの高さ位置における直
径Dとの比が1以上であるような場合は、特に有用であ
る。さらに、普通炭素鋼やCr,Mo,Ni,V,W,Mnの少なくと
も一つを含む高合金鋼よりなる大型鍛造品について特に
有用である。具体的には、高圧および低圧用のロータ材
(Ni−Cr−Mo−V鋼、Cr−Mo−V鋼)、車軸材およびプ
ラスチツク型材等の構造用部材の製造に特に有用であつ
た。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明に係る鍛造用鋼塊品の製
造方法によれば、加速凝固領域をなくすことができるた
めに、内部欠陥のない良好な鋼塊を得ることができる。
また、加速凝固域をなくすことができることにより、
従来の押湯量を少なくすることができるため、歩留まり
が向上する。
さらに、内部欠陥がないすわちパイプの発生が少ない
ために、あとの鍛錬比も削減できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る鍛造用鋼塊品の製造方法の一実施
例を実施するための鋳型枠の断面構成図、第2図〜第5
図は鋼塊底部からの距離と凝固終了時間との関係を示す
グラフである。 1……水冷定盤、2……水冷下金型、3……上金型、4
……押湯枠、5……断熱ボード、6……保温材、8,10…
…給水口、9,11……排水口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−232054(JP,A) 特開 昭55−19451(JP,A) 特開 昭57−177853(JP,A)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】定盤と鋳型と押湯枠とからなる造塊用鋳型
    枠に溶湯を鋳込み、前記押湯枠の上端開口部を保温材で
    被覆して当該溶湯を凝固させてなる鍛造用鋼塊品の製造
    方法において、当該鋼塊の製造中に、前記定盤を冷却す
    るとともに、前記鋳型下端部から当該鋳型高さ(H)の
    (1/4)H〜(1/2)Hの高さの位置までを冷却し、前記
    鋳型の上端部から当該鋳型高さ(H)の(1/10)H〜
    (1/5)Hの長さまでを断熱することを特徴とする鍛造
    用鋼塊品の製造方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記定盤
    および前記鋳型の冷却を循環水流により行うことを特徴
    とする鍛造用鋼塊品の製造方法。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第2項において、前記循環
    水流の平均速度を0.2m/sec以上とすることを特徴とする
    鍛造用鋼塊品の製造方法。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第1項において、前記鋳型
    上端部における断熱を、断熱材を該鋳型上端部周囲に付
    設し、当該断熱材における熱拡散度(又は温度拡散度)
    が0.004〜0.1cm2/secであることを特徴とする鍛造用鋼
    塊品の製造方法。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第1項ないし第4項のいず
    れか1項において、前記鋳型高さ(H)と該高さ(H)
    の1/2の高さの位置における直径Dとの比、H/Dが1以上
    であることを特徴とする鍛造用鋼塊品の製造方法。
  6. 【請求項6】特許請求の範囲第5項において、前記直径
    Dの寸法は、500φ以上であることを特徴とする鍛造用
    鋼塊品の製造方法。
  7. 【請求項7】特許請求の範囲第1項ないし第4項のいず
    れか1項において、前記鍛造用鋼塊品は、普通炭素鋼、
    並びにCr,Mo,Ni,V,W,Mnの少なくとも1つを含む高合金
    鋼よりなる鍛造用鋼塊品の製造方法。
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