JPH0871734A

JPH0871734A - 塑性加工用鋼塊の鋳造方法

Info

Publication number: JPH0871734A
Application number: JP21545794A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ishihara; 誠石原; Takeo Mizuguchi; 丈夫水口
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】ＪＩＳで規定される合金工具鋼、高速度工具
鋼、あるいはＣを0.5%以上添加したステンレス鋼など炭
化物を多く含有する鋼を対象とし、出発点となる鋼塊を
健全な鋳造組織にすることで、その後に実施される塑性
加工によって均質な製品を得るための塑性加工用鋼塊の
鋳造方法を提供する。【構成】本発明は、インゴットケース内に注湯された
溶鋼を耐火物からなる撹拌子により撹拌させながら凝固
させることを特徴とする塑性加工用鋼塊の鋳造方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳造後に圧延または鍛
造など、熱間や冷間で塑性加工するための鋼塊の鋳造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の塑性加工用鋼塊の鋳造方法は、溶
解された溶鋼を、予め組み立てられたインゴットケース
および押湯内にその上方または、湯道を介して下方から
注湯し、静止状態でそのまま凝固させるものである。こ
れに対して動的な状態で凝固させる鋳造方法について
は、ねずみ鋳鉄の鋳造時に回転撹拌を適用することによ
り、強度が向上した報告がある。また、機械的振動を適
用した鋳造方法については、純亜鉛の鋳造組織微細化に
関する報告がある。さらに電磁撹拌を適用した鋳造方法
については、アルミ合金の鋳造組織微細化に関する報告
や、連続鋳造に適用し中心偏析を低減したり、等軸晶領
域を増大させた等の報告がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の塑性加工用鋼塊
の鋳造方法によれば、その鋼塊サイズが大型になるにつ
れて、液相線温度から固相線温度にいたる時間、すなわ
ち凝固するまでの時間が長くなり、その結果一次および
二次デンドライト（樹枝状晶とも呼ぶ）アームスペーシ
ングサイズが大きくなり、結晶粒が粗大化したり、一次
炭化物の凝集が起こり、その後の塑性加工においても十
分な微細化や炭化物の分断が行なわれず、製品の機械的
性質が低下するといった問題点があった。また、回転撹
拌、機械的振動を適用した鋳造方法については、鋼以外
の鋳物製造に関するもので、特殊鋼製造、特に鋳造時に
形成される一次炭化物の成長などに関する挙動について
は明らかにされていない。さらに、電磁撹拌について
も、アルミ合金に関する報告であったり、連続鋳造に関
する記載はあるが、通常のインゴットケースに鋳造する
塑性加工用の鋼塊の鋳造方法については、論じられてい
ない。

【０００４】本発明の目的は、ＪＩＳで規定される合金
工具鋼、高速度工具鋼、あるいはＣを0.5%以上添加した
ステンレス鋼など炭化物を多く含有する鋼を対象とし、
出発点となる鋼塊を健全な鋳造組織にすることで、その
後に実施される塑性加工によって均質な製品を得るため
の塑性加工用鋼塊の鋳造方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】発明者は小型の抵抗加熱
炉を用いて、その内部に耐火物で作られた鋳型を配した
実験装置を用いて、その鋳型内に注湯した溶鋼を、抵抗
加熱炉の温度や冷却速度を調整して、実際の大型鋼塊を
想定した実験を行ない、撹拌による一次および二次デン
ドライトアームスペーシングサイズの影響について調査
した。その結果、インゴットケース内の溶鋼を撹拌する
ことが、一次および二次デンドライトアームスペーシン
グサイズ微細化に非常に有効であることを見い出し本発
明を完成したものである。すなわち、本発明は、インゴ
ットケース内に注湯された溶鋼を耐火物からなる撹拌子
により撹拌させながら凝固させることを特徴とする塑性
加工用鋼塊の鋳造方法である。本発明の方法は、特にＣ
が高く、一次炭化物を多く含有する高合金鋼に適用する
と効果が大きい。

【０００６】

【作用】従来の塑性加工用鋼塊の鋳造方法である造塊時
に撹拌を行なわない場合には、その鋼塊サイズが大型に
なるにつれて、液相線温度から固相線温度にいたる時
間、すなわち凝固するまでの時間が長くなり、その結果
一次および二次デンドライトアームが大きく成長し、結
晶粒を粗大化させたり、一次炭化物の凝集が起こってい
た。インゴットケース内に注湯された溶鋼を耐火物から
なる撹拌子により、撹拌しながら凝固させると、一次お
よび二次デンドライトアームが成長する過程で、その樹
枝を剪断することができる。剪断された樹枝が新たな結
晶核となり、そこから新たなデンドライトが成長する。
この繰り返しにより、一次および二次デンドライトアー
ムスペーシングが小さくなり、偏析が軽減されると共に
結晶粒が微細化する。特に炭化物生成元素を多く含有す
る高合金鋼を大型のインゴットケース内で凝固させる
と、凝固中に溶質が濃化され、その部分が溶鋼の流動に
より線状に偏析したストリングゴーストあるいは形状に
よって逆Ｖ偏析と呼ばれる強い偏析帯が形成される。

【０００７】これは凝固中の未凝固部がインゴットケー
ス内で自然対流する結果起こる現象で、本発明の方法に
よれば冷却中の溶鋼を撹拌することにより自然対流を阻
止して鋼塊の一次炭化物の偏析を防止する効果が顕著に
現れる。撹拌に用いる撹拌子は、溶鋼との溶融、反応が
無いこと、溶鋼内に挿入したした時に凝固を生じさせな
いように、その熱容量が小さいこと。さらに、耐熱衝撃
性に強いこと。また、凝固後の鍛造用鋼塊内に残存して
も、その後の工程に悪影響を与えないといった条件が必
要である。上記必要条件を満たす耐火物からなる撹拌子
として、ジルコニア、アルミナ、ムライトなどからなる
セラミックが良い。

【０００８】さらに熱容量が小さく、耐熱衝撃性に強い
材質にするためには、空孔を有するセラミック製の撹拌
子を用いることが望ましい。また、上記の撹拌子は、予
め加熱しておくのが良く、鋼塊の頭部を徐冷させるため
に溶鋼温度以上の温度に加熱しておくことが望ましい。
撹拌子の形状は、溶鋼を高速で撹拌する必要はなく、イ
ンゴットケース内の自然対流を阻止しつつ、これとは異
なった方向の流動を緩やかに起こせば良いので、円柱状
でも目的を達成することができるが、小さい羽根状の突
出部を設けても良い。さらに、インゴットケース内の溶
鋼の中心部を下方に対流させるごとき、羽根を傾斜させ
るか、スクリュ状の連続的な突出部を設けても良い。

【０００９】撹拌子の回転速度は、撹拌子の外周部で、
９８０ｍｍ／ｓｅｃ．を越えると撹拌中に溶湯が飛散す
るので９８０ｍｍ／ｓｅｃ．以下とするのが良く、望ま
しくは２０〜５００ｍｍ／ｓｅｃ．が良い。結晶粒微細
化の効果は、低速度の方がむしろ好ましいことが判っ
た。撹拌子を挿入する時期は、インゴットケース内に鋳
込まれた直後でも良いし、鋳込まれる前から設置されて
いても良い。また、挿入位置はインゴットケース内のい
ずれの位置でも良いが、インゴットケース下部に挿入し
た場合は凝固進行と共に、上部に移動する必要があるの
で。最終凝固部である押湯内部が望ましい。撹拌は凝固
が進行している間なら連続的でも間欠的でも良く、凝固
期間中任意の時点で終了させることができる。撹拌子に
支障がなければできるだけ凝固終了まで撹拌することが
望ましい。撹拌子の寸法は、基本的には上記回転速度が
得られれば良いが、回転用シャフトの取付等を考慮すれ
ば３０ｍｍ以上の径が必要であり、インゴットケースま
たは押湯内に納まる径でなけれならない。長さは特に限
定しない。

【００１０】

【実施例】以下に本発明を実施例と図面によって説明す
る。（実施例１）使用したインゴットケースは図１に示す下
部径６５０ｍｍ、上部径９６０ｍｍ、高さ１９５０ｍ
ｍ、押湯高さ７００ｍｍ、本体内容量約１ｍ³のものを
用いた。鋳込まれる溶鋼の成分は、重量％で１．４７％
Ｃ，０．２４％Ｓｉ，０．４４％Ｍｎ，１１．６７％Ｃ
ｒ，０．８４％Ｍｏ，０．２３％Ｖ，残部Ｆｅおよび不
純物からなるＪＩＳＳＫＤ１１相当の鋼である。この
鋼はＣｒの炭化物からなる一次炭化物を多量に含有する
鋼として代表的なものである。溶湯はアーク加熱溶解炉
において精錬、成分調整されたものを取鍋に受け、上記
インゴットケースに湯道を介して下方から注湯した。撹
拌子は、外径１５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの多孔質ジル
コニア系セラミック（見掛け気孔率が８０％）を用い
た。この撹拌子に回転運動を与える方法は、図１に示す
ように撹拌子に耐火セメントで固定されたアルミナ質シ
ャフトを減速モータで駆動する方法とした。撹拌子の回
転速度は、撹拌子の外周部が２５０ｍｍ／ｓｅｃ．とな
る３２ＲＰＭとした。なお、この撹拌子は、溶鋼の鋳込
まれる前から、押湯部内に予め設置しておいて、凝固終
了時に撹拌子が破損するまで回転するようにした。

【００１１】凝固終了後の鋼塊は、焼鈍後鋼塊の上部、
中部の位置のそれぞれ外周部、直径の１／４部、中心部
の縦断面、横断面を切り出して、一次および二次デンド
ライトアームスペーシングを測定した。その結果を撹拌
を行わなかったものと比較して図２に示す。撹拌を行っ
たものは、明らかに一次および二次デンドライトアーム
スペーシングが小さくなっており、その効果が大きいこ
とがわかる。また同様な位置から切り出した塊を、１０
１０℃で３０分保持後空冷、１８０℃で６０分保持後空
冷、１８０℃で６０分保持後空冷の熱処理を施し、抗折
試験および衝撃試験を行った結果を撹拌を行わなかった
ものと比較して表１に示す。撹拌を行ったものは、明ら
かに強度、靭性共に向上し、その効果が大きいことがわ
かる。

【００１２】

【表１】

【００１３】

【発明の効果】従来の塑性加工用鋼塊の鋳造方法では、
一次および二次デンドライトアームスペーシングサイズ
が大きくなり、結晶粒が粗大化したり、一次炭化物の凝
集が起こり機械的性質が低下するといった問題点があっ
たが、本発明の塑性加工用鋼塊の鋳造方法によれば、一
次および二次デンドライトアームスペーシングサイズを
微細にすることが可能となり、従来最も対策の遅れてい
た一次炭化物の偏析を防止することができ、結晶粒も微
細となり、機械的性質も向上する。その結果、鋼の工業
用材料としての特性が著しく向上し、本発明の工業的効
果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の塑性加工用鋼塊の鋳造方法の一実施例
を示す断面図である。

【図２】一次および二次デンドライトアームスペーシン
グを測定比較した結果を示す図である。

【符号の説明】

１撹拌子、２シャフト、３減速モータ、４溶
鋼、５インゴットケース、６押湯、７ケース台、
８支柱

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インゴットケース内に注湯された溶鋼を
耐火物からなる撹拌子により撹拌させながら凝固させる
ことを特徴とする塑性加工用鋼塊の鋳造方法。