JPS6195763A - 鋼のデイツプ・フオ−ミング法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、芯材の周囲に溶鋼を連続的に付着させる方法
（ディップ・フォーミング法、以下単に３ｒｎｙ法」と
云う）に関するものである。

（従来の技術およびその問題点） ＤＩＦ法は銅荒引き線の製造方法として開発、実用化さ
れた連続鋳造圧延法の一つである。

ところで、鉄鋼分野においてもプロセスの連続化は省エ
ネルギ、歩留シ向上の観点から重要な開発項目であり、
現在種々方式の連続鋳造圧延法の開発が試みられている
。そして、これらに共通した考え万は、 ■　必要最小限の加工比によ〕製品とすること、そして
そのためには、よ）薄いあるいはより繻い鋳片をよル高
速で鋳造すること、 ■　多品種小量生産という品種構成の変化に対応すべく
、小量を効率よく生産できること、そしてそのためには
、設備がよシコンパクトであること、等が挙げられる。

Ｄ１法の最大の特徴である鋳型を必要としないこと、あ
るいは他の連続鋳造圧延法に比べ設備がコンパクトであ
ることは、このような要求に適合したものである。

ところで、ＤＦ法は溶鋼中ＶＣ冷たい芯材を浸漬させて
この芯材の冷却能を利用して芯材の周囲に溶鋼を付着凝
固させ、芯材と付着凝固層が一体となった鋳片を作成し
、しかる後、圧延等の加工によシ両者を接合すると同時
に所定形状の製品を得るものであシ、この方法では芯材
に対しての付着凝固をいかに均一に制御するかが問題と
なる。っま）、Ｄ１法においては鋳型を必要としないと
いう大きな特徴を有する反面、３片の表面形状の制御が
困難になるという欠点がある。すなわち、溶鋼は芯材と
直接接触し非盾に大きな熱伝導が得られるが、逆に局部
的に熱伝導が不均一となった場合には凝固厚さが不均一
とな〕、得られる鋳片は非常に凹凸の激しいものとなる
。このように鋳片表面に凹凸が生ずると、■鋳片表面割
れ、＠製品の形状不良、θクラッド鋼等の場合、クラツ
ド比のバラツキの原因となるため、従来法においては以
下に述べるような対策が講じられている。

［有］皮むきダイスに芯材を通過させることによシ、表
層のスケール等の不純物を除去する。

■更に皮むき後の芯材は真空状態で坩堝内に導入する。

しかし、このような対策は、芯材と溶ｑの熱伝導の不拘
−場の原因となる不純物を芯材表面に介在させないこと
を目的とした処理であるが、鉄鋼を対象とした場合、 ■皮むきダイスの寿令が非常に短くなシ、連続操業時間
が大幅に制約される。

■更に％　ｆｊｌのような高融点金属を対象とした１合
、坩堝底部に設置呈すべきノズル寿命の間層から、特公
昭４６−６４３号のように坩堝底部からの芯材導入その
ものが困難である。

等の開運がある。

（問題点を解決するための手段〕 本発明者は、Ｄ１法を鉄鋼分野へ適用すべく種々検討を
重ねた結果、鉄鋼を対象とした場合には従来の銅荒引き
線の製造法をいくつか改善しなければ適用できないこと
を見出した。すなわち、本発明はその一つである芯材へ
の付着凝固の均一化に関するものである。

先ず、鉄鋼を対象とした場合の芯材浸漬方法として特公
昭４６−６４３号に開示の方法が非常に困嬉であること
から、これに代わる方法として本発明者は第２図に示す
方法、すなわち芯材用を溶鋼保持炉（２１中に満たされ
た溶ｊ４　＋３１の表面上部から導入して溶鋼内に浸漬
させ、しかる後溶鋼面から上方向に引上げる方法を昭和
５９年１０月３日提出の・庁許顕にて提案したが、鉄銅
の場合、銅との２固特性の違いもさることながら、浸漬
方法も真なるため、全く新規な不均一凝固抑制手段の開
発が必要となった、 そこで、本出願人は鋼における浸漬方法を考慮して不均
一凝固の発生原因およびその対策てついて実験的検討を
１ねた結果、芯材の表百粗さの影響が大きいこと分知見
し、更に下記Ｗ成要件を４足することにより十分な均一
凝固が得られることを見出した。

■芯材表面に凹凸を付与し、かつ凹部（４１が格子状を
呈するように配置すること（第１図参照）。

■凹部（４）の幅が２．０■以下であること。

■凸部（５１の総研積率が１．０ｍｍ以下であること。

ここで、凹凸形状が第４図に示すような形状の場合には
、凸部（５）の個々の面積は（＆Ｘｂ）で求められ、ま
た、溝輻はＷである。しかし、前記凹凸を圧延による転
写等にょシ付与する場合には、第４図に示すような形状
は転写性が悪いため、第５図に示すような凹部１４１が
Ｖ字状になるようにすることか望゛ましい。この場合、
凸部（５１０面積とは、その頂部のＭ債（ａ　Ｘ　ｂ　
）で、また、溝１ｉｗも頂部の幅で示す。

また、前記凹凸部のコーナーは第６図に示すように丸味
をおびている為、夫々の長さは、各辺の延長線上の交点
間距離としている。

なお、銅の凝固を均一にしようとする試みは本発明の対
象とする５１法以外て、連続１造鋳片の表面疵対策にお
いてもみられる。特公昭５７−１１７３５号（以下「公
知例」と云う）においてはその対策として、 ■鋳型内面に多数個の凹部を形成し、 ＠該凹部の直径もしくは幅が１５ｍｍ以下であること、 θ該凹部総面積の占める比率が２０〜９０嘩であ石こと
、 を特徴とする発明が開示されているが、本発明方法と以
下に述べる点において異る。

■公知例において凹部は個々に独立しているか、または
一方向（Ｃのみ連続している。これに対し、本発明では
第１図に示すように四部（４）を格子状に形成し、凹部
（４）すな−ｂち溝を縦横に連結させている。

■公知例においては凹部総面積率が２０〜９０１１に対
し、本発明の場合には凸部（５１の総面濱率をｌＯ襲以
下、すなわち凹部＋４１　ａ１面積率を９．０ｍｍ以上
としている。

■公知例においては凹部の幅が２．５箇以下であるのに
対し、本発明の場合には２．０　ｍｍ以下である。

そこで、以下に本発明の構成要件の必要理由を明らかに
すると共に、公知例との差異を明確にする。

先ず、不均一凝固の発生原因について明らかにする。

公知例においては、不均一凝固の原因として、鋳型内で
は鋳片表面は鋳型内壁面と直接接触している関係上伝熱
が非常に大きく、この大きな伝熱の故に接触状聾が少し
でも偏ると不均一な伝熱が生ずるからであるとし、鋳型
そのものについて伝熱を緩和することを狙ったものであ
る。すなわち、所定の直径おるいはりを有する凹部を施
すことによシ洛鋼は凸部とのみ接触するため接触面積が
減少し、よって＠熱が緩和できる。いわゆる緩冷却効果
を狙ったものである。

本発明者においても、前記事項を明確にすべく、次のよ
うな実験的検討を行った。実装手法としては、本発明の
対重がフシ法であることと、２漬方法が溶鋼面から芯材
（υを導入させる手法であること、更に、本来は芯材（
１１は連続的に浸ａされるものであるが、基礎的検討と
しては短尺の芯村田を用いても現象論的にはほとんど差
異がないことから、溶鋼＋３１を所定温度に保持した炉
中に芯材１）を１本ずつ浸′ａさせるパッチ方式を用い
て行った。

なお、調査は公知例の考え方に基づき以下に述べる順序
で行った。

先ず、機械的研摩によりスケール等を除去し、表面を清
浄とした芯材（１１を溶鋼＋３１中に浸漬せしめ、付着
凝固状態を講察した。その結果、著しい不均一凝固が発
生した。

そこで、公知例に開示された手法に基づき、凹部総面積
率が８．０ｍｍとなるように凹部を形成させて突成した
が、不均一度はほとんど改善されなかった。

次に、更に凹部の面Ｌ１率を大きくするため、凹部を形
成する溝を縦横に格子状に加工し、凸部誌面積率を５−
まで減少させた結果、不均一凝固は大幅に改善され、非
常に平滑な表面を有する切片が得られた。しかし、凸墨
総面積率は６チと同程度であっても、格子状ではなくｔ
ｘ又は横のいずれか一方向のみに平行状に溝、すなわち
凹部１４１を加工したものでは十分な均一度は得られな
かった。

更に、前記した鋳片について芯材（ＬＩと付着凝固層の
界面状況・こりいてｉ′！査した。その端果、不均一凝
固により鋳片表面に凹凸が生じたものではその凹部に対
応する界面にはエアーギャップが認められ、芯材Ｉｌ＋
と凝固層とが非接融の状態になっていることが判明した
。

以上の調査倍乗は、不均一凝固の発生原因について以下
の知見を与えてくれた。すなわち、特にＤ１法において
不均一凝固は単に接触面積を小さくする、いわゆる緩冷
却効果だけでは十分改善できないこと、より大きな要因
としてｌ・ま、浸漬時に芯材（Ｖと溶鋼（３）の界面に
巻入まれるエアー等のガスが芯材１１１と溶鋼＋３１の
界面で不均一な熱伝導場を形成させることによるもので
あること等である。

このように両者において不均一凝固の発生原因に対する
考え方に差異が生じた理由は凝固形頓の違いに基づくも
のである。すなわち、公知例が対象とするような鋳型内
での凝固の場合、凝固収縮によシ凝固層は鋳型から離れ
ようとする。これに対し、フシ法のように芯材１１１を
中心として凝固層が形成されるものでは、凝固収縮は冷
却体である芯材＋ｎと凝固層をよ）強く接触させようと
する。

すなわち、Ｄ？法に比べ通常の鋳型向凝固においては、
冷却体とＱ固層との接触が非常に不安定である為、例え
ばエアーをその界面に巻込んでも容易に逃げることかで
゛き、また熱伝導的な不埒−場が発生した場合でも、そ
の影響度は比較的小さい。

このようなことが両者の考え方の違いの根底となってい
る。

前記調査結果において１；りを格子状に加工したｊ、！
！合に凝固不均一度が著しく改善された理由は、界面に
捕捉されたエアー等のガスが溝を伝わって四方に拡散し
、エアーギャップを生ずるに至らなかった為であ〕、溝
すなわち凹部（４）が個々に独立していたり、あるいは
連結していても一方向のみの場合には拡散経路が抑制さ
れるため（巻込まれたエアー等の拡散が不十分となり、
よって界面にエアーギャップが生ずる結果不均一度が十
分改善されないのである。これが本発明において、凹凸
の形成洋式を格子状にすることの必要性の裏付けとなる
°ものである。

従って、本発明くいう格子状とは、縦、横の溝すなわち
凹部１４１が第１図に示すように必ずしも直角に交わる
必要はなく、９０度以外の交差角でもよい。

更に、以上の知見から凝固不均一度におよぼす凹凸の形
成様式の影響だけでなく、凹部となる溝の１扁の重要性
が示唆された。

すなわち、溝輻を広くするということは、巻込まれたエ
アー停がより拡散し一ンすくなシ、更には凸部総面積率
が減少する吉果先に述べた緩冷却効果も相俟って不拘−
字を抑制できることになる。

そこで、凹凸の形成様な全て格子状としたうえで、凸部
総面積率を」々変化させて凝固不均一度とのＶ、り係を
定量化すべくバッチ式にょシ検討した。な訃、定量化の
指標としては鋳片の表面割れを用いたのであるが、これ
は下記の理由による。

すなわち、ＤＦ法における鋳片表面割れは以下の原因に
よ勺発生する。つまり、芯材（１１を溶鋼（３）中に浸
漬し、その周囲に凝固層を形成させた場合、特に鋳片を
溶鋼（３１中から引上げた後に凝固層は冷却されて収縮
するのであるが、一方内部に位置する芯材１１１は未だ
温度が上昇している段階であシ膨張を続けている。この
ような膨張、収縮の応力方向の違いからａ固層に引張応
力が発生する。そして、凝固不均一度が大きく、鋳片表
面に凹凸が生じた場合に、その凹部は応力集中場となる
ため」片表面での割れ発生を助長する要因となるのであ
る。しかも、表面割れは他の効果に比べ凝固不均一を川
の影響を最も強く受けることから指標として用いたので
ある。

先ず、一つの凹凸性状について約５０本の鋳片を作成し
、このうち表面割れが発生した鋳片の本数比率によシミ
ｆ価、検討した。その結果を消３図に示す。第３図に示
すように、凸部総面積率をｌＯチ以下とすることにより
、鋳片表面割れを著しく防止できることが明らかとなっ
た。

次に溝の幅を規定するのは下記の理由による。

すなわち、溝輻が広すぎると凹部１４１に溶鋼が入シ込
み、その結果巻込まれたエアー４の拡散を阻害したシ、
また接触面漬が増加するために不均一凝固を助長するか
らである。凹部（４）への溶鋼Ｇ＋の浸入を防止するた
めには、温調の凝固が生じないような条件下では表面張
力との関係のみから決定されるためによシ狭くする必要
があるが、Ｄ１法のように溶鋼が芯材田と接触して凝固
が開始するものでは、凝固収縮が更に付加されるため、
よシ広い幅でも溶銅の浸入は発生せず、実験的にはλＯ
ｗｍ、ｔｌ下であれば問題はなかった。

なお、公知１．すでは、溝（扁を２．５■以下に規定し
ているが、この差異の原因は、冷却体としての水冷銅板
と銅の抜熱能の差、および、鋳型向凝固では凝固収縮に
伴って凝固層は鋳型から離れようとするのく対し、Ｄｙ
法では凝固収縮は凝固層を芯材側へ、すなわち、凹部（
４）へ押込む方向に作用するためである。

なお、本発明方法を実施する場合の芯材１１１への凹凸
付与方法としては、パッチ方式のように芯材１１１が比
較的短尺の場合には切削加工によっても伝えるが、連続
プロセスのように非常に長尺の芯材１１１に対して格子
状の溝加工を施す場合には、切削加工は困難であ）圧延
加工による転写法が望ましい。すなわち、芯材１１１が
板形状の場合には、例えば２段圧延機のロール表面に凹
凸を施しておき、これらロールによって芯材１１１に圧
延転写する等の如くである。また、芯材１１１が断面円
形の場合には２段孔型圧延では非転写部が生ずるため、
例えばローラダイス方式が良い。更に前記格子状の凹凸
を転写するに際しては、１パスで行うよ〕も、縦、み、
横６１をノｊす々に、すなりち２パスで行う（デうが転
写性に侵ｎている。

（実施１ｙｌＪ１） 第２図に示す方式、ζよシ以下の条沖で連続鋳造圧延を
行った。

ｉＸｇ２ｍＸｌ［ｉさ１ｍの５ＰＨＯクラスの′：４板
を芯材とし、これと同材質のｉｇ　ｔ！４を溶鋼過熱度
３０℃に保持した中へ４漬さ♂た。そして、浸漬時間が
５秒となるように浸漬速度および浸漬距離をコントロー
ルしたところ１０謹厚さの鋳片が得られ、これを２謹厚
ざまで圧）瓜し製品を得た。

ここで、芯材として脱スケール等の清浄処理だけで表面
は平滑なものを使用した場合には、鋳片表面に多数の凹
凸が生じ、その結果、鋳片表面に割れも多発した。

そこで、格子状の凹凸を付与した芯材を用いたところ、
凸部総面積率が１５−の芯材では割れは十分防止できな
かったが、５−の芯材を用いたところ割れはほとんど発
生せず、良好な製品が待られた。

（実施例２） （実施列１）と同・謙に６月２゛ｆ２１に示す方式によ
シ、φ９鴎の０．１０チ炭素鋼を芯材として、溶閉過熱
度５０℃のｓｔＴ＄３０４組成（Ｄ　Ｊ　ＩＩＩ中ｌ（
、浸漬時間が６秒となるように浸漬させたところφ１６
鴫の鋳片が得られ、これをφ５．５通まで圧延し、クラ
ッド線材を作成した。

ここで、芯材として表面が平滑なものを用いた場合には
、満月表面に凹凸が多発し、その結果、表面割れの発生
だけでなく、クラツド比のバラツキも大であった。

そこで、凸部総面積率が５！ｊとなるように格子状に凹
凸（ｆ施した芯材を用いたところ、非常に平滑な鋳片が
得ら７Ｌ、表面割れもなく、かつ、クラツド比のバラツ
キも著しく改善された。

（発明の効果） 以上述べた如く本発明方法によｎば、表置に凹凸の少な
い平滑な鋳片を安定して継続的に製造することができ、
ディップ・フォーミング法の鉄鋼仕方への適用が可能と
なり産朶上大なる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

２に１図は本発明方法に使用する芯材に付与する凹凸の
説明図で、（イ）は平面図、（ロ）は（イ）のローロ断
面図、第２図は本発明方法の説明図、第３図は芯材に付
与する凹凸の凸部総面積率と割れ発生比率の１１係図、
第４図〜第６１は凹凸部の各寸法の説明図である。 Ｃ１は芯材、（２）は溶銅保持炉、（３１は溶鋼、（４
）は凹部、（５１は凸部。 特許出碩人　　　住友金属工業株式会社（ほか１名“・
）−−−、＋ 第１図　　　　　　　　　第３図 第２図 第４図　　　　　第５図 ８６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、銅のディップ・フォーミング法において、その
   表面に溝輻が２．０ｍｍ以下の凹部を格子状に呈し、か
   つ、凸部総面積率が１０％以下となる凹凸を付与してな
   る芯材を、溶鋼中に浸漬させることを特徴とする銅のデ
   ィップ・フォーミング法。