TW434058B - Process for the twin-roll continuous casting of austenitic stainless steel strip of excellent surface quality, and strip thus obtained - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消#合作社印製 434058 A7 ___B7_____ 五、發明說明（1 ) 本發明係有關於金屬的連續鑄造，並且更特別地是有 關於藉由所謂的“雙輥鑄造”法直接由液態金屬連續鑄造 厚度爲數mm等級之沃斯田鐵不鏽鋼帶。 近年來，用於由液態金屬鑄造薄碳鋼或不鏽鋼帶之方 法的開發已有實質的進展。現今主要使用的方法爲在二個 內冷輥之間鑄造該液態金屬的方法，其中二輥係以反向圍 繞其水平軸旋轉並彼此相向，其表面間的最小距離約略相 等於鑄造金屬帶所希冀的厚度（諸如數個mm)。含有液 態鋼的鑄造間隔係以輥的橫向表面（該金屬帶係於該表面 開始固化），並以緊靠該輥末端的耐火側面密閉平板定義。 液態金屬在接觸輥外表面時開始固化，其係於該表面上形 成固化的“薄殼”，且裝置被製作以確保該薄殼接合於“夾 膜”，也就是說輥間距最小的區域。 以雙輥鑄造製造薄不鏽鋼帶所遭遇的主要問題之一在 於被稱爲微裂的表面缺陷出現於該金屬帶上的明顯風險。 這些爲足以使得由其製造之冷轉化製品不適用的小龜裂^ 其係於鋼固化期間形成，並具有40微米等級的深度以及約 20微米的開口。其發生是由當殼與輥表面在其弧面長度的 接觸而固化時金屬之收縮。此固化作用被敘述爲包含二個 連續的步驟。第一個步驟在液態鋼與輥表面之間的初始接 觸期間發生，其將造成於該輥表面上形成固態鋼殼。第二 個步驟係有關於該薄殻的成長到夾膜（其係被說明於前） 爲止，該夾膜係爲其與在另一個輥上形成的該薄殻接合之 處，以組成完整的固化金屬帶。鋼與輥表面的接觸係取決 4 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 Χ 297 H "" ' ------------^-------訂---------線 (諳先閲讀背面之注*事項再填寫本頁) A7 434058 _B7_______ 五、發明說明（> ) 於該鑄造輥的表面形貌以及圍繞於鑄造空間之鈍氣的性質 與鋼的化學組成。所有相關的這些參數係決定鋼與輥之間 的熱傳遞並控制殼固化的條件。在殼之固化及冷卻期間’ 後者進行收縮。.這些特別是取決於相變化的程 度，其隨金屬密度的實質變化而發生於顯微程度。 其取決於該鑄造金屬的組成。這些收縮也修正了殼硬化 與冷卻之條件。

Creq/Nieq的比例一般被認爲是沃斯田鐵不鏽鋼之 固化路徑的代表。它根據Hammar與Swensson方程 式，藉由下列式子計算（百分比爲重量百分比）： Creq(%) = Cr% + 1.37Mo% + 1.5S1% + 2Nb% + 3Ti% Nieq(%) = Ni% + 0.31Mn% + 22C% + 14.2N% + Cu%。 開發雙輥鑄造法，使其得以以可靠的方式獲得無不可 接受之表面缺陷（諸如微裂）的金屬帶的各種嘗試已被爲 .«： 之。 關於沃斯田鐵不鏽鋼，在文獻ΕΡ-Α·0,409,645中提及。 其中結合了在於輥表面”凹洞”(粗糙的凹圓形或橢圓形狀的 凹洞)所定義的幾何學與如惰性氣體，含有30到90%可溶 於鋼中之氣體的混合物的使用，其輥與液態鋼之間第一次 接觸時排列凹洞。文獻ΕΡ-Α-0,481，481結合了一化學組成， 其中由（5 -Fecal=3(Cr%+1.5Si%+Mo%)-2.8(Ni%+0.5Mn% + 0.5Cu%)-84(C%+N%H9.8 所定義的(5-Feeal 指數是介於 5% 與9%之間，與在輥上之凹洞幾何致使促進固化成爲初生肥 粒鐵類，+ r。習用上，凹洞可以鎚頭敲擊或雷射機 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公S ) ϋ n n n n n 1 n 1 1· . n .^1 .一5、. if I 1 n f I <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 4 3 4 0 5 8 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 製形成。在所有前述之文獻中，這些凹洞必須相互分開。 文獻EP-A-0,679，114提出在輥表面使用周圍溝槽之方 法’這些溝槽給予該表面一從2.5到15/zm之Ra粗糙度。 其與鋼之化學組成結合而使得硬化成初生沃斯田鐵，特徵 在Creq/N〖eq的比例低於1.60。然而，硬化成初生沃斯田鐵 將增加不鏽鋼之熱裂敏感度及增加沿著鋼帶形成縱向裂縫 之危險。 文獻EP-A-0,796,685教示如何鑄造Creq/Nieq&例高於 1.55的鋼以使將高溫相位改變減到最少，並藉由使用表面 包括連續凹洞之直徑爲100-1500/zm及其深度爲20-150# m之輥及以可溶於鐵之情性氣體，或大部分由該可溶氣體 所組成之混合物鈍化凹洞(液鋼態表面與輥表面之間的交點) 周圍進行此鑄造。粗糙尖端作爲開始硬化的部位，而這些 粗糙孔洞在硬化過程中構成了金屬收縮縫，並造成更好之 應力分布。然而，當Creq/Nieq的比例高於1.70時，便不能 避免會有少數微裂會出現。 本發明之目的爲提供一種鑄造薄沃斯田鐡不鏽鋼帶之 方法，其表面沒有微裂及其它主要之缺陷，不需要特別嚴 苛之鑄造條件才能完成並使鑄造鋼具有Creq/Nieq的比例高 於現行方法成爲可能。 爲了此目的，本發明之目的一種直接由二個冷卻水平 輥間的液態金屬連續鑄造厚度小於或等於10 mm的沃斯田 鐵不鏽鋼帶的方法’其特徵在於： 一該鋼的組成，以重量百分比表示：C%S0.08; Si% 6 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣 -s. --線. ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格⑵0 X 297公釐) B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（4) S 1 ; P%S0.04; Mn%S2; Cr%介於 17 至 20 之間；Ni°/〇介 於8至10.5之間；S%介於0.007至0.04之間；餘量爲鐵及 從熔煉所產生的雜質： -Creq/Nieq的比例介於1.55至1.90之間： Creq(%)=Cr% + 1.37Mo°/。+ 1.5Si°/〇 + 2Nb% + 3Ti% 及 Nieq(%)=Ni% + 0.3 ΙΜη% + 22C% + 14.2N% + Cu%； -輥之表面包括大約是圓或橢圓斷面之直徑爲100到 i 500 μ m深度爲20到150# m的連續凹洞： -凹面周圍之惰性氣體爲一可溶解於鋼中之氣體或是 該氣體之混合物，或由至少50%體積之該氣體或氣體混合 物所組成。 本發明之目的亦爲利用此方法所生產之鋼帶。 如同已被了解的，本發明是在於結合相關於鑄造金屬 組成、輥之表面拋光及凹洞惰性氣體之組成的條件，以便 於得到表面無微裂之鋼帶。在所需之成分中最主要新穎之 處就是此金屬必須具有高於經常遇到之成分的硫含量(然而 不能大到足以危及產品之抗腐蝕性)且此成分必須與精確的 Creq/Nie(^t：例範圍結合。 本發明將藉由閱讀下列說明並參考下列圖式而更容易 瞭解： 圖1顯示根據先前技藝以雙輥鑄造之沃斯田鐵不鏽鋼 帶的斷面圖，該圖說明希望避免之微裂之形狀。 圖2爲一曲線圖，其顯示微裂存在於鑄造鋼帶表面時 金屬硫含量之影響。 7 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 434058 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（$ ) 當液態鋼第一次與輥接觸之條件在鋼帶硬化過程中形 成一非常重要的因子並且對於鋼帶表面品質具有一相當可 觀之影響。該條件的適當控制因此是非常重要的，以便於 確保在鑄造鋼帶中不會產生微裂。然而’存在於輥間之液 態金屬的表面水平不可避免的變動會使此控制複雜化’尤 其在發生在第一次接觸區域內之熱交換中爲一不規則的來 源。在殼硬化之接下來的階段中’其它類似的不規則性是 由於在硬化過程中金屬的收縮，其特別是起因於沃斯田鐵 不鏽鋼之高溫相轉換的特性。這些收縮也許是微裂的成因。 圖1顯示一薄沃斯田鐵不鏽鋼帶1之縱斷面試樣顯微照 片。此鋼帶1在其表面2上具有一本發明特別試圖去避免 之形式的微裂3。在試樣上完成金相顯微蝕刻而顯現出一 淡色區域4，在微裂3四周並沿著其擴散：其與富含特定 元素如鎳與錳之隔離區域相符合。 已經發現對液態金屬添加如硫之表面活化元素，該元 素在輥之表面作用於液態鋼之表面張力，對於金屬首次接 觸到鑄造輥之條件有實質地影響。特別是該添加可使液態 金屬凹面形狀被非常實質穩定化，由於輥表面之較佳潤濕。 此將造成液態金屬與輥表面之間第一次接觸之熱交換期間 顯著改良均質性與均一性。這些影響已經由發明者根型號 3〇4沃斯田鐵不鏽鋼之鑄造薄鋼帶在斷面方向之金相顯微 斷面上所作之圓柱殼厚度的均一性量測証明。在這些厚度 中之不均一性將藉由鑄造鋼帶在其表面上具有微裂之高傾 向來表示。在另一方面，一個硬化殻的圓柱部分之均一厚 8 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------ Ά-----|1灯---------線 (諳先閱讀背面之注意事瑣存填寫冬買) A7 4 3 4 0 5 8 __B7____ 五、發明說明（G ) 度，其爲凹面水平在執行鑄造中僅有些微變化的指標，伴 隨而來的是鋼帶表面中沒有微裂產生。 在圖2中之曲線顯示這些硏究之結果，該硏究是在3 mm厚之鋼帶並以50 mm/min之速度鑄造下所完成的。鑄 造輥之表面是以平均深度80/im及平均直徑1000#m之連 續凹洞而使其粗糙。此鑄造鋼之成分落在以下之限制內： C:0.02-0.06°/〇; Mn:1.3-1.6°/〇; P:0.019-0.024%; Si:0.34-0.45%; Cr:18.0-18.7%; Ni:8.6-9.8%; S:0.0005-0.446%。這些鋼之 Creq/Nieq比例從1.79變化至1.85。包覆在凹洞周圍之惰性 氣體含有60%體積之氮氣及4〇%體積之氬氣。作圖在X-軸 的是金屬之硫含量而作圖在y-軸的是在鑄造過程中凹面水 平之變動幅度的代表指數，其表示在鋼帶硬化結構中所觀 察到此圓柱區域之厚度上的標準差。我們可以這樣說，對 於相同之鑄造條件，金屬之硫含量越高，而其它元素含量 保持相同，則在凹面水平之變動幅度越小。硫含量在0,007% 以上時，此影響便顯著減小，而對於較低含量則卻非常明 顯。同時也了解到在鋼帶表面微裂之發生是直接關係到這 些變動且對於硫含量0.07%之較低限制也相當於避免微裂 形成所需之最小量。 一般，發明者已測定一組符合的條件以使沃斯田鐵不 鏽鋼可被鑄造成薄片而不會在其表面形成微裂，該條件已 在上述提過。而後者將藉由以下之考量來加以印證。 當硫含量低於0.007%時，在凹面水平之變動會變得很 大且熱交換之不規則性將造成微裂的形成，特別是當 9 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297公爱^ .. . H ** 11 ^-eJ· a^i ai· a— aaai 1 I (請先钳讀背面之注意事項再填寫本頁) 濟 部 智 慧 財 產 局 員

I 製 4340 5 8 A7 B7 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印裝 五、發明說明（’7 ) Creq/Nieq比例高於1.70時。硫含量之上限固定在〇·〇4°/。’ 因爲高於此値時硫含量對於凹面穩定之影響就不再顯著增 加，而且在另一方面因爲從此鋼帶所製造之末端產物的抗 麻點腐蝕性降低的風險增加。 磷的含量必須維持在0.04%以下，以避免當Creq/Nieq 比例接近1.55時鋼帶發生熱龜裂的危險’也就是說當其部 分硬化成爲初生沃斯田鐵且小部份成爲初生肥粒鐵類。 Creq/Nieq比例爲至少1.55，若低於此値鋼之硬化部分 至少爲初生沃斯田鐵，因而增加此鋼帶龜裂之敏感度而且 有利於縱向龜裂的發生，該龜裂也必須被絕對避免的。對 於Creq/Nieq比例高於1.90時，肥粒鐵-沃斯田鐵之轉換所 造成之收縮將會變得太大而且微裂也變得不可避免。除此 之外，在鋼帶中肥粒鐵含量變得太高，可能會造成在從如 此鑄造之鋼帶製造的末端產物形成之後發生龜裂。 在鑄造鋼鐵上其它成分的條件對最平常的沃斯田鐵不 鏽鋼是很常見的，特別是304型及類似物。我們應了解除 了在上述明確提及存在於鋼鐵中之元素外，如存在差品質 中之雜質或合金元素，只要它們不會明顯的修改硬化條件 及輥表面液態鋼之表面張力，都將確定在所製得之鋼帶中 沒有微裂存在。 如已陳述的，在凹面四周之惰性氣體的性質對於鋼與 輥表面之接觸的條件具有強烈之影響’特別是在輥粗糙度 的”反面”轉移到鋼帶之表面上及在微裂形成之風險上。以 一個完全或大部分不溶於鋼中之氣體，如氬氣或氦氣，僅 10 n i I I n t— ϊ t» 1«^-SJr f <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 3 4 0 5 8 A7 B7 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（s) 有一些或沒有硬化鋼滲透入輥表面之凹洞。因此熱之移除 實際上僅發生在粗糙度尖端的反面，因而造成在輥表面之 熱移除非常不均勻。此不均勻的特性將促成許多微裂的發 生。在另一方面，以一個含有相當數量之可溶於鋼中的氣 體的惰性氣體，如氮氣、氫氣、氨氣及二氧化碳，不管是 完全由該氣體或是該氣體之混合物組成，鋼會直接滲透進 入輥表面之凹洞且在第一次接觸時會有顯著的熱量移除。 此外這也減少了在尖端及凹洞反面中熱移除的不均勻性° 所有這些都傾向於降低微裂形成之風險。實際上，考慮其 它對於金屬組成之鑄造所需之條件及輥表面之粗糙度’作 爲可溶於鋼中之氣體（或氣體混合物）之惰性氣體含量的τ 限被設定爲體積之50% » 剛才已描述過之條件當輥在其表面具有直徑介於100 到1500#m及深度介於20到150#m之連續凹洞時可達成 所要之結果。 現在將敘述本發明之應用實例並印證其需求。 實例1 : 在輥之間鑄造厚度3mni之沃斯田鐵不鏽鋼帶。輕之表 靣有連續之凹洞，其平均直徑與平均深度100em ° 包圍在凹面周圍之惰性氣體含有40%之氬氣及60%之氮氣° 此鋼材之組成在下列限制內變化：C:CL02-0.06%; Mn:L3-1.6%; P:0.019-0.024%; Si:0.34-0.45%； Cr: 18.0-18.7%; Ni:8.6-9.8%； S:0.0005-0.0446%。鑄造鋼材之Creq/Nieq比例從1.79改變到 1.85。量測在如此鑄造之鋼帶上微裂之表面密度並將其量 ---— — — — — — — ^----— In ^ ' I--- ----— (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 « 297公釐） ^ 434058 A7 B7 五、發明說明（4) 測結果與鑄造鋼材之硫含量做比較。表1爲這些試'驗所得 之結果。 表!:鋼材硫含量對微裂表面密度之影響 S% 每dm22微裂數目 0.0005 110 0.0028 75 0.0066 10 0.0075 0 ------- 0.0080 0 0.0150 0 0.0388 0 0.0446 0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慈財產局員Η消費合作钍印製 在這些例子中’其中鑄造鋼材之Creq/Nieq比例從1.79 到1.85(因此是在非常窄的範圍內變化）’明顯地所觀察之微 裂密度是強烈視鋼材之硫含量而定°在硫含量大於〇·007% 時，沒有觀察到微裂，而對於硫含量較低及很低時就會出 現很顯著量之微裂。從此結果產生作圖於圖2之曲線。 實例2 : 在輥之間鑄造厚度3.8 mm之沃斯田鐵不鏽鋼帶，鋼帶 之成分列於表2中。輥之表面粗糙度是以存在連續之凹洞， 其平均直徑1000 與平均深度120# m，爲特徵。 (2 -I n 4-reJ* n ϋ 1^1 u I I \ I 11 1 i n I n n 1 n tjl n . 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨· 4 3 4 U b 8A7B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（W) 〇· Ζ 〇 〇 ΓΜ 00 in Ό (N Ό 〇 ΙΛ ιΛι m •Λ m fN Ο» 〇 V» 〇 〇 o o o o o o 00 00 o o 〇 〇 〇 o o o 〇 谢· <30 rsi ΤΓ 〇0 o '«T Jj 3 υ Ο o o fV o 90 r-t r"i <N 'Λ <N 〇 no oo OO e〇 V CM 苳 5? Ζ Ό oo 0Q m 3C Ό o 卜 o os 式 (M o v〇 '•& < V5 〇 1/% 〇 «Λ o (N o 式 (Λ -r o o o 〇 o o v> o o o o o o ζΛ 〇 o ΓΊ 〇 o o (N o o ΓΛ fN 〇 p- rs 卜 o «ΤΊ o o — « U 00 ΓΛ 〇 o I/-I m o o Ι/Ί o o m m o o < ca 〇 a 13 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) '哀· I I I--I I 訂·--I--ill - 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 434058 A7 B7 五、發明說明（U ) 當鑄造鋼材時，存在於凹面附近的1曾性氣體之組成是 藉由改變各自的氬氣與氮氣的各個比例而~變化，且所觀察 之微裂表面密度是在採使用各種不同組成之惰性氣體時在 鑄造鋼帶上所量測的。結果列於表3中： ϋ .^1 i n ϋ I n ϋ n ϋ I - n f— ϋ 1 n n _aJ ϋ n n I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 434058 A7 B7 五、發明說明（，) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Q B 〇 ο ο Ο ο ο ^Τ) ο PH υ S -¾ 龙wi 畢_ 〇 ο ο ο <Ν ο 寸 Ο ο ο Γ^Ί S3 S 〇 〇 ο ο ο ο ο ΙΛϊ Ο < 1 φ Ϊ 〇 〇 ο ΟΝ ίΝ ο οο <Ν ο CN r"i ο ⑺ cn ο 卜 ro Ο r^i «! «Α ο ο ο Ο ο Ο 00 ο <Ν Ο Ι> 〜 Ο m ο ο 寸 Ο in ο Ο 寸 Ο ο m ο Γ- ο <Ν Ο 00 ------------I I ------- - 訂—--I ---I I (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公芨） 經濟部智慧財產局員工湞f合作社印製 434058 A7 B7 五、發明說明（β) 這幾個試驗顯示鋼材Α，其具有滿意的Creq/Nieq比例 但硫含量低，將有計劃的導致大量的微裂形成而不管惰性 氣體的組成爲何。鋼材C有稍高之硫含量，而此已實質上 足以改良鋼帶之表面品質，因爲當惰性氣體之氮含量爲至 少80%以上時就觀察不到微裂。然而，此結果不能被認爲 完全令人滿意，因爲這需要維持惰性氣體之氮氣含量在一 較高程度，對於操作者而言將會減低其良好控制鑄造廠運 作的選擇。這是因爲惰性氣體的組成是一個通常想要改變 之參數以便於控制在輥與金屬間熱交換之強度，例如爲了 用以改變輥之中高度(crown)，其將影響鋼帶之形狀(參見文 獻EP-A-0,736,350)。因此可以從鋼材C所得的結果作結論 就是硫含量0.005%不能落在本發明之範圍內。 在另一方面，從鋼材B及D鑄造而得之鋼帶只要惰性 氣體的氮氣含量至少在50%以上時就不會有微裂》它們的 硫含量分別是0.019及0.039%而它們的Creq/Nieq&例分別 是1.82及1.64。因此這幾個例子很淸楚的落在本發明的範 圍內。本發明最好應用於鋼材之Creq/Nieq比例在1.70與1.90 之間的情況，因爲這個範圍相當於其中添加比其中具有較 低Creq/Nieq比例的鋼材之情況更少之r元素(如鎳)的鋼材而 因此在生產上更經濟。 16 I n n n I» n I ^ n I >i 1 一-DJ« tv I n n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用_國0家標準（CNS)A4規格（210x297公« )

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 3 4 0 88 C8 ί)8六、申請專利範圍 1. 一種用於在二個冷卻水平輥間直接由液態金屬連續 鑲造厚度小於或等於10 mm的沃斯田鐵不鏽鋼帶的方法’ 其特徵在於： -該鋼材之組成，以重量百分比表示，包括：c%s 〇 〇8; Si%Sl; P%S0.04; Mn%S2; Cr%介於 17 至 20 之 間；Ni%介於8至10.5之間；S°/。介於0.007至0.04之間； 餘量爲鐵及來自熔煉的雜質； —Creq/Nieq的比例介於1.55至1.90之間，且·· Creq(%)=Cr% + 1.37Mo0/〇 + 1.5Si0/〇 十 2Nb% + 3Ti0/〇 及 Nieq(%)=Ni% + 〇·31Μη% + 22C% + 14·2Ν% + Cu%; -輥之表面由大約是圓或橢圓斷面之連續凹洞所組 成，其直徑爲100到1500 深度爲20到150/zm; -包圍在凹面周圍之惰性氣體爲一可溶解於鋼中之氣 體或是該氣體之混合物，或由至少50%體積之該氣體或氣 體混合物所組成。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在Creq/Nieq 比例介於1.70與1.90之間。 3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在惰性 氣體是由體積50-100%之氮氣及體積50-0%之氬氣的混合 物所組成。 4. 一種沃斯田鐵不鏽鋼帶，特徵在其可藉由根據申請 專利範圍第1到3項中任一項之方法獲得。 (請先閱讀背面之江意事項再填寫本頁) 今 · ^1 II 1— - - n H 一OJI n EF I I— m I I— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al峴格（210 X 297公釐）