TW520306B - Process for the twin-roll continuous casting of ferritic stainless steel strip free of microcracks - Google Patents

Description

520306 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（/ ) 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”法直接由液態金屬而連續鑄 造厚度爲數mm等級之肥粒鐵不鏽鋼帶。 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。 以雙輥鑄造製造薄肥粒鐵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。這些微裂係爲足以使得冷轉化製品不適用的微裂。 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。其外觀係基於固化期間鋼與輥表面在其接 觸弧面長度的接觸條件而定。這些條件可被說明爲包含二 個連續的步驟。第一個步驟係有關於液態鋼與輥表面之間 的初始接觸，其將造成於該輥表面上形成固態鋼殻。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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " ' -----------裝-----r---訂--------- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 520306 A7 B7___ 五、發明說明（工） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 於該鑄造輥的表面形貌以及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殻 固化的條件。 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。 在碳鋼實例中所提及的解決方法係依據鋼與輥表面間 的良好的熱交換控制所需。特別地是，其係設法在鋼開始 固化時，以鑄造輥增加自鋼釋出的熱流。爲此目的，文獻 EP-A-0,732，163號提出使用具有極些微粗糙度（Ra小於5 微米）的輥，其係結合鋼組成以及結合促成液態氧化物（ 可潤濕鋼/輥表面的界面）形成於金屬中之熔煉條件。有關 沃斯田鐵不鏽鋼方面，文獻EP-A-0,796,685號教示如何鑄 造Creq/Nieq比例大於1.55的鋼材，以便使高溫相變化達到 最小，並使用表面具有100-1500微米直徑與2(M50微米 深度之連續凹紋的輥，以及以可溶於鋼材中的氣體或大部 分由該可溶性氣體所組成的氣體混合物注入該鑄造空間而 完成該鑄造。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在肥粒鐵不秀鋼的狀況中，文獻JP-A-5,337,612號提 出鑄造一種具有低碳含量（小於0.05%)與低氮含量（小 於0.05%)並含有鈮（0.1至5%)及鈦的鋼材。其亦需要 將金屬帶以高速離開進行冷卻的輥，並接著控制金屬帶捲 料的溫度。這些熔煉及鑄造條件爲昂貴且受限的，而所要 求之等級的特性將限制所獲得之產物的使用領域。 5 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 520306 A7 B7 五、發明說明（3 ) 本發明之目的在於提出一種用於鑄造表面無微裂之薄 肥粒鐵不鏽鋼帶的方法。該方法無需特定受限的鑄造條件 ，並可適用於廣泛的該鋼材等級。 就此目的而言，.本發明之標的爲一種用於直接由二個 具有水平軸之冷卻輥間的液態金屬而連續鑄造厚度小於或 等於10mm的肥粒鐵不鏽鋼帶的方法，其特徵在於： -該液態金屬具有的組成爲（以重量百分比表示）， 碳％+氮％$0.12，錳％^1，磷％€〇.〇4，矽％$1，鉬％ $2.5，絡％在11至19之間，錦％€1%，以及鈦％ +鈮 %+锆％$1，餘量爲鐵及來自熔煉的雜質； 一該液態金屬的rP指數在35%至60%之間，係以 下列公式定義z Τρ =420 碳％+ 470 氮％+23 鎳％ + 9銅％ + 7錳％-11.5 鉻％ _ 11.5 矽％ - 12 鉬％ — 23 釩％ — 47 鈮％ — 49 鈦 % —52鋁％ + 189 ; 一該輥表面的粗糙度Ra大於5微米； --^種由至少60體積％之可溶於鋼中之氣體所組成的 鈍氣被使用於存在輥間之液態金屬的凹面周圍。 其將被瞭解，本發明係組合有關金屬組成、控制金屬 固化後之形成高溫沃斯田鐵的可能性之條件’有關鑄造表 面之最小粗糙度的條件，以及有關鈍氣組成之條件。遵照 該組合，得以避免微裂形成於該金屬帶表面上，藉此無需 對於該鑄造法有太嚴格的限制，且無需過度限制由此鑄造 金屬帶所製造之產物的使用領域。 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝-----r---訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 520306 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（鈐） 本發明將參閱以下的詳細說明而更淸楚地被瞭解。 薄金屬帶之雙輥鑄造的基本參數之一係爲固化金屬帶 與輥間之熱交換的控制。良好的傳遞控制要求該經固化薄 殼對輥壁的黏著條件被熟知且有再現性。然而，當鑄造金 屬帶由含有11至19%鉻的肥粒鐵不鏽鋼製成時，在靠輥之 薄殼固化完成後，下列的現象將發生。首先，該經固化的 薄殼具有一個完整的肥粒鐵結構（5相），接著當其冷卻 時，雖然其仍然黏著於該輥表面上，惟其將在130(Μ400Τ： 的溫度範圍中進行(5肥粒鐵/r沃斯田鐵相變化。此相變化 將產生金屬的局部收縮，而造成這二個相間的密度差異（ 在微觀下爲明顯的）。這些收縮可能足夠大至造成該經固 化薄殻與輥;表面間之接觸的局部損失。其將被瞭解，該接 觸的損失將徹底改變該局部熱傳導條件。結合該輥的表面 修整並結合存在於該表面凹陷中的鈍氣性質，該相變態的 擴大（與金屬組成有關）因而將影響該熱傳遞的強度。 在肥粒鐵不鏽鋼中之T相變化的擴大可以Tp指數 說明。此代表在高溫時存在於金屬中的最大沃斯田鐵數量 。該rP指數係使用所謂的“Tricot and Castro”方程式（其 中該百分比爲重量百分比）： rp =420 碳％+ 470 氮％+23 鎳％+9銅％ + 7錳％-11.5 鉻％-11.5 矽％-12 鉬％ —23 釩％ —47 鈮％—49 鈦 %-52鋁％ + 189。 在產生本發明的硏究期間，明顯地是該rP値將形成在 固化期間以該鑄造輥所排出之熱流量程度的指示，所有其 7 ----------------r---訂---------線^^- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 520306 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（t) 他的事物皆相同。以輥由金屬排出的熱流量可藉由用於冷 卻輥之流體的升溫測量計算而得的平均値而由實驗上定量 。實驗顯示rP指數越高，則以輥由金屬排出的平均熱流量 越小。 用於避免微裂出現於輥間所鑄造之肥粒鐵不鏽鋼帶上 的一個必要條件爲在該液態金屬與輥最初接觸期間，被排 出的熱流量爲高的。就此目的而言，環繞於凹面（該名稱 來自該液態金屬表面與輥表面的交接處）周圍之液態金屬 表面的鈍氣較佳包含一可溶於鋼中的氣體或完全以該氣體 形成。傳統上，氮氣被使用於該目的，但亦可想到使用氫 氣、氨氣或二氧化碳。作爲不可溶氣體，當可能使該鈍氣 大氣高至100%時，傳統上使用氬氣，但是亦可方便使用諸 如氦氣等不可溶氣體。使用可大量溶於鋼材中的氣體，則 可達成該鋼材與輥間的較佳接觸，因爲不可溶氣體比可溶 性氣體更能調節金屬滲入輥表面中之凹陷。相似地，輥表 面的些微粗糙將產生一個高的熱流量，因爲此將造成輥與 金屬間的緊密接觸。 然而，在開始固化後，一極高的平均熱流量將增加該 流量局部數値不均勻的風險。現在，這些不均勻性可能爲 金屬帶上表面微裂的來源，因爲其將誘發表面（其仍爲脆 性的）不同區域間的張應力。因此，若希冀在所有靠輥的 薄殼固化及冷卻步驟期間避免微裂的形成，則若可能的話 ，應在各種要求間發現一個折衷的方法，以符合鑄造條件 〇 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝—^—訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 520306 A7 ____B7____ 五、發明說明（6 ) 爲此目的，本發明人已對用於由液態金屬鑄造肥粒鐵 不鏽鋼的各種條件進行實驗。該實驗係以位於輥間之厚度 爲2.9至3.4 mm的鑄造金屬帶進行，其中該輥的外表面（ 內循環冷卻）係以鍍鎳銅製作。下表1係表示在各個試驗 (以A至F表示）期間的鑄造金屬組成，以及相對應的rP 指數之値；而表2則表示由各個試驗所獲得的結果，其係 以根據該鋼材組成、鈍氣組成以及輥粗糙度所獲得的表面 品質表示。後面的參數係以根據ISO 4287-1997標準所定 義的平均粗糙度Ra表示，該數値係爲測量路徑lm中粗糙 度剖面相對於平均線異變的算數平均。該平均線係以過濾 所製作的線定義，其係以位於該線上方的面積等於該線下 方的面積的方式切除該敏感剖面。 根據該定義： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 表1 :試驗中的鑄造鋼材組成 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 C% Μη% Ρ% S% Si% Ni% Cr% CU% Mo% Nb% V% Ti% N% Al% Yp% A 0.046 0.415 0.028 0.0012 0.191 0.319 16.08 0.083 0.119 0.006 0.062 0.005 0.050 0.005 52.1 B 0.043 0.420 0.027 0.0023 0.214 0.335 16.30 0.091 0.023 0.002 0.076 0.002 0.041 0.003 45.7 C 0.038 0.320 0.023 0.008 0.448 0.142 16.67 0.059 0.152 0.003 0.074 0.007 0.042 0.008 29.5 D 0.051 0.392 0.029 0.0012 0.210 0.550 16.02 0.090 0.150 0.007 0.053 0.005 0.055 0.004 62.0 E 0.041 0.404 0.024 0.004 0.247 0.540 16.34 0.037 0.052 0.005 0.063 0.006 0.030 0.004 42.3 |F 0.012 0.290 0.015 0.0013 0.560 0.090 11.50 0.022 0.001 0.002 0.079 0.178 0.010 0.005 53.4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 520306 A7 B7 五、發明說明（7) 表2 _·微裂存在對鑄造參數的影響 鋼材 r p(%) 鈍氣中的氮氣％ Ra( // m) 表面品質 A 52.1 20 微裂 A 50 7 微裂 A 60 無微裂 A 95 無微裂 B 20 微裂 B 45.7 50 11 微裂 B 60 無微裂 B 95 無微裂 C 20 微裂 C 29.5 60 8.5 微裂 C 95 微裂 D 62.0 90 7.5 微裂 E 42.3 90 4 微裂 F 53.4 60 7 無微裂 ----------------r---訂---------線 (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 在鋼材A，B及F的狀況中，當鈍氣的氮含量（其係爲 氮氣/氬氣的混合物）至少爲60%時，無微裂。所有的鋼材 具有45.7至53.4%間的指數，並以Ra爲7或11微米 的車昆鑄造。 在鋼材C上所完成的實驗顯示，即使Ra爲8.5微米 且鈍氣富有氮氣，則在鑄造具有低rP指數（29.5%)的鋼 材時，微裂仍有系統地被獲得。然而，在鋼材D上所完成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 520306 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（公） 的實驗顯示，當鑄造鋼材具有極高的rP指數時，亦可獲得 微裂。 在鋼材e上所進行的實驗表示即使當該鋼材與鈍氣組 成條件按照前述的試驗爲適用，惟低的滾壓粗糙度（4微 米的Ra)將造成微裂的外觀。 這些不同的結果可以下列方式說明。 爲了獲得一個無裂縫金屬帶，在該金屬與輥間初次接 觸期間之熱流量必須爲高的。若該鈍氣未被充分地溶解於 該鋼材中，則所釋出的平均熱流量太低，且該鋼材並未充 分均勻地固化，因而促進微裂的發生。由此觀點，亦希冀 該輥具有低的粗糙度。然而，若粗糙度Ra太低，則引起 固化之位置的數目及總面積將變得太高，而造成太急遽的 冷卻，其將造成微裂的出現。此外，爲下列薄殼固化及冷 卻製程步驟所需的條件亦必須納入考量。實驗顯示令人滿 意的結果係組合在鈍氣中至少60%的可溶氣體含量及大於 5%的輥粗糙度Ra而獲得。 在下列緊靠輥的薄殼固化及冷卻製程期間，如上述， 必須避免太強烈的熱流量釋出，以防止熱不均勻性（亦爲 微裂的來源）。由此觀點，5微米的最小粗糙度被認爲是 合理的，其中粗糖峰係作爲固化起始及成長位置，而中空 部分（金屬滲入其而未到達該中空部分底部）係作爲收縮 接合，以在薄殻固化及冷卻時吸收其體積異變。然而，並 不建議Ra粗糙度大於20微米，否則該反面轉印於金屬帶 表面上之粗糙度係相當高，且在後續的冷滾壓與轉化步驟 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公董） ----------------r---訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 520306 A7 ______B7___ 五、發明說明（7 ) 期間將難以降低。因此，其可能具有的風險爲最終製品的 表面外觀令人不滿意。該希冀的輥粗糙度可藉由此目的所 熟知的任何方法獲得，諸如珠擊法、雷射加工、凹版印刷 作業以及放電加工等。 爲金屬組成所供給的高數値rP指數將在整個接觸電弧 中將該5->7變態放大。因此，該經固化的薄殼將在接觸 電弧中與輥隔離，而此舉將降低排出的熱流量，並將其維 持在一適當的程度，因而當該薄殻已充分地固化時，不會 基於該薄殼的脆性而造成微裂。實驗顯示被固定的rP指數 下限爲35%。在60%以上的rP指數，爲(5-τ變態所造成 的分離將變得太大，而基於該薄殼的過量脆性將造成微裂 的外觀。 因此，本發明將在避免表面微裂（形成其的機制有許 多種）出現於鑄造金屬帶上所需的相反要求之間獲得一個 協調。使其得以省略昂貴合金元素（諸如鋁、鈦、锆及鈮 等可依所需出現的穩定化元素）的出現。同樣地，其無需 特殊的冷卻條件，且無需在其離開輥後將金屬帶冷卻。 ----------------r---訂--------- (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 適 度 尺 張 紙 本 格 規 Α4 S) Ν (C 準 標

Claims (1)

1. 520306 A8SSC8D8 ττ、申請專利範圍 1. 一種用於直接由二個具有水平軸之冷卻輥間的液態 金屬連續鑄造厚度小於或等於1〇mm的肥粒鐵不鏽鋼帶的 方法，其特徵在於： -該液態金屬具有的組成爲（以重量百分比表示）’ 碳％ + 氮％$0.12，錳％$1，磷％ €0·04，矽％ $ 1，鉬 %$2.5，鉻％在11至19之間，鋁，以及鈦％ + 鈮％+锆％$1，餘量爲鐵及來自熔煉的雜質； —該液態金屬的rP指數在35%至60%之間，rp係以 下列公式定義： T p =420 碳％ + 470氮％ + 23 錬％ + 9銅％ + 7 猛％-11.5 鉻％ — 11.5 砍％-12 鉬％-23 釩％-47 鈮％ — 49 鈦 % —52鋁％ + 189 ; -該輥表面的粗糙度Ra大於5微米； -一種由至少60體積％之可溶於鋼中之氣體所組成的 鈍氣被使用於存在輥間之液態金屬的凹面周圍。 2. 如申請專利範圍第1項的方法，其特徵在於該鈍氣 爲氮氣與氬氣各爲60-100%及0.30%比例的混合物。 3. 如申請專利範圍第1或2項的方法，其特徵在於該 輥表面的粗糙度Ra在5至20微米之間。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 訂： 線！#- ^紙張用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)