TWI765006B - 沃斯田鐵系不銹鋼塊的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種穩定且顯著地抑制產生於沃斯田鐵系不銹鋼連續鑄造鋼塊的長度方向(鑄造方向)的表面缺陷之連續鑄造技術。本發明之沃斯田鐵系不銹鋼塊的製造方法係在沃斯田鐵系不銹鋼的連續鑄造中，施加電力而進行電磁攪拌(EMS)，以使至少長邊方向中央位置之凝固坯殼厚度為5至10mm之深度區域的鋼液，產生在兩個長邊側彼此為相反方向的長邊方向流動，且將鑄造條件控制成滿足10<△T<50×FEMS+10。其中，△T為平均鋼液溫度(℃)與該鋼液的凝固開始溫度(℃)之差，FEMS係為以電磁攪拌所造成的長邊方向的鋼液流速、與鑄造速度之函數表示之攪拌強度指標。

Description

沃斯田鐵系不銹鋼塊的製造方法
本發明係關於以利用電磁攪拌(EMS)之連續鑄造方式製造沃斯田鐵系不銹鋼塊(slab)之方法。
以SUS304為代表之沃斯田鐵系不銹鋼的熔煉方法，廣泛地使用連續鑄造法。所得到的連續鑄造鋼塊係經過熱間軋延、冷間軋延之製程，可製成薄鋼帶。現今此製造技術已很成熟，沃斯田鐵系不銹鋼的薄鋼帶也在很多的用途使用作為製品原料。然而，即使是如此的沃斯田鐵系不銹鋼的薄鋼帶，亦會顯現被認為是源自於鑄造鋼塊的表面缺陷之表面瑕疵。為了避免在薄鋼帶表面出現瑕疵之問題，常用的方法係導入使用研磨機(grinder)研磨鋼塊表面之步驟。不過，使用研磨機之表面研磨會使成本增高。因而希望有一種即使省略表面研磨，在薄鋼帶的表面瑕疵也不會成為問題之連續鑄造鋼塊的製造技術。
專利文獻1中揭示一種：在沃斯田鐵系不銹鋼的連續鑄造鋼塊中，減輕起因於振痕(oscillation mark)的表面缺陷之技術。另外，在鋼的連續鑄造中，將電磁攪 拌(EMS：Electro-Magnetic Stirrer)作為抑制異物混入至凝固坯殼(solidified shell)的措施很有效而廣受採用(例如專利文獻2等)。專利文獻3中揭示一個：進行電磁攪拌，且使從浸入式注嘴(immersion nozzle)吐出之吐出角度提高5°，而減輕產生於中碳鋼及低碳鋼的連續鑄造鋼塊之氣泡缺陷及裂痕之例。然而，就算將此等先前技術應用於沃斯田鐵系不銹鋼，要穩定且顯著地減輕在該薄鋼帶之起因於鑄造鋼塊之表面瑕疵的發生也很困難。
[先前技術文獻] [專利文獻]
(專利文獻1)日本特開平6-190507號公報
(專利文獻2)日本特開2004-98082號公報
(專利文獻3)日本特開平10-166120號公報
(專利文獻4)日本特開2005-297001號公報
(專利文獻5)日本特開2017-24078號公報
根據本發明各發明人的研究探討，確認了：顯現在沃斯田鐵系不銹鋼的薄鋼帶，特別是在要求美麗的表面外觀之用途容易成為問題之表面瑕疵，主要是起因於隨著產生於連續鑄造鋼塊的長度方向(亦即鑄造方向)之裂痕所致的表面缺陷。以下，將此種的鋼塊表面的缺陷稱為「鑄造方向表面缺陷」。起因於鑄造方向表面缺陷之在 薄鋼帶的表面之瑕疵的發生，即使實施如專利文獻1中揭示的振痕的平滑化也不能解決。
根據本發明各發明人的調查，上述的連續鑄造鋼塊的鑄造方向表面缺陷係被認為因為如下所述的原因而發生者。
當在連續鑄造製程的鑄模內的冷卻不均勻時，就會發生凝固坯殼的厚度不均勻之情形，然後因凝固收縮或鋼液靜壓而產生的應力集中於該不均勻處，造成微細的裂痕之發生。這會在鋼塊表面呈現為鑄造方向表面缺陷。該裂痕並不會成長到會使已形成的凝固坯殼破裂之程度的深度，所以不致於發展到會對連續鑄造的作業造成妨礙之嚴重事態。
上述的局部的冷卻速度降低之所以發生的原因雖然尚未充分確定，但觀察鑄造方向表面缺陷部位時常發現比周圍更凹陷，所以被認為是因為在凝固初期發生了凝固坯殼局部地脫離鑄模的現象。其原因可考慮是因為鑄造粉(mold powder)的流入不均勻、隨著凝固坯殼的凝固收縮所產生之變形不均勻等複數個重要因素。又，此種的鑄造方向表面缺陷，係與沃斯田鐵系不銹鋼種相比較，在肥粒鐵系不銹鋼種等中特別容易成為問題，此係被認為因為凝固模式(mode)不同之故。
鑄模內冷卻的不均勻，已知是由強冷卻條件所助長者，對此曾經提出有一種藉由鑄模的緩冷卻來抑制鋼塊表面的鑄造方向表面缺陷產生之手段。例如，在專 利文獻4中提出：藉由使用容易結晶化的鑄造粉，使鑄造粉層的熱阻增大而使凝固坯殼緩冷卻之手段。然而，只靠鑄造粉之緩冷卻的效果並不能說很充分，還不至根絕沃斯田鐵系不銹鋼塊的鑄造方向表面缺陷之程度。而且，鑄造粉之變更會有對於振痕深度等其他品質因子的影響、對於黑化(blackout)之發生的影響，所以並不簡單。在專利文獻5中，提出有一種：在鑄模內壁面充填熱傳導率低的金屬，來實現鑄模的緩冷卻化之手段。然而，只靠此手段還無法完全抑制鋼塊表面的鑄造方向表面缺陷之發生。而且，採用此種鑄模之情況時，並無法只運用於鑄造方向表面缺陷會成為問題之鋼種，而會運用於所有鋼種，所以可能會在該等鋼種成為其他表面品質惡化的原因。
本發明係揭示一種在沃斯田鐵系不銹鋼中穩定且顯著地抑制產生於連續鑄造鋼塊的長度方向(亦即鑄造方向)之上述「鑄造方向表面缺陷」之連續鑄造技術，其目的在於提供一種即使省略使用研磨機對於連續鑄造鋼塊表面之修整，在一直加工到薄鋼板之際也很不容易發生表面瑕疵之沃斯田鐵系不銹鋼的連續鑄造鋼塊。
有鑑於上述事情，本發明的各發明人深入研究沃斯田鐵系不銹鋼塊表面的鑄造方向表面缺陷的抑制方法後發現：藉由組合「鑄造溫度的低溫化」及「鑄模內電磁攪拌」來實現鑄模之均勻緩冷卻之方法。而且，已確認採用此方法可在既有的連續鑄造設備中穩定且顯著地抑 制鑄造方向表面缺陷。本發明係根據上述的見解而完成者。
亦即，本發明揭示以下的發明。
一種沃斯田鐵系不銹鋼塊的製造方法，係在使用沿著水平面切斷所成之鑄模內面的輪廓形狀為長方形的鑄模(mold)之鋼的連續鑄造中，將構成前述長方形的長邊之兩個鑄模內壁面稱為「長邊面」，將構成短邊之兩個鑄模內壁面稱為「短邊面」，將與長邊面平行之水平方向稱為「長邊方向」，將與短邊面平行之水平方向稱為「短邊方向」時，
從設置於鑄模內的長邊方向及短邊方向的中心之具有兩個吐出孔之浸入式注嘴吐出由碳：0.005至0.150質量%、矽：0.10至3.00質量%、錳：0.10至6.50質量%、鎳：1.50至22.00質量%、鉻：15.00至26.00質量%、鉬：0至3.50質量%、銅：0至3.50質量%、氮：0.005至0.250質量%、鈮：0至0.80質量%、鈦：0至0.80質量%、釩：0至1.00質量%、鋯：0至0.80質量%、鋁：0至1.500質量%、硼：0至0.010質量%、稀土族元素與鈣的合計：0至0.060質量%、以及剩餘的百分比之鐵及不可避免的雜質所構成，且以如下的(4)式加以定義之A值為20.0以下之化學組成的沃斯田鐵系不銹鋼的鋼液，並且施加電力而進行電磁攪拌(EMS)，以使至少長邊方向中央位置之凝固坯殼厚度為5至10mm的深度區域之凝固坯殼附近的鋼液，產生在兩個長邊側彼此為相反方向的長邊方向流動，且將連續鑄造條件控制成滿足如下的(1)式，10<△T<50×FEMS+10...(1)
其中，△T及FEMS分別如以下的(2)式及(3)式所示，△T=TL-TS...(2)
FEMS=VEMS×(0.18×VC+0.71)...(3)
此處，TL為在長邊方向1/4位置且短邊方向1/2位置之在平均液面深度20mm的平均鋼液溫度(℃)，TS為該鋼液的凝固開始溫度(℃)，FEMS為攪拌強度指標，VEMS為由電磁攪拌所造成之在長邊方向中央位置的凝固坯殼厚度為5至10mm之深度區域的長邊方向平均鋼液流速(m/s)，VC為相當於鑄造鋼塊長邊方向的行進速度之鑄造速度(m/min)。
A=3.647(Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb)-2.603(Ni+30C+30N+0.5Mn)-32.377...(4)
其中，(4)式中的元素符號之處係代入以質量%表示之該元素的含有量之值。
在上述的連續鑄造中，更佳為進一步將連續鑄造條件控制成滿足以下的(5)式。還可採用以下的(6)式來取代(5)式。
△T≦25...(5)
△T≦20...(6)
又，更佳為進一步將連續鑄造條件控制成滿足以下的(7)式。還可採用以下的(8)式來取代(7)式。
FEMS≦0.50...(7)
FEMS≦0.40...(8)
在鑄模內，鋼液的液面係在連續鑄造進行 中會因為鋼液流動及振動而起伏波動。「平均液面深度」係以鋼液的液面的平均位置為基準之垂直向下方向的深度。「長邊方向1/4位置且短邊方向1/2位置」係在鑄模內挾持有中央的浸入式注嘴的兩個部位。平均鋼液溫度TL(℃)係在該兩個部位之在平均液面深度20mm的鋼液溫度之平均值。凝固開始溫度TS(℃)係相當於液相線溫度之溫度。
根據本發明之連續鑄造鋼塊的製造方法，在沃斯田鐵系不銹鋼的連續鑄造鋼塊中，會顯著地抑制上述「鑄造方向表面缺陷」之生成，且在省略掉使用研磨機對於連續鑄造鋼塊表面的修整之製程中，可避免顯現於沃斯田鐵系不銹鋼的薄鋼帶上之起因於鋼塊的表面瑕疵問題。
10‧‧‧長邊方向
11A、11B‧‧‧模板
12A、12B‧‧‧長邊面
20‧‧‧短邊方向
21A、21B‧‧‧模板
22A、22B‧‧‧短邊面
30‧‧‧浸入式注嘴
40‧‧‧鋼液
42‧‧‧凝固坯殼
60A、60B‧‧‧由電磁攪拌所造成之鋼液流方向
70A、70B‧‧‧電磁攪拌裝置
第1圖係產生有鑄造方向表面缺陷之沃斯田鐵系不銹鋼連續鑄造鋼塊的表面外觀照片。
第2圖係發生有起因於鋼塊的鑄造方向表面缺陷之表面瑕疵之沃斯田鐵系不銹鋼冷軋鋼板的表面外觀照片。
第3圖係產生有鑄造方向表面缺陷之沃斯田鐵系不銹鋼連續鑄造鋼塊的表面附近的剖面組織照片。
第4圖係針對可適用於本發明之連續鑄造裝置示意性例示在鑄模內鋼液的液面高度沿著水平面切斷所成的剖面構造之圖。
第5圖係以記號P1,P2表示第4圖所示的鑄模內的「長邊方向1/4位置且短邊方向1/2位置」之圖。
第6圖係以使用電磁攪拌之方法所得之按照本發明之沃斯田鐵系不銹鋼連續鑄造鋼塊之與鑄造方向垂直之剖面的金屬組織照片。
第7圖係以未使用電磁攪拌之方法所得之沃斯田鐵系不銹鋼連續鑄造鋼塊之與鑄造方向垂直之剖面的金屬組織照片。
第8圖係標繪出△T與FEMS的關係之圖表。
在連續鑄造中，一般而言在鑄模內鋼液的液面上會形成有鑄造粉熔融而成的熔劑(flux)層。此熔劑係在鑄造中會從液面跑到鋼液與鑄模之間隙，在凝固坯殼與鑄模之間形成熔劑膜，以發揮兩者之間的潤滑之作用。通常，在相同的鑄造方向位置(距液面之深度的相同位置)，由熔劑膜所隔開之凝固坯殼與鑄模的距離會大致均等，從鑄模散出之熱也大致均等。但是，由於有異物跑到凝固坯殼與鑄模之間等之一些原因，而會有凝固坯殼與鑄模的間隔變得比周圍大之處發生。在該處，凝固坯殼的表面會比周圍更凹陷，而且因為冷卻速度比周圍低，所以會以凝固坯殼的厚度比周圍更薄之狀態進行凝固。從上方往鑄造方向觀看，在上述的間隔變大之位置，一直到造成該間隔變大的原因(異物卡入等)之影響消除為止，都會以凝固坯殼的厚度比周圍更薄之狀態繼續。亦即，在鑄模內部的凝固 坯殼會形成凝固坯殼較薄的部分朝鑄造方向延伸之區域。當有應力集中於凝固坯殼較薄的部分，凝固坯殼的表層部承受不了應力的話，就會在鑄模內部發生朝鑄造方向延伸之表面裂痕。不過，該裂痕很微細，不致於會發生鋼液從該裂痕漏出之事故(所謂的漏鋼(breakout))。產生在沃斯田鐵系不銹鋼的連續鑄造鋼塊之「鑄造方向表面缺陷」係被認為透過這樣的機制而產生者。
主要的沃斯田鐵系不銹鋼，大多是以δ肥粒鐵相為初晶而凝固，但依化學組成而定，也可能有δ肥粒鐵相的生成比率很低之情況、或以沃斯田鐵單向凝固之情況。鋼中的雜質P及S等較容易固溶於δ肥粒鐵相中，較不易固熔於沃斯田鐵相中，所以在特別是δ肥粒鐵相的生成比率低之鋼種中，P及S等容易偏析到沃斯田鐵相的晶界，使該處的強度降低。因此，與肥粒鐵系不銹鋼相比較，沃斯田鐵系不銹鋼可能較容易產生隨著表面裂痕所致之上述的「鑄造方向表面缺陷」。
上述之隨著表面裂痕所產生的鑄造方向表面缺陷，觀察到的大多是在鋼塊的長度方向之數公分到數十公分長度的裂痕。在鋼塊的目視檢查中發現表面裂痕的發生程度非常大之情況，有時會進行使用研磨機重點地修整該部分之作業。然而，因為此種的表面裂痕係存在於鋼塊表面較淺之處，所以裂痕通常並不會在熱間軋延及冷間軋延中進一步擴展。因此，在特別是SUS304等的泛用鋼種，一般並不對連續鑄造鋼塊實施特別的表面修整而直接 進行熱間軋延、冷間軋延之程序。存在於連續鑄造鋼塊的表面之某程度規模的鑄造方向表面缺陷，係在冷軋鋼板上成為朝軋延方向連續地或間歇地延伸之表面瑕疵而呈現。因此，為了得到高品質的沃斯田鐵系不銹鋼冷軋鋼板，在連續鑄造的階段中製造出儘可能減少鑄造方向表面缺陷的生成之鋼塊很有效。
第1圖係例示產生有大規模的鑄造方向表面缺陷之沃斯田鐵系不銹鋼連續鑄造鋼塊的表面外觀照片。與照片的長邊平行之方向係相當於鋼塊的長度方向(鑄造方向)，與照片的長邊垂直之方向係相當於鋼塊的寬度方向。照片中箭號所指之處可觀察到長度超過27cm之鑄造方向表面缺陷。
第2圖係例示發生有起因於鋼塊的鑄造方向表面缺陷之表面瑕疵之沃斯田鐵系不銹鋼冷軋鋼板的表面外觀照片。與尺平行之方向係相當於軋延方向。在切板(從鋼帶切出的板)樣品的中央部，可看見朝軋延方向延伸之表面瑕疵。此照片的例子係發生有非常大的瑕疵之例。透過瑕疵發生處的元素分析，檢測出大量的鑄造粉中含有的元素(Na等)，所以特定出該表面瑕疵係起因於鋼塊的鑄造方向表面缺陷者。
第3圖係例示產生有比較大規模的鑄造方向表面缺陷之沃斯田鐵系不銹鋼連續鑄造鋼塊的表面附近的斷面組織照片。與照片的長邊平行之方向係相當於鋼塊的寬度方向，與照片的長邊及短邊垂直之方向係相當於鑄 造方向。發生裂痕之處附近的鋼塊表面係比周圍更凹陷，推測是在初期的凝固坯殼形成時因某些原因使得凝固坯殼與鑄模的距離變得比周圍更大的緣故。因此推想從鑄模散去的熱會比周圍更緩慢而使凝固速度降低，該處的鑄造以凝固坯殼的厚度比周圍的薄之狀態進行，應力會集中於薄的凝固坯殼的部分而造成裂痕。
針對發生此種裂痕之事例，在裂痕附近與正常部比較靠近鋼塊表面的金屬組織，結果不論哪個事例，在裂痕附近之枝狀晶體(dendrite)的二次臂(arm)間隔都比正常部大，因此確認出產生鑄造方向表面缺陷之部分的凝固速度係比周圍小。
為了實現初期凝固均勻化及緩冷卻化，首先檢討使鑄模內之鋼液溫度與鋼的凝固開始溫度之差減小之作業(低溫鑄造)。藉此，期待從鑄模散去的熱整體降低，實驗的結果，雖然藉由低溫鑄造可謀求緩冷卻化，但要將鋼液溫度在整個鑄造期間都保持在較低的固定溫度非常困難，在鋼液溫度過高的情況時就不會有緩冷卻的效果，另一方面，鋼液溫度過低則會發生分鋼槽(tundish)的澆嘴(nozzle)阻塞等之問題，使作業發生障礙。因此接著檢討除了低溫鑄造之外，是否適用於鑄模內電磁攪拌(EMS)。當進行電磁攪拌時，就會發揮在鑄模長邊方向使液面溫度均勻化之作用。實驗結果顯示：藉由組合兩種作法，不用進行極端的低溫鑄造就可使初期凝固緩冷卻化、均勻化，顯著地減輕了鑄造方向表面缺陷之形成。
另外，在不使鑄造溫度成為低溫鑄造的溫度，而是在通常的溫度進行鑄造的情況時，即使運用鑄模內電磁攪拌，也無法充分地緩冷卻，在使鑄造方向表面缺陷減少方面，並未得到預期程度的效果。
本發明係以具有以下的化學組成之沃斯田鐵系不銹鋼為對象。
由碳：0.005至0.150質量%、矽：0.10至3.00質量%、錳：0.10至6.50質量%、鎳：1.50至22.00質量%、鉻：15.00至26.00質量%、鉬：0至3.50質量%、銅：0至3.50質量%、氮：0.005至0.250質量%、鈮：0至0.80質量%、鈦：0至0.80質量%、釩：0至1.00質量%、鋯：0至0.80質量%、鋁：0至1.500質量%、硼：0至0.010質量%、稀土族元素與鈣的合計：0至0.060質量%、以及剩餘的百分比之鐵及不可避免的雜質所構成，且以如下的(4)式加以定義之A值為20.0以下之化學組成。
A=3.647(Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb)-2.603(Ni+30C+30N+0.5Mn)-32.377...(4)
其中，(4)式中的元素符號之處係代入以質量%表示之該元素的含有量的值。未含有的元素係代入0。
上述的(4)式之A值，原來是利用作為表示熔接時產生的凝固組織中的肥粒鐵相的比率(體積%)之指標，但在用來識別連續鑄造鋼塊的鑄造方向表面缺陷的減輕效果大之沃斯田鐵系鋼種方面也經確認是有意義的指標。在此值為20.0以下之不銹鋼種中，在連續鑄造時δ肥 粒鐵相的結晶量少、或者成為沃斯田鐵單相凝固，所以鑄造方向表面缺陷容易產生。本發明係以如此的沃斯田鐵系鋼種為對象而謀求鑄造方向表面缺陷之顯著的減輕。A值為負的值之鋼種係可視為是大概都會成為沃斯田鐵單相凝固之鋼種。A值的下限雖不用特別設定，但通常而言，係使用-20.0以上的鋼較有效果。
第4圖係針對可適用於本發明之連續鑄造裝置示意性例示在鑄模內鋼液的液面高度沿著水平面切斷所成的剖面構造。「液面」係鋼液的液面。在液面上通常會形成有鑄造粉之層。在相對向的兩組模板(11A,11B)、(21A,21B)所圍繞的區域的中央設置有浸入式注嘴30。浸入式注嘴係在液面的下方具有兩個吐出口，鋼液40會從該兩吐出口連續供給到鑄模內部，在鑄模內的預定高度位置形成液面。沿著水平面切斷所成之鑄模內壁面的輪廓形狀係為長方形，第4圖中以符號12A,12B標示構成長方形的長邊之「長邊面」，以符號22A,22B標示構成長方形的短邊之「短邊面」。另外，將與長邊面平行之水平方向稱為「長邊方向」，將與短邊面平行之水平方向稱為「短邊方向」。第4圖中以白色箭號表示長邊方向10及短邊方向20。就液面高度而言，長邊面12A與12B的距離(後述的第5圖中的t)係為例如150至300mm，短邊面22A與22B的距離(後述的第5圖中的W)係為例如600至2000mm。
在模板11A及11B的背面分別設有電磁攪拌裝置70A及70B，且設成可至少在沿著長邊面12A及12B 的表面而形成之凝固坯殼的厚度為5至10mm之深度區域中，使鋼液具有長邊方向的流動力。此處，「深度」係以液面的高度位置為基準之深度。在連續鑄造中，液面多少會起伏波動，本說明書中係以平均液面高度作為液面的位置。凝固坯殼的厚度為5至10mm之深度區域，雖然也取決於鑄造速度及從鑄模散去的散熱速度，但一般而言係存在於距液面的深度為300mm以下的範圍內。因此，電磁攪拌裝置70A,70B係設置於可使從液面到300mm深左右的鋼液具有流動力之位置。
第4圖中，分別以塗黑的箭號60A及60B表示：在凝固坯殼的厚度為5至10mm之深度區域中由電磁攪拌裝置70A及70B的電磁力所產生之長邊面附近的鋼液流方向。由電磁攪拌所致之鋼液流動之動向，係設計成會使在兩個長邊側彼此相反之方向之長邊方向流動發生。在此情況下，在至凝固坯殼的厚度為10mm左右為止之深度區域，與已形成的凝固坯殼接觸之鋼液的水平方向流動會成為在鑄模內描繪漩渦般之流動。利用此渦流使鑄模內之液面附近的鋼液能夠不停滯地順暢流動，且使形成有初期的凝固坯殼之液面正下方的鋼液與鑄模壁接觸之際的鋼液溫度在鑄模內均勻化之效果會提高。
第5圖係以記號P1,P2表示第4圖所示的鑄模內的「長邊方向1/4位置且短邊方向1/2位置」之圖。前述的平均鋼液溫度TL(℃)係表示在位置P1之在平均液面深度20mm的鋼液溫度(℃)與在位置P2之在平均液面深度 20mm的鋼液溫度(℃)的平均值。
本發明係以儘可能滿足如下的(1)式之低溫進行鑄造。滿足如下的(1)’式而進行鑄造的話效果更好。
10<△T<50×FEMS+10...(1)
10<△T<50×FEMS+8...(1)’
△T係表示鑄造時的鋼液溫度、與該鋼液的凝固開始溫度之溫度差。具體而言，係定義成如下的(2)式。
△T=TL-TS...(2)
鑄造時的鋼液溫度係採用平均鋼液溫度TL(℃)。TL(℃)係在第5圖所示的P1,P2位置兩處之在平均液面深度20mm的鋼液溫度(℃)的平均值。鋼液的凝固開始溫度TS(℃)係可針對相同組成的鋼藉由實驗室實驗來測量液相線溫度而掌握。在實際現場作業中，可根據預先就各種目標組成而掌握之凝固溫度的資料來控制上述△T。
在以△T成為10℃以下之低溫進行之作業中，當有難以預料的溫度變動發生之情況時，分鋼槽的澆嘴堵塞等問題會使危險性變高，難以在工業上實施。另一方面，△T的上限之容許範圍會依鑄模內鋼液的攪拌效果而變動。基本上，電磁攪拌的攪拌力越大，接近液面之鋼液溫度越均勻化，△T的容許上限越擴大。因此，只是使△T降低而未使用鑄模內電磁攪拌，並無法充分得到鋼塊表面鑄造方向表面缺陷的抑制效果。但是，為了精度良好地針對攪拌效果進行評價，供給到鑄模內之鋼液的吐出量的影響也不能忽視。表示該攪拌效果之指標為如下之(3)式所示 之攪拌強度指標FEMS。
FEMS=VEMS×(0.18×VC+0.71)...(3)
其中，VEMS為由電磁攪拌所造成之在長邊方向中央位置之凝固坯殼厚度為5至10mm之深度區域與凝固坯殼表面接觸之鋼液的長邊方向平均流速(m/s)，VC為鑄造速度(m/min)。鑄造速度VC越大，隨著從浸入式注嘴吐出的流量增大，鑄模內的鋼液攪拌也越活化。(3)式所示之攪拌強度指標FEMS可視為加上鋼液的吐出量的影響而修正電磁攪拌對於攪拌效果的作用之參數。
藉由將該攪拌強度指標FEMS運用於上述(1)式(更好為(1)’式)，可精度良好地估算出△T的容許上限。具體而言，以(1)式所示之△T比50×FEMS+10小之條件(更好為以△T比50×FEMS+8小之條件)進行連續鑄造，可顯著減輕起因於鑄造方向表面缺陷之冷軋鋼板的表面瑕疵。鋼液攪拌的強度(攪拌強度指標FEMS)越大，△T的容許上限越廣。不過，FEMS過大的話，液面的起伏波動會變激烈，而容易將鑄造粉粒子及浮在液面上的浮質等異物捲入凝固坯殼中。
為了使起因於鑄造方向表面缺陷之冷軋鋼板的表面瑕疵之發生防止效果發揮到更高的層次，最好除了上述(1)式或(1)’式之外，還將連續鑄造條件控制成滿足如下的(5)式，滿足如下的(6)式更佳。
△T≦25...(5)
△T≦20...(6)
又，為了有效防止起因於液面的起伏波動之異物的混入，將連續鑄造條件控制成滿足如下的(7)式較佳，滿足如下的(8)式更佳。
FEMS≦0.50...(7)
FEMS≦0.40...(8)
第6圖係例示以使用電磁攪拌之方法得到之按照本發明之沃斯田鐵系不銹鋼連續鑄造鋼塊的與鑄造方向垂直之剖面的金屬組織照片。與照片的長邊平行之方向為鋼塊的寬度方向，與短邊平行之方向為鋼塊的厚度方向。此照片顯示者係照片的上端相當於鋼塊表面(鑄模接觸面)，照片的下端係相當於與鋼塊表面相距15mm的位置之視野。
已知在熔融金屬相對於鑄模而流動時，結晶的凝固會向流動的上游側傾斜而進行，且流速越大結晶成長的傾斜角度會越大。第6圖的例子中，枝狀結晶的一次臂的成長方向係向右側傾斜。因此，可知與凝固坯殼接觸之鋼液係從照片的右邊向左邊流動。與凝固坯殼接觸之鋼液的流動速度與結晶成長的傾斜角度的關係，可藉由使用例如旋轉的棒狀的散熱體之凝固實驗而得知。根據預先藉由實驗室實驗而求出之資料，可推測出連續鑄造時的凝固坯殼接觸的鋼液的流速。在凝固坯殼的厚度為5至10mm之深度區域凝固坯殼表面接觸的鋼液的長邊方向平均流速VEMS，可藉由從如此的剖面照片測量與表面相距5至10mm的距離之枝狀結晶的一次臂的平均傾斜角度而加以 掌握。就第6圖的例子而言，推測VEMS為約0.3m/s。將VEMS調整在例如0.1至0.6mm/s的範圍內是在一般的連續鑄造裝置可做到的。可將之管理成0.2至0.4mm/s。
在實際作業中，上述鋼液流速VEMS係可藉由調整施加於電磁攪拌裝置之電流值(以下稱為「電磁攪拌電流」)而加以控制。具備有電磁攪拌裝置之連續鑄造設備，係預先藉由電腦模擬、鋼液流動速度的實測實驗、及針對在很多實際鑄造所取得的鋼塊之如上述的組織觀察，而儲存有「電磁攪拌電流與在鑄模內各位置的鋼液流速之關係」的資料。在實際作業中，可根據如此的儲存資料，調整電磁攪拌電流而將上述VEMS控制在預定值。
第7圖係例示以未使用電磁攪拌之方法所得到之沃斯田鐵系不銹鋼的連續鑄造鋼塊之與鑄造方向垂直之剖面的金屬組織照片之例。試料的觀察位置係與第6圖相同。在此情況下，觀察不到在枝狀結晶的成長方向朝一定方向之傾斜。亦即，從第7圖可知：此鑄片之凝固坯殼厚度為5至10mm的部分係在並未產生鋼液的長邊方向流動之狀態下凝固而成者。
[實施例]
以連續鑄造裝置鑄造表1所示的化學組成之沃斯田鐵系不銹鋼而製造出鑄片(鋼塊)。
Figure 107109643-A0202-12-0019-1
連續鑄造的鑄模係與鋼液的接觸面由銅合金所構成之一般的水冷銅合金鑄模。關於連續鑄造的鑄模 尺寸，在液面高度，短邊長度係設定為200mm，長邊長度係設定於700至1650mm之範圍內。鑄模下端的尺寸係考慮凝固收縮而形成為比上述者略小。浸入式注嘴係將在長邊方向的兩側具有兩個吐出口者設置在長邊方向及短邊方向的中心位置。浸入式注嘴的外徑為105mm。兩個吐出口係相對於通過注嘴中心且與短邊面平行之平面相對稱。在相對向的兩長邊的模板背面分別設置電磁攪拌裝置，以進行對從鑄模內的液面附近的深度位置到約200mm深度位置之鋼液賦予長邊方向的流動力之電磁攪拌。如第1圖所示，在相對向的兩長邊側將流動方向設為相反。在凝固坯殼的厚度為5至10mm之深度區域凝固坯殼表面接觸的鋼液的長邊方向平均流速VEMS，係根據針對該連續鑄造設備預先求出之「電磁攪拌電流與在鑄模內各位置的鋼液流速之關係」的儲存資料，調整電磁攪拌電流而加以控制。利用熱電偶分別測出在第5圖所示的P1,P2位置兩處之在平均液面深度20mm的鋼液溫度(℃)，且採用該兩處的平均值作為平均鋼液溫度TL(℃)。
在表2中顯示各例的鑄造條件。△T為前述的(2)式所表示之平均鋼液溫度TL(℃)與凝固開始溫度TS(℃)之差。凝固開始溫度TS(℃)係記載於表2中。在「(1)式判定」之欄中，滿足前述(1)式的要件之情況係記為○，不滿足之情況係記為×。
表2中的每個號碼的例子(亦即例編號)，都按照其連續鑄造條件而製造出複數個長度約8m之連續鑄 造鋼塊。選擇其中一個作為該例編號的代表鋼塊。目視觀察代表鋼塊的單側表面，調查有無隨著表面裂痕而產生之鑄造方向表面缺陷。在目視即可清楚確認有表面裂痕存在之情況在表2中的欄位「鋼塊表面裂痕」中記入「有」。
以通常的熱間軋延製程、及冷間軋延製程，將各例編號的代表鋼塊軋延成板厚0.6至2.0mm的冷軋鋼帶。其間並未進行以研磨機修整鋼塊表面之處理。使所得到的鋼帶通過具備雷射照射式的表面檢查裝置之輸送線，以一定的檢測基準遍及全長檢查鋼帶的單側表面，調查是否有表面瑕疵存在。在將鋼帶全長在長度方向依每一公尺加以區分出的區域(以下稱為「片段(segment)」)中檢測出有表面瑕疵之情況時，將該片段認定為「有瑕疵片段」。求出鋼帶全長的片段總數中「有瑕疵片段」數所佔的比率(以下稱為「缺陷發生率」)，將缺陷發生率超過3%之情況判定為×(表面性狀；不良)，將3%以下之情況判定為○(表面性狀；良好)。將判定結果記入表2中的「冷軋鋼帶表面瑕疵評價」欄位中。此檢測基準相當嚴格，就連源自於連續鑄造鋼塊的鑄造方向表面缺陷之瑕疵以外的瑕疵都會檢測出。通常，即使是上述的缺陷發生率超過3%之冷軋鋼帶也可適用於很多用途，但也有在重視表面性狀之用途中無法使用之情況。另一方面，上述的缺陷發生率在3%以下之冷軋鋼帶可評斷為具有非常良好的表面性狀，因為瑕疵而受到的用途上的限制非常少。
Figure 107109643-A0202-12-0022-2
第8圖係標繪出表2中的△T與FEMS的關 係之圖表。其中，標繪為○之點及標繪為×之點完全按照表2中的「冷軋鋼帶表面瑕疵評價」欄位中的記載。第8圖中以虛線表示上述(1)式中的△T上限容許邊界線(△T=50×FEMS+10)。圖中，有即使△T比此線大之情況時也評價為冷軋鋼帶的表面瑕疵非常少之例。不過，為了穩定地實現○評價之良好的表面性狀，係採用△T在該線下側之條件較為有效。

Claims (5)

  1. 一種沃斯田鐵系不銹鋼塊的製造方法，係在使用沿著水平面切斷所成之鑄模內面的輪廓形狀為長方形的鑄模之鋼的連續鑄造中，將構成前述長方形的長邊之兩個鑄模內壁面稱為「長邊面」，將構成短邊之兩個鑄模內壁面稱為「短邊面」，將與長邊面平行之水平方向稱為「長邊方向」，將與短邊面平行之水平方向稱為「短邊方向」時，從設置於鑄模內的長邊方向及短邊方向的中心之具有兩個吐出孔之浸入式注嘴吐出由碳：0.005至0.150質量%、矽：0.10至3.00質量%、錳：0.10至6.50質量%、鎳：1.50至22.00質量%、鉻：15.00至26.00質量%、鉬：0至3.50質量%、銅：0至3.50質量%、氮：0.005至0.250質量%、鈮：0至0.80質量%、鈦：0至0.80質量%、釩：0至1.00質量%、鋯：0至0.80質量%、鋁：0至1.500質量%、硼：0至0.010質量%、稀土族元素與鈣的合計：0至0.060質量%、以及剩餘的百分比之鐵及不可避免的雜質所構成，且以如下的(4)式加以定義之A值為20.0以下之化學組成的沃斯田鐵系不銹鋼的鋼液，並且施加電力而進行電磁攪拌(EMS)，以使至少長邊方向中央位置之凝固坯殼厚度為5至10mm之深度區域之凝固坯殼附近的鋼液，產生在兩個長邊側彼此為相反方向的長邊方向流動，且將連續鑄造條件控制成滿足如下的(1)式： 10<△T<50×F EMS+10...(1)其中，△T及F EMS分別如以下的(2)式及(3)式所示，△T=T L-T S...(2) F EMS=V EMS×(0.18×V C+0.71)...(3)此處，T L為在長邊方向1/4位置且短邊方向1/2位置之在平均液面深度20mm的平均鋼液溫度(℃)，T S為該鋼液的凝固開始溫度(℃)，F EMS為攪拌強度指標，V EMS為由電磁攪拌所造成之長邊方向中央位置的凝固坯殼厚度為5至10mm之深度區域的長邊方向平均鋼液流速(m/s)，V C為相當於鑄造鋼塊長邊方向的行進速度之鑄造速度(m/min)，A=3.647(Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb)-2.603(Ni+30C+30N+0.5Mn)-32.377...(4)其中，(4)式中的元素符號之處係代入以質量%表示之該元素的含有量的值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之沃斯田鐵系不銹鋼塊的製造方法，其中，係將連續鑄造條件控制成也滿足以下的(5)式，△T≦25...(5)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之沃斯田鐵系不銹鋼塊的製造方法，其中，係將連續鑄造條件控制成也滿足以下的(6)式，△T≦20...(6)。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之沃斯田鐵系 不銹鋼塊的製造方法，其中，係將連續鑄造條件控制成也滿足以下的(7)式，F EMS≦0.50...(7)。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之沃斯田鐵系不銹鋼塊的製造方法，其中，係將連續鑄造條件控制成也滿足以下的(8)式，F EMS≦0.40...(8)。
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