WO1992018271A1 - Procede pour le coulage en continu de brames multicouches - Google Patents

Description

明 fm 複層铸片の連続铸造方法 技術分野

本発明は、 表層 （外層） と内層の組成すなわち化学成 分の異なる複層铸片を溶鋼から連続的に鐯造する連続鐯 造方法に関する ものである。

背景技術

複層構造から成る ク ラ ッ ド鋼の製造方法と しては、 铸 ぐるみ法、 爆着法、 圧延接合法、 肉盛溶接法等が知られ ている。 例えば、 表層を高価なオーステナイ ト系ステン レス鋼で形成し、 内層を廉価な普通鋼で形成して成る ク ラ ッ ド鐧は、 ステン レス鋼と しての特性を有する と と も に、 全体をオーステナイ ト系ステン レス鋼で形成して成 る材料に比して廉価である という利点を有する。

ク ラ ッ ド鐧と しての複層鐯片の連続铸造方法は、 本発 明者らが先に提案した技術と して既に公知である （ J P - A - 6 3 - 1 0 8 9 4 7 参照） 。 こ の铸造方法は、 連 続铸造铸型内に注入された内容物である 2 種類の異なる 組成の溶融金属を、 磁気的手段によ って分離しつつ凝固 させ、 も って複層鍰片を得る方法である。 こ の方法では. 鐯型の所定高さ位置において、 内容物を横断する方向に 指向する直流磁束が与え られ、 形成される静磁場帯を境 界と して、 その上下にそれぞれ組成の異なる溶融金属が 洪給される。 それによつて、 先に凝固する上位内容物

(凝固铸片の表層になる） と、 それに続いて凝固する下 位内容物 （凝固鐯片の内層になる） の境界が明瞭な、 す なわち両層間の遷移濃度層が薄い複合金属材を得る こ と ができる。

こ こで、 前記複層铸片の連続铸造方法を図 3 および図 4 によ り具体的に説明する。

連続鐯造鐯型 1 内に溶融状態で注入される内容物 （溶 融金属） 4 に対して、 該内容物の全幅に亙って、 内容物 の厚さを横断する方向に指向する直流磁束が付与され ( 1 0 は磁力線を示す） 、 該直流磁束によって鐯造方向 である上下方向に形成される静磁場帯 1 1 を境界と して、 その上下に、 酎火物製浸漬ノ ズル管 2， 3 を通じて前記 内容物である組成の異なる 2種類の溶融金属が供給され る。 形成される鐯片 9 の断面図である図 4 に、 凝固した 表層 5 および凝固した内層 6 が示されている。 直流磁束 は、 磁石 8 によって铸造方向 Aに対して直角方向、 すな わち鐃型内の内容物または部分凝固した鐯片の厚さを横 切る方向に形成される。

この公知の連続鐯造方法による と、 2種類の鐦の組合 せによっては鐯型内溶鋼の密度差に基づく 対流混合が生 じ、 直流磁束による溶鋼の混合抑制効果が発揮されず、 2種溶鐧間の良好な分離が得られないという問題がある こ とが本発明者らの研究によ って判明 した。

発明の開示 か く て、 本発明の主目的は、 铸型内に供給される異な る 2 種類の溶鋼の混合をよ り効果的に抑制し、 も って内 外 2層 （内層 と表層） の狙いとする各組成変動の少ない 鐯片を得る こ とである。

こ の目的に照ら し、 本発明の主側面によれ.ば、 連続铸 造铸型内に溶融状態で注入される内容物に対して、 該内 容物の全幅 （铸片の幅に対応） に亙って、 内容物の厚さ (鐯片の厚さに対応） を横切る方向に指向する直流磁束 を付与し、 該直流磁束によ って铸造方向である上下方向 に形成される静磁場帯を境界と して、 その上下に、 前記 内容物である組成の異なる 2種の溶鋼を供給する、 内外 2層から成る複層铸片の連続铸造方法であって、 静磁場 帯の上位で供給される外層溶鋼の密度 と、 静磁場帯 の下位で供給される内層用溶鋼の密度 ρ ₂ との差

( A p j A p = p i - ρ 2 ^ g cm ) とする と き 前記直流磁束の磁束密度 B (テスラ） を次式 ：

a ) Δ ρ < 0 の場合

Β ≥ [2.83x ( A ρ ) ² + 1.68 X Δ p + 0.30] b ) 0 ≤ Δ ρ の場合

Β ≥ [20. Ox ( Δ ο ) ² + 3.0 Χ Δ ρ + 0.30] によ って定義される該直流磁束を付与する複層铸片の連 続铸造方法が提案される。

本発明の第 2 の側面によれば、 前記複層铸片の連繞铸 造方法において、 静磁場帯の上位で供給された外層用溶 鋼、 または静磁場帯の下位で供給された内層用溶鋼に対 して 1 種またはそれ以上の合金元素を添加し、 も って該 当溶鋼中の該合金元素の濃度を高める方法が提案される こ の手法は、 铸型内に注入される 2種類の溶鋼のう ち、 一方の組成を最終組成とはせず、 铸型内に注入された後 に未調整合金成分を添加する ものである。 合.金成分の添 加は、 ワイヤー形状でこれを行う こ とができ、 狙いとす る添加位置に到達する までにワイヤーが溶解消失する こ とを防ぐため、 被覆ワイ ヤーを用いる こ とが推奨される 本発明において、 密度差 Δ Pの好適範囲は、 一 0 . 3 ≤ A p ≤ 0 . 2 3 であ り、 工業的に実用 レベルで得られ る直流磁束密度の最大強度が 0 . 8 〜 1 . 0 テスラであ る こ とを考慮すれば、 範囲— 0 . 3 ≤ Δ /Ο ≤ 0 . 1 はさ らに好ま しい。 留意すべきは、 外層用溶鋼の密度 ρ 】 に 比し内層用溶鐧の密度 Ρ ₂ が大き く なるほど、 よ り小さ な磁束密度 Βで 2種の溶鋼の混合が抑制され得る こ とで ある。 すなわち、 Δ ρ ^ — 0 . 3 の範囲では、 Δ ρ 二 - 0 . 3 における直流磁束密度 =約 0 . 0 5 テスラ とほ ぼ同等の直流磁束を铸型内溶鋼に作用させれば十分であ 本発明のその他の特徴は、 図面を引用 した下記の説明 によって明確にされるだろ う。

図面の簡単な説明

図 1 は、 各種組合せの 2種類の溶鋼の密度差 Δ ρ と、 得られた複層鐯片の分離指数との関係を試験結果と して 示すグラ フである。 図 2 は、 直流磁束密度と 2 種類の溶鋼の密度差 と の関係を試験結果と して示すグラ フである。

図 3 は、 公知に係わる複層鐯片の連続铸造装置の斜視 図である。

図 4 は、 図 3 に示された装置を鐯片幅方向.に沿う縦断 面と して示す図である。

発明の詳細な説明

本発明者らは、 前記従来技術の有する問題を解決すベ く 2種の溶鋼の密度差 と、 得られた複層铸片におけ る内外 2層の分離状況との関係について詳細な研究を行 なった。 図 1 は、 試験によって得られたグラ フであ り、 試験内容の詳細については後に説明する。 このグラ フ は 直流磁束密度をそれぞれ 0 . 8、 1 . 0 と した場合にお ける、 各種組合せの 2種類の溶鋼の密度差 Δ ρ と、 得ら れた複層鐯片の分離指数との関係を示している。 こ こで. 分離指数とは、 鐯片内外層の成分濃度の分離程度を表す 指標であ り、 供給される 2種類の溶鋼が完全分離し、 得 られた铸片において も各々 の溶質濃度がそのま ま維持さ れた場合に 1 . 0 、 他方、 2種類の溶鋼が完全に混合さ れ、 铸片において内外層の成分濃度の区別ができない場 合に零になる。 分離指数は以下の式によ って定義される ₍ 分離指数 = ( C 〗 — C 2 ) / ( C l ° - C 2 ⁰ )

C I ： 铸片外層の溶質濃度

C 2 ： 铸片内層の溶質濃度

C 1 ⁰ ： 外層への供給溶鋼の溶質濃度 C 2 ⁰ ： 内層への供給溶鋼の溶質濃度

図 1 による と、 密度差 Δ ρ - ρ , - ρ 2 が大き く なる ほ ど分離措数が小さ く なる こ とが判る。 これは、 密度差 に基づく 対流混合が生じて、 直流磁束による 2種類の溶 鐧の混合抑制効果が十分に発揮できなかった.ためである と考えられる。

こ こで、 分離指数の好適下限臨界値 （ Β ^β ) に言及す る。 好適下限臨界値は、 目的物である複層鐯片に期待さ れる材料特性に関連し、 鐧種に応じて、 1 以下の任意の 値が設定され得る。 そこで、 材料特性に関する従来の経 験に鑑み、 ク ラ ッ ド材すなわち複合金属材料が工業的に 有効利用され得る よ う に、 各金属材料中の成分元素が相 互に 1 0 %を超えて混合しないという こ とを一つの目安 にする と、 前式から下限臨界値 （ B ^Q ) = 0 . 8 が導出 される。 こ の臨界分離指数以上の良好な分離を得るため には、 工業的に実用 レベルで得られる最大強度の直流磁 束密度 0 . 8 〜 1 ， 0 テスラ において、 図 1 から、 Δ ρ = ρ 1 - ρ 2 ≤ 0 . 1 ( / cm ³ ) である こ とが理解さ れる。

本発明者らはまた、 臨界分離指数 0 . 8 以上の良好な 分離を得るために必要な、 直流磁束密度と 2種類の溶鋼 の密度差 との関係について調べた （その詳細につい ては、 後に説明する） 。 図 2 はその結果を示す。 図 2 で は、 分離指数≥ 0 . 8 の ものについては白丸印で、 分離 指数く 0 . 8 の ものについては黒丸印で、 それぞれプロ ッ ト点が示されている。 白丸領域と黒丸領域とは、 概ね 放物線状の曲線で区画されている。 この曲線について、 2 次関数近似を行う こ とによ り、 臨界分離指数 0 . 8 以 上の良好な分離を得るための条件が以下のよ う に導出さ し な o

a ) Δ ρ < 0 の場合

Β ≥ [2.83Χ ( A ρ ) ² + 1.68 x Δ iO + 0.30] b ) 0 ≤ Δ ρ の場合

Β ≥ [20. Ox ( Δ p ) ² + 3.0 x Δ ρ + 0.30] この条件の下で 2種類の溶鋼の密度差に応じて、 2 層 分離に必要な直流磁束密度を付与する こ とで、 複層铸片 の安定製造が可能になる。

と こ ろで図 2 には、 密度差 Δ ρ ≤ — 0 . 3 の範囲が示 されていない。 しかるに、 外層用溶鋼の密度 に比し て内層用溶鋼の密度 p ₂ が大き く なるほ ど、 よ り小さな 磁束密度 Bで 2 種の溶鋼の混合が抑制され得る こ とを考 慮すれば、 Δ ρ ≤ — 0 . 3 の範囲では、 Δ ρ = — 0 . 3 における直流磁束密度 =約 0 . 0 5 とほぼ同等の直流磁 束を铸型内溶鋼に作用 させれば十分である。

試験例

公知装置を示す図 3 、 図 4 を引用 して説明する と、 長 さおよび内径が互いに相違する 2 本のアル ミ ナグラ フ ァ イ ト製浸漬ノ ズル 2 ， 3 を用いて、 連続錶造鐯型 1 内に おける静磁場帯 1 1 の上位および下位に、 組成の相違す る 2 種類の溶鋼を注入 した。 鐯造条件は以下の とお りで ある。

鐯型形状 ： 横断面矩形、 寸法 ： 2 5 0 mm (鐯片厚さ方 向） X I 2 0 0 mm (鐯片幅方向） 、 外層用溶鐧注入用円筒形ノ ズルの内径 ： 4 0 ram 内層用溶鐧注入用円筒形ノ ズルの内径 ： 7.0 mm 溶鐧メニスカスを基準とする外層用溶鋼注入ノ ズルの 吐出口位置 ： — 1 0 0 mm

溶鋼メニスカスを基準とする内層用溶鐧注入ノ ズルの 吐出口位置 ： 一 8 0 0 mm

鐯造速度 ： 1 . O mZm i n

静磁場帯 ： 鐯型内溶鐧メニスカスを基準と して、 磁石 上下端がそれぞれ 4 5 0 mm、 7 0 0 mm下方 に位置する。

直流磁束密度 ： 0 . 0 5〜 2 . 5 テスラ。 鐃造方向に おける磁石の厚さ （または高さ） の中間位置におけ る大き さ と して示される。

表 1 は、 鐯造された 2種類の鋼の組合せと各鐧組成を 示す。

表 2 は、 表 1 に対応して、 各铸造温度、 各铸造温度に おける密度、 各組合せ毎の密度差を示す。

また、 铸造された 2 ·種類の鋼の各組合せ毎に、 直流磁 束密度を変化させて作用させた場合の得られた鐯片の厚 さ方向における濃度分布を調べ、 先に示した式によって 算出された分離指数と、 臨界分離指数 0 . 8 によ り評価 した結果とが表 3 に示されている。 評価結果は、 臨界分 離指数が 0 . 8 以上である ものを白丸で、 臨界分離指数 が 0 . 8 未満である ものを黒丸でそれぞれ示すと と もに 白丸領域と黒丸領域との境界部分を濃線で示した。

表 4 は、 表 3 の一部抜粋であ り、 表 3 において加え ら れた直流磁束密度が 0 . 8、 1 . 0 テスラで.ある ものに つき、 2 種類の鋼の各組合せ毎に、 得られた铸片の分離 指数を示す。

表 2

(分離措数）

。：彌旨数≥0. 8 ：分離旨数ぐ 0. 8 表 4

(分数指数） 磁束密度

組合せ

0 . 8 1 . 0

A 0 . 9 9 0 . 9 9 '

B 0 . 9 8 0 . 9 9

C 0 . 9 6 0 . 9 8

D 0 . 9 5 0 . 9 8

E 0 . 8 5 0 . 9 3

F 0 ， 8 3 0 . 9 0

G 0 . 7 1 0 . 8 3

H 0 . 2 1 0 . 4 5

図 1 は、 直流磁束密度 0 . 8 、 1 . 0 テスラをそれぞ れ作用させた場合における、 2 種類の鋼の密度差 Δ と 分離指数との関係を、 表 4 から抽出 して示したグラ フで ある。 図 1 によれば、 Δ /O ( = p 1 - p 2 ) ≤ 0 では分 離が良好で分離指数の変化も少ないが、 Δ p > 0 では、 Δ ρが大き く なる と と もに分離指数が急激に小さ く な り、 分離状態が悪化する こ とが判る。

図 2 は、 表 2 および表 3 を根拠と して作成したグラ フ である。 その内容については、 先に説明 したが、 直流磁 束密度を変化させる こ とによ って、 外層および内層に相 当する 2 種類の鋼 （母材） の特性を損なわずに複合化に よる特性を享受するための条件である臨界分離指数が 0 . 8 以上の良好な分離の得られる領域 （図中の曲線と 同等レベル以上の領域） が存在する こ とが判る。

産業上の利用可能性

連続鐯造によ り、 異なる 2種類の鋼から成る ク ラ ッ ド 鋼を工業的に廉価に量産可能である。 一例と して、 外層 を高価なオーステナィ ト系ステン レス鋼で形成し、 内層 を廉価な普通鋼で形成して成る ク ラ ッ ド鋼を挙げ得る。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 連続铸造鐯型内に溶融状態で注入される内容物 に対して、 該内容物の全幅に亙って、 内容物の厚さを横 切る方向に指向する直流磁束を付与し、 該直流磁束によ つて铸造方向である上下方向に形成される静磁場帯を境 界と して、 その上下に、 前記内容物である組成の異なる 2種の溶鋼を供給する、 内外 2 層から成る複層铸片の連 続铸造方法において、

静磁場帯の上位で供給される外層用溶鋼の密度 と、 静磁場帯の下位で供給される内層用溶鋼の密度 /0 ₂ との 差 （ Δ ρ ) を、 o ₂ ( g /cm ³ ) とする と き、 前記直流磁束の磁束密度 B (テスラ） が次式 ：

a ) Δ ρ < 0 の場合

Β ≥ [ 2.83Χ ( Δ /0 ) ² + 1.68x Δ ρ + 0. 30] b ) 0 ≤ Δ p の場合

B ≥ [ 20. OX (厶 /0 ) ² + 3.0 X Δ P + 0.30] によ って定義される該直流磁束を付与する複層铸片の連 続鎳造方法。

2. - 0 . d ≤ A p ≤ 0 . 2 3 である請求の範囲第

1 項に記載された複層铸片の連続铸造方法。

3. — 0 . Z ≤ A p ≤ 0 . 1 である請求の範囲第 1 項に記載された複層铸片の連続铸造方法。

4. 連続鐯造鐯型内に溶融状態で注入される内容物 に対して、 該内容物の全幅に亙って、 内容物の厚さを横 切る方向に指向する直流磁束を付与し、 該直流磁束によ つて鐯造方向である上下方向に形成される静磁場帯を境 界と して、 その上下に、 前記内容物である組成の異なる 2種の溶鐧を供給する、 内外 2層から成る複層鐯片の連 続鐯造方法において、

静磁場帯の上位で供給された外層用溶鐧、 または静磁 場帯の下位で供給された内層用溶鋼に対して 1 種または それ以上の合金元素を添加し、 該当溶鋼中の該合金元素 の濃度を高める と と もに、

外層用溶鋼の密度 P i と、 内層用溶鋼の密度 ρ ₂ との 差 ( Δ jo ) を、 Δ ρ = ρ ι - ρ 2 ( g / cm ³ ) とする と き、 前記直流磁束の磁束密度 B (テスラ） を次式 ：

a ) Δ ρ < 0 の場合

Β ≥ [2.83Χ ( Δ ρ ) ² + 1.68 X 厶 ρ + 0.30] b ) 0 ≤ Δ ρ の場合

Β≥ [20.0Χ (厶 Ρ ) ² + 3.0 Χ Δ ρ + 0.30] によって定義される該直流磁束を付与する複層鐯片の連 続鐯造方法。

5. - 0 . 3 ≤ A ρ ≤ 0 . 2 3 である請求の範囲第 4 項に記載された複層鎊片の連続鐯造方法。

6. - 0 . S ≤ A p ≤ 0 . 1 である請求の範囲第 4 項に記載された複層鐯片の連続鐯造方法。