JPH02247048A - 割れ感受性の高い金属材料の製造方法 - 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、鋳造時に凝固割れが生じ易い金属材料や、熱
間加工時に加工割れが生じ易い金属材料を水平連続鋳造
法によって鋳片とし、熱間圧延や熱間押出によって展伸
材とする製造方法に関するものである。

（従来の技術） 鋳造時に凝固割れが生じ易い金属材料の鋳片は連続鋳造
法で製造することができず、造塊法により製造されてい
た。また、熱間加工割れを起こし昌い材料は、造塊法に
より得られたインゴットを鍛造成いは分塊圧延して再結
晶させた後で、圧延や熱間押出等の熱間加工を行うこと
によって、展伸材を製造していた。

このため、プロセスが複雑となり、かつ製造歩留りが低
く、コスト高となっていた。なお、本明細書においては
、このような鋳造時における凝固割れや熱間加工時にお
ける加工割れ等を起す性質を総称して、割れ感受性とい
う。

ところで、熱間加工割れを生じ易い金属材料を熱間加工
するとき、加工性の良い材料で表面を被覆した状態で熱
間加工を行うことが従来から知られている。

しかし、加工性の良い材料で熱間加工割れを生じ易い金
属材料を被覆して熱間加工を行う方法では、被覆工程が
別途必要となり、その分だけプロセスが複雑になる。、 他方、複合鋳片を水平連続鋳造法によって製造する方法
が、特開昭５７−７５２５６号公報によって知られてい
る。その方法は、タンデイシュ側面に設けた注入口から
溶融金属を鋳型に注入し鋳片を鋳造するとともに、鋳型
を通って該鋳型の外に突出した注入管の出口からタンデ
イシュ内溶融金属と成分組成の異なる溶融金属を前記鋳
片の未凝固部分に注入し、該注入管の出口近傍において
、電磁力によりタンデイシュ内からの溶融金属と注入管
出口からの溶融金属とを混合撹拌させる複合鋳片の水平
連続鋳造法である。

（発明が解決しようとする課題） 特開昭５７−７５２５６号公報の方法では次のような問
題がある。

■　成分組成の異なる２つの溶融金属の混合する位置が
、注入流及び電磁力による撹拌力に大きく依存するため
に一定場所に定まらない。そのため内層部の凝固の始ま
る位置が変動しやすい。

即ち複合鋳片のクラツド比が変動し易くなる。

■　注入管出口からの溶湯金属は、該注入管出口近傍に
て電磁力によりタンデイシュ内からの溶融金属と混合撹
拌されるが、注入管出口からの溶融金属の一部は混合撹
拌位置から鋳造方向と逆方向へと流動し、タンデイシュ
内からの溶融金属と混合する。そのため目的とする混合
成分と異なった割合で混合し、それが外層部形成に寄与
されるため、外層部と内層部の間の境界が不明確となる
。

■　内層部の成分組成は、外層部の成分組成と注入管出
口からの溶融金属の成分組成との混合よりなるので、内
層部を外層部の成分組成を含まないようにはできない。

又、いかなる強力な混合撹拌であっても２つの溶融金属
を瞬時に混合撹拌することは物理的に不可能で、注入管
出口からの溶湯金属は、注入管出口から離れるに従い徐
々に目的とする混合成分組成へと変化し、内層部の形成
に寄与される。そのため内層部は外層方向から内層中心
方向に濃度差を持ち、完全に均一なものとは成り得ない
。

また、一般的に、水平連続鋳造機により凝固割れが生じ
易い金属材料や、熱間加工割れを起こし易い金属材料を
鋳造した時、凝固の開始する位置の近傍にコールドシャ
ットクラックあるいはホットティラーと呼ばれる鋳片表
層微小割れか生じる。

これらの欠陥により鋳片引き抜きの際に凝固殻破断に至
り、鋳造中１１．を招く場合がある。また鋳造中止に至
らなくても鋳造後の熱間圧延時において、表面割れの起
点となるため圧延前に表面手入工程が必要となる。

そこで、本発明は、加工性に優れた金属材料で割れ感受
性の高い金属材料を覆った複合鋳片を、後者金属材料の
成分・組成に変動を生じさせることなく水平連続鋳造で
製造することにより、別途の被覆工程を必要とせずに、
割れ感受性の高い金属材料でできた鋳片の熱間圧延や、
熱間押出しをｎＪ能にすることを目的とする。

（課題を解決するための手段・作用） 本発明は水平連続鋳造法によって鋳型内に易加工性金属
の溶湯を注入し、該金属の凝固シェルが形成される位置
よりも引き抜き方向前方の鋳片内に静磁場帯を形成し、
該静磁場帯からさらに引き抜き方向前方に割れ感受性の
高い金属の溶湯を注入して複合鋳片を鋳造し、該複合鋳
片を熱間加工することを特徴とする割れ感受性の高い金
属材料の製造方法である。

ここで、割れ感受性の高い金属材料とは、鋳造時に凝固
割れが生じ易い材料、或いは加工時に加工割れが生じ易
い材料である。たとえば、Ｂ含有ステンレス鋼、１７Ｃ
ｒ　−２５Ｎｉ　　−５ＡＮ等の高合金耐熱鋼、２２Ｃ
ｒ　−４２Ｎｉ　　−３Ｍｏ　　（インコロイ８２５）
等の高Ｃｒ高Ｎｉ合金、二相ステンレス鋼、快削ステン
レス鋼等がある。

これに対し、易加工性金属としては、炭素鋼、１８Ｃｒ
−８Ｎｊステンレス鋼等がある。

以下、第１図を参照しながら、本発明法をその作用と共
に具体的に説明する。

図示されるように、タンデイシュ１は、その内側に隔壁
２が設けられていて内部が２分割され、２つの容器ＩＡ
、ＩＢが形成されている。

容器１Ａには鋳造時、に凝固割れか生じなく、かつ熱間
加工時に加工割れが生じない易加工性金属の溶湯３を、
容器１８には割れ感受性の高い金属の溶湯４をそれぞれ
注入する。

タンデイシュ１の側壁１Ｃには水平方向に両端が開放さ
れた鋳型５が取付けられ、側壁１Ｃにあけられた鋳片断
面積とほぼ等しい断面積を有する注入口１Ｄを通して、
容器１Ａ内の溶湯３が鋳型５内に導かれる。

該溶湯３はブレークリング又は加熱帯１０を過ぎた位置
から、鋳型５の壁面を介した抜熱によって冷却・凝固し
、鋳型５の内面に凝固シェル１１が形成され、該凝固シ
ェル１１が鋳片７の外層部７Ｂとなる。

また隔壁２には、容器ＩＡ内の溶融金属３および注入口
ＩＤを通って、鋳型５と同軸上になるようにタンデイシ
ュ１外にその出口が突出した耐火物製の注入管６の基端
が取付けられ、容器ＩＢ内の割れ感受性の高い金属の溶
湯４が注入管６を通ってその出口から鋳片７の未凝固部
分に注入される。

この溶湯４は冷却・凝固されて鋳片の内層部７Ａとなり
、水平連続鋳造によって複合鋳片が鋳造される。

溶湯３，４の冷却・凝固の過程に於いて、凝固シェル１
１が形成される位置よりも引き抜き方向りの前方の鋳片
７内に、磁石８によって鋳造方向に直交する静磁場帯９
を形成し、該静磁場帯９から更に引き抜き方向りの前方
に割れ感受性の高い金属の溶湯４を注入する。注入口Ｉ
Ｄから注入された易加工性金属の溶湯３は、磁石８によ
り形成された静磁場帯９により、該静磁場帯９から更に
引き抜き方向りの前方に流動することを妨げられるので
、外層部７Ｂの形成に寄与し、内層部７Ａの形成には寄
与しない。

また、静磁場帯９から更に引き抜き方向りの前方に位置
する注入管６の出口から注入された割れ感受性の高い金
属の溶湯４は、静磁場帯９により引き抜き方向りの後方
へと静磁場帯９を横切る方向へ流動することを妨げられ
る。

このようにして割れ感受性の高い金属の溶湯４は外層部
７Ｂの成長には寄与せず、内層部７Ａの成長にのみ寄与
する。

なお、鋳造方向に直交する静磁場帯９が存在しない場合
には、内層部の凝固の始まる位置が変動し、複合鋳片の
クラツド比が変動し易くなるばかりでなく、注入管６及
び注入口ＩＤからそれぞれ注入された溶湯３，４は注入
管６の先端近傍にて互いに混合し合い、内層部７Ａと外
層部７Ｂの境界は明瞭でなくなる。

また、注入管６近傍で注入管６及び注入口］Ｄから各々
注入された溶湯３，４を強制的に電磁力や撹拌羽根等に
より混合撹拌した場合も、程度は若干改善されるか依然
として前述と同様の理由により内層部の凝固の始まる位
置が変動し易く、かつ内層部７Ａと外層部７Ｂの境界は
明瞭でなくなる。

これに対し本発明では注入口ＩＤから注入された易加工
性金属の溶湯３と、注入管６から注入された割れ感受性
の高い金属の溶湯４とは、静磁場帯９において流動が制
動されているために、互いの混合が抑制される。

その結果、外層部７Ｂと内層部７Ａとの境界が明瞭な複
合鋳片が得られる。また互いの混合が抑制され、かつそ
の時の両溶湯の境界は鋳造方向に対して垂直な方向の一
定位置に抑止される。

その結果、引き抜き速度が一定の場合、形成される外層
厚が一定となり、内殻、外殻のクラツド比が一定の複合
鋳片を鋳造することができる。

なお、磁石８に代えて、ソレノイドコイルを鋳型５或い
は鋳片の外層部７Ｂの周囲に捲回し、これに直流電流を
通電することによって、鋳造方向と平行な磁力線をもつ
静磁場帯を形成してもよい。

このようにして得られた複合鋳片を熱間加工して展伸材
とする。熱間加工としては、板材、帯材、棒材、線材、
形材等の熱間圧延、管材、形材等の熱間押出等を行うこ
とができる。

また、鋳造時に凝固割れを生じ難い材料で外層部７Ｂが
形成されるので、得られた鋳片にコールドシャットクラ
ック、ホットティラー等の表層機小割れを含め、表面割
れは生じ難い。

更に内層部７Ａの金属が凝固割れを起こし易い材料であ
っても、外層部７Ｂを介して均一緩冷却されるため、境
界面における割れも生じない。

この複合鋳片を熱間加−トするとき、外層部７Ｂの加工
性がよいので、加工割れが生じ難い。又外層部は割れ感
受性が高くないので、たとえコールドシャットクラック
、ホットティラー等の表層微小割れが生じても、浅くか
つ熱間加工時に容易に圧着し易いため、表面性状のよい
展伸４４が得られる。

また必要に応じ、熱間加工後に外層部７Ｂの金属を機械
加工、酸洗、スケールオフ等の適宜の手段で除去し、内
層部７Ａのみを使用することもてきる。この場合は、た
とえ外層の表層微小割れが生じても前記の如く浅く、熱
間加工時に圧着し易く、しかも外層部７Ｂと内層部７Ａ
との境界が明瞭であるため、境界層を厚く除去する必要
がなく、歩留りが高い。

（実　施　例） 実施例　１ 第１図で説明した方法により、注入口ＩＤから中炭素鋼
を、注入管６から１７ｃｒ　−２５Ｎｉ　　−５１１耐
熱鋼を注入し、厚さ２０＋ｎｍの中炭素鋼を外層とする
一辺の長さが１５．０ｍｍの複合ブルームを得た。

これを通常の方法で熱間圧延し、直径１２ｍｍの線材を
製造した。得られた線材の表面には炭素鋼が被覆されて
いたが、熱間圧延工程におけるスケールオフにより薄く
かつ均一な厚さであり、酸洗によって容易に除去でき、
表面性状の優れた耐熱鋼線材が得られた。

第２図に本発明法により製造された鋳片の外層部の厚み
を示す。

鋳造方向と直交する静磁場帯のない場合には、鋳片の外
層部の厚みがＬ方向に対し変動しており、かつ外層部と
内層部の間に両成分の混合よりなり、両成分と異なる目
的としない組成を持つ中間層が生じており、境界か不明
確となっている（比較例２）。

１　］ また、強制的に電磁力あるいは撹拌羽根で、注入管６近
傍で注入管６及び注入口］Ｄから、各々注入された溶湯
３，４を混合撹拌させた場合の鋳片の外層部の厚み変動
及び境界の不明確さは、若干改善されたが十分てはなか
った（比較例１）。

実施例　２ 第１図で説明した方法により、注入口ＩＤからＳ　Ｕ　
Ｓ　３０４を、注入管６からＢ２重量％を含む含Ｂオー
ステナイト系ステンレス鋼を注入し、厚さ３０ｍｍのＳ
　Ｕ　Ｓ　３０４を外層とする合計厚さ１４３ｍｍ。

幅１０４０ｍｍの複合スラブを得た。

これを通常の方法で熱間圧延し、厚さ１０ｎ＋ｍの厚板
を製造した。得られた厚板は、表面性状の優れたもので
あり、中性子遮蔽月として使用し得るものであった。ま
た、内層が所期の成分・組成を持つものであるため、中
性子遮蔽能力も優れたものであった。

（発明の効果） 以上に説明したように、本発明においては易加工性金属
の溶湯から生成する凝固シェルを外層とすることにより
、鋳造時に凝固割れが生じ易い金属材料や、熱間加工時
に加工割れが７生じ易い金属材料を水平連続鋳造法によ
って鋳片とすることができるので、造塊法によって鋼塊
とする方法と比べて製造コストを大幅に削減することが
できる。

また、得られた鋳片は、易加工性金属の外層があるため
、水平連続鋳造法による鋳片特有の欠陥であるコールド
シャットクラック及びホットティラー等の表層の微小割
れも、熱間加工時に圧着し問題とならず、熱間圧延や熱
間押出によって展伸材を製造することができる。しかも
、その製造歩留りも良好なものとなる。

また本発明によれば内層部・外層部の境界が明瞭であり
、かつ各部の厚さが均一である品質良好な複合鋳Ｊ’ｌ
とすることかできる。

更には各部の厚さを均一とすることができるので、外層
部を除去する場合は該外層部を従来法に比べて薄くする
ことができ、製造歩留りを大幅に向上させることができ
る。

また、外層部を薄くすることができるので核外層部を鋳
造後の製造工程において容易に除去することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するだめの装置例を示す説明図、
第２図は本発明例および比較例による鋳片の外層部の厚
みの変動を示す図表である。 １：タンデイシュ　　　　２：隔　壁 ６：注入管　　　　　　　８：磁　石 ９：静磁場帯 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫つ刈 （政界）ｉｆｆｏ国＆（、ＦωＭ脣

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水平連続鋳造法によって鋳型内に易加工性金属の溶湯を
   注入し、該金属の凝固シェルが形成される位置よりも引
   き抜き方向前方の鋳片内に静磁場帯を形成し、該静磁場
   帯からさらに引き抜き方向前方に割れ感受性の高い金属
   の溶湯を注入して複合鋳片を鋳造し、該複合鋳片を熱間
   加工することを特徴とする割れ感受性の高い金属材料の
   製造方法。