JPH0335855A - 超音波による連続鋳造鋳片の介在物検出方法 - 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、微小な鋼中非金属介在物の存在が問題となる
鋼材の鋳片段階での超音波による介在物の検出方法に関
するものである。

（従来の技術〉 冷間で強度に加工される鋼材においては、微小な鋼中非
金属介在物のわずかな存在さえも加工時の割れなどの事
故につながる。これらのトラブルの原因となる微小介在
物の大きさは、鋼片中において直径１１ＩＩｌ相当球よ
りも大きいものである。この鋼片を圧延し、コイル状の
線材にした後に介在物を検出することは、線材が細く長
いために非常に困難である。また、棒鋼に圧延した場合
でも、介在物の入念な検査は大きなコスト増につながる
。

そのため、鋼片段階において厳しく検査を行い、有害な
介在物を含む鋼片を予め除去する必要がある。そのため
、まず、造塊または連続澗遺された餅片を、熱片のまま
あるいは一度冷片にした後で加熱炉で均熱し、圧下比を
後述する第３図で示すように３．０以上とする圧下を加
える分塊圧延を行い、鋼片としていた。これは凝固収縮
孔からのノイズを無害化するための圧着圧下であるが、
この鋼片を直径１−１１相当球の介在物を検出できる周
波数２ＭＨｚ以上の超音波で検査し、介在物を含む鋼片
を予め除去した後で、線材および棒鋼などに圧延する。

また鉄と鋼：第６０年第８７５〜８８４頁、第９９０〜
９９９′Ｋ（１９７４）などには、直接圧延を行った述
＊＊ｉ餠片の品質についての報告がある。

（発明が解決しようとする課題） 従来の分塊圧延の存在は、加熱炉お上び圧延機などの設
蛸費、加熱および圧延のための燃料費および電力費など
のコストの上昇をもたらす、＊た、工程が艮いために生
産管理が複雑となり、柔軟な納期対応が困難となるなど
のＦＩＲｍ点も発生させる。

これらの問題点を解消するために、分塊圧延工程を省略
することが当業界の長年の課題であった。

分塊圧延を省略するには鋼片と同程度の断面寸法を持つ
餅片を製造することになるが、次の二つの理由から超音
波に上る微小有害介在物の検出が十分に行えないという
欠点があった。

■鋳片は結晶粒が粗大なため、結晶粒界での散乱によっ
て超音波が減衰し、介在物の検出能力が低下する。

■中心部に不可避的に発生する凝固収縮孔と微小介在物
の識別が困難である。

そのため、４級鋼に対しては、分塊圧延を省略した製造
工程を採用できなかった１組織の粗い鋼材を現行の周波
数２ＭＨｚｆ）ｉｌ音波で検査すると、結晶粒界によっ
て音波が散乱され、ノイズが発生するため介在物の検出
能力が低下する。このノイズはｔＩＬ艮の長い超音波を
用いることで低減できるが、−力、検出可能な介在物の
下限寸法が大きくなり、目標とする介在物の検出が困難
となる。この問題を解決するｔこめには、匍片岨繊を微
細化し、２ＭＨ２でもノイズの発生を少なくすることが
必要である。＊た、中心部の収線孔は音波の反射源とな
Ｉ）１．；れよりも小さな介在物からの反射波との分離
識別が困難なだめ、十分に圧着しておく必要がある。

本発明は、分塊工程を省略した超音波による介在物の検
出方法を提供する。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、連続鋳造された鋼の熱賛片を凝固完了
後直ちｌこ合計圧下比１．４以上３．０未満で圧↑°し
た後、熱間または冷間の状態で超音波による介在物の検
出を行うことを特徴とする超音波による連続鋳造鋳片の
介在物検出方法である。圧下餅片の超音波による介在物
の検出を連続鉤造ライン上で圧下後引続き熱間状態で行
うこと、餅片の圧下はロール圧ｆｆｉまたはプレス機で
行い、圧下を初期圧下と終期圧下に分け、合計圧下死中
初期圧下の圧下比を１．２以上かつ終期圧下の圧下比を
１．１５以上とし、初期圧下聞始時の鋳片表面温度を１
０５０℃以上１２００℃以下、終期圧下開始時の鋳片表
面温度を８５０℃以上ｉ　０５０　’Ｃ以下とすること
、この際初期圧下前または／および終期圧Ｆ前に鋳片を
保温または加熱すること、初期圧下後に鋳片を冷却する
こと、ならびに圧下前の熱闇餠片を熱間溶削することは
好ましい。

なお、水平方向または／および垂直方向の圧下可能な圧
下装置群を餅造ライン上に前後２１１１所に前群と後群
として設け、この前群の圧下装置群で圧下することを初
期圧下といい、後群の圧下装置群で圧下することを終期
圧下という、各圧下装置群内での圧下回数は限定されな
い。

介在物検出用の超音波は、熱閤匍片に対しては電磁超音
波探傷機を、虫た冷闇鯖片には超音波発信用プローブを
用いた常用の超音波探傷機を用いることが望±しい。

（作用） まず、これらの要件を定める前提条件として、２Ｍ）Ｉ
ｚの超音波を用いて直径１ｍｍ相当球以上の有害な介在
物を擾乱となるノイズの発生をみることなく鮮明に検出
できる検出感度を求めるため、鋳片に直径１曽−１深さ
５−曽の穴を明けた人工疵で調査した。この結果、人工
疵の検出力としてＳ／Ｎ比で１０ｄＢ以上が得られれば
目標の直径ｌａｍの介在物を検出可能であることがＨつ
た。

次に、ＪＩＳＳ４５Ｃ鋼、鋼片サイズ２００ｍｍＸ２０
０ｍ−の連続餠造賛片、鋳片直接圧延材および鋳片再加
熱圧延材を用いて、結晶粒度と超音波に上る有害介在物
の検出能を測定した。検出能は直径１−１深さ５−誌の
穴を明けた人工疵の検出感度で評価した。その結果、第
２図に示すように結晶粒度がＪ　ＩＳ２番以上の細粒で
あればＳ／Ｎが１０ｄＢ以上となり、目的とする有害介
在物を検出できることを知見した。

次に、上述の鋼種で種々のサイズの連続債造熱鋳片を直
接圧下した場合の凝固収縮孔の圧着状態と圧下比の関係
を、冷鋳片を加熱し分塊圧延した場合のそれとともに第
３図に示す、結晶粒の影響をな（すために圧延後に熱処
理を施して結晶粒度をＪＩＳＳ番の細粒にし、２ＭＨｚ
の超音波で検査した。これより、鯖造直接圧延材では圧
下比１．４以上で、また分塊圧延材では圧下比３．０以
上で凝固収縮孔が有害介在物の検出に害を与えない検出
感度５ｄＢ以下に圧着されることが判った。

凝固完了直後の連続飾遺鋳片は中心部の温度が表面部の
温度に比べて高く、中心部に圧下が集中するため、従来
の鋳片を均熱する方法に比べ小さな圧下率で凝固収縮孔
を圧着できる。ｌｉ固固結細孔十分に圧着された鋳片は
、その後に超音波により目標とする微小介在物を容易に
検出することができる。さらに微小な介在物を検出する
ためには、十分な終期圧下量を確保することによって結
晶粒を十分に微細化し、超音波の周波数を上げて検査を
行えば良い。

さらに、本発明において鋳片の圧下に際し、初期圧下比
１．２以上、終期圧下比１．１５以上、初期圧下聞始時
の鋳片表面温度１０５０℃以上１２００℃以下、終期圧
下開始時の鋳片表面温度８５０℃以上１０５０℃以下と
するのが好ましい理由は以ドの通りである。

初期圧下の目的は、餅片表面から内部にかけて生成して
いる柱状晶の破壊である。第４図は２４７Ｘ３００ｍ−
の鋳型で鋳造したＪＩＳＳ４５Ｃ鋳片を饋造顕熱を利用
して熱間ロール圧延した後、表層の柱状晶が微細化され
たか否かを調べた結果である。初期圧下聞始時の表面温
度１０５０℃以上、圧ト°比１．２以上で圧延すれば表
層粗大粒の破壊が十分行われることがわかる。しかし、
初期圧下聞始時の表面温度は１２００℃以下が望ましい
、その理由は、この温度層で圧延すると再結晶お上びそ
れに続く成長で組織が荒くなり、その後に行う終期圧下
の圧下量が少なく低温の場合には、微細化目標を遠戚で
きない可能性が残るからである。終期圧下の目的は、全
長および全断面にわたって結晶粒を十分に微細化するこ
とである。

第５図は初期圧下を表面温度１２００℃、圧下比１．２
で行ったときに得られる結晶粒度ＪＩＳ−ｏ、５番の鋳
片を、種々の条件で終期圧下した後の結晶粒度を示した
ものである。これより、初期圧ドによって微細化された
結晶粒をさらに再結晶によって微細化し、目標とする結
晶粒度ＪＩＳ２番以上の細粒を得るためには、終期圧下
開始時の表面温度を１０５０℃以下にするのが好ましい
ことが判る。また、終期圧下開始時の鋳片表面温度を８
５０℃未満にすると、弱い圧延では初期圧下によって微
細化された結晶粒をさらに微細化することが困難なため
、終期圧下開始時の鋳片表面温度の下限を８５０℃、終
期圧下比を１．１５以上とするのがｕ虫しい。プレス慨
による圧下条件も同様である。

凝固収縮孔の圧着には初期圧下および終期圧下が共に寄
与する。鋳片を十分に均熱してから分塊圧延を行う工程
では、凝固収縮孔からのノイズを無害化するために全圧
下比３．０以上を必要としていた。しかし、凝固完了直
後の圧下では鋳片の表面付近の温度が低く中心部の温度
が高いため、外から加えた圧下が中心部に集中するので
合計圧ド比１．４の軽圧下で凝固収縮孔からのノイズを
無害化できる６合計圧下比を３．０未満としたのは、上
述したように従来の分塊圧延材のノイズを無害化する３
、０以上と本発明法とを明確に区別するためである。

鋳片圧下前に鋳片を加熱または保温するとＵましいのは
、圧延温度を確保するため、および鋳片の中心部と表面
部の温度差を軽減することによって、圧下効果が過度に
中心部に集中して内部割れが発生したり、表面付近に未
再結晶粗大粒が発生するのを防止するためである。また
、初期圧下の後に行われる冷却は鱗片全体の温度を下げ
ることを０的としており、高温初期圧下による表層粗大
粒の破壊の後に行われる終期圧下の効果を高め、微細化
を容易にするためである。従って、初期圧下後に鋳片全
体の温度を所定温度に下げるための冷却を行った後に保
温または加熱を行うことにより、表層部の復熱を待ち終
期圧下を行うことは鋳片Ｍ！Ｌ繊の微細化に有効である
。

さらに、圧下前に熱間鋳片を熱間溶削することは、鉤造
時に発生する表面疵やピンホールなどの多い鋳片から表
面性状の良い鋳片を得ることができ、超音波による介在
物の検出能力を向上させることができる。なお、軽圧下
処理した鋳片の超音波による介在物検査を、連続鉾造フ
ィン上の鋳片切断前まｒこは切断後鋳片を払い出す１ｉ
ｖＩこ直接熱間状態で行うことは、有害な介在物を含む
鋳片を予め除去することができ効果的である。

（実施例） 第１図は本実施例で用いた通常の円弧型連続賛遺磯（ロ
造磯牛径：１２ｍ）と軽圧ド設備と加熱・保温・冷）ａ
設備を示す図である。

まず、凝固が完了した熱鋳片２を初期圧Ｔ’　Ｍの加熱
・保温装置６で必要に応じて加熱または／および保温し
た後、熱開溶剤磯１３で鋳片表面の状況に応じ溶剤した
。その後、初期圧下Ｗｔ装置の１対の水平ロールと１対
の垂直ロールで水平方向または／および垂直方向に圧下
圧延し、冷却装置８で必要に応じて鋳片を冷却した後、
また終期圧下前の加熱・保温装置９で終期圧下前に必要
に応じ鋳片を加熱または／および保温し、終期圧下装置
１０の１対の水平ロールと１対の垂直ロールで水平方向
または／および垂直方向に圧延した。さらに、その後熱
鋳片２を切Ｉｌ！Ｔ機１１で所定の長さに切断し、直ち
に超音波探傷機１２　（ここでは電磁超音波探傷機）で
熱鋳片２の介在物の検出を行った。

加熱・保温装置としてここでは全長が４鎗で内側が耐火
物からなるカバーに加熱用のバーナーを取り付けたもの
を用いたが、これは所望する勢片温度確保に応じた設備
にすればよい、土た、圧ド装！［７と１０での圧下がそ
れぞれ一方向だけの場合、鋳片２の温度低下の大きい稜
部を十分圧下するために、たとえば初期圧下で水平方向
に圧下するときは、終期圧下では垂直方向に圧下すると
いうように直交させる圧下圧慝が良い。

以上の連続鋳ａｍフィンで、次のような製造条件で鋳片
の介在物検出をした。

鋳造鋼種はＪＩＳＳ４５Ｃとし、鋳造鋳片サイズは２４
７ａ＋ｍＸ３００ｍ−のブルームとし、圧下温度、圧Ｆ
比、圧下方法、加熱・保温および冷却の有無などの組合
せ条件は第１表に示す通りとした。

加熱による昇温は、鋳片表面温度で最高３０°Ｃまで上
昇させることが可能であるが、加熱せず保温のみの場合
は鋳片の表面温度降下を１０〜３０℃に抑えることがで
きる。加熱・保温をしない場合の鋳片の表面温度降下は
４５〜６５℃である。

鋳片の冷却は、気水冷却により冷却速度６５°Ｃ／分、
２分間の表面冷却とした。なお、！ｐＩ種ＪＩＳＳ４５
Ｃが鋳造性良Ｕ材で、表面疵の少ない満種の鋳片である
ことから、本実施例では熱間溶削は行っていない。

超音波検査は第１図に示すように鋳片切断直後に実施し
たが、介在物の検出能は、周波数２ＭＨｚの超音波によ
る凝固収縮孔からのノイズ検出感度と直径１ｍｍ、深さ
５＠曽の人工疵の検出力によって評価した。この人工疵
の鋳片面への疵付けは、連続匍造フィン上で超音波探触
子が接する鋳片面の反対面に穴明けした。＠固収縮孔の
検出感度としては５ｄＢ以下、人工疵の検出力としては
Ｓ／Ｎ１０ｄＢ以上が得られれば、目標の直径１ｎｍの
介在物が検出可能である。

介在物検出能と表層部の粗大結晶粒発生有無についての
顕微鏡検査結果とを比較例とともに第１表に示した。

実施例１〜１１の収縮孔ノイズおよび人工疵による介在
物検出能は全ての鋳片に対して目標通りの検出値が得ら
れており、＊た表層部の粗大結晶粒の発生も無い、なお
、実施例２．４．８．９および１１の収縮孔ノイズの検
出感度がパックグランド程度まで小さくなっているが、
これは圧下比が２．８と大きいことによるものである。

比較例１２は軽圧下処理しない匍造＊まで検査したもの
であるが、この鋳片では粗大な猜遣組雛により人工疵の
検出力が周波数２ＭＨｚの超音波に対して基準の１０ｄ
Ｂに達しない、比較例１３．１４および１５は合計圧下
比を１．２と小さくしたために組繊の微細化と凝固収縮
孔の圧着が十分でない。また、比較例１４は初期圧下温
度を１０００℃としたため柱状晶を十分に破壊できず、
表面粗大粒が残り、十分な介在物の検出能が得られなか
った。さらにまた、比較例１５は終期の圧下温度が８０
０℃と低いため終期圧下による再結晶が十分でなく、人
工疵に対する検出力が低い。

第６図に実施例３と比較例１４の顕微鏡による金属組織
を示す、実施例３の鋳片断面組織は、全領域において結
晶粒度がＪＩＳａ番以上の細粒であり、介在物の検出能
に優れている。しかし、比較例１４の場合、表面付近°
に粗大粒が残り、十分な介在物の検出能が得られない。

以上の比較上り、十分な介在物検出能を得るには所定の
圧下比で圧下する必要があるが、さらに圧下温度の限定
を付加すれば検出精度が向上することがわかる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によって、分塊圧延工程を
経た鋼片で内在介在物の保証をせざるを得なかった線材
および棒鋼などの鋼材製品の従来のＩ造工程に対して、
分塊圧延工程を鉤造顕熱の利用による軽圧下によって代
替することを可能とし、線材お上び棒鋼などの鋼材製品
の製造における省力化お上びコスト低減を可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で用いた軽圧下設備と加熱・保温および
冷却設備を設けた円弧型連続鋳造機を示す図、 第２図は鋼片の結晶粒度と周波数２ＭＨｚの超音波に対
する直径１旧相当球の人工疵の検出力Ｓ／Ｎとの関係を
示す図、 第３図は直接圧ｊ１鋳片と冷鋳片を加熱し分塊圧延した
鋼片の圧下比と周波数２ＭＨｚｆ）超音波の凝固収縮孔
からのエコーを比較して示す図、第４図は匍造岨繊を完
全に再結晶させるために必要な圧下比と圧延時の表面温
度との関係を示す図、 第５図は初期圧下開始表面温度１２００℃、圧下比１．
２で初期圧下して得られる鋳片表面から１７４深さの位
置での結晶粒度番号−０，５の組織を終期圧下したとき
に得られる結晶粒度番号を、圧下温度と圧下比を変数に
選んで示す図、第６図は実施例３と比較例１４の鋳片表
層断面における顕微鏡による金属組繊を示す写真である
。 １・・・溶鋼、２・・・熱鋳片、３・・・鉤型、４・・
・〃イドロール、５・・・ビンチロール、６・・・初期
圧下前の加熱・保温装置、７・・・初期圧下装置、８・
・・冷却装置、９・−・終期圧下前の加熱・保温装置、
１０・・・終期圧下装置、１１・・・切断機、１２・・
・超音波探傷機、１３・・・熱閤溶剤慨、１４・・・未
凝固部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続鋳造された鋼の熱鋳片を凝固完了後直ちに合
   計圧下比１．４以上３．０未満で圧下した後、熱間また
   は冷間の状態で超音波による介在物の検出を行うことを
   特徴とする超音波による連続鋳造鋳片の介在物検出方法
   。
2. （２）圧下鋳片の超音波による介在物の検出を連続鋳造
   ライン上で圧下後引続き熱間状態で行う請求項１記載の
   超音波による連続鋳造鋳片の介在物検出方法。
3. （３）鋳片の圧下はロール圧延またはプレス機で行い、
   圧下を初期圧下と終期圧下に分け、合計圧下比中初期圧
   下の圧下比を１．２以上かつ終期圧下の圧下比を１．１
   ５以上とし、初期圧下聞始時の鋳片表面温度を１０５０
   ℃以上１２００℃以下、終期圧下開始時の鋳片表面温度
   を８５０℃以上１０５０℃以下とする請求項１または２
   記載の超音波による連続鋳造鋳片の介在物検出方法。
4. （４）初期圧下前または／および終期圧下前に鋳片を保
   温または加熱する請求項３記載の超音波による連続鋳造
   鋳片の介在物検出方法。
5. （５）初期圧下後に鋳片を冷却する請求項３または４記
   載の超音波による連続鋳造鋳片の介在物検出方法。
6. （６）圧下前の熱間鋳片を熱間溶削する請求項１〜５の
   いずれかに記載の超音波による連続鋳造鋳片の介在物検
   出方法。