JPH05185184A - 複合鋳片の連続製造方法 - Google Patents

複合鋳片の連続製造方法

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JPH05185184A
JPH05185184A JP328392A JP328392A JPH05185184A JP H05185184 A JPH05185184 A JP H05185184A JP 328392 A JP328392 A JP 328392A JP 328392 A JP328392 A JP 328392A JP H05185184 A JPH05185184 A JP H05185184A
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core material
temperature
molten metal
composite
molten steel
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JP328392A
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Toru Kato
徹 加藤
Masahiro Yoshihara
正裕 吉原
Kozo Ota
晃三 太田
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】シームレスクラッド鋼管用素材を連続鋳造法で
製造する。 【構成】 両端開放鋳型内に芯材を挿入しつつその周囲
に溶湯を注入し、溶湯を連続的に凝固させながら芯材と
一体化した凝固シェルを鋳型から引き抜く。そのときの
凝固条件が、溶鋼の固相率が70%となる温度TSM、芯材
の脆性遷移温度TBT、芯材と溶鋼の断面積比RM 、とし
たとき、次式で規定される。 f (TSM) <RM < f (TBT) f (T) = 4.36 − 0.0030 ×T T≦ 1450 ℃ f (T) = 0.242− 0.00016×T T> 1450 ℃ ここで、f(TSM) 、f(TBT) はともに上記式に従うもの
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複合鋳片の連続製造方
法、例えばシームレスクラッド鋼管用素材としての複合
鋳片を連続的に製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、工業技術の目まぐるしい進歩発展
と社会情勢の変化の中で、従来知られていた単独の材料
では実現できないような各種特性を兼備した素材に対す
る要望が高まってきており、これらの要望に応えるべ
く、クラッド鋼を始めとして様々な複合材料が提案さ
れ、実用されている。
【0003】ところで、一般にクラッド鋼の製造方法に
は爆着法、圧延法、肉盛り溶接法および鋳ぐるみ法がよ
く知られている。このうち前者の三つの方法は母材の表
面に合わせ材を各々の手段で接合するものであり、生産
性、コスト面でシームレスクラッド鋼管の素材の製造方
法としては問題がある。
【0004】これに対して、鋳ぐるみ法は、芯材を溶湯
によって鋳ぐるみ封入することによって製造するもので
あり、シームレスクラッド鋼管の素材としても適用可能
であって、しかも鋳造の連続化の可能性もあり、生産性
向上、コスト低減を実現できる技術として大きく期待さ
れる方法の一つである。従来、このような鋳ぐるみ法に
よって複合材料を連続的に製造する、実用化が有望な手
段として、例えば特開昭53−29229 号公報や特開昭54−
71039 号公報に開示されているような方法が知られてい
る。
【0005】上記各公報に記載される方法は、複合ロー
ルや複合ビレットを連続的に製造しようとするものであ
り、異種金属溶湯を保持するタンディッシュの側面に連
結した両端開放水平鋳型内へ、タンディッシュの対向側
面から芯材を連続的に挿入し、この芯材の周囲に金属溶
湯を凝固・付着せしめてピンチロールで連続的に引き抜
くことにより複合材を高能率で製造しようというもので
ある。しかしながら、このような水平連続鋳造法では、
芯材の供給がタンディッシュの側面を貫通して行われる
関係上、芯材供給部の溶湯洩れ防止のために極めて複雑
な高精度の機構を要し、工業規模での実用化は極めて困
難なものであった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本出願人は特願平3−
286766号において、シームレスクラッド鋼管用素材とし
ての複合中空鋳片を高速でしかも長尺に鋳込むことがで
き、かつ、鋳込み時での完全結合を可能とする複合中空
鋳片の連続鋳造法を提案した。
【0007】すなわち、この方法は、図1に示すよう
に、一端にタンディッシュ1を直結した両端開放鋳型2
内へ、中空芯材3を挿入しつつ、このタンディッシュ1
によって挿入芯材3の周囲に溶湯4を注入して連続的に
凝固させ、間欠的もしくは連続的に引き抜くことにより
複合鋳片を連続鋳造する方法において、芯材の経時的最
高到達温度TM が下記式 TSM < TM <TBT ここで、TSM : 溶鋼の固相率が70%となる温度 TBT : 芯材の脆性遷移温度 の条件を満足するとき鋳造時に接合良好な複合丸鋳片が
得られるというものであり、実施例として、外層材SUS3
04、内層材極低炭素鋼の鋳造状態での接合例を紹介し
た。
【0008】なお、図1において、符号5は中空芯材3
のサポートロール、6はフィードノズル耐火物、7は接
続耐火物、8は凝固シェルを示す。本出願人が先に提案
したこの特開平3−286766号に記載の発明は優れた方法
ではあるが、芯材の温度により接合の状態を判定すると
いう内容であることから鋳造前に接合状態を知ることが
できず、製品サイズの多様化に対応するには非常に効率
が悪いという問題を内在していた。
【0009】従来、複合ビレットの連続鋳造においては
芯材と合わせ材との界面部分に、芯材偏心、界面はがれ
といった欠陥が生じる場合がある。かかる欠陥をもつ素
材をシームレスクラッド鋼管に加工すると偏肉、芯材脱
落といった製品上の欠陥となる。そのような欠陥は回復
することはできず、一旦発生したなら廃棄する以外にな
く、歩留低下の大きな原因となる。したがって、本発明
の目的は、シームレスクラッド鋼管用素材としての複合
鋳片を高速でしかも長尺に鋳込むことができ、かつ、鋳
込み時での芯材偏心、界面はがれといった欠陥のない複
合鋳片の連続製造方法を提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述したように、複合ビ
レットの連続鋳造においては、芯材と合わせ材との界面
部分に芯材偏心、界面はがれといった欠陥が生じてい
る。本発明者は、芯材の経時的最高到達温度により、芯
材偏心、界面はがれ、そして良好な接合と変化し、その
経時的最高到達温度は芯材と鋳ぐるみ溶鋼との断面積比
により決まることを知った。
【0011】すなわち、本発明者は複合鋳片の連続鋳造
に関して、芯材の経時的最高到達温度TM が下記式 TSM < TM <TBT ・・・(1) ここで、TSM : 溶鋼の固相率が70%となる温度 TBT : 芯材の脆性遷移温度 の条件を満足するとき鋳造時に接合良好な複合丸鋳片が
得られるという知見を得た。この知見に基づいてさらに
研究開発をつづけたところ、上記TM に代えて芯材と溶
鋼の断面積比RM を考えることでこれらの関係式が別途
整理されることを知り、本発明を完成した。
【0012】ここに、本発明は、両端開放鋳型内に芯材
を挿入しつつその周囲に溶湯を注入し、当該溶湯を連続
的に凝固させながらこの凝固シェルを鋳型から引き抜く
ことにより複合鋳片を製造する方法において、溶鋼中の
固相率が70%となる温度TSM、芯材の脆性遷移温度
BT、芯材と溶鋼の断面積比RM 、との間に次式 f (TSM) >RM > f (TBT) ・・・(2) f (T) = 4.36 − 0.0030 ×T T≦ 1450 ℃ ・・・(3) f (T) = 0.242− 0.00016×T T> 1450 ℃ ・・・(4) ここで、f(TSM) 、f(TBT) はともに上記式に従うの条
件を満足させながら鋳込むことで製造することを特徴と
する複合鋳片の連続製造方法である。
【0013】
【作用】ここで、本発明の作用効果についてさらに具体
的に示すと次の通りである。まず、図1に示す複合鋳片
連続鋳造法について非定常伝熱凝固解析を実施し次の方
法により図2に示す結果を得た。
【0014】図2において、横軸ηd は芯材外径/鋳片
外径比であり、縦軸ηt は芯材肉厚の倍/鋳片外径比を
表している。ここで、ηd およびηt の取り得る条件範
囲はそれぞれ0<ηd <1、0<ηt <1である。ま
た、芯材の外径は肉厚の2倍より大きくなることはない
ので2t<d 、すなわちηt ≦ηd が成り立たなくてはな
らない。ここで等号は芯材が中実である場合を表す。
【0015】計算は、まず鋳片径をパラメータとして種
々の芯材外径に対し芯材肉厚を変化させて実施し、芯材
の経時的最高到達温度を求めた。このとき計算に用いた
条件は表1の通りである。次に、無次元パラメータηd
およびηt を用いて再整理すると芯材の最高到達温度T
M の等温線図が得られる。
【0016】ここで表2に芯材および鋳ぐるみ溶湯の化
学成分と凝固温度を示す。溶鋼中の各成分の拡散が十分
に生じる温度TSMは前述のように溶鋼の固相率が70%と
なる温度となり、これは溶鋼の液相線温度TL と固相線
温度TS の間で固相率と温度とに線形関係があると仮定
して求めた。
【0017】芯材の脆性遷移温度TBTは、藤井らが鉄鋼
の凝固、鉄鋼基礎共同研究会、凝固部会(1977)で報告し
たように、まず表1に示した芯材の化学成分から計算固
相線温度を求め、同報告にある計算固相線温度と脆性遷
移温度との関係から求めた。求められたTSMは1429℃、
BTは1475℃であった。
【0018】したがって、前述の知見により、この条件
においては芯材の最高到達温度TM が1429℃<TM <14
75℃の範囲になるように連続鋳造を実施すれば接合良好
な複合丸鋳片が得られ、TM ≦1429℃では界面はがれが
生じ、TM ≧1475℃では芯材軟化が生じる。なお、図2
は初期溶鋼過熱度が50℃のときの芯材の最高到達温度T
M が1429℃<TM <1475℃となる範囲をパラメータηd
およびηt を用いてηd <0.5 の範囲について示したも
のである。
【0019】一方、図3には、芯材と鋳ぐるみ溶鋼との
断面積比RM が一定となる等断面積比ラインを示す。芯
材の経時的最高到達温度TM は芯材と溶鋼との熱容量比
により決まり、炭素鋼とステンレスとではその熱容量比
は断面積比と等しいと見なせる。従って、図2に示した
芯材の最高到達温度TM は断面積比RM で整理できこの
関係は図4に示される。
【0020】この断面積比RM と芯材の最高到達温度T
M は関係を図4中に破線で示した2直線で表せばその関
係式は次に示される。 RM = 4.36 − 0.0030 ×TM M ≦ 1450 ℃・・・(5) RM = 0.242−0.00016 ×TM M > 1450 ℃・・・(6) ここで、前述のように複合鋳片の連続鋳造に関して、芯
材の経時的最高到達温度TM が下記式 TSM < TM < TBT 但し、TSM : 溶鋼の固相率が70%となる温度 TBT : 芯材の脆性遷移温度 の条件を満足するとき鋳造時に接合良好な複合丸鋳片が
得られるので前述の方法によりTSMおよびTBTを求め、
これを前式に代入することにより前述の式(2) 〜(4) で
表わす鋳造時に接合良好な複合丸鋳片が得られる芯材と
鋳ぐるみ溶鋼との断面積比範囲が得られる。
【0021】
【実施例】以下、本発明方法による実施例および比較例
を以下に説明する。 実施例1 以下の実施例および比較例は複合シームレス鋼管の素材
を対象としたものであり、その実施に当っては図1に示
したタンディッシュ鋳型直結式連続鋳造装置を用いた。
鋳込み時には鋳型と鋳片間の潤滑維持のために間欠引き
抜きを行った。
【0022】実施例1における鋳込み条件、引き抜き条
件を表3に示す。また、芯材表面にNH4BF4+バインダー
(樹脂) を1:1に配合したスカム反発材を塗布した。
また、溶鋼の過熱度は50℃とした。表4に芯材に極低炭
素鋼を、溶鋼にSUS304を用いたときの実施例および比較
例を示す。またこれらの結果を図5にも示した。図中、
○印が本発明例、×印が比較例である。このとき鋳造時
に接合良好は鋳片が得られる断面積範囲を前記式により
求めると 0.006<RM <0.073 であり本発明方法により
界面はがれ、芯材偏心といった欠陥のない複合鋳片の連
続鋳造を行うことが可能となることがわかる。
【0023】なお、これらの実施例、比較例において芯
材の温度を測定し、非定常伝熱凝固解析によって得られ
た芯材の経時的最高到達温度が実際の実験での温度をよ
く再現していることを確認した。
【0024】実施例2 次に、芯材あるいは溶鋼の鋼種を変更した場合の実施例
および比較例を表5に示す。この場合、物性値の変化に
よりTSM、TBTが変化するものの鋳片外径、ならびに芯
材寸法が同一ならば芯材の経時的最高到達温度TM はほ
ぼ同じである。したがって、この場合についてもRM
指標とする本発明の方法により鋳造時に接合良好な鋳片
が得られる。
【0025】さらに、引き抜き速度、溶湯過熱度、等を
変更した場合についても検討を行った。溶湯過熱度を高
くした場合、あるいは引き抜き速度を下げた場合は図2
に示した接合領域は若干下にずれるものの、通常連続鋳
造で実施される溶湯過熱度ΔT=20〜120 ℃、および引
き抜き速度0.45〜2.0 m/分ではそのずれはわずかである
ため、設定領域としては本発明において規定する領域の
ままでよい。
【0026】芯材内部をガス冷却した場合、あるいは2
次冷却条件変更など、鋳片の冷却条件を変化させた場合
についても抜熱の変化は溶鋼の含熱量に比して極めて小
さいことからこれらの影響は無視し得る。なお、角型な
ど芯材形状、鋳片形状を変化させた場合についてもその
技術的思想は同一であり、本発明の方法が有効であるこ
とは言うまでもない。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】
【0030】
【表4】
【0031】
【表5】
【0032】
【発明の効果】本発明の方法を用いることによって、複
合鋳片の連続鋳造時に界面はがれ、芯材偏心といった欠
陥のない良好な鋳片が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の説明図である。
【図2】芯材の経時的最高到達温度とηd およびηt
関係図である。
【図3】断面積比とηd およびηt の関係図である。
【図4】断面積比と芯材の経時的最高到達温度の関係図
である。
【図5】実施例の結果を図2に重ねて示す関係図であ
る。
【符号の説明】
1 : タンディッシュ 2 : 両端開放鋳型 3 : 中空芯材 4 : 溶湯 5 : サポートロール 6 : フィードノズル
耐火物 7 : 接続耐火物 8 : 凝固シェル

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 両端開放鋳型内に芯材を挿入しつつその
    周囲に溶湯を注入し、当該溶湯を連続的に凝固させなが
    らこの凝固シェルを鋳型から引抜くことにより複合鋳片
    を製造する方法において、溶鋼の固相率が70%となる温
    度TSM、芯材の脆性遷移温度TBT、芯材と溶鋼の断面積
    比RM 、としたときに次式の条件を満足させながら溶湯
    の注入、凝固、そして引抜きを行うことを特徴とする複
    合鋳片の連続製造方法。 f (TSM) >RM > f (TBT) f (T) = 4.36 − 0.0030 ×T T≦ 1450 ℃ f (T) = 0.242− 0.00016×T T> 1450 ℃ ここで、f(TSM) 、f(TBT) はともに上記式に従うもの
    とする。
JP328392A 1992-01-10 1992-01-10 複合鋳片の連続製造方法 Withdrawn JPH05185184A (ja)

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Legal Events

Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19990408