JPH06312245A - 複合中空鋳片の連続製造方法 - Google Patents

複合中空鋳片の連続製造方法

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JPH06312245A
JPH06312245A JP10447993A JP10447993A JPH06312245A JP H06312245 A JPH06312245 A JP H06312245A JP 10447993 A JP10447993 A JP 10447993A JP 10447993 A JP10447993 A JP 10447993A JP H06312245 A JPH06312245 A JP H06312245A
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JP
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core material
molten steel
composite
core
casting
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JP10447993A
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Toru Kato
徹 加藤
Masahiro Yoshihara
正裕 吉原
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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】 中空芯材を使った複合鋳片の鋳込み時に芯材
の座屈を防止する。 【構成】 芯材の外半径r2 、肉厚t、未凝固溶鋼最深
部における溶鋼静圧Pm(kgf/mm2)の間に次式 【数8】f× (t/r2)3 >Pm ここで、fは芯材のヤング率およびポアソン比により定
まる係数 の条件を満足させるように複合鋳片を連続鋳造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばシームレスクラ
ッド鋼管用素材として用いることのできる複合中空鋳片
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。シームレス鋼管にあっても同様で
あり、内管と外管で材質の異なるものが求められるよう
になってきている。
【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
く知られているが、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要素管の製造
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要素管の製造方法として
有効であることが分かる。しかも、鋳造の連続化の可能
性もあり、生産性向上、コスト低減に対する期待は大き
い。
【0005】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ための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。
【0006】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モールド内へ、該タンディッシュの
対向側面から芯材を連続的に挿入し、該芯材の周囲に金
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。
【0007】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
て複雑で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。このような不具合を回避する
装置として特開昭61−195741号公報には、垂直連続鋳造
装置が提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】一方、本出願人は特願
平3−286766号に、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。
【0009】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、芯材の最高到達
温度TM が下記式
【0010】
【数2】TSM<TM <TBT ・・・ (1) ここで、TSM : 溶鋼中成分の拡散が十分におこる温度 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ステンレス鋼、内層材極低炭素鋼の鋳造状態での接合
を紹介した。
【0011】なお、図1中、符号5は芯材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。さらに、上記発明を基に特願平
4−3283号において芯材と溶鋼の断面積比を規定して連
続鋳造を行うことを提案した。これは、鋼成分の溶鋼中
拡散が十分におこる温度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
【0012】
【数3】 f (TSM) <RM <f (TBT) ・・・ (2) 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 の条件を満足するときに接合良好な鋳片が得られるとい
うものである。
【0013】本出願人が先に提案した特願平3−286766
号および特願平4−3283号に記載の発明は優れた方法で
はあるが、薄肉円筒芯材を使用したときに芯材が溶鋼静
圧によりつぶれるといった芯材形状の因子を考慮してい
なかった。すなわち、複合ビレットの連続鋳造において
は、特願平3−286766号あるいは特願平4−3283号に記
載の芯材と合わせ材との界面部分に芯材偏心、界面はが
れといった欠陥の他に、例えば外径80mm以上、厚さ10mm
以下という薄肉円筒芯材を使用したときに芯材が溶鋼静
圧によりつぶれることがあり、これを防止することが複
合ビレットの連続鋳造には不可欠の課題である。
【0014】しかも、外径80mm以上、厚さ10mm以下とい
う薄肉中空芯材を使用した場合に芯材がつぶれないとし
ても、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
が生じる場合もある。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。
【0015】本発明の目的はかかる問題点を解決し、外
径80mm以上、厚さ10mm以下という薄肉中空芯材を使用し
た場合にも鋳込み時に芯材のつぶれない健全な複合中空
鋳片を得るための方法を提供することである。
【0016】より具体的には、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、鋳込み時に芯材
外径80mm以上、厚さ10mm以下という薄い芯材を用いても
つぶれのない健全な複合中空鋳片の連続鋳造法を提供す
ることである。
【0017】さらに、本発明の目的は、特願平3−2867
66号に開示の方法を共に使用することにより鋳込み時に
芯材偏心、界面はがれ、さらには芯材つぶれといった欠
陥のない複合鋳片を得ることが可能となる方法を提供す
ることである。
【0018】
【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、薄肉円筒芯材を用いたと
きに芯材がつぶれることがある。薄肉円筒が外圧により
つぶれるときその座屈圧力Pc は次式で表すことができ
る。
【0019】
【数4】
【0020】ここで、Eはヤング率、νはポアソン比、
t は芯材肉厚、r2は芯材半径をそれぞれ表す。なお、上
記関係は、一般的に成立するが、最も好適には、t:5mm
以上、r2: 40〜50mmの範囲である。
【0021】本発明者は、複合ビレットの連続鋳造法の
研究の過程において実際の芯材の座屈が座屈圧力Pc に
適当な補正係数をかけた値を超えたときに発生すること
を知り、本発明を完成した。かくして、本発明の要旨と
するところは、両端解放鋳型内に円筒芯材を挿入しつつ
その周囲に溶湯を注入し、当該溶湯を連続的に凝固させ
ながら得られた凝固シェルを引き抜くことにより複合鋳
片を製造する方法において、芯材の外半径r2 、肉厚t
および未凝固溶鋼最深部における溶鋼静圧Pm(kgf/m
m2)、との間に次式
【0022】
【数5】f× (t/r2)3 >Pm ・・・ (4) ここで、fは芯材のヤング率およびポアソン比により定
まる係数 の条件を満足させることを特徴とする複合鋳片の連続製
造方法である。本発明は芯材の大きさには特に制限はさ
れないが、好適には、t:5mm以上、r2: 40〜50mmの範囲
である。
【0023】
【作用】次に、本発明の作用についてより具体的に説明
する。前述したように、薄肉円筒が外圧によりつぶれる
ときその座屈圧力Pc は次式で表すことができる。
【0024】
【数6】
【0025】ここで、Eはヤング率、νはポアソン比、
t は芯材肉厚、r2は芯材半径をそれぞれ表す。この式に
よれば座屈圧力はヤング率および芯材肉厚tと芯材外径
2の比の3乗(t/r2)3 に比例している。芯材にかかる
溶鋼静圧がこの座屈圧力値を超えたとき芯材がつぶれる
こととなる。従って、未凝固溶鋼深さが変わるような実
験条件では芯材がつぶれる領域は変化する。
【0026】図2に、ηt =2t/D( 芯材厚み×2/ 鋳片
外径) とηd =2r2/D(芯材外径/ 鋳片外径比) とをそれ
ぞれ縦軸、横軸とするグラフに(t/r2)3 を一定値とした
ときに芯材肉厚と芯材外径に対し (t/r2)3が等しくなる
線は、図2に示したように右上がりの直線となる。
【0027】すなわち、ヤング率およびポアソン比が一
定の条件では芯材の座屈が生じる (t/r2)3の限界値が存
在し、その限界値を示す直線より下の領域では芯材の座
屈が生じることになる。
【0028】一方、特願平3−286766号に記載のように
芯材の最高到達温度は、同一条件で鋳造を実施しても芯
材寸法により図3のように種々の値となることがわかっ
た。なお、図3はηt =2t/D( 芯材厚み×2/ 鋳片外
径) とηd =d/D(芯材外径/ 鋳片外径比) とをそれぞれ
縦軸、横軸とするグラフにTM を一定値としたときの断
面積比率RM の変化を示すものである。
【0029】しかし、1400℃以上という高温域における
ヤング率の温度依存性の正確な値は得られておらず、ま
た、実際の複合鋳片の連続鋳造時に芯材にかかる力は芯
材自重、溶鋼流動による力などが複合されていることか
ら、溶鋼静圧がこの座屈圧力値を上回らなくても芯材が
つぶれる場合がある。したがって、この式により芯材の
座屈が生じる圧力を簡単に計算することはできない。
【0030】本発明者は複合ビレットの連続鋳造法の研
究の過程において、実際に芯材の座屈が生じる限界圧力
は図2と同様の右上がりの直線で近似できることを知っ
た。すなわち、実際の鋳造時の限界座屈圧力は (t/r2)3
に比例しており、適当な係数をかけることにより計算で
きる。溶鋼プール最深部における溶鋼静圧がこの値以下
になるようにすれば芯材の座屈は生じない。係数として
は後で示すように条件に応じて5〜10を選べば良いこと
がわかった。
【0031】以上の結果をまとめると次のようになる。
芯材の外半径r2 、肉厚t、溶鋼プール最深部における
溶鋼静圧Pm との間に次式の関係を満たすように鋳造を
行えば、鋳造時に芯材の座屈は生じない。
【0032】
【数7】f× (t/r2)3 >Pm ・・・ (4) ここで、溶鋼静圧Pm は溶鋼の密度と未凝固溶鋼の深さ
を掛け合わせることにより得られる。
【0033】
【実施例】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。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、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。鋳込み条件、引き抜き条件を表1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。
【0034】表2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。なお、溶鋼
静圧の計算のために用いた密度は7.8 g/cm3 である。こ
こで、芯材および溶鋼の組成等は表3に示すとおりであ
る。実施例1から4に示すように (4)式の係数fとして
6を選び6×(t/r2)3 で計算される実際の鋳造時の限界
座屈圧力が溶鋼静圧と密度の積で計算される溶鋼最深部
静圧より大きい場合には芯材はつぶれない。
【0035】一方、比較例1、2に示すように小さい場
合には芯材はつぶれている。次に、芯材の化学成分を変
更すると高温強度も変化するために芯材座屈の生じる領
域も変化することが予想される。そこで、成分元素とし
て影響が最も大きいと考えられる炭素の濃度を0.06wt%
とした場合の実施例、比較例を表4に示す。
【0036】炭素濃度を変更することにより芯材の高温
強度が低下し、より肉厚の芯材を使用した場合にも芯材
がつぶれることが予想されたが、結果は芯材に極低炭素
鋼を用いた場合と変わらず、本発明の方法が有効であ
り、(4) 式の係数fとして6を選べばよいことがわかっ
た。その他、Mn、Si、P、Sなどの成分についても通常
使用される鋼の組成範囲では同様であった。このように
芯材の化学成分を変更した場合にもその影響は小さい。
【0037】一方、初期溶鋼温度を変えた場合には芯材
の温度が変化するため芯材つぶれが起こる領域が変化す
る。すなわち、初期溶鋼温度が高い場合には芯材温度が
高くまで上昇するためにつぶれやすくなる。しかし、初
期溶鋼温度が通常使用される1470〜1560℃の範囲でその
影響は小さく前述の式がそのまま使用できる。
【0038】本発明の方法は、高温になった芯材がその
強度が低下するためにつぶれる条件を計算式により把握
し、これを回避するように鋳造を実施するというもので
ある。したがって、合わせ材の材質を変更した場合も、
初期溶鋼温度が1470〜1560℃の範囲であれば本発明の方
法により芯材のつぶれていない鋳片が得られることは明
らかである。
【0039】円筒内部が例えばガスにより冷却すること
により芯材の強度を向上させ限界圧力を下げることが可
能であることは言うまでもない。円筒以外の例えば角
筒、楕円筒等他の形状の場合にも同様の考え方が適用で
き、座屈の式および係数を用いることにより計算でき
る。
【0040】
【表1】
【0041】
【表2】
【0042】
【表3】
【0043】
【表4】
【0044】
【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芯材がつぶれることのない良好な
鋳片が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の概略説明図である。
【図2】ηd およびηt に対する (t/r2)3が一定の直線
図である。
【図3】芯材の最高到達温度とηd およびηt の関係図
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】 両端解放鋳型内に円筒芯材を挿入しつつ
    その周囲に溶湯を注入し、当該溶湯を連続的に凝固させ
    ながら得られた凝固シェルを芯材とともに鋳型から引き
    抜くことにより複合鋳片を製造する方法において、芯材
    の外半径r2、肉厚tおよび未凝固溶鋼最深部における
    溶鋼静圧Pm(kgf/mm2)の間に次式 【数1】f× (t/r2)3 >Pm ここで、fは芯材のヤング率およびポアソン比により定
    まる係数 の条件を満足するような条件下で溶湯の凝固、鋳型から
    の引き抜きを行うことを特徴とする複合中空鋳片の連続
    製造方法。
JP10447993A 1993-04-30 1993-04-30 複合中空鋳片の連続製造方法 Withdrawn JPH06312245A (ja)

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