JPS5847261B2 - コウノレンゾクチユウゾウニオケル チヨウオン゜チユウゾウホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼の連続鋳造における超音波鋳造方法に係り、
特に鋼の品質向上のため鋳片中心の等軸晶帯を拡大する
超音波鋳造方法に関する。

一般に鋼の連続鋳造にかいて製造される鋳片は、水冷銅
鋳型およびそれ以後の水スプレー等により冷却されるた
め冷却速度が大きいので鋳片の表面から内部に向って柱
状樹板状晶が発達し易く、中心部にむける等軸晶帯が狭
くなる傾向がある。

そのために鋳片の中心部にＰ、Ｓ等の有害成分のほかＣ
なども偏析し易く、その偏析が甚しい場合には成品の品
質の劣化を招き、特にスラブ鋳片にむいては板厚方向の
機械的性質を劣化させる結果となる。

又、前記等軸晶帯の狭い凝固組織の場合、特にその鋼種
が１８％Ｃｒ鋼では薄板深絞り時のりツジング（ｒｉｄ
ｇｉｎｇ）特性が悪化し、又けい素鋼では電磁特性の劣
化を招く源因となる。

これらの欠陥はすべて凝固組織と密接な関連を有し、等
軸晶帯を増大することにより消滅ないし軽減されること
が知られている。

連続鋳造により製造される鋳片にかける等軸晶帯の増大
方法としては、 低温鋳造法 核接種法 機械的振動法 ガス吹込攪拌法 電磁攪拌法 等が考案されてしるが、いづれも一長一短があって未だ
決定的な手段が見出されていない。

すなわち低温鋳造法では浸漬ノズルの閉塞や非金属介在
物の増加を招く欠点があり、鉄粉、酸化物、窒化物等を
溶鋼に添加する核接種法においては、これらの核種の適
切な添加方法が見出されていないことや、添加による溶
鋼の汚染等の欠点があり、又振動板等で低振動数の機械
的振動を凝固時の溶鋼に与える機械的振動法は効果が少
ない上に打擲等により表面性状を劣化させる欠点があり
、ガス吹込攪拌法にあ−いてはガスの吹込方法、湯面の
乱れなどに問題があり、効果が少ないこともあって実用
化されていない。

鋳片の外側に設置した電磁コイルにより未凝固溶鋼を電
磁誘導攪拌せしめる電磁攪拌法は、凝固組織中の等軸晶
帯の増大および介在物の低減などに比較的良好な結果を
もたらしており一応の成果を挙げている。

しかしこの方法では、電磁コイル設置のため鋳片のバッ
クアップロールの間隔を拡げる必要があり、このために
鋳片にバルジングと称される鋳片の外側の凝固層が内部
の未凝固相の静圧力に耐えられず、外側に膨れる欠陥を
生じ易いこと、これに伴ない附帯設備が必要となり、又
所要電力が犬であるため約２００ＫＶＡの設備を要し、
設備費、運転費とも高くなること、鋳片と電磁コイル間
のスケール堆積防止およびコイル間の放電防止など作業
、設備の維持ならびに保守に多くの労力を要すること、
更に鋳片の凝固殻厚さが犬となると電磁力による攪拌効
果が小さくなるため、コイルの設置位置が制約されるな
どの多くの欠点を有している。

また従来融点の低い金属例えばアルミニウムなどの連続
鋳造においては超音波を利用して鋳片中心の偏析を減少
する方法が考案されたが、この場合には超音波伝達子を
鋳型上部の液相部に直接浸漬する方法を採用していた。

しかしこの方法では超音波伝達子の浸食およびその冷却
方法に問題が多く長時間印加することができないなどの
致命的欠陥があり、特に融点の高い鉄鋼の連続鋳造には
実用の可能性の極めて少い方法である。

更に最近鋼の連続鋳造に釦いて二次冷却帯の鋼片表面に
直接超音波伝達子を接触させるか、あるいは二次冷却帯
を構成するバックアップロールの一部を超音波伝達子に
代用させて超音波を導入する方法が研究されているが、
鋳片の移動に適合する超音波伝達子の製作が困難である
こと、および現有連鋳設備内に組み込むことが甚だ困難
であることのほかに、その超音波の印加条件は鋼種の差
異を考慮したものではなく、単に経験的に決定されてい
るので常に安定した等軸晶帯の拡大効果を得ることが極
めて困難であった。

本発明の目的は、鋼の連続鋳造に釦ける超音波鋳造方法
において、印加する鋼種の如何に拘らず常に安定して等
軸晶帯を増大発達させて鋳片中心部における成分偏析を
消滅ないしは軽減させるに効果的な超音波鋳造方法を提
供することにある。

本発明のこの目的は、下記構成の要旨を有する本発明に
よって達成される。

本発明の要旨とするところは、「鋼の連続鋳造時に未凝
固域を含む鋳片に超音波を印加する方法において、鋳型
よシ下方に配置され、かつ前記鋳片の外面に接触する超
音波伝達子を介し、下記（ａ）。

（ｂ） 、 （ｃ） 、 （ｄ）式を満足する条件下で
超音波を印加することを特徴とする鋼の連続鋳造に釦け
る超音波鋳造方法。

ここにＡ＝鋳片と接触した超音波伝達子の平均超音波振
動振幅ＣＩＡ） ｔ：超音波印加時間（ｓｅｃ ） α：鋳片幅に対する超音波伝達子の鋳片との接触長さの
比」である 本発明の詳細ならびにその実施例を添附図面を参照して
説明する。

本発明は凝固未了域を含む鋳片の外側から超音波を印加
して鋳片の凝固界面において成長しつつある柱状樹枝状
晶を切断し、更に金属原子の運動性の増大などにより、
結晶の核生成を容易ならしめることにより等軸晶の発達
を図シ、これによって鋳片中心の偏析を減少もしくは消
滅させようとするものであって、先づ柱状樹枝状結晶を
切断する条件を溶接構造用圧延鋼材である５Ｍ−５０鋼
やけい素鋼など種々の鋼種の通常鋳造法による小型鋼塊
を連続鋳造と同一冷却方法によシ凝固させ、その凝固過
程で超音波を印加する予備試験を実施した。

前記予備試験に使用した小型鋼塊は厚さ１５０１ＨＩＩ
Ｘ幅３００ｍｍＸ高さ３００ｍｍの分割型扁平鋳型によ
るものであって、この鋳型に溶鋼を鋳造後、湯洩れを生
じない程度の凝固殻が生じた時点で鋳型を分割して未凝
固の液相部を有する鋼塊の一面を露出させ、その凝固殻
表面から連続鋳造時とほぼ同一条件で水スプレーで冷却
して一方向凝固をさせた。

この冷却過程に釦いて露出凝固殻表面に押圧された２４
２關φＸ３５６ｍｍ寸法のロールを超音波伝達子となし
１２ＫＨｚの超音波を５秒間、１０秒問および完全凝固
に至る１で連続の３種類の印加を行い、それぞれの効果
を試験した。

この試験結果は第１図に示すとおりである。

図中○印に切断効果のある場合であり、Ｘ印は切断効果
のない場合である。

切断効果ありとは、超音波を印加した鋼塊の凝固組織を
現出して求めた柱状樹枝状晶の切断開始位置が、溶鋼を
鋳型に鋳造する時に一定時間毎にＦｅＳの粉末を投入し
、戒、固相間にＳ濃度分布に差を生ぜしめなから鋼塊を
凝固させた後サルファプリント法により得た凝固速度式
から求めた超音波印加開始時の位置に一致している場合
である。

なお、第１図の振幅人は超音波伝達子上の平均振幅であ
る。

かくの如くして種々の鋼種について試験した結果、その
各場合についての柱状樹枝状晶切断の臨界振幅値Ａｃ（
１１）は鋼の組成に応じた柱状樹枝状晶の強度パラメー
ターＫｆに比例するものであり、これらの臨界振幅値を
結ぶと図に示す如き直線となり、この直線は次の（ｃ）
式で表わされるものであること判明した。

ここでＫｆは鋼の融点直下における超音波に対する切断
強度について成分元素ならびに濃度の寄与率を実験結果
から求めたパラメーターであって（ｄ）式にて表わされ
るものである。

次に前記予備試験結果を基礎として実際の連続鋳造機に
釦いて、鋳片幅に対する超音波伝達子の鋳片との接触長
さの比α、前記超音波伝達子上の平均振幅ＡＣｔｔ）
＄−よび印加時間ｔ （ｓｅｃ）を種々変えて超音波の
鋳片凝固組織に与える影響を調査した。

その結果の一例としてＪＩＳ鋼種５Ｍ−５０鋼（Ｋｆ＝
４２１）、スラブ鋳片サイズ厚さ２６０＋＋＋ｉＸ幅１
７００＋＋ｉ、引抜速度０．８ｍ／ｍｉｎの鋳造条件に
おいて、メニスカス下方２、Ｏｍの位置から、α＝１．
０とし、周波数１５ＫＨｚの超音波を印加した結果は第
２図に示すとおりである。

第２図にあ−いて等軸晶帯の厚さが同一鋼種における従
来法による平均的な等軸晶帯の厚さに比し２０％以上増
大した場合を○印にて示し効果ありと認め、２０％未満
の拡大効果しかみられなかった場合を×印にて示し効果
なしとした。

前記鋼種について超音波の振動振幅Ａ（４）釦よび印加
時間ｔ （ｓｅｃ）を種々変えてその臨界点を結び次の
（１） 、 （２）式を満足する場合に効果があること
が判明した。

（１）式における印加時間ｔは鋳片の引抜方向に移動し
つつある凝固前面の任意の点が音場内に滞留する時間で
ある。

ただしこれは静止鋼塊にあ−いて予め凝固殻の厚さと音
場域との関係を求めてむき、鋳片の印加位置の凝固殻厚
さから推定される音場域と鋳片の移動速度とから求めら
れる。

またＡ≧Ａｃであってもｔが（１）式で示される値以下
の場合には等軸晶拡大効果がない。

これはｔが切断される柱状樹枝状晶の量に関係するので
、印加時間が短か過ぎると等軸晶帯を拡大するだけの柱
状樹枝状晶の切断量に満たないからであって第２図に示
される斜線にて示した右上部の範囲の場合のみ等軸晶の
拡大効果があることが判明した。

な＄−（１） 、 （２）式の条件がαが一定条件下で
に、 ｆが異なる場合にも同様に適用し得ることを確認
した。

次に鋳片幅に対する超音波伝達子の鋳片との接触長さの
比αの等軸晶帯の拡大に及ぼす影響を試験した結果の一
列をＪＩＳ ５Ｍ５０鋼の場合について第３図に示し
た。

鋳片の等軸晶帯拡大のために必要な（ＡＸｔ）の値はα
が小さい程大きくなり、この関係は（ａ）式にて近似的
に表わされることが判明した。

ただしα＜ ’／４ ＝ ０．２５の場合には（ＡＸｔ
）を犬きくしても効果が少ないので次の（ｂ）式の条件
が必要となる。

なお鋳片の長さ方向についても超音波印加範囲を種々変
えて試１験したが、印加範囲を大きくする程等軸晶帯の
拡大に効果があることが判明した。

しかし、その影響は音場内の滞留時間ｔによって代表で
きるので前記（ａ）式を考慮するだけで十分である。

以上記載した試験結果より前記（ａ） 、 （ｂ）、
（ｃ） 、 （ｄ）式を満足する条件下において鋳片の
凝固界面に超音波を印加することにより前記鋳片の内部
に現われる柱状樹枝状晶を切断して等軸晶帯の増大を図
ることができることが明らかになった。

本発明の効果については既にその概要を記載したが、本
発明によれば連続鋳造において鋳片幅に対する超音波伝
達子の鋳片との接触長さの比を１４以上に保持し、かつ
鋼種の如何を問わず鋼の組成に応じて蒙正な振幅、時間
を同時に選択して未凝固域を有する鋳片の外側から超音
波を印加して最も効果的に凝固組織、を改善し、各鋼種
に要求されている特性を確実に具備させることができる
本質的効果のほか本発明は副次的な次の効果を有してい
る。

すなわち本発明におしては超音波伝達子の形状によって
何ら拘束されることがなく、従って二次冷却帯における
ガイドロールの一部を超音波伝達子として代用すること
もできるので、特定の超音波伝達子を配設するためにガ
イドロールの間隔を拡張する必要もなく、このために特
に鋳片のバルジング現象を防止する装置も不要であり、
更有設備に簡単に適用することができる効果もある。

【図面の簡単な説明】

図面はすべて鋼の連続鋳造において超音波を印加するこ
とによシ凝固組織における柱状樹枝状晶の切断による等
軸晶帯の拡大効果に対する印加条件の影響を示すグラフ
であって、第１図は平均超音波振動振幅Ａ（Ｊｔ）と柱
状樹枝状晶の熱間強度パラメーターＫｆとの関係、第２
図は前記平均振幅Ａ（Ｊｔ）と印加時間ｔ （ｓｅｃ）
との関係、第３図は鋳片幅に対する超音波伝達子の鋳片
との接触長さ比０）と前記（ＡＸｔ）との関係を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼の連続鋳造時に未凝固域を含む鋳片に超音波を印
   加する方法に釦いて、鋳型より下方に配置され、かつ、
   前記鋳片の外面に接触する超音波伝達子を介し、下記（
   ａ） 、 （ｂ） 、 （ｃ） 、 （ａ）式を満足す
   る条件下で超音波を印加することを特徴とする鋼の連続
   鋳造にかける超音波鋳造方法。 ここにＡ：鋳片と接触した超音波伝達子の平均超音波振
   動振幅ら） ｔ：超音波印加時間（ｓｅｃ） α：鋳片幅に対する超音波伝達子の鋳片との接触長さの
   比