JPS5891159A - 連続鋳造用非磁性鋼ロ−ル及びその製造方法 - 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】 この発明は、凝固途中鋳片内部の未凝固溶湯に電磁攪拌
を施して鋳片の品質を改善するにあたって、電磁力を鋳
片に有効に付与し得、強い攪拌力を得ることができる連
続鋳造用非磁性鋼ロール及びその製造方法に関するもの
である。

連続鋳造においては、取鍋からタンディツシュへ注入さ
れた溶鋼は通常複数の鋳型へ分配供給され、鋳型で冷却
されて、周囲に凝固殻が成長してはいるが内部に未凝固
溶鋼を残留させたままの状態で鋳型に続くサポートロー
ル群に引抜かれ、該サポートロール間を通過する間にサ
ポートロール群に介在配設されたスプレーノズルからの
水冷却を受けて完全に凝固した鋳片となるが、゛この場
合、溶鋼が鋳型に注入されてから完全に凝固するまでに
鋳片が移動する距離、即ち鋳型内湯面からサポートロー
ル群の間に位置する完全凝固点に至る距離は１０〜１５
ｍにも達しているのが普通であり、このため、鋳型から
完全凝固点に達するまでの間の鋳片内部には極めて細長
く伸びた未凝固溶鋼領域が存在することとなシ、これが
鋳片の中心偏析や軸心割れ等の品質欠陥の原因となって
いた。

近年、このような問題点を改善すべく、電磁攪拌技術の
採用が一般化してきておシ、これによって鋳片品質の著
しい向上がなされてきた。この電磁攪拌とは、サポート
ロール群の上流側の鋳型側端と、下流側の鋳片の完全凝
固点との間の適宜位置に、鋳片側面に臨ませて電磁コイ
ルを配設し、鋳片内の未凝固溶鋼に鋳片側面に沿う水平
方向又は垂直方向への電磁力を与えてこれを攪拌し、鋳
片中心部の凝固組織の改善、中心偏析や軸心割れ等の軽
減を図るものである。

そして、この電磁攪拌を効果的に行なうためには、電磁
コイル設置位置近傍のロールの材質を非磁性となして、
電磁力がロールに遮断されず、鋳片内未凝固溶鋼に有効
に与えられるようにすることが必要であるが、従来知ら
れていた非磁性の鋼素材（以下非磁性鋼という）を使用
してサポートロールを構成した場合には、以下に示す如
き難点があった。すなわち、 １）一般に、非磁性鋼はオーステナイト組織を有するも
のであるが、この組織の鋼素材は降伏点が低く、鋳塊の
ままロールに加工すると連続鋳造操業中にロールが曲げ
変形を生じ、鋳片のサポートが不能となって、その後の
操業の続行が不可能となる事態が発生する。

１１）鋼索材を高強度化する方法として冷間加工を施す
方法があるが、これは冷間加工の性格上、大断面のロー
ルには適用できない。

１ｉｉ）ｉた、析出強化させた鋼素材として、米国のＡ
ＳＴＭ規格のＡ−２８６が知られているが、これはＮ１
を多量に含有させたものであって極めて高価であシ、実
用的ではない。

ｉＶ）さらに、オーステナイト組織の鋼素材は、塩素イ
オンを多量に含有する工業用本中において応力腐食割れ
を発生しやすく、これは、鋳片冷却用のスプレー冷却水
に曝される雰囲気下で使用されるサポートロールに使用
する場合に極めて不都合なことである。そして、前述の
ような高強度化のための冷間加工を施すと応力腐食割れ
感受性がさらに高まるのに加えて、鋳片熱塊に接したと
きにロール表面温度が上昇し、応力腐食割れに対してよ
り〒層鋭敏化する。

■）この鋼素材は、サポートロールとして使用する過程
で炭化物が粒界に析出して靭性が低下し、鋳片との接触
による熱応力を受けて割れを発生するおそれがある。

ｖｉ）さらに、とのオーステナイト組織の鋼素材は熱伝
導度が低く、しかも熱膨張係数が高いので、同一の熱履
歴によ多発生する熱応力は非オーステナイト組織の鋼素
材に比して大きく、この点でもサポートロール素材とし
ては不利である。

このように、従来知られていた非磁性鋼によるロールは
種々の難点を有することから、電磁コイル設置位置近傍
のサポートロールとしての使用には適しておらず、この
ためやむを得ず、他の部分のサポートロール同様、電磁
コイル設置位置近傍のサポートロールにも焼もどしマル
テンサイト組織又はフェライト組織を有する強磁性鋼の
ロールを使用せざるを得ないのが現状であった。従って
、電磁力がロールに遮断されて、鋳片内未凝固溶鋼に対
する十分な攪拌力が得られず、鋳片の品質改善効果が低
いうえ、電磁力を鋳片に付与するために強大な電力を必
要とする等の不都合を未だ逃れるに至っていなかった。

本発明者等は、上述のような観点から、鋳片のサポート
のために十分な強度を有し、耐応力腐食割れ性や強靭性
にもすぐれておシ、しかも鋳片への強い電磁攪拌力の付
与を可能とし得る連続鋳造用非磁性鋼ロールを得るべく
、種々研究を重ねた結果、以下（ａ）〜（ｆ）に示す如
き知見を得たのである。

すなわち、 ａ）鋳片を支持するためのサポートロールとして使用さ
れた場合にロールが曲げ変形を起さないためには、ロー
ル構成材料の強度が、０．２％耐力で、スリーブ冷却方
式におけるスリーブでは３５ｋｇｔ／ｘｉ以上、またス
リーブ冷却方式のアーバー又は一体ロールでは４０ｋｇ
ｆ／−以上であることが必要であり、さらに引張強さが
’１０ｋｇｆ／−以上であることも要求されるが、鋼中
のＣ、Ｓｉ、　ｓｏＬ、ＡＩ。

Ｐ　、　Ｓ　、　Ｍｎ、　Ｃｒ、　Ｎｉ、及びｃｕの組
成成分量の範囲をそれぞれ特定の値に調整してロールを
溶製すれば、連続鋳造用サポートロールとして使用可能
な高強度の非磁性鋼ロールが得られ、さらに、熱間加工
条件を適切に設定することによって、Ｎ１の多量配合の
如き手段を要することなく経済的に降伏応力や、０，２
％耐力、及び引張強さ等の充分に高いものが得られるこ
と。

ｂ）そして、鋼中のＣ成分量を極力低値とし、゛熱間加
工及びその後の熱処理の各条件を適切に設定することに
よって、炭化物の析出が抑制され、耐応力腐食割れ性の
高い非磁性鋼ロールが得られること。

Ｃ）　また、Ｃ成分量を低値に抑えることにより、ロー
ルの使用に伴う熱履歴を受けてロール表面温度が上昇す
ることに”よる炭化物のオーステナイト粒界への析出が
抑制され、これによってロール使用による靭性の劣化が
防止され、ロール割れの発生や伝播が無くなること。

ｄ）上述のように、耐応力腐食割れ性及びロール使用に
伴う靭性劣化の抑制等の観点から、鋼中のＣ成分量を低
値にすると、オーステナイト組織の不安定化を生起する
こととなるが、これはＭｎ。

Ｈｉ、　Ｃｕ等の成分元素の含有量を調整することによ
り充分に防止できること。さらに、これらの各成分元素
は、安価なＭｎを多量に配合することにより、高価なＮ
ｉ　、　Ｃｕの配合を極力抑えることができ、経済性の
確保が行なえること。

ｅ）このように成分調整を行なった鋼素材に、熱間鍛造
や熱間圧延等の熱間加工を施すと、上述のように強度が
向上するほか、延性、靭性、及び耐応力腐食割れ性をよ
り一層向上できること。

ｆ）さらに、上記熱間加工に続いて適当な熱処理を施せ
ば、ロールの割れ感受性がよシ低くなること。

したがって、この発明は、上記知見に基いてなされたも
のであって、連続鋳造用ロールを、Ｃ：０．１５重量％
以下、 Ｓｌ：１．０重量％以下、 ５ｏＬ−Ａｌ：　０．１０重量゛チ以下、Ｍｎ：　１７
．０〜２５．０重量％、 ｃｒ：　１０．０〜１５．０重量％、 Ｐ：０．０３重量％以下、 ３：０．０１０重量−以下、 を含有するとともに、さらに、 Ｎｉ：１．Ｏ〜３．０重量％、 Ｃｌ：　１．０〜３．０重量％、 のいずれか一方又は両方を、両者の和が３．０重量％以
下の範囲で含有し、 Ｆｅ及び不可避不純物：残シ、 から成る成分組成で構成することによシ、非磁性で、高
強度で、かつ割れに対する抵抗性の高いものとしたこと
に特徴を有するとともに、さらに、上記組成の鋼素材を
、断面減少率６０％以上で熱間加工するか、これに次い
で９００〜１１８０℃の温度に３０分〜１５時間保持す
ることから成る熱処理を施すことによって、連続鋳造用
ロールとして好適な非磁性鋼ロールを製造するようにし
たことに特徴を有するものである。

なお、上記本発明の非磁性鋼ロールとは、一体型の鋳造
ロールあるいは鍛造ロールはもちろんのこと、通常のス
リーブ・アーバ一方式のロール、及びスリーブとアーノ
（−間を水冷する方式のロール等、あらゆる種類の連続
鋳造用ロールを指すものであることはいうまでもないこ
とである。

ただし、上記各ロールの種類、及びスリーブ゛やアーバ
ー等の部”材毎に、所要の特性には相違Ａｉ、ｌｌｐる
ので、加工及び熱処理方法はそれぞれに応じて最適な条
件を選ぶのが望ましい。

ついで、この発明の連続鋳造用非磁性鋼ロール及びその
製造方法において、ロールを構成する各組成成分量、熱
間加工時の断面減少率、及び熱処理温度と保持時間の範
囲を上述のように限定した理由を説明する。

ア）Ｃ Ｃ成分の含有量が０．１５重量％を越えると、ロール使
用中に受ける熱履歴によってオーステナイト組織の結晶
粒界に炭化物が析出し、これによシロールの靭性が低下
すると共に、応力腐食害ｌれに対する感受性も高まるよ
うになる。また、Ｃ含有量の上昇は、鋼素材の機械加工
性を劣化させ、ロールの成形加工を困難とする。このよ
うなこと力）ら、Ｃ含有量を０．１５重量％以下と限定
した。

イ）Ｓｌ、及びＭ Ｓｌ及びＡｔ成分は、脱酸剤として精錬の過程で溶鋼中
に添加されるが、Ｓ１含有量又はＢｃ）Ｌ、Ａ１含有量
がそれぞれ１．０重量％又は０．１０重量％を越えるよ
うな量で添加してもその脱酸効果にそれ以上の向上はみ
られず、逆に非金属介在物が増加してロールの清浄度を
悪化させて靭性を低下させるようになるとともに、ロー
ル割れ発生の原因となる。

このようなことから、Ｓｉ含有量及びｓｏｔ、ＡＡ含有
量をそれぞれ１．０重量％以下及び０．１０重量−以下
と限定した。

、つ）　　　Ｍｎ Ｍｎ成分には、安価にオーステナイト組織を安定化する
作用があり、ＮｉやＣＵと同様にロールを非磁性にする
ために必要な元素である。

この発明の非磁性ロールはＣ含有量を低値に抑えたため
に、Ｃによるオーステナイト安定化効果は期待できず、
Ｍｎを多量に含有せしめる必要があり、十分なオーステ
ナイト安定化効果を得るためにはＭｎ含有量が１７．０
重量％以−りであること力！必要である。Ｍｎ含有量が
１７．０重量％未満ではロールの透磁率μが上昇して、
非磁性め；損なわｉするようになる。一方、その含有量
が２５．０重量％を越えると、応力腐食割れ発生のおそ
れ７５Ｅ生ずるようになることから、Ｍｎ含有量を１’
７．０〜２５．０重量％と限定した。

工）　　０ｒ Ｃｒ成分は、ロールを構成する鋼の固溶強イヒに有効な
元素であり、ロールの強度を上昇させるべく添加するも
のであるが、その含有量７％１５．０重量％を越えても
前記効果にそれ以上の向上７５（みられず、逆にオース
テナイト組織の代ｐにδ−フェライト組織が生成して透
磁率μ力；上昇し、夛ト磁性力；損なわれることとなり
、かつ靭性も劣イヒするようになる。一方、その含有量
が１１．５重量−以下になると、特に、１０．０重量％
を下まわる含有量では、工業用水中においてロール周面
の腐食速度力Ｅ−ｆ：昇することとなシ、ロール使用中
にロール使用中に銃が発生しやすくなり、ロール周面の
平滑度を悪イヒさせるようになるうえ、所要の０．２チ
耐力を得ることができなくなることから、その含有量を
１０．０〜１５．０重量％と限定した。

オ）　Ｎｉ及びｃｕ Ｎ１及びＣｕ成分は、ロールを構成する鋼のオーステナ
イト組織を安定化し、また耐食性を向上させ得る元素で
あるが、上述のように、Ｃ含有量を０．１５重量％以下
と低（シ、Ｍｎ含有量を１７，０〜２５．０重量％と高
めた場合には、Ｎｉ及びＣｕの含有量をいずれも３．０
重量％以下とすることによって、オーステナイト組織を
十分に安定化することができ、ロールを非磁性にするこ
とができる。また、Ｃｕ含有量が３．０重量％を越えた
場合は、鋼素材の熱間加工性が悪化することからも、Ｃ
ｕ含有量を３．０重量−以下に抑えるのが適当である。

そして。

Ｎ１とＣＵの含有量の和が３．０重量％を越えた場合に
は、ロールの耐食性は向上するが耐応力腐食割れ性が悪
化するので好ましくなく、Ｎ１とＣｕとの含有量の総和
を３．０重量−以下とする必要がある。一方、　Ｎｉ及
びＣＵの含有量がそれぞれ１．０重量−未満になると、
オーステナイトは不安定になり、透磁率は上昇し、しか
も靭性に劣化を来たすようになることから、Ｎｉ及びＣ
ｕの含有量を、それぞれ１．０〜３゜０１．量チと限定
し、Ｎｉ及びＣＵの両者が一緒に含まれる場合でも、そ
の含有量の和を３．０重量−以下と限定した。

元素であシ、その含有量が０．０３重量％を越えた場合
には、特に、ロール使用に伴う熱履歴を受けたときに靭
性の著しい劣化を来たすようになることから、その含有
量を０．０３重量％以下と限定した。Ｐ含有量をこのよ
うに低く抑えたことによって、良好な連続鋳造用ロール
を得ることができるのである。

元素であるが、その含有量を０．０１０重量％以下に抑
えた場合には極めて良好な熱間延性が得られるようにな
シ、鋼素材の熱間加工性が向上して強加■も可能になる
ことから、その含有量を０．０１０重量％以下と限定し
た。

なお、この発明のロールを構成する鋼中には、不純物と
して、０．０３重量％までのＮ分が含有される可能性が
ある゛が、この範囲においては、Ｎが非磁性ロールとし
て必要な諸性質に悪影響を及ばずことがないものである
。

り）熱間加工時の断面減少率６０％ スリーブ冷却方式のロールにおけるアーパー、又は一体
ロールをも考慮して、それ相応の高強度を確保した上に
、高い延性及び靭性を得るためには、熱間加工の際の断
面減少率を６０％以上とする必要があることから、加工
の度合をこのような範囲に限定した。

なお、熱間加工における仕上げ温度は９ｏｏ℃以上であ
るのが好ましい。これは、ロールの延性及び靭性をより
一層高めるとともに、耐応力腐食割れ性を向上させるた
めであシ、仕上げ温度が９００℃未満であると、熱間加
工中に炭化物又は窒化物が析出して応力腐食割れ発生を
助長する場合があるからである。

ケ）熱処理温度９００〜１１８０℃ 熱間加工後に鋼素材に熱処理を施すことは、スリーブ冷
却方式のロールのスリーブの製造に適した方法であシ、
特に割れ感受性が低くなる。この場合の熱処理温度が９
００℃未満の場合には、ロールの耐応力腐食割れ性が低
く、しかも靭性にも良好な値が得られないが、一方、１
１８０℃を越えると、強度が低下してロールに曲ルが生
ずるようになることから、その温度を９００〜１１８０
℃と限定した。なお、前述したように、熱間加工時の仕
上温度が９００℃未満であって耐応力腐食割れ性が劣化
した鋼素材についても、熱間加工後に９００℃以上にて
熱処理することけよシ、熱間加工にて析出した炭化物又
は窒化物が母材に固溶し、耐応力腐食割れ性の良好なロ
ールとすることができる。

コ）加熱保持時間３０分〜１５時間 熱処理の際の加熱保持時間を３０分未満とした場合には
、ロール中心部まで十分昇温させることが難かしく、熱
処理による耐応力腐食割れ性向上効果が得られない。一
方、１５時間を越えても、その効果にそれ以上の向上が
みられず、逆にロールの強度が低下することから、その
保持時間を３０分〜１５時間と限定した。

つぎに、この発明を実施例によシ比較例と対比しながら
説明する。

第１表は、本発明の連続鋳造用ロールの鋼素材Ａ〜にと
、従来知られていた非磁性鋼Ｌ−Ｕについて、それぞれ
その化学成分組成を示したものである。これらの鋼索材
Ａ−に、及びＬ−Ｕについて、第２表「熱間加工条件」
欄記載の通りの条件にて熱間鍛造を施し、その一部につ
いては、この熱間加工に引続いて、第２表「熱処理」欄
記載の通シの条件にて熱処理を施した。そして、これら
熱間鍛造し、或は熱間鍛造後熱処理した鋼材Ａ〜Ｕにつ
いて、いずれも、０．２％耐力及び引張シ強さ等の強度
、伸び及び絞・シ等の延性、シャルピー衝撃試験におけ
る吸収エネルギーによる靭性、並びに非磁性の程度を知
るための透磁率μを測定し、さらに耐応力腐食割れ性試
験を行なった。そして、これらの結果を第２表に併せて
記載した。

なお、シャルピー衝撃試験による吸収エネルギーの測定
においては、上述の如く熱間鍛造等を施した鋼材に加え
て、熱間鍛造又は熱処理の後、ロール使用中に受ける熱
履歴を想定して６００℃に１００時間保持することによ
り時効処理した鋼材についても吸収エネルギーを測定し
、ロール使用後の靭性の劣化について調査した。また、
耐応力腐食割れ性試験は、鋼材をＵ字型に曲げた状態で
塩素イオンを５００　ｐｐｍ含有する５０℃の水溶液中
に１ケ月間（７２０時間）浸漬して行なった。

第２表「耐応力腐食割れ性」欄中、○印は応力腐食割れ
が発生し、なかった場合、Ｘ印は応力腐食割れが発生し
た場合を示すものである。

第２表に示した結果からも、化学組成、熱間鍛造条件、
及び熱処理条件を、いずれも前記所定範囲に限定した本
発明に係る試料Ａ１〜１３の鋼材は、ロール曲げ変形に
対する抵抗力の強さの指標となる０、２％耐力及び引張
り強さが、いずれもそれぞれ３５に９ｆ／ｌ＋１１１以
上及び７０ｋｇｆ／＋１１１以上と、曲げ変形の発生を
抑制する上で十分な強度を有していることが明らかであ
り、また延性及び靭性についても良好であって、さらに
耐応力腐食割れ性試験においても、応力腐食割れの発生
は皆無であったことが明白である。また、透磁率μも、
従来の非磁性鋼同様、１．０２以下という十分な低値を
示している。さらに、６００℃に１００時間保持して時
効処理した場合にも靭性の劣化は軽微であり、なお良好
な靭性を保持していることも確認できた。

一方、本発明に係る鋼に比べて、Ｃ含有量が高いか、Ｃ
ｒ、　Ｍｎ、　Ｎｉ及びＣＵ含有量が所定範囲よりはず
れている従来鋼を用いた試料ＡＩ６〜２５のものは、０
．２％耐力が低いか、応力腐食割れ試験において割れが
発生しているか、透磁率が１０２を越える程度にまで上
昇して非磁性が損なわれているか、あるいは試料Ａ１６
のもののように、６００℃で１００時間の時効後靭性が
著しく劣化して、非磁性サポートロールとして使用する
と曲シや割れが大きくなって寿命が短くなシ、使用に耐
えなくなるものであることがわかる。

そして、化学組成が本発明のロールと同じものであって
も、熱間加工における断面減少率の少ない試料Ａ１４の
ものは、０．２チ耐力や引張シ強さに劣シ、また靭性値
も良好な値を示しておらず、熱処理温度の低い試料Ａ１
５のものは、耐応力腐食割れを生じていることが確認で
きた。

上述のように、この発明によれば、十分な強度と靭性と
を有し、しかもロール使用中における靭性劣化が少なく
、また耐応力腐食割れ性も高い連続鋳造用非磁性鋼ロー
ルをコスト安く得ることができ、連続鋳造鋳片の電磁攪
拌操業に対しても何ら悪影響。を与えることなく、品質
の優れた鋳片の製造を可能とできるなど、工業上有用な
効果がもたらされるのである。

出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｃ：　０．１５チ以下、 Ｓｌ：１．０％以下、 ５ｏＬ−ＡＱ：　０，１０　％以下、 Ｍｎ：　１　’７．０〜２５．０　％、Ｃｒ　：　１０
   ．０〜１５．０　％、 ｐ　：　０．０３％以下、 Ｓ：０．０１０％以下、 を含有するとともに、さらに、 ＮＩＨｌ、０〜３．０％、 Ｃｕ：　　１．０〜３．０−％、 のいずれか一方又は両方を、両者の和力１３．０％以下
   の範囲で含有し、 Ｆｅ及び不可避不純物：残り、 （以上重量％）から成る鋼で構成されたことを特徴とす
   る連続鋳造用非磁性鋼ロール。
2. （２）　　ｃ　：　０．１５チ以下、 Ｓｉ：１．０％以下、 ｓＯｌ、　Ａｌ！　：　０．１０％以下、Ｍｎ　：　１
   　’１．　Ｏ〜２５．０％、Ｃｒ：１０．０〜１５．０
   ％、 Ｐ：０．０３％以下、 Ｓ：０．０１０％以下、 を含有するとともに、さらに、 Ｎｉ：１．０〜３．０％、 Ｃｕ：　１．０〜３．０　％、 のいずれか一方又は両方を、両者の和が３．０ｑ６以下
   の範囲で含有し、 Ｆｅ及び不可避不純物：残り、 （以上重量％）から成る鋼素材を、断面減少率６０チ以
   上で熱間加工することを特徴とする連続鋳造用非磁性鋼
   ロールの製造方法。
3. （３）　　Ｃ：　０．１５％以下、 ３ｉ：ｌＯチ以下、 ５ｏｌ−ＡＪＩ　：　（１１０％　昼、下、Ｍｎ　：　
   　ｌ　　７．０〜２　５．０　％、Ｃｒ：　　１０．０
   〜１　５．０　％、Ｐ　：　０．０３チ以下、 ｊ３：ｏ、０１０％以下、 を含有するとともに、さらに、 Ｎｉ：１．Ｏ〜３．０ｑ６、 Ｑｕ　：　１．０〜３．０％、 のいずれか一方又は両方を、両者の和が３．０チ以下の
   範囲で含有し、 Ｆｅ及び不可避不純物：残シ、 （以上重量％）から成る鋼素材を、断面減少率６０％以
   上で熱間加工し、次いで９００〜１１８０℃の温度に３
   ０分〜１５時間保持することから成る熱処理を施すこと
   を特徴とする連続鋳造用非磁性鋼ロールの製造方法。