JPS6411386B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋳型内電磁撹拌を利用して連続鋳造法
により製造する表面品質にすぐれ、かつ、冷間鍛
造性等の加工性および焼入性にすぐれた特に棒鋼
および線材に好適な鋼材用鋳片の製造方法に関す
るものである。

一般に冷間鍛造用棒鋼および線材に対する主な
要求特性は十分な変形能良好な表面状態、寸法精
度および均一性などである。このような棒鋼おみ
び線材の製造に連続鋳造法を適用する場合に、リ
ムド鋼では強冷却と深い溶鋼プールとがリミング
アクシヨンの不調和な強さを助長して鋳型から溶
鋼を溢出さしたり、凝固殻にブローホールが発生
し、連続鋳造作業上または製品として好ましくな
いので、溶鋼を連続鋳造する前に脱酸することが
必要である。従来、溶鋼中の酸素を除去する場合
の脱酸法としては真空脱ガス法、フエロシリコン
（フエイロマンガン）アルミニユーム等の金属脱
酸剤による方法が知られているが、金属脱酸剤を
多量に使用すると、アルミナ系およびシリカ系の
介在物が増加して製品品質上好ましくない欠陥を
ひき起こす。このため、金属脱酸剤の含有量を少
なくした鋼の連続鋳造法として、例えば特公昭47
−47209号公報や特公昭54−38567号公報等に記載
された方法が提案されており、金属脱酸剤として
前者はAlとSiによる複合弱脱酸、後者は真空脱
ガス法と少量のAlによる弱脱酸が用いられてい
る。前者のSi添加弱脱酸鋼においては多量の脱酸
剤を加えたキルド鋼におけるSiO₂やAl₂O₃の（非
金属）介在物に起因する問題はかなり緩和される
が、新たに次の様な問題が派生する。すなわちSi
を少量添加し、しかもAlの添加量を極力少なく
するために鋼中に生成する酸化物がSiO₂および
MnOを主成分とするいわゆる硅酸塩になつて、
この酸化物が鋼中に比較的に大きい介在物として
残留しやすく、しかも熱間圧延工程において塑性
変形しやすいために圧延方向に線状に長く伸びた
形状になりやすい。そのために例えば圧延方向に
それらの棒鋼および線材を据え込み、あるいはペ
ツデイングなどの加工形式で冷間圧縮する場合
に、圧延方向に平行な割れが鋼材表面に発生し、
ほとんど加工に耐えないことがあり、またその他
にも長く伸びた線状介在物が場合により棒鋼およ
び線材表面に露出すれば線状の地きずとなり表面
性状を損なう原因にもなる欠点を持つ。この様な
圧縮による割れは熱間圧延のままの棒鋼および線
材にとくに顕著に発生し、したがつてこの鋼種は
熱間圧延のままとして使用する場合には非常に用
途が制限されることになる。この線状介在物の影
響を除去する方法としては、それらの棒鋼および
線材に対して冷間引抜ダイスにより断面減少率40
〜50％以上の冷間引抜を行わねばならない。この
工程を通過した棒鋼および線材の介在物は引抜方
向に細かく寸断され、材料特性におよぼす介在物
の影響は非常に少なくなりほとんど無視できる
が、しかしながら、40〜50％の断面減少率を加え
るには少なくとも３回以上の冷間引抜ダイス通過
の余分の工程を必要とする。

一方、後者の極低炭素弱脱酸鋼においては、キ
ルド鋼やSi添加弱脱酸鋼における介在物の問題は
ほとんど解消されるが、以下の様な問題点があ
る。この極低炭素弱脱酸鋼は真空脱ガス処理を行
つて溶鋼中の酸素および炭素含有量を低下させる
等の処理を行い、凝固時のガス発生量を少なくす
ることを特徴としているが、このようにガス発生
量を少なくすると鋳型内の溶鋼の対流が弱まり、
ガスを滞留したまま凝固し易くなり健全な表面状
態は期待できない。したがつて理想としては、鋳
型に注入した直後溶鋼が放出すべきガスをほとん
ど放出してしまい、以後はほとんどガスの発生が
起こらないような操業にするのが理想的である
が、そのため注入速度を非常に遅くしたり、注入
後一時注入を中断したりして鋳型内でガスを放出
してしまうことも行なわれるが、生産性が著しく
低下するため実用とはならない。また極低炭素弱
脱酸鋼では炭素量が0.02％以下とかなり低いた
め、液相線温度がかなり高くなり、それに過熱度
を加えた鋳造温度はさらに高くなる為、転炉にお
いては高温出鋼となり炉寿命の低下を招き又耐火
物の溶損が著しくレンガ等外来系の介在物が鋼中
に存在している介在物に付加されるので、溶鋼の
清浄度はかなり劣化する。炭素量が低いことは後
に続く圧延工程においても問題があり、Ar₃変態
温度が高くなるので圧延温度を高くする分だけ加
熱路の燃料費も高くつき、ロールカリバーの損耗
も著しく圧延品も軟質であるために疵がつきやす
い。また製品も強度が30Kg／mm²級で軟質であるた
め、釘、針金等の軟鋼線材に用途がかなり限定さ
れる。

通常インゴツトで鋳造されるリムド鋼の場合
は、自由酸素（フリー酸素）量OF＝200PH以上含
んでいる。この高い酸素量のために凝固時にリミ
ングアクシヨンが活発におこり、CO気泡の浮上
に伴う溶鋼流動によつて凝固界面が洗浄され、気
泡や介在物のトラツプを妨げる結果、清浄な凝固
層（リム層）が形成される。一方、、連鋳ではフ
リー酸素量がこのように高いと鋳型（断面積）寸
法が小さいため、鋳型内溶鋼が吹上がり、鋳造が
不可能となる。従つて、従来はAl、又はSi等に
より完全に脱酸されたキルド鋼が鋳造されてい
る。しかるにキルド鋼では（Al₂O₃、又はSiO₂）
系の介在物が生成するため冷間圧造用鋼のように
冷間で大きな加工を加えられる鋼種では（Al₂O₃
又はSiO₂）系介在物、特に鋳片表層部付近を起
点として割れを発生しやすく実用に供し得ない。
従つて、できるだけAl，Siを使用せずリムド鋼
に近い状況での鋳造を可能とすることが好まし
い。しかし、Al，Siが少ないとセミキルド鋼の
状態ではフリー酸素が上昇する、この結果、鋳片
表層部にピンホール又は気泡が多発し、製品表面
キズの原因となるために改善が望まれていた。

本発明は上記従来鋼種の技術的難点を解決して
連続鋳造により比較的容易に表面が美麗で、しか
も加工性のすぐれた特に棒鋼および線材に好適な
弱脱酸鋼の製造方法を新規に提供することを目的
としている。すなわち、本発明は冷間圧造用鋼の
連続鋳造法による製造方法として、Si無添加で
0.02％以下（以下、％は重量％を示す。）、SOlAl
が0.005％越え、0.007％以下、全自由酸素量を
85ppm以下で、好ましくは全窒素量30ppm以下に
脱酸調整された溶鋼を浸漬ノズルで、断熱形フラ
ツクスと共に扁平比1.5以下の鋳造用鋳型内に投
入し、該鋳型内部で溶鋼に一定磁力の電磁撹拌を
かけることにより、溶鋼自身が有するＣ，Mnお
よびAlで脱酸を強化促進さすとともに、鋳型内
に生成する酸化物および気泡に回転力を付加さ
し、凝固殻への凝集を抑制しながら、気泡等の介
在物を強制的に浮上促進させ、該溶鋼を鋳型下方
へ連続的に引き出して凝固させて、その結果Ｃ：
0.25％以下、Si：0.02％未満、Mn：0.25％超0.9
％以下、SOlAl：0.005％以下、残部は鉄と不可
避的成分からなる偏析度小さく表面品質の良好な
軟質の加工性および焼入性の優れた鋼材用連続鋳
造鋳片を得ることができるようにしたものであ
る。

本発明者等は詳細に研究検討した結果、鋳型内
に鋳入した溶鋼に回転力を加えると溶鋼中に溶解
している自由酸素の大半がガスまたは酸化物に変
化し、それ自身の浮力に回転力が加わつて他の浮
遊している介在物も一緒に伴つて溶鋼中から浮上
分離することを見出だした。また、上記電磁撹拌
は、鋳型内で上記溶鋼を周波数＝1.5〜10.0Hz
と磁束密度Ｇの範囲、 195×e^-0.18≦Ｇ≦926×e^-0.20 の交流によつて誘起された回転磁界により鋳型軸
芯の周りに電磁誘導撹拌すると溶鋼中の介在物の
浮上促進および溶鋼表層部の脱炭に効果的である
事が判明した。

また鋳型内電磁撹拌により溶鋼流動を生じさ
せ、鋳片表層部の介在物気泡を除去できる事がわ
かり、溶鋼流動の強さと鋳片品質、パウダーの巻
込みを種々調べた結果、意外にもフリー酸素
85ppmが限界（良好な鋳片品質の得られる）であ
ることがわかつた。

これらの事実を利用して、本発明は必要最小限
度の自由酸素を用いて溶鋼の脱酸調整をし、その
酸化物を電磁撹拌により除去して表面品質のすぐ
れた軟質の加工性および焼入性のよい、特に線棒
鋼種として好適な鋼材を連続鋳造鋳片として得る
ことができるものである。このようにして得られ
た鋼材は従来一般造塊から製造したものに比して
同一またはそれ以上の品質を保つものである。

次に、本発明の実施例を図面に示す特性線図と
ともに述べる。

まず、上吹酸素転炉を用いてＣ＝0.18％以下、
Mn：0.12〜0.20％、Si＝痕跡の化学成分組成の
溶鋼を３チヤージ吹練し、出銅時にAlおよび
FeMn等の脱酸合金剤を取鍋内で添加して、Ｃ：
0.25％以下、Si：0.02％以下、Al：0.007％以下、
残部Feとその他の成分を有し、かつ全自由酸素
量を85ppm以下、また好ましくは全窒素量30ppm
以下を含む溶鋼をタンデイシユ内に用意するよう
にする。

Ｃは、冷間圧造用炭素鋼の中で、当発明鋼種に
相当するリムド鋼のJIS規格は上限0.20％また代
表的な線材リムド鋼である軟鋼線材のJIS規格鋼
種規格上限は0.25％である。

Siは、連鋳材として、水冷鋼板鋳型を用いるた
め冷却速度が造塊材に比べて高く、結晶粒径が細
かくなる傾向があり、同成分であれば引張り強さ
が高くなる。したがつて軟質化を図るためSiを極
力抑える必要があるのでSi無添加とし、不可避的
に不純物として混入する分を考慮して0.02％以下
に規制した。

Alは、自由酸素85ppm以下とするため脱酸剤
として必要であるが、Alの含有量が増えると結
晶粒の微細化により硬化するため上限を0.007％
以下とした。

この時、取鍋内等でアルゴン撹拌処理または真
空処理などの溶鋼処理により溶鋼内の鋼中ガスを
除去して出来るだけ清浄化処理することが望まし
い。タンデイシユ内の溶鋼の成分は、Ｃが0.25％
以下、Siが0.02％以下で、通常のリムド鋼と同一
組成にして、鋼の軟質化を企り、柔らかい軟鋼材
を得ることができる。また、溶鋼の成分として
Alを0.002％以下にした時は鋼材の軟質化を大巾
に促進することができる。このようにして得られ
た溶鋼を、通常の浸漬ノズルを用いて鋳造用鋳型
内に投入し、同時に鋳型内に通常の断熱形フラツ
クスを投入する。この時取鍋〜タンデイシユ間、
タンデイシユ〜鋳型間をアルゴンを封入する等し
て溶鋼内に介在物等の生成を防止する無酸化鋳造
がなされることが好ましい。投入する断熱形フラ
ツクスは、例えばSiO₂：33.9％，CaO：34.0％，
Al₂O₃：4.3％，Fe₂O₃：2.0％，Na₂O：8.4％，
K₂O：0.6％，MgO：0.9％，Ｆ：5.1％，Ｃ：5.5
％の成分よりなりフラツクス本来の性能を劣化さ
せることなく、気泡の発生を阻止する効果を得る
に十分な範囲内で一定量添加する。なお、溶鋼は
鋳型内でその含有する全自由酸素量が85ppm以
下、好ましくは80ppm以下に自然にまたは強制的
に調整される。溶鋼の全自由酸素量が0.85ppm以
下になると通常の断熱形フラツクスを用いても十
分に気泡の少ない安定した品質の鋳片が得られ
る。溶鋼は鋳型内で、該鋳型壁に設けた電磁コイ
ルによつて、引加した交流で誘起される回転磁界
により鋳型軸芯の周りに電磁誘導撹拌させなが
ら、鋳型下方へ連続的に引き出されて凝固され
る。実験では溶鋼の全自由酸素量が20ppmでも鋳
片の鋼中炭素が0.05％のものを電磁撹拌によつて
得ることができた。このように鋳型内に投入した
溶鋼に回転力を加えて回転すると、溶鋼中に溶解
している自由酸素の大半がその撹拌によつてガス
または酸化物に変化し、それ自身の浮力に回転遠
心力が加わつて他の溶鋼中に浮遊している介在物
と一緒に溶鋼中から溶鋼外へ除去して、溶鋼中の
介在物を低減することができると共に、溶鋼表層
部の炭素量を低減して鋼を軟質化することができ
る。電磁撹拌による表層部の炭素負偏析はヘツダ
ービリテイー向上に寄与すると考えられる。この
ように、鋳型内で溶鋼に付与する電磁撹拌の効果
は、溶鋼の成分および含有する全自由酸素量およ
び溶鋼の鋳型への投入条件すなわち浸漬型ノズル
からの投入と断熱形フラツクスの使用、ならびに
電磁撹拌の回転磁界強度に関係し、その結果は出
来た鋼材の偏析度、介在物、表面性状、冷間加工
性、切削性、焼入性および硬度に現れる。第１図
は、溶鋼の中に含有する全自由酸素量を種々代え
て、上記の如く断熱形フラツクスと共に、鋳型内
に投与して鋳型内電磁撹拌した後、得た鋳片のピ
ンホール発生率を示すもので、溶鋼中の全自由酸
素量が85ppm以下の時には、そのピンホール発生
率が大巾に小さいことが分かる。

すなわち、通常インゴツトで鋳造されるリムド
鋼の場合は、自由酸素（フリー酸素）量OF＝
200ppm以上含んでいる。この高い酸素のため凝
固時にリミングアクシヨンが活発におこり、CO
気泡の浮上に伴う溶鋼流動によつて凝固界面が洗
浄され、気泡や介在物のトラツプを妨げる結果、
清浄な凝固層（リム層）が形成される。一方、、
連鋳ではフリー酸素量がこのように高いと鋳型
（断面積）寸法が小さいため、鋳型内溶鋼が吹上
がり、鋳造が不可能となる。従つて、通常Al，
又はSi等により完全に脱酸されたキルド鋼が鋳造
されている。しかるにキルド鋼ではAl₂O₃、又は
SiO₂系の介在物が生成するため冷間圧造用鋼の
ように冷間で大きな加工を加えられる鋼種では
Al₂O₃又はSiO₂系介在物、（特に鋳片表層部付近）
を起点として割れを発生しやすく実用に供し得な
い。従つて、できるだけAl，Siを使用せずリム
ド鋼に近い状況での鋳造を可能とすることが好ま
しい。しかし、Al，Siが少ないとセミキルド鋼
の状態ではフリー酸素が上昇する、この結果、鋳
片表層部にピンホール又は気泡が多発し、製品表
面キズの原因となる。このジレンマの中で第１図
に示す如く溶鋼中、全自由酸素量と鋳片表層部に
おけるピンホールの発生率を調べた結果、鋳型内
電磁撹拌により溶鋼流動を生じさせ鋳片表層部の
介在物気泡を除去できる事がわかり溶鋼流動の強
さと鋳片品質パウダーの巻込みを調べた結果、フ
リー酸素85ppmが（良好な鋳片品質の得られる）
限界であることが分かつた。

第２図は、溶鋼を鋳型へ投入する方法として、
溶鋼をオープン注入してオイルを併用した場合
と、溶鋼を浸漬型ノズルで投入してフラツクスを
併用した場合の夫々において、鋳型内電磁撹拌を
しない場合と鋳型内電磁撹拌をした場合につい
て、夫々得た鋳片からの分塊片の表層から軸芯へ
の距離に対する地疵個数（指数化）の関係を示す
もので、浸漬型ノズルとフラツクスを用いて鋳型
内電磁撹拌した場合に得た地疵個数が特に表層付
近において数段と少ないことが分かる。第３図
は、、電磁撹拌の強度として、印加する交流の各
周波数毎に磁束密度を種々に代えた場合につい
て、夫々得た鋳片の持つ介在物指数を示すもの
で、この種鋳片として実用に供し得る鋳片の介在
物指数の許容範囲からみて、磁束密度は一定の範
囲内に限定されることが分かる。すなわち、溶鋼
に該溶鋼を撹拌するべく一定の回転流動を与える
ため周波数と磁束密度によつて規定される値が一
定の範囲にあることが必要であるが第３図の線図
において、許容範囲内に入る値は、周波数が
1.5〜10.0Hzの間で磁束密度Ｇが 195×e^-0.18≦Ｇ≦926×e^-0.20 であることが必要である。いいかえると、この範
囲を越えると、出来た鉄片の介在物が多くなつ
て、冷間加工性が悪く、かつ焼入時にはワレが生
じて成品の不良率が高くなる。第４図は、上記の
如き電磁撹拌で得た鉄片の表層から軸芯への距離
に対する含有炭素量を示すもので、表層部付近の
炭素量が低くその硬化が軟化していることが分か
る。したがつて、上記の如き電磁撹拌によつて得
た鋳片の冷間加工性が脱炭による表面層の軟化に
よつて向上する一方、電磁撹拌の効果によつて得
た鋳片の偏析度と介在物を減少することができ
る。

すなわち、上記の如き方法で得た鋳片の偏析度
指数は、電磁撹拌によつて向上し、かつ介在物指
数は、電磁撹拌の効果に加えて溶鋼中の全自由酸
素量の抑制によつて向上し、さらに鋳片の表面性
状は電磁撹拌の効果に加えて、溶鋼中のアルミ添
加量の低減と、溶鋼中の全自由酸素量の抑制によ
つて向上することができる。また、伸線性、冷圧
性等の鋳片の冷間加工性は溶鋼の清浄化すなわち
電磁撹拌による介在物の低減と表層部の炭素低減
効果に加えて、溶鋼中のAlを0.007％以下にして
結晶微細化による硬化防止とSiを0.02以下として
硬化防止、および溶鋼処理、無酸化鋳込みによつ
て向上することができるものであり、また、鋳片
の切削性と焼入性は上記電磁効果に多少とも依存
し、特に焼入性はAlを0.007％以下にして整粗粒
鋼としたことに依存する。さらに、溶鋼の清浄化
処理と無酸化鋳造は得た鋳片の介在物指数を低く
押さえることに大きく影響する。また、溶鋼の全
窒素量を30ppm以下にすることによつて、時効硬
化がない効果がある。

上記実施例に詳記した如く、本発明にかかる製
造方法は、Si無添加でSOlAlが0.007％脱酸調整
された溶鋼を鋳型内部で一定の回転磁界強度の電
磁撹拌をかけることにより、溶鋼自身が有するC.
MnおよびAlで脱酸を強化促進させるとともに、
鋳型内に生成する酸化物および気泡に回転力を付
加させ、凝固殻への凝集を抑制しながら強制的に
浮上促進させ、Ｃ：0.05％を越え0.25％以下、
Si：0.02％未満、Mn：0.25％を超え、0.9％以下、
SOlAl：0.005％以下残部は鉄と不可避的成分か
らなる表面品質のすぐれた冷間加工性のよい鋼材
用連続鋳造鋳片を得ることが出来るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、夫々本発明で製造した鋳
片またはその分塊片の特性図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：0.25％以下、Si：0.02％以下、Al：0.007
   ％以下、残部にFeを有し、かつ、自由酸素
   85ppm以下を含む溶鋼を清浄化溶鋼処理をして取
   鍋からタンデイシユを介し浸漬ノズルで鋳造用鋳
   型内に供給すると共に、取鍋〜タンデイシユとタ
   ンデイシユ〜鋳型間で無酸化鋳造させる一方、鋳
   型内溶鋼の湯面にフラツクスを投入しつつ鋳造
   し、該鋳型内で上記溶鋼を周波数＝1.5〜10.0
   Hzと、磁束密度（ガウス）Ｇの範囲 195×e^-0.18≦Ｇ≦926×e^-0.20 の交流によつて誘起された回転磁界により鋳型軸
   芯の周りに電磁誘導撹拌させながら、鋳型下方へ
   連続的に引き出して凝固させるようにしたことを
   特徴とする連続鋳造法による弱脱酸鋼の製造方
   法。