(57)【要約】【課題】コストの掛かる最終仕上加工しろの増加、丸断面連鋳機の新設、製品形状が限定されるテンション付加熱処理を行わずに、安価に最終熱処理後の製品の歪み量を低減するための連続鋳造方法を提案する。【解決手段】鋳型に電磁攪拌装置を有する鋼の連続鋳造機において、鋳型電磁攪拌強度を制御して、鋳片表層部の濃度負偏析および変動を低減して、最終熱処理後の製品の歪み量を低減する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型に電磁攪拌装置を有する鋼の連続鋳造機において、鋳片表面からの深さ５〜５０ｍｍの範囲におけるデンドライト傾角の平均値θを１０°から２３°の範囲に入るように鋳型電磁攪拌強度を制御することを特徴とする焼入性を保証した構造用鋼の連続鋳造方法。
【請求項２】
請求項１において、鋳片表面からの深さ５〜５０ｍｍの範囲におけるデンドライト傾角の平均値θを１５°から２１°の範囲に入るように鋳型電磁攪拌強度を制御することを特徴とする焼入性を保証した構造用鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼入性を保証した構造用鋼の連続鋳造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、連続鋳造により製造されたブルーム鋳片を一旦加熱炉で均熱後、断面寸法の小さいビレットに圧延、その後製品寸法に応じた棒鋼に熱間圧延する。その後、棒鋼を再度加熱あるいは直接熱間で圧延または鍛造して製品形状に加工したのち、焼入れ焼戻し等の熱処理を施して所望の強度、靭性に調整される。
【０００３】
一般に、熱処理時の焼入れ性は、棒鋼のサイズ、成分、冷却速度で決まること、表面に濃度の不均一いわゆる偏析があると焼入性が変ることが知られている（例えば、日本鉄鋼協会編、鋼の熱処理、改訂５版、１９７４年、ｐ．１５〜ｐ．２８）。従って、熱間圧延あるいは鍛造加工後に、熱処理して強度と靭性を付与したあと最後に最終製品の寸法精度に切削などで仕上加工する。しかし、熱処理後に歪みが許容範囲以上に大きくなると製品不良率が増えるし、不良率を減らすために最終の仕上加工時の切削しろを増やすと当然コストが増す。
【０００４】
そこで、熱処理後の歪みを低減するために、鋼中析出物例えばＡｌＮ　などを利用して焼入前のオーステナイト状態における結晶粒を微細均一化して、材料を均一に焼入する方法は良く知られている。さらに、鋳片段階で丸断面形状に鋳造する方法も一部で採用されている。しかし、通常の角断面形状の連鋳材よりも表面縦割れが発生しやすく、特別なモールドテーパー形状を施す方法（特開平８−１３２１８４）やモールド表面に特殊な加工を施す方法（特開平９−１０３８４６）などにより割れ対策を講じる必要があり、いずれも特別な装置が必要で広く普及していないのが現状である。また、最終製品にテンションを掛けた状態で焼入れ焼戻しする方法（例えば特開平８−９２６５７）も知られている。しかし、テンションを付加した熱処理法は製品が真直の棒鋼、線材などの形状に限られ、これも特別な設備が必要になる。従って、これらの手段のような高額の特別な設備投資が不要で製品形状に限定されずに、安価な方法による製品熱処理時の歪低減方法が望まれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のコストの掛かる最終仕上加工しろの増加、丸断面連鋳機の新設、製品へのテンション付加を行わず、安価に最終熱処理後の製品の歪み量を低減するための連続鋳造方法を提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために種々検討を行った結果、鋳型内に電磁攪拌を有する鋼の連続鋳造機において、鋳型内の溶鋼流速を調整して鋳片表面から必要深さまでの濃度低下を抑制することで、コストの掛かる最終仕上加工しろの増加、丸断面連鋳機の新設や製品へのテンション付加を行わずに、最終熱処理後の製品の歪み量を低減することに成功し、本発明を完成するに至った。本発明の要旨は以下のとおりである。
【０００７】
（１）鋳型に電磁攪拌装置を有する鋼の連続鋳造機において、鋳片表面からの深さ５〜５０ｍｍの範囲におけるデンドライト傾角の平均値θを１０°から２３°の範囲に入るように鋳型電磁攪拌強度を制御することを特徴とする焼入性を保証した構造用鋼の連続鋳造方法。
（２）上記（１）において、鋳片表面からの深さ５〜５０ｍｍの範囲におけるデンドライト傾角の平均値θを１５°から２１°の範囲に入るように鋳型電磁攪拌強度を制御することを特徴とする焼入性を保証した構造用鋼の連続鋳造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
棒鋼用の鋳片はブルームあるいはビレット連続鋳造機で製造される。通常、鋳型内の湯面の皮張りを防止し、かつ中心偏析を低減して高品質の鋳片を安定に鋳造するために、鋳型内に電磁攪拌装置を設置して溶鋼を水平あるいは垂直方向に攪拌する。本発明者らは、熱間鍛造品の歪みが、連鋳鋳型内の溶鋼の電磁攪拌によって生じる軽微な負偏析に起因することを突き止めた。すなわち、凝固シェルが溶鋼に洗浄されると凝固シェル内の元素濃度が低下すること自体は「洗浄効果」と呼ばれ良く知られている現象である（高橋忠義ら：鉄と鋼、第６１年、１９７５年、第９　号、ｐ．２１９８〜２２１３）。しかし、連続鋳造鋳片の鋳型内電磁攪拌で生じる表面の軽微な負偏析と、熱間鍛造後の熱処理によって生じる製品寸法精度の低下との間の因果関係が全く知られていなかった。鋭意検討を重ねた結果、鋳造操業安定性と中心偏析度に影響を与えない範囲で、製品に歪みを防止する最適な溶鋼攪拌流速範囲を見出した。これにより、コストの掛かる最終仕上加工しろの増加、丸断面連鋳機の新設やテンション付加を行わずに、安価に製品寸法精度の高い熱処理製品を製造することに成功した。
【０００９】
従来技術は、鋳片の表面濃度不均一を前提として、コストの掛かる最終仕上加工しろの増加、丸断面連鋳機の新設やテンション付加熱処理を行っていたのが実状である。本発明は、発生原因が鋳片表面濃度不均一であることを突き止めこれを改善するものである。
【００１０】
次に、本発明の構成要件である鋳型内電磁攪拌流速とデンドライト傾角の限定理由について説明する。
電磁攪拌流速を高めるとデンドライト傾角が流れの上流側に向かって傾斜することが良く知られているので（例えば、岡野忍、西村隆ら：鉄と鋼、第６１年（１９７５）第１４号、ｐ．２９８２〜２９９０）、デンドライト傾角を電磁攪拌流速の指標として用いることとする。凝固界面の溶鋼流速が増すと、凝固シェルの濃度が低下する上、乱流による流速変動巾も増すので凝固シェルの濃度変動も増してくる。デンドライト傾角が２３°とする（１）の上限を超えて凝固界面の溶鋼流速が増すと、鋳片表面の成分濃度低下と変動巾が増加して加工後の最終製品の焼入れ性、硬度バラツキが生じ、歪みが発生することを本発明者らが実際の連続鋳造試験で鋭意検討して明らかにした。なお、デンドライト傾角を２１°とする（２）の上限は最終製品の歪みを厳格管理することが可能となり、より好ましいものである。（１）の下限を１０°とする理由は、安定操業を阻害する鋳型湯面の皮張りの防止と、中心偏析度を許容範囲内にするための必要流速である。（２）の下限は、より長時間安定して操業することが可能になり、より好ましいものである。なお、鋳型内に電磁攪拌装置を有する連続鋳造機の鋳造模式図を図１に、製造した鋳片横断面凝固組織とデンドライト傾角の模式図を図２に示す。
【００１１】
〔実施例１〕
焼入性を保証した構造用鋼鋼材（ＪＩＳＧ４０５２）のＳＣｒ４１５Ｈ　材を断面寸法３７０ｍｍ　×４８０ｍｍ　のブルーム連鋳機で鋳造速度０．５ｍ／ｍｉｎで製造した。鋳型内電磁攪拌電流値は５０〜４１０Ａの範囲である。鋳片を熱間圧延して一旦４０ｍｍ径の丸棒に加工したのち、同一鋳造チャージ内で３〜５個所から熱間鍛造により２５ｍｍ径の丸棒試験片を作成した。製品の熱処理時の歪みの中間指標値を測定するために、ジョミニ式一端焼入れ試験（ＪＩＳＧ０５６１）を行った。ジョミニ試験片の水冷端から１２．７ｍｍ位置でロックウエル硬度を表裏２個所測定して同一チャージ中の最大硬度差△ＨＲＣを測定した。この△ＨＲＣと最終製品の歪みと１　対１　対応することは別途確認しているので、△ＨＲＣを最終製品の歪みのバラツキ指標として用いた。結果を表１に示す。電磁攪拌装置の印加電流を３２０Ａ以下にした本発明材は、デンドライト傾角θを２３°以下であり最大硬度差が減少して歪み判定検査に全数合格した（表１中の歪み判定指数ＡとＢ）。これは鋳片表層の成分濃度の変動が極めて微小にできたことで硬度が安定したものである。表１には、表層深さを鋳片４０ｍｍ深さでＣ濃度を溶鋼平均Ｃ濃度で割ったＣ偏析度を複数点採取して±２σでバラツキを表した。
なお、電磁攪拌装置の電流値を５０Ａ　に下げたところ、鋳型の湯面に皮張りが発生して安定操業ができなくなったので試験を中止した。
【００１２】
【表１】
2004017147.tif 000002
【００１３】
註１）デンドライト傾角θの測定方法
鋳片Ｃ断面において、ピクリン酸を主成分とする腐食液で顕出した凝固組織プリントを使って巾中央部の５０ｍｍ巾を長辺、短辺４個所で、それぞれ鋳片表面から５、１０、２０、３０、４０、５０ｍｍ深さでデンドライト傾角を各深さごとに５本、４面全部で２０本、５つの深さ全部で１００　本測定して、その平均値をデンドライト傾角θとした。傾角は、鋳片巾中央部の表面の基準線に直角の線を傾角０度、この直角線とデンドライト主軸間の角度を傾角と定義した。本方法による傾角θの測定誤差は１度以下である。本発明では、水平方向の電磁攪拌装置を有する連続鋳造機で試験したので鋳片Ｃ断面で傾角を測定している。もし、垂直方向の電磁攪拌装置を有する場合は鋳片巾方向中央のＬ断面のデンドライト傾角を測定する。なお、デンドライト傾角測定の鋳片表面の基準線は巾中央部５０ｍｍ巾の内、半分以上を占める平坦面で決めた。
【００１４】
註２）Ｃ偏析度
鋳片Ｃ断面の巾中央部で表面からの深さ４０ｍｍ±１０ｍｍの位置で深さ方向に５ｍｍ間隔で５個所、４面合計で２０個所、コーナー部の深さ６０±１０ｍｍで５ｍｍ間隔の位置で５個所、４角合計で２０個所、全部で４０個所の測定点のＣ濃度の分析値の平均を溶鋼濃度で割ってＣ　偏析度を測定した。標準偏差σを使って±２σでＣ偏析度のバラツキを表している。
【００１５】
註３）歪み判定指数
Ａは厳格材において歪み不良発生なし、Ｂは一般材において歪み不良発生なし、Ｃは歪み不良一部発生、Ｄは歪み不良相当数発生したことを示す。
【００１６】
〔実施例２〕
焼入性を保証した構造用鋼鋼材（ＪＩＳＧ４０５２）のＳＣＭ４２０Ｈ　材を断面寸法３７０ｍｍ　×４８０ｍｍ　のブルーム連鋳機で鋳造速度Ｖｃ＝０．４５〜０．５５ｍ／ｍｉｎ　で製造した。鋳型内電磁攪拌電流値の水準は１８０　〜４５０Ａの範囲である。熱間圧延により２５ｍｍ径の丸棒に加工して、製品の熱処理時の歪みを測定するために、ジョミニ式一端焼入れ試験（ＪＩＳＧ０５６１）を行った。ジョミニ試験片の水冷端から１２．７ｍｍ位置のロックウエル硬度最大差△ＨＲＣを測定した。結果を表２に示す。鋳造速度を変えても、デンドライト傾角θが２３°以下になるように電磁攪拌装置の電流値を制御すると、ジョミニ試験片の最大硬度差が減少して歪み判定検査に合格した。
【００１７】
【表２】
2004017147.tif 000003
【００１８】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明により、鋳型に電磁攪拌を有する鋼の連続鋳造機において、鋳型内の電磁攪拌流速に上限値を設けて鋳片表面から必要深さまでの濃度低下を抑制することにより、コストの掛かる最終仕上加工しろの増加、丸断面連鋳機の新設やテンション付加を一切行わずに、最終熱処理後の製品の歪み量を低減することが可能となる。よって本発明は従来の問題点を一掃した焼入性を保証した構造用鋼の連続鋳造方法として産業の発展に寄与するところは極めて大である。
【図１】
2004017147.tif 000004
【図２】
2004017147.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成14年6月26日(2002.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁攪拌装置を有する連続鋳造機の鋳造模式図である。
【図２】本発明による鋳片横断面凝固組織とデンドライト傾角の模式図である。