(57)【要約】【課題】鋼塊中において、その長手方向において希土類金属の分布の均一性を確保することで、高い製品歩留を達成することが可能な鋼塊への希土類金属の添加方法を提供する。【解決手段】本発明に係る鋼塊への希土類金属の添加方法は、造塊鋳型２内において溶鋼Ｓと希土類金属Ｍとを溶鋼Ｓの凝固後まで隔離可能な隔離管７を形成する工程と、希土類金属Ｍを充填した隔離管７を、造塊鋳型２内において、造塊鋳型２により造塊される鋼塊の長手方向と隔離管７の長手方向とを一致させて配置する工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内において溶鋼と希土類金属とを前記溶鋼の凝固後まで隔離可能な隔離管を形成する工程と、
前記希土類金属を充填した前記隔離管を、前記鋳型内において、前記鋳型により造塊される鋼塊の長手方向と前記隔離管の長手方向とを一致させて配置する工程とを備えることを特徴とする鋼塊への希土類金属の添加方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼塊へ希土類金属を添加する方法に関するものであり、特に、鋼塊内の長手方向における希土類金属の分布の均一性を確保することで、高い製品歩留を達成することが可能な鋼塊への希土類金属の添加方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鋳型による鋼塊の造塊においては、造塊される鋼塊の機械的性質を向上させるため、鋳型内の溶鋼に希土類金属の添加が行われている。
従来の鋳型内の溶鋼に希土類金属を添加する方法として、例えば図２に示す下注鋳型内溶鋼に希土類金属を添加する方法が知られている（特許文献１参照）。
図２に示す下注鋳型内溶鋼に希土類金属を添加する方法は、希土類金属２０を、下注鋳型２１全高の２０〜９０％に充填した０．５〜２．０ｍｍ厚金属製パイプ２２を単数個又は複数個、上記それぞれの鋳型２１内で垂直に固定し、これら鋳型２１内を不活性雰囲気とすると共に、あらかじめ硫黄分を０．０１０％以下に調整した溶鋼２３を下注用注入管２４より注入し、鋳型２１内湯面の上昇につれてパイプ２２を順次溶解せしめる構成を採用している。
【０００３】
そして、特許文献１に係る下注鋳型内溶鋼に希土類金属を添加する方法によれば、鋳型２１内の湯面の上昇につれて順次パイプ２２が溶解することにより、溶鋼中における希土類金属２０の均一性及び歩留を向上することを可能としている。
【特許文献１】特開昭５０−１６６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、一般的に、希土類金属の比重は溶鋼の比重に対して重いため、希土類金属を溶鋼に添加した場合、希土類金属は溶鋼中の下方に沈み込むこととなる。
したがって、特許文献１に係る下注鋳型内溶鋼に希土類金属を添加する方法においては、鋳型内湯面の上昇によりパイプの溶解が開始すると、パイプ内の希土類金属は溶鋼の下方に沈み込むこととなり、製造された鋼材中において希土類金属が下方に偏在してしまい、製品歩留が悪くなるという問題がある。
本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、鋼塊中において、その長手方向において希土類金属の分布の均一性を確保することで、高い製品歩留を達成することが可能な鋼塊への希土類金属の添加方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のうち請求項１に係る鋼塊への希土類金属の添加方法は、鋳型内において溶鋼と希土類金属とを前記溶鋼の凝固後まで隔離可能な隔離管を形成する工程と、
前記希土類金属を充填した前記隔離管を、前記鋳型内において、前記鋳型により造塊される鋼塊の長手方向と前記隔離管の長手方向とを一致させて配置する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本願請求項１に係る鋼塊への希土類金属の添加方法によれば、鋳型内において溶鋼と希土類金属とを前記溶鋼の凝固後まで隔離可能な隔離管を形成する工程と、前記希土類金属を充填した前記隔離管を、前記鋳型内において、前記鋳型により造塊される鋼塊の長手方向と前記隔離管の長手方向とを一致させて配置する工程とを備える構成により、鋼塊内の長手方向における希土類金属の分布の均一性を確保することができ、高い製品歩留を達成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態に係る鋼塊への希土類金属の添加方法を図面を参照して説明する。
本発明に係る鋼塊への希土類金属の添加方法は、ビレット、線材等へと圧延される鋼塊の造塊において用いられるものであり、本実施形態においては、本発明に係る鋼塊への希土類金属の添加方法を溶接ワイヤの製造に適用する場合を例にして説明する。
【０００８】
ここで、溶接ワイヤは溶接時において再度溶解させるものであるため、溶接ワイヤ中においては、その長手方向における希土類金属の分布の均一性が確保されていればよく、必ずしも溶接ワイヤ中の全体における希土類金属の分布の均一性を確保する必要はないため、本発明に係る鋼塊への希土類金属の添加方法の適用に特に適している。
図１は溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置の断面図である。
溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置１は、溶鋼Ｓが注湯される造塊鋳型２を備えてなり、造塊鋳型２は、図１に示すように、型部３と、型部３の下方に備えられ、型部３内に連通する注湯路４と、注湯路４の端部に形成された注湯口５とを有している。
【０００９】
次に、溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置１を用いた、溶接用ワイヤの製造方法について説明する。
溶接ワイヤの製造においては、まず、溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置１を用いて、溶接ワイヤ用鋼塊を造塊する。
かかる溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置１を用いた溶接ワイヤ用鋼塊の造塊においては、まず、造塊鋳型２の型部３の内部に配置される隔離管７を形成する。
隔離管７は、希土類金属Ｍを充填する有底パイプ状に形成されたパイプ部材８と、パイプ部材８の上端に固定される蓋部９とを備えて形成される。なお、パイプ部材８及び蓋部９は鋼製であれば問題ないが、中でも高融点のものにより形成することが好ましい。
【００１０】
そして、隔離管７は、型部３内において溶鋼Ｓと希土類金属Ｍとを溶鋼Ｓの凝固後まで隔離可能となるように形成され、隔離管７の内径Ｄiは以下の通り決定される。
まず、鋳型底面１１の面積Ｓ１と、溶鋼Ｓの湯面１２の面積Ｓ２とから、型部３の水平方向断面の平均面積Ｓを下記式（１）により算出する。
Ｓ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／２    ・・・（１）
ここで、目標とする鋼塊中における希土類金属の含有率を、目標希土類金属含有率Ｘ（質量分率）とすると、下記式（２）が成立する。
Ｘ＝（ρREM・Ｄi2・π／４）／（ρFe・Ｓ）    ・・・（２）
ただし、希土類金属の密度をρREM（ｇ／ｃｍ3）、希土類金属の密度をρFe（ｇ／ｃｍ3）とする。
そして、目標希土類金属含有率Ｘを予め実験的に求め、隔離管７の内径Ｄiを下記式（３）により算出する。
【００１１】
【数１】
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【００１２】
また、隔離管７の外径は、溶鋼Ｓの凝固時間と、溶鋼Ｓの隔離管７への熱伝達とを考慮して、溶鋼Ｓが凝固する前に隔離管７が溶解しきらない程度の厚さとなるように設定される。
さらに、隔離管７の長手方向（図１における上下方向）長さは、隔離管７の型部３内への配置時において、隔離管７の上端が溶鋼Ｓの湯面１２の上部に突き出さないように、隔離管７の上端が湯面１２と同一の高さ、好ましくは隔離管７の上端が湯面１２よりも若干低くなる高さとなるように決定される。
【００１３】
次に、上記方法により形成された隔離管７について、パイプ部材８に希土類金属Ｍを充填し、パイプ部材８の上端に蓋部９を固定する。ここで、蓋部９を固定するのは、希土類金属Ｍは空気中で高温にさらされると容易に酸化してしまうため、空気を遮断するためである。なお、希土類金属Ｍとしては、通常、ミッシュメタル（Ｃｅ：Ｌａ：Ｎｄ＝５：３：２（質量比））を使用する。
【００１４】
そして、希土類金属Ｍが充填された隔離管７を型部３内に配置する。この場合、隔離管７は、型部３内において、型部３により造塊される鋼塊の長手方向と隔離管７の長手方向とが一致するように、隔離管７を立てた状態で鋳型底面１１に配置される。ここで、鋳型底面１１上における隔離管７の配置は任意に決定することが可能であるが、隔離管７の溶解を防止するために、型部３の側壁側に寄せて配置するのが好ましい。
【００１５】
次に、隔離管７を型部３内に配置後、注湯口５より溶鋼Ｓの注湯を開始し、溶鋼Ｓを注湯路４を介して型部３内に注湯していく。
そして、型部３内へ溶鋼Ｓが注湯されていくにしたがい、隔離管７の外面が溶鋼Ｓの熱により除々に溶解していくこととなる。この場合において、隔離管７は型部３内に注湯された溶鋼Ｓが凝固する前に溶解しきらない程度の厚さに形成されているため、溶鋼Ｓが凝固して溶接ワイヤ用鋼塊が形成された後においても、隔離管７は、溶接ワイヤ用鋼塊中において、希土類金属Ｍが充填されたままの状態において残存することとなる。これにより、溶接ワイヤ用鋼塊中の長手方向における希土類金属Ｍの分布の均一性を確保することができ、高い製品歩留を達成することが可能となる。
【００１６】
さらに、溶接用ワイヤ（図示せず）は、溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置１により造塊された溶接ワイヤ用鋼塊を圧延することにより形成される。この場合において、溶接ワイヤ用鋼塊を圧延して形成された溶接ワイヤ中においても、希土類金属Ｍが長手方向において均一に残存しているため、溶接ワイヤとしても高い製品歩留を達成することが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態においては、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、本発明の実施形態においては、溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置１の造塊鋳型２は下注鋳型に構成されているが、上注鋳型に構成しても構わない。
【実施例】
【００１７】
次に、本発明例に係る溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置１により鋼塊を造塊し、かかる鋼塊を用いて溶接用ワイヤを製造した場合と、鋳型内において、溶鋼Ｓが凝固する前に溶解する希土類金属Ｍを充填した袋を吊り下げる方法を適用した比較例に係る溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置により鋼塊を造塊し、かかる鋼塊を用いて溶接用ワイヤを製造した場合とを比較してその効果を説明する。
【００１８】
なお、本実施例における溶接用ワイヤの製造過程は、各溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置により鋼塊を３０ｔ造塊し、かかる鋼塊を均熱炉に入炉して鋼片とする。そして、均熱炉より出炉した鋼片について、ブレークダウン圧延を行い１７５角ビレットに圧延する。さらに、圧延された１７５角ビレットについて、線材圧延を行い線棒に圧延する工程により溶接ワイヤを製造した。
【００１９】
また、本実施例における溶接用ワイヤは、Ｃ：０．０５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．５ｍａｓｓ％、ＲＥＭ（希土類元素）：０．０３±０．００５ｍａｓｓ％に設定されている。
その結果、比較例に係る溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置を用いて溶接ワイヤを製造した場合の製品歩留が最大７０パーセントであるのに対し、溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置１を用いて溶接用ワイヤを製造した場合の製品歩留は９５％以上を達成することが可能となった。
【００２０】
これは、比較例に係る溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置により鋼塊を造塊する場合、希土類金属の比重は溶鋼Ｓの比重に対して重いため、溶鋼Ｓが凝固する前に希土類金属Ｍが溶鋼Ｓ中の下方に沈み込むこととなり、造塊された鋼塊中の長手方向において希土類金属Ｍの濃度差が生じることとなる。そして、長手方向において濃度差がある鋼塊についてブレークアウト圧延又は線材圧延を行うと、鋼塊中の希土類金属Ｍの濃度の高い部分においてひび割れが生じることとなり、製品歩留が悪化することとなる。また、鋼塊中における長手方向の希土類金属Ｍの濃度差が大きい場合には、かかる鋼塊を圧延して製造される溶接用ワイヤの品質にばらつきが生じることとなり、結果として製品歩留が悪化することとなるためである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置の断面図である。
【図２】特許文献１に係る下注鋳型内溶鋼に希土類金属を添加する方法の説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  溶接ワイヤ用鋼塊鋳造装置
２  造塊鋳型
３  型部
４  注湯路
５  注湯口
７  隔離管
８  パイプ部材
９  蓋部
Ｓ  溶鋼
Ｍ  希土類金属
１１  鋳型底面
１２  湯面
２０  希土類金属
２１  下注鋳型
２２  金属製パイプ
２３  溶鋼
２４  下注用注入管
【図１】
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【図２】
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