JP2014193488A - 鍛鋼ロール製造用のインゴットの鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】造塊法でインゴットを鋳造する際、Ra/Ra0<1を、インゴットの表面からインゴットの中心付近まで満たすように、前記鋳造に用いる溶鋼に10質量ppm以上かつ100質量ppm以下のBiを添加する、鍛鋼ロール製造用のインゴットの鋳造方法。Ra/Ra0=(d/d0)3であり、dは、Biを含有するインゴットのデンドライト一次アーム間隔(μm)であり、d0は、Bi含有無しのインゴットのゴースト偏析発生臨界点におけるデンドライト一次アーム間隔(μm)である。
【選択図】図3
Description
Ra/Ra0<1 …(1A)
ここで、Ra/Ra0=(d/d0)3、
d:Biを含有するインゴットのデンドライト一次アーム間隔(μm)、
d0:Bi含有無しのインゴットのゴースト偏析発生臨界点におけるデンドライト一次アーム間隔(μm)、
Ra:Biを含有するインゴットのレイリー数(Rayleigh数)(−)、
Ra0:Bi含有無しのインゴットのゴースト偏析発生臨界点におけるレイリー数(Rayleigh数)(−)。
Ra/Ra0<1 …(1A)
ここで、Ra/Ra0=(d/d0)3、
d:Biを含有するインゴットのデンドライト一次アーム間隔(μm)、
d0:Bi含有無しのインゴットのゴースト偏析発生臨界点におけるデンドライト一次アーム間隔(μm)、
Ra:Biを含有するインゴットのレイリー数(Rayleigh数)(−)、
Ra0:Bi含有無しのインゴットのゴースト偏析発生臨界点におけるレイリー数(Rayleigh数)(−)。
C:0.3%以上
Cは、インゴットの焼き入れ性向上、および鍛鋼ロールの強度向上の目的で含有させる元素であり、0.3%以上を含有させることが好ましい。
Siは、インゴットの脱酸または焼き入れ性向上の目的で含有させる元素であり、0.2%以上を含有させることが好ましい。
Pは、一般に不純物として鋼中に混入する元素であり、通常0.01%以上含有する。
C、SiおよびPは軽元素であるため、C含有率が0.3%以上である高炭素系の炭素鋼においてSiを0.2%以上、Pを0.01%以上含有する場合、ゴースト偏析が生じやすい。しかし、後述するように、溶鋼にBiを添加して、Bi含有率を10ppm以上とすることにより、ゴースト偏析の発生を抑制することができる。Bi含有率が100ppmを超えると、微量とはいえインゴットの熱間加工での脆化が問題となるため、Bi含有率は100ppm以下とする。
本発明者らは、溶鋼にBiを添加して、鋳造したインゴットにBiを微量(10ppm以上)に含有させることにより、デンドライト組織を微細化し、ゴースト偏析の発生を抑制することが可能であることを、以下の一方向凝固試験により見出した。
直径が15mm、高さが50mmの円柱形で、Bi含有率が11ppm、24ppmおよび33ppmであるインゴットとBiを含有しないインゴットについて試験を行った。冷却速度は、実用鋳塊の冷却速度に合わせて10〜15℃/minとした。
図2は、Bi含有率とデンドライト一次アーム間隔との関係を示す図である。同図では、デンドライト一次アーム間隔(d)を、Bi含有無しのインゴットのデンドライト一次アーム間隔(dB)に対する比(d/dB)として縦軸に表示した。同図から、Bi含有率が高いほどデンドライト一次アーム間隔が狭くなることがわかる。すなわち、Bi含有率が高いほど、炭素鋼のデンドライト一次アーム間隔が狭くなり、デンドライト組織が微細となることがわかる。これは、Biが炭素鋼の固液界面の界面エネルギーを下げる効果を有する元素であり、その含有量が微量でもデンドライト一次アーム間隔の微細化に効果を示すことによるものと考えられる。Bi含有率は、後述の実施例に示すように、10ppm以上であればゴースト偏析の発生の抑制に効果がある。
本発明者らは、ゴースト偏析発生の尺度として、Ra数を用いることに着目した。Ra数は、温度場での対流流動無次元数であり、Pr数(Prandtl数;プラントル数)とGr数(Grashof数;グラスホフ数)の積であり、下記(1)式で表される。
Ra=Pr・Gr=gβ(Ts−T∞)L3/να …(1)
ここで、g[m/s2]:重力加速度、β[1/K]:体膨張係数、Ts[K]:物体表面温度、T∞[K]:流体の温度、ν[m2/s]:動粘性係数、α[m2/s]:熱拡散率、L[m]:代表長さである。
鋳型に溶鋼を流し込む普通造塊法による直径1100mmのインゴットの鋳造試験を予備試験として行った。対象鋼種は、0.9%C−0.6%Mn−0.02%P−4%Cr−0.6%Mo(Bi含有無し)の高炭素鋼とした。この鋼種の液相線温度は1460℃であり、固相線温度は1280℃である。鋳造条件は、溶鋼規模15t、鋳片長4m、鋳込み時溶鋼過熱度30〜60℃とした。
数値計算シミュレーションの評価条件は以下の通り設定した。対象鋼種は、上記予備試験と同様の0.9%C−0.6%Mn−0.02%P−4%Cr−0.6%Moとし、Bi含有率は0ppm(Bi含有無し)、10ppmおよび35ppmとした。対象インゴットの直径も予備試験と同様の1100mmとした。
d=1620V−0.2G−0.4 …(2)
Ra/Ra0=(d/d0)3 …(3)
ここで、Ra/Ra0は、各Bi含有率のRa数(Ra)の基準となるRa数(上記予備試験で求めたRa0)に対する比であり、d/d0は、Biを含有するインゴットのデンドライト一次アーム間隔dと、Bi含有無しのインゴットのゴースト偏析発生臨界点におけるデンドライト一次アーム間隔d0の比である。
Claims (1)
- 鍛鋼ロール製造用のインゴットの鋳造方法であって、
造塊法でインゴットを鋳造する際、下記(1A)式を、インゴットの表面からインゴットの中心付近まで満たすように、前記鋳造に用いる溶鋼に10質量ppm以上かつ100質量ppm以下のBiを添加することを特徴とする、鍛鋼ロール製造用のインゴットの鋳造方法。
Ra/Ra0<1 …(1A)
ここで、Ra/Ra0=(d/d0)3、
d:Biを含有するインゴットのデンドライト一次アーム間隔(μm)、
d0:Bi含有無しのインゴットのゴースト偏析発生臨界点におけるデンドライト一次アーム間隔(μm)、
Ra:Biを含有するインゴットのレイリー数(Rayleigh数)(−)、
Ra0:Bi含有無しのインゴットのゴースト偏析発生臨界点におけるレイリー数(Rayleigh数)(−)。
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JP2017078208A (ja) * | 2015-10-21 | 2017-04-27 | Jfeスチール株式会社 | 鋼材の製造方法および鋼材用熱処理設備 |
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-
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JPN6015007086; 水上英夫、他2名: 'ステンレス鋼塊の初期凝固組織に及ぼす界面活性元素の影響' 鉄と鋼 Vol.75 No.8, 198908, Page.72-79 * |
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