TWI622434B - 鑄胚及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種連鑄鑄胚及扁鋼胚之製造方法。此製造方法係先提供熔融合金鋼液，並對此熔融合金鋼液進行連鑄製程，以製造扁鋼胚。於凝固步驟中，熔融合金鋼液係由外表面逐漸凝固至中心部份。當半凝鑄胚之中心固化率大於或等於0.8且小於1.0時，對半凝鑄胚進行壓輥步驟。其中，壓輥步驟係利用壓輥輥輪及固定輥輪進行。所製得鑄胚之兩個三叉點間的區域不具有偏析及縮孔。

Description

鑄胚及其製造方法

本發明係有關一種鑄胚及其製造方法，特別是提供一種可消除鑄胚心部之偏析及縮孔的製造方法。

傳統連鑄製程利用多個輥輪或者多組輥輪組(Segment)對未完全凝固之鑄胚適當壓下，即可製得品質良好的鑄胚，此即所謂的輕壓下(Soft reduction)製程。然而，凝固過程中半凝鑄胚心部之樹枝狀結晶架橋，且熔融鋼液未補充至半凝鑄胚之心部時，或者次枝晶臂之間隙凝固，所製得鑄胚心部將會形成縮孔，或者尺寸更小之微縮孔，而於心部形成結構缺陷。一般縮孔缺陷在鋼胚橫斷面上經過簡易的研磨，或者腐蝕後，肉眼可輕易辨識。微縮孔則是尺寸小於1公釐的細小缺陷，即便鋼胚橫斷面經過研磨與腐蝕也無法以肉眼辨別。傳統輕壓下製程因為壓下量小，主要在於補償鑄胚冷卻與凝固變態的收縮量，對於傳統縮孔缺陷只能達到一定程度的改善，但對尺寸更小且密集的微縮孔則不具改善效果。

當鑄胚欲製造成大尺寸棒鋼或超厚鋼板等鋼材時，由於成品的厚度較大，而降低軋延比，故軋延製程無法癒合前述鑄胚心部之縮孔與微縮孔等缺陷。這些缺陷會降低鋼材心部之疲勞壽命與拉伸強度。甚至，當鋼材應用於低溫環境時，這些缺陷會脆化心部組織，降低鋼材之低溫衝擊韌性，以致於無法滿足鋼材之規格需求而成為高品級大尺寸棒鋼與超厚鋼板的生產技術瓶頸。

為了消除鑄胚心部之縮孔及微縮孔，一般係藉由動態輕壓下(Soft reduction)製程，以多對輥輪或多組輥輪組(Segment)輕壓半凝鑄胚，消除鑄胚心部之縮孔及微縮孔。其中，動態輕壓下系統具有多對輥輪或多組輥輪組，彼此間之距離(即成對之壓輥輥輪的間距)可動態調整，以滿足不同鋼種與澆速的動態輕壓下需求。在輕壓半凝鑄胚時，動態輕壓下系統係藉由多對壓輥輥輪或多組輥輪組對鑄胚施以較微小之壓下力補償鋼胚冷卻收縮與鋼液凝固收縮量，避免樹枝晶架橋後產生疏鬆組織，同時也避免心部凝固收縮後將前端高濃度鋼液吸入，而凝固形成偏析組織。然而，動態輕壓下系統設備成本與維護成本都比較高，同時需要較佳的使用技術才能獲致改善效果。

另一種方法係在連鑄製程中，進行凸肚(bulge)控制，再搭配動態輕壓下製程擠壓未完全固化之鑄胚，以消除鑄胚心部大部分之縮孔，但此方法無法改善微縮孔。此外，於連鑄製程中，又一種方法係利用動態輕壓下系統進行凸肚(bulge)控制，並於凝固末端對鑄胚大壓下量，以消除 鑄胚心部縮孔與微縮孔。然而，此方法鑄機需具備動態輕壓下系統才能進行凸肚控制，而且壓下之負荷極大，一般鑄機需要進行改造。

有鑑於此，亟須提供一種鑄胚及其製造方法，以改進習知鑄胚及其製造方法之缺陷。

因此，本發明之一態樣是在提供一種鑄胚之製造方法，其係藉由對半凝鑄胚進行壓輥步驟，以消除所製得鑄胚心部之偏析及縮孔，而提高鑄胚之心部緻密度。

本發明之另一態樣是在提供一種鑄胚，其係利用前述之方法所製得。

根據本發明之一態樣，提出一種鑄胚之製造方法。此製造方法係先提供合金鋼液，並對此合金鋼液進行連鑄製程。其中，連鑄製程係先對合金鋼液進行凝固步驟，以形成半凝鑄胚。當半凝鑄胚之中心固化率大於或等於0.8且小於1.0時，對半凝鑄胚進行壓輥步驟，以製得鑄胚。壓輥步驟係利用壓輥輥輪及固定輥輪進行。前述之連鑄製程排除進行凸肚(bulge)步驟，且壓輥步驟排除利用動態輕壓下(Soft reduction)系統進行。

依據本發明之一實施例，前述壓輥輥輪之擠壓距離為4公釐至20公釐。

依據本發明之另一實施例，前述之壓輥輥輪為上輥輪，且固定輥輪為下輥輪。

依據本發明之又一實施例，前述之壓輥輥輪為凸型輥或平輥，且固定輥輪為平輥。

依據本發明之再一實施例，前述凸型輥之壓輥表面的寬度大於鑄胚之兩個三叉點的間距。

依據本發明之又另一實施例，前述之寬度與間距的差值係大於0公釐且小於或等於200公釐。

根據本發明之另一態樣，提出一種鑄胚。此鑄胚係利用前述之方法所製造，且鑄胚之兩個三叉點間的區域不具有偏析及縮孔。

應用本發明鑄胚及其製造方法，其藉由一對輥輪進行壓輥步驟，並利用其中之壓輥輥輪重壓半凝鑄胚，以擠出半凝鑄胚心部中之熔融鋼液，並且擠壓幾乎完全接觸的上凝殼與下凝殼使縮孔與微縮孔完全癒合，產出心部無偏析、縮孔與微縮孔缺陷的鋼胚，進而提升鋼板心部之低溫衝擊韌性。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供合金鋼液之步驟

120‧‧‧連鑄製程

121‧‧‧進行凝固步驟之步驟

123‧‧‧進行壓輥步驟之步驟

130‧‧‧製得鑄胚之步驟

200‧‧‧壓輥裝置

210‧‧‧壓輥輥輪

211‧‧‧壓輥表面

220‧‧‧固定輥輪

230‧‧‧鑄胚

230a‧‧‧方向

231‧‧‧三叉點

233‧‧‧半凝鑄胚

W‧‧‧寬度

D‧‧‧間距

α₁/α₂/α₃/α₄‧‧‧夾角

為了對本發明之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下：

〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施例之鑄胚之製造方法的流程圖。

〔圖2A〕係繪示依照本發明之一實施例進行壓輥步驟時，壓輥裝置之立體示意圖。

〔圖2B〕係繪示依照本發明之一實施例沿著壓輥輥輪之軸心剖切之剖面示意圖。

〔圖3A〕及〔圖3B〕分別係顯示依照本發明之一實施例及一比較例之鑄胚試片之放射線檢測影像。

〔圖4A〕及〔圖4B〕分別係顯示依照本發明之一實施例及一比較例之鑄胚試片之蝕印組織影像。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施例之鑄胚之製造方法的流程圖。方法100係先提供合金鋼液，如步驟110所示。然後，對合金鋼液進行連鑄製程120。於連鑄製程120中，先對合金鋼液進行凝固步驟，以形成半凝鑄胚，如步驟121所示。其中，半凝鑄胚係指表面已凝固形成凝殼，惟半凝鑄胚心部之合金鋼液仍為熔融態，尚未凝固。

隨著連鑄製程之輥輪輸送，以及半凝鑄胚之溫度降低，當半凝鑄胚之中心固化率(central solid fraction)大於或等於0.8且小於1.0時，對半凝鑄胚進行壓輥步驟，即可製得本發明之鑄胚，如步驟123及步驟130所示。在一實 施例中，壓輥步驟較佳可於中心固化率為0.8至0.95時進行，且更佳可於中心固化率為0.8至0.9時進行。

在一實施例中，上述壓輥步驟係利用一對輥輪進行，且此對輥輪包含壓輥輥輪及固定輥輪。其中，壓輥輥輪可為凸型輥或平輥，且固定輥輪為平輥。再者，壓輥輥輪係可上下移動的，惟固定輥輪係固定不動的。換言之，當壓輥步驟進行時，半凝鑄胚係被壓輥輥輪擠壓。在一實施例中，壓輥輥輪可為半凝鑄胚上之輥輪(亦即壓輥輥輪為上輥輪，且固定輥輪為下輥輪)，故壓輥輥輪係以朝下之方式壓輥半凝鑄胚之上凝殼。在一些實施例中，壓輥輥輪較佳係設置於半凝鑄胚之上方，並以朝下之方式壓輥上凝殼，使上凝殼可與下凝殼更緊密結合。在一些實施例中，壓輥輥輪之擠壓距離(依據壓輥輥輪與半凝鑄胚之相對關係，此擠壓距離係指壓輥輥輪之壓下距離)可為4公釐至20公釐。在一些實施例中，壓輥輥輪之擠壓距離較佳可為4公釐至12公釐，且更佳可為6公釐至10公釐。

於本發明中，若半凝鑄胚上之輥輪(即上輥輪)與半凝鑄胚下之輥輪(即下輥輪)同時擠壓半凝鑄胚時，雖然半凝鑄胚之上凝殼與下凝殼易於接觸結合，但上凝殼與下凝殼之凝固界面易產生過大之應變，而導致內裂。若前述之上輥輪為固定輥輪，且下輥輪為擠壓輥輪時，受到重力影響，由於鑄機須耗費較大之力量才可抬升擠壓輥輪，並使上凝殼與下凝殼接觸結合。

若壓輥輥輪設置於半凝鑄胚之上，當壓輥步驟進行時，壓下之壓輥輥輪可施力於半凝鑄胚之上凝殼上，而使上凝殼與下凝殼凝固結合，其中半凝鑄胚心部之熔融鋼液係朝連鑄方向之反方向被擠壓出，進而可消除所製得鑄胚之偏析與微縮孔。據此，若前述壓輥輥輪之擠壓距離小於4公釐時，過小之擠壓距離無法提供充足的微縮孔癒合效果，而使後續所製得之鑄胚心部具有微縮孔缺陷。若前述壓輥輥輪之擠壓距離大於20公釐時，半凝鑄胚心部中之熔融鋼液可完全地被擠出並癒合縮孔與微縮孔。當擠壓距離大於20公釐時，造成胚厚過薄，同時造成負載遽增，而使鑄機設備巨型化增加設備成本。

據此，當前述半凝鑄胚之中心固化率小於0.8時，由於心部未完全凝固的厚度會急遽增加，擠壓距離必須跟著提升才可使上凝殼與下凝殼接觸結合。同時過大之擠壓距離易造成凝固界面產生過大的應變，而容易引發內裂，或導致偏析惡化。若半凝鑄胚之中心固化率不小於1.0時，半凝鑄胚心部之熔融鋼液近乎凝固狀態，偏析已無法改善，而使得壓輥輥輪須施加更大之擠壓力，方可癒合縮孔與微縮孔缺陷。然而，更大之擠壓力則需要更大型之鑄機設備才可實施，而大幅提升鑄機之設備成本。

依據前述之說明可知，本發明鑄胚之製造方法於特定之中心固化率時，藉由壓輥輥輪重壓半凝鑄胚之凝殼，以擠壓出半凝鑄胚心部之熔融鋼液，而凝固結合上凝殼 及下凝殼。據此，本發明之半凝鑄胚不須凸肚控制，故本發明之連鑄製程排除進行凸肚步驟。

請同時參照圖2A及圖2B，其中圖2A係繪示依照本發明之一實施例進行壓輥步驟時，壓輥裝置之立體示意圖，且圖2B係繪示依照本發明之一實施例沿著壓輥輥輪之軸心剖切之剖面示意圖。於圖2A中，方向230a為鑄胚230之連鑄方向。壓輥裝置200可包含壓輥輥輪210及固定輥輪220，其中壓輥輥輪210為凸型輥，且固定輥輪220為平輥。壓輥輥輪210具有凸起之壓輥表面211，壓輥表面211之寬度W係大於鑄胚之兩個三叉點231之間距D。此處所述之「三叉點」係指以垂直方向230a之方式剖切鑄胚230，鑄胚230之一窄邊的兩個角落分別描繪一條虛擬線，此兩條虛擬線之交點即為三叉點231。相同地，於鑄胚230之另一窄邊，藉由兩個角落所繪示之虛擬線的交點，亦可獲得另一三叉點231。其中，前述虛擬線與鑄胚230之窄邊的夾角α₁及α₂(或者α₃及α₄)均約45度。三叉點231之形成係合金鋼液於前述之凝固步驟中，寬面與窄面鋼液表面由外至內冷卻所產生之巨觀組織邊界，且其可藉由適當腐蝕方法顯現出來。

一般而言，由於三叉點231係合金鋼液逐漸冷卻所產生之巨觀組織邊界，故鑄胚230之三叉點231的位置係相同於半凝鑄胚233之三叉點的位置。當半凝鑄胚233通過壓輥輥輪210時，壓輥輥輪210之壓下會使得半凝鑄胚233心部之熔融鋼液朝向方向230a之反方向被擠出，而使上凝殼與下凝殼結合，並形成鑄胚230。據此，若前述壓輥表 面211之寬度W小於三叉點231之間距D，由於部分熔融鋼液未被擠壓出，故兩個三叉點231間的區域則存有過多之熔融鋼液，而易產生偏析及/或縮孔。在一實施例中，前述寬度W與間距D之差值係大於0公釐且小於或等於200公釐，較佳可為大於0公釐且小於或等於160公釐，更佳可為20公釐至60公釐。在一實施例中，為了使所製得之鑄胚230的內部具有均一的性質，前述之差值較佳係均分於壓輥輥輪210之兩端。換言之，沿著壓輥輥輪210之軸心方向，壓輥輥輪210之單邊超出三叉點231之距離即為前述差值的一半。

在一具體例中，當半凝鑄胚之胚寬為1880公釐，且壓輥輥輪之壓下量為10公釐時，對於半凝鑄胚心部之壓縮量，平輥之壓輥輥輪與凸型輥之壓輥輥輪兩者對鑄胚心部的擠壓效果是相近的。換言之，平輥之壓輥輥輪與凸型輥之壓輥輥輪對半凝鑄胚均可產生相近之壓縮效果。惟，相較於平輥之壓輥輥輪的壓下力為100%，凸型輥之壓輥輥輪的壓下力僅為88%。據此，當本案之壓輥輥輪使用凸型輥時，壓輥輥輪可更有效地壓輥半凝鑄胚，而降低壓輥步驟之能源成本。其原因在於凸型輥的壓下寬度比平輥小，而且平輥會壓到溫度較低強度較高的窄邊凝殼，因而凸型輥的負載低於平輥之負載。

在一應用例中，本發明之壓輥步驟係藉由一對輥輪進行，並於半凝鑄胚將完全凝固時，利用壓輥輥輪重壓半凝鑄胚之凝殼，以迫使半凝鑄胚心部之熔融鋼液朝連鑄方向之反方向擠出，而可消除鑄胚心部之偏析及縮孔，且可適 用於各種規格之鑄胚。雖然動態輕壓下系統具有多對且彼此間距可調整之輥輪，但本發明之壓輥步驟不須搭配動態輕壓下系統進行，故設備較為簡單，且可大幅降低設備複雜度，又減少壓輥裝置之維護成本。

再者，本發明連鑄製程所形成之半凝鑄胚及鑄胚均為板材形狀之鑄胚，並藉由壓輥輥輪重壓凝殼，以擠壓出半凝鑄胚心部之熔融鋼液，而凝固結合上凝殼及下凝殼。據此，本發明之半凝鑄胚不須形成凸肚結構，故本發明之連鑄製程排除進行凸肚步驟，而使連鑄製程可適用於各種規格之鑄胚，並可大幅降低裝置之維護成本。

以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

鑄胚之製備 實施例

首先，提供合金鋼液，並對合金鋼液進行連鑄製程之凝固步驟，以形成半凝鑄胚。然後，當半凝鑄胚將完全凝固(亦即半凝鑄胚之中心固化率大於或等於0.8且小於1.0)時，對半凝鑄胚進行壓輥步驟，即可製得實施例之鑄胚。所製得之鑄胚分別以下述之評價方式進行檢測，所得之結果如後所述。

比較例

首先，提供與實施例相同之合金鋼液，並對此合金鋼液進行連鑄製程之凝固步驟，以形成半凝鑄胚。對半凝鑄胚進行輕壓下，而製得比較例之鑄胚。所製得之鑄胚分別以下述之評價方式進行檢測，所得之結果如後所述。

評價方式及其結果 放射線檢測

分別於實施例及比較例所製得之鑄胚試片的三叉點間之區域中，取樣實施例及比較例之鑄胚試片。其中，在鑄胚寬度方向，鑄胚試片之尺寸為300公釐，在鑄胚厚度方向，鑄胚試片之尺寸為100公釐，且在鑄胚連鑄方向，鑄胚試片之尺寸為20公釐至40公釐。

然後，以習知之放射線檢測方法觀察實施例之鑄胚試片，其中放射線係沿著鑄胚之連鑄方向照射前述之鑄胚試片。所得之結果分別如圖3A及圖3B所顯示。圖3A係顯示依照本發明之一實施例之鑄胚試片之放射線檢測影像，且圖3B係顯示依照本發明之一比較例之鑄胚試片之放射線檢測影像。

依據圖3A及圖3B所顯示之放射線檢測影像可知，本發明實施例之鑄胚試片的心部不具有縮孔，惟比較例之鑄胚試片的心部具有明顯之縮孔。

蝕印檢測

以相同於前述放射線檢測之取樣方法及取樣尺寸，對實施例及比較例所製得之鑄胚進行取樣，以分別獲得實施例及比較例之鑄胚試片。

然後，分別以習知之蝕印檢測方法腐蝕實施例及比較例之鑄胚試片，並獲得實施例及比較例之蝕印影像，所得之結果如圖4A及圖4B所顯示。圖4A係顯示依照本發明之一實施例之鑄胚試片之蝕印組織影像，圖4B係顯示依照本發明之一比較例之鑄胚試片之蝕印組織影像。

依據圖4A及圖4B所顯示之蝕印組織影像可知，實施例之鑄胚試片的心部不具有偏析，惟比較例之鑄胚試片的心部則具有明顯之偏析。

依據前述之說明及評價結果可知，本發明鑄胚之製造方法係藉由一對輥輪對半凝鑄胚進行壓輥步驟，而可製得鑄胚。其中，本發明藉由壓輥輥輪對半凝鑄胚重壓下，以擠壓出半凝鑄胚心部之熔融鋼液，而可有效消除鑄胚心部(即三叉點間之區域)的偏析與縮孔，並凝固結合上凝殼及下凝殼，進而可滿足超厚板鋼材及大尺寸鋼棒的規格需求。

其次，本發明之製造方法不須進行凸肚步驟，且不須利用動態輕壓下系統進行凸肚控制，而可滿足各種規格之鑄胚的製程需求，並大幅降低連鑄裝置之維護成本。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動 與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (7)

1. 一種鑄胚之製造方法，包含：提供一合金鋼液；以及對該合金鋼液進行一連鑄製程，其中該連鑄製程包含：對該合金鋼液進行一凝固步驟，以形成一半凝鑄胚；以及當該半凝鑄胚之一中心固化率為大於或等於0.8且小於1.0時，對該半凝鑄胚進行一壓輥步驟，以製得該鑄胚，其中該壓輥步驟係利用一對輥輪進行，且該對輥輪係由一壓輥輥輪及一固定輥輪所組成，且其中，該連鑄製程排除進行一凸肚(bulge)步驟，當該中心固化率小於0.8時，該連鑄製程排除進行該壓輥步驟，且該壓輥步驟排除利用一動態輕壓下(Soft reduction)系統進行。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鑄胚之製造方法，其中該壓輥輥輪之一擠壓距離為4公釐至20公釐。
3. 如申請專利範圍第1項所述之鑄胚之製造方法，其中該壓輥輥輪為一上輥輪，且該固定輥輪為一下輥輪。
4. 如申請專利範圍第1項所述之鑄胚之製造方法，其中該壓輥輥輪為一凸型輥或一平輥，且該固定輥輪為一平輥。
5. 如申請專利範圍第4項所述之鑄胚之製造方法，其中該凸型輥之一壓輥表面之一寬度大於該鑄胚之三叉點之一間距。
6. 如申請專利範圍第5項所述之鑄胚之製造方法，其中該寬度與該間距之一差值係大於0公釐且小於或等於200公釐。
7. 一種鑄胚，利用如申請專利範圍第1至6項中之任一項所述之方法所製造，其中該鑄胚之三叉點間之一區域不具有一偏析及一縮孔。