連續(xù)鑄造用鑄型以及鋼的連續(xù)鑄造方法
【專利說明】
[0001 ] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)人于2014年12月25日提出的申請(qǐng)?zhí)枮?01380034001.1、發(fā)明名稱為 連續(xù)鑄造用鑄型以及鋼的連續(xù)鑄造方法的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及防止因在鑄型內(nèi)的凝固殼的不均勻冷卻而引起的鑄片表面裂紋從而 能夠?qū)︿撘哼M(jìn)行連續(xù)鑄造的連續(xù)鑄造用鑄型，以及使用了該鑄型的鋼的連續(xù)鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 在鋼的連續(xù)鑄造中，注入鑄型內(nèi)的鋼液由水冷式鑄型冷卻，在與鑄型之間的接觸 面處，鋼液凝固而生成凝固層(稱為"凝固殼"）。以該凝固殼作為外殼、且內(nèi)部為未凝固層的 鑄片一邊由設(shè)置在鑄型下游側(cè)的水噴射器或氣水噴射器冷卻一邊被朝鑄型下方連續(xù)地拉 拔。鑄片借助利用水噴射器或氣水噴射器進(jìn)行的冷卻而凝固至中心部，然后由氣體切斷機(jī) 等切斷，從而制造出規(guī)定長度的鑄片。
[0004] 若在鑄型內(nèi)的冷卻變得不均勻，則凝固殼的厚度在鑄片的鑄造方向以及鑄片寬度 方向變得不均勻。在凝固殼作用有因凝固殼的收縮或變形而引起的應(yīng)力。在凝固初期，該應(yīng) 力集中于凝固殼的薄壁部，因該應(yīng)力而在凝固殼的表面產(chǎn)生裂紋。該裂紋會(huì)因此后的熱應(yīng) 力或由連續(xù)鑄造機(jī)的輥產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力以及矯正應(yīng)力等外力擴(kuò)大而成為大的表面裂紋。
[0005] 存在于鑄片的表面裂紋在下一工序的壓延工序中成為鋼制品的表面缺陷。因而， 為了防止鋼制品的表面缺陷的產(chǎn)生，需要對(duì)鑄片表面進(jìn)行火焰表面清理或者研磨從而在鑄 片階段除去其表面裂紋。
[0006] 鑄型內(nèi)的不均勻凝固尤其是在含碳量為0.08~0.17質(zhì)量％的鋼中容易產(chǎn)生。在含 碳量為〇 . 〇 8~0.17質(zhì)量％的鋼中，在凝固時(shí)產(chǎn)生包晶反應(yīng)。認(rèn)為鑄型內(nèi)的不均勻凝固的起 因是因體積收縮而產(chǎn)生的變態(tài)應(yīng)力，該體積收縮是因該包晶反應(yīng)而產(chǎn)生的從S鐵(鐵素體） 朝Y鐵(奧氏體)變態(tài)時(shí)的體積收縮。即，由于因該變態(tài)應(yīng)力引起的變形而凝固殼變形，由于 該變形，凝固殼從鑄型內(nèi)壁面離開。對(duì)于從鑄型內(nèi)壁面離開后的部位，由鑄型產(chǎn)生的冷卻降 低，該從鑄型內(nèi)壁面離開的部位(將該從鑄型內(nèi)壁面離開的部位稱為"縮陷(depression)"） 的凝固殼厚度變薄。認(rèn)為通過凝固殼厚度變薄而上述應(yīng)力集中于該部分，從而產(chǎn)生表面裂 紋。
[0007] 尤其是在增加鑄片拉拔速度的情況下，不僅從凝固殼朝向鑄型冷卻水的平均熱流 通量增加(凝固殼被急速冷卻），而且熱流通量的分布不規(guī)則且變得不均勻，因此鑄片表面 裂紋的產(chǎn)生存在增加傾向。具體而言，在鑄片厚度為200mm以上的扁坯(slab)連續(xù)鑄造中， 若鑄片拉拔速度變?yōu)?.5m/min以上則變得容易產(chǎn)生表面裂紋。
[0008] 以往，以防止伴隨著上述包晶反應(yīng)的鋼種（稱為"中碳鋼"）的鑄片表面裂紋為目 的，嘗試使用容易結(jié)晶化的組分的保護(hù)渣(mold powder)(例如參照專利文獻(xiàn)1)。這是基于 如下情況:在容易結(jié)晶化的組分的保護(hù)渣中，保護(hù)渣層的熱阻增大，凝固殼被緩慢冷卻。這 是因?yàn)?通過緩慢冷卻，作用于凝固殼的應(yīng)力降低，表面裂紋變少。但是，僅靠由保護(hù)渣產(chǎn)生 的緩慢冷卻效果無法得到充分的不均勻凝固的改善，在變態(tài)量大的鋼種中無法防止裂紋的 產(chǎn)生。
[0009] 因此，為了防止鑄片的表面裂紋，提出有多種使連續(xù)鑄造用鑄型自身緩慢冷卻化 的方法。例如，在專利文獻(xiàn)2或?qū)＠墨I(xiàn)3中提出有如下的方法:為了防止表面裂紋，對(duì)鑄型 內(nèi)表面實(shí)施凹陷加工(槽或圓孔），通過形成氣隙(air gap)來實(shí)現(xiàn)緩慢冷卻。但是，在該方 法中，存在如下的問題：當(dāng)槽的寬度大的情況下，保護(hù)渣流入槽的內(nèi)未無法形成氣隙，難以 得到緩慢冷卻的效果。
[0010] 并且，還提出有如下的方法:使保護(hù)渣流入設(shè)置于鑄型內(nèi)壁面的凹部（縱槽、格子 槽、圓孔），賦予規(guī)則的熱傳遞分布從而減少不均勻凝固量(例如參照專利文獻(xiàn)4以及專利文 獻(xiàn)5)。但是，在該方法中，存在如下的問題：當(dāng)保護(hù)渣朝凹部的流入不充分的情況下，鋼液侵 入凹部從而產(chǎn)生約束性導(dǎo)通(breakout)，或者，填充于凹部的保護(hù)渣在鑄造中剝離，鋼液侵 入該部位而產(chǎn)生約束性導(dǎo)通。
[0011]并且，還提出有如下的方法:減小使鑄型內(nèi)壁面形成氣隙時(shí)設(shè)置于鑄型內(nèi)壁面的 噴砂面或凹陷加工面的槽寬或圓孔(例如參照專利文獻(xiàn)6以及專利文獻(xiàn)7)。在該方法中，保 護(hù)渣因界面張力作用而不流入噴砂面或凹陷加工面的槽寬或圓孔，氣隙得以保持。但是，存 在如下的問題:因鑄型的磨損而氣隙量自身減少，因此其效果逐漸消失。
[0012]另一方面，還提出有如下的方法：以賦予規(guī)則的熱傳遞分布從而降低不均勻凝固 為目的，對(duì)鑄型內(nèi)壁面實(shí)施槽加工(縱槽、格子槽），并在該槽中填充低熱傳導(dǎo)材料(例如參 照專利文獻(xiàn)8以及專利文獻(xiàn)9)。在該方法中，存在如下的問題:在縱槽或者格子槽與銅（鑄 型）的邊界面、以及格子部的正交部，作用有因低熱傳導(dǎo)材料與銅之間的熱變形差而產(chǎn)生的 應(yīng)力，從而在鑄型銅板表面產(chǎn)生裂紋。
[0013] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2005 - 297001號(hào)公報(bào) [0014] 專利文獻(xiàn)2:日本特開平6 - 297103號(hào)公報(bào) [0015] 專利文獻(xiàn)3:日本特開平9一206891號(hào)公報(bào) [0016] 專利文獻(xiàn)4:日本特開平9一276994號(hào)公報(bào) [0017] 專利文獻(xiàn)5:日本特開平10 -193041號(hào)公報(bào) [0018] 專利文獻(xiàn)6:日本特開平8 - 257694號(hào)公報(bào) [0019] 專利文獻(xiàn)7:日本特開平10 - 296399號(hào)公報(bào) [0020] 專利文獻(xiàn)8:日本特開平1 一289542號(hào)公報(bào)
[0021] 專利文獻(xiàn)9:日本特開平2 - 6037號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 本發(fā)明就是鑒于上述情形而完成的，其目的在于提供一種連續(xù)鑄造用鑄型，在連 續(xù)鑄造用鑄型的內(nèi)壁面分別獨(dú)立地形成熱傳導(dǎo)率比銅低的多個(gè)部位，由此，不會(huì)產(chǎn)生約束 性導(dǎo)通且不會(huì)引起因鑄型表面的裂紋而導(dǎo)致的鑄型壽命降低，能夠防止因凝固初期的凝固 殼的不均勻冷卻而導(dǎo)致的表面裂紋以及因伴隨著包晶反應(yīng)的、在中碳鋼中從S鐵朝Y鐵的 變態(tài)所引起的凝固殼厚度的不均勻而導(dǎo)致的表面裂紋。并且，提供一種使用了上述連續(xù)鑄 造用鑄型的鋼的連續(xù)鑄造方法。
[0023] 用于解決上述課題的本發(fā)明的主旨如下。
[0024] [1]-種連續(xù)鑄造用鑄型，在水冷式銅鑄型的內(nèi)壁面、且是從相比彎液面靠上方的 任意位置起到相比彎液面靠下方20mm以上的位置為止的內(nèi)壁面的范圍，分別獨(dú)立地具有直 徑為2~20mm或者圓當(dāng)量直徑為2~20mm的多個(gè)低熱傳導(dǎo)金屬填充部，上述低熱傳導(dǎo)金屬填 充部是熱傳導(dǎo)率為銅的熱傳導(dǎo)率的30%以下的金屬填充于設(shè)置在上述內(nèi)壁面的圓形凹槽 或者擬似圓形凹槽的內(nèi)部而形成的，并且，上述低熱傳導(dǎo)金屬填充部處的上述金屬的填充 厚度為上述圓形凹槽或者上述擬似圓形凹槽的深度以下、且相對(duì)于上述低熱傳導(dǎo)金屬填充 部的直徑或者圓當(dāng)量直徑滿足下述(1)式的關(guān)系，
[0025] 〇.5<H<d……(1)
[0026]其中，在（1)式中，H為金屬的填充厚度(mm)，d為低熱傳導(dǎo)金屬填充部的直徑(mm) 或者圓當(dāng)量直徑(mm) 〇
[0027] [2]根據(jù)上述[1]所記載的連續(xù)鑄造用鑄型，其中，在上述水冷式銅鑄型的內(nèi)壁面 形成有厚度為2.0mm以下的鎳合金的金屬鍍層，上述低熱傳導(dǎo)金屬填充部由上述金屬鍍層 覆蓋。
[0028] [3]根據(jù)上述[1]或者上述[2]所記載的連續(xù)鑄造用鑄型，其中，上述低熱傳導(dǎo)金屬 填充部彼此的間隔相對(duì)于該低熱傳導(dǎo)金屬填充部的直徑或者圓當(dāng)量直徑滿足下述(2)式的 關(guān)系，
[0029] P> 〇.25Xd……(2)
[0030] 其中，在(2)式中，P為低熱傳導(dǎo)金屬填充部彼此的間隔(mm)，d為低熱傳導(dǎo)金屬填 充部的直徑(mm)或者圓當(dāng)量直徑(mm) 〇
[0031] [4]根據(jù)上述[3]所記載的連續(xù)鑄造用鑄型，其中，上述低熱傳導(dǎo)金屬填充部彼此 的間隔在滿足上述(2)式的關(guān)系的范圍內(nèi)在上述鑄型的寬度方向或者鑄造方向不同。
[0032] [5]根據(jù)上述[1]至上述[4]中任一項(xiàng)所記載的連續(xù)鑄造用鑄型，其中，形成有上述 低熱傳導(dǎo)金屬填充部的范圍內(nèi)的、銅鑄型內(nèi)壁面的低熱傳導(dǎo)金屬填充部所占的面積率為 10%以上。
[0033] [6]根據(jù)上述[1]至上述[5]中任一項(xiàng)所記載的連續(xù)鑄造用鑄型，其中，鑄型下部的 未形成上述低熱傳導(dǎo)金屬填充部的范圍的鑄造方向長度、且是從上述低熱傳導(dǎo)金屬填充部 的下端位置起到鑄型下端位置為止的距離，相對(duì)于正常鑄造時(shí)的鑄片拉拔速度滿足下述 (3)式的條件，
[0034] L> VcXIOO……(3)
[0035] 其中，在(3)式中，L為從低熱傳導(dǎo)金屬填充部的下端位置起到鑄型下端位置為止 的距離(mm)，Vc為正常鑄造時(shí)的鑄片拉拔速度(m/min)。
[0036] [7]根據(jù)上述[1]至上述[6]中任一項(xiàng)所述的連續(xù)鑄造用鑄型，其中，上述低熱傳導(dǎo) 金屬填充部的直徑或者圓當(dāng)量直徑在2~20mm的范圍內(nèi)在上述鑄型的寬度方向或者鑄造方 向不同。
[0037] [8]根據(jù)上述[1]至上述[7]中任一項(xiàng)所述的連續(xù)鑄造用鑄型，其中，上述低熱傳導(dǎo) 金屬填充部的厚度在滿足上述（1)式的關(guān)系的范圍內(nèi)在上述鑄型的寬度方向或者鑄造方向 不同。
[0038] [9] -種鋼的連續(xù)鑄造方法，使用上述[1]至上述[8]中任一項(xiàng)所記載的連續(xù)鑄造 用鑄型，將中間包（tundish)內(nèi)的鋼液注入上述連續(xù)鑄造用鑄型從而對(duì)上述鋼液進(jìn)行連續(xù) 鑄造。
[0039] [10]根據(jù)上述[9]所記載的鋼的連續(xù)鑄造方法，其中，在上述連續(xù)鑄造用鑄型，在 直至相比彎液面靠下方與正常鑄造時(shí)的鑄片拉拔速度對(duì)應(yīng)而利用下述(4)式計(jì)算出的距離 (R)以上的位置為止的范圍形成有上述低熱傳導(dǎo)金屬填充部，使正常鑄造時(shí)的鑄片拉拔速 度在0.6m/min以上的范圍內(nèi)，使用結(jié)晶化溫度為1100°C以下、且堿度（（質(zhì)量％0&0)/(質(zhì) 量％3102))為0.5~1.2的保護(hù)渣進(jìn)行連續(xù)鑄造，
[0040] R = 2XVcX 1000/6