CN105792964B - 圆钢片的制造方法 - Google Patents

Abstract

现有技术中在将连铸制圆钢片作为可适用于无缝钢管特别是高Cr钢的无缝钢管的材料时难以具有足够健全的轴芯部的品质。提供一种圆钢片的制造方法，具有：偏冷却工序，在该工序中，从凝固末期内开始对作为制造圆钢片的连续铸造途中件的铸片(10)进行将外周上的两极部(2)比剩余部分(3)更强地冷却的不均匀强制冷却，在轴芯(10C)温度不足凝固点且是凝固点下190℃以上的温度区域内停止，使该停止后的复热结束时的上述两极部与上述剩余部分的表面温度差的最大值即温度偏差(δ)为10℃以上；以及辊下压工序，在该工序中，在从上述铸片的凝固结束到上述复热结束的途中，利用下压用辊(12)在两极部(2)的对置方向施以下压，使两极部(2)的中点间隔缩小率亦即下压率(r)超过0且为5％以下。

Description

圆钢片的制造方法

技术领域

本发明涉及圆钢片的制造方法。圆钢片是指横截面为圆形状的钢片。

背景技术

为了在作为13Cr钢等高Cr钢材(Cr含有量多的钢材)的材料的圆钢片中应用连续铸造(简称连铸)制品，该连铸制品优选是内部品质可与分块压延制品媲美的健全的制品。

然在连铸工序中，一般会有因在铸片的轴芯部(是指外径为D的铸片剖面内的以轴芯为中心的半径＝(D/2)×0.2的圆及其内侧的区域)残存的稠化钢液而产生的偏析、或是因最终凝固部的收缩而产生的空隙(孔隙)的情况，所以难以形成具有与分块压延制的圆钢片同等健全的内部品质的圆钢片。特别是用于通过曼内斯曼穿孔等辊式穿孔而制造的无缝管的材料需要足够的加工性，但在作为这种材料的圆钢片而采用连铸制品时，需要极力减少其轴芯部的偏析、孔隙的对策。

作为上述对策，例如公知有如下方法：在连铸工序的凝固末期使用具有是作为钢锭或钢坯的铸片的厚度的2～5倍的直径的辊对铸片内部的未凝固部实施下压来减少铸片的截面积，并且将杂质元素稠化的未凝固钢液从铸片的轴芯部排除(例如参照专利文献1)。

另外，作为其它对策，公知有如下方法：接着上述对未凝固部的下压，对完全凝固后的铸片施以辊成型而成型为规定的剖面形状，此时，优选利用规定水量对自未凝固下压结束到辊成型开始为止的铸片表面进行冷却(例如参照专利文献2)。

另一方面，对于特定组成的钢而言，公知有将连续铸造中的铸片的二次冷却条件控制在特定范围内从而提高铸片的轴芯部的品质的技术(例如，参照专利文献3、4、5等)。另外，在专利文献4中还限定了铸造速度。另外，在专利文献5中认为可以引用针对铸片的未凝固部的电磁搅拌。

专利文献1：日本特开平3-124352号公报

专利文献2：日本特开平11-267814号公报

专利文献3：日本特开2006-95565号公报

专利文献4：日本特开2011-136363号公报

专利文献5：日本特开2004-330252号公报

然而，在专利文献1以及2所公开的基于上述未凝固部的下压的对策中，使进行下压的设备的配设位置、与作为适于下压的凝固状态的铸片的轴芯方向的位置一致，这在实践上是困难的，所以难以充分获得铸片的轴芯部的品质改善的效果。

另外，在专利文献3～5所公开的基于上述二次冷却条件的控制的对策中，通过对来自铸片的外部的水冷的强化或者使其合理化能够抑制作为最终凝固部的铸片的轴芯部因受到凝固收缩所引起的拉伸应力而产生破裂或产生较大的孔隙的情况。该对策虽然伴随未凝固部的下压而效果不大，但仍具有一定的效果。另外，该对策如果是来自外部的水冷则冷却带比较容易构成而且也比较容易控制等，所以在工业的实用性上很优异。然而，通常的原则是对铸片的外周面均匀地进行水冷，但难以满足该原则。例如在直接受到排出冷却水的冲击的部位与其它部位，或者例如重复受到来自不同的排出孔的冷却水的部位与其它部位等剖面的圆周方向位置不同的部位，冷却时产生强弱之差(即铸片的剖面的圆周方向的冷却产生不均匀)的情况不可避免。若冷却产生强弱之差，则结果是无法避免铸片的轴芯部产生拉伸应力。

另外，专利文献3～5所公开的对象钢种是不含Cr或者即使包含Cr也至多3质量％的钢种。另一方面，根据本发明的发明人的研究，特别是在13Cr钢等高Cr钢中，与Cr含有量为3质量％以下的钢相比，上述拉伸应力的生成与铸片的轴芯部的缺陷的产生相关的趋势更强。

因此，在现有技术中存在的课题是，在将连铸制圆钢片作为可适用于无缝钢管、特别是高Cr钢的无缝钢管的材料的情况下，难以具有足够健全的轴芯部的品质。

发明内容

本发明的发明人为了解决上述课题而进行了深入研究。其结果发现：在通过连续铸造来制造圆钢片时，对于铸造途中的特定状态的铸片，有意地对外周上的两极部进行比除该两极部的其余部分更强的强制冷却，然后将上述两极部的对置方向作为下压方向而实施辊下压，这对改善铸片的轴芯部的性状很有效，由此完成本发明。

这里，上述外周上的两极部是指如下这两个部分，即：铸片的与包含作为垂直于长度方向的剖面的横截面在内的平面内以轴芯为中心的中心角为θ的角度区域交叉的外周部分、以及与使该角度区域绕轴芯旋转180度而成的角度区域交叉的外周部分这双方。图2是表示两极部的定义的简图。如该图中所示的那样，铸片10的与包含横截面在内的平面11内以轴芯10C为中心的中心角为θ的角度区域K1交叉的外周部分、以及与使上述角度区域K1绕轴芯10C旋转180度而成的角度区域K2交叉的外周部分这双方被定义为两极部2。另外，从剖面外周整体除去两极部2后的剩余为剩余部分3。另外，从铸片的轴芯部的性状改善效果的显现性的方面考虑，上述中心角θ需要设θ为：超过0度且为120度以下。优选θ为：10度以上且90度以下。

即本发明如下所述。

(1)一种圆钢片的制造方法，是利用连续铸造的圆钢片的制造方法，其特征在于，具有如下工序：

偏冷却工序，在该工序中，对上述连续铸造中的铸片进行不均匀强制冷却，即：对下述(A)所定义的外周上的两极部进行比除该两极部之外的剩余部分更强的冷却，该不均匀强制冷却从下述(B)所定义的凝固末期内开始，并在轴芯的温度低于凝固点且是凝固点-190℃以上的温度区域内停止，使该停止后的复热结束时的上述两极部与上述剩余部分的表面温度差的最大值亦即温度偏差δ为10℃以上；以及

辊下压工序，在该工序中，在自上述铸片的凝固结束到上述复热结束为止的途中，利用下压用辊在上述两极部的对置方向实施下压，使上述两极部的中点的间隔的缩小率亦即下压率r为超过0％且是5％以下。

其中，

(A)上述外周上的两极部是指：在包含铸片的横截面的平面内与以轴芯为中心的中心角θ＝超过0度且120度以下的角度区域交叉的外周部分、以及与使该角度区域绕轴芯旋转180度的角度区域交叉的外周部分这双方。

(B)凝固末期是指：中心的凝固率为0.5以上且1.0以下的期间。

(2)在(1)所记载的圆钢片的制造方法的基础上，其特征在于，使上述温度偏差δ为30℃以下。

(3)在(1)或(2)所记载的圆钢片的制造方法的基础上，其特征在于，使上述下压率r为1％以上且3％以下。

根据本发明，能够通过上述偏冷却工序在取下铸片的轴芯的位置生成两极部的对置方向的拉伸应力场，并通过上述辊下压工序将其转化为大致整个面的压缩应力场。由此，使成为轴芯部的笔直破裂等缺陷的诱发原因的由上述偏冷却引起的拉伸应力场不再残留，大幅度提高铸片的轴芯部的品质。其结果是，能够通过连续铸造而高品质地制造圆钢片、特别是针对高Cr钢的无缝钢管的材料的圆钢片。此外，高Cr钢的Cr含有量优选为9％以上且20％以下。

另外，根据本发明，偏冷却设备、辊下压设备的设置位置的自由度变大，另外，也不需要复杂的控制，所以能够容易地制造上述圆钢片。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的一个例子的简图。

图2是表示两极部的定义的简图。

图3是表示偏冷却工序的铸片的温度历程的示意图。

图4是表示辊下压工序的实施方式的铸片的轴向剖面的示意图。

图5是表示辊下压紧前的应力场的例子的铸片的剖面内的应力分布图。

图6是表示辊下压紧后的应力场的例子的铸片的剖面内的应力分布图。

具体实施方式

图1是表示本发明的实施方式的一个例子的简图。由浸渍喷嘴(未图示)向铸型的内侧为圆筒形状的铸型(连续铸造铸型)1内注入的铸型内的钢液9通过从铸型1的内表面的冷却而在外周表层形成凝固壳(未图示)后从铸型1向下方连续被拉出而成的铸片10，一边被实施基于朝外表面的强制冷却或大气放冷的凝固促进以及凝固后的冷却，一边由移送用辊(未图示)移送到轴芯10C大致成为500℃以下的气体切割地点6，利用设置于该气体切割地点6的气体焊枪7切断为规定长度。

凝固的进行程度用中心固相率表示。该中心固相率是通过在从铸型被拉出的铸片的轴芯部中固相质量相对于处于共存状态的液相与固相的合计质量之比(值域：0～1)而被定义的量。中心固相率的值能够由基于导热凝固解析的铸片的轴芯部的计算温度(详细地说是定义为将从铸片的中心开始半径为5mm以内的全部要素(全部计算点)平均后的计算温度，以下称为轴芯温度)、和该钢所固有的液相线温度以及固相线温度求出。

在图1中，位置A与上述不均匀强制冷却的开起点的上述凝固末期内的任意一点对应。位置B与上述不均匀强制冷却的停止点的轴芯温度不足凝固点其是凝固点-ΔT以上(凝固点-ΔT(此处ΔT＝190℃))的温度区域内的任意一点对应。

本发明具有偏冷却工序和辊下压工序。

如图3所示，上述偏冷却工序是在上述位置A～B之间进行上述不均匀强制冷却的，并在该不均匀强制冷却停止后，使从剩余部3的复热结束时刻的温度减去自然冷却中的两极部2的复热结束时刻的温度所得的量的最大值(即，剩余部3的复热结束时刻的温度的最大值-两极部2的复热结束时刻的温度的最小值)亦即温度偏差δ变为10℃以上的工序。

上述辊下压工序是在从上述铸片的凝固结束到上述复热结束的途中，如图4所示那样利用下压用辊12在两极部2的对置方向施以下压而使上述两极部的中点间隔(将图2的K1以及K2的中点彼此连结而得的线段的长度)的缩小率亦即下压率r(若将下压用辊的进侧的两极部的中点间隔设为D1，下压用辊的出侧的两极部的中点间隔设为D2，则r＝(1-D2/D1)×100(％))超过0％且5％以下的工序。另外，示出了上述辊下压工序在图3中偏冷却工序的结束后进行的例子，但也可以在偏冷却工序的途中进行。

通过上述偏冷却工序与上述辊下压工序的组合，能够将在上述偏冷却工序中生成的例如图5所示那样的两极部对置方向的拉伸应力场，通过上述辊下压工序转化为例如图6所示那样的大致整个面的压缩应力场。由此，能够大幅度改善轴芯部的品质。另外，图5、图6分别是本发明的铸造过程的通过FEA(有限要素解析)的模拟计算求出的、表示上述辊下压的紧前以及紧后的应力场的例子的铸片的剖面内的应力分布图。

若上述不均匀强制冷却的开始、停止以及温度偏差δ的任意一个以上在本发明(1)的规定范围外，则会有以下问题。第一，作为两极部的对置方向的拉伸应力场充分形成的重要因素的复热前的冷却所产生的压缩场的形成也不充分。第二，过度冷却相当于如上所述那样引起破裂。因此，若上述不均匀强制冷却的开始、停止以及温度偏差δ的任意一个以上在本发明(1)的规定范围外，则难以通过下一工序的辊下压来提高轴心部的品质。

通过将水或水汽混合流体等冷媒较多地吹送并供给至两极部而较少地吹送并供给至剩余部等方法，从而容易实施上述不均匀强制冷却。

另外，若使温度偏差δ超过30℃，则容易引起破裂的产生，为了抑制破裂的产生而需要更大的下压。若进行更大的下压，则担心对铸片的形状有负面影响，所以δ优选为30℃以下(本发明(2))。

在本发明(1)的规定范围外的温度区域进行上述下压用辊的下压时，轴心部的品质提高不充分。另外，下压率r超过5％的话不仅会导致形状不良的情况还会增加设备费用。另一方面，下压率r越小，下压效果仅在表层侧集中，就越难得到本发明的效果。另外，若下压率过大，则效果相对于成本的比例降低。因此，下压率优选为1％以上且3％以下(本发明(3))。

上述下压用辊可以采用一般的具有防弯的凹部(深度为3～5mm左右较大的圆弧形状的口径)的孔型辊。另外，也可以使用上述凹部深度不足3mm左右的孔型辊以及平辊。此外，使用被设计为下压用的辊能够提高其效果，但由于是专用设备，所以在本发明中从减少成本的观点考虑，使用通常的辊也能够得到充分的效果。

实施例1

利用FEA模拟在表2所示的铸片的不均匀强制冷却、孔型辊的辊下压的条件下通过连续铸造制造具有表1所示的化学组成(剩余部为Fe以及不可避免的杂质)以及凝固点Ts的圆钢片(制品直径＝210mm)的工序。根据该模拟，用轴心部的密度比(＝轴心部内的20mm角立方体的密度/外周部内的20mm角立方体的密度)来评价辊下压紧后的铸片的内质，并且评价铸片的轴心部有无破裂以及铸片形状的好坏。此外，凝固点通过热分析测定。

如表2所示，在本发明例中，铸片的内质的轴心部的密度比是0.95以上的话则为良好，且铸片的轴芯部不产生破裂，铸片的形状也良好。

[表1]

[表2]

(注)下压方向中，A为两极部的对置方向，B为剩余部的对置方向。

附图标记的说明

1铸型(连续铸造铸型)；2两极部；3剩余部；6气体切割地点；7气体焊枪；9铸型内钢液；10铸片；10C轴芯；11包含横截面的平面；12下压用辊。

Claims (3)

1.一种圆钢片的制造方法，是利用连续铸造的圆钢片的制造方法，其特征在于，具有如下工序：

偏冷却工序，在该工序中，对所述连续铸造中的铸片进行不均匀强制冷却，即：对下述(A)所定义的外周上的两极部进行比除该两极部之外的剩余部分更强的冷却，该不均匀强制冷却从下述(B)所定义的凝固末期内开始，并在轴芯的温度低于凝固点且是凝固点-190℃以上的温度区域内停止，使该停止后的复热结束时的所述两极部与所述剩余部分的表面温度差的最大值亦即温度偏差δ为10℃以上；以及

辊下压工序，在该工序中，在自所述铸片的凝固结束到所述复热结束为止的途中，利用下压用辊在所述两极部的对置方向实施下压，使所述两极部的中点的间隔的缩小率亦即下压率r为超过0％且是5％以下，

其中，

(A)所述外周上的两极部是指：在包含铸片的横截面的平面内与以轴芯为中心的中心角θ＝超过0度且120度以下的角度区域交叉的外周部分、以及与使该角度区域绕轴芯旋转180度的角度区域交叉的外周部分这双方，

(B)凝固末期是指：中心的凝固率为0.5以上且1.0以下的期间，

将所述下压用辊的进侧的所述两极部的中点间隔设为D1，将所述下压用辊的出侧的所述两极部的中点间隔设为D2，则r＝(1-D2/D1)×100(％)。

2.根据权利要求1所述的圆钢片的制造方法，其特征在于，

使所述温度偏差δ为30℃以下。

3.根据权利要求1或2所述的圆钢片的制造方法，其特征在于，

使所述下压率r为1％以上且3％以下。