JPS62203640A - 複合中空鋳片の連続製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばシームレスクラツド鋼管用素材として
の複合中空鋳片を連続的に製造する方法に関するもので
ある。

（従来の技術およびその問題点） 近年、工業技術の目まぐるしい進歩発展と社会情勢の変
化の中で、従来知られていた単独の材料では実現できな
いような各種特性を兼備した素材に対する要望が高まっ
てきており、これらの要望に応えるべく、クラツド鋼を
始めとして様々な複合材料が提案され、実用されている
。

ところで、一般に、クラツド鋼の製造方法には爆着法、
圧延法、肉盛溶接法および鋳ぐるみ法が良く知られてい
るが、このうち前者の三つの方法は母材の表面に合せ材
を各々の手段で接合するものであり、生産性、コ反ト面
でシームレスクラツド鋼管用素管の製造方法としては問
題がある。

これに対して、鋳ぐるみ法は、芯材を溶湯によって鋳ぐ
るみ封入することによって製造するものであり、鋳造の
連続化の可能性もあり、生産性向上、コスト低減に対す
る期待は大きい。

従来、このような鋳ぐるみ法によって複合材料を連続的
に製造するための実用化が有望な手段として、例えば特
開昭５３−２９２２９号公報や特開昭５４−７１０３９
号公報に開示されているような方法が知られている。

上記各公報に記載される方法は、複合ロールや複合ビレ
ットを連続的に製造しようとするものであり、第６図に
示すように、異種金属溶湯ｌを保持するタンディツシュ
２の側面に連結した両端開放水平モールド３内へ、該タ
ンディツシュ２の対向側面から芯材４を連続的に挿入し
、該芯材４の周囲に金属溶湯１を凝固・付着せしめてピ
ンチロール５で連続的に引き抜くことにより複合材６を
高能率で製造しようとするものである。

しかしながら、このような水平連続鋳造法では、芯材４
の供給がタンディツシュ２の側面を貫通して行われる関
係上、芯材供給部の溶湯洩れ防止のために極めてＩＭ雑
で高精度の機構を要し、工業規模での実用化は極めて困
難なものであった。

一方、複合ロールの製造又は再生方法として特公昭４４
−４９０３号公報に開示される如き手段も知られている
。

第７図は、前記特公昭４４−４９０３号公報に示された
複合ロールの製造又は再生手段を模式化したものであり
、高周波電流を通ずる中空水冷式銅製コイル７を内蔵す
る耐火性加熱型８の下に薄銅板９を介して黒鉛質型１０
と、これに続く両端開放モールド１１を重ねて配置した
ものを使用し、これらの型の中に母体（Ｗ！耗したロー
ル又は新品製造用円柱体）１２を垂直に挿入して降下さ
せながら高周波電流にて表面の予熱を行ってから、所望
材質の金属溶湯１３を母体１２と型との空隙に連続注入
する、と同時に母体１２を連′ｔＬ降下させることによ
って、該母体１２の表面に金属溶湯１３を肉盛りしてい
る様子を示している。

ところが、この方法では、母体１２の酸化を防止するた
めにその表面に低融点ガラスをコーティングしているの
で、このコーティングされたガラスが母体１２と金属溶
湯１３との界面に巻き込まれることになる。従って、こ
の方法では、鋳造速度（引抜速度）を５０〜１００　ｍ
／ｍｉｎ程度に小さくしなければならず、生産性の点に
おいて問題がある。

以上述べたように、複合材の連鋳化については数多（の
提案がなされているが、いずれも実用技術として確立さ
れたものはなく、現状では実用化には至っていない。

ところで、この鋳ぐるみ法は、合せ溶鋼の熱量と凝固過
程の収縮により合せ界面を圧着させ、鋳造時での拡１１
に接合を狙った製造法である。すなわち、炭素鋼を芯材
とし、ステンレス鋼等の特殊合金を合せ溶湯とする場合
には鋳造時での拡散接合が可能であるが、鋼管製品の場
合には、その用途から内周面側にステンレス鋼等の特殊
合金をクラッドすることが多い。このような場合には、
ステンレス鋼等の合金を芯材とし、炭素鋼を合せ溶湯と
するのであるが、かかる場合には炭素鋼に比べてステン
レス鋼の収縮が大きいため、凝固冷却過程での収縮によ
る圧着はできず、逆に合せ界面には隙間ができることと
なって鋳造時での接合は不可能である。

本発明は、上記した従来の問題点を解決し、シームレス
クラツド鋼管用素材としての複合中空鋳片を高速でしか
も長尺に鋳込むことができ、かつ、鋳造時での完全接合
を可能とする複合中空鋳片の連続鋳造法を提供せんとす
るものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の第１は、一端にタンディツシュを直結した両端
開放鋳型内へ芯材を挿入しつつ該タンディツシュによっ
て前記芯材の周囲に溶湯を注入し、当該溶湯を連続的に
凝固させながらこの凝固シェルを引抜くことにより複合
鋳片を製造する方法において、前記挿入する芯材を中空
材と成し、かつ、当該芯材の製造せんとする複合中空鋳
片の断面積に対する断面比Ｃｓ　（Ｃｓ＝　（中空芯材
の断面積／複合中空鋳片の断面積〕×４００）が下式を
満足することを要旨とする複合中空鋳片の連続的製造法
である。

一５Ｖｃ＋１８≦Ｃｓ≦−５Ｖｃ＋２７但しＶｃ＝引抜
き速度＝０．４〜２．０（＋＋／ｗｉｎ）また、本発明
の第２は、一端にタンディツシュを直結した両端開放鋳
型内へ芯材を挿入しつつ該タンディツシュによって前記
芯材の周囲に溶湯を注入し、当該溶湯を連続的に凝固さ
せながらこの凝固シェルを引抜くことにより複合鋳片を
製造する方法において、前記挿入する芯材を中空材と成
すと共に、当該芯材の中空部にＳｉＯ□又はＡｈ（ｈ系
の耐火物粒子あるいは鋼球を充填し、かつ、当該芯材の
製造せんとする複合中空鋳片の断面積に対する断面比Ｃ
，（Ｃｓ＝　（中空芯材の断面積／複合中空鋳片の断面
積）ｘｌＯＯ）が下式を満足することを要旨とする複合
中空鋳片の連続製造法である。

−５Ｖｃ＋ｌ　２≦Ｃｓ＜−５Ｖｃ＋１８本発明方法に
あっては凝固シェルの引抜き速度を０．４〜２．０ｍ／
ｌ１ｉｎの範囲としているが、これは下記の理由に基づ
くものである。

すなわち、合せ面のスカムの巻き込みや酸化等はクラツ
ド材の接合性という点で致命的な欠陥につながる。

ところで、本発明にあっては必要に応じて挿入芯材の表
面にスラグ反撥剤を塗布するが、その効果は挿入時の場
面変動に大きく影響される。しかして、引抜き速度を太
き（すると間欠引抜きによる溶湯中への挿入瞬間速度が
大きくなって芯材メニスカスの変動につながる。従って
、引抜き速度が２．０　ｍ／ｍｉｎを超えるとスラグ反
撥剤の効果が減少して好ましくないのである。一方芯材
を鋳ぐるむ場合には、タンディツシュ内の溶湯を通過中
に凝固が進行するため、引抜き速度が小さいと、タンデ
ィツシュ内の溶湯高さく１５０〜２００龍）にもよるが
凝固シェルが大きくなりすぎて引抜きが不能となる。従
って、引抜き速度は０．４ｍ／ｍｉｎ未満ではよくない
のである。加えて、引抜き速度が０．４　ｍ／ｍｉｎ未
満では生産性という点においても実用的ではない。

第１図は、本発明による複合中空鋳片の連続的製造法を
示す概略説明図であり、本発明方法では両端開放鋳型２
１とタンディツシュ２２を直結することにより注入する
合せ溶鋼２３の場面を上方に位置せしめ、もってその上
面から挿入する芯材２４と前記両端開放鋳型２１との間
隙への注湯を容易にしている。併せて本発明方法では、
前記両端開放鋳型２１に水冷銅鋳型を適用し、間欠的に
引き抜きながら連続的に鋳造することにより生産性に係
わる鋳造速度を確保している。

なお、第１図中２５はＳｉＮ　、＾１，０．　、ＡＩＮ
あるいはＢＮ等の１種以上から成る耐火物製リング、２
６は芯材２４を鋳型２１内に連続挿入するための芯出し
ロールである。

第２図は本発明方法によって鋳造中の複合鋳片の横断面
温度分布の一例を示したもので、同図より合せ溶鋼の過
熱度△Ｔ、鋳造速度および挿入芯材の断面比を適宜設定
することによって挿入中空芯材の外表面を溶融（Ｔ　Ｌ
　１以上）又は半溶融（Ｔ　Ｌ　ｌ　””　Ｔ　ｓ　ｒ
　）状態にできることが明らかであり、従って、合せ溶
鋼の凝固、冷却による収縮により、前記溶融又は半溶融
状態の合せ界面を接合せしめられることも明らかである
。

第３図は、挿入中空芯材の断面比と鋳造時における接合
可能領域の関係を示した図面であり、同図より、挿入中
空芯材の断面比が大きくなると、熱バランス的に溶融又
は半溶融状態が得られず、芯材の収縮が大きいため合せ
界面は冷却の過程で離れることが明らかである。また、
挿入中空芯材の断面比が小さくなると鋳ぐるまれだ芯材
は完全に溶融してしまう。すなわち、鋳造条件を設定す
ることによって、鋳造時に接合を行なわせるには、第３
図中の破線で示すように挿入中空芯材の断面比に限界が
ある。他方、第３図中の実線は本発明による芯材中空部
に５ｉｎ１等の耐火物粒、又は、鋼球を充填することに
よって挿入芯材の表面を溶融、又は半溶融状態に制御し
、鋳造時での接合領域を拡大したものを示したものであ
る。

（作　　　用） 本発明は、一端にタンディツシュを直結した両端開放鋳
型内へ芯材を挿入しつつ該タンディツシュによって前記
芯材の周囲に溶湯を注入し、当該溶湯を連続的に凝固さ
せながらこの凝固シェルを引抜くことにより複合鋳片を
製造する方法において、前記挿入する芯材を中空材と成
し、かつ、当該芯材の製造せんとする複合中空鋳片の断
面積に対する断面比Ｃｓ　（Ｃｓ＝　（中空芯材の断面
積／複合中空鋳片の断面＋ｆｉ〕×１００）が下記■弐
を満足するようにして複合中空鋳片を連続的に製造する
ものであり、また、本発明の第２は、一端に夕°ンディ
ソシュを直結した両端開放鋳型内へ芯材を挿入しつつ該
タンディツシュによって前記芯材の周囲に溶湯を注入し
、当該溶湯を連続的に凝固させながらこの凝固シェルを
引抜くことにより複合鋳片を製造する方法において、前
記挿入する芯材を中空材と成すと共に、当該芯材の中空
部にＳＬＯ□又はＡｌｚ０３系の耐火物粒子あるいは鋼
球を充填し、かつ、当該芯材の製造せんとする複合中空
鋳片の断面積に対する断面比Ｃｓ　（Ｃｓ＝　（中空芯
材の断面積／複合中空鋳片の断面積〕×１００）が下記
０式を満足するようにして複合中空鋳片を連続的に製造
するものであるため、複合中空鋳片を高速で、かつ長尺
に製造することができ、しかも、鋳造時に完全に接合せ
しめることができる。

−５Ｖｃ＋１８≦Ｃｓ≦−５ｖｃ＋２７・・■−５Ｖｃ
＋１２≦Ｃｓ＜−５Ｖｃ＋１８　・・■但しＶｃ＝引抜
き速度−０，４〜２．０（ｓｌ／ｗｉｎ）（実　施　例
） 本発明方法による実施例および比較例を以下に説明する
。以下の実施例および比較例は複合シームレス鋼管の素
材（素管）を対象としたものであり、ビレットサイズは
φ２０Ｂ＋ｎ（鋳型径φ２１６１ｍ）で、各個とも挿入
芯材を５ｔｌＳ：１０４、合せ溶鋼を低炭素鋼（１１２
０）とした。第１表に実施例および比較例の鋳造条件お
よび結果の一欄を、第２表に芯材および合せ溶鋼の成分
を、第３表に芯材および合せ材（溶！！４）の凝固温度
および収縮率を夫々対比して示す。なお、いずれの実施
例、比較例ともＮ１１４ｆｔＦ４系のスラグ反１ａ剤を
コーティングし、挿入芯材は予熱なしで行なった。第４
表にスラグ反溌剤の配合剤を示す。

第４表 実施例１は挿入芯剤の断面比１６％（外径φ１００１１
×肉厚ｔ２０ｍｍ）を４鋳ぐるんだもので、鋳造速度０
．　７５ｍ／ｗｉｎ　、合せ溶鋼の過熱度△Ｔ＝５４℃
で、界面の最高到達温度は１４２０℃であった。

この温度は該芯材の半溶融状態（Ｔ　Ｌ　−Ｔ　ｓの固
液共存温度域）に相当し、鋳造時での接合はほぼ完全で
あった。

また、実施例２は、挿入芯材の断面比９．８％（外径φ
１００寵×肉厚ｔｌｏｍｍ）で、該芯材の中空部に鋼球
を充填（充填率９０％）したもので、界面の最高到達速
度は１４１０℃に制御され、鋳造時での接合状況は前記
実施例１と同様にほぼ完全に接合した。

これに対し、比較例５は挿入芯材の断積比９．８％（外
径φ１００ｗｘ肉厚ｔｌｏ龍）で、中空のまま鋳込んだ
場合で、界面の最高到達温度は１４５０℃以上（推定）
で挿入芯材は完全に溶融し、複合中空鋳片は製造不能で
あった。

また、実施例３は、芯材の断面比２０％（外径φ２０Ｑ
ｓｍｘ肉厚ｔ　３０　ｍｍ）の中空芯材を鋳造速度０．
　４５ｍ／ｍｉｎ　、合せ溶鋼の過熱度△Ｔ＝８５℃で
、鋳造したもので、界面の温度は最高１４１５℃に到達
し、鋳造時での接合はほぼ完全であった。

これに対し、比較例４はφ１００１−の中実芯材（断面
比：２３％）を鋳ぐるんだもので、界面温度は最高１２
００℃であった。そして、鋳造時での合せ界面は非接合
で、平均０．１５ｍｇ＋の間隙があった。これは、合せ
溶鋼の凝固シェル形成後の冷却による収縮の差によって
合せ界面に隙間ができたものである。

以上の実施例に示したように挿入芯材の中空化による長
所は鋳造時での完全接合を確保するとともに、シームレ
スクラツド鋼管の素材としてＵＳ製管法あるいは、マン
ネスマン圧延法（２ｎｄピアサ−）へつなげる場合の孔
加工と考えることができ、コストアップにはならない。

また、耐火物粒、あるいは鋼球を充填した中空材につい
ても、鋳造後、充填した耐火物粒、あるいは鋼球は容易
に排出できるため、後処理で特にコストアップにつなが
るものではない。

次に、本発明方法の効果を確認するため、第４図に示す
ような孔径を種々変更した芯材（各部の寸法、断面比は
下記第５表゛に示す）を用いた鋳片を試作し、鋳造時で
の接合性を評価した。鋳造条件は鋳造速度Ｖｃを１．　
２　（８＠ｓ／Ｐ）　、０．７５　（５１鳳／Ｐ）およ
び０．　４５　　（３ｍ＠／　Ｐ）　ｍ／ｗｉｎの３条
件とし、他は全ぺて実施例１と同じである。

その結果を第５図にまとめて示した。なお第５図には前
記実施例１〜３および比較例４〜５の結果も合せて示し
た。

第５表 鋳造速度Ｖｃが０．４５鰭／ｍｉｎでは、挿入芯材断面
比が１６％（φ１００　ｘｔ３０）まで接合可能である
が、挿入芯材の断面比が２３％（φ１００中実材）では
鋳造速度に関係なく、いずれも非接合であった。

なお、挿入芯材断面比が９．８％（φ１００　ｘｔｌＯ
）の場合にはいずれも芯材が溶融した。これについては
前記実施例２に示したように中空部に冷却補助材（ｔｌ
ｉ！１球、砂）を充填することによって溶融を防ぎ接合
領域も拡大できる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、一端にタンディツシュを
直結した両端開放鋳型内へ芯材を挿入しつつ該タンディ
ツシュによって前記芯けの周囲に溶湯を注入し、当該溶
湯を連続的に凝固させながらこの凝固シェルを引抜くこ
とにより複合鋳片を製造する方法において、前記挿入す
る芯材を中空材と成し、かつ、当該芯材の製造せんとす
る複合中空鋳片の断面積に対する断面比Ｃｓ　（Ｃｓ＝
　（中空芯材の断面積／複合中空鋳片の断面積〕×１０
０）が下記０式を満足するようにして複合中空鋳片を連
続的に製造するものであり、また、本発明の第２は、一
端にタンディツシュを直結した両端開放鋳型内へ芯材を
挿入しつつ該タンディツシュによって前記芯材の周囲に
溶湯を注入し、当該溶湯を連続的に凝固させながらこの
凝固シェルを引抜くことにより複合鋳片を製造する方法
において、前記挿入する芯材を中空材と成すと共に、当
該芯材の中空部にＳｉｎｇ又はＡ１□０３系の耐火物粒
子あるいは鋼球を充填し、かつ、当該芯材の製造せんと
する複合中空鋳片の断面積に対する断面比Ｃｓ　（Ｃｓ
−〔中空芯材の断面積／複合中空鋳片の断面積〕ｘｌｏ
Ｏ）が下記０式を満足するようにして複合中空鋳片を連
続的に製造するものであるため、複合中空鋳片を高速で
、かつ長尺に製造することができ、しかも、鋳造時に完
全に接合せしめることができる。

一５Ｖｃ＋１８≦Ｃｓ≦−５ｖｃ＋２７・・■−５Ｖｃ
＋１２≦Ｃｓ＜−５Ｖｃ＋１８−　・■但しＶｃ＝引抜
き速度＝０．４〜２．０（ｍ／ｍ１ｎ）従って、本発明
によれば、シームレスクラツド鋼管の素材を、安価にし
かも高能率に提供することができ、産業上極めて大なる
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の概略説明図、第２図は本発明方法
によって鋳造中の複合鋳片の横断面温度分布の一例を示
す図面、第３図は挿入中空芯材の断面比と鋳造時におけ
る接合可能領域の関係を示した図面、第４図は本発明効
果を確認するための実験に使用した芯材の説明図、第５
図は第４図に示す芯材を使用した場合および、実施例１
〜３、比較例４〜５の結果を示す挿入芯材断面比と鋳造
速度との関係図、第６図は従来の水平連続鋳造法による
複合材製造方法を示す概略模式図、第７図は従来の複合
ロール製造法を示す概略模式図である。 ２１は両端開放鋳型、２２はタンディツシュ、２３は溶
鋼、２４は芯材。 （ほか１名′）二一う１ 第１図 ミ材効鮪ｉ九Ｃｓ 第４図 第６図 手続補正口（自発） 昭和６１年　６月　３日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端にタンディッシュを直結した両端開放鋳型内
   へ芯材を挿入しつつ該タンディッシュによって前記芯材
   の周囲に溶湯を注入し、当該溶湯を連続的に凝固させな
   がらこの凝固シェルを引抜くことにより複合鋳片を製造
   する方法において、前記挿入する芯材を中空材と成し、
   かつ、当該芯材の製造せんとする複合中空鋳片の断面積
   に対する断面比Ｃｓ（Ｃｓ＝〔中空芯材の断面積／複合
   中空鋳片の断面積〕×１００）が下式を満足することを
   特徴とする複合中空鋳片の連続製造法。 −５Ｖｃ＋１８≦Ｃｓ≦−５Ｖｃ＋２７ 但しＶｃ＝引抜き速度＝０．４〜２．０（ｍ／ｍｉｎ）
   （２）一端にタンディッシュを直結した両端開放鋳型内
   へ芯材を挿入しつつ該タンディッシュによって前記芯材
   の周囲に溶湯を注入し、当該溶湯を連続的に凝固させな
   がらこの凝固シェルを引抜くことにより複合鋳片を製造
   する方法において、前記挿入する芯材を中空材と成すと
   共に、当該芯材の中空部にＳｉＯ＿２又はＡｌ＿２Ｏ＿
   ３系の耐火物粒子あるいは鋼球を充填し、かつ、当該芯
   材の製造せんとする複合中空鋳片の断面積に対する断面
   比Ｃｓ（Ｃｓ＝〔中空芯材の断面積／複合中空鋳片の断
   面積〕×１００）が下式を満足することを特徴とする複
   合中空鋳片の連続製造法。 −５Ｖｃ＋１２≦Ｃｓ＜−５Ｖｃ＋１８ 但し、引抜き速度、Ｖｃ＝０．４〜２．０ｍ／ｍｍ