扁坯制造技术

加工特性优良的扁坯，其特征在于扁坯全断面中６０％以上是满足下式的等轴晶：Ｄ＜１．２Ｘ↑［１／３］＋０．７５，式中Ｄ是结晶方向相同组织的等轴晶直径（毫米），Ｘ是距扁坯表面之间的距离（毫米）。这种扁坯以及这种扁坯加工制造的钢材中，表面缺陷和内部缺陷极少。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有晶粒直径均一的凝固组织，表面缺陷和内部缺陷少，加工特性和品质特性优良的扁坯，以及加工该扁坯而制造的钢材。本专利技术还涉及使用铸锭法或连续铸造法将脱碳精炼后钢水制造成方坯和扁坯时，促进晶核的生成、使凝固组织细化、从而能够提高品质特性和加工特性的钢水处理方法。本专利技术也涉及凝固组织微细、表面缺陷和内部缺陷少的含铬钢水铸造方法及用其制造的无缝钢管。
技术介绍
过去，扁坯采用钢锭模铸锭法，或者是用振动铸模、带式连铸机或带坯连铸机等的连续制造法，将钢水铸造成扁锭、大型钢坯或中小型钢坯或薄壁扁坯，进而剪切成预定尺寸制造而成。上述扁坯经加热炉等加热后，再经初轧和精轧等加工制成钢板和型钢等钢材。制造无缝钢管用的扁坯，同样是用铸锭法和连续铸造法将钢水铸造成大型钢坯或中小型钢坯后制成的。扁坯在加热炉中加热后，经初轧成制管用钢材输送到制管工序。然后，将这种钢材再加热后成形为矩形或圆形，用顶头(プラグ)穿孔制成无缝钢管。除了轧制加工等的条件外，加工前扁坯的凝固组织对钢材的材质和品质都有很大影响。扁坯的组织，如图7所示，通常由表层经铸模急剧冷却凝固成的较细小的骤冷晶体，以及在其内侧形成的大柱状晶和在中心部位形成的等轴晶组成，有时柱状晶会达到中心部位。因此，扁坯表层部分存在粗的柱状晶的情况下，铜等混入元素及其化合物在这种粗大柱状晶的晶界处偏析，使该部位变脆，这样使扁坯表层出现裂纹以及因冷却等不均匀而形成凹坑等瑕疵之类的表面缺陷，从而增加磨削等修整操作或扁坯破碎等现象，降低成品率。用这种扁坯轧制加工时，晶粒直径不均一使变形的各方异性加大，导致长宽方向上变形行为不同，容易产生鳞状折叠瑕疵和裂纹等缺陷，而且r值(断面收缩加工指数)等加工特性也变差，产生皱纹瑕疵(尤其是不锈钢板上的单向皱纹(リジング)和条痕)等表面缺陷。特别是重视外观的不锈钢材，边缘裂纹瑕疵和条痕等表面缺陷的出现，导致外观不良和端部修整量增加。使用这种扁坯制造无缝钢管，钢管上将残存源于扁坯的鳞片和裂纹等表面缺陷，或者存在内部裂纹、孔洞、中心偏析等内部缺陷。此外制管时，上述缺陷还会因成型和穿孔操作而加剧，使钢管内表面产生裂纹和鳞片等瑕疵。导致增加磨削等修整操作，或者因频发破碎等现象使成品率降低。对于含铬铁素体类不锈钢无缝钢管而言，此倾向表现得特别显著。此外，扁坯内部存在粗大柱状晶或大等轴晶的情况下，对扁坯的凸起和弯曲作矫正加工等而会产生应变，这种应变导致内部出现裂纹，钢水凝固收缩产生的中心疏松隙(多孔性)，而且凝固后期因未凝固钢水的流动而产生中心偏析等内部缺陷。因此，扁坯上产生的表面缺陷，导致增加磨削等修整操作，并因频发破碎等现象使成品率降低。直接对这种扁坯进行初轧和精轧时，除了扁坯产生表面缺陷外，钢材内部也将残存裂纹、多孔性和中心偏析等内部缺陷，导致UST不合格、强度降低或外观恶化，增加钢材修整操作和频发破碎等问题。扁坯中这种表面缺陷和内部缺陷的发生，可通过改善扁坯的凝固组织得到抑制。扁坯因冷却不均和凝固收缩不均造成的表面裂纹和凹坑瑕疵等表面缺陷的发生，通过使扁坯凝固组织均匀形成微细凝固组织的方法可以加以抑制。此外，扁坯内部凝固收缩和未凝固钢水流动产生的内部裂纹和中心疏松(多孔性)以及中心偏析等内部缺陷的发生，可以用提高扁坯内部的等轴晶率的方法加以抑制。因此，要抑制扁坯和使用这种扁坯制造的钢材产生表面缺陷，提高扁坯的加工特性和韧性等品质特性，重要的是抑制扁坯表层中柱状晶粗化，同时提高扁坯内部等轴晶率，使全体成为均一微细凝固组织。作为对策人们做了各种试验，即控制钢水中夹杂物的形态，同时控制凝固过程，使凝固组织成为微细等轴晶组织，观察防止扁坯和加工扁坯得到的钢材中表面缺陷和内部缺陷产生的情况。然而过去提高扁坯凝固组织中等轴晶率的方法，已知有1)降低钢水温度的低温铸造法，2)对凝固过程钢水的电磁搅拌法，3)在钢水凝固时向钢水中添加氧化物晶核和夹杂物本身，或者添加添加成分，使其在钢水中生成的方法，或者将上述方法1)～3)组合使用的方法。上述1)低温铸造法的实例，可以举出特公平7-84617公报中记载的方法在连续铸造钢水时，一边使过热温度(从实际钢水的温度中减去此钢水液相温度后的温度)控制在40℃以下，一边在铸模中冷却下拉伸，使凝固扁坯的等轴晶率达到70％以上，防止铁素体不锈钢板出现单向皱纹。然而特公平7-84617公报记载的方法，要降低过热温度，就会在铸造过程中因钢水凝固使喷嘴堵塞，或者因粗金属锭的附着作用使铸造困难，且因钢水粘性增加妨碍夹杂物上浮，因残存在钢水中的夹杂物而造成缺陷等。因此上述方法中，要将过热温度降低到能获得具有足够等轴晶率的扁坯是困难的。为防止表面缺陷和内部缺陷，制造出加工特性优良的扁坯，迄今尚不清楚应当使表层至内部的等轴晶具有多大晶粒直径，以及且扁坯凝固组织应当如何均一化。特开昭57-62804号公报中公开的方法是，在内部存在未凝固物质的状态下，压下扁坯，将中心附近压实，以杜绝扁坯出现中心疏松等内部缺陷。但是，上述特开昭57-62804号公报记载的方法，由于是利用压下法使扁坯中心附近压实，所以若未凝固部分量大，对脆弱凝固层施加大压力，将会造成内部裂纹和中心偏析。反之，若压力不足，则仍然残存中心疏松等内部缺陷，这样制管工序中穿孔时，会产生裂纹和鳞片等内部缺陷，使钢管品质降低等。因此已知方法很难制造出凝固组织微细、表面缺陷和内部缺陷受到抑制的含铬钢材扁坯，而且也难在无初轧(大压下量)条件下用连续铸造的扁坯制管。而且，为了在工业上以无缺陷方式稳定地制造含铬钢(铁素体不锈钢)钢管，如何进行铸造以及如何对扁坯进行处理等问题，迄今尚不清楚。上述2)对钢水进行电磁搅拌的方法，例如特开昭49-52725和特开平2-151354号公报中记载的方法，是在铸模内或对铸模下游侧的凝固过程中的钢水进行电磁搅拌，促进夹杂物的上浮，抑制柱状晶生长，改善扁坯的凝固组织。然而，特开昭49-52725和特开平2-151354记载的方法，用电磁搅拌对铸模附近的钢水赋予搅拌流的情况下，扁坯表面部分能够形成微细凝固组织，但是扁坯内部凝固组织的微细化却不充分。另一方面，对铸模下游侧赋予搅拌流的情况下，扁坯内部的凝固组织虽然能够微细化，但是扁坯表层部分却形成粗大柱状晶，因此扁坯的表层部分和内部不能同时都微细化。但是，仅以电磁搅拌赋予凝固过程的钢水以搅拌流，难获得既有预定的晶粒直径又有微细凝固组织的扁坯，利用电磁搅拌使凝固组织微细化是有限度的。钢水的电磁搅拌方法，正如特开昭50-16616号公报中记载的，防止皱纹出现的这种方法是对凝固过程中的钢水进行电磁搅拌，将成长的柱状晶端部切断，以这种柱状晶的断片作为凝固核，使扁坯凝固组织中等轴晶率达到60％以上。特开昭50-16616号公报记载的方法，是对从铸模中取出的扁坯进行电磁搅拌，但是在扁坯的表层部分存在柱状晶，这种柱状晶使扁坯表面出现裂纹和凹坑等表面缺陷，或者使轧制等加工后钢材除鳞片和裂纹等表面缺陷之外，还产生单向皱纹等表面缺陷。此外，特开昭52-47522号公报中记载的方法是，距连续铸模中钢水表面1.5～3.0米位置设置电磁搅拌装置，在60毫米汞柱推力下搅拌，制造凝固组织微细的扁坯。特开昭52-60231号公报记载的方法是，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加工特性优良的扁坯，其特征在于扁坯全部断面的６０％以上是满足下式的等轴晶，Ｄ＜１．２Ｘ↑［１／３］＋０．７５式中Ｄ是结晶方向相同组织的等轴晶直径（毫米），Ｘ是距扁坯表面之间的距离（毫米）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：濑濑昌文，诸星隆，三浦龙介，楠伸太郎，纪成康弘，阿部雅之，菅野浩至，宫本健一郎，冈正春，小山祐司，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]