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JP7529980B2 - Method for manufacturing steel ingots for rolls and steel ingots for rolls - Google Patents
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JP7529980B2 - Method for manufacturing steel ingots for rolls and steel ingots for rolls - Google Patents

Method for manufacturing steel ingots for rolls and steel ingots for rolls Download PDF

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Description

この発明は、ロール用鋼塊製造方法及びロール用鋼塊に関する。 This invention relates to a method for manufacturing steel ingots for rolls and steel ingots for rolls.

例えば、冷延鋼板などの圧延には、ワークロールやバックアップロールなどのロールが用いられる。ロールは、円柱状の鋼塊を素材とし、鍛造により鋼塊の主に両端部を縮径させた後、熱処理および種々の機械加工を施して得られる。
この種のロールには、基本性能として高い耐摩耗性が要求される。そのため、Cを1%程度に高めるとともにCrを3%~10%程度に高めることで、炭化物の析出硬化による耐摩耗性向上を得ている。加えて、圧延ロールを高強度とするために、1%程度のMoも添加している。これら元素は互いに比重が違うため、ロール用鋼塊の製造時に偏析を起こしやすい。偏析を防ぐために、例えば下記特許文献1に開示されるようなESR(Electro Slag Remelting)溶解法により、ロール用鋼塊を製造することが行われている。
For example, rolls such as work rolls and backup rolls are used for rolling cold-rolled steel sheets, etc. Rolls are made from cylindrical steel ingots, which are forged to reduce the diameter, mainly at both ends, and then subjected to heat treatment and various types of machining.
This type of roll requires high wear resistance as a basic performance. Therefore, by increasing C to about 1% and Cr to about 3% to 10%, wear resistance is improved by precipitation hardening of carbides. In addition, about 1% of Mo is also added to increase the strength of the rolling roll. Since these elements have different specific gravities, segregation is likely to occur during the production of steel ingots for rolls. In order to prevent segregation, steel ingots for rolls are produced by an ESR (Electro Slag Remelting) melting method as disclosed in Patent Document 1 below, for example.

実開昭62-203258号公報Publication No. 62-203258

このESR溶解法によれば、偏析をある程度まで抑えることが可能である。しかし、フレッケル偏析については完全に除去することが容易ではなかった。フレッケル偏析が残ったロール用鋼塊で圧延ロールを製造した場合、この圧延ロールを用いて鋼板を圧延した際に、フレッケル偏析の位置を起点として圧延ロールに部分的な割れが生じるおそれがある。このような割れが圧延ロールの表面に出た場合には、圧延鋼板の表面に転写されて模様となり、圧延鋼板の品質を損なうおそれがある。 This ESR melting method makes it possible to suppress segregation to a certain extent. However, it has not been easy to completely remove freckle segregation. If a rolling roll is manufactured from a steel ingot for rolls that still has freckle segregation, there is a risk that partial cracks will occur in the rolling roll, starting from the location of the freckle segregation, when a steel plate is rolled using this rolling roll. If such cracks appear on the surface of the rolling roll, they will be transferred to the surface of the rolled steel plate, forming a pattern, which may impair the quality of the rolled steel plate.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、フレッケル偏析を排除できるロール用鋼塊製造方法の提供を課題とする。また、フレッケル偏析が排除されたロール用鋼塊の提供も課題とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a method for manufacturing steel ingots for rolls that can eliminate freckle segregation. Another aim is to provide a steel ingot for rolls that is free of freckle segregation.

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。(1)本発明の一態様に係るロール用鋼塊製造方法は、エレクトロスラグ溶解法により消耗電極を溶解して溶解プールを形成しながらロール用鋼塊を製造する方法であって、前記溶解プールを縦断面で見たプール界面勾配をGとし、前記消耗電極の溶解速度をVc(mm/min)とし、前記消耗電極に流す電流の周波数をf(Hz)とし、前記ロール用鋼塊のモールド径をD(mm)として、下記の式1で求められる前記プール界面勾配Gが0.65以下を満たす。
G=0.349×Vc+0.0036×f+0.0014×D-1.62・・・(式1)
上記(1)に記載のロール用鋼塊製造方法によれば、式1より求まるプール界面勾配Gが0.65以下となるように、実操業において、溶解速度Vc、周波数f、モールド径Dの組み合わせを調整することで、プール界面勾配を小さく抑えることができる。
In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention employs the following means: (1) A method for producing a steel ingot for a roll according to one aspect of the present invention is a method for producing a steel ingot for a roll while melting a consumable electrode by an electroslag melting process to form a molten pool, wherein, where a pool interface gradient when viewed in vertical cross section of the molten pool is G, a melting rate of the consumable electrode is Vc (mm/min), a frequency of a current passed through the consumable electrode is f (Hz), and a mold diameter of the steel ingot for a roll is D (mm), the pool interface gradient G calculated by the following formula 1 satisfies 0.65 or less:
G=0.349×Vc+0.0036×f+0.0014×D-1.62...(Formula 1)
According to the method for producing a steel ingot for rolls described above in (1), the combination of the melting rate Vc, the frequency f, and the mold diameter D in actual operation can be adjusted so that the pool interface gradient G calculated from Equation 1 is 0.65 or less, thereby making it possible to keep the pool interface gradient small.

(2)上記(1)に記載のロール用鋼塊製造方法において、前記周波数fを0.5Hz~10Hzの範囲内にしてもよい。
上記(2)に記載のロール用鋼塊製造方法の場合、周波数fの上限値を10Hz以下に抑えることにより、溶解速度Vc及びモールド径Dの組み合わせ範囲を拡げながらもフレッケル偏析のより確実な排除を可能にする。
(2) In the method for producing a steel ingot for rolls described in (1) above, the frequency f may be within a range of 0.5 Hz to 10 Hz.
In the case of the method for producing a steel ingot for rolls described in (2) above, by restricting the upper limit of the frequency f to 10 Hz or less, it is possible to more reliably eliminate freckle segregation while widening the range of combinations of the melting rate Vc and the mold diameter D.

(3)上記(1)又は上記(2)に記載のロール用鋼塊製造方法において、前記溶解速度Vcを1.0mm/min~6.0mm/minの範囲内にする。
上記(3)に記載のロール用鋼塊製造方法の場合、溶解速度Vcの上限値を6.0mm/minに抑えることにより、溶解プールの深さを浅めにしてプール界面勾配をより小さめに抑えることができる。したがって、フレッケル偏析の発生をより確実に排除することができる。
(3) In the method for producing a steel ingot for rolls according to (1) or (2) above, the melting rate Vc is set within a range of 1.0 mm/min to 6.0 mm/min.
In the case of the method for producing a steel ingot for rolls described in (3) above, by restricting the upper limit of the melting rate Vc to 6.0 mm/min, the depth of the melt pool can be made shallower and the gradient of the pool interface can be made smaller, thereby more reliably preventing the occurrence of freckle segregation.

(4)上記(1)~上記(3)の何れか1項に記載のロール用鋼塊製造方法において、前記モールド径Dが500mm~1000mmであってもよい。
上記(4)に記載のロール用鋼塊製造方法の場合、例えば圧延ロールの製造に適した外径を持つロール用鋼塊を得ることができる。
(4) In the method for producing a steel ingot for rolls according to any one of (1) to (3) above, the mold diameter D may be 500 mm to 1000 mm.
In the case of the method for producing a steel ingot for rolls described above in (4), it is possible to obtain a steel ingot for rolls having an outer diameter suitable for producing, for example, a rolling roll.

本発明の上記各態様によれば、フレッケル偏析を排除できるロール用鋼塊製造方法を提供できる。また、フレッケル偏析が排除されたロール用鋼塊も提供できる。 According to the above-mentioned aspects of the present invention, a method for manufacturing a steel ingot for rolls that can eliminate freckle segregation can be provided. It is also possible to provide a steel ingot for rolls in which freckle segregation is eliminated.

本発明の一実施形態に係るロール用鋼塊製造装置を模式的に示す縦断面図である。1 is a vertical sectional view showing a schematic diagram of an apparatus for manufacturing a steel ingot for rolls according to one embodiment of the present invention. FIG. 同実施形態のロール用鋼塊製造方法を模式的に示す縦断面図であって、(a)が熔解前を示し、(b)が熔解中を示す。3A and 3B are longitudinal cross-sectional views each showing a schematic diagram of the method for producing a steel ingot for rolls according to the embodiment, in which FIG. 3A shows the state before melting, and FIG. 3B shows the state during melting. 本実施形態のロール用鋼塊製造方法と従来のロール用鋼塊製造方法とのそれぞれについて、流動解析によりフレッケル偏析の発生有無を求めた図であって、図1の位置Paを含む溶融界面部分の拡大縦断面図である。FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of a molten interface portion including position Pa in FIG. 1 , showing the occurrence or absence of freckle segregation determined by flow analysis for the method for producing a steel ingot for rolls of the present embodiment and a conventional method for producing a steel ingot for rolls. 図3のマトリックスのうち、通常溶解と高周波電源との組み合わせの拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of the matrix of FIG. 3 in which normal melting and a high-frequency power source are combined. 流動解析により求めたプール界面勾配を横軸とし、式2により求めたプール界面勾配を縦軸としたグラフである。1 is a graph in which the pool interface gradient obtained by flow analysis is plotted on the horizontal axis and the pool interface gradient obtained by Equation 2 is plotted on the vertical axis. フレッケル偏析が、溶解速度(鋳造速度)によらず、一定のプール界面勾配Gを境として排除できることを示すグラフであり、横軸が溶解速度、縦軸がプール界面勾配Gを示す。1 is a graph showing that freckle segregation can be eliminated at a certain pool interface gradient G regardless of the melting rate (casting rate), where the horizontal axis represents the melting rate and the vertical axis represents the pool interface gradient G. 本実施形態のロール用鋼塊製造方法により製造されたロール用鋼塊を示す図であって、ロール用鋼塊の中心軸線に垂直な断面の写真である。FIG. 1 is a photograph of a cross section perpendicular to the central axis of a steel ingot for rolls produced by the method for producing a steel ingot for rolls of the present embodiment. 従来のロール用鋼塊製造方法により製造されたロール用鋼塊を示す図であって、ロール用鋼塊の中心軸線に垂直な断面の写真である。FIG. 1 is a photograph of a cross section perpendicular to the central axis of a steel ingot for rolls produced by a conventional method for producing a steel ingot for rolls.

本発明のロール用鋼塊製造方法及びロール用鋼塊の一実施形態について、図1及び図2を参照しながら以下に説明する。なお、図1は、本実施形態に係るロール用鋼塊製造装置を模式的に示す縦断面図である。また、図2は、本実施形態のロール用鋼塊製造方法を模式的に示す縦断面図であって、(a)が熔解前を示し、(b)が熔解中を示す。 The method for producing a steel ingot for rolls and one embodiment of the steel ingot for rolls of the present invention will be described below with reference to Figures 1 and 2. Note that Figure 1 is a vertical cross-sectional view that shows a schematic diagram of an apparatus for producing a steel ingot for rolls according to this embodiment. Also, Figure 2 is a vertical cross-sectional view that shows a schematic diagram of the method for producing a steel ingot for rolls according to this embodiment, where (a) shows the ingot before melting and (b) shows the ingot during melting.

図1に示すように、本実施形態のロール用鋼塊製造装置は、鋳型1と、チャンバー2と、消耗電極3と、スタブ4と、図示されない電極昇降機構と、交流電源5と、図示されない冷却水供給機構と、制御装置6と、を備える。
鋳型(水冷銅モールド)1は、有底の筒状体であり、その開口1aが上方を向いてかつ中心軸線CLが鉛直方向に沿うように配置されている。鋳型1の内径寸法(モールド径)は、製造するロール用鋼塊の外径寸法と同じである。
As shown in FIG. 1 , the apparatus for manufacturing a steel ingot for rolls of this embodiment includes a mold 1, a chamber 2, a consumable electrode 3, a stub 4, an electrode lifting mechanism (not shown), an AC power source 5, a cooling water supply mechanism (not shown), and a control device 6.
The mold (water-cooled copper mold) 1 is a cylindrical body with a bottom, and is disposed so that its opening 1a faces upward and its central axis CL is aligned vertically. The inner diameter dimension (mold diameter) of the mold 1 is the same as the outer diameter dimension of the steel ingot for rolls to be produced.

チャンバー2は、有底の筒状体であり、その内部に鋳型1を同軸に収容している。鋳型1の外周面及び外側底面と、チャンバー2の内周面及び内側底面との間には、流路2aが形成されている。チャンバー2の上部には、冷却水入口2b及び冷却水出口2cが形成されている。これら冷却水入口2b及び冷却水出口2cは、共に流路2aに通じている。冷却水入口2bより導入された冷却水Wは、流路2aを通りながら鋳型1をその周囲より冷却した後、冷却水出口2cより排出される。 The chamber 2 is a cylindrical body with a bottom, and houses the mold 1 coaxially inside. A flow path 2a is formed between the outer peripheral surface and outer bottom surface of the mold 1 and the inner peripheral surface and inner bottom surface of the chamber 2. A cooling water inlet 2b and a cooling water outlet 2c are formed in the upper part of the chamber 2. Both the cooling water inlet 2b and the cooling water outlet 2c are connected to the flow path 2a. The cooling water W introduced from the cooling water inlet 2b cools the mold 1 from its surroundings as it passes through the flow path 2a, and is then discharged from the cooling water outlet 2c.

前記冷却水供給機構は、冷却水出口2cより排出された冷却水Wを導入し、その水温を所定温度まで下げる。そして、冷却水供給機構は、冷却水Wを冷却水入口2bに向けて送り出す。このように、前記冷却水供給機構は、冷却水Wを循環させながら、鋳型1内の溶湯を冷却する。なお、本実施形態では、鋳型1を水冷する場合について説明しているが、水冷に限らず、空冷としても良い。 The cooling water supply mechanism introduces the cooling water W discharged from the cooling water outlet 2c and lowers the temperature of the water to a predetermined temperature. The cooling water supply mechanism then sends the cooling water W toward the cooling water inlet 2b. In this manner, the cooling water supply mechanism cools the molten metal in the mold 1 while circulating the cooling water W. Note that, although this embodiment describes a case where the mold 1 is water-cooled, it is not limited to water cooling and air cooling may also be used.

消耗電極3は、ロール用鋼塊の母材であり、鉛直方向に沿った中心軸線を持つ円柱形状を有している。消耗電極3の上端には、スタブ4が同軸に溶接固定されている。スタブ4は、前記電極昇降機構により鉛直方向に沿って昇降される。従って、消耗電極3は、スタブ4により鋳型1内に支持された状態で、前記電極昇降機構によって昇降される。
消耗電極3の鋼成分は、質量%単位で以下の通りである。
C :0.6%~1.5%
Si:0.1%~1.5%
Mn:0.05%~1.5%
Cr:2.0%~15.0%
Mo:0.1%~3.0%
残部:Fe及び不純物
The consumable electrode 3 is the base material of the steel ingot for the roll, and has a cylindrical shape with a central axis along the vertical direction. A stub 4 is coaxially welded to the upper end of the consumable electrode 3. The stub 4 is raised and lowered in the vertical direction by the electrode lifting mechanism. Thus, the consumable electrode 3 is raised and lowered by the electrode lifting mechanism while being supported within the mold 1 by the stub 4.
The steel composition of the consumable electrode 3 is as follows, expressed in mass %:
C: 0.6% to 1.5%
Si: 0.1% to 1.5%
Mn: 0.05% to 1.5%
Cr: 2.0% to 15.0%
Mo: 0.1% to 3.0%
Remainder: Fe and impurities

交流電源5は、制御装置6からの指示を受けて、所定の周波数と所定の電流値を有する交流電流をスタブ4とチャンバー2との間に供給する。スタブ4と消耗電極3は電気的に導通しており、また、チャンバー2と鋳型1も電気的に導通している。
図2(a)に示すように、通電前の鋳型1内には、溶融スラグSLが保持されている。
続いて、図2(b)に示すように、消耗電極3を下降させて溶融スラグSLに浸漬させた状態で、交流電源5からの交流電流を流す。これにより、溶融スラグSLがジュール熱によって発熱する。消耗電極3は、溶融スラグSLの発熱によって下端から順次溶解していく。溶解した消耗電極3は、溶滴となって溶融スラグSL中を沈降し、鋳型1内に貯溜されつつ積層凝固していく。このようにして、消耗電極3が下端から上端まで順次溶解し、その溶湯が鋳型1内で順次凝固することにより、ロール用鋼塊が得られる。
In response to an instruction from the control device 6, the AC power supply 5 supplies an AC current having a predetermined frequency and a predetermined current value between the stub 4 and the chamber 2. The stub 4 and the consumable electrode 3 are electrically connected, and the chamber 2 and the mold 1 are also electrically connected.
As shown in FIG. 2(a), molten slag SL is held in the mold 1 before current is applied.
Next, as shown in FIG. 2(b), the consumable electrode 3 is lowered and immersed in the molten slag SL, and an alternating current is applied from an AC power source 5. As a result, the molten slag SL generates heat due to Joule heat. The consumable electrode 3 melts from the bottom end to the heat generated by the molten slag SL. The melted consumable electrode 3 becomes molten droplets, sinks in the molten slag SL, and solidifies in layers while being stored in the mold 1. In this way, the consumable electrode 3 melts from the bottom end to the top end, and the molten metal solidifies in the mold 1, thereby obtaining a steel ingot for rolls.

このESR(Electro Slag Remelting)溶解法を用いたロール用鋼塊製造方法によれば、鋳型1内に貯溜された溶湯は、比較的浅い溶解プールPを形成しながら凝固する。その際、溶解した消耗電極3の溶滴は、溶融スラグSL中を沈降する過程で、酸化物などの介在物が除去される。 According to this method for manufacturing steel ingots for rolls using the ESR (Electro Slag Remelting) melting method, the molten metal stored in the mold 1 solidifies while forming a relatively shallow molten pool P. During this process, the droplets of the molten consumable electrode 3 are removed of inclusions such as oxides as they sink through the molten slag SL.

図1に示す制御装置6には、消耗電極3に流す交流電流の周波数f(Hz)と、ロール用鋼塊のモールド径D(mm)とが製造条件として、ユーザーにより入力される。制御装置6は、溶解プールPを図1のように縦断面で見たプール界面勾配Gを、下記の式2で求める。そして、消耗電極3を溶解させながらロール用鋼塊を製造する際、プール界面勾配Gが0.65以下を満足するように、消耗電極3の溶解速度Vc(mm/min)を制御する。なお、溶解速度Vcの値は、上述のように制御装置6が計算して求めたものを用いても良いし、あるいは、ユーザーが、式2より手計算で求めたものを制御装置6に入力してもよい。
G=0.349×Vc+0.0036×f+0.0014×D-1.62・・・(式2)
The frequency f (Hz) of the AC current passed through the consumable electrode 3 and the mold diameter D (mm) of the steel ingot for rolls are input to the control device 6 shown in Figure 1 by a user as production conditions. The control device 6 calculates the pool interface gradient G of the melting pool P as viewed in vertical section as shown in Figure 1 by the following equation 2. When a steel ingot for rolls is produced while melting the consumable electrode 3, the melting rate Vc (mm/min) of the consumable electrode 3 is controlled so that the pool interface gradient G is 0.65 or less. The value of the melting rate Vc may be calculated by the control device 6 as described above, or the user may manually calculate the value using equation 2 and input it to the control device 6.
G=0.349×Vc+0.0036×f+0.0014×D-1.62...(Formula 2)

ここで、プール界面勾配Gは、図1に示すように、鋳型1の中心軸線CL(すなわち、溶解プールPの中心軸線)を含む縦断面において、鋳型1内空間の半径をr(mm)としたときに、前記中心軸線CLから径方向外側に向かってr/4(mm)位置から3r/4(mm)位置の範囲におけるプール界面bの傾きである。より具体的には、上記の範囲におけるプール界面位置yを一次関数y=Grで近似し、最小二乗法により係数Gを求めたものである。ここで、プール界面位置yは、鋳型下端を原点とした中心軸方向の座標を表す。 Here, as shown in FIG. 1, the pool interface gradient G is the inclination of the pool interface b in the range of r/4 (mm) to 3r/4 (mm) radially outward from the central axis CL of the mold 1 in a vertical section including the central axis CL (i.e., the central axis of the melt pool P), where r (mm) is the radius of the space inside the mold 1. More specifically, the pool interface position y in the above range is approximated by a linear function y = Gr, and the coefficient G is found by the least squares method. Here, the pool interface position y represents the coordinate in the central axis direction with the bottom end of the mold as the origin.

上記の式2を求めるに際し、各変数の数値範囲は下記とした。
・モールド径D:500mmφ~1000mmφ
・溶解速度Vc:1.0mm/min~6.0mm/min
・周波数f:0.5Hz~60Hz
In determining the above formula 2, the numerical ranges of each variable were as follows.
・Mold diameter D: 500mmφ to 1000mmφ
・Dissolution rate Vc: 1.0mm/min to 6.0mm/min
Frequency f: 0.5Hz to 60Hz

なお、プール界面bは、後述の図4に示すように、溶解プールPと凝固部S(溶解プールPが冷えて固まった部分)との境界線により形成される面である。プール界面bは、前記中心軸線CLの位置で最も深く、そして前記中心軸線CLから径方向外側に向かうにつれて浅くなる凹型の湾曲面である。 The pool interface b is a surface formed by the boundary between the molten pool P and the solidified portion S (the portion where the molten pool P has cooled and solidified), as shown in FIG. 4 described later. The pool interface b is a concave curved surface that is deepest at the position of the central axis CL and becomes shallower as it moves radially outward from the central axis CL.

ここで、式2のプール界面勾配Gが0.65以下となるように、溶解速度Vc、周波数f、モールド径Dの組み合わせを調整することで、フレッケル偏析の発生を排除できる。この点について、図3~図6を用いて以下に説明する。なお、図3は、本実施形態のロール用鋼塊製造方法と従来のロール用鋼塊製造方法とのそれぞれについて流動解析によりフレッケル偏析の発生有無を求めた図であって、図1の位置Paを含むプール界面部分の拡大縦断面図である。図4は、図3のマトリックスのうち、通常溶解と高周波電源との組み合わせのケースを示す拡大図である。図5は、流動解析により求めたプール界面勾配を横軸とし、式2により求めたプール界面勾配を縦軸としたグラフである。図6は、フレッケル偏析が、溶解速度によらず、一定のプール界面勾配Gを境として排除できることを示すグラフである。 Here, the occurrence of freckle segregation can be eliminated by adjusting the combination of the melting rate Vc, frequency f, and mold diameter D so that the pool interface gradient G in formula 2 is 0.65 or less. This point will be explained below with reference to Figures 3 to 6. Note that Figure 3 is a diagram showing the occurrence or nonoccurrence of freckle segregation determined by flow analysis for the method for manufacturing a steel ingot for rolls of this embodiment and the conventional method for manufacturing a steel ingot for rolls, and is an enlarged vertical cross-sectional view of the pool interface portion including position Pa in Figure 1. Figure 4 is an enlarged view of the matrix in Figure 3, showing the combination of normal melting and a high-frequency power source. Figure 5 is a graph with the pool interface gradient determined by flow analysis on the horizontal axis and the pool interface gradient determined by formula 2 on the vertical axis. Figure 6 is a graph showing that freckle segregation can be eliminated at a constant pool interface gradient G regardless of the melting rate.

図3は、溶解速度を2通りに変えた場合と、使用電源の周波数を2通りに変えた場合と、の組み合わせによる4形態について、プール界面bの傾きとフレッケル偏析の発生有無とを示している。なお、モールド径Dは840mmφで、全て同じにしている。また、鋼成分も共通とし、Cを0.9質量%、Mnを1.0質量%、Crを4.0質量%、Moを0.6質量%、含有するものとした。なお、図3の各図における濃淡は、Moの濃度分布を示している。 Figure 3 shows the inclination of the pool interface b and the occurrence of freckle segregation for four combinations of two different melting rates and two different power supply frequencies. The mold diameter D is the same, 840 mmφ, for all cases. The steel composition is also the same, containing 0.9 mass% C, 1.0 mass% Mn, 4.0 mass% Cr, and 0.6 mass% Mo. The shading in each figure in Figure 3 indicates the concentration distribution of Mo.

図3の左上に示すように、低速溶解(7kg/min=1.6mm/min)かつ低周波電源(1~5Hz)の組み合わせでは、プール界面bが浅くプール界面勾配Gが0.65以下の小さな値になっている。そのため、フレッケル偏析は発生していない。
図3の右上に示すように、中速度溶解(11kg/min=2.5mm/min)かつ低周波電源(1~5Hz)の組み合わせでは、溶解速度Vcが高いためにプール界面bが深めになっている。しかし、周波数fを低く抑えていることにより、プール界面勾配Gが0.65以下に抑えられ、フレッケル偏析の発生を生じていない。
図3の左下に示すように、低速溶解(7kg/min=1.6mm/min)かつ高周波電源(60Hz)の組み合わせでは、周波数fが高いものの溶解速度Vcを低く抑えていることにより、プール界面勾配Gが0.65以下に抑えられ、フレッケル偏析の発生が生じていない。
As shown in the upper left of Figure 3, with the combination of low-speed melting (7 kg/min = 1.6 mm/min) and low-frequency power supply (1 to 5 Hz), the pool interface b is shallow and the pool interface gradient G is a small value of 0.65 or less. Therefore, freckle segregation does not occur.
As shown in the upper right of Figure 3, with the combination of medium-rate melting (11 kg/min = 2.5 mm/min) and low-frequency power supply (1 to 5 Hz), the pool interface b is deep because the melting rate Vc is high. However, by keeping the frequency f low, the pool interface gradient G is kept below 0.65, and freckle segregation does not occur.
As shown in the lower left of FIG. 3, in the combination of low-rate melting (7 kg/min = 1.6 mm/min) and high-frequency power supply (60 Hz), although the frequency f is high, the melting rate Vc is kept low, so that the pool interface gradient G is kept to 0.65 or less, and no freckle segregation occurs.

一方、図3の右下に示すように、中速度溶解(11kg/min=2.5mm/min)かつ高周波電源(60Hz)の組み合わせでは、溶解速度Vcが高いためにプール界面bが深めになっている。加えて、周波数fも高めになっているため、プール界面勾配Gが0.65を超えている。
すなわち、図4に示すように、前記位置Paにおけるプール界面bの傾斜が局所的に大きくなって乱れており、四角破線枠で示すようにフレッケル偏析の発生が認められる。ここで、溶解プールP内の、フレッケル偏析発生位置近傍に、多数の矢印で示されるような溶湯の渦が認められる。このような溶解プールP内の乱れは、他の形態では確認されていない。このように、従来のロール用鋼塊製造方法では、溶解速度Vcが高くなるとプール界面bが深くなって傾斜が大きくなり、加えて周波数fが高いために溶解プールP内に乱れが生じてプール界面bにも乱れを起こしている。その結果、プール界面勾配Gに影響を及ぼし、フレッケル偏析が生じやすい。
On the other hand, as shown in the lower right of Figure 3, in the combination of medium-speed melting (11 kg/min = 2.5 mm/min) and high-frequency power source (60 Hz), the pool interface b is deeper because the melting rate Vc is high. In addition, the frequency f is also high, so the pool interface gradient G exceeds 0.65.
That is, as shown in Figure 4, the slope of the pool interface b at position Pa becomes locally large and disturbed, and the occurrence of freckle segregation is observed as indicated by the rectangular dashed line frame. Here, vortexes of the molten metal as indicated by numerous arrows are observed in the vicinity of the position where freckle segregation occurs in the melt pool P. Such disturbances in the melt pool P have not been observed in any other form. As described above, in the conventional method for manufacturing steel ingots for rolls, as the melting rate Vc increases, the pool interface b becomes deeper and the slope becomes larger, and in addition, because the frequency f is high, disturbances occur in the melt pool P, causing disturbances at the pool interface b as well. As a result, the pool interface gradient G is affected, and freckle segregation is likely to occur.

本発明者らは、上記知見に基づき、溶解速度Vc、周波数f、モールド径Dの各変数を変えて多数回の流動解析を行い、各ケース毎にプール界面勾配Gを求めた。流動解析の結果を表1~表3に示す。 Based on the above findings, the inventors performed flow analysis multiple times while changing the variables of dissolution rate Vc, frequency f, and mold diameter D, and determined the pool interface gradient G for each case. The results of the flow analysis are shown in Tables 1 to 3.

Figure 0007529980000001
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Figure 0007529980000002
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Figure 0007529980000003
Figure 0007529980000003

そして、表1~表3の結果を用いて多重解析を行うことにより、溶解速度Vc及び周波数f及びモールド径Dを変数としてプール界面勾配Gを求める上記式2を得るに至った。この式2により求めたプール界面勾配の計算結果を縦軸とし、流動解析の結果として得られたプール界面勾配を横軸としてデータをプロットしたグラフを、図5に示す。この図5より分かるように、式2より、プール界面勾配を精度良くかつ容易に求められることが分かる。 Then, by performing multiple analyses using the results of Tables 1 to 3, we arrived at the above formula 2, which calculates the pool interface gradient G using the dissolution rate Vc, frequency f, and mold diameter D as variables. Figure 5 shows a graph in which the calculation results of the pool interface gradient calculated using formula 2 are plotted on the vertical axis, and the pool interface gradient obtained as a result of the flow analysis is plotted on the horizontal axis. As can be seen from Figure 5, the pool interface gradient can be calculated easily and with high accuracy using formula 2.

さらに、本発明者らは、上記流動解析において、各ケース毎に、フレッケル偏析が発生したものと発生しなかったものとを調べた。そして、各ケースとプール界面勾配Gとの関係について調べたところ、プール界面勾配G=0.65を境としてフレッケル偏析の発生有無が分かれることを見出した。一例として、溶解速度Vcを横軸とし、プール界面勾配Gを縦軸として流動解析の結果をプロットしたものを図6に示す。図中、フレッケル偏析が生じたものをバツ印で示し、フレッケル偏析が生じなかったものをマル印で示した。なお、バツ印及びマル印の双方において、太線がモールド径D=840mmφの場合を示し、細線がモールド径D=650mmφの場合を示す。同図より分かるように、プール界面勾配Gを0.65以下に抑えることで、フレッケル偏析が排除できることが分かる。 Furthermore, the inventors investigated whether freckle segregation occurred or not for each case in the flow analysis. Then, by investigating the relationship between each case and the pool interface gradient G, they found that the occurrence or non-occurrence of freckle segregation is determined at the boundary of pool interface gradient G = 0.65. As an example, FIG. 6 shows the results of the flow analysis plotted with the dissolution rate Vc on the horizontal axis and the pool interface gradient G on the vertical axis. In the figure, cases where freckle segregation occurred are indicated by cross marks, and cases where freckle segregation did not occur are indicated by circles. In both the cross marks and circles, the thick line indicates the case where the mold diameter D = 840 mmφ, and the thin line indicates the case where the mold diameter D = 650 mmφ. As can be seen from the figure, freckle segregation can be eliminated by suppressing the pool interface gradient G to 0.65 or less.

以上に説明したように、本実施形態のロール用鋼塊製造方法は、エレクトロスラグ溶解法により消耗電極3を溶解して溶解プールPを形成しながらロール用鋼塊を製造する方法であって、溶解プールPを縦断面で見たプール界面勾配をGとし、消耗電極3の溶解速度をVc(mm/min)とし、消耗電極3に流す電流の周波数をf(Hz)とし、ロール用鋼塊のモールド径をD(mm)として、上記式2で求められるプール界面勾配Gが0.65以下を満たすように制御している。
このロール用鋼塊製造方法によれば、上記式2において、溶解速度Vc、周波数f、モールド径Dの組み合わせを調整して、プール界面勾配Gを0.65以下にすることにより、精度良く、実際のプール界面勾配を小さく抑えることが可能である。その結果、フレッケル偏析の発生が排除されたロール用鋼塊を製造することが可能である。
As described above, the method for producing a steel ingot for a roll according to the present embodiment is a method for producing a steel ingot for a roll while melting a consumable electrode 3 by an electroslag melting process to form a molten pool P, in which the pool interface gradient G calculated by equation 2 above is controlled to be 0.65 or less, where G is the pool interface gradient when viewed in vertical cross section of the molten pool P, Vc (mm/min) is the melting rate of the consumable electrode 3, f (Hz) is the frequency of the current passed through the consumable electrode 3, and D (mm) is the mold diameter of the steel ingot for a roll.
According to this method for producing a steel ingot for rolls, it is possible to accurately reduce the actual pool interface gradient G to 0.65 or less by adjusting the combination of the melting rate Vc, frequency f, and mold diameter D in the above formula 2. As a result, it is possible to produce a steel ingot for rolls in which the occurrence of freckle segregation is eliminated.

本実施形態のロール用鋼塊製造方法により製造されたロール用鋼塊(図7)と、従来のロール用鋼塊製造方法により製造されたロール用鋼塊(図8)とを実際に製造した。これら図7及び図8の両方とも、ロール用鋼塊の中心軸線に垂直な断面の写真である。
本実施形態のロール用鋼塊製造方法により製造されたロール用鋼塊では、下記をその製造条件とした。その結果、プール界面勾配Gは0.57となり、0.65以下であるために、フレッケル偏析のない優れた品質のロール用鋼塊を得ることが出来た。
・溶解速度Vc=2.84mm/min
・周波数f=5Hz
・モールド径D=840mm
A steel ingot for rolls (Figure 7) was produced by the method for producing a steel ingot for rolls of the present embodiment, and a steel ingot for rolls (Figure 8) was produced by a conventional method for producing a steel ingot for rolls. Both Figures 7 and 8 are photographs of a cross section perpendicular to the central axis of the steel ingot for rolls.
The steel ingot for rolls produced by the method for producing a steel ingot for rolls of this embodiment was produced under the following production conditions. As a result, the pool interface gradient G was 0.57 , which was not more than 0.65, and therefore a steel ingot for rolls of excellent quality free from freckle segregation could be obtained.
・Dissolution rate Vc=2.84mm/min
Frequency f = 5Hz
・Mold diameter D = 840 mm

一方、従来のロール用鋼塊製造方法により製造されたロール用鋼塊では、下記をその製造条件とした。その結果、プール界面勾配Gは0.76となり、0.65を超えたために、写真中に丸印で示す多数の位置にフレッケル偏析が確認された。
・溶解速度Vc=2.84mm/min
・周波数f=60Hz
・モールド径D=840mm
On the other hand, in the case of a steel ingot for rolls produced by a conventional method for producing steel ingots for rolls, the production conditions were as follows: As a result, the pool interface gradient G was 0.76 , which exceeded 0.65, and freckle segregation was confirmed at many positions indicated by circles in the photograph.
・Dissolution rate Vc=2.84mm/min
Frequency f = 60Hz
・Mold diameter D = 840 mm

以上の結果より、上記式2によって得られるプール界面勾配Gを0.65以下にすることで、フレッケル偏析が排除された高品質のロール用鋼塊が得られることが確認された。従って、このロール用鋼塊を加工して例えば圧延ロールを製造した場合、その表面にフレッケル偏析に起因する割れが生じないため、圧延鋼板の表面を傷つけず優れた品質の製品を得ることが可能となる。 The above results confirm that by setting the pool interface gradient G obtained by the above formula 2 to 0.65 or less, a high-quality steel ingot for rolls in which freckle segregation is eliminated can be obtained. Therefore, when this steel ingot for rolls is processed to manufacture, for example, a rolling mill roll, cracks due to freckle segregation do not occur on the surface, making it possible to obtain a product of excellent quality without damaging the surface of the rolled steel plate.

3 消耗電極
P 溶解プール
3 Consumable electrode P Dissolution pool

Claims (4)

エレクトロスラグ溶解法により消耗電極を溶解して溶解プールを形成しながらロール用鋼塊を製造する方法であって、
前記溶解プールを縦断面で見たプール界面勾配をGとし、前記消耗電極の溶解速度をVc(mm/min)とし、前記消耗電極に流す電流の周波数をf(Hz)とし、前記ロール用鋼塊のモールド径をD(mm)として、下記の式1で求められる前記プール界面勾配Gが0.65以下を満たす
ことを特徴とするロール用鋼塊製造方法。
G=0.349×Vc+0.0036×f+0.0014×D-1.62・・・(式1)
A method for producing a steel ingot for rolls by melting a consumable electrode by an electroslag melting method to form a molten pool, comprising the steps of:
a pool interface gradient G calculated by the following formula 1 satisfies 0.65 or less, where G is a pool interface gradient when viewed in vertical cross section of the melting pool, Vc (mm/min) is a melting rate of the consumable electrode, f (Hz) is a frequency of a current passed through the consumable electrode, and D (mm) is a mold diameter of the steel ingot for rolls:
G=0.349×Vc+0.0036×f+0.0014×D-1.62...(Formula 1)
前記周波数fを0.5Hz~10Hzの範囲内にする
ことを特徴とする請求項1に記載のロール用鋼塊製造方法。
2. The method for producing a steel ingot for rolls according to claim 1, wherein the frequency f is within a range of 0.5 Hz to 10 Hz.
前記溶解速度Vcを1.0mm/min~6.0mm/minの範囲内にする
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のロール用鋼塊製造方法。
3. The method for producing a steel ingot for rolls according to claim 1, wherein the melting rate Vc is set within a range of 1.0 mm/min to 6.0 mm/min.
前記モールド径Dが500mm~1000mmである
ことを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載のロール用鋼塊製造方法。
4. The method for producing a steel ingot for rolls according to claim 1, wherein the mold diameter D is 500 mm to 1000 mm.
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