專利名稱：加工特性優(yōu)良的扁坯和鋼材及其所用鋼水的處理方法和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有晶粒直徑均一的凝固組織，表面缺陷和內(nèi)部缺陷少，加工特性和品質(zhì)特性優(yōu)良的扁坯，以及加工該扁坯而制造的鋼材。
本發(fā)明還涉及使用鑄錠法或連續(xù)鑄造法將脫碳精煉后鋼水制造成方坯和扁坯時(shí)，促進(jìn)晶核的生成、使凝固組織細(xì)化、從而能夠提高品質(zhì)特性和加工特性的鋼水處理方法。
本發(fā)明也涉及凝固組織微細(xì)、表面缺陷和內(nèi)部缺陷少的含鉻鋼水鑄造方法及用其制造的無縫鋼管。
背景技術(shù)：
過去，扁坯采用鋼錠模鑄錠法，或者是用振動(dòng)鑄模、帶式連鑄機(jī)或帶坯連鑄機(jī)等的連續(xù)制造法，將鋼水鑄造成扁錠、大型鋼坯或中小型鋼坯或薄壁扁坯，進(jìn)而剪切成預(yù)定尺寸制造而成。
上述扁坯經(jīng)加熱爐等加熱后，再經(jīng)初軋和精軋等加工制成鋼板和型鋼等鋼材。
制造無縫鋼管用的扁坯，同樣是用鑄錠法和連續(xù)鑄造法將鋼水鑄造成大型鋼坯或中小型鋼坯后制成的。扁坯在加熱爐中加熱后，經(jīng)初軋成制管用鋼材輸送到制管工序。然后，將這種鋼材再加熱后成形為矩形或圓形，用頂頭(プラグ)穿孔制成無縫鋼管。
除了軋制加工等的條件外，加工前扁坯的凝固組織對鋼材的材質(zhì)和品質(zhì)都有很大影響。
扁坯的組織，如圖7所示，通常由表層經(jīng)鑄模急劇冷卻凝固成的較細(xì)小的驟冷晶體，以及在其內(nèi)側(cè)形成的大柱狀晶和在中心部位形成的等軸晶組成，有時(shí)柱狀晶會(huì)達(dá)到中心部位。
因此，扁坯表層部分存在粗的柱狀晶的情況下，銅等混入元素及其化合物在這種粗大柱狀晶的晶界處偏析，使該部位變脆，這樣使扁坯表層出現(xiàn)裂紋以及因冷卻等不均勻而形成凹坑等瑕疵之類的表面缺陷，從而增加磨削等修整操作或扁坯破碎等現(xiàn)象，降低成品率。
用這種扁坯軋制加工時(shí)，晶粒直徑不均一使變形的各方異性加大，導(dǎo)致長寬方向上變形行為不同，容易產(chǎn)生鱗狀折疊瑕疵和裂紋等缺陷，而且r值(斷面收縮加工指數(shù))等加工特性也變差，產(chǎn)生皺紋瑕疵(尤其是不銹鋼板上的單向皺紋(リジング)和條痕)等表面缺陷。
特別是重視外觀的不銹鋼材，邊緣裂紋瑕疵和條痕等表面缺陷的出現(xiàn)，導(dǎo)致外觀不良和端部修整量增加。
使用這種扁坯制造無縫鋼管，鋼管上將殘存源于扁坯的鱗片和裂紋等表面缺陷，或者存在內(nèi)部裂紋、孔洞、中心偏析等內(nèi)部缺陷。此外制管時(shí)，上述缺陷還會(huì)因成型和穿孔操作而加劇，使鋼管內(nèi)表面產(chǎn)生裂紋和鱗片等瑕疵。導(dǎo)致增加磨削等修整操作，或者因頻發(fā)破碎等現(xiàn)象使成品率降低。
對于含鉻鐵素體類不銹鋼無縫鋼管而言，此傾向表現(xiàn)得特別顯著。
此外，扁坯內(nèi)部存在粗大柱狀晶或大等軸晶的情況下，對扁坯的凸起和彎曲作矯正加工等而會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變，這種應(yīng)變導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，鋼水凝固收縮產(chǎn)生的中心疏松隙(多孔性)，而且凝固后期因未凝固鋼水的流動(dòng)而產(chǎn)生中心偏析等內(nèi)部缺陷。
因此，扁坯上產(chǎn)生的表面缺陷，導(dǎo)致增加磨削等修整操作，并因頻發(fā)破碎等現(xiàn)象使成品率降低。直接對這種扁坯進(jìn)行初軋和精軋時(shí)，除了扁坯產(chǎn)生表面缺陷外，鋼材內(nèi)部也將殘存裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷，導(dǎo)致UST不合格、強(qiáng)度降低或外觀惡化，增加鋼材修整操作和頻發(fā)破碎等問題。
扁坯中這種表面缺陷和內(nèi)部缺陷的發(fā)生，可通過改善扁坯的凝固組織得到抑制。
扁坯因冷卻不均和凝固收縮不均造成的表面裂紋和凹坑瑕疵等表面缺陷的發(fā)生，通過使扁坯凝固組織均勻形成微細(xì)凝固組織的方法可以加以抑制。
此外，扁坯內(nèi)部凝固收縮和未凝固鋼水流動(dòng)產(chǎn)生的內(nèi)部裂紋和中心疏松(多孔性)以及中心偏析等內(nèi)部缺陷的發(fā)生，可以用提高扁坯內(nèi)部的等軸晶率的方法加以抑制。
因此，要抑制扁坯和使用這種扁坯制造的鋼材產(chǎn)生表面缺陷，提高扁坯的加工特性和韌性等品質(zhì)特性，重要的是抑制扁坯表層中柱狀晶粗化，同時(shí)提高扁坯內(nèi)部等軸晶率，使全體成為均一微細(xì)凝固組織。
作為對策人們做了各種試驗(yàn)，即控制鋼水中夾雜物的形態(tài)，同時(shí)控制凝固過程，使凝固組織成為微細(xì)等軸晶組織，觀察防止扁坯和加工扁坯得到的鋼材中表面缺陷和內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的情況。
然而過去提高扁坯凝固組織中等軸晶率的方法，已知有1)降低鋼水溫度的低溫鑄造法，2)對凝固過程鋼水的電磁攪拌法，3)在鋼水凝固時(shí)向鋼水中添加氧化物晶核和夾雜物本身，或者添加添加成分，使其在鋼水中生成的方法，或者將上述方法1)～3)組合使用的方法。
上述1)低溫鑄造法的實(shí)例，可以舉出特公平7-84617公報(bào)中記載的方法在連續(xù)鑄造鋼水時(shí)，一邊使過熱溫度(從實(shí)際鋼水的溫度中減去此鋼水液相溫度后的溫度)控制在40℃以下，一邊在鑄模中冷卻下拉伸，使凝固扁坯的等軸晶率達(dá)到70％以上，防止鐵素體不銹鋼板出現(xiàn)單向皺紋。
然而特公平7-84617公報(bào)記載的方法，要降低過熱溫度，就會(huì)在鑄造過程中因鋼水凝固使噴嘴堵塞，或者因粗金屬錠的附著作用使鑄造困難，且因鋼水粘性增加妨礙夾雜物上浮，因殘存在鋼水中的夾雜物而造成缺陷等。因此上述方法中，要將過熱溫度降低到能獲得具有足夠等軸晶率的扁坯是困難的。
為防止表面缺陷和內(nèi)部缺陷，制造出加工特性優(yōu)良的扁坯，迄今尚不清楚應(yīng)當(dāng)使表層至內(nèi)部的等軸晶具有多大晶粒直徑，以及且扁坯凝固組織應(yīng)當(dāng)如何均一化。
特開昭57-62804號(hào)公報(bào)中公開的方法是，在內(nèi)部存在未凝固物質(zhì)的狀態(tài)下，壓下扁坯，將中心附近壓實(shí)，以杜絕扁坯出現(xiàn)中心疏松等內(nèi)部缺陷。
但是，上述特開昭57-62804號(hào)公報(bào)記載的方法，由于是利用壓下法使扁坯中心附近壓實(shí)，所以若未凝固部分量大，對脆弱凝固層施加大壓力，將會(huì)造成內(nèi)部裂紋和中心偏析。反之，若壓力不足，則仍然殘存中心疏松等內(nèi)部缺陷，這樣制管工序中穿孔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂紋和鱗片等內(nèi)部缺陷，使鋼管品質(zhì)降低等。
因此已知方法很難制造出凝固組織微細(xì)、表面缺陷和內(nèi)部缺陷受到抑制的含鉻鋼材扁坯，而且也難在無初軋(大壓下量)條件下用連續(xù)鑄造的扁坯制管。而且，為了在工業(yè)上以無缺陷方式穩(wěn)定地制造含鉻鋼(鐵素體不銹鋼)鋼管，如何進(jìn)行鑄造以及如何對扁坯進(jìn)行處理等問題，迄今尚不清楚。
上述2)對鋼水進(jìn)行電磁攪拌的方法，例如特開昭49-52725和特開平2-151354號(hào)公報(bào)中記載的方法，是在鑄模內(nèi)或?qū)﹁T模下游側(cè)的凝固過程中的鋼水進(jìn)行電磁攪拌，促進(jìn)夾雜物的上浮，抑制柱狀晶生長，改善扁坯的凝固組織。
然而，特開昭49-52725和特開平2-151354記載的方法，用電磁攪拌對鑄模附近的鋼水賦予攪拌流的情況下，扁坯表面部分能夠形成微細(xì)凝固組織，但是扁坯內(nèi)部凝固組織的微細(xì)化卻不充分。另一方面，對鑄模下游側(cè)賦予攪拌流的情況下，扁坯內(nèi)部的凝固組織雖然能夠微細(xì)化，但是扁坯表層部分卻形成粗大柱狀晶，因此扁坯的表層部分和內(nèi)部不能同時(shí)都微細(xì)化。
但是，僅以電磁攪拌賦予凝固過程的鋼水以攪拌流，難獲得既有預(yù)定的晶粒直徑又有微細(xì)凝固組織的扁坯，利用電磁攪拌使凝固組織微細(xì)化是有限度的。
鋼水的電磁攪拌方法，正如特開昭50-16616號(hào)公報(bào)中記載的，防止皺紋出現(xiàn)的這種方法是對凝固過程中的鋼水進(jìn)行電磁攪拌，將成長的柱狀晶端部切斷，以這種柱狀晶的斷片作為凝固核，使扁坯凝固組織中等軸晶率達(dá)到60％以上。
特開昭50-16616號(hào)公報(bào)記載的方法，是對從鑄模中取出的扁坯進(jìn)行電磁攪拌，但是在扁坯的表層部分存在柱狀晶，這種柱狀晶使扁坯表面出現(xiàn)裂紋和凹坑等表面缺陷，或者使軋制等加工后鋼材除鱗片和裂紋等表面缺陷之外，還產(chǎn)生單向皺紋等表面缺陷。
此外，特開昭52-47522號(hào)公報(bào)中記載的方法是，距連續(xù)鑄模中鋼水表面1.5～3.0米位置設(shè)置電磁攪拌裝置，在60毫米汞柱推力下攪拌，制造凝固組織微細(xì)的扁坯。特開昭52-60231號(hào)公報(bào)記載的方法是，在鋼水過熱度為10～50℃的條件下鑄造，并對鑄造中扁坯的未凝固層進(jìn)行電磁攪拌，使扁坯的凝固組織變成由等軸晶組成的微細(xì)組織，制造出無中心偏析和中心疏松等內(nèi)部缺陷的鋼材。
特開昭52-47522記載的方法，是對鑄模內(nèi)正在凝固的鋼水進(jìn)行攪拌，所以能抑制柱狀晶(樹枝狀結(jié)晶)生長，雖然在一定程度上能使電磁攪拌部位附近形成微細(xì)凝固組織，但是要使扁坯中全體凝固組織都微細(xì)化，必須有多級電磁攪拌裝置，設(shè)備費(fèi)用大。此外，從裝置設(shè)置的空間來看，設(shè)置多級電磁攪拌裝置也極難。因此使用特開昭52-47522號(hào)公報(bào)記載的上述方法，制造全體凝固組織均微細(xì)化的扁坯有局限性。
特開昭52-60231號(hào)公報(bào)記載的方法是進(jìn)行低溫鑄造，所以夾雜物會(huì)附著在浸漬噴嘴內(nèi)的表面上，或者堵塞噴嘴，或者因鑄模內(nèi)溫度下降使鋼水結(jié)皮，有時(shí)不得不中斷鑄造，有操作不穩(wěn)定的問題。
因此，低溫鑄造時(shí)由于會(huì)降低鋼水的鑄造溫度，所以有向鑄模內(nèi)注入鋼水時(shí)噴嘴產(chǎn)生堵塞使鑄造中斷或者鑄造速度隨鋼水注入量的減少而降低等事態(tài)發(fā)生，因此很難使鑄造溫度降低到能使扁坯凝固組織穩(wěn)定微細(xì)化的程度。
此外采用電磁攪拌裝置的情況下，即使在鋼水凝固過程中進(jìn)行局部電磁攪拌，扁坯的表層或內(nèi)部也會(huì)生成柱狀晶和粗大等軸晶，是產(chǎn)生表面缺陷或內(nèi)部缺陷的原因，或者因修整量增大和破碎現(xiàn)象頻發(fā)而使成品率降低，鋼材的品質(zhì)因內(nèi)部裂紋和中心疏松、中心偏析等內(nèi)部缺陷的存在而受到損害。
另一方面，有人提出在包含彎月面的下游側(cè)設(shè)置多個(gè)電磁攪拌裝置，使扁坯全部斷面凝固組織微細(xì)化的方法，但是由于微細(xì)化的程度隨攪拌部位而異，所以不能在遍及扁坯全體都能穩(wěn)定得到微細(xì)凝固組織。而且要穩(wěn)定獲得微細(xì)凝固組織，就要增加電磁攪拌裝置數(shù)目。而電磁攪拌裝置的設(shè)置數(shù)受設(shè)備費(fèi)和連續(xù)鑄造裝置結(jié)構(gòu)限制，所以難以設(shè)置必要數(shù)目攪拌裝置。但是無論如何，即使設(shè)置多個(gè)電磁攪拌裝置，也不能使凝固組織充分微細(xì)化。
上述方法3)的具體實(shí)例是，向鋼水中添加能形成凝固核的氧化物和夾雜物本身，或者利用添加成分在鋼水中生成這些物質(zhì)的方法，例如特開昭53-90129號(hào)公報(bào)中的記載的方法，即向鋼水中添加包裹了鐵粉和Co、B、W、Mo等氧化物的金屬絲，在這種金屬絲的溶解位置用電磁攪拌賦予攪拌流，使扁坯全體形成等軸晶組成的凝固組織。但是這種方法中，處于金屬絲內(nèi)的添加物溶解不穩(wěn)定，有時(shí)產(chǎn)生溶解殘?jiān)?。?dāng)出現(xiàn)溶解殘?jiān)鼤r(shí)，這種溶解殘?jiān)愠蔀楫a(chǎn)品缺陷的成因。此外，金屬絲內(nèi)的添加物即使全部溶解，這種添加物也極難從扁坯的表層至內(nèi)部全體都均一分散，導(dǎo)致凝固組織大小不均，不可取。此外等軸晶化效果由于受電磁攪拌位置和攪拌推力的影響，所以受設(shè)備條件制約。特開昭63-140061號(hào)公報(bào)雖然記載了鑄造時(shí)添加TiN微粒的方法，但是實(shí)施此方法時(shí)卻發(fā)現(xiàn)存在與特開昭53-90129號(hào)公報(bào)相同缺點(diǎn)。
關(guān)于向鋼水中添加所需成分使之生成夾雜物凝固核的效果，如《鐵と鋼》1974年4-S79上記載的，一般知道利用使鐵素體不銹鋼鋼水中生成TiN，來實(shí)現(xiàn)凝固組織等軸晶化。但是要用上述方法生成TiN以獲得充分等軸晶化效果，正如上述《鐵と鋼》中記載的那樣，必須使鋼水中Ti濃度達(dá)到0.15重量％以上。
然而，要用上述TiN生成的方法獲得充分等軸晶化效果，就應(yīng)增加價(jià)格昂貴的Ti合金的添加量，結(jié)果不但使制造成本提高，而且還會(huì)在鑄造中產(chǎn)生形成粗大TiN誘因的噴嘴縮徑，或者使板材制品產(chǎn)生鱗片瑕疵等。就其與添加TiN量之間的關(guān)系而言，由于受到鋼成分組成的制約，所以能適用的鋼種有限。
通過添加盡可能微量的某種成分，作為有效獲得等軸晶微細(xì)組織扁坯的手段，有人提出向鋼水中添加Mg。
但是Mg沸點(diǎn)1107℃，比鋼水溫度低，在鋼水中的溶解度幾乎為零，所以在鋼水中投入金屬M(fèi)g，大部分Mg變成蒸氣揮發(fā)。因此按照通常方法添加Mg收率極低，所以Mg添加法還必須作進(jìn)一步研究。
本發(fā)明人等就添加Mg的研究中發(fā)現(xiàn)，Mg的收率和Mg添加后生成氧化物的組成不僅受鋼水成分影響，而且還受爐渣成分影響。也就是說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)僅僅向鋼水添加Mg，鋼水中很難生成具有有效凝固核作用組成的夾雜物。
例如特開平7-48616號(hào)公報(bào)記載了一種提高鋼材品質(zhì)的方法，該方法將覆蓋盛鋼桶等容器內(nèi)鋼水表面的爐渣，調(diào)成含MgO3～15重量％、含F(xiàn)eO、Fe2O3和MnO為5重量％以下的CaO·SiO2·Al2O3系爐渣，貫穿此爐渣添加Mg合金，這種方法能提高鋼水中Mg利用率，而且由于生成微細(xì)的MgO以及MgO·Al2O3氧化物而能提高鋼材品質(zhì)。
特開平7-48616號(hào)公報(bào)記載的方法，由于鋼水被CaO·SiO2·Al2O3系爐渣覆蓋，因而優(yōu)點(diǎn)是能夠抑制Mg蒸發(fā)和提高利用率。但是特開平7-48616號(hào)公報(bào)記載的方法，僅規(guī)定覆蓋鋼水的爐渣中FeO、Fe2O3和MnO總量小于5重量％，沒有規(guī)定SiO2量。因此若爐渣中SiO2含量高，則在添加金屬M(fèi)g和Mg合金時(shí)，由于Mg與爐渣中所含的SiO2反應(yīng)而使鋼水中Mg利用率降低。Mg利用率一旦低，就不能使鋼水中Al2O3等變成含MgO氧化物，結(jié)果導(dǎo)致鋼水中殘存Al2O3系粗大氧化物，使扁坯和鋼材產(chǎn)生缺陷。
Al2O3系氧化物作為凝固核的作用小，會(huì)使扁坯凝固組織粗大化，在扁坯的表面或內(nèi)部產(chǎn)生裂紋和中心偏析以及中心疏松等缺陷，導(dǎo)致扁坯的成品率降低等。
而且即使將這種扁坯加工成鋼材，也會(huì)產(chǎn)生因凝固組織粗大引起的表面缺陷和內(nèi)部缺陷，出現(xiàn)成品率和品質(zhì)低等問題。
此外，由于對爐渣中CaO濃度或鋼水中Ca濃度未加以任何限制，所以有時(shí)會(huì)生成不起凝固核作用的低熔點(diǎn)復(fù)合化合物(CaO-Al2O3-MgO系氧化物)，而不是高熔點(diǎn)MgO等。
特開平10-102131和特開平10-296409號(hào)公報(bào)提出改善扁坯凝固組織的方法，該方法通過使鋼水含有0.001～0.015重量％Mg，來形成微細(xì)且分散性良好的氧化物，使這種氧化物分布在扁坯全體。
但是特開平10-102131號(hào)公報(bào)和特開平10-296409記載的方法，由于氧化物以50個(gè)/毫米2高密度在扁坯中從表層部分向內(nèi)部均一分散，所以在扁坯、加工過程中的扁坯或者加工扁坯得到的鋼材中，有時(shí)出現(xiàn)氧化物造成的裂紋和鱗片等缺陷。這種情況下必須進(jìn)行表面磨削等修整處理，而且有時(shí)因鋼材破碎而降低制品成品率。
此外，在鋼材表面露出氧化物或者其表層附近存在氧化物的情況下，與酸和鹽水等接觸時(shí)，氧化物(含Mg的氧化物)將溶解，所以存在鋼材耐腐蝕性低等問題。
本發(fā)明人等為了找出在鋼水中添加Mg以實(shí)現(xiàn)等軸晶化的最佳條件，進(jìn)行各種試驗(yàn)，結(jié)果有一個(gè)新發(fā)現(xiàn)，即例如即使鋼水成分和/或爐渣成分相同，Al等脫氧元素和Mg的添加順序都會(huì)對等軸晶化效果產(chǎn)生巨大影響。
也就是說有以下發(fā)現(xiàn)在鋼水中添加Mg后一旦添加Al，由于添加Mg后生成的MgO表面被Al2O3覆蓋，所以生成的MgO不能有效地起凝固核作用。
結(jié)果，不能獲得由MgO產(chǎn)生的凝固組織微細(xì)化效果，凝固組織粗大化，產(chǎn)生裂紋等表面缺陷和中心偏析及中心疏松等內(nèi)部缺陷。其結(jié)果，或者增加扁坯和鋼材的修整操作，或者因扁坯和鋼材的破碎使制品的成品率降低。
綜上所述，對于過去作為凝固核向鋼水中添加的氧化物和夾雜物本身的方法，或者添加所需成分使鋼水中生成凝固核的方法而言，均難于獲得凝固組織均一的無缺陷扁坯，因而不能得到軋鋼等加工特性好的扁坯，所以問題是不能得到缺陷少品質(zhì)優(yōu)良的鋼材。
目前的現(xiàn)狀是，對于工業(yè)上穩(wěn)定地制造無缺陷和加工性能優(yōu)良的扁坯而言，迄今為止尚不清楚應(yīng)當(dāng)形成何種凝固組織。
因此，目前的現(xiàn)狀是，通過低溫鑄造和電磁攪拌，或者通過添加形成凝固核的氧化物使扁坯等軸晶化的已有方法，均不能在抑制扁坯中裂紋和凹坑缺陷、中心偏析和中心疏松(多孔性)等表面缺陷和內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的條件下，獲得均一晶粒直徑的凝固組織，制成無缺陷的扁坯，提高該扁坯的加工特性，在工業(yè)上穩(wěn)定地制造出缺陷少而品質(zhì)優(yōu)良的鋼材。
發(fā)明的公開本發(fā)明是鑒于這種情況而作出，目的在于提供一種使凝固組織變成微細(xì)而均一的凝固組織，制成能抑制裂紋和中心疏松、中心偏析等表面缺陷和內(nèi)部缺陷產(chǎn)生，且加工特性和/或品質(zhì)特性優(yōu)良的扁坯。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用這種扁坯加工得到的、沒有表面缺陷和內(nèi)部缺陷、加工特性和/或品質(zhì)特性優(yōu)良的鋼材。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種鋼水的處理方法，該方法能夠促進(jìn)鋼水中高熔點(diǎn)含MgO氧化物的生成，使之以凝固核形式起作用，使扁坯的凝固組織微細(xì)化。
本發(fā)明另外目的在于提供一種扁坯的連續(xù)鑄造方法，該方法能夠使扁坯的凝固組織轉(zhuǎn)變成微細(xì)的凝固組織，抑制裂紋和偏析等表面缺陷和內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，將扁坯加工成鋼材時(shí)鋼材缺陷少，而且扁坯的耐腐蝕性等品質(zhì)特性也優(yōu)良。
此外，本發(fā)明的其它目的在于提供一種鑄造含鉻鋼扁坯的鑄造方法以及用該扁坯制造的無縫鋼管，所述的方法能夠使扁坯的凝固組織成為微細(xì)的凝固組織，抑制裂紋和偏析等表面缺陷和內(nèi)部缺陷的發(fā)生，將扁坯制成無縫鋼管時(shí)鋼管缺陷少，制品成品率高。
滿足上述目的的本發(fā)明的扁坯(以下叫作“扁坯A”)，其特征在于鑄造扁坯的全斷面60％以上是滿足下式的等軸晶。
D＜1.2X1/3+0.75式中D是結(jié)晶方向相同組織的等軸晶直徑(mm)，X是距扁坯表面之間的距離(mm)。
扁坯中通過獲得滿足上式的凝固組織，減少在扁坯表層殘存的柱狀晶寬度，抑制因凝固時(shí)鋼水成分的固液分配而產(chǎn)生的微小偏析，增強(qiáng)抗裂性，抑制因凝固過程中變形以及扁坯凸肚和彎曲矯正加工應(yīng)力而產(chǎn)生的扁坯裂紋缺陷，而且能夠防止因厚度中心部分鋼水凝固收縮和鋼水流動(dòng)而出現(xiàn)的中心疏松和中心偏析等內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生。
具有滿足上式的凝固組織的扁坯A，軋制加工時(shí)由于變形均一而有良好的加工特性，所以經(jīng)加工的鋼材中表面缺陷和內(nèi)部缺陷的發(fā)生能得以抑制。
此外，扁坯A中能夠使上述等軸晶充滿扁坯的全部斷面。
如果使扁坯的全部斷面均呈沒有柱狀晶的均一微細(xì)凝固組織，減小扁坯表層和內(nèi)部的微觀偏析，則能夠進(jìn)一步增強(qiáng)對凝固過程中變形和應(yīng)力產(chǎn)生裂紋的抗裂性。其結(jié)果，能夠防止扁坯中表面缺陷和內(nèi)部缺陷的發(fā)生，提高加工時(shí)從扁坯的表層到內(nèi)部變形的均一性，從而提高加工特性。
能夠滿足本發(fā)明上述目的而且加工特性優(yōu)良的另一種扁坯(以下記作“扁坯B”)，其特征在于與鑄造的扁坯表面深度距離相等的晶粒直徑最大值，為該深度平均晶粒直徑的三倍以下。
通過獲得晶粒直徑滿足上述關(guān)系的凝固組織，能夠使距離扁坯表層預(yù)定溫度處存在的晶粒直徑均一。其結(jié)果，可以抑制銅等混入元素的局部晶界偏析，以及表層部位的晶界裂紋。此外，由于加工時(shí)能使晶粒的變形均一，抑制變形集中在特定的晶粒上，所以能提高作為斷面收縮加工指數(shù)的r值而且還能杜絕皺紋瑕疵、單向皺紋和條痕等表面缺陷。
此外，還能使扁坯B中沿厚度方向斷面的60％以上均為等軸晶。
通過使扁坯B中沿厚度方向斷面60％以上均為等軸晶，能使扁坯的凝固組織變成抑制柱狀晶生長的凝固組織。其結(jié)果，扁坯表層和內(nèi)部的晶界偏析進(jìn)一步得到抑制，對凝固過程的變形和應(yīng)力所引發(fā)裂紋的抗裂性得以提高，不僅抑制扁坯的表面缺陷和內(nèi)部缺陷產(chǎn)生，而且還能提高加工時(shí)變形行為的各向同性(壓下時(shí)在寬度和長度方向的伸長)，從而能提高加工特性。也就是說，能夠杜絕鋼材中因裂紋和鱗片以及加工變形的不均勻性造成的皺紋瑕疵等表面缺陷的產(chǎn)生。
此外，還能使扁坯B中沿扁坯厚度方向全部斷面均為等軸晶。
這種凝固組織中，由于微觀偏析進(jìn)一步得到抑制，而且凝固組織更均一，所以扁坯中對裂紋等的抑制能夠進(jìn)一步增強(qiáng)，表面缺陷和內(nèi)部缺陷的發(fā)生得到更確實(shí)地防止，而且能增加加工時(shí)從表層至內(nèi)部變形的均一性，進(jìn)一步提高加工特性、r值和韌性。
能夠滿足上述目的的本發(fā)明的品質(zhì)特性和加工特性優(yōu)良的扁坯(以下叫作“扁坯C”)，其特征在于其中含有100個(gè)/厘米2以上當(dāng)鋼水凝固時(shí)形成的與δ鐵素體晶格非共格性小于6％的夾雜物。
與δ鐵素體晶格的非共格性小的夾雜物，起有效形成多數(shù)凝固核種晶核的作用。若形成多數(shù)凝固核，則凝固組織微細(xì)化，其結(jié)果能夠抑制扁坯表層及內(nèi)部的微小偏析，對冷卻不均和收縮變形等造成裂紋的抗裂性提高。凝固核凝固后有阻塞作用(抑制凝固后晶粒的生長)，抑制凝固組織的粗大化，能得到更加微細(xì)的凝固組織。
具有這種凝固組織的扁坯，軋制等加工時(shí)容易在壓下方向變形。也就是說，這種扁坯的加工特性極好。
一旦扁坯中所含的夾雜物個(gè)數(shù)少于100個(gè)/厘米2，則形成凝固核的數(shù)目減少，同時(shí)凝固后的填塞作用也不充分，所以扁坯的凝固組織變得粗大，其結(jié)果在扁坯上將產(chǎn)生表面缺陷和內(nèi)部缺陷。
此外對于扁坯C而言，還可以使上述夾雜物含有100個(gè)/厘米2以上尺寸為10微米以下的夾雜物。
夾雜物細(xì)小，能有效形成多數(shù)凝固核，而且因能提高阻塞作用，所以可以獲得更加微細(xì)的均一凝固組織。對這種凝固組織的扁坯進(jìn)行軋制加工時(shí)，加工性能好，鋼材不會(huì)產(chǎn)生鱗片瑕疵和表面裂紋以及皺紋等表面缺陷和內(nèi)部缺陷。
一旦夾雜物尺寸大于10微米，則當(dāng)鋼水凝固時(shí)雖然有凝固核作用，但是問題是容易產(chǎn)生鱗片瑕疵和分層瑕疵。
此外，扁坯C也可以是凝固的一次結(jié)晶為δ鐵素體鋼種的。
扁坯在凝固過程中產(chǎn)生相變，凝固后或者冷卻過程中即使變成鐵素體以外組織的鋼種，扁坯C的夾雜物也起種晶核作用，由于促進(jìn)δ鐵素體凝固核生成，所以能得到微細(xì)而均一的凝固組織。其結(jié)果使冷卻后扁坯結(jié)晶組織變得微細(xì)。
按照上述目的本發(fā)明的品質(zhì)特性優(yōu)良的扁坯(以下叫作“扁坯D”)，其特征在于在向鋼水添加鋼水凝固時(shí)形成凝固核所需的金屬或金屬化合物而鑄造的扁坯中，在扁坯表層內(nèi)部所含的尺寸為10微米以下金屬化合物的個(gè)數(shù)，是扁坯表層部分所含尺寸10微米以下金屬化合物個(gè)數(shù)的1.3倍以上。
因此，在這種扁坯D中，在向鋼水中添加金屬生成的金屬化合物或者直接向鋼水中添加的金屬化合物中，在扁坯內(nèi)部所含的尺寸10微米以下金屬化合物的數(shù)目，比扁坯表層部分多。這種金屬化合物在鋼水凝固時(shí)起凝固核作用，使凝固組織的等軸晶粒直徑減小，其結(jié)果將抑制晶界偏析。而且，這種金屬化合物還有阻塞作用，能抑制等軸晶粗大化。
這樣一來，可以防止扁坯C中因凝固過程的變形和應(yīng)力造成的裂紋和凹坑瑕疵，以及因夾雜物造成的表面缺陷產(chǎn)生，增強(qiáng)對扁坯凸起和彎曲加工矯正時(shí)的變形造成內(nèi)部裂紋的抗裂性，而且能抑制凝固末期因鋼水凝固收縮和鋼水流動(dòng)造成的中心疏松(多孔性)和中心偏析等內(nèi)部缺陷產(chǎn)生。
對于扁坯D而言，由于表層金屬化合物個(gè)數(shù)比內(nèi)部金屬化合物個(gè)數(shù)少，所以扁坯軋制加工時(shí)因夾雜物產(chǎn)生的表面缺陷減少，因而能改善耐腐蝕性等品質(zhì)特性和加工特性。
所謂扁坯D的表層部分，是指距表層大于10％至25％之間的范圍。在此范圍外，表層部分過薄，金屬化合物多的內(nèi)部與表層接近，內(nèi)部金屬化合物個(gè)數(shù)增加，不能使表層部分形成微細(xì)凝固組織，扁坯加工時(shí)容易發(fā)生金屬化合物引起的缺陷。
其中，鋼水所含的金屬化合物與鋼水凝固時(shí)形成的δ鐵素晶格的非共格性可以處于6％以下。
因此，鋼水凝固時(shí)凝固核形成能力提高，可以得到更加微細(xì)的凝固組織，能使表層部分和內(nèi)部的微小偏析極小。而且壓下方向變形更易，能夠穩(wěn)定制造加工特性和品質(zhì)特性優(yōu)良的扁坯。
此外，可以將扁坯D制成鐵素體系不銹鋼扁坯。
對于鐵素體系不銹鋼扁坯D，能容易地將易于粗大化的凝固組織變成微細(xì)的等軸晶。
本發(fā)明的上述扁坯，可以使之含有向鋼水中添加Mg或Mg合金而生成的含MgO氧化物。
通過使之含有含MgO氧化物，可以抑制鋼水中氧化物凝聚，提高氧化物的分散性，增加起凝固核作用的氧化物個(gè)數(shù)。其結(jié)果，扁坯的凝固組織更加穩(wěn)定，形成微細(xì)凝固組織。
本發(fā)明的上述扁坯加熱后，例如經(jīng)1100～1350℃加熱后，軋制加工制成鋼材，由于具有上述特性，所以軋制加工時(shí)抗裂性高，可以防止軋制加工時(shí)變形集中在特定晶粒上，獲得晶粒均一的變形(變形行為的各向同性)。
因此，本發(fā)明的上述扁坯壓下時(shí)在寬度和長度方向上的變形均一，所以加工這種扁坯得到的本發(fā)明鋼材，在通常鋼材中發(fā)生的那些鱗片瑕疵和裂紋等表面缺陷，以及中心疏松和中心偏析等內(nèi)部缺陷極少。而且本發(fā)明的鋼材因夾雜物造成的表面缺陷和內(nèi)部缺陷也極少，所以具有良好的耐腐蝕性等品質(zhì)特性。
以下說明制造本發(fā)明上述扁坯用鋼水的處理方法(以下叫作“本發(fā)明的處理方法”)。
本發(fā)明的處理方法之一(以下叫作“處理方法I”)，其特征在于將精煉爐精煉的鋼水中總Ca量調(diào)節(jié)到0.0010質(zhì)量％以下，然后向該鋼水中添加預(yù)定量的Mg。
按照這種處理方法I，能夠抑制鋼水中鋁酸鈣(12CaO·Al2O3等低熔點(diǎn)夾雜物)的生成。結(jié)果能防止向鋁酸鈣中加入Mg氧化物(MgO)時(shí)形成CaO-Al2O3-MgO三元復(fù)合氧化物，可以形成起凝固核作用的MgO或MgO·Al2O3等高熔點(diǎn)氧化物。
這里所述的總Ca量，是指在鋼水中存在的Ca以及CaO等含Ca化合物中Ca成分的合計(jì)量；處理方法I中規(guī)定的含量，是指鋼水中完全不含Ca，或者含0.0010質(zhì)量％以下Ca情況的含量。
此外，本發(fā)明的處理方法I中，也可以使鋼水中不含鋁酸鈣復(fù)合氧化物。
因此，當(dāng)鋼水中存在氧化物(氧化鎂)時(shí)，通常可以穩(wěn)定地防止由鋁酸鈣和氧化物(氧化鎂)形成CaO-Al2O3-MgO三元復(fù)合氧化物，結(jié)果能使鋼水中更確實(shí)形成MgO和MgO·Al2O3等高熔點(diǎn)氧化物(以下叫作“含MgO氧化物”)，使扁坯的凝固組織微細(xì)化，防止扁坯產(chǎn)生表面缺陷和內(nèi)部缺陷。
鋼水中鎂的添加量，優(yōu)選為0.0010～0.10質(zhì)量％。
鎂添加量低于0.0010質(zhì)量％時(shí)，鋼水中的含MgO氧化物產(chǎn)生的凝固核數(shù)量減少，不能使凝固組織微細(xì)化。另一方面，一旦鎂的添加量超過0.10重量％，因凝固組織的微細(xì)化效果飽和，添加的Mg或Mg合金不起作用，或者因包含MgO和含MgO氧化物的氧化物增加而常常產(chǎn)生缺陷。
將本發(fā)明處理方法I處理的鋼水澆鑄在鑄模中，經(jīng)冷卻制造的本發(fā)明扁坯，因微細(xì)的MgO和/或含MgO氧化物而使凝固組織微細(xì)化，因而能夠抑制扁坯表面產(chǎn)生的裂紋和凹坑等表面缺陷以及中心疏松(多孔性)和中心偏析等內(nèi)部缺陷的發(fā)生。因此，將這種扁坯軋制等加工成鋼材時(shí)，可以防止鋼材產(chǎn)生表面缺陷和內(nèi)部缺陷，無修整和破碎，產(chǎn)品成品率和材料質(zhì)量均高。
本發(fā)明的另一處理方法(以下叫作“處理方法II”)，其特征是在鋼水中添加預(yù)定量的Mg之前，向鋼水中添加預(yù)定量含Al合金進(jìn)行脫氧處理。
這種處理方法II首先添加含Al合金，使此含Al合金與鋼水中的氧、MnO、SiO2、FeO等反應(yīng)生成Al2O3，然后通過添加預(yù)定量Mg使Al2O3表面Mg被氧化生成MgO，或者形成MgO·Al2O3。Al2O3上存在的MgO或者M(jìn)gO·Al2O3，因其與作為凝固一次結(jié)晶的δ鐵素體間晶格的非共格度處于6％以下，所以當(dāng)鋼水凝固時(shí)具有凝固核作用。其結(jié)果，使凝固組織微細(xì)化，能夠抑制裂紋等表面缺陷和中心偏析和中心疏松等內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，而且也能抑制加工性能和耐腐蝕性降低。
所述的Al合金，是指含有金屬Al和Fe-Al合金等Al的合金，添加的Mg是指金屬M(fèi)g和Fe-Si-Mg合金、Ni-Mg合金等含Mg合金。
此外，在本發(fā)明的處理方法II中，向鋼水中添加Mg前，除了預(yù)定量含Al合金之外，還可以添加預(yù)定量含Ti合金進(jìn)行脫氧處理。
通過添加上述含Ti合金，使Ti在鋼水中固溶，使其中一部分生成TiN起凝固核作用，而且使脫氧生成的Al2O3表面上形成MgO或MgO·Al2O3，同時(shí)能夠起凝固核作用。其中所述的含Ti合金，是指金屬Ti和Fe-Ti合金等含Ti合金。
本發(fā)明的處理方法II中，優(yōu)選使Mg的添加量處于0.0005～0.10質(zhì)量％。
通過使Mg的添加量處于此范圍內(nèi)，能夠使脫氧形成的Al2O3表面上充分形成MgO或MgO·Al2O3。這種MgO或MgO·Al2O3，在鋼水中凝固時(shí)，凝固核作用充分，將使凝固組織更微細(xì)。
當(dāng)Mg的添加量低于0.0005質(zhì)量％時(shí)，具有與δ鐵素體晶格的非共格性小于6％表面的氧化物數(shù)目不足，不能使凝固組織微細(xì)。另一方面，當(dāng)Mg的添加量超過0.10質(zhì)量％時(shí)，因氧化物使凝固組織微細(xì)化的效果飽和，同時(shí)添加Mg所需的成本也提高。
本發(fā)明的處理方法II中，可以將鋼水制成鐵素體系不銹鋼的鋼水。
按照本發(fā)明的處理方法II，能夠使凝固組織容易粗化的鐵素體系不銹鋼的凝固組織微細(xì)化，其結(jié)果能夠抑制扁坯表面上產(chǎn)生的裂紋和凹坑缺陷、內(nèi)部裂紋、中心疏松和中心偏析等缺陷。
在本發(fā)明的處理方法I和處理方法II中，更優(yōu)選添加Mg，使鋼水中所含的爐渣和脫氧生成物非氧化物，以及在鋼水中添加Mg時(shí)生成的氧化物滿足下式(1)和(2)17.4(kAl2O3)+3.9(kMgO)+0.3(kMgAl2O4)+18.7(kCaO)≤500...(1)(kAl2O3)+(kMgO)+(kMgAl2O4)+(kCaO)≥95...(2)式中，k表示氧化物的摩爾％。
利用這種添加Mg的方法，能夠生成CaO·Al2O3·MgO、MgO·Al2O3、MgO等復(fù)合氧化物，這些氧化物與δ鐵素體晶格的非共格性小于6％，是有效起凝固核作用的氧化物。鋼水凝固時(shí)，這些復(fù)合氧化物起凝固核作用，使之生成等軸晶，從而使扁坯的凝固組織微細(xì)化。
這種Mg添加法也適用于鐵素體系不銹鋼的鋼水。
也就是說，上述Mg添加法能夠使凝固組織容易粗大化的鐵素體系不銹鋼的凝固組織形成更微細(xì)的凝固組織，抑制扁坯中產(chǎn)生的內(nèi)部裂紋和中心偏析、中心疏松等。而且，能夠防止加工這種扁坯制成鋼材中因粗大凝固組織產(chǎn)生的條痕和邊緣裂紋缺陷。
本發(fā)明的再一處理方法(以下記作“處理方法III”)，其特征在于在鋼水液相線溫度以上向Ti濃度和N濃度滿足TiN析出結(jié)晶的溶度積的鋼水中，添加預(yù)定量的Mg。
按照這種處理方法III，在不析出TiN的高溫下，生成分散性良好的MgO或MgO·Al2O3等含MgO的氧化物，隨著鋼水溫度的降低，在這種含MgO氧化物上析出TiN，分散在鋼水中，起凝固核作用，使扁坯的凝固組織微細(xì)化。這里Mg的添加，也可以利用投入金屬M(fèi)g和Fe-Si-Mg合金、Ni-Mg合金等含鎂合金的方式進(jìn)行。
其中，上述的Ti濃度[％Ti]和N濃度[％N]優(yōu)選能夠滿足下式要求[％Ti]×[％N]≥([％Cr]2.5+150)×10-6式中，[％Ti]是鋼水中Ti的質(zhì)量％，[％N]鋼水中N的質(zhì)量％，[％Cr]是鋼水中Cr的質(zhì)量％。
在本發(fā)明的處理方法III中，由于將鋼水中所含的Ti和N濃度保持在預(yù)定范圍內(nèi)，并添加預(yù)定量Mg，所以能夠使生成的TiN隨著分散性高的含MgO氧化物，穩(wěn)定地分散在鋼水之中。這種TiN在鋼水凝固時(shí)起凝固核作用，從而使扁坯的凝固組織更加微細(xì)。
本發(fā)明的處理方法III即使對于凝固組織容易粗大化的含Cr鐵素體系不銹鋼而言，也能發(fā)揮使凝固組織微細(xì)化的效果，并且能夠防止扁坯和鋼材產(chǎn)生表面缺陷和內(nèi)部缺陷。
本發(fā)明的處理方法III特別適用于含有10～23質(zhì)量％Cr的鐵素體系不銹鋼鋼水的鑄造。
若Cr含量低于10重量％，則鋼材的耐腐蝕性降低，同時(shí)也不能獲得所需的微細(xì)化效果。另一方面，若Cr含量超過23重量％，則即使添加Cr鐵合金也不能提高鋼材的耐腐蝕性，而且鐵合金添加量加大導(dǎo)致成本增加。
本發(fā)明的又一處理方法(以下叫作“處理方法IV”)，其特征在于使覆蓋鋼水的爐渣中含有1～30質(zhì)量％能夠被Mg還原的氧化物。
按照這種處理方法IV，由于使?fàn)t渣中所含的氧化物總質(zhì)量保持在預(yù)定值，所以向鋼水中添加的Mg能夠提高M(jìn)gO和含MgO氧化物的生成比例(成品率)，其結(jié)果能夠使微細(xì)的MgO和含MgO的氧化物(以下叫作“含MgO氧化物”)分散在鋼水之中。
于是，這種MgO和含MgO氧化物起凝固核作用，使扁坯的凝固組織微細(xì)化。結(jié)果，能夠抑制扁坯表面產(chǎn)生裂紋和凹坑，抑制內(nèi)部產(chǎn)生裂紋和中心偏析、中心疏松等缺陷，或者因無需修整扁坯或防止破碎而能提高扁坯的成品率，從而能夠使對扁坯進(jìn)行軋制等加工制成鋼材的品質(zhì)。
其中，所述的爐渣中的氧化物，是指FeO、Fe2O3、MnO和SiO2中一種或兩種以上氧化物。
通過適當(dāng)選擇爐渣中的氧化物，可以抑制爐渣中氧化物對Mg的消耗，提高M(jìn)g的存留率，將Mg有效地添加到鋼水之中。
此外，在本發(fā)明的處理方法IV中優(yōu)選使鋼水中所含的Al2O3處于0.005～0.10質(zhì)量％之間。
這樣可以使熔點(diǎn)高的Al2O3轉(zhuǎn)變成MgO·Al2O3等復(fù)合氧化物，而且利用MgO的分散性使此復(fù)合氧化物均勻分散在鋼水中，提高起凝固核作用的含MgO氧化物的比例。
本發(fā)明的另一處理方法(以下叫作“處理方法V”)，其特征在于向鋼水中添加預(yù)定量Mg之前，使覆蓋鋼水的爐渣中CaO活度處于0.3以下。
按照這種處理方法，通過向鋼水中添加Mg，可以使δ鐵素體晶格共格性優(yōu)良的MgO和高熔點(diǎn)含MgO的氧化物生成得微細(xì)，并分散在鋼水之中。
于是當(dāng)鋼水凝固時(shí)，這種MgO和含MgO氧化物由于起凝固核作用，所以扁坯的凝固組織將變得微細(xì)。
一旦爐渣中的CaO活度超過0.3，含有不起凝固核作用的CaO的低熔點(diǎn)氧化物或與δ鐵素體晶格的非共格度超過6％的氧化物就會(huì)增加。
在本發(fā)明的處理方法V中，優(yōu)選使?fàn)t渣的堿度處于10以下。
若將爐渣的堿度調(diào)節(jié)到10以下，則能夠穩(wěn)定地抑制爐渣中CaO的活度，因而能夠防止含MgO氧化物轉(zhuǎn)變成低熔點(diǎn)氧化物、或與δ鐵素體晶格的非共格度超過6％的氧化物。
此外，本發(fā)明的處理方法V能夠良好地適用于鐵素體系不銹鋼的鋼水。
若使用本發(fā)明的處理方法V處理鐵素體系不銹鋼的鋼水，當(dāng)鋼水凝固時(shí)，能夠使容易粗大化的凝固組織微細(xì)化，因而能夠防止扁坯和將其加工成的鋼材等形成表面缺陷和內(nèi)部缺陷。
本發(fā)明的上述扁坯能夠用連續(xù)鑄造法制造，這種連續(xù)鑄造法的特征在于將含有MgO或含MgO氧化物的鋼水澆鑄在鑄模中，用電磁攪拌裝置一邊攪拌鋼水一邊鑄造。
按照這種連續(xù)鑄造方法，通過在鋼水中形成分散性高的MgO和/或含MgO氧化物，由于這種氧化物對凝固核形成的促進(jìn)作用和阻塞作用(抑制凝固后組織的生長)，能夠使扁坯的凝固組織微細(xì)化。
通過電磁攪拌裝置的攪拌，能夠減少扁坯表面存在的氧化物，防止扁坯和鋼材中因氧化物而產(chǎn)生鱗片和裂紋等缺陷，而且還能夠提高耐腐蝕性。
在本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法中，優(yōu)選將電磁攪拌裝置設(shè)置在鑄模內(nèi)彎月面下游側(cè)2.5米之內(nèi)。
將電磁攪拌裝置設(shè)置在上述范圍內(nèi)時(shí)，一邊沖洗被初期凝固的表層部分撲捉到的氧化物，一邊使表層部分的凝固組織微細(xì)化，使扁坯內(nèi)部含有許多MgO和/或含MgO氧化物，可以使凝固組織變成更加微細(xì)的凝固組織。其結(jié)果，能夠防止扁坯和鋼材中出現(xiàn)因氧化物而產(chǎn)生的鱗片和裂紋缺陷，而且還能提高耐腐蝕性。
電磁攪拌裝置的攪拌位置，處于彎月面(鋼水表面)上方時(shí)不能有效地使鋼水形成攪拌流，而處于超過2.5米的下游側(cè)時(shí)凝固殼變得過厚，使變成表層部分的凝固殼內(nèi)氧化物增加，會(huì)產(chǎn)生耐腐蝕性降低的問題。
本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法優(yōu)選用電磁攪拌裝置賦予鋼水以10厘米/秒以上流速的攪拌流。
這樣能夠利用鋼水的流動(dòng)洗滌除去被扁坯的凝固殼撲捉的氧化物。
當(dāng)攪拌流的流速低于10厘米/秒時(shí)，不能洗滌除去凝固殼附近的氧化物，而如果攪拌流流速過高，則由于會(huì)卷入鋼水表面覆蓋的粉末，使鑄模內(nèi)的彎月面產(chǎn)生擾動(dòng)，所以優(yōu)選將攪拌流的流速上限定為50厘米/秒。
而且優(yōu)選將電磁攪拌裝置設(shè)置得使鑄模內(nèi)鋼水表面形成水平方向旋轉(zhuǎn)的攪拌流。
借助于水平方向旋轉(zhuǎn)的攪拌流，能夠有效地洗滌除去被扁坯表層部分撲捉的氧化物，使扁坯內(nèi)部存在許多微細(xì)的氧化物。
本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法也適用于用鐵素體系不銹鋼鋼水鑄造扁坯的情形。
上述鋼水特別是含有10～23質(zhì)量％Cr、0.0005～0.010質(zhì)量％Mg的鋼水。
利用這種方法形成鋼水中分散性高的MgO和/或含MgO的氧化物，由于對晶核生成的促進(jìn)作用和填充作用(抑制凝固后組織的生長)，能夠使扁坯的凝固組織變成微細(xì)的凝固組織。
因而能夠抑制扁坯表層部分產(chǎn)生的表面缺陷、內(nèi)部產(chǎn)生的裂紋和中心疏松等缺陷。
對加工后的扁坯穿孔時(shí)，可以抑制在孔內(nèi)表面產(chǎn)生裂紋和鱗片等缺陷的出現(xiàn)，提高鋼管的品質(zhì)。
Mg含量一旦低于0.0005質(zhì)量％，鋼水中的MgO就會(huì)減少，凝固核不能充分形成，而且阻塞作用也減弱，不能使凝固組織微細(xì)化。另一方面，一旦MgO含量超過0.010重量％，凝固組織的微細(xì)化效果就會(huì)飽和而無顯著效果，同時(shí)Mg和含Mg合金等用量增大，增加制造成本。鉻含量若低于10質(zhì)量％，則鋼管的耐腐蝕性降低，同時(shí)凝固組織的微細(xì)化效果也減小。鉻含量超過23質(zhì)量％時(shí)，鉻合金的添加量增加，制造成本上升。
使用本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法連續(xù)鑄造鐵素體系不銹鋼鋼水時(shí)，可以用電磁攪拌裝置一邊攪拌該鋼水一邊鑄造。
通過上述攪拌可以使凝固時(shí)生成的柱狀晶尖端折斷，能夠抑制柱狀晶的生長，斷片與凝固核的相互作用能夠使扁坯的凝固組織更加微細(xì)。
此外，在上述應(yīng)用的情況下，優(yōu)選從扁坯的固相比為0.2～0.7的范圍內(nèi)開始對扁坯輕輕壓下。
扁坯內(nèi)部殘存的未凝固部分凝固收縮產(chǎn)生的中心疏松，能夠被此輕壓所壓實(shí)，因而能夠防止未凝固鋼水流動(dòng)產(chǎn)生的中心偏析等。
在固相比小于0.2的范圍內(nèi)開始輕壓，由于未凝固區(qū)過多，所以即使壓下也不能獲得壓實(shí)效果，而且脆弱的凝固殼也會(huì)產(chǎn)生裂紋。若在固相比大于0.7的范圍內(nèi)壓下，則往往無法壓下中心疏松。因此，為了將中心疏松壓實(shí)，必須采用較大壓下力，從而使壓下裝置大型化。
符合上述目的的本發(fā)明無縫鋼管，是將添加了10～23質(zhì)量％鉻和0.0005～0.010質(zhì)量％鎂的鋼水澆鑄在鑄模中，依靠該鑄模的冷卻，以及一邊利用設(shè)置在支持段的冷卻水噴嘴噴灑水冷卻一邊使之凝固的方法連續(xù)鑄造，在制管工序中將得到的扁坯穿孔制成的。
這種鋼管由于采用凝固組織微細(xì)的扁坯，所以在制管工序中穿孔時(shí)，可以抑制管的表面和內(nèi)表面產(chǎn)生裂紋和鱗片缺陷，而且也不需要磨削等修整，是品質(zhì)優(yōu)良的鋼管。
附圖的簡要說明附

圖1是制造本發(fā)明扁坯用連續(xù)鑄造裝置的斷面圖。
附圖2是附圖1所示連續(xù)鑄造裝置中鑄模附近的斷面圖。
附圖3是附圖2所示鑄模的B-B斷面圖。
附圖4是附圖1所示連續(xù)鑄造裝置中A-A斷面的斷面圖。
附圖5是本發(fā)明鋼水處理方法用處理裝置的斷面圖。
附圖6是本發(fā)明處理方法用另一處理裝置的斷面圖。
附圖7是傳統(tǒng)扁坯厚度方向凝固組織的模式圖。
附圖8是本發(fā)明扁坯距離表層的距離，與等軸晶直徑和柱狀晶寬度之間關(guān)系的示意圖。
附圖9是本發(fā)明扁坯厚度方向上凝固組織的模式圖。
附圖10是本發(fā)明扁坯中距離表層的距離與等軸晶直徑之間其它關(guān)系的示意圖。
附圖11是本發(fā)明扁坯距離表層的距離，與等軸晶直徑和柱狀晶寬度之間其它關(guān)系的示意圖。
附圖12是本發(fā)明扁坯距離表層的距離，與等軸晶直徑之間其它關(guān)系的示意圖。
附圖13是本發(fā)明扁坯厚度方向的斷面圖。
附圖14是本發(fā)明扁坯距離表層的距離，與晶粒直徑中最大晶粒直徑/平均晶粒直徑之間關(guān)系的示意圖。
附圖15是傳統(tǒng)扁坯距離表層的距離，與晶粒直徑中最大晶粒直徑/平均晶粒直徑之間關(guān)系的示意圖。
附圖16是扁坯中10微米以下夾雜物個(gè)數(shù)(個(gè)/厘米2)與等軸晶比例(％)之間關(guān)系的示意圖。
附圖17是CaO-Al2O3-MgO體系狀態(tài)圖中，屬于本發(fā)明組成區(qū)域的曲線圖。
附圖18是本發(fā)明鋼水處理方法中，鋼水中Ti濃度與N濃度的溶度積[％Ti]×[％N]與Cr濃度[％Cr]之間關(guān)系的示意圖。
附圖19是本發(fā)明鋼水處理方法中，添加Mg之前爐渣中FeO、Fe2O3、MnO和SiO2總質(zhì)量％與Mg處理后鋼水中Mg保留率之間關(guān)系的示意圖。
附圖20是本發(fā)明鋼水處理方法中，爐渣的堿度與CaO活度之間關(guān)系的示意圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式1)以下，參照附圖就本發(fā)明及具體化的實(shí)施方案進(jìn)行說明，以供理解本發(fā)明。
如圖1和圖2所示，制造本發(fā)明扁坯用的連續(xù)鑄造裝置10，具有儲(chǔ)存鋼水的中間罐12，設(shè)有從中間罐12向鑄模13中澆鑄鋼水11用出口14的浸漬噴嘴15，攪拌鑄模13內(nèi)鋼水11的電磁攪拌裝置16，靠來自附圖未示出的冷卻水噴嘴的灑水使鋼水11凝固的支持段17，對扁坯18的中央部分壓下用壓下段19，以及拉拔壓下后扁坯18用拉輥20和21。
電磁攪拌裝置16，如圖3所示，設(shè)置在鑄模13長壁13a和13b的外側(cè)，長壁13a和長壁13b分別設(shè)置有電磁線圈16a和16b，以及16c和16d。
其中必要時(shí)可以使用這種電磁攪拌裝置16。
壓下段19，如圖4所示，由保持在扁坯18下面的支持輥22，以及與扁坯18的上表面?zhèn)冉佑|并有凸起部分23的壓下輥24組成。此壓下輥24由附圖沒有示出的油壓裝置壓下，凸起部分23可以壓入到預(yù)定深度位置，將扁坯18的未凝固部分18b壓下。附圖2中，符號(hào)18a是扁坯的凝固殼。
扁坯18在其后切成預(yù)定尺寸后，被輸送到后續(xù)工序中，經(jīng)圖中未示出的加熱爐、均熱爐等加熱后，經(jīng)壓力加工制成鋼材。
本發(fā)明處理方法用處理裝置示于附圖5和6附圖5中。附圖5所示的處理裝置25，具有承受鋼水11的盛鋼桶26，設(shè)置在盛鋼桶26上方的含Al合金儲(chǔ)藏料斗27，以及儲(chǔ)藏海綿Ti、Fe-Ti合金等Ti合金或Fe-N合金、N-Mn合金、N-Cr合金等N合金用料斗28，根據(jù)需要從這些儲(chǔ)藏料斗27、28向盛鋼桶26內(nèi)的鋼水11添加上述合金的溜槽29。
此外，處理裝置25還備有在導(dǎo)管32引導(dǎo)下，將被鐵管29覆蓋的金屬M(fèi)g加工成線狀的金屬絲30，貫穿爐渣33供給鋼水11中的供給裝置31。
附圖5中符號(hào)34是向盛鋼桶26內(nèi)供給惰性氣體用多孔塞。
附圖6所示的處理裝置35，具有盛鋼桶11和噴吹Mg或Mg合金粉末用噴槍36。噴槍36被收容在盛鋼桶26內(nèi)，浸漬在表面上形成有爐渣33的鋼水11之中，利用惰性氣體經(jīng)此噴槍36，噴入例如相當(dāng)于Mg量的0.0005～0.010質(zhì)量％的Mg或Mg合金粉末。
一般而言，扁坯的凝固組織，如圖7所示，是由表層(表面層部分)經(jīng)鑄模急劇冷卻凝固的細(xì)小結(jié)晶組織的激冷細(xì)晶，以及在這種激冷細(xì)晶內(nèi)側(cè)形成的大粒結(jié)晶組織的柱狀晶組成。
此外，有時(shí)在扁坯內(nèi)部也形成等軸晶，有時(shí)柱狀晶延伸到中心部分。
柱狀晶是粗大的晶體組織，進(jìn)行壓力加工時(shí)變形的各向異性強(qiáng)，在寬度方向和長度方向上的變形行為不同。
因此，使用具有柱狀晶所占比例大的凝固組織的扁坯制成的鋼材，與具有微細(xì)等軸晶的扁坯制造的鋼材相比，材料質(zhì)量差，往往容易生成皺紋等表面缺陷。
當(dāng)扁坯表層存在粗大柱狀晶的情況下，由于粗大柱狀晶晶界存在性脆的微觀偏析，所以其存在部位變脆，在扁坯表層將會(huì)產(chǎn)生裂紋和凹坑等表面缺陷。
此外，在扁坯內(nèi)部存在柱狀晶或大粒等軸晶的情況下，因凝固組織中存在的微觀偏析和凝固收縮造成的內(nèi)部裂紋(裂縫)和中心疏松(多孔性)，以及凝固終止前因鋼水流動(dòng)而產(chǎn)生的中心偏析等內(nèi)部缺陷容易產(chǎn)生，因而將損害扁坯的品質(zhì)和鋼材的品質(zhì)。
2)(1)通過使扁坯總斷面的60％以上具有滿足下式的等軸晶的凝固組織，能夠防止上述表面缺陷和內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生。
D＜1.2×X1/3+0.75式中，D是作為結(jié)晶方向相同的組織的等軸晶直徑(毫米)，X是距離扁坯表面的距離(毫米)。
也就是說，由具有滿足上式的等軸晶的凝固組織組成的扁坯，是本發(fā)明的扁坯A。
這種等軸晶的直徑，是當(dāng)鋼水凝固成扁坯后在厚度方向上對整個(gè)斷面進(jìn)行腐蝕，當(dāng)光線照射在其表面上時(shí)，按照宏觀組織結(jié)晶方向反射的反射光的明暗而確定的凝固組織大小。
這種等軸晶直徑的檢出，是將扁坯切斷露出厚度方向的斷面并經(jīng)研磨后，例如使之與鹽酸或硝酸乙醇腐蝕液(Nital，硝酸和乙醇的混合液)反應(yīng)的方法進(jìn)行腐蝕而進(jìn)行的。
平均等軸晶直徑，可以用將宏觀組織拍攝成放大1～100倍的放大照片，對此放大照片作圖像處理得到的等軸晶直徑(mm)求出。該等軸晶直徑中最大值，是最大等軸晶直徑。
附圖8表示本發(fā)明扁坯A中距離表層的距離與等軸晶直徑之間關(guān)系的曲線圖。當(dāng)形成的凝固組織具有這樣的特點(diǎn)，即扁坯總斷面中60％以上等軸晶滿足上式，這樣不但能抑制表層中柱狀晶的生長，而且能使內(nèi)部的等軸晶微細(xì)化。
這種扁坯A中，如圖9所示，由于能夠抑制表層部分柱狀晶的生長，所以存在于晶界的脆性微觀偏析少，而且即使有也極小。因此，這種扁坯A用鑄模冷卻和凝固時(shí)即使收縮和應(yīng)力等出現(xiàn)不均一，也能抑制以微觀偏析為起點(diǎn)產(chǎn)生的裂紋和凹坑等表面缺陷的發(fā)生。
此外，如圖9所示，由于內(nèi)部的等軸晶直徑也減小，所以在晶界產(chǎn)生的微觀偏析也與表層部分同樣減小，能夠提高抗裂性，以及抑制扁坯凸肚加工和調(diào)直變形造成的內(nèi)部裂紋等。
因此，由于扁坯A加工特性和材料質(zhì)量均良好，所以用這種扁坯A制造鋼材時(shí)，能夠獲得沒有皺紋等表面缺陷的鋼材。
滿足上式的等軸晶，一旦低于扁坯全斷面的60％，不但柱狀晶的范圍會(huì)擴(kuò)大，而且內(nèi)部等軸晶直徑也增大，在扁坯上產(chǎn)生裂紋和凹坑等缺陷。其結(jié)果，要么必須修整扁坯，要么就發(fā)生破碎；而且對扁坯進(jìn)行加工時(shí)在鋼材表面上將會(huì)產(chǎn)生表面缺陷和內(nèi)部缺陷，使鋼材品質(zhì)降低。
本發(fā)明扁坯A的凝固組織，如圖10所示，通過使扁坯的全斷面為滿足上式的等軸晶，能夠使凝固組織在扁坯全體都變成均一的凝固組織，并且能夠在扁坯全體范圍內(nèi)減小存在與晶界上的脆性微觀偏析。其結(jié)果，使扁坯的抗裂性提高，在利用鑄模冷卻時(shí)或凝固時(shí)即使產(chǎn)生收縮和應(yīng)力不均，也能確實(shí)抑制以微觀偏析部分為起點(diǎn)的裂紋和凹坑等表面缺陷，以及因凸肚加工和調(diào)直加工的變形引起的內(nèi)部裂紋等缺陷產(chǎn)生。
使之以凝固核為起點(diǎn)凝固時(shí)，能夠減小等軸晶直徑，其結(jié)果凝固終止前鋼水的流動(dòng)性得到改善，可以防止鋼水收縮引起的中心疏松(多孔性)和中心偏析等缺陷，能夠鑄造無缺陷扁坯。
此外，本發(fā)明的扁坯A通過使最大等軸晶直徑不大于三倍平均等軸晶直徑，還能得到使凝固組織更加微細(xì)的優(yōu)選結(jié)果。
這是因?yàn)槟探M織中等軸晶直徑的變動(dòng)減小，可以獲得具有高均一性凝固組織的扁坯，可以將等軸晶界形成的微觀偏析抑制得更小，因而能夠防止表面缺陷和內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的緣故。
此外，由于等軸晶直徑小，所以軋制加工時(shí)變形行為的均一性將進(jìn)一步提高。
若最大等軸晶直徑大于平均等軸晶直徑的三倍，則該局部的加工變形會(huì)變得不均，在鋼材中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生條紋狀皺紋缺陷等。
而且在本發(fā)明的扁坯A中，若著眼于圖像處理得到的等軸晶直徑，則如圖11所示，能夠使?jié)M足下式的等軸晶占扁坯全部斷面的60％以上，因而能夠得到優(yōu)選的凝固組織。
D＜0.08X0.78+0.5式中，X是距扁坯表面的距離(毫米)，D是距扁坯表面距離為X向等軸晶直徑(毫米)。
此外，本發(fā)明的扁坯A，如圖12所示，能夠使扁坯全斷面都形成滿足上式的等軸晶，因而能夠得到更優(yōu)選的凝固組織。
使用附圖1和2所示的連續(xù)鑄造裝置連續(xù)鑄造本發(fā)明扁坯的場合下，將Mg或Mg合金添加到中間罐12內(nèi)的鋼水11中，使鋼水11中形成MgO單體或含MgO的復(fù)合氧化物(以下叫作“含MgO氧化物”)。
MgO變成分散性良好的細(xì)粒后在鋼水中均勻分散，起凝固核作用，上述氧化物本身同時(shí)起阻塞(抑制凝固后凝固組織的粗大化)作用，抑制凝固組織粗大化，形成等軸晶，同時(shí)使等軸晶本身微細(xì)化，將扁坯均質(zhì)。
添加的Mg或Mg合金，在鋼水中的添加量足以相當(dāng)于0.0005～0.10質(zhì)量％Mg，可以添加到鋼水中，添加的Mg與鋼水中的氧以及由FeO、SiO2、MnO等氧化物提供的氧反應(yīng)，可以形成MgO或含MgO氧化物。
Mg或Mg合金的添加方法，可以將Mg或Mg合金直接添加到鋼水中，或者連續(xù)供給用薄鋼覆蓋Mg或Mg合金后制成線狀的金屬絲。
Mg添加量低于0.0005質(zhì)量％時(shí)，凝固核數(shù)量不足，因生成的核不足難以獲得微細(xì)的凝固組織。
而且若Mg添加量超過0.10質(zhì)量％，則等軸晶的生成效果飽和，同時(shí)扁坯內(nèi)部氧化物總量增加，將會(huì)降低耐腐蝕性。此外，合金成本也會(huì)上升。
這種方法制造的扁坯，凝固組織微細(xì)而均一，表面缺陷和內(nèi)部缺陷極少，具有良好的加工特性。
本發(fā)明的扁坯A，除了連續(xù)鑄造法之外，還可以用鑄錠法、帶式連鑄法、雙輥法等鑄造方法鑄造。
以下就使用本發(fā)明的扁坯A制造的鋼材進(jìn)行說明。
本發(fā)明的鋼材是用附圖未示出的加熱爐和均熱爐等，將凝固組織全部斷面中具有60％以上滿足下式的等軸晶凝固組織的扁坯A加熱到1150～1250℃后，軋制而成(例如鋼板、型鋼)。
D＜1.2X1/3+0.75式中D是結(jié)晶方向相同組織的等軸晶直徑(毫米)，X是距扁坯表面的距離(毫米)。
這種鋼材由于用具有上述凝固組織的扁坯A制造成，所以晶界存在的脆性微觀偏析小，對微觀偏析部分抗裂性提高，是裂紋和鱗片等表面缺陷少的鋼材。
此外，由于扁坯內(nèi)部裂紋和因未凝固鋼水的凝固收縮產(chǎn)生的中心疏松(多孔性)以及因鋼水流動(dòng)形成的中心偏析等均得到抑制，所以在鋼材內(nèi)部存在的、因內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的內(nèi)部缺陷極少。
本發(fā)明的扁坯A由于軋制加工時(shí)變形的均一性高和加工特性優(yōu)良，所以在鋼材中韌性等材質(zhì)優(yōu)良，皺紋缺陷和裂紋等表面缺陷少。
特別是使用全斷面滿足上式的等軸晶扁坯，加熱后進(jìn)行軋制加工制成的鋼材，由于使用了具有均一凝固組織的扁坯，所以表面缺陷和內(nèi)部缺陷極少，而且加工時(shí)變形的均一性更好，所以加工特性和材質(zhì)等均優(yōu)良。
通過使扁坯的最大等軸晶直徑處于平均等軸晶直徑的三倍以內(nèi)，可以抑制在等軸晶直徑晶界形成的微觀偏析尺寸，能夠獲得具有更加均一材質(zhì)特性的鋼材。
(2)本發(fā)明的扁坯B其特征在于，距扁坯表面等深度處晶粒直徑最大值，處于該深度平均晶粒直徑的三倍以內(nèi)。
上述扁坯B中，如圖13所示，由于距扁坯18表面等深度a毫米，例如2～10毫米位置處晶粒直徑最大值處于該深度a毫米處平均晶粒直徑值的三倍以內(nèi)，所以能抑制表層形成粗大的柱狀晶，Cu等混入元素等晶界偏析減少。其結(jié)果，能夠防止扁坯中因冷卻和凝固收縮的不均而產(chǎn)生的凹坑缺陷和裂紋缺陷，能夠使扁坯組織對裂紋的抵抗力高的組織。
此外，由于扁坯表面和內(nèi)部產(chǎn)生的裂紋減少，所以對扁坯進(jìn)行磨削等修整以及扁坯破碎的情況減少，扁坯的成品率提高。
另外，對扁坯作壓力加工時(shí)的加工特性也得到改善。
距扁坯表面等深度a毫米處晶粒直徑的數(shù)值，采用例如將扁坯表面磨削到2～10毫米位置后，對露出表面的晶粒直徑進(jìn)行測定的測定值。而且這種磨削也可以進(jìn)行到扁坯中心部位附近。
距扁坯表面同一深度處晶粒直徑最大值，一旦超過該深度平均晶粒直徑值的三倍，晶粒直徑的波動(dòng)就會(huì)增大，其結(jié)果加工時(shí)變形應(yīng)力集中在特定晶粒上時(shí)變形不均一，產(chǎn)生皺紋等表面缺陷，使成品率降低。
而且容易產(chǎn)生晶界偏析高的部位，往往以此部位為起點(diǎn)產(chǎn)生表面裂紋和內(nèi)部裂紋。其結(jié)果，將產(chǎn)生表面缺陷和內(nèi)部缺陷，因扁坯的修整和破碎等情況增加使成品率降低，而且鋼材的質(zhì)量也會(huì)降低。
本發(fā)明的扁坯B中，如圖14所示，通過使晶粒直徑最大值處于該同一深度處平均晶粒直徑值的三倍以內(nèi)，而且使扁坯全斷面中至少60％以上均為等軸晶，如圖9所示，可以抑制表層形成粗大的柱狀晶，而且能形成全體范圍內(nèi)均一的組織。
附圖15表示傳統(tǒng)扁坯中距表層的距離與晶粒直徑的最大晶粒直徑/平均晶粒直徑之間的關(guān)系。
對本發(fā)明的扁坯B加工時(shí)，由于能夠抑制變形應(yīng)力集中在特定晶粒上，可以確保變形行為的各向同性(在寬度方向和長度方向因壓下引起的伸長)，所以本發(fā)明的扁坯B加工性能更高。
因此，加工扁坯制成鋼材時(shí)，除了能夠防止裂紋和鱗片等缺陷產(chǎn)生之外，還能夠防止皺紋缺陷(特別是不銹鋼板上的皺紋和條痕)等缺陷產(chǎn)生。
此外，還能夠使晶界形成的Cu等夾雜元素等產(chǎn)生的晶界偏析更少，進(jìn)一步提高軋鋼等壓下加工時(shí)對裂紋等的抗裂性，因而可以防止扁坯和鋼材中產(chǎn)生裂紋等缺陷。
當(dāng)?shù)容S晶未達(dá)到全斷面的60％時(shí)，因柱狀晶范圍增加，所以將產(chǎn)生裂紋和凹坑等缺陷，增加扁坯的修整和破碎次數(shù)，加工后的鋼材產(chǎn)生表面缺陷和內(nèi)部缺陷，從而往往使成品率減小和質(zhì)量降低。
基于同樣的理由，通過使扁坯全斷面均形成等軸晶，使組織在全體范圍內(nèi)均具有均一的晶粒，因此也能減小晶界偏析，提高表層部分和內(nèi)部的抗裂性，抑制凹坑和裂紋等產(chǎn)生，進(jìn)一步提高加工變形的各方同性，提高r值(斷面收縮加工指數(shù))和鋼材的韌性等品質(zhì)和材質(zhì)。
其中，晶粒直徑是結(jié)晶方向相同的組織的晶粒直徑(毫米)，是將扁坯表面腐蝕后，按照宏觀組織的結(jié)晶方向反射的反射光的明暗而確定的凝固組織的大小。
這種晶粒直徑的檢出按照以下方式進(jìn)行沿預(yù)定長度方向?qū)⑵淝袛?，使之露出凝固后扁坯厚度方向的斷面，磨削至距離其外周的預(yù)定深度，再研磨露出的該表面后，使之與例如鹽酸或硝酸乙醇混合液(硝酸和乙醇的混合液)等反應(yīng)的方式進(jìn)行腐蝕。
對宏觀組織攝取1～100倍的放大照片，作圖像處理，測定晶粒直徑，求出最大值和平均值。
連續(xù)鑄造本發(fā)明的扁坯B時(shí)，向中間罐12(參見附圖1和2)中的鋼水11內(nèi)添加Mg或Mg合金，使鋼水中形成MgO單體或含MgO氧化物。
Mg的添加量、作用效果和添加方法與本發(fā)明扁坯A的情況相同。
此外，本發(fā)明的扁坯B，與本發(fā)明的扁坯A同樣，除了連續(xù)鑄造法之外，還能夠用帶式連鑄法、雙輥法等鑄造方法鑄造。
本發(fā)明的扁坯B，經(jīng)附圖未示出的加熱爐和均熱爐等加熱到1150～1250℃后，再經(jīng)軋制加工制成鋼板和型鋼等鋼材。
這種鋼材中，裂紋和鱗片等表面缺陷以及內(nèi)部裂紋等內(nèi)部缺陷少，是加工特性優(yōu)良的鋼材。
特別是使用扁坯厚度方向?yàn)閿嗝嬷兄辽?0％為等軸晶的扁坯或整個(gè)面均為等軸晶的扁坯，能夠得到缺陷更少、加工特性，例如斷面收縮加工特性優(yōu)良的鋼材。
(3)本發(fā)明的扁坯C其特征在于其中含有100個(gè)/厘米2以上在鋼水凝固時(shí)生成的與δ鐵素體晶格非共格性處于6％以下的夾雜物。
從中間罐12上設(shè)置的浸漬噴嘴15，將凝固的一次結(jié)晶(鋼水11凝固時(shí)最初析出的相)為δ鐵素體鋼種的鋼水(含鉻13質(zhì)量％的鐵素體系不銹鋼鋼水)11澆鑄到鑄模13(參見附圖1和2)中，冷卻后邊形成凝固殼18a邊變成扁坯18，隨后進(jìn)入支持段17的下方，被灑下的冷卻水將熱量帶走，以后凝固殼18a厚度邊增加，邊在行進(jìn)途中被壓下段19壓下(參見附圖4)，凝固完全。
現(xiàn)有扁坯厚度方向斷面上的凝固組織，如圖7所示，是扁坯的表層(表層部分)被鑄模急劇冷卻凝固形成細(xì)小組織的激冷細(xì)晶，以及在這種激冷細(xì)晶內(nèi)側(cè)形成大粒柱狀晶組織。
這種表層部分存在柱狀晶晶界上的微觀偏析，這種微觀偏析部位具有脆性，所以因鑄模冷卻和收縮的不均一性將成為扁坯表層上產(chǎn)生裂紋和凹坑缺陷的原因。
此外，在扁坯內(nèi)部由于冷卻得比表層部分緩慢，所以將生成柱狀晶或大粒等軸晶，在凝固組織的晶界處會(huì)有與表層部分同樣的微觀偏析。
這種微觀偏析，具有與表層部分同樣脆性，成為內(nèi)部凝固時(shí)的熱收縮以及扁坯的凸肚加工和彎曲矯正等機(jī)械應(yīng)力造成內(nèi)部裂紋的起點(diǎn)。
另一方面，在扁坯內(nèi)部等軸晶粒直徑大的情況下，隨著凝固的推進(jìn)，在扁坯內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生因鋼水供給不足引起的中心疏松，以及因凝固終止前鋼水流動(dòng)造成的中心偏析等內(nèi)部缺陷，因而有損于扁坯質(zhì)量。
因此，為了防止上述表面缺陷和內(nèi)部缺陷，當(dāng)鋼水凝固時(shí)，必須使鋼水中存在100個(gè)/厘米2以上與δ鐵素體晶格非共格性處于6％以下的夾雜物。
使這種夾雜物在鋼水中存在的方法是，添加能夠與鋼水12中所含的O、C、N、S以及SiO2等氧化物反應(yīng)形成夾雜物的金屬，或者向鋼水中添加夾雜物本身。
上述金屬與鋼水中O、C、N、S、SiO2等反應(yīng)形成的夾雜物，或者向鋼水中添加的夾雜物，形成鋼水中10微米以下的夾雜物。這種夾雜物在鋼水凝固時(shí)起凝固核的作用，成為開始凝固的起點(diǎn)。
此外，利用上述夾雜物的阻塞作用可以抑制凝固組織成長，能夠得到有微細(xì)凝固組織的扁坯。
通過使用分散性優(yōu)良的夾雜物，依靠鑄模13內(nèi)鋼水11的排出物流的攪拌作用，以及電磁攪拌裝置16的攪拌作用，來形成100個(gè)/厘米2以上10微米以下的夾雜物時(shí)，上述凝固核及其阻塞作用更加明顯，如圖16所示，能夠得到具有等軸晶率為60％以上組織的扁坯。
附圖9示出了扁坯厚度方向斷面中的凝固組織，在扁坯內(nèi)部可以形成微細(xì)等軸晶組織，而在表層部分抑制了柱狀晶的生長。
由于增加了10微米以下的夾雜物，所以扁坯從表層部分到內(nèi)部整個(gè)斷面的凝固組織均能成為微細(xì)均一的等軸晶。
具有微細(xì)等軸晶的本發(fā)明扁坯C，由于抗裂性強(qiáng)，所以在扁坯表面出現(xiàn)的裂紋和凹坑等表面缺陷很難產(chǎn)生。
本發(fā)明扁坯C內(nèi)部脆性微觀偏析部分少，即使產(chǎn)生熱收縮和應(yīng)力，內(nèi)部裂紋等產(chǎn)生的也少，而且凝固終止前因鋼水供給不足引起的中心疏松和中心偏析等每部缺陷的發(fā)生也能防止。
對扁坯進(jìn)行壓力加工時(shí)，本發(fā)明扁坯C中的微細(xì)等軸晶，由于容易在壓下方向變形，所以本發(fā)明的扁坯C具有更高的加工特性。
由于加工特性優(yōu)良，所以進(jìn)行壓力加工后不會(huì)產(chǎn)生皺紋(條痕、皺紋、邊緣裂紋)等表面缺陷，而且也能消除軋鋼時(shí)因扁坯存在內(nèi)部缺陷引起的裂紋等內(nèi)部缺陷。
為了形成鐵素體系鋼種使用的夾雜物(這種夾雜物是金屬化合物)，使用Mg、Mg合金、Ti、Ce、Ca、Zr等金屬和金屬的化合物，使之與鋼水中的O、C、N、S、SiO2等氧化物反應(yīng)。
鋼水中添加的夾雜物，使用MgO、MgAl2O4、TiN、CeS、Ce2O3、CaS、ZrO2、TiC、VN等與δ鐵素體晶格非共格性6％以下的。從在鋼水添加時(shí)的分散性和凝固核生成的穩(wěn)定性來看，特別優(yōu)選MgO、MgAl2O4、TiN。
其中與δ鐵素體晶格非共格性，是指鋼水凝固生成的δ鐵素體的晶格常數(shù)與金屬化合物的晶格常數(shù)之差，除以鋼水凝固核的晶格常數(shù)得到的數(shù)值，此值越小凝固核生成得越好。
為了測定扁坯中夾雜物的個(gè)數(shù)，使用掃描電子顯微鏡SEM(ScanningElectron Microscope)和料漿(スライム)法等，數(shù)出相當(dāng)于單位面積內(nèi)10微米以下的夾雜物數(shù)目。
金屬化合物的大小，用SEM等電子顯微鏡觀察全斷面上的夾雜物，以單個(gè)夾雜物的最大直徑和最小直徑的平均值作為該夾雜物的大小。
采用料漿法時(shí)，將扁坯全斷面的一部分切下，溶解此切片，然后將夾雜物分級取出，由當(dāng)個(gè)夾雜物的最大值和最小值求出的平均值確定其大小，求出具有該尺寸的個(gè)數(shù)。
為了連續(xù)鑄造含有這種夾雜物的扁坯，向中間罐12中的鋼水11(參見附圖1和3)添加金屬，使之與鋼水中的氧或FeO、SiO2、MnO、N、C等反應(yīng)，形成MgO、MgAl2O4、TiN、TiC等夾雜物，或者直接向鋼水中添加這些夾雜物。
尤其是向鋼水中添加Mg或Mg合金，使之在鋼水中形成MgO本身或有含MgO氧化物組成的夾雜物，這種情況下由于能夠提高夾雜物在鋼水中的分散性，所以能夠獲得更好的結(jié)果。
例如，向鋼水中添加Mg或Mg合金，使Mg的添加量相當(dāng)于鋼水的0.0005～0.10質(zhì)量％。
添加方法采用直接向鋼水中添加Mg或Mg合金，或者將Mg或Mg合金用薄鋼片包覆并加工成絲狀后連續(xù)供給鋼水中(參照附圖5和6)。
Mg的添加量低于0.0005質(zhì)量％時(shí)，因凝固核不足而難以獲得微細(xì)的凝固組織。而且由于夾雜物本身的阻塞效果減弱而對凝固組織生長的抑制作用減小，不能得到微細(xì)的凝固組織。
反之，若Mg添加量超過0.10質(zhì)量％，則凝固核的生成達(dá)到飽和，同時(shí)扁坯內(nèi)部氧化物總量增加，使耐腐蝕性降低。而且還使合金成本上升。
凝固的一次結(jié)晶為δ鐵素體鋼種的鋼水，例如有含有11～17重量％鉻的SUS不銹鋼等。
因此，本發(fā)明的扁坯C，凝固組織均一而微細(xì)，可以抑制表面缺陷和內(nèi)部缺陷的發(fā)生，具有優(yōu)良的加工特性。
此外，本發(fā)明的扁坯C，除了連續(xù)鑄造法之外，還能用鑄錠法和帶坯連鑄法、雙輥法等鑄造法鑄造。
本發(fā)明的扁坯C用拉輥20和21(參見附圖1)牽引，經(jīng)附圖中未示出的剪切機(jī)剪切成預(yù)定尺寸后，被輸送到軋鋼等后續(xù)工序。
經(jīng)上述輸送后，本發(fā)明的扁坯C用附圖中未示出的加熱爐和均熱爐加熱到1150～1250℃，然后進(jìn)行壓力加工，制成厚板、薄板、型鋼等鋼材。
這種鋼材，是組織抗裂性強(qiáng)，加工中和加工后產(chǎn)生的裂紋和鱗片等表面缺陷少的鋼材。
這種鋼材由于能夠抑制扁坯內(nèi)部的中心偏析，所以加工時(shí)因扁坯內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的內(nèi)部缺陷也少。
具有微細(xì)而均一凝固組織的本發(fā)明扁坯C，r值等加工特性優(yōu)良，容易對扁坯進(jìn)行加工，且加工后焊接部分的韌性也優(yōu)良。
形成有眾多分散性好、尺寸小于10微米夾雜物的扁坯，經(jīng)軋制加工制造成鋼材，這種鋼材除了確實(shí)能夠防止表面上產(chǎn)生鱗片和裂紋等缺陷之外，因壓下方向容易變形的特點(diǎn)而具有更高的延伸等加工特性。
(4)本發(fā)明的扁坯D，是向鋼水中添加在鋼水凝固時(shí)能形成凝固核的金屬或金屬化合物而制成的扁坯，其特征在于在所述的扁坯的表層部分以內(nèi)部分尺寸為10微米以下的金屬化合物個(gè)數(shù)，是表層部分所含尺寸為10微米以下金屬化合物個(gè)數(shù)的1.3倍以上。
本發(fā)明的扁坯D，為了防止表面缺陷和內(nèi)部缺陷產(chǎn)生，向鋼水中添加能夠與鋼水中的O、C、N和氧化物等反應(yīng)形成金屬化合物的金屬，或者向鋼水中添加該金屬化合物本身，使鋼水凝固時(shí)形成凝固核。
但是一旦鋼水中形成各種尺寸的金屬化合物，而且金屬化合物的尺寸超過10微米，就難于成為凝固核，而且由金屬化合物本身的阻塞作用產(chǎn)生的等軸晶粗大化抑制作用也不能充分出現(xiàn)，不能實(shí)現(xiàn)凝固組織的微細(xì)化。
因此，鋼水中添加的金屬或金屬化合物，使用分散性好的，使之形成眾多尺寸10微米以下的金屬化合物這一點(diǎn)是很重要的。
此外，這種10微米以下的金屬化合物，在扁坯內(nèi)部存在的個(gè)數(shù)必須大于扁坯表層部分存在個(gè)數(shù)的1.3倍。
這是因?yàn)楸馀鞅韺硬糠掷鋮s進(jìn)行得迅速，即使形成凝固核的金屬化合物較少，也能夠獲得微細(xì)的等軸晶凝固組織的緣故。
在扁坯內(nèi)部10微米以下金屬化合物的個(gè)數(shù)處于表層部分1.3倍以上時(shí)，由于起凝固核作用和阻塞作用，所以能促進(jìn)等軸晶微細(xì)化，同時(shí)抑制等軸晶粗大化，因而能夠得到具有均一而微細(xì)等軸晶的凝固組織。
如圖9所示，可以得到一種具有以下凝固組織的扁坯，在扁坯厚度方向斷面上的凝固組織60％以上是微細(xì)的等軸晶，表層部分的柱狀晶也被抑制得很小。
而且還能得到具有這樣一種凝固組織的扁坯，從扁坯表層部分至內(nèi)部整個(gè)斷面的凝固組織，均由微細(xì)而均一的等軸晶組成。
本發(fā)明的扁坯D，因凝固過程的變形和應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋和凹坑，以及因夾雜物而造成的表面缺陷都能得到抑制，而且對因扁坯凸肚加工和彎曲矯正加工等應(yīng)力而產(chǎn)生內(nèi)部裂紋的抗裂性得到增強(qiáng)，此外由于能夠確保鋼水的流動(dòng)性，所以可以抑制中心疏松和中心偏析等內(nèi)部缺陷產(chǎn)生。
本發(fā)明的扁坯D，尤其是因?yàn)樾纬赡毯说慕饘倩衔飩€(gè)數(shù)在表層部分少而內(nèi)部多，所以當(dāng)將扁坯加工成薄板和型鋼等鋼材時(shí)，能夠抑制因夾雜物產(chǎn)生的表面鱗片、裂紋等表面缺陷，而且還能防止因金屬化合物露出于薄板和型鋼表面或者因存在于表層附近而導(dǎo)致耐腐蝕性降低等。
一旦扁坯內(nèi)部的個(gè)數(shù)小于扁坯表層部分個(gè)數(shù)的1.3倍，凝固組織微細(xì)化所需的凝固核就不足，而且填塞作用也差，所以引起凝固組織粗大化，不能得到均一的凝固組織，鑄造時(shí)冷卻和凝固過程的不均一冷卻產(chǎn)生的應(yīng)力，內(nèi)部收縮造成的裂紋和凹坑等表面缺陷，以及中心疏松和中心偏析等內(nèi)部缺陷都會(huì)發(fā)生，有損于壓力加工時(shí)的加工性能。
鋼水中所含的金屬化合物，使用MgO、MgAl2O4、TiN、CeS、Ce2O3、CaS、ZrO2、TiC、VN等與δ鐵素體晶格非共格性6％以下的。從在鋼水添加時(shí)分散性和凝固核生成的穩(wěn)定性來看，更優(yōu)選MgO、MgAl2O4、TiN。
向鋼水中添加的金屬，使用Mg、Mg合金、Ti、Ce、Ca、Zr等金屬。使用能夠與鋼水中O和C、N、SiO2等氧化物反應(yīng)，形成上述金屬化合物的，但是也可以使用含這些金屬等的金屬化合物。
特別是向鋼水中添加能形成與δ鐵素體晶格非共格性6％以下金屬化合物的金屬或者向鋼水中添加金屬化合物的情況下，由于能夠促進(jìn)有效作用的凝固核形成，而且填塞作用表現(xiàn)得顯著，所以可以得到具有由更微細(xì)的等軸晶組成的凝固組織的扁坯。這種扁坯容易在壓下方向上變形，所以壓延等加工性能特別優(yōu)良。
連續(xù)鑄造這種含有金屬化合物的扁坯時(shí)，向中間罐12內(nèi)的鋼水11中(參見附圖1和2)，添加Mg、Mg合金、Ti、Ce、Ca、Zr等，使之與鋼水中O或FeO、SiO2、MnO、氮、碳等反應(yīng)，形成MgO、MgAl2O4、TiN、TiC等金屬化合物。特別是向鋼水中添加Mg或Mg合金，使之生成MgO或含MgO氧化物的情況下，由于鋼水中金屬化合物的分散性提高，所以能夠得到更好的結(jié)果。例如向鋼水中添加Mg或Mg合金，使鋼水中含有0.0005～0.010質(zhì)量％的Mg。
添加方法采用直接向鋼水中添加Mg或Mg合金，或者將Mg或Mg合金用薄鋼片包覆并加工成絲狀后連續(xù)供給鋼水中(參照附圖5和6)。
Mg添加量低于0.0005質(zhì)量％時(shí)，凝固核絕對量不足，凝固核及阻塞效果減小，難以獲得微細(xì)凝固組織。
另一方面，一旦Mg添加量超過0.010質(zhì)量％，凝固核形成就會(huì)飽和，同時(shí)扁坯內(nèi)部氧化物總量增加，使耐腐蝕性降低。而且還使合金成本上升。
采用這種方法鑄造的本發(fā)明扁坯D，凝固組織均一，表面缺陷和內(nèi)部缺陷的發(fā)生得到抑制，具有良好的加工特性。
本發(fā)明的扁坯D，除了連續(xù)鑄造法之外，雖然還能用鑄錠法和帶式連鑄法、雙輥法等鑄造法鑄造，但是當(dāng)厚度達(dá)到100毫米以上時(shí)，夾雜物(金屬化合物)分布的調(diào)整變得容易，容易調(diào)整從表層至內(nèi)部凝固組織中的等軸晶，所以能夠得到良好結(jié)果。鑄造中，例如采用兩端貫通鑄模的垂直或彎曲連續(xù)鑄造法鑄造的產(chǎn)品，其微細(xì)化效果增大，能夠得到良好的結(jié)果。
本發(fā)明的扁坯D，用附圖中未示出的加熱爐和均熱爐加熱到1150～1250℃后進(jìn)行壓力加工，加工制成薄板、型鋼等鋼材。
這種鋼材，由于對扁坯內(nèi)部微觀偏析部分裂紋的抗裂性增強(qiáng)，所以是裂紋和鱗片等表面缺陷少的鋼材。
此外，鋼材內(nèi)部因扁坯內(nèi)部缺陷引起的內(nèi)部缺陷和因壓力加工造成的內(nèi)部裂紋等內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的也極少。本發(fā)明的扁坯D，由于加工特性和耐腐蝕性也良好，所以由扁坯D加工制成的鋼材也具有良好的加工特性和耐腐蝕性。
3)制造本發(fā)明的扁坯時(shí)，必須對鋼水作某種處理。以下就本發(fā)明鋼水的處理方法(本發(fā)明的處理方法I～V)進(jìn)行說明。
(1)本發(fā)明的處理方法I，其特征在于使鋼水中總鈣含量降到0.0010質(zhì)量％以下，然后向該鋼水中添加Mg。
在附圖5和6所示的處理裝置中，調(diào)整盛鋼桶26中的鋼水11中所含鈣或氧化鈣等總計(jì)的總鈣量，使之達(dá)到0.0010質(zhì)量％以下(包括0的情況)。并且使Al2O3和CaO的低熔點(diǎn)化合物(復(fù)合氧化物)即鋁酸鈣(12CaO·7Al2O3)不生成。
一旦鋼水中所含的總鈣量超過0.0010質(zhì)量％，作為強(qiáng)脫氧劑的鈣就會(huì)形成氧化鈣，與原有的氧化鈣在一起，與Al2O3結(jié)合形成低熔點(diǎn)化合物。
而且，因添加Mg或Mg合金而生成的MgO與CaO·Al2O3復(fù)合氧化物結(jié)合，生成CaO-Al2O3-MgO這一三元復(fù)合氧化物。這種復(fù)合氧化物會(huì)在鋼水的溫度范圍內(nèi)熔化，所以不能起凝固核的作用，其結(jié)果不能得到微細(xì)的凝固組織?；蛘呒词股鲜鰪?fù)合氧化物是熔點(diǎn)較高的夾雜物，但是由于含有氧化鈣，所以與δ鐵素體晶格共格性低，沒有凝固核的作用。
為了調(diào)整此總鈣量以及鋁酸鈣的生成，用精煉爐或盛鋼桶26脫氧時(shí)，或者不用鈣和鈣合金作鋼水脫氧，或者用不含鈣的合金鐵或鈣含量少的鐵合金使鋼水脫氧。
Mg或Mg合金的添加量相當(dāng)于0.0005～0.10質(zhì)量％。這是因?yàn)镸g添加量低于0.0005質(zhì)量％時(shí)，生成的凝固核不足，難以獲得微細(xì)組織。而且若超過0.10質(zhì)量％，則等軸晶的生成效果飽和，同時(shí)扁坯內(nèi)部氧化物總量增加，使耐腐蝕性降低。而且還使合金成本上升。
在本發(fā)明的處理方法I中，由于降低了鋼水中所含的總鈣量所以依靠鋼水中所含的氧或FeO、SiO2、MnO等氧化物供給氧，可以形成氧化鎂本身以及MgO·Al2O3等復(fù)合氧化物，這些氧化物細(xì)?；缶环稚⒃阡撍?。
這種鋼水凝固時(shí)，形成眾多數(shù)量的凝固核，此外上述氧化物本身由于具有阻塞效果(抑制凝固后組織的粗大化)，因而能抑制扁坯組織的粗大化，同時(shí)還能使等軸晶本身微細(xì)化和均質(zhì)化。
可以在處理裝置25、35(參見附圖5和6)中調(diào)整Mg添加量和鋼水中所含的總鈣量，優(yōu)選調(diào)整到能夠抑制鋁酸鈣(12CaO·7Al2O3等低熔點(diǎn)化合物)的生成。
借助于鋼水中所含的氧或者FeO、SiO2、MnO等氧化物供給氧，形成MgO本身以及MgO·Al2O3等含MgO氧化物，使細(xì)?；难趸锞环稚⒃阡撍?。
將用本發(fā)明處理方法I處理后的鋼水連續(xù)鑄造成扁坯，其凝固組織，如圖9所示，將變成由均質(zhì)而微細(xì)的等軸晶組成的凝固組織。
將這樣處理后鑄造成的扁坯，剪切成預(yù)定尺寸后，輸送到后續(xù)工序中，用附圖中未示出的加熱爐和均熱爐等加熱后進(jìn)行壓力加工，制成鋼材。這種扁坯由于加工性得到大幅度改善，所以用這種扁坯制造的鋼材具有優(yōu)良的收縮加工性能和韌性。
此外，除了連續(xù)鑄造法之外，還可以用鑄錠法、帶式連鑄法、雙輥法等鑄造方法鑄造扁坯。例如若用連續(xù)鑄造法鑄造厚度100毫米以上扁坯，則容易調(diào)整從表層至內(nèi)部組織中的等軸晶直徑，因微細(xì)化效果更大而能夠獲得良好的結(jié)果。
(2)本發(fā)明的處理方法II，其特征在于向鋼水中添加預(yù)定量Mg之前，向該鋼水中添加預(yù)定量含Al合金后進(jìn)行脫氧處理。
在附圖5所示的處理裝置25中，將進(jìn)行脫碳精煉后的鋼水11(150噸)收容在盛鋼桶26中調(diào)整成分，然后從儲(chǔ)藏漏斗27加入70千克Al，用溜槽29添加，同時(shí)從設(shè)置在盛鋼桶底部的多孔塞34供給氬氣，邊攪拌鋼水邊添加Al，用這種方法充分脫氧。
Al脫氧后，繼續(xù)經(jīng)多孔塞34供給氬氣，開動(dòng)供給裝置31中未示出的轉(zhuǎn)鼓，經(jīng)導(dǎo)管32導(dǎo)引供給絲料30，穿過爐渣33，向鋼水11中供給0.75～15千克的金屬M(fèi)g(0.0005～0.010質(zhì)量％)。
這樣，在添加預(yù)定量Mg之前，添加預(yù)定量Al，使之與鋼水中的氧、MnO、SiO2、FeO等反應(yīng)生成Al2O3，然后添加Mg，使與δ鐵素體晶格非共格性大于6％的鋼水凝固時(shí)不起凝固核作用的Al2O3表面上，生成MgO、MgO·Al2O3等含MgO氧化物。利用這種方法使鋼水中夾雜物的與δ鐵素體晶格非共格性小于6％，使這種夾雜物在鋼水凝固時(shí)起凝固核的作用。
其結(jié)果，鋼水中由于含有眾多分散的MgO和/或含MgO氧化物，凝固時(shí)以這些氧化物為起點(diǎn)在多處開始凝固，因此扁坯的凝固組織將變得微細(xì)。
按照本發(fā)明的處理方法III，扁坯表面上不產(chǎn)生裂紋和凹坑缺陷，能夠抑制內(nèi)部產(chǎn)生中心偏析和中心疏松等，可以控制扁坯及其加工制成的鋼材的修整和破碎，因而能夠提高品質(zhì)。
向鋼水11中添加Mg之前，即進(jìn)行Al脫氧后，也可以從儲(chǔ)藏料斗28放出50千克Fe-Ti合金，經(jīng)溜槽29添加到盛鋼桶26內(nèi)的鋼水11中。
首先向鋼水內(nèi)添加Al，利用脫氧反應(yīng)生成Al2O3，所以即使添加Fe-Ti合金，其中的Ti也不生成TiO2，在鋼水以Ti的形式固溶，或者與鋼水中的N結(jié)合生成TiN。
然后，開動(dòng)供給裝置31中的轉(zhuǎn)鼓，在導(dǎo)管32的導(dǎo)引下向鋼水中供入絲料30，一旦向鋼水中供入0.75～15千克Mg，就會(huì)在Al2O3表面生成MgO和含MgO氧化物(MgO·Al2O3)。
覆蓋Al2O3表面的MgO和/或MgO·Al2O3由于與δ鐵素體晶格非共格性小于6％，所以在鋼水凝固時(shí)將起凝固核作用。
此外，上述TiN也同樣有凝固核作用，利用與MgO和/或MgO·Al2O3的協(xié)同作用，能夠使凝固組織微細(xì)化。特別是Al和Ti的添加順序，除了上述添加順序之外，也可以先添加Ti使之生成TiO2，然后添加Al使Ti還原，還原后的Ti固溶在鋼水中。
而且無論哪種情況下，Ti與MgO氧化物一起，或者單獨(dú)形成TiN，都能進(jìn)一步提高凝固核作用。所以添加少量Ti，能夠降低合金成本，而且還能防止TiN引起的缺陷產(chǎn)生。
將本發(fā)明的處理方法II處理后的鋼水取出一部分作為樣品，用電子顯微鏡的EPMA(電子探針微區(qū)分析)法研究了含MgO氧化物的組成。
其結(jié)果，在先添加Al后添加Mg的情況下，起凝固核作用的夾雜物，可以驗(yàn)證內(nèi)部是Al2O3，其四周是MgO，或者是由MgO·Al2O3組成的含MgO氧化物包覆的物質(zhì)。
此外，添加Al后添加Ti，然后再添加Mg的情況下，觀察到夾雜物的結(jié)構(gòu)為含MgO氧化物將Al2O3表面包覆，其四周一部分被TiN包覆；這種夾雜物由于與δ鐵素體晶格非共格性小于6％，所以能有效地起凝固核作用。
就Ti的添加順序而言，按照Ti、Al順序(或Al、Ti順序)添加，然后添加Mg的情況下，或者在添加Al后添加Mg，最后添加Ti的情況下，夾雜物的包覆結(jié)構(gòu)都是Al2O3表面被MgO或MgO·Al2O3包覆，其中一部分或全部被TiN包覆，能夠有效地起凝固核作用。
因此，用本發(fā)明處理方法II處理后的鋼水鑄造成的扁坯，如圖9所示，無論哪種情況下，扁坯斷面的表層和內(nèi)部，凝固組織都十分微細(xì)。
(3)在本發(fā)明的處理方法I和處理方法II中，優(yōu)選向鋼水中添加預(yù)定量Mg，使鋼水中所含的爐渣和脫氧生成物等氧化物以及在鋼水中添加Mg時(shí)生成的氧化物，滿足下式(1)和(2)；17.4(kAl2O3)+3.9(kMgO)+0.3(kMg Al2O4)+18.7(kCaO)≤500...(1)(kAl2O3)+(kMgO)+(kMg Al2O4)+(kCaO)≥95...(2)式中，k表示氧化物的摩爾％。
在鋼水中添加Mg使之生成氧化物，并使扁坯的凝固組織微細(xì)化的情況下，根據(jù)其它添加元素和爐渣的組成等可以形成MgO·Al2O3·CaO系氧化物或MgO·CaO系高熔點(diǎn)氧化物等。
但是由于MgO·Al2O3·CaO系氧化物是低熔點(diǎn)的，所以鋼水凝固時(shí)不起凝固核作用。另一方面，MgO·CaO系氧化物雖然因熔點(diǎn)高而以固相狀態(tài)存在，但是與凝固的一次結(jié)晶的δ鐵素體晶格共格性差，不起凝固核作用。
因此，本發(fā)明人就這些MgO·Al2O3·CaO系氧化物或MgO·CaO系氧化物進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，若這些氧化物的組成處于適當(dāng)范圍內(nèi)，則能抑制這些氧化物的低熔點(diǎn)化，而且也能改善與作為凝固的一次結(jié)晶的δ鐵素體的晶格非共格性。
在附圖5所示的處理裝置中，用精煉爐脫碳和除去磷、硫等雜質(zhì)后，將150噸鋼水11裝入盛鋼桶26中。
然后邊由多孔塞34吹入氬氣，邊用料斗27添加50～100千克Al，并將鋼水?dāng)嚢杌旌?，進(jìn)行脫氧。
接著從鋼水11中取樣，用EPMA分析氧化物的組織，用下式(3)計(jì)算出作為氧化物和與δ鐵素體晶格非共格性指標(biāo)的α值。
為使該值處于500以下，考慮到回收率，求出Mg添加量，開動(dòng)供給裝置31，在導(dǎo)管32導(dǎo)引下將相當(dāng)于該值的Mg絲30添加到鋼水11之中。
α＝17.4(kAl2O3)+3.9(kMgO)+0.3(kMg Al2O4)+18.7(kCaO)≤500 ...(3)
式中k表示氧化物的摩爾％。
附圖7表示CaO-Al2O3-MgO三元狀態(tài)圖，若CaO-Al2O3-MgO系復(fù)合氧化物處于滿足上式(3)的圖中區(qū)域(被符號(hào)○圍定的斜線范圍)內(nèi)，則能有效起凝固核作用。
α值一旦超過500，復(fù)合氧化物就會(huì)低熔點(diǎn)化，或者即使高熔點(diǎn)化，覆蓋氧化物表面的含MgO氧化物也減少，因而不起凝固核作用。
此外，由下式(4)可以求出β值。此β值若低于95，SiO2、FeO等其它氧化物就會(huì)增加，就會(huì)阻礙那些將要變成凝固核的復(fù)合氧化物形成。
β＝(kAl2O3)+(kMgO)+(kMg Al2O4)+(kCaO)≥95 ...(4)式中，k表示氧化物的摩爾％。
因此，為使α值處于500以下，以及使β值低于95的情況下，考慮到回收率，求出Mg的添加量。
開動(dòng)供給裝置31，在導(dǎo)管32的導(dǎo)引下，將相當(dāng)于這樣求出Mg值的Mg絲30添加到鋼水11中。
其結(jié)果除了能夠形成多數(shù)將MgO加到Al2O3和CaO上形成的CaO·Al2O3·MgO三元氧化物之外，還能生成Al2O3·MgO和MgO，使這些氧化物分散在鋼水中，隨著溫度的降低以這些物質(zhì)為起點(diǎn)使鋼水11開始凝固，生成等軸晶，從而能夠制造出具有微細(xì)凝固組織的扁坯。
這樣一來，鋼水11凝固后扁坯的凝固組織，就會(huì)變成附圖9所示的那種微細(xì)凝固組織。
通過使凝固組織微細(xì)化，能夠防止扁坯的內(nèi)部裂紋、中心偏析、中心疏松等內(nèi)部缺陷產(chǎn)生。此外，對凝固組織微細(xì)的扁坯加工得到的鋼材，壓延性能得到改善，同時(shí)邊緣裂紋和條紋等表面缺陷等的產(chǎn)生也能穩(wěn)定地得到制止。
Mg的添加量優(yōu)選調(diào)整到相當(dāng)于0.0005～0.010質(zhì)量％濃度范圍。
Mg濃度若低于0.0005質(zhì)量％，則不能生成與δ鐵素體晶格非共格性小于5％的復(fù)合氧化物，不能使扁坯的微細(xì)組織微細(xì)化。反之，若Mg濃度超過0.010質(zhì)量％，則凝固組織的微細(xì)化效果飽和，Mg的添加成本上升。
(4)本發(fā)明的處理方法III，其特征在于向Ti濃度和N濃度滿足鋼水液相線溫度以上析出TiN晶體的溶度積的鋼水中添加預(yù)定量的Mg。
因此，本發(fā)明的處理方法III，在鋼水是鐵素體系不銹鋼鋼水的情況下，優(yōu)選使上述Ti濃度[％Ti]和N濃度[％N]滿足下式要求[％Ti]×[％N]≥([％Cr]2.5+150)×10-6式中，[％Ti]是鋼水中Ti的質(zhì)量％，[％N]鋼水中N的質(zhì)量％，[％Cr]是鋼水中Cr的質(zhì)量％。
而且，在本發(fā)明的處理方法III中，使鋼水中所含Al2O3達(dá)到0.005～0.10質(zhì)量％。
TiN與δ鐵素體晶格的非共格性(TiN的晶格常數(shù)與δ鐵素體晶格常數(shù)之差，除以δ鐵素體晶格常數(shù)得到的數(shù)值)為4％，雖然很好，但是這種TiN容易凝聚。因此，粗大的TiN容易引起浸漬噴嘴堵塞，或者有使鋼材分層的問題。
本發(fā)明的處理方法III，除了在鋼水凝固時(shí)TiN能有效起凝固核作用之外，其它特點(diǎn)還有鋼水中添加MgO后生成的含MgO氧化物分散性極好，而且TiN優(yōu)先在含MgO氧化物上析出結(jié)晶。
本發(fā)明人著眼于這一點(diǎn)，在本發(fā)明的處理方法III中，利用含MgO氧化物，提高在含MgO氧化物上析出結(jié)晶并起凝固核作用的TiN的分散性，使有效將凝固組織微細(xì)化的凝固核多數(shù)分散在鋼水中。
若向鋼水中添加Ti和N，則TiN析出結(jié)晶的溫度取決于Ti濃度和N濃度之積，即溶度積[％Ti]×[％N]。
例如，鋼水中添加Ti和N后，通過控制其添加量，可以在高于大約1500℃液相線溫度，而且高于TiN析出結(jié)晶的溫度1506℃溫度下，使之原樣固溶在鋼水中，當(dāng)將其冷卻到大約1505℃以下時(shí)，以TiN形式開始析出結(jié)晶。
本發(fā)明人為了使含有所需量Cr的鐵素體系不銹鋼的凝固組織微細(xì)化，就Ti濃度與N濃度的溶度積與Cr濃度之間的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)，得到了讀圖18所示的結(jié)果。上式就是由附圖18所示的結(jié)果得到的。
附圖18中，×是是凝固組織未微細(xì)化的實(shí)例，○是凝固組織充分微細(xì)化的實(shí)例，而且△是凝固組織雖然微細(xì)化，但是鑄造時(shí)產(chǎn)生噴嘴堵塞的實(shí)例。
在圖5所示的處理裝置中，將精煉爐脫碳和除去磷、硫等雜質(zhì)后的150噸鋼水11注入盛鋼桶26中。這種鋼水11是鐵素體系不銹鋼鋼水，含有10～23質(zhì)量％Cr。
然后，經(jīng)料斗27添加了150千克Fe-Ti合金，用料斗28添加了30千克N-Mn合金，邊攪拌邊混合均勻。
因此，在上述添加Fe-Ti合金和N-Mn合金時(shí)，添加量使鋼水中所含的Ti、N濃度滿足上式；而在10質(zhì)量％Cr的情況下，使Ti和N濃度分別達(dá)到0.020質(zhì)量％和0.024質(zhì)量％。
當(dāng)TiN與δ鐵素體晶格的非共格性低達(dá)4％時(shí)，容易形成δ鐵素體凝固核。因此，鋼水凝固時(shí)容易生成等軸晶，凝固組織的微細(xì)化效果因而優(yōu)良。
為了使TiN起凝固核作用，必須在鋼水開始凝固的液相線溫度以上，例如1500℃以上開始析出TiN晶體，在低于液相線溫度下即使析出結(jié)晶，也不能使凝固組織獲得微細(xì)化效果。
因此，必須確定液相線溫度，在溶度積滿足上述的的范圍內(nèi)添加Ti和N。
為了提高這種TiN產(chǎn)生的微細(xì)化效果，可以考慮采用增加Ti和N添加量的方法，來提高同一溫度下TiN結(jié)晶析出量。但是，Ti量和N量卻受鋼種的限制。例如，即使在增加Ti量和N量的場合下，析出結(jié)晶后隨著時(shí)間的推移TiN因凝聚而粗大化，可以發(fā)現(xiàn)凝固核的個(gè)數(shù)未必增加的現(xiàn)象，反而出現(xiàn)噴嘴甚至被粗大的TiN堵塞，以及鋼材產(chǎn)生鱗片等缺陷。
因此，即使Ti量和N量相同，但是開動(dòng)供給裝置31，在導(dǎo)管32導(dǎo)引下供入Mg絲30(參見附圖5)，鋼水中的供給的Mg量達(dá)到75千克，此時(shí)Mg濃度相當(dāng)于0.0005～0.010質(zhì)量％，由于生成含MgO氧化物，所以能夠使析出的TiN結(jié)晶以微細(xì)狀態(tài)分散在鋼水中。
也就是說，添加Ti和N之前，或者在添加Ti后于高于TiN析出溫度的高溫下添加Mg，使含MgO氧化物生成。
因此，TiN雖然隨著鋼水溫度的降低而析出結(jié)晶，但是由于含MgO氧化物與TiN的晶格的非共格性相近，所以TiN優(yōu)先在微細(xì)分散的含MgO氧化物上析出結(jié)晶，與不添加Mg時(shí)相比，析出的多數(shù)結(jié)晶更高效地分散在鋼水中。
為了使向鋼水中添加的Mg保持在高回收率上，添加Ti后添加Mg，并縮短鑄造前的時(shí)間，能夠得到良好的結(jié)果。
其結(jié)果，能夠防止添加Ti和N(不添加Mg)的情況下產(chǎn)生的粗大TiN造成堵塞噴嘴等操作的不穩(wěn)定性，而且即使Ti的添加量少也能使鋼水凝固成扁坯的凝固組織微細(xì)化，如圖9所示。
通過使凝固組織微細(xì)化，能夠防止因凝固收縮和粗大組織造成的內(nèi)部裂紋、中心偏析和中心疏松等內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生。
因此，由凝固組織微細(xì)的扁坯加工制成的鋼材，由于凝固組織微細(xì)，所以能穩(wěn)定地抑制鱗片、邊緣裂紋、條紋等制品的表面缺陷等的發(fā)生。
(5)本發(fā)明的處理方法IV，其特征在于使覆蓋鋼水的爐渣中事先含有1～30質(zhì)量％可以被Mg還原的氧化物。
因此，在本發(fā)明的處理方法IV中，可以被Mg還原的氧化物是FeO、Fe2O3、MnO和SiO2中一種或兩種以上氧化物。
而且在本發(fā)明的處理方法IV中，應(yīng)當(dāng)使鋼水中所含的Al2O3達(dá)到0.005～0.10質(zhì)量％。
在附圖5所示的處理裝置中，將脫碳精煉后又經(jīng)真空二次精煉(二次精煉)的鋼水11注入盛鋼桶26中。
向鋼水11中添加鋁或鋁合金脫氧劑，事先使其含有0.005～0.10質(zhì)量％Al2O3。
這是因?yàn)橥ㄟ^促進(jìn)MgO·Al2O3等復(fù)合氧化物的生成而形成高熔點(diǎn)的含MgO氧化物，此外通過使分散性差而容易凝聚的Al2O3與MgO結(jié)合而改善微細(xì)化和分散性，提高凝固核的作用，使扁坯和鋼材的組織微細(xì)化的緣故。
一旦鋼水中所含Al2O3低于0.005質(zhì)量％，生成的MgO就會(huì)與Fe2O3、SiO2等結(jié)合形成低熔點(diǎn)氧化物，作為凝固核的作用降低。另一方面，若鋼水中所含Al2O3超過0.10質(zhì)量％，因容易凝聚的Al2O3過多，往往使扁坯和鋼材中產(chǎn)生起因于氧化物的缺陷。
將鋼水11注入盛鋼桶26中時(shí)，也會(huì)混入來自轉(zhuǎn)爐的或流入二次精煉時(shí)因添加助熔劑等而生成的爐渣33，將盛鋼桶26中鋼水11的表面覆蓋。
接著開動(dòng)供給裝置31，經(jīng)由導(dǎo)管32以2～50米/分鐘的速度，使Mg或Mg合金絲30穿過爐渣進(jìn)入鋼水11中，以此方式向鋼水中添加Mg和Mg合金。
過去，覆蓋鋼水表面的爐渣，雖然以CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3和MnO等為主要成分，但是一旦向被這種爐渣覆蓋鋼水中添加Mg，在鋼水與爐渣界面上爐渣中的氧化物就會(huì)與Mg和Mg合金反應(yīng)，生成的MgO就會(huì)進(jìn)入爐渣中。其結(jié)果，不能提高鋼水中的Mg濃度，降低了鋼水中Mg的回收率。
本發(fā)明人對這種現(xiàn)象做了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氧化物的生成自由能應(yīng)當(dāng)比MgO的生成自由能大，換句話說，熱力學(xué)上不穩(wěn)定的氧化物總重量與鋼水中Mg的回收率之間具有重要關(guān)系。
也就是說，如圖19所示，添加Mg前爐渣中存在的熱力學(xué)上不穩(wěn)定的氧化物(FeO、Fe2O3、MnO、SiO2)總量，處于1～30質(zhì)量％范圍內(nèi)，一旦穿過爐渣向鋼水中供給Mg和Mg合金絲，就能使Mg的回收率達(dá)到10％以上。
其中這種Mg回收率，是鋼水中所含的Mg和含MgO氧化物全部換算成Mg量時(shí)得到的回收率。實(shí)際上，鋼水中Mg的存在形態(tài)，幾乎全部是MgO本身或者M(jìn)gO·Al2O3復(fù)合氧化物。
據(jù)認(rèn)為，一旦向鋼水中添加Mg，上述爐渣中的氧化物就會(huì)被Mg按下式(1)～(4)所示的化學(xué)反應(yīng)還原。
...(1)
...(2)...(3)...(4)即添加在鋼水中的Mg按照上式(1)～(4)所示化學(xué)反應(yīng)式被消耗，生成的MgO移入爐渣之中。
此時(shí)，一旦爐渣中FeO、Fe2O3、MnO、SiO2總量小于1質(zhì)量％，雖然抑制了添加的Mg和Mg合金中的Mg與爐渣反應(yīng)，但爐渣以及由鋼水熱力學(xué)上平衡所決定的鋼水中的溶解氧的數(shù)量也會(huì)減少。
其結(jié)果，一旦在鋼水中添加的Mg本身不形成MgO或MgO·Al2O3等復(fù)合氧化物，Mg就會(huì)隨著時(shí)間的推移而蒸發(fā)，使回收率降低。
此外，若上述爐渣中氧化物總量超過30重量％，鋼水中添加的Mg和Mg合金中的Mg與爐渣的反應(yīng)就會(huì)變得劇烈，添加的Mg中許多按照上式(1)～(4)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成MgO，并轉(zhuǎn)移到爐渣中，所以在鋼水中形成起凝固核作用的微細(xì)的含MgO氧化物的數(shù)量減少，使添加Mg的回收率降低，不能實(shí)現(xiàn)扁坯組織的微細(xì)化。
為了達(dá)到微細(xì)化所需的Mg濃度，必須增加添加量，從而導(dǎo)致制造成本上升，添加Mg和Mg合金導(dǎo)致溫度降低，而且因爐渣性狀的變化而造成操作障礙。
綜上所述，為了提高鋼水中添加Mg的回收率，使之形成MgO、MgO·Al2O3等高熔點(diǎn)復(fù)合氧化物，以及更穩(wěn)定地生成微細(xì)的凝固核，可以使?fàn)t渣中的氧化物處于下式所示的范圍內(nèi)，進(jìn)一步使之處于2～20重量％范圍內(nèi)，可以獲得良好的結(jié)果。
1質(zhì)量％≤FeO+Fe2O3+MnO+SiO2≤30質(zhì)量％為了將覆蓋鋼水的爐渣中氧化物濃度調(diào)整到上式所示的范圍內(nèi)，添加Mg之前將爐渣吸出，減少爐渣量，這樣容易被鋼水中的還原成分還原，也可以采用通用方法在爐渣中添加還原劑進(jìn)行處理。
在鋼水中添加的Mg合金，可以使用Si-Mg合金、Fe-Si-Mg合金、Al-Mg合金、Fe-Si-Mn-Mg合金等合金。
(6)本發(fā)明的處理方法V，其特征在于向鋼水中添加預(yù)定量Mg之前，使覆蓋鋼水的爐渣的CaO活度處于0.3以下。
進(jìn)而在本發(fā)明的處理方法V中，使?fàn)t渣的堿度處于10以下。
在附圖5所示的處理裝置中，將脫碳精煉后又經(jīng)真空二次精煉(二次精煉)的、含有0.01～0.05質(zhì)量％碳、0.10～0.50質(zhì)量％錳和10～20質(zhì)量％鉻的鐵素體系不銹鋼鋼水11注入盛鋼桶26中。
將鋼水11注入盛鋼桶26中時(shí)，也會(huì)混入來自轉(zhuǎn)爐的或流入二次精煉時(shí)添加助熔劑等生成的爐渣33，將盛鋼桶26中鋼水11的表面覆蓋。
這種爐渣33，其厚度為50～100毫米，然后加入助熔劑等調(diào)整爐渣33中CaO的活度在0.3以下，而且堿度(CaO/SiO2)達(dá)到10以下。
接著，開動(dòng)供給裝置31，經(jīng)由導(dǎo)管32導(dǎo)引，以2～50米/分鐘速度，使Mg或Mg合金絲30穿過爐渣33進(jìn)入鋼水11中，以此方式向鋼水中添加Mg和Mg合金。
覆蓋鋼水表面的爐渣，過去含有CaO或SiO2、Al2O3、FeO等氧化物，由于用轉(zhuǎn)爐和二次精煉的脫硫和脫磷效果良好，所以往往能提高爐渣中的CaO濃度。
這種情況下，如下式所示，鋼水中的Ca濃度因爐渣和鋼水之間的平衡反應(yīng)而增高。
一旦向這種鋼水中添加Mg或Mg合金，鋼水中就會(huì)生成CaO-Al2O3-MgO等低熔點(diǎn)復(fù)合氧化物，或者生成與δ鐵素體晶格非共格性大的氧化物。
這些氧化物在鋼水凝固時(shí)不起凝固核作用，而且也沒有阻塞效果(凝固后抑制等軸晶的生長作用)，所以凝固組織粗大。其結(jié)果，在扁坯及用其加工制成的鋼材上，會(huì)產(chǎn)生裂紋和鱗片以及中心疏松等表面缺陷和內(nèi)部缺陷。
因此，為了提高凝固核的作用和阻塞效果，如圖20所示，使?fàn)t渣中的CaO活度(aCaO)處于0.3以下，所述的的活度(aCaO)可以按照下式由爐渣的堿度求出aCaO＝0.027(CaO/SiO2)0.8+0.13
通過使?fàn)t渣中的CaO活度(aCaO)處于0.3以下，在Mg和Mg合金中所含的Mg就會(huì)變成MgO或含MgO-Al2O3等高熔點(diǎn)的，而且與δ鐵素體晶格非共格性小的含MgO氧化物，當(dāng)鋼水凝固時(shí)，將作為凝固核充分起作用。此外，還發(fā)現(xiàn)這種含MgO氧化物具有充分的阻塞效果，所以能使扁坯的凝固組織微細(xì)化，并能夠抑制扁坯的表面缺陷和內(nèi)部缺陷的發(fā)生。
當(dāng)這種CaO活度處于0.2以下時(shí)，能夠提高生成的含MgO氧化物的熔點(diǎn)，而且還能使凝固核作用更強(qiáng)。
而且用爐渣的堿度代替爐渣中CaO的活度，使堿度處于10以下，也能使之生成MgO或MgO-Al2O3等高熔點(diǎn)的含MgO氧化物。
通過調(diào)節(jié)覆蓋鋼水的爐渣厚度，或者利用在爐渣中添加含有Al2O3或MgO的助熔劑，能夠調(diào)整這種CaO活度和堿度。
堿度超過10的情況下，包含在添加的Mg或Mg合金中的Mg形成CaO-Al2O3-MgO等低熔點(diǎn)復(fù)合氧化物，不僅不能起凝固核作用，而且還變成缺陷的產(chǎn)生點(diǎn)，影響扁坯和鋼材的質(zhì)量。
一旦CaO活度小于0.2或者堿度小于6，可以促進(jìn)含MgO氧化物(起凝固核作用)的生成，同時(shí)其阻塞效果也進(jìn)一步提高，所以能夠確實(shí)使扁坯的凝固組織微細(xì)化。
其中，作為向鋼水中添加的合金，可以使用Si-Mg合金、Fe-Si-Mg合金、Al-Mg合金、Fe-Si-Mn-Mg合金、Ni-Mg合金等合金。
于是在鑄模中使添加了0.0005～0.010質(zhì)量％Mg的鋼水凝固后，制成扁坯。
4)以下，說明本發(fā)明扁坯A～D的制造方法。本發(fā)明的扁坯A～D，可以用以下方法制造將含MgO氧化物的鋼水澆鑄在鑄模中，利用電磁攪拌邊攪拌該鋼水邊連續(xù)鑄造。
連續(xù)鑄造本發(fā)明的扁坯時(shí)，將電磁攪拌裝置設(shè)置在鑄模內(nèi)彎月面下流側(cè)2.5米處之內(nèi)。
連續(xù)鑄造本發(fā)明的扁坯時(shí)，用電磁攪拌裝置使鋼水以10厘米/秒以上的攪拌流流速流動(dòng)。
附圖1～4所示的連續(xù)鑄造裝置中，將含有16.5質(zhì)量％鉻的鋼水11，自浸漬噴嘴15的排料口14澆鑄在鑄模13內(nèi)，通過鑄模冷卻以及設(shè)置在支持段17處冷卻水噴嘴噴出的灑水冷卻，形成凝固殼18a，繼續(xù)凝固后形成扁坯18，由拉輥20和21將其牽引出來。
鋼水11中含有0.0005～0.010質(zhì)量％Mg，這些Mg與鋼水11中的氧、SiO2、MnO等氧化物反應(yīng)，生成MgO、MgO·Al2O3等氧化物。
此Mg含量一旦低于0.0005質(zhì)量％，鋼水中的MgO就減少，凝固核的生成量和填塞作用程度就會(huì)降低，不能使凝固組織微細(xì)化。另一方面，若Mg含量超過0.010質(zhì)量％，則凝固組織微細(xì)化效果飽和，不能發(fā)現(xiàn)顯著的效果，而且Mg等添加成本也會(huì)增加。
而且，將電磁攪拌裝置16設(shè)置在鑄模13內(nèi)鋼水液面(彎月面)下游側(cè)500毫米位置處。
攪拌的方式是，利用電磁線圈16a、16b，使之沿著鑄模13長壁13a內(nèi)側(cè)，從短壁13d向短壁13c方向產(chǎn)生攪拌流，同時(shí)利用電磁線圈16c、16d，使之沿著長壁13b內(nèi)側(cè)，從短壁13c向短壁13d方向產(chǎn)生攪拌流。使鋼水11全體如圖3中的箭頭所示，形成以水平方向旋轉(zhuǎn)的攪拌流。
于是，從排料口14澆鑄的鋼水11被鑄模13冷卻，洗出凝固殼18a附近存在的氧化物，能夠防止氧化物被凝固殼18a所撲捉，并能形成氧化物少的表層部分。
這種表層部分由于被鑄模13冷卻和被設(shè)置在支持段17的冷卻水噴嘴噴出的灑水迅速冷卻，所以容易形成微細(xì)的結(jié)晶。而且，攪拌流將柱狀晶頭部折斷，或者因所謂的組成過冷(溶質(zhì)隨凝固界面上固液分配而濃化，使局部熔點(diǎn)降低)得到緩和而促進(jìn)等軸晶化，所以即使氧化物少也能獲得微細(xì)的凝固組織。
從凝固殼18a附近被洗出的氧化物，一部分上浮后被彎月面表面未圖示出的粉末所撲捉，而幾乎全部殘存在扁坯內(nèi)部起凝固核作用和填塞作用，所以扁坯內(nèi)部能夠形成微細(xì)的凝固組織。
鋼水11中的攪拌流，是向電磁線圈16a～16d通入相位不同的三相交流電，按已知的弗萊明定則使鋼水11中形成移動(dòng)磁場，由此移動(dòng)磁場產(chǎn)生的推力(5～90mmFe)賦予的。
推力的強(qiáng)弱用流入電磁線圈16a～16d的電流值調(diào)整，將其流速調(diào)整到10～40厘米/秒。
其結(jié)果，從扁坯18的表層至內(nèi)部60％以上都能形成微細(xì)的凝固組織，能夠抑制裂紋和凹坑等表面缺陷以及凸肚加工和彎曲矯正加工時(shí)內(nèi)部裂紋的發(fā)生，確保未凝固鋼水的流動(dòng)性，制造出中心疏松(多孔性)和中心偏析的發(fā)生得到抑制的高品質(zhì)扁坯18。
這種扁坯18經(jīng)壓力加工制成的鋼材，由于裂紋和鱗片、中心疏松(多孔性)和中心偏析等表面缺陷及內(nèi)部缺陷的發(fā)生得到抑制，所以收縮加工特性和材質(zhì)特性優(yōu)良。
若扁坯18的微細(xì)凝固組織低于60％，則晶粒增大，產(chǎn)生表面缺陷和內(nèi)部缺陷，收縮加工等材質(zhì)特性惡化。
此外，由于上述理由，通過使扁坯18厚度方向全斷面都變成微細(xì)的凝固組織，能夠使凝固組織的均一性進(jìn)一步提高，更加確實(shí)防止扁坯和鋼材的表面和內(nèi)部缺陷出現(xiàn)，進(jìn)一步穩(wěn)定材質(zhì)。
特別是利用這種方法制造的扁坯，由于表層部分所含的氧化物少，所以能夠減少經(jīng)壓力加工的薄板和型鋼等表面及其附近存在的氧化物。
表面及表面附近的氧化物一旦減少，與酸和鹽水等解除時(shí)溶出的氧化物(含MgO氧化物)量就能得到抑制，因而能防止產(chǎn)生以其為起點(diǎn)的鋼材腐蝕。因此，用本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法制造的扁坯，經(jīng)加工得到的鋼材也具有優(yōu)良的耐腐蝕性。
(8)本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法，能夠用于鐵素體不銹鋼鋼水的連續(xù)鑄造。
特別適于含10～23質(zhì)量％Cr和0.0005～0.010質(zhì)量％Mg的鐵素體不銹鋼鋼水的鑄造。
在附圖1～4所示的連續(xù)鑄造裝置中，將含10～23質(zhì)量％Cr的鋼水11經(jīng)浸漬噴嘴15的排料口14澆鑄到鑄模13內(nèi)，一邊用電磁攪拌裝置16攪拌，一邊靠鑄模13冷卻以及利用設(shè)置在支持段17的冷卻水噴嘴噴出的灑水冷卻，形成凝固殼18a，不斷繼續(xù)凝固形成的扁坯18，用拉輥20和21將其拉出。
使鋼水11含有0.0005～0.010質(zhì)量％Mg，這些Mg與鋼水11中所含的O、SiO2、MnO等氧化物反應(yīng)，生成MgO或MgO·Al2O3等高熔點(diǎn)氧化物。
這些MgO或MgO·Al2O3等氧化物，將促進(jìn)起凝固核作用的凝固組織等軸晶化，而且還能發(fā)揮抑制凝固后組織生長的所謂填塞作用。此外，通過促進(jìn)等軸晶生長，能夠使全斷面60％以上表面變成微細(xì)的凝固組織(等軸晶)。
若扁坯的微細(xì)凝固組織(等軸晶)低于60％，則全斷面的晶粒直徑增大，容易產(chǎn)生表面和內(nèi)部缺陷。
若Mg含量低于0.0005質(zhì)量％，則鋼水中MgO和/或含MgO氧化物減少，凝固殼的生成和填塞作用不足，不能使凝固組織微細(xì)化。另一方面，Mg含量超過0.010質(zhì)量％，凝固組織的微細(xì)化效果就會(huì)飽和，不能出現(xiàn)顯著效果，從而增大Mg的添加成本。
將電磁攪拌裝置16事先設(shè)置在鑄模13內(nèi)液面(彎月面)25下游側(cè)的500毫米處，使鑄模13內(nèi)的鋼水11沿鑄模13的內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)形成攪拌流。
這種攪拌流的流速和作用效果，在上述(7)項(xiàng)中已事先做了說明。
得到的扁坯，如圖9所示，攪拌流作用的表層部分變成極細(xì)的等軸晶，內(nèi)部是具有微細(xì)等軸晶的凝固組織。
而且，微細(xì)的等軸晶凝固組織，能提高扁坯內(nèi)部未凝固部分18b中鋼水的流動(dòng)性，所以可以抑制中心疏松(多孔性)和中心偏析的發(fā)生，能夠使扁坯以及用扁坯制造的鋼管不產(chǎn)生裂紋和鱗片等表面缺陷和內(nèi)部缺陷。
為了抑制中心疏松現(xiàn)象產(chǎn)生，有時(shí)對扁坯實(shí)施輕壓下處理。也就是說，用壓下段19使扁坯18的下面保持在支持輥22上，借助于壓下輥24上的凸起部分23輕壓，使上部中央產(chǎn)生3～10毫米左右壓痕。利用這種輕壓下操作，能夠確實(shí)將扁坯18內(nèi)部未凝固部分18b和形成的中心疏松壓實(shí)。
輕壓下操作，在扁坯18的固相比(凝固厚度/扁坯厚度)達(dá)到0.2～0.7范圍內(nèi)時(shí)開始。
其中固相比，是用將楔鐵打入扁坯，判斷其尖端熔損狀態(tài)的方法，測定扁坯的凝固(固相)區(qū)和未凝固區(qū)求出的。
對這種扁坯18，不必進(jìn)行壓下比超過0.90的初軋(大壓下)，可以省略用一般初軋工序等以軋機(jī)進(jìn)行的軋鋼工序，能夠大幅度減小制造成本。
然后，將這樣鑄造的扁坯剪切成預(yù)定長度，由制管工序再加熱成形后，用頂頭穿孔，制成無縫鋼管。
制造這種鋼管使用的扁坯，除組織微細(xì)之外，由于輕壓下操作將中心疏松等確實(shí)壓實(shí)，所以用頂頭擴(kuò)孔穿孔時(shí)容易加工變形，能夠確實(shí)防止內(nèi)面產(chǎn)生裂紋和鱗片等缺陷，得到品質(zhì)優(yōu)良的鋼管。
此外，沒有必要進(jìn)行制管后的磨削等修整操作，能夠防止缺陷引起的破碎，提高產(chǎn)品的成品率和生產(chǎn)率。
特別在使用于鑄模附近進(jìn)行電磁攪拌后制造的扁坯制管的情況下，由于扁坯表層部分所含的氧化物少，也能減少經(jīng)制管工序穿孔的鋼管表面及其附近存在的氧化物，所以能夠抑制表面與酸和鹽水等接觸時(shí)溶出的氧化物(含MgO氧化物)量，并能抑制以其為起點(diǎn)的鋼管腐蝕，提高耐腐蝕性。
5)以下說明本發(fā)明的實(shí)施例。
其中，本發(fā)明并不受實(shí)施例的限制，在不超出本發(fā)明目的和要點(diǎn)的范圍內(nèi)，任何條件的變更和實(shí)施方式的改變等，都處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
實(shí)施例1-1本實(shí)施例是涉及本發(fā)明的扁坯A的實(shí)施例。
向中間罐內(nèi)的鋼水中添加0.005質(zhì)量％Mg后，將其澆鑄在尺寸為1200毫米寬和250毫米深的鑄模中，經(jīng)鑄模冷卻以及支持段灑水冷卻，使之凝固成扁坯，用壓下段壓下3～7毫米后，將其用拉輥牽引出。
將扁坯切斷后，觀察沿厚度方向斷面的凝固組織(等軸晶的狀態(tài))以及扁坯表層和內(nèi)部的缺陷，此外再將該扁坯加熱到1250℃后熱軋，并考查鋼材表層和內(nèi)部的缺陷和加工特性。表1示出的是其結(jié)果。
表1

表2

表1中的實(shí)施例1涉及這樣一種扁坯，在其厚度方向全斷面上的凝固組織中，有60％是滿足下式的等軸晶(1～5.2毫米的等軸晶)，雖然能夠看到該扁坯的柱狀晶范圍內(nèi)有若干裂紋，但是作為內(nèi)部缺陷的裂紋以及多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷卻受到抑制，獲得總體良(用符號(hào)○表示)的結(jié)果。
D＜1.2X1/3+0.75式中，D是結(jié)晶方向相同的組織的等軸晶直徑(毫米)。X是距扁坯表面的距離(毫米)。
此外，用這種扁坯軋制的鋼材，表層鱗片和裂紋缺陷少，而且裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷也少，屬于良好(用符號(hào)○表示)，凝固組織微細(xì)且微觀偏析小，所以容易在壓下方向變形，加工后的韌性也良(用符號(hào)○表示)。
實(shí)施例2涉及有扁坯厚度方向全斷面均滿足上式的等軸晶(1.0～4.5毫米的等軸晶)組成的扁坯，這種扁坯表層無柱狀晶，表層和內(nèi)部的缺陷少，品質(zhì)良(用符號(hào)○表示)。
此外，用這種扁坯軋制的鋼材，表層上鱗片及裂紋極少發(fā)生，裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷也極少，因而優(yōu)良(用符號(hào)◎表示)。這種鋼材由于凝固組織微細(xì)而微觀偏析少，所以壓下方向容易變形，加工后的韌性等良(用符號(hào)○表示)。
實(shí)施例3涉及的扁坯，沿其厚度方向全斷面中的凝固組織均滿足上式的等軸晶(等軸晶直徑0.9～2.6毫米)組成的，同時(shí)最大等軸晶直徑小于平均等軸晶直徑的三倍。這種扁坯中，表層部分形成的微觀偏析小，而且能夠抑制其波動(dòng)，所以鱗片和裂紋發(fā)生得更少，內(nèi)部也沒有多孔性和中心偏析等軸內(nèi)部缺陷(用符號(hào)○表示)。
此外，用這種扁坯軋制的鋼材，表層上鱗片及裂紋等表層缺陷，以及裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷更少，極為優(yōu)(用符號(hào)◎表示)，壓下方向容易變形，加工后的韌性等也優(yōu)(用符號(hào)◎表示)。
與此相比，如表2所示，對照例1涉及的扁坯，等軸晶在扁坯厚度方向占斷面的50％，表層存在柱狀晶50％。這種扁坯中，在表層柱狀晶部分產(chǎn)生裂紋，內(nèi)部缺陷也發(fā)生，被評為差(用符號(hào)×表示)。
此外，用這種扁坯軋制的鋼材，表層上鱗片及裂紋，以及裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷均產(chǎn)生(用符號(hào)×表示)，加工性能和加工后的韌性等也評為差(用符號(hào)×表示)。
對照例2涉及的扁坯，沿扁坯厚度方向的全斷面雖然均為等軸晶，但是其表層(占全體的40％)的等軸晶不滿足上式要求。這種扁坯表層中的鱗片和裂紋等表面缺陷以及中心疏松和中心偏析等內(nèi)部缺陷均被評為稍差(用符號(hào)△表示)。用這種扁坯軋制的鋼材，表層鱗片及裂紋稍有發(fā)生，多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷也稍有發(fā)生(用符號(hào)△表示)，加工性能和加工后的韌性等也稍差(用符號(hào)△表示)。
實(shí)施例1-2本實(shí)施例說明，本發(fā)明的扁坯A中，等軸晶直徑D(毫米)，滿足D＜0.08X0.78+0.5(式中，X是距扁坯表面的距離(毫米)，D表示處于表面X距離處的等軸晶直徑(毫米))的情況。
向中間罐內(nèi)的鋼水中添加0.1質(zhì)量％Mg后，將其澆鑄在寬1200毫米和深250毫米尺寸的鑄模中，利用鑄模冷卻和來自支持段的灑水冷卻使扁坯凝固，利用壓下段壓下3～7毫米后，用拉輥將其牽引出來。
接著切斷扁坯，調(diào)查厚度方向斷面的凝固組織(等軸晶直徑的情況)以及扁坯表層和內(nèi)部的缺陷。然后將該扁坯加熱到1250℃后軋鋼，研究了鋼材的表層和內(nèi)部存在的缺陷和加工特性。結(jié)果示于表3之中。
表3

表3中符號(hào)表示品質(zhì)等級◎優(yōu)，○良，△稍好，×差。
表3中實(shí)施例1涉及一種扁坯以及用它制成的鋼材，該扁坯全斷面中的凝固組織60％以上是滿足上式的等軸晶(等軸晶徑1.5～3.2毫米)。扁坯的品質(zhì)是，產(chǎn)生的裂紋較少，裂紋、多孔性及中線偏析等內(nèi)部缺陷也少，因而是良好的。
此外，用這種扁坯軋制的鋼材品質(zhì)是，表層上鱗片及裂紋較少發(fā)生，裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷也少，因而良好，加工后的韌性等也良好。
實(shí)施例2涉及一種扁坯以及用它制成的鋼材，該扁坯全斷面均為滿足上式的等軸晶(等軸晶直徑0.3～2.9毫米)。這種扁坯中裂紋產(chǎn)生的較少，也沒有裂紋、多孔性及中線偏析等內(nèi)部缺陷，品質(zhì)良好。
此外，用這種扁坯軋制鋼材的品質(zhì)，表層上鱗片及裂紋發(fā)生少，裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷也少，因而良好，加工后的韌性等也優(yōu)良。
實(shí)施例3涉及一種扁坯以及用它制成的鋼材，該扁坯全斷面上的等軸晶直徑為0.5～1.4毫米，最大等軸晶直徑小于平均等軸晶直徑的三倍。這種扁坯中裂紋產(chǎn)生得更少，裂紋、多孔性及中線偏析等內(nèi)部缺陷也極少，品質(zhì)優(yōu)良。
此外，用這種扁坯軋制的鋼材，表層上鱗片及裂紋等表面缺陷，以及裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生得到極大抑制，加工后的韌性等也優(yōu)良。
與此相比，對照例1涉及這樣一種扁坯以及由其制成的鋼材，該扁坯厚度方向斷面上的凝固組織自表層起40％以上范圍內(nèi)均存在柱狀晶，內(nèi)部凝固組織中的等軸晶直徑為2.0～3.1毫米。在這種扁坯和鋼材中，表層中的微觀偏析大，產(chǎn)生源于鑄造過程和鑄模冷卻過程的裂紋，裂紋、多孔性和中心偏析等軸內(nèi)部缺陷也產(chǎn)生。
此外，用這種扁坯軋成的鋼材，鱗片和裂紋等表面缺陷以及裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷均出現(xiàn)，加工性及加工后的韌性也差。
對照例2涉及這樣一種扁坯及由其軋成的鋼材，該扁坯厚度方向斷面的凝固組織有40％以上是滿足上式的等軸晶(等軸晶直徑2.8～5.7毫米)。這種扁坯和鋼材表層中的裂紋等得到相當(dāng)抑制，但是卻出現(xiàn)裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷。
此外，用這種扁坯軋成的鋼材，鱗片和裂紋有所發(fā)生，裂紋、多孔性和中心偏析等軸內(nèi)部缺陷也出現(xiàn)，加工性及加工后的韌性也差。
實(shí)施例2本實(shí)施例涉及本發(fā)明的扁坯B。
向中間罐內(nèi)的鋼水中添加0.005質(zhì)量％Mg后，用寬1200毫米和深250毫米尺寸的鑄模進(jìn)行連續(xù)澆鑄，利用鑄模冷卻和來自支持段的灑水冷卻使扁坯凝固，用壓下段壓下3～7毫米后，用拉輥將其牽引出。
接著切斷扁坯，查看厚度方向斷面組織的等軸晶，從扁坯表面各磨削2毫米后測定同一厚度位置表面上的晶粒直徑，并調(diào)查了扁坯表層及內(nèi)部的缺陷。進(jìn)而將該扁坯加熱到1250℃后軋鋼，研究了這種鋼材的表面瑕疵和皺紋及其加工特性。其結(jié)果示于表34之中。
表4

表4中實(shí)施例1涉及一種扁坯，在該扁坯全斷面中30％形成等軸晶，于相同厚度位置的表面上，最大晶粒直徑/平均晶粒直徑比處于2～2.7。這種扁坯表面裂紋和內(nèi)部裂紋均無(用符號(hào)○表示)。由這種扁坯軋鋼制成的鋼材，表面瑕疵和裂紋瑕疵產(chǎn)生得輕微(用符號(hào)○表示)，加工特性也良(用符號(hào)○表示)。
實(shí)施例2是附圖14的實(shí)線所示的扁坯，其內(nèi)部60％以上形成等軸晶，在相同厚度位置的表面處最大晶粒直徑/平均晶粒直徑比為1.7～2.5。這種扁坯表面裂紋和內(nèi)部裂紋均無(用符號(hào)◎表示)。由這種扁坯軋鋼制成的鋼材，也不產(chǎn)生表面瑕疵和裂紋瑕疵(用符號(hào)◎表示)，加工特性極好(用符號(hào)◎表示)。
與此相比，對照例1是附圖15的實(shí)線所示的扁坯，該扁坯內(nèi)部的等軸晶率低至20％左右，中心部分是粗大等軸晶，在相同厚度位置的晶粒直徑內(nèi)，最大晶粒直徑/平均晶粒直徑之比一部分超過三倍(2.5～4.7)?？梢园l(fā)現(xiàn)這種扁坯具有表面裂紋和內(nèi)部裂紋(用符號(hào)×表示)。在這種扁坯軋鋼制成的鋼材中產(chǎn)生表面裂紋等表面瑕疵以及皺紋瑕疵(用符號(hào)×表示)，加工特性也差(用符號(hào)×表示)。
實(shí)施例3本實(shí)施例涉及本發(fā)明的扁坯C。
向盛在中間罐內(nèi)的鋼水中添加0.005質(zhì)量％Mg后，用寬1200毫米和深250毫米尺寸的鑄模進(jìn)行連續(xù)澆鑄，依靠鑄模冷卻和來自支持段的灑水冷卻使扁坯凝固，用壓下段壓下3～7毫米后，用拉輥將其牽引出。
接著切斷扁坯，調(diào)查了厚度方向斷面凝固組織的等軸晶率、平均等軸晶粒直徑(毫米)以及表層和內(nèi)部的缺陷。而且將該扁坯加熱到1250℃后軋鋼，研究了在這種鋼材表面和內(nèi)部存在的缺陷及加工特性。其結(jié)果示于表5之中。
表5

表5中的實(shí)施例1涉及的扁坯是，鐵素體鋼扁坯中所含的與δ鐵素體晶格的非共格性小于6％的夾雜物個(gè)數(shù)為104個(gè)/厘米2，該夾雜物尺寸為10微米以上，等軸晶率為62％，平均等軸晶粒直徑為1.8毫米。這種扁坯中，裂紋和凹坑等表面缺陷產(chǎn)生得少(用符號(hào)○表示)，作為內(nèi)部缺陷的裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷也少(用符號(hào)○表示)。
此外，用這種扁坯軋成的鋼材，表層上單向皺紋和邊緣裂紋少(用符號(hào)○表示)，裂紋、多孔性及中心偏析等內(nèi)部缺陷也少(用符號(hào)○表示)，作為加工性能指標(biāo)的r值等也良(用符號(hào)○表示)。
實(shí)施例2中涉及的扁坯是，鐵素體鋼扁坯中所含的與δ鐵素體晶格的非共格性小于6％的夾雜物個(gè)數(shù)為141個(gè)/厘米2，該夾雜物尺寸為10微米以下，等軸晶率為81％，平均等軸晶粒直徑為1.3毫米。這種扁坯中，裂紋和凹坑等表面缺陷產(chǎn)生少(用符號(hào)◎表示)，作為內(nèi)部缺陷的裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷也少(用符號(hào)◎表示)。
此外，用這種扁坯軋成的鋼材，表層上單向皺紋和邊緣裂紋少(用符號(hào)◎表示)，裂紋、多孔性及中心偏析等內(nèi)部缺陷也少(用符號(hào)◎表示)，作為加工性能指標(biāo)的r值等也優(yōu)(用符號(hào)◎表示)。
與此相對，對照例1涉及的扁坯是，扁坯中所含的夾雜物個(gè)數(shù)為70個(gè)/厘米2，該夾雜物尺寸為10微米以下，等軸晶率為27％，平均等軸晶粒直徑為2.5毫米。這種扁坯中，裂紋和凹坑等表面缺陷均產(chǎn)生(用符號(hào)×表示)，扁坯內(nèi)部產(chǎn)生裂紋以及中心疏松和中心偏析等內(nèi)部缺陷(用符號(hào)×表示)。
此外，用這種扁坯軋成的鋼材，表層上鱗片、單向皺紋和邊緣裂紋均產(chǎn)生(用符號(hào)×表示)，裂紋、孔洞及中心偏析等內(nèi)部缺陷不佳(用符號(hào)×表示)，作為加工性能指標(biāo)的r值等也差(用符號(hào)×表示)。
對照例2涉及的扁坯是，在扁坯單位面積內(nèi)存在的金屬化合物中，10微米以下的金屬化合物數(shù)目表層45個(gè)/厘米2，內(nèi)部45個(gè)/厘米2，表層部分的最大等軸晶粒直徑和內(nèi)部的最大等軸晶粒直徑均變大。這種扁坯中，裂紋和凹坑等表面缺陷，以及裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷均產(chǎn)生(用符號(hào)×表示)。
此外，用這種扁坯軋成的鋼材，鱗片和裂紋的表面缺陷，以及裂紋、多孔性及中心偏析等內(nèi)部缺陷均產(chǎn)生(用符號(hào)×表示)，作為加工性能指標(biāo)的r值等也差(用符號(hào)×表示)。
實(shí)施例4本實(shí)施例涉及本發(fā)明的扁坯D。
向盛在中間罐內(nèi)的鋼水中添加0.005質(zhì)量％Mg后，用寬1200毫米和深250毫米尺寸的鑄模進(jìn)行連續(xù)澆鑄，依靠鑄模冷卻和來自支持段的灑水冷卻使扁坯凝固，用壓下段壓下3～7毫米后，由拉輥牽引出。
接著切斷扁坯，調(diào)查了厚度方向斷面凝固組織的等軸晶大小以及表層和內(nèi)部存在的缺陷。進(jìn)而將該扁坯加熱到1250℃后軋鋼，研究了在這種鋼材表層和內(nèi)部存在的缺陷及加工特性。其結(jié)果示于表6之中。
表6

表6中，實(shí)施例1涉及的扁坯特點(diǎn)扁坯所含的金屬化合物中，10微米以下的金屬化合物個(gè)數(shù)表層50個(gè)/厘米2，內(nèi)部66個(gè)/厘米2，形成了良好的等軸晶。這種扁坯中，裂紋和凹坑，以及單向皺紋和邊緣裂紋等表面缺陷少，裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷也少。用這種扁坯軋成的鋼材，表層的單向皺紋和邊緣裂紋等瑕疵等，以及裂紋、多孔性及中心偏析等內(nèi)部缺陷也少(用符號(hào)○表示)，作為加工性能指標(biāo)的r值等也良好(用符號(hào)○表示)。
實(shí)施例2涉及的扁坯特點(diǎn)在扁坯單位面積上存在的金屬化合物中，10微米以下的金屬化合物個(gè)數(shù)表層部分95個(gè)/厘米2，內(nèi)部130個(gè)/厘米2，形成了良好的等軸晶。這種扁坯中，裂紋和凹坑的產(chǎn)生，以及單向皺紋和邊緣裂紋等表面缺陷少，裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷也少。用這種扁坯軋成的鋼材，表層的單向皺紋和邊緣裂紋等瑕疵等，以及裂紋、多孔性及中心偏析等內(nèi)部缺陷也少(用符號(hào)○表示)，作為加工性能指標(biāo)的r值等也良好(用符號(hào)○表示)。
與此相比，對照例1涉及的扁坯是，在扁坯單位面積上存在的金屬化合物中，10微米以下的金屬化合物數(shù)表層45個(gè)/厘米2，內(nèi)部46個(gè)/厘米2；表層部分的最大晶粒直徑和內(nèi)部的最大晶粒直徑均變大。這種扁坯中，裂紋和凹坑等表面缺陷，以及裂紋、多孔性和中心偏析等內(nèi)部缺陷均產(chǎn)生。這種扁坯軋成的鋼材，鱗片和裂紋等表面缺陷，以及裂紋、多孔性及中心偏析等內(nèi)部缺陷均產(chǎn)生(用符號(hào)×表示)，r值等也差(用符號(hào)×表示)。
對照例2涉及的扁坯是，在扁坯單位面積上存在的金屬化合物中，10微米以下的金屬化合物數(shù)表層97個(gè)/厘米2，內(nèi)部116個(gè)/厘米2；表層部分和內(nèi)部的等軸晶粒直徑均減小。這種扁坯及這種扁坯軋成的鋼材，表面缺陷和內(nèi)部缺陷良，(用符號(hào)○表示)，但是r值差(用符號(hào)×表示)。
其中，對于10微米以下金屬化合物個(gè)數(shù)比與實(shí)施例1和實(shí)施例2相同，作為金屬化合物添加了0.06質(zhì)量％的MgO、MgAl2O4、TiN、TiC的扁坯，以及用這種扁坯軋成的鋼材，也調(diào)查了凝固組織的等軸晶尺寸以及表層和內(nèi)部存在的缺陷，并且對該扁坯加熱到1250℃，軋鋼，調(diào)查了鋼材表層和內(nèi)部存在的缺陷和加工特性，也獲得了良好的結(jié)果。
實(shí)施例5本實(shí)施例涉及本發(fā)明的處理方法I。
在鋼水不含Ca，以及鋼水含有總Ca 0.0002質(zhì)量％、0.0005質(zhì)量％、0.0006質(zhì)量％和0.0010質(zhì)量％等幾種情況下，分別向盛在中間罐內(nèi)的鋼水中添加0.005質(zhì)量％Mg，然后用寬1200毫米和深250毫米尺寸的鑄模進(jìn)行連續(xù)澆鑄，依靠鑄模冷卻和來自支持段的灑水冷卻使扁坯凝固，用壓下段壓下3～7毫米后，經(jīng)拉輥引出。
進(jìn)而調(diào)查了添加Mg前鋼水中氧化物主要成分，添加Mg后鋼水中氧化物主要成分，以及扁坯組織的微細(xì)化狀況。其結(jié)果示于表7之中。
表7

表7中，實(shí)施例1涉及鋼水不含Ca的情況，即添加Mg前鋼水中的夾雜物是以Al2O3為主要成分的氧化物，添加Mg后鋼水中的夾雜物是Al2O3·MgO和MgO為主要成分的氧化物的情況。這種鋼水澆鑄得到的扁坯，其凝固組織被極度微細(xì)化，綜合評價(jià)極好(用符號(hào)◎表示)。
實(shí)施例2涉及鋼水含有0.0002質(zhì)量％Ca的情況，即添加Mg前鋼水中的夾雜物是以Al2O3為主要成分的氧化物，添加Mg后鋼水中的夾雜物是Al2O3·MgO和MgO為主要成分的氧化物的情況。這種鋼水中未生成鋁酸鈣，這種鋼水澆鑄得到的扁坯，其凝固組織被極度微細(xì)化，綜合評價(jià)極好(用符號(hào)◎表示)。
實(shí)施例3涉及鋼水含有0.0005質(zhì)量％Ca的情況，即添加Mg前鋼水中的夾雜物是以Al2O3為主要成分的氧化物，添加Mg后鋼水中的夾雜物是Al2O3·MgO和MgO為主要成分的氧化物的情況。這種鋼水中未生成鋁酸鈣，這種鋼水澆鑄得到的扁坯，其凝固組織被極度微細(xì)化，綜合評價(jià)極好(用符號(hào)◎表示)。
實(shí)施例4涉及鋼水含有0.0006質(zhì)量％Ca的情況，即添加Mg前鋼水中作為夾雜物的氧化物，除了主要成分Al2O3之外，還含有幾個(gè)百分點(diǎn)以下的CaO，而且添加Mg后鋼水中的夾雜物是含有幾個(gè)百分點(diǎn)以下CaO的Al2O3·MgO·CaO和MgO·CaO為主要成分的氧化物的情況。
這種鋼水中雖然在Mg添加前后都可以檢出夾雜物中的CaO，但是其含量在幾個(gè)百分點(diǎn)以下，所以鋼水凝固時(shí)，能發(fā)現(xiàn)種晶效果。因此，用這種鋼水澆鑄得到的扁坯，其凝固組織變得微細(xì)化，綜合評價(jià)為良(用符號(hào)○表示)。
實(shí)施例5涉及鋼水含有0.0010質(zhì)量％Ca的情況，即添加Mg前鋼水中作為夾雜物的氧化物，除了主要成分Al2O3之外，還含有幾個(gè)百分點(diǎn)以下的CaO，而且添加Mg后鋼水中的夾雜物是以含幾個(gè)百分點(diǎn)以下CaO的Al2O3·MgO·CaO和MgO·CaO作為主要成分的氧化物的情況。
這種鋼水中雖然在Mg添加前后都可以檢出夾雜物中的CaO，但是其含量在幾個(gè)百分點(diǎn)以下，所以鋼水凝固時(shí)，能發(fā)現(xiàn)種晶效果。因此，用這種鋼水澆鑄得到的扁坯，其凝固組織變得微細(xì)化，綜合評價(jià)為良(用符號(hào)○表示)。
與此相比，對照例1涉及在鋼水中的Ca達(dá)到0.0012質(zhì)量％的情況下，添加Mg前鋼水中的夾雜物是以Al2O3-CaO(鋁酸鈣)作為主要成分的氧化物，添加Mg后鋼水中的夾雜物是以CaO-Al2O3-MgO作為主要成分的氧化物的情況。這種鋼水經(jīng)鑄造得到的扁坯，其凝固組織粗大化，綜合評價(jià)為差(用符號(hào)×表示)。
對照例2涉及在鋼水中的Ca為0.015質(zhì)量％的情況下，添加Mg前鋼水中的夾雜物是以下CaO·Al2O3(鋁酸鈣)作為主要成分的氧化物，添加Mg后鋼水中的夾雜物是以CaO-Al2O3-MgO作為主要成分的氧化物的情況。這種鋼水經(jīng)鑄造得到的扁坯，其凝固組織粗大化，綜合評價(jià)為差(用符號(hào)×表示)。
對照例3涉及在鋼水中的Ca為0.023質(zhì)量％的情況下，添加Mg前鋼水中的夾雜物是以Al2O3-CaO(鋁酸鈣)作為主要成分的氧化物，添加Mg后鋼水中的夾雜物是以CaO-Al2O3-MgO作為主要成分的氧化物的情況。這種鋼水經(jīng)鑄造得到的扁坯，其凝固組織粗大化，綜合評價(jià)為差(用符號(hào)×表示)。
實(shí)施例6本實(shí)施例涉及本發(fā)明的處理方法II。
將脫碳精煉和成分調(diào)整后的150噸鋼水注入盛鋼桶中，改變添加條件，向這種鋼水中添加Al和Ti，同時(shí)在經(jīng)盛鋼桶上設(shè)置的多孔塞供入氬氣的攪拌下進(jìn)行脫氧處理，然后向鋼水中供入0.75～15千克Mg。接著調(diào)查了用這種鋼水連續(xù)鑄造的扁坯表層和內(nèi)部缺陷的有無，以及凝固組織微細(xì)化的優(yōu)劣。其結(jié)果示于表8之中。
表8

表8中，實(shí)施例1涉及添加50千克Al脫氧后，再添加0.75千克Mg的試驗(yàn)情況。扁坯的表層和內(nèi)部均無缺陷，凝固組織被充分微細(xì)化，綜合評價(jià)良(用符號(hào)○表示)。
實(shí)施例2涉及添加75千克Al后再添加50千克Fe-Ti合金脫氧后，添加15千克Mg的試驗(yàn)情況。扁坯的表層和內(nèi)部均無缺陷，凝固組織被充分微細(xì)化，綜合評價(jià)良(用符號(hào)○表示)。
實(shí)施例3涉及添加50千克Fe-Ti合金后，添加75千克Al進(jìn)行脫氧，然后添加15千克Mg的試驗(yàn)情況。扁坯的表層和內(nèi)部均無缺陷，凝固組織被充分微細(xì)化，綜合評價(jià)良(用符號(hào)○表示)。
其中，實(shí)施例1～3任何一種情況下，如圖9所示，扁坯的凝固組織都在內(nèi)部形成等軸晶，而且都微細(xì)化。
與此相比，對照例1是同時(shí)向鋼水中添加75千克Al和0.75千克Mg后進(jìn)行脫氧的試驗(yàn)。鋼水中雖然形成了MgO與Al2O3的復(fù)合氧化物，但是含MgO氧化物的表面組織中，MgO的比例都在10％以下，與δ鐵素體晶格的共格性差，不適于作為凝固核。結(jié)果，在扁坯表層和內(nèi)部都有缺陷產(chǎn)生，如圖7所示，凝固組織也變得粗大，綜合評價(jià)為差(用符號(hào)×表示)。
對照例2是向鋼水中添加50千克Fe-Ti合金后添加15千克Mg，然后再添加75千克Al進(jìn)行脫氧的試驗(yàn)。鋼水中的氧化物，中心部分雖然是MgO，但是由于在表面形成了Al2O3，所以不起凝固核作用。結(jié)果，在扁坯表層和內(nèi)部都有缺陷產(chǎn)生，凝固組織也變得粗大，綜合評價(jià)為差(用符號(hào)×表示)。
實(shí)施例7本實(shí)施例涉及的處理方法是，在本發(fā)明處理方法I和II中，向鋼水中添加預(yù)定量Mg，使鋼水中所含的爐渣以及脫氧生成物等氧化物和向鋼水中添加Mg時(shí)生成的氧化物，滿足下式(1)和(2)α＝17.4(kAl2O3)+3.9(kMgO)+0.3(kMgAl2O4)+18.7(kCaO)≤500 ...(1)β＝(kAl2O3)+(kMgO)+(kMgAl2O4)+(kCaO)≥95 ...(2)使用頂?shù)状缔D(zhuǎn)爐，將含鉻10～23質(zhì)量％的150噸鋼水注入盛鋼桶中，一邊經(jīng)多孔塞噴吹氬氣，一邊從料斗中添加100千克Al，在鋼水?dāng)嚢柘戮鶆蚧旌?，進(jìn)行脫氧。
然后，從鋼水中取樣，用EPMA測定氧化物組成，調(diào)整添加的Mg量，使之滿足上式(1)和(2)的要求下形成復(fù)合氧化物。接著連續(xù)鑄造鋼水制成扁坯。
于是考查了扁坯的內(nèi)部裂紋和中心偏析、中心疏松等內(nèi)部缺陷的有無，凝固組織是否優(yōu)良，以及加工后鋼材的表面性狀和加工性能。結(jié)果示于表9之中。
表9

表9中，實(shí)施例1是向鋼水中添加125千克Mg后攪拌鋼水，使鋼水中所含復(fù)合氧化物的α值(上式(1)中等號(hào)左邊的，是氧化物與δ鐵素體的晶格非共格性的指標(biāo))為326時(shí)的試驗(yàn)情況，在扁坯內(nèi)部未產(chǎn)生內(nèi)部缺陷，凝固組織也被微細(xì)化，鋼材的表面性狀和加工性能也良好，綜合評價(jià)良(用符號(hào)○表示)。
實(shí)施例2是向鋼水中添加30千克Mg后攪拌鋼水，使鋼水中所含復(fù)合氧化物的α值為497時(shí)的試驗(yàn)情況，在扁坯的表面和內(nèi)部未產(chǎn)生內(nèi)部缺陷，如圖9所示，凝固組織微細(xì)化，鋼材的表面性狀和加工性能良，綜合評價(jià)良(用符號(hào)○表示)。
與此相比，對照例1和對照例2是對添加Mg前的鋼水所含氧化物的組成未加考慮的情況下，分別添加85千克和30千克Mg后攪拌鋼水時(shí)的試驗(yàn)情況。結(jié)果，鋼水中所含復(fù)合氧化物的α值超過500，扁坯內(nèi)部產(chǎn)生缺陷，如圖7所示，兩例中的凝固組織均因粗大化而惡化，綜合評價(jià)為差(用符號(hào)×表示)。
實(shí)施例8本實(shí)施例涉及本發(fā)明處理方法III的試驗(yàn)情況。
使用頂?shù)状缔D(zhuǎn)爐，將150噸脫碳和除去磷、硫等雜質(zhì)的含鉻0～23質(zhì)量％的鋼水注入盛鋼桶中，一邊經(jīng)多孔塞噴吹氬氣，一邊添加Fe-Ti合金和N-Mn合金，使鋼水中的Ti濃度達(dá)到0.013～0.125質(zhì)量％，N濃度達(dá)到0.0012～0.024質(zhì)量％后，接著添加Mg進(jìn)行連續(xù)鑄造，制得扁坯。然后調(diào)查了鑄造時(shí)操作是否穩(wěn)定，扁坯組織是否良好，以及扁坯的內(nèi)部缺陷以及鋼材的表面缺陷的有無。結(jié)果示于表10之中。
表10

表10中，實(shí)施例1涉及使Cr濃度為0％的鋼水中Ti濃度達(dá)到0.013質(zhì)量％，N濃度達(dá)到0.012質(zhì)量％后，添加0.0035質(zhì)量％Mg的試驗(yàn)。鑄造時(shí)操作穩(wěn)定，扁坯的凝固組織被微細(xì)化，扁坯和鋼材均無缺陷，綜合評價(jià)良(用符號(hào)○表示)。
實(shí)施例2涉及使Cr濃度為10質(zhì)量％的鋼水中Ti濃度達(dá)到0.020質(zhì)量％，N濃度達(dá)到0.024質(zhì)量％后，添加0.0015質(zhì)量％Mg的試驗(yàn)。鑄造時(shí)操作穩(wěn)定，扁坯的凝固組織被微細(xì)化，扁坯和鋼材均無缺陷，綜合評價(jià)良(用符號(hào)○表示)。
實(shí)施例3涉及使Cr濃度為23質(zhì)量％鋼水中Ti濃度達(dá)到0.125質(zhì)量％，N濃度達(dá)到0.022質(zhì)量％后，添加0.0025質(zhì)量％Mg的試驗(yàn)。鑄造時(shí)操作穩(wěn)定，扁坯的凝固組織被微細(xì)化，扁坯和鋼材均無缺陷，綜合評價(jià)良(用符號(hào)○表示)。
與此相對，對照例1涉及使鋼水Cr濃度為10質(zhì)量％，Ti濃度為0.021質(zhì)量％，N濃度達(dá)到0.023質(zhì)量％后，不添加Mg的試驗(yàn)。鑄造時(shí)產(chǎn)生噴嘴堵塞等操作不穩(wěn)定，扁坯的凝固組織，如圖7所示粗大化，扁坯和鋼材均有缺陷產(chǎn)生，綜合評價(jià)差(用符號(hào)×表示)。
對照例2涉及使鋼水Cr濃度為23質(zhì)量％，Ti濃度為0.198質(zhì)量％，N濃度達(dá)到0.038質(zhì)量％，并使兩元素的溶度積([％Ti]×[％N])處于TiN不析出的范圍內(nèi)，以及不添加Mg的試驗(yàn)。在對照例2的場合下，凝固組織雖然微細(xì)化，但是鑄造時(shí)噴嘴堵塞使操作變得不穩(wěn)定，因粗大TiN造成的缺陷在鋼材表面上產(chǎn)生，所以綜合大致評價(jià)為差(用符號(hào)△表示)。
實(shí)施例9本實(shí)施例涉及本發(fā)明的處理方法IV的情況。
將150噸鋼水注入盛鋼桶中，使覆蓋此鋼水的爐渣厚度為100毫米，將FeO、Fe2O3、MnO、SiO2的總質(zhì)量調(diào)整到預(yù)定范圍內(nèi)，貫穿此爐渣層供給Mg合金絲，使鋼水中純Mg成分達(dá)到50千克(0.0333質(zhì)量％)。
此后，使用鑄模內(nèi)尺寸寬1200毫米和深250毫米的連續(xù)鑄造裝置，以0.6米/分鐘的速度鑄造這種鋼水。
然后考查了Mg處理后鋼水中的Mg質(zhì)量％、扁坯中Mg質(zhì)量％，以及扁坯凝固組織的微細(xì)化狀況。其結(jié)果示于表11之中。
表11

表11中，實(shí)施例1涉及添加Mg前，將爐渣中FeO、Fe2O3、MnO、SiO2的總量調(diào)整到的2.5質(zhì)量％的試驗(yàn)情況。可以將鋼水中和扁坯中的Mg調(diào)節(jié)到0.0041質(zhì)量％和0.0015質(zhì)量％，扁坯的凝固組織實(shí)現(xiàn)微細(xì)化。
實(shí)施例2、3和4涉及添加Mg前，分別將爐渣中FeO、Fe2O3、MnO、SiO2總量調(diào)整到的11.3質(zhì)量％、16.1質(zhì)量％、22.4質(zhì)量％的試驗(yàn)情況。當(dāng)鋼水中Mg分別為0.0061質(zhì)量％、0.0065質(zhì)量％和0.006 3質(zhì)量％，以及扁坯中Mg分別為0.0020質(zhì)量％、0.0035質(zhì)量％和0.0031質(zhì)量％時(shí)，成品率高而穩(wěn)定，扁坯的凝固組織也被微細(xì)化。
實(shí)施例5涉及添加Mg前，爐渣中FeO、Fe2O3、MnO及SiO2總量被調(diào)整到28.5質(zhì)量％時(shí)的試驗(yàn)情況。鋼水中和扁坯中的Mg可以分別達(dá)到0.0036質(zhì)量％和0.0019質(zhì)量％，扁坯的凝固組織微細(xì)化。
與此相比，對照例1涉及添加Mg前，爐渣中FeO、Fe2O3、MnO及SiO2總量被調(diào)整到0.5質(zhì)量％時(shí)的試驗(yàn)情況。鋼水中Mg雖然為0.0025質(zhì)量％，但是扁坯中的Mg卻變成0.0009質(zhì)量％，Mg的回收率低，扁坯的凝固組織中一部分粗大化。
對照例2涉及添加Mg前爐渣中FeO、Fe2O3、MnO及SiO2總量被調(diào)整到的36.6質(zhì)量％時(shí)的試驗(yàn)情況。鋼水中Mg雖然為0.0028質(zhì)量％，但是扁坯中的Mg卻變成0.0008質(zhì)量％，Mg的回收率低，扁坯的凝固組織中一部分粗大化。
實(shí)施例10本實(shí)施例涉及本發(fā)明的處理方法V的情況。
將150噸鋼水注入盛鋼桶中，使覆蓋此鋼水的爐渣厚度為100毫米，調(diào)整爐渣中Ca活度和爐渣的堿度，貫穿此爐渣層向鋼水中供給Mg合金絲使之熔化在鋼水中，以純Mg成分計(jì)添加的Mg量為50千克。
此后，使用鑄模內(nèi)尺寸深250毫米和寬1200毫米的連續(xù)鑄造裝置，以0.6米/分鐘的速度對這種鋼水進(jìn)行鑄造。
然后調(diào)查了Mg處理后鋼水中Mg質(zhì)量％、和扁坯凝固組織的微細(xì)化狀態(tài)。其結(jié)果示于表12之中。
表12

實(shí)施例1涉及將爐渣中CaO活度調(diào)為0.2、堿度調(diào)為3后添加Mg合金絲的試驗(yàn)情況。Mg處理后鋼水中Mg濃度為0.0010質(zhì)量％，能使扁坯的凝固組織微細(xì)化(用符號(hào)◎表示)，綜合評價(jià)優(yōu)(用符號(hào)◎表示)。
實(shí)施例2和3涉及將爐渣中CaO活度分別調(diào)為0.25和0.30，爐渣堿度分別調(diào)為7和10的試驗(yàn)情況。Mg處理后鋼水中Mg濃度也高，扁坯的凝固組織也被微細(xì)化(用符號(hào)◎表示)，綜合評價(jià)優(yōu)(用符號(hào)◎表示)。
與此相比，對照例1涉及將爐渣中CaO活度調(diào)為0.36、堿度調(diào)為15后添加Mg合金絲，使Mg處理后鋼水中的Mg為0.0050質(zhì)量％時(shí)的試驗(yàn)情況。扁坯的凝固組織變得粗大(用符號(hào)×表示)，綜合評價(jià)差(用符號(hào)×表示)。
對照例2涉及將爐渣中CaO活度調(diào)為0.42、堿度調(diào)為20后添加Mg合金絲，使Mg處理后鋼水中的Mg為0.0100質(zhì)量％時(shí)的試驗(yàn)情況。扁坯的凝固組織變得粗大(用符號(hào)×表示)，綜合評價(jià)差(用符號(hào)×表示)。
實(shí)施例11本實(shí)施例涉及制造本發(fā)明扁坯A～D的連續(xù)鑄造方法。
向含Cr16.5質(zhì)量％的鋼水中，添加0.005質(zhì)量％Mg，然后用寬1200毫米和深250毫米的振動(dòng)鑄模進(jìn)行連續(xù)澆鑄，依靠鑄模冷卻和支持段的灑水冷卻使扁坯凝固，用拉輥將其拉出。
然后調(diào)查了扁坯表層和內(nèi)部的缺陷數(shù)和夾雜物數(shù)目，以及凝固組織。接著調(diào)查了將此扁坯加熱到1250℃后軋鋼制成鋼材表面耐腐蝕性和皺紋產(chǎn)生的情況。其結(jié)果示于表13之中。
表13

表13中的實(shí)施例，涉及一邊用設(shè)置在鑄模彎月面下游側(cè)500毫米處電磁攪拌裝置攪拌使型芯旋轉(zhuǎn)，一邊進(jìn)行連續(xù)鑄造的試驗(yàn)。在此實(shí)施例中，能夠使扁坯表層的含MgO氧化物(夾雜物)個(gè)數(shù)減少，表層凝固組織微細(xì)化，防止表面裂紋等缺陷產(chǎn)生。而且在扁坯內(nèi)部，含MgO氧化物(夾雜物)個(gè)數(shù)增加，可以得到微細(xì)的等軸晶，其結(jié)果能夠減少內(nèi)部裂紋，使中心偏析輕微。
此外，用這種扁坯軋制的鋼材，表面的耐腐蝕性良好，因凝固組織粗大化而引起的皺紋瑕疵也沒有產(chǎn)生。
與此相比，對照例1涉及用電磁攪拌裝置攪拌鋼水的試驗(yàn)情況。在扁坯的表層和內(nèi)部，含MgO氧化物(夾雜物)個(gè)數(shù)增加，表層和內(nèi)部的凝固組織雖然能夠微細(xì)化，但是在軋成鋼材的表面上可以發(fā)現(xiàn)以含MgO氧化物為起點(diǎn)的腐蝕斑。這種鋼材實(shí)用不良。
對照例2涉及不添加Mg，而用電磁攪拌裝置攪拌鋼水的試驗(yàn)情況。扁坯內(nèi)部的凝固組織變得粗大，內(nèi)部裂紋和中心偏析均有發(fā)生，加工這種扁坯制造的鋼材中，產(chǎn)生了因凝固組織粗大化而引起的皺紋瑕疵等。
實(shí)施例12本實(shí)施例涉及用本發(fā)明的上述連續(xù)鑄造法鑄造鐵素體系不銹鋼鋼水，以及用鑄造的扁坯制造無縫鋼管的試驗(yàn)情況。
向含鉻13.0質(zhì)量％的鋼水中，添加0.0010質(zhì)量％Mg，然后用寬600毫米和深250毫米尺寸的振動(dòng)鑄模進(jìn)行連續(xù)鑄造，依靠鑄模冷卻和支持段的灑水冷卻使扁坯凝固，用拉輥將其牽引出來。
然后調(diào)查了扁坯的凝固組織和經(jīng)穿孔的無縫鋼管表面及內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生情況。其結(jié)果示于表14之中。
表14

表14中，實(shí)施例1涉及向鋼水中添加0.0010質(zhì)量％Mg后鑄造，制造無縫鋼管的試驗(yàn)情況。扁坯的凝固組織微細(xì)化(用符號(hào)○表示)，穿孔時(shí)鋼管的表面和內(nèi)部沒有裂紋和鱗片(用符號(hào)○表示)，綜合評價(jià)良(用符號(hào)○表示)。
實(shí)施例2涉及一邊用設(shè)置在鑄模彎月面下游側(cè)500毫米處的電磁攪拌裝置攪拌得使型芯旋轉(zhuǎn)，一邊進(jìn)行連續(xù)鑄造，由固相率為0.5的位置處開始輕壓下的試驗(yàn)情況。扁坯表層上含MgO氧化物的個(gè)數(shù)減少，扁坯全體的凝固組織均能微細(xì)化，(用符號(hào)◎表示)，穿孔時(shí)鋼管的表面和內(nèi)部完全沒有裂紋和鱗片(用符號(hào)◎表示)，綜合評價(jià)優(yōu)(用符號(hào)◎表示)。
實(shí)施例3涉及向鋼水中添加0.0010質(zhì)量％Mg后鑄造，由固相率為0.4的位置處開始到凝固為止的范圍內(nèi)全部輕壓下深度7毫米時(shí)的試驗(yàn)情況。扁坯的凝固組織微細(xì)化(用符號(hào)○表示)，穿孔時(shí)鋼管的表面和內(nèi)部沒有裂紋和鱗片(用符號(hào)◎表示)，綜合評價(jià)優(yōu)(用符號(hào)◎表示)。
與此相比，對照例1涉及鋼水中不添加Mg的情況下鑄造，從彎月面下游側(cè)500毫米位置處進(jìn)行電磁攪拌，穿孔后的試驗(yàn)情況。扁坯的凝固組織變得粗大(用符號(hào)×表示)，穿孔后鋼管的表面和內(nèi)部產(chǎn)生裂紋和鱗片瑕疵(用符號(hào)×表示)，綜合評價(jià)差(用符號(hào)×表示)。
對照例2涉及鋼水中不添加Mg的情況下鑄造，從固相率為0.4的位置到凝固為止的范圍內(nèi)全部輕壓下深度7毫米時(shí)的試驗(yàn)情況。扁坯的凝固組織變得粗大(用符號(hào)×表示)，穿孔后鋼管的表面和內(nèi)部產(chǎn)生裂紋和鱗片瑕疵(用符號(hào)×表示)，綜合評價(jià)差(用符號(hào)×表示)。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的扁坯，因凝固過程的變形和應(yīng)力使扁坯產(chǎn)生的裂紋和凹坑等表面缺陷，以及夾雜物引起的表面缺陷和內(nèi)部裂紋及中心疏松(多孔性)、中心偏析等內(nèi)部缺陷的發(fā)生均能得到抑制。
因此，本發(fā)明的扁坯加工特性和品質(zhì)特性優(yōu)良，不需要研磨等扁坯的修整處理操作而且破碎現(xiàn)象也極少，所以成品率高。
本發(fā)明的處理方法，通過在鋼水凝固時(shí)調(diào)整鋼水特性和鋼水中夾雜物的形態(tài)，實(shí)現(xiàn)凝固組織微細(xì)化，能夠獲得本發(fā)明的扁坯，是極為有用的鋼水處理方法。
此外，制造本發(fā)明扁坯的連續(xù)鑄造方法，連續(xù)鑄造時(shí)能夠進(jìn)一步提高本發(fā)明處理方法賦予鋼水的作用效果。
而且加工本發(fā)明的扁坯制造的鋼板、鋼管等鋼材，與扁坯同樣能夠抑制表面缺陷和內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，加工特性和品質(zhì)特性也優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種加工特性優(yōu)良的扁坯，其特征在于扁坯全部斷面的60％以上是滿足下式的等軸晶，D＜1.2X1/3+0.75式中D是結(jié)晶方向相同組織的等軸晶直徑(毫米)，X是距扁坯表面之間的距離(毫米)。
2.一種加工特性優(yōu)良的扁坯，其特征在于與表面等深度的晶粒直徑最大值，處于該深度平均晶粒直徑的三倍以內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求2所述的加工特性優(yōu)良的扁坯，其特征在于所述的扁坯厚度方向斷面的60％以上是等軸晶。
4.一種品質(zhì)特性和加工特性優(yōu)良的扁坯，其特征在于其中含有100個(gè)/厘米2以上的、在鋼水凝固時(shí)生成的與δ鐵素體晶格非共格性在6％以下的夾雜物。
5.按照權(quán)利要求4所述的品質(zhì)特性和加工特性優(yōu)良的扁坯，其特征在，所述的夾雜物內(nèi)含有100個(gè)/厘米2以上的10微米以下大小的夾雜物。
6.一種品質(zhì)特性優(yōu)良的扁坯，是在鋼水中添加用于鋼水凝固時(shí)形成凝固核用的金屬或金屬化合物而鑄造成的，其特征在于相對于所述的扁坯表層部分所含的大小為10微米以下金屬化合物的個(gè)數(shù)，在內(nèi)部所含的大小為10微米以下的金屬化合物個(gè)數(shù)是所說表層部分的1.3倍以上。
全文摘要
加工特性優(yōu)良的扁坯，其特征在于扁坯全斷面中60％以上是滿足下式的等軸晶D＜1.2X
文檔編號(hào)B22D11/00GK1631578SQ20051000680
公開日2005年6月29日 申請日期2000年4月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月8日
發(fā)明者瀨瀨昌文, 諸星隆, 三浦龍介, 楠伸太郎, 紀(jì)成康弘, 阿部雅之, 菅野浩至, 宮本健一郎, 岡正春, 小山祐司 申請人:新日本制鐵株式會(huì)社