2017 Fiscal Year Research-status Report
真空下鋳包み鋳造と熱間鍛造を組み合わせた革新的偏析レス大型構造用鋼材製造技術
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16K06818
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Research Institution | Akita National College of Technology |
Principal Investigator |
磯部 浩一 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (10373929)
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Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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Keywords | 鋳包み / マクロ偏析 / 鋼塊 / 造塊法 / 偏析再現実験 / 真空 / 熱間鍛造 / 偏析防止 |
Outline of Annual Research Achievements |
大型鋼塊で製造時の課題であるマクロ偏析防止するため、真空下鋳包み鋳造と熱間鍛造を組み合わせ、造塊法でのマクロ偏析の主因である濃化溶鋼の流動を抑え偏析を抜本的に防止する革新的偏析防止技術の開発を進めている。昨年度、小型鋼塊でマクロ偏析を再現するラボ実験方法を確立し、本再現法を用い、芯材を鋼塊軸芯部に設置して鋳包むことでマクロ偏析がない鋼塊製造が可能なことを実験的に実証した。 今年度はさらにマクロ偏析の抑制効果や凝固シェルへの割れ発生挙動への芯材サイズの影響解明の検討を計画したが、実験委託先の真空溶解炉で真空チャンバーに穴が開くトラブルが発生し、その修理に多額の費用と日数を要す事が判明し、上記実験の年度内実施が不可能となった。 そこで計画を変更し、マクロ偏析の原因である凝固時の溶鋼流動が物質移動や不純物濃化の挙動への影響を定量的に把握する研究を行い、溶鋼流速が凝固前面の物質移動係数や濃度境界層厚みや濃度境界層の内の溶質分布に及ぼす影響を定量的に評価し、溶鋼流動速度から物質移動係数や濃度境界層厚みや濃度境界層の内の溶質分布を推定する手法を確立した(鉄と鋼,vol.104(2018),No.8掲載決定)。さらに鋳包みおける凝固シェルの割れ発生挙動を予測したり、その防止条件の検討を可能とするため、冷却過程での割れ発生の駆動力である熱応力や変態応力を推定する手法について検討し、変態相力学的手法を用いて解析する手法について検討し、本手法の有効性を検証した。加えて、冷却時の熱伝達係数について知見を整理すると共に、上記相変態力学手法を用いて、各種冷却条件や冷却前のオーステナイト組織のサイズが変態挙動やそれらを通して熱応力や変態応力に及ぼす影響を定量的に解明し(鉄と鋼,vol.104(2018),No.3,p.128他)、割れ発生に関し考慮すべき要因を把握した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度、小型鋼塊でマクロ偏析を再現するラボ実験方法を確立し、本再現法を用い、芯材を鋼塊軸芯部に設置して鋳包むことでマクロ偏析がない鋼塊製造が可能なことを実験的に実証することができ、本研究が大きく進展させることができた。 しかしながら、今年度はさらにマクロ偏析の抑制効果や凝固シェルへの割れ発生挙動への芯材サイズの影響について実験的に解明することを計画したが、実験委託先の真空溶解炉のトラブルで年度内実験の実施が不可能となった。 上記実験の延期により研究の進捗に後れが生じるため、当初計画した研究順番を入れ替え、マクロ偏析の原因である凝固時の溶鋼流動が物質移動や不純物濃化の挙動への影響を定量的に把握したり、変態相力学的手法を用いて解析する手法が、鋳包みにおける凝固シェルの割れ発生挙動を予測する上で有効かどうかの検討および、冷却時の熱伝達係数に関する知見の整理や各種冷却条件や冷却前のオーステナイト組織のサイズが変態挙動やそれらを通して熱応力や変態応力に及ぼす影響を定量的に解明し、割れ発生に関し考慮すべき要因を把握出来た。これらにより研究進捗の遅れをカバーした。
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Strategy for Future Research Activity |
今後、真空溶解炉の修理が終了し、真空溶解炉での鋳包み実験が可能になり次第、マクロ偏析の抑制効果や凝固シェルへの割れ発生挙動への芯材サイズの影響を解明するための実験を再開する(平成30年7月頃以降)。上記実験により、最適な芯材サイズを把握した後、その芯材サイズで鋳包んだサンプルを熱間鍛造することで、真空下鋳包みと熱間鍛造の組合せで、芯材と被覆材の完全接合が可能かどうか検証する。併せて、鋳包み法での芯材の溶解および被覆材の凝固挙動予測モデルの検証や鍛造FEM解析での熱間鍛造での芯材及び被覆材の完全接合条件の解明、鋳包み法での被覆材に作用する応力の解明と被覆材の割れ発生防止条件に関する定量的検討を行う。 真空溶解炉のトラブルで実験のスケジュールが大きく遅れたので、平成30年度内に鋳包みや熱間鍛造を組み合わせた実験やその実験で製造したサンプルの評価までが完了しないことが懸念され、その場合は、研究期間の1年延長で対応したい。
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Causes of Carryover |
実験委託先の真空溶解炉における溶鋼漏れトラブルにより真空溶解炉のチャンバーに穴が開いて真空溶解炉が使用不可能になったため、今年度計画していた真空下での鋳包み実験については、実験に使用する測温ベースや熱電対は製作、購入して準備していたが、中止せざるを得なかった。その後、実験委託先で真空溶解炉の修理予算を確保して修理に着手するにも時間を要し、現在修理に着手された状況であり、2018年の7月頃から真空溶解炉の再稼働が予定されている。再稼働後に昨年度中止した鋳包み実験を実施し、既に実施した鋳包み実験のデータと比較し、芯材のサイズが鋳包みでの凝固挙動やマクロ偏析の防止効果および被覆材の凝固シェルにおける割れ発生挙動に及ぼす影響を本実験で明らかにする予定である。また、凝固計算等の数値計算手法を用いて解析し、本鋳包み実験での凝固過程の実態を明らかにして行く。
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Research Products
(6 results)