JP3114671B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造鋳片
の中心部に発生する偏析を軽減するとともに、鋳片の内
部割れを防止する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造による鋳片の製造では、中心偏
析と呼ばれる内部欠陥が発生し問題となる。この中心偏
析は、鋳片の最終凝固部である厚さ方向中心部にＣ、
Ｓ、ＰおよびＭｎなどの溶鋼成分が濃化し、正偏析する
現象であり、鋼材の靱性の低下や水素誘起割れの原因と
なるため、特に、厚板製品で深刻な問題となることがあ
る。

【０００３】中心偏析の発生原因には、以下の２点が考
えられている。 (1) 鋳片の凝固末期において、凝固組織の一つである樹
枝状晶間にＣ、Ｓ、ＰおよびＭｎなどの溶鋼成分が濃化
した残溶鋼が、凝固収縮およびバルジング、等の原因に
より、最終凝固部の凝固完了点に向かってマクロ的に移
動すること。 (2) 鋳片の厚さ方向中心部に溶鋼成分が濃化し、そのま
ま凝固すること。

【０００４】したがって、中心偏析防止には、樹枝状晶
間に残った溶鋼の移動を防止することと、濃化溶鋼の局
所的な集積を防ぐことが有効であると考えられ、防止方
法として次のような技術が開示されている。

【０００５】例えば、特開昭６３−２５２６５５号公報
には、二次冷却水量を増量させて、最終凝固部近傍の鋳
片表面温度を７００〜８００℃の範囲まで強冷却して、
凝固シェル厚さを厚くすることでロール間で発生するバ
ルジングを抑制し、さらに鋳片を軽圧下ロールで毎分
０．２〜０．４％の歪み速度で圧下を加えて、濃化溶鋼
の流動を阻止する方法が開示されている。

【０００６】しかし、上記の圧下ロールによる凝固収縮
量を若干上回る程度の軽圧下では、鋳片の長手方向に対
して点状にしか圧下できないので、凝固収縮やバルジン
グを充分に防止することができない。また、各圧下が集
中荷重として働くので凝固界面に内部割れが発生し易
く、圧下量を大きくとれないという欠点がある。

【０００７】また、鋳片中心部の凝固完了点近傍を平面
状の金型で連続的に鍛圧加工する方法が提案されている
が、この方法では加工設備が大型化し設備コストが高く
なるという欠点がある。

【０００８】上記の欠点を解消するために、特開昭６１
−４２４６０号公報には、鋳片の凝固完了点近傍の上流
側に設置した電磁攪拌装置あるいは超音波印加装置によ
る溶鋼流動で樹枝状晶を切断し、凝固完了点近傍に等軸
晶域を形成させた上で、鋳片の凝固完了点直前に配置し
た圧下ロールにより凝固収縮量より大きい３ｍｍ以上の
大圧下を与えて、未凝固溶鋼を上部の溶融部に排出して
強制的に凝固を促進させ凝固完了点を形成し、内部割れ
を発生させることなく、中心偏析を解消する方法が開示
されている。

【０００９】しかし、この方法では、変形抵抗の大きい
鋳片両端部の凝固部を圧下し塑性変形させるため、変形
抵抗の大きな鋼種や、鋳片両端部が低温になり変形抵抗
が大きくなった場合等には、圧下ロールの曲がりおよび
フレームの撓み等により、充分な圧下効果が得られない
という問題がある。

【００１０】上記の問題に対して、特開昭６１−１３２
２４７号公報では、鋳片の幅方向中央の未凝固部を、キ
ャメル・クラウン・ロールと呼ばれる、大径ロールの中
央部に突出部を設けた段付きロールで局部的に圧下する
方法が開示されている。しかし、この方法では、段付き
ロールで局部的に圧下するため鋳片表面に凹部が形成さ
れ、その後の圧延工程で寸法不良、平坦度不良の原因と
なる。

【００１１】さらに、鋳片内未凝固部の溶鋼の流動や二
次冷却のバラつきにより、鋳片の凝固完了点の手前近傍
で未凝固部は必ずしも幅方向の中央部にはなく、未凝固
部の位置とキャメルロール突出部の位置とが一致しない
ため、圧下位置を適正に保てないという欠点がある。

【００１２】この問題に対して、本発明者は、特開平９
−５７４１０号公報で、未凝固部を含む鋳片を一旦バル
ジングさせ、凝固完了点直前にて前記バルジング量相当
分を圧下する方法を提案している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
９−５７４１０号公報に記載の方法でも、鋳片の冷却が
不充分で表面温度が高い鋳片を圧下すると、凝固界面に
内部割れが発生したり、中心偏析の改善が得られない、
等の問題があることが判った。本発明は、特開平９−５
７４１０号公報に記載の方法をさらに改良したものであ
る。

【００１４】本発明の目的は、未凝固部を含む鋳片を一
旦バルジングさせ、凝固完了点直前にて前記バルジング
量相当分を圧下する場合に生じていた従来の問題を解消
し、健全な鋳片を製造するのに有利な連続鋳造方法を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題を解決するための研究を重ね、以下の知見を得た。

【００１６】(a) 鋳片を一旦バルジングさせ、凝固完了
直前にてバルジング相当分を圧下する方法において、鋳
片表面温度が特定温度未満で圧下をおこなうと、内部割
れが発生せず、中心偏析が改善する。 (b) 上記の方法は、圧下後の未凝固厚さが特定厚さ以下
になる引き抜き方向の位置で圧下をおこなうことが必要
である。

【００１７】(c) 鋳片二次冷却の比水量を特定範囲に制
御して上記の方法をおこなうことにより、鋳造速度の適
正化が可能である。 (d) 未凝固部が等軸晶組織の鋳片を上記の方法で圧下す
ると、中心偏析の改善がより効果的になる。

【００１８】本発明は、上記の知見に基づくもので、そ
の要旨は、以下の(1) から(3) のとおりである。

【００１９】(1) 未凝固部を含む鋳片を一旦バルジング
させ、バルジング形成後、前記バルジング相当分を圧下
するにあたり、圧下後の未凝固厚さが鋳型短辺長さの１
０．０％以下となる鋳片引き抜き方向の位置で、圧下前
の鋳片表面温度を１０００℃未満に制御して圧下するこ
とを特徴とする鋼の連続鋳造方法。

【００２０】(2) 鋳型直下から前記圧下直前までの鋳片
二次冷却の比水量を、１．０ｌ／ｋｇ・鋼以上３．０ｌ
／ｋｇ・鋼以下に制御することを特徴とする上記(1) 項
に記載の鋼の連続鋳造方法。

【００２１】(3) バルジング相当分の圧下をおこなう前
に、鋳片未凝固部に等軸晶を発生させる処理をおこなう
ことを特徴とする上記(1) および(2) 項に記載の鋼の連
続鋳造方法。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明方法を実施するた
めの連続鋳造機の装置構成の例を示す縦断面の模式図で
ある。

【００２３】図１に示すように、浸漬ノズル１０を経て
鋳型１に注入された溶鋼８は、鋳型１およびその下方の
ノズル（図示していない）から噴射されるスプレー水に
より冷却されて、凝固シェル２ａが形成されて鋳片２と
なり、さらに、鋳片２は、内部に未凝固部２ｂを保持し
たまま、ガイドロール３および圧下ロール５を経てピン
チロール７により引き抜かれる。図１には、垂直型連続
鋳造機の例を示したが、湾曲型連続鋳造機にも本発明は
適用できる。電磁攪拌装置４は、後述するように未凝固
部２ｂに攪拌を与えて、未凝固部組織を等軸晶化させる
ための装置である。

【００２４】本発明方法では、上記のような装置構成の
連続鋳造機において、図１に示すバルジングゾーンに設
けたガイドロール３は、その鋳片厚さ方向の間隔が引き
抜き方向に段階的に増加するように配置されており、バ
ルジングゾーン末端で鋳片２は、２０ｍｍ〜１００ｍｍ
程度バルジングし、その後、圧下ゾーンの圧下ロール５
により前記バルジング量相当分だけ圧下される。なお、
以下、本明細の説明にさいし、鋳片短辺のみを考える。

【００２５】ここで、本発明によれば、バルジング形成
後、前記バルジング相当量を圧下するにあたり、圧下後
の未凝固厚さが鋳型短辺長さの１０．０％以下となる引
き抜き方向の位置で、圧下前の鋳片の表面温度を１００
０℃未満に制御して圧下する。

【００２６】次に、圧下前の鋳片の表面温度を１０００
℃未満とした理由を説明する。

【００２７】図２は、鋳片の内部割れ発生状況を模式的
に示す圧下ゾーンの断面拡大図で、同図（ａ）は鋳片の
表面温度が１０００℃未満の場合、同図（ｂ）は１００
０℃以上の場合である。なお、同図において、便宜上水
平方向に連続鋳造する態様を例にとって説明するが、圧
下後の未凝固厚さをαで、圧下による未凝固部の溶鋼流
動（以下、単に「溶鋼流動」という）をＶで表してい
る。

【００２８】同図に示すように、未凝固部２ｂを有する
鋳片を圧下すると、長辺の凝固シェル２ａの凝固界面側
に引張り応力が作用し、固液界面近傍の樹枝状晶が破断
して樹枝状晶間に周囲の濃化溶鋼が吸引される。

【００２９】圧下前の鋳片の表面温度が１０００℃未満
の場合には、鋳片厚さ方向の温度勾配が大きくなるの
で、圧下が鋳片厚さ方向の中心部まで浸透し、溶鋼流動
Ｖが促進される。したがって、図２（ａ）に示すよう
に、一旦、樹枝状晶間に吸引された濃化溶鋼が凝固前面
に排出され内部割れにはならない。

【００３０】これに対し、鋳片の表面温度が１０００℃
以上の場合には、圧下が鋳片厚さ方向の中心部まで浸透
し難い。したがって、溶鋼流動Ｖが少なく、図２（ｂ）
に示すように、濃化溶鋼が排出されないまま凝固し、濃
化溶鋼残存部が内部割れとなる。

【００３１】好ましくは、鋳片の表面温度の下限は、６
００℃である。これより表面温度が低いと、圧下力が著
しく増大し、鋳片の引き抜きが不可となったり、圧下ロ
ールが折損するなどのトラブルを招きやすい。

【００３２】次に、圧下後の未凝固厚さが鋳型短辺長さ
の１０．０％以下となる鋳片引き抜き方向の位置で圧下
するとした理由を説明する。前述のような表面温度で圧
下を与える場合でも、圧下後の未凝固部厚さαにより中
心偏析の改善効果に差がでることが、実験により判明し
た。

【００３３】すなわち、圧下後の未凝固厚さαが鋳型短
辺長さの１０．０％より大きくなる位置で圧下すると、
圧下による濃化溶鋼の排出が不充分となり、圧下後に凝
固する部分で従来と同様に中心偏析が生じ、圧下の効果
を充分に享受できない。ここで、圧下後の未凝固厚さα
は、固相率ｆｓ＝０．８の固液界面の厚さであり、鋳片
厚さ方向の一次元非定常伝熱解析により計算される鋳片
厚さ方向の温度（Ｔ）の分布より求めることができる。

【００３４】圧下後の未凝固厚さαの下限値は、０であ
るが、凝固完了点を強制的に形成させるような圧下をお
こなうと、大きな圧下力を必要とする。特にサイズの大
きな鋳片においては、そのための圧下装置も工業的に実
用化不可能なほど大きなものが必要となる。したがっ
て、圧下ロールの小径化や圧下装置の小型化を目的とし
て、むしろ凝固完了点を強制的に形成させない程度に圧
下するのが望ましい。好ましくは、圧下後の未凝固厚さ
は、鋳型短辺長さの２．０％以上、１０．０％以下であ
る。

【００３５】鋳片を適正位置および適正な表面温度で圧
下するには、未凝固厚さと鋳片温度のコントロールが重
要である。この両者のコントロールは、圧下直前の凝固
シェル厚さおよび鋳片表面温度を測定あるいは算出し、
鋳造速度や二次冷却水量を調整することによりおこなわ
れる。

【００３６】次に、本発明の好適態様として、鋳型直下
から圧下直前までの鋳片二次冷却の比水量を、１．０ｌ
／ｋｇ・鋼以上３．０ｌ／ｋｇ・鋼以下に制御するとし
た理由を説明する。ここで、比水量は鋳片１ｋｇあたり
の冷却水量で定義される。

【００３７】上述したように、未凝固厚さと鋳片表面温
度のコントロールは、鋳造速度や二次冷却水量を調整す
ることによりおこなわれる。鋳片二次冷却の比水量が
１．０ｌ／ｋｇ・鋼未満では、適正な未凝固厚さおよび
鋳片表面温度を確保するために鋳造速度の大幅な低下が
必要となり生産性が著しく低下する。また、上記の比水
量が３．０ｌ／ｋｇ・鋼より大になると鋳造速度が過大
になりブレークアウトが発生しやすい。

【００３８】次に、本発明の好適態様として、圧下前に
鋳片未凝固部に等軸晶を発生させる処理をおこなうとし
た理由を説明する。鋳片中心部の凝固組織は通常、柱状
晶組織となるが、柱状晶組織の場合、鋳片の幅方向にブ
リッジングが生じ、偏析の改善効果が小さくなり易い。
これに対し、等軸晶組織の場合では、圧下により溶鋼流
動が起こりやすく局所的な濃化溶鋼の集積が防止される
ため偏析の改善効果が大きい。

【００３９】したがって、図１に示すように、圧下ゾー
ンより上流に設けた電磁攪拌装置４により、未凝固部２
ｂに攪拌を与えて、バルジングゾーン内の鋳片中心部の
未凝固部２ｂに等軸晶を発生させ、その後、上記の圧下
をおこなう。

【００４０】電磁攪拌装置４は、周波数が１．０〜３．
０Ｈz で、印加電流が６００〜９００Ａ程度のものを用
い、圧下ゾーンと重ならないように、バルジングゾーン
に設置するのが望ましい。

【００４１】なお、等軸晶を発生させる方法としては、
必ずしも電磁攪拌によらなくてもよい。例えば、ガイド
ロール３または圧下ロール５を介して鋳片２に超音波を
印加する方式でもよい。そのほか、操業面からの簡便性
や効果を配慮した低温鋳造や鋳型内への鋼線添加なども
等軸晶を生成させる方法として採用できる。

【００４２】

【実施例】図１に示す装置構成のスラブ連続鋳造装置を
用いて、表１に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦの６種
類の鋳造条件で厚板用４０キロ級の鋼を製造した。圧下
前のバルジング量は２０ｍｍで、直径３５０ｍｍの圧下
ロール１段でバルジング相当分の圧下をおこなった。本
発明例Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは、比水量を１．０〜２．１
ｌ／ｋｇ・鋼の範囲で設定し、圧下後の未凝固厚さおよ
び鋳片表面温度を適正値に制御した。比較例ＥおよびＦ
は、前記の未凝固厚さおよび鋳片表面温度の制御をおこ
なわなかった。電磁攪拌装置はバルジングゾーン内に設
置し、これを稼働させることにより鋳片厚さ方向の中心
部に等軸晶を形成させた。

【００４３】

【表１】

【００４４】鋳造した鋳片の中心偏析および内部割れの
発生状況を調査した。中心偏析は、〔Ｐ〕の最大偏析度
およびセミマクロの偏析粒数で評価した。

【００４５】〔Ｐ〕の最大偏析度は、得られた鋳片を鋳
込方向に直角な断面で切断し、厚さ方向中心部から試験
片を採取し、このサンプルの表面を２００μｍの間隔で
メッシュに分け、おのおののメッシュの中での〔Ｐ〕の
平均濃度を調査し、この〔Ｐ〕と母溶鋼のＰ濃度〔Ｐ0
〕との比Ｐ／Ｐ0 で表した。

【００４６】偏析粒数は、上記と同様に鋳片厚さ方向の
中心部から試験片を採取し、５０ｍｍ×１０００ｍｍの
範囲の粒状偏析の個数を５０倍で顕鏡し、Ｐ／Ｐ0 が３
以上のものについて調査した。さらに、鋳片横断面のサ
ルファプリントをおこない、内部割れの発生状況を調査
した。表２に、〔Ｐ〕の最大偏析度と内部割れ発生の有
無を示す。

【００４７】

【表２】

【００４８】表２から明らかなように、本発明例Ａ〜Ｄ
は、比較例に比べ、最大偏析度が減少し、内部割れの発
生もなかった。図３は、偏析粒数とセミマクロ偏析粒径
との関係を示すグラフである。

【００４９】同図に示すように、本発明例は偏析粒数も
減少しており、セミマクロ偏析も大幅に改善することが
判った。また、表１、表２および図３に示すように、電
磁攪拌を併用することにより、中心偏析改善の相乗効果
があることが判った。

【００５０】

【発明の効果】本発明方法によれば、内部割れを発生さ
せることなく、セミマクロ偏析をも含め中心偏析を改善
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための連続鋳造機の装置
構成例を示す縦断面の模式図である。

【図２】鋳片の内部割れ発生状況を模式的に示す圧下ゾ
ーンの断面拡大図で、同図（ａ）は鋳片の表面温度が１
０００℃未満の場合、同図（ｂ）は１０００℃以上の場
合である。

【図３】偏析粒数とセミマクロ偏析粒径との関係を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ 鋳型 ２ 鋳片 2a 凝固シェル 2b 未凝固部 ３ ガイドロール ４ 電磁攪拌装置 ５ 圧下ロール ６ 圧下装置 ７ ピンチロール ８ 溶鋼 ９ クレータエンド 10 浸漬ノズル 11 鋳込み方向 12 内部割れ α 圧下後の未凝固厚さ Ｖ 未凝固部の溶鋼流動

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−206903（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−224650（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−132203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−21150（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−6254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−42460（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−132247（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−252655（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−57410（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−33690（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−314298（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−235558（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/128 350 B22D 11/115 B22D 11/124 B22D 11/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 未凝固部を含む鋳片を一旦バルジングさ
   せ、バルジング形成後、前記バルジング相当分を圧下す
   るにあたり、圧下後の未凝固厚さが鋳型短辺長さの１
   ０．０％以下となる鋳片引き抜き方向の位置で、圧下前
   の鋳片表面温度を１０００℃未満に制御して圧下するこ
   とを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 鋳型直下から前記圧下直前までの鋳片二
   次冷却の比水量を、１．０ｌ／ｋｇ・鋼以上３．０ｌ／
   ｋｇ・鋼以下に制御することを特徴とする請求項１に記
   載の鋼の連続鋳造方法。
3. 【請求項３】 バルジング相当分の圧下をおこなう前
   に、鋳片未凝固部に等軸晶を発生させる処理をおこなう
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼の連続鋳
   造方法。