JP3240978B2 - 連続鋳造鋳片の製造方法 - 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、炭素鋼、ステンレ
ス鋼および高合金鋼等の連続鋳造鋳片の製造方法、特に
中心偏析、センターポロシティおよび内部割れ等の内部
欠陥の少ない、断面形状の良好な鋳片の製造を可能とす
る連続鋳造鋳片の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造、特に鋼の連続鋳造において
は、鋳片の中心部に中心偏析やセンターポロシティ等の
内部欠陥が発生し問題となる。

【０００３】例えば、線材向けの鋳片に生じる中心偏析
およびセンターポロシティは伸線加工時に発生するカッ
ピー断線の原因となり、また、棒鋼においては押し出し
加工時に発生するシェブロンクラックの原因となる。ま
た、厚板用の鋳片の中心偏析およびセンターポロシティ
は、大入熱用継手部の靱性低下や、サワーガス輸送用大
径鋼管の水素誘起割れの原因となる。

【０００４】中心偏析は、鋳片の厚み方向中心部にＣ、
Ｓ、ＰおよびＭｎなどの溶鋼成分が濃化する現象であ
り、凝固進行にともない濃化したデンドライト間の残溶
鋼が、溶鋼の凝固収縮やロール間バルジング等の原因に
より最終凝固部である鋳片中心部に移動し集積すること
により発生すると考えられている。

【０００５】また、センターポロシティは、凝固収縮が
原因で最終凝固部である鋳片中心部に生成する。したが
って、これらの対策として、濃化溶鋼である残溶鋼の移
動、集積を阻止し、また、凝固収縮によるセンターポロ
シティの発生を抑制するために、凝固完了点付近をロー
ルまたは金型などの手段で圧下する方法等の提案がなさ
れてきた。

【０００６】例えば、特開昭６３−２５２６５５号公報
には、鋳片表面に噴射される二次冷却水量を増量するこ
とにより、最終凝固部の表面温度を７００〜８００℃の
範囲とし、凝固シェル厚さを厚くすることによりロール
間で発生するバルジングを抑制し、さらに軽圧下ロール
群で毎分０．２〜０．４％の歪み速度の圧下を鋳片に加
えることにより残溶鋼の流動を阻止し、中心偏析を防止
する方法が提示されている。

【０００７】特開昭６１−４２４６０号公報には、凝固
完了点の上流側に設置した電磁攪拌装置あるいは超音波
印加装置を用いて溶鋼流動によりデンドライトを切断
し、凝固完了点付近に等軸晶を形成させた上で、凝固完
了点直前に配置した圧下ロールにより３ｍｍ以上の大圧
下を与えて強制的に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防止する方法が提示されて
いる。

【０００８】また、特開平３−１２４３５２号公報に
は、鋳片の厚さの２〜５倍の直径のロールで凝固末期部
を圧下し、中心偏析やセンターポロシティを低減する方
法が提示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６３−２５２６５５号公報による方法では、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できず、中心偏析やセンターポ
ロシティの問題が残る。さらに、多数の圧下ロールを必
要とするため、設備費が高くなる問題もある。

【００１０】また、特開昭６１−４２４６０号公報や特
開平３−１２４３５２号公報による方法は、凝固完了前
の未凝固部を有する鋳片を圧下するため、特に断面形状
が円形である鋳片（以下、丸鋳片ともいう）や厚肉断面
の矩形鋳片の製造において、鋳片の内部割れが発生しや
すい。

【００１１】図１は、従来法で丸鋳片を圧下した場合の
内部割れの発生を示す模式図である。同図に示すよう
に、ロール１１で未凝固部１２を有する丸鋳片１３を圧
下すると、凝固界面１４に引張り応力が作用し内部割れ
１５が発生する。この内部割れ１５は、割れ部に濃化溶
鋼を吸引し正偏析線として観察される。特に、Ｃ濃度が
高い条鋼用や合金成分の濃度が高いパイプ等用の鋼種で
は、内部割れが発生し易く、品質欠陥を招く。

【００１２】さらに、丸鋳片１３を圧下すると、図１に
示すように、圧下後の鋳片は楕円形となり、この鋳片か
らパイプ等を製造する製管工程等で搬送トラブルや管形
状不良等の問題が発生する。

【００１３】したがって、連続鋳造においては、中心偏
析やセンターポロシティを低減するとともに、内部割れ
のない、しかも断面形状が良好な鋳片の製造が求められ
る。本発明の目的は、中心偏析やセンターポロシティを
低減するとともに内部割れを抑制し、さらに、断面形状
の良好な鋳片の製造を可能とする連続鋳造鋳片の製造方
法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するため、丸鋳片用の連続鋳造装置に、未凝固
部を有する凝固完了前の鋳片を圧下する水平ロールを一
対と、完全凝固した鋳片を圧下する垂直および水平ロー
ルを各一対組み込み、種々の実験および検討をおこな
い、鋳片の内部品質および断面形状を調査した。なお、
本明細書において、未凝固部を有する鋳片の圧下を未凝
固圧下、その圧下量を未凝固圧下量ともいい、完全凝固
した鋳片の圧下を、凝固後圧下、その圧下量を凝固後圧
下量ともいう。また、固相率は圧下直前の固相率であ
る。

【００１５】図２は、センターポロシティおよび中心偏
析に及ぼす固相率０．９９以下の未凝固圧下比（未凝固
圧下量／固相率０．９９以下の未凝固部の厚さ）の影響
を示すグラフである。図３は、内部割れに及ぼす鋳片の
中心部の固相率の影響を示すグラフである。

【００１６】図４は、内部割れに及ぼす固相率０．８以
下の未凝固圧下比（未凝固圧下量／固相率０．８以下の
未凝固部の厚さ）の影響を示すグラフである。図２〜４
に示す実験結果および凝固後圧下の実験より、以下の
(a) 〜(d) の知見が得られた。

【００１７】(a) 固相率０．９９以下の未凝固圧下比が
特定値以上で圧下するとセンターポロシティおよび中心
偏析は著しく改善する。 (b) 鋳片の中心部の固相率（以下、中心部の固相率とも
いう）が０．８より大きい場合には、未凝固圧下による
内部割れの発生はない。

【００１８】(c) 中心部の固相率が０．８以下の場合に
は、固相率０．８以下の未凝固圧下比が特定値以上で圧
下をおこなうと、内部割れが発生しない。 (d) 凝固後圧下により断面形状の良好な鋳片が得られ、
内部割れの発生もない。

【００１９】本発明は以上の知見に基づくもので、その
要旨は下記の(1) から(4) のとおりである。 (1) 連続鋳造装置に未凝固部を有する鋳片を圧下する未
凝固圧下装置を設け、固相率が０．９９以下となる未凝
固部厚の０．４倍以上１．２倍以下の圧下量で、かつ、
鋳片の中心部の固相率が０．８以下の時には、固相率が
０．８以下となる未凝固部厚の１．５倍以上の圧下量で
未凝固鋳片を圧下することを特徴とする連続鋳造鋳片の
製造方法。

【００２０】(2) 上記未凝固鋳片の中心部の固相率が
０．４〜０．８であることを特徴とする上記(1) 項に記
載の連続鋳造鋳片の製造方法。 (3) 上記未凝固圧下装置が同一面内に２から４個のロー
ルを配置したロール式未凝固圧下装置であることを特徴
とする上記(1) または(2) 項に記載の連続鋳造鋳片の製
造方法。

【００２１】(4) 上記未凝固圧下装置の鋳込み方向下流
に凝固後圧下装置を設け、該未凝固圧下装置で圧下され
た鋳片を、凝固完了後、圧下することを特徴とする上記
(1)から(3) 項のいずれかに記載の連続鋳造鋳片の製造
方法。 なお、上記(1) および(2) 項に記載の固相率は圧下直前
の固相率である。

【００２２】

【発明の実施の形態】図５は、本発明方法を実現する連
続鋳造装置の構成例を示す概略図である。図５に示すよ
うに、浸漬ノズル２１から鋳型２２に注入された溶鋼２
３は、冷却ロール群２４および案内ロール群２５を経て
冷却され凝固シェル２６が形成され、未凝固部２７を有
する鋳片２８となり、未凝固圧下装置２９および凝固後
圧下装置３０を経てピンチロール３１により引き抜かれ
る。

【００２３】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、凝固完了前の未凝固部を有する鋳
片２８を未凝固圧下装置２９で圧下する。図６は、本発
明に係る未凝固圧下装置による未凝固圧下を説明する模
式図である。

【００２４】同図に示すように、未凝固圧下装置２９
は、未凝固部２７を有する鋳片２８を圧下するロール３
２または図示していない金型を備え、固相率が０．９９
以下となる未凝固部厚Ｍおよび固相率が０．８以下とな
る未凝固部厚Ｎの鋳片２８を圧下する。なお、符号３３
は鋳片縦断面の固相率０．９９の線、３４は固相率０．
８の線である。

【００２５】ここに、本発明方法によれば、固相率が
０．９９以下となる未凝固部厚Ｍの０．４倍以上１．２
倍以下の圧下量で、かつ、鋳片の中心部の固相率が０．
８以下の時には、固相率が０．８以下となる未凝固部厚
Ｎの１．５倍以上の圧下量で未凝固鋳片を圧下する。

【００２６】次に、圧下量を固相率が０．９９以下とな
る未凝固部の厚さＭの０．４倍以上１．２倍以下とした
理由について説明する。図２に示したように、固相率が
０．９９以下となる未凝固部厚Ｍの０．４倍以上の圧下
量で圧下すると、圧下が内部に浸透し濃化溶鋼が鋳込み
上流側に絞り出されセンターポロシティおよび中心偏析
が著しく改善する。これに対し、圧下量が０．４倍未満
では、圧下の浸透が少なくセンターポロシティおよび中
心偏析の改善が不充分である。また、圧下量が１．２倍
より大きい場合には、センターポロシティおよび中心偏
析は改善するが、圧下力が著しく増大するため、未凝固
圧下装置が大型化し経済的でない。さらに、圧下工具で
あるロールまたは金型が損傷し易くなるという問題もあ
る。

【００２７】次に、鋳片の中心部の固相率が０．８以下
の時には、圧下量を未凝固部厚Ｎの１．５倍以上とした
理由について説明する。図３に示したように、中心部の
固相率が０．８以下の鋳片を圧下すると凝固界面に引張
り力が作用し内部割れが発生する。しかし、図４に示す
ように、固相率が０．８以下となる未凝固部厚Ｎの１．
５倍以上の圧下量で圧下する場合には、凝固界面は圧縮
応力状態となり、また溶鋼流動が大きくなるため凝固界
面近傍の樹枝状晶間に吸引された濃化溶鋼も鋳込み上流
側に絞り出され内部割れの発生は大幅に抑制される。中
心部の固相率が０．８以下の時、圧下量がＮの１．５倍
未満では、内部割れの抑制が不充分である。

【００２８】好ましくは、Ｍの０．６倍以上１．０倍以
下の圧下量で、かつ、中心部の固相率が０．８以下の時
には、Ｎの１．６倍以上の圧下量である。なお、未凝固
圧下装置を鋳込み方向に複数段設ける場合には、少なく
ともその最終段の未凝固圧下装置で上記の圧下をおこな
えばよい。

【００２９】次に、本発明の好適態様として、未凝固圧
下をおこなうときの未凝固鋳片の中心部の固相率が０．
４〜０．８であるとした理由を説明する。中心部の固相
率が０．８を越えると、鋳片の変形抵抗が増加するた
め、大きな圧下力が必要となり、未凝固圧下装置が大型
化し、設備費が高くなる。

【００３０】中心部の固相率が０．４未満では、内部割
れの発生を防止するに必要な未凝固圧下量が大きくなる
ため、圧下による断面減少が大きく、連続鋳造の生産性
が著しく減少する。また、丸鋳片などの場合、圧下に伴
う断面形状の変化が大きく、後述する凝固後圧下による
断面形状の修正が難しくなり、形状不良が発生しやす
い。好ましくは、中心部の固相率は０．６〜０．８の範
囲である。

【００３１】次に、本発明の好適態様である同一面内に
２〜４個のロールを配置したロール式未凝固圧下装置に
よる圧下について、４ロール式未凝固圧下装置の場合を
例に説明する。

【００３２】未凝固圧下は鋳片の移動に同期しておこな
うことが必要であり、金型による圧下の場合には、金型
を組み込んだ圧下装置を鋳片に同期して鋳込み方向に走
行制御する機構とそのための高度な速度制御技術が必要
となる。一方、ロールによる圧下では、上記の機構が不
要であり、さらに、高度な速度制御も必要としないた
め、安価な設備で安定した鋳造が可能となる。

【００３３】図７は、４ロール式未凝固圧下装置での圧
下を説明する模式図である。同図に示すように、４ロー
ル式未凝固圧下装置３５は、同一面内に一対の孔型ロー
ル３６と、これに直角に配置した一対の孔型ロール３７
を有しており、孔型ロール３６、３７の一方、または両
方のロールで未凝固部３８を有する鋳片３９を圧下す
る。未凝固圧下量は、少なくともどちらか一方のロール
対の圧下量が前記の条件を満足するように設定される。
同図には、ロールが孔型形状である場合を示したが、フ
ラット形状のロールを用いても良い。

【００３４】なお、上記で「同一面内」とは、各ロール
と鋳片とで形成される接触域が少なくとも部分的に重な
る状態にすることであり、ロール軸を傾斜させたり、ロ
ールを鋳込み方向にずらせたりすることも含む。

【００３５】次に、本発明の好適態様として、未凝固圧
下装置の鋳込み方向下流に凝固後圧下装置を設け未凝固
圧下した鋳片を凝固完了後に圧下するとした理由を説明
する。

【００３６】図５に示すように、未凝固圧下装置２９と
ピンチロール３１との間に、未凝固圧下し凝固完了した
鋳片を圧下するロールまたは金型を備えた凝固後圧下装
置３０を設ける。

【００３７】ところで、未凝固圧下においては、上述し
たように鋳片の内部品質確保の観点から未凝固圧下量が
制約されるため、未凝固圧下後の鋳片は断面形状が不良
となり易く寸法精度の確保が難しい。

【００３８】凝固後圧下装置３０による圧下では、鋳片
の内部品質確保の観点からの圧下量の制約がないため、
寸法精度の確保の観点から適正な圧下量を選択すること
ができ、未凝固圧下した鋳片の断面形状を整え、寸法精
度の高い鋳片に成形することが可能となる。さらに、必
要に応じ、その圧下量を調整して製管工程等に供給する
数種類の寸法の鋳片を作り分けることができる。

【００３９】図５に示すように、通常、凝固後圧下装置
３０は、垂直圧下装置３０ａと水平圧下装置３０ｂを交
互に複数段設けるが、１段であっても良い。また、丸鋳
片等の製造の場合には、同一面内に３個以上のロールま
たは金型を配置した凝固後圧下装置を１段設けても良
い。

【００４０】また、未凝固圧下装置の上流に電磁攪拌装
置を設け、未凝固圧下前の鋳片の組織を等軸晶化するこ
とにより、鋳片品質をさらに改善することが出来る。

【００４１】

【実施例】

（実施例１）図５に示す基本構成で、表１に示す設備仕
様の丸鋳片用連続鋳造装置を使用し、直径２５０ｍｍの
鋳型で高炭素鋼（Ｃ：１．０重量％）を鋳造し、未凝固
圧下および凝固後圧下をおこない直径１９０ｍｍの鋳片
を製造した。

【００４２】

【表１】

【００４３】表２に鋳造条件を示す。なお、未凝固圧下
装置の直前で所定の未凝固部厚となるように、鋳造速度
を１．７〜２．３ｍ／分の間で調整した。また、未凝固
部厚の測定は、鋳片温度解析ならびにＦｅ−Ｓ添加によ
る凝固厚測定等によりおこなった。

【００４４】

【表２】

【００４５】定常鋳造部より、鋳込み方向に１００ｍｍ
の間隔で２１個の横断面サンプルを採取し、内部割れ、
中心偏析、センターポロシティおよび真円度を調査し
た。内部割れは、横断面のサルファプリントをおこな
い、割れ長さで評価した。中心偏析は、横断面サンプル
の中心部のＣ濃度を分析し、それを横断面の平均濃度Ｃ
₀との比、すなわち偏析度（Ｃ／Ｃ₀ ）として整理し
た。センターポロシティは、横断面サンプル内のセンタ
ーポロシティの総面積を測定し、鋳片断面積との比でセ
ンターポロシティ面積率として表した。真円度は、横断
面サンプルの最大径と最小径の差を平均径で除した値を
真円偏差率と定義し評価した。表３に、上記の品質調査
結果を示す。なお、同表の値は、２１個の横断面サンプ
ルの平均値である。

【００４６】

【表３】

【００４７】本発明例は、センターポロシティ面積率お
よび偏析度が小さく良好であり、内部割れも無しまたは
軽微であり問題なかった。さらに、凝固後圧下をおこな
った本発明例２〜６は、真円偏差率も良好であり、製管
工程からの要求である真円偏差率３％以内を達成した。

【００４８】一方、比較例１は、センターポロシティお
よび中心偏析は良好であったが、内部割れが大きく、ま
た、比較例２は、内部割れの発生は無いが、センターポ
ロシティ面積率および偏析度が大きく不良であった。

【００４９】

【発明の効果】本発明により、内部割れ、センターポロ
シティおよび中心偏析が少なく断面形状が良好な鋳片の
製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法で丸鋳片を圧下した場合の内部割れの発
生を示す模式図である。

【図２】センターポロシティおよび中心偏析に及ぼす固
相率０．９９以下の未凝固圧下比（未凝固圧下量／固相
率０．９９以下の未凝固部の厚さ）の影響を示すグラフ
である。

【図３】内部割れに及ぼす中心部の固相率の影響を示す
グラフである。

【図４】内部割れに及ぼす固相率０．８以下の未凝固圧
下比（未凝固圧下量／固相率０．８以下の未凝固部の厚
さ）の影響を示すグラフである。

【図５】本発明方法を実現する連続鋳造装置の構成例を
示す概略図である。

【図６】本発明に係る未凝固圧下装置による未凝固圧下
を説明する模式図である。

【図７】４ロール式未凝固圧下装置での圧下を説明する
模式図である。

【符号の説明】

１１、３２ ロール １２、２７、３８ 未凝固部 １３ 丸鋳片 １４ 凝固界面 １５ 内部割れ ２１ 浸漬ノズル ２２ 鋳型 ２３ 溶鋼 ２４ 冷却ロール群 ２５ 案内ロール群 ２６ 凝固シェル ２８、３９ 鋳片 ２９ 未凝固圧下装置 ３０ 凝固後圧下装置 ３０ａ 垂直圧下装置 ３０ｂ 水平圧下装置 ３１ ピンチロール ３３ 鋳片縦断面の固相率０．９９の線 ３４ 鋳片縦断面の固相率０．８の線 ３５ ４ロール式未凝固圧下装置 ３６ 孔型ロール ３７ 孔型ロール７２に直角に配置した孔型ロール Ｍ 固相率が０．９９以下の未凝固部厚 Ｎ 固相率０．８以下の未凝固部厚

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−24448（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−293618（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−273658（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−132355（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−183765（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−206804（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−164460（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/128 350 B22D 11/20

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造装置に未凝固部を有する鋳片を
   圧下する未凝固圧下装置を設け、固相率が０．９９以下
   となる未凝固部厚の０．４倍以上１．２倍以下の圧下量
   で、かつ、鋳片の中心部の固相率が０．８以下の時に
   は、固相率が０．８以下となる未凝固部厚の１．５倍以
   上の圧下量で未凝固鋳片を圧下することを特徴とする連
   続鋳造鋳片の製造方法。
2. 【請求項２】 上記未凝固鋳片の中心部の固相率が０．
   ４〜０．８であることを特徴とする請求項１に記載の連
   続鋳造鋳片の製造方法。
3. 【請求項３】 上記未凝固圧下装置が同一面内に２から
   ４個のロールを配置したロール式未凝固圧下装置である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の連続鋳造鋳
   片の製造方法。
4. 【請求項４】 上記未凝固圧下装置の鋳込み方向下流に
   凝固後圧下装置を設け、該未凝固圧下装置で圧下された
   鋳片を、凝固完了後、圧下することを特徴とする請求項
   １から３のいずれかに記載の連続鋳造鋳片の製造方法。