CN106536085A - 钢的连续铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明通过使用具有呈恰当形状的铸造空间的铸模且以二次冷却对铸片角部的温度进行控制来可靠地抑制以往仅通过基于二次冷却对铸片组织进行的控制而没有充分消除的铸片表面裂纹，从而提供尤其没有角裂纹的高品质的钢坯。在将钢液装入到铸模、并从该铸模直接拉出铸片的连续铸造方法中，使用具有如下铸造空间的铸模：将由一对铸模长边和一对铸模短边划分出的矩形空间的四角除去，使四角成为上述铸模短边侧的长度b相对于上述铸模长边侧的长度a之比b/a为3.0以上、6.0以下的直角三角形状，在从上述铸模的正下方到弯曲矫正点之前，使上述铸片的至少角部的表面温度暂时降低至Ar₃点以下，接着，在使至少该角部的表面温度为800℃以上之后，使其以800℃以上的温度从上述弯曲矫正点通过。

Description

钢的连续铸造方法

技术领域

本发明涉及抑制连续铸造中的铸片产生表面裂纹的、钢的连续铸造方法。

背景技术

以提高钢板的机械性能为目的而含有Cu、Ni、Nb、V及Ti等合金元素的低合金钢尤其适用于厚钢板。在使用例如垂直弯曲型连续铸造机来铸造这样的低合金钢的情况下，在铸片的矫正部和弯曲部中，在与铸片的铸造方向正交的矩形截面的四角(以下也称为角部)中承载有应力，而容易产生表面裂纹，尤其容易在角部中产生裂纹。该角裂纹容易成为厚钢板的表面缺陷的原因，从而会成为降低钢板产品的成品率的原因。

即，低合金钢的铸片在其凝固组织从奥氏体相向铁素体相转变的Ar₃相变点的附近温度处，热延性显著降低。而且，在低合金钢的铸片中，在被二次冷却的过程中，AlN和/或NbC等在奥氏体晶界处析出，而容易脆化。因此，容易在铸片表面、尤其是承载有应力的角部中产生裂纹。

因此，在连续铸造工序中，为了防止上述的角裂纹，通常通过二次冷却来控制铸片表面温度，从而将铸片凝固组织控制成难以裂开的组织。

例如，在专利文献1公开有如下技术：在将铸片刚从矩形铸模拉出时开始铸片的二次冷却，并在铸片的表面温度暂时冷却到低于Ar₃相变点的温度后，使其回热到超过Ar₃相变点的温度，然后在矫正铸片时，使将铸片表面温度保持为低于Ar₃相变点的温度的时间和铸片表面温度达到的最低温度成为恰当的范围，由此，使距铸片表面至少2mm深的凝固组织为奥氏体晶界不清晰的铁素体及珠光体的混合组织。

另外，在专利文献2中公开有如下技术：当凝固壳厚度为10mm以上、15mm以下时，结束基于铸模进行的一次冷却并开始二次冷却，以使铸片整面的表面温度在从铸模出来后的两分钟以内的期间暂时降低至600℃以上Ar₃点以下的范围、且使弯曲部处的铸片表面温度及矫正部处的铸片表面温度两者成为850℃以上的方式进行二次冷却。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3702807号

专利文献2：日本专利第3058079号

发明内容

但是，上述的现有技术具有以下的问题点。

即，在专利文献1及专利文献2所记载的技术中，担心从二次冷却喷射器喷射到铸片上后沿着铸片流动的滴落水的影响。尤其是当铸造速度变慢时，滴落水会影响铸片表面的冷却，例如会存在难以通过传热解析等来定量地控制铸片表面温度的情况。

而且，专利文献2所述的技术为了使铸片整面的温度降低到Ar₃相变点以下，而不得不喷射大量的喷射水。在铸造厚度大的情况下会需要更多的喷射水，但若喷射过多的喷射水，则容易在铸片的宽度方向上产生温度偏差，担心在铸片表层下产生内部裂纹。

本发明是鉴于上述情况而研发的，其目的在于，通过使用具有呈恰当形状的铸造空间的铸模且以二次冷却来控制铸片角部的温度，可靠地抑制以往仅通过基于二次冷却对铸片组织进行的控制而没有充分消除的铸片的表面裂纹，从而提供尤其没有角裂纹的高品质的钢坯。

本发明的要旨构成如下。

(1)一种钢的连续铸造方法，将钢液装入到铸模，并从该铸模直接拉出铸片，所述钢的连续铸造方法的特征在于，

使用具有如下铸造空间的铸模：该铸造空间是将由一对铸模长边和一对铸模短边划分出的矩形空间的四角除去，从而使四角成为上述铸模短边侧的长度b相对于上述铸模长边侧的长度a之比b/a为3.0以上、6.0以下的直角三角形状，

在从上述铸模的正下方到弯曲矫正点之前，使上述铸片的至少角部的表面温度暂时降低至Ar₃点以下，接着，在使至少该角部的表面温度为800℃以上之后，使其以800℃以上的温度从上述弯曲矫正点通过。

(2)如上述(1)所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，上述比b/a超过4.0。

(3)如上述(1)或(2)所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，上述铸模长边侧的长度a为4～6mm，上述铸模短边侧的长度b为12～36mm。

发明效果

根据本发明，通过使用划分有呈恰当形状的铸造空间的铸模，且以二次冷却控制铸片角部的温度，而能够防止连续铸造铸片的角裂纹，从而提供高品质的钢坯。

附图说明

图1是表示连续铸造机的图。

图2是表示铸片角部的结晶组织的示意图。

图3是表示铸片角部的结晶组织的示意图。

图4是表示铸模的示意图。

图5是表示铸模中的倒角形状与铸片角部处的应力之间的关系的图表。

具体实施方式

以下参照附图来详细地说明本发明的连续铸造方法。

另外，使用例如图1所示那样的垂直弯曲型连续铸造机对钢液进行连续铸造，此时，为了避免尤其在弯曲矫正点处的矫正时在铸片角部中引起表面裂纹，使用划分有呈恰当形状的铸造空间的铸模、并且在铸模正下方的冷却带中经过恰当的冷却模式是重要的。

此外，在图1中，附图标记1是装入在浇包2内的钢液。该钢液1从浇包2经由长水口3、中间包(tundish)4以及浸渍水口5而向水冷铸模6内供给。通过该水冷铸模6冷却的钢液1一边生成凝固壳一边被向铸模6的出口侧引导并从铸模6拉出，通过铸模6正下方的二次冷却带7被进一步冷却而促进凝固壳的生长。在二次冷却带7的出口侧，铸片在被强制弯曲并向水平方向引导后，在拉出矫正带(弯曲部)8中进行弯曲矫正而成为连续铸造铸片9。

在此，发明人对由图1所示的垂直弯曲型连续铸造机铸造而成的铸片实施了表面裂纹观察。铸片的裂纹在下表面角部及其附近(参照图2)集中地产生。此外，铸片的下表面侧是指垂直弯曲连铸机的弯曲带的弯曲外侧、即水平带中成为下表面的长边面侧。当通过蚀刻来对该裂纹部进行组织观察时，如图2示意地所示，可知沿着原奥氏体晶界产生了裂纹。根据这些调查结果，认为铸片下表面处的角裂纹是由于弯曲部处的应力载荷而产生的，并进行了各种改变二次冷却条件的实验。

即，在以各种二次冷却条件进行使用了传热解析的实验时，可知若在从铸模正下方进入到弯曲部之前的期间，使铸片角部的表面温度暂时降低到Ar₃点以下，然后在进入到弯曲部之前的期间，通过二次冷却来控制铸片角部的表面温度，则铸片角部的裂纹会减少。

但是，在若干铸片中，在下表面侧依然还是残存有角裂纹，当观察这些角裂纹周围的凝固组织时，如图3示意地所示，尽管铸片表层正得到原奥氏体晶界不清晰的铁素体-珠光体的混合组织，但原奥氏体晶界也残存在一部分上。而且，判明了角裂纹是沿着残存的原奥氏体晶界产生的。

而且，在使用水模型实验、数值解析方法来调查/整理该现象时，可知二次冷却水的滴落水对其有影响。即，二次冷却水在从喷射器朝向铸片喷射后，一部分的水沿着铸片表面流动，成为所谓滴落水而有助于铸片的冷却。该滴落水在铸造速度、铸造宽度、以及铸片表面温度等铸造条件发生变化时，其量也会发生变化，因此准确地评价滴落水的影响是非常困难的。这样的滴落水对铸片温度造成影响，铸片会被冷却到超出设想，其结果为，在凝固组织的一部分上残存有原奥氏体晶界，可以想到随着弯曲部的应力载荷而会产生沿着原奥氏体晶界的裂纹。

因此，若能够完美地将滴落水的影响考虑在内地控制铸片温度，则认为也存在能够使凝固组织成为完全组织的可能性，但估计会需要基于非常缜密的解析进行的喷射器控制和设备维护，在工业规模的制造中是不现实的。

另外，通常，垂直弯曲型连续铸造机是进入到弯曲部之前的垂直部长度短、例如为3.5m左右的铸造机。像这样，在进入到弯曲部之前的距离短的连续铸造机中，在暂时使温度降低到Ar₃点以下时，若因滴落水等的影响而过度冷却铸片，则之后在进入到弯曲部之前的期间会难以争取到用于回热的时间，估计凝固组织也会变得不完全。

出于这样的情况，可以想到难以仅控制二次冷却喷射器水量来控制铸片表面温度，而控制成不会产生裂纹的完全的凝固组织，发明人除了二次冷却条件的限制以外，还对角部裂纹的进一步抑制技术进行了研究。

在此，发明人着眼于对铸片角部的应力载荷。即，如图3所示，通过限制二次冷却条件而凝固组织得以改善，角部裂纹的程度与图2相比也变得轻微，因此，除了二次冷却条件以外，若还能够在弯曲/矫正时减少施加于角部的应力，则认为存在能够防止产生角裂纹的可能性。

因此，进行了基于应力计算等的研究，其结果为，认识到通过使铸片成为除去与其铸造方向正交的矩形截面的四角角部而成的倒角形状，能够减轻铸片的角部处的应力载荷。并且，为了使铸片的四角为倒角形状，使用以将铸造空间(其与矩形截面的铸模同样地为矩形)的四角(的直角部)除去而成为直角三角形状的方式使铸造空间成为倒角形状的铸模来进行铸造是重要的。以下，也将具有呈这样的倒角形状的铸造空间的铸模称为倒角铸模(chamfer mold)。

在此，关于倒角铸模，例如在专利文献3中记载了在四角设有去角部。该专利文献3所记载的技术的目的在于，使铸片角部处的凝固壳的生长正常化，防止因角部的凝固延迟导致的铸片内部缺陷。因此，专利文献3所记载的倒角的形状是否也适于本发明所期待的铸片的表面裂纹防止是不明确的。即，在专利文献3所记载的技术中，在钢的凝固初期阶段，矩形截面的铸模中的角部的凝固与其他部分相比容易超前，由于凝固收缩会在凝固壳与铸模的矩形角部之间产生气隙(air gap)，该气隙结果上招致凝固延迟而容易成为内部缺陷，对此，通过使铸模的角部为倒角形状(chamfer shape)，来使角部的铸模冷却程度成为与角部以外的铸模冷却接近的状态。具体地说，提供在各角相互且均等地除去铸造空间的四角而成的倒角形状，但即使使用这样的倒角铸模也无法抑制图2所示那样的角部的表面裂纹。

专利文献3：日本专利第4864559号

因此，为了明确符合本发明的目的的铸模的倒角形状，而反复进行了锐意研究，其结果为，判明了需要与专利文献3所记载的条件不同的新的形状规定。在此，关于倒角铸模中的倒角部，在进行倒角即将矩形铸造空间的各角的直角部分除去而成为直角三角形状的情况下，如图4示出的倒角铸模的俯视图那样，以铸模短边12侧的长度b相对于铸模长边11侧的长度a之比b/a规定该直角三角形，并对该比b/a对铸片的角部处的应力载荷造成的影响进行了应力计算。将该计算结果整理成使倒角前的矩形铸模中的应力为100时的指数，并在图5中示出。

如图5所示，首先，可知通过成为倒角铸模，对铸片角部的应力载荷与矩形铸模相比减小。可知尤其在比b/a为3～6的范围内，铸片角部的应力载荷具有减小的倾向。而且，也可知铸模长边1侧的长度a越小则铸片角部的应力载荷越小。

在上述认识下，在使用了上述比b/a为1～8的各种铸模的连续铸造中，在铸片进入到弯曲部之前的期间，使铸片角部的表面温度暂时降低到Ar₃点以下，然后在进入到弯曲部之前的期间，使铸片角部的表面温度成为800℃以上，在以800℃以上的温度从弯曲部通过的条件下进行二次冷却，此时，发现在使用了比b/a为3～6的铸模的情况下，能够可靠地抑制铸片角部的表面裂纹。

此外，即使使用了比b/a为3～6的铸模，在铸片角部的表面温度没有降低至Ar₃点以下的情况下、在进入到弯曲部之前的期间没有成为800℃以上的情况下、且在弯曲部的通过温度没有达到800℃的情况下，在凝固组织中也会大量地残存原奥氏体晶界，因此无法充分地降低角裂纹产生率。

而且，优选铸模中的比b/a超过4。这是因为，在比b/a为4以下的情况下，如图5所示，与b/a为4～6(不包含4)的情况相比，虽然只是少许，但施加于角部的应力载荷变高。

另外，优选铸模长边侧的长度a为4～6mm、以及铸模短边侧的长度b为12～36mm。这是因为，如图5所示，具有长边侧的长度a越短则施加于角部的应力载荷越减小的倾向，在长边侧的长度a为7mm的情况下，与4～6mm的情况相比，具有应力载荷稍微变大的倾向。

实施例1

通过垂直弯曲型连续铸造机对具有表1所示的组成的裂纹敏感性高的低合金钢进行了铸造。该钢的Ar₃相变点为725℃。铸造条件是，铸造厚度为220～300mm、铸造宽度为1400～2100mm以及铸造速度为0.60～2.50m/min的范围。在该条件下的连续铸造中，制作并使用了具有表2所示的各种倒角部形状的铸模。作为比较，以相同铸造条件实施了使用矩形铸模的连续铸造。

使二次冷却水量根据铸造厚度、铸造宽度、铸造速度而变化，但使用传热解析进行调整，使得铸片角部的表面温度在进入到弯曲部之前暂时降低到Ar₃相变点以下，然后，在进入到弯曲部之前的期间回热而成为800℃以上，并以800℃以上的温度从弯曲部通过。作为比较，也实施了铸片角部的温度不满足本发明条件的铸造。

此外，从弯曲部通过时的铸片温度是通过使用热电偶或放射温度计来测定而确认的。对于铸造后的铸片，为了容易观察铸片表面的裂纹，而通过喷丸除去铸片表面的氧化物，然后进行着色检查(color check)(着色渗透探伤实验)，来调查角部有无裂纹。并且，作为角裂纹产生率，以角裂纹铸片块数/调查铸片块数×100％进行评价。另外，从铸片角部切下30mm见方的凝固组织观察用样本，在研磨了观察面后，进行3％的硝酸酒精腐蚀，并通过光学显微镜对凝固组织进行观察。

[表1]

表1

C

Si

Mn

P

S

Al

Cu

Ni

Nb

V

N

0.07％

0.2％

1.5％

0.010％

0.0020％

0.050％

0.30％

0.70％

0.015％

0.010％

0.0050％

将其评价结果在表2中示出。此外，本发明例及比较例均将各标准为10炉量(charge)(1炉量约为300吨)的铸造量作为对象来进行评价。

[表2]

表2

比较例1及比较例2是使用矩形铸模、且以铸片角部温度也不满足本发明的条件制造的例子。在该情况下，角部的裂纹产生率为9.4～10.8％，为高位。在观察这些凝固组织时，为图2所示那样的原奥氏体晶界清晰的组织。

比较例3及比较例4使用了矩形铸模，且铸片角部温度为满足本发明的条件。在该情况下，角裂纹产生率为4.7～5.2％，若与比较例1及比较例2相比为低位，但为需要进一步改善的水平。如图3所示，这些凝固组织为一部分上残存有原奥氏体晶界的组织。

比较例5～12使用了倒角铸模，且铸片角温度为不满足本发明的条件。在该情况下，角裂纹产生率为5.3～7.3％，也为需要改善的水平。这些凝固组织也为图2所示那样的原奥氏体晶界清晰的组织。

比较例13～15使用了倒角铸模，铸片角温度也为满足本发明的条件。但是，关于倒角部的形状，长边侧的长度a与短边侧的长度b之比b/a为不满足本发明的条件。在该情况下，角裂纹产生率为3.8～4.5％，也为需要改善的水平。

另一方面，发明例1～8使用倒角铸模，为对二次冷却喷射器进行了调整使得铸片角部温度满足本发明的条件。对于这些发明例，角裂纹产生率均为1.4％以下，良好。在观察这些凝固组织时，为图3所示那样的一部分上残存有原奥氏体晶界的组织，为与比较例3及比较例4相同的凝固组织。也就是说，能够确认即使凝固组织的一部分不完全，也能够通过同时使用倒角铸模来防止产生角裂纹。实施例2

在进行与上述的实施例1相同的条件下的连续铸造时，使用了铸模长边侧的长度a为4～7mm、其与铸模短边侧的长度b之比b/a为3.0～6.0的范围内、而铸模短边侧的长度b以表3所示那样改变的铸模。并且，对于角部裂纹的产生，与实施例1的情况同样地进行评价。将其结果同时记载到表3中。

[表3]

表3

发明例9～32中，在铸模长边侧的长度a为4～6mm、且b/a为4～6的条件下，能够完全抑制产生角裂纹。在b/a为3～4的情况下确实会产生轻微的角裂纹，但这些裂纹的产生率为0.6～1.4％，十分低位。

另一方面，在铸模长边侧的长度a为7mm的情况(发明例33～40)下，在b/a为4～6(不包含4)的条件下，确实也会产生少许的角裂纹，产生率为0.6～0.9％。另外，b/a为3～4的条件下的角裂纹产生率为1.3～1.9％。这些也是十分低位的产生率。

即，可知铸模长边侧长度a为4～6mm，且b/a为3～6、更优选为4～6(不包含4)的范围是本发明的优选例。此时，铸模短边侧长度b为12～36mm，更优选为16mm～36mm(不包含16mm)的范围。

此外，在铸模长边侧长度a低于4mm的情况下，由于在铸模的四角中要求严格的加工精度，所以在实际操作中，优选为4mm以上。此外，倒角部能够通过例如对实心铜板实施切削加工来成形。

如上所述，确认到通过使用本发明的倒角铸模、且在恰当的范围内控制铸片角部温度，而能够高效地制造角裂纹产生率低的高品质的铸片。

附图标记说明

1 钢液

2 浇包

3 长水口

4 中间包

5 浸渍水口

6 水冷铸模

7 二次冷却带

8 拉出矫正带(弯曲部)

9 连续铸造铸片

11 铸模长边

12 铸模短边

Claims (3)

1.一种钢的连续铸造方法，将钢液装入到铸模，并从该铸模直接拉出铸片，所述钢的连续铸造方法的特征在于，

使用具有如下铸造空间的铸模，该铸造空间是将由一对铸模长边和一对铸模短边划分出的矩形空间的四角除去，而使该四角成为所述铸模短边侧的长度b相对于所述铸模长边侧的长度a之比b/a为3.0以上、6.0以下的直角三角形状，

在从所述铸模的正下方到弯曲矫正点之前，使所述铸片的至少角部的表面温度暂时降低至Ar₃点以下，接着，在使至少该角部的表面温度成为800℃以上之后，使其以800℃以上的温度从所述弯曲矫正点通过。

2.如权利要求1所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，

所述比b/a超过4.0。

3.如权利要求1或2所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，

所述铸模长边侧的长度a为4～6mm，所述铸模短边侧的长度b为12～36mm。