CN109843473A - 连续铸造用铸模以及钢的连续铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明延长了在铸模内壁面具有多个异种物质填充层的连续铸造用铸模的使用次数，该异种物质填充层填充有热传导率不同于铸模铜板的金属或非金属。本发明的连续铸造用铸模是具有多个异种物质填充层的连续铸造用铸模，所述异种物质填充层是在至少设置于从弯月面到弯月面的下方20mm的位置为止的区域的水冷式铜铸模的内壁面的一部分或整体上的凹部的内部，填充具有与构成水冷式铜铸模的铸模铜板的热传导率不同的热传导率的金属或非金属而形成，其中，凹部的铸模铜板表面的形状在该凹部的任意的位置为相对于所有方向具有曲率的曲面。

Description

连续铸造用铸模以及钢的连续铸造方法

技术领域

本发明涉及一种连续铸造用铸模以及使用该连续铸造用铸模的钢的连续铸造方法，该连续铸造用铸模在铸模内壁面的包含弯月面的范围具有多个填充有热传导率不同于铸模铜板的金属或非金属的异种物质填充层，可以抑制铸模内的凝固壳的不均匀冷却所引起的铸片表面裂纹而将钢水进行连续铸造。

背景技术

钢的连续铸造中，如下制造规定长度的铸片。注入到铸模内的钢水被水冷式铸模所冷却，在与铸模的接触面，钢水凝固而生成凝固层(以下称为“凝固壳”)。一边利用设置于铸模下游侧的水喷雾器、空气水喷雾器冷却该凝固壳，一边将其与内部的未凝固层一起连续地拉拔到铸模下方。该拉拔过程中，通过利用水喷雾器、空气水喷雾器的冷却使其凝固至中心部，其后，利用气割机等进行切断，制造规定长度的铸片。

若铸模内的冷却不均匀，则凝固壳的厚度在铸造方向和铸片宽度方向变得不均匀。因凝固壳的收缩、变形所引起的应力作用于凝固壳，在凝固初期，该应力在凝固壳的薄壁部集中，由于该应力而在凝固壳的表面产生裂纹。该裂纹因其后的热应力、连续铸造机的辊产生的弯曲应力和矫正应力等外力而扩大，成为大的表面裂纹。在凝固壳厚度的不均匀度大时，会成为铸模内的纵裂纹，有时也会产生从该纵裂纹流出钢水的漏钢问题。存在于铸片表面的裂纹在接下来的轧制工序中成为钢制品的表面缺陷，因此在铸片的阶段中，需要维护铸片的表面，除去表面裂纹。

铸模内的不均匀凝固特别是在碳含量为0.08～0.17质量％的范围内的伴有包晶反应的钢(也称为中碳钢)中容易产生。认为这是因为包晶反应的从δ铁(铁素体)向γ铁(奥氏体)的相变时的体积收缩所致的相变应力，引起变形，凝固壳发生变形，因该变形而凝固壳从铸模内壁面分离，从铸模内壁面分离的部位(以下，将该从铸模内壁面分离的部位称为“凹陷”)的凝固壳厚度变薄，在该部分上述应力集中，从而产生表面裂纹。

特别是在增加铸片拉拔速度时，从凝固壳向铸模冷却水的平均热通量增加，即，凝固壳急速冷却，热通量的分布变得不规则且不均匀，因此铸片表面裂纹的产生有增加的趋势。具体而言，在铸片厚度为200mm以上的板坯连续铸造机中，若铸片拉拔速度为1.5m/min以上，则容易产生表面裂纹。

以往，为了抑制伴有上述的包晶反应的中碳钢的表面裂纹，如专利文献1所提出的那样，尝试使用容易结晶化的组成的保护渣，增大保护渣层的热阻而缓慢冷却凝固壳。这是试图通过缓慢冷却使作用于凝固壳的应力降低而抑制表面裂纹的技术。但是，仅利用保护渣的缓慢冷却效果中，不能得到充分的不均匀凝固的改善，在相变量大的钢种中，无法防止表面裂纹的产生。

因此，提出了很多对连续铸造用铸模本身进行缓慢冷却化的方法。

在专利文献2中提出了如下技术：在弯月面附近的铸模内壁面设置深度0.5～1.0mm、宽度0.5～1.0mm的格子状的沟槽，通过该沟槽在凝固壳与铸模之间强制性地形成气隙，由此，实现凝固壳的缓慢冷却，使表面变形分散，防止铸片的纵裂纹。但是，该技术中，为了使保护渣不会侵入沟槽，需要减小沟槽的宽度和深度，但是存在如下问题：铸模内壁面因与铸片的接触而损耗，所以设置于铸模内壁面的沟槽变浅，缓慢冷却效果降低，即，存在缓慢冷却效果不持续这样的问题。

在专利文献3中提出了在铸模内壁面设置纵沟槽和横沟槽，使保护渣流入到这些纵沟槽和横沟槽的内部，将铸模缓慢冷却化的技术。但是，该技术中，保护渣向沟槽部的流入不充分而钢水浸入到沟槽部，或者填充于沟槽部的保护渣在铸造中剥离而钢水浸入该部位，由此有可能产生粘结性漏钢的问题。

如此，在铸模内壁面形成沟槽且利用沟槽形成气隙的技术和使保护渣流入沟槽的技术中，无法得到稳定的缓慢冷却效果。与此相对，提出了在形成于铸模内壁面的凹部填充热传导率不同于铸模铜板的金属或非金属，对凝固壳给予规则的热传递分布的方法。通过在凹部填充金属或非金属，可提前消除因钢水浸入沟槽部而产生的粘结性漏钢。

在专利文献4和专利文献5中提出了出于通过给予规则的热传递分布而减少不均匀凝固量的目的，在铸模内壁面实施沟槽加工(纵沟槽、格子沟槽)，在该沟槽填充低导热金属、陶瓷的技术。但是，该技术中，存在如下问题：在纵沟槽或格子沟槽与铜(铸模)的边界面以及格子部的垂直部，因填充于凹部的物质与铜的热变形差所致的应力进行作用，由此在铸模铜板表面产生裂纹。

在专利文献6和专利文献7中提出了如下技术：为了解决专利文献4和专利文献5中的问题，在铸模内壁面形成圆形或近似圆形的凹部，在该凹部填充低导热金属、陶瓷。专利文献6和专利文献7中，凹部的平面形状为圆形或近似圆形，因此填充于凹部的物质与铸模铜板的边界面成为曲面状，在边界面不易集中应力，可得到在铸模铜板表面不易产生裂纹的优点。

进而，专利文献8中提出了如下技术：对于如专利文献4、5、6、7所公开的、在铸模内壁面形成有圆形、近似圆形、纵沟槽、横沟槽或格子沟槽的凹部且具有在该凹部填充有热传导率不同于铸模铜板的物质的异种物质填充层的连续铸造用铸模，为了防止在形成上述异种物质填充层的物质与铸模铜板之间产生间隙(空隙)，在凹部的底壁与凹部的侧壁交叉的部位设置圆弧状的圆角部的技术；以及，在凹处的侧壁设置朝向底壁变细的断面形状的锥部的技术。根据专利文献8，不论是通过镀覆处理形成异种物质填充层的情况还是通过喷镀处理形成异种物质填充层的情况，都能够使填充物质均匀地附着·沉积于凹部，不仅可以防止异种物质填充层的剥离，而且能将铸模内的排热控制在所需的范围。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005－297001号公报

专利文献2：日本特开平1－289542号公报

专利文献3：日本特开平9－276994号公报

专利文献4：日本特开平2－6037号公报

专利文献5：日本特开平7－284896号公报

专利文献6：日本特开2015－6695号公报

专利文献7：日本特开2015－51442号公报

专利文献8：日本特开2014－188521号公报

发明内容

如上所述，通过专利文献6、7、8等，连续铸造用铸模的缓慢冷却化技术得到了进步，减少了中碳钢铸片的表面裂纹。

但是，即使应用专利文献8的技术，具有在铸模内壁面填充有热传导率不同于铸模铜板的金属或非金属的异种物质填充层的连续铸造用铸模的寿命短于不具有异种物质填充层的连续铸造用铸模。连续铸造用铸模昂贵，使用次数短，这导致制造成本的上升。连续铸造用铸模的交换需要几小时的操作时间，使用次数短，这也成为使连续铸造操作的运转率下降的主要原因。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种连续铸造用铸模以及使用该连续铸造用铸模的钢的连续铸造方法，所述连续铸造用铸模是具有在铸模内壁面填充有热传导率不同于铸模铜板的金属或非金属的多个异种物质填充层的连续铸造用铸模，与以往的使用次数相比，能够延长使用次数。

用于解决上述课题的本发明的主旨如下所述。

[1]一种连续铸造用铸模，是由水冷式铜铸模形成的连续铸造用铸模，具有：在上述水冷式铜铸模的内壁面至少设置于从弯月面到弯月面的下方20mm的位置为止的区域的一部分或整体上的凹部，以及，在上述凹部的内部填充具有与构成上述水冷式铜铸模的铸模铜板的热传导率不同的热传导率的金属或非金属而形成的多个异种物质填充层，并且，上述凹部的铸模铜板表面的形状由相对于所有方向具有曲率的曲面和平面构成。

[2]一种连续铸造用铸模，是由水冷式铜铸模形成的连续铸造用铸模，具有：在上述水冷式铜铸模的内壁面至少设置于从弯月面到弯月面的下方20mm的位置为止的区域的一部分或整体上的凹部、以及，在所述凹部的内部填充具有与构成所述水冷式铜铸模的铸模铜板的热传导率不同的热传导率的金属或非金属而形成的多个的异种物质填充层，并且，所述凹部的铸模铜板表面的形状在所述凹部的任意的位置相对于所有方向具有曲率的曲面。

[3]根据[1]或[2]所述的连续铸造用铸模，其中，上述凹部由满足下述的式(1)的曲率半径的曲面形成。

d/2＜R≤d···(1)

其中，式(1)中，d为铸模铜板内壁面的凹部的最小开口宽度(mm)，R为凹部的平均曲率半径(mm)。

[4]根据[3]所述的连续铸造用铸模，其中，上述曲率半径为恒定的值。

[5]根据[1]～[4]中任一项所述的连续铸造用铸模，其中，上述凹部的铸模铜板内壁面的开口形状为椭圆形，且相邻的全部凹部未抵接或未连接。

[6]根据[1]～[4]中任一项所述的连续铸造用铸模，其中，上述凹部的铸模铜板内壁面的开口形状为椭圆形，且相邻的全部凹部或一部分凹部抵接或连接。

[7]根据[1]～[4]中任一项所述的连续铸造用铸模，其中，上述凹部的铸模铜板内壁面的开口形状为圆形，且相邻的全部凹部未抵接或未连接。

[8]根据[1]～[4]中任一项所述的连续铸造用铸模，其中，上述凹部的铸模铜板内壁面的开口形状为圆形，且相邻的全部凹部或一部分凹部抵接或连接。

[9]一种钢的连续铸造方法，使用[1]～[8]中任一项所述的连续铸造用铸模，将中间包内的钢水注入到所述连续铸造用铸模而对钢水进行连续铸造。

根据本发明，在水冷式铜铸模的内壁面具有多个异种物质填充层的连续铸造用铸模中，构成异种物质填充层的凹部的铸模铜板表面的形状由相对于所有方向具有曲率的曲面和平面构成，或者为在任意的位置相对于所有方向具有曲率的曲面，因此可以抑制在与异种物质填充层接触的铸模铜板表面上集中应力。由此，可以抑制在铸模铜板上产生龟裂，延长具有异种物质填充层的连续铸造用铸模的使用次数。

附图说明

图1是构成本实施方式所涉及的连续铸造用铸模的一部分的铸模长边铜板，是从内壁面侧观察在内壁面侧形成有异种物质填充层的铸模长边铜板的简要侧视图。

图2是图1所示的铸模长边铜板的X－X’断面图。

图3是将具有填充热传导率比铸模铜板低的物质而形成的异种物质填充层的铸模长边铜板的三处位置中的热阻对应于异种物质填充层的位置而简要地显示的图。

图4是表示在铸模长边铜板的内壁面设置用于保护铸模表面的镀覆层的例子的示意图。

图5是具备如下凹部的铸模长边铜板的示意图，所述凹部的铸模铜板表面上的形状为相对于所有方向具有曲率的曲面。

图6是具备如下凹部的铸模长边铜板的示意图，所述凹部的铸模铜板表面的形状为其一部分没有曲率的形状。

图7是表示热疲劳试验的结果的图。

图8是表示凹部的平均曲率半径对在铜板试验片产生龟裂时的热循环数产生的影响的图。

图9是表示板坯铸片的表面裂纹个数密度的调查结果的图。

图10是表示凹部的平均曲率半径对板坯铸片的表面裂纹个数密度产生的影响的图。

图11是表示异种物质填充层的配置例的示意图。

图12是表示本发明例1～20、比较例1～5和以往例中的板坯铸片的表面裂纹个数密度的图。

图13是表示本发明例1～20、比较例1～5和以往例中的铸模铜板表面的龟裂个数指数的图。

具体实施方式

以下，参照附图具体地说明本发明。图1是构成本实施方式所涉及的连续铸造用铸模的一部分的铸模长边铜板，是从内壁面侧观察在内壁面侧形成有异种物质填充层的铸模长边铜板的简要侧视图。图2是图1所示的铸模长边铜板的X－X’断面图。

图1所示的连续铸造用铸模是用于铸造板坯铸片的连续铸造用铸模的例子。板坯铸片用的连续铸造用铸模是组合一对铸模长边铜板(纯铜制或铜合金制)和一对铸模短边铜板(纯铜制或铜合金制)而构成的。图1表示其中的铸模长边铜板。铸模短边铜板也与铸模长边铜板同样地在其内壁面侧形成有异种物质填充层，省略对铸模短边铜板的说明。有时将铸模短边铜板和铸模长边铜板简单地统称为铸模铜板。板坯铸片中，由于是板坯宽度相对于板坯厚度极大的形状，在铸片长边面侧的凝固壳容易发生应力集中，在铸片长边面侧容易产生表面裂纹。因此，板坯铸片用的连续铸造用铸模的铸模短边铜板也可以不设置异种物质填充层。

如图1所示，在从与铸模长边铜板1中的正常浇注时的弯月面的位置距离长度Q(长度Q为零以上的任意的值)的上方的位置到与弯月面距离长度L(长度L为20mm以上的任意的值)的下方的位置为止的铸模长边铜板1的内壁面的范围，形成有多个异种物质填充层3。“正常浇注”是指在开始将钢水注入连续铸造用铸模后，成为维持恒定的铸造速度的巡航状态的状态。正常浇注时，利用滑动喷嘴从中间包向铸模的钢水的注入速度被自动控制，以弯月面位置为恒定的方式进行控制。图1中，将铸模长边铜板1的内壁面的开口形状为圆形的异种物质填充层3的最小开口宽度(直径)设为d，将异种物质填充层彼此的间隔设为P而表示。

如图2所示，该异种物质填充层3是在分别加工于铸模长边铜板1的内壁面侧的凹部2的内部通过镀覆处理、喷镀处理、热嵌处理等而填充具有与铸模长边铜板1的热传导率不同的热传导率的金属或非金属而形成的。图2中的符号4是构成铸模冷却水的流道的、设置于铸模长边铜板1的背面侧的狭缝。符号5是与铸模长边铜板1的背面密合的背板，利用流过以背板5封闭开口侧狭缝4的铸模冷却水冷却铸模长边铜板1。

“弯月面”是“铸模内钢水液面”，虽然在非铸造中其位置不明确，但在通常的钢的连续铸造操作中，弯月面位于从铸模铜板的上端起为50mm至200mm左右的下方的位置。因此，无论弯月面位置是从铸模长边铜板1的上端起为50mm的下方的位置，还是从上端起为200mm的下方的位置，都是以长度Q和长度L满足以下所说明的本实施方式的条件的方式配置异种物质填充层3。

若考虑到对凝固壳的初期凝固的影响，异种物质填充层3的设置区域需要至少为从弯月面到弯月面的下方20mm的位置为止的区域，因此，长度L需要为20mm以上。

连续铸造用铸模的排热量在弯月面位置附近与其它部位相比高。即，弯月面位置附近的热通量与其它部位的热通量相比高。根据本发明人等进行的实验的结果，虽然也取决于冷却水对铸模的供给量、铸片拉拔速度，在从弯月面起为30mm的下方的位置，热通量低于1.5MW/m²，但在从弯月面起为20mm的下方的位置，热通量大致为1.5MW/m²以上。

本实施方式中，即使在铸片容易产生表面裂纹的高速铸造时或中碳钢的铸造时，为了防止铸片表面裂纹的产生，设置异种物质填充层3，在弯月面位置附近的铸模内壁面，使热阻变动。通过设置异种物质填充层3，可充分确保热通量的周期性的变动，由此防止铸片表面裂纹的产生。如果考虑到这样的对初期凝固的影响，至少在从热通量大的弯月面到下方20mm的位置为止，需要配置异种物质填充层3。长度L小于20mm时，铸片表面裂纹的防止效果变得不充分。长度L没有上限，也可以到铸模下端为止设置异种物质填充层3。

另一方面，异种物质填充层3的上端部的位置只要是与弯月面相同的位置或比弯月面位置靠近上方，则任意位置都可以。图1所示的长度Q可以是零以上的任意的值。但是，弯月面在铸造中需要存在于异种物质填充层3的设置区域，弯月面在铸造中在上下方向变动。因此，为了使异种物质填充层3的上端部始终比弯月面位于上方位置，优选将异种物质填充层3设置到比所设定的弯月面位置位于上方10mm左右的位置，更优选为到上方20mm～50mm左右的位置。

填充于凹部2的内部的金属或非金属的热传导率一般比构成铸模长边铜板1的纯铜或铜合金的热传导率低，但是，例如，由热传导率低的铜合金构成铸模长边铜板1时，所填充的金属或非金属的热传导率也有可能较高。所填充的物质为金属时，通过镀覆处理或喷镀处理进行填充，所填充的物质为非金属时，进行喷镀处理或将配合凹部2的形状而加工的非金属嵌入到凹部2(热嵌处理)等来进行填充。

图3是将具有填充热传导率比铸模铜板低的物质而形成的异种物质填充层的铸模长边铜板的三处位置中的热阻对应于异种物质填充层的位置而简要地显示的图。如图3所示，在异种物质填充层3的设置位置，热阻相对变高。

通过将多个异种物质填充层3设置在包含弯月面位置的弯月面附近的连续铸造用铸模的宽度方向和铸造方向，如图3所示那样，弯月面附近的铸模宽度方向和铸造方向的连续铸造用铸模的热阻以规则且周期性地增减。由此，使弯月面附近，即，在凝固初期的从凝固壳向连续铸造用铸模的热通量以规则且周期性的增减。在填充热传导率比铸模铜板高的物质而形成异种物质填充层3时，与图3不同，在异种物质填充层3的设置位置，热阻相对变低，这种情况也同样地，弯月面附近的铸模宽度方向和铸造方向的连续铸造用铸模的热阻以规则且周期性地增减。

通过该热通量的规则且周期性的增减，因从δ铁向γ铁的相变而产生的应力、热应力减小，因这些应力而产生的凝固壳的变形变小。由于凝固壳的变形变小，可抑制凹陷的产生，凝固壳的变形所引起的不均匀的热通量分布被均匀化，且所产生的应力分散而各个变形量变小。其结果，可抑制凝固壳表面的表面裂纹的产生。

本发明中，使用纯铜或铜合金作为铸模铜板。作为用作铸模铜板的铜合金，使用作为连续铸造用铸模铜板一般使用的微量添加有铬(Cr)、锆(Zr)等的铜合金。纯铜的热传导率为398W/(m×K)，与此相对，关于铜合金的热传导率，一般而言，与纯铜相比热传导率低，具有纯铜的大致1/2的热传导率的铜合金也作为连续铸造用铸模使用。

作为填充于凹部2的物质，优选使用其热传导率相对于铸模铜板的热传导率为80％以下或125％以上的物质。所填充的物质的热传导率相对于铸模铜板的热传导率大于80％或小于125％时，因异种物质填充层3所致的热通量的周期性的变动效果变得不充分，在容易产生铸片表面裂纹的高速铸造时或中碳钢的铸造时，铸片表面裂纹的抑制效果变得不充分。

本实施方式中，填充于凹部2的物质的种类没有特别限定。但是，为了参考而举出能够作为填充物质使用的金属则优选为镍(Ni，热传导率；90W/(m×K))、铬(Cr，热传导率；67W/(m×K))、钴(Co，热传导率；70W/(m×K))和含有这些金属的合金等。这些金属或合金，与纯铜和铜合金相比热传导率低，通过镀覆处理、喷镀处理可以容易地填充于凹部2。在凹部2中作为填充物质使用的非金属，优选为BN、AlN、ZrO₂等的陶瓷。它们为低热传导率，因此适合作为填充物质。

图4是表示在铸模长边铜板的内壁面设置用于保护铸模表面的镀覆层的例子的示意图。本实施方式中，如图4所示，在形成有异种物质填充层3的铸模铜板的内壁面，为了防止因凝固壳所致的磨耗和因热过程所致的铸模表面的裂纹，优选设置镀覆层6。该镀覆层6是通过将一般使用的镍或含有镍的合金，例如镍－钴合金(Ni－Co合金)、镍－铬合金(Ni－Cr合金)等进行镀覆处理而得到。

如此构成的在包含弯月面的范围具有多个异种物质填充层3的连续铸造用铸模中，对延长铸模寿命进行了研究。主要是，在铸模铜板与异种物质填充层3接触的界面的铸模铜板侧产生龟裂，该龟裂扩大的速度会影响铸模寿命，因此研究了在铸模铜板侧的界面不产生龟裂。

各种研究的结果，考虑到若在凹部2存在角部，则在该角部应力集中而在铸模铜板侧容易产生龟裂，研究了使凹部2的内面形状为平滑的形状。

具体而言，如图5所示，对使凹部2的铸模铜板表面的形状在凹部2的任意的位置为相对于所有方向具有曲率的曲面进行了研究。相对于该形状，作为比较形状，如图6所示，将凹部2的侧面2a为具有锥部的正圆锥体的一部分且底面2b为平坦的形状(参照专利文献8)作为比较形状。即，将凹部2的在铸模铜板表面的形状为一部分不具有曲率的形状作为比较形状。图5和图6所示的凹部2是在铸模铜板内壁面的凹部2的开口形状为圆形。

制作具有图5所示的形状的凹部2的铜板试验片(热传导率；360W/(m×K))和具有图6所示的形状的凹部2的铜板试验片(热传导率；360W/(m×K))，实施热疲劳试验(JIS(日本工业标准)2278，高温侧：700℃，低温侧：25℃)，根据在铜板试验片的表面产生龟裂时的热循环数评价铸模寿命。热疲劳试验中，在铜板试验片的表面产生龟裂时的热循环数越多，铸模寿命越长。试验中，使用在凹部2填充纯镍(热传导率；90W/(m×K))而形成异种物质填充层3的铜板试验片以及不具备异种物质填充层3的铜板试验片。

图5是具备凹部2的铸模铜板表面的形状为相对于所有方向具有曲率的曲面的凹部2的铸模长边铜板1的示意图，图5(A)为立体图，图5(B)为图5(A)所示的铸模长边铜板的Z－Z’断面图。图6是具备在凹部2的铸模铜板表面的形状为其一部分没有曲率的形状的凹部2的铸模长边铜板1的示意图，图6(A)为立体图，图6(B)为图6(A)所示的铸模长边铜板的Z－Z’断面图。图6所示的凹部2中，不仅底面2b是平坦的，而且侧面2a也在凹部2的深度方向不具有曲率。

图7是表示热疲劳试验的结果的图。如图7所示，凹部2的铸模铜板表面的形状为相对于所有方向具有曲率的曲面的情况下产生龟裂时的热循环数为与不具备异种物质填充层3的铜板试验片同等的热循环数，可以确认其铸模寿命是与不具备异种物质填充层3的情况同等的铸模寿命。与此相对，可知凹部2的铸模铜板表面的形状为其一部分不具有曲率的情况的铸模寿命为不具备异种物质填充层3的情况的约1/2。凹部2在铸模铜板表面的形状为仅在底面与侧面的交点设有R时，由于垂直部分的形状没有改变，寿命只改善到5/8左右。由该结果可知，通过使异种物质填充层3与铸模铜板的界面为相对于所有方向具有曲率的曲面，从而能使耐龟裂产生性变优异，提高铸模寿命。

进而，将由相对于所有方向具有曲率的曲面形成的凹部2的最小开口宽度即异种物质填充层3的铜板壁面的直径设为5mm和6mm这两个水准，制作具有形成凹部2的平均曲率半径不同的凹部2的铜板试验片(热传导率；360W/(m×K))，实施上述的热疲劳试验(JIS2278，高温侧：700℃，低温侧：25℃)，研究凹部2的平均曲率半径对在铜板试验片的表面产生龟裂时的热循环数产生的影响。铜板壁面中的凹部2的开口形状全部设为圆形。试验中，在凹部2填充纯镍(热传导率；90W/(m×K))而形成异种物质填充层3。凹部2的曲面的曲率是用CNC三维测定机进行测定而以数字数据的形式累积，以其为基础求出各测定点的水平方向和垂直方向的曲率半径。平均曲率半径通过将所求出的曲率半径的总和除以所求出的曲率半径的个数而算出。将曲率半径成为无限大的数据除外，算出平均曲率半径。

图8是表示凹部的平均曲率半径对铜板试验片产生龟裂时的热循环数产生的影响的图。如图8所示，形成凹部2的平均曲率半径大于凹部2的最小开口宽度d的1/2时，铜板试验片的表面产生龟裂时的热循环数大，可以确认铸模寿命进一步延长。认为在形成凹部2的平均曲率半径为凹部2的最小开口宽度d的1/2以下时，异种物质填充层3与铸模铜板的界面的应力变大，容易产生龟裂。

根据上述结果，以实机板坯连续铸造机进一步实施试验。该实机试验中，主要研究板坯铸片的表面瑕疵的产生状况。实机试验中，以具有具备图5所示的凹部2的铸模长边铜板1的连续铸造用铸模、具有具备图6所示的凹部2的铸模长边铜板1的连续铸造用铸模和具有不具备异种物质填充层3的铸模长边铜板的连续铸造用铸模这3个水准进行试验。试验中，作为铸模长边铜板1，使用热传导率为360W/(m×K)的铜合金，作为填充于凹部2的物质，使用热传导率为90W/(m×K)的纯镍，长度Q为50mm，长度L为200mm。

图9是表示板坯铸片的表面裂纹个数密度的调查结果的图。如图9所示，可以确认即使凹部2的铸模铜板表面的形状为如图5所示那样的相对于所有方向具有曲率的曲面、或是如图6所示那样的凹部2的一部分不具有曲率的形状，只要是具备异种物质填充层3的铜铸模，则板坯铸片的表面裂纹个数密度，与使用不具备异种物质填充层3的铜铸模的情况相比也会大幅减少。由该结果可知，通过设置异种物质填充层3，可以有效地减轻板坯铸片的表面裂纹。

进而，在具有铜板内壁面的凹部2的开口形状为圆形且凹部2的在铸模铜板表面的形状为相对于所有方向具有曲率的曲面的凹部2的铸模长边铜板1中，将凹部2的最小开口宽度即异种物质填充层3的铜板内壁面的直径设为5mm和6mm这两个水准，变更形成凹部2的平均曲率半径，研究凹部2的平均曲率半径对板坯铸片的表面裂纹个数密度产生的影响。试验中，作为铸模长边铜板1，使用热传导率为360W/(m×K)的铜合金，作为填充于凹部2的物质，使用热传导率为90W/(m×K)的纯镍，长度Q为50mm，长度L为200mm。

图10是表示凹部的平均曲率半径对板坯铸片的表面裂纹个数密度产生的影响的图。如图10所示，形成凹部2的平均曲率半径为凹部2的最小开口宽度d以下时，可以确认板坯铸片的表面裂纹个数密度进一步变少。认为在形成凹部2的平均曲率半径大于凹部2的最小开口宽度d时，在凹部2的内部填充的异种物质填充层3的体积变小，板坯铸片的表面裂纹抑制效果变小。

基于以上的试验结果，在本实施方式中，需要使凹部2的铸模铜板表面的形状在该凹部2的任意的位置为相对于所有方向具有曲率的曲面。在此，相对于所有方向具有曲率的曲面是指作为球面的一部分的球冠状、椭圆体的一部分等这样的曲面。在这种情况下，形成凹部2的平均曲率半径优选满足下述的式(1)。

d/2＜R≤d···(1)

其中，式(1)中，d为铸模铜板内壁面的凹部的最小开口宽度(mm)，R为凹部的平均曲率半径(mm)。

认为这是因为，如上所述，形成凹部2的平均曲率半径为凹部2的最小开口宽度d的1/2以下时，异种物质填充层3与铸模铜板的界面的应力变大，容易产生龟裂。另一方面，认为这是因为在形成凹部2的平均曲率半径大于凹部2的最小开口宽度d时，异种物质填充层3的体积变小，板坯铸片的表面裂纹抑制效果变小。

本实施方式中，若形成凹部2的曲率半径为恒定的曲率半径，则设计和加工变得容易，为优选，但只要是相对于所有方向具有曲率的曲面，则曲率半径可以不是恒定的。

图1和图2中示出了异种物质填充层3的铸模长边铜板1的内壁面的形状为圆形的例子，但也可以不是圆形。例如，只要是如椭圆形那样的不具有所谓的“角”的接近圆形的形状，可以是任何形状。以下，将接近圆形的形状称为“近似圆形”。近似圆形例如为椭圆形、使角部制成圆或椭圆的长方形等不具有角部的形状。

上述式(1)中的最小开口宽度d是定义为通过凹部2的在铸模长边铜板1的内壁面中的开口形状的中心的直线中最短的直线的长度。换言之，定义为通过异种物质填充层3的在铸模长边铜板1的内壁面的形状的中心的直线中最短的直线的长度。因此，最小开口宽度d在凹部2的在铸模长边铜板1的内壁面的开口形状为圆形的情况下为圆的直径，在椭圆形的情况下为椭圆的短径。凹部2在铸模长边铜板1的内壁面的开口形状为圆形且形成凹部2的平均曲率半径R满足上述式(1)的情况下，可以使凹部2的曲率半径为恒定地形成凹部2。

异种物质填充层3的直径(近似圆形的情况下为等效圆直径)优选为2～20mm。通过使异种物质填充层3的直径为2mm以上，异种物质填充层3中的热通量的降低变得充分，可得到表面裂纹抑制效果。通过使异种物质填充层3的直径为2mm以上，可容易通过镀覆处理、喷镀处理将金属填充至凹部2的内部。另一方面，通过使异种物质填充层3的直径(近似圆形的情况下为等效圆直径)为20mm以下，可抑制异种物质填充层3中的凝固延迟，防止应力在该位置向凝固壳集中，可以抑制凝固壳的表面裂纹的产生。等效圆直径是将近似圆形假设为圆，由近似圆形的异种物质填充层3的面积算出的值。

图1和图2中示出了异种物质填充层3以间隔P分离而配置的例子，但也可以不分离异种物质填充层3而配置。例如，如图11所示，多个异种物质填充层彼此可以抵接或连接。图11是表示异种物质填充层3的配置例的示意图，(A)为异种物质填充层彼此抵接的例子，(B)是异种物质填充层彼此连接的例子。

将异种物质填充层3设为图11的(A)或(B)的形状而具有异种物质填充层彼此重叠的范围，从而可以很长地维持在铸模宽度方向或铸片拉拔方向进行了热通量的变化的状态，由此，能够使热通量的变化周期为长周期和短周期的重叠型。即，能够控制铸模宽度方向或铸片拉拔方向的热通量分布(热流速的最大值、最小值)，可提高δ→γ相变时等的应力分散效果。由于异种物质填充层3与铸模铜板的界面变小，因此使用时的异种物质填充层上的应力变小，铸模寿命提高。

所有异种物质填充层3的面积的总和B(mm²)相对于配置有异种物质填充层3的区域内的铸模铜板内壁面的面积A(mm²)的比即面积率ε(ε＝(B/A)×100)优选为10％以上。通过将面积率ε确保为10％以上，可确保热通量小的异种物质填充层3所占的面积，在异种物质填充层3与纯铜部或铜合金部得到热通量差，可稳定地得到铸片表面裂纹抑制效果。面积率ε的上限值可以没有特别限定，但若设为50％以上则因周期性的热通量差所致的铸片表面裂纹抑制效果饱和，因此设为50％就足够。

图5中示出了由在任意的位置相对于所有方向具有曲率的曲面形成的凹部2，但凹部2的形状也可以是由相对于所有方向具有曲率的曲面以及平面构成的形状。

使用如此构成的连续铸造用铸模连续铸造铸片时，特别优选将表面裂纹的感受性高的碳含量为0.08～0.17质量％的中碳钢的板坯铸片(厚度；200mm以上)进行连续铸造时使用。以往在将中碳钢的板坯铸片进行连续铸造时，为了防止铸片的表面裂纹，一般使铸片拉拔速度低速化，但通过使用本实施方式所涉及的连续铸造用铸模，可以抑制铸片表面裂纹，因此即使是1.5m/min以上的铸片拉拔速度，也可以连续铸造没有表面裂纹的或表面裂纹显著少的铸片。

如以上说明的那样，在水冷式铜铸模的内壁面具有多个异种物质填充层3的连续铸造用铸模中，使构成异种物质填充层3的凹部2的铸模铜板表面的形状在该凹部的任意的位置为相对于所有方向具有曲率的曲面，因此在与异种物质填充层3接触的铸模铜板表面不会产生应力集中，由此，可抑制在铸模铜板的龟裂产生，可以大幅延长具有异种物质填充层3的连续铸造用铸模的使用次数。

上述说明是针对板坯铸片的连续铸造而进行的，但本实施方式不限定于板坯铸片的连续铸造，也可以按照上述说明应用于钢锭铸片、铁坯铸片的连续铸造。

实施例

将300吨的中碳钢(化学成分，C：0.08～0.17质量％、Si：0.10～0.30质量％、Mn：0.50～1.20质量％、P：0.010～0.030质量％、S：0.005～0.015质量％、Al：0.020～0.040质量％)使用在内壁面以各种条件设置有异种物质填充层的水冷式铜合金制铸模进行连续铸造，进行研究铸造后的板坯铸片的表面裂纹个数和铸模铜板表面的龟裂产生个数的试验(本发明例和比较例)。所使用的水冷式铜合金制铸模是具有长边长度为1.8m、短边长度为0.22m的内面空间尺寸的铸模。为了进行比较，也实施了未设置异种物质填充层的水冷式铜合金制铸模中的试验(以往例)。

所使用的水冷式铜合金制铸模的从上端到下端的长度为950mm，将正常铸造时的弯月面(铸模内钢水液面)的位置设定为从铸模上端起为100mm的下方位置，在从铸模上端向下方60mm的位置到从铸模上端向下方400mm的位置为止的区域配置异种物质填充层。

作为铸模铜板，使用热传导率为360W/(m×K)的铜合金，作为异种物质填充层的填充金属，使用纯镍(热传导率；90W/(m×K))，将凹部的在铸模长边铜板的内壁面的开口形状设为圆形或椭圆形，通过镀覆处理在以各种平均曲率半径形成的凹部填充纯镍，形成异种物质填充层。将凹部的最小开口宽度d、平均曲率半径R和填充部的形状示于表1。本发明例19、20的凹部的开口形状为圆形，具有球带状且在底部设有平面的形状。

[表1]

在连续铸造结束后，通过染色浸透探伤检查对铸造的板坯铸片表面的21m²以上的面积进行检查，测定1.0mm以上的长度的表面裂纹的个数，将其总和除以铸片测定面积而得到的铸片表面裂纹个数密度，使用该铸片表面裂纹个数密度评价铸片表面裂纹的产生状况。连续铸造结束后，作为铸模寿命的评价，测定铸模铜板表面的龟裂个数。将板坯铸片的表面裂纹个数密度和铸模铜板表面的龟裂个数指数的调查结果一并示于上述的表1。铸模铜板表面的龟裂个数指数是将所测定的龟裂个数除以以往例中测定的龟裂个数而算出的。

图12是表示本发明例1～20、比较例1～5和以往例中的板坯铸片的铸片表面裂纹个数密度的图。如图12所示，可知本发明例与比较例和以往例相比可以减少铸片表面裂纹个数密度。可知在凹部的平均曲率半径R为凹部的最小开口宽度d以下时，铸片表面裂纹个数稳定地下降。由本发明例19、20的结果可知，即使为球带状且底部设有平面，与比较例和以往例相比，也可以减少铸片表面裂纹个数密度。

图13是表示本发明例1～20、比较例1～5和以往例中的铸模铜板表面的龟裂个数指数的图。如图13所示，可知本发明例与比较例相比铸模铜板表面的龟裂个数指数变小，可减少铸模铜板表面的龟裂产生。由本发明例19、20的结果可知，即使为球带状且底部设有平面，与比较例和以往例相比龟裂个数指数也会变小，可以减少铸模铜板表面的龟裂产生。

另一方面，在本发明例中，在凹部的平均曲率半径R超过凹部的最小开口宽度d的1/2的情况下以及凹部的平均曲率半径R为凹部的最小开口宽度d的1/2以下的情况下，如图8所示，凹部的平均曲率半径R超过凹部的最小开口宽度d的1/2的情况与凹部的平均曲率半径R为凹部的最小开口宽度d的1/2以下的情况相比，产生龟裂时的热循环数大幅增加，通过使凹部的平均曲率半径R超过凹部的最小开口宽度d的1/2，可以抑制在铸模铜板表面的龟裂产生。

虽然表1中存在若干偏差，但根据凹部的平均曲率半径R和凹部的最小开口宽度d的1/2的大小可看到铸模铜板表面的龟裂个数指数的差异。表1中，在凹部的平均曲率半径R为凹部的最小开口宽度d的1/2以下时，成为以往例的龟裂个数指数以上的例子为3/4，与此相对，在凹部的平均曲率半径R超过凹部的最小开口宽度d的1/2的情况下，成为以往例的龟裂个数指数以上的例子为7/14，可知通过使凹部的平均曲率半径R超过凹部的最小开口宽度d的1/2，可以进一步减少铸模铜板表面的龟裂产生。由该结果和图12的结果可知，为了抑制板坯铸片的表面裂纹且延长铸模寿命，将形成凹部的平均曲率半径R设为上述式(1)的范围是有效的。

符号说明

1 铸模长边铜板

2 凹部

3 异种物质填充层

4 狭缝

5 背板

6 镀覆层

Claims (9)

1.一种连续铸造用铸模，是由水冷式铜铸模形成的连续铸造用铸模，具有：

在所述水冷式铜铸模的内壁面至少设置于从弯月面到弯月面的下方20mm的位置为止的区域的一部分或整体上的凹部，以及

在所述凹部的内部填充具有与构成所述水冷式铜铸模的铸模铜板的热传导率不同的热传导率的金属或非金属而形成的多个异种物质填充层，

并且，所述凹部的铸模铜板表面的形状由相对于所有方向具有曲率的曲面和平面构成。

2.一种连续铸造用铸模，是由水冷式铜铸模形成的连续铸造用铸模，具有：

在所述水冷式铜铸模的内壁面至少设置于从弯月面到弯月面的下方20mm的位置为止的区域的一部分或整体上的凹部、以及

在所述凹部的内部填充具有与构成所述水冷式铜铸模的铸模铜板的热传导率不同的热传导率的金属或非金属而形成的多个的异种物质填充层，

并且，所述凹部的铸模铜板表面的形状是在所述凹部的任意的位置相对于所有方向具有曲率的曲面。

3.根据权利要求1或2所述的连续铸造用铸模，其中，所述凹部由满足下述式(1)的曲率半径的曲面形成，

d/2＜R≤d···(1)，

式(1)中，d为铸模铜板内壁面的凹部的最小开口宽度，R为凹部的平均曲率半径，d和R的单位均为mm。

4.根据权利要求3所述的连续铸造用铸模，其中，所述曲率半径为恒定的值。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的连续铸造用铸模，其中，所述凹部的铸模铜板内壁面的开口形状为椭圆形，且相邻的全部凹部未抵接或未连接。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的连续铸造用铸模，其中，所述凹部的铸模铜板内壁面的开口形状为椭圆形，且相邻的全部凹部或一部分凹部抵接或连接。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的连续铸造用铸模，其中，所述凹部的铸模铜板内壁面的开口形状为圆形，且相邻的全部凹部未抵接或未连接。

8.根据权利要求1～4中任一项所述的连续铸造用铸模，其中，所述凹部的铸模铜板内壁面的开口形状为圆形，且相邻的全部凹部或一部分凹部抵接或连接。

9.一种钢的连续铸造方法，使用权利要求1～8中任一项所述的连续铸造用铸模，将中间包内的钢水注入到所述连续铸造用铸模而对钢水进行连续铸造。