CN115697587A - 连续铸造方法 - Google Patents

Abstract

提出可靠地抑制铸片的表面开裂、特别是制造无拐角开裂的高品质的板坯的连续铸造方法。连续铸造方法是对钢进行连续铸造的方法，使用铸模拐角部的倒角形状满足0.09≤C/L≤0.20(式中，C表示拐角倒角量(mm)、L表示铸片短边长度(mm))的关系的铸模，并将从铸模正下至下部矫正为止施加于铸片拐角部的平均二次冷却水量密度设为20～60L/(min·m²)。特别是，优选的是，钢的成分组成以质量％计具有C：0.05～0.25％及Mn：1.0～4.0％，进一步任选地具有选自Nb：0.01～0.1％、V：0.01～0.1％及Mo：0.01～0.1％之中的1种以上。

Description

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的表面开裂发生的、钢的连续铸造方法。

背景技术

近年来，对高张力钢的要求规格逐渐严格，为了提高钢板的机械的性质，Cu、Ni、Nb、V及Ti等合金元素的含量不断增加。在例如使用垂直弯曲型连续铸造机来铸造这样的合金钢的情况下，在铸片的矫正部、弯曲部中，在与铸片的铸造方向正交的矩形截面的四个角(以下也称为铸片拐角部)上负荷应力，从而容易发生表面开裂、特别是在铸片拐角部容易发生开裂。该拐角开裂容易成为厚钢板的表面缺陷的原因，是成为使钢板产品的成品率下降的原因。

即，合金钢的铸片在其凝固组织从奥氏体相相变为铁素体相的Ar₃相变点的附近温度条件下热延展性显著下降。

因此，连续铸造工序中，为了防止上述拐角开裂，一般进行通过二次冷却控制铸片表面温度并以相变点以上的温度来矫正，或者将铸片凝固组织控制为不易开裂的组织。

为了将铸片表面温度保持在高温，一般关闭铸片拐角部附近的喷雾配管，实施不进行冷却的喷雾宽度缩窄(日文：スプレー幅切り)。

另外，作为控制凝固组织的方法，例如，专利文献1中公开了如下技术：将铸片从矩形的铸模拉拔出后立即开始铸片的二次冷却，在将铸片的表面温度暂时冷却至比Ar₃相变点低的温度后，再次加热至大于Ar₃相变点的温度，然后，在矫正该铸片时，通过将使铸片表面温度保持在比Ar₃相变点低的温度的时间和铸片表面温度达到的最低的温度设在适当的范围内，从而使从铸片表面起至至少2mm深度为止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。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-307149号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，上述以往技术中存在以下的问题。

即，喷雾宽度缩窄的技术是停止铸片拐角部附近的来自喷雾器的喷射，防止拐角温度下降的技术。但是，为了适应近年来的各种需求，铸片的宽度也变得多种多样，因此存在对所有尺寸的铸片的拐角进行适当的喷雾宽度缩窄而言需要巨大的设备投资的问题。再加上若铸造速度变慢，则由于铸片拐角部从板坯的长边侧、短边侧的2个面进行冷却，从而容易造成过冷却。而且，由于在连续铸造机内的滞留时间增加，因此即使不喷射冷却喷雾，也会发生由辐射冷却引起的拐角温度下将的问题。

另外，专利文献1记载的技术中，可能存在在从二次冷却喷淋器向铸片喷射后，到达铸片并流动的、下垂水的影响。特别是若铸造速度变慢，则下垂水影响铸片表面的冷却，因此存在例如通过传热计算来定量地控制铸片表面温度变得困难的情况。

本发明是鉴于上述这样的情况而实施的，其目的在于，提供一种连续铸造方法，其可靠地抑制以往仅基于利用二次冷却的铸片温度控制不能充分消除的铸片的表面开裂，特别是制造无拐角开裂的高品质的板坯。

用于解决课题的手段

本申请的发明人发现，通过使用具有适当形状的铸造空间的铸模，并且抑制利用二次冷却的铸片拐角部的温度下降，能够抑制铸片的表面开裂，从而想到了本发明。

有利地解决上述课题的本发明的连续铸造方法是对钢进行连续铸造的方法，其特征在于，使用铸模拐角部的倒角形状满足下述式(1)的铸模，并将从铸模正下至下部矫正为止施加于铸片拐角部的平均二次冷却水量密度设为20～60L/(min·m²)，

0.09≤C/L≤0.20…(1)

此处，C表示拐角倒角量(mm)、

L表示铸片短边长度(mm)。

需要说明的是，对于本发明涉及的连续铸造方法而言，认为下述方案是更优选的解决手段：前述钢的成分组成以质量％计具有C：0.05～0.25％及Mn：1.0～4.0％，进一步任选地具有选自Nb：0.01～0.1％、V：0.01～0.1％及Mo：0.01～0.1％之中的1种以上。

发明的效果

根据本发明，由于在使用划分出适当形状的铸造空间的铸模的同时利用二次冷却控制铸片拐角部的温度，因此实现了防止连续铸造铸片的拐角开裂、提供高品质的板坯。

附图说明

[图1]为示出本发明的一个实施方式涉及的铸模的、上表面示意图。

[图2]为示出倒角形状对铸片拐角部的温度的影响的图表。

具体实施方式

本发明的一个实施方式涉及的钢的连续铸造方法(钢片的制造方法)具有将从连续铸造铸模拉拔出的铸片在通过分别相对的多对辊进行支承的同时进行铸造的工序。首先，利用铸模对钢液进行一次冷却。然后，以规定的拉拔速度从铸模拉拔铸片，在利用沿铸造方向排列的多对辊对该铸片进行支承的同时进行二次冷却，从而得到钢片。例如，在弯曲型连续铸造机的情况下，在出口侧附近存在1对或多对对弯曲的铸片进行矫正的辊，利用这些辊进行弯曲的矫正并向水平方向拉拔。此时，为了在矫正时不在铸片拐角部诱发表面开裂，使用划分出适当形状的铸造空间的铸模、并且从铸模正下至回弯矫正点(下部矫正)为止的冷却带中经历适当的冷却模式是关键的。本实施方式中使用的连续铸造机只要在从铸模的正下至铸片搬出为止的期间包括弯曲或回弯矫正，则没有特别限定。

此处，本申请的发明人针对用弯曲型连续铸造机铸造的铸片观察了表面开裂。铸片的表面开裂集中发生在上表面拐角及其附近。这是由于在回弯矫正时产生拉伸应力而造成的。需要说明的是，铸片的上表面侧是指弯曲型连铸机的弯曲带的弯曲的内侧，即在水平带上成为上表面的长边表面侧。

若对开裂部进行蚀刻，则开裂沿旧奥氏体晶界传播，因此在自奥氏体起开始铁素体相变的温度区域(一般称为脆化温度)发生开裂，考虑到这一方面，实施了将二次冷却条件进行各种变更的实验。

即，用各种二次冷却条件进行使用传热解析的实验，结果发现当在从铸模正下至进入下部(弯曲)矫正部为止的期间将施加于铸片拐角部附近的二次冷却喷雾的平均水量密度控制在小于20L/(minm²)，并且在直至进入弯曲矫正为止以表面温度不达到Ar₃点以下的方式控制，则铸片拐角部的开裂减少。

但是，如前所述，由于铸片拐角部的温度比周围容易下降，因此需要大量减少冷却喷雾量，而在拐角部以外的铸片表面发生了冷却不足。由此，发生由于凝固壳的厚度不足而导致的铸片鼓胀(由于钢液静压导致铸片在支承辊间膨胀的现象)，在凝固壳内部发生开裂。

因此，本申请的发明人关注到铸片的形状。以往的铸片为矩形且从两面冷却拐角部，因此容易发生铸片拐角部的过冷却。想到是否能够通过变更铸片的形状来改变冷却结构以抑制过冷却，由此通过热应力解析研究了适当的铸片形状。

通过热应力解析进行研究的结果，得到下述见解：通过使铸片成为将与其铸造方向正交的矩形截面的四个角的角部去除的倒角形状，能够减轻在铸片拐角部的过冷却和应力负荷。并且，为了使铸片的四个角成为倒角形状，使用将与矩形截面的铸模同样为矩形的铸造空间的四个角(的直角部)以直角三角形状除去从而形成倒角形状的铸模进行铸造是关键的。以下，也将具有作为这样的倒角形状的铸造空间的铸模称为倒角模具。

为了明确适合本发明的目的的铸模的倒角形状而反复深入研究，结果判明需要以下的形状规定。针对倒角模具中的倒角部4，在图1的倒角模具的上表面图中示出。在进行将矩形铸造空间的各个角的直角部分以直角三角形状除去的倒角的情况下，将该直角三角形以铸模短边3侧的长度b相对铸模长边2侧的长度a之比b/a来规定，针对该比b/a对铸片拐角部的过冷却带来的影响进行了热解析。针对该计算结果，以750将倒角前的矩形模具(图1的b＝a＝0)的情况下的温度标准化，示于图2。此处，将a固定在2～20mm的范围、将b固定为20mm进行调查。将倒角模具中的铸片拐角部的温度设为在通过倒角形成的角2点和其间的最低的温度。如图2所示，首先，发现通过设为倒角模具，从而与矩形模具相比，铸片拐角部的温度变高。特别是比b/a＝1的情况下，铸片拐角部的温度变为最大。本实施方式中，在效果最大的b/a＝1的条件下设置倒角量C(＝a＝b)，设计了连续铸造铸模1。

如上所述，本实施方式优选适用于自奥氏体起铁素体相变中的脆化敏感性高的钢。例如能够合适地用于钢的成分组成以质量％计具有C：0.05～0.25％及Mn：1.0～4.0％，进一步任选地具有选自Nb：0.01～0.1％、V：0.01～0.1％及Mo：0.01～0.1％之中的1种以上的情况。以下，对于成分组成而言，除非另有说明，则将“质量％”简单记为％。

C：0.05～0.25％

C含量为0.05～0.25％时，特别是奥氏体晶粒容易粗大化。因此，优选将本实施方式应用于脆化敏感性高的、C含量为0.05～0.25％的钢组成的情况。

Mn：1.0～4.0％

Mn含量为小于1.0％时，不易生成作为脆化因子的MnS，因此不会出现问题。1.0％以上时，脆化敏感性变高，而大于4.0％时，产品变成过高强度，因此不希望。因此，优选将本实施方式应用于脆化敏感性高的、Mn含量为1.0～4.0％的钢组成的情况。

选自Nb：0.01～0.1％、V：0.01～0.1％及Mo：0.01～0.1％之中的1种以上

Nb、V及Mo是有助于提高钢的强度的元素，但其含量分别小于0.01％时，不易生成作为脆化因子的碳氮化物，因此不会发生问题。另一方面，大于0.1％时，合金的价格变高、成本上升，而且性能过剩而超出必要限度，因此多于0.1％来添加是不优选的。

实施例

(实施例1)

使用弯曲型连续铸造机，铸造具有以质量％计含有C：0.18％、Si：1.4％、Mn：2.8％、P：0.020％以下、S：0.003％以下、及Ti：0.020％的规定的成分组成的钢。该钢的Ar₃相变点为805℃。铸造条件为铸造厚度220mm、铸造宽度1000～1600mm及铸造速度1.20～1.80m/min的范围。需要说明的是，弯曲部(下部矫正)通过时的铸片温度通过使用热电偶、辐射温度计进行测定来确认。对于铸造后的铸片而言，为了容易观察铸片表面的开裂，利用喷丸去除铸片表面的氧化物，然后，进行着色探伤(着色浸透探伤试验)，调查有无铸片拐角部的开裂。并且，作为拐角开裂发生率，通过拐角开裂铸片片数/调查铸片片数×100％进行评价。关于内部开裂的调查，切出与铸片的铸造方向垂直的截面试样，在铣削精加工后，利用温盐酸实施宏观蚀刻。用宏观蚀刻的照片调查有无内部开裂。

首先，进行确定发挥效果的倒角尺寸(倒角量)C[mm]的大小的调查。此处，将从铸模正下至下部矫正为止施加于铸片拐角部的平均二次冷却水量密度固定为60L/(min·m²)。表1中示出其结果。若将铸片的短边长度设为L[mm]，则在C/L为比0.09小的试验No.1及2的情况下，距长边、短边的距离相对于矩形的拐角而言几乎没有变化，几乎不能得到过冷却抑制效果。另一方面，在C/L为比0.20大的试验No.8及9的情况下，在倒角部与短边、或倒角部与长边的连接部发生两面冷却，从而铸片拐角部的温度下降。即，可知需要将倒角模具的倒角量设在0.09≤C/L≤0.20的范围。

[表1]

(实施例2)

接着，用与确定至弯曲部(下部矫正)通过时为止施加于铸片拐角部的平均二次冷却水量密度与拐角开裂、内部开裂的关系的实施例1同样的钢种、连续铸造条件实施试验。结果在表2中示出。

可知在矩形铸模(试验No.10～16)中通过将平均二次冷却水量密度设为小于20L/(min·m²)(试验No.10及11)，从而拐角温度成为Ar₃以上、拐角开裂减轻。但是，由于不可能仅对拐角进行缓冷，因此拐角附近的凝固壳的厚度不足，由于鼓胀而发生内部开裂。由此可见，在通常的矩形铸模中不能兼顾抑制拐角开裂和抑制内部开裂。另外，在使用偏离本实施方式的倒角铸模(试验No.17～23)的情况下，也如实施例1所示那样，几乎没有拐角过冷却抑制效果，因此与矩形铸模相同，若不将平均二次冷却水量密度下降至小于20L/(min·m²)，则不能抑制拐角开裂，不能避免由鼓胀导致的内部开裂。在应用本实施方式的倒角铸模(试验No.24～31)的情况下，在小于20L/(min·m²)(试验No.24及25)的情况下发生内部开裂这点是相同的。另一方面，借助对铸片形状进行变更的效果，能够在60L/(min·m²)以下的平均二次冷却水量密度范围(试验No.24～30)内抑制铸片拐角部的过冷却，并且能够防止拐角开裂。也就是说，通过将从铸模正下至下部矫正为止施加于拐角部的平均二次冷却水量密度设为20～60L/(min·m²)的范围(试验No.26～30)，由此能够制造兼顾抑制拐角开裂和抑制内部开裂的铸片。

[表2]

附图标记说明

1 连续铸造铸模

2 长边

3 短边

4 倒角部

Claims (2)

1.连续铸造方法，其是对钢进行连续铸造的方法，其特征在于，使用铸模拐角部的倒角形状满足下述式(1)的铸模，并将从铸模正下至下部矫正为止施加于铸片拐角部的平均二次冷却水量密度设为20～60L/(min·m²)，

0.09≤C/L≤0.20…(1)

此处，C表示拐角倒角量(mm)、

L表示铸片短边长度(mm)。

2.如权利要求1所述的连续铸造方法，其特征在于，所述钢的成分组成以质量％计具有C：0.05～0.25％及Mn：1.0～4.0％，进一步任选地具有选自Nb：0.01～0.1％、V：0.01～0.1％及Mo：0.01～0.1％之中的1种以上。

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