JP2000246407A

JP2000246407A - 非金属介在物の少ない鋳片

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Publication number: JP2000246407A
Application number: JP4563499A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Wakao; 昌光若生; Katsuhiro Fuchigami; 勝弘淵上; Takeo Imoto; 健夫井本; Hiroaki Iiboshi; 弘昭飯星; Kiyoshi Shigematsu; 清重松
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2000-09-12
Anticipated expiration: 2019-02-24
Also published as: JP3527122B2

Abstract

(57)【要約】【課題】連続鋳造によって鋳片表層における非金属介
在物を低減すると共に、内層における非金属介在物も同
時に低減せしめた鋳片を提供する。【解決手段】連続鋳造された鋳片の長辺面と短辺面の
双方と垂直な面で、かつ鋳片幅中央部から±２００ｍｍ
にあって、鋳片長辺面の表層下５ｍｍ〜１０ｍｍ間にお
ける凝固組織の形態が下記（１）式を満たすか、また
は、鋳片長辺面と平行し、かつほぼ鋳片厚みの中心部面
で鋳造方向４００ｍｍの長さ領域にあって、鋳片短辺面
の表層下１５ｍｍ〜２５ｍｍ間における凝固組織の形態
が下記（２）式を満たすか、さらには下記（１）式
（２）式を同時に満たした非金属介在物の少ない鋳片。１０≦θ１≦４０・・・・・（１）０≦θ２≦１５・・・・・（２）ただし、θ１，θ２：凝固組織である１次デンドライト
の鋳片表面の法線とのなす角度（°）の平均値。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造鋳型によ
って、鋳型内から凝固開始する凝固シェルの表層または
鋳片内層における非金属介在物の少くない鋳片に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼中の非金属介在物は、製品において種
々の欠陥を引き起こすため、その低減に多大の努力がな
されている。特に近年、介在物の極力少ない清浄鋼が要
求されており、その対応として、鋼の精錬時のみならず
連続鋳造においても種々の介在物低減対策が行われてい
る。このうち、溶鋼を凝固させる鋳型内については、鋳
型内で溶鋼を凝固させる際に、電磁力を用いて、溶鋼を
積極的に攪拌させる技術（例えば特開昭５６−４３５
３）や逆に溶鋼流れにブレーキをかけて内部への介在物
侵入を抑制する技術（例えば特開昭５９−１０１２６）
が適用されている。また、両者を同時に適用した技術
（例えば特開平５−１７７３１７）がある。これらは、
以下のような理由によるものである。

【０００３】通常の鋳片（スラブ）の連続鋳造において
は、図７に示すように一般的に短辺方向に向いた２個の
吐出口３を有する浸漬ノズル２を、鋳型１中央部に配置
して溶鋼を鋳型内へ注入しており、この吐出流６は、鋳
型短辺面に衝突して上部方向に反転し上昇流１３とな
り、他方は下部方向に向かう下降流１４に分岐する。こ
れら吐出流６によって鋳型溶鋼内に持たらされた非金属
介在物（以下、単に介在物と記す）や気泡は、一部は溶
鋼表面に浮上して溶鋼上に存在するフラックスによって
吸収除去されるが、残りは下降流１４によって溶鋼の深
部に運ばれ、ふたたび浮上過程で凝固シェル９に捕捉さ
れ、鋳片内部に残留する。この介在物によって最終製品
においてはフクレ疵、ブローホール、微小ヘゲ等と呼ば
れる欠陥の発生に至る。

【０００４】また、上昇流１３によりメニスカス８に運
ばれた介在物の一部が、メニスカス近くの凝固シェルに
捕捉された場合には、鋳片表層近傍に介在物が多くなる
ために、製品においてスリバーと呼ばれる欠陥になる。
このような介在物のうち、鋳片内部に残留する介在物に
ついては、その個数を低減する目的で、電磁ブレーキが
用いられる。

【０００５】すなわち、図４に示すように、鋳型下方に
溶鋼の流れを止める電磁制動装置を設置し、鋳造ノズル
からの吐出流６に直接移動磁界や静磁場を作用させた
り、または吐出流６を鋳型短辺に衝突させ、これに沿っ
て流れる下降流１４に静磁場を作用させて減衰させるこ
とにより、鋳片内部への介在物侵入を防止するものであ
る。また、鋳片表層近傍の介在物については、その個数
を低減する目的で、電磁攪拌装置が用いられる。すなわ
ち、図４に示すように、鋳型上部に溶鋼を攪拌するため
の電磁攪拌装置を設置して、メニスカス８の流れを促進
することにより、凝固シェル／溶鋼界面に流れを与え
て、凝固シェル前面での介在物捕捉や気泡捕捉を防止す
るものである。鋳型上面での凝固シェルに介在物が捕捉
されなければ、鋳片表層近傍で介在物の少ない鋳片が得
られる。

【０００６】しかしながら、これら装置の設置位置や印
加する磁場の大きさ、また鋳造する鋼種や鋳造サイズ、
浸漬ノズルの孔数や角度といった形状に関する条件、鋳
造速度等が異なった場合には、電磁攪拌や電磁ブレーキ
をかけた場合の溶鋼流動が必ずしも介在物低減にとって
最適な値となっているかどうかは保証できない。すなわ
ち、電磁攪拌を例にとると、メニスカスの溶鋼流速が小
さすぎれば、凝固シェルによる介在物捕捉を防止するこ
とはできない。また、逆にメニスカスの溶鋼流速が大き
すぎると、溶鋼表面上に添加されているモールドフラッ
クスを巻き込み、フラックス起因の介在物欠陥が増加す
ることになる。

【０００７】一方、溶鋼流速そのものを条件として規定
する考え方もあるが、鋳造中の鋳型内の溶鋼流速を正確
に測定することは困難である。従って、鋳片の表層近傍
と内部において、介在物個数が少なくなる電磁力付与の
条件や介在物個数が少ない鋳片そのもの条件を見い出す
必要が望まれていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来法
で得られる鋳片の持つ課題、つまり鋳片表層の介在物の
低減および鋳片内部の介在物低減を可能にした優れた連
続鋳造鋳片を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは下記の通りである。（１）連続鋳造された鋳片の長辺面と短辺面の双方と
垂直な面で、かつ鋳片幅中央部から±２００ｍｍにあっ
て、鋳片長辺面の表層下５ｍｍ〜１０ｍｍ間における凝
固組織の形態が下記（１）式を満たす非金属介在物の少
ない鋳片。１０≦θ１≦４０・・・・（１）ただし、θ１：凝固組織である１次デンドライトが鋳片
表面の法線となす角度（°）の平均値。（２）連続鋳造された鋳片の長辺面と平行し、かつほ
ぼ鋳片厚み中心部面で鋳造方向４００ｍｍの長さ領域に
あって、鋳片短辺面の表層下１５ｍｍ〜２５ｍｍ間にお
ける凝固組織の形態が下記（２）式を満たすことを特徴
とする非金属介在物の少ない鋳片。０≦θ２≦１５・・・・（２）ただし、θ２：凝固組織である１次デンドライトが鋳片
表面の法線となす角度（°）の平均値。（３）前記（１）と（２）を同時に満たす非金属介在
物の少ない鋳片。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明者らは、上記課題に対し
て、溶鋼流れの大きさを表す指標として、鋳片の凝固組
織に着目した。種々の条件で鋳片を製造し、その鋳片を
詳細に解析することによって、凝固組織と介在物の関係
を調査した。連続鋳造で製造された鋳片の凝固組織は、
例えば図６（ａ），（ｂ）にスケッチして示したような
形態となる。この時の鋳造条件は、後述の表１の鋼種ｂ
に示した組成を有する溶鋼で、鋳造鋳片サイズは、厚さ
２８０ｍｍ、幅１８００ｍｍで、鋳造速度１．５ｍ／ｍ
ｉｎであり、通常大量生産されているスラブ鋳片であ
る。

【００１１】この凝固組織の試料採取位置は、図６
（ａ）に示したものは、図５に示した鋳片の斜線部分Ａ
から切り出された試料Ａで、鋳片の長辺面と短辺面の双
方と垂直な面で、かつ鋳片幅中央部から±２００ｍｍに
あって、鋳片長辺面の表層下５ｍｍ〜１０ｍｍ間を見た
ものである。また、図６（ｂ）に示したものは、図５に
示した鋳片の斜線部分Ｂから切り出された試料Ｂで、鋳
片長辺面と平行で、かつほぼ鋳片厚み中心部面で、鋳造
方向４００ｍｍの長さ領域にあって、鋳片短辺面の表層
１５ｍｍ〜２５ｍｍ間から採取したもので、主に鋳片内
部の形態を示す。

【００１２】本発明者らは、これらの凝固組織に着目し
て、鋳片内介在物個数との関係を調査した結果、図２お
よび図３に示すような１次デンドライト偏向角と介在物
指数との間に明瞭な因果関係があることを見い出すに至
った。

【００１３】ここで、図２および図３の縦軸の介在物指
数とは過去数年間に渡るユーザーからの鋼板の清浄度に
対する要望から、本発明者らが解析して経験的に求めた
値であり、一般的な鋼板であれば介在物指数１が自動車
用鋼板や飲料缶用鋼板で介在物欠陥の発生しない合格レ
ベルとして採用している値である。このような１次デン
ドライト組織の１例として、図１（ａ）および（ｂ）に
スケッチして示したが、図示したよう形態は先に示した
図６（ａ），（ｂ）と比較すれば、１次デンドライト組
織の成長状況の差が明らかである。なお鋳片からの試料
採取位置は、前記図５と同様の部分から得たものであ
る。

【００１４】図１に示したような非金属介在物の少ない
鋳片については、その１次デンドライト組織の偏向角の
範囲を図２および図３の結果を用いて下記の如き（１）
式および（２）式で表すことができる。すなわち１０≦θ１≦４０・・・・（１）ただし、θ１：凝固組織である１次デンドライトが鋳片
表面の法線となす角度（°）の平均値。０≦θ２≦１５・・・・（２）ただし、θ２：凝固組織である１次デンドライトが鋳片
表面の法線となす角度（°）の平均値。

【００１５】なお、鋳片からの試料採取位置は、式
（１）については鋳片の長辺面と短辺面の双方と垂直な
面で、かつ鋳片幅中央部から±２００ｍｍにあって、鋳
辺長辺面の表層下５ｍｍ〜１０ｍｍ間（試料Ａ）。式
（２）については鋳片長辺面と平行し、かつほぼ鋳片厚
み中心部面で鋳造方向４００ｍｍの長さ領域であって、
鋳片短辺面の表層下１５ｍｍ〜２５ｍｍ間（試料Ｂ）で
ある。

【００１６】上記のように１次デンドライト組織が偏向
するのは、その領域が凝固する際の溶鋼の流動に影響を
受け、一般的には溶鋼流速が速い場合はその角度が大き
く、逆に溶鋼の流速が遅い場合はその角度が少なくなる
傾向にある。その理由は、凝固中に液体と固体の界面で
凝固進行方向と垂直な方向に溶鋼流動があると、固体／
液体界面の前方の溶質拡散層の厚みが、溶鋼流れの上流
側で薄くなるために１次デンドライト組織が溶鋼上流側
へ偏向するものと推察される。

【００１７】このような状況から判断して、鋳片表層介
在物については溶鋼流速が適度に存在することによっ
て、介在物が固体／液体界面で洗い流され、残存する量
は減少するが、この流速が速過ぎると逆に溶鋼表面上に
添加されているモールドフラックスまでも巻き込み、鋳
片表層部に捕らえられ介在物量が増すと考えられる。ま
た鋳片内層部の介在物については、溶鋼の下降流が小さ
い程鋳片内部に侵入する介在物量は減少した結果と考え
られる。従って、本発明のような鋳片を得るには、１次
デンドライト凝固組織が成長する過程で上記したような
溶鋼の流動を確保する必要がある。

【００１８】そのための手段として、図４に示すよう
に、鋳型下方部に溶鋼の流れを止める電磁制動装置（電
磁ブレーキ）を設置し、鋳造ノズルからの吐出流６に直
接移動磁界や静磁場を作用させたり、または吐出流６を
鋳型短辺に衝突させ、これに沿って流れる下降流１４に
静磁場を作用させて減衰させるとともに、鋳型上部に溶
鋼を攪拌するための電磁攪拌装置を設置して、メニスカ
ス８の流れを促進することにより、凝固シェル／溶鋼界
面に流れを与えて、凝固シェル前面での介在物捕捉や気
泡捕捉を防止することは、有効な手段となり得る。

【００１９】しかしながら、これら装置の設定位置や印
加する磁場の大きさ、また鋳造する鋼種や鋳造サイズ、
浸漬ノズルの孔数や吐出角度といった形状に関する条
件、鋳造速度等が異なった場合には、電磁攪拌や電磁ブ
レーキをかけた場合の溶鋼流動が、必ずしも介在物低減
にとって最適な値となっているかどうかは保証できない
ので、本発明に見られる凝固組成を指標として、電磁力
条件や鋳造条件を求めることが重要となる。

【００２０】なお、本発明の凝固組織条件を得るには、
必ずしも電磁攪拌と電磁ブレーキを併用する必要はな
い。例えば、鋳造速度を高めにし、適正化された形状の
浸漬ノズルを用いれば、浸漬ノズルの下方に設置された
電磁ブレーキを用いるだけで、メニスカス流速が適正な
範囲内で、かつ溶鋼下降流速がある値以下とすることが
でき、本発明の凝固組織が得られる。

【００２１】また、鋳造速度を比較的遅くすれば、溶鋼
下降流速は小さくなるので、電磁ブレーキを用いること
なく、電磁攪拌だけでメニスカスの溶鋼流速を適正範囲
内に確保でき、本発明の凝固組織が得られる。よって鋳
造時の条件に応じて調整できる因子を適切に制御するこ
とによって、本発明の目的とする介在物の少ない清浄度
の優れた鋳片を得ることができ、製品においても欠陥の
発生も少なく良好な品質を保証することができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。表１に示した溶鋼成分を、表２に示す鋳造条件お
よび電磁力付与条件で、連続鋳造設備を用いて鋳造し
た。鋳造条件としては、鋳造速度、浸漬ノズル形状、鋳
造厚み、鋳造幅を変化させた。また、電磁力について
は、電磁攪拌装置は鋳造上部に設置し、電磁ブレーキ装
置は鋳型の下部に設置した。電流値を変化させることに
より、電磁力を変化させた。比較のために電磁力を用い
ない条件の試験も行なった。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】鋳造した鋳片について、図５に示したよう
に、試料ＡおよびＢを採取し、凝固組織の調査を行なっ
た。観察面を鏡面研磨後、ピクリン酸（３０ｇ／５００
ｃｃ＋１０ｃｃ界面活性剤）を用いて、６０℃で５分間
エッチングし、凝固組織を顕出させた。

【００２６】試料Ａの凝固組織については、凝固組織に
見られる１次デンドライトの伸びる方向と鋳片表面にお
ける法線とのなす角度を、鋳片幅方向４００ｍｍについ
て２０ｍｍピッチで測定基準点を設け、２１箇所測定し
てその平均値を求め、その鋳片の角度とした。角度を測
定する際には、測定点基準点の左右±１０ｍｍを観察
し、ほぼその領域を代表していると見なせる１次デンド
ライトの角度を測った。なお、１次デンドライトの伸び
る方向が、図１のＡ部に示すように、鋳片表面における
法線に対して左側の方向へ伸びる場合と、逆に右側の方
向へ伸びる場合があるが、試料全体で見て、その傾向が
大きい方向をプラス側、逆方向をマイナス側として、平
均値を求めた。

【００２７】試料Ｂの凝固組織については、凝固組織に
見られる１次デンドライトの伸びる方向と鋳片表面にお
ける法線とのなす角度を、鋳造方向４００ｍｍについて
２０ｍｍピッチで測定基準点を設け、２１箇所測定して
その平均値を求め、その鋳片の角度とした。角度を測定
する際には、試料Ａと同様に測定点基準点の左右±１０
ｍｍ分を観察し、ほぼその領域を代表していると見なせ
る１次デンドライトの角度を測った。

【００２８】また、鋳片内の介在物分析に関しては、鋳
造方向と垂直でかつ厚み方向に平行な断面で、鋳片幅方
向の幅中心部と、幅中心と両短辺面の間の中間部（幅中
心部の右側と左側の２箇所）の計３箇所から採取したサ
ンプルを、電解スライム抽出法で調査した。その際、鋳
片厚み方向について、表層から１０ｍｍまでと、表層か
ら１０ｍｍ以上厚み中心部までの２領域に分けて、大き
さ３７μｍ以上の介在物個数を調査し、指数化した。こ
こで、介在物指数は、１が自動車用鋼板や飲料缶用鋼板
での介在物欠陥が発生しないレベルである。

【００２９】

【表３】

【００３０】結果を表３に示すが、１次デンドライト傾
角が本発明範囲内にある鋳片は、鋳片表層および内部の
介在物指数がいずれも１以下と小さくなった。ここで、
本発明１〜８は請求項３に関わる事例であり、本発明９
〜１１は請求項１に関わる事例である。この場合に対象
となる鋼種は、鋳片表層だけの清浄性が良好であれば良
いものである。

【００３１】また、本発明１２〜１４は、請求項２に関
わる事例である。この場合に対象となる鋼種は、鋳片内
部だけの清浄性が良好であれば良いものである。それに
対して、比較例では、介在物指数のばらつきが大きく、
清浄性の悪い鋳片であった。比較例１、２、４は、図５
におけるＡ部の１次デンドライト角度が本発明より小さ
く、かつＢ部の１次デンドライト角度が本発明より大き
すぎるために、鋳片表層および内部の介在物指数が悪化
している。また、比較例３は、図５におけるＡ部の１次
デンドライト角度が本発明より大きすぎ、かつＢ部の１
次デンドライト角度も本発明より大きすぎるために、鋳
片表層および内部の介在物指数が悪化している。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、１次デンドライト組織
の偏向角の如何によって介在物の残存量を適確に把握す
ることができ、鋼の清浄度を測定するための作業が不要
となるため、作業コスト低減にも繋がり、また電磁攪拌
および制動を適切に制御することにより、介在物残存量
の少ない鋳片を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明鋳片の１次デンドライト偏向角の１例を
示した図

【図２】鋳片表層部の１次デンドライト偏向角と介在物
指数との関係を示した図

【図３】鋳片内層部の１次デンドライト偏向角と介在物
指数との関係を示した図

【図４】本発明鋳片を製造するための装置の１例を示し
た概略側面図

【図５】試料採取位置を示した鋳片の一部切欠図

【図６】従来の連続鋳造で製造された鋳片の１次デンド
ライト偏向角の１例を示した図

【図７】連続鋳造鋳型内における溶鋼の流動状況を説明
する概略側面図

【符号の説明】

１鋳型２浸漬ノズル３吐出口４電磁攪拌装置５電磁制動装置６吐出流７攪拌流８メニスカス９凝固シェル１３上昇流１４下降流１５反転流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井本健夫大分県大分市大字西ノ洲１番地新日本製鐵株式会社大分製鐵所内 (72)発明者飯星弘昭大分県大分市大字西ノ洲１番地新日本製鐵株式会社大分製鐵所内 (72)発明者重松清大分県大分市大字西ノ洲１番地新日本製鐵株式会社大分製鐵所内Ｆターム(参考） 4E004 AA09 MC00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続鋳造された鋳片の長辺面と短辺面の
双方と垂直な面で、かつ鋳片幅中央部から±２００ｍｍ
にあって、鋳片長辺面の表層下５ｍｍ〜１０ｍｍ間にお
ける凝固組織の形態が下記（１）式を満たすことを特徴
とする非金属介在物の少ない鋳片。１０≦θ１≦４０・・・・（１）ただし、θ１：凝固組織である１次デンドライトが鋳片
表面の法線となす角度（°）の平均値。
【請求項２】連続鋳造された鋳片の長辺面と平行し、
かつほぼ鋳片厚み中心部面で鋳造方向４００ｍｍの長さ
領域にあって、鋳片短辺面の表層下１５ｍｍ〜２５ｍｍ
間における凝固組織の形態が下記（２）式を満たすこと
を特徴とする非金属介在物の少ない鋳片。０≦θ２≦１５・・・・（２）ただし、θ２：凝固組織である１次デンドライトが鋳片
表面の法線となす角度（°）の平均値。
【請求項３】前記請求項１と請求項２を同時に満たす
ことを特徴とする非金属介在物の少ない鋳片。