JP2001232451A - 連続鋳造鋳片の直送圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼板に表面疵を発生させることなく、又、鋳
造後の鋳片加熱を必要としない程度まで鋳片温度を高め
ることができる直送圧延方法を確立する。 【解決手段】 Ｃ濃度が０．０７ｗｔ％以下で、Ｍｎ濃
度とＳ濃度との比が５０以下の成分である連続鋳造鋳片
１の直送圧延方法であって、鋳片の凝固率が１０〜５０
％の鋳片を１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で連続鋳造機
内で冷却して、その表面温度を７００℃以下まで低下さ
せると共に７００℃以下で１５秒間以上保持し、次い
で、冷却速度を調整して鋳片表面を９００℃以上に復熱
させた後に鋳片を平板状に矯正し、その後、この鋳片を
連続鋳造機出側の切断機にて所定長さに切断し、切断後
３０分以内に熱間圧延する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造機により
鋳造された無手入れの高温鋳片を直接熱間圧延する、あ
るいは表面温度を中心温度と同じにする程度の保温・加
熱を行った後に熱間圧延して鋼板を製造する、所謂直送
圧延方法に関し、詳しくは、表面性状に優れた鋼板を製
造することができる直送圧延方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造鋳片の表層部には、縦割れ、横
割れ、ノロカミ、ブローホール等の表面欠陥があり、連
続鋳造鋳片を無手入れのまま直送圧延する場合、鋳片に
はこれらの表面欠陥が無いことが前提条件であり、その
ため、これらの表面欠陥を回避するために様々な技術が
開発されて直送圧延が実施されている。

【０００３】しかし、連続鋳造鋳片の直送圧延を行う上
で最も重要なことは、鋳造した鋳片を熱間圧延が可能な
温度で圧延機に搬送すること、換言すれば連続鋳造機で
いかにして鋳片温度を高く維持するかである。鋳造した
鋳片を全く加熱せずに熱間圧延できれば、直送圧延の省
エネルギー効果が最大となる。そのため、連続鋳造機で
は二次冷却を弱めてできるだけ鋳片温度が低下しないよ
うにして圧延温度を確保している。

【０００４】しかし、鋳造から熱間圧延まで鋳片が高温
のまま保持されると、相変態の機会がないので、鋳片に
は凝固時に生成した粒径が数ｍｍのオーステナイト組織
がそのまま残留する。又、オーステナイト粒界には溶質
元素が偏析し、析出物が形成されている。このように、
結晶粒が大きく且つ結晶粒界に析出物が形成されるた
め、オーステナイト粒界が脆くなり、熱間強度が低下
し、熱間圧延時に割れを発生して鋼板の表面疵となる。

【０００５】この問題を解決する手段として、特開平２
−３７９４１号公報には連続鋳造機の矯正点までの二次
冷却ゾーンで、鋳片表面温度を一旦フェライト相析出温
度まで下げてフェライト相を析出させ、その後復熱させ
て再度オーステナイト領域まで昇温させ、鋳片表層部の
オーステナイト粒径を０．５ｍｍ以下として熱間圧延す
る直送圧延方法が開示されている。同号公報によれば、
鋳片の割れ感受性を弱めることができ、鋼板の表面割れ
が防止可能としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−３７９４１号公報では鋳片の冷却速度、フェライト
相析出温度での保持時間、フェライト相析出温度まで冷
却時の鋳片の凝固率等の条件が明確でなく、場合によっ
ては相変態を起こすことができなかったり、又、鋳片を
過剰に冷却して鋳片温度を下げ過ぎ、省エネルギー効果
を損なう場合が発生する。

【０００７】更に、本発明者等の検討結果では、オース
テナイト領域に復熱後、その温度で長時間保持すると、
粒界への溶質元素の再分配により粒界偏析が再度起こ
り、鋼板の表面疵が発生することを確認しており、従っ
て、オーステナイト領域に復熱してから熱間圧延までの
時間を規定する必要があるが、同号公報ではこれを規定
しておらず、鋼板に表面疵を発生させる危険性がある。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、連続鋳造鋳片を直送圧延して
鋼板を製造する際に、鋼板に表面疵を発生させることな
く、又、鋳造後の鋳片加熱を必要としない程度まで鋳片
温度を高めることができる連続鋳造鋳片の直送圧延方法
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明による連続鋳
造鋳片の直送圧延方法は、Ｃ濃度が０．０７ｗｔ％以下
で、Ｍｎ濃度とＳ濃度との比が５０以下の成分である連
続鋳造鋳片の直送圧延方法であって、鋳片の凝固率が１
０〜５０％の鋳片を１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で連
続鋳造機内で冷却して、その表面温度を７００℃以下ま
で低下させると共に７００℃以下で１５秒間以上保持
し、次いで、冷却速度を調整して鋳片表面を９００℃以
上に復熱させた後に鋳片を平板状に矯正し、その後、こ
の鋳片を連続鋳造機出側の切断機にて所定長さに切断
し、切断後３０分以内に熱間圧延することを特徴とする
ものである。

【００１０】第２の発明による連続鋳造鋳片の直送圧延
方法は、第１の発明において、前記連続鋳造機が垂直曲
げ型の連続鋳造機であり、連続鋳造機の上部矯正帯を通
過するまでに鋳片表面温度を７００℃以下まで低下させ
ることを特徴とするものである。

【００１１】本発明では、Ｃ濃度が０．０７ｗｔ％以下
で、且つ、Ｍｎ濃度（ｗｔ％）とＳ濃度（ｗｔ％）との
比（Ｍｎ／Ｓ）が５０以下の成分を有する鋼を対象とす
る。Ｍｎ／Ｓが５０以下の鋼では、凝固後の冷却時に析
出する硫化物がＦｅとＭｎの複合硫化物（（Ｆｅ・Ｍ
ｎ）Ｓ）になり、溶質元素が偏析する結晶粒界ではこの
複合硫化物が生成し易い。この複合硫化物は複合硫化物
中のＦｅ濃度により熱間圧延温度で液相となることがあ
る。そのため、Ｍｎ／Ｓが５０以下の鋼は圧延中に特に
割れ易く、製品欠陥が発生して歩留まりが低下するとい
う問題が大きく、本発明はこの問題を解決するものであ
る。又、Ｃ濃度を０．０７ｗｔ％以下に限定した理由
は、直送圧延には強度が低くて加工性が良い鋼が適して
おり、Ｃ濃度が０．０７ｗｔ％以下になるとこの条件を
満たすためである。

【００１２】本発明では表面温度が７００℃以下になる
まで鋳片を冷却して、鋳片表層部をフェライト（以下
「α」と記す）相に一旦相変態させる。その際、７００
℃以下で１５秒間以上保持することで、少なくとも表層
部はα相に相変態して熱間圧延時の表面疵を防止するこ
とを確認している。次いで、冷却速度を弱めて未凝固相
の有する潜熱及び顕熱を利用して鋳片を９００℃以上に
復熱させ、α相をオーステナイト（以下「γ」と記す）
相に相変態させる。このγ→α→γ変態により鋳片表層
部の結晶粒は凝固時の結晶粒に較べて大幅に微細化され
る。又、γ相の再結晶化によりγ粒が新たに生成するこ
とで、再結晶後の結晶粒界は凝固時に生成した結晶粒界
とは異なる位置になる。

【００１３】その結果、鋼の高温脆化を大幅に改善する
ことができる。しかし、この効果は再結晶後高温のまま
長時間保持すると低下する。この理由は、再結晶後に高
温のまま長時間保持すると、粒界への溶質の再分配によ
り粒界偏析が再度起こり、圧延時の鋳片温度の降下によ
り前述のＦｅとＭｎの複合硫化物が析出し、これが凝固
後の冷却過程で生成するＦｅとＭｎの複合硫化物と同様
に圧延時の鋼板に割れを発生させるためである。

【００１４】溶質の再分配が激しくなる前に圧延を開始
すれば、圧延中に鋳片温度が降下しても複合硫化物の析
出は少なく、圧延時の割れを防止できる。そこで、高温
状態で鋳片を保持した時、粒界に再度溶質元素が再分配
されるまでの時間を高温引張試験により調査した。

【００１５】試験は次のようにして行った。Ｃ；０．０
４ｗｔ％、Ｓｉ；０．０１ｗｔ％、Ｍｎ；０．２２ｗｔ
％、Ｐ；０．０１２ｗｔ％、Ｓ；０．０８ｗｔ％、ｓｏ
ｌ．Ａｌ；０．０３２ｗｔ％の鋳片から切り出して作製
した引張試験片を室温から１４２０℃（δ相域）まで加
熱して溶体化処理した後、一旦７００℃に冷却した。そ
の後再度加熱して１２５０℃に所定時間保持した。その
後１１００℃まで冷却して引張試験を行った。１２５０
℃における保持時間と引張試験における断面収縮率との
関係から溶質元素の再分配を判定した。

【００１６】調査結果を図１に示す。図１に示すように
１２５０℃における保持時間が長くなるにしたがい、試
験片の断面収縮率、即ち延性が低下し、３０分以上保持
すると断面収縮率は５０％以下になり脆化が激しくな
る。本発明では連続鋳造機出側の切断機で鋳片を切断
後、３０分以内に熱間圧延を行うので、溶質の再分配に
よる脆化を防止することができる。

【００１７】本発明では凝固率が１０〜５０％の、内部
に未凝固相を有する鋳片を強冷却するので、未凝固相の
潜熱及び顕熱により復熱時の温度上昇量を大きくするこ
と、換言すれば、高い鋳片温度で熱間圧延機に搬送する
ことができる。尚、凝固率とは鋳片厚みの半分に対する
凝固殻厚みの比率を百分率で表示したものであり、本発
明において凝固率を１０〜５０％の範囲に限定した理由
は、鋳型内の凝固を考慮すると凝固率が１０％未満の状
態の鋳片を強冷却することが実質的に不可能であり、
又、凝固率が５０％を越えると復熱が少なくなり、鋳片
を加熱することなく熱間圧延することが困難になるため
である。

【００１８】そして、冷却速度が１０℃／ｓｅｃ以上の
強冷却で鋳片を冷却するので、鋳片内部の温度を低下す
ることなく、鋳片表層部のみを効率良く冷却することが
でき、鋳片全体の熱容量を高く維持することができる。
又、７００℃以下の温度での保持時間は１５秒間を確保
すれば良く、この保持時間が短いので総抜熱量が少な
く、その後の復熱に及ぼす影響は極めて少なく、鋳片を
高い温度に復熱させることができる。

【００１９】湾曲型連続鋳造機や垂直曲げ型連続鋳造機
では、連続鋳造機の湾曲部内の鋳片は矯正帯で円弧状か
ら平板状に矯正された後に切断される。この矯正時に矯
正応力により鋳片に横割れが発生することがある。本発
明で対象とする鋼は本来矯正応力による横割れの発生が
少ないが、本発明では鋼の脆性域より高温側の９００℃
以上に復熱させてから矯正するので、横割れを完全に防
止することができる。

【００２０】垂直曲げ型の連続鋳造機は介在物の浮上性
に優れており、直送圧延の省エネルギー効果を高めるた
め、高速鋳造を行っても高品質の鋳片を鋳造することが
できるので、垂直曲げ型の連続鋳造機を用いることが好
ましい。そして、垂直曲げ型連続鋳造機を用いた場合、
鋳片の十分な復熱量を確保するために、上部矯正帯を通
過するまでに鋳片表面温度を７００℃以下まで低下させ
ることが好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
を説明する。図２は本発明の実施の形態の例を示す図で
あって、垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機の側面概要図で
ある。

【００２２】Ｃ濃度が０．０７ｗｔ％以下で、Ｍｎ濃度
とＳ濃度との比が５０以下の成分である溶鋼を転炉や二
次精錬炉等により溶製し、この溶鋼を図２に示すように
連続鋳造機にて鋳造する。

【００２３】浸漬ノズル５を介して鋳型６内に鋳造され
た溶鋼は、鋳型６内で冷却されて凝固殻３を形成し、内
部に未凝固相２を有する鋳片１として、鋳型６の下方に
設けたサポートロール７、ガイドロール８、及びピンチ
ロール９に支持されつつ、ピンチロール９の駆動力によ
り鋳型６の下方に連続的に引き抜かれる。この間鋳片１
は複数のガイドロール８からなる上部矯正帯１０で平板
状から円弧状に曲げられ、又、複数のガイドロール８か
らなる下部矯正帯１１で円弧状から平板状に曲げ戻され
る。鋳片１は、これらのロール間に設けられた水スプレ
ー又はエアーミストスプレーから構成される二次冷却帯
（図示せず）で冷却され、下方に引き抜かれつつ凝固殻
３の厚みを増大する。

【００２４】上部矯正帯１０の範囲には鋳片表層部を強
冷却するための強冷却装置４が設置されている。強冷却
装置４は、例えば水スプレーノズルで構成され、鋳片表
面１ｍ² 当たりの１分間の冷却水量が２００〜２０００
ｌで、１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で鋳片表面を冷却
可能であり、通常の二次冷却帯に較べて鋳片表面を急速
に冷却することが可能な装置である。鋳型直下の鋳片１
を強冷却すると鋳型６と鋳片１との間隙に冷却水が入る
ことがあり危険であるので、強冷却装置４の上端は鋳型
６の下端から０．５ｍ程度下方とすることが好ましい。
尚、強冷却装置４は水スプレーノズルに限るものではな
く、例えば鋳片表面に層流の冷却水を流すような冷却方
法としても良い。

【００２５】この強冷却装置４を用いて鋳片表面を急速
に冷却し、鋳片表面温度を７００℃以下まで低下させ、
７００℃以下で１５秒間以上保持する。保持時間は１５
秒間以上であれば上限値は特に限定されないが、冷却し
過ぎると鋳片１の温度が下がり、直送圧延の省エネルギ
ー効果が低下するので６０秒程度で十分である。又、強
冷却中の鋳片１の凝固率を１０〜５０％の範囲に制御す
る。図２のように強冷却装置４を鋳型６に近づけた場合
には、この条件は容易に達成されるが、強冷却装置４を
連続鋳造機の湾曲部に設置した場合には、この条件を満
足させるために、鋳片引き抜き速度及び鋳型直下から強
冷却装置４までの二次冷却強度を制御して凝固殻３の厚
みを調整することが必要である。

【００２６】鋳片１が強冷却装置４を通過したならば二
次冷却強度を調整して、鋳片表面を復熱させる。鋳片１
は多量の未凝固相２を内部に有しているので、二次冷却
強度を調整することで、未凝固相２の凝固潜熱及び顕熱
により容易に復熱する。そして、連続鋳造機の湾曲部で
鋳片表面温度が９００℃以上となるまで復熱させ、次い
で、下部矯正帯１１で矯正する。

【００２７】その後、鋳片中心部まで完全に凝固させ、
凝固した鋳片１を連続鋳造機出側に設置した切断機（図
示せず）で所定長さに切断し、高温の鋳片１を搬送台車
等により熱間圧延機に搬送して、鋳片切断後３０分以内
に熱間圧延機にて圧延する。尚、鋳片１を熱間圧延機で
圧延する前に必要に応じて表面温度を中心温度と同じに
する程度の保温・加熱を行っても、又、同調カッターの
切断時に形成されるバリを除去しても良い。

【００２８】このようにして直送圧延を行うことで、表
面疵が極めて少なく、表面性状に優れた鋼板を直送圧延
により製造することが可能となる。又、一旦鋳片表面を
７００℃以下まで低下させるが、その後の復熱により鋳
片は容易に９００℃以上となり、鋳造後の鋳片加熱を必
要としない程度まで鋳片温度を高めることができる。

【００２９】尚、上記説明では垂直曲げ型の連続鋳造機
について説明したが、矯正帯が一箇所の湾曲型連続鋳造
機においても本発明を適用することができる。湾曲型連
続鋳造機の場合も強冷却装置４を鋳型付近に設け、凝固
率がなるべく小さい時期に強冷却することが好ましい。

【００３０】

【実施例】垂直部長さが２．８ｍ、連続鋳造機の湾曲部
の半径が１０ｍ、連続鋳造機の長さが４２ｍ、上部矯正
帯が２．８〜４．０ｍの範囲、下部矯正帯が１８．０〜
２２．０ｍの範囲である垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機
を用い、Ｃ；０．０３〜０．０５ｗｔ％、Ｓｉ；０．０
２ｗｔ％以下、Ｍｎ；０．０１５〜０．２５ｗｔ％、
Ｐ；０．００８〜０．０１５ｗｔ％、Ｓ；０．００５〜
０．０１５ｗｔ％、ｓｏｌ．Ａｌ；０．０２５〜０．０
３８ｗｔ％の化学成分の鋼を厚み２５０ｍｍの鋳片に引
き抜き速度２．０〜２．３ｍ／ｍｉｎで鋳造し、この鋳
片を熱間圧延して熱延コイルを製造した。尚、上記の垂
直部等の長さは鋳型内のメニスカスを起点にした長さで
ある。

【００３１】その際に、連続鋳造機内の強冷却装置の設
置位置をメニスカスから１．５〜４ｍの上部矯正帯まで
の範囲（水準１）と、４〜８ｍの上部矯正帯を通過後の
湾曲部の範囲（水準２）の２水準に変更し、更に、鋳造
した鋳片を熱間圧延するまでのルートを、直送圧延する
場合（水準Ａ）と一旦加熱炉に装入して１〜４時間加熱
してから熱間圧延する場合（水準Ｂ）の２水準で行い、
熱延コイルの表面疵に及ぼす影響を調査した。又、比較
のために、連続鋳造機で強冷却を行わずに鋳片表面温度
を９００℃以上に保持して鋳造（水準３）した鋳片も水
準Ａ及び水準Ｂの２水準のルートで搬送して熱間圧延
し、熱延コイルの表面疵を調査した。表１に各水準の連
続鋳造機における二次冷却条件を示し、表２に各水準の
熱間圧延までの鋳片搬送ルートを示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】３水準の二次冷却条件と２水準の鋳片搬送
ルートとの組合せにより合計６種のケースで熱延コイル
を製造し、製造した熱延コイルの表面疵を調査した。表
３に各ケースの連続鋳造から熱間圧延までの組合せを示
す。表３に示すように、ケース１及びケース２は二次冷
却条件が水準１で、ケース３及びケース４は二次冷却条
件が水準２で、ケース５及びケース６は二次冷却条件が
水準３であり、又、ケース１、ケース３、及びケース５
は鋳片搬送ルートが水準Ａで、ケース２、ケース４、及
びケース６は鋳片搬送ルートが水準Ｂである。

【００３５】

【表３】

【００３６】図３は、ケース１及びケース２の条件で、
強冷却時の鋳片表面温度を７００〜９００℃の範囲に変
更して、強冷却時の鋳片表面温度と熱延コイルの表面疵
発生指数との関係を調査した結果を示す図である。図３
で明らかなように、強冷却により鋳片表面温度を７００
℃まで低下させ且つ鋳片切断後直ちに熱間圧延した鋳片
では熱延コイルの表面疵が防止されるが、鋳片表面温度
が８００℃以上の場合、及び、７００℃まで鋳片表面温
度を低下させても鋳片切断後加熱炉に装入した場合には
熱延コイルに表面疵が発生した。この結果から、γ→α
→γ変態により鋳片表層部の結晶粒を微細化して熱延コ
イルの表面疵を防止するためには、鋳片を７００℃以下
に低下し、その鋳片を鋳片切断から３０分以内に圧延す
る必要があることが分かった。

【００３７】図４は、ケース１において強冷却時の鋳片
表面温度を７００℃及び８００℃まで低下させ、その温
度での保持時間を変化させて保持時間と熱延コイルの表
面疵発生指数との関係を調査した結果を示す図である。
図４で明らかなように７００℃における保持時間が１５
秒間以上になると熱延コイルの表面疵が防止されること
が分かる。表面温度を８００℃まで低下した鋳片では保
持時間を長くしても疵を防止することができなかった。
この結果から、γ→α→γ変態により鋳片表層部の結晶
粒を微細化して熱延コイルの表面疵を防止するために
は、鋳片を７００℃以下に低下し、その温度で１５秒間
以上保持する必要があることが分かった。

【００３８】図５は、ケース１からケース６の各条件に
より製造した熱延コイルの表面疵を比較して示す図であ
る。ここで、ケース１〜ケース４では鋳片表面温度を一
旦７００℃以下に低下し、その後、その温度で１５秒間
以上保持してから復熱させている。ケース３では強冷却
装置が鋳型から離れた湾曲部に設置されているので鋳片
コーナー部の復熱量が少なく、熱間圧延時の鋳片コーナ
ー部の温度が低めであったが、鋳片を加熱炉に装入した
ケース２、ケース４、ケース６は当然ながら、直送圧延
したケース１及びケース５でも鋳片を加熱することなく
熱間圧延することができた。

【００３９】図５から明らかなように、二次冷却条件を
同一として熱延コイルの表面疵を比較すると、加熱炉で
加熱したケースの方が表面疵が多発していた。又、γ→
α→γ変態のないケース５及びケース６では熱延コイル
に表面疵が多発した。ケース３は鋳片コーナーの温度が
低く、これが表面疵発生の原因となった可能性がある
が、表面疵の発生は抑えられていた。ケース１では切断
後鋳片を加熱することなく表面疵の少ない熱延コイルを
製造することができ、ケース１が最も優れた製造条件で
あることが分かった。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、Ｃ濃度が０．０７ｗｔ
％以下で、Ｍｎ濃度とＳ濃度との比が５０以下の連続鋳
造鋳片の直送圧延において、鋳片の凝固組織に起因する
熱延コイルの表面疵を完全に防止することが可能とな
る。又、一旦７００℃以下まで鋳片表面を冷却するもの
の、限られた範囲で冷却すると共に多量に残留する未凝
固相の潜熱及び顕熱を利用して鋳片を復熱させるので、
鋳片を加熱することなく直送圧延することができ、省エ
ネルギー効果を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】高温引張試験における１２５０℃での保持時間
と断面収縮率との関係を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態の例を示す図であって、垂
直曲げ型のスラブ連続鋳造機の側面概要図である。

【図３】ケース１及びケース２の条件で強冷却時の鋳片
表面温度と熱延コイルの表面疵発生指数との関係を調査
した結果を示す図である。

【図４】ケース１において７００℃及び８００℃での保
持時間を変化させ、保持時間と熱延コイルの表面疵発生
指数との関係を調査した結果を示す図である。

【図５】ケース１からケース６の条件により製造した熱
延コイルの表面疵を比較して示す図である。

【符号の説明】

１ 鋳片 ２ 未凝固相 ３ 凝固殻 ４ 強冷却装置 ５ 浸漬ノズル ６ 鋳型 ７ サポートロール ８ ガイドロール ９ ピンチロール １０ 上部矯正帯 １１ 下部矯正帯

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ濃度が０．０７ｗｔ％以下で、Ｍｎ濃
   度とＳ濃度との比が５０以下の成分である連続鋳造鋳片
   の直送圧延方法であって、鋳片の凝固率が１０〜５０％
   の鋳片を１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で連続鋳造機内
   で冷却して、その表面温度を７００℃以下まで低下させ
   ると共に７００℃以下で１５秒間以上保持し、次いで、
   冷却速度を調整して鋳片表面を９００℃以上に復熱させ
   た後に鋳片を平板状に矯正し、その後、この鋳片を連続
   鋳造機出側の切断機にて所定長さに切断し、切断後３０
   分以内に熱間圧延することを特徴とする連続鋳造鋳片の
   直送圧延方法。
2. 【請求項２】 前記連続鋳造機が垂直曲げ型の連続鋳造
   機であり、連続鋳造機の上部矯正帯を通過するまでに鋳
   片表面温度を７００℃以下まで低下させることを特徴と
   する請求項１に記載の連続鋳造鋳片の直送圧延方法。