JP2005186124A

JP2005186124A - 鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP2005186124A
Application number: JP2003431909A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Hanao; 方史花尾
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】Ｂ含有鋼の連続鋳造において、鋳片表面の縦割れやディプレッションの発生を防止し、手入れ歩留まりを向上することができるモールドパウダを提供する。
【解決手段】（１）Ｂを０．１質量％以上含有する溶鋼の連続鋳造用モールドパウダであって、ＣａＯとＳｉＯ₂の質量％の比が１．２以上３．０以下であり、質量％で、Ｂ₂Ｏ₃含有量が１％以上１０％以下およびＦ含有量が３％以上２０％以下で、１３００℃における粘度が０．３Ｐａ・ｓ未満であるＢ含有鋼の連続鋳造用モールドパウダ、および（２）Ｂを０．１質量％以上含有する溶鋼の連続鋳造用モールドパウダであって、ＣａＯとＳｉＯ₂の質量％の比が１．４以上２．８以下であり、質量％で、Ｂ₂Ｏ₃含有量が２％以上６％以下およびＦ含有量が５％以上１５％以下で、１３００℃における粘度が０．３Ｐａ・ｓ未満であるＢ含有鋼の連続鋳造用モールドパウダである。
【選択図】図１

Description

本発明は、硼素（Ｂ）を０．１質量％以上含有する鋼を連続鋳造する際に、鋳片表面の縦割れやディプレッションの発生を防止するためのモールドパウダに関する。

硼素（Ｂ）含有率が０．１質量％以上の鋼では、その液相線温度は１３００〜１５００℃程度であって、通常の炭素鋼またはステンレス鋼の液相線温度よりも低い上に、その固相線温度は１１５０℃程度と低く、液相線と固相線の間の「固液共存温度範囲」は、通常の炭素鋼やステンレス鋼の場合と比較して１００℃以上も広いという特徴がある。したがって、鋳型内に形成した凝固殻の強度は低く、変形しやすいことはもちろんであるが、凝固殻が完全に凝固するまでに要する時間も長くなる。

また、上述のＢ含有率の範囲において、鋼は、フェライト（α）相あるいはオーステナイト（γ）相（以下、「母相」ともいう）と硼化物相との共晶凝固を示し、その結果として硼化物が母相のデンドライト樹間に集積する。この集積部の強度は、母相に比較して小さい。

上記の２つの要因により、鋳片表面に縦割れあるいはディプレッション（窪み）が生成しやすくなる。これらの縦割れやディプレッションを防止するためには、鋳型内において初期の凝固殻を緩冷却し、凝固殻を均一に形成させる必要がある。

溶融したモールドパウダは、鋳型内の潤滑剤として鋳型内壁に沿って凝固殻との間隙に流入し、フィルムを形成する。凝固殻を緩冷却するためには、このフィルムがガラス化することを防止し、フィルム中に適量の結晶を晶出または析出（以下、総称して「析出」と記す）させることが有効である。

Ｂを含有する鋼を連続鋳造すると、モールドパウダ中のＳｉＯ₂が溶鋼中のＢと反応して溶鋼中のＢが酸化され、鋳型内のモールドパウダ中のＢ₂Ｏ₃含有率は上昇する。Ｂ₂Ｏ₃はＳｉＯ₂と同様にモールドパウダ中においてガラスの構成成分となるので、結晶が析出しにくくなる。したがって、モールドパウダには、「溶鋼中のＢの酸化を防止できるかまたはＢ₂Ｏ₃含有率が上昇した状態においても結晶が析出しやすい」という特性が求められる。

Ｂ含有鋼を鋳造する際に使用するモールドパウダとしては、下記のパウダが開示されている。例えば、特許文献１には、１３００℃における粘度が３ポアズ以上８ポアズ未満、ＣａＯ／ＳｉＯ₂（質量％比）が１．３以上３．０未満、かつＢ₂Ｏ₃含有量が質量％で３％以上２０％未満である連続鋳造用パウダーが開示されている。

このパウダは、一般的なモールドパウダを用いて、０．１％以上のＢを含有する溶鋼を連続鋳造すると、溶融パウダ中のＢ₂Ｏ₃濃度が上昇し、凝固温度と粘度が低下するため、溶融パウダが鋳型壁と凝固殻との隙間に過剰に流入しやすく、またパウダフィルムがガラス化しやすく、鋳型内における凝固殻の抜熱が大きくなって、鋳片表面に縦割れが発生しやすくなることに対処したものである。すなわち、溶鋼のＢ含有量に応じて、パウダ中にＢ₂Ｏ₃を適量添加することによって、鋳造中の溶融パウダ中のＢ₂Ｏ₃含有量の変動を少なくし、溶融パウダの凝固温度と粘度の低下を抑制するものである。

しかし、粘度が３ポアズ以上の場合、結晶の析出速度が遅く、結晶量が緩冷却に必要な十分な量に達するまでに長時間を要するため、緩冷却が遅れる。さらに、塩基度も高いことから、凝固温度が高くなりがちで、鋳型壁と凝固殻との間の潤滑性が悪化し、ブレークアウトなどの操業トラブルが発生しやすい。

鋳型壁と凝固殻との隙間へのモールドパウダの流入を均一化するための方法として、特許文献２には、（鋳造温度−モールドパウダーの融点）で定義されるモールドパウダー温度指標を１５０℃以上６００℃以下とし、オシレーションストローク／（鋳造速度×オシレーションサイクル）で定義されるパウダー流入指標を一定範囲内の値とする鋳造速度およびオシレーション条件で鋳造を行い、比水量を所定値以下とするボロン含有ステンレス鋼の連続鋳造方法が開示されている。

しかし、ここで開示された連続鋳造方法においては、モールドパウダーの流入量に大きな影響を及ぼすパウダーの粘度が考慮されていない。

また、特許文献３には、Ｂを０．５％以上含有する溶鋼の連続鋳造用パウダーであって、ＣａＯ／ＳｉＯ₂の値が０．３〜１．３であり、Ｂ₂Ｏ₃含有量および融点が溶鋼中のＢ含有量により定まる範囲を満足し、１３００℃における粘度が０．３〜３ポアズであるＢ含有鋼鋳造用パウダーが開示されている。

このパウダは、溶鋼中のＢ含有量に応じて、パウダ中のＢ₂Ｏ₃含有量を調整することによって、鋳造中の溶融パウダ中のＢ₂Ｏ₃含有量の変動を減少し、パウダの溶融温度を適正範囲とするものである。溶融温度を適正化することにより、鋳型壁と凝固殻との隙間に流入する溶融パウダ量を適正化し、鋳片表面欠陥およびブレークアウトの発生を防止する。

しかし、パウダに含有されるＮａ₂ＯおよびＢ₂Ｏ₃の量が多いために、カスピディン（（３ＣａＯ・２ＳｉＯ₂・ＣａＦ₂）の結晶析出に適したパウダ組成からの隔たりが大きく、パウダによる凝固殻の緩冷却化が必ずしも促進されないという問題がある。

さらに、特許文献４には、ＣａＯ＋ＳｉＯ₂：３５〜７０％、かつＣａＯ／ＳｉＯ₂：３．０以上であって、Ａｌ₂Ｏ₃：１５〜３０％およびＢ₂Ｏ₃：５〜３０％を含有し、融点：９５０〜１２５０℃で、１３００℃における粘度：０．８〜３．０ｐｏｉｓｅの特性を有するＢ含有鋼の連続鋳造用パウダーが開示されている。そして、特許文献５には、主成分として、ＣａＯ：２０〜４０％、ＬｉＯ₂：５〜２０％、およびＦ：５〜２５％を含み、ＣａＯ／ＬｉＯ₂の比が１．０〜４．０に調整されており、溶融パウダー物性値調整成分としてＡｌ₂Ｏ₃を５〜４０％含有し、骨材成分としてＣを１〜４％含有し、その他の酸化物として、ＳｉＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｎＯ、ＭｇＯ、Ｂ₂Ｏ₃およびＮａのうちのいずれか１種以上を合計で２０％以下含有するＢ含有鋼のための連続鋳造用パウダーが開示されている。

しかし、特許文献４および５に開示されたパウダは、いずれもＳｉＯ₂含有量が１５〜２０％以下と少なく、パウダの成分組成はＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＣａＦ₂系となっている。このようなパウダ組成の場合には、溶融温度が低くなる組成範囲が狭く、たとえば、予め凝固温度を１０００℃程度に調整しておいても、鋳造中にわずかな成分組成の変化が生じただけで、溶融温度が１２００℃以上に上昇しやすく、良好な潤滑性を安定かつ継続して確保することが困難になるという問題がある。

特開平８−１４１７１２号公報（特許請求の範囲、段落［０００３］、［０００４］および〔００１０〕）

特開平８−３０９４８３号公報（特許請求の範囲および段落〔００１０〕〜［００１３］）特開平２−１５５５４７号公報（特許請求の範囲および２頁左上欄〜右上欄）特開２００１−１９１１５３号公報（特許請求の範囲ならびに段落〔０００６〕および［０００７］）特開２００２−２０５１５３号公報（特許請求の範囲ならびに段落〔００１０〕および［００１１］）

本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、Ｂを０．１質量％以上含有する鋼の連続鋳造において、鋳型内面と鋳片との隙間に形成されるフィルム中に速やかに結晶を析出させることにより、鋳造初期から十分に緩冷却を行って鋳片表面の縦割れやディプレッションの発生を防止し、手入れ歩留まりを向上させることができるモールドパウダを提供することにある。

本発明者は、上述の課題を解決するために、従来の問題点を踏まえて、Ｂ含有鋼の緩冷却を可能とし、鋳片の縦割れやディプレッションの発生を防止できるモールドパウダを鋭意研究し、下記の（ａ）〜（ｃ）の知見を得て、本発明を完成させた。

（ａ）モールドパウダの主要成分はＣａＯ、ＳｉＯ₂、ＦおよびＢ₂Ｏ₃とするのが適切であり、ＣａＯとＳｉＯ₂の質量％の比（以下、単に、「塩基度」または「ＣａＯ／ＳｉＯ₂」と記す）が１．２以上３．０以下の場合に、伝熱抵抗の大きいカスピディン（３ＣａＯ・２ＳｉＯ₂・ＣａＦ₂）の結晶が析出しやすく、鋳型内の緩冷却に効果的である。

（ｂ）溶鋼中のＢの酸化によるモールドパウダの物性の変動を抑制するには、モールドパウダ中に予めＢ₂Ｏ₃を１質量％以上１０質量％以下の範囲で含有させておけばよい。

（ｃ）上記（ａ）のカスピディン結晶の析出を促進するためには、Ｆを３質量％以上２０質量％以下含有させ、かつ、モールドパウダの１３００℃における粘度を０．３Ｐａ・ｓ未満とすればよい。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）および（２）に示すＢ含有鋼の連続鋳造用モールドパウダにある。

（１）Ｂを０．１質量％以上含有する溶鋼の連続鋳造用モールドパウダであって、ＣａＯとＳｉＯ₂の質量％の比が１．２以上３．０以下であり、質量％で、Ｂ₂Ｏ₃を１％以上１０％以下およびＦを３％以上２０％以下含有し、１３００℃における粘度が０．３Ｐａ・ｓ未満であるＢ含有鋼の連続鋳造用モールドパウダ。

（２）Ｂを０．１質量％以上含有する溶鋼の連続鋳造用モールドパウダであって、ＣａＯとＳｉＯ₂の質量％の比が１．４以上２．８以下であり、質量％で、Ｂ₂Ｏ₃を２％以上６％以下およびＦを５％以上１５％以下含有し、１３００℃における粘度が０．３Ｐａ・ｓ未満であるＢ含有鋼の連続鋳造用モールドパウダ。

なお、以下の説明において、モールドパウダの成分組成の含有率「％」は、「質量％」を意味する。

本発明のモールドパウダを用いれば、Ｂ含有鋼の連続鋳造において、鋳型内面と鋳片との隙間に形成されるフィルム中に、伝熱抵抗の大きなカスピディンの結晶を速やかに析出させ、鋳片を鋳造初期から十分に緩冷却することができるので、鋳片表面の縦割れやディプレッションの発生を防止し、手入れ歩留まりを向上させることができる。したがって、鋳造初期を含めた全鋳造工程の歩留りを高位に安定化することが可能である。

本発明のモールドパウダは、前記のとおり、ＣａＯとＳｉＯ₂の質量％の比が１．２以上３．０以下であり、Ｂ₂Ｏ₃を１％以上１０％以下およびＦを３％以上２０％以下含有し、１３００℃における粘度が０．３Ｐａ・ｓ未満であるＢ含有鋼の連続鋳造用モールドパウダである。以下に、本発明モールドパウダについてさらに詳しく説明する。

本発明者は、モールドパウダの粘度を０．３Ｐａ・ｓ未満に低減することにより、鋳型内のフィルム中で速やかに結晶を析出させることが可能となり、鋳造の初期から十分な緩冷却効果が得られるとの知見を得た。溶融パウダの粘度が高い場合には、溶融したモールドパウダが鋳型からの冷却により凝固する際に、ＣａＯ、ＳｉＯ₂およびＣａＦ₂成分の移動が遅く、それらが結合してカスピディンの結晶が生成するよりも速く冷却されるため、ガラス状に凝固する。ガラス状に凝固したパウダ中からの結晶の析出は遅く、鋳造の中盤以降になって漸く結晶の析出が定常状態に達する。

これに対して、粘度が低い場合には、結晶を構成する成分の移動速度が速いため、溶融パウダが凝固する段階で結晶が析出し、その析出量も多くなる。したがって、鋳造初期から、凝固殻の緩冷却に必要な結晶の析出量を確保することができる。
図１は、鋳造中の鋳型内における平均熱流束の推移を示す図である。同図において、鋳型内平均熱流束とは、鋳型銅板の冷却水に付与された単位時間当たりの熱量を鋳型銅板と凝固殻との接触面積で除した値である。

同図によれば、モールドパウダの粘度が０．３Ｐａ・ｓ以上の後述のモールドパウダ番号６を用いた比較例では、鋳造開始直後に平均熱流束は、一旦上昇した後に、徐々に低下して、定常状態に達している。これは、鋳造初期に、鋳型内面と鋳片との間に形成されたフィルムがガラス化したために、熱流束が高くなり、その後、鋳造の進行とともにガラス中においてカスピディン結晶の析出が徐々に進行した結果、伝熱抵抗が増大して熱流束が低下し、緩冷却の状態に達したことを示している。

これに対して、粘度が０．３Ｐａ・ｓ未満の後述のモールドパウダ番号１を用いた本発明例では、平均熱流束は鋳造初期から低位で安定しており、終始一定していた。これは、鋳造初期において既にフィルム中における結晶の析出が定常状態に達し、緩冷却のために必要な結晶析出量が確保されたためである。

上述のような結晶析出の安定化を図るために本発明で規定したモールドパウダの成分組成および粘度の適正範囲、ならびにその理由、さらには好ましい範囲について下記に説明する。

１）塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）：１．２〜３．０
モールドパウダの主要成分はＣａＯおよびＳｉＯ₂であり、塩基度の適正範囲を１．２〜３．０とする。塩基度が１．２未満では、カスピディン結晶の析出量が十分ではなく、他方、塩基度が３．０を超えると、カスピディン以外の結晶も析出するので、鋳型内面と凝固殻との接触面の凹凸が大きくなり、鋳型内の冷却が不均一となる。塩基度の好ましい範囲は、１．４以上２．８以下である。

２）Ｂ₂Ｏ₃：１〜１０％
Ｂ₂Ｏ₃は、溶鋼中のＢの酸化によりモールドパウダ中のＢ₂Ｏ₃組成が変動し、モールドパウダの物性が変化することを抑制するために、予めモールドパウダ中に配合しておく。含有率の適正範囲は、１〜１０質量％である。含有率が１％未満では物性の変動を抑制するためには十分でなく、鋳造中にＢ₂Ｏ₃含有率が上昇するおそれがある。一方、１０％を超えて多量に含有される場合には、モールドパウダがガラス質になりやすく、したがって、パウダの粘度が上昇しやすいので、緩冷却に必要なカスピディン結晶の析出量が得られなくなる。Ｂ₂Ｏ₃含有率の好ましい範囲は、２〜６％である。

３）Ｆ：３〜２０％
カスピディン結晶の析出を促進するためには、Ｆを含有させる必要がある。Ｆ含有率の適正範囲は、３〜２０％である。含有率が３％未満ではカスピディン結晶の析出量が少なく、モールドパウダの粘度も高くなる。他方、含有率が２０％を超えて高くなると、浸漬ノズルの溶損が著しくなる。Ｆ含有率の好ましい範囲は、５〜１５％である。

４）その他の成分
本発明のモールドパウダにおいては、上記の１）〜３）基本成分に加えて、必要に応じて下記のａ）〜ｃ）の群の１つ以上の群から選ばれた酸化物を含有させることができる。

ａ）Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏなどの周期律表のＩＡ族の酸化物のうちの１種以上を合計で０．５〜１５％
ｂ）ＣａＯ以外のＭｇＯ、ＢａＯなどのIIＡ族の酸化物のうちの１種以上を合計で０．５〜１０％
ｃ）Ａｌ₂Ｏ₃を２〜１０％
ここで、上記のａ）およびｂ）の群の酸化物は、含有させることにより、塩基性を保ち、モールドパウダの粘度を低下させる作用を有する。また、上記ｃ）の酸化物は、パウダの粘度および融点を上昇させる作用を有する。

５）凝固点
通常の中炭素鋼で発生する鋳片表面の縦割れを防止するためのモールドパウダにおいては、その凝固点は１１５０〜１３００℃程度が好ましいとされている。これに対して、Ｂ含有鋼では、前述のとおり、液相線または固相線はカスピディンの融点（１４１０℃）と同程度か、またはそれよりも低くなるため、Ｂ含有鋼の鋳造用モールドパウダでは、その凝固点を通常の中炭素鋼用パウダよりも低くする必要がある。したがって、凝固点は、１０００〜１２００℃程度が好ましい。さらに好ましくは、１０４０〜１１６０℃の範囲とするのがよい。

６）粘度
粘度の適正範囲は、１３００℃において０．３Ｐａ・ｓ未満である。粘度を上記の範囲とすることにより、溶融したモールドパウダが凝固し始める際の結晶析出速度を大きくすることができる。粘度を０．２Ｐａ・ｓ未満とするのが好ましく、０．１５Ｐａ・ｓ未満とすればさらに好ましい。モールドパウダの粘度の低下がカスピディン結晶の析出速度を上昇させることは前述のとおりであるが、その他に、普通鋼と比較して凝固殻の強度の低いＢ含有鋼の鋳片を鋳型から円滑に引き抜くことができるという効果を有する。

本発明のモールドパウダの効果を確認するため、以下に示すとおり、連続鋳造試験を行い、その結果を評価した。

試験には、スラブ幅１０３０ｍｍ、厚さ１５０ｍｍのスラブ連続鋳造機を用い、Ｂ含有ステンレス鋼４０ｔ（トン）を鋳造速度０．５ｍ／ｍｉｎにて鋳造した。表１にＢ含有ステンレス鋼の成分組成を、また、表２に試験で使用したモールドフラックスの成分組成および物性値を、そして表３に鋳造試験結果を、それぞれ示した。

試験番号１〜５は、本発明のモールドパウダ番号１〜５のパウダを用いた本発明例についての試験であり、試験番号６〜１０は、モールドパウダの塩基度、Ｂ₂Ｏ₃含有率、Ｆ含有率または粘度の少なくとも１つが本発明で規定する範囲を外れたモールドパウダ番号６〜１０のパウダを用いた比較例についての試験である。

なお、表３において、手入れ歩留りとは、鋳片に発生した縦割れの部分をスカーフィングにより除去した後の鋳片質量を、スカーフィング前の鋳片質量で除し、％により表示した値である。また、同表中の１分子〜４分子とは、連続的に鋳造された鋳片をトーチ切断により溶断・分割したもので、先頭を１分子、末尾を４分子とした。

本発明のモールドパウダ番号１〜５を用いた試験番号１〜５では、１分子および４分子の一部に、鋳片の手入れ後の歩留りが９４％のものもあったが、全体的にはいずれも９５％以上であり良好であった。

これに対して、塩基度が低く、Ｂ₂Ｏ₃を含有せず、粘度が高いモールドパウダ番号６のパウダを用いた試験番号６、および粘度が高いモールドパウダ番号８のパウダを用いた試験番号８では、手入れ歩留りが低く、鋳片の１分子は、スカーフィングによる手入れが困難なために屑扱いとせざるを得ない結果となった。また、塩基度およびＦ含有量が低いモールドパウダ番号７のパウダを用いた試験番号７、およびＢ₂Ｏ₃含有率が高いモールドパウダ番号９のパウダを用いた試験番号９では、手入れ歩留りが低かった。塩基度が高いモールドパウダ番号１０のパウダを用いた試験番号１０では、手入れ歩留りは悪くないものの、鋳造中の鋳型銅板温度の変動が大きく、鋳型壁と凝固殻との隙間への溶融パウダの流入が不安定であった。

本発明のモールドパウダを用いれば、Ｂ含有鋼の連続鋳造において、鋳型内面と鋳片との隙間に形成されるフィルム中に、伝熱抵抗の大きなカスピディンの結晶を速やかに析出させ、鋳片を鋳造初期から十分に緩冷却することができるので、鋳片表面の縦割れやディプレッションの発生を防止し、手入れ歩留まりを向上させることができる。したがって、鋳造初期を含めた全鋳造工程の歩留りを高位に安定化することが可能であり、Ｂ含有鋼の連続鋳造技術に広範に適用できる。

鋳造中の鋳型内における平均熱流束の推移を示す図である。

Claims

Ｂを０．１質量％以上含有する溶鋼の連続鋳造用モールドパウダであって、ＣａＯとＳｉＯ₂の質量％の比が１．２以上３．０以下であり、質量％で、Ｂ₂Ｏ₃を１％以上１０％以下およびＦを３％以上２０％以下含有し、１３００℃における粘度が０．３Ｐａ・ｓ未満であることを特徴とするＢ含有鋼の連続鋳造用モールドパウダ。
Ｂを０．１質量％以上含有する溶鋼の連続鋳造用モールドパウダであって、ＣａＯとＳｉＯ₂の質量％の比が１．４以上２．８以下であり、質量％で、Ｂ₂Ｏ₃を２％以上６％以下およびＦを５％以上１５％以下含有し、１３００℃における粘度が０．３Ｐａ・ｓ未満であることを特徴とするＢ含有鋼の連続鋳造用モールドパウダ。