JP2005305516A

JP2005305516A - 連続鋳造方法及び内質に優れた極厚鋼板とその製造方法

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Publication number: JP2005305516A
Application number: JP2004127054A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Shirai; 善久白井; Kazuhiko Hasegawa; 和彦長谷川; Akihiro Yamanaka; 章裕山中; Seiji Kumakura; 誠治熊倉; Nobufumi Kasai; 宣文笠井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2024-04-22
Also published as: JP4296985B2

Abstract

【課題】連続鋳造機内に巨大な圧下設備を設けたり、圧延機自体を大型化することが無いようにする。
【解決手段】溶鋼の連続鋳造方法である。鋳片１を圧下する前にバルジングさせた後、該鋳片１の厚さ中心の固相率が０．８０以上のときに、鋳片１の幅中央部を３〜１５ｍｍ圧下する。
【効果】溶鋼から連続鋳造して得られる鋳片のポロシティを、比較的簡易な連続鋳造の圧下設備を用いて軽減するので、既存の厚板用圧延機を用いてＵＳＴ欠陥のない内質の良好な極厚鋼板を製造することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶鋼から連続的に鋳片を製造するに際し、鋳片の厚さ中心部に発生するセンターポロシティ（以下、単に「ポロシティ」と言う。）の大きさが小さく、内質の良好な鋳片を連続鋳造する方法、及び、この連続鋳造方法により製造した鋳片を圧延した場合に、ポロシティに起因する鋼板内部の欠陥がなく、内質の優れた極厚鋼板を製造する方法とその極厚鋼板に関するものである。

一般に、鋼板は、連続鋳造で得た鋳片を素材として製造される。この鋳片の厚さ中心部には、溶鋼が凝固する際の凝固収縮や凝固後の冷却による熱収縮によって、最終凝固位置である厚さ中心付近に小さな空孔、いわゆるポロシティが形成される。

鋳片にポロシティが存在すると、溶鋼中に溶解していた水素が凝固時に拡散してポロシティに集積する。この鋳片を熱間圧延すると、圧延によってポロシティが圧着されても、ポロシティに集積した水素は鋼板中に再固溶して残留することになる。この残留した水素量が多いと鋼板に割れが発生する（以下、この割れを「水素割れ」と言う。）。

また近年、金型や機械部品用高炭素鋼（ＳＣ材）では鍛造品を圧延材に変えることによる素材費の合理化や、産業機械や建設機械向け鋼材、海洋構造物や各種圧力容器用鋼材に対しても、設備の大型化等に伴い、板厚が１００ｍｍを超える極厚鋼板が使用される機会が増加している。

この極厚鋼板の製造に前記鋳片を用いた場合、現在一般に使用されている厚板圧延機の能力ではスラブの中心部に生成したポロシティを安定して圧着させることは困難である。従って、極厚鋼板の超音波探傷試験（以下、「ＵＳＴ」と言う。）を行った場合には、未圧着のポロシティが欠陥（以下、「ＵＳＴ欠陥」と言う。）として発見される場合が多くなる。

そこで、鋳片に発生するポロシティを解消するために、以下のような技術が開示されている。
第１の技術は、連続鋳造によって熱間圧延用鋳片を製造するに当たり、凝固率が８５％以上、９９％以下の位置において、面によって１ｍｍ以上、２５ｍｍ以下の軽圧下を断続的に行うものである。
特開平７−２７６０２０号公報

第２の技術は、鋳片の未凝固末端部を実質的に面を構成する部材を用いて圧下しつつ凝固させ、１パス当りの平均圧延真歪が０．２％以下で、かつ、累積圧下率が３０〜９９％の圧延を行うことで、板厚中心部の靱性及び内質に優れた厚鋼板を製造するものである。
特開平２−１５６０２２号公報

第３の技術は、鋼の連続鋳造に当り、鋳片横断面の中心部における固相率が０．３〜０．７の範囲において鋳片に５〜１５ｍｍの軽圧下を加えると共に、鋳片横断面の中心部における固相率が０．８〜１．０の範囲、或いは、凝固完了後鋳片横断面の中心温度が１２００℃以上の範囲において、少なくとも一方向に一段当り圧下率で３０％以上の圧下を加えるものである。
特開平５−６９０９９号公報

第４の技術は、鋳片中心部の温度が固相率０．０５〜０．７に相当する鋳片位置に少なくとも一対のロールを設置して鋳片を４〜２０ｍｍ圧下すると共に、鋳片中心部の温度が固相率０．８以上の鋳片位置に少なくとも一対のロールを設置して５〜２０％の圧下率で鋳片を圧下するものである。
特開平１０−５８１０６号公報

第５の技術は、連続鋳造法を用いて厚鋼板を製造する方法において、連続鋳造鋳片の厚み中心部における固相率が０．６以上となる領域において該連続鋳造鋳片の未凝固厚みの１．１倍以上、２．０倍以下の圧下を加えた連続鋳造鋳片を用いることで板厚中心部の靱性及び内質に優れた極厚鋼板を製造するものである。
特開平６−１０６３１６号公報

第６の技術は、Ｃ≦０．１８質量％の溶鋼を連続鋳造し、その鋳片の凝固末期に鋳片の中心部の固相率が９０〜９８％の部分を、２〜５％の圧下加工率で１回圧下することで、内部品質に優れた連続鋳造鋳片を製造するものである。
特開平７−８０６１５号公報

第７の技術は、鋳片をバルジングさせて鋳片の最大厚さを鋳型の短辺長さよりも２０〜１００ｍｍ厚くし、凝固完了直前にて少なくとも一対の圧下ロールによりその一対あたり２０ｍｍ以上の圧下を与えて、バルジング量相当分を圧下することで、変形抵抗の大きい鋳片両端部の圧下による塑性変形を不要とするものである。
特開平９−５７４１０号公報

また、極厚鋼板で発生するＵＳＴ欠陥を防止するために、ポロシティの厚さｄ0の鋳片を、９００〜１３００℃に加熱後、下記の（１）式を満足する圧下比ｒで圧延し、かつ最終圧延パスにおいて下記の（２）式の条件を満足させることで、安定して内質の優れた極厚鋼板を製造する方法（第８の技術）が開示されている。
ｒ≧０．２×ｄ0＋１．０ …（１）
１．６７×（（ｔ0・ｔ1）×Ｒ）^1/2／ｔ0＋０．５≧１．１… （２）
ここで、ｔ0は被圧延材の最終圧延パス前の厚さ（ｍｍ）、ｔ1は被圧延材の最終圧延パス後の厚さ（ｍｍ）、Ｒは圧延ロール半径（ｍｍ）を示す。
特開２０００−２８８６０４号公報

しかしながら、第１，２の技術では、鋳片を圧下するために連続鋳造機に巨大な面圧下設備を設置しなければならず、広い設備面積が必要になるのと共に巨額の費用がかかるという問題がある。

また、第３，４の技術では、鋳片の凝固末期つまり厚さ中心部の固相率が０．８以上で、圧下率が５％以上という大圧下を行うため、一般に幅の広い鋼板を対象とした鋳片では圧下力が１０００ｔｏｎ以上にもなり、圧下ロールや圧下設備が巨大になり、広い設備面積が必要になるのと共に設備費用も大幅にかかるという問題がある。

また、第５の技術は、未凝固厚さの定義が明確ではなく、必要な圧下量も明瞭ではないので、ポロシティを解消するための技術としては未完成である。

また、第６の技術は、圧下率が小さいために連続鋳造機に大きな圧下設備を設置する必要が無く、狭い設備面積で、かつ、設備費用も少なくてすむが、圧下率が小さいことから、ポロシティを全て圧着することができず、鋳片に残る場合があった。また、その後、鋳片を圧延する際においても残ったポロシティは、その大きさによっては圧着できずに、極厚鋼板に欠陥として残るという問題がある。

また、第７の技術は、中心偏析の防止対策として行われている方法であり、ポロシティに対する記載がなく、その効果については不明である。また、バルジングさせて鋳片短辺（端部）を圧下しないようにしても、圧下量が大きいために凝固末期には大きな圧下力が必要となり、巨大な圧下設備と広い設備面積が必要になる。

また、第８の技術は、鋳片に存在する大きなポロシティを厚板圧延だけで圧着解消させようとするものである。
この第８の技術における（１）式のｄ0は、明細書の段落００３０に記載の実施例の説明から判断すると、ある範囲の中のポロシティ厚の大きいもの５個の平均をｄ0としている。

しかしながら、発明者らが詳細に調査した結果、大きなポロシティ程その発生比率は低くなるために平均値と最大値がかけ離れてしまう場合があること、また、大きなポロシティ程圧延時に圧着されにくいためにＵＳＴ欠陥として残りやすいことが判明した。そのため、圧延だけでポロシティを圧着解消させようとするこの方法では、完全にＵＳＴ欠陥を解消することはできない。

さらに、（２）式で最終圧延パスでの板厚中心圧縮応力（σmax）を規定しているが、圧下量（ｔ0・ｔ1に相当）は、被圧延材の温度や幅、変形抵抗（材質依存）、圧延機の圧下能力により制限され、他方、ロール半径（Ｒ）を大きくするためには圧延機自体を大型化する必要があり現実的な技術でない。

本発明が解決しようとする問題点は、前記した従来の各技術では、大きなポロシティのない鋳片を連続鋳造し、ＵＳＴ欠陥のない内質の優れた極厚鋼板を製造するには、連続鋳造機内に巨大な圧下設備を設けるか、或いは、圧延機自体を大型化する必要があるという点である。

本発明の連続鋳造方法は、
連続鋳造機内に巨大な圧下設備を設けることなく、大きなポロシティのない鋳片を連続鋳造するために、
鋳片を圧下する前にバルジングさせた後、
該鋳片の厚さ中心の固相率が０．８０以上のときに、鋳片の幅中央部を３〜１５ｍｍ圧下することを最も主要な特徴としている。

また、本発明の極厚鋼板の製造方法は、
圧延機自体を大型化することなく、ＵＳＴ欠陥のない内質に優れた極厚鋼板を製造するために、
前記本発明の連続鋳造方法により製造した鋳片に圧下比１．５〜３．０の圧延を施し、厚さが１００ｍｍ以上の極厚鋼板を製造することを最も主要な特徴としている。
なお、本発明の極厚鋼板の製造方法で圧延する前記鋳片は、加熱したものでも、或いは、加熱しないものでも良い。

本発明では、溶鋼から連続鋳造して得られる鋳片のポロシティを、比較的簡易な連続鋳造の圧下設備を用いて軽減するので、既存の厚板用圧延機を用いてＵＳＴ欠陥のない内質の良好な極厚鋼板を製造することができるという利点がある。

前述の従来の技術における取り組みは、連続鋳造における凝固終了直前、或いは、凝固終了直後に圧下を行うことによって、鋳片に発生するポロシティを圧着してＵＳＴ欠陥を解消しようとしたものである。

しかしながら、連続鋳造における凝固終了直前、或いは、凝固終了直後に圧下を行う場合は巨大な圧下設備が必要になる。また、厚板圧延機だけで、鋳片のポロシティを圧着してＵＳＴ欠陥を解消するには、鋳片の厚さ中心部まで圧縮応力となるような大径のワークロールを有する強力な圧延機が必要となる。

そこで、発明者らは、現有する圧延機により極厚材を製造した場合に、ＵＳＴ欠陥を発生させないために、鋳片内にその存在が許容可能なポロシティの大きさについて種々検討したところ、
（１）鋳片に発生するポロシティの大きさは様々であり、大きいものは厚さ方向の長さ（厚さ）で３〜６ｍｍ、小さなものは０．１ｍｍ以下であること、
（２）その発生個数は、大きなものはわずかで、大半は厚さが０．５ｍｍ以下の小さなポロシティであること、
（３）鋳片に存在するこれら様々な大きさのポロシティのうち、小さなものは水素の集積量も少なく、また圧延時に容易に圧着解消されるため問題にならないこと、
が判明した。

その結果、連続鋳造において、大きなポロシティを厚さが２ｍｍ未満の大きさまで小さくすることで、圧延後には前記小さなポロシティが圧着、解消されて内質の優れた極厚材を製造できることを知見した。そして、連続鋳造時における設備も、比較的簡単な圧下設備でよいことも分かった。

すなわち、連続鋳造による圧下によってポロシティを解消しないまでも小さくすることによって、鋼板の水素割れを大幅に低減できること、さらに、連続鋳造時における圧下と厚板圧延における必要な圧下比を組み合わせることにより、比較的簡易な連続鋳造の圧下設備で、かつ、現有の圧延機を用いて内質の優れた極厚鋼板を製造できるようになることが判明した。

これらの知見を基に、発明者らは、連続鋳造において様々な圧下量で鋳片を圧下し、得られた鋳片のポロシティの大きさを測定すると共に、同時にその鋳片を圧延して得られた極厚鋼板をＵＳＴで評価した。その結果、溶鋼を連続鋳造する際に、鋳片を圧下する前にバルジングさせた後、該鋳片の厚さ中心の固相率（以下、「中心固相率」と言う。）が０．８０以上のときに、鋳片の幅方向中央部を３〜１５ｍｍ圧下することによって、圧延によってＵＳＴ欠陥を発生させないポロシティの厚さ（２ｍｍ未満）に低減できる本発明の連続鋳造方法を成立させたのである。

発明者らの各種の試験によれば、特に、バルジングさせて、該鋳片の幅中央部の厚さから短辺の長さの差（以下、「鋳片バルジング量」と言う。図３参照）を２〜２０ｍｍとした場合に、鋳片を容易に圧下できることも判明した。

また、該鋳片を圧下比１．５〜３の厚板圧延を施すことによってＵＳＴ欠陥のない内質に優れた厚さが１００ｍｍ以上の極厚鋼板を製造できることも判明した。これが本発明の極厚鋼板の製造方法及びこの製造方法によって製造した極厚鋼板である。

本発明の連続鋳造方法において、凝固末期の中心固相率が０．８以上の時に圧下する、すなわち、中心固相率が０．８以上の時に圧下ロールによって圧下できるように、操業条件（鋳造速度、冷却水量等）を調整するのは、以下の理由による。

中心固相率が０．８未満の時は、鋳片の厚さ中心部には凝固末期の溶鋼がまだ比較的多く残っているために、大きな圧下を加えると鋳片中心部に残っている溶鋼が排出される（母溶鋼（図２の４）に向かって流動する）。
しかるに、凝固の進行は必ずしも均一ではなく、冷却むら等により凝固シェル（図２の５）の厚さは不均一になるので、圧下時の中心固相率は鋳片の位置によって厳密には異なっている。

従って、中心固相率が０．６以上、０．８未満の場合、鋳片の位置によっては、中心固相率が０．８以上となっている部分が存在する可能性がある。この時、圧下により排出された溶鋼が、中心固相率が０．８以上の部分で流動できなくなって、母溶鋼(図２の４)まで流れて混ざることができない。このため、ポロシティは低減するものの、排出された溶鋼がそのまま鋳片に偏析として残り、中心偏析は逆に悪化してしまう。

一方、中心固相率が０．６未満の場合は、鋳片の内部に溶鋼が非常に多く残っているため、この溶鋼を排出するためには圧下量を大きくしなければならない。このため、大きな圧下力が必要となり、圧下設備が巨大になる。

これに対して、固相率が０．８以上の場合は、鋳片の内部に凝固末期の溶鋼が少なく、大きな圧下を加えても溶鋼はほとんど流動することがない。このため、中心偏析が悪化することはない。
そこで、本発明では、凝固末期の中心固相率が０．８以上の時に圧下することとしている。

このように、中心固相率が０．８以上、すなわち０．８〜１．０の時に圧下を加えれば、ポロシティの圧着に効果を有する。しかし、中心固相率が１．０、すなわち完全に凝固してからでは、鋳片の厚さ中心部の温度が低下するため、変形抵抗が急激に大きくなる。このため、中心固相率が１．０になってしばらくしてから大きな圧下を加えたのでは、ポロシティが分布している鋳片の厚さ中心部が有効に圧下されず、大きなポロシティはあまり小さくならない可能性がある。

従って、本発明では、中心固相率が１．０になって速やかに圧下するのが望ましい。さらに望ましくは、厚さ中心に溶鋼がわずかに残っている中心固相率が０．９９までに圧下するのがよい。

なお、中心固相率ｆsは、溶鋼の液相線温度ＴLと固相線温度Ｔsと厚さ中心の温度Ｔから、ｆs＝（ＴL−Ｔ）／（ＴL−Ｔs）で求めることができる。鋳片の厚さ中心の温度Ｔが溶鋼の液相線温度ＴL以上の場合はｆs＝０であり、前記厚さ中心の温度Ｔが溶鋼の固相線温度Ｔsより小さい場合はｆs＝１．０である。また、鋳片の厚さ中心の温度Ｔは、鋳造速度、鋳片の表面冷却、鋳造鋼種の物性等を考慮した鋳片厚さ方向一元の非定常伝熱解析計算によって求めることができる。

また、本発明の連続鋳造方法において、鋳片の幅方向中央部における圧下量を３〜１５ｍｍとするのは、圧下量が３ｍｍ未満では、鋳片のポロシティをあまり軽減することができないからである。つまり、圧下量が３ｍｍ未満の場合には、大きなポロシティはほんのわずか小さくなるだけで、その後の圧延でも圧着できずに欠陥として残るからである。

一方、圧下量を１５ｍｍより大きくするには、非常に大きな圧下力が必要であり、巨大な圧下設備が必要になるからである。また、本発明では、連続鋳造後の圧延によって残ったポロシティを圧着させるために、１５ｍｍ以上圧下しても極厚鋼板の欠陥防止効果に変化はないためでもある。

また、本発明の連続鋳造方法において、鋳片バルジング量を２〜２０ｍｍとするのは、以下の理由による。
本発明では、圧下に必要な量が３ｍｍ以上であるので、鋳片バルジング量が２ｍｍ未満では、圧下の時に、変形抵抗の大きい鋳片の短辺を１ｍｍ以上圧下しなければならなくなるため、大きな圧下力が必要となり、圧下設備が巨大になるからである。

一方、鋳片バルジング量が２０ｍｍより大きくなると、鋳片がバルジングするときにその量が大きすぎるために、凝固シェルの変形量が大きくなり内部割れが発生するからである。

本発明の極厚鋼板の製造方法において、前記本発明の連続鋳造方法で製造した鋳片を圧下比（（鋳片厚さ／鋼板厚さ）で定義され、この値が大きい程圧延時の圧下量が大きい）１．５〜３．０で圧延するのは、圧下比が１．５未満では、鋳片に残った厚さ１ｍｍ未満程度の小さなポロシティでも、圧延時に圧着、解消できない場合があり、製造された極厚鋼板にはＵＳＴ欠陥が見られる場合があるからである。

発明者らの実験によれば、鋳片に残った厚さ１ｍｍ未満程度の小さなポロシティは、圧下比が１．５〜３．０の圧延により圧着でき、解消できることが判明した。このため、圧下比を３．０より大きくして圧延することは意味が無い。極厚鋼板の厚さが決められていることから、圧下比を大きくするためには、連続鋳造機の鋳型の厚さを大きくしなければならない。このため、機長の長い巨大な連続鋳造機が必要になり、巨額の設備費用がかかる。あるいは、操業時の鋳造速度を極端に遅くしなければならず、生産性が極端に悪くなるという問題があるからである。

なお、ポロシティの大きさの評価は、鋳片厚さ中央付近より、鋳込み方向７５ｍｍ×幅方向３ｍｍ×厚さ方向５０ｍｍのサンプルを切り出し、超音波探傷装置で測定することにより行った。測定条件は、探傷周波数＝５０ＭＨｚ、振動子寸法＝直径６ｍｍ、探傷感度＝５ｄｂである。

水槽内に設置したサンプルに、探触子を移動させて高周波の超音波をあて、反射されるエコーの強度からポロシティの大きさを検出する。探触子は、サンプル上を０．０３ｍｍずつ移動させながら測定を行い、サンプル全面（７５ｍｍ×５０ｍｍ）を走査する。これにより、サンプルのどの位置にどれくらいの大きさのポロシティがあるのかを知ることができる。

ポロシティの大きさは、鋳片の厚さ方向の長さ（厚さ）で評価した。そして、上記サンプルに存在するポロシティのうち、最大の厚さを求めた。

本発明では必ずしも成分範囲を明確に限定する必要はなく、通常の連続鋳造を行った後に熱間圧延を実施する成分系のいずれにおいても適用が可能である。
通常用いられる成分やその範囲は、主に最終製品である厚鋼板での機械特性や溶接性、溶接熱影響部特性に応じて各種の組合せがあり、一部の特殊な成分系を除けば概略以下の範囲となる。

Ｃ：０．０２〜０．５６質量％（以下、単に「％」と記す。）
Ｃは母材の強度を確保するのに有効な元素であるが、その効果を得るためには０．０２％以上含有させる必要がある。一方、構造材料等の母材や溶接部の靱性が要求されるものについては靱性確保の観点から０．１８％以下（−２０，−４０℃といった、より低温での靱性要求がある場合は０．０９％以下）の含有量のものを用いる。また、高硬度にして摩耗性等を向上させる用途には、必要な硬度を得るために０．５６％以下の含有量のものを用いる。

Ｓｉ：０．０４〜０．６０％
Ｓｉは溶鋼の脱酸に必要な元素であり、その効果を得るためには０．０４％以上が望ましい。しかし、０．６０％を超えると溶接熱影響部靱性を劣化させるので、好ましくは０．３５％以下である。

Ｍｎ：０．５０〜２．００％
Ｍｎは、Ｃと同様母材強度を確保するのに有効な元素であり、効果的に強度を得るために０．５０％以上含有することが望ましい。しかし、Ｍｎ含有量が多すぎると中心偏析による母材や溶接熱影響部靱性の劣化が顕著となるため、２．００％以下の範囲で用いる。

Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００６％以下
Ｐ，Ｓは鋼の靱性を著しく悪化させる元素であり少ない方が望ましいが、極端に低下させるためにはコストがかかるために、上記の範囲以下で用いる。

さらに、目的とする母材強度、硬度及び母材や溶接熱影響部靱性を確保するために、必要に応じて、
Ｃｕ：１．２％以下、Ｎｉ：１．８％以下、Ｃｒ：１．２％以下、Ｍｏ：０．６％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｂ：０．００３％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｎ：０．０１％以下、
を単独、或いは、組み合わせて添加する場合がある。これらの元素も上記以上添加すると逆に特性が悪化したり、添加による効果が合金コストに見合わなくなるものである。

また、特に溶接熱影響部靱性の性能向上を目的として、Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭを１種以上含有させる場合があるが、その範囲はそれぞれ０．０００５％以上、０．０１％以下であることが好ましい。

以下、本発明を成立させるために行った試験及び本発明の効果を確認するに行った試験について、図１〜図７を用いて説明する。
図１は発明者らが連続鋳造において様々な圧下量で鋳片を圧下し、得られた鋳片のポロシティの大きさを測定した結果を示した図で、鋳片のポロシティの厚さを２ｍｍ未満にして、かつ、中心偏析が悪化しない適正範囲（斜線で囲んだ範囲）を示したものである。

図２は前記の試験に用いた垂直曲げ型の連続鋳造機を示したものである。試験に用いた鋳型３は、厚さが３１１ｍｍ、幅は２３００ｍｍの大きさのものを使用した。

試験に用いた鋼種は、下記表１に示す成分とし、Ｃ：０．０２〜０．５６％、Ｓｉ：０．０４〜０．６０％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００６％以下と、目的とする母材強度、硬度及び母材や溶接熱影響部靱性を確保するために、必要に応じて、Ｃｕ：１．２％以下、Ｎｉ：１．８％以下、Ｃｒ：１．２％以下、Ｍｏ：０．６％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｂ：０．００３％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｎ：０．０１％以下の成分を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成である、厚鋼板として用いられている成分系を用いた。

なお、さらなる性能向上のための元素としてＣａ、Ｍｇ，ＲＥＭを少なくとも１種含有させる場合、その範囲はそれぞれ０．０００５〜０．０１％以下であることが好ましい。

鋳造速度は０．６５〜０．８５ｍ／ｍｉｎ、二次冷却水量は０．７５〜０．８５Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌとした。

タンディッシュ（図示せず）から浸漬ノズル２を経て鋳型３に注入された溶鋼４は、鋳型３及びその下方の二次冷却スプレーノズル群(図示せず)から噴射されるスプレー水によって冷却され、凝固シェル５が形成されて鋳片１となる。鋳片１の内部に未凝固部を保持したまま、鋳片１はガイドロール６群を経て圧下ロール７群により引き抜かれる。なお、図２中の４ａは溶鋼４の湯面であるメニスカスを示す。

圧下ロール７は、鋳型３のメニスカス４ａより２７ｍ下方の位置に１対設置した。圧下ロール７の径は４５０ｍｍで、圧下力は最大６００ｔｏｎとした。なお、試験に用いた連続鋳造機は垂直曲げ型連続鋳造機であるが、湾曲型連続鋳造機を使用しても良いことは言うまでもない。

ガイドロール６群は、その鋳片１の厚み方向の間隔を一定値に制御できるように配置されており、鋳片１の内部に未凝固部が存在するときにバルジングさせ、図３に示すように、鋳片１の短辺長さｔ0より幅中央部の厚さｔを大きくして、その後の圧下ロール７により該幅中央部を圧下する。

バルジング量は、鋳片１の短辺長さ方向に配置された対を成すガイドロール６群の厚み方向の間隔を調整することにより調節することが可能である。本試験では、ガイドロール６群の前記厚み方向の間隔は、３０８〜３２６ｍｍとした。

予めガイドロール６群の厚み方向の間隔を３１１ｍｍのままで鋳造した場合、鋳片１の短辺は凝固収縮して幅中央部はバルジングするため、鋳片バルジング量は５ｍｍであることを確認した。すなわち、ガイドロール６群の前記間隔を３０８〜３２６ｍｍに調整すると、鋳片バルジング量は２〜２０ｍｍになる。

ガイドロール６群の前記間隔が３１１ｍｍで一定とし、鋳片バルジング量を５ｍｍ、圧下量を５ｍｍとした場合の例を図４に、ガイドロール６群の前記間隔を３１１ｍｍから３２６ｍｍに変化させて鋳片バルジング量を２０ｍｍとし、圧下量を８ｍｍとした場合の例を図５に示す。

圧下時の中心固相率は、主に鋳造速度と、鋳片の幅中央部の厚さすなわち鋳片バルジング量によって定まるため、鋳片バルジング量に合わせて、種々鋳造速度を変えて一次元の伝熱計算を行い、所定の固相率になる条件を求めた。

また、タンディッシュ内の溶鋼温度は、△Ｔ＝４０℃〜５０℃の間でほぼ一定とした。なお、ΔＴは溶鋼温度と液相線温度の差である。

得られた鋳片は、ポロシティの調査のために一部からサンプルを採取した後、９５０〜１１７０℃に加熱し、１０５０〜７５０℃の範囲で仕上げ圧延を行い極厚材を製造した。使用した仕上げ圧延機のワークロール径は１０４０ｍｍ、最大圧下力は６３００ｔｏｎである。

圧延後の極厚鋼板は、ＪＩＳＧ０８０１−１９９３「圧力容器用鋼板の超音波探傷検査方法」に基づいて、未圧着のポロシティを評価した。ＵＳＴ装置は、Ａスコープ表示式探傷器で、振動子直径３０ｍｍ、公称周波数２ＭＨｚの垂直探傷子を用いた。測定された欠陥の個数、欠陥１個の最大指示長さ、密集度、占積率等が当該ＪＩＳに規定された値以下の場合に、その極厚鋼板は合格とし、ＵＳＴ欠陥はないものと判断した。

実施例の結果を下記表２〜表５に示す。表２は実施例の連続鋳造条件を、表３は実施例の鋳片品質、圧延条件及びその圧延条件で製造した極厚材を示している。また、表４は比較例の連続鋳造条件を、表５は比較例の鋳片品質、圧延条件及びその圧延条件で製造した極厚材を示している。

超音波探傷装置を使って、得られた鋳片から採取したサンプルのポロシティを測定した結果の例を図６及び図７に示す。圧下量が５ｍｍの本発明例４では、ポロシティの厚さは最大０．９ｍｍであったが、圧下していない比較例２では、最大３．８ｍｍであった。

連続鋳造において、本発明の方法を実施したところ、得られた鋳片のポロシティの最大厚さは２ｍｍ未満であり、中心偏析も良好であった。この鋳片を本発明の圧延方法で圧延したところ、ＵＳＴ欠陥のない内質の良好な厚さ１００ｍｍ以上の極厚鋼板が得られた。

このような厚板圧延では、能率確保や板厚中心部の靱性確保の観点から、荷重上限で圧下量を大きくする圧延が行われ、最終数パスのみ形状調整や板厚偏差のための荷重を若干下げた圧延が行われる。この場合、被圧延材の温度が高いほど変形抵抗が小さくなることで圧下量を大きくすることができ、ポロシティ圧着にも有利となる。

そのために極厚材の圧延では、圧下比を確保すると共に、極力高温での圧延を行い、その後調質熱処理により強度や靱性といった母材特性を調整することが一般的である。しかしながら、近年、プロセス合理化やリードタイム短縮の観点から極厚材でも制御圧延を行い、調質熱処理を省略する傾向にあり、ポロシティ圧着不良によるＵＳＴ欠陥が大きな課題であった。

調質熱処理を行う場合、圧延は寸法を合わせ込むことが主目的となり、鋳片を高温で圧下できる。つまり、圧下量を大きくできるため、ポロシティが潰されやすい圧延となる。これに対し制御圧延は、仕上げ圧延（及び途中段階での圧延も）を低温側に制御して圧延するため、鋼材(鋳片)の変形抵抗が増大し、圧下量は小さくなる。

しかしながら、本願のようにスラブ段階でのポロシティ厚さを小さくした場合、これらの課題も克服でき、７５０℃といった低い温度で仕上げ圧延を行った場合でも、ＵＳＴ欠陥の無い極厚鋼板を得ることができる。

一方、圧下量が３ｍｍ未満（圧下しない場合も含む）の比較例１〜３の場合、得られた鋳片のポロシティの最大厚さは２ｍｍ以上であった。この鋳片を圧延した極厚鋼板にはＵＳＴ欠陥が発生した。

また、本発明の範囲の圧下量であっても、圧下するときの中心固相率が０．８未満の比較例４〜７の場合、鋳片の中心偏析が不良であり、圧延工程にまわすことができなかった。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

本発明は、ポロシティを小さくしポロシティに起因するＵＳＴ欠陥を防止するだけでなく、鋼板の水素割れ防止の用途にも適用できる。

連続鋳造における圧下量と中心固相率を変化させた場合に、ポロシティの厚さを２ｍｍ未満にして、中心偏析が悪化しない適正範囲を示した図である。図１の試験に用いた垂直曲げ型の連続鋳造機を説明する図である。鋳片バルジング量を説明する図である。ガイドロール群の間隔が３１１ｍｍで鋳片バルジング量が５ｍｍ、圧下量が５ｍｍの場合における、メニスカスからの距離とロール間隔／鋳片の厚さの関係を示した図である。ガイドロール群の前記間隔が３２６ｍｍで鋳片バルジング量が２０ｍｍ、圧下量が８ｍｍの場合における、メニスカスからの距離とロール間隔／鋳片の厚さの関係を示した図である。圧下量が５ｍｍの場合の鋳片から採取したサンプルのポロシティ分布を示した図である。圧下しない場合の鋳片から採取したサンプルのポロシティ分布を示した図である。

符号の説明

１鋳片
２浸漬ノズル
３鋳型
４溶鋼
４ａメニスカス
５凝固シェル
６ガイドロール
７圧下ロール

Claims

溶鋼の連続鋳造方法において、
鋳片を圧下する前にバルジングさせた後、
該鋳片の厚さ中心の固相率が０．８０以上のときに、鋳片の幅中央部を３〜１５ｍｍ圧下することを特徴とする連続鋳造方法。
前記鋳片のバルジング量を２〜２０ｍｍとすることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造方法。
請求項１又は２に記載の連続鋳造方法により製造した鋳片に、圧下比１．５〜３．０の圧延を施すことを特徴とする内質に優れた極厚鋼板の製造方法。
請求項３記載の方法で製造したことを特徴とする厚さが１００ｍｍ以上の極厚鋼板。