JP2006051533A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼の連続鋳造において、軽圧下起因の内部割れを発生させずに鋳片の中心偏析を十分に軽減することのできる連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】 Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼の連続鋳造方法であって、鋳造しようとする鋼のＭｎ、Ｐ、Ｓ含有量に基づいて、凝固末期の鋳片を予め定めた圧下速度でロールにより圧下する軽圧下の実施又は不実施を決定することを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。軽圧下不実施とする際には、併せて連続鋳造速度を軽圧下実施時と比較して遅い速度とし、溶鋼過熱度を調整する。また、下記（１）式で定める指標Ｘが品質要求レベルから決定される所定の値よりも低い値となったときに軽圧下を不実施と決定する。
Ｘ＝０．５×［Ｍｎ］／［Ｓ］＋０．２／［Ｐ］ （１）
ただし、［Ｍｎ］［Ｐ］［Ｓ］は各成分の溶鋼中含有量（質量％）である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼の連続鋳造方法であって、鋳片の軽圧下に起因する内部割れの発生を防止しつつ鋳片の中心偏析を改善することのできる鋼の連続鋳造方法に関するものである。

鋼の連続鋳造においては、鋳片断面の中央部に不純物成分が濃化する中心偏析の問題を解決することが、鋳片品質を向上する上での重要な課題となっている。鋳片の中心偏析対策としては、未凝固溶鋼を電磁攪拌することによって凝固組織の微細化を図るとともに、最近は凝固末期の鋳片をロールにより圧下する軽圧下技術が用いられるようになり、中心偏析を軽減することが可能になっている。

軽圧下技術においては、凝固末期の所定の中心固相率範囲の領域において、鋳片の凝固収縮に伴う未凝固溶鋼の流動を抑えるため、ロール間隔を下流側に向かって順次狭めていくことが行われる。ロール間隔を狭める度合いについては、圧下速度（ｍｍ／分）として定めることができ、圧下速度を適切に定めることによって中心偏析を軽減して良好な品質を得ることができる。

ブルーム鋳片を鋳造する連続鋳造においては、軽圧下を行うべき範囲は、中心固相率が０．１〜０．３の時点から流動限界固相率までの間が適切な範囲であり、その範囲で例えば圧下速度０．５〜２．０ｍｍ／分で圧下することによって中心偏析を軽減することができる。

ブルーム連続鋳造、特にＣ含有量が０．４質量％以上の高炭素鋼ブルームの連続鋳造において軽圧下を実施すると、鋳片の内部に内部割れが発生することがある。ブルームを軽圧下することによって発生する内部割れについては、中心固相率が０．５〜０．６の時点前の軽圧下によって内部割れが発生しやすいことが知られている。

中心固相率が０．５〜０．６以降から軽圧下を開始することとすると、軽圧下に起因する内部割れの発生は防止することができるが、軽圧下による中心偏析の軽減を十分に果たすことができなくなる。軽圧下起因の内部割れ発生状況が鋼のＣ含有量と関係していることから、特許文献１においては、中心固相率０．１〜０．３の位置から０．５〜０．６に達する位置までの区間内は、Ｃ含有量が高くなるほど圧下速度上限を低くする方法が記載されている。

特開２００１−１９１１５７号公報

Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼の連続鋳造において、中心偏析対策として軽圧下を実施した場合、特許文献１に記載の方法を用いても軽圧下起因の内部割れ発生を防止できない事態が生じることがある。

本発明は、Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼の連続鋳造において、軽圧下起因の内部割れを発生させずに鋳片の中心偏析を十分に軽減することのできる連続鋳造方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼の連続鋳造方法であって、鋳造しようとする鋼のＭｎ、Ｐ、Ｓ含有量に基づいて、凝固末期の鋳片を予め定めた圧下速度でロールにより圧下する軽圧下の実施又は不実施を決定することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
（２）前記軽圧下不実施とする際には、併せて連続鋳造速度を軽圧下実施時と比較して遅い速度とし、連続鋳造時の溶鋼過熱度の上限を軽圧下実施時と比較して下げることを特徴とする上記（１）に記載の鋼の連続鋳造方法。
（３）下記（１）式で定める指標Ｘが品質要求レベルから決定される所定の値以上の値となったときに軽圧下を実施し、所定の値よりも低い値となったときに軽圧下を不実施と決定することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の鋼の連続鋳造方法。
Ｘ＝０．５×［Ｍｎ］／［Ｓ］＋０．２／［Ｐ］ （１）
ただし、［Ｍｎ］［Ｐ］［Ｓ］は各成分の溶鋼中含有量（質量％）である。
（４）指標Ｘの値が２０以上であることを特徴とする上記（３）に記載の鋼の連続鋳造方法。

本発明は、Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼の連続鋳造において、鋳造しようとする鋼のＭｎ、Ｐ、Ｓ含有量に基づいて軽圧下の実施又は不実施を決定するので、軽圧下起因の内部割れ発生を的確に防止することができる。

連続鋳造鋳片の中心偏析は、連続鋳造中において鋳片中心部に固相が発現してから（中心固相率が０．１〜０．３程度）、鋳片厚み中心で溶鋼が流動し得なくなる領域までの間の範囲で、鋳片の凝固収縮に伴う溶鋼流動が原因となって引き起こされることが知られている。従って、この範囲全域にわたって鋳片外部より凝固収縮を補償する程度の圧下を加え、凝固収縮による溶鋼流動を抑制することによって中心偏析が抑制される。

以上のように、中心偏析の改善のためには、鋳片厚み中心固相率が０．１〜０．３の位置から、中心固相率０．８程度の位置までの範囲を、鋳片の凝固収縮に見合う量だけ圧下することが必要であるとされている。このような考え方から、中心偏析を軽減する上で軽圧下における適正な圧下速度が決定される。

一方、鋼成分によっては、中心偏析対策として必要とされる圧下速度で圧下を行った場合には、凝固界面の固相側に割れが発生し、この割れの内部に不純物濃化溶鋼が流入してそのまま固化することにより、内部割れが発生する場合がある。内部割れは、中心偏析と並んで製品品質を悪化させる要因となり、製品圧延時の断線や、加工時の折損などを引き起こすことから有害であり、中心偏析を低減するとともに内部割れの発生を防止することは極めて重要である。

特許文献１においては、軽圧下起因内部割れの発生と鋼のＣ含有量との関連に着目し、Ｃ含有量が高くなるほど軽圧下の圧下速度を低く抑えることにより、軽圧下を行いつつ内部割れの発生が抑えられるとした。ところが、前述の通り、特許文献１に記載の方法を用いたのみでは、軽圧下起因の内部割れを防止できない場合があることがわかった。

Ｃ含有量が０．４％以上の鋼を連続鋳造するに際しては、内部割れ発生挙動に影響を及ぼす鋼成分としては、Ｃ含有量との関係よりもむしろＭｎ、Ｐ、Ｓ含有量の影響の方が支配的であることを本発明者らは見いだした。

即ち、Ｃ含有量０．４質量％以上の鋼において、Ｍｎ含有量に比してＳ含有量が相対的に高い値となり、さらにＰ含有量が高い値となると、Ｃ含有量の多寡にかかわらず、軽圧下を実施した場合の内部割れ発生を防止することがもはや困難となることが明らかとなった。

軽圧下に起因する内部割れの発生は、未凝固鋳片の凝固界面における固相側において、軽圧下に起因する引張応力に抗しきれずに固液界面に割れが発生し、この割れの内部に液相側の不純物濃化溶鋼が流れ込むことによってもたらされる。ここにおいて、割れの発生しやすさ、即ち凝固直後鋳片の脆性に及ぼす鋼成分の影響については、Ｃ含有量が０．４質量％以上においてはＣ含有量の多寡にさほど影響されず、それよりもＭｎ含有量とＳ含有量との比が小さくなるほど、一方でＰの含有量が多くなるほど凝固直後鋳片の脆性が悪化することがわかった。

本発明は第１に、以上の知見に基づき、Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼の連続鋳造方法において、鋳造しようとする鋼のＭｎ、Ｐ、Ｓ含有量に基づいて、凝固末期の鋳片を予め定めた圧下速度でロールにより圧下する軽圧下の実施又は不実施を決定することを特徴とする。これにより、鋳造ロット毎の鋼成分実績に起因して軽圧下による内部割れが発生したり発生しなかったりする事態を防止することが可能となる。

軽圧下に起因する内部割れの発生有無については、まず［Ｍｎ」／［Ｓ］の値が低くなるほど、そして１／［Ｐ」の値が低くなるほど発生しやすくなる。ここで、［Ｍｎ］［Ｐ］［Ｓ］は各成分の溶鋼中含有量（質量％）である。従って、鋳造しようとする鋼のＭｎ、Ｐ、Ｓ含有量に基づいて、軽圧下の実施又は不実施を決定するに際しては、［Ｍｎ」／［Ｓ］と１／［Ｐ」の関数として指標を定め、その指標が品質要求レベルから決定される所定の値よりも低い値となったときに軽圧下を不実施と決定することとすると好ましい。

Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼において、軽圧下起因内部割れの発生状況が［Ｍｎ」／［Ｓ］と１／［Ｐ」の関数として決定される根拠については、ＰとＳの鋼中における平衡分配係数に及ぼすＣ含有量の影響を考察することによっても得ることができる。即ち、図１に示すように、溶鋼中のＰとＳの平衡分配係数とＣ含有量との相関を評価すると、Ｃ含有量が高くなるほどＰ、Ｓの平衡分配係数が低下し、Ｃ含有量０．４質量％以上においてＰ、Ｓの平衡分配係数が非常に低い値となることがわかる。平衡分配係数が低いほどその成分が偏析しやすくなるので、即ちＣ含有量が０．４質量％以上の溶鋼においてはＰ、Ｓが非常に偏析しやすいことを示唆している。Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼を連続鋳造するに際し、軽圧下起因の内部割れ発生有無がＰとＳの含有量に強く影響されている理由はこの事実から説明することが可能である。なお、図１については、日本鉄鋼協会編「第３版鉄鋼便覧Ｉ基礎」１９３頁の表をグラフ化することによって得られたものである。

本発明は第２に、上記本発明において、鋳造しようとする鋼の成分実績値に基づいて軽圧下を不実施と決定した際、併せて連続鋳造速度を軽圧下実施時と比較して遅い速度とし、連続鋳造時の溶鋼過熱度の上限を軽圧下実施時と比較して下げることとする。これにより、鋳片の等軸晶率が増加し、中心偏析を実害のない範囲で良好に保持しつつ、内部割れの発生を防止することができる。なお、溶鋼過熱度とは、溶鋼の成分により求められる液相線温度に対する溶鋼の実際の温度の差をいう。連続鋳造時の溶鋼過熱度を低温側に維持するには、必要に応じてタンディッシュ内溶鋼に冷材を投入する等して達成することができる。

上記本発明において、下記（１）式によって指標Ｘを定め、指標Ｘが品質要求レベルから決定される所定の値よりも低い値となったときに軽圧下を不実施と決定することとするとより好ましい。
Ｘ＝０．５×［Ｍｎ］／［Ｓ］＋０．２／［Ｐ］ （１）
ただし、［Ｍｎ］［Ｐ］［Ｓ］は各成分の溶鋼中含有量（質量％）である。

指標Ｘを定める式として上記（１）式を用いることにより、軽圧下実施時の内部割れ発生有無を極めて良好に予測することが可能となる。そのため、溶鋼成分実績に起因する軽圧下不実施の発生比率を極限まで低減しつつ、軽圧下実施時の軽圧下起因内部割れの発生を極少とすることが可能となる。

軽圧下起因の内部割れ発生状況を定量的に評価する指標として、「割れ総長」を導入した。割れ総長とは、鋳片のＬ断面（鋳片の軸心を通る平面であって、鋳造ロール軸心と直交する平面）として鋳造方向長さが１６２ｍｍ、厚さ方向長さが鋳片厚さに等しい鋳片サンプルを採取し、このサンプル断面のサルファープリントを採取して、現出した割れの長さを合計したものである。

Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼について、割れ総長に及ぼす［Ｍｎ］／［Ｓ］と１／［Ｐ」と現出した割れ総長との関係を、重回帰分析を用いて整理したところ、
割れ総長（ｍｍ）＝−０．５×［Ｍｎ］／［Ｓ］−０．２×１／［Ｐ］＋１２０ （２）
なる相関式を得ることができた。そして、上記（２）式から計算した割れ総長を「計算割れ総長」とし、図２は［Ｍｎ］／［Ｓ」と［Ｐ］と計算割れ総長との関係を等割れ線図として示したものである。図３は、計算割れ総長と実績割れ総長との関係を示したものである。（２）式によって割れ総長を極めて良好に予測できることが明らかである。Ｃ含有量０．４質量％以上の実績に限定すると、割れ総長と成分実績との相関については上記［Ｍｎ］／［Ｓ］と１／［Ｐ」の影響は強く表れたものの、Ｃ含有量の実績との相関はさほど強くなく、［Ｍｎ］／［Ｓ］と１／［Ｐ」の実績のみによって軽圧下の実施不実施を決定する本発明によって十分に内部割れの発生を防止できることがわかった。

鋳造する品種毎に、許容できる内部割れ程度を割れ総長許容範囲として定めき、溶鋼の成分実績から（２）式で計算した割れ総長を超える内部割れが発生すると予想されたら軽圧下を不実施とすればよい。即ち、上記（１）式を用いる本発明は以上の知見に基づいてなされたものであり、（１）式で定める指標Ｘが品質要求レベルから決定される所定の値よりも低い値となったときに軽圧下を不実施と決定することにより、軽圧下起因の内部割れ総長を所定の範囲内に抑えることが可能となる。

指標Ｘの値は、鋼が熱間鍛造用鋼の場合は、２０とするのが好ましい。また、冷間鍛造用鋼の場合は７０とするのが好ましい。ばね用鋼の場合は１２０とするのが好ましい。

湾曲型ブルームビレット連続鋳造機を用い、Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼であって断面サイズが２２０ｍｍ×２２０ｍｍのブルームを鋳造するに際し、本発明を適用した。１ヒートロットは２７０トンである。軽圧下実施時の条件として、中心固相率０．３〜０．７の範囲において、圧下速度（ｍｍ／分）を３．７ｍｍ／分として軽圧下を行うこととした。軽圧下実施時の標準鋳造速度は１．７ｍ／分であり、クレーターエンド位置（中心固相率＝１．０となる位置）はメニスカスからの鋳造長にして３７ｍの位置である。以上より、軽圧下を実施する範囲は、メニスカスから２３．８ｍ〜２８．４ｍの位置となった。

軽圧下実施不実施の決定方法として、鋼が熱間鍛造用鋼であるため、上記（１）式の指標Ｘの限界を２０と定め、連続鋳造開始前の二次精錬終了後溶鋼成分実績に基づき、（１）式で計算したＸが上記限界値よりも低い値となったときに軽圧下を不実施とすることとした。

軽圧下不実施とした際に鋳片の中心偏析を所定の品質レベルに維持するため、鋳造速度を１．７ｍ／分から１．２ｍ／分に低下させることとした。また、軽圧下不実施時においては、タンディッシュ内における溶鋼過熱度の上限を４０℃から３０℃に変更することとした。

本発明法として、溶鋼の成分がＭｎ：０．４４質量％、Ｓ：０．０３１質量％、Ｐ：０．０１８質量％であり、これらから求まるＸ値が１８．２である溶鋼を１ヒート準備し、鋳造速度、およびタンディッシュ内溶鋼過熱度を上記の通りに変更して鋳造し、軽圧下を実施しなかった。また、比較法として、溶鋼の成分がＭｎ：０．４６質量％、Ｓ：０．０３２質量％、Ｐ：０．０１８質量％であり、これらから求まるＸ値が１８．３である溶鋼を１ヒート準備し、鋳造速度およびタンディッシュ内溶鋼過熱度を変更せずに軽圧下を実施した。

本発明法と比較法の内部割れと中心偏析の発生状況について調査した結果を対比した。

図４（ａ）に示すように、軽圧下起因の内部割れ実績を内部割れ総長によって評価したところ、比較法における内部割れ総長に比較し、本発明法においては内部割れ総長を大幅に低減することができた。一方、鋳片の中心偏析実績を中心偏析粒径によって評価した結果、図４（ｂ）に示すように、軽圧下を不実施とすることのない従来法と対比し、成分実績によっては軽圧下を不実施とする本発明においても、中心偏析粒径の悪化はまったく見られなかった。

以上のように、本発明を適用することにより、Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼の連続鋳造において、中心偏析を悪化させることなく軽圧下起因の内部割れを大幅に低減することが可能となった。これにより、品質安定化および製造コストの低減が図れる。

Ｐ、Ｓの平衡分配係数に対するＣ含有量の影響を示す図である。 Ｍｎ／Ｓ、Ｐと計算割れ総長との関係を等割れ線図として示した図である。 軽圧下起因の内部割れ総長について、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ含有量実績から求めた割れ総長計算値と割れ総長実績値とを比較した図である。 本発明法の効果を従来例と対比して説明する図であり、（ａ）は内部割れ発生状況の比較、（ｂ）は中心偏析成績の比較である。

Claims (4)

1. Ｃ含有量が０．４質量％以上の鋼の連続鋳造方法であって、鋳造しようとする鋼のＭｎ、Ｐ、Ｓ含有量に基づいて、凝固末期の鋳片を予め定めた圧下速度でロールにより圧下する軽圧下の実施又は不実施を決定することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
2. 前記軽圧下不実施とする際には、併せて連続鋳造速度を軽圧下実施時と比較して遅い速度とし、連続鋳造時の溶鋼過熱度の上限を軽圧下実施時と比較して下げることを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
3. 下記（１）式で定める指標Ｘが品質要求レベルから決定される所定の値以上の値となったときに軽圧下を実施し、所定の値よりも低い値となったときに軽圧下を不実施と決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼の連続鋳造方法。
   Ｘ＝０．５×［Ｍｎ］／［Ｓ］＋０．２／［Ｐ］ （１）
   ただし、［Ｍｎ］［Ｐ］［Ｓ］は各成分の溶鋼中含有量（質量％）である。
4. 指標Ｘの値が２０以上であることを特徴とする請求項３に記載の鋼の連続鋳造方法。

Images