JP2006136901A - 連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブルーム鋳片におけるコーナ割れの発生を効果的に抑制して安定した操業を実現できる連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】 取鍋溶鋼の炭素濃度を［Ｃ］（質量％）としたとき、ブルーム鋳片表面から深さ３０ｍｍまでの表層部における偏析度Ｋｅが下記（１）式および（２）式を満足すると共に、ブルーム鋳片表面から３０ｍｍよりも内部での偏析度Ｋｅが１．０５以下となる様に電磁撹拌条件を制御して操業する。
Ｋｅ≦１．０１６３×［Ｃｏ］^(0.0731)＋０．０５…（１）
Ｋｅ≧１．０１６３×［Ｃｏ］^(0.0731)−０．０５…（２）
但し、偏析度Ｋｅは、最大のときの炭素濃度［Ｃｍａｘ］（質量％）と前記炭素濃 度［Ｃ］の比（［Ｃｍａｘ］／［Ｃ］）で表わされる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、鋳型内電磁撹拌を行いつつブルーム鋳片を連続鋳造法によって製造する方法に関するものであり、特にブルーム鋳片におけるコーナ割れを効果的に防止して安定した操業を実現できる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、取鍋中の溶鋼を鋳型に投入し、鋳型内部で冷却（一次冷却）して凝固シェルを形成し、その後水によるスプレイ帯にガイドロールによって案内しつつ冷却して（二次冷却）凝固シェルを次第に厚くしていき、その後ピンチロールによって徐々に引き抜いて凝固完了後に鋳片としてその後の工程に送るように構成されている。

こうした連続鋳造においては、鋳片の表面性状や内部品質の向上を目指して、鋳型内メニスカス近傍の溶鋼に磁界を作用させて溶鋼流速を制御するいわゆる電磁撹拌が行われることが多い。

こうした電磁撹拌を行うに際しては、鋳片表層の気泡や介在物の低減を図るためには、電磁撹拌強度はできるだけ強い方が好ましいのであるが、電磁撹拌強度が強すぎると、ブルーム鋳片のコーナ割れが発生するという問題が生じる。これは、電磁撹拌強度が強くなりすぎると、鋳片コーナ部における凝固シェル厚みが薄くなり、割れが生じ易くなるものと考えられる。

また、電磁撹拌強度は鋼種の如何に係らず、強すぎない範囲内である一定の条件に設定されているのが一般的である。しかしながら、同じ撹拌条件であっても鋼種によってコーナ割れが発生しやすくなるという問題がある。特に、鋳片の炭素含有量が多い場合や、Ｓ含有量に対するＭｎ含有量が少ない場合には、割れ易いといわれている。

こうしたことから、鋼種に応じた最適な電磁撹拌条件を設定することが望まれているのであるが、こうした技術は確立されていないのが実情である。

電磁撹拌条件を適切に制御する技術として、例えば特許文献１には、鋳型内電磁撹拌によって３０〜１００ｃｍの撹拌流動を与えつつ鋳造し、鋳片厚みの１０％以下となる表層部分にＣとＳの偏析度が０．９３以下となる負偏析帯を形成すると共に、この表層部よりも内側のコア部にＣとＳの偏析度が１．１以上の偏析帯を形成する技術が提案されている。

この技術は、撹拌流速を適切に制御することによって、表層部と内部における偏析度を変化させることによって、表面品質が良好でコア部での被削性に優れたリムド鋼を連続鋳造法で製造するものである。

しかしながら、現実問題としては、撹拌流速を正確に把握することは困難であり、適切な溶鋼撹拌条件を設定できないという問題がある。また、鋼種に応じて撹拌条件を適切に設定しなければ、上記したコーナ割れに有効に対処できないことになる。
特公平７−１６７６３号公報 「特許請求の範囲」、「発明の効果」の欄など

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、ブルーム鋳片におけるコーナ割れの発生を効果的に抑制して安定した操業を実現できる連続鋳造方法を提供することにある。

本発明に係る連続鋳造方法とは、鋳型内電磁撹拌を行いつつブルーム鋳片を連続鋳造するに当たり、取鍋溶鋼の炭素濃度を［Ｃ］（質量％）としたとき、ブルーム鋳片表面から深さ３０ｍｍまでの表層部における偏析度Ｋｅが下記（１）式および（２）式を満足すると共に、ブルーム鋳片表面から３０ｍｍよりも内部での偏析度Ｋｅが１．０５以下となる様に電磁撹拌条件を制御して操業する点に要旨を有するものである。
Ｋｅ≦１．０１６３×［Ｃｏ］^(0.0731)＋０．０５…（１）
Ｋｅ≧１．０１６３×［Ｃｏ］^(0.0731)−０．０５…（２）
但し、偏析度Ｋｅは、最大のときの炭素濃度［Ｃｍａｘ］（質量％）と前記炭素濃 度［Ｃ］の比（［Ｃｍａｘ］／［Ｃ］）で表わされる。

本発明の連続鋳造方法においては、取鍋溶鋼の炭素濃度を［Ｃ］が０．０１〜０．３％、Ｍｎ濃度［Ｍｎ］とＳ濃度［Ｓ］の比（［Ｍｎ］／［Ｓ］）が３０以下であることが好ましい。またスラブ鋳片における軸直角断面が厚み：２００〜５００ｍｍ、幅：２００〜７００ｍｍであるものを想定したものである。

本発明においては、ブルーム鋳片の炭素濃度に応じて、ブルーム鋳片表層部における偏析度が一定の関係式を満足すると共に、鋳片内部での偏析度を制御することによって、コーナ割れの発生を抑制することができる連続鋳造方法が実現できた。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、コーナ割れの原因は、鋳型コーナ部での撹拌流速が炭素濃度に応じた適切な範囲に設定されていないことによることが判明した。そして、撹拌流速は直接的に把握できないので、その指標としてブルーム鋳片表層部での偏析度Ｋｅを、鋳片の炭素含有量（即ち、取鍋溶鋼の炭素濃度）に応じて適切な範囲となるように電磁撹拌条件を制御すれば、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。

ブル−ム鋳片を連続鋳造した場合に、撹拌流速の影響によってブルーム鋳片表面から深さ３０ｍｍまでの表層部における偏析度Ｋｅが変化し、負の偏析帯が生成することになる。そして、この領域における偏析状態は鋳片コーナ部における偏析状態を反映しており、該偏析度Ｋｅをブルーム鋳片の炭素濃度（即ち、取鍋溶鋼の炭素濃度）に応じて適切な範囲となるように電磁撹拌条件を制御すれば、鋳片コーナ割れが抑制できたのである。

また、上記条件を満足するようにすれば、鋳片表面から３０ｍｍよりも内部での偏析度Ｋｏが必然的に１．０５以下となるのであるが、このようなブルーム鋳片では、冷間圧造加工性が極めて良好になることも分かった。尚、「鋳片表面から３０ｍｍよりも内部」とは、鋳片各表面から４０ｍｍまでの領域を除いた内部領域（コア部）を意味する。

本発明方法を実施するための具体的な電磁撹拌条件としては、具体的には電磁撹拌装置を構成する電磁コイルの周波数、磁束密度などが挙げられるが、これらによって溶鋼への応力（推力）を変化させることになる。

本発明で対象とするブルーム鋳片の炭素濃度［Ｃ］（即ち、取鍋溶鋼の炭素濃度）の範囲については、特に限定するものではないが、割れ感受性を考慮すれば、０．０１〜０．３０％であることが好ましい。またＭｎ濃度［Ｍｎ］とＳ濃度［Ｓ］の比（［Ｍｎ］／［Ｓ］）が３０以下であることが好ましく、この値が３０よりも大きくなると、本発明を適用しなくても割れが発生しなくなる。

また本発明で対象とする鋳片は、軸直角断面形状が比較的大きいブルームを対象とするものであり、その形状は例えば厚み：２００〜５００ｍｍ、幅：２００〜７００ｍｍ程度のものを想定したものである。

本発明方法を実施するに当たっては、電磁撹拌条件を炭素濃度［Ｃ］に応じて適切に調整する必要があるが、具体的には所定の周波数のもとでの鋳型各辺への磁束密度を適切に調整すれば良い。本発明者らが検討したところによれば、周波数２．０Ｈｚの場合には、炭素濃度［Ｃ］が０．１９％以下のときに、鋳型長片側（鋳片幅方向）に３００〜５００ガウス、短片側（鋳片厚み方向）に４５０〜８００ガウスの磁束密度をかけ、炭素濃度［Ｃ］が０．２０％以上のときには、鋳型長片側（鋳片幅方向）に５００ガウス、短片側（鋳片厚み方向）に８００ガウスの磁束密度をかけて電磁撹拌を行なえば良いことを把握している。

また、こうした電磁撹拌条件以外の鋳造条件については、特に限定するものではなく、通常の条件に従えばよいが、例えば鋳造速度は０．６０〜１．００ｍ／ｍｉｎ程度に設定することが好ましい。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

実施例１
取鍋溶鋼の炭素濃度［Ｃ］：０．２５％，Ｍｎ濃度［Ｍｎ］：０．４５％，Ｓ濃度［Ｓ］：０．０２０％の鋼種に対して電磁撹拌を行いつつ連続鋳造し、厚さ：３８０ｍｍ、幅：６００ｍｍのブルーム鋳片を製造した。このとき、鋳型長片側（鋳片幅方向）に５００ガウス、短片側（鋳片厚み方向）に８００ガウスの磁束密度（周波数：２．０Ｈｚ）をかけて電磁撹拌を行った。尚、磁束密度の測定は、電磁撹拌用コイルのセンター位置において銅板（鋳型）に密着させた状態で行った。また鋳造速度は０．６５ｍ／ｍｉｎとした。

得られたブルーム鋳片は、コーナ割れや介在物の悪化が発生しないものであったが、このときの、鋳片表面から厚み方向（深さ方向）における偏析度Ｋｅの推移について調査した。このときのサンプル採取状況を図１（鋳片幅方向の適所で切断した状態）に示す。図１に示すように、偏析度Ｋｅの測定に当たっては、鋳造方向の偏析のバラツキを平均化するために、鋳片表面から厚み方向（深さ方向）に、幅：２ｍｍ、深さ：２ｍｍで、鋳造方向に長さ２００ｍｍとなるスリット状試験片を所定間隔（最小ピッチ：２ｍｍ）で採取し、各試験片における炭素濃度の最大値［Ｃｍａｘ］（質量％）を測定し、それらの比（［Ｃｍａｘ］／［Ｃ］）で求めた。

その結果を、表１および図２に示すが、鋳片表面から深さ３０ｍｍまでの表層部においては、負の偏析が生じており、それより内部では正の偏析状態となっていることが分かる。

実施例２
取鍋溶鋼の炭素濃度［Ｃ］：０．１２％，Ｍｎ濃度［Ｍｎ］：０．４０％，Ｓ濃度［Ｓ］：０．０２０％の鋼種に対して電磁撹拌を行いつつ連続鋳造し、厚さ：３８０ｍｍ、幅：６００ｍｍのブルーム鋳片を製造した。このとき、鋳型長片側（鋳片幅方向）に３００〜５００ガウス、短片側（鋳片厚み方向）に４５０〜８００ガウスの磁束密度（周波数：２．０Ｈｚ）をかけて電磁撹拌を行った。尚、磁束密度の測定は、電磁撹拌用コイルのセンター位置において銅板（鋳型）に密着させた状態で行った。また鋳造速度は０．６５ｍ／ｍｉｎとした。

得られたブルーム鋳片は、コーナ割れや介在物の悪化が発生しないものであったが、鋳片表面から厚み方向（深さ方向）における偏析度Ｋｅ（またはＫｏ）の推移について、実施例１と同等にして調査した。

その結果を、表２および図３に示すが、鋳片表面から深さ３０ｍｍまでの表層部においては、負の偏析が生じており、それより内部では正の偏析状態となっていることが分かる。

実施例３
上記実施例１、２の結果から、各鋼種の炭素濃度［Ｃ］に応じて最適な偏析度Ｋｅの範囲があることを把握した。そして、様々の鋼種のものについて上記実施例１、２に従って各種ブル−ム鋳片を製造し、鋳片の炭素濃度（即ち、取鍋溶鋼の炭素濃度［Ｃ］）および表層部の偏析度Ｋｅが鋳片コーナ割れなどに与える影響について調査した。

その結果を図４に示す。尚、図４において、「●」はコーナ割れが発生した領域、「×」は介在物が悪化した領域、「○」はコーナ割れが発生せず、しかも介在物の生成もなしの領域を夫々示している。

この結果から明らかな様に、鋳片の炭素濃度［Ｃ］が高くなるほど、および偏析度Ｋｅの大きい領域になるほどコーナ割れが発生する範囲が拡大していることが分かる。またいずれの炭素濃度［Ｃ］においても、偏析度Ｋｅを大きくし過ぎると、電磁撹拌による洗浄効果がなくなって品質不良に繋がっていることが分かる。

コーナ割れが発生することなく安定した操業が実施できる領域は、図のラインＡおよびラインＢの範囲内であると判断できたが、この範囲は前記（１）式および（２）式で規定される範囲となる。

実施例４
上記（１）式および（２）式を満足するようにして電磁撹拌を行いつつ連続鋳造すれば、基本的に鋳片表面から３０ｍｍよりも内部での偏析度Ｋｅを１．０５以下にできるのであるが、偏析度Ｋｅと冷間圧造性との関係についても調査した。

このとき、取鍋溶鋼の炭素濃度［Ｃ］が０．１２％である鋳片について、上記と同様にして連続鋳造したときに、得られるブル−ム鋳片における表面から３０ｍｍよりも内部での偏析度Ｋｅ（［Ｃｍａｘ］／［Ｃ］）と冷間圧造性との関係について調査した。尚、このときの各炭素量（［Ｃｍａｘ］、［Ｃ］）測定法は前記した方法に準じた。

連続鋳造時の電磁撹拌条件を変えて内部の偏析度の異なる各種のブルーム鋳片を製造し、これらのブルーム鋳片から熱間圧延することによって直径５．５ｍｍの線材を取り出し、更に直径：４．０ｍｍまで伸線加工し、長さ２０ｍｍの線材に対して、冷間圧造（加工率７０％）してボルト頭部を形成した（最終長さ：１３ｍｍ）。

こうした圧造加工において割れが発生するときの発生率によって加工性を調査した。このとき、割れ発生の有無は目視によって判断し、その発生率（検査数に対する割れ発生数の割合）が１０ｐｐｍ（１００万枚に対して１０枚）未満のときを「○」、１０ｐｐｍ以上となるときを「×」と評価した。

その結果を偏析度Ｋｅとの関係で下記表４に示すが、表面から３０ｍｍよりも内部での偏析度Ｋｅを１．０５以下とすることによって良好な冷間圧造性が達成されていることが分かる。

偏析度Ｋｅを測定するときのサンプル採取状況を示す説明図である。 実施例１において鋳片表面から厚み方向における偏析度Ｋｅの推移を示すグラフである。 実施例２において鋳片表面から厚み方向における偏析度Ｋｅの推移を示すグラフである。 鋳片の炭素濃度および表層部の偏析度Ｋｅが鋳片コーナ割れなどに与える影響を示したグラフである。

Claims (3)

1. 鋳型内電磁撹拌を行いつつブルーム鋳片を連続鋳造するに当たり、取鍋溶鋼の炭素濃度を［Ｃ］（質量％）としたとき、ブルーム鋳片表面から深さ３０ｍｍまでの表層部における偏析度Ｋｅが下記（１）式および（２）式を満足すると共に、ブルーム鋳片表面から３０ｍｍよりも内部での偏析度Ｋｅが１．０５以下となる様に電磁撹拌条件を制御して操業することを特徴とする連続鋳造方法。
   Ｋｅ≦１．０１６３×［Ｃｏ］^(0.0731)＋０．０５…（１）
   Ｋｅ≧１．０１６３×［Ｃｏ］^(0.0731)−０．０５…（２）
   但し、偏析度Ｋｅは、最大のときの炭素濃度［Ｃｍａｘ］（質量％）と前記炭素濃 度［Ｃ］の比（［Ｃｍａｘ］／［Ｃ］）で表わされる。
2. 鋳片おける炭素濃度［Ｃ］が０．０１〜０．３％、Ｍｎ濃度［Ｍｎ］とＳ濃度［Ｓ］の比（［Ｍｎ］／［Ｓ］）が３０以下である請求項１に記載の連続鋳造方法。
3. ブルーム鋳片における軸直角断面が厚み：２００〜５００ｍｍ、幅：２００〜７００ｍｍである請求項１または２に記載の連続鋳造方法。

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