JP2006231375A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スラブ無手入化しても冷間圧延後に手入材に比肩する表面品質合格率を確保しうる鋼の連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】 鋼を鋳造幅１４５０ｍｍ以上で連続鋳造するにあたり、ノズル浸漬深さ：２９０ｍｍ未満、下記（１）式で定義される有効Ａｒ量：５Ｌ/ｔｏｎ以下の操業条件で鋳造し、該鋳造中に下記（２）式で定義される偏流率を測定し、該測定値が６．０％以下の鋳片はこれを無手入れ材とする。なお、鋳造幅１４５０ｍｍ未満の場合、ノズル浸漬深さの限定は解除される。
記
有効Ａｒ量＝ノズル内溶鋼への単位時間あたりのＡｒガス吹き込み量/スループット（単位時間あたりの鋳込み溶鋼量）（Ｌ/ｔｏｎ）‥‥（１）
偏流率＝｜２面抜熱量−４面抜熱量｜/２-４面平均抜熱量×１００（％）‥‥（２）
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法に関し、詳しくは、鋼とくに極低炭素軟鋼の連続鋳造鋳片を表面手入なしで次工程の熱間圧延に供することができる鋼の連続鋳造方法に関する。

自動車用外板を主用途とする極低炭素軟鋼は、極めて清浄な表面品質が要求されるため、従来、極低炭素軟鋼の連続鋳造スラブは、その全数に対し、スラブ精整ライン（非特許文献１参照）にて溶削あるいはグラインダ研削などの表面手入を施した後、熱間圧延に供されている。
日本鉄鋼協会編：第３版鉄鋼便覧III(1)圧延基礎・鋼板p.114,171,350,353、昭和５５年６月３０日第２刷、丸善発行

極低炭素軟鋼は量産鋼種であり、従来はこれを全数表面手入しているため、スラブ精整ラインの負荷が大きく、またコスト削減の阻害要因となっているという問題があった。しかし、極低炭素軟鋼スラブを他鋼種と同様の判定基準によって表面手入の実行有無に振り分けた場合を想定すると、大きな歩留り低下につながる虞があるので、極低炭素軟鋼ではスラブ無手入化に踏み切ることができず、前記問題は未解決のままであった。なお、極低炭素軟鋼以外の鋼に関しては、無手入材では品質ばらつきが比較的大きく、一方、手入材では品質は安定しているが過剰サービス傾向となりがちであり、手入なしでも品質を安定させうる連続鋳造方法の確立が望まれていた。

そこで、本発明は、鋼とくに極低炭素軟鋼をスラブ無手入化しても冷間圧延後に手入材に比肩する表面品質合格率を確保しうる鋼の連続鋳造方法を提供することを目的とする。ここで、極低炭素軟鋼とは、Ｃ：０．００１ｍａｓｓ％以下を含有する鋼を指す。

前記目的を達成した本発明は、鋼を鋳造幅１４５０ｍｍ未満で連続鋳造するにあたり、下記（１）式で定義される有効Ａｒ量：５Ｌ/ｔｏｎ以下の操業条件で鋳造し、該鋳造中に下記（２）式で定義される偏流率を測定し、該測定値が６．０％以下の鋳片はこれを無手入れ材とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。
また、本発明は、鋼を鋳造幅１４５０ｍｍ以上で連続鋳造するにあたり、ノズル浸漬深さ：２９０ｍｍ未満、下記（１）式で定義される有効Ａｒ量：５Ｌ/ｔｏｎ以下の操業条件で鋳造し、該鋳造中に下記（２）式で定義される偏流率を測定し、該測定値が６．０％以下の鋳片はこれを無手入れ材とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。

記
有効Ａｒ量＝ノズル内溶鋼への単位時間あたりのＡｒガス吹き込み量/スループット（単位時間あたりの鋳込み溶鋼量）（Ｌ/ｔｏｎ）‥‥（１）
偏流率＝｜２面抜熱量−４面抜熱量｜/２-４面平均抜熱量×１００（％）‥‥（２）
ここで、２面と４面は、鋳型長辺方向両端面（鋳型の両短辺面）のいずれか一方と他方を指す。

本発明によれば、連続鋳造製の極低炭素軟鋼スラブ無手入材の冷間圧延後の表面欠陥による格落率が従来の同鋼スラブ手入材のそれ以下になる。よって極低炭素軟鋼スラブの大部分を無手入化することができるようになり、スラブ精整ラインの負荷軽減およびコスト削減を達成することができる。なお、極低炭素軟鋼以外の鋼に適用した場合も同様の効果を得ることが可能である。

本発明者は前記目的を達成するために、無手入可能となるための鋳造条件を模索した。そして従来の手入省略条件には考慮されていなかったところの、実際の鋳型内溶鋼流動に大きく関わる指標として、以下の三要因を用いるのが有効であると考えた。
[１] 偏流率：
鋼の連続鋳造時には、例えば図１に示すように、二孔の浸漬ノズル１の一孔から鋳型２の相対する二短辺面の一方（例えば２面）へ向かう吐出流Ｆと、他孔から他方（例えば４面）へ向かう吐出流Ｆ'とで、溶鋼流速に差が生じる、すなわち偏流が発生する場合が往々にしてある。偏流が発生すると、局所的なメニスカス流速不足およびパウダ溶融阻害が生じ、スラブ表面欠陥が助長される。また、偏流発生時には溶鋼流速の大きい側（例えば２面側）の抜熱量（鋳型冷却水による溶鋼からの抜熱量）は、反対側（例えば４面側）のそれよりも大きくなる。つまり、偏流が発生すると相対する二短辺面同士で抜熱量に差が生じる。この差は偏流の程度が大きいほど大きい。よって、偏流率を前記（２）式のごとく抜熱量と関係づけて定義し、これを指標とすれば、偏流の程度ひいてはスラブ表面欠陥の程度を推定できると考えた。

[２] 有効Ａｒ量：
鋼の連続鋳造では、浸漬ノズルのノズル詰まり防止および鋳型内溶鋼中の介在物の浮上促進のために、ノズル内溶鋼へのＡｒガス吹き込みが行われる。このとき、前記（１）式で定義される有効Ａｒ量が大きすぎても小さすぎても、図２の右半分に示すように、吐出流Ｆ'の短辺面到達時の流動が不安定になり、大きすぎる場合は気泡がはじけて玉地金が発生するなどにより、表面欠陥が助長され、小さすぎる場合は介在物浮上効果が不足して内部欠陥が助長される。よって、表面欠陥を抑制して無手入化を図るためには有効Ａｒ量をある上限以下に規制することが肝要であると考えた。なお下限規制は内部欠陥抑制に対しては有効であるが、表面欠陥に対しては効果に乏しいと考えられる。

[３] 鋳造幅およびノズル浸漬深さ：
鋳造幅が広い場合、ノズル浸漬深さ（ノズルを浸漬した状態でのメニスカスからノズル孔中心までの距離）が深いと、浸漬ノズル近傍（長辺面中央部）の凝固殻と溶鋼との界面における溶鋼流速が不足し、凝固殻にトラップされる介在物量が増えて、表面欠陥（あるいは表面下潜在欠陥）の増加につながる。そこで、表面欠陥を抑制して無手入化を図るためには、鋳造幅がある程度以上大きい場合、ノズル浸漬深さをある程度以下に規制することが必要であると考えた。

上記の考えに基いて、極低炭素軟鋼の連続鋳造スラブの無手入実験を行った。この実験では、極低炭素軟鋼の連続鋳造スラブから無作為に選んだ複数のスラブを無手入のまま熱間圧延後冷間圧延し、得られた冷間圧延コイルについて、長さ１００ｍあたり表面欠陥が１個でも検出された場合、そのコイルに対応するスラブをＮＧスラブとし、異なるヒートのＮＧスラブ比率と上記三要因の関係を解析した。このＮＧスラブ判定基準は冷間圧延後の検査での通常の表面品質合否判定基準よりも格段に厳しいものである。鋳造幅１４５０ｍｍ以上の広幅鋳造の場合についての結果を図３に示す。なお、図３では、ＮＧスラブ比率に代えて、実験対象としたスラブ全部に対するＮＧスラブ比率をベースとした相対比であるＮＧスラブ比率インデックスを示した。

図３より、ＮＧスラブ比率インデックスが０．０であったヒートは、条件Ａ（ノズル浸漬深さ：２９０ｍｍ未満）、条件Ｂ（偏流率：６．０％以下）、条件Ｃ（有効Ａｒ量：５．０Ｌ/ｔｏｎ以下）の三条件がすべて満たされた（「満たす」は「☆」で示す）ものである。残り（条件Ａ〜Ｃの１つ又は２つ以上が満たされていないもの）のうち、条件Ａ，Ｂを満たし、条件Ｃは満たさない（「満たさない」は「★」で示す）ヒートではＮＧスラブ比率インデックスが０．４である。さらにその残りのうち条件Ａは満たすが条件Ｂは満たさず、条件Ｃについては満たす場合と満たさない場合のいずれであるか未判別（「未判別」は「−」で示す）であるヒートではＮＧスラブ比率インデックスが１．１である。これらを除いた残り、すなわち条件Ａを満たさず条件Ｂ，Ｃについては未判別であるヒートでは、ＮＧスラブ比率インデックスは２．１である。

すなわち、この結果は、要因〔３〕の鋳造幅が１４５０ｍｍ以上の広幅鋳造の場合、要因〔３〕のノズル浸漬深さが２９０ｍｍ未満であること（条件Ａ）、要因〔１〕の偏流率が６．０％以下であること（条件Ｂ）、要因〔２〕の有効Ａｒ量が５．０Ｌ/ｔｏｎ以下であること（条件Ｃ）、の三条件を満たすヒートからのスラブの無手入材では、冷間圧延後に表面欠陥が発生せず、一方、これら三条件のいずれか一つ以上が満たされないヒートからのスラブの無手入材では、冷間圧延後に表面欠陥が発生する場合があり、しかも、満足しない条件の数が二、三と増すにつれて、その発生頻度は増加することを示しており、このことから、広幅鋳造の場合、上記三要因に係る三条件を満たすヒートからのスラブは、これを無手入材としても、冷間圧延後の表面品質検査での格落率が悪化（上昇）することはないことがわかった。

また、鋳造幅１４５０ｍｍ未満の狭幅鋳造の場合についても同様の解析を行ったところ、この場合には、条件Ａは解除されること、すなわち、ノズル浸漬深さが２９０ｍｍ未満であるか以上であるかにかかわらず、偏流率が６．０％以下（条件Ｂ）、有効Ａｒ量が５．０Ｌ/ｔｏｎ以下（条件Ｃ）の二条件を満たすヒートからのスラブは、これを無手入材としても、冷間圧延後の表面品質検査での格落率が悪化(上昇)することはないことがわかった。

上記知見に基づいて、本発明では、鋼を鋳造幅１４５０ｍｍ未満で連続鋳造するにあたり、前記（１）式で定義される有効Ａｒ量：５Ｌ/ｔｏｎ以下の操業条件で鋳造し、該鋳造中に前記（２）式で定義される偏流率を測定し、該測定値が６．０％以下の鋳片はこれを無手入れ材とすることとし、また、鋼を鋳造幅１４５０ｍｍ以上で連続鋳造するにあたり、ノズル浸漬深さ：２９０ｍｍ未満、前記（１）式で定義される有効Ａｒ量：５Ｌ/ｔｏｎ以下の操業条件で鋳造し、該鋳造中に前記（２）式で定義される偏流率を測定し、該測定値が６．０％以下の鋳片はこれを無手入れ材とすることとしたのである。

なお、偏流率については、これを制御しながら鋳造できればそれに越したことはないが、実際にはその制御は極めて困難であるため、監視項目とせざるを得なかった。この偏流率を与える（２）式の抜熱量は、対向二短辺面における鋳型冷却水の単位通水量あたりの水温上昇量から求めることができる。

本発明に則り、極低炭素軟鋼の連続鋳造スラブの無手入化を実施した。これまでに実施した広幅鋳造分について冷間圧延後の検査ラインで通常どおりに表面品質の合否判定を行って求めた格落率を、従来の手入材についての実績と比較し、従来をベースとした相対比である格落率指標にて図４に示す。図示のように、本発明に則って無手入化した場合、格落率は従来の手入材に比し良化（低減）した。

これは、本発明の実施により、極低炭素軟鋼の連続鋳造操業条件が厳格に規制された結果、スラブ表面疵の深さが熱間圧延デスケーリングにおいてほとんど除去されうる程度にまで低減したためであろうと考えられる。これに対し、従来の手入材のスラブ鋳造条件では、溶削等の手入に次ぐ熱間圧延デスケーリングによっても残存する程度の深さを有するスラブ表面疵あるいは表面下潜在欠陥が発生する場合が少なくなかったのであろう。

偏流率の考え方を示す断面図である。 有効Ａｒ量の考え方を示す断面図である。 スラブ無手入実験の解析結果を示すグラフである。 本発明による無手入材についての格落率を従来の手入材の実績と比較して示すグラフである。

符号の説明

１ 浸漬ノズル
２ 鋳型
３ 溶鋼
Ｆ 吐出流

Claims (2)

1. 鋼を鋳造幅１４５０ｍｍ未満で連続鋳造するにあたり、下記（１）式で定義される有効Ａｒ量：５Ｌ/ｔｏｎ以下の操業条件で鋳造し、該鋳造中に下記（２）式で定義される偏流率を測定し、該測定値が６．０％以下の鋳片はこれを無手入れ材とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
   記
   有効Ａｒ量＝ノズル内溶鋼への単位時間あたりのＡｒガス吹き込み量/スループット（単位時間あたりの鋳込み溶鋼量）（Ｌ/ｔｏｎ）‥‥（１）
   偏流率＝｜２面抜熱量−４面抜熱量｜/２-４面平均抜熱量×１００（％）‥‥（２）
   ここで、２面と４面は、鋳型長辺方向両端面（鋳型の両短辺面）のいずれか一方と他方を指す。
2. 鋼を鋳造幅１４５０ｍｍ以上で連続鋳造するにあたり、ノズル浸漬深さ：２９０ｍｍ未満、下記（１）式で定義される有効Ａｒ量：５Ｌ/ｔｏｎ以下の操業条件で鋳造し、該鋳造中に下記（２）式で定義される偏流率を測定し、該測定値が６．０％以下の鋳片はこれを無手入れ材とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
   記
   有効Ａｒ量＝ノズル内溶鋼への単位時間あたりのＡｒガス吹き込み量/スループット（単位時間あたりの鋳込み溶鋼量）（Ｌ/ｔｏｎ）‥‥（１）
   偏流率＝｜２面抜熱量−４面抜熱量｜/２-４面平均抜熱量×１００（％）‥‥（２）
   ここで、２面と４面は、鋳型長辺方向両端面（鋳型の両短辺面）のいずれか一方と他方を指す。