JP2010005634A - 鋳片の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面欠陥や内部割れがない鋼材を確実に製造することができるようにする。
【解決手段】化学成分が、Ｃ：０．０５〜０．５５質量％、Ｓｉ：０．１０〜２．００質量％、Ｍｎ：０．３０〜１．９０質量％、Ｐ：０．００５〜０．０７０質量％、Ｓ：０．００３〜０．１２０質量％で、且つ、厚みが２８０ｍｍ〜３５０ｍｍとなる鋳片２を製造する方法であって、連続鋳造機１での鋳片２の温度制御にあっては、鋳型７から出た鋳片２の出側表面温度を１１００〜１３００℃とし、曲げ入側表面温度を８３０〜１１２０℃とし、曲げ出側表面温度を８３０〜１０５０℃とし、連続鋳造機１での２次冷却出側表面温度を８３０〜１０５０℃とし、矯正表面温度を８３０℃以上とし、且つ、各表面温度の温度差を１００℃以内とし、冷却設備４での鋳片２の温度制御にあっては、鋳片２が加熱炉３に装入される際の加熱炉３装入温度を４５０〜６７０℃として、鋳片２を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、厚みが２８０ｍｍ〜３５０ｍｍとなる鋳片を、２．４〜５．０Ｈｚで振動する鋳型を有する垂直曲げ型の連続鋳造機で鋳造した後、冷却設備で冷却した後、加熱炉に装入して製造する鋳片の製造方法に関する。

従来より、連続鋳造機では、転炉や二次精錬設備等から出鋼された溶鋼を取鍋によってタンディッシュまで搬送し、搬送された取鍋内の溶鋼をタンディッシュへ注入後、このタンディッシュから鋳型へ溶鋼を供給し、この鋳型の下方に配置されたサポートロールで鋳造した鋳片を支持しながら引き抜くことによって、鋳片を連続的に鋳造している（特許文献１〜特許文献４）。
特開２００７−１６０３４１号公報 特開２００５−２７９６９１号公報 特開２００３−６２６４８号公報 特許０３０５８０７９号

さて、近年の地球温暖化対策の１つとして、自動車メーカを中心として鋼材の軽量化／高強度化ニーズが高まってきている。このことから、鋼材の製造については高強度化に耐えうる鋼材品質の向上が求められている。高強度化に伴い従来にも増して鋼材の表面欠陥や内部割れのない高強度鋼材が必要となってきている。
特許文献１〜特許文献４に示すような連続鋳造機では、従来通り、鋼材（鋳片）の表面欠陥や内部割れがない鋼材を鋳造することができるものの、近年求められてきている表面割れや内部割れの少ない高強度鋼材を製造（鋳造）することが難しいのが実情である。

そこで、本発明では、表面欠陥や内部割れがない鋼材（鋳片）を確実に製造することができる鋳片の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、化学成分が、Ｃ：０．０５〜０．５５質量％、Ｓｉ：０．１０〜２．００質量％、Ｍｎ：０．３０〜１．９０質量％、Ｐ：０．００５〜０．０７０質量％、Ｓ：０．００３〜０．１２０質量％で、且つ、厚みが２８０ｍｍ〜３５０ｍｍとなる鋳片を、２．４〜５．０Ｈｚで振動する鋳型を有する垂直曲げ型の連続鋳造機で鋳造し、鋳造後の鋳片を前記連続鋳造機の下流側に配置された冷却設備で冷却して、冷却後の鋳片を加熱炉で加熱して製造する方法であって、前記連続鋳造機での鋳片の鋳造では、鋳片に表面温度に関し、前記鋳型の出側表面温度を１１００〜１３００℃とし、曲げ入側表面温度を８３０〜１１２０℃とし、曲げ出側表面温度を８３０〜１０５０℃とし、２次冷却出側表面温度を８３０〜１０５０℃とし、矯正表面温度を８３０℃以上とし、且つ、前記各表面温度における中心部分とコーナ部分との温度差を１００℃以内とし、前記冷却設備での鋳片の冷却では、鋳片が前記加熱炉に装入した際の加熱炉装入温度が４５０〜６７０℃となるように冷却して、鋳片を製造する点にある。

発明者は、表面欠陥や内部割れがない鋳片を確実に製造するための鋳片の製造方法について、様々な角度から検証した。まず、発明者は、鋳造する鋳片の成分及び厚みなどの条件を予め設定した上で、当該鋳片の表面割れや内部割れを防止するための、さらなる条件について検証を行った。
その結果、鋳造する対象の鋳片の化学成分を、Ｃ：０．０５〜０．５５質量％、Ｓｉ：０．１０〜２．００質量％、Ｍｎ：０．３０〜１．９０質量％、Ｐ：０．００５〜０．０７０質量％、Ｓ：０．００３〜０．１２０質量％とし、鋳片の厚みを厚みが２８０ｍｍ〜３５０ｍｍとし、このような鋳片を鋳造する鋳型振動数を２．４〜５．０Ｈｚとした上で、鋳片の表面温度を規定した。発明者は、さらに、連続鋳造後においても考察を進め、加熱炉に装入するときの温度も規定した。

即ち、発明者は、連続鋳造を行ったときの条件だけでなく、連続鋳造後の冷却や加熱炉に装入する表面温度までも一連に亘って規定することで、表面欠陥や内部割れがない鋳片を確実に製造する方法を見出した。

本発明によれば、表面欠陥や内部割れがない鋼材（鋳片）を確実に製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１は、鋳片を製造する製造ラインにおいて、連続鋳造機から冷却設備を経て加熱炉までの全体図を示している。
連続鋳造機１は、例えば、厚みが２８０ｍｍ〜３５０ｍｍとなる鋳片（例えば、ブルーム）２を鋳造する連続鋳造機であって、鋳造後の鋳片２を加熱する加熱炉３の上流側に設置されている。加熱炉３は、図示しない分塊圧延ラインの上流側に配置されていて鋳片２を圧延に適した温度まで上昇させるものである。連続鋳造機１と加熱炉３とは近接していて連続したライン上に設置された状態となっている。連続鋳造機１と加熱炉３との間には、鋳造後の鋳片２を空冷により冷却する冷却設備４が設置されている。

詳しくは、連続鋳造機１は、垂直曲げ型の連続鋳造機であって、溶鋼５を一時的に貯留するタンディッシュ６と、このタンディッシュ６からの溶鋼５が供給されて供給された溶鋼５の１次冷却を行う鋳型７と、この鋳型７により成型された鋳片２を引き出すと共に、鋳片２をサポートする複数のサポートロール８と、鋳型７から引き出された鋳片２に対して２次冷却を行う冷却体（例えば、冷却ノズル）９と、鋳片２を切断する切断装置（例えば、ガスカッター）１０とを備えている。
タンディッシュ６は、全体として有底箱形となっており、タンディッシュ６の底部に浸漬ノズル１１が設けられている。浸漬ノズル１１は、スライドバルブ１２により開閉可能となっており、スライドバルブ１２の開閉により鋳型７への溶鋼５の注入が停止又は再開する構成となっている。鋳型７は筒状に形成されていて、２．４〜５．０Ｈｚで振動するものである。

サポートロール８は、鋳型７の下方から順に下流側へ配置されている。ここで、連続鋳造機１のプロフィール（ロールプロフィール）を見ると、当該連続鋳造機１は、サポートロール８を鋳型７から下流側に向けて垂直方向に並べることにより当該サポートロール８により構成された垂直部１３と、サポートロール８を垂直部１３の終端（下流側の端部）から続いて徐々に内側に曲げながら並べることにより構成した曲げ部１４と、サポートロール８を曲げ部１４の終端から続いて内側に円弧状（軌跡が円弧状）に並べることにより構成した円弧部１５と、サポートロール８を円弧部１５の終端から続いて水平に並べることにより構成された矯正部１６とを備えたものとなっている。

冷却ノズル９は、垂直部１３、曲げ部１４、円弧部１５において、サポートロール８間に設けられていて、この実施形態においては、冷却ノズル９は垂直部１３から円弧部１５までのエリア間に配置されている。
図２に示すように、 冷却設備４は、切断装置１０で切断された鋳片２を下流側で冷却するもので、鋳片２を搬送する搬送装置２０と、鋳片２を空冷によって冷却する冷却装置２１とを備えている。
搬送装置２０は、切断された鋳片２を搬送ロール２２によって冷却装置２１の近傍に搬送し、当該鋳片２を持ち上げて、持ち上げた鋳片２を複数のスライド部材２４によってスライドさせることで、鋳片２を冷却装置２１に到達させる。この実施の形態のスライド部材２４は搬送ロール２２で搬送している鋳片２の搬送方向を９０°変更し、鋳片２を冷却装置２１へ向けてスライドさせるものである。

図２、３に示すように、冷却装置２１は、冷却床２５と、冷却ファン２６とを有している。
冷却床２５は、鋳片２のスライド方向に延び且つ移動不能に固定された複数の固定バー３１と、スライド方向に延び且つ移送方向に移動可能な複数の可動バー３２とを有している。各固定バー３１には、鋳片２の下面を載置する載置部３３が長手方向に複数設けられている。固定バー３１に対する載置部３３の配列ピッチ（長手方向の配列間隔）は、一定値であって、固定バー３１に設けられた載置部３３を平面視すると、各載置部３３は長手方向と直交する方向に直線状に並んだ状態となっている。

直線状となっている各載置部３３（鋳片２の配置ライン）に鋳片２を載置すると、搬送方向に隣り合う鋳片２の配列ピッチ（以降、鋳片ピッチということがある）Ｌ１を可変にすることができる。
可動バー３２は、固定バー３１の間に配置され且つスライド方向（搬送方向）に往復移動するものであって、スライド部材２４により冷却床２５の近傍まで搬送された鋳片２を持ち上げて、下流側に搬送して固定バー３１の載置部３３に据え置くように構成されている。

冷却ファン２６は、冷却床２５に据え置かれた鋳片２に対して冷却風（例えば、室温の風）を送風するもので、冷却床２５の下側に配置されている。具体的には、固定バー３１の下側であって、この固定バー３１の最下流側端部の近傍に複数の冷却ファン２６が並列されている。複数の冷却ファン２６によって、冷却床２５に載置された鋳片２の全体に対して冷却風が当たるようになっている。
図４に示すように、各冷却ファン２６は、当該冷却ファン２６の中心から冷却床２５に据え置かれた鋳片２の下面の中央部を結ぶ角度（以降、吹きつけ角ということがある）θ１，θ２が調整可能となっている。冷却ファン２６の風速も調整可能となっている。

連続鋳造機１から冷却設備４を経て加熱炉３に装入するまでの製造においては、まず、取鍋内の溶鋼５をタンディッシュ６に注入して、注入されたタンディッシュ６内の溶鋼５を浸漬ノズル１１を開くことにより鋳型７へと供給する。鋳型７において供給された溶鋼５は、冷却されて凝固していき、鋳片２は鋳型７の下側から出てサポートロール８に支持されながら引き抜かれる。
鋳片２は、垂直部１３、曲げ部１４、円弧部１５を冷却ノズル９の冷却水によって冷却されながら順に下流側に進んでいき、矯正部１６にて直線状に矯正された後、切断装置１０にて所定の長さに切断される。切断された鋳片２は、冷却床２５に載置された後、冷却ファン２６により次冷却されながら下流側に進んでいき、冷却床２５上での冷却が終了した鋳片２は、当該冷却床２５から搬送装置２０に略平行な第２搬送装置２７に載せられて、加熱炉３に直ちに装入されるようになっている。

本発明の鋳片の製造方法について、詳しく説明する。
本発明の鋳片の製造方法において、連続鋳造機１では、化学成分が、Ｃ：０．０５〜０．５５質量％、Ｓｉ：０．１０〜２．００質量％、Ｍｎ：０．３０〜１．９０質量％、Ｐ：０．００５〜０．０７０質量％、Ｓ：０．００３〜０．１２０質量％となる鋳片２を鋳造することとしている。
［鋳片の出側表面温度について］
連続鋳造機１にて鋳片２を鋳造するにあたって、鋳型７から出た出側における鋳片２の表面温度（以降、鋳型７の出側表面温度）を１１００℃以上１３００℃以下としている。

鋳型７の出側表面温度を１１００℃よりも小さくした場合は、鋳片２の表面を鋳型７内にて急激に冷やさなければならず、鋳片２の表面を急激に冷却すると鋳片２の内部と鋳片２の表面との温度差が大きくなる。このように、鋳型７内において鋳片２の表面と内部との温度差が大きいと、鋳片２が鋳型７から出た際に復熱によって熱膨張し、その際の引っ張り応力が大きくなるため凝固界面（凝固シェル２ａ）での内部割れが発生することがある。
鋳型７の出側表面温度を１３００℃よりも大きくした場合は、鋳片２の表面の冷却が十分でなく、冷却による凝固シェル２ａの成長が不十分であるため、鋳片２が鋳型７から出た場合に、凝固シェル２ａの強度が弱いことから凝固シェル２ａが大きく変形して内部割れが発生することがある。

したがって、上述したように、連続鋳造機１にて鋳片２を鋳造するにあたっては、鋳片２の出側表面温度を１１００〜１３００℃の範囲となるようにしている。
［曲げ入側表面温度及び曲げ出側表面温度について］
連続鋳造機１での鋳片２の温度制御にあっては、曲げ入側表面温度、即ち、曲げ部１４に入る際の鋳片２の表面温度を８３０℃以上１１２０℃以下とし、曲げ出側表面温度、即ち、曲げ部１４に出た際の鋳片２の表面温度を８３０℃以上１０５０℃以下としている。 図５は、表面割れが発生しやすい鋼種（ＳＣＭ４２０）について、絞り値と表面温度の関係（実験結果）を示している。

図５に示すように、ＳＣＭ４２０の鋼種では、表面温度の低下と共に絞り値（変形能力）が低下する傾向があり、特にＡ３〜Ａ１変態点間においては絞り値は最小となる。割れやすいＳＣＭ４２０では、絞り値が４０％を下回る７８０℃〜８３０℃未満では脆化領域となって、最も表面割れが発生し易い状態となる。
このように、ＳＣＭ４２０の表面温度が７８０℃〜８３０℃未満となった状態で、鋳片２が曲げ部１４に入ったり、曲げ部１４から出たりすると、実際に表面割れを引き起こすことがあるため、上述したように、連続鋳造機１にて鋳片２を鋳造するにあたっては、曲げ入側表面温度及び曲げ出側表面温度を８３０℃以上としている。

なお、曲げ入側表面温度は１１２０℃以下、曲げ出側表面温度は１０５０℃以下に規定されているが、これらの上限値を超えると内部割れが発生することを実験等により確認している。
［二次冷却（冷却ノズル）での冷却について］
図６は、後述するように鋳型７の出側表面温度の制約から鋳造速度が比較的高速なＶｃ＝１．１ｍ／ｍｉｎとした上で、内部割れが発生しやすい鋼種（Ｓ５５Ｃ）について鋳造を行った場合での各種歪みの変化を示している。

詳しくは、図６（ａ）は、曲げ部１４で２次冷却を行った場合の各種歪みの変化を示しており、図６（ｂ）は、曲げ部１４で２次冷却を行わなかった場合（曲げ部１４に冷却ノズル９を設けなかった場合）の各種歪みの変化を示している。
図６に示すバルジング歪み、曲げ歪み、矯正歪み、凝固界面全歪みは、式（１）により求めた。式（１）の定数Ａについては実験により歪み測定を行い算出した。この式（１）は、一般的なもので、R&D 神戸製鋼技報 vol.56 No3(Dec.2006) P12に記載されているものである。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、メニスカス距離（ｍ）を見ると５．０ｍ前後が曲げ部１４に対応しており、曲げ部１４でのサポートロール８により曲げ歪みが発生している。図６（ａ）と図６（ｂ）とを比較すると、曲げ部１４にて２次冷却を行わなかった場合、２次冷却を行った場合と比べてバルジング歪みや凝固界面歪みが約０．０５％程度増加しており、鋳片２５の内部割れが発生し易いことが分かる。
したがって、少なくとも垂直部１３から曲げ部１４に至るまでは２次冷却を行う必要があり、２次冷却終了時における鋳片の表面温度（２次冷却出側表面温度）は、８３０℃以上１０５０℃以下とする必要がある。

具体的には、連続鋳造機１では、鋳型４の下側から曲げ部１４までに配置した冷却ノズル９によって２次冷却帯が構成され、この２次冷却帯によって鋳片２の２次冷却を行う。
２次冷却出側表面温度とは、２次冷却帯の出側における鋳片２の表面温度であって、即ち、最下流の冷却ノズル９ａの直後の鋳片２の表面温度であり、当該表面温度を８３０〜１０５０℃とする必要がある。
２次冷却出側表面温度の下限値を８３０℃以上にする理由は、曲げ入側表面温度の下限値と同じ理由であり、２次冷却出側表面温度の上限値を１０５０℃以下とする理由は、上限値を超えると内部割れが発生することを実験等により確認しているためである。
［矯正表面温度について］
連続鋳造機１での鋳片２の温度制御にあっては、矯正部１６を鋳片２が通過する際の表面温度（以降、矯正表面温度）を８３０℃以上としている。上述したように、鋳片２の表面温度を８３０℃未満とすると脆化領域に入り、表面割れが引き起こしやすいとされているが、矯正部１６、即ち、矯正部１６で鋳片２を水平に補正する場合であっても、表面温度を８３０℃未満にすると表面割れが発生しやすい。

したがって、矯正部１６における鋳片２の表面温度、即ち、矯正表面温度は８３０℃以上にする必要がある。
以上、本発明の鋳片の製造方法においては、鋳型７の出側表面温度を１１００〜１３００℃とし、曲げ入側表面温度を８３０〜１１２０℃とし、曲げ出側表面温度を８３０〜１０５０℃とし、連続鋳造機１での２次冷却出側表面温度を８３０〜１０５０℃とし、矯正表面温度を８３０℃以上となるように鋳片２の温度制御を行っており、このような温度制御は鋳造速度や冷却ノズル９の流量等の調整によって当業者常法通り行う。
［表面温度の温度差について］
上述したように、本発明の鋳片の製造方法においては、鋳型７の出側表面温度を１１００〜１３００℃とし、曲げ入側表面温度を８３０〜１１２０℃とし、曲げ出側表面温度を８３０〜１０５０℃とし、連続鋳造機１での２次冷却出側表面温度を８３０〜１０５０℃とし、矯正表面温度を８３０℃以上としているが、それぞれの表面温度における中心部分（面央部）とコーナ部分との温度差を１００℃以内としている。

図７は冷却ノズルによる冷却水の噴霧状況を示したものである。
図７（ａ）に示すように、鋳片２の幅や厚みに対して冷却水の噴霧範囲Ｓが小さい場合、即ち、冷却水の噴霧範囲Ｓが小さな幅切りありの冷却ノズル９を用いた場合、鋳片２の表面において、そのコーナ部分４０に冷却水がかからず中心部分４１が集中して冷却される。そのため、中心部分４１の温度が非常に低く、コーナ部分（コーナ部ということがある）４０の温度が面央部４１に比べて非常に高くなり、面央部４１とコーナ部４０との温度差が１００℃よりも大となることがある（面央部４１の温度−コーナ部４０の温度＞−１００℃）。

このように、コーナ部４０の温度が面央部４１の温度よりも非常に高くその差が１００℃よりも大である場合、コーナ部４０において温度が高温となる高温部４０ａとこの高温部４０ａに比べて低い低温部４０ｂとの境界付近では、凝固シェル２ａの中心に向けて（図７の右方向）の熱収縮によって大きな引張応力が働き、その結果、内部割れが発生する場合がある。
一方で、図７（ｂ）に示すように、鋳片２の幅や厚みに対して冷却水の噴霧範囲Ｓが大きな場合、即ち、冷却水の噴霧範囲Ｓが大きな幅切りなしの冷却ノズル９と用いた場合、鋳片２の表面において、コーナ部４０には狭面及び広面側から多くの冷却水がかかる。そのため、コーナ部４０の温度が非常に低く、面央部４１の温度がコーナ部４０に比べて非常に高くなり、面央部４１とコーナ部４０との温度差が１００℃よりも大となることがある（面央部４１の温度−コーナ部４０の温度＞＋１００℃）。

このように、コーナ部４０の温度が面央部４１の温度よりも非常に低くその差が１００℃よりも大である場合、コーナ部４０における凝固シェル２ａの厚みが他の部分に比べて非常に厚く、凝固シェル２ａの内部側に向けての熱収縮によって大きな引張応力が働き、その結果、内部割れが発生する場合がある。
上述したように、コーナ部４０の温度と面央部４１の温度との温度差が１００℃よりも大きくなると、大きな引張応力よって内部割れが発生しやすいという状況になる。
そこで、本発明では、図７（ｃ）に示すように、鋳片２の幅や厚みに対して冷却水の噴霧範囲Ｓが適正な冷却ノズル９ａ（最適冷却ノズルということがある）を用いることによって、コーナ部４０の温度と面央部４１の温度との温度差が１００℃よりも大きくならないようにしている。

なお、最適冷却ノズル９ａは、同一条件（水量等が同じ）で鋳片２に冷却水を噴霧した際に、コーナ部４０と面央部４１との温度差が１００℃よりも大きくならないものであればよく、例えば、鋳片２の幅が４３０ｍｍである場合は、３３０ｍｍの噴霧幅を有するものであればよい。
［加熱炉に装入する前の表面温度について］
冷却設備４での鋳片２の温度制御にあっては、鋳片２が加熱炉３に装入される際の加熱炉３装入温度が４５０以上６７０℃以下となるように鋳片２の表面温度を制御している。鋳片２を加熱炉３に装入する前の鋳片２の表面温度を４５０〜６７０℃の範囲内とすることによって、鋳片２の表面温度をＡｃ１変態温度以下にすることができる。

図８のポイントＥに示すように鋳片２の表面温度をＡｃ１変態温度以下にすると、鋳片２の組織を粒の大きいオーステナイト組織（γ組織）から粒の小さなフェライト−パーライト組織（α＋Ｐ組織）へと変態する。鋳片２の組織をフェライト−パーライト組織にした状態で、当該鋳片２を加熱炉３に装入すると加熱後の組織を粒の非常に小さな新たな組織とすることができる（ポイントＦ）。
さて、鋳片２の表面温度を６７０℃よりも高くした場合、鋳片２の組織の変態変化が十分に行われない、即ち、加熱後の組織を粒の非常に小さな新たな組織とすることが確実に行えない場合があり、分塊圧延工程にて粒界割れの進展が発生する可能性がある。

また、鋳片２の表面温度を４５０℃未満とした場合、鋳片２を加熱炉３に装入すると、装入時の鋳片２の表面温度が低過ぎるために、急な熱膨張が生じて割れが発生する可能性がある。
ゆえに、冷却設備４では、鋳片２の表面温度を４５０〜６７０℃の範囲としている。
なお、鋳片２を冷却しても、鋳片２を加熱炉３に装入する前の表面温度がＡｃ３変態温度以上となった場合（ポイントＡ）、冷却後の鋳片２の組織は粒の大きいオーステナイト組織となる。この状態で鋳片２を加熱炉３に装入して当該鋳片２を加熱すると加熱後の組織は、フェライト−パーライト組織とならず粒の大きいオーステナイト組織のままであることを確認している（ポイントＢ）。また、鋳片２を冷却しても、鋳片２を加熱炉３に装入する前の鋳片温度がＡｃ３変態温度とＡｃ１変態温度との間である（ポイントＣ）場合、冷却後の鋳片２はその粒界の付近にオーステナイト組織の一部が変態したフェライト組織ができる。この状態で鋳片２を加熱炉３に装入して当該鋳片２を加熱しても加熱後の組織は、Ａｃ３変態温度以上である場合と同様に粒の大きいオーステナイト組織ままであることを確認している（ポイントＤ）。

鋳片２の加熱炉３装入温度を４５０〜６７０℃にするためには、鋳片２を冷却床２５に載置した際の隣り合う鋳片２の配列ピッチを２００〜１２００ｍｍの範囲とし、載置した鋳片２を冷却ファン２６で冷却する際は、その吹きつけ角θ１、θ２を０〜５０°とし、冷却ファン２６の風速Ｖ１〜Ｖ２を２〜２０ｍ／ｓｅｃとしている。
表１〜表８は、鋳片の製造方法によって鋳片２の表面温度の制御を行ったものと、鋳片の製造方法によって鋳片２の表面温度の制御を行わなかったものとの実験結果をまとめたものである。

各表の表面割れの評価（表面欠陥評価）においては、鋳片２を鋳造して冷却設備４で冷却後、分塊圧延（加熱→圧延→ホットスカーフ→圧延）を行い、さらに鋼片の冷却や表面スケールの除去を行った後に、磁粉探傷試験を行った。
なお、磁粉探傷試験は、ＪＩＳ規格Ｇ−０５６５に規定された極間法及び電流貫通法を用いて行った。探傷に必要な磁界の強さは同規格の「試験方法：連続法，試験体：鋳鍛造品及び機械部品」の規定に基づき２４００〜３６００（Ａ／ｍ）とした。かかる磁界を印加した後、磁粉の分布（模様）を目視し、目視で確認される全ての割れや疵をチェックし、鋳片２の表面に欠陥が無いとみなされるものを良好「○」、欠陥であると認められるものを不良「×」とした。

また、内部割れの評価においては、鋳造後の鋳片２を常温まで冷却後、横方向及び縦方向に切断し、それぞれのサンプルについて酸洗い実施した後、内部割れについて目視確認を行った。割れの長さが２．０ｍｍ以上あるものを、内部割れとした。図９（ａ）はサンプルを横方向（幅方向）に切断した横断マクロを示しており、図９（ｂ）は、サンプルを縦方向（長手方向）に切断した縦断マクロを示している。
表２〜表８において、鋳片２の表面温度の測定は、鋳片２の各面での最高及び最低温度を測定出来るサーモトレーサ（ＮＥＣ三栄(株)製ＴＨ９１００ＭＬＮ）で測定を行った。なお、サーモトレーサによる表面温度の測定にあたっては水蒸気膜による測定誤差を低減するため、ブロアーを使用した。各表において、表面温度の代表値は同一断面の平均温度で、最大値はその範囲の最高温度で、最小値はその範囲の最高温度である。

表１は、鋳型７の出側表面温度についてまとめたものである。鋳型７の出側表面温度の測定においては、例えば、実開昭５８-１７５４３２号公報に記載されているような噛み込み式熱電対を用いて各サポートロール８毎に温度測定を行った。
また、表１の鋳型７出側温度判定では、本発明に規定している温度範囲であれば良好「○」とし、温度範囲外であれば不良「×」とした。
表１の実験番号１及び実験番号２に示すように、鋳造速度を０．７ｍ／ｍｉｎ未満として出側表面温度が１３００℃超えとなった場合、内部割れが確認された（表１、内部割れ評価「×」）。

実験番号１１及び実験番号１２に示すように、鋳造速度を１．２ｍ／ｍｉｎよりも大きくして出側表面温度を１１００℃未満となった場合、内部割れが確認された（表１、内部割れ評価「×」）。
一方で、表１の実験番号３〜実験番号１０に示すように、鋳造速度を０．７ｍ／ｍｉｎ〜１．２ｍ／ｍｉｎとして出側表面温度を１１００℃〜１３００℃の範囲に収めた場合、表面割れ及び内部割れは見受けられなかった（表１、表面欠陥評価「○」、内部割れ評価「○」）。

表２は、曲げ入側表面温度についてまとめたものである。
曲げ入側の表面温度の制御は、鋳造速度や冷却ノズル９（２次冷却流量）を曲げ部の前（垂直部１３）にて調整することによって行った。表２に示す２次冷却流量において、通常は０．２０ｌ／kgs（比水量：溶鋼１ｋｇ辺りに使用した冷却水量）であり、この際の比水量を基準として水量を３倍や半分等に調整した。
表２の実験番号１４に示すように、曲げ入側の最小値が８２５℃であって、代表値、最大値及び最小値のうち１つでも８３０℃未満となるものがある場合（曲げ入側表面温度が８３０℃未満となっている場合）、表面割れが確認された（表面欠陥評価「×」）。実験番号２１に示すように、曲げ入側の最大値が１１２０℃であって、代表値、最大値及び最小値のうち１つでも１１２０℃よりも大となっている場合、内部割れが確認された（内部割れ評価、鋳型７下側以外「×」）。

一方で、実験番号１５〜実験番号２０に示すように、曲げ入側における代表値、最大値及び最小値がすべて、８３０℃〜１１２０℃の範囲内であるときは、表面割れ及び内部割れは見受けられなかった（表面欠陥評価「○」、内部割れ評価「○」）。
表３は、曲げ出側表面温度についてまとめたものである。
曲げ出側の表面温度の制御は、鋳造速度や冷却ノズル９（２次冷却流量）を曲げ部１４にて調整することによって行った。表３に示す２次冷却流量において、通常は０．２０ｌ／kgsであり、この際の比水量を基準として水量を２倍や半分等に調整した。

表３の実験番号２４に示すように、曲げ出側の最小値が８１４℃であって、代表値、最大値及び最小値のうち１つでも８３０℃未満となるものがある場合（曲げ出側表面温度が８３０℃未満となっている場合）、表面割れが確認された（表面欠陥評価「×」）。
また、実験番号３１に示すように、曲げ出側の最大値が１０５８℃であって、曲げ出側表面温度が１０５０℃よりも大である場合、内部割れが確認された（内部割れ評価、鋳型７下側以外「×」）。
一方で、実験番号２５〜実験番号３０に示すように、曲げ出側における代表値、最大値及び最小値がすべて、８３０℃〜１０５０℃の範囲内であるときは、表面割れ及び内部割れは見受けられなかった（表面欠陥評価「○」、内部割れ評価「○」）。

表４は、２次冷却出側表面温度についてまとめたものである。
２次冷却出側での表面温度の制御は、鋳造速度や冷却ノズル９（流量）を円弧部１５にて調整することによって行った。表４に示す流量において、通常は０．２０ｌ／kgsであり、この際の比水量を基準として水量を２倍や半分等に調整した。
表４の実験番号３３に示すように、２次冷却出側の最小値が８１２℃であって、代表値、最大値及び最小値のうち１つでも８３０℃未満となるものがある場合（２次冷却出側表面温度が８３０℃未満ある場合）、表面割れが確認された（表面欠陥評価「×」）。

また、実験番号３９に示すように、２次冷却出側の最大値が１０６０℃であって、２次冷却表面温度が１０５０℃よりも大である場合、内部割れが確認された（内部割れ評価、鋳型７下側以外「×」）。
一方で、実験番号３４〜実験番号３８に示すように、２次冷却出側における代表値、最大値及び最小値がすべて、８３０℃〜１０５０℃の範囲内であるときは、表面割れ及び内部割れは見受けられなかった（表面欠陥評価「○」、内部割れ評価「○」）。
表５は矯正入側温度についてまとめたもので、表６は矯正出側温度についてまとめたものである。

矯正部での表面温度の制御は、鋳造速度を調整したり、矯正部前に鋳片２を水冷又は風冷（ブロアー）によって矯正冷却することによって行った。表５の矯正冷却の欄において、風冷１は風速大、風冷２は風冷１に比べて風速小としたことを示している。
実験番号４１に示すように、矯正開始時においては、矯正開始（矯正入側）の代表値、最大値、最小値のうち１つでも８３０℃未満である場合、表面割れが確認された（表面欠陥評価「×」）。また、実験番号４９に示すように、矯正終了時においては、矯正出側の代表値、最大値、最小値のうち１つでも８３０℃未満である場合、表面割れが確認された（表面欠陥評価「×」）。

即ち、矯正開始（矯正入側）から矯正終了（矯正出側）に亘って、鋳片２の表面温度が８３０℃未満となる場合がある（矯正表面温度が８３０℃未満）であると、表面割れが発生した。
一方で、実験番号４２〜実験番号４７や実験番号５０〜実験番号５４に示すように、矯正開始（矯正入側）や矯正終了（矯正出側）において、代表値、最大値及び最小値について、８３０℃以上である場合は、表面割れ及び内部割れは見受けられなかった（表面欠陥評価「○」、内部割れ評価「○」）。

表７は、熱炉装入温度についてまとめたものである。
熱炉装入温度の制御は、冷却ファン２６の風速や角度、冷却床２５における鋳片２の配列ピッチＬ１の調整によって行った。
実験番号５８に示すように、加熱炉３装入温度の代表値、最大値及び最小値のうち１つでも４５０℃未満となるものがある場合、表面割れが確認された（表面欠陥評価「×」）。
また、実験番号６０に示すように、加熱炉３装入温度の代表値、最大値及び最小値のうち１つでも６５０℃よりも大きなものがある場合、表面割れが確認された（表面欠陥評価「×」）
一方で、実験番号５６及び実験番号５８、実験番号５９、実験番号６１及び実験番号６２に示すように、加熱炉３装入温度における代表値、最大値及び最小値がすべて、４５０℃〜６５０℃の範囲内であるときは、表面割れ及び内部割れは見受けられなかった（表面欠陥評価「○」、内部割れ評価「○」）。

表８は、鋳片２の表面温度における面央部４１（中心部分）の温度とコーナ部４０の温度との温度差をまとめたものである。
実験番号６３に示すように、図７（ｂ）に示すような幅切り大である冷却ノズル９を垂直部１３にて使用した場合、曲げ入り表面温度が８３０〜１１２０℃の範囲内であっても、両者の差（面央部４１の温度−コーナ部４０の温度）が−１２５℃と大きくなり、その結果、コーナ部４０付近での内部割れが確認された（コーナー近傍「×」）。
実験番号６７に示すように、図７（ａ）に示すような幅切りなしの冷却ノズル９を垂直部１３にて使用した場合、曲げ入り表面温度が８３０〜１１２０℃の範囲内であっても、両者の差（面央部４１の温度−コーナ部４０の温度）が＋１２０℃と大きくなり、その結果、コーナ部４０付近での内部割れが確認された（コーナー近傍「×」）。

一方で、実験番号６４〜実験番号６６に示すように、図７（ｃ）に示すような最適な冷却ノズル９を垂直部１３にて使用した場合、曲げ入側表面温度が８３０〜１１２０℃の範囲内にできると共に、両者の差（面央部４１の温度−コーナ部４０の温度）を１００℃以内（±１００℃）に抑えることができ、コーナ部４０付近での内部割れは見受けられなかった（コーナー近傍「○」）。
実験番号６８に示すように、幅切り大である冷却ノズル９を曲げ部１４にて使用した場合、曲げ出側表面温度が８３０〜１０５０℃の範囲内であっても、両者の差（面央部４１の温度−コーナ部４０の温度）が−１３０℃と大きくなり、その結果、コーナ部４０付近での内部割れが確認された（コーナー近傍「×」）。また、実験番号７２に示すように、幅切りなしの冷却ノズル９を曲げ部１４にて使用した場合、曲げ出側表面温度が８３０〜１０５０℃の範囲内であっても、両者の差（面央部４１の温度−コーナ部４０の温度）が＋１１０℃と大きくなり、その結果、コーナ部４０付近での内部割れが確認された（コーナー近傍「×」）。

一方で、実験番号６９〜実験番号７１に示すように、最適な冷却ノズル９を曲げ部１４にて使用した場合、曲げ出側表面温度が８３０〜１０５０℃の範囲内にできると共に、両者の差（面央部４１の温度−コーナ部４０の温度）を１００℃以内（±１００℃）に抑えることができ、コーナ部４０付近での内部割れは見受けられなかった（コーナー近傍「○」）。
実験番号７３に示すように、幅切り大である冷却ノズル９を円弧部１５にて使用した場合、２次冷却の出側表面温度が８３０〜１０５０℃の範囲内であっても、両者の差（面央部４１の温度−コーナ部４０の温度）が−１３１℃と大きくなり、その結果、コーナ部４０付近での内部割れが確認された（コーナー近傍「×」）。また、実験番号７７に示すように、幅切りなしの冷却ノズル９を円弧部１５にて使用した場合、２次冷却の出側表面温度が８３０〜１０５０℃の範囲内であっても、両者の差（面央部４１の温度−コーナ部４０の温度）が＋１１２℃と大きくなり、その結果、コーナ部４０付近での内部割れが確認された（コーナー近傍「×」）。

一方で、実験番号７４〜実験番号７６に示すように、最適な冷却ノズル９を円弧部１５にて使用した場合、２次冷却の出側表面温度が８３０〜１０５０℃の範囲内にできると共に、両者の差（面央部４１の温度−コーナ部４０の温度）を１００℃以内（±１００℃）に抑えることができ、コーナ部４０付近での内部割れは見受けられなかった（コーナー近傍「○」）。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

上記の実施形態では、鋳型の出側表面温度を鋳造速度を調整することによって制御していたが、これに限定されず、鋳型の出側表面温度の制御は、例えば、鋳型に投入するモールドパウダーの投入量等によって行ってもよいし、鋳型の長さを変えることで行ってもよいし、鋳型の内壁の材質（銅板）を変更することで行ってもよい。

連続鋳造機から冷却設備を経て加熱炉までの全体図である。 冷却設備の斜視図である。 冷却設備の平面図である。 鋳片ピッチ、風速、吹きつけ角の定義図である。 表面割れが発生しやすい鋼種（ＳＣＭ４２０）について絞り値と表面温度の関係図である。 バルジング歪み、曲げ歪み、矯正歪み、凝固界面全歪みを示したもので、（ａ）は、曲げ部で２次冷却を行った場合、（ｂ）は、曲げ部で２次冷却を行わなかった場合を示した図である。 冷却ノズルの噴霧状況を示したもので、ａ）は、幅切りなしの冷却ノズルを用いた場合、ｂ）は、幅切り有りの冷却ノズルを用いた場合、ｃ）は、最適な冷却ノズルを用いた場合である。 冷却による鋳片の組織を示す図である。 （ａ）は、サンプルを横方向（幅方向）に切断した横断マクロ図であり、（ｂ）は、サンプルを縦方向（長手方向）に切断した縦断マクロ図である。

符号の説明

１ 垂直曲げ型の連続鋳造機
７ 鋳型

Claims (1)

1. 化学成分が、Ｃ：０．０５〜０．５５質量％、Ｓｉ：０．１０〜２．００質量％、Ｍｎ：０．３０〜１．９０質量％、Ｐ：０．００５〜０．０７０質量％、Ｓ：０．００３〜０．１２０質量％で、且つ、厚みが２８０ｍｍ〜３５０ｍｍとなる鋳片を、２．４〜５．０Ｈｚで振動する鋳型を有する垂直曲げ型の連続鋳造機で鋳造し、鋳造後の鋳片を前記連続鋳造機の下流側に配置された冷却設備で冷却して、冷却後の鋳片を加熱炉で加熱して製造する方法であって、
   前記連続鋳造機での鋳片の鋳造では、鋳片に表面温度に関し、前記鋳型の出側表面温度を１１００〜１３００℃とし、曲げ入側表面温度を８３０〜１１２０℃とし、曲げ出側表面温度を８３０〜１０５０℃とし、２次冷却出側表面温度を８３０〜１０５０℃とし、矯正表面温度を８３０℃以上とし、且つ、前記各表面温度における中心部分とコーナ部分との温度差を１００℃以内とし、
   前記冷却設備での鋳片の冷却では、鋳片が前記加熱炉に装入した際の加熱炉装入温度が４５０〜６７０℃となるように冷却して、鋳片を製造することを特徴とする鋳片の製造方法。