JP2015193041A - ばね鋼の鋳片の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ばね鋼に対応する三次冷却条件を適正化することによって、安定的に鋳片の組織を微細組織にして割れを防止することができるようにする。【解決手段】ばね鋼を鋳造する際において、鋳造した鋳片を三次冷却で冷却する際での定常部位における冷却水量を（１）及び（２）を満たすようにする。（１）鋳片幅方向の表面温度分布における最高温度と、最低温度との差である温度差をΔＴとした際に、ΔＴ≰１６０℃とする。（２）鋳片表面温度を８００℃から５００℃まで冷却する際の冷却速度として、鋳片表面の冷却前温度が８００℃〜７００℃では冷却速度を３５℃／ｍｉｎ以上、６９９℃〜６００℃では冷却速度を３０℃／ｍｉｎ以上、５９９℃〜５００℃では冷却速度を２５℃／ｍｉｎ以上とする。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、連続鋳造装置によって鋳造したばね鋼の鋳片を三次冷却する方法であって、ばね鋼の鋳片の冷却方法に関する。

従来より、連続鋳造装置では、転炉や二次精錬装置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することで、溶鋼（鋳片）を連続的に鋳造している。連続鋳造装置によって鋳造された鋳片は、下流側で所定の長さに切断され、その後、圧延等が行われる前に三次冷却帯によって冷却される。

三次冷却帯において、鋳片を冷却する技術として特許文献１及び２に示すものがある。
特許文献１は、低炭素鋼から焼入れ性の高い鋼種までの幅広い鋼種からなる連続鋳造鋳片の冷却時における表面割れと曲がり防止を図りながら、熱間圧延時に表面割れを発生し難い鋳片を製造する方法であって、連続鋳造されたブルームを所定の長さに切断した後、ブルームクーラーで冷却する際に冷却用ノズル列を鋳造方向へ３列以上配置し、冷却水の全周合計流量２００〜１０００ｌ／ｍｉｎで冷却している。

特許文献２は、連続鋳造ブルームの冷却時に発生する表面疵の発生を防止する冷却であって、上面の水量密度を５×１０−４〜４×１０−３ｍ^３／ｍ^２・Ｓ、側面の水量密度を上面の水量密度の１．５倍以上、下面の水量密度を上面の水量密度の２．０倍以上にしてブルーム表面温度がＡｒ３変態点に近づくほど冷却速度を増加させて、ベイナイト変態開始点、Ｂ１点より左側の冷却速度でブルームを冷却している。

特許文献３は、分塊圧延時に発生するブルーム鋳片表層割れを効果的に防止することを目的としている。この特許文献３では、ブルーム鋳片の表面温度が１０００Ｋの場合の熱伝達率（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）をＨｗ、冷却帯（熱伝達率Ｈｗ）をブルーム鋳片が通過する時間（ｍｉｎ）をＴとした場合に、ブルーム鋳片の表面温度がＡｒ_３変態点を超える温度から、Ｃｓ＝Ｈｗ×Ｔで定義される冷却強度Ｃｓが５００〜２５００（Ｗ・ｍｉｎ／ｍ^２・Ｋ）の範囲となる条件で冷却している。

特許文献４は、鋼を連続鋳造して所定の長さに切断した後のビレット鋳片を冷却するに際して、このビレット鋳片に曲がりが発生しないことを目的としている。特許文献４では、鋳片温度が８００〜５００℃の範囲での鋳片の相対する面における平均冷却速度を夫々Ｃ１、Ｃ２（℃／分：但しＣ１≧Ｃ２）としたとき、（Ｃ１−Ｃ２）／Ｃ１＜０．１５ を満たすように冷却している。

特許文献５は、鋳型への溶鋼注入を一旦停止したことによって形成される繋ぎ目部分が過冷却とならないようにすることを目的としている。特許文献５では、二次冷却水量を鋳片引抜速度から算出される二次冷却水量（Ｑ）に引抜停止時間が長くなるほど相対的に小さくなるように鋳片の引抜停止時間に応じて設定した補正係数α（α＜１．０）を乗じた二次冷却水量（α×Ｑ）に調整している。

特許文献６は、鋳込み速度が低くなり、鋳型内もしくは最低冷却水量の制約を持つ冷却ゾーンに存在した鋳片が過大に抜熱されても、その下部の各冷却ゾーンにおいて最適な冷却水量を設定することを目的としている。特許文献６では、鋳込み速度が予め定めた所定値以下になった場合、その時に鋳型内に存在していた鋳片が２次冷却帯を通過する際に、鋳込み速度が前記所定値以下となっていた時間とその時の鋳込み速度を考慮して散布する冷却水量に対する補正係数を算出し、その補正係数によって修正した冷却水量を該当鋳片部位が通過する際に散布している。

特開２０１３−２７９００号公報 特開２００３−１８１６０８号公報 特開２００８−２６１０３６号公報 特開２００４−３４４８９３号公報 特開２０１３−１２３７１３号公報 特開平４−３３９５５５号公報

特許文献１及び２は、いずれも連続鋳造装置で鋳造した鋳片を冷却する技術であるものの、鋳片の組成（鋼種）と冷却条件との関係は示されておらず、これらの技術を用いてもばね鋼から構成される鋳片において、表面割れを防止することができないのが実情である。
また、微細組織を形成して割れを防ぐ観点に立てば、特許文献３〜６のいずれにおいても、詳細な冷却条件、例えば、表面温度分布における最高温度と最低温度との差、表面温度分布に対応した冷却方法、鋳片の非定常部位についての冷却などについて全く示されていない。したがって、これらの技術を用いてもばね鋼から構成される鋳片において、表面割れ等を防止することができないのが実情である。

そこで、本発明では、ばね鋼に対応する三次冷却条件を適正化することによって、安定的に鋳片の組織を微細組織にして割れを防止することができるばね鋼の鋳片の冷却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、本発明のばね鋼の鋳片の冷却方法は、成分として、Ｃ＝０．５２％〜０．６０％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ＝０．１５％〜０．３５％、Ｍｎ＝０．６５％〜０．９５％、Ｐ≦０．０３０％、Ｓ≦０．０３０％、Ｃｒ＝０．６５％〜０．９５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるばね鋼の鋳片を、下記の条件を満たすように三次冷却することを特徴とする。

（１）鋳片幅方向の表面温度分布における最高温度と、最低温度との差である温度差をΔＴとした際に、ΔＴ≦１６０℃とする。
（２）鋳片表面温度を８００℃から５００℃まで冷却する際の冷却速度として、鋳片表面の冷却前温度が８００℃〜７００℃では冷却速度を３５℃／ｍｉｎ以上、６９９℃〜６００℃では冷却速度を３０℃／ｍｉｎ以上、５９９℃〜５００℃では冷却速度を２５℃／ｍｉｎ以上とする。

また、ばね鋼の鋳片の冷却方法は、成分として、Ｃ＝０．５２％〜０．６０％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ＝０．１５％〜０．３５％、Ｍｎ＝０．６５％〜０．９５％、Ｐ≦０．０３０％、Ｓ≦０．０３０％、Ｃｒ＝０．６５％〜０．９５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるばね鋼の鋳片を、三次冷却するに際し、
下記（１）及び（２）の条件で、鋳片の定常部位における三次冷却水量Ｑを求め、
（１）鋳片幅方向の表面温度分布における最高温度と、最低温度との差である温度差をΔＴとした際に、ΔＴ≦１６０℃とする。

（２）鋳片表面温度を８００℃から５００℃まで冷却する際の冷却速度として、鋳片表面の冷却前温度が８００℃〜７００℃では冷却速度を３５℃／ｍｉｎ以上、６９９℃〜６００℃では冷却速度を３０℃／ｍｉｎ以上、５９９℃〜５００℃では冷却速度を２５℃／ｍｉｎ以上とする。
下記（３）〜（６）によって、鋳片の非定常部位における三次冷却水量Ｑ’を求め、
（３）鋳片の引抜停止時間に基づいた停止補正係数ａを設定する。

（４）鋳片の搬送速度に基づいた搬送補正係数ｂを設定する。
（５）連続鋳造装置における平均鋳造速度に基づいた鋳造速度補正係数ｃを設定する。
（６）Ｑ’＝Ｑ×ａ×ｂ×ｃ
前記定常部位に対しては、三次冷却水量Ｑで三次冷却を行い、前記非定常部位に対しては、三次冷却水量Ｑ’で三次冷却を行うことを特徴とする。

本発明によれば、ばね鋼の鋳片に対応する三次冷却条件を適正化することによって、安
定的に鋳片の組織を微細組織にして割れを防止することができる。

連続鋳造装置、切断装置、三次冷却装置の概念図である。 鋳片の周りに冷却ノズルを配置した配置図である。 鋳片の三次冷却の手順を示すフローチャートである。 上面における温度差とノズルの水量密度との関係図である。 狭面における温度差とノズルの水量密度との関係図である。 下面における温度差とノズルの水量密度との関係図である。 上部冷却ノズルの特性を示す図である。 下部冷却ノズルの特性を示す図である。 狭面冷却ノズルの特性を示す図である。 第２実施形態における鋳片の三次冷却の手順を示すフローチャートである。

本発明の実施形態について図を基に説明する。
本発明のばね鋼の鋳片の冷却方法は、連続鋳造装置によって鋳造した鋳片、即ち、ブルームを切断後に切断した鋳片の三次冷却を行う方法である。なお、この実施形態では、ブルームのことを「鋳片」ということがある。
図１は、連続鋳造装置、この連続鋳造装置の下流側に配備され且つ連続鋳造装置で鋳造された鋳片を所定の長さに切断する切断装置、この切断装置で切断された鋳片を冷却する三次冷却装置を示したものである。

まず、連続鋳造装置、切断装置、三次冷却装置について説明する。
図１に示すように、連続鋳造装置１は、ブルームを連続的に鋳造するものであって、精錬処理された溶鋼２が装入された取鍋３と、取鍋３内の溶鋼が注入されて当該溶鋼２を一時的に貯留するタンディッシュ４と、このタンディッシュ４からの溶鋼２が供給される鋳型５と、この鋳型５により成型された鋳片Ｓを引き出すと共に、鋳片Ｓをサポートする複数のサポートロール６とを有している。

タンディッシュ４は、有底箱形となっており、タンディッシュ４の底部に溶鋼を注入する注入口が設けられ、この注入口に浸漬ノズルが接続されている。浸漬ノズルは、スライドバルブにより開閉可能となっており、スライドバルブの開閉によってタンディッシュ４から鋳型５への溶鋼の注入又は停止を行うことができる。
連続鋳造装置１では、転炉や二次精錬装置等から出鋼された溶鋼２を取鍋３によってタンディッシュ４まで搬送し、搬送された取鍋３内の溶鋼２をタンディッシュ４へ注入後、スライドバルブを開くことによって、鋳型５内の溶鋼２を連続的に鋳造することができる。溶鋼２（鋳片Ｓ）は、鋳型５によって一次冷却が行われると共に、鋳型５の下流側に配置された冷却ノズル（図示省略）によって二次冷却が行われる。

また、連続鋳造装置１によって鋳造された鋳片Ｓは、切断装置１０に送られ、切断装置１０によって所定の長さに切断される。この切断装置１０は、連続鋳造装置１の下流側（連続鋳造装置１０の最下流に設置されたピンチロール９の下流側）に設置されたもので、例えば、ガスによって鋳片Ｓの切断を行うガスカッタで構成されている。
三次冷却装置（三次冷却帯）１１は、鋳造されたブルームの表面を冷却する設備（ブルームクーラー）であって、切断装置１０の下流側に設置され、当該切断装置１０で切断された後の鋳片Ｓの冷却（鋳片Ｓの三次冷却）を行う。即ち、三次冷却帯１１は、所定長さに切断された鋳片を加熱炉に装入する前に冷却を行うものである。なお、三次冷却帯１１は切断された鋳片Ｓの一本毎に冷却を行う。

図１及び図２に示すように、三次冷却帯１１は、鋳片Ｓを搬送する搬送装置１２と、鋳片Ｓの搬送方向に沿って所定の間隔で配置された冷却ノズル１３とを備えている。搬送装置１２は、載置された鋳片Ｓをローラによって搬送するローラ搬送装置で構成されている。冷却ノズル１３は、鋳片Ｓの上面（広面側の上面）を冷却する上部冷却ノズル１３ａと、鋳片Ｓの下面（広面側の下面）を冷却する下部冷却ノズル１３ｂと、狭面を冷却する一対の狭面冷却ノズル１３ｃを備えている。したがって、上部冷却ノズル１３ａ、下部冷却
ノズル１３ｂ、狭面冷却ノズル１３ｃによって矩形状の鋳片Ｓに対して四面を冷却することができる。

さて、三次冷却帯１１において、適正に冷却しないと、鋳片Ｓの表面等に割れが発生することがある。特に、同じ冷却条件であっても、鋼種が異なれば、過冷却等によって鋳片Ｓの表面に割れが生じることがあり、鋼種と冷却条件とを適正に制御する必要がある。
本発明では、鋳片Ｓを三次冷却するにあたって、鋼種に適合した三次冷却を行うことより、鋳片（ブルーム）の鋳片表面において、安定的に鋳片の組織を微細組織にして割れが進展することを防止している。

以下、鋳片Ｓの三次冷却について詳しく説明する。
連続鋳造装置１によって鋳造する鋳片Ｓ、即ち、三次冷却を行う鋳片Ｓは、ばね鋼であって、成分として、Ｃ＝０．５２％〜０．６０％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ＝０．１５％〜０．３５％、Ｍｎ＝０．６５％〜０．９５％、Ｐ≦０．０３０％、Ｓ≦０．０３０％、Ｃｒ＝０．６５％〜０．９５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物を含有している。

このようなばね鋼は、添加する合金が多く、特に成分としてＣｒを０．６５％以上含有し、かつＣが０．５２％以上と高いため焼入れ性が高い。そのため、鋳片表面の割れ感受性も高く、当該ばね鋼の鋳片Ｓを三次冷却で冷却する場合には、冷却速度や鋳片の表面温度を細かく管理する必要がある。詳しくは、ばね鋼の鋳片Ｓを三次冷却で冷却するに際して、条件（１）及び条件（２）を満たすように冷却する必要がある。

詳しくは、図３に示すように、条件（１）では、鋳片幅方向の表面温度分布における最高温度と、最低温度との差である温度差をΔＴとした際に、当該温度差であるΔＴ≦１６０℃とする。鋳片Ｓの上面、下面及び狭面の各面において、幅方向に沿う直線Ｌ１上（鋳造方向と直交する直線Ｌ１上）の温度分布を見たとき、当該直線上における最高温度と最低温度との差（ΔＴ）は１６０℃以下とする。言い換えれば、上面における表面温度分布の最高温度と最低温度との差は１６０℃以下であって、下面における表面温度分布の最高温度と最低温度との差も１６０℃以下であって、狭面における表面温度分布の最高温度と最低温度との差も１６０℃以下である。

また、条件（１）で示した最高温度と最低温度との差は、後述する条件（２）で示した各管理区間で満たすようにしている。例えば、後述する第１管理区間、第２管理区間、第３管理区間のそれぞれで、ΔＴ≦１６０℃を満たすようにしている。
図４は、ばね鋼で構成された鋳片Ｓにおいて、上面における温度差ΔＴとノズルの水量密度との関係を示し、図５は、狭面における温度差ΔＴとノズルの水量密度との関係を示し、図６は、下面における温度差ΔＴとノズルの水量密度との関係を示している。
図４〜６は、実機であるブルームクーラー１１の三次冷却の水量密度を増減させて、冷却を行った後、鋳片Ｓの表面を目視で確認して、応力割れの有無をまとめたものである。

図４〜６に示すように、上面、狭面、下面のいずれにおいても最高温度と最低温度との温度差ΔＴが１６０℃を超えると、熱応力割れが発生し、温度差ΔＴが１６０℃以下である場合は、応力割れが発生しなかった。つまり、ばね鋼の鋳片Ｓでは、三次冷却の際に、温度差ΔＴ１を１６０℃以下とすることによって、応力割れを防止することができる。
さて、本発明では、三次冷却後の鋳片Ｓ（ばね鋼の鋳片Ｓ）に対して、鋳片Ｓの表層から５ｍｍ以上の範囲に亘ってベイナイト（Ｚｗ）を単層として形成して、組織の微細化を図っている。つまり、三次冷却後の鋳片Ｓにベイナイトを形成して、その後に、加熱炉に鋳片を装入することにより、鋳片の表面組織を微細化し、これにより、割れが進展することを防止している。

具体的には、鋳片Ｓの表層から５ｍｍ以上の範囲に亘ってベイナイト（Ｚｗ）を形成させるために、条件（２）に示すように、三次冷却の冷却速度を設定している。条件（２）は、鋳片表面温度を８００℃から５００℃まで冷却する際の冷却速度の条件であって、鋳片表面の冷却前温度が８００℃〜７００℃では冷却速度を３５℃／ｍｉｎ以上、６９９℃〜６００℃では冷却速度を３０℃／ｍｉｎ以上、５９９℃〜５００℃では冷却速度を２５℃／ｍｉｎ以上にする。つまり、上部冷却ノズル１３ａ、下部冷却ノズル１３ｂ及び狭面冷却ノズル１３ｃにおいて鋳片Ｓを冷却した場合の冷却速度が、条件（２）を満たすよう
に、上部冷却ノズル１３ａ、下部冷却ノズル１３ｂ及び狭面冷却ノズル１３ｃの水量（水量密度）を設定して冷却する。

この条件（２）に示すように、鋳片表面温度を８００〜５００℃までに冷却するにあたって、冷却速度を管理区分（管理区間）は、８００℃〜７００℃（第１管理区間）、６９９〜６００℃（第２管理区間）、５９９〜５００℃（第３管理区間）の３区間としており、各管理区間の温度幅（最高温度から最低温度までの温度範囲）は１００℃以下としている。このように、各管理区間における温度幅を１００℃以下にしているため、条件（１）で示した温度差の条件を満たしやすく、逆に、管理区間の温度幅を１００℃よりも大きくしてしまうと、条件（１）で示した温度差の条件を満たすことが難しいばかりか、条件（１）を満たそうとした場合、各管理区間での冷却速度が極端に遅くしなければならず、ベイナイトを形成することが難しくなる。

なお、三次冷却の水量密度と冷却速度との関係は、機外実験等により求めておくことが望ましい。例えば、機外実験において、試験片に熱電対を埋め込んでおき、種々の冷却密度で試験片を冷却して、水量密度と冷却速度との関係を求める。
そして、実際に操業を行う際は、三次冷却の条件として水量とノズル特性とから水量密度を求めておくと共に、機外実験で得られた水量密度と冷却速度との関係から、水量密度に対する冷却速度を求めて、操業を実施する。ここで、条件（２）では、冷却速度の上限値を規定していないが、実機の能力に基づいて設定することが望ましい。即ち、当業者常法の操業範囲から逸脱しない範囲で実機に適合した能力で冷却速度を求める。例えば、鋳片表面の冷却前温度が８００℃〜７００℃では冷却速度を３５℃／ｍｉｎ以上〜２００℃／ｍｉｎ以下、６９９℃〜６００℃では冷却速度を３０℃／ｍｉｎ以上〜２００℃／ｍｉｎ以下、５９９℃〜５００℃では冷却速度を２５℃／ｍｉｎ以上〜２００℃／ｍｉｎにする。当然の如く、冷却速度が速すぎると、マルテンサイトの組織が鋳片にできるため、マルテンサイトの組織が発生しないように、冷却速度を設定する。

つまり、実操業では、条件（１）及び条件（２）を満たすように、定常部位における水量密度（冷却水量Ｑ）を設定する。例えば、鋳片の冷却面（上面、下面、狭面）のそれぞれにおいて、条件（１）及び条件（２）を満たすように、上部冷却ノズル１３ａ、下部冷却ノズル１３ｂ及び狭面冷却ノズル１３ｃの冷却水量Ｑを設定する。
そして、各ノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃのそれぞれの冷却水量Ｑを設定した後は、三次冷却帯１１の入側での鋳片の有無を検知し、鋳片Ｓが有りの場合、即ち、鋳片Ｓが存在する場合に、設定した冷却水量で鋳片Ｓを冷却する。鋳片Ｓの検知は、予め三次冷却帯１１の入側にセンサ等を設置し、このセンサにより三次冷却帯１１に鋳片Ｓが入ったか否か（鋳片Ｓの有無）を行う。なお、作業者が目視にて、鋳片Ｓの有無を確認してもよい。

次に、上述した成分を有するばね鋼の鋳片Ｓを鋳造する際において、鋳片Ｓを三次冷却で冷却する際での定常部位における冷却水量を条件（１）及び条件（２）で設定して、三次冷却帯入口で鋳片Ｓの有無を検知し、鋳片Ｓが存在する場合に設定した冷却水量で鋳片を冷却した実施例と、実施例とは異なる方法で冷却を行った比較例について説明する。
この実施例及び比較例では、連続鋳造装置１は「神戸製鋼所製、垂直曲げ型連鋳機」を用いた。鋳型サイズは４３０×３００ｍｍとした。鋳型高さは１２００ｍｍとした。鋳造速度は、０．７０〜１．０５ｍ／ｍｉｎ、連続鋳造装置１における二次冷却の比水量は０．２０〜０．５５Ｌ／ｋｇ・ｓとした。三次冷却帯１１における三次冷却方法では、ミスト状の冷却水（水＋空気）を鋳片Ｓの上面、下面、狭面の４面に噴射した。三次冷却帯１１の冷却ノズルの本数は、１面毎に２４本とした。三次冷却帯１１の長さは７．２３ｍとした。

また、図７に示す特性を示す上部冷却ノズル１３ａを使用し、図８に示す特性を示す下部冷却ノズル１３ｂを使用し、図９に示す特性を示す狭面冷却ノズル１３ｃを使用した。また、冷却ノズルの気水体積比３１とし、ノズル角は、鋳片Ｓの上下面に対しては９５°、狭面に対しては１１１°とした。
連続鋳造装置１にて得られた鋳片（鋼塊）を三次冷却後に、加熱炉に装入して１２００〜１３００℃まで加熱後、分塊圧延し、ビレット（断面１５５ｍｍ×１５５ｍｍ）とした
。分塊圧延等は当業者常法通りに行った。

鋳片の表面疵は、ビレット（１５５ｍｍ角）に圧延した段階において、表面を観察し、割れの有無を調査した。即ち、ＪＩＳＺ２３２３に基づいて、１ビレット（サイズ：１５５ｍｍ×１５５ｍｍ×１０ｍ）について、磁粉探傷検査を行った。磁粉探傷試験では、１視野（２ｍｍ×２ｍｍ）当たりの輝度のピークを測定し、ピークが検出されたものを疵とした。

冷却速度は、予め機外実験において、鋳片の表層から深さ５ｍｍの位置に熱電対を埋め込み、所定の水量密度で所定の時間鋳片を冷却し、水量密度毎の冷却速度を測定した。この機外実験では、実機と同様の冷却ノズルを用いると共に、冷却ノズルの配置も実機と同じとした。また、機外実験では、鋳片のサイズ（サンプルサイズ）や鋳片の初期温度（サンプル初期温度）も実機と同様とし、機外実験と実機での測定条件に差が出ないように行った。

表１は、鋳造速度（目標の鋳造速度）を１．０５ｍ／ｍｉｎ、引抜停止時間を０分、平均鋳造速度を１．０５ｍ／ｍｉｎとしたうえで、鋳片Ｓの上面に関して、三次冷却を行った結果をまとめたものである。

実施例（追番）１〜５において、鋳片表面の冷却前温度が８００℃〜７００℃の第１管理区間（表面温度：７００℃〜８００℃）では冷却速度を３５℃／ｍｉｎ以上とし、ΔＴ≦１６０℃としている。また、鋳片表面の冷却前温度が６９９℃〜６００℃の第２管理区間（表面温度：６００℃〜６９９℃）では冷却速度を３０℃／ｍｉｎ以上とし、ΔＴ≦１６０℃としている。さらに、鋳片表面の冷却前温度が５９９℃〜５００℃の第３管理区間
（表面温度：５００℃〜５９９℃）では冷却速度を２５℃／ｍｉｎ以上とし、ΔＴ≦１６０℃としている。それゆえ、鋳片の上面において、鋳片の熱応力割れもなく、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することができた（ベイナイト組織有）。

一方、比較例（追番）６、７、１２、１９では、第１管理区間での冷却速度が３５℃／ｍｉｎ未満であっため、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。
比較例８、９、１３、１８では、第２管理区間での冷却速度が３０℃／ｍｉｎ未満であったため、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。比較例１０、１１、１４〜１６では、第３管理区間での冷却速度が２５℃／ｍｉｎ未満であったため、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。比較例１７、２０〜２２では、第３管理区間における温度差ΔＴが１６０℃を超えているため、表面割れ（熱応力割れ）が発生した。

表２は、鋳造速度（目標の鋳造速度）を１．０５ｍ／ｍｉｎ、引抜停止時間を０分、平均鋳造速度を１．０５ｍ／ｍｉｎとしたうえで、鋳片Ｓの狭面に関して、三次冷却を行った結果をまとめたものである。

実施例（追番）１〜４において、鋳片表面の冷却前温度が８００℃〜７００℃の第１管理区間（表面温度：７００℃〜８００℃）では冷却速度を３５℃／ｍｉｎ以上とし、ΔＴ≦１６０℃としている。また、鋳片表面の冷却前温度が６９９℃〜６００℃の第２管理区間（表面温度：６００℃〜６９９℃）では冷却速度を３０℃／ｍｉｎ以上とし、ΔＴ≦１６０℃としている。さらに、鋳片表面の冷却前温度が５９９℃〜５００℃の第３管理区間
（表面温度：５００℃〜５９９℃）では冷却速度を２５℃／ｍｉｎ以上とし、ΔＴ≦１６０℃としている。それゆえ、鋳片の上面において、鋳片の熱応力割れもなく、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することができた（ベイナイト組織有）。

一方、比較例（追番）５、６、１４では、第１管理区間での冷却速度が３５℃／ｍｉｎ未満であっため、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。
比較例７、８、１５では、第２管理区間での冷却速度が３０℃／ｍｉｎ未満であったため、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。比較例９〜１２では、第３管理区間での冷却速度が２５℃／ｍｉｎ未満であったため、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。比較例１６では、第２管理区間での冷却速度が３０℃／ｍｉｎ未満であり、第３管理区間での冷却速度が２５℃／ｍｉｎ未満であったため、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。比較例１３、１７〜１９では、第３管理区間における温度差ΔＴが１６０℃を超えているため、表面割れ（熱応力割れ）が発生した。

表３は、鋳造速度（目標の鋳造速度）を１．０５ｍ／ｍｉｎ、引抜停止時間を０分、平均鋳造速度を１．０５ｍ／ｍｉｎとしたうえで、鋳片Ｓの下面に関して、三次冷却を行った結果をまとめたものである。

実施例１〜４、１７において、鋳片表面の冷却前温度が８００℃〜７００℃の第１管理区間（表面温度：７００℃〜８００℃）では冷却速度を３５℃／ｍｉｎ以上とし、ΔＴ≦１６０℃としている。また、鋳片表面の冷却前温度が６９９℃〜６００℃の第２管理区間（表面温度：６００℃〜６９９℃）では冷却速度を３０℃／ｍｉｎ以上とし、ΔＴ≦１６０℃としている。さらに、鋳片表面の冷却前温度が５９９℃〜５００℃の第３管理区間（
表面温度：５００℃〜５９９℃）では冷却速度を２５℃／ｍｉｎ以上とし、ΔＴ≦１６０℃としている。それゆえ、鋳片の下面において、鋳片の熱応力割れもなく、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することができた（ベイナイト組織有）。

一方、比較例（追番）５、６、１１では、第１管理区間での冷却速度が３５℃／ｍｉｎ未満であっため、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。
比較例７、８、１２では、第２管理区間での冷却速度が３０℃／ｍｉｎ未満であったため、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。比較例９、１０では、第３管理区間での冷却速度が２５℃／ｍｉｎ未満であったため、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。比較例１８では、第２管理区間での冷却速度が３０℃／ｍｉｎ未満であり、第３管理区間での冷却速度が２５℃／ｍｉｎ未満であったため、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。比較例１９では、第１管理区間での冷却速度が３５℃／ｍｉｎ未満であり、第２管理区間での冷却速度が３０℃／ｍｉｎ未満であり、第３管理区間での冷却速度が２５℃／ｍｉｎ未満であったため、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。比較例１３〜１６では、第３管理区間における温度差ΔＴが１６０℃を超えているため、表面割れ（熱応力割れ）が発生した。

表４〜表６は、三次冷却の管理区間の温度幅を１００℃以上とし、各面を冷却した場合の比較例をまとめたものである、この比較例では、鋳造速度（目標の鋳造速度）は１．０５ｍ／ｍｉｎ、引抜停止時間は０分、平均鋳造速度は１．０５ｍ／ｍｉｎとした。

表４の比較例１〜９では、第４管理区間（６５０〜８００℃）及び第５管理区間（５００℃〜６４９℃）における温度差ΔＴは１６０℃以下であったものの、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。
また、表４の比較例１０〜１６、１９、２０では、第４管理区間における温度差ΔＴは１６０℃以下であったものの、熱応力割れが発生した。さらに、表４の比較例１７、１８でも、応力割れが発生した。

表５の比較例１〜７、１２、１５、１６、１８では、第４管理区間及び第５管理区間における温度差ΔＴは１６０℃以下であったものの、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。また、表５の比較例８〜１１、１３、１４、１７、１９〜２１では、第４管理区間における温度差ΔＴは１６０℃以下であったものの、熱応力割れが発生した。

表６の比較例１〜７、１６〜２１では、第４管理区間及び第５管理区間における温度差ΔＴは１６０℃以下であったものの、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することはできなかった（ベイナイト組織無）。また、表６の比較例８〜１５では、第４管理区間における温度差ΔＴは１６０℃以下であったものの、熱応力割れが発生した。
以上、本発明によれば、ばね鋼を鋳造する際において、鋳片Ｓを三次冷却で冷却する際での定常部位における冷却水量を条件（１）及び条件（２）の条件で設定して、三次冷却帯入口で鋳片の有無を検知し、鋳片Ｓが存在する場合に設定した冷却水量で鋳片を冷却することによって、鋳片Ｓを加熱炉に装入する前に、鋳片Ｓの表層をベイナイト組織にすることができる。それゆえ、鋳片Ｓに対して、磁粉探傷試験を行ったとしても、その表面に疵が現れることがなく、疵の無い鋳片を製造することができる。即ち、連続鋳造時における鋳片表面において、安定的に鋳片の組織を微細組織にして割れが進展することを防止する。また、鋳片の熱応力割れも防止することができる。
［第２実施形態］
第２実施形態は、第１実施形態で示した鋳片の定常部位に加えて、鋳片の非定常部位についても、三次冷却を行う方法である。

具体的には、ばね鋼の鋳片を三次冷却するに際し、条件（１）及び条件（２）で、鋳片の定常部位における三次冷却水量Ｑを求める。つまり、条件（１）及び条件（２）を満たすように、定常部位における水量密度（三次冷却水量Ｑ）を設定する。例えば、鋳片の冷却面（上面、下面、狭面）のそれぞれにおいて、条件（１）及び条件（２）を満たすように、上部冷却ノズル１３ａ、下部冷却ノズル１３ｂ及び狭面冷却ノズル１３ｃの三次冷却水量Ｑを設定する。なお、ばね鋼の成分及び三次冷却水量Ｑの求め方は、第１実施形態と同じである。
次のに示す（３）〜（６）の工程にしたがって、鋳片の非定常部位における三次冷却水量Ｑ’を求める。なお、（３）〜（５）の工程の順番は、入れ替わってもよい。なお、三次冷却水量Ｑ’の算出は、第１実施形態と同様に上面、下面及び狭面の各面において行う。
（３）鋳片の引抜停止時間に基づいた停止補正係数ａを設定する。
（４）鋳片の搬送速度に基づいた搬送補正係数ｂを設定する。
（５）連続鋳造装置における平均鋳造速度に基づいた鋳造速度補正係数ｃを設定する。

（６）Ｑ’＝Ｑ×ａ×ｂ×ｃ
次に、（３）〜（６）の工程について詳しく説明する。
（３）の工程で示した引抜停止とは、連続鋳造装置１において「鋳片Ｓを引き抜きながら鋳造を行うことを停止する」ことであって、引抜停止時間とは、例えば、前チャージと後チャージとの切り替え時に鋳型５内にシーケンスブロックを装入するために引き抜きを停止した時間のことである。

鋳片Ｓの引き抜きを停止している間は、連続鋳造装置１に留まっている鋳片Ｓは余分に冷却されることになる。そのため、引抜停止時間の長さに基づいて停止補正係数ａを設定したうえで、三次冷却水量Ｑに停止補正係数ａを乗算することによって非定常部位の三次冷却水量Ｑ’を求めている。表７は、引抜停止時間と停止補正係数ａとの関係を示す停止補正テーブル（一覧表）を示している。この停止補正テーブルは実験や操業で求めた数値である。

停止補正係数ａは、引き抜き停止時間の長さに応じて所定の値（百分率）で表される。即ち、停止補正係数ａは、引き抜き停止時間が長かったとしても、鋳片Ｓの表層から５ｍｍ以上の範囲に亘ってベイナイト（Ｚｗ）を形成させ、さらに、過冷却割れが発生しないように、三次冷却水量Ｑ’の設定を行うためのパラメータである。停止補正係数ａが「１００％」とは、引き抜き停止があったとしても水量を減らす必要が無いことを示している。
（４）の工程で示した搬送速度は、鋳片Ｓの切断完了後に移動する鋳片Ｓの速度である。搬送速度は、例えば、鋳片Ｓがガスカッタ１０の出側から三次冷却帯１１の入側までの間を移動した時の鋳片Ｓの平均速度である。なお、三次冷却帯１１内を移動する鋳片Ｓの移動速度を一定に設定する場合は、ガスカッタ１０の出側から三次冷却１１の出側までの間の鋳片Ｓの移動速度を、搬送速度としてもよい。

鋳片Ｓの搬送速度が遅い場合は、鋳片Ｓが切断されてから三次冷却帯１１に入るまでに冷却されることになる。そのため、搬送速度に基づいて搬送補正係数ｂを設定したうえで、三次冷却水量Ｑに搬送補正係数ｂを乗算することによって非定常部位の三次冷却水量Ｑ’を求めている。表８は、搬送速度と搬送補正係数ｂとの関係を示す搬送補正テーブル（一覧表）を示している。この搬送補正テーブルは実験や操業で求めた数値である。

搬送補正係数ｂは、搬送速度に応じて所定の値（百分率）で表される。即ち、搬送補正係数ｂは、搬送速度が遅かったとしても、鋳片Ｓの表層から５ｍｍ以上の範囲に亘ってベイナイト（Ｚｗ）を形成させ、さらに、過冷却割れが発生しないように、三次冷却水量Ｑ’の設定を行うためのパラメータである。搬送補正係数ｂが「１００％」とは、水量を減らす必要が無いことを示している。
（５）の工程で示した平均鋳造速度とは、所定の鋳片Ｓが連続鋳造装置１によって鋳造されて切断されるまでの間の鋳片の速度ある。例えば、平均鋳造速度とは、鋳型５内のメニスカスに位置する鋳片（溶鋼）Ｓがガスカッタ１０に入るまでの経過時間を、連続鋳造装置１の機体の長さ（鋳型５の上端からガスカッタ１０までの距離）で割ることにより求め
た値である。即ち、鋳型５内の上部位置する溶鋼が次第に冷却されながら移動して鋳片Ｓとなり、ガスカッタ１０に至るまでの経過時間を機体長さで割った値を平均鋳造速度としている。

鋳片Ｓの平均鋳造速度が遅い場合は、鋳片Ｓは連続鋳造装置１内で余計に冷却されることになる。そのため、平均鋳造速度に基づいて鋳造速度補正係数ｃを設定したうえで、三次冷却水量Ｑに、鋳造速度補正係数ｃを乗算することによって非定常部位の三次冷却水量Ｑ’を求めている。表９は、平均鋳造速度と、鋳造速度補正係数ｃとの関係を示す鋳造補正テーブル（一覧表）を示している。この鋳造補正テーブル実験や操業で求めた数値である。

鋳造速度補正係数ｃは、平均鋳造速度に応じて所定の値（百分率）で表される。即ち、鋳造速度補正係数ｃは、平均鋳造速度が遅かったとしても、鋳片Ｓの表層から５ｍｍ以上の範囲に亘ってベイナイト（Ｚｗ）を形成させ、さらに、過冷却割れが発生しないように、三次冷却水量Ｑ’の設定を行うためのパラメータである。鋳造速度補正係数ｃが「１００％」とは、水量を減らす必要が無いことを示している。

以上のように、停止補正係数ａ、搬送補正係数ｂ、鋳造速度補正係数ｃの設定を行った後は、（６）の工程において、「Ｑ’＝Ｑ×ａ×ｂ×ｃ」によって、非定常部位の三次冷却水量Ｑ’を求める。（６）の工程では、定常部位に対応する三次冷却水量Ｑに、補正係数（停止補正係数ａ、搬送補正係数ｂ、鋳造速度補正係数ｃ）を乗算することによって、非定常部位の三次冷却水量Ｑ’を求めている。

このように、非定常部位の三次冷却水量Ｑ’を求めた後は、非定常部位に対して三次冷却水量Ｑ’で三次冷却を行う。
表１０〜４５は、本発明のばね鋼の鋳片の冷却方法で三次冷却を行った結果と、本発明の方法とは異なる方法で三次冷却を行った結果とをまとめたものである。なお、連続鋳造装置や冷却ノズル等の実施条件は、第１実施形態で示した条件（実施例及び比較例で示した条件）と同じである。表１０〜２２は、鋳片の上面における三次冷却の結果である。表２３〜３３は、鋳片の狭面における三次冷却の結果を示している。表３４〜４５は、鋳片の下面における三次冷却の結果を示している。

図１０に示すように、Ｓ１〜Ｓ３では、定常部位における鋳片の流量（三次冷却水量Ｑ）を求める。Ｓ４では、各面毎に停止補正係数ａの設定を行い、Ｓ５では、各面毎に搬送補正係数ｂの設定を行い、Ｓ６では、各面毎に鋳造速度補正係数ｃの設定を行う。そして、Ｓ７では、非定常部位における鋳片の流量（三次冷却水量Ｑ’）を求める。Ｓ８では、三次冷却帯入口で鋳片の有無を検知し、鋳片Ｓが存在する場合において、定常部位では三次冷却水量Ｑで三次冷却を行い、非定常部位では三次冷却水量Ｑ’で三次冷却を行う。

なお、鋳片の引き抜き停止時間は、前チャージと後チャージとの間での時間とした。搬送速度は、鋳片Ｓがガスカッタ１０から三次冷却帯１１に至るまでの実績値を用いた。平均鋳造速度は、鋳片Ｓが鋳造中の実績値を用いた。搬送速度及び平均鋳造速度は、所定時間（例えば１秒）毎に行った。詳しくは、ガスカッタ１０の下流側に設置された搬送ロール８の回転速度により搬送速度を計算すると共に、ガスカッタ１０の上流側に設置されたピンチロール９の回転速度により平均鋳造速度を計算した。

表１０〜４５において、定常部位の三次冷却は、第１実施形態と同様に、条件（１）及び条件（２）を満たすように、三次冷却水量Ｑを設定して、三次冷却を行った（冷却速度判定の欄「○」）。また、非定常部位の三次冷却において、停止補正係数ａ、搬送補正係
数ｂ及び鋳造速度補正係数ｃを適正に設定し、非定常部位の三次冷却水量Ｑ’で三次冷却した場合、鋳片の熱応力割れもなく、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することができた（ベイナイト組織有）。

例えば、実験（追番）１では、引抜停止時間が１．０ｍｉｎに対して停止補正係数ａは１００％（補正率の欄）に設定しており、当該停止補正係数ａを停止補正テーブルで示した値に応じて適正に設定している。また、平均搬送速度が１．０ｍ／ｍｉｎに対して搬送補正係数ｂは１００％（補正率の欄）に設定しており、当該搬送補正係数ｂを搬送補正テーブルで示した値に応じて適正に設定している。また、平均鋳造速度が１．０ｍ／ｍｉｎに対して鋳造速度補正係数ｃは１００％（補正率の欄）に設定しており、当該鋳造速度補正係数ｃを鋳造補正テーブルルで示した値に応じて適正に設定している。そして、これらの値を用いて、非定常部位の三次冷却水量Ｑ’を求めて、三次冷却水量Ｑ’にて三次冷却を行っている（補正後水量の欄）。その結果、すべての区間において温度差ΔＴを１３０℃以下にすることができると共に、熱応力割れも発生することがなかった。加えて、鋳片に疵が発生することもなかった。

一方、非定常部位において、適正に三次冷却水量Ｑ’を設定しなかった場合、鋳片の熱応力割れが発生したり、鋳片の表層５ｍｍ以内の組織にベイナイトを形成することができなかった（ベイナイト組織無）。
例えば、実験（追番）２では、引抜停止時間が６．０ｍｉｎにも関わらず、停止補正係数ａは１００％に設定している。即ち、引抜停止時間が長いのにも関わらず、三次冷却水量の補正を行っていない。また、実験（追番）１１では、平均搬送速度が０．８５ｍ／ｍｉｎに対して搬送補正係数ｂは１００％に設定している。即ち、平均搬送速度が遅いのにも関わらず、三次冷却水量の補正を行っていない。また、実験（追番）２０では、平均鋳造速度が０．９０ｍ／ｍｉｎに対して鋳造速度補正係数ｃは１００％に設定している。即ち、平均鋳造速度が遅いのにも関わらず、三次冷却水量の補正を行っていない。

以上、第２実施形態によれば、鋳片の引抜停止時間に基づいた停止補正係数ａを設定し、鋳片の搬送速度に基づいた搬送補正係数ｂを設定し、連続鋳造装置における平均鋳造速度に基づいた鋳造速度補正係数ｃを設定している。そのうえで、停止補正係数ａ、搬送補正係数ｂ及び鋳造速度補正係数ｃで三次冷却水量Ｑを補正して、非定常部位における三次冷却水量Ｑ’を求めて、非定常部位に対して三次冷却水量Ｑ’で三次冷却しているため、安定的に鋳片の組織を微細組織にして割れを防止することができた。

なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ 連続鋳造装置
２ 溶鋼
３ 取鍋
４ タンディッシュ
５ 鋳型
６ サポートロール
８ 搬送ロール
９ ピンチロール
１０ 切断装置
１１ 三次冷却装置
１２ 搬送装置
１３ 冷却ノズル
１３ａ 上部冷却ノズル
１３ｂ 下部冷却ノズル
１３ｃ 狭面冷却ノズル
Ｓ 鋳片

Claims (2)

1. 成分として、Ｃ＝０．５２％〜０．６０％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ＝０．１５％〜０．３５％、Ｍｎ＝０．６５％〜０．９５％、Ｐ≦０．０３０％、Ｓ≦０．０３０％、Ｃｒ＝０．６５％〜０．９５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるばね鋼の鋳片を、下記の条件を満たすように三次冷却することを特徴とするばね鋼の鋳片の冷却方法。
   （１）鋳片幅方向の表面温度分布における最高温度と、最低温度との差である温度差をΔＴとした際に、ΔＴ≦１６０℃とする。
   （２）鋳片表面温度を８００℃から５００℃まで冷却する際の冷却速度として、鋳片表面の冷却前温度が８００℃〜７００℃では冷却速度を３５℃／ｍｉｎ以上、６９９℃〜６００℃では冷却速度を３０℃／ｍｉｎ以上、５９９℃〜５００℃では冷却速度を２５℃／ｍｉｎ以上とする。
2. 成分として、Ｃ＝０．５２％〜０．６０％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ＝０．１５％〜０．３５％、Ｍｎ＝０．６５％〜０．９５％、Ｐ≦０．０３０％、Ｓ≦０．０３０％、Ｃｒ＝０．６５％〜０．９５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるばね鋼の鋳片を、三次冷却するに際し、
   下記（１）及び（２）の条件で、鋳片の定常部位における三次冷却水量Ｑを求め、
   （１）鋳片幅方向の表面温度分布における最高温度と、最低温度との差である温度差をΔＴとした際に、ΔＴ≦１６０℃とする。
   （２）鋳片表面温度を８００℃から５００℃まで冷却する際の冷却速度として、鋳片表面の冷却前温度が８００℃〜７００℃では冷却速度を３５℃／ｍｉｎ以上、６９９℃〜６００℃では冷却速度を３０℃／ｍｉｎ以上、５９９℃〜５００℃では冷却速度を２５℃／ｍｉｎ以上とする。
   下記（３）〜（６）によって、鋳片の非定常部位における三次冷却水量Ｑ’を求め、
   （３）鋳片の引抜停止時間に基づいた停止補正係数ａを設定する。
   （４）鋳片の搬送速度に基づいた搬送補正係数ｂを設定する。
   （５）連続鋳造装置における平均鋳造速度に基づいた鋳造速度補正係数ｃを設定する。
   （６）Ｑ’＝Ｑ×ａ×ｂ×ｃ
   前記定常部位に対しては、三次冷却水量Ｑで三次冷却を行い、前記非定常部位に対しては、三次冷却水量Ｑ’で三次冷却を行うことを特徴とするばね鋼の鋳片の冷却方法。