JP2016047554A - スラブ鍛造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スラブの幅方向圧下の際、スラブ幅端部近傍を均等に肥厚化させることにより、スラブ全長にわたってムラなくポロシティを圧着させることができるスラブ鍛造方法を提供する。【解決手段】連続鋳造により製造したスラブに対し、上下一対の金敷を用いて、連続的に幅方向ついで厚み方向に圧下を加えることからなるスラブ鍛造方法において、上記幅方向のスラブ圧下を少なくとも２回に分けて行うものとし、その際、最初のスラブ圧下時におけるスラブ送り代境界と、次回の圧下時における金敷接触長さ（Ｂ）の中心とのずれ（ΔＬ）がΔＬ≦０．２０Ｂを満足するように圧下位相をずらして行うと共に、上記幅方向のスラブ圧下におけるそれぞれの圧下量を、初期スラブ厚をｔとしたとき、（√３／４）ｔ以上とし、かつ上記厚み方向のスラブ圧下における総圧下率を１０％以上とする。【選択図】図３

Description

本発明は、スラブ鍛造方法に関し、特にスラブの幅／厚み比が大きいスラブを鍛造する場合においても、優れたポロシティ圧着能力を達成しようとするものである。

一般に、厚鋼板は、連続鋳造で製造したスラブ、あるいは鋳型鋳造したインゴットを分塊圧延したスラブを素材として、これらを熱間で圧下することで製造される。これらの製造方法を比較すると、連続鋳造の方が製造コストおよび製造能率の点で優れるため、主流な製造方法となっている。

しかしながら、いずれのスラブ製造方法においても、鋳造時の最終凝固位置に、溶鋼の凝固時の体積収縮に起因してポロシティとよばれる空隙欠陥が発生する。このポロシティは、特に板厚中心部で発生するため、板厚中心部に応力やひずみが加わり難い圧延による加工では、ポロシティの圧着不良がしばしば問題となる。
そのため、ポロシティを圧着させるための方法として、板厚中心部に加わる応力やひずみの大きい熱間鍛造による内質の改善方法が開発されてきた（例えば特許文献１〜３）。

特開２００２−１９４４３１号公報 特開昭５４−１３９８６０号公報 特開平６−２７７７８３号公報

しかしながら、スラブの凝固はスラブ表層から中心部に向かって進むため、連続鋳造スラブの特徴として、スラブの幅端部近傍に、鋳造時のスラブの表面からの凝固、裏面からの凝固、幅端面からの凝固進行の最終凝固位置が一致した凝固３重点が存在する。この凝固３重点は、他の場所よりも粗大なポロシティが多数存在するため、ポロシティ圧着不良が特に問題となる箇所である。
この凝固３重点は、通常の連続鋳造においては、表裏面からの凝固速度の方が幅端面からの凝固速度より速いため、スラブの板厚をｔとすると、通常、板厚中心位置において、幅端〜（√３／２）ｔの幅位置に存在する。

特許文献１は、上下対称金敷による鍛造方法、特許文献２〜３は、上下対称金敷よりもさらに優れたポロシティ圧着能力を有する上下非対称金敷による鍛造方法であるが、いずれも凝固３重点以外の箇所ではポロシティ圧着能力を確保できても、スラブの幅端部近傍の凝固３重点に存在する粗大ポロシティに対しては圧着能力が不足していた。

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、スラブの幅方向圧下の際に、スラブ幅端部近傍を均等に肥厚化させることにより、スラブ全長にわたってムラなくポロシティを圧着させることができるスラブの鍛造方法を提案することを目的とする。

さて、発明者等は、上記問題を解決するために、幅方向圧下時におけるスラブ幅端部近傍の肥厚化に関して鋭意検討を行った結果、以下に述べる知見を得た。
スラブの幅方向圧下により、図１に示すように、スラブ幅端部近傍に肥厚化が生じる。なお、１パス当たりの圧下量をｒとすると、金敷接触面である幅端部からｒの距離まで肥厚化が生じる。したがって、かような幅方向圧下後、厚み方向の圧下を行うと、肥厚化の分だけ大きな圧下を加えることができるので、凝固３重点に存在する粗大ポロシティの圧着が可能となる。
図１中、符号１は上金敷、２は下金敷、３はスラブであり、４が肥厚化部である。

ところで、幅方向圧下時の肥厚化については、図２に示すように、金敷接触領域の端部で最大となり、金敷接触領域の中心部では最小となることが明らかとなった。
通常、金敷の幅はスラブの長さに対して短いため、スラブ全長にわたって幅方向圧下を行う場合は数回に分けて幅方向圧下を行う必要があることから、局所的に、金敷接触領域の中心部で圧下された箇所すなわち肥厚化量の小さい箇所が存在することになる。

そこで、発明者らは、上記の問題を解決して、肥厚化によるポロシティ圧着効果をスラブ全長にわたってムラなく確保すべく検討を重ねた結果、スラブの幅方向圧下を少なくとも２回に分けて行い、１回目と２回目とで圧下位相をずらす方法に想い到った。
すなわち、発明者の検討によれば、図３に示すように、１回目のスラブ送り代境界と２回目の圧下時の金敷接触長さ（Ｂ）の中心とのずれ（ΔＬ）が、ΔＬ≦０．２０Ｂの関係を満たすような幅方向圧下を行えば良好なポロシティ圧着能力を確保できることが見出されたのである。このΔＬは、全幅方向圧下パスの内の最大値を用いる。

また、図４に示すように、位相をずらした圧下を各パスについて圧下量ｒで行った場合に、初期スラブの幅端位置から肥厚化が生じる距離は、ｒ／２（１回目圧下量）とｒ／２（２回目圧下量）とｒ（肥厚距離）の和（２ｒ）であるため、凝固３重点において肥厚化効果によるポロシティ圧着能力を確保するためには、２ｒ≧（√３／２）ｔすなわちｒ≧（√３／４）ｔの関係を満足させる必要があることも判明した。
なお、幅方向圧下の回数は２回に限定されず、互いの圧下位相を適正にずらすのであればそれ以上の回数であっても良いことも確認された。その場合、同位相における圧下量の和が（√３／４）ｔ以上となるようにすれば良い。

さらに、上記したようなスラブ幅方向圧下後の厚み方向の圧下においては、総圧下率を１０％以上とすることが良好なポロシティ圧着能力を確保する上で必要であることも併せて見出された。
本発明は、上記の知見を基に、さらに検討を加えた末に開発されたものである。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．連続鋳造により製造したスラブに対し、上下一対の金敷を用いて、連続的に幅方向ついで厚み方向に圧下を加えることからなるスラブ鍛造方法において、
上記幅方向のスラブ圧下を少なくとも２回に分けて行うものとし、その際、最初のスラブ圧下時におけるスラブ送り代境界と、次回の圧下時における金敷接触長さ（Ｂ）の中心とのずれ（ΔＬ）がΔＬ≦０．２０Ｂを満足するように圧下位相をずらして行うと共に、
上記幅方向のスラブ圧下におけるそれぞれの圧下量を、初期スラブ厚をｔとしたとき、（√３／４）ｔ以上とし、かつ
上記厚み方向のスラブ圧下における総圧下率を１０％以上とする
ことを特徴とするスラブ鍛造方法。

２．前記スラブの幅／厚み比が２．０以上であることを特徴とする前記１に記載のスラブ鍛造方法。

本発明によれば、仕上げ板厚が１００ｍｍを超えるような極厚鋼板の製造に際しても、スラブ全面にわたって良好なポロシティ圧着能力を確保でき、内質特性に優れた極厚鋼板を安定して得ることができ、産業上極めて有用である。

スラブを幅方向圧下した際にスラブ幅端部近傍に肥厚化部が生じた状態を示した図である。 スラブ幅端部近傍に生じる肥厚化部が金敷接触領域の端部で最大となり、金敷接触領域の中心部では最小となる状態を示した図である。 １回目のスラブ送り代境界と２回目の圧下時の金敷接触長さ（Ｂ）の中心とのずれ（ΔＬ）を説明した図である。 位相をずらした圧下を２回行った（各パスにおける圧下量ｒ）場合における、２回目幅圧下後の肥厚化と凝固３重点に存在する粗大ポロシティの位置関係を説明した図である。

以下、本発明における各構成要件の限定理由について説明する。
・最初のスラブ幅方向圧下時おけるスラブ送り代境界と、次回のスラブ幅方向圧下時における金敷接触長さ（Ｂ）の中心とのずれ（ΔＬ）について、ΔＬ≦０．２０Ｂの関係を満足させる
ΔＬが０．２０Ｂよりも大きくなると、依然として金敷接触領域中心部に肥厚化量が小さい箇所が生じ、その影響により、部分的にポロシティ圧着能力が不足する領域が発生する。そのためΔＬ≦０．２０Ｂとした。好ましくはΔＬ≦０．１５Ｂである。

・位相をずらした幅方向圧下におけるそれぞれの圧下量が（√３／４）ｔ（但し、ｔは初期スラブ厚）以上
幅方向圧下量が（√３／４）ｔに満たないと、凝固３重点が存在する位置まで肥厚化効果を得ることができず、凝固３重点のポロシティ圧着能力が不足する場合がある。そのため、位相をずらした幅方向圧下のそれぞれの圧下量は（√３／４）ｔ以上とする必要がある。なお、好ましい圧下量は０．４５ｔ以上である。

・スラブの厚み方向圧下における総圧下率が１０％以上
スラブの幅方向圧下後の厚み方向圧下における総圧下率が１０％未満では、十分なポロシティ圧着能力を発揮することが難しい。そのため、総圧下率は１０％以上とする必要がある。なお、この総圧下率は、幅方向圧下後の肥厚化量を考慮していないスラブ初期厚みを基準とした圧下率である。なお、好ましくは１２％以上である。

そして、本発明は、従来、十分なポロシティ圧着能力を得ることが難しいとされた幅／厚み比が２．０以上のスラブに適用して特に好適である。
また、本発明は、圧下されるスラブの化学組成の影響を受けないため、どのような化学組成のスラブにも適用可能である。

連続鋳造で製造した一般構造用４００ＭＰａ級鋼、一般構造用４９０ＭＰａ級鋼および調質７８０ＭＰａ級鋼について、それぞれ厚み３１０ｍｍ、幅２４００ｍｍ、長さ３０００〜４３００ｍｍの鋳片を準備した。これらを、加熱炉で１２００〜１２５０℃に加熱後、６０００トン鍛造プレス機にて、スラブの幅方向圧下を行ったのち、厚み方向圧下を行う、という熱間鍛造を行った。

表１に、熱間鍛造における圧下条件と、鍛造後のスラブの内質特性を超音波探傷試験により調査した結果を示す。超音波探傷試験およびその合否判定は、ＪＩＳ Ｇ ０８０１に準じて行い、合格した場合を○、不合格の場合を×で示した。なお、金敷は上下対称形状のものである。位相をずらした幅方向圧下の各圧下率は、位相をずらして圧下を行った全てのパスの内の最小の値である。

Ｎｏ．１，３，４，８，９，１１，１３，１４の発明例はいずれも、スラブの幅方向圧下時における肥厚化効果と、その後の厚み方向圧下効果により、優れたポロシティ圧着能力を有していた。
これに対し、Ｎｏ．２，７の比較例は、スラブの幅方向圧下時における位相ずらしが不適切であったため、金敷接触領域中心部の肥厚化量の小さい箇所でポロシティが残存した。
また、Ｎｏ．５，１０の比較例は、スラブ幅方向の圧下量が不足したため、粗大ポロシティーの存在する凝固３重点位置で十分な肥厚化量が得られず、ポロシティ圧着能力が不足した。
さらに、Ｎｏ．６，１２の比較例は、スラブ厚み方向の総圧下率が不足したため、ポロシティ圧着能力が不足した。

１ 上金敷
２ 下金敷
３ スラブ
４ 肥厚化部

Claims (2)

1. 連続鋳造により製造したスラブに対し、上下一対の金敷を用いて、連続的に幅方向ついで厚み方向に圧下を加えることからなるスラブ鍛造方法において、
   上記幅方向のスラブ圧下を少なくとも２回に分けて行うものとし、その際、最初のスラブ圧下時におけるスラブ送り代境界と、次回の圧下時における金敷接触長さ（Ｂ）の中心とのずれ（ΔＬ）がΔＬ≦０．２０Ｂを満足するように圧下位相をずらして行うと共に、
   上記幅方向のスラブ圧下におけるそれぞれの圧下量を、初期スラブ厚をｔとしたとき、（√３／４）ｔ以上とし、かつ
   上記厚み方向のスラブ圧下における総圧下率を１０％以上とする
   ことを特徴とするスラブ鍛造方法。
2. 前記スラブの幅／厚み比が２．０以上であることを特徴とする請求項１に記載のスラブ
   鍛造方法。

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