JP2020171954A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続鋳造中、特に高固相率領域で鋳片を圧下するに際し、圧下ロールとして凸型ロールを用いることなく、過大な圧下力を必要とすることのない、鋼の連続鋳造方法を提供する。【解決手段】角落とし部２を付した鋳造断面４を有する鋳型１を用い、鋳片３１の鋳片断面８のコーナー部１４に面取り形状７を設けた鋳片とし、連続鋳造中にロール圧下することにより、面取り部を有しない鋳片をロール圧下する場合と比較し、同じ圧下量であれば圧下力を低減することができる。また、同じ圧下力であればより大きな圧下量で圧下を行うことができる。鋳片厚み中心固相率が０．８以上の領域においてロールによって鋳片を圧下すると好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼の連続鋳造プロセスにおける中心偏析及びポロシティ欠陥を、効率的かつ抜本的に低減することを目的とする、鋼の連続鋳造方法に関する。

連続鋳造方法によってスラブやブルームなどの鋳片を鋳造する場合に、鋳片の中心部にリンやマンガン等の成分が偏析する、いわゆる中心偏析が発生することがある。また、鋳片中心部にはセンターポロシティと呼ばれる空孔が発生する。

連続鋳造中の凝固末期において、鋼が凝固する際の凝固収縮に伴って、鋳片内の所定体積に占める鋼量が不足する。未凝固溶鋼が流動可能である鋳片部位では、未凝固溶鋼が最終凝固部の凝固完了点に向かって流動し、固液界面の不純物濃化溶鋼が最終凝固部に集積し、これが中心偏析の原因となる。また、未凝固溶鋼が流動できない位置（鋳片中心固相率が０．８以上）では、鋳片中心部に空隙が生じ、センターポロシティの原因となる。

中心偏析を軽減するためには、厚み中心が固液共存領域であって未凝固溶鋼が流動可能である領域において、溶鋼の凝固収縮量に見合った分だけ凝固シェルを圧下することにより、最終凝固部付近の溶鋼流動を抑えることが有効となる。また、センターポロシティを軽減するためには、未凝固溶鋼が流動できない凝固完了位置付近又は完全凝固後の鋳片を圧下してセンターポロシティを圧着することが有効となる。このような考え方に基づき、連続鋳造末期の凝固完了前後においてサポートロールによって鋳片を圧下する軽圧下技術が用いられている。

連続鋳造においては、上記のように凝固収縮を補償する適切な圧下を付与することにより、中心偏析を低減することが可能である。実機では、中心固相率０．８以下の低固相率領域において０．８〜１．２ｍｍ／ｍｉｎ程度の適正圧下を加える、軽圧下技術が広く適用されている。

特許文献１には、圧下の割合を０．３６〜０．７２ｍｍ／ｍｉｎとして、中心固相率が流動限界固相率以上の部位まで該圧下を行うことを特徴とするスラブの連続鋳造方法が紹介されている。流動限界固相率以上の部位（中心固相率が０．８以上）においても圧下勾配を変化させていない。

特許文献２は、少なくとも１対の対向するロール間で圧下しつつ鋼スラブ連続鋳造片を引抜く連続鋳造方法において、該鋳片中心部の固相率が０．１〜０．４となる位置から０．８〜０．９の範囲内となる任意位置に至る領域では、全凝固収縮量を補償するように鋳片を圧下し、上記任意位置以降凝固が完了するまでの高固相率の領域は、鋳片の引抜方向長さ（単位：ｍ）当たりの鋳片厚みに対する圧下量の割合（％）を示す圧下勾配（％／ｍ）が、鋼のＣ濃度による式で規定される範囲を満足するように圧下する連続鋳造方法が提案されている。

連続鋳造中に凝固が完了する前後において鋳片を圧下しようとするとき、すでに鋳片の両短辺側は凝固が完了して温度も低下しているために圧下に伴う変形抵抗が大きく、所定の圧下量が得られないことがあった。そこで、ロールの直径がロール幅方向に一定であるロール（以下「フラットロール」という。）を用いるのではなく、鋳片幅中央部に対応する部分のロール直径が大きく、鋳片幅両側に対応する部分のロール直径が幅中央部に比較して小さい形状のロール（以下「凸型ロール」という。）を用い、鋳片の凝固が完了した両短辺側は圧下せず、鋳片幅中央部のみを圧下する技術が開発された（特許文献３参照）。

特許文献４には、垂直曲げ型連続鋳造機を用いた連続鋳造において、曲げ矯正時の鋳片コーナー部表面割れ発生を防止する目的で、連続鋳造鋳型の長辺と短辺で区画される矩形空間の四隅を、所定の長さ比で直角三角形状に取り除いた鋳造空間を有する鋳型を用いる発明が開示されている。このような面取り形状とした鋳造空間を有する鋳型をチャンファーモールドと称している。チャンファーモールドとすることによって、鋳片コーナー部の表面割れを抑制できるとしている。

特許文献５には、連続鋳造中の鋳片コーナー部での凝固遅れに起因する内部欠陥を防止する目的で、鋳型のすべてのコーナー部に角落とし部（チャンファー）を形成する発明が開示されている。

特開平０６−２９７１２５号公報 特開平１１−７７２６９号公報 特開２００９−２７９６５２号公報 国際公開ＷＯ２０１６／０１３１８６号 特開２００７−３３１０００号公報

連続鋳造中の鋳片を圧下する場合、特に中心固相率が０．８以上の高固相率の領域で大きな圧下量で鋳片を圧下する場合においては、圧下ロールとしてフラットロールを用いる場合には大きな圧下能力を必要とする。一方、圧下ロールとしてフラットロールではなく凸型ロールを用いることとすれば、鋳片幅両端部の圧下抵抗が大きい部分の圧下を行わないことにより、圧下を実現するための圧下ロールの圧下力を軽減することができるものの、凸型ロールを用いて圧下を行う結果として、連続鋳造後の鋳片には表面に凹みが形成され、この凹み部が原因となって、後工程の熱間圧延において疵の原因となることがあった。

本発明は、鋼の連続鋳造方法であって、連続鋳造中、特に高固相率領域で鋳片を圧下するに際し、圧下ロールとして凸型ロールを用いることなく、過大な圧下力を必要とすることのない、鋼の連続鋳造方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
［１］連続鋳造鋳型における、鋳片が通過する鋳造空間の鋳型下端部における断面を鋳造断面と呼び、当該鋳造断面形状は、矩形形状であって矩形の四隅に面取り形状を有し（以下、矩形から面取りによって取り除かれた部分を「角落とし部」という。）、鋳造断面の長辺側外周における前記角落とし部の辺長さが５ｍｍ以上であり、
前記連続鋳造鋳型を用いて連続鋳造を行い、連続鋳造中においてロールによって鋳片を圧下することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
［２］前記鋳造断面の短辺側外周における前記角落とし部の辺長さが、鋳片厚み中心固相率が０．８以上で凝固完了位置までの領域における鋳片の総圧下量以上であることを特徴とする、［１］に記載の鋼の連続鋳造方法。
［３］鋳片厚み中心固相率が０．８以上の領域においてロールによって鋳片を圧下することを特徴とする、［１］又は［２］に記載の鋼の連続鋳造方法。
［４］鋳片厚み中心固相率が０．８以上凝固完了位置までの領域における圧下勾配を０．８〜１．２ｍｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とする、［３］に記載の鋼の連続鋳造方法。

本発明は、角落とし部を付した鋳造断面を有する鋳型を用い、鋳片の鋳片断面のコーナー部に面取り形状を設けた鋳片とし、連続鋳造中にロール圧下することにより、面取り部を有しない鋳片をロール圧下する場合と比較し、同じ圧下量であれば圧下力を低減することができる。また、同じ圧下力であればより大きな圧下量で圧下を行うことができる。

鋳型断面の形状と鋳片断面の形状の関係を示す図であり、（Ａ）は鋳型のＡ−Ａ矢視側面断面図、（Ｂ）は鋳型のＢ−Ｂ矢視平面断面図、（Ｃ）は鋳造断面、（Ｄ）は鋳片断面を示す図である。 （Ａ）は本発明の角落とし部を有する鋳片を圧下する状況を示す断面図であり、（Ｂ）は対応する鋳造断面を示す図である。 角落とし部の形状を示す図である。 変形解析で求めた、角落とし部の長辺側辺長さと必要圧下荷重との関係を示す図であり、（Ａ）は鋳片幅４５０ｍｍ、（Ｂ）は鋳片幅２０００ｍｍの場合である。 高固相率領域における圧下ロール対の配置を示す図であり、（Ａ）は１対、（Ｂ）は２対、（Ｃ）は３対を有する場合である。 連続鋳造中に圧下ロールで圧下する際の、角落とし部の有無による必要圧下荷重の差異について、横軸を長辺側辺長さとして示す図である。 変形解析で求めた、角落とし部の短辺側辺長さと必要圧下荷重との関係を示す図である。 ラボ連続鋳造装置で得られた、高固相率領域での圧下勾配と鋳片中心部最大Ｍｎ偏析度との関係を示す図である。 高固相率領域での圧下ロール対を用いた圧下に加え、低固相率領域で軽圧下を行う状況を示す図である。 連続鋳造中に圧下ロールで圧下する際の、角落とし部の長辺側辺長さと必要圧下荷重との関係を示す図である。 連続鋳造中に圧下ロールで圧下する際の、角落とし部の長辺側辺長さと圧下量との関係を示す図である。

連続鋳造中における鋳片の中心固相率の変化について説明する。鋳片の上面側と下面側の液相線が鋳片厚み中心部で接した地点（凝固開始位置）から中心固相率が０より大きくなり、下流側に行くに従って中心固相率が増大する。凝固開始位置より上流側では中心固相率が０である。そして、鋳片の上面側と下面側の固相線が鋳片厚み中心部で接した地点で凝固が完了し、中心固相率が１．０となる。この点を「凝固完了位置」ともいう。凝固完了位置の下流側では、中心固相率は１．０のままである。以下便宜的に、凝固完了位置を「中心固相率が１．０の位置」ということがある。また、中心固相率をｆｓと表示することがある。

鋳造中の鋳造方向各位置における中心固相率については、連続鋳造中の鋳片厚み方向中心部の温度Ｔ_Cを１次元の伝熱凝固計算によって求めた上で、液相線温度Ｔ_L、固相線温度Ｔ_Sを用いて下記（１）式で算出することができる。伝熱・凝固計算にあたってはエンタルピー法や等価比熱法などを用いることができる。Ｔ_C＞Ｔ_Lでは中心固相率＝０、Ｔ_S＞Ｔ_Cでは中心固相率＝１．０となる。
中心固相率＝（Ｔ_L−Ｔ_C）／（Ｔ_L−Ｔ_S） （１）

前述のように、連続鋳造においては、凝固収縮を補償する適切な圧下を付与することにより、中心偏析を低減することが行われている。実機では、中心固相率０．８以下の低固相率領域において軽圧下を行っており、そのような中心固相率の範囲では、凝固収縮を補償するための軽圧下量は、０．８〜１．２ｍｍ／ｍｉｎ程度とされている。

本発明においては、中心固相率が０．８以上１．０以下の高固相率領域においても、適正な圧下を行えば、鋳片の中心偏析・センターポロシティをより改善できるのではないかと着想した。

前述のように、連続鋳造中に凝固が完了する前後、特に中心固相率が０．８以上の高固相率領域及び凝固完了後において鋳片を圧下しようとするとき、すでに鋳片の両短辺側は凝固が完了して温度も低下しているために圧下に伴う変形抵抗が大きく、所定の圧下量が得られないことがあった。圧下ロールとしてフラットロールではなく凸型ロールを用いることとすれば、前述のとおり、鋳片幅両端部の圧下抵抗が大きい部分の圧下を行わないことにより、圧下を実現するための圧下ロールの圧下力を軽減することができる。しかし、凸型ロールを用いて圧下を行う結果として、連続鋳造後の鋳片には表面に凹みが形成され、この凹み部が原因となって、後工程の熱間圧延において疵の原因となることがあった。

そこで本発明では、中心固相率が０．８以上の高固相率領域において鋳片を圧下するに際し、凸型ロールを用いることなく、フラットロールを圧下ロールとして採用しつつ、同じ圧下量を実現する上で圧下力を低減し、あるいは同じ圧下力で従来よりも大きな圧下量を実現することのできる、鋼の連続鋳造方法を実現すべく検討を行った。

鋳片３１の鋳造方向に垂直な断面（以下単に「鋳片断面８」という。）の形状において、図１（Ｄ）に示すように、鋳片３１のコーナー部１４に面取り形状７を設ける。このような形状の鋳片３１について、図２（Ａ）に示すように、凝固が完了する前後において圧下ロール２２としてフラットロールを用いて鋳片３１を圧下する場合を想定する。鋳片３１の厚み中心部で幅方向中央よりには、固相３２に囲まれて固液共存層３３が残存している。一方、鋳片３１の短辺１３付近は、鋳片３１の厚み全体にわたって凝固が完了している（凝固完了部３５）。この凝固完了部３５において、圧下ロール２２と鋳片３１が接する部分の長さが、面取り形状７の分だけ短くなる。このような形状の鋳片を連続鋳造中に圧下する場合、圧下力と圧下量との関係が面取り形状によって影響を受けるか否か、今までは全く知られていなかった。

図２に示すように、鋳片３１のコーナー部１４に面取り形状を有する鋳片３１を、連続鋳造中に圧下ロール２２としてフラットロールを用いて所定の圧下量が得られるように圧下した際に、必要とする圧下力について、面取り形状を設けることによって必要圧下力が低減するか否かについて、本発明者らは、有限要素法を用いた変形解析により、変形挙動を求めることとした。

ここで、図１に基づいて、鋳片３１の断面形状と鋳型の断面形状との関係について説明する。

溶鋼の連続鋳造において、連続鋳造用の鋳型が準備される。鋳型は、溶鋼を注入して初期凝固シェルを形成しつつ鋳片が下方へ向けて通過するための空洞部を有している。図１（Ａ）に示すように、鋳型１が有するこの空洞部をここでは鋳造空間３と呼ぶ。鋳造空間３は、鋳型１の下端４４において下部に開放されている。この鋳造空間の鋳型下端部における断面（鋳造方向に垂直な断面）を、ここでは鋳造断面４と呼ぶ（図１（Ｃ）参照）。鋳型１の鋳造空間３に溶鋼が注入され、鋳型１の下端４４から鋳片３１として引き抜かれる。引き抜かれた鋳片３１の鋳片断面８（鋳片の鋳造方向に垂直な断面）の形状（図１（Ｄ））は、上記鋳造断面４にならった形状となる（図１（Ｃ）参照）。従って、鋳片断面８の形状として、図１（Ｄ）にあるような面取り形状７を実現するためには、鋳型１の鋳造断面４の形状として、図１（Ｃ）にあるような面取り形状７を設けることが必要である。そこでここでは、鋳型１の鋳造断面４の形状について論じることとする。

鋳片断面８のコーナー部の形状を面取り形状７とするため、鋳型の鋳造断面４の形状において、断面形状が矩形形状であって矩形の四隅に面取り形状を有するような形状とする。ここでいう「矩形１１」は、面取り形状を形成しない場合の形状であり、図１（Ｃ）において二点鎖線で記載された部分を含む矩形形状である。そして、この矩形形状から面取りによって取り除かれた部分を「角落とし部２」と名付ける。図３において、ドットハッチングした部分が角落とし部２である。角落とし部２の最も単純な形状は直角三角形である。直角三角形の直角部は、鋳造断面形状を矩形１１としたときのコーナー部１４の頂点１５に位置する。直角三角形の直角部と接する一辺は、鋳造断面４の長辺１２側外周に沿っている。当該一辺の長さを「長辺側辺長さａ」という。直角部と接する他の一辺は鋳造断面の短辺１３側外周に沿っている。当該他の一辺の長さを「短辺側辺長さｂ」という（図１（Ｃ）参照）。

以上のとおりであることから、図１（Ｄ）に示すような、鋳片３１の鋳片断面８のコーナー部１４に面取り形状を設けた鋳片をロール圧下するに際しての圧下挙動を説明するに際し、鋳片断面８の形状ではなく、図１（Ｃ）に示すような鋳型の鋳造断面４の形状に沿って説明を行う。

有限要素法を用いた変形解析を行うに際し、鋳片サイズ（鋳造断面サイズ）が幅：４５０ｍｍ×厚さ：３５０ｍｍのブルームの連続鋳造において、鋳造断面４のコーナー部１４の角落とし部２の形状を二等辺三角形（長辺側辺長さａ＝短辺側辺長さｂ）とし、長辺側辺長さａを０ｍｍから３０ｍｍまでの５種類として設定する。鋳片の圧下については、ロール径：３５０ｍｍの圧下ロールを用いた圧下ロール対を連続で３対用い、３対の圧下ロール対の累積圧下量を６ｍｍとする。圧下位置は、中心固相率が０．３０となる位置の前後と、中心固相率が０．９０となる位置の前後の２種類とした。結果を図４（Ａ）に示す。横軸が角落とし部の長辺側辺長さａ、縦軸が最終圧下ロールの必要圧下荷重である。圧下を行う部位の中心固相率が０．３の場合と０．９の場合のそれぞれについて、折れ線グラフとしている。図４（Ａ）から明らかなように、角落とし部２の長辺側辺長さａが大きくなるに従い、同じ２ｍｍの圧下量を実現する上での必要圧下荷重が低減することが明らかである。即ち、鋳造断面４のコーナー部１４に角落とし部２を設けることによって鋳片断面８に面取り形状７を形成し、そのような鋳片についてフラットロールで圧下することにより、鋳片断面８が面取り形状７を有しない矩形断面である通常の鋳片に比較し、同じ圧下量を得るための必要圧下荷重を低減できることが明らかとなった。図４（Ａ）に示すように、圧下位置での鋳片中心固相率が０．３０の場合も０．９０の場合もいずれでもこの現象が見られた。

鋳片サイズ（鋳造断面サイズ）が幅：２０００ｍｍ×厚さ：１８０ｍｍのスラブの連続鋳造においても、同様に有限要素法を用いた変形解析を行った。角落とし部の形状は上記ブルームの場合と同様であり、ロール径：３５０ｍｍの圧下ロールで２ｍｍの圧下量としている。結果を図４（Ｂ）に示す。図４（Ａ）のブルームの場合と同様、角落とし部２の長辺側辺長さａ（短辺側辺長さｂに等しい）を大きくするほど、必要圧下荷重が小さくなることが確認できた。

次に、実際のブルームの連続鋳造において、鋳型１の鋳造断面４の形状に角落とし部２を設けて、鋳造する鋳片断面８の形状に面取り形状７を形成した上で、連続鋳造中にフラットロールを用いて圧下を行い、所定の圧下量をえるための必要圧下荷重の計測を行った。鋳造条件は上記有限要素法を用いた変形解析の場合と同じであり、鋳造する品種は、０．２０質量％Ｃの中炭素鋼、鋳片サイズ（鋳造断面サイズ）は幅：４５０ｍｍ×厚さ：３５０ｍｍである。鋳造断面８コーナー部１４の角落とし部２の形状を二等辺三角形（長辺側辺長さａ＝短辺側辺長さｂ＝１０ｍｍ）とし、角落とし部２を設けた場合と設けなかった場合について鋳造を行った。連続鋳造のサポートロール帯に、図５（Ｃ）に示すように圧下ロール対を３対設け、ロール径：３５０ｍｍの圧下ロールで累積圧下量を６ｍｍとする。角落とし部２の長辺側辺長さａを横軸、必要圧下荷重を縦軸とした結果を図６に示す。圧下位置は、中心固相率が０．３０前後となる位置（図中●印）と、中心固相率が０．９０前後となる位置（図中黒四角印）の２種類とした。図６においては、上記有限要素法を用いた変形解析結果（図４（Ａ））を併せてプロットしている（図中○、□印）。図６から明らかなように、変形解析結果と実鋳造結果はよく一致しており、角落とし部を設けたことによる必要圧下荷重の低減効果が明らかである。

以上の変形解析及び実鋳造試験においては、角落とし部２の形状について、長辺側辺長さａと短辺側辺長さｂが等しい二等辺三角形の形状である場合について検討を行った。次に、長辺側辺長さａは一定としつつ、短辺側辺長さｂを変更した場合の影響について検討した。その結果、鋳造断面の短辺側外周における前記角落とし部の辺長さ（短辺側辺長さｂ）が、鋳片厚み中心固相率が０．８以上で凝固完了位置までの領域における鋳片の総圧下量以上であると、角落とし部を設けた効果を享受できることがわかった。鋳片のコーナー部に面取り形状を有する鋳片について、厚み中心部に未凝固溶鋼が残存する位置においてロールによって圧下を行う。鋳片の短辺付近は厚み中心部まで凝固が完了しており、コーナー部には面取り形状が形成されているので、鋳片の短辺付近では面取り形状が形成されている上面側と下面側が優先的に圧下変形を受け、角落とし部がつぶれるような変形となる。このとき、角落とし部２の短辺側辺長さｂが圧下量よりも大きければ、圧下した後も角落とし部の形状が残存しており、角落とし部を設けた効果を発揮することができる。圧下によって角落とし部がつぶれる変形を受けるのは、鋳片の厚み中心部に未凝固溶鋼が残存している、即ち凝固完了位置よりも上流側で圧下を行った場合である。凝固完了位置よりも上流側で複数対の圧下ロール対で圧下を行う場合においては、その総圧下量よりも、短辺側辺長さが長ければよい。ただし、鋳片厚み中心固相率が０．８以下で圧下した場合には、圧下によっても角落とし部がつぶれる変形はわずかであるため、短辺側辺長さが鋳片厚み中心固相率が０．８以上で凝固完了位置までの領域における鋳片の総圧下量以上であればよい。総圧下量が角落とし部２の短辺側辺長さｂを上回る場合、角落とし部２の面取り形状は完全に押下され、面取り形状７による圧下荷重低減効果を享受できなくなる。
図７は、角落とし部２の短辺側辺長さｂを種々変更し、中心固相率が０．８以上で凝固完了位置までの領域における総圧下量が５．６ｍｍの場合（図中○印）と１０ｍｍの場合（図中□印）について、必要圧下荷重を、前記変形解析を用いて算出した結果である。総圧下量が１０ｍｍである場合、角落とし部の短辺側辺長さｂが総圧下量（１０ｍｍ）を超えるプロットでは必要圧下荷重が低減している一方、短辺側辺長さｂが総圧下量（１０ｍｍ）未満であるプロット（ｂ＝５ｍｍ）では必要となる圧下荷重は角鋳型（ｂ＝０ｍｍ）のそれと変わらない。総圧下量が５．６ｍｍである場合も同様に、短辺側辺長さｂが総圧下量（５．６ｍｍ）を超えるプロットでは必要圧下荷重が低減している一方、短辺側辺長さｂが総圧下量（５．６ｍｍ）未満であるプロット（ｂ＝５ｍｍ）では必要となる圧下荷重は角鋳型（ｂ＝０ｍｍ）のそれと変わらない。

以上説明したように、図１（Ｃ）に示すように角落とし部２を付した鋳造断面４を有する鋳型を用い、図１（Ｄ）に示すような、鋳片３１の鋳片断面８のコーナー部１４に面取り形状を設けた鋳片とし、連続鋳造中にロール圧下することにより、面取り部を有しない鋳片をロール圧下する場合と比較し、同じ圧下量であれば圧下力を低減することができる。また、同じ圧下力であればより大きな圧下量で圧下を行うことができる。この点は、連続鋳造中において圧下を行う鋳造方向４３位置が、低固相率領域、高固相率領域のいずれであっても有効である。特に、中心固相率が０．８以上の高固相率領域で鋳片に圧下を行う場合に、大きな効果を発揮することができる。図４（Ａ）から明らかなように、角落とし部２の長辺側辺長さａが５ｍｍ以上であれば、角落とし部２を設けたことによる必要圧下荷重の低減効果を発揮することができる。そこで本発明では、長辺側辺長さａの下限を５ｍｍと定めた。長辺側辺長さａが８ｍｍ以上であればより好ましい。

次に、中心固相率が０．８以上の高固相率領域で鋳片に圧下を行う場合の好適な圧下勾配について説明する。

前述のように、連続鋳造においては、凝固収縮を補償する適切な圧下を付与することにより、中心偏析を低減することが行われている。実機では、中心固相率０．８以下の低固相率領域において軽圧下を行っており、そのような中心固相率の範囲では、凝固収縮を補償するための軽圧下量は、０．８〜１．２ｍｍ／ｍｉｎ程度とされている。

本発明においては、中心固相率が０．８以上１．０以下の高固相率領域においても、適正な圧下を行えば、鋳片の中心偏析・センターポロシティをより改善できるのではないかと着想した。そこで、ラボ連続鋳造装置を用いた実験により確認を行った。実験装置は実機のセグメントによるロール多段圧下を模擬可能な機構を備え、凝固中の鋳片内部温度を直接測温しながら、任意の勾配によるロール圧下を、中心固相率０．３〜凝固完了まで継続して加えることができるものである。鋳片中心固相率が０．８から１．０までの区間の高固相率領域において鋳片の圧下を行い、圧下に際して圧下勾配（時間当たりの圧下量（ｍｍ／ｍｉｎ））を種々変化させ、鋳片厚み中心部の最大Ｍｎ偏析度に及ぼす影響の評価を行った。Ｍｎ偏析評価に当たっては、圧下定常部のセンター部・鋳造方向断面サンプルを対象に、ＥＰＭＡによるビーム径５０μｍでＭｎ濃度マッピング分析を実施した。マッピングデータのうち、偏析最悪部を含む２ｍｍ幅のラインを設定し、濃度のピーク値Ｃを測定視野内平均濃度Ｃ₀で除した値を、最大Ｍｎ偏析度Ｃ／Ｃ₀とした。

ラボ連続鋳造装置を用いた評価結果を図８に示す。鋳片中心固相率が０．８から１．０までの区間の高固相率領域において圧下を行い、圧下における圧下勾配を増加させると、鋳片厚み中心部の最大Ｍｎ偏析度は減少していくことがわかる。そして、鋳片中心固相率が０．８から１．０の区間における圧下勾配が３．０ｍｍ／ｍｉｎとなったときの最大Ｍｎ偏析度は１．２、圧下勾配が４．５ｍｍ／ｍｉｎとなったときの最大Ｍｎ偏析度は１．１５となった。さらに当該区間での圧下勾配が５．５ｍｍ／ｍｉｎで最大Ｍｎ偏析度は１．１０、さらに、圧下勾配が６．０ｍｍ／ｍｉｎでは最大Ｍｎ偏析度は１．０８まで大きく低減可能であることがわかった。

以上の結果を踏まえ、中心固相率が０．８から１．０までの領域（高固相率領域５１）で行う圧下の圧下勾配は、５．５ｍｍ／ｍｉｎ以上とすると好ましい。５．５ｍｍ／ｍｉｎ以上であれば、中心偏析とセンターポロシティを良好に低減することができるからである。また、高固相率領域５１で行う圧下の圧下勾配は、１０ｍｍ／ｍｉｎ以下とすると好ましい。１０ｍｍ／ｍｉｎ以下であれば、割れが発生しないことを実験装置で確認しているためである。

中心固相率が０．８から１．０までの高固相率領域５１で圧下を行う圧下ロール対２３の数については、１対以上とする。圧下ロール対の数が多いほど良好な結果を得ることができる。図５（Ａ）は圧下ロール対が１対の場合、（Ｂ）は２対、（Ｃ）は３対の場合を示している。

中心固相率が０．８以下の固相率が低い領域における好ましい鋳片の圧下条件について説明する（図９参照）。従来から知られているように、固相率が低い領域において、凝固収縮にみあった鋳片の圧下を行うことにより、鋳片の中心偏析が低減することが知られている。固相率が低い領域における中心固相率の範囲では、凝固収縮を補償するための軽圧下量は、０．８〜１．２ｍｍ／ｍｉｎ程度とされている。本発明においても、中心固相率が０．３から０．７５までの領域（低固相率領域５２）において、圧下勾配が０．８〜１．２ｍｍ／ｍｉｎの圧下を行うことにより、鋳片の中心偏析を低位に保つことが可能となる。中心固相率の下限については、軽圧下が有効となる固相率範囲の一般的な下限であることから定めた。一方、中心固相率が０．７５を超えると、圧下勾配の上限が緩和されることから、低固相率領域の上限中心固相率を０．７５と定めた。低固相率領域における圧下勾配の範囲については、凝固収縮見合いとされる、一般的な軽圧下適正勾配に準ずるものである。

前記低固相率領域５２と高固相率領域５１の間の領域（中心固相率が０．７５〜０．８の間の領域、以下「遷移固相率領域５３」という。）では圧下勾配が０．８ｍｍ／ｍｉｎ以上の圧下を行えばよい（図９参照）。遷移固相率領域５３の圧下勾配の上限は、高固相率領域５１と同様、１０ｍｍ／ｍｉｎ以下とすると好ましい。即ち、遷移固相率領域５３においては、低固相率領域５２と同じ圧下勾配としてもよく、あるいは高固相率領域５１と同じ圧下勾配としてもよく、低固相率領域５２での圧下勾配（軽圧下）から高固相率領域５１での圧下勾配（高圧下）に順次移行する遷移領域としてもかまわない。

中心固相率が０．８から１．０までの高固相率領域の圧下ロールの直径については、ロール直径が３５０ｍｍ以上であれば内部割れが発生しないことを確認している。

鋳片形状が、幅：４５０ｍｍ、厚さ：３４０ｍｍのブルームを鋳造する湾曲型のブルーム連続鋳造において、本発明を適用した。用いた連続鋳造装置は、一般的な軽圧下機能を持つ連続鋳造装置に該当する。鋳造速度は０．８ｍ／分であり、中心固相率が０．８から凝固完了位置まで鋳造長で０．８〜１．０ｍの距離であることを確認している。

連続鋳造装置のロール配置については、図９に示すように、上流側４１の固相率が低い側においては通常のサポートロール２１（直径３５０ｍｍ）によって鋳片を支持しており、凝固完了位置前後でのサポートロール帯のロールピッチは４００ｍｍである。上面側と下面側に対面するサポートロールのロール間隔を順次狭めることによって軽圧下を行うことができる。

また、下流側４２の固相率が０．８−１．０の領域（高固相率領域５１）では、圧下ロール２２を用いた圧下ロール対２３を配置し、圧下を行っている。圧下ロール対２３において、Ｆ面側、Ｌ面側ともに圧下ロール２２はフラットロールを用いている。

図５に高固相率領域での圧下ロール対２３の配置について図示している。図５（Ａ）は圧下ロール対２３が１対、（Ｂ）は圧下ロール対２３が２対、（Ｃ）は圧下ロール対２３が３対配置されている。圧下ロール対２３が３対の場合、図５（Ｃ）に示すように、上流側４１から、第１圧下ロール対、第２圧下ロール対、第３圧下ロール対が配置される。中心固相率が０．３から０．８までの領域と、中心固相率が０．８から１．０までの領域について、それぞれ圧下条件を設定して圧下を行った。圧下ロールの直径はいずれも３５０ｍｍである。

また、圧下ロール対の数が１対〜３対の場合のいずれも、最も上流側の第１圧下ロール対の直前のサポートロール２１Ｕは鋳片中心固相率が０．８以下、各圧下ロール対２３は鋳片中心固相率が０．８以上凝固完了位置（鋳片中心固相率が１．０）の範囲内に配置されている。表１に示す「累積平均圧下量（ｍｍ）」については、高固相率領域直前のサポートロール２１Ｕ出側における鋳片の厚み（サポートロール２１Ｕの上下ロール間隔）を基準とし、高固相率領域の各圧下ロール対において、サポートロール２１Ｕのロール間隔と当該圧下ロール対のロール間隔との差が、累積平均圧下量となる。また、表１に示す圧下勾配（ｍｍ／ｍｉｎ）は、高固相率領域入り側と出側における平均圧下量の差を、高固相率領域通過時間で除した値である。具体的には、高固相率領域入り側の平均圧下量はゼロ、出側における平均圧下量は最終圧下ロール対の累積平均圧下量が対応する。また、高固相率領域通過時間は、高固相率領域の長さＬ（実施例では０．８〜１．０ｍ）を鋳造速度（実施例では０．８ｍ／ｍｉｎ）で除した値である。実施例では結果として、圧下勾配（ｍｍ／ｍｉｎ）は、最終圧下ロール対の累積平均圧下量（ｍｍ）と等しい数値となっている。

中心固相率が０．８までの領域では、軽圧下条件として、通常用いられている軽圧下勾配の０．８〜１．２ｍｍ／ｍｉｎを採用した。この中心固相率領域では、０．８〜１．２ｍｍ／ｍｉｎを採用することにより、凝固収縮を補償することができる。この領域での軽圧下は、前述のように通常用いられているサポートロール２１を用いており、ロール直径は３５０ｍｍである。

鋳造する品種としては、０．２０質量％Ｃの中炭素鋼を用いた。この品種は、実施例で使用する湾曲型の連続鋳造装置で鋳造した場合、鋳造した鋳片の上面側コーナーにコーナー横割れが発生する品種である。

鋳片品質については、鋳片厚み中心部の最大Ｍｎ偏析度（中心偏析）、センターポロシティ、コーナー横割れの評価を行った。最大Ｍｎ偏析度評価方法は、前記ラボ連続鋳造装置による試験と同様である。鋳片のセンターポロシティについては、鋳片断面のカラーチェックにより算出したポロシティ面積率を指標として評価を行った。
コーナー横割れについては、鋳造・酸洗後にコーナー部に確認できる、１辺１０ｍｍ以上の横割れをコーナー割れとした。また、コーナー割れ同士の間隔が鋳造方向に５０ｍｍ以内で密集する範囲を「コーナー割れ領域」とし、当該コーナー割れ領域の長さをそれぞれＬｃ１，Ｌｃ２・・・と定め、鋳片長さＬの領域に観察されたコーナー割れ領域の合計長さＬｃ（Ｌｃ＝Ｌｃ１＋Ｌｃ２＋・・・）をＬで除した値（Ｒ＝Ｌｃ／Ｌ）をコーナー割れ発生割合Ｒとした。

表１は実連続鋳造機を用いた鋳造試験結果である。対比のため、圧下ロール対が３対の場合について、有限要素法を用いた変形解析を行い、結果を表２に示した。

表１のＮｏ．１〜６は圧下ロール対が３対の場合である。Ｎｏ．１〜３は各圧下ロール対での累積圧下量が一定となるよう、圧下荷重を選定した。Ｎｏ．４〜６は各圧下ロール対での圧下荷重を定め、累積圧下量を計測した。比較例Ｎｏ．１、４は角落とし部を設けず、本発明例Ｎｏ．２、３、５、６は本発明範囲内の角落とし部を設けている。
本発明例Ｎｏ．２、３、５、６については、過大な圧下荷重を要することなく、品質向上に必要な圧下勾配を実現することができ、良好な鋳片品質を得ることができた。
比較例Ｎｏ．１は、必要な圧下勾配を得るために過大な圧下荷重を必要とした。
比較例Ｎｏ．４は、本発明例Ｎｏ．５、６と同等の圧下荷重で圧下した結果として、圧下勾配が十分には得られず、本発明例Ｎｏ．５、６と比較すると鋳片品質が低下した。

図１０は、横軸を角落とし部長辺片長さａ、縦軸を圧下荷重として、圧下勾配５．６ｍｍ／ｍｉｎを得るために必要な圧下荷重を表１から読み取った結果である。具体的には、表１のＮｏ．１〜３（圧下勾配５．６ｍｍ／ｍｉｎ）について、角落とし部長辺片長さａを横軸、Ｎｏ．３圧下ロールの圧下荷重を縦軸として、黒四角印でプロットしている。併せて、表２のＮｏ．１〜５についても、同様にして□印でプロットしている。

図１１は、横軸を角落とし部長辺片長さａ、縦軸を累積圧下量として、最終圧下ロール圧下荷重１１８ｔｏｎ重で圧下したときの累積圧下量を表１から読み取った結果である。具体的には、表１のＮｏ．４〜６（最終圧下ロール圧下荷重１１８ｔｏｎ重）について、角落とし部長辺片長さａを横軸、Ｎｏ．３圧下ロールの累積圧下量を縦軸として、◆印でプロットしている。併せて、表２のＮｏ．６、７についても、同様にして◇印でプロットしている。

圧下ロール対が２対の場合（Ｎｏ．７、８）、圧下ロール対が１対の場合（Ｎｏ．９、１０）のいずれも、角落とし部を設けていない比較例（Ｎｏ．７、９）に対して、角落とし部を設けた本発明例（Ｎｏ．８、１０）は鋳片品質の改善が得られている。圧下ロール対の対数と偏析低減効果について見ると、３対の場合が最も品質良好であり、対数の低減とともに品質改善効果が減じられる。

鋳片品質のうち、コーナー割れ発生割合に着目すると、角落とし部を設けていない比較例ではコーナー割れ発生が認められたものの、角落とし部を設けた本発明例ではコーナー割れ発生が軽微あるいは認められない結果となった。湾曲型連続鋳造装置において、湾曲部からの曲げ戻し時における鋳片コーナー部の応力負荷が、角落とし部を設けた結果として低減したため、コーナー割れが低減したものと推定される。

１ 鋳型
２ 角落とし部
３ 鋳造空間
４ 鋳造断面
７ 面取り形状
８ 鋳片断面
１１ 矩形
１２ 長辺
１３ 短辺
１４ コーナー部
１５ 頂点
２１ サポートロール
２２ 圧下ロール
２３ 圧下ロール対
３１ 鋳片
３２ 固相
３３ 固液共存層
３５ 凝固完了部
４１ 上流側
４２ 下流側
４３ 鋳造方向
４４ 下端
５１ 高固相率領域
５２ 低固相率領域
５３ 遷移固相率領域
ａ 長辺側辺長さ
ｂ 短辺側辺長さ

Claims (4)

1. 連続鋳造鋳型における、鋳片が通過する鋳造空間の鋳型下端部における断面を鋳造断面と呼び、当該鋳造断面形状は、矩形形状であって矩形の四隅に面取り形状を有し（以下、矩形から面取りによって取り除かれた部分を「角落とし部」という。）、鋳造断面の長辺側外周における前記角落とし部の辺長さが５ｍｍ以上であり、
   前記連続鋳造鋳型を用いて連続鋳造を行い、連続鋳造中においてロールによって鋳片を圧下することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
2. 前記鋳造断面の短辺側外周における前記角落とし部の辺長さが、鋳片厚み中心固相率が０．８以上で凝固完了位置までの領域における鋳片の総圧下量以上であることを特徴とする、請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
3. 鋳片厚み中心固相率が０．８以上の領域においてロールによって鋳片を圧下することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の鋼の連続鋳造方法。
4. 鋳片厚み中心固相率が０．８以上凝固完了位置までの領域における圧下勾配を５．５ｍｍ／ｍｉｎ以上とすることを特徴とする、請求項３に記載の鋼の連続鋳造方法。

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