JP2023530911A - A method for mitigating surface cracks in cast slabs by ferritic phases - Google Patents
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Abstract
フェライト相を使用することにより鋳造スラブの表面亀裂を軽減する為の方法が提供される。鋳造スラブが長時間にわたって鋼のオーステナイト・フェライト相転移温度の付近で一定に保たれるように、鋳造機の矯正部の前に鋳造スラブの表面層温度を制御するのに冷却水が使用される。長時間の一定温度ゆえに、鋳造スラブの表面層にフェライト層が形成されることによって、鋳造スラブの表面層構造でのフェライトの比率を高め、フェライトの高可塑性の特性により鋳造スラブの表面層構造の可塑性を高め、こうして矯正エリアにおいて引張応力下で鋳造スラブの内表面に生成される亀裂を軽減する。この方法は、鋳造スラブの表面層構造を制御するばかりでなく鋳造スラブの表面の可塑性も高め、鋳造スラブの表面亀裂を軽減できる。
A method is provided for mitigating surface cracks in cast slabs through the use of ferritic phases. Cooling water is used to control the surface layer temperature of the cast slab prior to the straightening section of the caster so that the cast slab remains constant around the austenite-ferrite phase transition temperature of the steel for an extended period of time. . Due to the constant temperature for a long time, a ferrite layer is formed on the surface layer of the cast slab, which increases the ratio of ferrite in the surface layer structure of the cast slab. It enhances plasticity and thus reduces cracks that form on the inner surface of the cast slab under tensile stress in the straightening area. This method can not only control the surface layer structure of the cast slab, but also enhance the plasticity of the surface of the cast slab, and reduce the surface cracks of the cast slab.
Description
本発明は、連続鋳造の技術分野に関しており、具体的にはフェライト相により鋳造スラブの表面亀裂を軽減する為の方法に関する。 The present invention relates to the technical field of continuous casting, and in particular to a method for mitigating surface cracks in cast slabs with ferrite phases.
連続冶金鋳造の生産プロセスにおいて、冶工は鋳造スラブの内部及び外部品質に細心の注意を払う。鋳造スラブの内部品質問題は、主に不均質な組成、緩み、引け巣、亀裂、及び他の欠陥において顕著であるのに対して、外部品質問題は、スラグ巻込み、亀裂、及び他の欠陥を含む。これらの欠陥は、続いて圧延を受ける製品に引き継がれるので、優れた内部及び外部構造を持つ鋳造スラブが望ましい。 In the production process of continuous metallurgical casting, metallurgists pay close attention to the internal and external quality of the cast slab. Internal quality problems of cast slabs are mainly manifested in inhomogeneous composition, looseness, shrinkage cavities, cracks and other defects, whereas external quality problems are characterized by slag entrainment, cracks and other defects. including. Cast slabs with good internal and external structure are desirable because these defects are carried over into the product that is subsequently rolled.
鋳造スラブにおける亀裂の形成は、連続鋳造プロセスでの金属学的及び機械的因子の複合作用の結果である。鋳造スラブに亀裂が現れるかどうかは、鋼の構造性能、金属学的な固化挙動、鋳造機のプロセスパラメータ、及び設備の稼働状況に依存する。鋳造スラブの構造の制御は、材料の包括的特性を向上させる有効な手法の一つである。連続鋳造プロセスでは、鋳造スラブの鋳放し構造は一般的に、溶鋼の過冷却度の制御、電磁攪拌、あるいはアルミニウム、チタン、又は希土類元素のような核生成剤の追加により制御される。連続鋳造プロセスでは、鋳造スラブの冷却速度及び加熱プロセスを変えることによっても鋳造スラブの表面層構造が制御され得る。鋳造スラブは鋳型を出る時にはまだオーステナイト単相領域にあるので、鋳型の冷却強度は表面層の構造にとって極めて重要である。鋳造スラブの一般的な表面亀裂は、鋳造スラブが矯正作用を受ける鋳造機の矯正部で起こって鋳造スラブの内表面に引張応力を発生させ、こうして引張応力の作用下で鋳造スラブの低可塑性構造での亀裂を招く。それゆえ、矯正部に入る前に鋳造機で鋳造スラブに制御冷却を実施すると、鋳造スラブの構造を効果的に制御して鋳造スラブの機械的特性を向上させることができる。 Crack formation in cast slabs is the result of the combined action of metallurgical and mechanical factors in the continuous casting process. Whether cracks appear in cast slabs depends on the steel's structural performance, metallurgical solidification behavior, caster process parameters, and equipment operating conditions. Controlling the structure of cast slabs is one of the effective ways to improve the comprehensive properties of materials. In continuous casting processes, the as-cast structure of the cast slab is typically controlled by controlling the degree of subcooling of the molten steel, electromagnetic stirring, or the addition of nucleating agents such as aluminum, titanium, or rare earth elements. In the continuous casting process, the surface layer structure of the cast slab can also be controlled by varying the cooling rate and heating process of the cast slab. Since the cast slab is still in the austenitic single phase region when it exits the mold, the cooling strength of the mold is extremely important for the structure of the surface layer. A common surface crack in a cast slab occurs in the straightening section of a casting machine where the cast slab is subjected to a straightening action to generate tensile stress on the inner surface of the cast slab, thus creating a low plastic structure of the cast slab under the action of tensile stress. cause cracks in Therefore, subjecting the cast slab to controlled cooling in the casting machine prior to entering the straightening section can effectively control the structure of the cast slab to improve the mechanical properties of the cast slab.
特許文献1では、フェライトにより生じる鋳造スラブの表面亀裂を回避する為に、噴射角度の小さい冷却水ノズルの列が矯正部の手前に追加され、表面での初析晶フェライトを回避して鋳造スラブの表面亀裂を制御するように狭域強力冷却が行われる。特許文献2では、鋳造スラブの脆化を回避して可塑性を高めることにより鋳造スラブの表面亀裂を軽減するように鋳造スラブの表面層でのフェライト及び炭窒化物の析出を回避するのに、集中冷却焼入れも使用される。特許文献3では、二次冷却水噴射フレームの昇降装置が設置されて、二次冷却水冷却エリアの動的制御と水流量の自動調節とを達成できる。こうして、二次冷却水は鋳造スラブの角部を直接的に冷却せず、極度の低温又は温度変化により生じる角部亀裂を回避する。 In Patent Document 1, in order to avoid surface cracks of the cast slab caused by ferrite, a row of cooling water nozzles with a small injection angle is added before the correction part, and proeutectoid ferrite on the surface is avoided. Narrow area intensive cooling is applied to control surface cracking of the No. 2004/0000003 focuses on avoiding the precipitation of ferrite and carbonitrides on the surface layer of the cast slab so as to reduce the surface cracking of the cast slab by avoiding embrittlement of the cast slab and increasing its plasticity. Cold quenching is also used. In Patent Document 3, a lifting device for the secondary cooling water injection frame is installed to achieve dynamic control of the secondary cooling water cooling area and automatic adjustment of the water flow rate. Thus, the secondary cooling water does not directly cool the corners of the cast slab, avoiding corner cracks caused by extreme cold temperatures or temperature changes.
鋳造スラブの表面亀裂を解決するには主に二つの技術的経路があることが上記特許から分かる。一つの経路は、高温状態で作動して鋳造スラブの表面層温度を上昇させることによりフェライト膜の相転移及び析出と、粒子境界での析出炭窒化物とを防止することである。こうして、連続鋳造機は高温状態に保たれ、設備の精度及び耐用年数に大きな作用を与えるだろう。他の経路は、低温状態で作動して鋼の第3脆性エリアを回避することである。このような方法は大量の冷却水を必要とし、これはエネルギーと環境とに大きく影響する。それゆえ、鋼の可塑性を高め得る構造状態を鋼そのものから発見することが必要である。 It can be seen from the above patent that there are two main technological routes to solving surface cracks in cast slabs. One route is to operate at elevated temperatures to increase the surface layer temperature of the cast slab to prevent phase transition and precipitation of the ferrite film and precipitation carbonitrides at grain boundaries. Thus, the continuous caster will be kept hot, which will have a great effect on the accuracy and service life of the equipment. Another route is to operate in cold conditions to avoid the third brittle area of the steel. Such a method requires a large amount of cooling water, which has a large impact on energy and the environment. Therefore, it is necessary to discover the structural state that can enhance the plasticity of the steel itself.
本発明は、鋳造スラブの表面層に高比率のフェライト構造を形成して鋳造スラブの表面亀裂を軽減する、フェライト相により鋳造スラブの表面亀裂を軽減する為の方法を提供することを目的とする。この方法は、鋳造スラブの表面層構造を制御するばかりでなく、鋳造スラブの表面層の可塑性を高めて鋳造スラブの表面亀裂を軽減できる。 It is an object of the present invention to provide a method for mitigating surface cracking of cast slabs by ferritic phases, which forms a high proportion of ferrite structure in the surface layer of the cast slab to mitigate surface cracking of the cast slab. . This method can not only control the surface layer structure of the cast slab, but also enhance the plasticity of the surface layer of the cast slab to reduce the surface cracks of the cast slab.
本発明の技術的解決法は以下の通りである。 The technical solution of the present invention is as follows.
フェライト相により鋳造スラブの表面亀裂を軽減する為の方法であって、連続鋳造のプロセスにおいて、鋳造スラブの表面層温度が制御されて長時間にわたってオーステナイト・フェライト転移温度を保つことにより、鋳造機の矯正点の前に鋳造スラブの表面層でのフェライト相の比率が35%以上に達するように高比率のフェライト相が得られる。 A method for mitigating surface cracking of a cast slab by ferrite phase, wherein in the process of continuous casting, the surface layer temperature of the cast slab is controlled to maintain the austenite-ferrite transition temperature for a long period of time, thereby A high proportion of ferrite phase is obtained such that the proportion of ferrite phase in the surface layer of the cast slab reaches 35% or more before the straightening point.
具体的に記すと、フェライト相により鋳造スラブの表面亀裂を軽減する為の本発明の方法では、連続冶金鋳造の生産において、0<C≦0.25%の炭素含有量を持つ鋼により鋳造スラブが形成され、鋳造機の矯正点の前に鋳造スラブの表面層でのフェライト相の比率が35%以上に達するように、鋳造スラブの表面層温度を制御してオーステナイト・フェライト転移温度内に温度を保つ。 Specifically, the method of the present invention for mitigating surface cracks in cast slabs with ferritic phases involves casting slabs with a steel having a carbon content of 0<C≤0.25% in the production of continuous metallurgical casting. is formed, and the temperature is within the austenite-ferrite transition temperature by controlling the surface layer temperature of the cast slab so that the ratio of ferrite phase in the surface layer of the cast slab reaches 35% or more before the straightening point of the casting machine keep
連続鋳造のプロセスでは、製錬鋼が鋳型で固化して或る厚さを有する固体鋳造スラブを形成し、この時点で、鋳造スラブの温度は1000~1250℃である。その後、鋳造スラブが冷却され、冷却しながら支持ローラにより搬送される。曲げ加工後に、鋳造スラブは湾曲部に入り、矯正の為に鋳造機の矯正点まで更に搬送される。そして鋳造スラブは完全固化の為に鋳造機の水平部を通過し、鋳造機から搬出される。 In the process of continuous casting, the smelting steel solidifies in the mold to form a solid casting slab with a certain thickness, at which point the temperature of the casting slab is 1000-1250°C. The cast slab is then cooled and transported by support rollers while cooling. After bending, the cast slab enters the bend and is further transported to the straightening point of the casting machine for straightening. The cast slab then passes through the horizontal section of the caster and is removed from the caster for complete solidification.
本発明では、鋳造スラブの表面温度の制御は、鋳造スラブが鋳造機の矯正点に達する前に行われる。最初に、鋳型を通過している固化後の鋳造スラブは比較的高温であり、冷却水により冷却されて鋳造スラブの表面層温度をオーステナイト・フェライト転移温度内に保つ。冷却速度は、鋼の連続冷却特性CCT曲線により判断され得る。本発明は、オーステナイトからフェライトへの変態を達成するように、鋳造スラブの表面層温度を制御してオーステナイト・フェライト転移温度の範囲内に温度を維持することを中心とする。鋳造機の矯正点の前に鋳造スラブの表面層でのフェライト相の比率が35%以上に達する必要があることが、研究を通して判明した。この条件を満たした後に、所望の相比率を持つ鋳造スラブが鋳造機の矯正点へ入って、スラブを水平鋳造スラブに矯正できる。 In the present invention, control of the surface temperature of the cast slab is performed before the cast slab reaches the straightening point of the caster. Initially, the solidified cast slab passing through the mold is relatively hot and is cooled by cooling water to keep the surface layer temperature of the cast slab within the austenite-ferrite transition temperature. The cooling rate can be judged by the steel's continuous cooling characteristic CCT curve. The present invention is centered on controlling the surface layer temperature of the cast slab to maintain the temperature within the austenite-ferrite transition temperature so as to achieve the austenite to ferrite transformation. It was found through research that the proportion of ferritic phase in the surface layer of the cast slab should reach 35% or more before the straightening point of the caster. After satisfying this condition, the cast slab with the desired phase ratio enters the straightening point of the caster so that the slab can be straightened into a horizontal cast slab.
本発明では、鋳造スラブを冷却するかオーステナイト・フェライト転移温度の範囲内に温度を保つ為の正確な時間は、鋳造機の矯正点の前の鋳造スラブの表面層でのフェライト相の比率が35%以上である限り、生産条件に従って調節され得る。鋳造スラブの表面層は、10mm以下の鋳造スラブ厚さを持つ部分を指す。鋳造スラブの表面層でのフェライト相の比率を35%以上に制御することと、鋳造スラブの表面層温度を制御することとは、ともに、10mm以下の鋳造スラブ厚さを持つ部分に対して実施される。 In the present invention, the exact time to cool the cast slab or keep the temperature within the austenite-ferrite transition temperature range is 35% ferrite fraction in the surface layer of the cast slab before the straightening point of the caster. % or more, it can be adjusted according to the production conditions. The surface layer of the cast slab refers to the part with a cast slab thickness of 10 mm or less. Controlling the ratio of the ferrite phase in the surface layer of the cast slab to 35% or more and controlling the temperature of the surface layer of the cast slab are both performed for a portion having a cast slab thickness of 10 mm or less. be done.
フェライト相により鋳造スラブの表面亀裂を軽減する為の本発明の方法によれば、フェライト相までの鋳造スラブの冷却速度の範囲は、鋼の連続冷却特性CCT曲線により判断される。鋳造スラブの表面層温度がオーステナイト・フェライト転移温度の範囲まで降下されて上記の温度範囲内に維持されるように、鋳造スラブは冷却速度の範囲内で冷却される。具体的に記すと、鋳造スラブの表面層温度が鋳造機の湾曲部で制御されて、オーステナイト・フェライト転移温度の範囲内に保たれる。 According to the method of the present invention for mitigating surface cracking of cast slabs by ferritic phase, the range of cooling rates of cast slabs to ferritic phase is determined by the continuous cooling characteristic CCT curve of the steel. The cast slab is cooled within a range of cooling rates such that the surface layer temperature of the cast slab is lowered to the range of the austenite-ferrite transition temperature and maintained within the above temperature range. Specifically, the surface layer temperature of the cast slab is controlled in the bend of the caster to keep it within the austenite-ferrite transition temperature.
好ましくは、鋼の連続冷却温度特性CCT曲線によれば、鋼のフェライト相の冷却速度の範囲は3~0.05℃/秒である。好ましくは、冷却温度範囲は3~0.1℃/秒、より好ましくは1.5~0.08℃/秒である。冷却速度は、プログラムモデルでパラメータを構成することにより制御され、フェライトの形成を促進するように鋳造スラブの温度をフェライトの相転移温度の付近に保つのに役立つ。 Preferably, according to the continuous cooling temperature characteristic CCT curve of steel, the cooling rate range of the ferrite phase of steel is 3-0.05° C./sec. Preferably, the cooling temperature range is 3-0.1° C./s, more preferably 1.5-0.08° C./s. The cooling rate is controlled by configuring parameters in the program model to help keep the temperature of the cast slab near the phase transition temperature of ferrite to promote ferrite formation.
好ましくは、鋳造機の矯正点の前に、鋳造スラブの表面層でのフェライト相の比率が35%~100%、好ましくは35%~75%に達するように、鋳造スラブの表面層温度が制御される。フェライトの比率により、鋳造スラブの表面層が良好な可塑性を得ることが可能である。更に、この比率のフェライトを形成する為の時間は達成及び制御が容易である。 Preferably, the surface layer temperature of the cast slab is controlled so that the proportion of ferrite phase in the surface layer of the cast slab reaches 35% to 100%, preferably 35% to 75%, before the straightening point of the casting machine. be done. The proportion of ferrite allows the surface layer of the cast slab to obtain good plasticity. Moreover, the time to form this ratio of ferrite is easy to achieve and control.
好ましくは、本発明の鋼に関して、鋳造スラブの表面層が900℃から600℃のオーステナイト・フェライト転移温度範囲内に保たれて0.44~35分にわたって保持されることが、研究から判明している。 Preferably, for the steel of the present invention, research has shown that the surface layer of the cast slab is maintained within the austenite-ferrite transition temperature range of 900°C to 600°C for 0.44 to 35 minutes. there is
フェライト相により鋳造スラブの表面亀裂を軽減する為の方法によれば、鋳造スラブの表面層温度は冷却水により制御される。温度を低下させる上述の冷却と異なり、本明細書に記載の冷却は温度を維持する冷却である。温度を低下させる上述の冷却と区別する為に、鋳造スラブの表面層温度をオーステナイト・フェライト転移温度まで冷却する冷却は第1冷却と呼ばれ、オーステナイト・フェライト転移温度に温度を維持する冷却は第2冷却と呼ばれる。鋳造スラブの表面層が所定の温度範囲まで冷却された後に、所定の温度範囲内になるように鋳造スラブの表面層温度を制御することも必要である。本発明では、冷却水を噴射することにより鋳造スラブの表面温度が維持され得る(すなわち上述の第2冷却)。これは、鋳造スラブの中心温度が比較的高く、冷却が行われない場合には、中心の熱が鋳造スラブの表面層に伝達されて鋳造スラブの表面層温度を上昇させるからである。それゆえ、鋳造スラブの表面層温度が冷却水により制御され得る。 According to the method for mitigating surface cracking of cast slabs by ferrite phase, the surface layer temperature of cast slabs is controlled by cooling water. Unlike the cooling described above, which reduces temperature, the cooling described herein is cooling that maintains temperature. To distinguish from the above-described cooling that lowers the temperature, the cooling that cools the surface layer temperature of the cast slab to the austenite-ferrite transition temperature is called primary cooling, and the cooling that maintains the temperature at the austenite-ferrite transition temperature is called primary cooling. 2 called cooling. It is also necessary to control the surface layer temperature of the cast slab so that it is within a predetermined temperature range after the surface layer of the cast slab is cooled to a predetermined temperature range. In the present invention, the surface temperature of the cast slab can be maintained by injecting cooling water (ie, the second cooling described above). This is because the center temperature of the cast slab is relatively high, and the heat at the center is transferred to the surface layer of the cast slab to raise the surface layer temperature of the cast slab if no cooling is provided. Therefore, the surface layer temperature of the cast slab can be controlled by cooling water.
鋳造スラブの表面層温度がオーステナイト・フェライト転移温度の範囲内に保たれるのに必要な冷却水の流量は、連続鋳造オンラインモデルにより計算される。具体的に記すと、モデルは当該技術での共通モデルであって、本発明の連続鋳造オンラインモデルは連続鋳造及び二次冷却オンラインモデルであり、鋳造スラブの表面温度は、溶鋼温度、鋳造スラブ鋳造速度、及び冷却水などの連続鋳造プロセス条件との組み合わせで熱伝達原理に従って計算される。モデルは、鋳造スラブの温度を制御するように、プロセスにより設定された目標温度に従って鋳造スラブの多様なエリアに必要な冷却水の流量を計算できる。使用中には、鋳造スラブの表面層について維持される必要のある温度を設定するだけで、連続鋳造及び二次冷却オンラインモデルにより噴射水の流量が計算され、そして鋳造スラブの表面層温度を冷却で所定の範囲内に制御するように水が噴射される。 The cooling water flow rate required to keep the surface layer temperature of the cast slab within the range of the austenite-ferrite transition temperature is calculated by the continuous casting online model. Specifically, the model is a common model in the art, and the continuous casting online model of the present invention is a continuous casting and secondary cooling online model, and the surface temperature of the casting slab is the molten steel temperature, the casting slab casting It is calculated according to the heat transfer principle in combination with continuous casting process conditions such as speed and cooling water. The model can calculate the required cooling water flow rates for various areas of the cast slab according to target temperatures set by the process to control the temperature of the cast slab. In use, simply set the temperature that needs to be maintained for the surface layer of the casting slab, the continuous casting and secondary cooling online model will calculate the flow rate of the water injection, and cool the surface layer temperature of the casting slab. Water is jetted so as to control within a predetermined range at .
研究の後、一般的に、二次冷却の為の冷却水の水噴射流量は、0~0.87L/kgの範囲内(0と0.87を含む)に適切に制御され、こうして、鋳造スラブの表面層温度をオーステナイト・フェライト転移温度の範囲内に制御できる。水噴射流量の単位であるL/kgは、単位質量の鋼により必要とされる水噴射体積を指す。 After research, generally, the water injection flow rate of the cooling water for secondary cooling is properly controlled within the range of 0 to 0.87 L/kg (including 0 and 0.87), thus the casting The surface layer temperature of the slab can be controlled within the range of the austenite-ferrite transition temperature. The unit of water injection flow rate, L/kg, refers to the water injection volume required by a unit mass of steel.
フェライト相により鋳造スラブの表面亀裂を軽減する為の方法によれば、好ましくは、鋳造スラブの表面層は、冷却水により長時間にわたってオーステナイト・フェライト転移温度に保たれ、鋳造スラブの表面層温度を制御するように、冷却の為に鋳造スラブの表面層に水を噴射するのに二次冷却ノズルが使用される。具体的に記すと、本発明については、少ない水体積(0~0.62L/kg)で均一な冷却が達成され得る。 According to the method for reducing the surface cracks of the cast slab by the ferrite phase, the surface layer of the cast slab is preferably maintained at the austenite-ferrite transition temperature for a long time by cooling water, and the surface layer temperature of the cast slab is reduced. In a controlled manner, secondary cooling nozzles are used to inject water onto the surface layer of the cast slab for cooling. Specifically, with the present invention, uniform cooling can be achieved with a small water volume (0-0.62 L/kg).
代替的に、鋳造スラブの表面層を長時間にわたってオーステナイト・フェライト転移温度に保つ為に、低い第1冷却速度が時には必要とされ、それゆえ、水以外の噴射冷却が採用されてもよい、すなわち空気冷却状態を保ってもよく、これは乾燥冷却とも呼ばれる。同様に、鋳造スラブの表面層温度をオーステナイト・フェライト転移温度内に保つ為に、低い第2冷却速度が必要とされる場合には乾燥冷却も使用され得る。具体的に記すと、連続鋳造及び二次冷却オンライモデルの適用中、低い第2冷却速度が必要とされる時に、このモデルでは、水噴射流量を減少させて鋳造スラブの表面層温度の低下を回避する。また、温度の降下が急速過ぎる時に、モデルは、空気冷却を使用して鋳造スラブの表面温度を保つ。鋳造スラブの表面層温度が空気冷却により制御される時には、鋳造機の湾曲部の支持ローラを冷却する冷却水が使用されないという事実ゆえに、これに応じて比較的高い温度が容易に生じる。それゆえ、鋳造機の湾曲部の支持ローラを冷却する必要がある。本開示において、鋳造機の湾曲部の支持ローラは内部から冷却される。具体的に記すと、湾曲部の破損を防止するように、冷却水が支持ローラの内側に供給されて支持ローラの表面温度を550℃以下までに制御し得る。ここで湾曲部は湾曲部とも呼ばれる。 Alternatively, a low primary cooling rate is sometimes required to keep the surface layer of the cast slab at the austenite-ferrite transition temperature for an extended period of time, so injection cooling other than water may be employed, i.e. Air cooling may be maintained, also called dry cooling. Similarly, dry cooling can be used where a low secondary cooling rate is required to keep the surface layer temperature of the cast slab within the austenite-ferrite transition temperature. Specifically, during continuous casting and application of the secondary cooling online model, when a low secondary cooling rate is required, the model reduces the water injection flow rate to reduce the surface layer temperature of the cast slab. To avoid. The model also uses air cooling to maintain the surface temperature of the cast slab when the temperature drops too quickly. When the surface layer temperature of the cast slab is controlled by air cooling, the corresponding relatively high temperatures readily occur due to the fact that no cooling water is used to cool the support rollers of the bends of the caster. Therefore, there is a need to cool the support rollers in the bend of the casting machine. In the present disclosure, the support rollers of the bend of the caster are internally cooled. Specifically, cooling water may be supplied to the inside of the support roller to control the surface temperature of the support roller to 550° C. or less so as to prevent breakage of the flexure. Here the bend is also referred to as bend.
本発明の方法によれば、鋳造スラブの表面温度が長時間にわたってオーステナイト・フェライト転移温度の付近で一定に保たれるように、冷却水が使用されて鋳造機の矯正部の前に鋳造スラブの表面層温度を制御する。冷却水により鋳造スラブの表面層温度をより良好に制御する為に、良好な噴霧作用及び均一な噴射を持つ二次冷却ノズルが必要とされる。水体積が少ない条件下で均一な噴射冷却を行なうことのできるノズルが、特に必要である。幾つかの実用的なケースでは、乾燥冷却、すなわち連続鋳造の為に二次冷却水以外が噴射されることが、鋳造スラブが温度を一定に保つのに必要とされる。このケースでは、鋳造スラブの高い温度により生じる湾曲部の支持ローラ及び軸受の破損を回避するように、湾曲部の支持ローラが良好な内部冷却を必要とする。鋳造スラブの表面層温度を或る温度に制御する為に、鋳造スラブの表面層温度をオンラインで、またリアルタイムに制御するのに連続鋳造モデルが必要とされる。現在、多くの鋳造機は連続鋳造オンライン制御モデルを備えている。このモデルによって、鋳造スラブの表面層温度に必要な冷却水の量が構成され得る。長時間にわたって温度を一定に保つことにより、鋳造スラブの表面層にフェライト層が形成され、これにより、鋳造スラブの表面層構造でのフェライトの比率が高くなるにつれて、フェライトの高可塑性により鋳造スラブの表面層の可塑性が高められ、これにより矯正部での引張応力ゆえに鋳造スラブの内表面に発生する亀裂を軽減する。 According to the method of the present invention, cooling water is used to cool the cast slab prior to the straightening section of the caster so that the surface temperature of the cast slab remains constant around the austenite-ferrite transition temperature for an extended period of time. Control surface layer temperature. In order to better control the surface layer temperature of the casting slab with cooling water, a secondary cooling nozzle with good atomization and uniform jetting is required. There is a particular need for a nozzle capable of uniform jet cooling under low water volume conditions. In some practical cases, for dry cooling, i.e. continuous casting, injection other than secondary cooling water is required to keep the casting slab at a constant temperature. In this case, the flexure support rollers require good internal cooling so as to avoid damage to the flexure support rollers and bearings caused by the high temperature of the cast slab. In order to control the surface layer temperature of the cast slab to a certain temperature, a continuous casting model is required to control the surface layer temperature of the cast slab on-line and in real time. Many casters are now equipped with continuous casting online control models. With this model, the amount of cooling water required for the surface layer temperature of the cast slab can be constructed. By keeping the temperature constant for a long period of time, a ferrite layer is formed on the surface layer of the cast slab. The plasticity of the surface layer is enhanced, which reduces cracks that occur on the inner surface of the cast slab due to tensile stresses in the straightening.
連続鋳造プロセスでは、鋳型を出た後の鋳造スラブの表面層温度は、概ね1000~1250℃の高温範囲にある。その瞬間の鋳造スラブの表面層構造はオーステナイト領域にある。鋼は単相のケースでは比較的高い可塑性を有して亀裂を発生させないだろう。しかしながら、湾曲部で鋳造スラブが冷却水により冷却されるので、鋳造スラブの表面層構造の温度が連続的に低下する。温度が相転移温度に達すると、鋳造スラブのオーステナイトの初析晶フェライトへの変態は、拡散型の相転移に属する。比較的低い冷却速度では、初析晶フェライトが最初に初期オーステナイト粒子境界で核生成し、粒子境界で成長する。連続冷却後に、粒子状のフェライトが核生成を開始する。その瞬間には、比較的粗い初析晶フェライト膜が初期オーステナイト粒子境界に形成されている。鋳造スラブが矯正エリアを通過する時に、オーステナイト粒子境界でのフェライト膜上の亀裂を招く矯正引張応力を構造が受け、後の段階で亀裂が徐々に広がる。鋳造スラブの矯正中には、鋳造スラブの構造でのフェライトの比率が低い、つまり35%未満である場合には、初析晶フェライト膜が容易に応力集中を起こして亀裂を形成するが、フェライトの比率が35%を超えている場合には、応力集中は発生せず、こうして亀裂を回避できる。熱力学的及び力学的因子、つまり温度と持続時間とはともに、フェライトの析出比率に影響する。鋼の連続冷却特性CCT曲線に従って、多様な冷却速度での相転移温度が求められる。概して、3~0.05℃/秒の冷却速度と900℃から600℃の温度範囲内で、鋼にフェライトが形成され得る。相転移温度の付近で長時間にわたって鋳造スラブの表面層が制御される場合には、鋳造スラブの表面層に大量のフェライトが形成されるだろう。本発明の保持時間は0.44~35分である。フェライトの比率が35%を超えた時に、鋳造スラブの構造の可塑性が著しく高くなり、こうして亀裂を回避できる。それゆえ、鋳造スラブが曲げ部、すなわち湾曲部を通過した後に、3℃/秒未満の冷却速度での冷却方式で弱い冷却が実施されて、鋳造スラブの表面層温度をオーステナイト・フェライト転移温度の範囲内で一定に保ち、矯正部までこの温度を維持する。こうして、オーステナイト粒子境界のみでの低比率フェライト膜に代わって、鋳造スラブの表面層に高比率フェライト相が形成される。高比率フェライト層を有する鋳造スラブは、矯正部を通過する時に応力集中により生じる亀裂に直面しない。本発明の一つの革新的な点は、この方法が鋳造スラブの表面温度を長時間にわたってオーステナイト・フェライト転移温度の付近で一定に保つことである。二つの主要な点がある。一方は長時間にわたって温度を保つことであり、他方は相転移温度の付近に温度を制御することである。 In the continuous casting process, the surface layer temperature of the cast slab after exiting the mold is generally in the high temperature range of 1000-1250°C. The surface layer structure of the cast slab at that moment is in the austenite region. Steel has relatively high plasticity in the single phase case and will not initiate cracks. However, since the cast slab is cooled by the cooling water at the curved portion, the temperature of the surface layer structure of the cast slab is continuously lowered. When the temperature reaches the phase transition temperature, the transformation of austenite to proeutectoid ferrite in the cast slab belongs to diffusion type phase transition. At relatively low cooling rates, proeutectoid ferrite first nucleates at the primary austenite grain boundaries and grows at the grain boundaries. After continuous cooling, particulate ferrite begins to nucleate. At that moment, relatively coarse proeutectoid ferrite films are formed at the primary austenite grain boundaries. As the cast slab passes through the straightening area, the structure is subjected to straightening tensile stresses that lead to cracks on the ferrite film at the austenite grain boundaries, with gradual propagation of the cracks at a later stage. During straightening of cast slabs, if the cast slab has a low proportion of ferrite in its structure, i.e. less than 35%, the proeutectoid ferrite film will easily develop stress concentrations and cracks, whereas ferrite is greater than 35%, no stress concentration occurs, thus avoiding cracks. Both thermodynamic and mechanical factors, namely temperature and duration, affect the rate of ferrite precipitation. The phase transition temperatures at various cooling rates are determined according to the continuous cooling characteristic CCT curve of the steel. Generally, ferrite can be formed in steel within a cooling rate of 3-0.05°C/sec and a temperature range of 900°C to 600°C. If the surface layer of the cast slab is controlled near the phase transition temperature for a long time, a large amount of ferrite will form in the surface layer of the cast slab. The retention time of the present invention is 0.44-35 minutes. When the ferrite proportion exceeds 35%, the structural plasticity of the cast slab becomes significantly higher, thus avoiding cracks. Therefore, after the cast slab has passed through the bend, i.e. the curve, weak cooling is performed in a cooling regime with a cooling rate of less than 3°C/s to reduce the surface layer temperature of the cast slab to the austenite-ferrite transition temperature. Keep constant within the range and maintain this temperature until the correction. Thus, a high-fraction ferrite phase is formed in the surface layer of the cast slab instead of a low-fraction ferrite film only at the austenite grain boundaries. Cast slabs with a high percentage ferrite layer do not face cracks caused by stress concentrations when passing through the straightening section. One innovation of the present invention is that the method keeps the surface temperature of the cast slab constant around the austenite-ferrite transition temperature for an extended period of time. There are two main points. One is to keep the temperature for a long time and the other is to control the temperature around the phase transition temperature.
本発明は以下の有益な技術的作用を有する。 The present invention has the following beneficial technical effects.
本発明の方法は、鋳造スラブの表面層温度が長時間にわたって鋼の相転移温度の付近で一定であり、プロセスを通して多数のフェライト相が鋳造スラブの表面に形成されるように、鋳造機の湾曲部での鋳造スラブの表面層温度を制御する。高比率のフェライト相を持つ鋳造スラブが鋳造機の矯正部を通過する時には、多数のフェライト相が構造に見られるので、鋳造スラブの内表面の引張応力が粒子境界に集中せず、粒子境界を分断せず、ゆえに鋳造スラブの表面亀裂を回避する。この技術は鋳造スラブの表面可塑性を高めるのに非常に役立つ一方で、鋳造スラブの表面亀裂を軽減して製品の表面品質を高める。 The method of the present invention uses a caster curvature such that the surface layer temperature of the cast slab remains constant around the phase transition temperature of the steel over time and numerous ferritic phases form on the surface of the cast slab throughout the process. Control the surface layer temperature of the cast slab at the part. When a cast slab with a high proportion of ferrite phase passes through the straightening section of the casting machine, a large number of ferrite phases are found in the structure, so that the tensile stress on the inner surface of the cast slab is not concentrated on the grain boundary, and the grain boundary is It does not split, thus avoiding surface cracking of the cast slab. This technique is very useful in enhancing the surface plasticity of cast slabs, while mitigating surface cracks in cast slabs and enhancing the surface quality of the product.
以下では更に、実施形態との組み合わせで本発明が記載される。実施形態が例に過ぎず、本発明に対する限定とする意図はないことを当業者は理解するはずである。 In the following the invention is further described in combination with embodiments. Those skilled in the art should understand that the embodiments are examples only and are not intended to be limitations on the present invention.
本発明の方法の実行プロセスが以下で詳しく記載される。 The execution process of the method of the invention is described in detail below.
最初に、フェライトを形成する鋼の第1冷却速度の範囲つまり3~0.05℃/秒と、多様な冷却速度でのオーステナイト/フェライト転移温度つまり900℃から600℃とが得られるように、鋼の連続冷却特性CCT曲線が試行又は計算される。冷却後に、0.44~35分にわたって温度が900℃から600℃に保たれ、矯正点の前にプロセスが完了する。 First, to obtain a range of primary cooling rates for ferrite-forming steels, ie, 3-0.05° C./sec, and austenite/ferrite transition temperatures, ie, 900° C. to 600° C., at various cooling rates. A continuous cooling characteristic CCT curve for the steel is tried or calculated. After cooling, the temperature is held between 900° C. and 600° C. for 0.44-35 minutes to complete the process before the correction point.
図2に示されているように、以下の実施形態1での鋼のCCT曲線は、幾つかの冷却速度における鋼構造の変遷と温度と時間との間の関係を示す。或る冷却速度におけるオーステナイト・フェライト転移温度と、或る比率のフェライトを形成する為の時間とが、図から求められる。図2で、図のX軸は冷却時間を表してY軸は温度を表し、一方で放物線に類似した図の多数の曲線は冷却速度を表す。図でFと記されたエリアはフェライトが形成されるエリアである。図でPと記されたエリアはパーライトを表す。図でBと記されたエリアはベイナイトを表す。エリアFに含まれる冷却速度は、フェライトを形成し得る冷却速度の範囲である。図2のCCT曲線によれば、オーステナイト・フェライト転移温度つまり560~620℃も求められる。実施形態1におけるオーステナイト・フェライト転移温度の保持時間について、鋳造スラブの表面でのフェライト相の比率が35%以上に達することが0.44~35分の保持時間により保証されることが、研究判断により本発明で得られる。 As shown in FIG. 2, the CCT curves of the steel in Embodiment 1 below show the evolution of the steel structure at several cooling rates and the relationship between temperature and time. The austenite-ferrite transition temperature at a given cooling rate and the time to form a given proportion of ferrite can be obtained from the figure. In FIG. 2, the X-axis of the diagram represents cooling time and the Y-axis represents temperature, while the multiple curves in the diagram, which resemble a parabola, represent cooling rates. The area marked F in the figure is the area where ferrite is formed. The area marked P in the figure represents perlite. The area marked B in the figure represents bainite. The cooling rate included in area F is the range of cooling rates that can form ferrite. According to the CCT curve of FIG. 2, the austenite-ferrite transition temperature of 560-620° C. is also determined. Regarding the holding time of the austenite-ferrite transition temperature in Embodiment 1, research has determined that a holding time of 0.44 to 35 minutes ensures that the ratio of ferrite phase on the surface of the cast slab reaches 35% or more. obtained in the present invention by
実施形態1:鋼1は、0.08%のC、0.14%のSi、1.69%のMn、0.41%のCr、0.02%のMo、またその他として鉄と不可避の不純物を含む。連続冷却特性によれば、フェライトが形成され得る冷却速度範囲は0.1℃/秒未満である。本実施形態は冷却速度として0.1℃/秒を採用する。この冷却速度では、35%を超える比率のフェライトが鋳造スラブの表面層に形成され得るように、オーステナイト・フェライト転移温度は620℃であって保持時間は11.67分である。このプロセスは矯正点の前に完了する。生産後に、金属顕微鏡による鋳造スラブ標本の観察と計算とにより35%を超えるフェライトが形成されたと判断され得る。 Embodiment 1: Steel 1 contains 0.08% C, 0.14% Si, 1.69% Mn, 0.41% Cr, 0.02% Mo and optionally iron and Contains impurities. According to continuous cooling characteristics, the cooling rate range in which ferrite can be formed is less than 0.1° C./sec. This embodiment employs a cooling rate of 0.1° C./sec. At this cooling rate, the austenite-ferrite transition temperature is 620° C. and the holding time is 11.67 minutes so that a proportion of over 35% ferrite can be formed in the surface layer of the cast slab. This process is completed before the correction point. After production, it can be determined that more than 35% ferrite was formed by observation and calculation of the cast slab specimens with a metallurgical microscope.
実施形態2:鋼2は、0.16%のC、0.07%のSi、1.04%のMn、0.88%のCr、0.02%のTi、またその他として鉄と不可避の不純物を含む。連続冷却特性によれば、フェライトが形成され得る冷却速度範囲は0.1~3℃/秒であり、オーステナイト・フェライト転移温度は0.1℃/秒の冷却速度では750℃、3℃/秒の冷却速度では630℃である。実施形態2では、0.2℃/秒の冷却速度で冷却が行われてから、鋳造スラブの表面層温度が10分にわたって720℃に保たれる。このプロセスは矯正点の前に完了する。生産後に、金属顕微鏡による鋳造スラブ標本の観察と計算とにより35%を超えるフェライトが形成されたと判断され得る。 Embodiment 2: Steel 2 contains 0.16% C, 0.07% Si, 1.04% Mn, 0.88% Cr, 0.02% Ti and optionally iron and Contains impurities. According to continuous cooling characteristics, the cooling rate range in which ferrite can be formed is 0.1-3° C./s, and the austenite-ferrite transition temperature is 750° C. at a cooling rate of 0.1° C./s, 3° C./s. , the cooling rate is 630°C. In Embodiment 2, cooling is performed at a cooling rate of 0.2° C./sec, and then the surface layer temperature of the cast slab is maintained at 720° C. for 10 minutes. This process is completed before the correction point. After production, it can be determined that more than 35% ferrite was formed by observation and calculation of the cast slab specimens with a metallurgical microscope.
実施形態3:鋼3は、0.077%のC、0.09%のSi、1.45%のMn、0.03%のCr、0.01%のMo、またその他として鉄と不可避の不純物を含む。連続冷却特性によれば、フェライトが形成され得る冷却速度範囲は0.1~3℃/秒である。オーステナイト・フェライト転移温度は0.1℃/秒の冷却速度では790℃、3℃/秒の冷却速度では730℃である。実施形態3では、0.3℃/秒の冷却速度で冷却が行われてから、鋳造スラブの表面層温度が7.22分にわたって780℃に保たれる。このプロセスは矯正点の前に完了する。生産後に、金属顕微鏡により観察される鋳造スラブ標本の観察と計算とにより35%を超えるフェライトが形成されたと判断され得る。 Embodiment 3: Steel 3 contains 0.077% C, 0.09% Si, 1.45% Mn, 0.03% Cr, 0.01% Mo and optionally iron and Contains impurities. According to continuous cooling characteristics, the cooling rate range in which ferrite can be formed is 0.1-3° C./sec. The austenite-ferrite transition temperature is 790°C at a cooling rate of 0.1°C/s and 730°C at a cooling rate of 3°C/s. In Embodiment 3, cooling is performed at a cooling rate of 0.3° C./sec and then the surface layer temperature of the cast slab is held at 780° C. for 7.22 minutes. This process is completed before the correction point. After production, it can be determined that more than 35% ferrite was formed by observation and calculation of cast slab specimens viewed with a metallurgical microscope.
実施形態4:鋼4は、0.09%のC、0.17%のSi、0.83%のMn、0.02%のCr、またその他として鉄と不可避の不純物を含む。連続冷却特性によれば、フェライトが形成され得る冷却速度範囲は0.1~3℃/秒である。オーステナイト・フェライト転移温度は0.1℃/秒の冷却速度では830℃、3℃/秒の冷却速度では780℃である。実施形態4では、0.5℃/秒の冷却速度で冷却が行われてから、鋳造スラブの表面層温度が5.67分にわたって820℃に保たれる。このプロセスは矯正点の前に完了する。生産後に、鋳造スラブ標本の観察と計算とにより35%を超えるフェライトが形成されたと判断され得る。 Embodiment 4: Steel 4 contains 0.09% C, 0.17% Si, 0.83% Mn, 0.02% Cr, as well as iron and unavoidable impurities. According to continuous cooling characteristics, the cooling rate range in which ferrite can be formed is 0.1-3° C./sec. The austenite-ferrite transition temperature is 830° C. at a cooling rate of 0.1° C./s and 780° C. at a cooling rate of 3° C./s. In Embodiment 4, cooling is performed at a cooling rate of 0.5° C./sec and then the surface layer temperature of the cast slab is held at 820° C. for 5.67 minutes. This process is completed before the correction point. After production, it can be determined that over 35% ferrite was formed by observation and calculation of cast slab specimens.
比較例1:比較例1の鋼は、0.077%のC、0.09%のSi、1.45%のMn、0.03%のCr、0.01%のMo、またその他として鉄と不可避の不純物を含む。鋳造は従来のプロセスにより実施される。鋳型を出た後に鋳造スラブが冷却される。鋳型の出口での鋳造スラブの表面温度は1200℃である。鋳造スラブの表面温度は、湾曲部で二次冷却水により徐々に低下し、鋳造スラブが矯正点に入る時に750℃に達する。その瞬間、鋳造スラブの表面の構造では、図1Aに示されているようにオーステナイト粒子境界でフェライトが析出する。矯正ゆえに鋳造スラブの表面には引張応力が発生して、オーステナイト粒子境界でフェライトが析出する位置に亀裂が形成される。 Comparative Example 1: The steel of Comparative Example 1 contains 0.077% C, 0.09% Si, 1.45% Mn, 0.03% Cr, 0.01% Mo and, among other things, iron and inevitable impurities. Casting is carried out by conventional processes. The cast slab is cooled after exiting the mold. The surface temperature of the cast slab at the exit of the mold is 1200°C. The surface temperature of the cast slab is gradually lowered by the secondary cooling water at the bend and reaches 750°C when the cast slab enters the straightening point. At that moment, the surface structure of the cast slab precipitates ferrite at the austenite grain boundaries as shown in FIG. 1A. Due to the straightening, tensile stress is generated on the surface of the cast slab, and cracks are formed at the locations where ferrite precipitates at the austenite grain boundaries.
上では四つの鋼種についての冷却速度と相転移温度と時間との組み合わせのみが挙げられているが、他の種類の鋼の他のプロセスパラメータの組み合わせが除外されるわけではない。 Although only combinations of cooling rates, phase transition temperatures and times for four steel grades are listed above, combinations of other process parameters for other steel grades are not excluded.
図1A及び1Bは、比較例1及び実施形態3における鋼の鋳造スラブが矯正点を通過した後の冷却後の鋳造スラブを示し、鋳造スラブの表面の微細構造の百分率が測定される。比較例1での鋳造スラブの表面の微細構造が主にオーステナイトであってフェライトの含有量がわずか8%であることが図から分かる。それゆえ、フェライトでは応力集中が容易に生じ、外力の作用を受けて亀裂を形成する。実施形態3で、鋳造スラブは0.3℃/秒の冷却速度で780℃に保たれ、7.22分にわたって保持される。鋳造スラブが矯正点に入る時には、フェライトの95%が鋳造スラブの表面に形成される。このような構造では外力による応力集中は発生せず、フェライトは良好な可塑性を有するので、亀裂は形成されない。 1A and 1B show the cast slabs after cooling after the cast slabs of steel in Comparative Example 1 and Embodiment 3 have passed the correction point, and the percentage of surface microstructure of the cast slabs is measured. It can be seen from the figure that the surface microstructure of the cast slab in Comparative Example 1 is predominantly austenitic with a ferrite content of only 8%. Therefore, stress concentration occurs easily in ferrite, and cracks are formed under the action of external force. In embodiment 3, the cast slab is held at 780°C with a cooling rate of 0.3°C/sec and held for 7.22 minutes. When the cast slab enters the correction point, 95% of the ferrite forms on the surface of the cast slab. In such a structure, stress concentrations due to external forces do not occur, and since ferrite has good plasticity, cracks do not form.
言うまでもなく、上の実施形態は本発明を例示するのに使用されているに過ぎず、本発明を限定していないことを当業者は認識するはずである。本発明の本質的な趣旨の範囲内で上記の実施形態に加えられる変更及び変形は全て、本発明の請求項の範囲に包含されるものとする。 Of course, those skilled in the art should recognize that the above embodiments are only used to illustrate the invention and do not limit the invention. All modifications and variations made to the above-described embodiments within the scope of the essential spirit of the present invention shall be included in the scope of the claims of the present invention.
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