JP2530522B2 - 連続鋳造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続鋳造鋳片の厚み中心
部に見られる不純物元素、即ち鋼鋳片の場合には硫黄、
燐、マンガン等の偏析を防止し、均質な金属を得ること
のできる連続鋳造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、海洋構造物、貯槽、石油およびガ
ス運搬用鋼管、高張力線材などの材質特性に対する要求
は厳しさを増しており、均質な鋼材を提供することが重
要課題となっている。元来鋼材は、断面内において均質
であるべきものであるが、鋼は一般に硫黄、燐、マンガ
ン等の不純物元素を含有しており、これらが鋳造過程に
おいて偏析し、部分的に濃化するため鋼が脆弱となる。
特に近年、生産性や歩留向上および省エネルギー等の目
的のために連続鋳造法が一般に普及しているが、連続鋳
造により得られる鋳片の厚み中心部近傍には、通常顕著
な成分偏析が観察される。

【０００３】上記した成分偏析は最終成品の均質性を著
しく損ない、製品の使用過程や線材の線引き工程等で鋼
に作用する応力により亀裂が発生するなど重大欠陥の原
因になるため、その低減が切望されている。かかる成分
偏析は凝固末期に残溶鋼が凝固収縮等により流動し、固
液界面近傍の濃化溶鋼を洗いだし、残溶鋼が累進的に濃
化していくために発生すると考えられている。従って成
分偏析を防止するには、残溶鋼の流動原因を取り除くこ
とが肝要である。

【０００４】このような流動原因としては、凝固収縮に
起因する流動のほか、ロール間の鋳片バルジングやロー
ルアライメント不整に起因する流動等があるが、これら
のうち最も重大な原因は凝固収縮であり、偏析を防止す
るには、これを補償する量だけ鋳片を圧下することが必
要である。鋳片を圧下することにより偏析を改善する試
みは従来より行われており、連続鋳造工程において鋳片
中心部温度が液相線温度から固相線温度に至るまでの
間、鋳片の凝固収縮を補償する量以上の一定割合で圧下
する方法が知られている。

【０００５】しかしながら、従来の連続鋳造方法は、条
件によっては偏析改善効果が殆ど認められなかったり、
場合によっては、偏析がかえって悪化する等の問題があ
り、成分偏析を充分に改善することは困難であった。本
発明者等はかかる従来法の問題の発生原因について種々
調査した結果、従来法の偏析改善効果が認められなかっ
たり、あるいは偏析がかえって悪化することがおこるの
は基本的に圧下すべき凝固時期とその範囲が不適正であ
ることを突き止めた。

【０００６】これらの知見に基づき、本発明者等は、先
に特開昭６２−２７５５５６号公報において、鋳片の中
心部が固相率０．１ないし０．３に相当する温度となる
時点から流動限界固相率に相当する温度となる時点まで
の領域を単位時間当り０．５ｍｍ／分以上２．５ｍｍ／
分未満の割合で連続的に圧下し、鋳片中心部が流動限界
固相率に相当する温度となる時点から固相線温度となる
までの領域は実質的に圧下を加えないようにした連続鋳
造方法を提案した。なお流動限界固相率とは溶鋼が流動
し得る上限の固相率であって、その値は０．７程度であ
る。

【０００７】さらに本発明者等は、数多くの実験を推進
することにより、先に特願平１−１２０２９５号におい
て提示したごとく、濃化溶鋼が激しく鋳片の中心部に集
積し、凝固収縮流動の中心偏析におよぼす影響が大きい
凝固時期が存在し、この濃化溶鋼の集積時期の流動を防
止することが最も偏析改善効果が大きく、この偏析にお
よぼす影響が大きい凝固時期は凝固組織によって異なる
ことを知見した。

【０００８】これらの知見に基づき、偏析をさらに改善
する方法について研究した結果、特願平２−７８９４０
号に示したごとく、凝固末期に少なくとも１対のロール
により鋳片を圧下しつつ引き抜く溶融金属の連続鋳造法
において、鋳片断面の上半部で、等軸晶が占める鋳片厚
み方向の長さ割合で定義した上面等軸晶率（以下上面等
軸晶率と略称する）が５％未満の場合、鋳片中心部の温
度が固相率０．２５、好ましくは０．３５に相当する位
置から流動限界固相率に相当する位置までの凝固時期範
囲の任意の位置、好ましくは該凝固時期範囲内の上流側
に少なくとも１対のロールを設置し、該凝固時期範囲内
の全凝固収縮量を補償する量を圧下し、また上面等軸晶
率が５％以上の場合、鋳片中心部の温度が固相率０．
１、好ましくは０．１５に相当する位置から流動限界固
相率に相当する位置までの凝固時期範囲の任意の位置、
好ましくは該凝固時期範囲内の上流側に少なくとも１対
のロールを設置し、該凝固時期範囲内の全凝固収縮量を
補償する量を圧下することを特徴とする簡便で効率的な
軽圧下法を提供するに至った。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した特願
平２−７８９４０号の方法により、鋳造速度を増大し生
産量を確保しようとした場合、図１に示すごとく鋳造速
度の増大に伴い偏析の悪化が認められ、増速しても偏析
を低位に安定させることが可能な軽圧下法の開発が課題
となる。また本願と同日に出願した特許出願明細書に示
すごとく、異鋼種継目等で鋳造速度が減速、停止した場
合、偏析が悪化する鋳片が認められ、鋳造速度が減速、
停止しても偏析が悪化する鋳片の長さをできるだけ短く
することが可能な軽圧下法の開発が課題となる。

【００１０】本発明者等はかかる問題を解決するため圧
下パターンを種々変更し、最適な軽圧下方法を研究した
結果、鋳造速度を増速しても偏析を低位に安定させるこ
とが可能で、偏析が良好となる鋳造速度範囲が広く、か
つ異鋼種継目等で鋳造速度が減速、停止した場合の偏析
が悪化する鋳片長さを短くすることが可能な連続鋳造法
を提供するに至った。

【００１１】本発明の要旨とするところは下記のとおり
である。 （１） 凝固末期に少なくとも１対のロールにより鋳片
を圧下しつつ引き抜く溶融金属の連続鋳造法において、
上面等軸晶率が５％未満の場合、鋳片中心部の温度が固
相率０．２５に相当する鋳片位置から流動限界固相率に
相当する鋳片位置までの間の任意の位置に、少なくとも
１対のロールを設置し、全圧下量が４〜２０ｍｍとなる
ように圧下し、かつ鋳片中心部の温度が固相率０．０５
に相当する鋳片位置から同じく固相率０．２５に相当す
る鋳片位置を、鋳片単位長さ当たりの圧下勾配が０．２
〜３ｍｍ／ｍとなるように圧下することを特徴とする連
続鋳造法。

【００１２】（２） 少なくとも１対のロールを設置し
て、全圧下量が４〜２０ｍｍとなるように圧下する鋳片
位置が、鋳片中心部の温度が固相率０．２５に相当する
鋳片位置から同じく固相率０．６に相当する鋳片位置で
あることを特徴とする前項１記載の連続鋳造法。 （３） 鋳造速度が最も速い条件に合わせて圧下条件を
設定することを特徴とする前項１または２記載の連続鋳
造法。

【００１３】以下本発明をさらに詳述する。本発明者等
は上記課題を解決するため、柱状晶凝固の場合につい
て、凝固時期の圧下量を種々変更した試験をおこない、
偏析改善効果が良好な圧下方法をさらに研究した結果、
図２に示すごとく、特願平２−７８９４０号で示した圧
下領域Ａに加え、連鋳機においてＡより上流側に位置し
た中心固相率がＡより小さい領域Ｂの鋳片を圧下するこ
とにより、図３に示すごとく鋳造速度を増大しても偏析
が良好となることを知見し、本発明をなしとげた。

【００１４】すなわち鋳片の上面等軸晶率が５％未満の
場合、設定鋳造速度における鋳片の圧下凝固時期を鋳片
中心部の温度が固相率０．２５〜０．６に相当する領域
を領域Ａとして、濃化溶鋼が最も集積する凝固時期の流
動を領域Ａの全圧下量が１６〜２０ｍｍとなるよう圧下
することにより防止し、かつ鋳片の凝固時期が鋳片中心
部の温度が固相率０．０５〜０．２５に相当する領域を
領域Ｂとして、領域Ｂの圧下勾配を１ｍｍ／ｍｉｎとな
るように圧下することにより、凝固組織の中で局部的に
通液抵抗が小さくなり、濃化溶鋼が集積する際に、濃化
溶鋼流動の通路となり、中心部への濃化溶鋼の集積を増
大させるデンドライト樹間の凝固組織の不整合な部位の
発生を防止して偏析が悪化せず低位に安定することを知
見し本発明をなしとげた。さらに偏析が良好となる圧下
条件について研究を進めた結果、偏析が良好となる圧下
条件は図４に示すごとく、領域Ｂの圧下勾配が０．２〜
３ｍｍ／ｍで領域Ａの全圧下量が４〜２０ｍｍの範囲に
あることを知見した。すなわち領域Ｂの圧下勾配を０．
２〜３ｍｍ／ｍにすることにより、濃化溶鋼の流動の通
路であるＶ偏析の芽となる凝固組織の不整合な箇所の発
生を防止することが可能であり、領域Ａの全圧下量を４
〜２０ｍｍとすることによって、濃化溶鋼の集積が激し
い凝固時期の流動を防止することが可能となり、偏析が
防止できる。なお、鋳片の凝固収縮による流動を防止す
るには凝固収縮を補償する固液界面の移動が必要であ
る。通常鋳片を圧下した場合の圧下量は表面圧下量を意
味する。鋳片の表面圧下量のうち固液界面に伝達する割
合を圧下効率と定義すると、圧下効率は鋳片の大きさに
より差があり、鋳片断面が小さい方が圧下効率は小さく
なり、鋳片の大きさが小さくなっても、実際に流動を防
止するに必要な全圧下量は鋳片サイズの影響をあまり受
けない。また圧下勾配は鋳片の単位長さ当たりの圧下量
で、通常ロール間隔の単位長さ当たりの絞り込み量で設
定する。なお、圧下量はロール間隔を次第に狭めた、
圧下勾配による方法と圧下力によって、圧下量を制御
する方法があるが、領域Ｂの圧下勾配は低固相率領域の
圧下で、かつ、この領域の圧下量の変動が偏析のバラツ
キに及ぼす影響が大きいことから前述のの圧下勾配で
設定するのが好ましく、領域Ａの圧下量は前記、の
いずれでもかまわない。

【００１５】一方、軽圧下において１ロールの圧下量が
過大な場合、内部ワレの発生が認められ、軽圧下技術に
おいては内部ワレが発生しないように圧下することが不
可欠である。従って、領域Ｂの圧下勾配と領域Ａの各ロ
ールの圧下量は内部ワレが発生しない範囲で決定し、か
つ領域Ｂの圧下勾配と領域Ａの全圧下量は図４の条件を
満たすように圧下することにより、偏析が良好でかつ内
部ワレのない鋳片を得ることが可能になる。

【００１６】本発明の圧下パターンを最も鋳造速度が早
い場合に合わせてセットして、すなわち鋳片中心部の温
度が固相率０．２５に相当する位置の直後から圧下ロー
ルを設けて全圧下量を４〜２０ｍｍとなるよう圧下し、
かつ鋳片中心部の温度が固相率０．０５に相当する鋳片
位置から同じく固相率０．２５に相当する鋳片位置まで
のロール間隔の絞り込み量（圧下勾配）を０．２〜３ｍ
ｍ／ｍとなるよう設定して、偏析に及ぼす鋳造速度の影
響を調査した結果を図５に示す。偏析におよぼす鋳造速
度の影響はＵ字型を呈しており、偏析は鋳造速度が遅す
ぎても速過ぎても悪化する。その理由は鋳造速度の変動
で、圧下する鋳片の固相率が変化するためで、鋳造速度
が遅くなった場合、圧下する鋳片中心部の固相率が高固
相率側にシフトし、鋳造速度が速くなった場合、圧下す
る鋳片中心部の固相率が低固相率側にシフトすることに
よる。本発明の圧下パターンを生産能力上必要な最も高
速側でセットしておけば、鋳造速度を減速せざるを得な
い場合も偏析が良好となり、偏析が良好となる鋳造速度
範囲が広くなる。

【００１７】すなわち、本発明の圧下パターンを操業に
おいて必要な最も高速の場合に合わせてセットしておけ
ば、転炉、２次精錬等とのマッチングのため、通常より
減速した速度で鋳造した場合も偏析が低位に安定した鋳
片が得られる。また異鋼種継目のごとく鋳造速度を減
速、停止せざるを得ない場合、偏析が悪化する鋳片の長
さを短くすることが可能となる。

【００１８】なお、鋳片の凝固時期は中心固相率、シェ
ル厚、未凝固厚あるいは未凝固率で定量化することが可
能であるが、ここでは特願平２−７８９４０号に示した
ごとく、偏析の発生に最も影響をおよぼすと考えられる
中心部の通液抵抗の増加と関係があると考えられる中心
固相率で定量化した。中心固相率は１）式に示すごと
く、鋳片中心部の温度の関数として算出し、中心部に存
在する固相の割合である。鋳片中心部の温度は冷却条件
や鋳造速度等の操業条件に基づき伝熱計算によりあらか
じめ計算するか、または鋳造中に冷却や鋳造速度等の条
件に基づき計算する。この中心固相率は鋳造速度、冷却
条件、鋳片サイズ、鋼種が決まれば、特願平１−１２１
４８７号に示すごとく凝固時間の関数であり、同じく凝
固時間の関数であるシェル厚、未凝固厚、未凝固率に容
易に換算することができる。

【００１９】 鋳片の中心固相率＝（Ｔｌ−Ｔ）／（Ｔｌ−Ｔｓ） １） Ｔｌ：溶鋼の液相線温度（℃） Ｔｓ：溶鋼の固相線温度（℃） Ｔ ：鋳片の中心部温度（℃） 次に本発明を実施例により説明する。

【００２０】

【実施例】実施例１ 試験を実施した連鋳機の概略を図６に示し、鋳造した溶
鋼組成の代表例を表１に示す。鋳造速度０．７m/min に
おいて、鋳片の中心固相率が０．０５〜０．２５の圧下
勾配を１mm/m、中心固相率が０．２５〜０．６の全圧下
量を１６mm（圧下勾配１．８mm/m）として得られた鋳片
の偏析と鋳造速度の関係を従来法と比較して図５に示
す。本発明の方法によれば、偏析が良好となる鋳造速度
範囲が従来法より広くなり、鋳造速度を増速した場合も
偏析悪化を防止することが可能で、また鋳造速度を低速
にした場合においても偏析が従来法より良好となり、偏
析が良好となる鋳造速度範囲を拡大できることが証明さ
れた。

【００２１】

【表１】

【００２２】実施例２ 試験を実施した連鋳機、溶鋼組成、設定圧下勾配は実施
例１と同じである。図７に異鋼種継目のため鋳造速度を
減速、停止した非定常部鋳片の偏析を、本発明と従来法
を比較して示す。本発明により、鋳造速度を減速、停止
することにより軽圧下条件が不適正となって、偏析が悪
化する鋳片の長さを短くできることが証明された。

【００２３】

【発明の効果】本発明により生産量を増大するため鋳造
速度を増大した場合においても、偏析が良好な鋳片を得
ることが可能となり、また製鋼工場における転炉、２次
精錬炉等とのマッチング不良が原因で鋳造速度を減速し
て鋳造せざるをえない場合も偏析が低位に安定した鋳片
を得ることが可能となる。また異鋼種継目作業等により
鋳造速度の減速、停止が発生した場合も、偏析が悪化す
る鋳片の長さを短くすることが可能となる。以上本発明
により従来より生産性および操業性が良好で、かつ偏析
のない均質な鋼材を得ることが可能な、連続鋳造法が提
供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は従来法において鋳造速度増速に伴う偏析
の悪化実態を示す図である。

【図２】図２は圧下帯上流に圧下勾配を加える考え方を
示す図である。

【図３】図３は本発明の偏析改善効果を示す図である。

【図４】図４は偏析が良好となる領域Ｂの圧下勾配と領
域Ａの全圧下量を示す図である。

【図５】図５は本発明を適用した場合の偏析におよぼす
鋳造速度の影響を示す図である。

【図６】図６は連鋳機の概略を示す図である。

【図７】図７は本発明の非定常部鋳片偏析改善効果（実
施例１の場合）を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土田 英典 千葉県君津市君津１番地 新日本製鐵株 式会社 君津製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭62−158555（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凝固末期に少なくとも１対のロールによ
   り鋳片を圧下しつつ引き抜く溶融金属の連続鋳造法にお
   いて、上面等軸晶率が５％未満の場合、鋳片中心部の温
   度が固相率０．２５に相当する鋳片位置から流動限界固
   相率に相当する鋳片位置までの間の任意の位置に、少な
   くとも１対のロールを設置し、全圧下量が４〜２０ｍｍ
   となるように圧下し、かつ鋳片中心部の温度が固相率
   ０．０５に相当する鋳片位置から同じく固相率０．２５
   に相当する鋳片位置を、鋳片単位長さ当たりの圧下勾配
   が０．２〜３ｍｍ／ｍとなるように圧下することを特徴
   とする連続鋳造法。
2. 【請求項２】 少なくとも１対のロールを設置して、全
   圧下量が４〜２０ｍｍとなるように圧下する鋳片位置
   が、鋳片中心部の温度が固相率０．２５に相当する鋳片
   位置から同じく固相率０．６に相当する鋳片位置である
   ことを特徴とする請求項１記載の連続鋳造法。
3. 【請求項３】 鋳造速度が最も速い条件に合わせて圧下
   条件を設定することを特徴とする請求項１または２記載
   の連続鋳造法。