JP2531156B2 - シリコンを含有する鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、４乃至７重量％のシリコン（Si）を含有
し、熱間脆化しやすく圧延しにくい高Si鋼を湾曲型連続
鋳造機で連続鋳造する方法に関する。

［従来の技術］ Si含有量が４乃至７重量％（以下、単に％と略す）
で、炭素（Ｃ）含有量が低い低Ｃ高Si鋼は、凝固過程で
粗大結晶粒を形成しやすい。このため、この鋼種は、熱
間で脆化し、連続鋳造時の微小の外的付加歪（熱応力、
バルジング応力又は矯正力等による歪）により、鋳片の
表面及び内部に粒界割れが発生しやすい。このような割
れが著しい場合には、鋳片がブレークアウトを起こした
り、破断する等の重大事故が発生する危険性もある。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであっ
て、熱間脆化しやすく圧延しにくい高Si鋼を湾曲型連続
鋳造機にて安定して製造することができ、また、この鋳
片を加熱炉にいわゆる熱間装入することができると共
に、加熱炉を経由しないで熱間圧延するいわゆる直接熱
間圧延をも可能ならしめるシリコンを含有する鋼の連続
鋳造方法を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係るシリコンを含有する鋼の連続鋳造方法
は、４乃至７重量％のシリコンを含有する鋼を湾曲型連
続鋳造機で連続鋳造する方法において、連続鋳造機の湾
曲部にて鋳片の表面温度を600乃至1100℃の範囲に保持
し、鋳片の矯正部にて鋳片の表面温度を750乃至1000℃
の範囲に保持し、次いで鋳片を復熱させてその表面温度
を1200℃以下の温度まで上昇させ、鋳片の切断後、鋳片
の表面温度を600℃以上に保持しつつ加熱炉に搬送して
これに装入することを特徴とする。

［作用］ 本願発明者等は、高Si鋼を湾曲型連続鋳造機にて鋳造
する際の鋳片の温度履歴を適切に選択することにより、
表面割れ及び内部割れがない鋳片を製造することができ
るとの認識に立ち、種々実験研究を重ねて、鋳片の冷却
速度と結晶粒径との関係、微小歪が付加されたときの粒
界割れ発生条件と鋳片の温度との関係、及び鋳片の変形
抵抗の温度依存性等を求めた。その結果、特許請求の範
囲にて規定した温度パターンで鋳造することにより、従
来製造不可能であった湾曲型連続鋳造機による高Si鋼の
連続鋳造が可能になり、表面庇（粒界割れ）及び内部割
れがない健全な鋳片を熱間圧延機の加熱炉にいわゆる熱
間装入することができることを見出した。

［実施例］ 以下、添附の図面を参照してこの発明の実施例につい
て説明する。第１図は横軸に凝固時の平均冷却速度と高
温引張試験温度をとり、縦軸に結晶粒径をとって、冷却
速度と結晶粒径との関係及び結晶粒径と割れが発生する
境界温度との関係を示すグラフ図である。このデータ
は、厚さが150乃至300mmの鋳片について、小型実験炉で
溶解凝固試験を実施し、更に、凝固後の鋳片から引張り
試験片を採取して高温引張り試験を実施して得たもので
ある。第２図は高Si鋼連続鋳造鋳片のフェライト結晶粒
分布を示す模式的鋳片断面図である。高Si鋼において
は、凝固時にフェライト結晶粒が形成されるが、鋳塊の
表面１は冷却速度が早くチル晶組織になっている。この
鋳片の内部２は、表面１から軸心部３に向けて延びた柱
状晶組織になっており、軸心部３には、等軸晶が形成さ
れている。このように、結晶粒径は鋳片の表面に沿う方
向についての粒径（短径）と、鋳片表面に垂直方向につ
いての粒径（長径）とがある。第１図において、左図の
実線はこの長径についてその粒径と平均冷却速度との関
係を示したものであり、破線は短径についてその粒径と
平均冷却速度との関係を示すものである。この第１図か
ら明らかなように、長径の粒径と平均冷却速度との間に
は、強い相関関係が存在する。

第１図の右図は、この凝固して得られた鋳片から採取
した引張り試験片について、単純加熱引張り条件で、歪
速度が10^-3／秒、歪量が10％の定歪付加試験を実施し、
試験後、試験片を顕微鏡観察して粒界割れの発生状況を
調査した結果を示す。この図において、実線は粒界割れ
が発生する限界を示し、同一結晶粒径であれば、試験温
度がこの実線より低い場合に、また、同一試験温度であ
れば、結晶粒径がこの実線より大きい場合に、粒界割れ
が発生する。つまり、図中、斜線領域であれば、粒界割
れが発生しない。

第１図の左図中、Ａ点は鋳片の軸心部近傍における冷
却速度に対応する位置の結晶粒径を示し、Ｂ点は鋳片の
表面１における冷却速度に対応する位置の結晶粒径を示
す。従って、このＡ点及びＢ点における割れ発生限界温
度は第１図の右図におけるａ点及びｂ点である。このａ
点及びｂ点は、夫々、1100℃及び600℃に対応する。従
って、粒界割れを防止するためには、連続鋳造機の鋳片
凝固冷却過程において、鋳片の表面温度を600℃以上に
保持し、鋳片の軸心部温度を1100℃以上に保持すること
が必要であることがわかる。

一方、高Si鋼の高温酸化試験によれば、鋳片の温度が
1200℃を超えると、スケールが溶融し、鋳片の表面に結
晶粒界浸潤が生じ、粒界割れが促進される。このため、
鋳片の表面温度は1200℃以下に保持することが必要であ
る。

第３図は、平均変形抵抗と、引張り試験温度との関係
を示すグラフ図である。このグラフは、高Si鋼、オース
テナイト系ステンレス鋼及び普通鋼について、高温で低
速引張り試験を実施し、得られた応力−歪曲線から平均
変形抵抗を求め、この変形抵抗を引張り温度（試験温
度）に対して図示したものである。この図から明らかな
ように、高Si鋼は、普通鋼及びステンレス鋼に比して、
1100℃を超えると変形しやすく、鋳造過程でバルジング
が発生しやすいことがわかる。つまり、湾曲型連続鋳造
機においては、凝固殻の厚さが薄い二次冷却帯上部で
は、ロール間で鋳片が脹らみ、バルジング変形しやす
い。特に、高Si鋼は、前述の如く、高温領域で他の鋼種
よりも変形抵抗が低くなり、熱間変形しやすい。このた
め、高Si鋼は高温で鋳片表面及び凝固界面に過大な歪が
繰返し印加される。このような鋳造過程での歪により、
鋳片に粒界割れ及び内部割れが発生する。ところで、普
通鋼及びステンレス鋼については、湾曲型連続鋳造機に
より連続鋳造しても、粒界割れ及び内部割れは発生しな
い。従って、鋳片の温度を高Si鋼が普通鋼の変形抵抗よ
り低くなる温度（1100℃）以下に保持すれば、高Si鋼の
鋳片にも割れが発生しないと考えられる。このため、連
続鋳造機のロール帯（湾曲部及び矯正帯部）で、鋳片の
表面温度を1100℃以下に保持する。なお、連続鋳造機の
矯正帯部では、前述のロール間バルジングの他に、矯正
による歪が印加される。つまり、矯正帯部では、粒界割
れ及び凝固内部割れが発生しやすくなるので、矯正帯で
の鋳片の表面温度は湾曲部での表面温度より100℃低く
する。従って、矯正帯部では、鋳片の表面温度は1000℃
以下である。一方、鋳片の温度が低下すると、第３図か
ら明らかなように、高Si鋼の変形抵抗は急激に上昇す
る。このため、鋳片が矯正帯部で円滑に矯正変形され
ず、ロールの折損が生じるおそれがあると共に、鋳片の
局所的変形による過大歪で、同様に粒界割れ及び内部割
れが発生しやすくなる。このような不都合は、高Si鋼の
変形抵抗がオーステナイト鋼の変形抵抗より大きい750
℃未満の温度範囲を避けることにより解消されると考え
られる。このため、矯正帯部での鋳片の表面温度を750
℃以上に保持する。

以上の理由により、この発明においては、鋳片の表面
温度を、連続鋳造機の湾曲部にて600乃至1100℃、矯正
帯部で750乃至1000℃の範囲内に保持する。

鋳片が、矯正帯部を出て水平軌道に移った後は、凝固
殻の厚さがバルジングの防止上、十分な厚さになってい
るので、鋳片の温度の微妙な制御は不要である。この水
平部においては、鋳片を後工程の加熱炉に可及的に高温
の状態で装入するために、鋳片を積極的に保熱又は断熱
する。これにより、湾曲部及び矯正帯部で、水冷により
過冷却されていた鋳片の表面が、鋳片内部の溶鋼の潜熱
で復熱し、鋳片の温度が均一化する。この鋳片の保熱手
段としては、ロール間の鋳片の表面を外界から断熱する
か、又は断熱ロールを使用する等の手段がある。

一方、高Si鋼の高温酸化試験によれば、鋳片の温度が
1200℃を超えると、スケールが溶融し、鋳片の表面に結
晶粒界浸潤が生じ、粒界割れが促進される。このため、
鋳片の表面温度は1200℃以下に保持することが必要であ
る。従って、この鋳片の断熱過程においては、鋳片の表
面温度が1200℃を超えないように断熱の程度を考慮する
必要がある。

次いで、鋳片が完全に凝固した後、鋳片を切断し、鋳
片を加熱炉まで搬送して高温の状態で熱間装入する。こ
の場合に、鋳片の表面温度が600℃より低下しないよう
に、鋳片を保熱又は断熱し、切断後可及的速やかに（例
えば、120秒以内に）鋳片を加熱炉に装入する。鋳片の
表面温度を600℃以上に保持すれば、熱歪等による表面
の粒界割れを防止することができ、高品質の鋳片を製造
することができると共に、エネルギー上も有利である。

第４図は、この発明の実施例に係る連続鋳造方法によ
る表面温度パターンを、その比較例と共に示す図であ
る。第５図に示すように、取鍋10からタンディッシュ11
に溶鋼が注入され、タンディッシュ11内を通流した溶鋼
は鋳型12内に鋳込まれる。鋳型12及び後続のロール帯
（湾曲部及び矯正部）13における水冷却により冷却され
た溶鋼は、矯正部を経て水平帯で完全凝固し、切断機14
により所定長に切断される。この鋳片９は、搬送ライン
15上を保温されつつ、加熱炉16まで搬送される。

第４図の各曲線は、第５図に示す装置により連続鋳造
した場合の表面温度パターンであり、実線は、この発明
にて規定された温度範囲に入る表面温度パターンで推移
した場合のもの、破線及び一点鎖線は、その温度範囲か
ら外れるパターンで推移した場合のものである。この鋼
種は、いずれも、6.5％Si鋼であり、引抜き速度は1.8m/
分、鋳片の断面サイズは220mm×900mm、ロール帯におけ
る二次冷却水量は鋳片の1kg当たり0.3乃至1.6l、連続鋳
造機の曲率半径は10.5m、機長は34mである。比較例１
は、矯正帯まで強冷却したので、湾曲部で表面温度が56
0℃、連続鋳造機の出口（切断機の配設位置）で980℃で
あった。また、比較例２は、矯正帯まで弱冷却であった
ので、表面温度が湾曲部で1125℃、連続鋳造機の出口で
1210℃であった。これに対し、実施例の場合には、矯正
部で900℃、機出口で1160℃であった。

このような温度パターンで鋳造された鋳片の割れの発
生の有無を検査した結果、下記第１表に示す結果が得ら
れた。

この発明の実施例により鋳造された鋳片は、粒界割れ及
び内部割れのいずれも検出されず、無手入れ圧延が可能
であったのに対し、比較例１及び比較例２の場合には、
粒界割れ又は内部割れが発生し、表面手入れ等が必要で
あった。

［発明の効果］ この発明によれば、粒界割れ及び内部凝固割れのいず
れも回避された鋳片を製造することができる。このた
め、鋳片を無手入れで、加熱炉に熱間装入することがで
き、加熱エネルギ源単位を低減することができる。ま
た、連続鋳造機と圧延機との設計条件によれば、鋳片を
再加熱することなく、直接圧延することも可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は結晶粒径と平均冷却速度との関係及び割れ発生
条件を規定する結晶粒径と温度との関係を示すグラフ
図、第２図はフェライト結晶分布を示す模式的鋳片断面
図、第３図は変形抵抗と温度との関係を示すグラフ図、
第４図はこの発明の実施例により鋳造した場合の表面温
度パターンを比較例と共に示すグラフ図、第５図は連続
鋳造機の模式図である。 1;表面、2;内部、3;軸心部、12;鋳型、13;ロール帯、1
4;切断機、15;搬送ライン、16;加熱炉

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】４乃至７重量％のシリコンを含有する鋼を
   湾曲型連続鋳造機で連続鋳造する方法において、連続鋳
   造機の湾曲部にて鋳片の表面温度を600乃至1100℃の範
   囲に保持し、鋳片の矯正部にて鋳片の表面温度を750乃
   至1000℃の範囲に保持し、次いで鋳片を復熱させてその
   表面温度を1200℃以下の温度まで上昇させ、鋳片の切断
   後、鋳片の表面温度を600℃以上に保持しつつ加熱炉に
   搬送してこれに装入することを特徴とするシリコンを含
   有する鋼の連続鋳造方法。