JP2593367B2 - 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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】この成分偏析は、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。

【０００６】 かかる成分偏析は凝固末期の残溶鋼の凝
固収縮力等により流動し、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、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と考えられてき
た。

【０００７】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、これを保証する量だけ鋳片を圧下することが必
要である。

【０００８】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保証する量以上の一定割合で圧下
する方法が知られている。

【０００９】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。

【００１０】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
ことが起こるのは、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。

【００１１】これらの知見に基づき本発明者は、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。

【００１２】さらに本発明者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す
る凝固時期が存在し、この濃化溶鋼の集積時期の流動を
防止することが偏析改善にとって最も重要であり、また
濃化溶鋼の集積量が特に多い凝固時期は凝固組織によっ
て異なることを知見した。

【００１３】この結果に基づき偏析をさらに改善する軽
圧下法について研究した結果、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、好ましくは０．３
５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、圧
下範囲を小さくすることが可能な簡便で効率的な軽圧下
法を提案するに至った。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら連続鋳造
作業においては、鍋交換，最トップ処理あるいは突発的
なトラブルに起因した鋳造速度の減速，停止等が頻繁に
発生するため、鋳片が圧下帯に到達するのが遅れたり、
圧下帯内で鋳造速度が減速あるいは停止した非定常鋳片
の発生をゼロにすることは非常に難しく、これら非定常
部鋳片の偏析は定常部と比べ悪化が認められる。

【００１５】このような鋳造速度の変動により、軽圧下
の偏析改善効果が不充分な鋳片を含む線材のトラブルを
防止するためには、偏析が最も悪い非定常部鋳片の偏析
成分も充分拡散できるよう分塊加熱条件を高温、長時間
にする必要があり、偏析が良好な定常部鋳片に対しては
オーバーアクションとなる。

【００１６】また高温加熱においては、加熱炉における
鉄ロスおよび脱炭層の発生などの歩留の低下と、作業性
が悪化するなど問題が発生する。このような問題点を改
善するためには、定常部鋳片のさらなる偏析改善と同時
に、非定常部の偏析悪化鋳片を分離し鋳片の偏析レベル
に応じた分塊加熱条件を選択するのが解決すべき重要課
題である。

【００１７】 本発明者等はこれら偏析悪化鋳片の分離
選択方法として、当該鋳片が凝固する間の特定な凝固時
期範囲の平均鋳造速度と、当該鋳片の圧下開始凝固時期
により軽圧下による偏析改善効果が不充分な非定常部鋳
片を分離選択し、分塊加熱条件を選択する連続鋳造法を
先に提案した。

【００１８】 本発明者らは軽圧下法についてさらに研
究した結果、圧下開始凝固時期が遅れたことが原因で発
生する偏析の悪化は、軽圧下条件のさらなる適性化によ
り改善することが可能であり、このような新軽圧下法の
場合、従来の偏析悪化鋳片の分離選択方法では軽圧下に
よる偏析改善効果が充分な鋳片までも、偏析悪化鋳片と
判定されることとなり、歩留良好な判定方法でなく、さ
らに精度良く偏析悪化鋳片を判定し、歩留を改善するこ
とが必要である。

【００１９】本発明は上記課題に鑑み、鋳造速度が変動
した鋳片の偏析決定要因の研究をさらに進めた結果、分
塊加熱条件を低温短時間にすることが可能な鋳片をでき
るだけ長く、精度よく判定する連続鋳造法を提供するに
至った。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は下記を要旨とす
る。

【００２１】 （１）１対以上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、当該
鋳片の凝固時期を中心固相率、シェル厚、未凝固厚ある
いは未凝固率で定量化し、当該鋳片が凝固する間の特定
の凝固時期範囲の平均鋳造速度により、鋳造速度の減速
あるいは停止に伴い発生する偏析悪化鋳片か否かを判定
し、偏析レベルに応じた分塊加熱条件を選択することを
特徴とする連続鋳造法である。

【００２２】 （２）上記（１）記載の連続鋳造法にお
いて、当該鋳片が凝固する間の特定の凝固時期範囲を、
予め鋳造速度の減速、回復試験を行い、その際連鋳機内
に位置する鋳片の偏析データと凝固時期範囲ＡからＢの
間の平均鋳造速度変化とを比較し、偏析最悪化部位に最
も良く対応する平均鋳造速度変化を表す凝固時期Ａから
凝固時期Ｂ間の凝固時期範囲とすることを特徴とするも
のである。

【００２３】

【作用】以下本発明を作用とともに詳細に説明する。

【００２４】 本発明者らは図１の例に示すような鋳造
速度が減速および停止する場合の偏析決定要因について
研究した結果、図２に示すように偏析が悪化している鋳
片は、当該鋳片が凝固時期Ａから凝固時期Ｂまで凝固す
る凝固時期範囲Ａ〜Ｂの平均鋳造速度が減速した鋳片
と、当該鋳片の圧下開始時期Ｃが遅れた鋳片であること
を知見した。

【００２５】本発明者は偏析決定要因をさらに研究した
結果、上記偏析悪化鋳片のうち当該鋳片の圧下開始時期
Ｃが遅れたことにより偏析が悪化する鋳片は、軽圧下条
件の適正化により改善できることを知見して本発明をな
しとげた。

【００２６】すなわち軽圧下条件を適正にしておけば、
鋳造速度の減速に伴い発生する偏析悪化鋳片は、当該鋳
片が凝固する間の特定な凝固時期範囲Ａ〜Ｂの平均鋳造
速度のみによって精度良く分離できることを知見して本
発明をなしとげた。ここで偏析悪化鋳片と判定される鋳
片長さは、平均鋳造速度を管理する当該鋳片の凝固時期
範囲Ａ〜Ｂを広くするほど長くなる。

【００２７】偏析悪化鋳片を精度良く分離し、かつ偏析
悪化鋳片と判定される鋳片長さを短くするためには、偏
析が最も悪い鋳片のみが分離できるよう、管理すべき凝
固時期範囲Ａ〜Ｂを狭くすれば良い。Ａ，Ｂとしてどの
凝固時期を採用するかは、得られた鋳片の偏析程度や偏
析のバラツキおよび分塊加熱条件等の工程能力により異
なると考えられ、全工程を考慮した場合のメリットによ
って決定する必要がある。

【００２８】 なお平均鋳造速度を管理すべき当該鋳片
が凝固する間の特定な凝固時期範囲Ａ〜Ｂは、鋳造速度
の経時変化データと偏析が悪化した鋳片の位置データに
基づき、前述のごとく予め決定しておく。

【００２９】以上に示した本発明の方法によれば、図２
に示すごとく当該鋳片がＡ〜Ｂに凝固する間の平均鋳造
速度のみにより、偏析が悪化している鋳片部位を精度よ
く分離することが可能である。その結果、図３に示すご
とく偏析が良好な鋳片を精度良く選択することが可能に
なる。このように選択した偏析良好な鋳片の分塊圧延の
加熱条件を低温，短時間にすることにより使用エネルギ
ーおよび鉄歩留の大幅な節約が可能になる。

【００３０】 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、周囲のデンドライト樹間等の
濃化溶鋼の集積が開始し始めて、偏析の生成に最も影響
をおよぼすと考えられる、鋳片中心部の通液抵抗が増加
する時期と関係があると推定される中心固相率で定量化
した。

【００３１】中心固相率は下記数１の例のごとく、鋳片
中心部の温度の関数として算出することが可能で、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操
業条件に基づき伝熱計算により予め計算するか、または
鋳造中に当該鋳片の冷却や鋳造速度等の条件に基づき計
算する。

【００３２】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。また当該鋳片の凝固
時期がＡからＢに凝固する凝固時期範囲の平均鋳造速度
は数２により決定する。

【００３３】

【数１】 鋳片の中心固相率＝（Ｔｌ−Ｔ）／（Ｔｌ−Ｔｓ） ただし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（℃）

【００３４】

【数２】凝固時間がＡからＢに凝固する間の平均鋳造速
度＝Ｌ／ｔ （ｍ／ｍｉｎ） ただしＬ：当該鋳片がＡからＢに凝固する間の当該鋳片
の移動長さ （ｍ） ｔ：当該鋳片がＡからＢに凝固する凝固時間
（ｍｉｎ）

【００３５】本発明により、鋳造速度の変動に伴い発生
する軽圧下の偏析改善効果が、充分な鋳片と不充分な鋳
片を精度良く分離することが可能で、偏析レベルに応じ
た分塊加熱条件が選択でき、従来より少ないエネルギー
で、歩留良く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。

【００３６】

【実施例】以下本発明を実施例により説明する。

【００３７】実施例−１ 試験を実施した連続鋳造機の概略構造を図４に示し、鋳
造した溶鋼組成の代表例を下記表１に示す。なお図５に
おいて１，２は電磁攪拌装置，３は圧下帯，４は連続鋳
造機のセグメント，５は鋳造された鋳片である。

【００３８】

【表１】

【００３９】軽圧下条件は等軸晶凝固，中心固相率０．
０２〜０．１の圧下勾配を０．７ｍｍ／ｍ，中心固相率
０．１〜０．７の全圧下量１２ｍｍとした軽圧下法であ
る。

【００４０】 偏析が悪化している鋳片は、図２に示す
ごとく、当該鋳片の凝固時期Ａを中心固相率で０．１５
として、Ｂを０．３とした中心固相率０．１５から０．
３に凝固する間の平均鋳造速度が定常部より減速した鋳
片と良く対応し、圧下開始の凝固時期が遅れた鋳片の偏
析は定常部と変わらない。なおＡ−０．１、Ｂ−０．４
を採用した場合、鋳造速度の減速に起因した偏析悪化鋳
片以外の正常鋳片も偏析悪化鋳片と判定され、歩留りの
観点からはＡとして０．１５を選択し、Ｂとして０．３
を選択するのが良い。

【００４１】また図５には、従来より低温，短時間の全
量同一分塊加熱条件で圧延した場合の線材偏析が良好と
なる条件を示す。線材偏析の悪化が認められるのは、当
該線材に対応する鋳片が中心固相率で０．１５から０．
３に凝固する間の平均鋳造速度が定常部より減速した鋳
片であり、圧下開始凝固時期が遅れた鋳片偏析の悪化は
認められない。

【００４２】本発明法により分離した偏析悪化非定常部
鋳片の分塊加熱条件を従来通りとし、偏析良好な定常部
鋳片の分塊加熱条件を従来より低温，短時間にした場合
の線材偏析を図６に示す。線材偏析は全量良好となり、
従来法と比べ偏析のない均質な鋼材が低エネルギーで得
られることが証明された。

【００４３】実施例−２ 本実施例で鋳造した溶鋼組成の代表例を下記表２に示
す。

【００４４】

【表２】

【００４５】軽圧下条件は柱状晶凝固，中心固相率０．
０５〜０．２５の圧下勾配を１ｍｍ／ｍ，中心固相率
０．２５〜０．７の全圧下量１６ｍｍとした軽圧下法で
ある。

【００４６】 図７に示すごとく、偏析が悪化している
鋳片は当該鋳片が中心固相率で０．２５から０．５に凝
固する間の平均鋳造速度が定常部より減速した鋳片と良
く対応し、圧下を開始した凝固時期が遅れた鋳片の偏析
は定常部と変わらない。

【００４７】図８には分塊加熱条件を低温，短時間にし
た場合の線材偏析が良好となる条件を示す。当該鋳片の
凝固状態が、中心固相率で０．２５〜０．５に凝固する
間に平均鋳造速度が減速した場合、偏析の悪化が認めら
れる。

【００４８】実施例１の場合と同じように、本発明法に
より分離した偏析悪化非定常部鋳片の分塊加熱条件を従
来通りとし、偏析良好な定常部鋳片の分塊圧延条件を従
来より低温，短時間にした結果、線材偏析は全量良好と
なり、偏析のない均質な鋼材が従来法と比べより少ない
エネルギーで効率的に得られることが証明された。

【００４９】実施例−３ 下記表３に種々の鋼種，凝固組織における偏析悪化の条
件として、鋳造速度の減速，停止により悪化した鋳片に
対応する平均鋳造速度減速の凝固時期範囲（前記Ａ，
Ｂ）を示す。

【００５０】

【表３】

【００５１】表３の結果に基づき、鋳造速度の減速に伴
い発生する偏析改善効果が不充分な鋳片部位を選択し、
偏析良好部位の分塊圧延条件を低温，短時間に改善する
ことが可能になる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の連続鋳造法
によれば、連続鋳造鋳片の厚み中心部に見られた硫黄，
燐，マンガン等の不純物元素の偏析を防止し、また鋳造
速度の変動に伴い発生する軽圧下の偏析改善効果が充分
な鋳片と不充分な鋳片を精度良く分離することが可能
で、偏析レベルに応じた分塊加熱条件が選択でき、従来
よりも少ないエネルギーで歩留りよく均質の連続鋳造鋳
片を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続鋳造における鋳造速度の変動例を示す図面
である。

【図２】圧下開始遅れによる偏析悪化防止対策を実施し
た軽圧下法で、偏析が悪化している鋳片と対応する当該
鋳片がＡ〜Ｂに凝固する間の平均鋳造速度を示す図面で
ある。

【図３】偏析悪化鋳片と判定される鋳片長さの、本発明
法と従来法との比較を示す図面である。

【図４】試験に使用した連続鋳造機の概略構造を示した
図面である。

【図５】実施例１における全量低温，短時間分塊加熱を
実施した場合の、線材偏析が良好となる条件を示す図面
である。

【図６】実施例１において、本発明法で選択した偏析良
好部位の分塊加熱条件を低温，短時間として、偏析悪化
鋳片を従来通りとした線材偏析のレベルを示す図面であ
る。

【図７】実施例２における偏析が悪化している鋳片と対
応する当該鋳片が、Ａ〜Ｂに凝固する間の平均鋳造速度
を示す図面である。

【図８】実施例２における全量低温，短時間分塊加熱を
実施した場合の、線材偏析が良好となる軽圧下条件を示
す図面である。

【符号の説明】

１，２ 電磁攪拌装置 ３ 圧下帯 ４ セグメント ５ 鋳片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 勝彦 千葉県君津市君津１ 新日本製鐵株式会 社 君津製鐵所内 (56)参考文献 特開 平４−313454（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １対以上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、当該鋳片の
   凝固時期を中心固相率、シェル厚、未凝固厚あるいは未
   凝固率で定量化し、当該鋳片が凝固する間の特定の凝固
   時期範囲の平均鋳造速度により、鋳造速度の減速あるい
   は停止に伴い発生する偏析悪化鋳片か否かを判定し、偏
   析レベルに応じた分塊加熱条件を選択することを特徴と
   する連続鋳造法。
2. 【請求項２】 当該鋳片が凝固する間の特定の凝固時期
   範囲を、予め鋳造速度の減速、回復試験を行い、その際
   連鋳機内に位置する鋳片の偏析データと凝固時期範囲Ａ
   からＢの間の平均鋳造速度変化とを比較し、偏析最悪化
   部位に最も良く対応する平均鋳造速度変化を表す凝固時
   期Ａから凝固時期Ｂ間の凝固時期範囲とすることを特徴
   とする請求項１記載の連続鋳造法。