JP2867299B2 - 連続鋳造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔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。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕

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
の厚み中心部には通常顕著な成分偏析が観察される。

上記した成分偏析は最終成品の均質性を著しく損な
い、製品の使用工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力等により流動し、固液界面
近傍の濃化溶鋼を洗い出し、残溶鋼が累進的に濃化して
いくことによって生じる。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。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。

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。

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。

本発明者ら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切
であることを突き止めた。

本発明者の一人は、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。一方、近年100mm以上の圧下を実施する
大圧下法が提案されている。

本発明者らは軽圧下方法について、数多くの実験およ
び検討をさらに推進した結果、第２図に示すごとく偏析
の原因となる濃化溶鋼の集積が激しい凝固時期が存在
し、この時期の残溶鋼流動を防止するよう圧下すること
が最も重要であり、このような軽圧下方法を、特開平１
−120295号公報および特願平２−78940号において提案
した。さらに本発明者らは研究を進めた結果、偏析低減
のもう一つの方策として濃化溶鋼が集積する前に圧下に
より固液界面を鋳片の厚み中心部に移動させ、厚み中心
部近傍のデンドライト樹間の通液抵抗を増大させて濃化
溶鋼が集積しやすい凝固期間を回避することにより偏析
が改善できることを知見し、本発明をなしとげた。

鋳片の凝固状態が厚み中心固相率で0.1もしくは0.3か
ら流動限界固相率までの温度範囲に圧下ロールを設定す
るためには非常に長い圧下帯が必要となり、また流動限
界固相率近傍を圧下するためには非常に大きな圧下力が
必要となる。また大圧下法においては圧下すべき凝固時
期範囲が明確でない。このように従来法はかならずしも
簡便明確な軽圧下法ではない。本発明者らは上記課題を
解決するため、さらに研究を進めた結果、濃化溶鋼が集
積する前の圧下帯上流に偏析改善に有効な圧下凝固時期
範囲が存在することを知見し、従来より短い圧下帯で偏
析が良好となる連続鋳造法を提案するに至った。

本発明の目的は従来法より短い軽圧下帯で均質な鋼材
を得るための連続鋳造法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

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、
濃化溶鋼が集積する前に、圧下により、固液界面を移動
させることにより鋳片厚み中心部の固相率を増大させ、
濃化溶鋼の集積する凝固時期を回避し、偏析を防止する
ことを特徴する連続鋳造法。

（２） 上面等軸晶率が５％未満の場合、鋳片中心部の
温度が固相率で0.35未満に相当する領域に１対以上のロ
ールを設置し、全圧下量が10〜90mmになるように圧下す
ることを特徴とする前項１記載の連続鋳造法。

（３） 鋳片中心部の温度が固相率で0.25〜0.3に相当
する領域に１対以上のロールを設置して圧下することを
特徴とする前項２記載の連続鋳造法。

（４） 上面等軸晶率が５％以上の場合、鋳片中心部の
温度が固相率で0.2未満に相当する領域に１対以上のロ
ールを設置し、全圧下量が10〜70mmになるように圧下す
ることを特徴とする前項１記載の連続鋳造法。

（５） 鋳片中心部の温度が固相率で0.1〜0.15に相当
する領域に１対以上のロールを設置して圧下することを
特徴とする前項４記載の連続鋳造法。

以下本発明をさらに詳述する。

本発明者らは偏析の生成機構について実機およびラボ
実験によりさらに研究した結果、偏析は鋳片の中心部に
ブリッジングが形成され、中心部の通液抵抗が増大した
後、中心より肌側に近い位置のまだ凝固が終了していな
いデンドライト樹間の濃化溶鋼が凝固収縮吸引力により
中心部に吸引されて集積形成され、Ｖ偏析はこの際の濃
化溶鋼流動の通路であり、最も濃化溶鋼の集積が激しい
凝固時期は特開平１−120295号公報に示したごとく、鋳
片の中心部の凝固状態が中心固相率で0.25〜0.4に相当
する温度となる領域であることを知見した。

本発明者はさらに濃化溶鋼の集積時期について研究し
た結果、濃化溶鋼の集積が最も激しい凝固時期は特願平
２−78940号に示したごとく、凝固組織により差があ
り、鋳片上面側の凝固組織で等軸晶の割合を示す上面等
軸晶率が５％未満の場合、鋳片の中心部の凝固状態が中
心固相率で0.25〜0.4に相当する温度となる領域で、特
に中心固相率が0.3〜0.35程度での濃化溶鋼の集積が激
しいことを知見した。この知見に基づき、上面等軸晶率
が５％未満の場合の鋳片圧下の実施態様として、請求項
２および３において、鋳片中心部の温度が固相率で0.35
未満、好ましくは0.25〜0.3に相当する領域に１対以上
のロールを設置し、全圧下量が10〜90mmになるように圧
下することを規定したものである。また上面等軸晶率が
５％以上の場合、濃化溶鋼の集積が最も激しいのは、鋳
片中心部の凝固状態が中心固相率で0.1〜0.3に相当する
温度となる領域で、特に中心固相率が0.15〜0.2程度で
の濃化溶鋼の集積が激しいことを知見し、濃化溶鋼が集
積する前に偏析改善に有効な圧下凝固時期範囲が存在す
ることを知見し、従来より短い圧下帯で偏析が良好とな
る連続鋳造法を提案するに至った。前記知見に基づき、
上面等軸晶率が５％以上の場合の鋳片圧下の実施態様と
して、請求項４および５において、鋳片中心部の温度が
固相率で0.2未満、好ましくは0.1〜0.15に相当する領域
に１対以上のロールを設置し、全圧下量が10〜70mmにな
るように圧下することを規定したものである。

本発明の目的は従来法より短い軽圧下帯で均質な鋼材
を得るための連続鋳造法を提供することにある。

なお、鋳片中心部の固相率は鋳造条件に基づき、あら
かじめ伝熱計算により算出しておくか、特願平２−1230
95号および特願平２−123093号記載の方法により測定す
る。

本発明の原理を第３図に示す。凝固の進行に伴いシェ
ル厚は次第に増大するが、固相率毎にシェル厚は異なっ
ており、例えば固相率Ｆのシェル厚が鋳片の厚み中心ま
で成長した時、鋳片の厚み中心固相率はＦになる。本発
明の特徴は圧下により固液界面を移動させことにより濃
化溶鋼の集積が激しい凝固時期を回避することにある。

本発明により偏析のない均質な鋼材を得ることが可能
な、簡便な軽圧下法が提供される。

次に本発明を実施例により説明する。

実施例１ 試験を実施した連鋳機の概略を第１図に示し、鋳造し
た溶鋼組成の代表例を表１に示す。凝固組織は上面側の
等軸晶の割合を示す上面等軸晶率がゼロとなるように鋳
造温度により制御した。鋳造した鋳片のサイズは300×5
00mmである。圧下時期はあらかじめ伝熱計算により算出
した鋳片厚み中心固相率を採用し、圧下ロールの最終ロ
ール位置は鋳片の厚み中心部の温度が固相率で0.3に相
当する温度となるように鋳造速度を制御することにより
調整した。圧下量は圧下ロールのシリンダー油圧を増大
することにより実現した。圧下はロール１〜４本で行っ
て。全圧下量と偏析との関係を第４図に示す。全圧下量
が20mm以上で偏析は大幅に改善できることが分かる。

実施例２ 試験を実施した連鋳機と溶鋼組成は実施例１の場合と
同じである。本実験の凝固組織は鋳造時の溶鋼温度を低
くすることにより上面等軸晶率25〜35％を確保してい
る。圧下方法は実施例１の場合と同じように実施し、圧
下ロールの最終ロールに位置する厚み中心部の温度が固
相率で0.15に相当する温度になるように圧下した。全圧
下量と偏析との関係を第５図に示す。全圧下量が20mm以
上で偏析は大幅に改善できる。

実施例３ 本発明法と従来法を比べ表２に示す。本発明法は従来
法と比べ圧下帯が非常に短く、少ないロール本数で偏析
改善が実現でき、圧下ロールが少ない簡便な軽圧下法で
あることが証明された。

（発明の効果） 本発明の連続鋳造法によれば、従来法に比べ圧下帯が
非常に短く、少ないロール本数で十分な偏析改善が実現
できるので、産業上の効果は極めて顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は連鋳機の概略説明図、第２図は濃化溶鋼の集積
が激しい凝固時期と凝固組織の関係を示す図、第３図は
本発明法の原理を示す説明図、第４図は鋳片厚み中心固
相率0.3直前圧下の圧下量と偏析の関係を示す図、第５
図は鋳片厚み中心固相率0.15直前圧下の圧下量と偏析の
関係を示す図である。

Claims (5)

(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、濃化溶鋼が集積する前に、圧下により、固液界面を
   移動させることにより鋳片厚み中心部の固相率を増大さ
   せ、濃化溶鋼の集積する凝固時期を回避し、偏析を防止
   することを特徴とする連続鋳造法。
2. 【請求項２】上面等軸晶率が５％未満の場合、鋳片中心
   部の温度が固相率で0.35未満に相当する領域に１対以上
   のロールを設置し、全圧下量が10〜90mmになるように圧
   下す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】鋳片中心部の温度が固相率で0.25〜0.3に
   相当する領域に１対以上のロールを設置して圧下するこ
   とを特徴とする請求項２記載の連続鋳造法。
4. 【請求項４】上面等軸晶率が５％以上の場合、鋳片中心
   部の温度が固相率で0.2未満に相当する領域に１対以上
   のロールを設置し、全圧下量が10〜70mmになるように圧
   下することを特徴とする請求項１記載の連続鋳造法。
5. 【請求項５】鋳片中心部の温度が固相率で0.1〜0.15に
   相当する領域に１対以上のロールを設置して圧下するこ
   とを特徴とする請求項４記載の連続鋳造法。