JP2980006B2 - 連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造による鋼
鋳片の中心偏析を防止する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造法で鋼鋳片を製造する場合に
は、しばしば中心偏析と呼ばれる内部欠陥が問題とな
る。この中心偏析は、鋳片の厚み方向中心部（最終凝固
部）でＣ、Ｓ、ＰおよびＭｎなどの溶鋼成分が正偏析す
る現象である。この現象は厚板素材において特に深刻な
問題であり、偏析部分における靱性の低下や水素誘起割
れの原因となることが知られている。

【０００３】このような中心偏析の発生原因は、凝固末
期におけるデンドライト（樹枝状晶）間の残溶鋼が、溶
鋼の凝固収縮あるいは凝固シェルのバルジング等の原因
により、最終凝固部の凝固完了点に向かってマクロ的に
移動すること、および濃化溶鋼が局部的に集積すること
にある。

【０００４】従って、中心偏析防止対策としては、凝固
完了点付近をロール、金型などを用いる何らかの方法で
圧下するなどして残溶鋼の移動や濃化溶鋼の集積を阻止
する方法があり、種々の思想に基づく方法が提案されて
きた。

【０００５】例えば、特開昭６３−２５２６５５号公報
には、鋳片表面に噴射される二次冷却水量を増量するこ
とにより、鋳片最終凝固部の表面温度を７００〜８００
℃の範囲とし、凝固シェル厚さを厚くすることによりロ
ール間で発生するバルジングを抑制し、さらに軽圧下ロ
ール群で毎分０．２〜０．４％の歪み速度の圧下力を鋳
片に加えることにより濃化溶鋼の流動を阻止し、中心偏
析を防止する方法が提案されている。

【０００６】上記の圧下ロール群による軽圧下では、鋳
片の長手方向に対して点状にしか圧下できないので、凝
固収縮やバルジングを十分に防止することができない。
また、各圧下が集中荷重として働くので凝固界面に内部
割れが発生し易く、圧下量を大きくとれない欠点があ
る。

【０００７】鋳片の凝固完了点近傍を平面状の金型で連
続的に鍛圧加工する方法では、設備コストが非常に高く
なるという欠点がある。これを解消するために、特開昭
６１−４２４６０号公報の連続鋳造方法が提案されてい
る。

【０００８】上記特開昭６１−４２４６０号公報の方法
は、凝固完了点の上流側に設置した電磁攪拌装置あるい
は超音波印加装置を用いて溶鋼流動によりデンドライト
を切断し、凝固完了点付近に等軸晶域が形成されるよう
にした上で、凝固完了点直前に配置した圧下ロール対に
より３ｍｍ以上の大圧下を与えて強制的に凝固完了点を
形成し、内部割れを発生させることなく中心偏析を解消
するようにしたものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
特開昭６１−４２４６０号公報による方法においても、
大圧下するには相当の圧下力を必要とし、条件によって
は適用不可能な場合、あるいは十分な圧下が確保できな
い場合がある。すなわち、この方法では変形抵抗の大き
い鋳片両端部の凝固部を圧下により塑性変形させるた
め、変形抵抗の大きな鋼種や凝固部温度が低温になり、
変形抵抗が大きくなった場合等では、圧下ロールの曲が
り及び折損、フレームの撓み等により、所期の効果が得
られない。

【００１０】この問題に対して特開昭６１−１３２２４
７号公報では、鋳片幅方向中央の未凝固部を、キャメル
・クラウン・ロールと呼ばれる、大径ロール部を中央に
突起状に設けた段付きロールで局部的に圧下する方法が
提案されている。しかしこの方法においても、段付きロ
ールで局部的に圧下するため、鋳片表面に凹部が形成さ
れ、その後の圧延工程において製品の表面疵の原因とな
る。さらに、鋳片内未凝固部の流動や二次冷却のバラツ
キにより、鋳片の凝固完了点の手前近傍で未凝固部が必
ずしも幅方向中央部になく、未凝固部の位置と大径ロー
ル部の位置とが一致せず、圧下位置を適正に保てない欠
点がある。

【００１１】本発明の目的は、連続鋳造で得られた鋳片
を、鋳片の凝固完了点手前近傍でロールにより大圧下す
る場合に生じていた従来の問題を解消し、より少ない圧
下力のロール圧下法で効果的に中心偏析を軽減する方法
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
〜の手段を用いることを特徴とする鋼の連続鋳造方法
にある。

【００１３】鋳型直下から引き抜き方向に配列された
ガイドロールの鋳片厚さ方向の間隔を段階的に増加させ
る。

【００１４】上記により、鋳片の中心部の固相率
（ｆs)が０．１以下の位置でバルジングを生ぜしめる。

【００１５】上記により、鋳片の最大厚さを前記鋳
型の短辺長さよりも２０〜１００ｍｍ厚くする。

【００１６】上記の後、凝固完了点直前にて少なく
とも１対の圧下ロールによりその１対あたり２０ｍｍ以
上の圧下を与え、前記バルジング量相当分を圧下する。

【００１７】上記でいう「段階的」とは、「通常、複数
のガイドロールからなる複数のセグメント対の構成にな
っているガイドロール群において、(a) 連続状、(b) １
対のセグメント内では連続状、かつセグメント対単位で
はステップ状、(c) セグメント対単位にステップ状、
(d) これらの組合せを意味する。

【００１８】同じく「凝固完了点の手前近傍」とは、鋳
片の中心部の固相率（ｆs)が０．１より大きく、０．８
未満の位置である（凝固完了点におけるｆs は、通常
０．７〜０．８）。

【００１９】１対の圧下ロールによる圧下量の望ましい
上限は５０ｍｍ程度である。

【００２０】上記の圧下は、凝固完了点近傍の未凝固
部を等軸晶化した後に行うのが望ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１〜図４に基づいて本発明方法
を説明する。

【００２２】図１は、本発明方法を実現するための連続
鋳造機の装置構成例を示す縦断面の概略図である。図１
において符号１は鋳型、２は鋳片、２ａは凝固シェル、
２ｂは未凝固部、３はガイドロール群、４は電磁攪拌装
置、５は圧下ロール群、６はその圧下装置群、７はピン
チロール群、８は溶鋼、９は凝固完了点、１０は浸漬ノ
ズルおよび１１は鋳込み方向を示す。圧下ロール５はい
わゆるフラットロールである。

【００２３】浸漬ノズル１０を経て鋳型１に注入された
溶鋼８は、水冷されている鋳型１およびその下方に配置
された図示しないスプレーノズル群から噴射されるスプ
レー水により冷却されて、凝固シェル２ａが形成され、
その内部に未凝固部２ｂを保持したままガイドロール３
群（バルジングゾーン）、圧下ロール５群（圧下ゾー
ン）、ピンチロール７群により引き抜かれる。図１の場
合は垂直型連続鋳造機であるが、湾曲型連続鋳造機など
でもよい。電磁攪拌装置４は、後述するように未凝固部
２ｂに攪拌を与えて等軸晶化させるための装置であり、
必須のものではない。

【００２４】本発明方法では、上記のような装置構成の
連続鋳造機において、ガイドロール３群は、その鋳片厚
さ方向の間隔を鋳込み方向に段階的に増加させるように
配置する。すなわち、鋳型１直下のガイドロール３の鋳
片２の厚さ方向の間隔をαとすると、図１中に示すバル
ジングゾーンでガイドロール３群の間隔を順次拡げて行
き、バルジングゾーンの終端におけるガイドロール３の
鋳片２の厚さ方向の間隔βをα＋（２０〜１００）ｍｍ
とする。このα＋（２０〜１００）ｍｍが、後述するよ
うに圧下前の鋳片の目標最大厚さである。すなわち、こ
の最大厚さを鋳型１の短辺長さよりも２０〜１００ｍｍ
厚くする。

【００２５】ガイドロール３群は通常、複数対のガイド
ロールを１単位とする複数対のセグメント構成とされ
る。この場合の段階的増加方法の例を図２により説明す
る。

【００２６】図２は、セグメント構成の場合に、ガイド
ロール３群の鋳片厚さ方向の間隔を鋳込み方向に段階的
に増加させる方法例について説明する概略図である。図
２において符号１２がセグメントである。

【００２７】図２(a) は連続状で、図２(b) は１対のセ
グメント内では連続状、かつセグメント対単位ではステ
ップ状で、図２(c) はセグメント対単位にステップ状
で、それぞれ段階的に行う場合である。これらの方法を
組み合わせて用いることも可能である。鋳造鋼種や鋳造
装置などの条件によって上記の方法から選択することが
できるが、通常は図１および図２(a) に示すように、各
段のガイドロール３群の間隔の拡がりが略々均等になる
ような完全連続状で段階的とするのがよい。さらに、上
記間隔の増加は、図１および図２に示すように両側方向
に均等とする方法または鋳片厚さ方向に片側のみとする
方法のいずれでもよく、鋳造装置などの条件によって選
択するのが望ましい。

【００２８】上記のようなガイドロール配列により、鋳
片の中心部の固相率（ｆs)が０．１以下の位置でバルジ
ングを生ぜしめる。そして、鋳片の最大厚さを鋳型の短
辺長さよりも２０〜１００ｍｍ厚くする。

【００２９】図３はバルジングゾーン内の鋳片２の、図
１に示す線Ａ−Ａ′における横断面図である。図３に示
す鋳片のバルジングは、溶鋼８の静圧が働く鋳片２内に
未凝固部２ｂが存在しているところでのみ起こる現象で
ある。未凝固部が鋳片幅方向中央部にない場合でも、未
凝固部が存在するところでバルジングするため、後の圧
下ゾーンでキャメル・クラウン・ロールと呼ばれるよう
なロールを用いず、フラットロールを用いても未凝固部
が存在する領域のみを効果的に圧下することができる。

【００３０】前記βがα＋２０ｍｍ未満では、圧下ロー
ル群で圧下すべき未凝固部が存在する領域の現出が不充
分である。一方、α＋１００ｍｍを超える場合、バルジ
ングゾーンでの内部割れ発生防止のためのガイドロール
間隔設定が困難となる。

【００３１】ここで、バルジング位置を鋳片の中心部の
固相率（ｆs)が０．１以下の位置としたのは、凝固末期
のバルジングによる中心偏析悪化を防止するためであ
る。鋳片の中心部の固相率が０．１より大きな位置でバ
ルジングさせると、局所的に偏析またはポロシティの悪
化する場所が生ずるという知見を実験により得た。

【００３２】この固相率は、鋳片厚さ方向の１次元非定
常伝熱解析により求めることができる。溶鋼の凝固は液
相線温度で始まって潜熱が放出され、固相線温度になる
と凝固が終了して潜熱の放出は停止する。この間の固液
共存域における潜熱の放出比率を固相率とする。

【００３３】次に、鋳片中心部の固相率（ｆs)が0.1 よ
り大きく０．８未満となる位置、すなわち凝固完了点の
手前近傍で、少なくとも１対の圧下ロールによりその１
対あたり２０ｍｍ以上の圧下を与え、図４に示すように
前述のバルジング量相当分を圧下ロール群により圧下す
る。

【００３４】図４は、圧下ゾーン内の鋳片２の、図１に
示す線Ｂ−Ｂ′における横断面図である。図示するよう
なバルジング量相当分の圧下により、凝固界面が圧縮応
力場となるため凝固界面に割れが生じることなく、また
中心部に悪性の負偏析帯を生成することもなく、セミマ
クロ偏析も含めて中心偏析が比較的簡単な設備で有効に
改善される。１対の圧下ロールによる圧下量の望ましい
上限は５０ｍｍ程度である。このような圧下は、いわゆ
る大圧下と呼ばれるものである。圧下ロールの望ましい
対数（段数）は１〜５程度である。

【００３５】従来のロール圧下法においては、凝固界面
に割れが発生することを恐れて、圧下量は或る値以上を
とることができないと考えられ、凝固完了点における凝
固収縮量を圧下によって補償する軽圧下に限られてい
た。しかし、その圧下量をさらに大きくして行くと凝固
界面は伸び状態となるが、応力的には鋳込方向に拘束さ
れているためむしろ圧縮となり、割れがほとんど発生し
なくなる。このとき、圧下ロール１対あたりの所要圧下
量は２０ｍｍ以上であり、必ずしも凝固完了点を強制的
に形成させる必要はないことが実験的に明らかになっ
た。

【００３６】凝固完了点を強制的に形成させるところま
で圧下するには、相当の圧下力を必要とする。特にサイ
ズの大きな鋳片においては、そのための圧下装置も工業
的に実用化不可能なほど大きなものが必要となるため、
圧下ロールの小径化や圧下装置の小型化を目的として、
むしろ凝固完了点を強制的に形成させない程度に圧下す
るのが望ましい。

【００３７】本発明方法によれば、バルジングゾーンに
おけるバルジング量相当分を圧下するため、変形抵抗の
大きい鋳片両端部の凝固部を圧下により塑性変形させる
必要がない。このため、中心偏析防止の観点から圧下す
べき未凝固部の位置をバルジングにより現出させ、その
部分を効果的に圧下することができる。

【００３８】鋳片中心部の凝固組織は通常、柱状晶組織
となるが、本発明方法では図１に示すように、鋳片の凝
固完了点９よりも手前に備えた電磁攪拌装置４により未
凝固部２ｂに攪拌を加えて、凝固完了点９近傍の鋳片中
心部の未凝固部２ｂに等軸晶を発生させ、その後、上記
の圧下を施してもよい。

【００３９】柱状晶組織の場合、鋳片の幅方向のブリッ
ジングにより局所的に偏析改善効果が小さくなる場合が
あるのに対して、等軸晶組織の場合、圧下により溶鋼流
動が起こりやすく局所的な濃化溶鋼の集積が防止され
る。

【００４０】電磁攪拌装置４の望ましい位置は、鋳片の
未凝固厚さが５０ｍｍ以上存在する場所であり、圧下ゾ
ーンと重ならないようにするのがよい。電磁攪拌の際の
周波数の望ましい範囲は１．０〜３．０Ｈz 、電流値の
望ましい範囲は６００〜９００Ａである。

【００４１】等軸晶を発生させる方法としては、必ずし
も電磁攪拌によらなくてもよい。例えば、ガイドロール
３群または圧下ロール５群を介して鋳片２に超音波を印
加する方式でもよいし、そのほか、操業面からの簡便性
や効果を配慮した低温鋳造や鋳型内への鋼線添加などの
方法であってもよい。

【００４２】

【実施例】図１に示す装置構成のスラブ連続鋳造装置を
用いて、表１に示すＡ、ＢおよびＣの３種類の条件で鋳
造した。最下段の圧下ロールの位置は凝固完了点から１
５００ｍｍ上方とした。電磁攪拌装置をバルジングゾー
ン内に設置し、これを稼働させることにより凝固完了点
近傍に等軸晶を形成させた。

【００４３】

【表１】

【００４４】条件Ａはバルジングさせず電磁攪拌により
鋳片中心部を等軸晶とした後、大圧下を行う比較例、条
件Ｂは２０ｍｍバルジングさせ、電磁攪拌により鋳片中
心部を等軸晶とした後、大圧下を行う本発明例、条件Ｃ
は１００ｍｍバルジングさせた後、電磁攪拌を用いずに
大圧下を行う本発明例である。

【００４５】評価は〔Ｐ〕の最大偏析度およびセミマク
ロの偏析粒数で行った。〔Ｐ〕の最大偏析度は、得られ
たスラブを鋳込方向に直角な断面で切断し、厚み方向中
心部から試験片を採取し、このサンプルの表面を２００
μｍメッシュの粗さに分け、おのおののメッシュの中で
の〔Ｐ〕の平均濃度を調査し、この〔Ｐ〕と母溶鋼のＰ
濃度〔Ｐ₀ 〕との比Ｐ／Ｐ₀ とした。偏析粒数は５０ｍ
ｍ×１０００ｍｍの範囲の粒状偏析の個数を５０倍で顕
鏡し、Ｐ／Ｐ₀ が３以上のものについて調査した。結果
を図５および図６に示す。

【００４６】図５は条件Ａ、ＢおよびＣにおける〔Ｐ〕
の最大偏析度を示す図、図５は偏析粒数とセミマクロ偏
析粒径との関係を示す図である。

【００４７】図５および図６から明らかなように、本発
明例ＢおよびＣでは、適正な位置で適正なバルジングを
施して未凝固部が存在する領域を現出させ、ロールによ
り圧下を加えることにより、鋳片の未凝固部が存在する
領域における大圧下を効果的に行うことができ、比較例
Ａと比べて中心偏析が改善された。

【００４８】

【発明の効果】本発明方法によれば、比較的小さい圧下
荷重で未凝固部に大圧下を効果的に作用させることによ
り、負偏析帯を生ぜしめることなく、セミマクロ偏析を
も含んで中心偏析を著しく減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実現するための連続鋳造装置の構
成例を示す概略の側面方向の縦断面図である。

【図２】ガイドロール群の鋳片厚さ方向の間隔を鋳込み
方向に段階的に増加させる方法例について説明する概略
図である。(a) は連続状、(b) は１対のセグメント内で
は連続状、かつセグメント対単位ではステップ状、(c)
はセグメント対単位にステップ状の場合である。

【図３】鋳片の、図１に示す線Ａ−Ａ′における横断面
図である。

【図４】鋳片の、図１に示す線Ｂ−Ｂ′における横断面
図である。

【図５】〔Ｐ〕の最大偏析度を示す図である。

【図６】偏析粒数とセミマクロ偏析粒径との関係を示す
図である。

【符号の説明】

１：鋳型、 ２：鋳片、 2a：凝固シ
ェル、2b：未凝固部、 ３：ガイドロール、 ４：
電磁攪拌装置、５：圧下ロール、 ６：圧下装置、
７：ピンチロール、８：溶鋼、 ９：凝固
完了点、 10：浸漬ノズル、11：鋳込み方向、 1
2：セグメント、α：鋳型直下の鋳片厚さ方向のガイド
ロール間隔、β：バルジングゾーンの終端におけるガイ
ドロール間隔

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−21150（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−6254（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−200963（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−183765（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−178355（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−235558（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−37356（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−15424（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/128 350 B22D 11/16 B22D 11/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型直下から引き抜き方向に配列されたガ
   イドロールの鋳片厚さ方向の間隔を段階的に増加させ
   て、鋳片の中心部の固相率（ｆs)が０．１以下の位置で
   バルジングを生ぜしめ、鋳片の最大厚さを前記鋳型の短
   辺長さよりも２０〜１００ｍｍ厚くし、凝固完了点直前
   にて少なくとも１対の圧下ロールによりその１対あたり
   ２０ｍｍ以上の圧下を与え、前記バルジング量相当分を
   圧下することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。