JP3119203B2 - 鋳片の未凝固圧下方法 - 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、鋳片の連続鋳造に
おいて鋳片の中心部に発生する中心偏析や、センターポ
ロシティを低減する方法に関するものである。特に高炭
素鋼、ステンレス鋼、高合金鋼のブルームまたはビレッ
ト用の高品質を要求される鋳片に適する。ここで、ビレ
ットとは管材、条鋼、線材用の素材で丸、角または多角
形断面の素材を言い、ブルームとは大形形鋼の素材また
はビレットの素材で、縦横の比が１〜２の大断面積の素
材を言う。

【０００２】

【従来の技術】鋳片の中心偏析およびセンターポロシテ
ィは従来から連続鋳造における大きな課題の一つであ
る。たとえば、線材向けのブルームあるいはビレット用
の鋳片の中心偏析およびセンターポロシティは伸線加工
時の断線の原因となり、管材向け鋳片のセンターポロシ
ティは製管加工時に管内面疵の原因となる。このよう
に、鋳片の中心偏析およびセンターポロシティは製品欠
陥と直結するものであり、これらを低減するために多大
の努力がはらわれている。

【０００３】中心偏析およびセンターポロシティを低減
するための方法として、鋳片の未凝固圧下法がある。中
心偏析およびセンターポロシティは凝固末期における凝
固収縮が原因となっており、未凝固軽圧下法は凝固収縮
量を補償するために収縮量に見合うだけの圧下を加える
ものである。

【０００４】例えば、特開平３−１２４３５２号公報に
は、鋳片の厚さの2 〜5 倍の直径を有するロールを用い
て、鋳片内部の未凝固部を圧下する方法が開示されてい
る。この方法は凝固した鋳片を圧下する場合に比べ、小
さな圧下力で中心偏析やセンターポロシティの発生を低
減させようとするものであり、一定の効果が期待でき
る。

【０００５】特公昭６４−４８６８号公報には未凝固部
断面の軸心部を含む20％以上の領域の鋳造組織を電磁攪
拌によって等軸晶化し、未凝固部の長さの30〜100 ％の
位置でかつＶ偏析開始位置から凝固完了までの範囲で、
鋳片を厚さ方向に圧下することによりＶ状セミミクロ偏
析パターンのない鋳片を得る耐サワーガス特性に優れた
鋼材の連続鋳造方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平３−１２４３５２号公報に記載の方法は以下の問題
点がある。

【０００７】(1) コードワイヤー用等の高級条鋼におい
てはＣの含有量が0.8 ％〜1.0 ％と高く、この素材であ
るブルームやビレットは高度の内質レベルが要求されて
いる。このようにＣ含有量が高い場合、既存の圧下方法
では内部割れが発生しやすく、高品質用途の鋳片には適
用が困難である。

【０００８】(2) 内部割れ発生を回避するため、未凝固
圧下量を小さくすると中心偏析、センターポロシティの
低減は不十分である。

【０００９】(3) ブルームのように鋳片が厚いと、ロー
ルによる圧下が内部まで浸透せず、中心偏析、センター
ポロシティの改善効果が小さくなる。また、短辺（鋳片
の幅端部）の完全に凝固した部分を圧下することになる
ため、変形抵抗が著しく大きくなり、大きな圧下力が必
要になる。また圧下を内部まで浸透させようとするとロ
ール径を大きくしなければならず、ロール径が大きくな
るほど、圧下力が大きくなるので、強大な設備が必要に
なる。さらに凝固末期では凝固シェル厚が大きいため内
部割れ発生の危険性が増す。

【００１０】また、前記特公昭６４−４８６８号公報記
載の方法は厚板用スラブが対象であり、幅広かつ厚さが
薄いため、電磁攪拌による等軸晶が均一に生成する。こ
れに対して本発明の対象であるブルームやビレットのよ
うな長辺と短辺の比が１〜２で、厚さが300 mm以上の鋳
片では通常の電磁攪拌によっても均一な等軸晶化は困難
で、この技術をそのまま適用することはできない。

【００１１】本発明の目的は、特に高炭素鋼、ステンレ
ス鋼、高合金鋼のブルームまたはビレット用に高品質を
要求される鋳片の連続鋳造において、内部割れのない、
中心偏析およびセンターポロシティの少ない、内質の良
好な鋳片の未凝固圧下製造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】本発明者は、前記の課題
を解決するための種々の実験と検討を行った結果、以下
の知見を得た。

【００１３】(1) 未凝固圧下する際、未凝固部を均一に
等軸晶で充填することによって、内部割れ感受性を低減
させることができる。 (2) 未凝固圧下する部分を等軸晶で均一に充填するため
には、十分な量の等軸晶の核を生成し成長させること、
および生成した等軸晶を鋳片の未凝固部断面にわたって
均一に分散させることが有効である。 (3) 前記の等軸晶の核を鋳型内電磁攪拌によって生成さ
せた後、凝固が進行する段階で等軸晶を均一に分散させ
ることによって未凝固部に等軸晶を効率的に充填するこ
とが可能になる。

【００１４】以上の知見にもとづき、本発明の要旨は
「鋳片の連続鋳造において、鋳型内で電磁攪拌を施し、
さらに鋳片の中心固相率が0 〜0.1 となる未凝固域で未
凝固溶鋼の電磁攪拌を施し、次いで鋳片の中心固相率が
0.1 〜0.4 となる未凝固域で、少なくとも１対のロール
により未凝固部厚さの50〜90％の圧下量を与えることを
特徴とする鋳片の未凝固圧下方法」にある。

【００１５】

【発明の実施の形態】前記のように、未凝固部を等軸晶
化することにより中心偏析を軽減できることは公知であ
り、さらに未凝固圧下を組み合わせることにより中心偏
析とセンターポロシティを軽減できることは公知であ
る。

【００１６】しかし、等軸晶化の度合いによっては、そ
の効果はほとんど見られないことがある。その原因は、
等軸晶化の度合いが大きく、かつ凝固の末期では等軸晶
が鋳片中心に沈殿するため、中心部の見かけ固相率が大
きくなり圧下量を確保するのが困難となることによる。

【００１７】本発明は、等軸晶の増加を図り、従来の凝
固末期より早い段階で鋳片を圧下することで内部割れの
発生を防止し、中心偏析およびセンターポロシティを著
しく低減できることを見いだしたものである。

【００１８】以下、本発明の構成について説明する。本
発明の狙いは、鋳片内部に均一な分布となるように微細
な等軸晶を生成させ、この状態で未凝固圧下をすること
より中心偏析、センターポロシティの低減および内部割
れの軽減を図ることである。

【００１９】まず、等軸晶を生成するプロセスとして、
鋳型での電磁攪拌（以下、Ｍ−ＥＭＳという）を行う。
攪拌条件は特に制限はなく、慣用の条件でよい。溶鋼の
冷却効果は鋳型内で最も高いため、鋳型での電磁攪拌を
行うのが等軸晶の生成にはもっとも有利なためである。
生成した等軸晶の多数の小さな核は溶鋼中に浮遊する。

【００２０】溶鋼内で浮遊している等軸晶の核は、凝固
の進行とともに成長、合体し肥大する。等軸晶（固相）
は液相の溶鋼より密度が大きいため、鋳片中心部の溶鋼
中を沈降する。

【００２１】ところで、鋳型内でＭ−ＥＭＳを施すと、
等軸晶の核は液相に浮遊分散するが、徐々に沈降を始め
る。湾曲型垂直曲げ型の連続鋳造機にあっては、前記等
軸晶の核は円弧部の下面側の凝固シェルに偏って集積す
る。

【００２２】その対策として、Ｍ−ＥＭＳにつづいて、
中心固相率ｆｓが0 〜0.1 の未凝固域で、具体的にはロ
ーラーエプロン帯で電磁攪拌（以下、Ｓ−ＥＭＳと言
う）を実施することで、表層近くの凝固界面近辺を浮遊
する等軸晶片を未凝固溶鋼中に均一に再度分散させるの
である。

【００２３】このＳ−ＥＭＳを実施する最適な領域は、
鋳片の中心固相率ｆｓが0 〜0.1 の間である。中心固相
率ｆｓが0.1 を超えると鋳片の固液混合部の見かけの粘
性が大きくなり、Ｓ−ＥＭＳの攪拌効率がきわめて悪く
なる。なお、Ｓ−ＥＭＳの電磁攪拌についても、その条
件は前記のＭ−ＥＭＳの場合と同様、慣用のものでよ
く、特に制限はない。

【００２４】ここで、中心固相率ｆｓが0 の状態（中心
部が完全な液相）でＳ−ＥＭＳを実施することも可能で
ある。ただし、Ｍ−ＥＭＳの直後にＳ−ＥＭＳを施して
も、Ｍ−ＥＭＳの効果によって等軸晶核は十分分散した
状態にあり、Ｓ−ＥＭＳを施しても無駄になる。従っ
て、Ｓ−ＥＭＳとＭ−ＥＭＳの設置距離は少なくとも１
ｍ以上は離すことが望ましい。

【００２５】また、このような微細な等軸晶を中心部に
分散させて充填すると、未凝固圧下時に発生する凝固界
面の割れ感受性の低下に寄与し、内部割れの抑止効果と
なる。

【００２６】次に未凝固圧下の規定について説明する。
未凝固圧下は開始する中心固相率ｆｓが0.1 以上、0.4
以下のときに行う。その理由は、中心固相率ｆｓが0.1
より小さい状態で圧下しても、圧下後に再び凝固収縮が
進行し濃化溶鋼が流動して中心偏析が進行するので中心
偏析の改善にならないからである。また中心固相率ｆｓ
が0.4 を超えた状態で圧下すると、鋳片の変形抵抗が増
加するので圧下が困難になる。

【００２７】未凝固圧下は理想的には未凝固部が完全に
なくなるように押しつぶせば（未凝固部厚さに対して10
0 ％以上の圧下率）、凝固収縮の問題がなくなり、セン
ターポロシティや中心偏析の問題は解消される。しか
し、圧下率が90％を超えるよう大きな圧下をかけると、
短辺部の完全凝固部も同時に圧下するため圧延荷重が大
きくなる。また、等軸晶がすでに中心部に充填されてい
るため圧下の最終段階で実質的に完全凝固の鋳片を圧下
しているに等しくなってロールへの負荷が大きくなるた
め鋳片の引き抜きが困難になる。

【００２８】圧下量が未凝固部厚さの50％未満である
と、未凝固圧下の狙いである濃化溶鋼の絞り出しが十分
に行われず、センターポロシティ、中心偏析の改善には
ならない。

【００２９】本発明では未凝固圧下のロールは１対でも
よい。鋳片を未凝固圧下すると鋳片内部の凝固界面に内
部割れが発生するが、これを回避するため、公知技術に
は１ロール当たりの圧下量を少なくし、複数のロールで
圧下することは公知の技術である。本発明では未凝固部
に等軸晶を充填するため、内部割れを生ずることなく１
対のロールで大圧下をかけることができる。

【００３０】なお、本発明では所定の圧下率に基づいて
圧下量を決定するために、鋳片の未凝固部厚さを知らね
ばならない。また圧下のタイミングを適切に選ぶには中
心固相率ｆｓを知らねばならない。ｆｓは公知技術の非
定常伝熱解析により、鋳片中心点の凝固潜熱の含有率を
求め、この値から推定することができる。同様に、未凝
固部厚さは厚さ方向で凝固潜熱の含有率がゼロの点とし
て求めることができる。

【００３１】伝熱解析の妥当性は、鋳片表面温度測定、
サルファ添加、鋳片打鋲法による凝固シェル厚測定結果
等と比較することによって検証することができる。

【００３２】

【実施例】図１に本発明の方法を実施するための設備の
概要図を示す。同図は300 mm厚、450 mm幅の鋳片１（ブ
ルーム）の連続鋳造装置である。Ｍ−ＥＭＳ６は鋳型２
の周囲に設置されている。鋳片１は鋳型２に続く二次冷
却帯５でスプレー冷却される。二次冷却帯５に続くロー
ラエプロン帯８にはＳ−ＥＭＳ７が設置されており、そ
の後段に１対の500 mm径のロールからなる未凝固圧下装
置９が設置されている。Ｍ−ＥＭＳ６は溶鋼のメニスカ
ス３から下方、200 mmにその中心がくるように配置され
ており、鋳片引き抜き方向の有効長さは300 mmである。
中心部の最大磁束密度は、1200ガウスである。磁場は回
転移動磁場方式で、その回転周波数は5 Ｈｚである。Ｓ
−ＥＭＳ７はその磁場の中心がメニスカス３より8 ｍの
位置になるように設置されており、有効長さは500 mmで
ある。Ｓ−ＥＭＳ７も回転移動磁場方式で、中心部の最
大磁束密度は同じく、1200ガウスであり、回転周波数も
5 Ｈｚである。

【００３３】未凝固圧下装置９は、メニスカス３から23
ｍの位置に配置されており、最大250 ton の圧下力を加
えることができ、最大80mmの圧下が可能である。図１に
示す装置において、 1％Ｃ鋼のブルームを鋳造した。Ｍ
−ＥＭＳの有無、Ｓ−ＥＭＳの有無、圧下時の固相率、
圧下率を種々組み合わせて実験条件を設定した。圧下時
の鋳片中心固相率、未凝固部厚さの条件は、鋳造速度を
0.8 ｍ/min前後で選んで所定の中心固相率と未凝固部厚
さの条件を得た。

【００３４】(1) 実施例１〜８ Ｍ−ＥＭＳ、Ｓ−ＥＭＳを本発明の規定通り実施し、中
心固相率、圧下率を本発明の範囲内で各種の条件を選ん
だ。

【００３５】(2) 比較例１〜７ 一つの実験条件につき、１つの項目を本発明の範囲外の
条件とした。 1)比較例１はＭ−ＥＭＳを実施しない以外は実施例１と
同じ条件とした。 2)比較例２はＳ−ＥＭＳを実施しない以外は実施例１と
同じ条件とした。 3)比較例３はＳ−ＥＭＳを実施するが、未凝固圧下時の
中心固相率ｆｓは本発明範囲外の0.12であり、それ以外
は実施例１と同じ条件とした。

【００３６】4)比較例４は未凝固圧下時の中心固相率ｆ
ｓを本発明範囲外の0.07とし、他の条件は本発明の範囲
内とした。 5)比較例５は未凝固圧下時の圧下率を本発明範囲外の44
％とし、それ以外は実施例１と同じ条件とした。6)比較
例６は未凝固圧下時の圧下率を本発明範囲外の94％と
し、それ以外は実 施例１と同じ条件とした。 7)比較例７は未凝固圧下時の中心固相率ｆｓを本発明範
囲外の0.5 とし、それ以外は実施例１と同じ条件とし
た。

【００３７】以上の条件で鋳片を鋳造した後、定常鋳造
部から 2ｍ長さの鋳片を切り出し、この鋳片から100 mm
長さピッチで21個の横断面サンプルを採取した。この横
断面サンプルのサルファプリントより内部割れの有無を
確認した。さらに中心部より5 mm径の切り粉を採取し、
炭素濃度Ｃを分析して、それを鋳片平均炭素濃度Ｃ₀と
の比、Ｃ／Ｃ₀ として中心偏析の評価指標とした。さら
に横断面で見られるセンターポロシティの総面積を求
め、断面面積との比より、センターポロシティ面積率
（％）を求めセンターポロシティを評価した。表１に実
験の条件設定と、鋳片内質の調査結果を示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１に示すように実施例１〜８において、
センターポロシティと中心偏析は低減しており、内部割
れの発生も見られなかった。一方、比較例において、鋳
片内部の品質は本発明の実施例に比較して劣っていた。

【００４０】すなわち、比較例１は、Ｍ−ＥＭＳを実施
していないため等軸晶の生成が不足しており、その結果
センターポロシティと中心偏析のレベルも悪く、内部割
れが発生していた。

【００４１】比較例２においては、Ｓ−ＥＭＳを実施し
ておらず、やはり等軸晶の生成が不足しており、その結
果センターポロシティと中心偏析のレベルも悪く、内部
割れが発生していた。

【００４２】比較例３では、Ｍ−ＥＭＳ、Ｓ−ＥＭＳと
も実施したが、Ｓ−ＥＭＳの実施が遅かったためにセン
ターポロシティおよび中心偏析の改善は不十分で、圧下
による若干の内部割れが発生していた。

【００４３】比較例４では十分等軸晶が生成していた。
しかし実施例１より未凝固圧下のタイミングが早かった
ため、内部割れは発生しなかったものの、センターポロ
シティと中心偏析の改善効果が見られなかった。

【００４４】比較例５においても、等軸晶の生成は十分
であった。しかし、圧下率を小さくしたため、内部割れ
は発生しなかったものの、センターポロシティおよび中
心偏析レベルが本発明の実施例および他の比較例に比べ
大幅に悪化した。比較例６において、等軸晶生成は十分
であったが、圧下率を大きくしたため、鋳片が引抜不良
となり鋳造を中止した。

【００４５】比較例７では等軸晶の生成は十分であっ
た。しかし、未凝固圧下のタイミングが遅いためにセン
ターポロシティおよび中心偏析の改善は不十分で、厚い
凝固シェルを圧下しために長辺側の歪が大きくなり軽微
な内部割れが発生した。

【００４６】以上のように、本発明の実施例はいずれも
センターポロシティおよび中心偏析の改善が行われたの
に対し、比較例１〜７では鋳片が引抜き不能になったも
ののほか、センターポロシティと中心偏析のレベルは悪
く、内部割れの発生したものもあった。

【００４７】

【発明の効果】本発明により、内部割れ発生の問題がな
く、中心偏析とセンターポロシティの著しく少ない鋳片
の製造が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するブルームの連続鋳造設
備の概要図である。

【符号の説明】

１ 鋳片 ２ 鋳型 ３ メニスカス ４ 未凝固部 ５ 二次冷却帯 ６ Ｍ−ＥＭＳ ７ Ｓ−ＥＭＳ ８ ローラーエプロン帯 ９ 未凝固圧下装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−224650（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−126405（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−309446（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−151354（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−69099（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−62804（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−295113（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−180307（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−124352（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−295113（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/128 350 B22D 11/115 B22D 11/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳片の連続鋳造において、鋳型内で電磁
   攪拌を施し、さらに鋳片の中心固相率が0 〜0.1 となる
   未凝固域で未凝固溶鋼の電磁攪拌を施し、次いで鋳片の
   中心固相率が0.1 〜0.4 となる未凝固域で、少なくとも
   １対のロールにより未凝固部厚さの50〜90％の圧下量を
   与えることを特徴とする鋳片の未凝固圧下方法。