JP3147803B2 - 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、鋼の連続鋳造鋳片
の中心部に発生する偏析を軽減するとともに、鋳片の内
部割れと表面割れを防止する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造にて鋳片を製造すると、中心偏
析と呼ばれる内部欠陥が発生し問題となる。この中心偏
析は、鋳片の最終凝固部の厚み方向中心部にＣ、Ｓ、
Ｐ、Ｍｎなどの元素が濃化し、偏析となって現れる。こ
の偏析は、厚板鋼材の靱性の低下と水素誘起割れの原因
となる。中心偏析の発生原因には、以下の二つがある。

【０００３】一つ目は、鋳片の凝固末期において、凝固
組織の一つである樹枝状晶間に上記元素が偏析濃化した
鋼溶鋼が残り、この溶鋼が凝固時の収縮およびバルジン
グと呼ばれる鋳片のふくれによる溶鋼の流動などの原因
により、最終凝固部の凝固完了点に向かってマクロ的に
移動するためである。二つ目は、鋳片の厚み方向中心部
に溶鋼成分が濃化し、そのまま凝固するためである。

【０００４】従って、中心偏析防止対策としては、樹枝
状晶間に残った溶鋼の移動を防止することと、濃化溶鋼
の局部的な集積を防ぐことが有効である。この防止方法
として次のような技術が開示されている。

【０００５】特開昭６３−２５２６５５号公報には、二
次冷却水量を増量させて、鋳片中心部の最終凝固部近傍
の鋳片表面温度を７００〜８００℃の範囲まで強冷却し
て、凝固シェル厚みを厚くすることでロール間で発生す
るバルジングを抑制し、さらに鋳片を軽圧下ロール群で
毎分０．２〜０．４％の歪み速度で圧下を加えて、濃化
溶鋼の流動を阻止する方法が開示されている。

【０００６】しかし、上記の圧下ロール群による軽圧下
（凝固収縮量を若干上回る圧下）では、鋳片の長手方向
に対して点状で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、圧下量を
大きくとれないという欠点がある。

【０００７】その他に、鋳片中心部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があるが、こ
の方法では設備が大きくなり、コストが高くなるという
欠点がある。この欠点を解消するために、次のような技
術が開示されている。

【０００８】特開昭６１−４２４６０号公報には、鋳片
の凝固完了点近傍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樹枝状晶を
切断する技術が開示されている。これにより、凝固完了
点近傍に等軸晶域を形成させ、鋳片の凝固完了点直前に
配置した圧下ロール対により３ｍｍ以上の大圧下（凝固
収縮量より大きい圧下）を与えて、未凝固溶鋼を上部の
溶融部に排出して強制的に凝固を促進させ凝固完了点を
形成し、内部割れを起こさせずに、中心偏析を解消する
方法である。

【０００９】しかし、この方法では圧下により変形抵抗
の大きい鋳片短辺部の凝固部を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には、圧下ロールの撓みおよび
フレームの撓み等により、十分な圧下効果が得られない
という問題がある。

【００１０】上記の問題に対して特開昭６１−１３２２
４７号公報では、鋳片の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、大径ロールの中央
部に突出部を設けた段付きロールで局部的に圧下する方
法が開示されている。しかし、この方法では、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、その後の圧延工程で寸法不良、平坦度不良の原因と
なる。

【００１１】さらに、鋳片内未凝固部の溶鋼の流動や二
次冷却のバラつきにより、鋳片の凝固完了点の手前近傍
で未凝固部は必ずしも幅方向の中央部にはなく、未凝固
部の位置とキャメルロール突出部の位置とが一致しない
ため、圧下位置を適正に保てないという欠点がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、連続
鋳造で得られた鋳片を、ロールによる比較的小さい圧下
荷重で効果的に中心偏析を軽減するとともに、それにと
もなう鋳片の内部割れと表面割れを防止できる連続鋳造
方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
（１）と（２）の連続鋳造方法にある。

【００１４】（１）鋳片の液相線クレータエンド位置と
バルジングゾーン終端となる位置までの間のガイドロー
ル群を鋳片厚み方向の間隔が鋳片の引き抜き方向に段階
的に増加するように配列し、その間で鋳片にバルジング
を起こさせることにより、鋳片の最大厚みを鋳型の短辺
長さの１０〜５０％厚くし、次いで鋳片の中心部の固相
率（ｆｓ）が０．１〜０．８までの間にて１対以上の圧
下ロールにより、上記バルジングした部分に１対あたり
圧下ロールの半径の１０％以上の圧下を与えることを特
徴とする連続鋳造方法。

【００１５】（２）前記バルジングゾーン内の未凝固部
に等軸晶を発生させる処理を行いつつ、バルジングさせ
ることを特徴とする前記（１）項に記載の連続鋳造方
法。

【００１６】上記の「段階的」にロール間隔を増加させ
る方法について、図２で説明する。図２は、セグメント
構成の場合に、ガイドロール群３の鋳片厚み方向の間隔
を鋳込み方向に段階的に増加させる方法のいくつかの例
について説明する図である。同図（ａ）は連続状で、同
図（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、同図（ｃ）はセグメント
対単位にステップ状で、それぞれ段階的にロール間隔を
増加させる例を示している。これらの方法を組み合わせ
て用いることも可能である。対象とする鋳片の短辺長さ
の範囲は、８０〜５００ｍｍ程度が望ましい。

【００１７】なお従来は、「バルジング」は好ましくな
いものとされ、極力これを小さくする工夫をしていた。
しかし、本発明では逆に「バルジング」を積極的に発生
させる、というところが特徴的である。

【００１８】

【発明の実施の形態】図面に基づいて本発明方法の実施
の形態について説明する。図１は、本発明方法を実施す
る連続鋳造機の装置構成例を示す縦断面の模式図であ
る。

【００１９】図１に示すように、浸漬ノズル１０を経て
鋳型１に注入された溶鋼８は、水冷鋳型１およびその下
方のノズル群（図示していない）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が形成され鋳片
２となる。鋳片内部に未凝固部２ｂを保持したまま、鋳
片は液相線クレータエンド９ａ以前のガイドロール群３
と液相線クレータエンド９ａからバルジングゾーン終端
までの間のガイドロール群３ａおよび圧下ロール群５を
経てピンチロール群７により引き抜かれる。なお、液相
線クレータエンド９ａとバルジングゾーン終端の間をバ
ルジングゾーンという。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にも本発明は適用でき
る。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る。

【００２０】本発明の方法では上記のような装置構成の
連続鋳造機において、ガイドロール群３ａは、その鋳片
厚み方向の間隔が引き抜き方向に段階的に増加するよう
に配置されている。

【００２１】前記の液相線クレータエンド９ａは、鋳片
２の厚み中心部の固相率（ｆｓ）が０より大きくなった
位置で、この固相率（ｆｓ）は鋳片２の厚み方向の一次
元非定常伝熱解析により下記計算式で求めることができ
る。

【００２２】∂Ｈ／∂ｔ＝∂／∂ｘ（λ×∂Ｔ／∂ｘ） ここで、Ｈ：エンタルピー、 Ｔ：温度、 λ：熱伝導率、 を表す。

【００２３】一方、バルジングゾーン終端は、所定（凝
固収縮量より大きい圧下）のバルジング量を確保できた
所になるので規定はできない。例えば、バルジングゾー
ンの直ぐ次のロールから圧下ゾーンになる場合もあれ
ば、バルジングゾーンと圧下ゾーンまでしばらく間が開
く場合もある。

【００２４】図１において、鋳型１の短辺長さをγ、液
相線クレータエンド９ａの位置の直下のガイドロール群
３ａの間隔をαとし、バルジングゾーンの終端における
ガイドロール間隔をβとすると、バルジングゾーンでガ
イドロール群３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群３ａの間隔βの範囲
を１．１０γ〜１．５０γとする。このβが後述するよ
うに圧下前の鋳片の目標最大厚みである。

【００２５】液相線クレータエンド９ａ以前のガイドロ
ール群３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で構成されている。鋳造鋼種の内部
割れ感受性の大小や鋳造装置のロール配列が固定されて
いるか、可変であるかなどの条件によってロール間隔の
設定方法は図２の方法の中から選択することができる。
通常は図１および図２（ａ）に示すような、各段のガイ
ドロール群３の全てのロール間隔αの拡がり率が均等に
なる完全連続状にすると内部割れが発生しにくい。

【００２６】ガイドロール群３ａを上記のような配列に
すれば鋳片の液相線クレータエンド９ａとバルジングゾ
ーン終端との間で鋳片２にバルジングが生じる。本発明
の方法では、鋳片２の最大厚みを鋳型１の短辺長さより
も１０〜５０％厚くする。

【００２７】図３（ａ）は、図１に示すバルジングゾー
ン内の鋳片２のＡ−Ａ線矢視断面図であり、垂直型連続
鋳造機の場合であり、バルジングは図３（ａ）における
鋳片の上下面に発生する。湾曲型連続鋳造機の場合、未
凝固部は鋳片が水平状態になった部分にも及ぶ。したが
って溶鋼静圧のためバルジングは鋳片の上側面に発生
し、図３（ｂ）のような鋳片断面形状となる。

【００２８】前記βが１．１０γ未満では、ロール１対
あたりに必要な最低圧下量２０ｍｍを確保することがで
きない場合がある。一方、１．５０γを超えると、バル
ジングゾーンでの内部割れが発生しやすくなったり、ガ
イドロールピッチを極端に狭めなければならないことに
なる。なお、好ましくは１．２〜１．４γである。

【００２９】バルジング部のガイドロールの間隔は、次
のように決める。予めバラツキを考慮して計算し、バル
ジングゾーン部の液相線クレータエンド位置とバルジン
グゾーン終端位置を求めて、この範囲部の鋳片厚み方向
のガイドロール位置を機械操作により段階的に増加させ
ておく。

【００３０】バルジング位置を鋳片の液相線クレータエ
ンドとバルジングゾーン終端の範囲とした理由を図４を
用いて述べる。図４に図１のＡ−Ａ線矢視の内スラブコ
ーナー部の断面図を示す。図４（ａ）は、鋳片の液相線
クレータエンド以前でのバルジング状況と鋳片内部割れ
を示す模式図、同図（ｂ）は、鋳片の液相線クレータエ
ンドとバルジングゾーン終端との間でのバルジング状況
を示す模式図である。

【００３１】鋳片の液相線クレータエンド以前でバルジ
ングさせると、短辺凝固シェル２ｃの凝固界面側に働く
熱応力（引張り）が大きい反面、凝固シェル強度が大き
くなり、長辺Ｌ側の凝固シェル２ａとコーナー部がほと
んど変形しないため図（ａ）に示すように、短辺が凹
み、短辺凝固シェル２ｃの凝固界面側に大きな引張り応
力Ｆが働き鋳片短辺内部割れ１３が発生する。

【００３２】鋳片の液相線クレータエンドとバルジング
ゾーン終端の位置でバルジングさせると、図４（ｂ）に
示すように長辺Ｌ側の凝固シェル２ａおよびコーナー部
が適度に変形する。そのため、鋳片の短辺Ｓの凹みが発
生せず、凝固界面の特定の位置に応力が集中することも
なく、鋳片の短辺内部割れ１３が発生しない。上記のよ
うにバルジングさせる場合、連続鋳造機のアライメント
管理や操業のしやすさという点からも、バルジングゾー
ンの長さは短くし、その位置は鋳型から遠い方が良い。

【００３３】鋳片をバルジングさせたあと、鋳片の中心
部の固相率（ｆｓ）が０．１〜０．８の間で、少なくと
も１対の圧下ロールにより、その１対あたり圧下ロール
半径の１０％以上の圧下を与え、前記バルジング量相当
分を圧下する。

【００３４】図５は、図１に示す圧下ゾーン内の鋳片２
の、Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。図５に示すようにバル
ジング量相当分の圧下により、凝固界面には圧縮応力が
働くため凝固界面に割れが生じることはない。また中心
部に面積の広い帯状の負偏析（中心部の合金元素の濃度
が低くなる現象）を生成することもなく、セミマクロ
（粒状）偏析も含めて中心偏析が改善される。

【００３５】圧下量の望ましい上限は、圧下により鋳片
引き抜き力が増大し、機械設備に負荷がかかるため、設
備的な限界を越えないようにするため圧下量の上限は１
対のロールあたりロール半径の５０％程度にするのが望
ましい。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。圧下ロールは最少１段は必要であり、段数
が多いほど圧下を大きくすることができる。しかし、設
備コストも考えると望ましいロール対数（段数）は８以
下である。

【００３６】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あまり大きくは
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程度の軽圧下に限られていた。

【００３７】しかし、圧下量をさらに大きくすると凝固
界面は一旦引張応力状態となるが、圧下により拘束され
るためむしろ圧縮となり、割れがほとんど発生しなくな
るというのが本発明の特徴である。このとき、１対ロー
ルあたりの所要圧下量はロール半径の１０％以上であ
り、かつ鋳片の厚み中心部の固相率（ｆｓ）が０．１以
上必要であることが実験的に明らかになった。またロー
ルによる従来の大圧下法では、凝固完了点（鋳片の厚み
中心部の固相率（ｆｓ）が０．８より大きくなる位置を
いう）を強制的に形成させることにより内部割れを防止
できるとされているが、凝固完了点の形成が内部割れ防
止に寄与あいないことも実験的に明らかになった。

【００３８】凝固完了直前に配置した圧下ロール対によ
り、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、極めて大きな圧下が必要である。特にサイズの
大きな鋳片においては、圧下装置も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。

【００３９】また、変形抵抗の大きな鋳片の両端凝固部
を圧下するには大きな圧下力が必要であり、割れが発生
する危険性もあるので、本発明の方法では、塑性変形を
伴うような圧下をかけず、鋳片中央部をバルジング相当
量だけ圧下することとしている。

【００４０】鋳片中心部の凝固組織は通常、柱状晶組織
となる。本発明方法では一層効果をだすために図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に等軸晶を生成
させる。

【００４１】柱状晶組織の場合、柱状晶同志のブリッジ
ングにより溶鋼流動が阻害され局所的に偏析が増えるの
に対して、等軸晶組織の場合、圧下による溶鋼流動が起
こりやすく局所的な濃化溶鋼の集積が防止される効果が
ある。

【００４２】従って、電磁攪拌装置４の望ましい設置位
置は、バルジングゾーン内であり、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。

【００４３】等軸晶を生成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
群３または圧下ロール群５を介して鋳片２に超音波を印
加する方式でもよい。そのほか、操業面からの簡便性や
効果を配慮した上で低温鋳造や鋳型内への鋼線添加など
も等軸晶を生成させる方法として採用できる。

【００４４】

【実施例】図１に示す装置構成のスラブ垂直型連続鋳造
装置を用いて、表１に示す条件で鋳造した。最終の圧下
ロールの位置は凝固完了点９から１００ｍｍ上方とし
た。さらに、電磁攪拌装置４をバルジングゾーン内に設
置した。

【００４５】

【表１】

【００４６】比較例１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、圧下を行った。本発明
例１、２と比較例２は、１０％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に圧下を行った。、
比較例３と本発明例３は５０％バルジングさせた後に電
磁攪拌を用いず圧下を行った。

【００４７】品質の評価は〔Ｐ〕の最大偏析度、セミマ
クロの偏析粒数および鋳片割れ状況で行った。〔Ｐ〕の
偏析は、鋳込み方向に直角な鋳片断面の中心部から試験
片を採取し、このサンプルの表面を２００μｍ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
均濃度を測定し、この〔Ｐ〕と母溶鋼のＰ濃度〔Ｐ0 〕
との比比をＰ／Ｐ0 として〔Ｐ〕の偏析度を評価した。
偏析粒数は、５０ｍｍ厚さ×４００ｍｍ幅の範囲の粒状
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。その結果を図６および図７に示す。

【００４８】図６は〔Ｐ〕の最大偏析度を示す図、図７
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。図６および図７から明らかなように、本発明例１〜
３では比較例１〜３に比し〔Ｐ〕の最大偏析度は１／２
に低減した。偏析粒数およびセミマクロ偏析粒径の本発
明例１〜３は比較例１〜３に比し、顕著に減少した。し
たがって、本発明方法を用いることにより中心偏析を改
善することができることがわかった。

【００４９】鋳片の内部割れは、鋳込み方向に直角な断
面で切断し、表面を研磨後カラーチェックを行い、目視
で観察した。鋳片表面縦割れは、鋳込み中期の黒皮鋳片
表面をカラーチェックし、目視で観察した。その結果を
表１に示す。表１から明らかなように、本発明例１〜３
では、鋳片内部割れおよび鋳片表面縦割れとも発生せず
鋳片割れ防止効果は顕著である。一方、比較例２では鋳
片内部割れ、比較例３では鋳片表面縦割れが発生した。

【００５０】

【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加えることにより、鋳片の中
心偏析を減少させることができるとともに、鋳片内部割
れおよび鋳片表面縦割れも防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施する連続鋳造装置の構成例を
示す鋳片厚さ方向縦断面の模式図である。

【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の説明であ
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】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図４】図１のＡ−Ａ線矢視断面図の短辺近傍の拡大図
である。（ａ）鋳片の液相線クレータエンド以前でのバ
ルジング状況と鋳片内部割れを示す模式図である。
（ｂ）鋳片の液相線クレータエンドとバルジングゾーン
終端のバルジング状況を示す模式図である。

【図５】図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図６】〔Ｐ〕の最大偏析度を示す図である。

【図７】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：長辺凝
固シェル、 ２ｂ：未凝固部、２ｃ：短辺凝固シェ
ル、３：鋳片の液相線クレータエンド以前の位置のガイ
ドロール群、３ａ：鋳片の液相線クレータエンドとバル
ジングゾーン終端との間のガイドロール群、４：電磁攪
拌装置、５：圧下ロール群、６：圧下装置、７：ピンチ
ロール群、８：溶鋼、８ａ：湯面、９：凝固完了点、９
ａ：液相線クレータエンド、１０：浸漬ノズル、１１：
鋳込み方向、１２：セグメント、１３：内部割れ、１
４：潤滑剤（モールドパウダー）、α：鋳型直下におけ
る鋳片厚み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鋳片厚み方向のガイドロール間隔、
γ：鋳型の短辺長さ、δ：凝固シェル厚、Ｓ：鋳片の短
辺、Ｌ：鋳片の長辺、Ｆ：引張り応力。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−314298（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−206903（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−57410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−21150（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−6254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−183765（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−252655（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−42460（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−132247（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−193063（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−75275（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−75272（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−75271（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/20 B22D 11/128 350 B22D 11/128 B22D 11/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳片の液相線クレータエンド位置からバ
   ルジングゾーン終端となる位置までの間のガイドロール
   群を鋳片厚み方向の間隔が鋳片の引き抜き方向に段階的
   に増加するように配列し、その間で鋳片にバルジングを
   起こさせることにより、鋳片の最大厚みを鋳型の短辺長
   さの１０〜５０％厚くし、次いで鋳片の中心部の固相率
   （ｆｓ）が０．１〜０．８までの間にて１対以上の圧下
   ロールにより、上記バルジングした部分に１対あたり圧
   下ロールの半径の１０％以上の圧下を与えることを特徴
   とする連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 前記バルジングゾーン内の未凝固部に等
   軸晶を発生させる処理を行いつつ、バルジングさせるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。