JP3158233B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

鋼の連続鋳造方法

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JP3158233B2
JP3158233B2 JP07024994A JP7024994A JP3158233B2 JP 3158233 B2 JP3158233 B2 JP 3158233B2 JP 07024994 A JP07024994 A JP 07024994A JP 7024994 A JP7024994 A JP 7024994A JP 3158233 B2 JP3158233 B2 JP 3158233B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素鋼、低合金鋼など
の連続鋳造で発生する鋳片凹みおよび縦割れ防止方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】鋼の連続鋳造は、水冷鋳型内に溶鋼を連
続的に注入し、溶鋼注入量を制御して所定の引抜き速度
で鋳造するのが一般的である。鋼の連続鋳造では、鋳型
内にパウダー(CaO、SiO2を主成分とし、Al2
3、Na2O、などの酸化物を含有した成分からなる)を
添加して、溶融状態を形成せしめ、鋳型と鋳片間に流入
させて潤滑を図ることが行われている。
【0003】溶鋼は、鋳型内で凝固させる必要があるた
めパウダーの機能として鋳型抜熱を適正に維持すること
も必要である。
【0004】従って、パウダー鋳造では、鋳造方向に鋳
型の強制振動を行ない潤滑材の均一流入を図ることが一
般的である。
【0005】パウダーの均一流入は、凝固殻を均一に成
長させる点で必要な事項であるが、例えば炭素鋼の0.
06〜0.18重量%C鋼は、凝固中および凝固後δ相
からγ相に変態するため、格子構造の差に起因して凝固
殻の変形が起りやすく、鋳片凹みやひどい場合には縦割
れを伴って品質欠陥やブレークアウトなどの操業障害を
招くことがある。
【0006】この炭素量の鋼種を中炭素鋼あるいは亜包
晶凝固鋼と言われている。また、本発明者らの経験で
は、Cが0.25重量%程度の比較的炭素量が高い低合
金鋼でも同様の品質欠陥を経験した。
【0007】従来、こうした中炭素鋼特有の問題点に関
して、パウダーの改善が試みられ、均一流入性、鋳型抜
熱の緩冷却化を指向して対策としてきた。
【0008】しかし、パウダーの改善のみでは、鋳片品
質保証、操業トラブル解消には不十分で、更なる安定化
手段が求められていた。
【0009】中炭素鋼の鋳片表面欠陥を改善する方法と
して、日本鉄鋼協会講演論文集『材料とプロセス』Vo
l.4、No.4(1991)P1256〜1257、
同じくP1284が例示できる。
【0010】該開示は、特に縦割れや凹み欠陥を防止す
るには、パウダーによる緩冷却が有効であることを示し
ている。
【0011】しかし、該開示は、中炭素鋼の特徴とパウ
ダーの緩冷却効果を示したに過ぎず、鋳造欠陥を根絶す
ると言う点で鋳造成分の組合わせの重要性を何ら示唆す
るものではなく、工業的規模で製造する製造技術の一側
面を示したに過ぎない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、中炭
素鋼の様に鋳片凹みや縦割れの欠陥を伴いやすい鋼種で
あっても容易に該欠陥を防止可能な具体的手段を開示す
るもので、鋳片凹みや縦割れが溶鋼成分、特に炭素はじ
め合金元素の含有量に影響されることを発見し、工業的
規模で実現可能な具体的製造法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、JIS規
格でも明らかなように鋼材成分には許容範囲が定められ
ている点に注目し、中炭素鋼の成分の僅かな許容範囲内
の微調整でも欠陥発生に対して大きな影響を及ぼしてい
ることを突き止め、中炭素鋼の鋳造欠陥の問題解決に関
して実験的検討を重ね以下の結論を得た。即ち、本発明
の主旨は、
【0014】炭素鋼および合金鋼で、Cが0.02〜
0.25重量%、Siが0.01〜1.8重量%、Mn
が0.1〜2.0重量%、Sが0.001〜0.08重
量%、Crが0.01〜1.50重量%、Moが0.0
1〜0.50重量%、Niが0.01〜1.00重量%
およびその他微量元素並びに不可避不純物である時、下
記計算式で求まる値Aを満足するように成分調整後鋳造
することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。ここに、
【0015】
【数2】A=−2.5[%C]−0.05[%Mn]−
0.1[%Ni]+0.1[%Cr]+0.25[%S
i]+0.25[%Mo]+1.75[%S]+1.2
【0016】であって、A≦0.95またはA≧1.0
5を満足させる。
【0017】前記の溶鋼を連続鋳造する際に、連続
鋳造用パウダーでCaOを25〜45重量%、SiO2
を25〜40重量%の範囲で主成分を成すパウダーであ
って、塩基度B(CaO/SiO2の比)を下記条件を
満足するように適用することを特徴とする鋼の連続鋳造
方法。
【0018】A<0.90またはA>1.10でB=
0.8〜1.4とし、0.90≦A≦0.95または
1.05≦A≦1.10でB=1.1〜1.4である。
【0019】
【作用】本発明の効果を具体的に説明する。
【0020】まず、成分系を限定する理由について説明
する。既に説明したように、特定の成分で鋳片の凹みや
縦割れが発生することを述べたがその具体的成分範囲
は、炭素鋼および合金鋼で、Cが0.02〜0.25重
量%、Siが0.01〜1.8重量%、Mnが0.1〜
2.0重量%、Sが0.001〜0.08重量%、Cr
が0.01〜1.50重量%、Moが0.01〜0.5
0重量%、Niが0.01〜1.00重量%およびその
他微量元素並びに不可避不純物で構成される場合であ
る。
【0021】上記成分範囲は、鋳片の凹みを発生させる
炭素鋼および合金鋼の成分範囲であり、本発明の前提と
する成分範囲でもあり、本発明者らが極めて長期間の鋳
造試験を通して扱った鋼種である。勿論、上記成分範囲
を若干越える範囲であっても成立するものと期待され
る。
【0022】次に、前記成分で計算する値Aについて説
明する。Aは以下の式で定義する。
【0023】
【数3】A=−2.5[%C]−0.05[%Mn]−
0.1[%Ni]+0.1[%Cr]+0.25[%S
i]+0.25[%Mo]+1.75[%S]+1.2
【0024】本発明者らの経験では、A≦0.95また
はA≧1.05の範囲では、鋳片表面品質が優れること
が分かり、かつ鋳造中のブレークアウトなどの操業トラ
ブルも発生しないことが判明した。
【0025】なお、特に限定するものではないが望まし
くは、A≦0.90またはA≧1.10が品質・トラブ
ル防止の上で有効である。
【0026】しかし、0.95<A<1.05の範囲で
は、鋳片凹みや縦割れさらにはブレークアウトを発生し
た。
【0027】従って、Aの値を前記範囲になるように成
分調整することで品質に優れた材料を供給できることが
判明し、成分微調整により鋳片表面品質は、飛躍的に向
上することができる。
【0028】値Aの有効性を説明するためにAがどの程
度変化するか例示する。例えば、Cが0.10〜0.1
2重量%、Siが0.25〜0.30重量%、Crが
1.0〜1.2重量%、Sが0.015〜0.030重
量%の範囲で許容された成分系である場合は、前記定義
式を用いて計算すればAは1.14〜1.25の範囲を
取ることができる。
【0029】従って、Aは、0.1程度は十分変化し得
ることが明らかである。
【0030】次に、前記Aの値によって、パウダーの適
用方法を加え更なる鋳片の表面品質向上方法を開示す
る。
【0031】まず、連続鋳造用パウダーの成分について
説明する。
【0032】連続鋳造用パウダーをCaOを25〜45
重量%、SiO2を25〜40重量%の範囲で主成分を
成すパウダーとする。この成分範囲は、通常鉄鋼用連続
鋳造パウダーとしては何ら特殊な含有量ではないが、本
発明者が調査、確認した成分範囲である。
【0033】次に、適用するパウダー塩基度B(CaO
/SiO2の比)をAの値によって変える理由について
説明する。
【0034】計算値Aが0.90未満または1.10超
の場合は、鋳片の凹み発生傾向そのものが小さくなるた
め、パウダーの影響を幾分受けにくく、パウダーの塩基
度Bを後述する調査結果により、0.8〜1.4とする
ことが有効である。
【0035】塩基度が高いと凝固温度が高くなり潤滑性
が劣るなどして高速鋳造の阻害となることがあることか
ら望ましくは0.8〜1.1が好ましく、凹み発生量が
酷い場合には、それより高目の値を適用した方が良い。
【0036】従って、溶鋼成分を許容する規格の範囲内
で微妙に調整しAを変更することで高速鋳造が可能で品
質にも優れる鋼材を製造可能である。
【0037】一方、0.85≦A≦0.90または1.
05≦A≦1.10では、凹みが発生しやすい成分系に
近付くので後述する調査結果によりパウダー塩基度を若
干高目に設定しB=1.1〜1.4の範囲が有効であ
る。
【0038】勿論、この範囲のAであれば低塩基度でも
鋳造は可能であるが、品質は多少劣化する傾向となる。
【0039】具体的には、このAの範囲でB<1.1の
パウダーでは冷間鍛造時の割れを発生させることがあ
り、品質が安定しなかった。
【0040】したがって、0.85≦A≦0.95また
は1.05≦A≦1.2ではB=1.1〜1.4とする
ことが望ましく、冷間鍛造用鋼材も問題なく製造でき
た。
【0041】以上述べたように、上記内容は一般的に成
立するもので限定する必要はないが、後述する実施例で
も示すように特に鋳片サイズ162×162mm前後お
おむね200×200mm程度の極小断面連続鋳造を
1.5〜3.5m/min程度の高速鋳造を実施する場
合に、上記成分調整指標Aとパウダー塩基度Bの組合せ
は有効である。本発明を詳細に説明する為に、図面を用
いて説明する。
【0042】図1は、鋳片凹み発生率と溶鋼成分で計算
されるAの関係とパウダー塩基度Bの組合せを示す説明
図である。図中のプロットが後述するパウダー塩基度で
層別した条件を示している。
【0043】図2は、鋳片縦割れ発生率とAの関係とパ
ウダー塩基度Bの影響を示す説明図である。
【0044】図1から、鋳片凹みは、計算値Aと密接な
関係があり、Aによって凹みを防止で領域があることが
分かる。更に、パウダー塩基度Bによって凹みを防止で
きる範囲が異なることが分かる。
【0045】従って、炭素鋼または合金鋼の成分量によ
ってAを変更して適切な塩基度Bと組み合わせれば欠陥
のない鋳片や製品が製造可能であることが分かる。
【0046】図2から、鋳片縦割れ発生率も鋳片凹み同
様に成分の影響を考慮した値Aによって整理することが
でき、縦割れ発生率を防止する成分条件を見出すことが
可能である。
【0047】
【実施例】以下、実施例を具体的に述べ、本発明を説明
する。
【0048】鋳造に用いた炭素鋼および合金鋼の主要成
分およびパウダー成分は表1、2に示す通りである。
【0049】鋳造条件を以下に示す。
【0050】実施例は、前記溶鋼組成の範囲の炭素鋼、
低合金鋼を用いて、全て鋳片サイズ162mm×162
mmの同一連続鋳造機を用いて行った。
【0051】鋳造速度は、1.6m/min〜3.2m
/minの範囲である。
【0052】溶鋼過熱度は、タンディッシュ内で25〜
40℃の範囲で実施した。
【0053】図1は、鋳片凹み発生率指標と前記溶鋼成
分で計算される値Aの関係とパウダー塩基度Bの組合せ
をプロットした説明図である。また、プロットはパウダ
ー塩基度Bの影響を層別して示した。
【0054】横軸は、前記Aの値で、縦軸は鋳片凹み発
生率指標を示す。該指標値が0の場合、鋳片凹みの発生
は無く、100未満の数値の場合、後述する鋳片割れが
皆無となり後の熱間圧延やユーザーにおける冷間鍛造な
ど製品加工でも欠陥とはならないことが分かっている。
【0055】図1から、鋳片凹みは値Aとの間に密接な
関係があり、Aの値によって鋳片凹みを防止する条件を
表すことできる。
【0056】従って、鋼種成分の微調整によりAを変化
させることで凹みのない鋳片が製造可能である。また、
パウダー塩基度Bを適切に組み合わせることが有効であ
る。
【0057】図2は、鋳片縦割れ発生率とAの関係とパ
ウダー塩基度の組合せを示し、パウダー塩基度の影響は
図1同様プロットで層別して図示した。
【0058】図2から、Aの値で鋳片縦割れ発生率が変
化し、Aを規定する即ち鋳造成分を調整することで縦割
れを防止できることが分かる。
【0059】次に、成分から求まる計算値Aとパウダー
塩基度B(CaO/SiO2の比)の関係で説明すれ
ば、凹み、割れ共にAの値が1.0に近い領域では、パ
ウダー塩基度Bを高くすることが有効であった。
【0060】これは、前述したようにAの値によって凹
み発生傾向が予測され凹み傾向が大きいすなわちAが
1.0に近づく程塩基度を高くして、凝固温度を高め鋳
型抜熱を緩冷却にすることが必要であることを意味して
いると考えられる。
【0061】
【表1】
【0062】
【表2】
【0063】
【発明の効果】以上、示したように、溶鋼成分を本願発
明のAに従って調整することで鋳片凹みや縦割れを減少
でき、更にパウダーの適用条件を適正化することで、凹
みや縦割れのない表面品質に優れた鋳片を製造可能であ
ることを具体的に示した。
【0064】従って、本発明方法によって安定した鉄鋼
材料の鋳造が可能であり、製品歩留りが高く、より安価
な製品を供給可能とするもので、産業上極めて有益な発
明と言える。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋳片凹み発生率指標と溶鋼成分から求まるAの
関係を示す説明図である。
【図2】鋳片縦割れ発生率とAの関係を示す説明図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 正志 室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式会社 室蘭製鐵所内 (72)発明者 関谷 武幸 室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式会社 室蘭製鐵所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/00 B22D 11/108 C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素鋼および合金鋼の成分が下記範囲内
    である時、下記計算式で求まる値Aを満足するように成
    分調整後鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
    Cが0.02〜0.25重量%、Siが0.01〜1.
    8重量%、Mnが0.1〜2.0重量%、Sが0.00
    1〜0.08重量%、Crが0.01〜1.50重量
    %、Moが0.01〜0.50重量%、Niが0.01
    〜1.00重量%およびその他微量元素並びに不可避不
    純物からなる場合で、 【数1】A=−2.5[%C]−0.05[%Mn]−
    0.1[%Ni]+0.1[%Cr]+0.25[%S
    i]+0.25[%Mo]+1.75[%S]+1.2
    5 であって、A≦0.95またはA≧1.05を満足させ
    る。ここに、各記号は炭素鋼または合金鋼の合金元素名
    と重量濃度である。
  2. 【請求項2】 請求項1の溶鋼を連続鋳造する際に、連
    続鋳造用パウダーでCaOを25〜45重量%、SiO
    2を25〜40重量%の範囲で主成分を成すパウダーで
    あって、塩基度B(CaO/SiO2の比)を下記条件
    を満足するように適用することを特徴とする鋼の連続鋳
    造方法。A<0.90またはA>1.10の場合、B=
    0.8〜1.4とし、0.90≦A≦0.95または
    1.05≦A≦1.10の場合、B=1.1〜1.4と
    する。
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