JP3180702B2 - 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、重量％で０．１〜
２．０％のＣｕ、０．０１〜０．１％のＳｎを１種また
は２種を含有する溶鋼の連続鋳造時に発生する鋳片の表
面割れを低減する連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、資源リサイクルの観点より、製鉄
原料として鉄のスクラップが活用されている。しかし、
このスクラップの中にはＣｕやＳｎを含有するものがあ
る。

【０００３】溶鋼中にＣｕやＳｎが含まれると、連続鋳
造時に鋳片の表面に著しい割れが発生することは例え
ば、Manfred M. Wolf:Trans. ISIJ,24(1984),351にも記
述されているように良く知られている。精錬段階でこれ
らの元素を除去するため種々の試みがなされているが、
実際の製造への適用可能な方法は未だ開発されていな
い。

【０００４】この鋳片表面割れの発生機構については種
々の検討が行われており、以下のように発生するものと
推定されている。鋳型より引き抜かれた鋳片は、温度降
下に伴い大気中の酸素により酸化し、酸化鉄からなるス
ケールを生成する。このスケールは時間と共にその厚み
を増加させながら成長し鋳片の表面に残る。

【０００５】母材のＦe より酸素との親和力の低いＣ
ｕ、Ｓｎはスケール中で酸化されずに溶融層（融点は、
Ｃｕ：約１０８０℃、Ｓｎ：約２３２℃）として濃化
し、やがて鋳片の表面近傍に蓄積してスケール下の鋳片
表面層に濃化溶融層を形成する。この鋳片がピンチロー
ルや矯正ロールにより、応力を受けるとＣｕ、Ｓｎの濃
化溶融層が粒界に侵入し、鋳片表面割れが発生するもの
と考えられている。

【０００６】一方、S L Wigman and M D Millet:Steel
Times,(1992) 516に記述されているように、Ｃｕ含有量
に相当する量のＮｉを添加し、Ｃｕと同時にＮｉを鋳片
の表面に濃化させ、この濃化層の融点を上昇させて鋳片
表面割れを防止することが行われている。このＮｉを添
加する方法は良い結果が得られるものの、高価なＮｉを
使用するため製造コストが上昇し経済的でない。

【０００７】特開平６−３２８２１１号公報では、表面
割れがオッシレーションマークの凹み部分に発生するこ
とから、鋳片が鋳型を出てから鋳片の曲げ矯正を開始す
る前で、ガイドロールの間隙を調整し、鋳片表面部を圧
下してオッシレーションマークを消滅させるとともに、
この圧下により、鋳片表面に対して垂直に成長した結晶
粒界から成る鋳片表層部の組織を、結晶粒の成長方向が
不規則な粒状凝固組織に変えることにより、鋳片の表面
にＣｕ、Ｓｎなどの濃化溶融層が存在していても表面割
れが低減できる方法が提示されている。

【０００８】しかし、この方法は鋳片の表面組織を変化
させるために大きな歪を与える必要がある。したがっ
て、連続鋳造機に高い剛性が必要であるとともに、鋳片
引き抜き抵抗が増加するため大幅な設備改造が必要とな
る。さらに、未凝固溶鋼部が残る鋳片に圧下力を付与す
ることは、鋳片内部に割れを引き起こす危険性がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の問題点を解消し、鋳片の表面割れの少ない連
続鋳造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、Ｃｕ、Ｓ
ｎを含有する連続鋳造鋳片の表面割れを防止するため種
々検討した結果、下記の知見を得た。

【００１１】Ｃｕ、Ｓｎを含有する溶鋼を鋳造した場
合に発生する鋳片の表面割れは、Ｃｕ、Ｓｎの濃化溶融
層の生成と酸化条件に関係している。 したがって、鋳造時の鋳片の酸化を抑制すれば、Ｃ
ｕ、Ｓｎの濃化溶融層を抑制することができ、表面割れ
を防止することができる。

【００１２】本発明は、このような知見に基ずきなされ
たもので、その要旨は、重量％で０．１〜２．０％のＣ
ｕ、０．０１〜０．１％のＳｎを１種または２種を含有
する溶鋼を連続鋳造する際、鋳造速度を１．５ｍ／分以
上とし、鋳型からの鋳片引き抜き所要時間を８〜３０秒
とし、その後直ちに鋳片重量当たりの２次冷却水量で表
した比水量Ｗ（ｌ／ｋｇ）が下記式〜式を満たす条
件で２次冷却を行い、鋳片の矯正を鋳込み時から１〜６
分の間にて終了する連続鋳造方法にある。Ａ＜Ｗ＜Ｂ ・・・ Ａ＝（１／３) ×Ｖｃ ・・・ Ｂ＝（１／４．５) ×Ｖｃ＋８／３ ・・・ ここで、Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／分）

【００１３】ここに、「鋳込み時から」とは、溶鋼を鋳
型に注入した時点からをいい、この時点から１〜６分経
過の間に鋳片の矯正が終了すれば良い。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の方法を実施する
のに用いられる連続鋳造装置の縦断面模式図である。

【００１５】図１に示すように、取鍋１からタンデッシ
ュ３に取鍋内の溶鋼２を排出し、タンデッシュ３から浸
漬ノズル４を経由して鋳型５の中に溶鋼２を注入して鋳
造する。鋳造しながら鋳型５から鋳片９を引き抜く。こ
の引き抜き所要時間が鋳片の酸化に影響する。その後直
ちに鋳片９を２次冷却帯６にて冷却し、ピンチロール７
を通り矯正ロール１０にて鋳片を真直に矯正する。鋳込
み時から鋳片９が２次冷却帯６を通過後矯正ロール１０
に至るまでの時間が鋳片表面のＣｕ、Ｓｎの濃化溶融層
の生成に影響する。さらに、鋳造速度と２次冷却水量
が、鋳片の表面割れに影響を及ぼす。本発明の溶鋼の化
学組成を、前記のように限定した理由を説明する。

【００１６】Ｃｕ：０．１〜２．０％ ０．１％未満では含有量が少ないためＣｕの鋳片表面部
への濃化溶融はほとんど生じないので問題にならない。
また、製鋼原料のスクラップの選別（目視によりＣｕ
板、電線、Ｃｕメッキ板等を判別して取り除く）によ
り、２．０％以下に抑制することが可能なため上限を
２．０％とした。

【００１７】Ｓｎ：０．０１〜０．１％ ０．０１％未満では含有量が少ないためＳｎの鋳片表面
部への濃化はほとんど生じないので問題にならない。ま
た、スクラップの選別（目視によりＳｎメッキ板、半田
溶接部材等を判別して取り除く）により、０．１％以下
に抑制することが可能なため上限を０．１％とした。

【００１８】次に本発明の製造条件の限定理由を述べ
る。 鋳型からの鋳片引き抜き所要時間：８〜３０秒 鋳片引き抜き所要時間が８秒未満では、ブレイクアウト
を防止しうる程度の凝固シェル厚さ（１０ｍｍ厚程度）
が確保できないため、８秒以上とした。また３０秒超で
は、鋳片と鋳型の隙間にエアーギャップが発生し、鋳型
内で鋳片の表面が酸化されるので上限を３０秒とした。
好ましくは１５〜２５秒である。

【００１９】この時間の範囲内であれば、鋳片の表面温
度は７００℃〜１０００℃となり鋳片の酸化を抑制する
ことができ、鋳片表層部のＣｕ、Ｓｎの濃化溶融層の形
成を防止できる。

【００２０】上記の見解を得たのは、以下の実験と検討
による。鋳片表面にＣｕ、Ｓｎがどのように濃化溶融層
を生成するかを確認するため、０〜２．０％のＣｕ、０
〜０．１％のＳｎを１種もしくは２種含有する各種鋼を
溶解し、その鋼塊より２００ｍｍ角の試験片を採取し酸
化試験を行った。試験片を大気雰囲気の電気炉中で１３
００℃に加熱し、温度制御を行いながら９００℃まで冷
却後炉外で放冷し、その酸化状況を調査した。その結果
を図２に示す。

【００２１】図２は、Ｃｕ、Ｓｎが濃化溶融層を生成し
た時の鋳片表層部断面のＳＥＭ写真の模式図である。Ｃ
ｕ、Ｓｎの濃化溶融層１１は鋳片表面１２の結晶粒界に
存在していた。なお符号１３は酸化スケール、１４は空
隙である。

【００２２】次に、鋳片の酸化時間とＣｕ、Ｓｎの濃化
溶融層の生成状況について検討した。鋳型内面における
鋳片の酸化状況について実操業（鋳造速度：０．８５ｍ
／ｍｉｎ、鋳型からの鋳片引き抜き所要時間：４２秒）
で連続鋳造後の鋳型内面と鋳片表面との間に、エアーギ
ャップがどの程度発生しているかを鋳込後の鋳型内面状
況（変色及びこすり跡）を観察し推定した。その結果を
図４の（ａ）〜（ｃ）に示す。図４（ａ）は、鋳型内の
縦断面模式図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＸ−
Ｘ線矢視断面図、同図（ｃ）は、同図（ａ）のＹ−Ｙ線
矢視断面図である。

【００２３】図４（ａ）の鋳型内メニスカス部８から１
００ｍｍ下方の８ａの部分では、図１（ｂ）の８ａ部の
ようにエアーギャップは発生していない。しかし、図４
（ａ）の鋳型内面下端５ａから１００ｍｍ上方の８ｂの
部分では、図４（ｃ）のようにエアーギャップ１４ａが
２ｍｍ程度発生していたと推定した。

【００２４】すなわち鋳片引き抜き所要時間が４２秒と
比較的長い上述の例によれば、鋳型内面上部では、鋳型
内面と鋳片表面がほとんど接触状況にあり、鋳片表面が
直接大気と触れないため鋳片の表面は酸化しない。しか
し鋳型内面下部では、鋳型内面下部と鋳片表面間にエア
ーギャップが生成し、鋳片表面が直接大気に触れ鋳片の
表面が酸化する。

【００２５】エアーギャップが生成すると、この部分の
鋳片は抜熱量が低下するため復熱し、鋳片表面温度は１
１００℃以上となるとともに、直接大気と触れることか
ら酸化量が増大して、Ｃｕ、Ｓｎの濃化した溶融層が鋳
片表層部に生成する。したがって、鋳片の引き抜き所要
時間は短い方が好ましい。

【００２６】本発明方法では、鋳型からの鋳片引き抜き
所要時間は８〜３０秒と短時間なので、鋳片の凝固シェ
ルが厚く成長する前に鋳片が鋳型内を通過し、エアーギ
ャップが生成しない。したがって、鋳片の表面は酸化さ
れない。

【００２７】しかし、鋳型からの鋳片引き抜き所要時間
が短いと、鋳型下端付近の凝固シェル厚が薄いため、バ
ルジングまたは複熱によるブレークアウトの危険性があ
る。したがって、鋳型から鋳片を引き抜いた後、直ちに
２次冷却を行う必要がある。

【００２８】鋳込み時から鋳片の矯正を終了するまで
の時間：１〜６分 鋳片の矯正を鋳込み時から１分未満にする高速引き抜き
は、設備上の問題から不可能なため、下限を１分とし
た。

【００２９】鋳片の矯正が鋳込み時から６分を超える
と、鋳片の表面温度が９００℃程度まで低くなっていて
も表面酸化が進行する。これに伴い、鋳片表面部にＣ
ｕ、Ｓｎ等の低融点金属が徐々に蓄積され表面割れ発生
の原因となるため上限を６分とした。

【００３０】上記の見解を得たのは、以下の検討によ
る。前述の実験結果をＣｕ、Ｓｎの含有量（Ｃｕ％＋１
０×Ｓｎ％）と鋳片表面が９００℃になるまでの時間を
パラメータに整理した結果を図３に示す。図３より、鋳
片表面を９００℃まで冷却する際の所要時間を６分以内
にすれば、鋳片表面にＣｕ、Ｓｎの濃化した溶融相は生
成しないことが判明した。

【００３１】この結果、高温酸化の条件により、鋳片表
面にＣｕ、Ｓｎの濃化した溶融相が生成する場合と、生
成しない場合とがあるという知見を得た。このＣｕ、Ｓ
ｎの濃化した溶融相が生成しなければ、鋳片の表面割れ
が抑制できる。

【００３２】鋳造速度：１．５ｍ／分以上 鋳造速度が１．５ｍ／分未満で、鋳片引き抜き所要時間
を８〜３０秒以内で、かつ鋳片が鋳込み時から６分以内
に矯正を終了させるような連続鋳造機様式とすることは
技術的に困難である。また、前述したように鋳片のオシ
レーションマークが深くなり割れの発生原因となるため
下限を１．５ｍ／分とした。上限は特に制限しないが通
常の条件では６ｍ／分である。

【００３３】上記の見解を得たのは、下記の検討によ
る。鋳造速度と鋳片の幅方向中央部とエッジ部との温度
差の関係（他の鋳造条件、２次冷却比水量は一定）を図
５に示す。

【００３４】図５に示すように、鋳造速度が速い方が鋳
片の幅方向中央部とエッジ部との温度差が小さくなり、
鋳片表面部の応力が減少して割れ発生要因が抑制され
る。したがって、鋳造速度は速い方が好ましい。

【００３５】次に、鋳型オシレーションストロークを一
定にし、鋳造速度を変化した場合のオシレーションマー
ク深さとの関係を図６に示す。図６に示すように、鋳造
速度が１．５ｍ／分未満ではオシレーションマーク深さ
が著しく増加する。オシレーションマークの谷部は、鋳
片の表面割れの起点となるので鋳造速度があまり遅いの
は好ましくない。

【００３６】２次冷却水量：比水量Ｗ（ｌ／ｋｇ）が
（１／３）×Ｖｃ＜Ｗ＜（１／４．５）×Ｖｃ＋８／
３。 ２次冷却水量が少ないと溶鋼静圧により鋳片にバルジン
グが生じ、長辺および短辺に大きな引張り応力が発生
し、表面割れ、内部割れの危険性がある。バルジング歪
量が０．２５％以下であれば、表面割れおよび内部割れ
には影響を与えないことを通常の操業で確認している。
そこで、鋳片表面温度を高温脆化域外の８００〜１００
０℃となり、かつバルジング歪量が０．２５％以下とな
る条件を検討した。

【００３７】その結果を図７に示す。図７は、バルジン
グ歪量を０．２５％以下で、かつ矯正時における鋳片表
面温度８００℃以上を確保するための、鋳造速度と２次
冷却時の比水量との関係を示している。

【００３８】図７から明らかなように矯正時における鋳
片温度を８００℃以上とし、バルジング歪量を０．２５
％以下にするには、比水量Ｗ（ｌ／ｋｇ）を Ａ＝（１／３）×Ｖｃ・・・・・ の条件で表される比水量よりも大きくすれば良い。

【００３９】さらに比水量Ｗ（ｌ／ｋｇ）を Ａａ＝（１／３）×Ｖｃ＋０．５・・・・・ａ で表される条件より大きくすれば（図７のａ波線より
上方）バルジング歪量を０．１５％未満にできるので、
より好ましくなる。

【００４０】矯正時における鋳片表面温度を８００℃以
上にするためには、比水量Ｗ（ｌ／ｋｇ）を Ｂ＝（１／４．５）×Ｖｃ＋８／３・・・・・ で表した比水量よりも小さくすれば良い。

【００４１】従って、式および式の両方を満足する
には、 Ａ＜Ｗ＜Ｂ・・・・・ の条件を満たせば良い。この結果により、本発明者等は
鋳片表面温度とバルジング歪量は、鋳造速度と２次冷却
時の比水量Ｗ（ｌ／ｋｇ）により決定されることを見い
だした。

【００４２】

【実施例】連続鋳造機は垂直部の長さ１．５ｍ、湾曲半
径３．５ｍ、および鋳片メニスカス部から矯正終了点ま
での距離８．５ｍの垂直曲げ型を用いて、鋳型寸法１０
０ｍｍ厚×１０００ｍｍ幅で、亜包晶鋼（Ｃ：０．１１
％、Ｃｕ：０．４％、Ｓｎ：０．０３％、Ｓｉ：０．２
０％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．００７％、残：Ｆe
％）の鋳造を行った。このときの製造条件と鋳片品質
（鋳片の表面手入れ量で表される）の調査結果を表１、
表２に示す。

【００４３】鋳造後鋳片の表面割れ状況の調査は、全長
８ｍの鋳片表皮下１．５〜２ｍｍまでスラブ表面をスカ
ーフィングした後、目視により表面割れ欠陥を観察し、
その後グラインダーにより手入れを行い、その量を評価
して、「無」、「軽」（従来法の１／４程度の量）、
「中」（従来法の１／２程度の量）、「重」（従来法と
同等量）の４段階で分類評価した。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】（実施例１）本発明で定める条件により製
造された本発明例１および２において本発明例１では、
鋳片に割れが発生しなかったため鋳片表面手入れ量は
「無」であった。本発明例２では、鋳片表面に１ヶ所割
れが発生し軽度の手入れをしたため、鋳片表面手入れ量
は「軽」であったがこの程度であれば許容範囲の手入れ
量である。

【００４７】本発明で定める条件から外れる比較例１〜
４において比較例２では、５０ケ所の割れが発生し、鋳
片手入れ量は「中」であった。比較例１、３、４は、１
００〜５００ケ所の割れが発生し、鋳片表面手入れ量は
「重」であり従来法と同程度であった。

【００４８】（実施例２）本発明で定める条件により製
造された本発明例１〜４において本発明例１と３では、
鋳片に割れが発生しなかったため鋳片表面手入れ量は
「無」であった。本発明例２は、２次冷却比水量が低下
したためか５ケ所の割れが発生し、鋳片表面手入れ量は
「軽」であったが、この程度であれば許容範囲内の手入
れ量である。

【００４９】比水量が本発明で定める条件から外れる比
較例１〜４を以下に検討する。比較例１では、２次冷却
比水量が増加したため、矯正時の鋳片表面温度が７７０
℃と低下し、３００ケ所の割れが発生し、鋳片表面手入
れ量は「重」であった。比較例２は、１５０ケ所の表面
割れが発生していたとともに、２次冷却比水量が低下し
ているため、バルジングの起因と考えられる内部割れが
発生していた。したがって、鋳片表面手入れ量は「中」
程度であった。比較例３、４は、１８０ケ所、３０ケ所
の割れが発生し、鋳片表面手入れ量は「重」および
「中」であり、許容範囲を大きく超えた手入れ量であ
る。上記のように実施例１および２とも、本発明例は比
較例に対し鋳片の表面割れ、内部割れとも発生が抑制さ
れ品質の向上は著しい。

【００５０】

【発明の効果】本発明により、従来表面割れが発生して
いた重量％で０．１〜２．０％のＣｕ、０．０１〜０．
１％のＳｎを１種または２種を含有した溶鋼を連続鋳造
しても、鋳片に割れを発生させない鋳造が可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳造から鋳片が２次冷却帯をへて鋳片を矯正す
るまでの間の縦断面模式図である。

【図２】Ｃｕ、Ｓｎが濃化溶融層を生成したときの鋳片
表層部の断面ＳＥＭ写真の模式図である。

【図３】Ｃｕ、Ｓｎの濃化溶融層生成の有無をＣｕ、Ｓ
ｎの含有量（Ｃｕ％＋１０×Ｓｎ％）と鋳片表面が９０
０℃になるまでの時間とをパラメータにして整理した図
である。

【図４】鋳型内面と鋳片表面との隙間のエアーギャップ
状況の縦断面模式図である。同図（ａ）は、鋳型内の縦
断面模式図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＸ−Ｘ線矢視
断面図、同図（ｃ）は、同図（ａ）のＹ−Ｙ線矢視断面
図である。

【図５】２次冷却の比水量および他の鋳造条件をほぼ一
定とした時の鋳造速度と鋳片幅方向中央部とエッジ部と
の温度差との関係図である。

【図６】鋳型オシレーションストロークを一定にしたと
きの鋳造速度とオシレーションマーク深さとの関係を示
した図である。

【図７】バルジング歪量または矯正点の表面温度を鋳造
速度と比水量とをパラメータにして整理した図である。

【符号の説明】

１：取鍋、 ２：溶鋼、 ３：
タンデイシュ、４：浸漬ノズル、 ５：鋳型
５ａ：鋳型下端、６：２次冷却帯、 ７：
矯正ロール、 ８：メニスカス部、８ａ：鋳型内
面メニスカス部から１００ｍｍ下方の位置、８ｂ：鋳型
内面下端から２００ｍｍ上方の位置、９：鋳片、
１０：矯正ロール、 １１：濃化溶融層、１
２：鋳片表面、 １３：酸化スケール、 １４：
空隙、１４ａ：エヤーギャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−47854（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−90187（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−115658（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−193254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−195761（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−332556（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−174962（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−265908（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−195742（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−66231（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−106327（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−292949（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−276747（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−328211（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−225607（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/20 B22D 11/00 B22D 11/12 B22D 11/124 B22D 11/22

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で０．１〜２．０％のＣｕ、０．０
   １〜０．１％のＳｎを１種または２種を含有する溶鋼を
   連続鋳造する際、鋳造速度を１．５ｍ／分以上とし、鋳
   型からの鋳片引き抜き所要時間を８〜３０秒とし、その
   後直ちに鋳片重量当たりの２次冷却水量で表した比水量
   Ｗ（ｌ／ｋｇ）が下記式〜式を満たす条件で２次冷
   却を行い、鋳片の矯正を鋳込み時から１〜６分の間にて
   終了することを特徴とする連続鋳造方法。Ａ＜Ｗ＜Ｂ ・・・ Ａ＝（１／３) ×Ｖｃ ・・・ Ｂ＝（１／４．５) ×Ｖｃ＋８／３ ・・・ ここで、Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／分）