JP3220348B2 - 未凝固圧下連続鋳造方法 - Google Patents

未凝固圧下連続鋳造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、連続鋳造ライン内の
未凝固鋳片に、その厚み方向に圧下を加えて薄肉の鋳片
を直接製造するための未凝固圧下連続鋳造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】近年、省力化や省エネルギーの観点か
ら、熱間圧延プロセスを省略し、溶湯から直接かつ連続
的に薄肉の鋳片を製造する試みが種々行われている。な
かでも、連続鋳造用鋳型(以下、単に「鋳型」という)
から引き抜かれた鋳片の内部が未凝固状態のときに圧下
を行う、いわゆる未凝固圧下連続鋳造方法(以下、単に
「未凝固圧下法」と略す)が知られている。この未凝固
圧下法は、鋳片の凝固後に圧下する方法に比べて、圧下
荷重が小さくて済むため、圧下装置の設計耐荷重を低く
することができ、特に設備コスト上有利である。
【0003】未凝固圧下法は、図1に示すような構造の
連続鋳造機にて行われる。図1は未凝固圧下連続鋳造機
の説明図であり、鋳型1の下方に未凝固鋳片圧下用ロー
ル群2、及び、サポートロール群3を配置した連続鋳造
機にて、イマージョンノズル4から上記鋳型1内に溶鋼
を供給し、次いで鋳型1から凝固シェル5内部に未凝固
部6が残存する未凝固鋳片を引抜き、この未凝固鋳片に
未凝固鋳片圧下用ロール群2にて圧下を加えることによ
り、希望の厚みの薄肉鋳片を製造するのである。
【0004】未凝固圧下鋳造時、鋳片の凝固界面には、
圧下を行わない通常の連続鋳造法の場合と同様に溶鋼静
圧によるバルジング歪εb が発生する他に、圧下により
歪(以下圧下歪εr と記す)が作用するため、総歪ε=
εb +εr が大きくなり、内部割れが発生し易いという
問題がある。
【0005】内部割れは、上記の総歪εがある限界値、
すなわち、内部割れ限界歪εcrを超えると発生すると考
えられている。よって、内部割れ発生防止のためにはε
<ε crの条件を満足するように圧下量を調整するなどし
て未凝固圧下鋳造を行う必要がある。つまり、内部割れ
防止には、その発生限界歪εcrを知ることが操業条件を
決定する上で極めて重要である。
【0006】内部割れ発生の限界歪εcrは、鋳造する鋼
種により異なり、その値は、C,S,P等の成分の含有
量に影響を受ける。それ故、εcrを知るため、鋼種別に
実験室的に内部割れの再現実験を行ったり、実連鋳鋳片
に期せずして発生した内部割れを調査する方法がとら
れ、非常な手間と時間とを要していた。また、従来にな
い新成分の鋼種を連続鋳造するに当たっては、事前に上
記のような実験を繰り返す必要があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、内部割れ
の発生限界歪εcrを鋼種(成分)を問わず導出して未凝
固鋳片圧下量を制御し、内部割れの発生を防止できる未
凝固圧下鋳造方法を提案することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明者らは、未凝固
圧下鋳造時の内部割れ発生限界歪εcrを明確化するため
に広範な成分、種々の鋼種に関して限界歪εcrの測定実
験を行った。その結果εcrは鋼の成分及び冷却条件によ
って決まる値ΔT =T1−T2(T1:固相率 0.7時の温度
(℃)の値、T2:(固相率0.99時の温度(℃)の値)と
強い相関があることを新規に知見した。
【0009】この発明は、上記知見に基づいてなされた
ものであり、その要旨とするところは以下の通りであ
る。鋳型から引き抜かれる未凝固鋳片に対し、圧下用ロ
ール群によってその厚み方向に圧下を加える未凝固圧下
連続鋳造方法において、上記圧下用ロール群の各ロール
毎に、鋳造中の鋳片の凝固界面に作用する総歪εが下記
式 (1)および(2) から導出される内部割れ限界歪εcr
下となるように、鋳片圧下量を制御することを特徴とす
る未凝固圧下連続鋳造方法。 εcr=2.59−0.017 ×ΔT -----(1) ΔT =T1−T2 -----(2) ここで εcr:内部割れ限界歪 (%) T1:鋼の固相率 0.7時の温度(℃)の値 T2:鋼の固相率0.99時の温度 (℃) の値 ここで、総歪εとは、バルジング歪εb と圧下によるε
r との和のことを云う。
【0010】
【作用】この発明の作用について述べる。まず、内部割
れ限界歪εcrとΔT (固相率 0.7から0.99までの温度
差) の関係について説明する。先にも述べたが、発明者
らは、広範な鋼種を用いて、εcrの測定実験を行い、そ
の結果を基にεcrの大小を決定するパラメータとしてΔ
T に注目した。これは内部割れの発生する温度範囲は、
固相率 fS が 0.7から0.99の間の温度域であるというこ
とを種々の実験を繰り返すことによって確認したからで
ある。
【0011】ΔT =T1−T2は、固相率 fS と温度Tの関
係を求めれば決定される。 fS とTの関係は、鋼の溶質
成分含有量と、凝固形態の差異(例えば、中炭素鋼はδ
−γ変態を伴う凝固、高炭素鋼はγ凝固、SUS430 鋼
はδ凝固)に依存して定り、例えば、「Metall Trans.,
13B (1982), p.256」によって次記式(3),(4) および
(5) から求めることができる。
【0012】
【数1】 ここで、k:溶質の平衡分配係数、 DS :溶質の固相内
拡散係数(mm2/s)、λ:2次デンドライトアーム間隔(m
m)、 tf :部分凝固時間(s)、 Tf :着目する溶質を
含まない場合の液相線温度(℃)である。
【0013】溶質成分として、C,P,Sに着目して、
それぞれの溶質による fS とTの関係を各々 (3)式より
求め、 fS =0時の温度 TL からの温度降下量を加算す
ることにより、C,P,Sの含有を考慮した fS −T曲
線を求めることができる。なお、 (5)式中のλは実測せ
ずともたとえば「日本金属学会誌32(1968)12, P.1301」
による公知の手法で、伝熱計算をすることにより導出で
きる。
【0014】発明者らは、表1に示す成分系の鋼種を用
い内部割れ限界歪εcrの測定実験を行い、測定されたε
crと上記のようにして計算されるΔT との関係を調査し
た。
【0015】
【表1】
【0016】それらの結果を図2にまとめて示す。図2
は内部割れ限界歪εcrの測定値と、導出された固相率0.
7 時温度と0.99時温度との温度差ΔT との関係を示すグ
ラフである。図2中のプロットは高炭素鋼、中炭素鋼、
SUS430鋼の3鋼種のεcrを示しているが、鋼種によら
ず、εcrはΔT で一義的に決定し、直線関係が成立して
いる。つまり、ΔT を上記の手法にて予め求めておけ
ば、内部割れ限界歪εcr 下記式(1) から容易に導出で
き、鋳片の凝固界面に作用する総歪εが上記手段で推定
したεcrを超えない条件に圧下量を制御して未凝固圧下
鋳造を行えばよく、かくすることにより内部割れのない
薄鋳片を製造できるのである。 εcr=2.59−0.017 ×ΔT -----(1)
【0017】
【実施例】実施例1 前掲図1に示した未凝固圧下連続鋳造機を用いて、下記
条件により中炭素鋼の未凝固圧下法による鋳造を行っ
た。 鋳造条件 鋼種:中炭素鋼(C:0.185 、P:0.028 、S:0.011
wt%) 鋳造速度VC : 3.5m/min 圧下用ロール数:14ロールペア 圧下用ロールピッチ:160mm 目標合計圧下量:50mm(25mm/片面) 鋳型寸法:100mm 厚×1000mm幅 つまり、100mm 厚の未凝固鋳片に50mm (片面25mm) の圧
下を加えて、50mm厚の薄鋳片を製造するものである。ま
た、上記の鋼種の内部割れ限界歪εcrを前記式(1) より
で求めたところ、εcr=0.75%であった。すなわち、内
部割れを防止するためには鋳片凝固界面に作用する総歪
εがε<εcrを満たすように各ロールごとの圧下量を制
御することが必要であるが、εは次記式(6) で与えられ
る。 ε=εb +εr (6) (6) 式において、εb :バルジング歪(%)、εr :圧
下歪(%)であり、εb は、伝熱解析により、連鋳機の
各位置における鋳片温度、凝固シェル厚みを求め、鋳造
する鋼の機械的性質の温度依存性を考慮した有限要素応
力解析により求めることができ、また、εr は次記式
(7) により導出できる。
【数2】 但し、d:凝固シェル厚(mm)、l:ロールピッチ(mm)、
δ:1ロール当たりの圧量(mm)である。したがって、内
部割れを防止するためには次記式(8) を満足するように
1ロール当たりの圧下量δを制御することが必要であ
る。
【0018】
【数3】 この発明の適合例として上記式(8) を満足する条件すな
わちこの発明に適合する条件で1ロール当たりの圧下量
δを調整した場合の、各ロール毎の圧下量δと凝固界面
での総歪εとを示すグラフを図3に示す。εは最大で
0.7%と小さく、内部割れ限界歪εcr (0.75%) を超え
ていない。
【0019】また、比較例として、総圧下量50mm (片面
25mm) を達成するために1ロール当たりの圧下量δを一
律に1.78mmとした場合の各ロール毎の凝固界面での総歪
εを示すグラフを図4に示す。この場合、7番ロール以
降でεがεcr(0.75 %) を超えている。ついで、上記適
合例及び比較例での未凝固圧下鋳造で得られた薄鋳片の
断面をサルファプリントしたところ、比較例では内部割
れが発生しているのに対し、発明例では、内部割れが発
生していないことが分かった。
【0020】実施例2 ステンレス鋼の未凝固圧下法による鋳造を下記条件によ
り実施した。 鋳造条件 鋼種:SUS430ステンレス鋼(C:0.05, P:0.033, S:0.007,
Cr:16wt%) 鋳造速度Vc:1.6m/min 圧下用ロール数:8ロールペア(3番〜10番ロール) 圧下用ロールピッチ:160 mm 目標合計圧下量:50mm (25mm/片面) 鋳型寸法:100mm 厚×1000mm幅 上記SUS430鋼の内部割れ限界歪みεcrを前記式(1) より
求めたところ、εcr=1.75%であった。実施例1の場合
と同様に前記式(8)を満足する条件すなわち、この発明
に適合する条件で1ロール当たりの圧下量δを調整した
場合の適合例の、各ロール毎の圧下量δと凝固界面総歪
εとを示すグラフを図5に示す。εは最大1.6 %と小さ
く、εcr(1.75 %) を超えていない。また、比較例とし
て、総圧下量50mm( 片面25mm) を達成するため、1ロー
ル当たりの圧下量δを一律3.13mmとした場合の各ロール
毎の凝固界面での総歪εを示すグラフを図6に示す。こ
の場合、9番ロール以降でεがεcr(1.75 %) を超えて
いる。上記適合例及び比較例での未凝固圧下鋳造により
得られた薄鋳片について、それらの断面を調査したとこ
ろ、比較例では内部割れが発生していたのに対し、適合
例では、内部割れは認められず健全であった。
【0021】
【発明の効果】この発明では、鋳造する鋼の成分及び冷
却条件から予め内部割れ限界歪εcrを求め、鋳片の凝固
界面に作用する総歪εを内部割れ限界歪εcr以下に抑え
るように、各圧下用ロール毎に圧下量を制御して鋳造す
るので、内部割れのない薄鋳片を製造できる。特に、ε
crを求める際には、机上の計算だけですみ、内部割れの
再現実験等の試行錯誤的な実験を繰り返す必要がなく、
手間と労力が大幅に軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】未凝固圧下連続鋳造機の説明図である。
【図2】内部割れ限界歪εcrと、導出された固相率0.7
時温度と固相率0.99時温度との温度差ΔT との関係を示
すグラフである。
【図3】実施例1において、この発明に適合する条件で
1ロール当りの圧下量δを調整した場合の適合例の、各
ロールナンバー毎の圧下量δと凝固界面での総歪εとを
示すグラフである。
【図4】実施例1において、比較例として1ロール当り
の圧下量δを一律に1.78mmとした場合の各ロール毎の凝
固界面での総歪εを示すグラフである。
【図5】実施例2において、この発明に適合する条件で
1ロール当たりの圧下量δを調整した場合の適合例の、
各ロール毎の圧下量δと凝固界面総歪εとを示すグラフ
である。
【図6】実施例2において、比較例として1ロール当り
の圧下量δを一律3.13mmとした場合の、各ロール毎の凝
固界面総歪εを示すグラフである。
【符号の説明】
1 鋳型 2 圧下用ロール群 3 サポートロール群 4 イマージョンノズル 5 凝固シェル 6 未凝固部
フロントページの続き (72)発明者 別所 永康 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社 技術研究所内 (72)発明者 松原 正和 愛媛県新居浜市惣開町5番2号 住友重 機械工業株式会社 新居浜製造所内 (56)参考文献 特開 平5−185183(JP,A) 特開 平8−90187(JP,A) 特開 平5−8004(JP,A) 特開 平4−75754(JP,A) 特開 平4−22552(JP,A) 特開 平3−174962(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/128 350 B22D 11/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋳型から引き抜かれる未凝固鋳片に対
    し、圧下用ロール群によってその厚み方向に圧下を加え
    る未凝固圧下連続鋳造方法において、上記圧下用ロール
    群の各ロール毎に、鋳造中の鋳片の凝固界面に作用する
    総歪εが下記式 (1)および(2) から導出される内部割れ
    限界歪εcr以下となるように、鋳片圧下量を制御するこ
    とを特徴とする未凝固圧下連続鋳造方法。 εcr=2.59−0.017 ×ΔT -----(1) ΔT =T1−T2 -----(2) ここで εcr:内部割れ限界歪 (%) T1:鋼の固相率 0.7時の温度(℃)の値 T2:鋼の固相率0.99時の温度 (℃) の値
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