JP3297802B2

JP3297802B2 - 連続鋳造方法

Info

Publication number: JP3297802B2
Application number: JP21904498A
Authority: JP
Inventors: 章裕山中; 義起伊藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-08-03
Filing date: 1998-08-03
Publication date: 2002-07-02
Anticipated expiration: 2018-08-03
Also published as: JP2000052008A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳片に内部割れを
発生させることなく、鋳片中心部近傍に発生する中心偏
析やＶ偏析を軽減することが可能な鋼の連続鋳造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造鋳片の厚み中心部近傍に
は、中心偏析やＶ偏析が発生しやすい。中心偏析は、鋳
片の最終凝固部である厚み方向中心部にＣ、Ｓ、Ｐ、Ｍ
ｎなどの偏析成分が濃化して現れるもので、Ｖ偏析は、
鋳片の最終凝固部近傍に、これらの偏析成分がＶ字状に
偏析するものである。

【０００３】これらの偏析は、たとえば製品厚板の靱性
の低下や、厚板から曲げ加工後、溶接して製造される大
径鋼管の水素誘起割れの原因となることが知られてい
る。

【０００４】このような偏析の生成機構は、次のように
考えられている。凝固が進み、凝固組織の一つであるデ
ンドライト樹間に偏析成分が濃化し、この濃化溶鋼が、
凝固時の鋳片の収縮またはバルジングと呼ばれる鋳片の
ふくれなどにより、デンドライト樹間より流出し、最終
凝固部の凝固完了点に向かって流動し、そのまま厚みの
ある濃化帯として凝固する。そのために、これらの偏析
が発生する。

【０００５】これらの偏析の防止対策として、デンドラ
イト樹間に残った濃化溶鋼の移動を防止することと、濃
化溶鋼の局所的な集積を防ぐことが有効であり、次のよ
うな方法が提案されている。

【０００６】その一つに、圧下ロール群による軽圧下法
があるが、凝固収縮量を若干上回る程度の軽圧下では、
偏析改善には限界がある。

【０００７】効果的にこれらの偏析を改善するために、
圧下ロールで大きな圧下を加えようとすると、鋳片に内
部割れが発生する場合がある。

【０００８】特開平７−１３２３５５号公報には、一対
の圧下ロールによる未凝固部を含む鋳片の圧下に際し、
凝固界面圧着後の圧下率を１５％以上とすること、すな
わち未凝固部の厚み以上の圧下を行うことにより内部割
れを防止できることが開示されている。しかし、この方
法では、完全に凝固した鋳片の両端部を圧下すること
と、未凝固部の厚み以上の厚みを圧下することから、設
備が過大となる。

【０００９】特開平９−５７４１０号公報では、未凝固
部を含む鋳片を２０〜１００ｍｍ程度バルジングさせ、
凝固完了位置の手前までに、前記バルジング量相当分を
少なくとも一対の圧下ロールで圧下する方法が開示され
ている。この方法では、これらの偏析の改善に一定の効
果が期待できる。また、完全に凝固した鋳片の両端部を
圧下することがないため、過大な設備を用いなくてもよ
い。しかし、この方法では、未凝固部の厚みが厚い位置
での圧下が不十分な場合には、凝固界面に内部割れが発
生したり、また、偏析の改善効果が得られなかったりす
る場合がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、鋳片に内部
割れを発生させることなく、鋳片の中心部近傍の中心偏
析やＶ偏析の少ない健全な鋳片を得ることが可能な鋼の
連続鋳造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
およびを特徴とする連続鋳造方法にある。

【００１２】未凝固部を含む鋳片をバルジングさせた
後、凝固完了までの間で圧下ロールにより圧下するに際
し、バルジング開始時の鋳片の厚みの５〜２５％をバルジ
ングさせること。一対の圧下ロールについて、下記（Ａ）式で表される
指数Ｘが０．５以上となる条件で圧下すること。

【００１３】Ｘ＝（Ｒ／ｄ）×（Ｄ／Ｔ）^1/2 ・・・（Ａ）ここで、Ｒ：圧下量（ｍｍ）ｄ：圧下開始時の固相率が０．８以下の未凝固部分の厚
み（ｍｍ）Ｄ：圧下ロールの直径（ｍｍ）Ｔ：バルジング後の鋳片の厚み（ｍｍ）本発明の方法では、圧下開始時の鋳片の未凝固部分の厚
みｄ（ｍｍ）を、鋳片内部の厚み方向の両側の固相率
０．８の凝固界面の間の厚みとする。固相率０．８の等
固相線を、凝固殻と未凝固部の境界である凝固界面とす
る理由は、この凝固界面に作用する力が、この界面より
外側の鋳片の完全に凝固した部分に伝達されるからであ
る。この固相率０．８の凝固界面は、凝固伝熱解析によ
る方法で算出可能であり、また、凝固時間の１／２乗の
比例式で表される凝固殻の厚みも、鋳片表面から固相率
０．８の凝固界面の厚みにほぼ相当する。

【００１４】上記（Ａ）式における、圧下量Ｒ（ｍｍ）
と圧下開始時の未凝固部分の厚みｄ（ｍｍ）の比Ｒ／ｄ
は、圧下による鋳片厚み方向の両側の凝固界面の接近度
合いを表す指標である。このＲ／ｄの値が１のとき、圧
下により鋳片の両側の固相率０．８の凝固界面が、お互
いに接触することを意味する。圧下量Ｒが、圧下開始時
の固相率が０．８の未凝固部分の厚みｄに等しいからで
ある。

【００１５】スラブのような断面形状の大きな鋳片の場
合、未凝固部分の厚み以内の厚みを圧下する場合でも、
鋳片表面に与えた圧下量が、鋳片の中心部の圧下量と等
しくなることは希である。

【００１６】スラブの場合に、鋳片の表面に与えた圧下
量に対して、実際に鋳片の中心部で圧下された厚みの比
を圧下浸透率αと定義する。このとき、圧下によりスラ
ブ鋳片内部の厚み方向両側の凝固界面が接近した状態を
示す指標は、α×（Ｒ／ｄ）で表される。

【００１７】図２は、圧下浸透率αと圧下ロールの直径
Ｄ（ｍｍ）およびバルジング後の鋳片の厚みＴ（ｍｍ）
との関係を示す図である。これによると、圧下浸透率α
は、圧下ロールの直径Ｄのバルジング後の鋳片の厚みＴ
に対する比Ｄ／Ｔの１／２乗に比例する。したがって、
圧下によりスラブ鋳片内部の厚み方向両側の凝固界面が
接近した状態を示す指標は、下記（Ｂ）式の右辺に比例
する。

【００１８】 α×（Ｒ／ｄ）＝（Ｄ／Ｔ）^1/2 ×（Ｒ／ｄ）・・・（Ｂ）この右辺の式を、上述の指数Ｘと定義することにより、
上述の（Ａ）式が得られる。すなわち、（Ａ）式で与え
られる指数Ｘは、圧下によりスラブ鋳片内部の厚み方向
両側の凝固界面が接近した状態を示す指数である。

【００１９】図３は、Ｃ含有率０．２０重量％の鋼を、
断面形状が、厚み２００ｍｍ、幅１８００ｍｍのスラブ
に連続鋳造し、後述する方法で調査した圧下時の鋳片の
内部割れの最大長さと指数Ｘとの関係を求めた結果を示
す図である。この指数が０．５以上になると、圧下に際
して内部割れが発生しなくなる。その理由は、圧下によ
り一方の凝固界面に働く圧下力が、反対側の凝固界面に
伝搬する。そのため、凝固界面に働く力は、引張り力と
はならず圧縮力となる。

【００２０】圧下の際に内部割れが発生しない理由は、
上述のとおり、圧下力が凝固界面を伝搬する程度に圧下
することによるので、圧下ロールによる圧下は、一対の
圧下ロールで行う必要がある。

【００２１】さらに、これら凝固界面に作用する圧縮力
または圧下による未凝固部の体積の収縮により、最終凝
固部の濃化溶鋼は、鋳片の鋳造方向の上流側に排出され
る。そのため、鋳片の中心部近傍の中心偏析やＶ偏析の
発生が防止される。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の連続鋳造方法を
説明するための図である。浸漬ノズル７を経て鋳型１に
注入された溶鋼６は鋳型内で凝固して凝固殻２ａが生成
する。凝固殻２ａは、鋳型１から引き抜かれた後、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
レー水により二次冷却されて、厚みが増していく。

【００２３】鋳型１から引き抜かれた凝固殻２ａは、ガ
イドロール３および圧下ロール４を経てピンチロール５
により引き抜かれる。ガイドロール３を有するバルジン
グゾーン９内で、鋳片の厚みを鋳造方向８に向けて段階
的に増加させ、バルジングを起こさせる。その後圧下ロ
ール４により本発明で規定する指数Ｘの値で、鋳片は圧
下される。

【００２４】バルジング量は、バルジング開始時の鋳片
の厚みの５〜２５％とする。スラブやブルームなどの連
続鋳造法の鋳片の厚みは、２００〜３５０ｍｍ程度が一
般的である。したがって、２５％を超えてバルジングさ
せた鋳片を圧下する場合は、過大な圧下設備を必要と
し、設備費が膨大となるので、上限は２５％とした。ま
た、圧下により鋳片内部の凝固界面に圧縮力を与えるた
めに必要な圧下厚みを確保するためには、５％以上バル
ジングさせる必要がある。５％未満では、圧下できる厚
みが小さく、凝固界面に十分な圧縮力を与えられない。
したがって、バルジング量はバルジング開始時の鋳片の
厚みの５〜２５％とした。

【００２５】なお、バルジング開始時の鋳片厚みとは、
鋳片が鋳型から引き抜かれバルジングゾーンの直前のガ
イドロールに達したときの鋳片の厚みのことである。

【００２６】上述の（Ａ）式で表される指数Ｘは、０．
５以上とする。これにより、前述のとおり、圧下に際
し、内部割れが発生しなくなる。

【００２７】図４は、Ｃ含有率０．２０重量％の鋼を、
断面形状が、厚み２００ｍｍ、幅１８００ｍｍのスラブ
に連続鋳造し、後述する方法で調査した鋳片の厚み中心
部のＣの中心偏析と指数Ｘとの関係を示す図である。指
数Ｘが０．４を超えると、中心偏析が著しく改善され
る。

【００２８】内部割れが発生しなくなる指数Ｘが０．５
であることに比べて、中心偏析がなくなる指数Ｘが０．
４と小さいのは、圧下による圧縮力が凝固界面に生じる
前に、圧下により未凝固部分の厚みが大きく減少するか
らである。

【００２９】上述のことから、鋳片の内部割れおよび中
心偏析の両者を防止するために、指数Ｘは０．５以上と
した。

【００３０】指数Ｘの上限は、３．０が望ましい。未凝
固部分の厚みｄに対する圧下量Ｒを、また圧下開始時の
鋳片の厚みＴに対する圧下ロールの直径Ｄを、大きくす
ればする程、指数Ｘは大きくなり、鋳片中心部の偏析は
改善される。ただし、これら圧下量Ｒや圧下ロールの直
径Ｄが大きい程、連続鋳造機の設備が過大となり、設備
費が膨大となる。したがって、指数Ｘの上限は、３．０
が望ましい。

【００３１】図１では垂直型連続鋳造機を示している
が、湾曲型連続鋳造機などにも本発明の方法を適用でき
る。

【００３２】鋼の連続鋳造方法では、圧下ロールの直径
Ｄは、配置した設備によって決まり、バルジング後の鋳
片の厚みＴおよび圧下量Ｒは、操業時に適宜選択でき
る。また、圧下開始時の未凝固部分の厚みｄは、鋼の化
学組成が決まり、鋳片の二次冷却条件を適宜選択すれ
ば、鋳造速度の変化に対応して変化する。

【００３３】そこで、操業中にバルジング後の鋳片厚
み、圧下量および鋳片の二次冷却条件を一定にしてやれ
ば、鋳造速度を変化させることにより、指数Ｘを本発明
で規定する範囲の値に制御できる。

【００３４】

【実施例】図１に示す装置構成のスラブ連続鋳造機を用
いて、鋼の鋳造試験を行った。鋳片サイズは、厚み２０
０および３００ｍｍ、幅１８００ｍｍとし、用いた鋼
は、Ｃ含有率が０．１５〜０．２０重量％の厚板用鋼で
ある。

【００３５】表１に、本発明例の試験Ｎｏ．１〜試験Ｎ
ｏ．７および比較例の試験Ｎｏ．８〜試験Ｎｏ．１５の
試験条件および試験結果をまとめて示す。なお、未凝固
部分の厚みは、凝固伝熱解析により計算で求めた。

【００３６】

【表１】

【００３７】二次冷却比水量は１〜２リットル／ｋｇ・鋼と
し、鋳造速度を変更し、未凝固部分の厚みｄを種々変更
して試験した。圧下ロールの直径は、１００、２００、
２２０、６００、９００ｍｍの５種類とした。圧下力
は、圧下ロール当たり最大２００ｔｏｎとして試験し
た。

【００３８】鋳造速度が一定の定常状態となった部分の
鋳片で、鋳造方向に長さ４ｍの鋳片を切り出し、鋳片幅
中央部の縦断面サンプルを採取した。

【００３９】縦断面サンプルをサルファプリントし、内
部割れ発生の有無を調査した。内部割れがある場合は、
発生している割れの最大長さを求めた。

【００４０】次に、同じサンプルの鋳片の厚み中心部か
ら直径２ｍｍのドリル刃により、鋳片長手方向４ｍ長に
わたり５００ｍｍピッチで切り削を採取し、Ｃを化学分
析し、その平均値を鋳片中心部のＣ含有率Ｃとした。こ
の平均値Ｃをレードル分析値Ｃ₀で除した値Ｃ／Ｃ₀を
中心偏析の指標とした。

【００４１】本発明例の試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６では、
バルジング開始時の鋳片の厚みを２００ｍｍとし、その
うち試験Ｎｏ．１〜４では圧下ロールの直径を２２０ｍ
ｍとし、試験Ｎｏ．５では６００ｍｍ、試験Ｎｏ．６で
は９００ｍｍとした。また、本発明例の試験Ｎｏ．７で
は、バルジング開始時の鋳片の厚みを３００ｍｍ、圧下
ロールの直径を２００ｍｍとした。

【００４２】試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７における指数Ｘ
は、鋳造速度を調整し、圧下開始時の未凝固部分の厚み
を変化させることなどにより、それぞれ本発明で規定す
る範囲内の０．５０〜２．０２として試験した。

【００４３】試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７では、この指数Ｘ
が適正であったため、内部割れの発生がなく、また中心
偏析Ｃ／Ｃ₀は０．９７〜０．９９で、ほとんど中心偏
析がなく良好な結果であり、健全な鋳片が得られた。

【００４４】比較例の試験Ｎｏ．８では、とくに圧下ロ
ールの直径を１００ｍｍと小さくすることにより、指数
Ｘを本発明で規定する範囲外の小さい値の０．４５で試
験した。圧下浸透率が小さいことから、鋳片に内部割れ
が発生し、また中心偏析Ｃ／Ｃ₀は１．２０で悪かっ
た。

【００４５】比較例の試験Ｎｏ．９およびＮｏ．１０で
は、鋳造速度を調整して圧下開始時の未凝固部の厚みを
４５ｍｍおよび６０ｍｍと大きくし、また圧下量は２０
ｍｍと小さくすることなどにより、指数Ｘを本発明で規
定する下限未満の０．４４および０．３３で試験した。
いずれも、凝固界面が接触せず、接近度合いが弱いた
め、鋳片に長い内部割れが発生し、また中心偏析Ｃ／Ｃ
₀は１．２２〜１．５３で顕著な中心偏析が発生した。

【００４６】比較例の試験Ｎｏ．１１では、バルジング
量を１０ｍｍの小さい値とし、また圧下開始時の未凝固
部分の厚み２０ｍｍに対して圧下量を８ｍｍと小さくし
て、指数Ｘを本発明で規定する下限未満の０．３９とし
て試験した。圧下量が小さいことから、鋳片に内部割れ
が発生するとともに、中心偏析Ｃ／Ｃ₀も１．３３で悪
かった。

【００４７】比較例の試験Ｎｏ．１２では、バルジング
開始時の鋳片の厚みは３００ｍｍで、鋳造速度を調整し
て未凝固部分の厚みを４０ｍｍと大きくし、また圧下量
は２０ｍｍと小さくすることなどにより、指数Ｘを本発
明で規定する下限未満の０．４２で試験した。凝固界面
の接近度合いが弱いため、鋳片に内部割れが発生し、中
心偏析Ｃ／Ｃ₀も１．２５で悪かった。

【００４８】比較例の試験Ｎｏ．１３では、指数Ｘは本
発明で規定する範囲内の０．８２であったが、バルジン
グ量を８ｍｍとし、バルジング開始時の鋳片の厚み２０
０ｍｍの５％未満とした。圧下量が小さいことから、鋳
片には内部割れが発生し、中心偏析Ｃ／Ｃ₀も１．４２
で悪かった。

【００４９】比較例の試験Ｎｏ．１４では、鋳片をバル
ジングさせないで単に未凝固圧下する従来の圧下法を適
用し、圧下時の未凝固部の厚み３０ｍｍ、目標圧下量２
０ｍｍの条件で試験したが、鋳片の圧下が困難であっ
た。

【００５０】比較例の試験Ｎｏ．１５では、圧下ロール
およびピンチロールにより、鋳片の軽圧下を実施した。
圧下量は６ｍの鋳片長さ当たり合計１０ｍｍとした。内
部割れは発生しなかったが、中心偏析Ｃ／Ｃ₀は１．１
５と悪かった。

【００５１】

【発明の効果】本発明の方法の適用により、内部割れを
発生させることなく、鋳片中心部近傍の中心偏析やＶ偏
析が少ない健全な鋳片を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の連続鋳造方法を説明するための図であ
る。

【図２】圧下浸透率αと（Ｄ／Ｔ）^1/2との関係を示す
図である。なお、Ｄは圧下ロールの直径、Ｔはバルジン
グ後の鋳片の厚みを意味する。

【図３】鋳片の内部割れ最大長さと圧下時の指数Ｘとの
関係を示す図である。

【図４】鋳片の厚み中心部のＣの中心偏析と圧下時の指
数Ｘとの関係を示す図である。

【符号の説明】

１：鋳型２：鋳片２ａ：凝固殻２ｂ：未凝固部３：ガイドロール４：圧下ロール５：ピンチロール６：溶鋼７：浸漬ノズル８：鋳造方向９：バルジングゾーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平９−57410（ＪＰ，Ａ) 特開平９−314298（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−108955（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−28056（ＪＰ，Ａ) 特開平７−75861（ＪＰ，Ａ) 特開2000−52008（ＪＰ，Ａ) 特開平11−156511（ＪＰ，Ａ) 特開平11−347701（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−21150（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/128 350 B22D 11/16 B22D 11/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】未凝固部を含む鋳片をバルジングさせた
後、凝固完了までの間で圧下するに際し、バルジング開
始時の鋳片の厚みの５％以上２５％以下をバルジングさ
せること、および一対の圧下ロールにより下記（Ａ）式
で表される指数Ｘが０．５以上となる条件で圧下するこ
とを特徴とする鋼の連続鋳造方法。Ｘ＝（Ｒ／ｄ）×（Ｄ／Ｔ）^1/2 ・・・（Ａ）ここで、Ｒ：圧下量（ｍｍ）ｄ：圧下開始時の固相率が０．８以下の未凝固部分の厚
み（ｍｍ）Ｄ：圧下ロールの直径（ｍｍ）Ｔ：バルジング後の鋳片の厚み（ｍｍ）