JP3362678B2 - 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、鋼の連続鋳造方法
に関し、さらに詳しくは、鋳片に内部割れがなく、かつ
中心偏析の少ない健全な鋳片を得ることができる連続鋳
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造法によって得られる鋳片の
厚み中心部には、中心偏析と呼ばれる内部欠陥が発生す
る場合がある。この欠陥は、鋳片の最終凝固部にＣ、
Ｓ、Ｐ、Ｍｎなどの偏析成分が濃化して現れるものであ
る。この鋳片の欠陥が、製品である厚板の靱性の低下
や、厚板から曲げ加工後溶接して製造される大径鋼管の
水素誘起割れを引き起こす原因となることが知られてい
る。

【０００３】この中心偏析の生成機構は、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、そのまま凝固して
濃化帯を形成する。その濃化帯が中心偏析となる。

【０００４】中心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。

【０００５】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、
偏析改善効果に限界がある。

【０００６】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、鋳片の長
辺部に内部割れが発生する場合がある。鋳片長辺部の未
凝固部近傍の凝固殻に、鋳片の圧下により引張ひずみが
働き、このひずみが鋼の限界ひずみより大きい場合に、
内部割れが発生する。

【０００７】特開平９−２０６９０３号公報では、鋳片
の未凝固厚みが３０ｍｍになるまでの間にガイドロール
の間隔を段階的に増加させて、鋳型の短辺厚みの１０％
〜５０％分をバルジングさせ、その後少なくとも１対の
圧下ロールにより、凝固完了までにバルジング相当量を
圧下する方法が提案されている。ガイドロールのロール
間隔を段階的に増加させる方法として、鋳造方向に一定
の勾配でガイドロールのロール間隔を広げるなどの方法
が提案されている。この方法では、いったん鋳片をバル
ジングさせた後に、バルジング相当量を圧下するので、
圧下力が鋳片の中心部に効率よく働き、凝固界面には圧
縮力が作用するようになる。そのために、鋳片の長辺に
内部割れが発生しなくなる。また、中心偏析も改善され
る。

【０００８】しかし、上記の特開平９−２０６９０３号
公報の方法でも、鋳片をバルジングさせるときのガイド
ロールのロール間隔の勾配が適正でない場合に、バルジ
ング時に鋳片の両端の短辺部近傍に内部割れが発生する
場合がある。この鋳片の短辺部近傍の内部割れを、鋳片
を手入れして除去することは困難であり、また、内部割
れの存在する鋳片を熱間圧延した厚鋼板には、内部欠陥
が残存する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、鋳片の長辺
部はもとより、とくに短辺部に内部割れがなく、かつ中
心偏析の少ない健全な鋳片を得ることが可能な連続鋳造
方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
（１）および（２）に示す連続鋳造方法にある。

【００１１】（１）鋳型から引き抜かれた未凝固部を有
する鋼の鋳片を、複数対のガイドロールを用いてバルジ
ングさせた後、バルジング厚み相当量またはその一部を
圧下する連続鋳造方法において、連続する少なくとも２
対のガイドロール群で形成されるロール間隔の鋳造方向
の広がり勾配を、最大バルジング量に達するまで、下流
側のガイドロール群の方を大きくしてバルジングさせる
ことによる鋼の連続鋳造方法。

【００１２】（２）鋳型から引き抜かれた未凝固部を有
する鋼の鋳片を、複数対のガイドロールからなる複数の
ロールセグメントを用いてバルジングさせた後、バルジ
ング厚み相当量またはその一部を圧下する連続鋳造方法
において、各ロールセグメントのガイドロール間隔の鋳
造方向の広がり勾配を、最大バルジング量に達するま
で、下流側のセグメントの方を大きくしてバルジングさ
せることによる鋼の連続鋳造方法。

【００１３】本発明でいう広がり勾配とは、複数対のガ
イドロール群または複数対のガイドロールで構成される
複数のロールセグメント内のロール間隔が、鋳造方向に
向かって広がる広がりの傾きを意味する。ロール間隔の
広がりは、後で説明する図１に示すように、各対の片側
の列の各ガイドロールは移動させずに基準とし、他の側
の列の各ガイドロールを移動させることにより、ロール
間隔を広げるようにして設けても構わない。

【００１４】鋳片をバルジングさせたときに発生する鋳
片の短辺部近傍の内部割れは、バルジング量が大きく、
バルジングさせる区間のガイドロールのロール間隔の鋳
造方向の長さに対する勾配が適切でないときに発生する
傾向がある。

【００１５】バルジングにより短辺部近傍の凝固殻に引
張り力が作用し、その引張り力によるひずみが、鋼に固
有の許容限界ひずみを超えるときに内部割れが発生す
る。図３は、短辺部近傍の凝固殻に発生する内部割れを
模式的に示した図である。短辺部の凝固界面近傍の凝固
殻が、紙面の上下方向に働く引張り力で引き裂かれて、
内部割れが発生する。

【００１６】鋼に固有の許容限界ひずみの値について
は、鉄と鋼、８２（１９９６）１２、Ｐ９９９などに記
されている。これによると、許容限界ひずみは鋼のＣ含
有率などに依存し、たとえば、Ｃ含有率が０．１５重量
％程度の鋼の許容限界ひずみの値は１．６％である。

【００１７】また、上述した鉄と鋼、８２（１９９６）
１２、Ｐ９９９では、内部割れが発生するときの凝固殻
の温度範囲は、鋼によらず固液共存相内の抗張力出現温
度（固相率Ｏ．８程度に相当する温度）と延性出現温度
（固相率０．９９に相当する温度）の間の温度であり、
凝固の進行にともなって、凝固殻がこの温度範囲で受け
た積算ひずみが、上記許容限界ひずみを超えるときに、
凝固殻に内部割れが発生することが開示されている。

【００１８】そこで、本発明者らは、ガイドロールによ
って拘束されながら鋳片がバルジングするとき、バルジ
ングした鋳片の長辺部の凝固殻が、上述した抗張力出現
温度と延性出現温度の間で、短辺部近傍の凝固殻に与え
る積算ひずみを、有限要素法（ＦＥＭ）によって定量化
した。このとき得られた積算ひずみが、鋼に固有の許容
限界ひずみを超えないようなバルジング条件を検討して
得た知見を基に、本発明の方法を完成させた。

【００１９】ＦＥＭによる計算の結果、鋳片の厚み中心
軸上における短辺表面を座標の原点として、短辺の凝固
殻において短辺表面から距離ｙ（ｍｍ）離れた点が受け
る積算ひずみεac（ｙ）は、下記（１）式で表されるこ
とが分かった。

【００２０】

【数１】

【００２１】ここで、鋳片短辺の凝固殻において短辺表
面から距離ｙ（ｍｍ）にある点が、固相率ｆｓが０．８
に到達する時点のメニスカスからの距離をＺ０．８
（ｙ）（単位：ｍ）、０．９９に到達する時点のメニス
カスからの距離をＺ０．９９（ｙ）（単位：ｍ）とす
る。

【００２２】また、△ε（ζ、ｙ）は、メニスカスから
の距離がζ（ｍ）から微小な距離△ζ（ｍ）だけ変化し
たとき、鋳片短辺の凝固殻において短辺表面から距離ｙ
（ｍｍ）にある点が受けるひずみの変化量のことで、積
分法により積算ひずみを求めるときに用いるものであ
る。

【００２３】ここで、上述した（１）式を導出した方法
について、以下に説明する。

【００２４】溶鋼静圧ｑ（ＭＰａ）、鋳片の長辺部の凝
固殻の厚みＤｗ（ｍｍ）、鋳片の短辺部の凝固殻の厚み
Ｄｎ（ｍｍ）、ロール直下におけるバルジング量δ（ｍ
ｍ）、鋳片の厚みＬｎ（ｍｍ）を変化させたＦＥＭ解析
を行い、材料力学的な考察に基づいて、鋳片短辺の凝固
殻が受けるひずみについて、固相率ｆｓ０．８の点にお
けるひずみεfs=0.8および固相率ｆｓ０．９９の点にお
けるひずみεfs=0.99として、下記の（２）式および
（３）式を導いた。

【００２５】

【数２】

【００２６】メニスカスからの距離ｚ（ｍ）における固
相率ｆｓ０．８および０．９９の凝固殻中の点が受ける
ひずみを、それぞれεfs=0.8（ｚ）、εfs=0.99（ｚ）
で表し、さらにメニスカスからｚの位置で、固相率ｆｓ
０．８および０．９９となる凝固殻中のの鋳片短辺表面
からの位置を、それぞれｙfs=0.8（ｚ）、ｙfs=0.99
（ｚ） で表すとき、メニスカスからｚの位置の凝固殻
において、固相率ｆｓが０．８〜０．９９内の領域のひ
ずみε（ｚ、ｙ）は、凝固殻の厚み方向にひずみが一定
の勾配で変化するので、下記（５）式で表すことができ
る。

【００２７】

【数３】

【００２８】短辺凝固殻中の位置ｙにおける点が、固相
率ｆｓ０．８に到達する時点のメニスカスからの距離Ｚ
０．８（ｙ）から固相率０．９９に到達する時点のメニ
スカスからの距離Ｚ０．９９（ｙ）の間で受ける積算ひ
ずみεac（ｙ）は、この（５）式で与えられるひずみε
（ｚ、ｙ）式を積分することにより得られる。

【００２９】本発明では、上述した(１)式から計算され
る最大の積算ひずみεａｃが、鋼に固有の内部割れに対
する許容限界ひずみの値未満となるように、バルジング
させる区間のガイドロールのロール間隔の勾配を設定す
ることにより、短辺部近傍の内部割れの発生を防止する
ようにした。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は、ロールセグメント単位で
なく、各対のガイドロール２毎にロール間隔が制御でき
るように構成されている場合の本発明の方法を説明する
ための概念図である。連続する少なくとも２対のガイド
ロール群で形成されるロール間隔の鋳造方向の広がり勾
配が、下流側のガイドロール群の方が大きくなるように
各ガイドロールの間隔を設定する。たとえば、５対のガ
イドロール群でバルジングさせる場合、図１（ａ）に示
す例では、ロール間隔の広がり勾配がａ１、ａ２、ａ
３、ａ４の４つ存在するが、このとき、ａ１、ａ２、ａ
３、ａ４の順に大きな勾配とする。このように、各ガイ
ドロール毎のロール間隔を漸次大きくするようにしても
よい。また、図１（ｂ）に示す例では、ロール間隔の広
がり勾配が、３つのガイドロール群単位毎に、ａ５およ
びａ６の２つの広がり勾配が存在する。このように複数
対のガイドロールで形成されるガイドロール群内で、同
じ勾配を持たせてもよい。ただし、このときの例では、
ａ６の広がり勾配が、鋳造方向の上流側のａ５の広がり
勾配よりも大きいことは言うまでもない。

【００３１】図２は、複数対のガイドロール群を有する
複数のロールセグメントから構成されている場合の本発
明の方法を説明するための概念図で、それぞれ４対のガ
イドロール２を有する２つのロールセグメント３でバル
ジングさせる場合のガイドロール２のロール間隔を模式
的に示す図である。このとき、下流側のロールセグメン
ト３ｂのガイドロール２のロール間隔の勾配の値は、そ
の隣に接する上流側のロールセグメント３ａのガイドロ
ール２のロール間隔の勾配の値よりも大きくする。

【００３２】各対のガイドロール毎またはロールセグメ
ント単位にロール間隔を制御する場合に、最大バルジン
グ量に達した後は、その最大バルジング量のときの鋳片
厚みを増すことなく、最大バルジング量に達した位置よ
り鋳造方向の下流側で、バルジング厚み相当量またはそ
の一部を圧下する。

【００３３】表１に、４対のガイドロールを有する２つ
または３つのロールセグメントにおいて、ロールセグメ
ント単位で、それぞれ特定の勾配となるようにバルジン
グさせる場合のバルジング量と最大の積算ひずみεacの
関係を示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】検討のケースＡ−１〜Ａ−３は、鋳型出側
から８番目のガイドロール（以下、鋳型出側からｎ番目
のガイドロールをＮｏ．ｎ Ｇ／Ｒと記す）、すなわち
Ｎｏ．８Ｇ／ＲからＮｏ．１１Ｇ／Ｒの４対のガイドロ
ールを有する鋳型の出側から第２番目のロールセグメン
ト装置（以下、鋳型出側からｍ番目のロールセグメント
をＮｏ．ｍ ＳＥＧと記す）、すなわちＮｏ．２ＳＥＧ
およびＮｏ．３ＳＥＧの２つのロールセグメントでバル
ジングさせる場合である。そのうちケースＡ−１とＡ−
２は、それぞれバルジング量の合計は２０ｍｍである。
下流側のＮｏ．３ＳＥＧのバルジング量を大きくしたケ
ースＡ−２の方が、最大の積算ひずみが小さくなってい
る。また、ケースＡ−３は、最大の積算ひずみが、鋼の
限界ひずみ１．６％を超えない１．５９の場合であ
り、、この場合には最大量のバルジングをさせることが
できる。このとき、最大のバルジング量は２５ｍｍで、
Ｎｏ．２ＳＥＧで８ｍｍ、それより下流側のＮｏ．３Ｓ
ＥＧで１７ｍｍバルジングさせる場合である。

【００３６】検討ケースＢ−１〜Ｂ−３は、それぞれ４
対のガイドロールを有するＮｏ．５ＳＥＧ〜Ｎｏ．７Ｓ
ＥＧの３つのロールセグメント内でバルジングさせる場
合である。そのうちケースＢ−１とＢ−２は、それぞれ
バルジングさせる量の合計は２０ｍｍである。下流側の
Ｎｏ．７ＳＥＧのバルジング量を大きくしたケースＢ−
２の方が、最大の積算ひずみが小さくなっている。ま
た、ケースＢ−３は、最大の積算ひずみが鋼の限界ひず
み１．６％を超えない１．５９の場合であり、この場合
には最大量のバルジングをさせることができる。このと
き、最大のバルジング量は約２９ｍｍで、Ｎｏ．５ＳＥ
Ｇで４ｍｍ、Ｎｏ．６ＳＥＧで９．４ｍｍ、最下流側の
Ｎｏ．７ＳＥＧで１５．５ｍｍバルジングさせる場合で
ある。

【００３７】

【実施例】半径１２．５ｍの湾曲型連続鋳造機を用い
て、厚み２４５ｍｍ、幅２２６０ｍｍの断面形状の鋳片
を０．８２ｍ／分の速度で鋳造した。表２に、用いた鋼
の化学組成と、この鋼の内部割れに対する許容限界ひず
みを示す。なお、許容限界ひずみは、上述した鉄と鋼、
８２（１９９６）１２、Ｐ９９９から求めた。バルジン
グ量は２５ｍｍで一定とし、２つまたは３つのロールセ
グメントでバルジングさせた。

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】鋳造後の鋳片の断面サンプルを採取し、そ
の断面をマクロエッチして内部割れの有無および内部割
れが発生している部分を調査した。表３に、バルジング
させた条件と内部割れの発生状況を示す。

【００４１】本発明例の試験Ｎｏ．１では、Ｎｏ．２Ｓ
ＥＧおよびＮｏ．３ＳＥＧの２つのロールセグメントで
２５ｍｍバルジングさせ、かつ下流側のＮｏ．３ＳＥＧ
のバルジング量を１７ｍｍと大きくした。得られた鋳片
の短辺部近傍に、内部割れは発生しなかった。

【００４２】比較例の試験Ｎｏ．６では、上述の試験Ｎ
ｏ．１と同じく２つのロールセグメントで２５ｍｍバル
ジングさせたが、Ｎｏ．２ＳＥＧとＮｏ．３ＳＥＧで同
じ値の１２．５ｍｍずつバルジングさせた。短辺部の表
面から４２〜５１ｍｍ内部に入った鋳片に、内部割れが
発生した。

【００４３】本発明例の試験Ｎｏ．２〜Ｎｏ．３では、
Ｎｏ．２ＳＥＧ〜Ｎｏ．４ＳＥＧの３つのロールセグメ
ントで２５ｍｍバルジングさせ、かつ下流側のロールセ
グメントほどバルジング量を大きくした。鋳片の短辺部
近傍には、内部割れは発生しなかった。

【００４４】比較例の試験Ｎｏ．７では、同じくＮｏ．
２ＳＥＧ〜Ｎｏ．４ＳＥＧの３つのロールセグメントで
２５ｍｍバルジングさせ、かつ下流側のロールセグメン
トほどバルジング量を小さくした。短辺部の表面から４
２〜５０ｍｍ内部に入った鋳片に、内部割れが発生し
た。

【００４５】本発明例の試験Ｎｏ．４およびＮｏ．５で
は、Ｎｏ．４ＳＥＧ〜Ｎｏ．６ＳＥＧまたはＮｏ．５Ｓ
ＥＧ〜Ｎｏ．７ＳＥＧの３つのロールセグメントで２５
ｍｍバルジングさせた。かつ、下流側のロールセグメン
トのバルジング量を大きくした。いずれの鋳片の短辺部
近傍にも、内部割れは発生しなかった。

【００４６】比較例の試験Ｎｏ．８およびＮｏ．９で
は、同じくＮｏ．４ＳＥＧ〜Ｎｏ．６ＳＥＧまたはＮ
ｏ．５ＳＥＧ〜Ｎｏ．７ＳＥＧの３つのロールセグメン
トで２５ｍｍバルジングさせた。かつ、各ロールセグメ
ントで、ほぼ等しいバルジング量とした。これらの鋳片
の短辺部の表面から５７〜７０ｍｍ、または６４〜８８
ｍｍ内部に入った部分に、それぞれ内部割れが発生し
た。

【００４７】

【発明の効果】本発明の方法の適用により、未凝固部を
含む鋳片を圧下して中心偏析を改善するに際し、鋳片の
長辺部はもとより、とくに短辺部近傍に内部割れを発生
させず、かつ中心偏析の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】本発明の方法を説明するための概念図である。

【図２】バルジングした鋳片の短辺部近傍の内部割れを
模式的に示した図である。

【図３】短辺近傍の内部割れの模式図である。

【符号の説明】

１：鋳片 ２：ガイドロール ３：ロールセグメント ３ａ：（３ｂに対して）上流側のロールセグメント ３ｂ：（３ａに対して）下流側のロールセグメント ４：鋳造方向 ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６：ロール間隔の広
がり勾配

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−225752（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−193063（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−57410（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−206903（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/16 B22D 11/128 310 B22D 11/128 350

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型から引き抜かれた未凝固部を有する鋼
   の鋳片を、複数対のガイドロールを用いてバルジングさ
   せた後、バルジング厚み相当量またはその一部を圧下す
   る連続鋳造方法において、連続する少なくとも２対のガ
   イドロール群で形成されるロール間隔の鋳造方向の広が
   り勾配が、最大バルジング量に達するまで、下流側のガ
   イドロール群の方が大きいことを特徴とする鋼の連続鋳
   造方法。
2. 【請求項２】鋳型から引き抜かれた未凝固部を有する鋼
   の鋳片を、複数対のガイドロールからなる複数のロール
   セグメントを用いてバルジングさせた後、バルジング厚
   み相当量またはその一部を圧下する連続鋳造方法におい
   て、各ロールセグメントのガイドロール間隔の鋳造方向
   の広がり勾配が、最大バルジング量に達するまで、下流
   側のセグメントの方が大きいことを特徴とする鋼の連続
   鋳造方法。