JP3412418B2 - 鋳片２次冷却装置 - 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、鋼の連続鋳造に際
して用いる鋳片２次冷却装置、特に、鋳片の横割れ、横
ヒビ割れに代表される表面割れを防止するための鋳片２
次冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、鉄鋼製品の製造コスト削減の観点
より連続鋳造鋳片の直行率向上の必要性が高まっている
が、この直行率向上に対する阻害要因の一つに連続鋳造
鋳片表面に発生する横ひび割れあるいは横割れと呼ばれ
る表面割れの問題がある。以下、単に表面割れという。

【０００３】特に、最近では、材料特性上の要求からN
b、Ｖ、Ni、Cuなど種々の合金元素を少量 (〜1.0 ％)
含有した低合金鋼の生産量が増加しているが、これらの
合金元素の添加に伴い、連続鋳造鋳片の表面割れの発生
頻度は高くなり、そのため製造コストの削減要求に対し
て、その達成率は足踏み状態が続いている。

【０００４】一方で、９％Ni鋼を代表とした低温用鋼
(天然液化ガスタンク用等）は、製造コストの低い、連
続鋳造法による製造が望まれているが、非常に重度の表
面割れが発生するため、鋼塊( インゴット) 法による製
造に頼らねばならない状況にある。

【０００５】これらの表面割れの発生原因は、連続鋳造
の２次冷却時に鋳片表面温度が熱間延性の低下するγ→
α変態温度近傍 (約750 〜850 ℃) になり、この時、鋳
片曲げや鋳片矯正といった機械的な応力を受けるためで
あることが知られている。

【０００６】従って、鋳片曲げ部や鋳片矯正部における
鋳片表面温度を、前述の熱間延性の低下する領域 (以下
脆化温度域) よりも低温側もしくは高温側に回避する方
法が通常採用されている。しかしながら、鋳片温度の脆
化温度域回避のみでは表面割れを皆無にすることは困難
であり、そのため鋳片表層組織に着目して表面割れを回
避すべく熱履歴を選定する技術がこれまでにいくつか開
示されている。

【０００７】例えば、特公昭58−3790号公報には、２次
冷却帯の上部を強制冷却して鋳片表面温度を一旦650 〜
750 ℃に冷却することによりγ→α変態させた後に、ゆ
るやかに復熱させ、鋳片矯正部における鋳片表面温度を
脆化温度域より低温側に回避する方法が開示されてい
る。

【０００８】また、特開昭63−112058号公報には、２次
冷却帯において、オーステナイトとフェライトの変態を
繰り返すことにより、表層組織を改善することで表面割
れを防止する方法が開示されている。

【０００９】しかしながら、近年増加しつつある低合金
鋼では、脆化温度域が低温側に移行する、合金元素
添加に伴うスケール変化による冷却特性の変化等の理由
から、曲げ部、矯正部における温度を高温側に回避する
必要があるため、低温側回避が前提であるこれらの方法
を低合金鋼に適用すると表面割れの悪化を招く。

【００１０】さらに、特開昭58−224054号および同58−
224055号公報には、鋳片の両コーナ部に限定しての熱履
歴であるが、鋳型直下において鋳片表面温度を750 〜90
0 ℃まで冷却して表層組織を改善した (γ粒の微細化と
いう記述がある) 後に、鋳片曲げ部、鋳片矯正部におけ
る鋳片表面温度を800 ℃以上となるように冷却する方法
が開示されている。しかしながら、低合金鋼において
は、鋳片コーナのみならず鋳片全幅において鋳片表層組
織を改善する視点が必要である。

【００１１】一方、９％Ni鋼を代表とするγ相凝固鋼は
熱応力に対する割れ感受性が厳しいため、表層組織を改
善する方法は適さない。例えば、特公平５−4169号公報
には、Niを５〜10％含有する低温用鋼の２次冷却に際し
て、鋳片表面温度が1150〜950 ℃の領域において、鋳片
表面の冷却速度を20℃／分以下とする方法が開示されて
いる。

【００１２】この方法自体は、γ相凝固鋼 (９％Ni鋼)
を鋳造する上で必要な条件であると推定されるが、冷却
水量を小さくせざるを得ないため、パウダー堆積による
焼き付き、マシンへの熱負荷増大、鋳片内部割れ感受性
増大の問題は免れず、鋳造機会の多い低合金鋼に適用す
るのは得策ではない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このように、鋳片表面
割れを防止するための２次冷却方式はこれまでにもいく
つか提案されており、合金元素を含有しない普通鋼には
威力を発揮してきたが、Nb、Ｖ、Ni、Cu等を含有する低
合金鋼、γ相凝固鋼 (９％Ni鋼) 等の鋳造においては依
然として上述したように欠点を抱えており、鋳片表面割
れの効果的な解決策はまだ見出されていない。

【００１４】上述の低合金鋼と９％Ni鋼のようなγ相凝
固鋼では最適な熱履歴は異なり、これらの鋼種を一つの
２次冷却パターンで鋳造するのは困難である。実際、従
来技術にも、鋼種による冷却パターンの使い分けを示唆
するような内容が見受けられる。

【００１５】一方、鋼種によって鋳片表面割れを防止す
るための２次冷却方法は異なるが設備コスト削減の観点
より、一つの２次冷却装置で異なる２次冷却パターンに
対応すのが望ましい。しかしながら、従来の技術では、
一つの２次冷却装置で各最適パターンに対応するための
対策は完成されていない。

【００１６】ここに、本発明の課題は、Nb、Ｖ、Ni、Cu
等を含有する低合金鋼、γ相凝固鋼(９％Ni鋼) 等の鋳
造においも共通して採用できる鋳片２次冷却装置を提供
することである。

【００１７】より具体的には、本発明の課題は、近年、
増加しつつある表面割れ感受性の高い、Nb、Ｖ、Ni、Cu
など種々の合金元素を含有した低合金鋼、およびγ相凝
固鋼(９％Ni鋼) の表面割れを防止するための鋳片２次
冷却装置を提供することである。

【００１８】さらに本発明の具体的な課題は、低合金鋼
に対しては、鋳片表層組織改善と鋳片高温曲げ、高温矯
正を可能とする熱履歴を実現できるとともに、γ相凝固
鋼 (９％Ni鋼) に対しては、上部緩冷却による熱応力低
減と鋳片高温曲げ、高温矯正を可能とする熱履歴を実現
できる、連続鋳造に用いる鋳片２次冷却装置を提供する
ことにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、低合金鋼
の表面割れ防止を目的として、鋳片表層組織改善と鋳片
高温曲げ、高温矯正を可能とする２次冷却方法に関する
発明を特願平８−36488 号として提案している。

【００２０】本発明は、上記先願に開示された発明を改
良、発展させたものでであり、９％Ni鋼のようなγ相凝
固鋼にも対応できるように改良を加えたものである。ま
ず、低合金鋼の表面割れ防止のための２次冷却パターン
の考え方および、γ相凝固鋼 (９％Ni鋼) の２次冷却の
考え方を説明する。

【００２１】図１に、低合金鋼およびγ相凝固鋼 (９％
Ni鋼) の表面割れを防止するための冷却履歴を従来法の
冷却履歴と合わせて示す。冷却曲線Ａは低合金鋼を対象
とした最適な２次冷却パターンである。この冷却パター
ンの特徴は以下の３点である。

【００２２】凝固シェル厚が10mm以上15mm以下のとこ
ろで１次冷却を終了し、２次冷却を開始する。 鋳片全面の表面温度を、鋳型を出てから多くとも２分
以内の間に、一旦、600℃以上Ar₃ 点以下の範囲 (鋳型
直下のミニマム温度 Tm)まで低下させる。 曲げ部における鋳片の表面温度、矯正部における鋳片
の表面温度 (それぞれTb、Tuと表示) の両者が850 ℃以
上となるように２次冷却を行う。

【００２３】の効果により、鋳片表層部は図２(b) に
示すようなγ粒界の不明瞭な組織が生成する。これは、
一旦Ar₃ 点以下の温度とすることで粒界部分に母相結晶
方位と無関係に粒界フェライトが析出するために、等方
成長し、粒状の形態となるためである。実際の鋳造装置
において表面割れが発生した鋳片の表層組織は必ずとい
っていい程、図２(a) に示すようなγ粒界が鮮明な割れ
感受性の高い組織であり、割れはγ粒界に沿って発生し
ていることが多い。このγ粒界を不明瞭にすることで、
割れ感受性は著しく低減される。

【００２４】さらに、、の両方の効果により、鋳片
が迅速に復熱し、曲げ部、矯正部における鋳片表面温度
≧850 ℃が容易に得られる。これは、シェル厚10mm以上
15mm以下の早い段階で、２次冷却を開始し、鋳型を出て
から２分以内の早い段階で強冷却を終了することで鋳片
の復熱能が十分に確保されるためである。

【００２５】一方、シェル厚10〜15mmが確保されればブ
レークアウト等の操業トラブルは発生しない。曲げ部、
矯正部における鋳片表面温度を高温側に回避する必要が
あるのは次の理由による。

【００２６】図３は、実際の製造ラインにおいて鋳片表
面割れ発生頻度の高い含Ni鋼の高温延性をその鋼組成と
共に示す図である。図中、グラフ上の「％」量はNi含有
量を表す。この例ではNi等の合金を数％含有することに
より、脆化温度域が普通鋼のそれよりも低温側に移動す
る (普通鋼の脆化温度域が750 〜850 ℃であるのに対
し、含Ni鋼のそれは600 〜850 ℃) 。このため、低合金
鋼では脆化域高温側回避が必要である。

【００２７】さらに、Niを少量含有すると、サブスケー
ルと呼ばれる層が鋳片表面にところどころで固着しやす
くなり、サブスケールのある部分とない部分で冷却の不
均一を生じやすい。曲げ部、矯正部で鋳片表面温度を脆
化温度域より低温側に回避する方法ではこの冷却の不均
一を助長させてしまい、この点からも高温側回避が必要
である。

【００２８】図１の冷却曲線Ｆはγ相凝固鋼 (９％Ni
鋼) を対象とした最適な２次冷却パターンである。この
冷却パターンの特徴は鋳型直下より極力、徐々に鋳片表
面温度を低下させて、曲げ部、矯正部の温度を900 ℃以
上にする点である。図４には９％Ni鋼の高温延性を示す
が、850 ℃以下では脆化現象が顕著であり、曲げ部温度
(Tb)、矯正部温度(Tu)はそれぞれ900 ℃以上にする必要
がある。

【００２９】図１の冷却曲線Ｂの場合、鋳型直下より徐
々に、温度を下げていくので、冷却曲線Ａよりも、曲げ
部温度、矯正部温度の高温化に対しては有利である。こ
の場合、鋳片表層組織はγ粒界の鮮明な組織になるが、
この鋼種の場合、温度の効果が圧倒的に大きいため、こ
れはやむを得ない。

【００３０】しかし、冷却曲線Ｂも、鋳型直下より徐々
に鋳片表面温度を低下させていく２次冷却パターンであ
るが、冷却曲線Ｆよりも鋳型直下における温度低下が大
きく、その結果、矯正温度が900 ℃未満となってしま
い、γ相凝固鋼 (９％Ni鋼) の場合には脆化温度域を高
温側に回避できない。

【００３１】冷却曲線Ｃ〜Ｅは従来法の冷却曲線であ
る。冷却曲線Ｃは本発明と同様に、鋳型直下で強冷却を
行い、その後復熱させる冷却パターンであるが、２次冷
却がシェル厚15mm以上のところより開始され、鋳片の復
熱能が確保されにくい場合である。冷却曲線Ｄは鋳型直
下で強冷却を行い、曲げ部、矯正部で鋳片表面温度の低
温側に回避する冷却パターン、冷却曲線Ｅは同Ｄよりも
さらに強冷却を行い、表面組織をベイナイト変態させる
冷却パターンであるが、冷却曲線Ｄ、Ｅではともに冷却
不均一が発生しやすく、低合金鋼、９％Ni鋼には不適当
である。

【００３２】次に、鋼種により最適な２次冷却パターン
が異なる理由を以下に述べる。図５(a) 〜(c) にそれぞ
れγ粒生成機構を示す状態図と低合金鋼とγ相凝固鋼
(９％Ni鋼) の凝固形態の模式図とを示す。

【００３３】通常の低合金鋼は図５(b) に示すように凝
固形態がδ相凝固であり、図５(a)からも分かるよう
に、δ相で完全凝固後にγ相に変態するためγ粒界と最
終凝固位置が無関係で、γ粒界にはＰ、Ｓ等の不純物が
あまり偏析しない。従って、熱応力に対する割れ感受性
はそれほど高くなく、表層組織を改善するための熱履歴
(鋳型直下で強冷却する) を与える冷却曲線Ａが鋳片の
表面割れ感受性を低くするのに最適である。

【００３４】一方、γ相凝固鋼 (９％Ni鋼) は、図５
(a) および図５(c) に示すように、γ粒界と最終凝固位
置が一致するためγ粒界にＰ、Ｓ等の不純物の偏析が発
生し、粒界が著しく脆弱であり、熱応力に対する割れ感
受性が非常に高い。従って、この場合は鋳型直下で強冷
却を実施する冷却パターンは不利であり、鋳型直下から
極力緩冷却を指向する冷却曲線Ｆが最適である。

【００３５】本発明者らは上述の鋼種に応じた最適な２
次冷却パターンを得るためには、以下に示すように、鋳
型直下に位置するトップゾーンにおける２次冷却装置の
設備仕様が極めて重要であることを知見した。

【００３６】低合金鋼の表面割れ防止に最適な冷却曲線
Ａを得るために、鋳型直下のトップゾーンにおける２次
冷却装置の冷却能力として以下の条件を必要とする。 冷却均一性のために天地面ともミスト冷却とする。 冷却水量最適制御範囲を片面300 〜600 L/min/m²とす
る。 エアー量最適制御範囲を片面３〜18 Nm³/min/m² とす
る。

【００３７】図６は鋳型直下の強冷却ゾーン数を種々変
更して、上部強冷却パターンを実施した結果である。こ
こで、１ゾーンとはトップゾーンにおいてのみ強冷却し
た場合、２ゾーンとはトップゾーンとその次のセカンド
ゾーンにおいて強冷却した場合、３ゾーンとは、トップ
ゾーン、セカンドゾーン、サードゾーンにおいて強冷却
した場合である。鋳型直下の強冷却ゾーン数が少なく、
早めに強冷却を終了した方が脆化域の高温側回避がしや
すく、特に鋳型直下のトップゾーンだけに強冷却を限定
すると曲げ部、矯正部において、安定して脆化域を高温
側に回避でき、図１の冷却曲線Ａの冷却パターンを実現
することが可能である。一般に、鋳型長は0.7 〜0.9m、
垂直曲げ型連鋳機の垂直部は2.5 〜3.0mであることか
ら、曲げ部で脆化域を高温側に回避するためには強冷却
用トップゾーンの長さは0.8 〜1.0m程度が適当である。

【００３８】なお、湾曲型連鋳機の場合は曲げ部温度は
気にしなくて良いので、トップゾーンの長さは1.0 〜1.
5m程度あってもよい。強冷却ゾーンをトップゾーンに限
定した場合の２次冷却エアー量、水量と鋳片表層組織、
表面割れの関係を図７に示す。冷却水量範囲を片面300
〜600 L/min/m²、エアー量範囲を片面３〜18Nm³/min/m²
とすることでγ粒界が不明瞭な組織を得、かつ、曲げ部
温度、矯正温度を脆化域の高温側に回避することが可能
で、効果的に表面割れを防止することが可能である。

【００３９】冷却水量が当該範囲より小さい場合、所望
とする表層組織は得られず、γ粒界の鮮明な割れ感受性
の高い組織となってしまう。冷却水量が当該範囲より大
きい場合は冷却の不均一が発生し、熱応力による割れが
発生しやすい。

【００４０】エアー量範囲が当該範囲より小さい場合、
冷却の不均一が発生し、熱応力による割れを助長する。
エアー量範囲を当該範囲より大きくすることは、設備技
術的にかなり大がかりなものを必要とし、連続鋳造のト
ップゾーンとしては現実的でない。

【００４１】トップゾーンにおける２次冷却装置の構成
条件として上記３点を具備することにより、表層組織の
改善と曲げ部、矯正部における表面温度高温側回避 (冷
却曲線Ａを得ること) が可能であり、低合金鋼の表面割
れを解消することができる。

【００４２】一方、γ相凝固鋼 (９％Ni鋼) の表面割れ
防止に最適な冷却曲線Ｆを得るために、鋳型直下のトッ
プゾーンにおける２次冷却装置の設備仕様として以下の
条件が必要である。冷却水量最適制御範囲を片側20〜10
0 L/min/m²とする。

【００４３】図８はトップゾーンの冷却水量を種々変更
して、鋳片曲げ部温度、矯正温度との関係を示した結果
(トップゾーン以降の冷却パターンは図１の冷却曲線Ｆ
の条件が極力得られるように、水量調整した) である
が、冷却水量範囲を20〜100 L/min/m²とすることで、鋳
片曲げ部温度(Tb)は900 ℃を超え、脆化温度域が高温側
に回避することが可能であり、図１の冷却曲線Ｆの冷却
パターンを実現することが可能であり、その時に横ひび
割れの発生も防止できる。

【００４４】冷却水量が当該範囲より小さい場合、割れ
は防止できるが、熱負荷によりロール曲がりが発生し、
冷却水量が当該範囲より大きい場合、鋳片表面に横ひび
割れが発生する。

【００４５】また、このような低水量で鋳造する場合、
クーリンググリッド構造のトップゾーンでは、パウダー
が堆積し焼き付きによるブレークアウト等のトラブルを
起こしやすいので、トップゾーンの構造はロール構造に
した方が良い。なお、このような低水量範囲では冷却の
不均一が生じにくいので、ミストスプレーは必ずしも必
要条件ではない。

【００４６】上述の知見より、図１の冷却曲線Ａ、Ｆの
２つの冷却パターンを不具合なく得るためにはトップゾ
ーンにおける２次冷却装置の冷却水量制御範囲として20
〜100 L/min/m²、300 〜600 L/min/m²という大きく異な
った範囲を制御しなければならない。しかし、このよう
に異なった制御範囲を一つの冷却水配管系統で行うと、
制御性が悪くなり、冷却水量の変動を引き起こし、スラ
ブ品質に悪影響を及ぼす場合がある。

【００４７】そこで、本発明者らは図９および図10にそ
れぞれ示すようにトップゾーンに大流量冷却水配管系統
の１冷却系統の場合と、大流量の冷却水配管系統と小流
量の冷却水配管系統の２冷却系統の場合について、それ
ぞれの最適な水量制御範囲で鋳造試験を実施した。その
結果、制御性が大幅に向上し、冷却水量の変動は皆無と
なり、低合金鋼、９％Ni鋼の両者で良好な表面品質を得
ることができた。ここに、本発明は、以上のような知見
に基づいて完成されたものであって、次の通りである。

【００４８】(1) 鋼の連続鋳造スラブを製造するための
連続鋳造用トップゾーンにおける鋳片２次冷却装置であ
って、天地両面ミストスプレー装置を具備し、該ミスト
スプレー装置が、片面300 L/min/m²以上600 L/min/m²以
下の冷却水量最適制御範囲を持ち、片面３Nm³/min/m²以
上18Nm³/min/m²以下のエアー量最適制御範囲を持つこと
を特徴とする鋳片２次冷却装置。

【００４９】(2) 鋼の連続鋳造スラブを製造するための
連続鋳造用トップゾーンにおける鋳片２次冷却装置であ
って、片面300 L/min/m²以上600 L/min/m²以下の冷却水
量最適制御範囲を有する冷却系統と片面20L/min/m²以上
100 L/min/m²以下の冷却水量最適制御範囲を有する冷却
系統の２種類の冷却系統を具備し、大流量冷却系統側は
天地両面ミスト冷却であり、片面３Nm³/min/m²以上18Nm
³/min/m²以下のエアー量最適制御範囲を持つことを特徴
とする鋳片２次冷却装置。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例の形態を説
明する。図11(a) 、(b) 、(c) は本発明にかかる鋳片２
次冷却装置をトップゾーンに設ける態様の説明図であ
り、図11(a) はトップゾーンがロール構造の場合を、図
11(b) はクーリンググリッド構造の場合を、そして図11
(c) は大流量冷却系統16、18および小流量冷却系統のス
プレーノズル17、19を備えた場合をそれぞれ示す。

【００５１】図11(a) では、鋳型 (図示せず) から引き
出された鋳片10はロール12から構成されるガイドを経て
案内される間にトップゾーン14の天地においてそれぞれ
スプレーノズル16、18によって強冷却される。スプレー
ノズル16、18はそれぞれ図９の天地側に接続されてい
る。

【００５２】トップゾーン14は一般には鋳型直下より２
ｍ前後のローラーエプロンあるいはグリーングリッドの
１セグメント分の領域をいい、特に本発明の場合、曲げ
領域に行くまでに十分な復熱が行われる領域であれば十
分である。天地側の各スプレーノズルの間の距離は一般
には１のガイドロールを挟んだ領域の間であればよい。
図11(b) はガイドロールに代えてクーリンググリッド20
を設けた例を示すもので、その他の構造は図11(a) の場
合に同じである。

【００５３】ここに、１冷却系統による冷却の場合に
は、図９に示す通りであり、天地いずれも大流量冷却水
系統によるミスト冷却を行う。２冷却系統の場合は図10
に示す通りであり、鋼種に応じて大流量冷却水系統によ
る冷却と小流量冷却水系統による冷却を使い分けるので
ある。

【００５４】本発明にかかる連続鋳造用トップゾーンに
おける２次冷却装置は、300 L/min/m²以上600 L/min/m²
以下の冷却水供給能力を有するため、トップゾーンの冷
却のみで鋳片表面温度を600 ℃以上Ar₃ 点未満まで冷却
することができる。また、３Nm³/min/m²以上18Nm³/min/
m²以下のエアー量供給能力を有するミストスプレー装置
を具備するため、強冷却に伴う冷却の不均一も生じな
い。これにより、鋳片表層部は割れ感受性の低いγ粒界
の不明瞭な組織が幅方向均一に生成する。

【００５５】さらに、トップゾーンのみで表層組織改善
のための強冷却を終了することができるので、これ以降
は鋳片復熱の冷却パターンに移行することができ、曲げ
部、矯正部における鋳片表面温度を脆化域の高温側に回
避することが可能である。

【００５６】これにより、図１の冷却曲線Ａの冷却パタ
ーンが得られ、低合金鋼の鋳片表面割れが解消される。

【００５７】さらに、本発明にかかる連続鋳造用トップ
ゾーンにおける２次冷却装置は、300 L/min/m²以上600
L/min/m²以下の冷却水量最適制御範囲を有する冷却系統
と、20L/min/m²以上100 L/min/m²以下の冷却水量最適制
御範囲を有する冷却系統との２種類の冷却系統を具備す
るため、上述のような低合金鋼の鋳片表面割れ防止の効
果はもとより、γ相凝固鋼 (９％Ni鋼) の表面割れを防
止するための冷却パターンを安定して得ることができ
る。

【００５８】つまり、20L/min/m²以上100 L/min/m²以下
の冷却水最適制御範囲を有するため、図１の冷却曲線Ｆ
に示すように、鋳型直下より徐々に鋳片表面温度を低下
させるパターンが可能である。このような冷却効果で曲
げ部、矯正部における鋳片表面温度を900 ℃以上にする
ことができ、γ相凝固鋼 (９％Ni鋼) の鋳片表面割れが
解消される。

【００５９】また、トップゾーン構造はロール構造とし
た方が、焼き付きによるブレークアウト等のトラブルも
生じない。さらに、本発明にかかる鋳片２次冷却装置
は、合金元素を含有しない普通鋼に対しても適用可能で
あり、鋳片表面割れを解消することができる。

【００６０】

【実施例】垂直曲げ型連続鋳造機を使用して、スラブ形
状の鋳片の連続鋳造を行った。表１に連続鋳造機仕様お
よび鋳造条件を、表２に冷却条件をそれぞれ示す。表２
に示すようにトップゾーンにおける２次冷却条件を種々
変更させて温度履歴、表層組織、表面割れとの相関を調
査した。温度履歴は表面割れ発生頻度の高いコーナより
100 mm位置に鋳型直下より噛み込み式熱電対により測定
した。

【００６１】表３に鋳造鋼種の化学成分を示す。対象鋼
種として低合金鋼の中でも表面割れ感受性の高い含Ni中
Ｎ鋼、γ相凝固鋼として９％Ni鋼を選定した。

【００６２】

【表１】

【００６３】

【表２】

【００６４】

【表３】

【００６５】表４は、本発明実施例の熱履歴、鋳片表層
組織、表面割れ発生状況を、表５は、比較例の熱履歴、
鋳片表層組織、表面割れの発生状況をそれぞれまとめて
示す。

【００６６】これらの結果からも分かるように、比較例
１、２は、冷却水量が本発明の範囲内であったものの、
水スプレーを使用した鋼種Ａの鋳造例である。この場
合、冷却の不均一が生じ、部分的にしか、目的とする表
層組織が得られず、また、部分的にしか脆化域も高温側
に回避できなかったので、天地両面の鋳片全面に横ひび
割れが発生した。

【００６７】比較例３、４はミストスプレーを使用し、
エアー量も本発明の範囲内であったものの、冷却水量が
本発明の範囲よりも小さかった鋼種Ａの鋳造例である。
この場合は、鋳型直下でのミニマム温度Ｔm がAr₃ 点以
下まで低下せず、γ粒界の明瞭な感受性の高い表層組織
が生成した。これにより、エッジより80mmの位置に軽微
な横ひび割れが発生した。

【００６８】比較例５はミストスプレーを使用し、エア
ー量が本発明の範囲内であったものの、冷却水量が本発
明の範囲よりも大きかった鋼種Ａの鋳造例である。この
場合、Ｔm が600 ℃より冷い温度になったため、表層に
はベイナイト組織が生成し、熱応力起因と考えられる深
さ20mm程度の横ひび割れが天地全面に発生した。

【００６９】比較例６は冷却水量は本発明の範囲内であ
ったが、エアー量が本発明の範囲より大きかった鋼種Ａ
の鋳造例である。この場合も冷却の不均一が生じ、部分
的にしか、目的とする表層組織が得られず、また、部分
的にしか脆化域も高温側に回避できなかったので、天地
両面の鋳片全面に横ひび割れが発生した。

【００７０】比較例７は鋼種Ｂの鋳造において、２冷却
系統の冷却で鋳造したものの、冷却水量が本発明の範囲
より大きかった例である。この場合、天地両面の鋳片全
面に熱応力起因と考えられる横ひび割れが発生した。

【００７１】これに対し、本発明の実施例１〜８では、
鋼種Ａに対しては鋳片表層組織の割れ感受性低減と曲げ
部、矯正部における脆化域高温側回避が両立され、鋼種
Ｂに対しては鋳片上部の熱応力低減と曲げ部、矯正部に
おける脆化域高温側回避に両立され、表面割れのない良
好な品質の鋳片を得ることができた。

【００７２】

【表４】

【００７３】

【表５】

【００７４】

【発明の効果】本発明により、低合金鋼、９％Ni鋼の連
続鋳造鋳片の表面割れが解消された。これは、低合金鋼
に対してはスラブ表層組織の割れ感受性低減 (γ粒界の
不明瞭な組織) と曲げ部、矯正部における脆化温度域の
高温側回避の両立が可能となり、９％Ni鋼に対しては連
鋳機上部での熱応力低減と曲げ部、矯正部における脆化
温度域の高温側回避の両立が可能となったために達成さ
れたものである。その結果、鋳片のノースカーフ化、
表面無手入れ化、連鋳鋳片の直行率向上が達成され、
製造コストの削減に大きく寄与することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明２次冷却装置で得られる鋳片冷却パター
ンと従来の鋳片冷却パターンの比較図である。

【図２】図２はスラブ表層組織の概念図であり、図２
(a) はγ粒界の明瞭な割れ感受性が高いとされる組織、
図２(b) はγ粒界の不明瞭な割れ感受性が低いとされる
組織を示す。

【図３】低合金鋼の高温延性を示すグラフである。

【図４】９％Ni鋼の高温延性を示すグラフである。

【図５】図５(a) 〜(c) は、それぞれγ粒生成機構の状
態図とδ相凝固鋼とγ相凝固鋼の凝固形態の模式図であ
る。

【図６】図１−Ａのパターンにおいて、冷却ゾーン数と
曲げ部温度、矯正温度の関係を示すグラフである。

【図７】低合金鋼の冷却において強冷却ゾーンとトップ
ゾーンに限定した場合の２次冷却エアー量、水量と鋳片
表層組織、表面割れの関係を示す図である。

【図８】γ相凝固鋼の冷却において、トップゾーン冷却
水量と鋳片曲げ部温度、矯正温度との関係を示したグラ
フである。

【図９】トップゾーンに大流量冷却水配管系統の１冷却
系統を具備させた場合の冷却系統概念図である。

【図１０】トップゾーンに大流量の冷却水配管系統と小
流量の冷却水配管系統の２冷却系統を具備させた場合の
冷却系統概念図である。

【図１１】図11(a) 、(b) 、(c) は、トップゾーンがそ
れぞれロール構造、クーリンググリッド構造の場合のス
プレーノズルの設置態様の説明図であり、図11(c) は冷
却系統が２系統の場合の構造を示す説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−132207（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−1096（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−224467（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−88953（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−225607（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−112058（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−224054（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−224055（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−303951（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−271049（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−50260（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−285855（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−253814（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−207944（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−80645（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭58−3790（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平５−4169（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/124 B22D 11/22

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼の連続鋳造スラブを製造する装置のト
   ップゾーンに設ける鋳片２次冷却装置であって、天地両
   面ミストスプレー装置を具備し、該ミストスプレー装置
   が、片面300 L/min/m²以上600 L/min/m²以下の冷却水量
   最適制御範囲を備え、片面３Nm³/min/m²以上18Nm³/min/
   m²以下のエアー量最適制御範囲を備えることを特徴とす
   る鋳片２次冷却装置。
2. 【請求項２】 鋼の連続鋳造スラブを製造する装置のト
   ップゾーンに設ける鋳片２次冷却装置であって、片面30
   0 L/min/m²以上600 L/min/m²以下の冷却水量最適制御範
   囲を有する大流量冷却系統と、片面20L/min/m²以上100
   L/min/m²以下の冷却水量最適制御範囲を有する冷却系統
   の２種類の冷却系統を具備し、前記大流量冷却系統側は
   天地両面ミスト冷却であり、片面３Nm³/min/m²以上18Nm
   ³/min/m²以下のエアー量最適制御範囲を備えることを特
   徴とする鋳片２次冷却装置。