JP3499546B2

JP3499546B2 - 鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP3499546B2
Application number: JP2001261237A
Authority: JP
Inventors: 宏行竹内
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2004-02-23
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: JP2003071552A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼を連続鋳造する
際に発生する中心偏析を、連続鋳造のプロセスにおいて
圧下することによって、実用上問題のないレベルにまで
低減する為の連続鋳造方法に関するものであり、殊にこ
うした連続鋳造方法において品質上問題となる内部割れ
（凝固限界割れ）をも発生させない鋼の連続鋳造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼を凝固させつつ引抜いて連続的に鋳
造する方法は、歩留りが良好で生産性が高いという大き
な利点を有しており、また、溶鋼から直接スラブ，ブル
ーム，ビレット等の最終鋳片を連続的に製造できる鋳造
方法として広く実施されている。しかし、鋼を連続鋳造
した場合は、鋳片厚み中心部にＣ，Ｐ，Ｓ等の元素が偏
析（濃化）する問題があった。

【０００３】そこで、この様な問題を解決すべく、例え
ば、鋼を連続鋳造する際に生じる中心偏析を改善する技
術として、特公平3-6855号、同3-8863号、同3-8864号、
同4-20696号、同5-30548号等が提案されている。これら
の技術では、凝固末期の凝固収縮による溶鋼流動に伴っ
て引き起こされる偏析について、凝固末期のロール間隔
を制御し、未凝固鋳片を軽圧下することによって偏析を
改善している。そして、圧下時期を中心固相率に基づい
て規定（例えば、中心固相率が0.1〜0.3の時点から流動
限界固相率までの間の適切な時期）すると共に、適当な
圧下速度（例えば、0.5〜2.0mm/min）で圧下することが
有効であることを開示している。しかし、本発明者らが
検討した結果、上記技術では偏析の発生を充分に低減で
きない場合があることが分かった。

【０００４】一方、特公平7-10428号には、偏析低減技
術として、凝固組織を考慮して圧下すべき凝固時期とそ
の範囲を規定する技術が提案されている。この技術で
も、鋳片の中心固相率に基づいて圧下時期を規定してい
るので、その条件によっては圧下効果を充分に得ること
ができない場合があった。

【０００５】また、鋳片を未凝固のままで圧下する
と、内部割れが発生することがあり、これも連続鋳造の
問題の一つである。そこで例えば、鋼を連続鋳造する際
に未凝固鋳片を圧下しても内部割れを発生させず、さら
に偏析を低減する技術として、特許2823085号が先に提
案されている。しかし、この技術でも中心固相率に基づ
いて圧下時期を規定しているので、鋳片に内部割れや偏
析が発生する場合があり、さらなる技術の向上が求めら
れていた。

【０００６】一方、鋳片の未凝固厚みと鋳片への圧下量
との関係を考慮して、内部割れや中心偏析を低減する技
術が提案されているが（特開昭63-108955号や特開昭63-
183765号など）、本発明者らが検討した結果、鋳片の未
凝固厚みと鋳片への圧下量との関係を考慮するだけでは
不充分であることが分かった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、その目的は、鋳造時にお
ける中心偏析を低減すると共に、内部割れをも防止する
ことができる様な鋼の連続鋳造方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すること
のできた本発明に係る鋼の連続鋳造方法とは、引抜き中
の鋳片に対して圧下力を加えつつ鋳造を行なう連続鋳造
方法において、鋳片の長手方向に垂直な断面形状の情報
と、該断面における未凝固部形状の情報、に基づいて圧
下条件を設定または調整する点に要旨を有し、具体的に
は、鋳片の長手方向に垂直な断面形状の情報と、該断面
における未凝固部形状の情報に基づいて、下記（１）式
で規定される凝固シェル偏平指数を用いて圧下すべき領
域を設定し、該圧下すべき領域における圧下勾配（％／
ｍ）を設定または調整する。凝固シェル偏平指数＝η／ｒ・・・（１）但し、η＝ａ₁／ｂ₁、ｒ＝ａ／ｂを夫々示す。ここで、ａ：鋳片の幅（ｍｍ）ｂ：鋳片の厚さ（ｍｍ）ａ₁：鋳片の長手方向に垂直な断面における固相線で囲
まれた未凝固部の幅方向の長さ（ｍｍ）ｂ₁：鋳片の長手方向に垂直な断面における固相線で囲
まれた未凝固部の厚さ方向の長さ（ｍｍ）である。

【０００９】特に、炭素を０．４質量％以上含有する鋼
を連続鋳造する際は、前記凝固シェル偏平指数が１．０
〜１．３の範囲を、前記圧下勾配（％／ｍ）が０．１〜
１．５の範囲で圧下することが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明者らは、上記課題を解決す
べく、様々な角度から検討してきた。その結果、鋼を連
続鋳造する際における鋳片の形状と該鋳片の未凝固部の
形状を考慮して圧下条件（特に、圧下すべき領域および
該圧下領域を圧下する量）を定めると、中心偏析が少な
く、内部割れも発生していない鋳片を得ることができる
ことを見出し本発明を完成した。以下、本発明の作用効
果について説明する。

【００１１】連続鋳造の際に生じる中心偏析を低減した
り、内部割れの発生を抑制するためには、引抜き中の鋳
片に対して圧下力を加えつつ鋳造するのが有効であるこ
とは上述した通りであり、その際適切な圧下時期と圧下
量を定める必要があることも良く知られている。しか
し、これまで提案されてきている技術では、中心偏析や
内部割れを充分に低減できない場合があることも事実で
ある。そして、こうした事態が生じる原因について本発
明者らが鋭意検討した結果、中心固相率に基づいて圧下
時期を設定することが主原因であることが判明した。す
なわち、本発明者が検討したところ、中心固相率が等し
い場合でも、冷却条件や鋳造条件によって鋳片の凝固進
行状況が異なり、鋳片内部の未凝固部分の形状も異なる
ことが分かった。そして、この様な鋳片内部の未凝固部
分の形状が異なる鋳片に対して、同じ圧下力で圧下して
も、凝固シェルの形状や厚さの違いが原因で、圧下ロー
ルからの力が該未凝固部に充分伝わらない場合や、逆に
伝わり過ぎる場合があり、中心偏析や内部割れを発生し
ていたのである。さらに、鋳片における未凝固部分の形
状は、鋳造の進行と共に変化していることも分かり、圧
下力も変化させる必要があることが分かった。

【００１２】そこで、本発明者らは、鋳片内部の未凝固
部の形状に注目し、具体的には、鋳片の長手方向に垂直
な断面形状の情報と、該断面における未凝固部形状の情
報に基づいて、圧下条件を設定することに至った。つま
り、鋳片の断面形状と該断面における未凝固部の形状と
のバランスを考えて、圧下すべき領域や圧下量を設定す
ることが重要であり、これによって、圧下ロールからの
力が鋳片の未凝固部に充分伝わり、中心偏析や内部割れ
の発生を低減することができるのである。

【００１３】ここで、上記「情報」とは、鋳造中の鋳片
長手方向に対して垂直な断面における鋳片形状と該鋳片
の未凝固部形状を、鋳造条件や冷却条件に基づいて夫々
シュミレーションして得られた結果を意味する。つま
り、鋳造中の鋳片は非常に高温であり、この様な鋳片断
面の未凝固部を実測することは到底不可能である。そこ
で、例えば、溶鋼の冷却されやすさは冷却水量や化学成
分組成に影響を受けるので、これらに基づいて鋳造途中
の鋳片の長手方向に垂直な断面における未凝固部形状を
予測し、この結果から圧下条件を設定するのである。

【００１４】また、本発明における上記「圧下条件」
は、特に「圧下すべき領域」と該圧下領域に加える「圧
下力の量」を指し、これらは鋳片の長手方向に垂直な断
面形状の情報と、該断面における未凝固部形状の情報に
基づいて定められる。

【００１５】尚、本発明では、鋳片の長手方向に垂直な
断面形状の情報と、該断面における未凝固部形状の情報
に基づいて、圧下条件を設定しても良いし、または、鋳
片の長手方向に垂直な断面形状や該断面における未凝固
部形状は鋳造の進行と共に適宜変化するので、これらの
情報に基づいて、圧下条件を適宜見なおして調整するこ
とも本発明の範囲である。

【００１６】次に、本発明における圧下条件の規定方法
を具体的に説明する。

【００１７】本発明では、鋳片の長手方向に垂直な断面
形状の情報と、該断面における未凝固部形状の情報に基
づいて、下記（1）式で規定される凝固シェル偏平指数
を用いて圧下すべき領域を設定し、該圧下領域における
圧下勾配（％／ｍ）を設定することが好ましい。凝固シェル偏平指数＝η／ｒ・・・（1）

【００１８】ここで、凝固シェル偏平指数の算出方法を
図面を用いて説明する。図1は鋳造途中のある時点にお
ける鋳片の長手方向に垂直な断面を示す概略説明図であ
る。1は鋳片、2は凝固部（凝固シェル）、3は未凝固部
を夫々示している。尚、本発明において、未凝固部3は
固相線4で囲まれた領域を指す。

【００１９】本発明では、鋳片形状を鋳片の偏平比ｒで
求める。鋳片の幅をａ（ｍｍ）、鋳片の厚さをｂ（ｍ
ｍ）とした場合、鋳片の偏平指数ｒは下記（2）式で求
めることができる。ｒ＝ａ／ｂ・・・（2）

【００２０】また、本発明では、前記鋳片の未凝固部の
形状を未凝固部の偏平比ηで近似する。つまり、鋳片の
長手方向に垂直な断面における固相線4で囲まれた未凝
固部3に対して、鋳片の幅方向に対応する長さをａ₁（ｍ
ｍ）、鋳片の厚さ方向に対応する長さをｂ₁（ｍｍ）と
した場合、未凝固部の偏平比ηは下記（3）式で求める
ことができる。 η＝ａ₁／ｂ₁ ・・・（3）

【００２１】そして、本発明では、上記鋳片の偏平比ｒ
と未凝固部の偏平比ηを用いて「凝固シェル偏平指数
（η／ｒ）」を算出する［上記（1）式］。この様に算
出した凝固シェル偏平指数に基づいて、鋳片を圧下した
際の圧下力が効率良く未凝固部に伝わる範囲を「圧下す
べき領域」として設定する。

【００２２】尚、本発明において、凝固シェル偏平指数
を上記の様に定めるに当たっては、鋳片の未凝固部の偏
平比ηを算出する際に、未凝固部の長さａ₁とｂ₁を鋳片
の幅方向と厚さ方向に夫々対応する様に測定する必要が
ある。つまり、図2に示す様に、鋳片の幅方向と厚さ方
向に対応しない様に未凝固部の長さａ₁とｂ₁を測定した
場合でも、図1と図2で鋳片の偏平比ｒと未凝固部の偏平
比ηは夫々等しくなるので、凝固シェル偏平指数も等し
くなってしまう。しかしながら、図1及び図2から明らか
な様に、鋳片の厚さ方向における凝固シェルが厚い場合
（図1）と、鋳片の幅方向における凝固シェルが厚い場
合（図2）では、鋳片の厚さ方向に圧下力を加えたとし
ても、未凝固部への圧下力の伝わり方が全く異なるので
ある。従って、本発明では、鋳片の偏平比と該鋳片にお
ける未凝固部の偏平比の算出方法も厳密に規定して、こ
れらの情報から好適な圧下領域を規定するのである。そ
して、こうして設定した圧下領域に対して、適切な圧下
力を加えることによって、初めて中心偏析や内部割れを
低減することができるのである。

【００２３】また、従来の様に、鋳片の中心固相率に基
づいて圧下すべき領域や圧下量を規定しても、本発明の
効果が充分に得られない。つまり、図1と図2では鋳片1
の断面積と未凝固部3の面積が夫々等しくなるので、中
心固相率が等しくなるが、上述した様に、鋳片の未凝固
部の形状によっては、同じ圧下力で圧下を施しても力の
伝わり方が異なり、中心偏析の低減効果を充分に得るこ
とができない場合が発生するのである。

【００２４】本発明においては、凝固シェル偏平指数に
基づいて好適な圧下時期を設定すると共に、該圧下領域
に適切な圧下力を加えなければならない。そこで、本発
明では、鋳片の大きさや冷却条件が異なる場合でも適用
できるように、上記凝固シェル偏平指数から規定した圧
下領域に対して、圧下勾配を付与する。圧下勾配とは、
鋳片の引抜き方向長さ（単位：ｍ）当たり、鋳片厚み方
向に対してどの程度の圧下率で圧下を行なうかを数値化
して示すものであり、％／ｍの単位で与えられる。

【００２５】本発明の連続鋳造方法は、中心偏析や内部
割れの起こりやすさの観点から、中〜高炭素鋼を連続鋳
造する際に好適に採用することができる。そして、特に
炭素含有量が0.4質量％以上、好ましくは炭素含有量が
0.6〜0.9質量％の所謂高炭素鋼を連続鋳造する際に中心
偏析や内部割れが発生し易いので、本発明の連続鋳造方
法を好適に用いることができる。

【００２６】炭素を0.4質量％以上含有する鋼を連続鋳
造する際は、前記凝固シェル偏平指数が1.0〜1.3の範囲
を、前記圧下勾配（％／ｍ）が0.1〜1.5の範囲で圧下す
る必要がある。この様な範囲を設定した理由を述べる。

【００２７】凝固シェル偏平指数：1.0〜1.3 凝固シェル偏平指数が1.0未満の領域を圧下したとして
も、圧下力が鋳片内部の未凝固部分に充分伝わらないの
で、圧下効果が得られず、押し込み不足となってV偏析
が発生する。一方、凝固シェル偏平指数が1.3を超えて
いる領域を圧下した場合は、押し込み過ぎとなり、逆V
偏析や内部割れが発生する。従って、本発明では、圧下
領域を凝固シェル偏平指数が1.0〜1.3の範囲とする。好
ましい下限は1.2、上限は1.3である。

【００２８】圧下勾配：0.1〜1.5％／ｍ圧下勾配が0.1％／ｍ未満では、鋳片の未凝固部に伝わ
る圧下量が小さく、押しこみ不足となる。よって、V偏
析が発生する。一方、圧下量が1.5％／ｍを超える場合
は、押し込み過ぎとなり、逆V偏析が発生する。従っ
て、本発明では圧下勾配を0.1〜1.5％／ｍの範囲とす
る。好ましい下限は0.3％／ｍであり、好ましい上限は
1.2％／ｍである。

【００２９】尚、ここでは、炭素含有量が0.4％以上の
場合を示したけれども、本発明における鋼の連続鋳造方
法はこれに限定されるものではなく、炭素含有量が0.4
質量％未満であっても本発明の方法を採用することがで
きる。この場合、鋼種に応じて凝固速度が異なるので、
圧下すべき領域や圧下勾配も適宜設定する必要がある。

【００３０】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００３１】

【実施例】鋳片の長手方向に垂直な断面形状の情報と、
該断面における未凝固部形状の情報に基づいて圧下条件
を設定した場合に得られる効果を検討した。

【００３２】表1に示す化学成分を有する高炭素鋼を連
続鋳造する際に、鋳片の凝固進行状態を有限要素法を用
いた凝固伝熱計算によって、鋳片の長手方向に垂直な断
面形状の情報と該断面における未凝固部形状の情報を得
た。そして、鋳片の長手方向に垂直な断面の偏平比ｒ
と、該断面における未凝固部形状の偏平比ηを上記
（2）式および（3）式を用いて算出し、算出して得られ
たｒとηから上記（1）式を用いて凝固シェル偏平指数
を求めた。求めた凝固シェル偏平指数に基づいて圧下領
域を設定し、該圧下領域における圧下開始時点の凝固シ
ェル偏平指数を表2に示す。

【００３３】尚、鋳片の凝固進行状態は、溶鋼加熱度、
鋳造速度、二次冷却条件などを変化させて制御した。

【００３４】本発明例では、上記圧下領域に対して表2
に示す圧下勾配を加える試験を行ない、中心偏析の発生
の状況と内部割れの有無を、鋳造方向と並行な方向の原
寸大組織写真を用いて目視で調べた。

【００３５】また、中心偏析の発生度合いは中心偏析指
数で評価した。評価基準を下記に示す。＜中心偏析指数＞０：V偏析も逆V偏析もなく、鋳片中心部も非常にきれい１：軽微なV偏析、もしくは、軽微な逆V偏析が見られる又は、 V偏析や逆V偏析はほとんど無いが、中心部が若干悪い２：軽いV偏析、もしくは、軽い逆V偏析が見られる又は、 V偏析や逆V偏析は軽微であるが、中心部が少し悪い３：V偏析、もしくは、逆Ｖ偏析が見られる又は、 V偏析や逆V偏析は少ないが中心部が悪い表2に圧下勾配と中心偏析の発生状況、中心偏析指数、
内部割れの発生状況の結果を示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】凝固シェル偏平指数と圧下勾配との関係を
図3に示す。尚、本発明例を■で示し、比較例を△で示
した。

【００３９】表2および図3から次の様に考察できる。

【００４０】No.1〜No.4は、本発明の要件を満足する本
発明例であり、鋳片の長手方向に垂直な断面形状の情報
と、該断面における未凝固部形状の情報に基づいて圧下
条件を設定しているので、中心偏析も内部割れも生じて
いない良好な鋳片を製造することができる。尚、No.2〜
No.4では、中心偏析指数が1であるが、この程度であれ
ば問題無く使用できることを確認している。

【００４１】一方、No.5〜No.8は比較例である。No.5で
は、凝固シェル偏平指数が本発明の要件を超える範囲を
圧下領域としているので、このような領域を本発明の要
件を満足する圧下勾配で圧下しても、押しこみ過ぎとな
り、逆V偏析や内部割れが発生した。No.6では、凝固シ
ェル偏平指数が本発明の要件を満足する範囲を圧下して
いるが、該領域に加える圧下勾配が本発明の要件を超え
ているので、押しこみ過ぎとなり、逆V偏析を発生し
た。No.7では、凝固シェル偏平指数が本発明の要件を超
える範囲を圧下しており、圧下勾配も本発明の要件を満
足せず小さいので、圧下効果を得られない。従って、内
部割れは発生していないが、V偏析が発生している。No.
8では、凝固シェル偏平指数が本発明の要件を満足しな
い範囲を圧下しているので、圧下勾配が適切であって
も、圧下の効果を得ることができず、V偏析が発生し
た。

【００４２】

【発明の効果】上記のような構成を採用することによっ
て、鋳造時における中心偏析を防止すると共に、内部割
れをも防止することができる様な鋼の連続鋳造方法が実
施できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳造途中における鋳片の長手方向に垂直な断
面を示す概略説明図である。

【図２】鋳造途中における鋳片の長手方向に垂直な断
面を示す概略説明図である。

【図３】凝固シェル偏平指数と圧下勾配との関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１鋳片２凝固シェル３未凝固部４固相線

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/20 B22D 11/00 B22D 11/128 350

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】引抜き中の鋳片に対して圧下力を加えつつ
鋳造を行なう鋼の連続鋳造方法において、炭素を０．４質量％以上含有する鋼に対し、下記（１）
式で規定される凝固シェル偏平指数が１．０〜１．３の
範囲を、圧下勾配（％／ｍ）が０．１〜１．５の範囲で
圧下することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。凝固シェル偏平指数＝η／ｒ・・・（１）但し、η＝ａ ₁ ／ｂ ₁ 、ｒ＝ａ／ｂを夫々示す。ここで、
ａ：鋳片の幅（ｍｍ）、ｂ：鋳片の厚さ（ｍｍ）、
ａ ₁ ：鋳片の長手方向に垂直な断面における固相線で囲
まれた未凝固部の幅方向の長さ（ｍｍ）、ｂ ₁ ：鋳片の
長手方向に垂直な断面における固相線で囲まれた未凝固
部の厚さ方向の長さ（ｍｍ）である。
【請求項２】炭素を０．６〜０．９質量％含有する鋼に
対し、上記圧下勾配（％／ｍ）が０．３〜１．２の範囲
で圧下する請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。