JP3994852B2

JP3994852B2 - 垂直曲げ型連続鋳造機による連続鋳造方法およびそれにより製造される鋳片

Info

Publication number: JP3994852B2
Application number: JP2002315154A
Authority: JP
Inventors: 友一塚口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: JP2004148343A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造における鋳片の冷却方法、および鋳造された鋳片に関し、詳しくは、垂直曲げ型連続鋳造機を用いた鋳造における鋳片の曲げ変形時の歪みを適正に分散させるための鋳片の冷却方法、およびその方法により鋳造される鋳片に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造において、垂直部または曲げ部での冷却水量を制御することにより品質を改善する方法としては、水量制御により鋳片の脆化温度域を回避して表面品質を改善する方法、および鋳片幅方向での冷却水量を制御することにより品質を改善する方法がある。また、丸ビレットの鋳造方法においては、鋳片の上側半周面よりも下側半周面の冷却水量密度を増加させることにより、水平方向に引き抜いた後の鋳片の曲がりを防止し、鋳片の穿孔圧延後の管内面疵の発生を防止する方法がある。
【０００３】
このうち、冷却水量を制御することにより脆化温度域を回避して表面品質を改善する方法としては、例えば、以下の特許文献１〜６に開示された方法がある。
【０００４】
特許文献１には、垂直曲げ型連続鋳造装置を使用し、鋳造速度が１．６ｍ／ｍｉｎ以上の鋳造速度で鋼のスラブ連鋳を行う場合に、鋳片が最初の曲げ部を通過する際には、その表面温度を当該鋼材の脆化温度域（７００〜９００℃）を超える温度域に設定し、鋳片が下流側の矯正部を通過する際には、その表面温度を脆化温度未満の温度に設定する方法が開示されている。ここで開示された方法は、鋳造速度が１．６ｍ／ｍｉｎ以上の高速鋳造においても鋳片の表面割れを生じることなく連続鋳造を可能とすることを図ったものである。
【０００５】
特許文献２には、鋳片短辺の厚み中央部の表面温度が、連続鋳造機の曲げ位置以降で１０００℃以下となり、コーナー部の表面温度が、連続鋳造機の曲げ位置および矯正位置で７５０℃以上となるように冷却する方法が開示されている。また、同文献には、垂直曲げ型連続鋳造機を用いて、鋳片のコーナー割れを防止する例が記載されている。
特許文献３には、厚さに対する幅の比が１．８〜１０．５である鋳片を鋳造する場合に、鋳型出口直後から冷却を開始し、鋳造方向に少なくとも１．５ｍまでの間において、二次冷却の比水量が０．４〜０．７５リットル／ｋｇ−鋼となる条件で冷却して、鋳片表面温度をＡ3変態点以下とし、その後復熱させて鋳片表面温度を８５０℃以上とした状態で曲がりを矯正する方法が開示されている。ここで開示された方法によれば、鋳造速度や鋳片サイズが変化しても、鋳片表面の横割れや横ひび割れの発生を防止でき、表面品質の良好な低合金鋼の鋳片が得られるとされている。
また、特許文献４には、垂直曲げ型連続鋳造機を用い、断面形状が長方形で厚さが８０〜１２０ｍｍの鋳片を鋳造するに際して、鋳型出側から鋳造方向の３ｍまでの間において、鋳片の二次冷却に用いる全水量の５０〜６０％を用いる条件で鋳片を冷却し、かつ、鋳片の両側の長辺の単位面積当たりの水量密度を３００〜５００リットル／ｍ²分とする条件で冷却する方法が開示されており、鋳造速度が３〜５ｍ／分の高速鋳造の際に、湯面レベル変動および鋳片表面の縦割れの発生を防止できるとされている。
【０００６】
特許文献５には、垂直曲げ型連続鋳造機を用いて鋳造する際に、鋳型出側の下方の垂直部の長さをＨ、垂直部の最終のガイドロールから垂直部の下端までの長さをＬとし、Ｌ＝０．５〜２．０ｍ、Ｌ／Ｈ＝０．５〜０．９とし、かつ、垂直部での鋳片短辺部面の単位面積当たりの二次冷却水量を２０リットル／ｍ²以下の条件で鋳造する薄鋳片の連続鋳造方法が開示されており、高速鋳造時の縦割れ性ブレークアウトの発生を防止できるとされている。
さらに、特許文献６には、垂直曲げ型または湾曲型連続鋳造機にて、鋳片を製造するに際して、凝固シェル厚さが１０〜１５ｍｍのところで鋳型による１次冷却を終了して二次冷却を開始し、鋳片全面の表面温度を鋳型を出てから長くとも２分以内に一旦６００℃以上Ａｒ3変態点以下の範囲まで低下させ、次いで、曲げ部および矯正部における鋳片表面温度が８５０℃以下となるように２次冷却を行い、鋳片の表面品質の改善を行う方法が開示されている。
【０００７】
前記の文献に開示された方法においては、応力が発生する曲げ部および矯正部での鋳片表面温度を脆化温度域から回避させることにより、表面割れを抑制しようとしている。
【０００８】
しかしながら、曲げ部で生じる応力により鋳片が変形することによる表面割れについては考慮されていない。
【特許文献１】
特開平６−２４６４１１号公報（特許請求の範囲、図６）
【特許文献２】
特開平１０−４３８５０号公報（特許請求の範囲、段落［００１２］〜［００１５］）
【特許文献３】
特開２００１−１３８０１９号公報（特許請求の範囲、段落［００３５］〜［００４２］）
【特許文献４】
特開２００１−１９１１５８号公報（特許請求の範囲、段落［００１１］および［００４４］）
【特許文献５】
特開２００１−９６３４６号公報（特許請求の範囲、段落［００４２］）
【特許文献６】
特開平９−２２５６０７号公報（特許請求の範囲、段落［００６３］）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
鋳片は垂直部から曲げ部に進入する時、短辺は上面側に対し下面側が上方にずれる剪断変形を、長辺上面側は幅方向の引っ張り変形を、そして長辺下面側は鋳造長手方向の引っ張り変形を受ける。これらの変形のうちで、短辺の剪断変形は、剪断状縦割れを、長辺上面側の幅方向引っ張り変形は、縦割れによる開口部を発生し、顕著な場合には、凝固シェルが破断するブレークアウトに到る。それらに対し、長辺下面側が受ける鋳造長手方向の引っ張り変形による悪影響は、比較的小さい。
【００１０】
ここに、本発明の課題は、鋳片の曲げによる変形を、変形による影響の比較的小さい鋳片の長辺下面側に集中させることにより、曲げ変形にともなう問題を解消し、安定操業を達成できる連続鋳造方法、および前記方法により製造される表面品質の優れた鋳片を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の課題を達成するために、前記した従来の問題点について検討を加え、下記の（ａ）および（ｂ）の知見を得た。
（ａ）垂直曲げ型連続鋳造機を用いた連続鋳造において、垂直部から曲げ部における鋳片の長辺下面側の冷却を長辺上面側の冷却に比して弱め、長辺下面側の凝固シェルの強度を低下させて、曲げにともなう変形を集中させることにより、曲げ変形に起因する鋳片のブレークアウトや表面品質欠陥が防止され、鋳片の横断面形状も改善される。
（ｂ）垂直部から曲げ部における鋳片上面側の単位面積および単位時間当たりの冷却水量密度と鋳片下面側の単位面積および単位時間当たりの冷却水量密度との平均値に対する、鋳片短辺側の単位面積および単位時間当たりの冷却水量密度の比率を所定の範囲に調整することによっても、曲げ変形に起因する鋳片のブレークアウトや表面品質欠陥が防止され、鋳片の断面形状が改善される。
【００１２】
本発明は、上記の知見に基づき完成させたものであり、その要旨は、下記の（１）および（２）に示す連続鋳造方法ならびに（３）に示す連続鋳造鋳片にある。
【００１３】
（１）垂直部および湾曲部を有する垂直曲げ型連続鋳造機の、鋳型出口以降の２次冷却帯において、垂直部から曲げ完了部までの、鋳片上面側の単位時間当たりの冷却水量Ｑ１（リットル／ｍｉｎ）が鋳片下面側の単位時間当たりの冷却水量Ｑ２（リットル／ｍｉｎ）よりも多いか、または、鋳片上面側の単位面積および単位時間当たりの冷却水量密度Ｑｄ１（リットル／ｍ²／ｍｉｎ）が、鋳片下面側の単位面積および単位時間当たりの冷却水量密度Ｑｄ２（リットル／ｍ²／ｍｉｎ）よりも多い連続鋳造方法（以下の説明においては、「第１発明」という）。
【００１４】
（２）垂直部および湾曲部を有する垂直曲げ型連続鋳造機の、鋳型出口以降の２次冷却帯において、垂直部から曲げ完了部までの、鋳片上面側の単位面積および単位時間当たりの冷却水量密度Ｑｄ１（リットル／ｍ²／ｍｉｎ）、鋳片下面側の単位面積および単位時間当たりの冷却水量密度Ｑｄ２（リットル／ｍ²／ｍｉｎ）および鋳片短辺片側の単位面積および単位時間当たりの冷却水量密度Ｑｄ３（リットル／ｍ²／ｍｉｎ）が、下記の（１）式および（２）式により表される関係を満足する連続鋳造方法（以下、「第２発明」という）。
【００１５】
０．８≦Ｑｄ１／Ｑｄ２≦２．５・・・・・・・・・・（１）
０．３≦Ｑｄ３／｛（Ｑｄ１＋Ｑｄ２）／２｝≦２．５・・・（２）
（３）前記（１）または（２）に記載された連続鋳造方法により鋳造された鋳片であって、鋳片上面側の鋳片幅Ｗ１および鋳片下面側の鋳片幅Ｗ２が下記の（３）式により表される関係を満足する、垂直曲げ型連続鋳造機により鋳造された鋳片（以下、「第３発明」という）。
（Ｗ１−Ｗ２）／｛（Ｗ１＋Ｗ２）／２｝≦０．００２・・・（３）
本発明において「２次冷却帯」とは、鋳型内における１次冷却の後、鋳片が切断されるまでの間におけるスプレーによる鋳片の水冷帯をいう。
【００１６】
「垂直部から曲げ完了部までの冷却水量」とは、鋳型出口以降の垂直部から曲げ完了部までの全区間にわたって冷却水が供給される場合、および鋳型出口以降の垂直部から曲げ完了部までの区間の一部の区間において冷却水が供給される場合の双方を含む。
「垂直部から曲げ完了部までの冷却水量密度」とは、上記の冷却水量を、実際に冷却水を供給している区間の鋳片面の表面積で除した値をいう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（Ａ）本発明の作用および効果
本発明は、前記したとおり、垂直部から曲げ部における鋳片の長辺下面側の冷却を相対的に弱めることにより、長辺下面側の凝固シェルの強度を低下させて、曲げにともなう変形を鋳片下面側に負担させることにより、曲げ変形に起因する鋳片のブレークアウトや表面品質欠陥の発生といった問題を回避するものである。
【００１８】
上記の作用および効果は、前記第１発明に規定されるように、垂直部から曲げ完了部に到る２次冷却帯の冷却水量または冷却水量密度を、鋳片下面側よりも鋳片上面側で増加させることにより、達成される。
【００１９】
また、これらの作用および効果は、第２発明に規定されるように、垂直部から曲げ完了部までの間の２次冷却帯の鋳片上面側の冷却水量密度Ｑｄ１と鋳片下面側の冷却水量密度Ｑｄ２との比、および、鋳片上面側の冷却水量密度Ｑｄ１と鋳片下面側の冷却水量密度Ｑｄ２の平均値に対する鋳片短辺側の冷却水量密度Ｑｄ３の比率が、それぞれ、前記（１）式および（２）式で表される関係を満足するように、冷却水量密度を制御することによっても達成される。
【００２０】
第１発明の方法は、垂直部から曲げ完了部までの２次冷却帯において、鋳片の曲げ後に鋳片の上面側になる面と、曲げ後に鋳片の下面側になる面とにおける平均の冷却水量（リットル／ｍｉｎ）の比、または平均の冷却水量密度（リットル／ｍ²／ｍｉｎ）の比を制御する最も簡便な方法である。
【００２１】
第１発明の方法においては、垂直部から曲げ完了部までの区間において、鋳片の上面側の方が鋳片の下面側よりも、平均の冷却水量または平均の冷却水量密度が多ければ良く、前記の区間において、局部的に鋳片下面側の冷却水量または冷却水量密度が上面側よりも多いか、または鋳片下面側と上面側とで冷却水量または冷却水量密度が同じであっても構わない。
【００２２】
第２発明の方法は、鋳片長辺の上面および下面の平均の冷却水量密度に加えて、鋳片短辺側の平均の冷却水量密度を併せて制御し、相対的に長辺下面側の凝固シェルの強度を低下させ、鋳片の変形による歪みを長辺下面側に負担させる方法である。
【００２３】
本発明者は、第１発明または第２発明の方法を実施することにより、鋳片上面側の鋳片幅Ｗ１と鋳片下面側の鋳片幅Ｗ２との差（Ｗ１−Ｗ２）が小さくなる改善効果を見出した。
【００２４】
垂直曲げ型連続鋳造機による鋳造においては、垂直部下部での曲げ変形に際し、鋳片横断面が、鋳片上面側の鋳片幅Ｗ１が鋳片下面側の鋳片幅Ｗ２よりも大きい「逆台形」に変形し、矯正後の成品鋳片においてもその形状が保持される。
【００２５】
この逆台形への変形は、鋳片製造時の目標規定幅への的中精度を低下させるばかりでなく、鋭角となる鋳片上面側コーナー部が圧延後にスジ模様となって残留するなど、品質上の問題となっていた。第１発明または第２発明の方法は、この逆台形への変形を抑制する効果を有する。
【００２６】
第３発明は、第１発明または第２発明を実施することにより得られる、逆台形への変形が抑えられた鋳片、すなわち、「鋳片上面側の鋳片幅Ｗ１と鋳片下面側の鋳片幅Ｗ２との差（Ｗ１−Ｗ２）が、両者の平均値の０．２％以下である、垂直曲げ型連続鋳造機を用いて鋳造された鋳片」である。
（Ｂ）本発明における数値限定の理由
第１発明において、鋳片上面側の冷却水量Ｑ１が下面側の冷却水量Ｑ２よりも小さくなるか、または鋳片上面側の冷却水量密度Ｑｄ１が下面側の冷却水量密度Ｑｄ２よりも小さくなると、鋳片の長辺下面の凝固シェルの強度が長辺上面の凝固シェルの強度よりも高くなり、発明の目的が達成されなくなる。なお、Ｑ１とＱ２の比Ｑ１／Ｑ２、またはＱｄ１とＱｄ２の比Ｑｄ１／Ｑｄ２の値は、１．２〜２．０に調整することが好ましい。
【００２７】
第２発明において、Ｑｄ１／Ｑｄ２の値が０．８未満であると、長辺上面の凝固シェルの強度が長辺下面の凝固シェルの強度に比べて明確に低下するので、鋳片短辺の冷却水量密度Ｑｄ３と（Ｑｄ１＋Ｑｄ２）／２の比、Ｑｄ３／｛（Ｑｄ１＋Ｑｄ２）／２｝の値をいかに調整しても、曲げ変形にともなう歪みを長辺下面側に集中させることは難しくなる。
【００２８】
一方、Ｑｄ１／Ｑｄ２の値が２．５を超えて大きくなると、長辺下面側の冷却水量密度が低くなり過ぎて、下面側の凝固シェルの最低限の強度を確保することが難しくなり、しかも、同時に長辺上面側の冷却水量密度が過多となり、過冷却による表面割れの発生など、他の問題が発生する恐れもある。Ｑｄ１／Ｑｄ２の値の好ましい範囲は、１．０〜２．２であり、さらに好ましい範囲は、１．２〜２．０である。
【００２９】
また、第２発明において、Ｑｄ３／｛（Ｑｄ１＋Ｑｄ２）／２｝の値が０．３未満となると、鋳片短辺の凝固シェルの強度が不足し、曲げ変形時に鋳片短辺に剪断歪みが集中し、割れなどの欠陥やブレークアウトを引き起こす危険性が高まる。Ｑｄ３／｛（Ｑｄ１＋Ｑｄ２）／２｝の値が２．５を超えて大きくなる場合には、曲げ変形にともなう歪みが短辺にほとんど分配されなくなるため、本発明の目的を達成するためには、長辺上面側および下面側の冷却水量密度の比Ｑｄ１／Ｑｄ２の値の制御精度を極めて高くしなければならなくなり、実操業における種々の制約への対応や操業条件のばらつきを吸収することが困難となる。Ｑｄ３／｛（Ｑｄ１＋Ｑｄ２）／２｝の値の好ましい範囲は、０．４〜１．５である。
【００３０】
なお、本発明の実施において、鋳片が変形を受ける曲げ部や矯正部における鋳片温度を、鋳造材質固有の脆化温度を避けるよう、２次冷却の強さを調整する必要があることは、言うまでもない。
【００３１】
第３発明において、（Ｗ１−Ｗ２）を、Ｗ１とＷ２の平均値の０．２％以下としたのは、前記のとおり、第１発明または第２発明を実施することにより得られる鋳片の横断面の形状から規定したものである。
【００３２】
【実施例】
本発明の連続鋳造方法および鋳造された鋳片の効果を確認するため、各種の試験条件を変更して鋳造試験を行った。
【００３３】
図１は、試験に用いた垂直曲げ型連続鋳造機の概略を模式的に示す図である。タンディッシュ１内の溶鋼２は、タンディッシュ底部に取り付けられた浸漬ノズル３を通して鋳型４内に供給される。溶鋼２は鋳型により一次冷却されて凝固シェル１０を形成し、凝固シェルはその厚みを次第に増加させながら、鋳型下方に引き抜かれて鋳片１１を形成する。鋳片は垂直部５を通過後、曲げ部６にて曲げられ、その後、矯正されて水平部に至る。
【００３４】
この時、鋳片は、鋳型内で一次冷却された後、垂直部および曲げ部を含む二次冷却帯７にて、さらに複数の水冷ノズル１２により二次冷却される。なお、符号８は、鋳片上面側の冷却帯であり、符号９は、鋳片下面側の冷却帯である。
【００３５】
曲げ部では、曲率半径が無限大の区間、すなわち垂直部から複数段に分けて湾曲部を規定の曲率半径に変化させてゆく。図示しないが、鋳片が、無限大の曲率半径から最初の有限の曲率半径の区間に入って曲げられる位置を曲げ開始点といい、曲率半径が規定の曲率半径に達し、曲率半径が変化しなくなる位置を曲げ完了点という。
試験には、垂直部長さ：３ｍ、曲げ半径：６０〜１１．７５ｍの多点曲げ方式の垂直曲げ型スラブ連続鋳造機を用いた。
【００３６】
表１に、試験に用いた鋼番号およびその化学組成を示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
表２に、試験条件として、鋼種、鋳片サイズ、鋳造速度および二次冷却条件を、また試験結果として、鋳片形状をまとめて示した。なお、表２中の鋳片形状の測定結果は、各試験番号で鋳造された鋳片について、その長手方向の５〜１０箇所についての測定結果を平均した値である。
【００３９】
【表２】

【００４０】
炭素含有量：０．０４〜０．６０質量％の普通鋼を用い、鋳片厚さ：２１０〜２３０ｍｍ、鋳片幅：８００〜１８５０ｍｍの鋳片を鋳造速度：０．８〜１．６ｍ／ｍｉｎにて鋳造し、その結果を評価した。
【００４１】
試験番号１〜５は、本発明例についての試験であり、試験番号６〜１０は、本発明で規定する範囲を外れる比較例の試験である。
【００４２】
試験番号１〜５は、少なくとも第１発明で規定する条件を満足する冷却条件下にて鋳造されており、その結果、鋳造された鋳片の横断面形状は、逆台形への変形が抑制されており、第３発明で規定する条件を満足している。
【００４３】
特に、第１発明で規定する条件および第２発明で規定する条件の双方を余裕をもって満足する試験番号２および４は、鋳片形状の逆台形への変形が極めて少なく、特に良好な横断面形状を呈した。
【００４４】
これに対して、試験番号６〜１０は、第１発明で規定する条件および第２発明で規定する条件のいずれをも満足しない冷却条件で鋳造されたものであり、その結果、鋳片の横断面形状は、いずれも逆台形への変形が進行しており、第３発明で規定する条件を外れている。
【００４５】
特に、表２中の＊Ｂ式で表される値が第２発明の（１）式で規定する範囲を外れ、しかも、＊Ｃ式の値が（２）式で規定される範囲の上限に位置する試験番号８は、鋳片の横断面形状の逆台形化が極度に進行し、極めて劣った形状となっている。
次に、本発明の連続鋳造方法による鋳片品質の改善効果を確認するため、試験番号４および９に示される条件にて、炭素含有量：０．５質量％の普通鋼を鋳造し、その鋳片から製造した熱延コイルのエッジ近傍におけるスジ模様疵の発生率を調査した。
【００４６】
図２は、コイルエッジ近傍のスジ疵発生率におよぼす本発明法実施の効果を示す図である。なお、スジ疵発生率は、鋳造スラブ数に対するスジ疵発生スラブ数の割合を百分率にて表示したものである。
【００４７】
本発明法を実施することにより、コイルエッジ近傍のスジ疵の発生率は約半減しており、本発明による鋳片品質改善効果が確認された。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、鋳片の曲げによる変形を、変形による影響の小さい鋳片の長辺下面側に負担させることにより、曲げ変形にともなう表面品質の悪化やブレークアウトの問題を解消し、安定操業を達成できる。本発明の方法により鋳造された鋳片は、鋳片の横断面形状の逆台形化が抑制され、また、熱延コイルの段階においてもスジ疵を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】垂直曲げ型連続鋳造機の概略を模式的に示す図である。
【図２】コイルエッジ近傍のスジ疵発生率におよぼす本発明法の効果を示す図である。
【符号の説明】
１：タンディッシュ、
２：溶鋼、
３：浸漬ノズル、
４：鋳型、
５：垂直部、
６：曲げ部、
７：二次冷却帯、
８：鋳片上面側の冷却帯、
９：鋳片下面側の冷却帯
１０：凝固シェル、
１１：鋳片

Claims

垂直部および湾曲部を有する垂直曲げ型連続鋳造機の、鋳型出口以降の２次冷却帯において、垂直部から曲げ完了部までの、鋳片上面側の単位時間当たりの冷却水量Ｑ１（リットル／ｍｉｎ）が鋳片下面側の単位時間当たりの冷却水量Ｑ２（リットル／ｍｉｎ）よりも多いか、または、鋳片上面側の単位面積および単位時間当たりの冷却水量密度Ｑｄ１（リットル／ｍ²／ｍｉｎ）が、鋳片下面側の単位面積および単位時間当たりの冷却水量密度Ｑｄ２（リットル／ｍ²／ｍｉｎ）よりも多いことを特徴とする連続鋳造方法。
垂直部および湾曲部を有する垂直曲げ型連続鋳造機の、鋳型出口以降の２次冷却帯において、垂直部から曲げ完了部までの、鋳片上面側の単位面積および単位時間当たりの冷却水量密度Ｑｄ１（リットル／ｍ²／ｍｉｎ）、鋳片下面側の単位面積および単位時間当たりの冷却水量密度Ｑｄ２（リットル／ｍ²／ｍｉｎ）および鋳片短辺片側の単位面積および単位時間当たりの冷却水量密度Ｑｄ３（リットル／ｍ²／ｍｉｎ）が、下記の（１）式および（２）式により表される関係を満足することを特徴とする連続鋳造方法。
０．８≦Ｑｄ１／Ｑｄ２≦２．５・・・・・・・・・・（１）
０．３≦Ｑｄ３／｛（Ｑｄ１＋Ｑｄ２）／２｝≦２．５・・・（２）
請求項１または２に記載された連続鋳造方法により鋳造された鋳片であって、鋳片上面側の鋳片幅Ｗ１および鋳片下面側の鋳片幅Ｗ２が下記の（３）式により表される関係を満足することを特徴とする、垂直曲げ型連続鋳造機により鋳造された鋳片。
（Ｗ１−Ｗ２）／｛（Ｗ１＋Ｗ２）／２｝≦０．００２・・・（３）