JP4055689B2 - 連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼スラブの連続鋳造方法に関し、さらに詳しくは、鋳片をバルジングさせた後に圧下する連続鋳造により、成分偏析の低減された鋳片、および板厚方向に引張または圧縮応力が作用する板厚断面における曲げ変形に対する変形能に優れた鋼板を得ることができる連続鋳造方法に関する。

鋼の連続鋳造鋳片において、鋳片厚さの中心部に、Ｃ、Ｓ、ＰおよびＭｎといった合金成分および不純物成分の濃縮した偏析帯である中心偏析や塊状の偏析が連なってＶ字状を呈するＶ偏析は、厚板製品における機械特性の低下の原因となる重大な鋳造欠陥の一つである。これらの欠陥は、鋳造末期の未凝固状態の残溶鋼が凝固する際に、収縮により発生する負圧により、デンドライト樹間に微細に濃化したミクロ偏析を有する溶鋼が樹間から吸い出されて、局所的に凝固組織が凝着した閉空間内に集積して凝固することにより、マクロ的な偏析を形成することに起因するものである。
従来より、鋳片の凝固組織の制御、あるいは凝固末期に鋳片の表面から厚さ方向に機械的な圧下を加えることにより、前記のマクロ偏析欠陥を低減する方法が開示されている。
例えば、特許文献１には、鋳片の軸心部を含む２０％以上の領域の鋳造組織を、電磁攪拌によって等軸晶化し、Ｖ偏析開始位置から凝固完了までの範囲において、鋳片を圧下する方法が開示されている。ここで開示された方法により等軸晶化する理由は、凝固組織をできる限り球状に近い形に制御することにより、結晶が互いに凝着合体するのを抑制し、流動性を高めることができるからである。この方法は、圧下を加えることにより、鋳片内部の熱収縮および凝固収縮を外部から補償し、マクロ偏析の根本的な原因を除去しようとするものである。上記の特許文献１のように鋳片内部の凝固収縮を補償する程度の鋳片の未凝固圧下法は、軽圧下法と称され、連続鋳造方法において広く適用されている。

従来の軽圧下法を用いることにより、マクロ偏析による欠陥の低減には少なからぬ効果が得られたが、この軽圧下法も、昨今のさらなる高度な製品品質の要求に対しては、未だ不十分と言わざるを得ない。すなわち、軽圧下法の基本的思想は、凝固収縮量に相当する圧下量を加えることにより鋳片内の負圧の発生を防止するものであるが、実際の連続鋳造においては、凝固シェルの成長が必ずしも鋳片の幅方向に均一ではなく、また、浮遊等軸晶の分布も不均一であり、これらは圧下時における鋳片の変形抵抗の不均一の原因となっている。軽圧下法のように鋳片の外表面から一律に圧下する方法では、凝固収縮に対して、鋳片の幅方向に均等な収縮補償が与えられず、マクロ偏析の低減も幅方向に不均一とならざるを得ない。また、連続鋳造機の長手方向の位置によって、凝固シェルの成長度合いや収縮量が異なり、軽圧下法においてこれらに完全に適合できる圧下テーパを設けることは、事実上不可能である。
一方、本発明者らは、上記の軽圧下法における圧下量を単に大きくする場合に発生する鋳片の内部割れの問題を解決し、未凝固部が存在する鋳片を鋳片厚さの５〜２５％バルジングさせた後、等軸晶の生成開始前に、バルジング相当量の厚さを一対のロールにより圧下する方法ならびにその方法により得られる鋳片および厚鋼板を、特許文献２として提案した。

しかし、特許文献２に提案したバルジング後に圧下する鋳造方法においても、中心部の偏析の低減に加えて、未凝固圧下する時の鋳片中心部の凝固組織の性状次第では、鋳片を圧延して鋼板を製造し、例えば建材用の鋼板のように板厚方向に引張りまたは圧縮応力の作用する曲げ加工を施した場合、板厚の中心近傍で割れが発生する場合があることが判明した。すなわち、鋳片から圧延などの加工を経て得られた鋼板が、曲げ加工などに対する良好な変形能を有するためには、鋳片段階において、偏析度および組織を所定の条件内に制御しておく必要がある。

特公昭６４−４８６８号公報（特許請求の範囲および第４欄３９行〜第５欄９行）

特開２０００−９４１０１号公報（特許請求の範囲および段落〔００１２〕〜〔００１５〕）

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、中心偏析やＶ偏析などのマクロ偏析の制御された鋳片を製造する方法であり、さらにその鋳片および鋳片から加工された板厚断面における曲げ変形能に優れた鋼板を得ることができる連続鋳造方法を提供することを目的とする。
ここで、「板厚断面における曲げ変形能」とは、板厚方向に引張応力または圧縮応力が作用する曲げ変形を生じさせたときの変形能を意味する。

本発明者は、上述の課題を解決するために、前記した従来の問題点を踏まえて、成分偏析を低減できるスラブ鋳片の連続鋳造方法およびスラブを圧延して得られる、板厚断面における曲げ変形能に優れた鋼板について検討を加え、下記の（ａ）〜（ｃ）の知見を得て、本発明を完成させた。
（ａ）スラブ鋳片の厚さ中心部の等軸晶の充填度を高く保ち、かつ、鋳片の厚さ中心部におけるＣ、Ｍｎ、ＰおよびＳのそれぞれの成分含有率と鋳込み時の溶鋼の上記それぞれの成分の平均含有率との比（以下、「偏析比」という）が１以下となるように鋳造した場合には、そのスラブを圧延して得られる鋼板は、板厚断面における優れた曲げ変形特性を有する。
（ｂ）上記（ａ）に示される鋳片は、湾曲型または垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて、未凝固部を含む鋳片をバルジングさせた後に、未凝固溶鋼を電磁攪拌し、さらに電磁攪拌位置よりも下流側で圧下ロールを用いて未凝固部を含む鋳片を圧下する連続鋳造方法により製造することができる。

（ｃ）上記（ｂ）の連続鋳造方法において、電磁攪拌は、前記連続鋳造機の湾曲部または曲げ部を形成する円弧の接線と水平面とのなす角度が３０度以上となる湾曲部または曲げ部の位置において行い、未凝固部を含む鋳片の圧下は、鋳片の中心部固相率が０．１〜０．６の範囲において、圧下量Ｄ１（ｍｍ）と圧下時の未凝固部厚さＤ２（ｍｍ）との比である圧下比（Ｄ１／Ｄ２）の値を０．２〜０．６の範囲に調整して行う必要がある。

本発明は、上記の知見に基いて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）および（２）に示す連続鋳造方法にある。

（１）湾曲型または垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて横断面形状が矩形の鋳片を鋳造する際に、鋳片内部の未凝固溶鋼を電磁攪拌するとともに、未凝固部を含む鋳片をバルジングさせた後に、圧下ロールを用いて未凝固部を含む鋳片を圧下する連続鋳造方法であって、前記連続鋳造機の湾曲部または曲げ部を形成する円弧の接線と水平面とのなす角度が３０度以上となる湾曲部または曲げ部の位置において、鋳片内部の未凝固溶鋼を電磁攪拌するとともに、電磁攪拌する位置よりも下流側で前記連続鋳造機の水平部に圧下ロールを配置し、鋳片の中心部固相率が０．１〜０．６の領域において、圧下量Ｄ１（ｍｍ）と圧下時の未凝固部厚さＤ２（ｍｍ）との比である圧下比（Ｄ１／Ｄ２）の値を０．２〜０．６の範囲に調整して未凝固部を含む鋳片を圧下する連続鋳造方法。

（２）連続鋳造された鋳片の上面等軸晶率が１０％以上で、鋳片の厚さ中心部を挟む上面側および下面側の合計で、少なくとも１０ｍｍの範囲内におけるＣ、Ｍｎ、ＰおよびＳの偏析比がいずれも１以下であり、かつ、該鋳片を熱間圧延して得られた鋼板の板厚断面における曲げ試験で割れが発生しないことを特徴とする上記（１）に記載の連続鋳造方法。

本発明において、「中心部固相率」とは、鋳片中心部の固・液相共存相において、固相の占める分率をいう。
「未凝固部厚さ」とは、鋳片内の未凝固部（固相率が０．８未満）の領域の鋳片厚さ方向の寸法をいう。
「上面等軸晶率」とは、鋳片の厚さ方向断面において、厚さ中心より上面側における等軸晶部分の占める面積率を百分率により表した値をいう。

本発明の連続鋳造方法によれば、鋳片内部の未凝固溶鋼を電磁攪拌するとともに、未凝固部を含む鋳片をバルジングさせた後に圧下ロールを用いて圧下するに際し、電磁攪拌を行う位置、電磁攪拌時の鋳片の中心部固相率の範囲、および鋳片の圧下比を適正化することにより、マクロ偏析およびセミマクロ偏析が安定して低減された厚板用スラブ鋳片の製造が可能となる。上記の鋳片を圧延して得られる厚板は、板厚断面における優れた曲げ変形能を有し、加工割れなどの欠陥の発生を防止できる。

本発明は、前述のとおり、鋳片の未凝固部を電磁攪拌するとともにバルジングさせた後に圧下するに際し、電磁攪拌を行う位置、電磁攪拌時の中心部固相率の範囲、および圧下比を適正化した厚板用スラブ鋳片の連続鋳造方法であり、並びにその連続鋳造鋳片を圧延し、加工割れなどの欠陥の生じることのない厚板を得られる連続鋳造方法である。以下に本発明を前記の範囲に限定した理由、好ましい範囲などについて詳細に説明する。
１）対象とする連続鋳造機の型式
本発明の連続鋳造方法が湾曲型または垂直曲げ型連続鋳造機を対象とする理由について説明する。いわゆるスラブと称される横断面形状が矩形の鋳片を鋳造する連続鋳造機は、大別して、垂直型、湾曲型および垂直曲げ型の３種類が知られている。このうち、垂直型は鋳造機の機高が高く、工場建家を含めた設備費が過大となり、現在では一般的ではない。
また、本発明の方法は、鋳片上面側の等軸晶の生成を促進することをも狙っている。この観点では、鋳片に上面側および下面側が存在し、また、それらの領域において等軸晶の生成度合いに相違が発生するのは、湾曲型または垂直曲げ型連続鋳造機を用いて矩形断面の鋳片を鋳造する場合である。一方、垂直型連続鋳造機による鋳造の場合には、鋳片には上面側も下面側も存在せず、また、等軸晶の生成度合いも鋳片横断面内で、ほぼ均一である。

以上の理由から、本発明では、連続鋳造機の型式が湾曲型または垂直曲げ型の場合を対象とする。

２）電磁攪拌を行う位置
「電磁攪拌を、圧下ロールよりも上流の連続鋳造機の湾曲部または曲げ部で、かつ、前記湾曲部または曲げ部を形成する円弧の接線と水平面とのなす角度が３０度以上となる位置において実施する理由」について以下に述べる。
本発明では、スラブ鋳片厚さの中心部に等軸晶を十分に形成させ、これを充填させることが重要である。その理由は下記のとおりである。すなわち、溶鋼は鋳型内に注入されて冷却され、鋳型に接する部分は凝固シェルを形成するが、凝固シェル間の溶鋼は、冷却によりスーパヒート（溶鋼温度から液相線温度を減じた温度差）が減じられるので、その溶鋼内には等軸晶の核または初晶が形成され、これらが浮遊している。この等軸晶の核または初晶は、溶鋼よりもわずかに密度が大きいため、時間の経過とともに溶鋼内を沈降して行く。
このときに電磁攪拌を実施しなければ、等軸晶は鋳片の下面側に沈降し、鋳片上面での等軸晶の充填度は低くなる。また、電磁攪拌のタイミングが遅い場合には、鋳片の下面側に沈降した等軸晶が下面側の凝固シェルに固着するので、等軸晶を残溶鋼内に分散させることはできなくなる。種々の試験を繰り返した結果、本発明において上面側の等軸晶の充填度を効果的に向上させるためには、連続鋳造機の湾曲部または曲げ部を形成する円弧の接線と水平面とのなす角度が３０度以上となる位置で電磁攪拌を実施すべきであることが判明した。
上記円弧の接線と水平面とのなす角度が３０度未満では、鋳片は水平に近くなり、等軸晶の充填度を十分に確保できなくなる。上記角度の上限は、垂直曲げ型連続鋳造機においては、垂直部における９０度であり、湾曲型連続鋳造機では、それに近い値となる。しかしながら、その場合には、いずれも鋳型に近い位置における攪拌となり、鋳造後の攪拌のタイミングが早期過ぎることから、電磁攪拌により一旦は鋳片内に分散された等軸晶が再度沈降する可能性がある。したがって、上記角度は６０度程度以内とするのが好ましい。
なお、後述するとおり、上記角度が３０度以上の場合には、鋳片の鋳片の上面等軸晶率は１０％以上になることが判明した。
３）鋳片のバルジング後の圧下および水平部への圧下ロールの配置
「鋳片を鋳造中に一旦バルジングさせた後に圧下する理由」は、鋳片を一旦バルジングさせることにより、圧下ロールが短辺の凝固シェルを潰すことなく圧下が可能となり、比較的小さな圧下力により大きな圧下効果を得ることができるからである。
圧下ロールを連続鋳造機内の水平部に配置する理由は、下記のとおりである。すなわち、第１の理由は、中心部固相率が０．１〜０．６となる凝固末期において圧下を実施するためには、連続鋳造機の下流側に配置する必要があるからである。また、第２の理由は、大きな力を必要とする鋳片圧下の反力をセグメントを通して設備の基礎部により支持するためには、圧下ロールを水平部に配置する方が、湾曲部や垂直部に配置するよりも安価で、かつ、設備構造的にも無理を生じないからである。
なお、水平部に配置する圧下ロールは、上下一対の圧下ロール対とするのが好ましい。偏析の集積を効果的に回避できるからである。複数の圧下ロール対を用いてもよいが、その場合には、圧下ロール対で圧下する毎に、本発明の連続鋳造方法で規定する圧下条件を満たすこととする。

４）未凝固圧下時の中心部固相率および圧下比
「鋳片の中心部固相率が０．１〜０．６の領域において、圧下量Ｄ１と未凝固部厚さＤ２との比である圧下比（Ｄ１／Ｄ２）の値を０．２〜０．６の範囲に調整して圧下する理由」について下記に説明する。なお、未凝固部厚さは、鋳片内の固相率が０．８未満の領域の鋳片厚さ方向の寸法をいう。

本発明の鋳片の品質の特徴は、好ましい品質の鋼板を得るために、鋳片の厚さ中心部を挟む上面側および下面側の合計で少なくとも１０ｍｍの範囲内におけるＣ、Ｍｎ、ＰおよびＳの偏析比が１以下であることである。これらの偏析比の値を得るためには、鋳片中心部の最終凝固部における等軸晶間に存在する成分の濃化した溶鋼を未凝固圧下によって絞り出さなければならない。
中心部固相率が０．６を超えて高くなると完全凝固に近い状態となるので、中心部の残溶鋼を絞り出すには過大な力が必要となり、前記の絞り出しは事実上困難となる。一方、中心部固相率が０．１未満では、中心部の流動性は良好で圧下は容易であるが、圧下後に再度、厚さ中心部に成分偏析が生成する。
また、圧下比（Ｄ１／Ｄ２）が０．２未満では、圧下量が不十分であり、成分偏析が残存する。他方、圧下比が０．６を超えて大きくなると、負偏析の程度が大きくなり過ぎ、後述するとおり、鋼板の曲げ加工性などがかえって悪化する。
ここで、圧下比が０．２〜０．６の範囲は、凝固界面（固相率が０．８となる面）が圧着する条件ではないが、併せて圧下時の中心部固相率を０．１〜０．６とすることにより、未凝固液相中に分散する等軸晶が、上下の凝固界面が近づくにつれて、あたかもクッション材のように応力伝達の媒体的役割を演じ、両凝固界面内が圧縮されて適度に残溶鋼が絞り出される状態となる。この適度な状態が、圧延後に得られる鋼板に良好な加工性を与える。そこで、鋳片圧下時の中心部固相率の適正範囲を０．１〜０．６とし、かつ、圧下比の適正範囲を０．２〜０．６とした。
５）鋳片および鋼板の厚さ中心部のＣ、Ｍｎ、ＰおよびＳの偏析比
前記の鋳片を圧延することにより得られた「鋼板の板厚中心部におけるＣ、Ｍｎ、ＰおよびＳの偏析比が１以下である鋼板」の意義について述べる。

上面等軸晶率が１０％以上で、かつ、鋳片の厚さ中心部を挟む上面側および下面側の合計で、少なくとも１０ｍｍの範囲内におけるＣ、Ｍｎ、ＰおよびＳの偏析比が１以下であるスラブ鋳片を圧延して鋼板とする過程においては、厚さ中心部における成分濃度に変化は生じず、圧延後の鋼板においてもスラブ鋳片の成分濃度が維持される。
従来の通常の鋼板では、鋳片中心部にもともと存在した中心偏析やＶ偏析が圧延方向に延伸した帯状の偏析となって存在している。このような鋼板に例えば、建築材料用途として曲げ加工を加えた場合には、偏析部分と他の部分の強度差から偏析境界に応力集中が発生し、割れが発生する場合がある。また、鋼中のＭｎとＳとによって鋳片段階で生成した粗大なＭｎＳの介在物が残存して割れの起点となり易い。
一方、中心部の成分が本発明で規定する範囲内に調整されている場合には、鋼板中心部は軽い負偏析となり、通常の鋼板のような帯状の偏析は無く、曲げ加工性は良好である。これらの成分元素の偏析比が１以下であることは、成分の濃化溶鋼がデンドライト樹間から排出された結果、顕著なマクロ偏析が存在しないことを示している。
「鋳片の厚さ中心部を挟む上面側および下面側の合計で、少なくとも１０ｍｍの範囲内とする理由」は、上記の上面側および下面側の合計値が１０ｍｍ未満では、厚さ中心部を挟むその範囲内の成分元素の偏析比が１以下であっても、鋳片の段階で大きな偏析が発生した場合には、鋼板におよぼす負偏析の効果が小さくなるからである。厚さ中心部を挟む上面側および下面側の合計値の上限は特に規定しないが、未凝固圧下は凝固末期に実施される必要があることから受ける制約があるので、好ましくは、３０ｍｍ以内である。

６）鋳片の上面等軸晶率
「鋳片の上面等軸晶率を１０％以上とする理由」は下記のとおりである。すなわち、残溶鋼中に分散された等軸晶は、鋳片厚さ中央部の中心偏析やＶ偏析を、連結したものでなく厚さ方向に分散させ不明瞭化させるのに効果的であり、かつ、前記４）の条件で未凝固圧下された時に分散した偏析が排出される効果も加わって、鋳片における偏析の集積を回避するのに効果を発揮する。鋳片の上面等軸晶率が１０％未満では、中心偏析やＶ偏析を形成する濃化溶鋼が充分に分散されずに部分的に集積することにより、偏析粒であるセミマクロ偏析を形成しやすくなり、上記の効果が得られない。そこで、上面等軸晶率の適正範囲を１０％以上とした。このように鋳片における偏析の集積を回避することにより、鋼板の曲げ加工時の偏析部への歪みの集中およびそれに基く割れを回避することが可能となる。

また、前述したように、圧下比（Ｄ１／Ｄ２）が０．６を超える過度な絞り出しは、むしろ鋼板の曲げ加工性を悪化させる。鋳片における中心偏析およびＶ偏析は低減し、マクロ的な見栄えはさらに向上するが、未凝固圧下の結果、中心に形成される負偏析の程度が大きくなり、圧延後の鋼板において、板厚中心部の負偏析とその両外面側の正偏析との機械的強度差から、その境界部に歪みが集中するという新たな問題が発生することが判明した。このような鋼板を曲げ加工した場合には、厚さ中心部ではなく、曲げ円弧に沿って、厚さ中心よりもやや外側において割れが発生するという現象が観察された。

本発明の連続鋳造方法の効果を確認するため、以下に示す本発明例および比較例についての試験を行い、その結果を評価した。
（試験方法）
１）鋳造方法
図１に、本試験に用いた連続鋳造装置の縦断面を模式的に示す。鋳造試験には垂直曲げ型の連続鋳造機を用い、鋳片厚さが２３５ｍｍで、成分組成が質量％で、Ｃ：０．１５％、Ｍｎ：０．５％、Ｐ：０．０１８％およびＳ：０．００４％の５００Ｎ／ｍｍ²級鋼を鋳造した。鋳片幅は一律に１８００ｍｍとし、鋳造速度は０．７５〜０．９５ｍ／ｍｉｎとし、二次冷却の比水量は１．５リットル／ｋｇ−ｓｔｅｅｌとした。
浸漬ノズル１を経て鋳型３に注入された溶鋼４は、鋳型３および、その下方の図示しない二次冷却スプレーノズル群から噴射されるスプレー水により冷却されて凝固シェル５を形成し鋳片８となる。このとき、鋳片８は、その内部に未凝固部１０を保持したまま、ガイドロール群６により支持され、圧下ロール７により圧下されて、ピンチロール群１１により引き抜かれる。圧下口一ル７はメニスカスから２１ｍの位置に配置され、圧下ロールの直径は４５０ｍｍ、圧下力はロール当たり最大３．４３×１０⁶Ｎである。図１には、本発明の連続鋳造方法を垂直曲げ型連続鋳造機に適用する場合を示したが、本発明の方法は、同様に湾曲型連続鋳造機などにも適用できる。
ガイドロール群６は、同図中のＢ１−Ｂ２間の矢印で示す範囲において、その鋳片厚さ方向の間隔を引抜方向に段階的に増加できるように配置されており（以下、「バルジングゾーン」と称する）、この区間において、内部に未凝固部１０が存在する鋳片をバルジングさせる。さらに、その下流側に配置された圧下ロール７により、鋳片の前記バルジング相当分を圧下する。なお、バルジング量は、ガイドロール群６の厚さ方向の間隔を制御することにより調整可能である。本試験においては、バルジングの開始位置は一律にメニスカスから約９ｍの位置とし、バルジング量は２５ｍｍに設定した。

圧下時の未凝固厚さは鋳造速度とバルジング量によって定まる。すなわち、未凝固厚さは、圧下開始位置までの鋳片の冷却による凝固シェルの成長厚さとバルジングした鋳片の厚さにより定まる。固相率が０．８となる凝固シェルの厚さと中心部固相率は、それぞれ鋳造速度、鋳片の表面冷却条件および鋳造鋼種の物性を考慮した鋳片厚さ方向の非定常伝熱解析計算などによって求めることができる。このようにして求められた計算結果と、圧下前の鋳片厚さ（すなわち、鋳片の鋳型内厚さとバルジング量との和）とから、未凝固圧下前の固相率が０．８である界面を基準とした未凝固厚さ（すなわちＤ２）が求められる。

また、試験に用いた連続鋳造機には、電磁攪拌装置９が設けられており、その配置位置は、同図中のＥ１−Ｅ２間の矢印で示すように鋳片の引き抜き方向に変更可能である。上記のような設備とすることにより、電磁攪拌を付与するタイミングにおける鋳片と水平面とのなす角度を調整することが可能であり、本発明の連続鋳造方法の効果を確認することができる。このように電磁攪拌の位置を変化させることにより等軸晶の充填度を制御した。電磁攪拌装置９は移動磁場方式であり、磁束密度は３００ガウス、溶鋼の攪拌速度は最大３００ｒｐｍである。
また、タンディッシュ内の溶鋼の過熱度（△Ｔ）は、４０〜５０℃の範囲で、ほぼ一定とし、圧下時の中心固相率および末凝固厚さは、鋳造速度を変えることにより調整した。

２）マクロ組織および偏析比の調査方法
図２は鋳片のマクロ組織および成分偏析状況の調査用サンプルの採取方法を示す図である。各鋳造試験により得られた鋳片から鋳造方向に長さ１ｍのサンプルを切り出し、長さ方向の両端部および中央部から３枚の横断面マクロ観察用の板サンプル１２を切り出して調査に供した。それぞれの板サンプル１２について鋳片幅方向の端部からの凝固部約２５０ｍｍを除去し、鋳片上面側の等軸晶部分の占める面積率を調査し、その面積率の平均値を求めて上面等軸晶率とした。

また、各横断面の板サンプル１２から、ＥＰＭＡによるマッピング分析（以下、「ＭＡ分析」と称する）用のサンプル１３を、鋳片の幅方向中央（同図中において「Ｃ」で示す）、幅方向の１／４の位置（同図中において「１／４Ｗ」で示す）および幅方向の３／４の位置（同図中において「３／４Ｗ」で示す）の３箇所から切り出し、合計９個のＭＡ分析用サンプル１３について、ＭＡ分析を実施した。各々のＭＡ分析は、鋳片の厚さ中心部の厚さ方向１０ｍｍ×幅方向４０ｍｍの範囲について行い、Ｃ、Ｍｎ、ＰおよびＳの平均含有率を求めた。これらの各成分の平均含有率を溶鋼鋳込み時の各成分の平均含有率で除して各成分の偏析比を求め、さらに、９個のサンプルについての偏析比の値を算術平均して偏析比の代表値とした。

３）板厚断面における曲げ試験方法
長さ８ｍの鋳片を採取し、通常の加熱炉で１２００℃に加熱した後、圧延温度１２００〜７００℃の間で熱間圧延を行って厚さ３０ｍｍの厚鋼板とした。その鋼板横断面の板幅中央（以下、「Ｃ」と記す）、板幅の１／４の位置（以下、「１／４Ｗ」と記す）および板幅の３／４の位置（以下、「３／４Ｗ」と記す）から、それぞれ鋼板の全板厚を含む板厚方向（サンプル長さ）３０ｍｍ×板幅方向（サンプル幅）３２ｍｍ×板の圧延方向（サンプル厚さ）９ｍｍの板厚断面のスライスサンプルを合計３個切り出した。
また、鋼板の長手方向の板厚断面についても、同様にして、鋼板の長手方向を４等分した中央側の３箇所の位置（以下、「１／４Ｌ」、「１／２Ｌ」および「３／４Ｌ」と記す）で、板幅方向中央部から板厚断面のスライスサンプルを合計３個切り出した。
図３は、板厚断面からの採取サンプルの曲げ試験方法を示す図である。前記の板厚断面スライスサンプル１４の板厚方向（サンプル長さ）の両端に幅３２ｍｍ、長さ６０ｍｍおよび厚さ９ｍｍのＣ含有率が０．２質量％の均質化処理を行った鋼板１５を溶接した。この両端を固定して、サンプルの板厚中心部に曲率半径が１．５ｍｍの円弧を有する幅３２ｍｍの金具を押し当て、サンプルが金具の円弧形状に沿うまで、紙面に垂直な方向にサンプル全体を曲げ、このときの割れの発生の有無を調査した。
なお、割れ発生の有無については、割れの発生がない場合を「割れの発生なし」として○印により、割れ長さの合計が５ｍｍ未満の場合を「軽微な割れ発生」として△印により、そして、割れ長さの合計が５ｍｍ以上の場合を「割れ発生」として×印により区分した。
（試験結果）
上述の試験条件および試験結果をまとめて表１に示した。ここで、中心部固相率は、圧下開始時の中心固相率を示した。

同表中の本発明例１〜５は、本発明の鋳造方法で規定する条件を全て満たす本発明例についての試験であり、また、比較例１〜１３は、本発明の方法で規定する条件の少なくとも１つを満たさない比較例についての試験である。

比較例１、２および３の試験は、それぞれ本発明例１、２および４の試験に比較して、電磁攪拌位置における鋳片曲げ部の円弧の接線と水平面とのなす角度（以下、単に「電磁攪拌位置の角度」ともいう）のみを変更し、本発明の方法で規定する３０度未満とした。その結果、未凝固圧下によって均等に濃化溶鋼を排出することができず、等軸晶率の不足している鋳片上面側で偏析の粒が観察された。また、鋼板の板厚断面曲げ試験においては割れが発生し、割れ部ではＭｎとＳの偏析に起因するＭｎＳ介在物が割れの起点になっていることが確認された。これより、電磁攪拌位置の角度を３０度以上にすることが有効であることが判明した。

比較例４、５、６、７および８の試験は、それぞれ、本発明例実施例１、２，３、４および５の試験に比べて、圧下量のみを変更し、圧下比（Ｄ１／Ｄ２）の値を本発明の方法で規定する範囲外の値とした。比較例４、７および８では圧下比の値を０．２未満とした結果、鋳片ではマクロ偏析が残存し、鋼板の板厚断面曲げ試験では多数の割れが発生した。割れは、サンプルのほぼ板厚中心部のマクロ偏析部で発生していることが明らかになった。
比較例５および６の試験では圧下量を大きくし、圧下比の値を０．６超えとした。その結果、鋳片ではマクロ偏析の残存は無く、鋼板の板厚断面サンプルにおいても板厚中心部に明瞭な負偏析の帯が観察された。その結果、このサンプルの板厚断面曲げ試験を行ったところ、板厚中心部の負偏析帯では延性が大きいことから割れは発生せずに、負偏析帯とその外側との境界部に割れが集中した。

比較例９、１０、１１、および１２の試験は、鋳造速度を変更して、未凝固圧下時の中心部固相率を本発明で規定する範囲外の値とした。鋳造速度を変化させると未凝固部厚さも同時に変化するので、圧下量を調整することにより圧下比の値が本発明の方法で規定する範囲内となるようにした。比較例９および１１では、中心部固相率が０．６を超えていたため、偏析成分の濃化した溶鋼が十分に排出されないままデンドライト樹枝間に残存した。その結果、鋼板の板厚断面曲げ試験の成績も悪く、サンプル板厚中心部の偏析を起点とする割れが発生した。
比較例１０および１２の試験では、鋳片圧下時の中心部固相率が０．１未満と小さかったので、成分偏析が残存した。これは、圧下時の鋳片中心部の液相量が多かったために、圧下後も液相部分が残存し、それがさらに凝固するときに成分偏析を発生したためと考えられる。その結果、鋼板の板厚断面曲げ試験においては、サンプルの板厚中心部に割れが発生した。

比較例１３の試験は、未凝固部の圧下を行わなかった試験である。鋳片では通常の中心偏析が発生し、鋼板の板厚断面曲げ試験では中心偏析の残存に起因してサンプルの板厚中心部で割れが発生した。

これらに対して、本発明の方法で規定する条件を全て満足した本発明例１〜５の試験では、鋳造された鋳片の上面等軸晶率は１０％以上であり、また、鋳片および鋼板ともにＣ、Ｍｎ、ＰおよびＳの偏析比が１以下であって、しかも、鋼板の板厚断面の曲げ変形能においても優れた結果が得られた。
以上の試験結果により本発明の優れた効果が確認された。

本発明の連続鋳造方法によれば、未凝固溶鋼を含む鋳片をバルジングさせた後に圧下するに際し、電磁攪拌を行う位置、電磁攪拌時の鋳片の中心部固相率の範囲、および圧下量と鋳片の未凝固部厚さの比である圧下比を適正化することにより、マクロ偏析およびセミマクロ偏析が安定して低減された厚板用スラブ鋳片の製造が可能となる。また、上記の鋳片を圧延して得られる鋼板は、板厚断面における曲げ変形能に優れており、加工割れなどの欠陥の発生を防止できる。よって、本発明の鋳造方法、鋳片およびその鋳片を圧延して得られる鋼板は、例えば建材用鋼板などのように板厚方向に引張りまたは圧縮応力が作用する曲げ加工時の変形能を要求される鋼材製造技術分野に広範に適用できる。

試験に用いた連続鋳造装置を模式的に示す縦断面である。 鋳片組織および偏析状況調査用のサンプル採取方法を示す図である。 板厚断面からの採取サンプルの曲げ試験方法を示す図である。

符号の説明

１：浸漬ノズル、
２：メニスカス、
３：鋳型、
４：溶鋼、
５：凝固シェル、
６：ガイドロール、
７：圧下ロール、
８：スラブ鋳片、
９：電磁攪拌装置、
１０：未凝固部、
１１：ピンチロール
１２：横断面マクロ観察用の板サンプル、
１３：マッピング分析（ＭＡ）用サンプル、
１４：板厚断面スライスサンプル、
１５：鋼板

Claims (2)

1. 湾曲型または垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて横断面形状が矩形の鋳片を鋳造する際に、鋳片内部の未凝固溶鋼を電磁攪拌するとともに、未凝固部を含む鋳片をバルジングさせた後に、圧下ロールを用いて未凝固部を含む鋳片を圧下する連続鋳造方法であって、
   前記連続鋳造機の湾曲部または曲げ部を形成する円弧の接線と水平面とのなす角度が３０度以上となる湾曲部または曲げ部の位置において、鋳片内部の未凝固溶鋼を電磁攪拌するとともに、
   電磁攪拌を行う位置よりも下流側で前記連続鋳造機の水平部に圧下ロールを配置し、
   鋳片の中心部固相率が０．１〜０．６の領域において、圧下量Ｄ１（ｍｍ）と圧下時の未凝固部厚さＤ２（ｍｍ）との比である圧下比（Ｄ１／Ｄ２）の値を０．２〜０．６の範囲に調整して未凝固部を含む鋳片を圧下することを特徴とする連続鋳造方法。
2. 連続鋳造された鋳片の上面等軸晶率が１０％以上で、
   鋳片の厚さ中心部を挟む上面側および下面側の合計で、少なくとも１０ｍｍの範囲内におけるＣ、Ｍｎ、ＰおよびＳの偏析比がいずれも１以下であり、かつ、
   該鋳片を熱間圧延して得られた鋼板の板厚断面における曲げ試験で割れが発生しないことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。

Images