JP4636052B2

JP4636052B2 - 鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP4636052B2
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Inventors: 正平城; 章裕山中; 康弘佐藤; 祐一谷野
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Publication date: 2011-02-23
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Description

本発明は、未凝固部を含む鋳片を連続鋳造機内または機端において、圧下ロール対を用いて圧下し、中心偏析を低減する連続鋳造において、鋳片中心部で発生する負偏析に起因する機械的性能または耐食性能の低下を伴うことのない厚鋼板および極厚鋼板を製造するための鋳片を提供できる連続鋳造方法に関する。

一般に、鋼板の圧延では、圧延時の上下ロールによる圧下量は、上下対称、すなわち上側ロールによる圧下量と下側ロールによる圧下量とがほぼ同等となるように行われる。これに対し、連続鋳造の分野においても、最近、湾曲型あるいは垂直曲げ型の連続鋳造機内において、未凝固部を含む鋳片の圧下（以下、「未凝固圧下」とも記す）が行われるようになってきた。その際、鋳造スタート時のダミーバーを支障なく通過させる必要があり、このため、未凝固部を含む鋳片の圧下の際には、下側ロールの高さ位置は固定し、かつ圧下点を鋳片の下側パスラインと同レベルに設定し、上側ロール単独で圧下するのが通常であった。したがって、従来は、下側ロールを下側パスラインよりも上方に突出させて圧下することは考慮されたことがなかった。

これに対して、本発明者らは、未凝固部を含む鋳片を上側ロールのみにより圧下する従来の圧下方法では、圧下力が鋳片の曲げ変形に消費され、効率的に鋳片の圧下ができないことを見出した。そして、特許文献１において、未凝固部を含む鋳片をバルジングさせた後に、圧下ロール対の下側ロールを鋳片の下側パスラインよりも上方に突出させて鋳片を圧下する連続鋳造方法を提案した。同特許文献に開示された連続鋳造方法は、連続鋳造機に設置された比較的簡易な圧下設備による圧下であっても、鋳片に十分な圧下量を付与することができ、中心偏析を軽減することのできる優れた方法である。

また、特許文献２には、鋳片の液相線クレータエンド相当位置から固相線クレータエンド相当位置までの間の所定範囲のガイドロールの間隔を広げ、鋳片をバルジングさせた後、圧下ロール対を用いてバルジング相当量以下の圧下を行う連続鋳造方法であって、鋳造開始時には、鋳造速度が定常状態に到達した時点に鋳込まれた部分がバルジングゾーンの最上段ガイドロールを通過した後、バルジングゾーンのガイドロールの間隔を拡大することを特徴とする連続鋳造方法が開示されている。

さらに、鋳片のバルジングを伴わない条件下において未凝固部を含む鋳片を圧下する鋳造方法としては、下記の方法が開示されている。

特許文献３には、連続鋳造機後端の定められた箇所に圧延機を固定して設置し、未凝固部を含む鋳片を意図的にはバルジングさせずに圧延する方法が開示されている。この方法は、鋳片厚に対する幅の比が５以上で、鋳片厚に対する未凝固厚の比が１／２以下の範囲の鋳片を、鋳片厚と未凝固厚とから求められる所定の値を超える条件で圧延する方法である。

しかし、特許文献１〜３で開示された技術においては、未凝固部を含む鋳片に大圧下を施した場合に鋳片厚さ中心部において負偏析部が発生するという問題およびその対策については考慮されていない。

この点に関して、特許文献４には、鋳片の厚さ中心部における固相率が０．６以上となる領域に対し未凝固厚さの１．２倍以上の圧下を加えることを特徴とする調質高張力鋼板の製造に適した鋳片の連続鋳造方法が開示されている。そして、同文献には、「固相率が低いほど圧下を加えた際に鋳片の中心部における未凝固液相が多量に移動、排出されるため、鋳片の中心部が負偏析状態となること」および「板厚中心部に顕著な負偏析が生成すると、板厚中心部の強度が大幅に低下すること」など、負偏析部につての課題が記載されている。

しかし、中心偏析を低減させ、かつ鋳片中心部に生じる負偏析部に起因する機械的性能または耐食性能の低下を伴うことなく厚鋼板および極厚鋼板用を製造する方法についての技術開発例は少なく、さらなる技術改善の余地があった。

特開２００４−１０７９号公報（特許請求の範囲および段落［００１６］〜［００２３］）特許第３１１１９５３号公報（特許請求の範囲および段落［００２７］〜［００２９］）特開平７-１３２３５５号公報（特許請求の範囲および段落［０００５］）特開平６-３３９７６０号公報（特許請求の範囲、段落［０００８］〜［００１０］、［００３１］および［００４０］）

本発明者らは、前記のとおり、特許文献１において、未凝固部を含む鋳片をバルジングさせた後に、連続鋳造機内において、圧下ロール対の下側ロールを鋳片の下側パスラインよりも突出させて鋳片を圧下する連続鋳造方法を提案した。その後、この方法を厚さ３００ｍｍクラスの極厚鋼板用鋳片の連続鋳造に適用した場合に、圧延における圧下比を十分に確保できない事情から、鋳片の厚さ中心部に生じる負偏析部分において、引張強度、靱性もしくは焼入れ性などの機械的性能または耐食性能が低下するという問題があることが判明した。

一方、未凝固部を含む鋳片を圧下せずに鋳造する方法を採用した場合には、正偏析の度合が著しくなるので、圧延における十分に大きな圧下比を確保できない限り、健全な鋼板を製造することができない。したがって、大きな圧下比を確保できる大型インゴットを素材とした鋼板の製造プロセスを採用せざるを得ず、連続鋳造鋳片を素材とする厚鋼板の製造は困難となる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、未凝固圧下を行って中心偏析を低減させる鋼の連続鋳造方法において、鋳片中心部で生成する負偏析に起因する機械的性能または耐食性能の低下を伴うことのない厚鋼板および極厚鋼板を製造するための鋳片を鋳造できる連続鋳造方法を提供することにある。

本発明者らは、上述の課題を解決するために、鋳片中心部で生成する負偏析部における成分含有率の低下に起因して、強度、靱性もしくは焼入れ性などの機械的性能または耐食性能の低下を伴うことのない厚鋼板および極厚鋼板を製造するための鋳片を鋳造できる連続鋳造方法について検討を行った。その結果、鋳片の厚さ中心部において負偏析が生成しても、機械的性能や耐食性能を向上させるために含有させる成分元素の含有率の低下がそれらの性能に悪影響を及ぼさない程度に、上記の成分元素の鋳込み時における含有率を増加させておくことが有効であるとの知見を得て、本発明を完成させた。

本発明は、上記の知見に基づ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。ただし、下記（１）の連続鋳造方法は、本発明の参考例としての発明である。

（１）未凝固部を含む鋳片を、圧下ロール対を用いて圧下することにより中心偏析を低減する連続鋳造方法において、機械的性能または耐食性能の向上に寄与する少なくとも１つの成分元素について、圧下後の鋳片の厚さ中心部における成分元素の含有率を鋳込み時の該成分元素の平均含有率により除した値である成分元素の負偏析度に応じて、鋳込み時における溶鋼中の該成分元素の含有率を製品中における目標含有率範囲の下限よりも増加させて鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。

（２）未凝固部を含む鋳片を、圧下ロール対を用いて圧下することにより中心偏析を低減する連続鋳造方法において、Ｍｎ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮｉのうちの少なくとも１つの成分元素について、圧下後の鋳片の厚さ中心部における成分元素の含有率を鋳込み時の該成分元素の平均含有率により除した値を成分元素の負偏析度とし、予め求めた鋳片の厚さ中心部における成分元素の負偏析度の最小値αminおよび鋳片の厚さ中心部における成分元素の負偏析度の最大値αmax、ならびに前記各成分元素の、製品中における目標含有率範囲Ｘｏ₁〜Ｘｏ₂（但し、Ｘｏ₁≦Ｘｏ₂）を用いて、下記（１）式により表される関係を満足するように前記各成分元素の鋳込み時における溶鋼中の含有率Ｘを調整し、鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。

Ｘｏ₂≧Ｘ≧Ｘｏ₁／αmin ・・・・・（１）
ここで、αminは鋳片の厚さ中心部における成分元素の負偏析度の最小値（＝Ｃmin／Ｃｏ）（−）を、Ｃｏは鋳込み時の成分元素の平均含有率（質量％）を、Ｃminは圧下後の鋳片の厚さ中心部における成分元素含有率の最小値（質量％）を、Ｘは機械的性能または耐食性能の向上に寄与する成分元素の、鋳込み時における溶鋼中の適正含有率（質量％）を、そして、Ｘｏ₁〜Ｘｏ₂（但し、Ｘｏ₁≦Ｘｏ₂）は機械的性能または耐食性能の向上に寄与する成分元素の、製品中における目標含有率範囲（質量％）を、それぞれ表す。

本発明において、「機械的性能または耐食性能の向上に寄与する成分元素」とは、それらの成分元素を含有させることにより、強度、靭性もしくは焼入れ性などの機械的性能または耐食性能を向上させる効果を有する成分元素を意味し、例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉなどが該当する。

また、「製品中における目標含有率」とは、厚鋼板、極厚鋼板などの圧延製品における仕様などに基づいて要求される成分元素の含有率を意味する。通常は、製品規格などに基づく許容範囲：Ｘｏ₁〜Ｘｏ₂（但し、Ｘｏ₁≦Ｘｏ₂）を有している。

本発明の方法によれば、未凝固圧下を行う鋼の連続鋳造方法において、Ｍｎ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮｉのうちの少なくとも１つの成分元素について、圧下後の鋳片の厚さ中心部における成分元素の含有率を鋳込み時の該成分元素の平均含有率により除した値を成分元素の負偏析度とし、予め求めた鋳片の厚さ中心部における成分元素の負偏析度の最小値αminおよび鋳片の厚さ中心部における成分元素の負偏析度の最大値αmax、ならびに前記各成分元素の、製品中における目標含有率範囲Ｘｏ ₁ 〜Ｘｏ ₂ を用いて、上記（１）式により表される関係を満足するように前記各成分元素の鋳込み時における溶鋼中の含有率Ｘを調整し、鋳造を行うので、機械的性能や耐食性能の低下を伴うことのない厚鋼板および極厚鋼板を製造するための鋳片を鋳造することができる。したがって、本発明の方法は、機械的性能または耐食性能に優れた厚鋼板および極厚鋼板用素材の製造方法として、連続鋳造および厚板製造工程において利用価値の高い技術である。

１．発明の基本構成
本発明の方法は、前記のとおり、未凝固部を含む鋳片を、圧下ロール対を用いて圧下することにより中心偏析を低減する連続鋳造方法において、Ｍｎ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮｉのうちの少なくとも１つの成分元素について、圧下後の鋳片の厚さ中心部における成分元素の含有率を鋳込み時の該成分元素の平均含有率により除した値を成分元素の負偏析度とし、予め求めた鋳片の厚さ中心部における成分元素の負偏析度の最小値αminおよび鋳片の厚さ中心部における成分元素の負偏析度の最大値αmax、ならびに前記各成分元素の、製品中における目標含有率範囲Ｘｏ ₁ 〜Ｘｏ ₂ を用いて、上記（１）式により表される関係を満足するように前記各成分元素の鋳込み時における溶鋼中の含有率Ｘを調整し、鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。

図１に、鋳片をバルジングさせずに、未凝固圧下を行いながら連続鋳造する本発明の方法を模式的に示し、また、図２には、鋳片をバルジングさせた後、未凝固圧下を行いながら連続鋳造する本発明の方法を模式的に示す。

図１に示されたとおり、浸漬ノズル１を経て鋳型３内に注入された溶鋼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、凝固シェル５を形成して鋳片８となる。鋳片８は、その内部に未凝固部９を保持したまま、ガイドロール６群により支持されながら引き抜かれ、圧下ロール対７により圧下される。

このとき、圧下ロール対７の下側ロールを鋳片の下側パスラインよりも上方に突出させると、圧下力が鋳片の曲げのために消費されずに、鋳片の圧下のみに効果的に作用するので、好ましい。鋳型３の内部に形成される溶鋼湯面（メニスカス）２から圧下ロール対７までの長さなどについては、実施例にて後述する。また、連続鋳造機としては、垂直曲げ型および湾曲型のいずれを用いてもよい。

図２に示されるとおり、鋳片８の内部に未凝固部９が存在する領域において、ガイドロール群６の鋳片厚さ方向の間隔を拡げ、鋳片の幅方向中央部の厚さｔを鋳片の短辺長さｔ₀よりも大きくして、鋳片を厚さ方向にバルジングさせ（図中の記号Ｂ１−Ｂ２に示す領域）、その後に圧下ロール対７により圧下してもよい。このような方法を採用することにより、鋳片の中心偏析をさらに低減することができる。

２．成分元素の負偏析度に応じた成分元素の含有率Ｘの調整方法
成分元素の含有率Ｘは、下記の方法により求める。すなわち、まず、成分元素ごとに予め鋳片の厚さ中心部における成分元素の負偏析度の最小値αminを求める。ここで、最小値αminは、圧下後の鋳片の厚さ中心部における成分元素含有率の最小値Ｃmin（質量％）を、鋳込み時の成分元素の平均含有率Ｃｏ（質量％）により除すことにより求める。

次に、強度、靭性もしくは焼入れ性などの機械的性能または耐食性能の向上に寄与する成分元素の、製品中における目標含有率範囲の下限Ｘｏ₁（質量％）を上記αminにより除し、下記（１）式を用いて、鋳込み時において溶鋼中の上記成分元素が満足すべき含有率Ｘ（質量％）の適正範囲を求める。

Ｘｏ₂≧Ｘ≧Ｘｏ₁／αmin ・・・・・（１）
そして、上記（１）式により示される含有率Ｘ（質量％）の適正範囲を満足するように、鋳込み時の成分元素の含有率を制御し、連続鋳造する。

成分元素の溶鋼中における含有率Ｘが（Ｘｏ₁／αmin）の値未満の場合には、鋳片の厚さ中心部において、その成分元素の含有率が、機械的性能または耐食性能を発揮するために必要な含有率未満となって、厚鋼板などの圧延製品の上記性能を満足することができなくなる。

一方、成分元素の溶鋼中における含有率Ｘ、または（Ｘｏ₁／αmin）がＸｏ₂の値を超えて高くなると、鋳片の厚さ中心部以外の領域の母材において、その成分元素の含有率が必要以上に高くなり、規格範囲外となって、機械的性能または耐食性能を発揮できなくなる。また、合金成分の添加量が増大してコスト高ともなる。

本発明の効果を確認するため、下記の連続鋳造試験を行うとともに、得られた鋳片を厚鋼板に圧延し、その性能を調査して厚鋼板の製品評価を行った。

１．負偏析度の調査試験
前記図１に示した垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて、既述の方法により、鋳片のバルジングを行わない条件で鋳造試験を行った。

圧下ロール対７は、鋳型３のメニスカス２から２１．５ｍ下流の位置に１対設置されており、圧下ロール対７の直径は４５０ｍｍであり、圧下力は最大で５．８８×１０⁶Ｎ（６００ｔｆ）である。

１−１．連続鋳造方法
鋳造には、鋼成分組成が質量％で、Ｃ：０．１３〜０．１５％、Ｓｉ：０．１８〜０．２４％、Ｍｎ：１．１５〜１．４５％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００６％以下、Ｎｉ：１．７０〜２．２０％、Ｃｒ：０．８０〜１．００％およびＭｏ：０．３０〜０．４０％の溶鋼を用いて、表１に示す成分を有する厚さ３００ｍｍ、幅１８００ｍｍの極厚鋼板用鋳片を鋳造した。

鋳造速度は０．７０ｍ／ｍｉｎ、二次冷却水量は０．７４Ｌ（リットル）／ｋｇ−ｓｔｅｅｌとし、タンディッシュ内の溶鋼温度は、過熱度（ΔＴ）が３０℃〜５０℃の間でほぼ一定となるように調整した。なお、ΔＴは溶鋼温度から液相線温度を減じた値である。上記の鋳造速度で鋳片を引き抜きながら、圧下ロール対７の下側ロールを１５ｍｍ突出させた状態で、圧下ロール対７の上側ロールと下側ロールとによる圧下量を均等にして、全体で３０ｍｍの圧下を行った。

上記の試験では鋳片のバルジングは行っていないが、本発明においては、バルジングは行っても行わなくてもよく、その実施については特に限定しない。

また、鋳造試験においては、圧下ロール対７の位置に目的とする中心固相率の未凝固溶鋼を有する鋳片定常部分が到達した時点で圧下を開始した。圧下開始後は、下側ロールの突出量が下側ロールによる圧下量となる。ここで、鋳片をバルジングさせることによって鋳片厚さが変化した場合においても、鋳片の幅中央部の厚さに合わせて、種々に鋳造速度を変化させた条件で鋳片厚さ方向の一次元の伝熱計算を行い、所定の固相率になる鋳造速度などの条件を決定すればよい。

１−２．負偏析度の調査
各鋳造試験により得られた鋳片から鋳造方向に長さ１５０ｍｍの鋳片サンプルを切り出し、マクロ組織を観察後、鋳片の横断面から、板サンプルを切り出し、ＥＰＭＡによるマッピング分析（以下、「ＭＡ分析」とも称する）を行うことにより、鋳片における成分元素の偏析状況を調査した。

図３は、未凝固圧下により生じる負偏析部でのＭｎ、ＣｒおよびＭｏの負偏析度の調査方法および調査結果を示す図であり、同図（ａ）は圧下後の鋳片横断面からの分析用サンプルの採取方法を示し、同図（ｂ）は負偏析度の鋳片幅方向の分布を示す。同図（ａ）に示すとおり、各鋳片横断面の板サンプルにつき、鋳片の幅方向の１／４、１／２および３／４の各位置の３箇所からＭＡ分析用のサンプル（鋳片厚さ方向１００ｍｍ×鋳造方向長さ４０ｍｍ×厚さ方向（鋳片幅方向）９ｍｍ）を切り出し、ＭＡ分析を実施した。ＭＡ分析の視野は、ＭＡサンプルの鋳片厚さ中心部を含む鋳片厚さ方向５０ｍｍ×幅方向２０ｍｍの範囲について行い、ビーム径を５０μｍとして各成分元素の分布を求めた後、鋳片厚さ方向に２ｍｍ幅で線分析を行い、中心部の各成分含有率Ｃを求めた。そして、この各成分含有率Ｃを鋳込み時の各成分の平均含有率Ｃｏにより除して、負偏析度αとした。

厚さ３００ｍｍの厚鋳片を圧延し、厚さ１６５ｍｍの極厚鋼板を試作して鋼板の機械的性能を調査したところ、厚さ方向の引張強さが不足する傾向が認められた。そこで、鋳片厚さ中心部における負偏析度α（＝Ｃ／Ｃｏ）の調査を行った。

その結果、鋳片を３０ｍｍ程度の大きな圧下量にて圧下した場合においても、前記の図３（ｂ）に示したとおり、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏの各元素ともに、負偏析度の値に特別大きな差異はなく、０．８０〜０．９５の範囲であることが判明した。つまり、鋼板の厚さ方向の引張強さの不足は、鋳片の厚さ中心部における負偏析の発生により、機械的性能の向上に寄与する成分元素の含有率が低下したことに起因していることが明らかとなった。

２．溶鋼中成分含有率を上昇させた鋳造試験結果
上記の知見を踏まえ、強度向上に寄与する成分元素として、Ｍｎ、Ｃｒ、ＮｉおよびＭｏの鋳込み時の成分含有率の下限を厚板製品の目標含有率範囲の下限よりも高くしておき、未凝固圧下を行う本発明例の試験番号２の試験、および鋳込み時の成分含有率を厚板製品の目標含有率のままとする比較例の試験番号１の連続鋳造試験を実施した。

２−１．本発明例についての試験
成分元素中のＭｎ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮｉを例にとり、下記に説明する。

（１）Ｍｎ含有率
製品中におけるＭｎの目標含有率範囲の下限は１．１５質量％であるが、負偏析化を考慮せずに未凝固圧下した場合には、前記図３（ｂ）の結果、すなわち、負偏析度が０．８０〜０．９０であることから、負偏析部におけるＭｎ含有率は、０．９２〜１．０４質量％にまで低下し、焼入れ性などが不足することが予想された。

そこで、まず、本願発明で規定する前記（１）式に基づいて、鋳込み時における溶鋼中のＭｎ含有率の適正範囲を求めた。

前記１−２．における調査結果から、αmin＝０．８５であり、上記製品中のＭｎの目標含有率範囲の下限値から、Ｘｏ₁＝１．１５質量％であるから、前記（１）式は下記のとおりとなる。

Ｘ≧１．１５／０．８５
すなわち、
Ｘ≧１．３６・・・・（２）
である。

そこで、鋳込み時の溶鋼中のＭｎ含有率を、上記（２）式におけるＸの下限値である１．３６質量％に調整し、未凝固圧下を行いながら連続鋳造を実施した。その結果、鋳片厚さ中心部においてＭｎ含有率が１．１５質量％を下回らないようにすることができた。

また、母材のＭｎ含有率はＸ（＝１．３６質量％）であり、製品中のＭｎの目標含有率範囲の上限値Ｘｏ₂（＝１．４５質量％）を超えないようにすることもできた。

（２）Ｃｒ含有率
製品中におけるＣｒの目標含有率範囲の下限は０．８０質量％であるが、負偏析化を考慮せずに未凝固圧下した場合には、前記図３（ｂ）の結果、すなわち、負偏析度が０．９２〜０．９５であることから、負偏析部におけるＣｒ含有率は、０．７４〜０．７６質量％にまで低下し、厚さ方向強度などが不足することが予想された。

そこで、まず、本願発明で規定する前記（１）式に基づいて、鋳込み時における溶鋼中のＣｒ含有率の適正範囲を求めた。

前記の調査結果から、αmin＝０．９２であり、上記製品中のＣｒの目標含有率範囲の下限値から、Ｘｏ₁＝０．８０質量％であるから、前記（１）式は下記のとおりとなる。

Ｘ≧０．８０／０．９２
すなわち、
Ｘ≧０．８７・・・・（３）
である。

そこで、鋳込み時の溶鋼中のＣｒ含有率を、上記（３）式におけるＸの下限値である０．８７質量％に調整し、未凝固圧下を行いながら連続鋳造を実施した。その結果、鋳片厚さ中心部においてＣｒ含有率が０．８０質量％を下回らないようにすることができた。

また、母材のＣｒ含有率はＸ（＝０．８７質量％）であり、製品中のＣｒの目標含有率範囲の上限値Ｘｏ₂（＝１．００質量％）を超えない値に調整できている。

（３）Ｍｏ含有率
製品中におけるＭｏの目標含有率範囲の下限は０．３０質量％であるが、負偏析化を考慮せずに未凝固圧下した場合には、前記図３（ｂ）の結果、すなわち、負偏析度が０．８０〜０．９０であることから、負偏析部におけるＭｏ含有率は、０．２４〜０．２７質量％にまで低下し、厚さ方向の強度などが不足することが予想された。

そこで、まず、本願発明で規定する前記（１）式に基づいて、鋳込み時における溶鋼中のＭｏ含有率の適正範囲を求めた。

前記１−２．の調査結果から、αmin＝０．８０であり、上記製品中のＭｏの目標含有率範囲の下限値から、Ｘｏ₁＝０．３０質量％であるから、前記（１）式は下記のとおりとなる。

Ｘ≧０．３０／０．８０
すなわち、
Ｘ≧０．３８・・・・（４）
である。

そこで、鋳込み時の溶鋼中のＭｏ含有率を、上記（４）式におけるＸの下限値である０．３８質量％に調整し、未凝固圧下を行いながら連続鋳造を実施した。その結果、鋳片厚さ中心部においてＭｏ含有率が０．３０質量％を下回らないようにすることができた。

母材のＭｎ含有率はＸ（＝０．３８質量％）であるから、もちろん、製品中のＭｏの目標含有率範囲の上限値Ｘｏ₂（＝０．４０質量％）を超えない値に調整できている。

（４）Ｎｉ含有率
前記のとおり、負偏析現象は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏなどの成分元素についても発生していた。この負偏析現象は、鉄の固相と液相との間における成分元素の平衡分配係数または実効分配係数により支配される。本来、これらの分配係数は元素ごとに相違するので、各成元素ごとに負偏析度を求めることが好ましいが、本検討では、他の元素についてのデータから推測することとした。凝固相がγ相のときの平衡分配係数の値は、Ｃｒ：０．８５〜０．８７、Ｍｎ：０．７５〜０．９８、Ｍｏ：０．５７〜０．６０、およびＮｉ：０．８５〜０．９５であり、それらの各中間値をとると、Ｃｒ：０．８６、Ｍｎ：０．８７、Ｍｏ：０．５９、およびＮｉ：０．９０となる。したがって、Ｎｉの平衡分配係数はＭｎの平衡分配係数に最も近い。

前記図３（ｂ）に示された結果にみられるとおり、ＭｎおよびＣｒでは、負偏析度は０．８０〜０．９５であることから、Ｎｉについてもこの下限値である０．８０を適用することとした。

製品中におけるＮｉの目標含有率範囲の下限値は１．７０質量％であるが、負偏析化を考慮せずに未凝固圧下した場合には、負偏析部におけるＮｉ含有率は、１．３６〜１．６２質量％にまで低下し、厚さ方向の強度や脆性などが不足することが予想された。

そこで、Ｍｎの場合と同様に、Ｎｉ含有率についても、鋳込み時における溶鋼中の適正範囲を求め、これに基づいてＮｉ含有率を調整した。

上記の検討から、αmin＝０．８０であり、製品中におけるＮｉの目標含有率範囲の下限から、Ｘｏ₁は１．７０質量％であるから、前記と同様にして、（１）式は下記のように書ける。

Ｘ≧１．７０／０．８０
すなわち、
Ｘ≧２．１３・・・・（５）
となる。

そこで、鋳込み時の溶鋼中のＮｉ含有率を、上記（５）式におけるＸの下限値である２．１３質量％に調整し、未凝固圧下を行う連続鋳造を実施した結果、鋳片厚さ中心部においてＮｉ含有率１．７０質量％を下回らないようにすることができた。

母材のＮｉ含有率はＸ（＝２．１３質量％）であるから、もちろん、製品中のＮｉの目標含有率範囲の上限値Ｘｏ₂（＝２．２０質量％）を超えない値に調整できている。

図４に、未凝固圧下により生じる負偏析部でのＮｉ含有率の鋳片幅方向の分布を示した。同図にみられるとおり、鋳片の幅方向を通じて、Ｎｉ含有率は目標含有率範囲の下限である１．７０質量％以上を確保できている。

２−２．比較例についての試験
Ｍｎ、Ｃｒ、ＮｉおよびＭｏの鋳込み時の成分含有率を厚板製品の目標含有率のままとする比較例の試験番号１の連続鋳造試験を実施した。

図４にみられるとおり、鋳片の幅方向を通じて、Ｎｉ含有率は目標含有率範囲の下限である１．７０質量％を下回る結果となった。これは、鋳片の厚さ中心部における負偏析の生成に起因するものである。

３．製品の性能比較
表２に、比較例および本発明例について、鋳造試験および圧延試験の条件、ならびに機械的性能の例としての鋼板の板厚方向の引張強さを示し、また、図５には、比較例および本発明例について、連続鋳造により得られた鋳片を素材として製造した鋼板の板厚方向の引張強さを比較して示した。

表２および図５の結果に示されたとおり、比較例の試験番号１では、負偏析部における成分含有率の低下が大きかったため、厚板圧延工程において圧延圧下比を３．００と高めたにも拘わらず、板厚方向の引張強さは７４３ＭＰａ程度の値に止まった。

これに対して、本発明例の試験番号２では、負偏析部における成分含有率が厚板製品の目標含有率以上の値を確保できていたことから、厚板圧延工程における圧下比を１．８２程度の比較的低い値としても、板厚方向の引張強さは８４５ＭＰａ程度と高い性能を確保することができた。

本発明の方法によれば、未凝固圧下を行う鋼の連続鋳造方法において、機械的性能または耐食性能の向上に寄与する成分元素について、圧下後の鋳片の厚さ中心部における成分元素の負偏析度に応じて、鋳込み時における溶鋼中の該成分元素の含有率を製品中における目標含有率範囲の下限よりも増加させて鋳造を行うので、機械的性能や耐食性能の低下を伴うことのない厚鋼板および極厚鋼板を製造するための高品質鋳片を鋳造することができる。したがって、本発明の方法は、機械的性能または耐食性能を確保できる厚鋼板および極厚鋼板用素材の製造方法として、連続鋳造および厚板製造工程において、広範に適用できる技術である。

鋳片をバルジングさせずに、未凝固圧下を行いながら連続鋳造する本発明の方法を模式的に示す図である。鋳片をバルジングさせた後、未凝固圧下を行いながら連続鋳造する本発明の方法を模式的に示す図である。未凝固圧下により生じる負偏析部でのＭｎ、ＣｒおよびＭｏの負偏析度の調査方法および調査結果を示す図であり、同図（ａ）は圧下後の鋳片横断面からの分析用サンプルの採取方法を示し、同図（ｂ）は負偏析度の鋳片幅方向の分布を示す。未凝固圧下により生じる負偏析部でのＮｉ含有率の鋳片幅方向の分布を示す図である。本発明による連続鋳造方法により得られた鋳片を素材とする鋼板の厚さ方向の引張強さを、比較例と対比して示す図である。

符号の説明

１：浸漬ノズル、２：溶鋼湯面、３：鋳型、４：溶鋼、５：凝固シェル、
６：ガイドロール、７：圧下ロール対、８：鋳片、９：未凝固部

Claims

未凝固部を含む鋳片を、圧下ロール対を用いて圧下することにより中心偏析を低減する連続鋳造方法において、
Ｍｎ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮｉのうちの少なくとも１つの成分元素について、
圧下後の鋳片の厚さ中心部における成分元素の含有率を鋳込み時の該成分元素の平均含有率により除した値を成分元素の負偏析度とし、
予め求めた鋳片の厚さ中心部における成分元素の負偏析度の最小値αminおよび鋳片の厚さ中心部における成分元素の負偏析度の最大値αmax、ならびに前記各成分元素の、製品中における目標含有率範囲Ｘｏ₁〜Ｘｏ₂（但し、Ｘｏ₁≦Ｘｏ₂）を用いて、
下記（１）式により表される関係を満足するように前記各成分元素の鋳込み時における溶鋼中の含有率Ｘを調整し、鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
Ｘｏ₂≧Ｘ≧Ｘｏ₁／αmin ・・・・・（１）
ここで、αminは鋳片の厚さ中心部における成分元素の負偏析度の最小値（＝Ｃmin／Ｃｏ）（−）を、Ｃｏは鋳込み時の成分元素の平均含有率（質量％）を、Ｃminは圧下後の鋳片の厚さ中心部における成分元素含有率の最小値（質量％）を、Ｘは前記各成分元素の、鋳込み時における溶鋼中の適正含有率（質量％）を、そして、Ｘｏ₁〜Ｘｏ₂（但し、Ｘｏ₁≦Ｘｏ₂）は前記各成分元素の、製品中における目標含有率範囲（質量％）を、それぞれ表す。