JP4687629B2 - 金属の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、未凝固部を含む金属鋳片（以下、単に「鋳片」とも記す）を上下１対の圧下ロール対により圧下する連続鋳造方法に関する。さらに詳しくは、鋳片を圧下する前におけるバルジング量を低減させることにより内部割れを抑制するとともに、圧下ロール対の下部ロールを鋳片の下側パスラインよりも突出させて圧下することにより鋳片の十分な圧下量を確保し、中心偏析を軽減する金属の連続鋳造方法に関する。

一般に、鋼板などの金属板の圧延では、圧延時に上部ロールによる圧下量と下部ロールによる圧下量とがほぼ均等となるように圧下される。また、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で、未凝固部を含む金属鋳片の圧下が行われるようになってきた。連続鋳造では、鋳造のスタート時に使用したダミーバーが圧下ロール対の間を支障なく通過するように配慮する必要があることから、未凝固部を含む鋳片の圧下の際には、下部ロールによる圧下点が鋳片の下側パスラインと同じ高さ位置になるように下部ロールの位置を固定し、上部ロールのみにより鋳片を圧下するのが通常であった。上記の事情から、従来、連続鋳造における未凝固鋳片の圧下では、圧下ロールの下部ロールを鋳片の下側パスラインよりも上方に突き出して鋳片を圧下することは行われていなかった。

これに対して、本発明者らは、未凝固部を含む鋳片を上部ロールのみにより圧下する従来の圧下方法では、鋳片の曲げ変形に圧下力が消費され、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、圧下ロール対の下部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。

しかし、その後、上記の特許文献に開示された技術を用いても、割れ感受性の高い高強度鋼や、ＵＯＥ製管（厚板を特殊なプレス機により横断面が「Ｕ」字状、次いで「Ｏ」字状の管に成形し、そのシーム部をアーク溶接した後、管の内側からエキスパンダーにより拡管（Ｅ）して所定の寸法の管に仕上げる製管方法）における成形加工などのように、曲げ歪の大きくなる厚肉材において、鋳片のバルジングにより発生する軽微な内部割れに起因して製管時に割れの発生する場合が認められ、この軽微な内部割れの発生を回避するための技術開発が必要となった。

特開２００４−１０７９公報（特許請求の範囲および段落［００１６］〜［００２３］）

前記のとおり、特許文献１に開示された技術においては、下記の問題が残されていた。すなわち、割れ感受性の高い高強度鋼や、ＵＯＥ製管用などのように大きな曲げ歪を生じる厚肉材では、鋳片のバルジングにより発生する軽微な内部割れが製管時の割れの原因となるおそれがあることである。

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、鋳片の圧下前に行うバルジングの量を低減させることにより鋳片の内部割れの発生を抑制するとともに、圧下ロール対の下部ロールを鋳片の下側パスラインよりも突出させて圧下することにより、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し、中心偏析を軽減することのできる金属の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、鋳片の内部割れを抑制し、かつ比較的簡易な圧下設備による圧下であっても、鋳片の十分な圧下量を確保し、中心偏析を軽減することのできる連続鋳造方法について検討を行い、下記の（ａ）〜（ｄ）の知見を得て本発明を完成させた。

（ａ）割れ感受性の高い高強度鋼やＵＯＥ製管用の厚板材などの鋼種に対しては、バルジング量を低減することによりバルジング時の歪を低減して軽微な内部割れの発生を抑制するとともに、その後の圧下工程において中心偏析の軽減に必要な十分な圧下量を付与する方法が効果的である。

（ｂ）バルジング量が大きい場合には、変形抵抗の小さい鋳片幅方向中央部付近のバルジング部分を圧下することにより中心偏析の軽減に必要な圧下量を確保し付与することができるが、上記（ａ）のようにバルジング量の小さい場合には、変形抵抗の大きい鋳片短辺側の凝固シェルを圧下変形させることにより中心偏析の軽減に必要な圧下量を付与する必要が生じる。連続鋳造機に、圧延機のように圧下力が５×１０⁷Ｎクラスの圧下設備を設置することは難しいため、最大でも圧下力が５．８８×１０⁶Ｎ程度の圧下設備により鋳片に上記の圧下量を付与する必要がある。

（ｃ）上記（ｂ）の制約条件の下では、圧下ロール対の下部ロールを鋳片下側パスラインよりも突出させ、その突出量を鋳片の総圧下量の５０％に近づけるように増加させて圧下すれば、鋳片のバルジング量を低減させた場合においても、さらにはバルジングさせない場合においても、鋳片の中心偏析の軽減に必要な圧下量を付与することができる。

（ｄ）具体的には、鋳片の内部割れの発生を抑制するためにバルジング量を低減した後、またはバルジングをさせずに、その後に、下記（１）式により求められる下部ロールの突出率を３０％以上として鋳片を圧下し、目標とする総圧下量の８０％以上圧下が進行した状態において、鋳片の長辺側の上側凝固シェルと下側凝固シェルとを圧着させることにより、鋳片に十分な量の圧下を付与することができる。

下部ロール突出率＝｛下部ロール突出量（δ）／目標総圧下量（Ｒｔ）｝×１００（％） ・・・（１）
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、下記の連続鋳造方法にある。すなわち、
「連続鋳造機内または機端部に配置された上下１対の圧下ロール対を用いて、未凝固部を含む鋳片を圧下する際に、該圧下ロール対の下部ロールを鋳片の下側パスラインよりも上方へ突出させて圧下する金属の連続鋳造方法であって、圧下位置よりも上流側で、鋳片の未凝固部を鋳片の幅方向中央部において厚さ方向に５ｍｍ以下の範囲内でバルジングさせることにより鋳片横断面の短辺部におけるバルジング時の内部割れを抑制し、かつ前記鋳片の下側パスラインよりも上方への下部ロールの突出量を、目標とする総圧下量の３０％以上５０％以下として鋳片短辺部の凝固シェルを圧下変形させるとともに、目標とする総圧下量の８０％以上圧下が進行した状態で、鋳片の長辺側の上側凝固シェルと下側凝固シェルとを圧着させることを特徴とする金属の連続鋳造方法」である。

本発明において、「目標とする総圧下量」とは、鋳片の未凝固層のうちの「液相相当厚さ」に、この液相を圧下により完全に排出させた後の「固相状態での圧下量」を加えた量を意味する。ここで、「液相相当厚さ」とは、未凝固層のうち、圧下により排出される液相のみの体積を鋳片厚さに換算した量であり、「未凝固部平均液相厚さ」とも称する。したがって、未凝固層を固相率（ｆｓ）が０．８以下の領域と規定した場合には、液相相当厚さは、固相率が０．８以下の領域に存在する液相のみの体積を鋳片厚さに換算した量を意味する。

本発明の連続鋳造方法によれば、鋳片の圧下前に行うバルジングの量を低減させることにより、さらにはバルジングを生じさせないことにより、鋳片の内部割れの発生を抑制するとともに、圧下ロール対の下部ロールを鋳片の下側パスラインよりも突出させて圧下することにより、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し、中心偏析を軽減することができる。本発明の方法は、湾曲型、垂直曲げ型などのいずれの連続鋳造装置にも適用することができ、また、スラブ、ブルーム、ビレットのいずれの鋳造においても効果を発揮する。

前記のとおり、本発明は、上下１対の圧下ロール対を用いて、未凝固部を含む鋳片を、圧下ロール対の下部ロールを鋳片の下側パスラインよりも上方へ突出させて圧下する金属の連続鋳造方法であって、圧下位置よりも上流側で、鋳片の未凝固部を鋳片の幅方向中央部において厚さ方向に５ｍｍ以下の範囲内でバルジングさせることにより鋳片横断面の短辺部におけるバルジング時の内部割れを抑制し、かつ下部ロールの突出量を目標総圧下量の３０％以上５０％以下として鋳片短辺部の凝固シェルを圧下変形させるとともに、目標総圧下量の８０％以上圧下が進行した状態で、鋳片長辺側の上側および下側凝固シェルを圧着させる連続鋳造方法である。以下に、溶融金属として溶鋼を用いた場合を例にとり、本発明の方法についてさらに詳細に説明する。

（１）下部ロールの突出量を目標総圧下量の３０％以上とする
鋳片の圧下時において、圧下変形に寄与する力Ｆは、下記（２）式により表されるとおり、圧下設備の圧下力Ｆｏから鋳片の曲げ変形に消費される力Ｆｂを差し引いた力となる。

Ｆ＝Ｆｏ−Ｆｂ ・・・・（２）
後述する実施例においては、バルジングさせているケース１〜４では中心偏析の軽減に必要な圧下量を確保しやすいので、鋳片厚さを２３５ｍｍとして鋳造試験を行い、バルジング量が５ｍｍ以下のケース５および６では圧下量を確保しにくいことから、鋳片厚さを２５０ｍｍとして鋳造試験を行った。

図１は、圧下ロールの下部ロール突出量と鋳片の圧下量との関係を示す図である。また、図２は、圧下ロールの下部ロール突出量と鋳片の曲げ力との関係を示す図である。なお、下記の圧下ロールの下部ロール突出量と鋳片の圧下量との関係（図１）および下部ロール突出量と鋳片の曲げ力との関係（図２）は、後述する実施例にて示すとおり、下部ロールの突出量が１５ｍｍのときに鋳片の圧下量が３５ｍｍとなるケース６の場合を例にとり計算により求めたものである。

図１の関係に示されるとおり、下部ロールの突出量が増加するにつれて鋳片の圧下量は増加しており、また、図２に示されるとおり、下部ロールの突出量が増加するにつれて鋳片の曲げ力は低下している。

これらの関係は、圧下ロールの下部ロールの突出量が増加するにつれて、鋳片の圧下時に、鋳片の曲げ変形に消費される力Ｆｂが減少し、その結果、鋳片の圧下変形に寄与する力Ｆが増加した結果、鋳片の圧下量が増大したことを示すものである。

上記の関係から、鋳片の上側および下側を均等に圧下する方法に近づけるほど、すなわち、下部ロールの突出量を鋳片の目標総圧下量の５０％に近づけるほど、圧下力のうちで鋳片の曲げ変形に消費される力Ｆｂが減少し、圧下設備の圧下力Ｆｏを鋳片の圧下変形に作用する力Ｆとして有効に利用できることがわかる。したがって、下部ロールの突出量を鋳片の目標総圧下量の３０％以上とする本発明の方法は、変形抵抗の大きい鋳片短辺側の凝固シェルを圧下変形させる必要のある圧下方法、つまりバルジングをさせずに圧下する方法の場合に、圧下設備の圧下力Ｆｏをロスすることなく、鋳片の圧下変形に作用する力Ｆとして有効利用できる点で有利である。

下部ロールの突出量の範囲の限定理由および好ましい範囲について、さらに説明を加える。前記（２）式により表されるとおり、鋳片の圧下時に、圧下変形に寄与する力Ｆは、圧下設備の圧下力Ｆｏから鋳片の曲げ変形に消費される力Ｆｂを差し引いた力となる。本発明者らが試験を行った圧下設備の圧下能力は５．８８×１０⁶Ｎ（６００ｔｆ）であり、この能力を鋳片の曲げに消費されずに最大限に利用するには、目標総圧下量が３５ｍｍの場合には、下部ロールによる圧下量を１７．５ｍｍとすることが好ましく、したがって、理想的な上下均等圧下に近づけるためには、下部ロールの突出量を目標総圧下量の５０％に近づけることが好ましい。

また、後述する実施例にて明らかなように、本発明において、圧下により偏析成分の濃化した液相を排出するには、未凝固部平均液相厚さを２７ｍｍ以上確保する必要がある。但し、鋳片の凝固状態は必ずしも均一でない場合が多く、その後の固相圧下も含めて総圧下量３０ｍｍ以上を確保することが望ましい。前記図１の関係から、圧下量を３０ｍｍ以上とするには、下部ロールの突出量を少なくとも８ｍｍ程度以上とする必要がある。これは、目標総圧下量の約２７％（＝（８／３０）×１００％）となることから、下部ロールの突出量を目標総圧下量の３０％以上とした。

しかしながら、鋳片の圧下量が３５ｍｍの場合の計算例である図２の関係から明らかなように、圧下量が３５ｍｍの場合にその３０％に相当する下部ロールの突き出し量は１０．５ｍｍとなり、約０．４０×１０⁶Ｎ（４０ｔｆ）程度の圧下力が鋳片の曲げに消費される（設備の圧下能力の約７％）。したがって、圧下設備の圧下力をロスすることなく、鋳片の圧下変形に有効に作用させるには、下部ロールの突出量を目標総圧下量の５０％に近い値とするのが好ましい。

（２）目標総圧下量の８０％以上圧下が進行した状態で長辺側の上側および下側凝固シェルを圧着させる
最近の連続鋳造方法では、鋳片長辺側の上側凝固シェルおよび下側凝固シェルが圧着した後も、さらに所定量の圧下を加える傾向にある。圧下により凝固シェル間から排出される液相の相当厚さ（「液相相当厚さ」または「未凝固部平均液相厚さ」とも記す）は圧下時の未凝固厚さよりも小さく、この液相相当厚さ分を圧下すると、液相は完全に排出される。

上記を考慮し、「目標総圧下量」を、液相相当厚さ分を圧下して液相が完全に排出された後、さらに固相の状態で所定量の圧下を加える場合の両圧下量の総和とした。また、「目標総圧下量の８０％以上圧下が進行した状態で長辺側の上側および下側凝固シェルを圧着させる」とは、液相相当厚さ分を圧下して液相が完全に排出された後、さらに固相の状態で所定量の圧下を加えるとき、前記の目標総圧下量に対する液相相当厚さの割合が８０％以上となる状態で上側および下側凝固シェルを圧着させることを意味する。

例えば、圧下時の未凝固厚さが４６ｍｍであり、このうち、圧下により凝固シェル間から排出される液相の相当厚さ（液相相当厚さ）が２７ｍｍであり、固相状態での圧下量が６ｍｍの場合には、目標総圧下量に対する液相相当厚さの割合は、｛２７／（２７＋６）｝×１００＝８１．８％となる。

上記のように、目標総圧下量の８０％以上圧下が進行した状態で長辺側の上側および下側凝固シェルを圧着させることにより、液相を完全に排出するのに十分な鋳片の圧下量が確保され、その結果、中心偏析が著しく軽減される。

なお、鋳片幅方向の凝固シェルの形成状況のばらつきも存在するので、長辺側の上側凝固シェルと下側凝固シェルとを圧着させるのは、目標総圧下量の９０％以下圧下が進行した状態で行うのが好ましい。

（３）鋳片の幅方向中央部で厚さ方向に５ｍｍ以下の範囲内でバルジングさせる
前記のとおり、バルジング量を低減することによりバルジング時の歪が低減されるので、鋳片の内部割れの発生は抑制される。鋳片の幅方向中央部における厚さ方向のバルジング量が５ｍｍを超えて大きくなると、内部割れ発生の抑制効果が低下するので、その上限を５ｍｍとした。

また、本発明の方法では、鋳片の圧下時に圧下ロール対の下部ロールを鋳片の下側パスラインから上方に突出させ、その突出量を鋳片の総圧下量の３０％以上として圧下するので、鋳片の中心偏析の軽減に必要な圧下量を十分に確保することができる。したがって、バルジングさせない（すなわち、バルジング量を０とした）場合であっても、本発明は、その効果を発揮することができる。

本発明の連続鋳造方法の効果を確認するため、下記の連続鋳造試験を行い、その結果を評価した。

（１）鋳造試験方法
連続鋳造試験は、バルジング後に鋳片の圧下を行う条件およびバルジングさせずに鋳片の圧下を行う条件の両条件下において行った。

図３は、鋳片をバルジングさせた後に圧下する条件で行った連続鋳造試験の方法を模式的に示す図であり、また、図４は、鋳片をバルジングさせずに圧下する条件で行った連続鋳造試験の方法を模式的に示す図である。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１０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。

ここで、ガイドロール６群は、鋳片８の厚さ方向の間隔を所定値に制御できる機能を有している。鋳片をバルジングさせる場合には、同図中で両端を矢印Ｂ１〜Ｂ２により示したバルジング領域において、ロール６群の鋳片厚さ方向の間隔を広げ、内部に未凝固部を有する鋳片８の幅方向中央部における厚さが、鋳片８の短辺の長さＬｔ₀よりもδｔだけ厚くなるようにバルジングさせる。その後、バルジングした鋳片の幅方向中央部を圧下ロール対７により圧下する。

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。鋳片の圧下時には、圧下ロール対７の下部ロール７ａを鋳片の下側パスラインよりも上方に高さδだけ突出させた状態で圧下した。

鋳造には、鋼成分組成が質量％で、Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：０．０４〜０．６０％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０２０％以下およびＳ：０．００６％以下の溶鋼を使用し、後述するケース１〜４の試験では厚さが２３５ｍｍで、幅が２３００ｍｍの鋳片を鋳造し、また、ケース５および６の試験では厚さが２５０ｍｍで、幅が２３００ｍｍの鋳片を鋳造した。鋳造速度は０．９０〜１．２０ｍ／ｍｉｎ、二次冷却水量は１．３１〜１．３７Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌとし、タンディッシュ内の溶鋼温度の過熱度（ΔＴ）は４０℃〜５０℃の間でほぼ一定とした。なお、過熱度（ΔＴ）は溶鋼温度から溶鋼の液相線温度を減じた値である。

バルジング量を変化させることにより鋳片厚さが変化する種々のケースについて、鋳片の幅方向中央部の厚さを与えて、鋳造速度を変化させた場合の凝固伝熱計算を行い、固相率（ｆｓ）の分布を求めた。鋳片が圧下位置に到達した時点における固相率が所定の値となるような鋳造速度を求め、上記圧下時の固相率が各試験で同条件となるように操業条件を選択した。実際の試験操業では、圧下ロール対の位置に、目標とする中心固相率を有する未凝固溶鋼を含む鋳片の定常凝固部分が到達した時点で、圧下ロール対の上部ロールの圧下を開始した。圧下開始後は、下部ロールの突出量δが下部ロールによる圧下量となる。

（２）鋳造試験結果
表１および表２に、鋳造試験の条件および結果を示した。

同表において、バルジング時の歪、下部ロール突出率、圧下量到達率、上下凝固シェル圧着時の圧下到達率およびＭｎの中心偏析比は、下記のとおり求めた。

（２）−１ バルジング時の歪などの諸量の算出方法
（２）−１−１ バルジング時の歪
バルジング時の歪は、鋳片短辺部の凝固シェルの変形による引張り歪みを意味し、下記計算方法により求めた。

図５は、鋳片のバルジング時における歪の算出モデルを説明するための図であり、同図（ａ）は未凝固溶鋼を含む鋳片の横断面を、同図（ｂ）はコの字型アーム構造によるモデル化を示す図である。

同図（ｂ）に示すとおり、バルジングによる変形は、一端Ａを固定支点とし、他端Ｄを移動支点とするコの字型アーム構造の他端Ｄに荷重が作用したときの変形により表されるとして、歪みを計算した。なお、同図（ｂ）においてハッチングした部分は、アーム構造に発生する曲げモーメントの分布を表す。

バルジング時の鋳片断面短辺の凝固シェルの凝固界面における歪ε（％）は、同図（ｂ）における梁ＢＣの内側表面における歪として、下記の（３）〜（６）式により算出できる。

ε＝ｄ／（２・ｒ＋ｄ）×１００ ・・・・・・（３）
ｒ＝［３・δｔ／｛Ｌｗ（２・Ｌｗ＋３・Ｌｔ）｝］^-1・・（４）
Ｌｗ＝Ｌｗｏ−ｄ ・・・・・・（５）
Ｌｔ＝Ｌｔｏ−２・ｄ ・・・・・・（６）
ここで、
δｔ：バルジング量（ｍｍ）、
ｄ：バルジング時の凝固シェル厚さ（ｍｍ）（実績冷却水量に基づき凝固伝熱計算に
より算出）、
Ｌｗｏ：鋳片幅方向端部のバルジング残存平均長さ（ｍｍ）、
Ｌｔｏ：バルジング前の鋳片厚さ（ｍｍ）、
ｒ：鋳片短辺凝固シェルの外側面の曲率半径（ｍｍ）
（２）−１−２ 下部ロール突出率、圧下量到達率、上下凝固シェル圧着時の圧下到達率およびＭｎの中心偏析比
下部ロール突出率、圧下量到達率および上下凝固シェル圧着時の圧下到達率は、下記（１）、（７）および（８）式によりそれぞれ算出した。

下部ロール突出率＝｛下部ロール突出量（δ）／目標総圧下量（Ｒｔ）｝×１００（％） ・・・（１）
圧下量到達率＝｛実績総圧下量（Ｒａ）／目標総圧下量（Ｒｔ）｝×１００（％） ・・・・（７）
上下凝固シェル圧着時の圧下到達率＝｛未凝固部平均液相厚さ（Ｌ_L）／目標総圧下量（Ｒｔ）｝×１００（％） ・・・（８）
また、Ｍｎの中心偏析比は下記の方法により求めた。図６は、鋳片の圧下時における鋳片横断面の形状、横断面の内部状況およびマッピング分析用試料の採取位置を示す図であり、同図（ａ）はバルジングをさせた場合を表し、同図（ｂ）はバルジングをさせない場合を表す。

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、図６に示す各横断面の板サンプルにつき、鋳片幅方向の１／４、１／２および３／４の各位置ならびに鋳片幅方向の両端から約１５０ｍｍ位置の計５箇所から、ＥＰＭＡによるマッピング分析（以下、「ＭＡ分析」と称する）用の試料１２を切り出し採取した。なお、同図において符号５は凝固シェル、１０は未凝固部、そして１１は鋳片短辺部の内部割れをそれぞれ表す。

ＭＡ分析用の試料の寸法は、鋳片厚さ方向の長さが１００ｍｍ、鋳造方向の長さが４０ｍｍ、鋳片幅方向の厚さが９ｍｍのものとし、この試料を用いてＭＡ分析を行った。ＭＡ分析の視野は、ＭＡ試料の鋳片厚さ方向中心部を含み鋳片厚さ方向５０ｍｍ、幅方向２０ｍｍの範囲について行い、ビーム径は５０μｍとして、Ｍｎ成分分布を求めた後、鋳片厚さ方向に２ｍｍ幅で線分析を行い、下記（９）式によりＭｎの中心偏析比を求めた。

Ｍｎの中心偏析比＝鋳片の厚さ方向中心部のＭｎ含有率（Ｃ（質量％））／鋳込み時のＭｎ平均含有率（Ｃｏ（質量％）） ・・・（９）
（２）−２ 試験結果の評価
圧下ロール対の下部ロールを突出させずに上部ロールのみにより圧下を行った比較例についての鋳造試験であるケース１、および、下部ロールの突出量を１ｍｍというわずかな量とした比較例の試験であるケース２では、前記表１中の圧下量到達率にみられるとおり、目標総圧下量の４８〜５４％であり、目標とする総圧下量を達成することはできなかった。その結果、鋳片の短辺凝固シェルを圧下により変形させて長辺側の上側凝固シェルと下側凝固シェルとを圧着させることはできなかった。

その結果、中心部の偏析改善効果もみられず、Ｍｎの中心偏析比も高い値となった。なお、鋳片横断面の内部状況を観察したところ、ケース１ではバルジング時の極微小な割れが、また、ケース２ではバルジング時の軽微な割れが認められた。

次に、比較例についての試験として、鋳片のバルジング量を２０ｍｍとし、下部ロールの突出量を１２ｍｍとしたケース３の試験を行った。バルジング後、鋳片が圧下位置に到達した時点での中心固相率および未凝固部平均液相厚さは、鋳造速度が１．０３ｍ／ｍｉｎとして凝固伝熱計算によりあらかじめ求められた条件である。試験の結果、下部ロールの突出量を１２ｍｍとして、上部ロールにより２１ｍｍの圧下を行うことができた。すなわち、下部ロールによる圧下量と上部ロールによる圧下量とを合計した総圧下量として３３ｍｍの圧下を行うことができた。

上記の総圧下量は、鋳片の未凝固部のうちの平均液相厚さである２７ｍｍよりも大きい。したがって、この結果は、鋳片の短辺凝固シェルを圧下変形させて長辺側の上側凝固シェルと下側凝固シェルとの圧着を実現できたことを示している。また、バルジング量相当分以外の圧下量は、３３ｍｍ−２０ｍｍ＝１３ｍｍであり、上下凝固シェル圧着後における固相状態での圧下量は、３３ｍｍ−２７ｍｍ＝６ｍｍである。なお、鋳片横断面にはバルジング時の軽微な割れが認められた。Ｍｎの中心偏析状況は、ケース１およびケース２に比較してわずかに改善されたが、中心偏析比の値は変動の大きなものであった。

さらに、上記鋳片を厚さ３５ｍｍの鋼板に圧延し、ＵＯＥ製管におけるＵプレス成形工程試験および同Ｏプレス成形工程試験を行った。図７は、ＵＯＥ製管におけるＵプレス成形工程試験および同Ｏプレス成形工程試験方法を示す図であり、同図（ａ）はＵＯＥ製管におけるＵプレス成形工程試験を、同図（ｂ）は同Ｏプレス成形工程試験を示す。圧延鋼板（プレート）１３にＵプレスにより曲げ成形加工を施してＵ管１４とし、さらにＵ管１４にＯプレス成形加工を施してＯ管１５に成形加工後、突き合わせ部１６を溶接により接合した。その結果、圧延鋼板（プレート）の幅方向端部の突き合わせ溶接部１６近傍で割れが発生するケースが認められた。この割れは、鋳片のバルジング時に発生した鋳片短辺部の軽微な内部割れが原因となって、圧延後の鋼板のＵプレス成形加工およびＯプレス成形加工の後に、突き合わせ部に発生した割れである。

そこで、鋳片の内部割れの誘引となるバルジング時の歪に及ぼすバルジング量の影響について調査を行った。

図８は、鋳片のバルジング量とバルジング時の鋳片短辺部の歪みとの関係を示す図である。同図において、縦軸のバルジング時の歪は、前記（２）−１−１にて述べた鋳片のバルジング時における短辺部の歪の算出式（３）により計算される歪εである。同図の関係によれば、バルジング量が２０ｍｍ以内の範囲では、バルジング時の歪はバルジング量とほぼ比例関係にあり、鋳片のバルジング量を半減させることにより、鋳片短辺部の歪みをほぼ１／２に減ずることができる。

上記の検討結果を踏まえて、同一鋼種を用いて鋳片のバルジング量を２０ｍｍから１０ｍｍに半減させた比較例の試験であるケース４の鋳造試験を行った。鋳造速度は、鋳片が圧下位置に到達した時点での中心固相率および未凝固厚さが前記ケース１における条件と同一になるように、予め凝固伝熱計算によりその条件を求め、１．１０ｍ／ｍｉｎとした。鋳片の圧下に際しては、変形抵抗の小さいバルジング部を圧下した後に、変形抵抗の大きい鋳片短辺部の凝固シェルの圧下が進行しなかったため、実績総圧下量は、下部ロール突出量１２ｍｍによる圧下量１２ｍｍと、上部ロールによる圧下量１５ｍｍとの和である２７ｍｍとなった。この実績総圧下量は、目標総圧下量３３ｍｍの８２％である。

上記の実績総圧下量である２７ｍｍは、鋳片の未凝固部のうちの液相相当厚さ、すなわち未凝固部平均液相厚さの２７ｍｍとほぼ同一であり、これは、鋳片短辺部の凝固シェルを圧下変形させて長辺側の上下凝固シェルの圧着を実現できたことを示している。

さらに、上記鋳片を圧延して鋼板を製造し、その鋼板を用いてＵＯＥ製管試験を行った。図９は、鋳片のバルジング量と、ＵＯＥ製管におけるＵプレス成形工程試験および同Ｏプレス成形工程試験後の割れ発生面積率との関係を示す図である。同図において、縦軸の割れ発生面積率は、Ｏ管に発生した鋳片短辺部の内部割れに起因する割れの面積を超音波におるＣスキャンにより測定し、鋼板の全面積に対する割れの面積率（％）として表示した値である。

同図の結果に見られるとおり、鋳片のバルジング量を前記ケース３の２０ｍｍからケース４の１０ｍｍに低下させることにより、鋳片短辺部の内部割れに起因するＯ管の割れ発生率は半減した。しかしながら、割れの発生を解消するまでには至らなかった。

さらに、同一鋼種を用いて鋳片のバルジング量を１０ｍｍから５ｍｍに半減させた本発明例の試験であるケース５の鋳造試験を行った。鋳造速度は、鋳片が圧下位置に到達した時点での中心固相率および未凝固厚さが前記ケース１における条件と同一になるように、予め凝固伝熱計算によりその条件を求め、１．０８ｍ／ｍｉｎとした。実績総圧下量は、下部ロール突出量１２ｍｍによる圧下量１２ｍｍと、上部ロールによる圧下量１９ｍｍとの和である３１ｍｍであった。この実績総圧下量は、目標総圧下量３３ｍｍの９４％である。

上記実績総圧下量の３１ｍｍは、鋳片の未凝固部のうちの未凝固部平均液相厚さの２７ｍｍよりも大きく、これは、鋳片短辺部の凝固シェルを圧下変形させて長辺側の上下凝固シェルを圧着させ、さらに固相状態での圧下を実現できたことを示している。また、バルジング時における割れの発生は見られず、Ｍｎの中心偏析状況も、ケース１〜ケース３に比較して改善された。

上記鋳片を圧延して得られた鋼板を用いてＵＯＥ製管におけるＵプレス工程試験および同Ｏプレス工程試験を行った結果、図９に示したとおり、鋳片短辺部の内部割れに起因する割れは解消できた。
そして、同一鋼種を用いて鋳片のバルジング量を０ｍｍとした本発明例の試験であるケース６の鋳造試験を行った。鋳造速度は、鋳片の圧下位置到達時点での中心固相率および未凝固厚さがケース１での条件と同一になるように、予め凝固伝熱計算により条件を求め、１．０９ｍ／ｍｉｎとした。

鋳片にバルジングを生じさせないことから、ケース１〜ケース５の試験のように変形抵抗の小さいバルジング部分を圧下することにより中心偏析を抑制するために必要な圧下量を確保することはできなくなる。したがって、前記図６（ｂ）に示すように変形抵抗の大きい鋳片短辺部の凝固シェルを圧下変形させることにより、必要な圧下量を確保する必要が生じる。

そこで、鋳片の圧下を可能な限り上面および下面からの均等圧下に近づけることにより、設備の限られた圧下力を鋳片の圧下に有効に作用させて十分な圧下量を確保するため、圧下ロールの下部ロールの突出量を１５ｍｍに増加させて圧下した。上記の下部ロール突出量の１５ｍｍは、目標総圧下量３３ｍｍの４５．５％であり、鋳片の上面および下面からの均等圧下に近い条件である。鋳造試験の結果、実績総圧下量として３５ｍｍが得られ、目標総圧下量３３ｍｍを超える鋳片の圧下を行うことができた。

その結果、中心偏析状況は改善され、中心偏析比の値で０．８０〜１．２５という良好な値が得られた。鋳片にバルジングを生じさせていないことから、バルジングに由来する鋳片短辺部の割れの発生はなく、また、鋳片を圧延して得られた鋼板のＵＯＥ製管におけるＵプレス成形工程試験および同Ｏプレス成形工程試験においても、図９に示したとおり、鋳片短辺部の内部割れに起因する割れは皆無であった。

本発明の連続鋳造方法によれば、鋳片の圧下前に行うバルジングの量を低減させることにより、さらにはバルジングを生じさせないことにより、鋳片の内部割れの発生を抑制するとともに、圧下ロール対の下部ロールを鋳片の下側パスラインよりも突出させて圧下することにより、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し、中心偏析を軽減することができる。本発明の方法は、湾曲型、垂直曲げ型などのいずれの連続鋳造装置にも適用することができ、また、スラブ、ブルーム、ビレットのいずれの鋳造プロセスにおいても効果を発揮するので、高品質の金属板および金属管製造用鋳片の鋳造方法として、連続鋳造工程において広範に活用できる。

圧下ロールの下部ロール突出量と鋳片の圧下量との関係を示す図である。 圧下ロールの下部ロール突出量と鋳片の曲げ力との関係を示す図である。 鋳片をバルジング後に圧下する条件で行った連続鋳造試験の方法を模式的に示す図である。 鋳片をバルジングさせずに圧下する条件で行った連続鋳造試験の方法を模式的に示す図である。 鋳片のバルジング時における歪の算出モデルを説明するための図であり、同図（ａ）は未凝固溶鋼を含む鋳片の横断面を、同図（ｂ）はコの字型アーム構造によるモデル化を示す図である。 鋳片の圧下時における鋳片横断面の形状、横断面の内部状況およびマッピング分析用試料の採取位置を示す図であり、同図（ａ）はバルジングをさせた場合を表し、同図（ｂ）はバルジングをさせない場合を表す。 ＵＯＥ製管におけるＵプレス成形工程試験および同Ｏプレス成形工程試験方法を示す図であり、同図（ａ）はＵＯＥ製管におけるＵプレス成形工程試験を、同図（ｂ）は同Ｏプレス成形工程試験を示す。 鋳片のバルジング量と鋳片短辺部の歪みとの関係を示す図である。 鋳片のバルジング量と、ＵＯＥ製管におけるＵプレス成形工程試験および同Ｏプレス成形工程試験後の割れ発生面積率との関係を示す図である。

符号の説明

１：浸漬ノズル、 ２：溶鋼メニスカス、 ３：鋳型、 ４：溶鋼、
５：凝固シェル、 ６：ガイドロール、 ７：圧下ロール対、 ７ａ：下部ロール、
８：鋳片、 ９：鋳片の下側パスライン、 １０：未凝固部、
１１：鋳片短辺部の内部割れ、 １２：マッピング分析用試料、
１３：鋼板（プレート）、 １４：Ｕ管、 １５：Ｏ管、 １６：突き合わせ溶接部

Claims (1)

1. 連続鋳造機内または機端部に配置された上下１対の圧下ロール対を用いて、未凝固部を含む鋳片を圧下する際に、該圧下ロール対の下部ロールを鋳片の下側パスラインよりも上方へ突出させて圧下する金属の連続鋳造方法であって、
   圧下位置よりも上流側で、鋳片の未凝固部を鋳片の幅方向中央部において厚さ方向に５ｍｍ以下の範囲内でバルジングさせることにより鋳片横断面の短辺部におけるバルジング時の内部割れを抑制し、
   かつ前記鋳片の下側パスラインよりも上方への下部ロールの突出量を、目標とする総圧下量の３０％以上５０％以下として鋳片短辺部の凝固シェルを圧下変形させるとともに、
   目標とする総圧下量の８０％以上圧下が進行した状態で、鋳片の長辺側の上側凝固シェルと下側凝固シェルとを圧着させることを特徴とする金属の連続鋳造方法。

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