JP5299702B2

JP5299702B2 - Ｃｒ含有合金鋼製丸鋳片の連続鋳造方法

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Publication number: JP5299702B2
Application number: JP2009298255A
Authority: JP
Inventors: 勇次村方
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: JP2011136363A

Description

本発明は、C含有量が０．１５質量％以下、Cr含有量が１．０質量％以上、３．０質量%以下の、例えば配管用管材となすＣｒ含有合金鋼製の直径が３００mm以上の丸鋳片を連続鋳造する方法であり、内面品質及び表面品質の確保を可能とするものである。

Cr含有合金鋼製の丸鋳片を連続鋳造する時は、鋳片の最終凝固時に引張応力が働くため、鋳片軸心部に割れが発生しやすい。その理由は、図６に示す、引張強度が低いフェライトの凝固温度範囲が、Cr含有合金鋼の場合、下記表１に示すように大きいためである。

これに対して、Cr含有合金鋼を角鋳片で鋳造し、分塊圧延を行った場合は、軸心部の割れが圧着されるが、分塊圧延コストがかかるという問題がある。その上、圧延比が小さい場合は図７に示すように、表面疵の発生率が高くなる。

そこで、その解決策として、特許文献１では、C含有量が０．１０質量％以下の鋼、またはCr含有量が１．０質量％以上で、かつC含有量が０．１５質量％以下の溶鋼から丸鋳片を連続鋳造する場合の軸心割れを低減する方法が開示されている。この方法は、凝固末期に冷却を行うことにより鋳片最終凝固時に圧縮応力を付加するものである。

しかしながら、特許文献１で開示された方法では、鋳片の直径が増大すると凝固殻の熱抵抗が増大するので、冷却条件によっては軸心部への冷却効果が及ばない場合があることが分かっている。

また、特許文献２では、C含有量が０．１０質量％以下の溶鋼から直径が３００mm以上の丸鋳片を連続鋳造する場合に、二次冷却帯で冷却速度が１０℃／分以下の緩冷却を行い、鋳片横断面中央部から６０mm以内の範囲を等軸晶組織とする方法が開示されている。この方法によれば、軸心割れの長さを低減することができるとされている。

ここで等軸晶組織とは、成長する柱状デンドライトの分断・遊離、あるいは溶鋼中での新たな核生成によって生成・成長する凝固晶であり、柱状晶が鋳壁から温度勾配方向に伸長するのに対して等方的に成長する結晶をいう。

しかしながら、特許文献２には、鋳造速度と二次冷却帯での冷却速度との関係についての考察は成されていない。また、５０℃／分以上の高冷却速度時における等軸晶組織の形成効果についての詳細な説明もなされていない。

特開２００４−３３０２５２号公報特開２００６−９５５６５号公報

本発明が解決しようとする問題点は、C含有量が０．１５質量％以下、Cr含有量が１．０質量％以上、３．０質量%以下の、Cr含有合金鋼製の直径が３００mm以上の丸鋳片を、内面品質及び表面品質を確保して連続鋳造する有効な方法はないという点である。

本発明のCr含有合金鋼製丸鋳片の連続鋳造方法は、
C含有量が０．１５質量％以下、Cr含有量が１．０質量％以上、３．０質量%以下の、Cr含有合金鋼製の直径が３００mm以上の丸鋳片を、内面品質及び表面品質を確保して連続鋳造するために、
C：０．１５質量％以下、Cr：１．０質量％〜３．０質量％を含有するCr含有合金鋼から、直径が３００mm以上の丸鋳片を、少なくとも水平部を有する連続鋳造機を用いて連続鋳造する方法であって、
鋳造速度を０．４５m／min〜０．５５m／min、二次冷却の比水量を０．８リットル／kg〜１．４リットル／kgとして、遅くとも前記水平部の入り側までに凝固を完了させることを最も主要な特徴としている。

本発明によれば、C：０．１５質量％以下、Cr：１．０質量％以上、３．０質量％以下を含有するCr含有合金鋼製の、直径が３００mm以上の丸鋳片を、内面品質及び表面品質を確保して連続鋳造することが可能になる。従って、従来の角鋳片−分塊圧延プロセスを省略することができ、コストの合理化が図れる。

本発明の連続鋳造方法を説明する図で、（ａ）は連続鋳造機の例を模式的に示す断面図、（ｂ）は鋳造速度が０．５m／minのときの最終凝固位置の鋳片の横断面の１／４を示した図、（ｃ）は鋳造速度が０．８m／minのときの（ｂ）図と同様の図である。（ａ）は鋳造速度が０．８m／minの場合における鋳片横断面マクロ組織写真、（ｂ）は鋳造速度が０．５m／minの場合における鋳片横断面マクロ組織写真である。連続鋳造時における丸鋳片の最終凝固位置と、横断面の中央より鉛直方向の上側に集まる等軸晶の割合の関係を示した図である。二次冷却帯での比水量と丸鋳片の中央に存在する等軸晶率の関係を示した図である。表３に示した結果の内、鋳造速度と二次冷却帯の比水量と、製造した製品の性状等との関係を示した図である。液相→フェライト（δ鉄）→オーステナイト（γ鉄）へ組織変態する過程において、フェライト（δ鉄）を含む温度範囲（フェライト凝固温度範囲）について説明する図である。丸鋳片と角鋳片における圧延比と疵深さ比の関係を示した図である。

本発明では、C：０．１５質量％以下、Cr：１．０質量％以上、３．０質量％以下を含有するCr含有合金鋼製の、直径が３００mm以上の丸鋳片を、内面品質及び表面品質を確保して連続鋳造するという目的を、鋳造速度と二次冷却帯の比水量を最適に設定することによって実現した。

以下、本発明について説明する。
連続鋳造により製造した丸鋳片の横断面中心部に等軸晶が集まると、最終凝固域で、熱応力による円周方向の引張応力が発生した場合でも、この引張応力が分散されて割れの伸展が抑制される。

一方、連続鋳造により製造した丸鋳片の横断面中心部に等軸晶が存在しないと、最終凝固域で、熱応力による円周方向の引張応力が発生した場合に、柱状晶のδ相粒界に沿って割れが伸展する。

そこで、発明者は、連続鋳造を低鋳造速度で行い、かつ二次冷却を高冷却速度で行うことにより、連続鋳造機の垂直部で丸鋳片の凝固を完了させ、鋳型内で生成した等軸晶を丸鋳片の中央に集めることを考えた。

図２は連続鋳造時における鋳造速度が０．８m／minと０．５m／minの場合における鋳片横断面マクロ組織写真を示したものであり、写真中の破線で囲った内部が等軸晶帯である。

この図２より、連続鋳造時における鋳造速度が０．５m／minの場合は、等軸晶が丸鋳片の横断面の中央に集まっているが、鋳造速度が０．８m／minの場合は、等軸晶が丸鋳片の横断面の中央より鉛直方向の若干下側に集まっていることが分かる（図１参照）。

これは、水平部を有する連続鋳造機（湾曲型又は垂直曲げ型）を用いた鋳造では、鋳造速度が速い（例えば０．８m／min）場合は、水平部で丸鋳片が最終凝固し、図３に示すように、横断面における鉛直方向の上方側に等軸晶が存在しなくなるためである。

これに対して、鋳造速度の低下に伴い、連続鋳造機の垂直部での凝固が完了するようになるため、図３に示すように、鋳型内から沈降する等軸晶が丸鋳片の横断面中央に存在する率が増加した。

また、二次冷却帯での比水量と丸鋳片の中央に存在する等軸晶率の関係を図４に示すが、この図４より、二次冷却帯での比水量増加に伴い等軸晶率が増加することが分かる。

そこで、発明者は、湾曲型の連続鋳造機で、下記表２に示す成分系の鋼を用いて、鋳造速度と二次冷却帯での比水量を変化させ、直径が３６０mmの丸鋳片を製造した。そして、製造した丸鋳片をマンネスマン−プラグミル方式の穿孔圧延機により圧延し、発生する表面疵を調査した。その際の鋳造条件や鋳造結果等を下記表３に示す。

表３に示した結果の内、鋳造速度と二次冷却帯の比水量と、製造した製品の性状等との関係を図５に示す。

表３及び図５より、二次冷却帯での冷却が過剰になると、丸鋳片の表面温度が低下して表面割れが発生したり、製造した丸鋳片に反りが発生して連続鋳造機内での矯正不能が発生することが分かった。この二次冷却帯での冷却が過剰の場合とは、鋳造速度が遅く、比水量が多い場合のみならず、鋳造速度が速い場合であっても、比水量が多すぎる場合は該当する。

一方、二次冷却帯での比水量が少なすぎると、丸鋳片の最終凝固位置が連続鋳造機の水平部になり、図３に示すように、横断面における鉛直方向の上方側に等軸晶が存在しなくなって、軸心割れが発生する懸念が生じる。

これに対して、鋳造速度と二次冷却帯における比水量の関係が最適範囲内の場合は、丸鋳片の横断面の中央に等軸晶が集まって、表面割れ及び鋳片矯正不能を抑制できることが分かった。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、
C：０．１５質量％以下、Cr：１．０質量％〜３．０質量％を含有するCr含有合金鋼から、直径が３００mm以上の丸鋳片を、少なくとも水平部を有する連続鋳造機を用いて連続鋳造する方法であって、
鋳造速度を０．４５m／min〜０．５５m／min、二次冷却の比水量を０．８リットル／kg〜１．４リットル／kgとして、遅くとも前記水平部の入り側までに凝固を完了させることを特徴とするCr含有合金鋼製丸鋳片の連続鋳造方法である。

本発明において、C：０．１５質量％以下、Cr：１．０質量％〜３．０質量％を含有するCr含有合金鋼から製造する、直径が３００mm以上の丸鋳片に限定するのは、以下の理由によるものである。

C：０．１５質量％以下
Cはオーステナイト安定化元素であり、Cの含有量がフェライトおよびオーステナイトの量比を大きく支配する。一般的に、フェライト相はオ−ステナイト相に較べて強度が小さく、Cの含有量が０．１５質量％以下の鋳片においてフェライト相に起因する前記軸心割れが発生し易いからである。

Cr：１．０質量％以上、３．０質量％以下
Crはフェライト安定化元素であり、Crの含有量が１．０質量％以上含まれる場合には、Cの含有量が０．１５質量％を超えても前記軸心割れが発生し易くなるからである。また、Crの含有量が１．０質量％〜３．０質量％の範囲内であれば、フェライトの凝固温度範囲が広く共通しているので、本発明では、Crの含有量の上限を３．０質量％とした。

丸鋳片の直径：３００mm以上
製造する鋳片の直径が大きくなる程、軸心部に発生する割れは増大する傾向を示し、直径が３００mm以上になると、二次冷却の効果が低減して軸心割れの拡大をもたらすからである。

連続鋳造機：少なくとも水平部を有する連続鋳造機、例えば湾曲型や垂直曲げ型
水平部を有さない垂直型連鋳機を用いた連続鋳造では、本発明方法を使用しなくても、等軸晶が丸鋳片の中央に集まり易いからである。

鋳造速度：０．４５m／min〜０．５５m／min、二次冷却の比水量：０．８リットル／kg〜１．４リットル／kg
発明者の上記実験によれば、鋳造速度：０．４５m／min〜０．５５m／min、二次冷却の比水量：０．８リットル／kg〜１．４リットル／kgの範囲内で、内面疵や表面疵の発生がなく、良好な製管を行うことができたからである。

本発明は上記の例に限らず、請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

Claims

C：０．１５質量％以下、Cr：１．０質量％〜３．０質量％を含有するCr含有合金鋼から、直径が３００mm以上の丸鋳片を、少なくとも水平部を有する連続鋳造機を用いて連続鋳造する方法であって、
鋳造速度を０．４５m／min〜０．５５m／min、二次冷却の比水量を０．８リットル／kg〜１．４リットル／kgとして、遅くとも前記水平部の入り側までに凝固を完了させることを特徴とするCr含有合金鋼製丸鋳片の連続鋳造方法。