JP5589211B2

JP5589211B2 - 部分圧下連続鋳造方法

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Publication number: JP5589211B2
Application number: JP2011036683A
Authority: JP
Inventors: 一之堤; 孝司三宅; 雅彦小北
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: JP2012170992A

Description

本発明は、スラブ鋳片を連続鋳造する部分圧下連続鋳造方法に関する。

スラブ鋳片を連続鋳造する際、スラブ鋳片内部において、閉鎖された未凝固領域が遅れて凝固することにより、空洞欠陥（ザク欠陥、ポロシティー欠陥）が発生することが知られている。
このザク欠陥を低減するために、従来から、凝固末期のスラブ鋳片を圧下ロールによって圧下することが行われている。圧下ロールは、スラブ鋳片を圧下する際にスラブ鋳片から反力を受けるため、圧下量が大きいほどたわみ変形しやすくなる。
圧下ロールのたわみ変形を抑制するために、圧下ロールとしては、軸方向に２または３分割された分割型ロールが用いられる（例えば特許文献１参照）。
分割型ロールの軸方向途中部には、１または２つの軸受部が設けられており、分割型ロールは軸受部以外の部分でスラブ鋳片を圧下する。軸受部の幅は比較的短いため、例えばスラブ鋳片幅が２１００ｍｍの場合で、３分割型ロールの各ロールの幅は平均７００ｍｍ程度である。

特開２００９−２５５１７３号公報

スラブ鋳片は、鋳造工程後の圧延工程において所定厚さに圧延される。圧延前の板厚に対する圧延後の板厚の比（以下、圧延比という）が小さい場合には、圧延によりザク欠陥をほとんど消失させることができるが、圧延比が大きい場合には、圧延によるザク欠陥の縮小率が低いため、最終製品にザク欠陥が残存してしまい、品質が低下するという問題があった。

この問題を解消するには、鋳造時の圧下量を大きくして、ザク欠陥を圧延により無害化できる程度まで縮小させる必要がある。しかしながら、圧下量を大きくする場合、圧下ロールがスラブ鋳片から受ける反力が大きくなるため、設備負荷が増大するという問題がある。

また、分割型ロールは、所定の比率で分割するために軸受部の配置位置を決めており、ザク欠陥が発生しやすい位置で圧下するように軸受部の配置位置を決めているわけではないため、ザク欠陥を十分に低減することができない場合があった。

そこで、本発明は、設備負荷を増大させることなく、ザク欠陥を低減できる部分圧下連続鋳造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の部分圧下連続鋳造方法は、スラブ鋳片厚さＴ_０［ｍｍ］が２２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であって、スラブ鋳片幅が１７００ｍｍ以上で、炭素量が０．０３ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下のスラブ鋳片を鋳造速度０．７ｍ／ｍｉｎ以上２．０ｍ／ｍｉｎ以下で連続鋳造する連続鋳造方法であって、スラブ鋳片の幅方向一端から０．７５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置の板厚中心の固相率が０．７である位置から下流側８ｍの範囲内において、スラブ鋳片の幅方向両端から、それぞれ、０．５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置から幅方向中央側に４００［ｍｍ］以内の２つの領域に、総圧下量が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下の第１圧下部が形成されるようにスラブ鋳片を圧下すると共に、スラブ鋳片の幅方向両端から、それぞれ、２．５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置から幅方向中央側に３００［ｍｍ］以内の２つの領域に、総圧下量が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下の第２圧下部が形成されるようにスラブ鋳片を圧下し、前記第１圧下部の幅が８０ｍｍ以上４００ｍｍ以下であって、前記第２圧下部の幅が８０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることを特徴とする。

スラブ鋳片の幅方向両端から、それぞれ、０．５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置から幅方向中央側に４００［ｍｍ］以内の２つの領域と、スラブ鋳片の幅方向両端から、それぞれ、２．５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置から幅方向中央側に３００［ｍｍ］以内の２つの領域は、ザク欠陥が発生しやすい領域であるため、本発明では、ザク欠陥が発生しやすい部分のみを効率的に圧下することができる。

また、本発明は、分割型ロールの各ロールよりも狭い範囲でスラブ鋳片を部分的に圧下する。圧下する幅が狭いほど圧下効率を向上させることができることから、本発明では、圧下量を増大させることなく、分割型ロールで全幅圧下する場合よりもザク欠陥の縮小率を向上させることができる。したがって、設備負荷を増大させることなく、ザク欠陥を低減することができる。
また、分割型ロールで全幅圧下する場合に比べて、圧下幅が小さくなるため、圧下する部品がスラブ鋳片から受ける反力を低減することができ、その結果、設備負荷を低減できる。

また、炭素量０．０３〜０．７ｗｔ％、鋳造速度０．７〜２．０ｍ／ｍｉｎの場合、固相率０．７の位置から下流側８ｍの範囲内は、スラブ鋳片の温度が高く内部変形しやすいため、圧下を有効に行うことができる。
また、総圧下量を３ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることにより、設備負荷を無駄に大きくすることなく、ザク欠陥を圧延後に無害化できる程度の大きさまで縮小することができる。

なお、本発明において、圧下する４つの領域のうち中央の２つの領域は、重複しない。

本発明の実施形態に係る部分連続鋳造方法が適用される連続鋳造機の全体概略図である。（ａ）は図１に示す連続鋳造機における圧下ロールの構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のII‐II線断面図である。図２（ａ）のIII‐III線断面図である。図３の部分拡大図である。（ａ）は鋳造されているスラブ鋳片を板厚中心で切断した断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶ‐Ｖ線断面図である。スラブ鋳片の鋳造方向に沿って切断した断面図である。スラブ鋳片の幅方向についての欠陥発生比率を示すグラフである。鋳造方向におけるスラブ鋳片の圧下位置と欠陥縮小率との関係を示すグラフである。図８のグラフを作成する際に使用したスラブ鋳片モデル断面図である。総圧下量と欠陥縮小率との関係を示すグラフである。図１０のグラフを作成する際に使用したスラブ鋳片モデル断面図である。幅方向一部分を圧下した場合と幅方向全域を圧下した場合の内部縮小率を示すグラフである。図１２のグラフを作成する際に使用したスラブ鋳片モデル断面図である。幅方向一部分を圧下した場合と幅方向全域を圧下した場合の内部縮小率を示すグラフである。内部縮小率の定義の説明に用いる図である。圧下幅とローラが受ける反力との関係を示すグラフである。本発明の他の実施形態に係る圧下ロールの構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の鋳造方法が適用される連続鋳造機１００の構成を示している。図１に示すように、連続鋳造機１００は、連続鋳造によってスラブ鋳片１０を製造するものであって、タンディッシュ１と、鋳型３と、複数のロール対４と、スプレーノズル（図示省略）とを備えている。

複数のロール対４は、鋳型３の直下からほぼ鉛直下方に延び、緩やかに湾曲した後、ほぼ水平に延在する鋳造経路Ｑに沿って配置されている。各ロール対４を構成するの２つのロール４ａは、スラブ鋳片１０を挟んで対向配置されている。また、スプレーノズル（図示省略）は、隣接するロール対４の間に配置されており、鋳造経路を通過するスラブ鋳片１０に対して冷却水を噴射する。

また、各ロール４ａは、軸方向（スラブ鋳片１０の幅方向）に２〜４分割された分割型ロールで構成されている。各ロール４ａは、軸方向両端に設けられた軸受部と、軸方向の途中に設けられた１〜３つの軸受部によって支持されている。分割型ロールを用いることにより、ロール４ａの撓みを抑制できる。また、軸方向両端の軸受部にかかる負担を軽減できる。

本実施形態の複数のロール対４は、２つの圧下ロール対４１、４２と、複数のガイドロール対４０で構成されている。２つの圧下ロール対４１、４２は、鋳造経路Ｑのほぼ水平に延在する部分に並んで配置されている。圧下ロール対４１、４２は、鋳造経路を通過するスラブ鋳片１０を幅方向に関して部分的に圧下するために設けられている。圧下ロール対４１、４２の配置位置、形状等の詳細については後述する。ガイドロール対４０は、連続鋳造されるスラブ鋳片１０をほぼ圧下しないものである。ガイドロール対４０のロール径（軸受部を除く部分の径）は、軸方向に亘ってほぼ一定である。

この連続鋳造機１００では、タンディッシュ１から浸漬ノズル２を介して鋳型３内に溶鋼が注湯され、注湯された溶鋼が鋳型３によって冷却（一次冷却）されることで、凝固シェル１２が形成される。これにより、内部に未凝固部１３を有するスラブ鋳片１０が形成される。鋳型３内のスラブ鋳片１０は、ガイドロール対４０に支持されながら引き抜かれると共に、スプレーノズル（図示省略）から噴射される冷却水によって冷却（二次冷却）される。ガイドロール対４０によって圧下ロール対４１、４２まで送られたスラブ鋳片１０は、圧下ロール対４１、４２によって圧下された後、ガイドロール対４０によって鋳造経路Ｑの下流端まで送られる。鋳造経路Ｑを通過するスラブ鋳片１０の内部では、凝固シェル１２が鋳片の中心に向かって徐々に凝固成長していき、最終的に、内部まで完全に凝固したスラブ鋳片１０が形成される。

本実施形態の連続鋳造方法において鋳造対象となるスラブ鋳片１０の炭素量は０．０３ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下である。炭素以外の他の元素の含有量は特に限定されない。また、本実施形態の連続鋳造方法において鋳造対象となるスラブ鋳片１０は、断面が矩形状であって、厚さＴ_０［ｍｍ］は例えば２２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下で、幅Ｗは例えば１０００ｍｍ以上２５００ｍｍ以下である。厚さＴ_０および幅Ｗは、上記数値に限定されるものではない。スラブ鋳片１０の厚さＴ_０および幅Ｗとは、鋳型３の内周面の上端部における厚さ方向の長さと幅方向の長さことである。また、本実施形態の連続鋳造方法での鋳造速度は、０．７ｍ／ｍｉｎ以上２．０ｍ／ｍｉｎ以下である。

また、連続鋳造機１００で鋳造されたスラブ鋳片１０は、鋳片切断機で所定の長さに切断された後、所定厚さに圧延されて鋼材となる。鋼材の厚さをＴ［ｍｍ］とすると、Ｔ／Ｔ_０は、０．５よりも大きいことが好ましい。

次に、圧下ロール対４１、４２の構成について説明する。なお、以下の説明において、スラブ鋳片１０の幅方向を単に幅方向と称する。

図２および図３に示すように、圧下ロール対４１は、スラブ鋳片１０の上側に配置される圧下ロール４１ａと、スラブ鋳片１０の下側に配置される下側ロール４１ｂで構成される。また、図２に示すように、圧下ロール対４２は、スラブ鋳片１０の上側に配置される圧下ロール４２ａと、スラブ鋳片１０の下側に配置される下側ロール４２ｂで構成される。なお、図２および図３では、軸受部を省略して表示している。下側ロール４１ｂ、４２ｂのロール径（軸受部以外の部分の径）は、軸方向に亘って一定である。

圧下ロール４１ａの外周部には、２つの環状突起５１、５２が設けられている。また、圧下ロール４２ａの外周部には、２つの環状突起５３、５４が設けられている。圧下ロール４１ａの外周部のうち環状突起５１、５２以外の部分は、スラブ鋳片１０の上面に接触しないか、接触しても圧下しないように構成されている。圧下ロール４２ａも同様に構成されている。環状突起５１〜５４は、スラブ鋳片１０を圧下するためのものである。

また、図４に示すように、環状突起５１は、幅方向両端部が面取りされたような形状に形成されている。これにより、圧下時にスラブ鋳片１０の表面に疵が生じるのを防止することができる。また、この面取り部分を除く部分５１ａ（以下、平坦部５１ａという）は、幅方向に亘って径が一定となっている。この平坦部５１ａの幅（圧下幅）をｗ１とする。
また、図示は省略するが、環状突起５２、５３、５４も環状突起５１と同じく、幅方向両端部が面取りされたような形状であって、幅方向中央部に平坦部５２ａ、５３ａ、５４ａを有する。
。平坦部５２ａ〜５４ａの幅（圧下幅）をｗ２〜ｗ４とする。

スラブ鋳片１０は、圧下ロール４１ａの下方を通過する際に環状突起５１、５２によって、圧下される。これにより、図２（ａ）に示すように、スラブ鋳片１０には、圧下部（第１圧下部）１１Ａと、圧下部（第２圧下部）１１Ｃが形成される。また、スラブ鋳片１０は、圧下ロール４２ａの下方を通過する際に環状突起５３、５４によって圧下される。これにより、スラブ鋳片１０には、圧下部（第１圧下部）１１Ｄと、圧下部（第２圧下部）１１Ｂが形成される。

＜スラブ鋳片１０を圧下する幅方向範囲について＞
本実施形態では、環状突起５１〜５４は、平坦部５１ａ〜５１ａが、スラブ鋳片１０においてザク欠陥が発生しやすい領域を圧下するように配置されている。
具体的には、図２（ａ）に示すように、環状突起５１は、平坦部５１ａが、スラブ鋳片１０の幅方向一端（図２（ａ）中の上端）から０．５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置から幅方向中央側に４００ｍｍ以内の領域Ａ内に配置されており、幅ｗ１は８０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である。
環状突起５２は、平坦部５２ａが、スラブ鋳片１０の幅方向他端（図２（ａ）中の下端）から２．５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置から幅方向中央側に３００ｍｍ以内の領域Ｃ内に配置されており、幅ｗ２は８０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。
環状突起５３は、平坦部５３ａは、スラブ鋳片１０の幅方向他端（図２（ａ）中の下端）から０．５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置から幅方向中央側に４００ｍｍ以内の領域Ｄ内に配置されており、幅ｗ３は８０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である。、
環状突起５４は、平坦部５４ａが、スラブ鋳片１０の幅方向一端（図２（ａ）中の上端）から２．５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置から幅方向中央側に３００ｍｍ以内の領域Ｂとする）内に配置されており、幅ｗ４は８０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。

ここで、ザク欠陥について説明する。
図５に示すように、スラブ鋳片１０の幅方向両端近傍の凝固が中央部の凝固よりも遅れることが知られている。その理由のひとつとして、一般的な２孔式の浸漬ノズル２を用いて鋳造した場合、浸漬ノズル２から鋳型３へ吐出された溶鋼流が鋳型３内の凝固シェル１２の特定の２箇所に衝突するため、その２箇所の衝突部分において溶鋼の凝固が遅れていると考えられる。

凝固シェル１２の凝固成長は、上下面と幅方向両端面からそれぞれ中央に向かって進行している。そのため、図５（ａ）中破線で囲んだ領域１４Ａでは、図５（ｂ）に示すように、右側面から進行した左方向に向かう凝固成長と、下面から進行した上方に向かう凝固成長と、上面から進行した下方に向かう凝固成長とが混在する。これにより、図６に示すように、凝固シェル１２が不連続に結合するブリッジングが発生しやすくなると考えられる。このブリッジングによって封じ込められた未凝固部１３が凝固収縮する際に、ザク欠陥が発生する。
図５（ａ）中破線で囲んだ３つの領域１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄにおいても領域１４Ａと同様に、３方向の凝固成長が混在するため、ザク欠陥が発生しやすいと考えられる。つまり、スラブ鋳片１０は幅方向について４つの領域１４Ａ〜１４Ｄでザク欠陥が発生しやすい。

また、上述したように、溶鋼の凝固（凝固シェル１２の凝固成長）は、スラブ鋳片１０の上下面と左右側面（幅方向端面）から中央に向かって進行するため、左右側面側からの凝固成長は、上下面からの凝固成長とぶつかる位置で終了する。すなわち、スラブ鋳片１０の左右側面から０．５Ｔ_０（板厚の半分）離れた板厚中心の地点１６（図５（ｂ）参照）において凝固が終了する。そのため、スラブ鋳片１０の地点１６近傍部（詳細には、地点１６と地点１６よりも幅方向中央の部分）において、上述したブリッジングが発生しやすい。
したがって、ザク欠陥が発生しやすい４つの領域１４Ａ〜１４Ｄの両側の領域１４Ａ、１４Ｄは、スラブ鋳片１０の幅方向両端から、それぞれ、０．５Ｔ_０離れた位置から幅方向中央側の領域である。

ザク欠陥が発生しやすい具体的な位置は、炭素量等の条件の異なる複数のスラブ鋳片を用いて調べた。

図７のグラフはその一例であって、スラブ鋳片を所定厚さに圧延した後に残存するザク欠陥を斜角超音波探傷（斜角ＵＴ）装置で調べた結果である。図７の横軸は、幅方向一端からの幅方向距離を示し、縦軸は欠陥発生比率を示している。スラブ鋳片としては、炭素量０．０５％、鋳片幅Ｗ２１００ｍｍ、Ｔ／Ｔ_０がおよそ０．５のものを使用した。

図７の具体例では、幅方向一端から１８０ｍｍ以上且つ４００ｍｍ以下の領域（幅２２０ｍｍ）、７４０ｍｍ以上且つ８００ｍｍ以下の領域（幅６０ｍｍ）、１１００ｍｍ以上且つ１１８０ｍｍ以下の領域（幅８０ｍｍ）、１７４０ｍｍ以上且つ１９４０ｍｍ以下の領域（幅２００ｍｍ）において、欠陥発生比率が１％を超えていた。欠陥発生比率１％は、実用上の問題が生じるレベルである。

また、他の具体例を表１に示す。この具体例では、試験的に圧下したスラブ鋳片に残存するザク欠陥をＸ線透過装置を用いて調べた。スラブ鋳片は、固相率０．５以降において幅方向全域が圧下されたたものを使用した。スラブ鋳片の炭素量は、表１に示す通りである。また、この具体例では、圧延後の鋼材の幅方向中央部から端部までの範囲だけを調査した。表１中の欠陥多発領域の欄には、欠陥発生比率が１％を超えた領域の幅方向一端からの距離と幅を表示している。

これらの具体例の結果から、スラブ鋳片においてザク欠陥が多く発生する領域は、スラブ鋳片の幅方向両端から、それぞれ、０．５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置から幅方向中央側に４００［ｍｍ］以内の領域内における幅８０ｍｍ以上の領域と、スラブ鋳片の幅方向両端から、それぞれ、２．５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置から幅方向中央側に３００［ｍｍ］以内の領域における幅８０ｍｍ以上の領域であることがわかった。
したがって、本実施形態において、環状突起５１〜５４の平坦部５１ａ〜５４ａによって、スラブ鋳片１０の領域１１Ａ〜１１Ｄ内の幅８０ｍｍ以上の領域を圧下することにより、ザク欠陥が発生しやすい部分のみを圧下することができる。

＜スラブ鋳片を圧下する鋳造方向範囲について＞
また、本実施形態では、スラブ鋳片１０の幅方向端部からの距離が０．７５Ｔ_０［ｍｍ］であって且つ板厚中心である位置を位置Ｐ（図３参照）とすると、圧下ロール対４１、４２は、環状突起５１〜５４が、この位置Ｐでの固相率が０．７となる位置から下流側８ｍの範囲内に位置するように配置されている。固相率が０．７となる位置は計算によって求められる。計算ではスラブ鋳片の固相率は左右対称である。

以下、本実施形態において、圧下ロール対４１、４２の配置位置を上記範囲に設定した根拠とその効果（即ち、スラブ鋳片１０を圧下する鋳造方向の範囲を上記範囲に設定した根拠とその効果）について説明する。

スラブ鋳片の板厚中心の固相率が０．７である位置は、ザク欠陥が発生し始める位置である。また、位置Ｐは、ザク欠陥が発生しやすい領域Ａ、Ｄ（図２（ａ）参照）内の位置である。

図８のグラフは、鋳造方向について様々な位置で圧下した場合におけるザク欠陥の縮小率を示す数値解析結果である。
この数値解析では、図９に示すスラブ鋳片モデルを使用し、鋳造速度を１．０ｍ／ｍｉｎとした。スラブ鋳片の内部には２つのザク欠陥Ａ、Ｂを配置した。圧下前のザク欠陥Ａ、Ｂの形状は直径３ｍｍの球状である。なお、球状は圧下されても最も変形しにくい形状である。
このスラブ鋳片の全幅を圧下量２０ｍｍで圧下した場合におけるザク欠陥Ａ、Ｂの欠陥縮小率を計算によって求めた。この計算は、スラブ鋳片の炭素量が０．１５ｗｔ％の場合と０．５５ｗｔ％の場合について行った。なお、スラブ鋳片内部の温度分布は、伝熱凝固計算（FEMソフト「CASTEM」を使用）で求めた２次元断面の温度分布を使用した。後述する図８、図１０、図１２および図１５のグラフ作成においても同様に計算した。図８中の◆印と◇印は、炭素量が０．１５％の場合のザク欠陥Ａとザク欠陥Ｂの欠陥縮小率をそれぞれ示しており、●印と○印は、炭素量が０．５５％の場合のザク欠陥Ａとザク欠陥Ｂの欠陥縮小率をそれぞれ示している。なお、欠陥縮小率とは、圧下前のザク欠陥の厚さ方向の大きさをｄ_０、圧下後のザク欠陥の厚さ方向の大きさをｄとすると、下記の数式１で定義される。欠陥縮小率が大きいほど圧下が有効に行われたことを示す。

［数１］
欠陥縮小率（％）＝［（ｄ_０−ｄ）／ｄ_０］×１００

図８の結果から、炭素量が０．５５ｗｔ％の場合には、固相率１．０の位置より下流側では欠陥縮小率が低くなっているものの、炭素量が０．１５ｗｔ％の場合には、固相率１．０の位置から下流側５ｍ以内は、欠陥縮小率が高いことがわかる。
したがって、固相率０．７の位置から固相率１．０の位置までは圧下を有効に行えるのは勿論、完全凝固（固相率１．０）した後であっても温度が高く内部変形しやすい領域であれば、圧下を有効に行うことができる。
なお、図９は、最も変形しにくい球状のザク欠陥の場合であり、通常のザク欠陥はこれよりも変形しやすい形状であるため、実際の欠陥縮小率は、図９の結果よりも高くなると考えられる。

また、表２は、固相率０．７から固相率１．０までの距離を伝熱凝固計算により算出した結果である。

表２に示すように、固相率０．７の位置から固相率１．０の位置までの距離は、炭素量と鋳造速度と依存しており、炭素量が多いほど、また、鋳造速度が速いほど大きくなる。表２の結果から、炭素量が０．０３〜０．７ｗｔ％、鋳造速度０．７〜１．４ｍ／ｍｉｎの場合、固相率０．７の位置から固相率１．０の位置までの距離は、０．６〜３ｍである。

以上の結果から、炭素量０．０３〜０．７ｗｔ％、鋳造速度０．７〜２．０ｍ／ｍｉｎである本実施形態の場合、固相率０．７の位置から下流側８ｍ（３ｍ＋５ｍ）の範囲内であれば、スラブ鋳片１０の温度が高く内部変形しやすいため、圧下を有効に行うことができる。

＜総圧下量について＞
また、本実施形態では、スラブ鋳片１０の圧下部１１Ａ〜１１Ｄによる圧下量は、それぞれ３ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。したがって、スラブ鋳片１０の圧下部１１Ａ〜１１Ｄの圧下量（総圧下量）は、それぞれ３ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。

以下、本実施形態において、総圧下量を上記範囲に設定した根拠について説明する。

鋳造されたスラブ鋳片１０を圧延して鋼材を製造する際に、スラブ鋳片１０の内部のザク欠陥は縮小または消失される。したがって、鋳造時にスラブ鋳片１０を圧下する際、ザク欠陥を消失させなくても、その後の圧延により無害化できるサイズまで縮小できればよい。
圧延によるザク欠陥の縮小率は、スラブ鋳片厚さＴ_０に対する鋼材厚さＴの比（Ｔ／Ｔ_０）によって異なる。そのため、表３に示すように、圧延前（鋳造工程における圧下後）のスラブ鋳片内部のザク欠陥の最大許容サイズ（圧延により無害化できる最大サイズ）は、Ｔ／Ｔ_０の値によって異なる。なお、表３中の最大許容サイズは、計算によって算出した。

また、鋳造時に圧下していないスラブ鋳片のザク欠陥のサイズをＸ線透過試験により調べたところ、最大３ｍｍであることがわかった。したがって、圧下前のザク欠陥の最大サイズは、３ｍｍであると考えられる。この最大サイズ（３ｍｍ）のザク欠陥を上述の最大許容サイズまで縮小する場合の欠陥縮小率（数式１参照）を計算によって求めた。その結果も表３に示している。

表３の結果から、Ｔ／Ｔ_０＞０．５の場合には、鋳造時の圧下による欠陥縮小率は、１０％より大きいことが望ましい。したがって、総圧下量は、これを実現できるような値であることが望ましい。

図１０のグラフは、総圧下量と欠陥縮小率との関係を示す数値解析結果である。
この数値解析では、図１１に示すスラブ鋳片モデルを使用し、炭素量を０．１５ｗｔ％、鋳造速度を１．０ｍ／ｍｉｎとした。スラブ鋳片の内部には、直径３ｍｍの球状のザク欠陥を配置した。このスラブ鋳片を、固相率（Ｆｓ）０．７の位置において１回だけ圧下した場合と、固相率１．０の位置から下流側に２ｍ離れた位置において１回だけ圧下した場合について、それぞれ圧下量を変えて計算を行った。図１０中の〇印は、固相率０．７の位置で圧下した場合を示し、◆印は、固相率１．０から下流側２ｍの位置で圧下した場合を示している。

図１０の結果から、炭素量０．１５ｗｔ％のスラブ鋳片を、鋳造速度１．０ｍ／ｍｉｎの条件で、固相率１．０の位置から下流側２ｍの位置で圧下する場合、総圧下量が３ｍｍ以上であれば、欠陥縮小率を１０％より大きくできることがわかる。

また、図１０の結果から、総圧下量が１８ｍｍの場合と３０ｍｍの場合とでは、欠陥縮小率の差が小さい。そのため、たとえ総圧下量を３０ｍｍより大きくしても、欠陥縮小率は３０ｍｍの場合とほとんど変わらないと考えられる。

一方、総圧下量が大きい程、ローラがスラブ鋳片から受ける反力が大きくなり設備負荷が大きくなることから、設備負荷を小さくする観点では、総圧下量は小さい方が好ましい。

以上の結果から、炭素量０．０３〜０．７ｗｔ％、鋳造速度０．７〜２．０ｍ／ｍｉｎの場合、総圧下量を３ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることにより、設備負荷を無駄に大きくすることなく、ザク欠陥を圧延後に無害化できる程度の大きさまで縮小することができると考えられる。

次に、スラブ鋳片の幅方向一部分を圧下した場合と、幅方向全域を圧下した場合との比較について説明する。

図１２は、スラブ鋳片の幅方向一部分を圧下した場合と、幅方向全域を圧下した場合における内部縮小率を比較したグラフであり、数値解析によって求めた。
この数値解析は、図１３に示すスラブ鋳片モデルを使用し、炭素量を０．１５ｗｔ％、鋳造速度を１．０ｍ／ｍｉｎとした。
図１３に示すように、スラブ鋳片の内部には直径３ｍｍの球状の５つのザク欠陥を配置した。
また、幅方向一部分を圧下する場合の圧下範囲は、スラブ鋳片の幅方向一端から９０ｍｍ離れた位置から幅方向中央側に２５０ｍｍの位置までの範囲とした。また、幅方向一部分を圧下する場合、幅方向全域を圧下する場合とも圧下量は同じ条件とした。
また、内部縮小率とは、スラブ鋳片の板厚中央部の所定厚さの領域が、圧下によってどの程度縮小されたかを示す指標である。圧下前のスラブ鋳片における対象領域の板厚をＤ_０、圧下後の対象領域の板厚をＤとすると（図１４参照）、内部縮小率は下記の数式２で定義される。内部縮小率が高いほど圧下効率が高いことを示す。図１２の数値解析では、Ｄ_０＝２０ｍｍとした。

［数２］
内部縮小率（％）＝［（Ｄ_０−Ｄ）／Ｄ_０］×１００

図１２の結果から、圧下量が同じ条件では、幅方向全域を圧下するよりも部分的に圧下する方が、圧下された部分の内部縮小率が高いことがわかる。つまり、スラブ鋳片を部分的に圧下する場合、幅方向全域を圧下する場合よりも圧下効率が高い。

本実施形態では、分割型ロールの各ロールよりも狭い範囲でスラブ鋳片を部分的に圧下する。圧下する幅が狭いほど圧下効率を向上させることができることから、本実施形態では、圧下量を増大させることなく、分割型ロールで全幅圧下する場合よりもザク欠陥の縮小率を向上させることができる。したがって、設備負荷を増大させることなく、ザク欠陥を低減することができる。

また、図１５のグラフは、圧下幅とロールが受ける反力との関係を示す数値解析結果である。
図１５の横軸は、圧下幅をスラブ鋳片幅で割った価（圧下幅比）を示している。例えば、スラブ鋳片幅が２１００ｍｍで、圧下幅が４００ｍｍの場合の圧下幅比は、０．６６である。また、図１５の縦軸は、ある圧下幅で圧下したときにローラが受ける反力を、スラブ鋳片の幅方向全域で圧下した時の反力で割った価（反力指数）を示している。

図１５に示すように、圧下幅が小さいほど、ロールが受ける反力は小さくなる。そのため、本実施形態では、分割型ロールで全幅圧下する場合に比べて、圧下幅が小さくなるため、ロールが受ける反力を低減することができ、その結果、設備負荷を低減することができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の実施形態は以下のように変更して実施することができる。なお、上記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。また、後述する変更形態は適宜組み合わせて実施することができる。

例えば、上記実施形態では、スラブ鋳片１０の領域Ａを圧下するための環状突起５１と、領域Ｃを圧下するための環状突起５２が同じ圧下ロール４１ａに設けられ、領域Ｄを圧下するための環状突起５３と、領域Ｂを圧下するための環状突起５４が同じ圧下ロール４２ａに設けられているが、この構成に限定されるものではない。
例えば、領域Ａを圧下するための環状突起と、領域Ｄを圧下するための環状突起が同じ圧下ロールに設けられ、別の圧下ロールに、領域Ｂを圧下するための環状突起と、領域Ｃを圧下するための環状突起が設けられていてもよい。また、１本の圧下ロールに、領域Ａ〜Ｄを圧下するための４つの環状突起が設けられていてもよい。また、４本の圧下ロールに、領域Ａ〜Ｄを圧下するための４つの環状突起がそれぞれ設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、スラブ鋳片１０の領域Ａを環状突起５１によって１回だけ圧下することで、スラブ鋳片１０に圧下部（第１圧下部）１１Ａを形成しているが、複数回圧下することで、スラブ鋳片１０に、総圧下量が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下で圧下幅が８０ｍｍ以上４００ｍｍ以下の圧下部（第１圧下部）を形成してもよい。また、スラブ鋳片１０の領域Ｂ〜Ｃの圧下についても同様である。

例えば図１６（ａ）に示すように、複数の環状突起１５１Ａ、１５１Ｂによって、領域Ａ内の同じ箇所を複数回圧下して、圧下部（第１圧下部）１１１Ａを形成してもよい。この場合、圧下部１１１Ａの幅（即ち、環状突起１５１Ａ、１５１Ｂの各圧下幅）は８０ｍｍ以上とし、圧下部１１１Ａの総圧下量（即ち、環状突起１５１Ａ、１５１Ｂによる圧下量の合計）は３ｍｍ以上３０ｍｍ以下とする。

また、例えば図１６（ｂ）に示すように、複数の環状突起２５１Ａ、２５１Ｂによって、領域Ａ内の一部重複する箇所を圧下して、圧下部２１１Ａを形成してもよい。図１６(ｂ)では、環状突起２５１Ａが環状突起２５１Ｂよりも広い幅を圧下するようになっている。この場合、環状突起２５１Ａの圧下幅が８０ｍｍ以上で、環状突起２５１Ａの圧下量が３ｍｍ以上で、且つ、重複して圧下される部分２１１Ａ´の総圧下量（即ち、環状突起２５１Ａ、２５１Ｂによる圧下量の合計）が３０ｍｍ以下であれば、圧下部２１１Ａが本発明の第１圧下部に相当する。
また、環状突起２５１Ａの圧下量が３ｍｍ未満の場合、重複して圧下される部分２１１Ａ´の幅（即ち、環状突起２５１Ｂの圧下幅）が８０ｍｍ以上で、部分２１１Ａ´の総圧下量が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であれば、圧下部２１１Ａ´が本発明の第１圧下部に相当する。

また、例えば図１６（ｃ）に示すように、異なるロールに設けられた複数の環状突起３５１Ａ、３５１Ｂによって、領域Ａ内の異なる箇所を圧下してもよい。
図１６（ｃ）では、鋳造方向から視て環状突起３５１Ａの平坦部と環状突起３５１Ｂの平坦部とは隙間なく幅方向に隣接しているため、スラブ鋳片１０には１つの圧下部（第１圧下部）３１１Ａが形成される。この場合、圧下部３１１Ａの幅（即ち、環状突起３５１Ａ、３５１Ｂによる圧下幅の合計）は８０ｍｍ以上とし、圧下部３１１Ａの総圧下量（即ち、環状突起３５１Ａ、３５１Ｂによる各圧下幅）は３ｍｍ以上３０ｍｍとする。
また、図示は省略するが、鋳造方向から視て環状突起３５１Ａの平坦部と環状突起３５１Ｂの平坦部とが幅方向に間隔を空けて配置されていてもよい。この場合、スラブ鋳片１０には２つの圧下部（第１圧下部）が形成される。この場合、環状突起３５１Ａ、３５１Ｂの各圧下幅は８０ｍｍ以上とし、環状突起３５１Ａ、３５１Ｂによる各圧下量は３ｍｍ以上３０ｍｍ以下とする。

また、例えば図１６（ｂ）に示すように、１本のロールに設けられた複数の環状突起４５１Ａ、４５１Ｂによって、領域Ａ内の異なる箇所を圧下して、複数の圧下部（第１圧下部）４１１Ａ_１、４１１Ａ_２を形成してもよい。この場合、環状突起４５１Ａ、４５１Ｂの各圧下幅は８０ｍｍ以上とし、環状突起４５１Ａ、４５１Ｂによる各圧下量は３ｍｍ以上３０ｍｍ以下とする。

また、上記実施形態では、複数のロール対４のうち圧下ロール対４１、４２以外は全て、スラブ鋳片１０をほとんど圧下しないガイドロール対４０で構成されているが、この構成に限定されるものではない。複数のガイドロール対４０の一部を、スラブ鋳片１０の幅方向全域または一部分を圧下する圧下ロール対に代えてもよい。

また、上記実施形態は、垂直曲げ型の連続鋳造機に本発明の部分圧下連続鋳造方法を適用した一例であるが、曲げ型の連続鋳造機に本発明を適用してもよい。

１タンディッシュ
２浸漬ノズル
３鋳型
１０スラブ鋳片
１１Ａ、１１Ｄ圧下部（第１圧下部）
１１Ｂ、１１Ｃ圧下部（第２圧下部）
４１、４２圧下ロール対
４１ａ、４２ａ圧下ロール
５１、５３環状突起
５２、５４環状突起

Claims

スラブ鋳片厚さＴ_０［ｍｍ］が２２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であって、スラブ鋳片幅が１７００ｍｍ以上で、炭素量が０．０３ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下のスラブ鋳片を鋳造速度０．７ｍ／ｍｉｎ以上２．０ｍ／ｍｉｎ以下で連続鋳造する方法であって、
スラブ鋳片の幅方向一端から０．７５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置の板厚中心の固相率が０．７である位置から下流側８ｍの範囲内において、
スラブ鋳片の幅方向両端から、それぞれ、０．５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置から幅方向中央側に４００［ｍｍ］以内の２つの領域に、総圧下量が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下の第１圧下部が形成されるようにスラブ鋳片を圧下すると共に、
スラブ鋳片の幅方向両端から、それぞれ、２．５Ｔ_０［ｍｍ］離れた位置から幅方向中央側に３００［ｍｍ］以内の２つの領域に、総圧下量が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下の第２圧下部が形成されるようにスラブ鋳片を圧下し、
前記第１圧下部の幅が８０ｍｍ以上４００ｍｍ以下であって、
前記第２圧下部の幅が８０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることを特徴とする部分圧下連続鋳造方法。