JP5825456B2 - 鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高級条鋼製品の素材として用いられる鋳片の連続鋳造方法に関し、特に中心偏析および中心ポロシティの低減と、内部割れおよび表面割れの抑制を両立した鋳片の連続鋳造方法に関する。

一般に、高級条鋼製品は、大きな矩形の横断面を有する連続鋳造鋳片（いわゆるブルーム）を分塊圧延して鋼片とし、さらに鋼片を圧延して棒鋼製品や線材製品とすることにより製造される。連続鋳造鋳片には、凝固末期に中心偏析や中心ポロシティ等の欠陥が形成されることがある。高級条鋼製品は、素材となる鋳片にこれらの欠陥が存在すると特性が悪化するため、連続鋳造時に鋳片にこれらの欠陥を発生させないようにすることが重要である。

中心偏析および中心ポロシティを低減させる代表的な方法として、鋳片を内部に未凝固領域を有する状態で圧下する方法（以下「未凝固圧下法」ともいう。）および鋳片を内部まで完全に凝固した状態で圧下する方法（以下「完全凝固後圧下法」ともいう。）がある。未凝固圧下法によれば、鋳片内部の未凝固領域を構成する偏析元素が濃化した溶鋼を、鋳造方向上流側に排出できるため、中心偏析を低減させることができる。また、未凝固圧下法および完全凝固後圧下法によれば、中心ポロシティを圧着して低減させることができる。

横断面が矩形の鋳片（以下「角鋳片」ともいう。）の中心偏析および中心ポロシティを、単純な円柱形のロール（以下「フラットロール」ともいう。）を用いて鋳片を圧下することによって低減するには、鋳片中心部への圧下浸透度を高めるために大きな圧下量が必要である。ここで、「圧下浸透度」とは、鋳片中心部への圧下の集中度合いのことであり、圧下浸透度が大きいほど、鋳片の圧下方向中心部の変形量の、表層部の変形量に対する比が大きい。鋳片の表層から圧下方向中心部にかけて、温度や変形抵抗の違いにより、鋳片の表層部の実質的な圧下量と圧下方向中心部の実質的な圧下量が異なり、圧下浸透度も温度や変形抵抗に依存して変化する。

しかし、圧下量を大きくすると、特に未凝固圧下時に鋳片の内部割れが発生する可能性が高くなるとともに、以下に説明する図１に示すように、非圧下面に割れが発生するおそれもあり、条鋼製品の特性および品質が損なわれる可能性が高いという問題があった。

図１は、角鋳片をフラットロールで圧下した場合における非圧下面の割れの発生の状態を示す図である。角鋳片１００に未凝固圧下法または完全凝固後圧下法を適用し、フラットロール１０１で圧下した場合、角鋳片１００の圧下面全体には圧下応力が発生し、非圧下面には座屈変形が生じ、鋳片短辺部分が張り出す形状となるため、圧下浸透度が低下する。さらに、非圧下面には、この鋳片短辺部分の張り出し変形により引張歪みが発生する。圧下量が大きい場合には、この鋳片表面の引張歪みに起因して、角鋳片１００の非圧下面に、鋳造方向の割れ１０２が発生することがある。

この問題に対して、特許文献１には、角鋳片を、フラットロールの幅方向中央部に径の大きな凸部が局所的に設けられた凸型ロールを用いて、未凝固部分と対向する部分のみを所定の圧下率で圧下することにより、未凝固部分の圧下の圧下浸透度を増加させる方法が提案されている。

特開２０００−１９００５８号公報

特許文献１で提案された方法によれば、フラットロールを用いた場合と比較して少ない圧下量で高い圧下浸透度を得ることができる。しかし、本発明者らが検討したところ、凸型ロールを用いて鋳片を圧下した場合、ロールの凸部によって鋳片の圧下面が凹型形状となる際に歪みが生じ、鋳片の表面に割れが生じることがあることがわかった。

上述のように、高級条鋼製品の特性および品質を向上させる点で、素材となる鋳片の中心偏析および中心ポロシティを低減することが重要であり、さらに、圧下時の表面割れおよび内部割れの発生を抑制することも重要である。しかしながら、生産能力の向上も含めて、これらの全てを満足する連続鋳造技術は未だに確立されていない。

本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、フラットロールを使用して、中心偏析および中心ポロシティの低減と、鋳片の表面割れおよび内部割れの抑制とを満足し、かつ高級条鋼製品に使用される幅広い鋼種に適用可能な、優れた内部品質および表面品質を備える鋳片の連続鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、フラットロールを使用し、かつ中心偏析および中心ポロシティの低減と、表面割れおよび内部割れの抑制とを満足した、高級条鋼製品の素材に適した鋳片の製造方法について検討した。

鋳片を高級条鋼製品に適した品質とするには、横断面積を大きくすることが有効である。これは、大断面積とすることで、生産性が向上するため、連続鋳造機における鋳造速度を低下させることが可能となるからである。鋳造速度を低下させることにより、中心偏析の低減に有効な等軸晶が生成されやすくなるとともに、溶鋼中の介在物を浮上分離させ、除去しやすくなる。

しかし、鋳片の横断面積が大きいほど凝固収縮量が大きいため、未凝固圧下法を適用して中心偏析を低減するには、横断面積が大きいほど鋳片の圧下量を大きくする必要がある。そのため、未凝固圧下法を適用した場合、鋳片の横断面積が大きいほど、圧下量の大きい圧下に伴う表面歪みに起因する鋳片の内部割れが発生しやすい。

また、鋳片の中心偏析および中心ポロシティの発生を抑制するには、圧下浸透度を高くする必要がある。しかし、上述のように、フラットロールを用いて圧下浸透度を高くするには、鋳片の座屈変形分を考慮して圧下量を大きくしなければならない。そうすると、鋳片の内部割れが発生する可能性が高くなるとともに、非圧下面に割れが発生するおそれもある。

さらに、未凝固圧下法を適用した場合に鋳片が座屈変形すると、圧下方向に垂直な方向（鋳片厚さ方向に圧下する場合には鋳片幅方向。前記図１参照。）に広がるように鋳片が変形する。鋳片が座屈変形すると、鋳片中心部の未凝固領域も鋳片幅方向に広がるように変形する。そのため、座屈変形が生じた場合、偏析元素が濃化した溶鋼を鋳造方向上流側に排出する作用が弱まり、未凝固圧下法を適用しても、偏析元素が濃化した溶鋼を鋳造方向上流側に十分に排出できず、中心偏析を十分に低減することができない。

理想的な鋳片の圧下方法としては、鋳片の座屈変形を生じさせることなく、鋳片中心部の未凝固領域のみを圧下する方法が挙げられる。特許文献１に記載の凸型ロールを使用した方法によれば、未凝固領域に相当する部分を局部的に圧下することができる。しかし、上述のように、この方法を適用した場合、ロールの凸部によって鋳片の圧下面に凹型形状となる歪みが生じ、鋳片の表面に割れが生じるおそれがある。

これらの問題について、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、横断面の形状が円形である鋳片（以下「丸鋳片」ともいう。）をフラットロールで圧下すると、（１）角鋳片を凸型ロールで圧下した場合と比べて少ない圧下量で同等の圧下浸透度が得られること、（２）圧下時の鋳片表面の変形歪みが角鋳片と比べて少なく、表面割れの発生の防止が可能であること、を知見した。これは、丸鋳片では、鋳片の圧下時にフラットロールに接触する円弧部分に集中して圧下応力が作用するためである。

また、丸鋳片に対して、軸を水平方向に配置されたフラットロール（以下「水平ロール」ということがある。）を用いて未凝固圧下法を適用する際に、鋳片の横断面における鋳片とフラットロールとの接触部分の幅を所定の広さとすることにより、鋳片の内部割れおよび表面割れの発生を防止しつつ、中心偏析を十分に低減できることを知見した。これは、鋳片とフラットロールとの接触部分の幅を限定することにより、鋳片の未凝固領域を局部的に圧下でき、十分な圧下浸透度を得られるからである。

さらに、未凝固圧下法により丸鋳片に１組の平行な面を形成した後、内部まで完全に凝固した鋳片に対して、水平ロールおよび軸を鉛直に配置されたフラットロール対（以下「鉛直ロール」ということがある。）を交互にそれぞれ１対または複数対配置したロール群を用いて完全凝固後圧下法を適用することにより、鋳片の内部割れおよび表面割れの発生を防止しつつ、鋳片の横断面に、先に形成された１組の平行な面に垂直な１組の平行な面を形成すること、すなわち、鋳片の横断面を、角が丸みを帯びた矩形とすることができることを知見した（ここでの「矩形」には「正方形」を含む。以下同様。）。

完全凝固後に、未凝固圧下法と同じ方向にのみ圧下した場合には、鋳片の座屈変形により、鋳片の断面が圧下方向に垂直な方向に大きく変形した形状となり、圧下完了後の鋳片のハンドリングが困難となるおそれがある。しかし、上述のように、水平ロールおよび鉛直ロールを用いて圧下完了後の鋳片の横断面を角が丸みを帯びた矩形とすることにより、ハンドリングが容易となる。

さらに本発明者らが研究を進めた結果、鋳片の中心部の温度が表面の温度よりも高い状態のときに、水平ロールおよび鉛直ロールを用いた完全凝固後圧下法を適用することにより、鋳片全体の温度が均一である場合と比較して、圧下浸透度を高くすることができ、中心ポロシティを圧着できることを知見した。これは、鋳片の中心部において表面よりも温度が高い状態では、鋳片の中心部は表面よりも変形抵抗が小さいからである。

本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、鋳片の連続鋳造方法であって、横断面が円形の鋳片を鋳型で鋳造するステップ１と、鋳造された上記鋳片を、内部に未凝固領域がなくなるまでの間、軸を水平方向に配置された円柱形のロールからなる複数のロール対によって圧下し、上記鋳片に１組の平行な面を形成するステップ２と、該ステップ２で圧下した後完全に凝固した上記鋳片を、軸を水平方向に配置された円柱形の水平ロールのロール対と、軸を鉛直方向に配置された円柱形の鉛直ロールのロール対で交互に圧下することにより、上記鋳片に、上記ステップ２で形成した１組の平行な面に垂直な１組の平行な面を形成するステップ３と、の一連の各ステップを含み、上記ステップ２において、上記複数のロール対を構成する各ロール対による上記鋳片の圧下率を、０．５％を超え、３％以下とし、かつ、上記各ロール対による圧下位置での上記鋳片の横断面における上記未凝固領域の幅の、上記鋳片と上記ロールとが接触する部分の幅に対する比を０〜７．１５とし、上記ステップ３において、上記水平ロールおよび上記鉛直ロールによる上記鋳片の圧下率をそれぞれ５．４％〜６．８％とすることを特徴とする、鋳片の連続鋳造方法にある。

この鋳片の連続鋳造方法では、前記鋳型の内面の直径が４００〜６００ｍｍであることが好ましい。

さらに、上記ステップ３において、上記鋳片の中心温度が表面温度よりも１５０℃以上高いことが好ましい。また、ステップ３完了時において、上記２組の平行な面の間隔を等しく２３５〜２７０ｍｍとすることが好ましい。

本発明の鋳片の連続鋳造方法は、高級条鋼製品に使用される幅広い鋼種に対して適用可能であり、本発明の鋳片の連続鋳造方法によれば、フラットロールを使用して、中心偏析、中心ポロシティ、内部割れおよび表面割れがなく、さらにハンドリングが容易な、高級条鋼製品に適した大断面の鋳片を製造することができる。

角鋳片をフラットロールで圧下した場合における非圧下面の割れの発生の状態を示す図である。 本発明の鋳片の連続鋳造方法を適用できる連続鋳造機の構成例を示す図である。 ステップ１で製造される鋳片６を説明する図である。 圧下ロール群を用いた圧下による鋳片の形状の変化を示す模式図である。

１．連続鋳造機の基本構成
図２は、本発明の連続鋳造方法を適用できる連続鋳造機の構成例を示す図である。タンディッシュ１には、図示しない取鍋から溶鋼２が供給される。タンディッシュ１から浸漬ノズル３を経て、鋳型４内にメニスカス５を形成するように注入された溶鋼２は、鋳型４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冷却水により二次冷却され、凝固シェルを形成して鋳片６となる。図３に、鋳片６の断面を簡略化して示す。

鋳片６は、内部に未凝固領域を保持したまま複数のガイドロール７によって支持されながら、ガイドロール７の鋳造方向下流側に配置された複数対の圧下ロール群８により引き抜かれ、圧下される。

圧下ロール群８は、内部に未凝固領域を有する状態の鋳片６を、内部に未凝固領域がなくなるまで、複数対のロールで多段圧下する未凝固圧下ロール９と、この未凝固圧下ロール９に続いて配置され、内部まで完全に凝固した鋳片６を圧下する完全凝固後圧下ロール１０と、を有している。未凝固圧下ロール９は、軸を水平方向に配置されたロール（水平ロール）が複数対配置されたものである。完全凝固後圧下ロール１０は、軸を水平方向に配置された水平ロール１１および軸を鉛直方向に配置された鉛直ロール１２が交互にそれぞれ１対または複数対配置されたものである。圧下ロール群８を構成するロールは、いずれも単純な円柱形のロール、すなわちフラットロールである。

２．本発明の鋳片の連続鋳造方法
本発明の連続鋳造方法では、鋳型４として内壁面の横断面が円形の無底鋳型を用いて横断面が円形の鋳片６を鋳造する（ステップ１）。

図４は、圧下ロール群を用いた圧下による鋳片の形状の変化を示す模式図である。ステップ１で鋳造された横断面の形状が円形の鋳片６に対して、同図に示すように、鋳片６の内部に未凝固領域６ａがなくなるまでの間、未凝固圧下ロール９によって多段圧下し、１組の平行な面を形成する。この際、各未凝固圧下ロール９による圧下位置での鋳片６の横断面における未凝固領域６ａの水平方向の幅Ｗ２を、鋳片６と対応する未凝固圧下ロール９との接触部分の幅Ｗ１の０〜７．１５倍とする。すなわち、鋳片の未凝固領域の幅Ｗ２の、接触部分の幅Ｗ１に対する比の値（以下「接触比」ともいう。）Ｗ２／Ｗ１を０〜７．１５とする（ステップ２、未凝固圧下法）。鋳片の未凝固領域の幅Ｗ２の値は、事前に鋲打ち法で測定した値に基づく値を用いることができる。鋳片中心部近傍の濃化溶鋼吸引を抑制するためのステップ２で、軽圧下によって１組の平行な面を形成することにより、楕円形に変形した鋳片内部の未凝固領域に対して、継続して濃化溶鋼吸引を抑制するためには複数ロールでの軽圧下が必要である。このとき、平行な面を１組に限定するのは、前段の軽圧下によって楕円形に変形した未凝固領域をさらに薄くする方が濃化溶鋼吸引防止に効果的なことと、内部割れ発生を防止するためである。上下左右から圧下し平行な面を２組にした場合は、各段での軽圧下量が大きくなり、未凝固領域での軽圧下による内部割れ発生の懸念がある。

ステップ２で１組の平行な面を形成した後、内部まで完全に凝固した鋳片６を、完全凝固後圧下ロール１０で圧下する。すなわち、図４に示すように、鋳片６を、水平ロール１１によって未凝固圧下ロール９の圧下方向と同方向に圧下することにより、未凝固圧下ロール９によって形成された１組の平行な面の幅を拡大し、さらに、鉛直ロール１２によって水平ロール１１の圧下方向に対して垂直な方向に圧下することにより、水平ロール１１によって拡大された１組の平行な面に垂直な、１組の平行な面を形成する。そして、水平ロール１１による圧下および鉛直ロール１２による圧下からなる一連の２方向からの圧下を複数回繰り返す（ステップ３、完全凝固後圧下法）。その結果、鋳片６の断面の形状は、角が丸みを帯びた矩形となる。

本発明の鋳片の連続鋳造方法は、以上の一連のステップ１〜３を含む方法である。

本発明の連続鋳造方法によって得られた鋳片は、中心偏析、中心ポロシティ、内部割れおよび表面割れがなく、内部性状、表面性状ともに良好である。さらに、断面の形状が丸みを帯びた矩形であるため、丸鋳片と比べてハンドリングが容易である。また、本発明の効果は、本発明の方法を炭素鋼、合金鋼等どのような鋼種に適用しても得ることができる。

ステップ２における鋳片の圧下率は、未凝固圧下ロールを構成する各ロールについて、０．５％を超え、３．０％以下とする。ステップ２における鋳片の圧下率とは、各ロールにおける、圧下前の鋳片厚さに対する鋳片厚さ方向の圧下量の比率をいう。

上記範囲とする理由は、圧下率が０．５％以下である場合、鋳片を十分に圧下できないことがあり、中心偏析の発生を抑制するのが困難だからである。また、圧下率が３．０％を超える場合、鋳片の圧下量が過大となり、鋳片の内部割れおよび非圧下面の表面割れが発生する可能性が高くなるからである。この圧下率は、０．５％を超え、２．５％以下が好ましい。各ロール対による鋳片圧下時の圧下量は、ロール対ごとに圧下方向のロール間隔を制御することで、ステップ２での圧下テーパを適正に設定することができる。

ステップ２において使用する未凝固圧下ロールは、２〜６対とすることが好ましい。

ステップ２において未凝固圧下法を適用する際には、接触比Ｗ２／Ｗ１を０〜７．１５とする（図４参照）。接触比Ｗ２／Ｗ１を０〜７．１５とするのは、未凝固領域６ａの中心固相率（鋳片の中心部における固相の比率）が０．３〜０．８である位置において、圧下率が過大であると鋳片の内部割れが生じてしまい、また、圧下率が不足すると中心偏析が生じてしまうためであり、圧下率を適切な範囲としてこれらの欠陥を抑制することを目的とする。
Ｗ２／Ｗ１が７．１５よりも大きい時は中心固相率が低い状態での軽圧下であるため、濃化溶鋼吸引の前段階であり、軽圧下はまだ不要である。また、Ｗ２／Ｗ１が０の時は鋳片内部の未凝固領域が完全にゼロになる、すなわち完全凝固状態となることを意味しており、この段階における鋳片軽圧下は中心偏析抑制には影響しない状態となっている。すなわち、Ｗ２／Ｗ１が７．１５から０になるまで、線形的に変化するように軽圧下するよう、各ロールでの軽圧下量を制御することが有効である。これは丸断面形状の鋳片に対して、軽圧下量を制御することで鋳片と軽圧下ロールとが接触する長さが一義的に求めることができるためである。

本発明の連続鋳造方法では、以下の態様が好ましい。

ステップ１で使用する鋳型は、内壁面の横断面の直径が４００〜６００ｍｍであることが好ましい。これは以下の理由による。

まず、未凝固圧下法によって中心偏析の発生を抑制するため、偏析元素が濃化した溶鋼を鋳造方向上流側に十分に排出するには、広範囲にわたって鋳片の未凝固領域を圧下しなければならない。しかし、鋳造により得られる鋳片の断面積が小さいほど、鋳片の中心まで冷却されやすいため、鋳型内のメニスカスから鋳片が完全に凝固する位置までの距離（以下「未凝固領域の長さ」という。）が短くなる。特に、鋳型の内壁面の直径が４００ｍｍ未満では、偏析元素が濃化した溶鋼を鋳造方向上流側に十分に排出することができないほど、未凝固領域の長さが短い。さらに、鋳型の内壁面の直径が小さいほど、鋳片の生産性を確保するにはストランド数を増加することが必要であるため、連続鋳造機に必要な費用が莫大となる。そのため、鋳型の内壁面の直径は４００ｍｍ以上が好ましい。

一方、鋳型の内壁面の直径が６００ｍｍを超えて大きいと、鋳片が完全に凝固する位置が、通常の連続鋳造機の機長を超えた位置となり、ステップ３の完全凝固後圧下法が適用し難く、中心ポロシティを圧着し、低減することが困難になる。また、完全凝固後圧下法を適用可能とするとともに、鋳片を分塊圧延が省略できる程度のサイズにまで圧下可能とする場合、連続鋳造機の機長が非常に長くなるため、連続鋳造機に必要な費用が莫大となる。そのため、鋳型の内壁面の直径は６００ｍｍ以下が好ましい。

以上の理由から、鋳型の内壁面の直径は、４００〜６００ｍｍが好ましい。また、この直径は、４００〜４６０ｍｍがより好ましい。鋳型の内壁面の直径をこれらの範囲とした場合、鋳片の生産性が高いため、鋳造速度を下記の好ましい範囲（０．３５〜０．６５ｍ／ｍｉｎ）まで低下させることが容易となる。

本発明の連続鋳造方法において、鋳造速度は０．３０〜０．６５ｍ／ｍｉｎが好ましい。鋳造速度が０．３０ｍ／ｍｉｎ未満の場合、鋳片が未凝固圧下ロールに到達する前に鋳片の内部まで完全に凝固する可能性が高く、ステップ２の未凝固圧下法が適用できないおそれがある。また、ステップ３において完全凝固後圧下ロールで圧下する際に、鋳片中心部の温度と表面の温度の差が小さくなり、鋳片中心部の変形抵抗と表面の変形抵抗の差が小さくなるため、圧下浸透度が低くなり、中心ポロシティの圧着が十分になされないおそれがある。

一方、鋳造速度が０．６５ｍ／ｍｉｎを超えると、鋳片が完全に凝固する位置が、一般的な連続鋳造機の機長を超えた位置となる可能性が高い。その結果、ステップ３の完全凝固後圧下法の適用が困難になり、中心ポロシティを圧着し、低減することが困難となる。

以上の理由から、鋳造速度は０．３０〜０．６５ｍ／ｍｉｎが好ましい。鋳造速度がこの範囲である場合には等軸晶が生成されやすいため、中心偏析をより低減することができる。また、溶鋼中の介在物を浮上させ、除去しやすく、鋳片の品質をより向上できる。鋳造速度は、０．３５〜０．６０ｍ／ｍｉｎがより好ましい。

本発明の連続鋳造方法において、鋳片を二次冷却する際の比水量は０．１０〜０．５５Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌが好ましい。０．１０Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌ未満では、冷却水のスプレーを所定の形状に維持して鋳片の所定の範囲を十分に冷却することが困難であるからである。また、０．５５Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌを超えると、鋳片の冷却強度が局所的に過度に大きくなるからである。冷却強度が過度に大きい部分では、冷却時と復熱時の温度の振幅が大きいため、表面割れが発生するおそれがある。二次冷却比水量は、０．１５〜０．２０Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌがより好ましい。

本発明のステップ３（完全凝固後圧下法）において、水平ロールおよび鉛直ロールによる鋳片の圧下率は、それぞれ５．４％〜６．８％とする。以下、ステップ３における鋳片の圧下率とは、特記しない限り、水平ロールについては、各水平ロールによる鋳片の圧下前の厚さ方向の厚さに対する厚さ方向の圧下量の比率をいい、鉛直ロールについては、各鉛直ロールによる鋳片の圧下前の幅方向の幅に対する幅方向の圧下量の比率をいう。

ステップ３における鋳片の圧下率を５．４％〜６．８％とする理由は、圧下率が５．４％未満である場合、鋳片を十分に圧下できず、中心ポロシティを圧着して低減することが困難であるからである。一方、圧下率が６．８％よりも大きいと、鋳片の圧下率が過大となり、鋳片の表面割れが発生するからである。鋳片の表面割れには、圧下による座屈変形に起因して生じるものも含まれる。

ステップ３において使用する完全凝固後圧下ロールは、隣接する水平ロール１対と鉛直ロール１対を１組として、１組でもよいが、２〜７組とすることが好ましい。

ステップ３では、鋳片の中心温度が表面温度よりも１５０℃以上高い状態で圧下することが好ましい。鋳片の中心温度が表面温度よりも１５０℃以上高い場合、鋳片中心部の変形抵抗は鋳片表面の変形抵抗と比較して十分小さく、小さい圧下量でも圧下浸透度を高めることができ、中心偏析の抑制および中心ポロシティの圧着による低減をより確実に行うことができるからである。鋳片の中心温度が表面温度よりも１５０℃以上高い状態は、例えば、鋳造速度と２次冷却比水量を適切に制御することにより実現することができる。また、鋳片の中心温度と表面温度との差は、例えば、サーモビュアーや放射温度計を用いて測定した鋳片表面温度を元に、凝固モデル計算により求めた鋳片の中心温度から把握することができる。ステップ３において、鋳片の中心温度と表面温度との差（鋳片の中心温度−鋳片の表面温度）は、５００℃以下とすることが好ましい。

また、ステップ３では、鋳片の２組の平行な面の間隔を、等しく２３５〜２７０ｍｍとすること、すなわち横断面を、１辺の長さが２３５〜２７０ｍｍの角が丸みを帯びた正方形とすることが好ましい。その理由は、その後鋳片を圧延してビレット（断面が１辺１００〜２００ｍｍの正方形、または直径１００〜２００ｍｍの円形）に加工する際に、従来の分塊圧延工程（鋳片を断面が１辺２３５〜２７０ｍｍの正方形となるようにする一次圧延工程）を省略することができ、圧延前の鋳片の加熱に必要なエネルギーコストを削減可能となるからである。

本発明の鋳片の連続鋳造方法の効果を確認するため、以下に示す鋳造試験を実施した。

（１）試験条件
鋳造試験には、図２に示した連続鋳造機を用いた。未凝固圧下ロールは鋳型内のメニスカスから鋳造方向下流側に１７〜３２ｍの区間に配置し、完全凝固後圧下ロールはメニスカスから鋳造方向下流側に３２〜４５ｍの区間に配置した。未凝固圧下ロールは、水平ロールを６対配置し、ロールピッチ（鋳造方向に隣接するロール対の間の距離）を１．２ｍとした。完全凝固後圧下ロールは、鋳造方向上流側から順に水平ロール１対と鉛直ロール１対を配置したものを１組とし、鋳造方向に７組配置した。

鋳造速度は０．３０ｍ／ｍｉｎ（試験番号３）または０．５０ｍ／ｍｉｎ（試験番号１〜２および試験番号４〜９）とし、二次冷却比水量は０．２０Ｌ・ｋｇ−ｓｔｅｅｌとした。鋳造試験に用いた鋼種は、表１に示す化学組成を有するものとした。

表２には、試験条件として、鋳型の内壁面の横断面の形状、ステップ２（未凝固圧下法）での圧下条件、ステップ３（完全凝固後圧下法）での圧下条件を示した。ステップ２での圧下条件としては、未凝固圧下ロールの各ロール対による圧下率の範囲、鋳片の未凝固領域の幅（図４におけるＷ２）の、鋳片と未凝固圧下ロールとの接触部分の幅（図４におけるＷ１）に対する比の値（接触比、Ｗ２／Ｗ１）の範囲、および全未凝固圧下ロールによる合計圧下率を示した。ステップ３での圧下条件としては、完全凝固後圧下ロール（水平ロールおよび鉛直ロール）の各ロール対による圧下率、ならびに全水平ロールおよび全鉛直ロールによるそれぞれの合計圧下率を示した。未凝固圧下ロールは、一定の圧下テーパを形成するように、各ロール対の圧下方向のロール間隔を設定した。

試験番号１〜５では鋳型は内壁面の横断面が直径４５０ｍｍの円形であるものを用い、試験番号６および７では内壁面の横断面が厚さ３４５ｍｍ、幅４６０ｍｍの矩形であるものを用いた。鋳型の長さはいずれも８００ｍｍであった。

試験番号１および試験番号２は、本発明の規定条件を満たす本発明例である。試験番号３は、鋳造速度を０．３０ｍ／ｍｉｎとし、鋳片の中心温度と表面温度との差を１５０℃未満とした例である。また、試験番号４は、ステップ２での圧下率の範囲を試験番号１と同じとする一方で、ステップ２（未凝固圧下法）の後にステップ３（完全凝固後圧下法）を適用しなかった比較例である。試験番号５は、ステップ２において、接触比の範囲の最大値が本発明で規定する範囲の最大値よりも大きく、且つ、ステップ３において、各ロール対による圧下率の範囲が本発明で規定する範囲よりも小さい方に外れた比較例である。また、試験番号６は、ステップ３において、各ロール対による圧下率の範囲が本発明で規定する範囲よりも小さい方に外れた比較例であり、試験番号７は、ステップ３において、各ロール対による圧下率の範囲が本発明で規定する範囲よりも大きい方に外れた比較例である。

試験番号８および９は、鋳片が角鋳片である比較例であり、ステップ３を適用しなかった。試験番号８は、ステップ２での圧下率の範囲を試験番号１と同じとし、試験番号９は、ステップ２での圧下率の範囲を試験番号８よりも高くした。

（２）試験結果
表３には、試験結果として、得られた鋳片の品質評価結果を示した。品質評価は、中心偏析、中心ポロシティ、内部割れおよび非圧下面の表面割れの発生状態の評価により行った。「非圧下面の表面割れ」とは、得られた鋳片の、ステップ２で未凝固圧下ロールに接触しなかった面に相当する面における表面割れを意味する。同表において評価は３段階評価とし、１は合格レベル（製品用途を限定することなく使用できるレベル）、２は製品用途を限定すれば使用できるレベル、３は不合格レベル（製品用途の如何によらず使用できないレベル）を意味する。

中心偏析は、得られた鋳片から切り出した横断面のサンプルを鏡面研磨し、研磨面をピクリン酸溶液でエッチングして観察して評価した。観察の結果、鋳片の２組の平行な面のそれぞれに平行な方向の中心偏析の幅のうち大きい方の幅が３ｍｍ未満の場合は評価を１とし、３ｍｍ以上、１０ｍｍ未満の場合は評価を２とし、１０ｍｍ以上の場合は評価を３とした。

中心ポロシティは、得られた鋳片に対して超音波探傷を行うことにより評価した。超音波探傷の結果、エコー高さが２０％未満の場合は評価を１とし、２０％以上、６０％未満の場合は評価を２とし、６０％以上の場合は評価を３とした。

内部割れは、得られた鋳片から切り出した横断面のサンプルを鏡面研磨し、研磨面にサルファプリントを行い、目視により観察して発生の有無を評価した。非圧下面の表面割れは、得られた鋳片の非圧下面（未凝固圧下ロールに接触しなかった面に相当する面）を目視により観察して発生の有無を評価した。

表３に示すように、本発明例である試験番号１および２の鋳片は、中心偏析および中心ポロシティの評価がいずれも１であり、内部割れも認められず、良好な内部品質を有していた。また、非圧下面の表面割れも認められず、良好な表面品質を有していた。また、鋳片の中心温度と表面温度との差を１５０℃未満とした試験番号３は、エコー高さの数値が試験番号２よりも大きくなったが、中心ポロシティの評価は１であった。試験番号３は、中心偏析および中心ポロシティの評価が合格レベルを維持しており、内部割れも認められず、良好な内部品質を有していた。また、非圧下面の表面割れも認められず、良好な表面品質を有していた。

比較例である試験番号４の鋳片は、中心ポロシティの評価が２であり、内部品質が劣っていた。これは、ステップ３の完全凝固後圧下法を適用しなかったため、中心ポロシティが残存したためと考えられる。中心ポロシティ以外の項目は試験番号１と同等の評価であった。

比較例である試験番号５の鋳片は、中心偏析および中心ポロシティの評価が２であり、内部品質が劣っていた。中心偏析の評価が２であった理由は、ステップ２での接触比が大きく、鋳片の未凝固圧下量が不足したためと考えられる。また、中心ポロシティの評価が２であった理由は、ステップ３での完全凝固後圧下率が小さく、中心ポロシティが残存したためと考えられる。内部割れおよび非圧下面の表面割れは認められなかった。

比較例である試験番号６の鋳片は、中心偏析の評価は１であったが、中心ポロシティの評価が２であり、内部品質が劣っていた。中心ポロシティの評価が２であった理由は、ステップ３での完全凝固後圧下率が小さく、中心ポロシティが残存したためと考えられる。内部割れおよび非圧下面の表面割れは認められなかった。

比較例である試験番号７の鋳片は、内部割れおよび座屈変形に伴う非圧下面の表面割れが認められた。これは、ステップ２での接触比が小さく、鋳片の未凝固圧下量が過大であったため、また、ステップ３での完全凝固後圧下率が過大であったためと考えられる。中心偏析および中心ポロシティは、試験番号１と同等の評価であった。

比較例である試験番号８の角鋳片は、中心偏析および中心ポロシティの評価がいずれも２であり、圧下率が同等であった試験番号１の丸鋳片と比べて内部品質が劣っていた。これは、角鋳片では未凝固圧下ロールが鋳片の全幅に接触するのに対して、丸鋳片では角鋳片と比べて鋳片に接触する部分の幅が狭く、丸鋳片と比べて角鋳片の方が、圧下浸透度が低かったためと考えられる。内部割れおよび非圧下面の表面割れは認められなかった。

比較例である試験番号９の角鋳片は、内部割れおよび非圧下面の表面割れが認められた。試験番号９では、圧下浸透度を高めるため、試験番号８よりもステップ２での圧下率を高くした。非圧下面（角鋳片の短辺側の面）の表面割れは、圧下量が過大であったため、圧下時の座屈変形により鋳片の非圧下面に大きな歪みが生じたことに伴って生じたと考えられる。中心偏析および中心ポロシティは、試験番号１と同等の評価であった。

本発明の鋳片の連続鋳造方法は、高級条鋼製品に使用される幅広い鋼種に対して適用可能であり、本発明の鋳片の連続鋳造方法によれば、フラットロールを使用して、中心偏析、中心ポロシティ、内部割れおよび表面割れがなく、さらにハンドリングが容易な、高級条鋼製品に適した大断面の鋳片を製造することができる。

１：タンディッシュ、 ２：溶鋼、 ３：浸漬ノズル、 ４：鋳型、 ５：メニスカス、 ６：鋳片、 ６ａ：未凝固領域、 ７：ガイドロール、 ８：圧下ロール群、 ９：未凝固圧下ロール、 １０：完全凝固後圧下ロール、 １１：水平ロール、 １２：鉛直ロール、 １００：角鋳片、 １０１：フラットロール、 １０２：表面割れ

Claims (4)

1. 鋳片の連続鋳造方法であって、
   横断面が円形の鋳片を鋳型で鋳造するステップ１と、
   前記鋳片を、内部に未凝固領域がなくなるまでの間、軸を水平方向に配置された円柱形のロールからなる複数のロール対によって圧下することにより、前記鋳片に１組の平行な面を形成するステップ２と、
   前記ステップ２で圧下した後完全に凝固した前記鋳片を、軸を水平方向に配置された円柱形の水平ロールのロール対と、軸を鉛直方向に配置された円柱形の鉛直ロールのロール対で交互に圧下することにより、前記鋳片に、前記ステップ２で形成した１組の平行な面に垂直な１組の平行な面を形成するステップ３と、
   の一連の各ステップを含み、前記ステップ２において、前記複数のロール対を構成する各ロール対による前記鋳片の圧下率を０．５％を超え、３％以下とし、かつ、前記各ロール対による圧下位置での前記鋳片の横断面における前記未凝固領域の幅の、前記鋳片と前記ロールとが接触する部分の幅に対する比を０〜７．１５とし、
   前記ステップ３において、前記水平ロールおよび前記鉛直ロールによる前記鋳片の圧下率をそれぞれ５．４％〜６．８％とすることを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
2. 前記鋳型の内壁面の横断面の直径が４００〜６００ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の鋳片の連続鋳造方法。
3. 前記ステップ３において、前記鋳片の中心温度が表面温度よりも１５０℃以上高いことを特徴とする請求項１または２に記載の鋳片の連続鋳造方法。
4. 前記ステップ３完了時において、前記２組の平行な面の間隔を等しく２３５〜２７０ｍｍとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋳片の連続鋳造方法。

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