JP6375823B2 - 厚鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉、ボイラ、圧力容器等に用いられる超音波探傷欠陥の少ない厚鋼板の製造方法に関するものである。

連続鋳造設備により鋳造される鋳片は、サポートロールに支持される外表面から凝固して行くため、鋳造厚の中央部は最後に凝固することとなる。また溶鋼が凝固する際には３〜４％の体積収縮を生ずるため、最後に凝固する中心部にはセンターポロシティと呼ばれる微細な空洞部が不可避的に発生する。このセンターポロシティは厚鋼板の超音波探傷試験によって検出することができ、原子炉、ボイラ、圧力容器等の用途によっては有害な欠陥となる。そこで従来から用途に応じて、鋳片を後工程において強く圧延することによって、センターポロシティを低減させることが行われている。

鋳造厚Ｄが３９０〜８００ｍの従来の鋳片のセンターポロシティを厚鋼板で超音波探傷試験に合格するレベルにまで減少させるためには、後工程において形状比γが０.７以上の強圧延が必要であった。このような圧延を行なうためには、鋳片を１２５０℃以上にまで高温加熱することが必要であり、多くのコストが必要であった。形状比γは圧延の程度を示すために用いられる指標であり、形状比γ ＝ 接触弧長 / 平均板厚 ＝ √（R(h₀−h₁)）/（0.5（h₀＋h₁)）の式により定義される値である。ここでRはロール半径（mm）、h₀は入側板厚（mm）、h₁は出側板厚（mm）である。

なお、鋳造段階においてセンターポロシティの発生量を低減させるために、例えば特許文献１には、鋳片が完全凝固した後であって鋳片表面温度が７００〜１０００℃であるときに、中央に突出部を有する上下ロールで挟んで圧下し、センターポロシティを押し潰して減少させる技術が開示されている。しかし特許文献１は鋳造厚Ｄと鋳造幅Ｗの比（Ｄ／Ｗ）が０.７のブルームと呼ばれる幅狭の鋳片を対象とするものであり、鋳造厚Ｄと鋳造幅Ｗの比（Ｄ／Ｗ）が０.１〜０.６の幅広のスラブに適用した場合には上下ロールの負荷荷重が非常に大きくなるため、ロールの耐久性がなくなるという問題があった。

また特許文献２には、鋳片を１０ｍｍ以上バルジングさせた後、凝固完了前に幅中央部を圧下し、次に両端部近傍を圧下することにより、凝固界面を圧着させる技術が開示されている。この方法は最終未凝固部が鋳片の幅端部付近に形成される場合には効果があるが、最終未凝固部が鋳片の幅中心部に形成される通常の場合には有効ではないという問題があった。

このように、鋳造厚Ｄが大きいスラブ鋳片のセンターポロシティの発生量を低減させる技術は確立されておらず、後工程における強圧延によって、センターポロシティを厚鋼板で超音波探傷試験に合格するレベルにまで減少させているのが実情である。

特開２００９−２７９６５２号公報 特開２００１−３３４３５３号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、センターポロシティを超音波探傷試験に合格するレベルにまで減少させた厚鋼板を、形状比γが０.７以上の強圧延を行なうことなく安価に製造することができる厚鋼板の製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の厚鋼板の製造方法は、鋳造厚Ｄが３９０〜８００ｍｍ、鋳造厚Ｄと鋳造幅Ｗの比（Ｄ／Ｗ）が０.１〜０.６の鋳片に対して、連続鋳造設備内に配置されたロールにおいて、鋳片の固相率が０．３以上〜０．７未満の領域のロールを上流側圧下ロールとし、鋳片の固相率が０．７以上〜１．０未満の領域のロールを下流側圧下ロールとし、前記上流側圧下ロールにより０．１５〜１．９ｍｍの圧下を行い、前記下流側圧下ロールにより２．５〜２５ｍｍの圧下を行なうことにより鋳片内部のポロシティを圧着させ、最大ポロシティ体積が１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇ以下の鋳片を製造し、この鋳片をさらに最大形状比が０.２〜０.６５の条件で圧延することを特徴とするものである。
なお、請求項２のように、鋳造厚Ｄが３９０〜６００ｍｍの鋳片であることが好ましい。

また請求項３のように、上流側圧下ロール及び下流側圧下ロールとして、鋳造幅Ｗよりも圧下幅の狭いロールを使用することが好ましい。さらに請求項４のように、下流側圧下ロールとして、上流側圧下ロールよりも圧下幅の狭いロールを使用することが好ましい。

本発明の厚鋼板の製造方法によれば、連続鋳造工程に配置された上流側圧下ロールと下流側圧下ロールとによって、凝固収縮に見合う圧下と鋳片内部のポロシティを圧着させる圧下を順次行なうことにより、鋳造厚Ｄが３９０〜８００ｍｍ、鋳造厚Ｄと鋳造幅Ｗの比（Ｄ／Ｗ）が０.１〜０.６であって、最大ポロシティ体積が従来材よりも非常に小さい鋳片を得ることができる。このため、後工程において最大形状比が０.２〜０.６５の条件で圧延するだけで、センターポロシティを超音波探傷試験に合格するレベルにまで減少させた厚鋼板を製造することができる。この場合には従来のように鋳片を高温加熱する必要がないため、製造コストを大幅に引き下げることができる。

本発明の製造工程説明図である。 鋳片の断面形状を示す概念図である。 上流側圧下ロール及び下流側圧下ロールの圧下量と、鋳片のセンターポロシティとの関係を示すグラフである。 上流側圧下ロール及び下流側圧下ロールの圧下率と、鋳片のセンターポロシティとの関係を示すグラフである。 最大ポロシティ体積と圧延の最大形状比と超音波探傷試験の合否との関係を示すグラフである。

以下に本発明の実施形態を説明する。
本発明においては先ず連続鋳造設備によって、鋳造厚Ｄが３９０〜８００ｍｍ、好ましくは３９０〜６００ｍｍであり、鋳造厚Ｄと鋳造幅Ｗの比（Ｄ／Ｗ）が０.１〜０.６、好ましくは０.１〜０.５、更に好ましくは０.１５〜０.４５の鋳片を製造する。このような断面形状を持つ鋳片はスラブと呼ばれるものである。鋳造幅Ｗの最大値は特に限定されるものではないが、設備上の制約から２５００ｍｍ以下が大半である。なお連続鋳造設備の種類は特に限定されるものではなく、垂直曲げ型、曲げ型、垂直型の何れにも適用可能である。

図１に示すように、連続鋳造設備の鋳型の下方には、上流側圧下ロール１と下流側圧下ロール２とが配置されており、凝固終了位置の近傍において鋳片を厚さ方向に圧下する。上流側圧下ロール１は図１ではバックアップロール３を備えた６段のロールからなり、下流側圧下ロール２は３段のロールからなる。それらのピッチは連続鋳造設備のサポートロールのピッチと同一とすればよい。

上流側圧下ロール１は鋳片の固相率が０.３〜０.７の位置に配置され、凝固収縮に見合う圧下を行なう。これによってポロシティの初期径を小さくすることができると想定される。上流側圧下ロール１として、鋳造幅Ｗ以上の圧下幅を持つロールを用いると、ロールが反力を受けて変形してしまいうまく圧下することができなくなる。また下流側圧下ロール２は、鋳片の固相率が０.７〜１.０の位置に配置され、発生するポロシティを圧下により圧着することにより、センターポロシティを低減させる。この段階ではポロシティ発生領域は鋳造幅の中央付近に縮小しているため、下流側圧下ロール２の圧下幅は上流側圧下ロール１よりも更に狭くして、中心部により集中的な圧下を加えるものとする。尚、前記の固相率は、例えば伝熱計算や横波電磁超音波の透過率の変化等により求めることができる。

鋳造厚Ｄは８００ｍｍを超えると、圧下ロールへの反力が増大し、ロールが変形しやすくなるため、圧下ロールとロールを支持するセグメントを高剛性化する必要があり、設備費用が増加する。また、鋳造速度を遅くする必要があり、生産性も低下することから、鋳造厚Ｄは３９０〜８００ｍｍとするのが好ましい。また、鋳造厚Ｄが６００ｍｍ以下の場合には、６００ｍｍ超に比べて圧下ロールへの反力が小さく、ロールが変形し難いため、圧下ロールとロールを指示するセグメントの高剛性化は必ずしも必須ではなく、設備費用を抑えることが可能である。鋳造厚Ｄが３９０ｍｍ未満の普通厚スラブ連続鋳片の場合には、本発明とは異なる最適条件があると本発明者らは考えている。

この結果得られた鋳片の断面形状を図２に示す。ただし図２は圧下量を誇張して図示している。図示のように、上流側圧下ロール１により形成された第１圧下凹部４の両端と鋳片端面との距離ａ_１は、０．２Ｄ〜０．６Ｄとなるように設定することが好ましい。ここで鋳造幅Ｗの両端を除いたのは、鋳片端部からも凝固が進行するからである。また下流側圧下ロール２により形成された第２圧下凹部５両端と鋳片端面との距離ａ_２は、０．３Ｄ〜０．８Ｄとすることが好ましい。このように下流側圧下ロール２の圧下幅を上流側圧下ロール１の圧下幅よりもさらに短くすることにより、センターポロシティを強力に圧着させることができる。なお図２では、幅広の第１圧下凹部４と幅狭の第２圧下凹部５は鋳片１の片面だけに形成されているが、両面に形成しても差し支えない。

上記のように本発明では鋳片を２段階で圧下することによってセンターポロシティを低減させるのであるが、上流側圧下ロール１による圧下の程度と下流側圧下ロール２による圧下の程度とを適切に設定することが必要となる。図３はそれぞれの圧下量（すなわち図２における凹み量ｄ_１と凹み量ｄ_２）が、鋳片厚センターの最大ポロシティ体積に与える影響を示したグラフであり、図４はそれぞれの圧下率が鋳片厚センターの最大ポロシティ体積に与える影響を示したグラフである。

これらのグラフに示されるように、上流側圧下ロール１による圧下量は０.１５〜１．９ｍｍ、下流側圧下ロール２による圧下量は２．５〜２５ｍｍの範囲において、センターポロシティを１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇ以下に抑制することができる。また上流側圧下ロール１による圧下率（ｄ_１／Ｄ）を０.０３〜０.３６％とし、下流側圧下ロール２による圧下率（ｄ_２／Ｄ）を０.６〜４％としたとき、最大センターポロシティを１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇ以下に抑制することができる。

なおポロシティ体積Ｐｖは、同じ鋳片の１／４厚み部の代表サンプルの密度をρ_０とし、センター部のサンプルの密度をρとすると、Ｐｖ＝（１／ρ）−（１／ρ_０）（ｃｍ^３／ｇ）として求めることができる。サンプルの大きさは長さ５０ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ７ｍｍが好ましい。前記サンプルの表面仕上げ精度はJIS B 0601に準拠して、▽▽▽（滑らかな仕上げ面）が好ましく、または算術平均粗さＲａで１．６a以下が好ましく、０．８a以下が更に好ましい。表面が粗い場合には、サンプルを水浸した際に、表面で気泡がトラップされてＰvの精度が良くない場合があるので好ましくないとした。このサンプルを鋳片短辺からの距離でＤ／２以内を除く、鋳片幅方向全体の鋳片厚中心を長さと幅の表面として切出し、幅方向におけるポロシティ体積の最大値を最大ポロシティ体積とした。また、１／４厚み部の密度ρ_０は幅方向６ヶ所から切出したサンプルのポロシティ体積の平均値とすればよい。

このようにして得られた鋳片は、後工程において圧延される。従来の鋳片の最大ポロシティ体積は６×１０^−４ｃｍ^３／ｇ以上であるから、鋳片を高温加熱したうえで最大形状比が０.７以上の強圧延を行なわなければ、超音波探傷試験に合格することができなかった。しかし上記の工程で鋳造された鋳片はセンターポロシティが１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇ以下に抑制されているため、本発明では最大形状比が０.２〜０.６５の条件で圧延するだけで、センターポロシティを超音波探傷試験に合格するレベルにまで減少させた厚鋼板を製造することができる。この場合には鋳片を１１５０℃程度に通常加熱するだけでよいため、製造コストを引き下げることが可能となる。ここで最大形状比は多パスで厚鋼板を熱間圧延した場合の１パス当りの最大となる形状比を示している。

本発明によって製造された厚鋼板はセンターポロシティを超音波探傷試験に合格するレベルにまで減少させたものであり、しかも従来よりも安価に製造することができる利点がある。

鋳造厚Ｄが３９０〜８００ｍｍ、鋳造幅Ｗが１５００〜２５００ｍｍ、Ｄ／Ｗが０．１〜０．６の鋳片を、垂直型連続鋳造設備により鋳造した。鋳片の固相率が０.３〜０.７の位置に６本の上流側圧下ロールを一定ピッチで配置し、その直下の鋳片の固相率が０.７〜１.０の位置に３本の下流側圧下ロールを一定ピッチで配置した。これらの上流側圧下ロールと下流側圧下ロールとの圧下量を様々に変化させて鋳片（スラブ）を製造した。

これらのスラブの１／４厚み部とセンター部とから長さ５０ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ７ｍｍのサンプルを切り出し、センターポロシティを求めた。その最大値は図５中に示すように０.５〜３×１０^−４ｃｍ^３／ｇの範囲でばらついていた。

次にこれらのスラブを様々な形状比で圧下し、得られた厚さ１３０〜３１０ｍｍの厚鋼板に対して超音波探傷試験を行なった。その結果を図５にまとめた。超音波探傷試験方法はJIS G 0801「圧力容器用鋼板の超音波探傷方法」に定められているが、本試験では表１に示すとおり、より厳しい基準となる「Ａ」、及び「Ｂ」を使用して合格判定した。

図５に示されるように、最大ポロシティ体積が６×１０^−４ｃｍ^３／ｇの従来の鋳片を用いた場合には、探傷基準Ａでは最大形状比が０.６８以上の強圧延を行なわなければ超音波探傷試験に合格させることができなかった。また探傷基準Ｂでは最大ポロシティ体積が３×１０^−４ｃｍ^３／ｇの鋳片を用いた場合にも、最大形状比が０.６８以上の強圧延を行なわなければ超音波探傷試験に合格させることができなかった。

これに対して上流側圧下ロールと下流側圧下ロールとの圧下を図３、図４の範囲に制御し、最大ポロシティ体積を１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇ以下とした鋳片を用いた場合、探傷基準Ａ，Ｂの両方で後工程の圧延の最大形状比を０.３５〜０.６５にまで低下させても超音波探傷試験合格となった。なお図５のグラフに示されるように、最大ポロシティ体積を０.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇのレベルまで低下させれば、最大形状比を０.２にまで低下させることができる。

以上に説明したように本発明によれば、センターポロシティを超音波探傷試験に合格するレベルにまで減少させた厚鋼板を、形状比γが０.７以上の強圧延を行なうことなく安価に製造することが可能となった。

１ 上流側圧下ロール
２ 下流側圧下ロール
３ バックアップロール
４ 第１圧下凹部
５ 第２圧下凹部

Claims (4)

1. 鋳造厚Ｄが３９０〜８００ｍｍ、鋳造厚Ｄと鋳造幅Ｗの比（Ｄ／Ｗ）が０.１〜０.６の鋳片に対して、連続鋳造設備内に配置されたロールにおいて、鋳片の固相率が０．３以上〜０．７未満の領域のロールを上流側圧下ロールとし、鋳片の固相率が０．７以上〜１．０未満の領域のロールを下流側圧下ロールとし、前記上流側圧下ロールにより０．１５〜１．９ｍｍの圧下を行い、前記下流側圧下ロールにより２．５〜２５ｍｍの圧下を行なうことにより鋳片内部のポロシティを圧着させ、最大ポロシティ体積が１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇ以下の鋳片を製造し、この鋳片をさらに最大形状比が０.２〜０.６５の条件で圧延することを特徴とする厚鋼板の製造方法。
2. 鋳片の鋳造厚Ｄが３９０〜６００ｍｍであることを特徴とする請求項１厚鋼板の製造方法。
3. 上流側圧下ロール及び下流側圧下ロールとして、鋳造幅Ｗよりも圧下幅の狭いロールを使用することを特徴とする請求項１または２に記載の厚鋼板の製造方法。
4. 下流側圧下ロールとして、上流側圧下ロールよりも圧下幅の狭いロールを使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の厚鋼板の製造方法。