JP6558218B2

JP6558218B2 - 鋼スラブ鋳片の連続鋳造方法

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Publication number: JP6558218B2
Application number: JP2015219092A
Authority: JP
Inventors: 謙治田口; 憲司久保; 溝口　利明; 利明溝口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2035-11-09
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Description

本発明は、鋼スラブ鋳片の連続鋳造方法に関し、特に、耐サワー用鋼管材および橋梁や建築部材等の厚鋼板用として好適な鋼スラブ鋳片の連続鋳造方法に関するものである。

連続鋳造法によって鋳造した鋼スラブ鋳片を圧延して鋼板を製造する際、鋼板の機械的品質と密接に関係する連続鋳造スラブ鋳片の厚み中心部に存在する「平均組成よりも溶質元素が濃化した中心偏析」や「引け巣や空孔と呼ばれるポロシティ」の内質欠陥の抑制が必須である。ポロシティ欠陥については、連続鋳造機内での圧下（例えば、軽圧下、大圧下）、あるいは、それ以降の圧延工程によって、製品段階で許容されるポロシティ欠陥レベルまで抑制することが行われている。一方、溶質元素が平均組成よりも濃化した中心偏析の場合には、連続鋳造後以降の熱処理のみによって無害化レベルを到達するには限界があり、連続鋳造中に、中心偏析（マクロ偏析）を生じさせないことが重要である。

鋼の連続鋳造において、凝固完了前における鋳片厚み中央部付近には固液共存層が形成され、固液共存層中の液相部は成分が濃化した濃化溶鋼となっている。そして、固液界面における固相の凝固収縮に伴って固液共存層の残存液相部が鋳片下流側に流動し、鋳片中心偏析の原因となる。鋳片中心偏析対策として、凝固収縮にみあった量だけ鋳片厚みを低減して濃化溶鋼の吸引を防止する軽圧下法と、中心部が固液共存状態にある部分を少なくとも１対の圧下ロールで圧下して固液共存層を上流側に押し出す未凝固圧下法（大圧下法ともいう。）の２つの方法が試みられている。本発明は未凝固圧下法に関するものである。

未凝固圧下法は、非特許文献１に記載のように、鋳片表面から大きな圧下変形を与えて、上下の凝固シェルの界面を圧着させ、中心部の残溶鋼を強制的に上流側に排出させることにより、マクロ偏析を解消しようとする方法である。上下の凝固シェル界面の圧着時に界面付近のデンドライトの樹間に存在するミクロ偏析溶鋼も排出されるために、鋳片の厚み中心部が負偏析となるのが特徴である。

特許文献１には、鋳片の完全凝固前に鋳片を圧下する未凝固圧下スタンドにおいて、鋳片の中心固相率が０．１〜０．８の領域で、圧下前の鋳片の未凝固部径または未凝固部厚さ以上の圧下を鋳片に与えることを特徴とする鋼ビレットの連続鋳造方法が開示されている。未凝固部厚みは、固相率０．９９以下の厚さである。未凝固圧下に際して、中心偏析およびポロシティを低減するためには、凝固界面を完全に圧着するまで圧下することが必要である。中心固相率が０．１〜０．８の領域で未凝固圧下すると、その鋳片横断面における中心部の未凝固溶鋼の大部分は上流側に押し流される。

特許文献２には、中心部固相率ｆｓが０．２０以下の領域にある丸ビレット鋳片に対して、一対もしくは二対以上のロールによって一軸方向に未凝固圧下指数Ｐが０．４０以上１．０以下となる圧下量Ｒの圧下を行う方法が開示されている。未凝固層厚みと圧下量Ｒが一致するとき、未凝固圧下指数Ｐが１．０となる。

特許文献３には、鋳片の連続鋳造において、鋳型内で電磁攪拌を施し、さらに鋳片の中心固相率が０〜０．１となる未凝固域で未凝固溶鋼の電磁攪拌を施し、次いで鋳片の中心固相率が０．１〜０．４となる未凝固域で、少なくとも１対のロールにより未凝固部厚さの５０〜９０％の圧下量を与えることを特徴とする、ブルーム又はビレット鋳片の未凝固圧下方法が開示されている。中心固相率が０〜０．１となる未凝固域で未凝固溶鋼の電磁攪拌を実施することで、表層近くの凝固界面近辺を浮遊する等軸晶片を未凝固溶鋼中に均一に再度分散させる。等軸晶の増加を図り、早い段階で鋳片を圧下することで内部割れの発生を防止し、中心偏析およびセンターポロシティを著しく低減できる。

特許文献４には、未凝固部を含む鋳片を、連続鋳造機内または機端に配置した少なくとも１対の圧下ロール対を用いて圧下して、鋳片の厚さ方向両側の凝固殻を圧着させることにより、凝固後の鋳片の厚さ方向中心部近傍に負偏析部を形成させる連続鋳造方法が開示されている。

未凝固圧下および電磁攪拌を利用した連続鋳造において、圧下位置から上流側に排出された偏析成分濃化溶鋼が、鋳造時間が長くなると、それにともなって濃化していき、やがて鋳片の幅方向両側の端部において、厚み方向中心部に高濃度に偏析するという問題があることがわかった。

特許文献５においては、鋳片の圧下位置から鋳造方向上流側に電磁攪拌装置を設置し、未凝固部を有する鋳片を圧下する連続鋳造方法であって、前記電磁攪拌において、溶鋼を鋳片両短辺側から流動させ鋳片幅方向中央近傍で互いに衝突させる攪拌流動と、溶鋼を鋳片の一方の短辺側から他方の短辺側に向かって一方向に流動させ流動方向を所定の時間間隔で反転させる攪拌流動との、いずれかを選択し付与する方法が開示されている。これにより、未凝固圧下で鋳造方向上流側に排出された偏析成分濃化溶鋼を適切に攪拌し、偏析成分の希釈攪拌作用を抜本的に改善するとともに、長時間の連続鋳造操業であっても、偏析性状の安定した鋳片を製造することができる。偏析成分濃化溶鋼が上流側に遡る最大長さは９ｍ程度であることから、電磁攪拌装置を圧下位置から鋳造方向上流側に９ｍ以内の位置に配置するのが望ましい。また、タンディッシュ内における溶鋼の過熱度（ΔＴ）に応じて、鋳片未凝固部の圧下量を調整し、凝固シェルを確実に圧着し、かつ濃化溶鋼を確実に排出させることができる。実施例では、幅２２５０ｍｍ、厚さ３００ｍｍの鋳片鋳造結果が記載されている。

特許第３３１９３７９号公報特許第３０９２５４３号公報特許第３１１９２０３号公報特開２０１１−０９８３８８号公報特許第５３５３８８３号公報

第５版鉄鋼便覧第１巻製銑・製鋼第４２８頁

未凝固圧下および電磁攪拌を利用した連続鋳造で、鋳片の幅方向両側の端部において、厚み方向中心部に高濃度に偏析するという問題に関しては、特許文献５に記載の発明により、未凝固圧下で鋳造方向上流側に排出された偏析成分濃化溶鋼を適切に攪拌し、偏析成分の希釈攪拌作用を抜本的に改善するとともに、長時間の連続鋳造操業であっても、偏析性状の安定した鋳片製造が可能となった。

一方、連続鋳造の対象がスラブ鋳片の場合、スラブ幅は１０００ｍｍ以上２５００ｍｍに至るものまで対象となる。このようなスラブ鋳片の連続鋳造においては、鋳片厚み中央部の大部分は負偏析が形成されるものの、鋳片幅方向の一部に厚み中央部の正偏析部が残存してしまうことがわかった。

本発明は、スラブ鋳片の鋳造を対象とし、未凝固圧下を利用した連続鋳造において、幅方向に安定して厚み中心部に負偏析を形成することのできる鋼スラブ鋳片の連続鋳造方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）ロール径４５０ｍｍ以上６００ｍｍ以下の圧下ロールを用い、鋳片厚み中心部の固相率が０．２０以下の位置で鋳片の未凝固圧下を行うに際し、
前記圧下ロール配置位置より上流側であって鋳片厚み方向固相率が０．６以上０．８５以下の位置で電磁攪拌装置によって未凝固溶鋼の攪拌を行い、
前記電磁攪拌位置における未凝固部の厚みについて、鋳片幅方向中央における最も未凝固部厚みが薄い部分を凝固進行部とし、鋳片幅方向で最も未凝固部厚みが厚い部分を凝固遅延部とし、鋳造後の鋳片断面における前記電磁攪拌に起因するホワイトバンド位置から、凝固進行部と凝固遅延部の未凝固部の厚みを推定し、凝固進行部と凝固遅延部の未凝固部の厚み差を１０ｍｍ以下とすることを特徴とする鋼スラブ鋳片の連続鋳造方法。
ここで、鋳片厚み方向固相率については、前記電磁攪拌位置での鋳片厚みから未凝固部の厚みを引いた値を鋳片厚みで除することによって得ることができる。
（２）前記未凝固圧下は、前記圧下ロールによる圧下量を、鋳片厚みの６．６％以上とすることを特徴とする上記（１）に記載の鋼スラブ鋳片の連続鋳造方法。
（３）鋳型下から前記圧下ロール配置位置までの２次冷却帯の一部において、鋳片幅方向を複数の冷却水量制御領域に分割し、前記複数の冷却水量制御領域毎に冷却水量を調整することにより、前記凝固進行部と凝固遅延部の未凝固部の厚み差を１０ｍｍ以下に調整することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の鋼スラブ鋳片の連続鋳造方法。

本発明によって、幅方向にわたって、スラブ鋳片の厚み中心部に負偏析を安定的に形成させ、耐サワー用鋼管材および橋梁や建築部材等を対象とした偏析厳格材の鋼を連続鋳造方法から製造できる。

本発明を適用する連続鋳造装置の断面概略図である。２次冷却の冷却水量制御ゾーンを示す概略断面図である。鋳片断面のホワイトバンド発生状況を示す概略図であり、（Ａ）は未凝固圧下を行っていない部分、（Ｂ）は未凝固圧下を行っている部分である。

図１〜図３に基づいて本発明の説明を行う。連続鋳造装置においては、浸漬ノズル１から銅鋳型３内に溶鋼４を注入し、銅鋳型３から下方に引き出された鋳片８は、サポートロール６にサポートされつつ凝固が進行して凝固シェル５を形成し、最終的に凝固が完了して鋳片８として引き出される。

本発明は、鋼スラブ鋳片の連続鋳造方法を対象とする。スラブ鋳片とは、鋳片の幅／厚み比が２以上の鋳片を意味する。

本発明が対象とする未凝固圧下法においては、鋳片中心部に固液共存層が形成されている領域において圧下ロール７によって未凝固圧下を行う。また必要に応じて、圧下ロール７より上流側に電磁攪拌装置９を設置して未凝固溶鋼の電磁攪拌を行う。電磁攪拌によって固液界面に接する溶鋼に流動が生じると、固液界面の液相側に存在していた濃化溶鋼が洗い流され、固相側で新たに凝固する部分の溶質濃度が低下する。そのため、得られた鋳片の断面を腐食検査すれば、溶質濃度が低下した部分は腐食が少ないために色が薄くなり、バンド状に形成するためにホワイトバンド２３と呼ばれる。電磁攪拌による流動を受けた時点で凝固界面だった位置にホワイトバンド２３が形成される。そのため、鋳片表面からホワイトバンド２３までの距離によって電磁攪拌位置における凝固厚みを把握することができる。また、鋳片の厚み方向両側に形成されるホワイトバンド２３間の距離によって、電磁攪拌位置における未凝固部の厚み２２を把握することができる（図３参照）。

鋳型サイズが厚み２５０ｍｍ、幅１６００〜２３００ｍｍのスラブ連続鋳造を行うに際し、鋳片厚み中心部の固相率（以下「中心部固相率」ともいう。）が０．０１の位置で鋳片の未凝固圧下（圧下量２６ｍｍ）を行い、圧下ロール７配置位置より上流側であって鋳片厚み方向固相率が０．７７の位置に電磁攪拌装置９を設置して溶鋼を流動させた。電磁攪拌のパターンとしては、交番攪拌パターンを採用した。電磁攪拌を行いつつ、未凝固圧下を行う場合と行わない場合の両方について、鋳片断面サンプル（鋳造方向に垂直な面）を腐食させて評価を行った。

まず、未凝固圧下を行わない場合について、断面に出現する電磁攪拌起因のホワイトバンド２３の形状の観察を行った（図３（Ａ）参照）。鋳片短辺付近を除き、ホワイトバンド２３は鋳片厚み方向両側にほぼ直線状に形成されている。鋳片の厚み方向両側に形成されるホワイトバンド２３間の距離によって、電磁攪拌位置における未凝固部の厚み２２を把握することができる。ところが、鋳造の場合によって、ホワイトバンド２３から把握される未凝固部の厚み２２が、鋳片幅方向で一定ではなく、鋳片幅方向中央付近に最も未凝固部厚みが薄い部分が存在し、鋳片幅方向端部近辺に最も未凝固部厚みが厚い部分が存在することがあることがわかった。ここで、鋳片幅方向中央における最も未凝固部厚みが薄い部分を凝固進行部２４とし、鋳片幅方向で最も未凝固部厚みが厚い部分を凝固遅延部２５とする。

次に、電磁攪拌を含めて同じ鋳造条件において、未凝固圧下を行った場合について、鋳片中心部の状況を観察した（図３（Ｂ）参照）。その結果、鋳片厚み中央部の大部分は負偏析部２６が形成されるものの、上記凝固進行部２４と凝固遅延部２５の未凝固部厚み２２の差が大きい場合に、鋳片幅方向の一部に厚み中央部の正偏析部２７が発生することがわかった。以下、凝固進行部と凝固遅延部の未凝固部厚みの差を、「未凝固厚み偏差」ともいう。鋳片幅方向で、凝固遅延部２５の位置と正偏析部２７の位置がほぼ対応していた。そして、凝固進行部２４と凝固遅延部２５の未凝固部厚み２２の差が１０ｍｍ以下と少ない場合には、正偏析部２７の発生が軽減されることがわかった。未凝固厚み偏差が７ｍｍ以下であればより好ましい結果が得られた。ホワイトバンドの観察結果から未凝固厚み偏差を評価する場合、ホワイトバンドには幅があるので、例えばホワイトバンドの外周側端部どうしを比較対象として評価を行う。

以上から、本発明の課題である、未凝固圧下および電磁攪拌を利用した連続鋳造において、幅方向に安定して厚み中心部に負偏析を形成するためには、凝固進行部２４と凝固遅延部２５の未凝固部厚み２２の差を安定して１０ｍｍ以下とすることによって解決可能であることがわかった。

連続鋳造の２次冷却帯における凝固シェルの凝固速度は、２次冷却強度を変更することによって修正可能である。そこで、鋳型下から前記圧下ロール配置位置までの２次冷却帯の一部において、鋳片幅方向を複数の冷却水量制御領域に分割し、前記複数の冷却水量制御領域毎に冷却水量を調整することにより、前記凝固進行部と凝固遅延部の未凝固部の厚み差を１０ｍｍ以下に調整することを試みた。

冷却水量制御を行う冷却ゾーンとして、鋳型下１ｍ〜３ｍ付近の冷却ゾーンを選択した。このゾーンを冷却水量制御ゾーン１０と呼ぶ（図１参照）。冷却水量制御ゾーン１０では、図２に示すように、鋳片幅方向において、鋳片幅中央から片側に６つの冷却水量制御領域を設け、それぞれ独立に流量調整弁１１を設けてスプレーノズル１２からの冷却水量調整を行うことができる。鋳片幅中央から両側については対称の水量が流される。そして、未凝固圧下を行わない状況において、冷却水量制御ゾーン１０の水量としてまず標準の水量を与え、鋳片断面ホワイトバンド２３から把握される未凝固部の厚み２２の幅方向分布を調査した。その結果、未凝固部厚み２２が厚い凝固遅延部２５が観察された場合、幅方向位置が凝固遅延部２５に対応する冷却水量制御領域についてのみ、冷却水量を増加する修正を行い、凝固進行部２４と凝固遅延部２５の未凝固部の厚み２２差（未凝固厚み偏差）を安定して１０ｍｍ以下、さらに７ｍｍ以下とすることができた。そして、冷却水量制御によって未凝固厚み偏差を１０ｍｍ以下に抑制した条件において未凝固圧下を行ったとき、鋳片幅方向の一部で見られた鋳片中心部の正偏析が軽減することが確認された。

以上の知見に基づく本発明について、以下に詳細に説明する。

まず、鋳片厚み中央部に固液共存層が存在する領域で行う未凝固圧下について説明する。鋳片の未凝固圧下により、溶質の濃化した溶鋼を上流に吐き出し、中心部に負偏析を形成させる。

鋳片の未凝固圧下は、鋳片厚み中心部の固相率（中心部固相率）が０．２０以下の位置で行う。中心部固相率が０．２を超えると、流動抵抗が大きくなり、鋳片を圧下しても、必ずしも、溶質が濃化した溶鋼すべてを上流へ排出させることができず、中心部に正偏析が残存してしまう。また、鋳片幅方向におけるばらつきも大きくなってしまう。

伝熱凝固解析によって鋳造長手方向と厚み方向についての温度分布を計算することができる。中心部固相率については、このように計算によって求めた鋳片中心部の温度と、その鋼に固有の液相線温度及び固相線温度から求めることができる。また、鋳片中の未凝固部の厚み２２は、厚さ方向で凝固潜熱の含有率がゼロの点、又は固相率が０．９９以上の位置に基づいて算出することができる。伝熱凝固解析の計算精度については、例えば、電磁攪拌で形成されるホワイトバンド２３の位置と計算結果とを対比することによって精度向上を図ることができる。図１において、鋳片８の厚み両側に形成される固相線２１の間の距離が、未凝固部の厚み２２となる。

未凝固圧下のための圧下ロール７として、ロール径４５０ｍｍ以上６００ｍｍ以下の圧下ロール７を用いる。ロール径が４５０ｍｍ未満になると、未凝固部を上流側へ排出するのに必要な圧下量を確保できず、かえって、排出されないままの溶質が濃化した溶鋼がそのまま凝固してしまうため、顕著なマクロ偏析として取り残されてしまう。さらには、内部割れも生じやすくなる。望ましくは、４８０ｍｍ以上がよい。一方、圧下ロール７のロール径が６００ｍｍを超えると、鋳片圧下時の圧下反力が急激に増大するため、設備がかなり大型化してしまい、連続鋳造機内に設置することに対しては非現実的となるからである。望ましくは、ロール径は５８０ｍｍ以下がよい。

圧下ロール７配置位置より上流側であって鋳片厚み方向固相率が０．６以上０．８５以下の位置における未凝固部の厚み２２について、鋳片幅方向中央における未凝固部の厚み２２が最も薄い部分を凝固進行部２４とし、鋳片幅方向で未凝固部の厚み２２が最も厚い部分を凝固遅延部２５とし、凝固進行部２４と凝固遅延部２５の未凝固部の厚み２２差（未凝固部厚み偏差）を１０ｍｍ以下とする。未凝固部厚み偏差を１０ｍｍ以下とすることにより、鋳片幅方向の一部で見られた鋳片中心部の正偏析部２７の発生が軽減される。未凝固部の厚み２２を評価する鋳造方向位置として、圧下ロール配置位置より上流側とするのは、上流側における未凝固部厚み偏差が正偏析部２７発生の原因となるからである。また、鋳片厚み方向固相率が０．６以上の位置とするのは、圧下ロール配置位置との距離が遠すぎず、未凝固部厚み偏差と正偏析部２７発生の相関が確実に得られるからである。また、鋳片厚み方向固相率が０．８５以下とするのは、それを超えてしまうと、そもそも圧下位置での鋳片中心固相率が０．２０よりも大きくなってしまい、適正な圧下条件を満たさなくなるからである。ここで、鋳片厚み方向固相率については、前述の計算で求めた未凝固部の厚み２２を用い、当該位置での鋳片厚みから未凝固部の厚み２２を引いた値を鋳片厚みで除することによって得ることができる。

本発明において好ましくは、圧下ロール配置位置より上流側であって鋳片厚み方向固相率が０．６以上０．８５以下の位置で電磁攪拌装置９によって未凝固溶鋼の攪拌を行う。電磁攪拌を行うと、鋳片断面を腐食したときにホワイトバンド２３を観察することができ、このホワイトバンド２３に基づいて、凝固進行部２４と凝固遅延部２５の未凝固部の厚み２２を推定することができる。鋳片の厚み方向両側に形成されるホワイトバンド間の距離によって、電磁攪拌位置における未凝固部の厚み２２を把握することができる。未凝固圧下を行った鋳片については、電磁攪拌位置と鋳造後において未凝固部厚みに変化が生じるので、ホワイトバンド位置から直接未凝固部の厚みを測定する場合には、未凝固圧下を行っていない鋳片を対象にする必要がある。一方、鋳片表面からホワイトバンドまでの距離によって電磁攪拌位置における凝固厚みを把握することができる。従って、未凝固圧下を実施した鋳片であっても、未凝固圧下前の鋳片厚みから当該把握した凝固厚みを差し引くことにより、未凝固部厚みを推定することが可能となる。圧下ロール配置位置より上流側であって鋳片厚み方向固相率が０．６以上０．８５以下の位置で電磁攪拌装置９によって未凝固溶鋼の攪拌を行うので、電磁攪拌位置は未凝固部の厚み２２を計測する位置として好適範囲となる。

また、圧下ロール配置位置より上流側であって鋳片厚み方向固相率が０．６以上０．８５以下の位置で電磁攪拌装置９によって未凝固溶鋼の攪拌を行うことにより、圧下によって排出される溶質の濃化した未凝固溶鋼と上流から供給されるバルク組成の溶鋼が互いに攪拌され、濃化した溶鋼の希釈効果が大きいという効果を奏することができる。

鋳片の未凝固圧下を行うに際しての圧下量としては、溶質の濃化した溶鋼を上流に吐き出すことのできる圧下量であれば、本発明の効果を発揮することができる。圧下ロール７による圧下量を、鋳片厚みの６．６％以上とすることにより、確実に溶質の濃化した溶鋼を上流に吐き出すことができる。必要な圧下量は少なくとも鋳型厚みの６．６％相当であるが、圧下量が増大するほど、効果的に中心部に負偏析部２６を形成させるには有効である。

前述のとおり、鋳造長さ位置ごとの未凝固部の厚み２２を、計算によって算出することができる。そこで、未凝固圧下の圧下量を、未凝固圧下位置における算出した未凝固部の厚み２２で除することにより、未凝固圧下率（％）を定義する。

未凝固圧下における未凝固圧下率が大きくなり１００％に近づくほど、中心偏析改善効果が向上する。未凝固圧下率が６５％以上であると好ましい。６７％以上であるとさらに好ましい。未凝固圧下率が１００％に近い場合（９０％以上の場合）、凝固界面を完全に圧着することとなる。また、未凝固部が完全になくなるように押しつぶすことになる。また、厚さ方向両側の凝固シェルを圧着させることにもなる。

一方、未凝固圧下率が１００％を超えると、凝固完了後の鋳片を圧下することとなるので、これより大きな圧下量を確保するには過大な装置構成となり、ロール径も増大させざるをえず、本発明とは合致しない。好ましい圧下ロールによる圧下量は、鋳型厚みの８．０％以上１４．０％以下である。汎用的な連続鋳造機における鋳型厚みは高々３００ｍｍ程度であり、その場合、中心部固相率が０．２以下の範囲で３３ｍｍ程度鋳片を圧下すれば、中心部に負偏析部２６を形成するには十分である。

例えば、厚み３００ｍｍのスラブ連続鋳造において、直径４７０ｍｍの圧下ロール７を用い、圧下力が最大で６００ｔｏｎの圧下装置を用いて未凝固圧下を行ったとき、圧下力最大で未凝固圧下を行えば、厚さ方向両側の凝固シェルを圧着させつつ、未凝固圧下率が１００％を超えることがない。

溶鋼容量２７０ｔｏｎの転炉で吹錬し、取鍋処理、ＲＨ処理を行った溶鋼を、垂直部の長さ２．５ｍの垂直曲げ型連続鋳造機で連続鋳造した。試験に用いた垂直曲げ型の連続鋳造機の概略図を図１に示す。圧下ロール７は直径４７０ｍｍで、銅鋳型３内の溶鋼メニスカス２より２１ｍ下流の位置に配した。圧下力は最大で６００ｔｏｎである。圧下ロール７周辺のサポートロール径は２１０ｍｍとして、圧下ロール７とその直前のサポートロール６の間隔は３８０ｍｍとし、圧下ロール７直後の１本目のサポートロール６との間隔は２５５ｍｍ、サポートロール間同士の間隔は２４５ｍｍとした。また、銅鋳型３内の溶鋼メニスカス２より１６ｍ下流の位置に電磁攪拌装置９を設置し、鋳造中は３０ｓ印加−５ｓ非印加のパルス周期にて、溶鋼流動の向きをパルスサイクル毎に逆転する交番攪拌を行い、印加の間は周波数１．５Ｈｚ，電流９００Ａを印加しつづけた。図１に示す連続鋳造機で鋳型サイズ：２５０ｍｍ厚み、２２００ｍｍ幅とし、質量％で、０．０５％Ｃ−０．２８％Ｓｉ−１．３８％Ｍｎ−０．００８％Ｐ−０．０００５％Ｓ−０．３５％Ｃｕ−０．２６％Ｃｒ−０．２６％Ｎｉ−０．０４５％Ｖ−０．０１２％Ｔｉ−０．００３５％Ｎ−０．０３％Ａｌ−０．００１５％Ｃａを組成とする鋼を連続鋳造した。

２次冷却水量は１．２９Ｌ／ｋｇ−溶鋼とし、さらに、タンディシュ内の溶鋼過熱度を３０〜４５℃範囲で制御した。タンディッシュ（図示せず）から浸漬ノズル１を介して、溶鋼が銅鋳型３に注入される。銅鋳型３およびその下方の２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って冷却されながら、溶鋼が凝固することによって、スラブ鋳片を得る。鋳片内部に未凝固部を保持したまま、鋳片はサポートロール群を経てピンチロールにより引き抜かれる。鋳造速度、溶鋼の過熱度などのパラメーターを考慮し、非定常伝熱解析によって厚み方向の温度分布を予測することによって、圧下ロール位置を通過する際の幅中心の鋳片厚み中心の固相率（中心部固相率）を決定した。また、同じ計算により、圧下ロール位置における未凝固部の厚さ２２を計算した。

未凝固圧下を行う鋳造と行わない鋳造を実施し、それぞれについて鋳造後のスラブ鋳片から、鋳片横断面（鋳造方向に垂直な面）を機械研磨した後、１０容量％の塩酸水溶液で腐食して、鋳片横断面組織を観察した。未凝固圧下を行わない鋳造の観察結果から、電磁攪拌位置における未凝固部厚みを求め、未凝固圧下を行う鋳造の観察結果からスラブ鋳片厚み中心の偏析の評価を実施した。

《幅方向における最大の未凝固部の厚みの最小の未凝固部の厚みの差》
未凝固圧下を行わない鋳造の鋳片断面組織から、鋳型内の溶鋼メニスカスより１６ｍ下流の位置に電磁攪拌装置９によって形成されたホワイトバンド２３を観察でき、これは、相対的に白色に観察される（図３（Ａ）参照）。幅１００ｍｍピッチ毎に、Ｌ面（上面）側のホワイトバンド２３からＦ面（下面）側のホワイトバンド２３までの距離を計測し、その値を、その位置における未凝固部の厚み２２とした。その結果から、鋳片幅方向中央における最も未凝固部の厚み２２が薄い部分を凝固進行部２４とし、鋳片幅方向で最も未凝固部厚みが厚い部分を凝固遅延部２５とし、凝固進行部２４と凝固遅延部２５の未凝固部の厚み差を決定した。圧下を付与した鋳片では、圧下前の未凝固部の厚み差を正確に把握できないため、当該チャージにおいて、はじめの６ｍ超のスラブ鋳片では圧下しない操業条件とし、その鋳片を用いて、幅方向の凝固不均一性を評価した。

《スラブ鋳片厚み中心の偏析評価》
未凝固圧下を行う鋳造の鋳片横断面組織を観察した。厚み中心部が負偏析の場合、相対的に白色に見える。一方、厚み中心部において、溶質が濃化したまま凝固したことによって形成された正偏析部２７は、相対的に黒色に見える。したがって、正偏析部２７、負偏析部２６は、腐食状況（色合い）から判別できる。スラブ鋳片厚み中心部の中心偏析評価指標として、鋳片厚みの１／２に相当する長さ分（この実施例の場合、１２５ｍｍに相当）をおのおの幅方向端部から除いた幅を評価対象幅とし、鋳片厚み中心の最終凝固幅での負偏析部を積算した負偏析長を求め、負偏析長の評価対象幅（この実施例の場合、１９５０ｍｍ＝２２００ｍｍ（鋳片巾）−１２５ｍｍ×２）に対する負偏析長の百分率（％）を用いた。

上記のように算出した中心偏析評価指標が８５％以上、望ましくは、９０％以上あれば、正偏析に起因した特性の悪化はなく、良好である。

中心偏析評価指標が６５％以上８０％以下のとき、正偏析部２７から、鋳片厚み中心を基準として、鋳造方向へ２０ｍｍ×厚み方向長さ５０ｍｍの試料を採取し、電子線マイクロアナライザーによって、Ｍｎの濃度の面分析を行った。分析条件は、加速電圧１５ｋＶで、ビーム電流は４μＡとし、さらに、ビーム径およびステップは５０μｍとして、１ピクセルあたりの分析時間を８０ｍｓとした。最もＭｎ濃度が高いピクセル位置を中心に、鋳造方向へ２ｍｍ幅（４０ピクセル相当）のＭｎ濃度を積算し、平均して得た値を、正偏析部の最大Ｍｎ濃度（Ｃ_Max／質量％）とした。また、化学分析から得られる鋼のバルク組成のＭｎ濃度（Ｃ₀／質量％）を用いて、Ｍｎ偏析度＝Ｃ_Max／Ｃ₀を決定した。本測定によって定義されたＭｎ偏析度が１．２０を超えるとき、正偏析に起因した鋼板の特性不芳が顕在化することを確認した。特に、Ｍｎ偏析度が１．２０を超える条件が、中心偏析評価指標が８５％未満と合致し、また、１．１６未満の条件が中心偏析評価指標９０％以上に相当することも同時に確認した。

本発明例において、鋳型下から前記圧下ロール配置位置までの２次冷却帯の一部において、鋳片幅方向を複数の冷却水量制御領域に分割し、前記複数の冷却水量制御領域毎に冷却水量を調整することとした。冷却水量制御を行う冷却ゾーンとして、鋳型下１ｍ〜３ｍ付近の冷却ゾーンを冷却水量制御ゾーン１０とした（図１参照）。冷却水量制御ゾーン１０では、図２に示すように、鋳片幅方向において、鋳片幅中央から片側に６つの冷却水量制御領域を設け、それぞれ独立に流量調整弁１１を有し、スプレーノズル１２からの冷却水量調整を行うことができる。鋳片幅中央から両側については対称の水量が流される。未凝固圧下を行わない状況において、冷却水量制御ゾーンの水量としてまず標準の水量を与え、鋳片断面ホワイトバンドから把握される未凝固部の厚みの幅方向分布を調査した。その結果、未凝固部厚みが厚い凝固遅延部２５が観察された場合、幅方向位置が凝固遅延部２５に対応する冷却水量制御領域についてのみ、冷却水量を増加する修正を行い、凝固進行部２４と凝固遅延部２５の未凝固部の厚み差を低減した。

本発明例と比較例を表１に示す。

本発明例１〜４は、冷却水量制御によって凝固進行部と凝固遅延部の未凝固部の厚み差を１０ｍｍ以下とした上で、本発明の未凝固圧下を行った例である。特に、実施例１は、中心偏析指標が、最も良好な場合である。

比較例１〜４は、本発明の規定を満足しない例である。
比較例１は、本発明の未凝固圧下ではなく、いわゆる、元来、一般的に知られる軽圧下に相当する。中心部固相率＝０．２〜０．６では圧下勾配０．６ｍｍ／ｍで、さらに中心部固相率＝０．６以上では圧下勾配１．１ｍｍ／ｍで鋳片を圧下した場合である。正偏析型の典型的な中心偏析が観察され、負偏析部は存在しない。
比較例２〜４は未凝固圧下を行った比較例である。比較例２、３は冷却水量制御を行っておらず、幅方向の未凝固部の厚み最大と最小の差が１０ｍｍを超えているため、幅方向に圧下ムラが生じ、適正範囲の負偏析を形成することができなかった。比較例４は、圧下ロールによる圧下時の中心部固相率が０．２２であり、本発明で規定する圧下時の固相率を満足しておらず、中心偏析評価指標も満足していない。

１浸漬ノズル
２溶鋼メニスカス
３銅鋳型
４溶鋼
５凝固シェル
６サポートロール
７圧下ロール
８鋳片
９電磁攪拌装置
１０冷却水量制御ゾーン
１１流量調整弁
１２スプレーノズル
２１固相線
２２未凝固部の厚み
２３ホワイトバンド
２４凝固進行部
２５凝固遅延部
２６負偏析部
２７正偏析部

Claims

ロール径４５０ｍｍ以上６００ｍｍ以下の圧下ロールを用い、鋳片厚み中心部の固相率が０．２０以下の位置で鋳片の未凝固圧下を行うに際し、
前記圧下ロール配置位置より上流側であって鋳片厚み方向固相率が０．６以上０．８５以下の位置で電磁攪拌装置によって未凝固溶鋼の攪拌を行い、
前記電磁攪拌位置における未凝固部の厚みについて、鋳片幅方向中央における最も未凝固部厚みが薄い部分を凝固進行部とし、鋳片幅方向で最も未凝固部厚みが厚い部分を凝固遅延部とし、鋳造後の鋳片断面における前記電磁攪拌に起因するホワイトバンド位置から、凝固進行部と凝固遅延部の未凝固部の厚みを推定し、凝固進行部と凝固遅延部の未凝固部の厚み差を１０ｍｍ以下とすることを特徴とする鋼スラブ鋳片の連続鋳造方法。
ここで、鋳片厚み方向固相率については、前記電磁攪拌位置での鋳片厚みから未凝固部の厚みを引いた値を鋳片厚みで除することによって得ることができる。
前記未凝固圧下は、前記圧下ロールによる圧下量を、鋳片厚みの６．６％以上とすることを特徴とする請求項１に記載の鋼スラブ鋳片の連続鋳造方法。
鋳型下から前記圧下ロール配置位置までの２次冷却帯の一部において、鋳片幅方向を複数の冷却水量制御領域に分割し、前記複数の冷却水量制御領域毎に冷却水量を調整することにより、前記凝固進行部と凝固遅延部の未凝固部の厚み差を１０ｍｍ以下に調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼スラブ鋳片の連続鋳造方法。