JPH01258801A - 丸型連続鋳造鋳片の鍛圧方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、丸型連続鋳造鋳片の鍛圧方法、詳しくは、内
部に固液共存相の存在する丸型鋳片を鍛圧して内質の改
善を図ると共に、所望直径の鋳片を製造する丸型連鋳片
の鍛圧方法に関する。

（従来の技術） 丸型連続鋳造法（以下ＲＣＣ法と記す）による鋳片は、
溶鋼を円筒型鋳型に鋳込み、鋳型内で初期凝固殻を生成
させた後、２次冷却幣で冷却・凝固させて製造される。

このような鋳造によって、鋳片中心部には不可避的に中
心偏析が生成する。これは鋳片の最終凝固域でｃ、　ｓ
、　ｐなどの溶鋼成分が濃化し、正偏析となって現われ
るものであり、同時にポロシティを伴うことが多い。こ
れら中心偏析やポロシティの存在する丸型鋳片を穿孔法
によって鋼管に加工すると、鋼管内面に疵を生ずる原因
になる。

そこで、従来から、鋳片の中心偏析やポロシティを改善
するため、種々の対策が講じられている。

例えば、■鋳造の際に電ｆｆｆＰｉｌ拌または低温鋳造
を実施して偏析を分散する、■不拘−凝固殻を生成させ
る促進物質を添加し、等軸晶率を上げ偏析を防ぐ、■高
純化精錬を行って偏析し易い成分を低減する、■中心偏
析を誘発するバルジングを防止する、等が実施され、そ
れなりの効果をもたらした。しかし、鋳片中心部のポロ
シティの発生や凝固末期の溶鋼流動に起因する偏析まで
、防止できるまでには到っていない。

また最近では、内部に固液共存相が存在する角型鋳片に
圧下を加え、中心偏析やポロシティなどの解消を図る方
法が多数提案されている０例えば、■内部に未凝固部を
有する鋳片を複数のロールで、凝固進行に伴う収縮量に
応じて圧下する方法（特開昭６２−６１７６６号公報）
、■鋳片を鍛造金型で圧下比０．１〜０．６で間歇的に
押圧し、固液共存相の移動を抑制する方法（鉄と鋼Ｖｏ
Ｌ、７３（１９８７）Ｎｏ、４，５２０９〜５２１１、
あるいは特開昭６２−８１２５５号公報）、■鋳片を圧
延機で圧下比１．０程度で圧下し、固液共存相を絞り出
す方法（鉄と鋼Ｖｏ、６０（１９７４）Ｎｏ、７．Ｐ８
５７〜Ｐ８８４）　、等がある。これら■〜■の技術の
要旨は、鋳片の平行する２辺を圧下し、中心偏析の防止
と鋳片断面の偏平化を行うものであり、鋳片内質の改善
と偏平化による後続の圧延工程の負荷軽減を図ることが
できるなど、非常に優れたものである。しかし、前記■
〜■の技術は、スラブやブルーム等の角型鋳片に関する
ものであり、丸型連続鋳造鋳片には使用できない。それ
は、第６図に示すように、フラット金型Ｋにより内部に
未凝固部５ｂを有する丸型鋳片５を白抜き矢印方向に押
圧すると、丸型鋳片５は図示のように楕円形に変形し、
丸型鋳片である目的を喪失する。更に楕円形になった鋳
片５の凝固部の長軸側には圧縮応力Ｃが生じるが、短軸
側には引張応力ｔによる歪が生じ、この歪が蓄積して内
部割れを発生ずる。

（発明が解決しようとする課題） 従来のＲＣＣ法には、解決されるべき二つの大きな問題
がある。第１は上述した中心偏析の問題であり、第２の
問題は、スラブ連鋳法において実施されている鋳造中の
鋳型寸法の変更ができないことである。この第２の問題
のため、種々の鋳型を保有せねばならず、予備鋳型を含
めるとその数は多数になって、その整備保全費の増加は
鋳造コスト低減のネックとなり、また鋳型の頻繁な取り
替えは製造効率の低下を招いている。

そこで、この発明の目的は、丸型連続鋳造鋳片に不可避
的に生成する中心偏析およびポロシティを確実に防止し
、しかも所望寸法の鋳片を製造できる丸型鋳片の鍛圧方
法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、丸型連続鋳造鋳片の中心偏析やポロシテ
ィを防止し、しかも良好な円形断面を形成し得る丸型鋳
片の鍛圧方法について種々検討を重ねた結果、 （１）中心偏析の生成は、鋳片の凝固に伴う収縮によっ
て生ずる空隙が吸引力となり、溶質の濃化した固液共存
相を凝固完了点に吸込み移動させ、鋳片の中心部に正偏
析となって残ることに起因している。前記固液共存相の
移動領域は、中心偏析に伴って生成したＶ偏析の発生領
域から推定でき、また、その移動領域は鋳片の中心部の
局所固相率［（、（ＣＪが０．３０〜０．９５である領
域に対応する。

そして、この領域において適正な圧下を加え、空隙の発
生を抑制すれば、中心偏析やポロシティを防止できる。

（２）鋳片内部割れの防止及び鋳片断面を円形に保つに
は、適当な圧下面を有する金型により鋳片円周方向に均
等な圧下力を付与することが重要であり、均等圧下力に
よって円筒形に形成された凝固殻の溶鋼界面に圧縮応力
を生起させることができ、しかもスラブやブルームより
小さい圧下比であっても内部割れを生ずることなく中心
偏析を防止できる。

（３）圧下により鋳片には、圧下方向と直角方向にメタ
ルフローを生ずる。このメタルフローが上流側に動くと
、鋳片の引抜き方向と逆向きの力となって作用し引抜き
が困難になることがある。メタルフローが下流側に向く
ように、金型を圧下と同時に鋳造方向に移動させること
が必要である。

などの貴重な知見を得、本発明を完成するに到った。す
なわち、この発明の要旨は「円形断面を有する丸型連続
鋳造鋳片の鍛圧方法であって、鋳片中心部の局所固相率
が０．３０〜０，９５である領域を、鋳片押圧面が円弧
状に形成されると共に鋳造方向に縮径されて、少なくと
も円周方向に３分割され、その各々が等角度で、かつ、
圧下延長線が鋳片中心で交わるように配置された金型に
よって鍛圧するに際し、前記金型を鋳造方向に移動させ
つつ、各金型に等しい圧下力を付与し圧下比０．４〜０
．９で圧下することを特徴とする丸型連続鋳造鋳片の鍛
圧方法」にある。

なお、局所固相率とは、第７図に示すように、例えば、
単位体積がｌ　ｃＩａｆｆの固液共存相５ｂの立方体が
あり、固相部Ｓと液相部りとが混在する状態において、
前記単位体積１ｃｍ’に占める固相部の比率を表したも
のであり、圧下比とは、圧下量を固液共存相の直径で徐
した値である。なお前記固液共存相の直径は、例えば、
鋲打ち法などで測定することができる。

（作用） 以下、本発明の鍛圧方法について、更に詳しく説明する
。第１図は、本発明の方法によって丸型鋳片を鍛圧して
いる状態を示す略式断面図である。

第１図において、鋳型１に注入された溶！１ｉｉｌ（液
相５ａ）は、鋳型１内で初期凝固殻を形成し、ガイドロ
ール群（図示せず）によって案内されつつ、冷却水ノズ
ル２により冷却され、凝固していく。この凝固途中の固
液共存相５ｂが存在する間に、鋳造方向に移動可能な金
型３を備えた鍛圧装置４によって圧下され、所定直径の
鋳片５とされて下方に引き抜かれる。なお、５ａは液相
、５ｂは固液共存相、５ｃは完全凝固相である。

さて、この発明においては、このようにして鋳造される
鋳片を適正な条件の下で鍛圧することが重要である。そ
の理由を以下で説明する。

（ａ）圧下領域について 金型３による圧下は、固液共存相５ｂ内であって、中心
部の局所固相率が０．３（図中Ａ点の位置）から０．９
５　（図中Ｂ点の位置）の領域で行う必要がある。この
領域であれば、前述した空隙の発生が抑制され、中心偏
析が防止される。しかし、圧下域が局所固相率０．３よ
り小さい位置であると、圧下時期が早すぎて効果が少な
く、０．９５を越えた所では、すでに空隙ができ、はと
んど凝固しているため効果がない。

■）金型形状および配置について 鋳片の内部割れや変形を防止する上から、金型の形状お
よび圧下方向が重要である。丸鋳片の凝固殻は円筒形の
ため、スラブやブルームのように２方向から圧下すると
、第６図に示したように、凝固界面に引張応力により生
じた歪により内部割れを発生する。そこで、この発明で
使用される金型の押圧面は、凝固界面に圧縮応力を誘起
するように円弧状に形成され、そして所望径の鋳片にな
るように鋳造方向に縮径されている。さらに均等圧下が
できて、高温の凝固殻を破を員しないように、少なくと
も３分割されている０分割された各金型は、等角度で、
且つ、それら圧下延長線は鋳片中心点で交わるように配
置されている。

具体的に説明すると、第２図（ａ）に示すように、鋳片
５を圧下する金型３（この場合は４分割されている）は
、その鋳片圧下面３Ａは円弧状に形成されている。そし
て分割された金型３は等角度θで、その圧下方向は鋳片
５の中心点に向かうように配置されている。このような
金型３に等しい圧下力を付与し、鋳片５を図中矢印のよ
うに圧下するならば、凝固界面に圧縮応力が生じ、割れ
を発生することなく、しかも図中点線で示したような真
円度の高い鋳片５Ａを製造できる。しかし、第２図０）
）に示すように、圧下方向が鋳片中心点に一致しない状
態で圧下した場合には、点線で示されるように角ばった
鋳片５Ｂとなる。また、第２図（Ｃ）のように金型の圧
下方向が鋳片中心点と一致していても、金型相互間の角
度が異なる場合には、圧下力ベクトルの合成力Ｆを生じ
、鋳片を曲折させ、内部割れや鋳片断面の変形を招く。

（Ｃ）圧下比について この発明においては、内部に固液共存相を有する円筒状
の凝固殻を圧下するため、適正な圧下比であることが、
特に重要である。第３図は、鋳片の内部割れ、中心部正
偏析、ポロシティおよび中心部負偏析との関係を示した
ものである。この図から圧下比が０．２以上になると内
部割れが無くなることが分かる。さらに、圧下比を増し
てゆくと、中心偏析とポロシティの原因になる空隙が徐
々に減少し、圧下比が０．４以上になると、中心偏析や
ポロシティを完全に消失できることが分かる。しかし、
圧下比が０．９を越えると、溶質の濃化した固液共存相
を絞り出して中心部負偏析（連続濃１ｉりを生ずる。し
たがって、圧下比は０．４〜０．９にする。なお、前記
圧下比は固液共存相の直径と圧下量により変化するが、
固液共存相の直径は予め求めであるので、圧下量を調整
することにより容易に前記範囲に収めることができる。

（ｄ）金型の鋳造方向への移動について金型圧下により
メタルフローを生ずるため、金型を鋳造方向に移動させ
る必要がある。その移動速度ｖＩ１１は次のようにして
算出することができる。

圧下によるメタルフローは凝固殻のみに生じ、圧下中に
は凝固が進行しないと仮定すると、メタルフローによる
凝固殻の伸びは、Ｌ＝八へ／　（Ｄ　−ｄ）となる。こ
こで、Ｌは凝固殻の伸び、ΔＤは圧下量、Ｄは圧下部の
鋳片直径、ｄは凝固殻の厚さ、である、上式を用いると
金型移動速度Ｖｍは、Ｖｍ＝Ｖｃ＋ａ　−Ｖｐ／（Ｄ　
−ｄ）で求めることができる。このνｍで金型を鋳造方
向に移動させれば、鋳片を円滑に引き抜くことができる
。ここに、Ｖｐ（＝ΔＤ／Δｔ）は圧下速度、Ｖｃは鋳
造速度であり、ａは圧下中の凝固進行による上記し一Δ
Ｄ／（Ｄ−ｄ）式の補正と、圧下によるメタルフローの
伸びが全量下流側に移動せず、メタルフローが若干上流
側に生じる場合でも操業ができる、という要件から定め
られる係数で、通常０．８〜１．１の範囲である。

（実施例） 第１図に示すような鋳型の下方に鍛圧装置を設置した垂
直型ＲＣＣ装置に、Ｃ：０．２５重世％の中炭素鋼を鋳
込み、鋳片直径寸法１９０１１１１１．３３０１の２種
類の鋼管製造用ビレットを鋳造し、鍛圧装置の圧下比を
種々変えて鍛圧して鋳片の品質を調べた。

また、比較のため、鍛圧しない鋳片の品質も調査した。

なお、鍛圧装置は鋳型のメニスカス位置からｌ１ｍ下方
に設置し、金型圧下面の形状は、第４図（ａ）に示すよ
うに３分割されたものと、第４図（ｂ）のような４分割
されたもので、いずれの圧下面も第４図（Ｃ）のような
鋳造方向に縮径したものを用いた。金型の鋳造方向への
移動距離は、両鋳片の中心部の固相率０．３０〜０．９
５の区間を圧下できるようにするため、第５図に示され
る中心部固相率とメニスカスからの距離との関係図から
、１９０　ｍ＋＋ｗφ鋳片の圧下区間はメニスカス位置
から７〜１２＋ｉ（Ｃ線）、３３０１ＩＩｌφの場合は
１０〜１６ｍＣＤ線〕であるから、メニスカスの位置か
ら７〜１６ｍとした。

中心部の局所固相率［ｆ、　ｌｃｌ　］は、日本鉄鋼協
会発行の特別報告書Ｎｏ、１１　　’連続鋳片加熱炉に
おける伝熱実験と計算方法」を参考にして連鋳片の凝固
解析を行って推定した。

その結果を第１表に示す、この表から明らかなように、
本発明で定められる条件通りの鍛圧を行った試験番号３
〜７の鋳片は、中心偏析およびポロシティが共に改善さ
れ、内部割れ、中心部負偏析、鋳片形状とも極めて良好
であった。これに対し、比較法として列挙した試験番号
８〜１１の内、試験番号８は、中心部固相率が０．３０
より小さいため、中心偏析、ポロシティ、内部割れ、中
心部負偏析のいずれも改善されていない、試験番号９は
、圧下比が０．４未満であるため、試験番号８と同様に
鋳片内質の改善に到っていない、試験番号１０は、完全
凝固後の圧下であるため、変形抵抗が大きく、この実施
例で使用した鍛圧装置では、はとんど圧下できず、中心
偏析、ポロシティは改善されていない、試験番号１１は
、圧下比が１と高いため、内部割れはなく、中心偏析、
ポロシティも改善されたが、中心部負偏析が発生してい
る。試験番号１２は圧下方向が２方向のため、内部ねれ
と鋳片の偏平変形を生じている。試験番号１３は圧下方
向が不等角であるため、試験番号１２と同様に内部割れ
と鋳片の偏平変形を生じている。また鍛圧を実施しなか
った従来法の試験番号１〜２は当然のことながら、中心
偏析およびポロシティが発生している。また、この発明
の方法による縮径について、試験番号７を例にして説明
すると、鋳造のままの３３０ｗ＋ｓの鋳片を中心部の局
所固相率０．３０の状態で、圧下比０．９で圧下すれば
、圧下後鋳片直径は２５０１１１＋１まで縮径できるこ
とが分かる。したがって、このサイズ間の鋳型は不要に
なる。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明の方法によれば、鋳片内
質が良好で、所望寸法の元型鋳片を製造できる。しかも
、鋳型保有数を大幅に削減でき、製造コストおよび製造
効率の低減を図れるなど、その効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を実施する垂直型ＲＣＣ装置の
略式縦断面図、 第２図（ａ）は、本発明方法に使用する金型の略式％式
％ 第１図（ｂ）　（Ｃ）は、本発明に不適当な金型の例を
示す図、 第３図は、圧下比と鋳片内部割れ、中心偏析、ポロシテ
ィ、中心部負偏析との関係を示す図、第４図は（ａ）（
ト））（Ｃ）は、本発明の実施例において使用した金型
を示す図、 第５図は、中心部局所固相率と、そのメニスカスからの
距離との関係を示す図、 第６図は、内部に固液共存相を有する鋳片をフラット金
型で圧下した時の状態を示す図、第７図は、中心部局所
固相率を説明する図、である。 １は鋳型、２は冷却スプレー、３は金型、４は鍛圧装置
、５は鋳片、　５ａは液相、　５ｂは固液共存相。 ５ｃは完全凝固相。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円形断面を有する連続鋳造鋳片の鍛圧方法であって、鋳
   片中心部の局所固相率が０．３０〜０．９５である領域
   を、鋳片押圧面が円弧状に形成されると共に鋳造方向に
   縮径されて、円周方向に少なくとも３分割され、その各
   々が相互に等角度で、かつ、圧下延長線が鋳片中心点で
   交わるように配置された金型によって鍛圧するに際し、
   前記金型を鋳造方向に移動させつつ、各金型に等圧下力
   を付与し圧下比０．４〜０．９で圧下することを特徴と
   する丸型連続鋳造鋳片の鍛圧方法。