JPH038864B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は連続鋳造鋳片の厚み中心部にみられる
不純物元素、即ち鋼鋳片の場合には硫黄、燐、マ
ンガン等の偏析を防止し均質な金属を得ることの
できる連続鋳造方法に関するものである。 （従来の技術） 近年、海洋構造物、貯槽、石油およびガス運搬
用鋼管および高張力線材などの材質特性に対する
要求は厳しさを増しており、均質な鋼材を提供す
ることが重要課題となつている。元素鋼材は、断
面内において均質であるべきものであるが、鋼は
一般に硫黄、燐、マンガン等の不純物元素を含有
しており、これらが鋳造過程において偏析し部分
的に濃化するため鋼が脆弱となる。特に近年生産
性や歩留の向上及び生エネルギー等の目的のため
に連続鋳造法が一般に普及しているが、連続鋳造
により得られる鋳片の厚み中心部には通常顕著な
成分偏析が観察される。こうした成分編析は最終
製品の均質性を著しく損ない、製品の使用過程や
線材の線引き工程等で鋼に作用する応力により亀
裂が発生するなど重大欠陥の原因になるため、そ
の低減が切望されている。かかる成分偏析は凝固
末期に残溶鋼が凝固収縮力等によつて流動し、固
液界面近傍の濃化溶鋼を洗い出し、残溶鋼が累進
的に濃化していくことによつて生じる。従つて成
分偏析を防止するには、残溶鋼の流動原因を取り
除くことが肝要である。かかる溶鋼流動原因とし
ては、凝固収縮に起因する流動のほか、ロール間
の鋳片バルジングやロールアライメント不整に起
因する流動等があるが、これらの内最も重大な原
因は凝固収縮であり、偏析を防止するにはこれを
補償する量だけ鋳片を圧下することが必要であ
る。 鋳片を圧下することにより偏析を改善する試み
は古くからなされており、例えば特公昭59−
16862号公報に記載されているように、連続鋳造
工程において鋳片中心部温度が液相線温度から固
相線温度に至るまでの間鋳片を凝固収縮を補償す
る量以上の一定の割合で圧下する方法が知られて
いる。 しかしながら、この場合、条件によつては偏析
改善効果が殆ど認められなかつたり、場合によつ
ては、偏析がかえつて悪化する等の問題があり、
成分偏析を充分に改善することは困難であつた。 本発明者らはかかる従来法の問題の発生原因に
ついて種々調査した結果、従来性の場合に偏析改
善効果が認められなかつたり、あるいは偏析がか
えつて悪化することが起るのは、基本的に圧下す
べき凝固時期範囲が不適正であることに起因して
おり、次の三つの事実が考慮されていなかつた点
にあることがわかつた。その一つは、ロールアラ
イメントの不整、ロール曲り等の機械的要因によ
つて偏析が悪化しかつその悪影響は圧下量が大き
いほど顕著となることである。鋳片を圧下するこ
とによる偏析改善効果は、凝固収縮補償による偏
析改善効果と機械的要因による偏析悪化の逆効果
の差として得られ、機械的要因が大きい場合には
その悪影響が凝固収縮補償による偏析改善効果を
上回り、かえつて偏析が悪化することが起こる。
二つ目の事実は圧下すべき量である。圧下量は凝
固収縮を過不足なく補償する量でなければなら
ず、この値を超える圧下を加えると偏析は再び悪
化する。もう一つの事実は、線状偏析に関するも
のである。線状偏析とは、鋳片を鋳造方向に平行
に切断した断面でみた時に、鋳片厚み方向中心部
の高濃度部分が鋳造方向に細く連続した形態の偏
析であつて、これを鋳片広幅面に平行な面で観察
すると偏析部が網目状に連なつている。線状偏析
は圧延後の製品においても残存し、連続した高濃
度部分が亀裂の優先的伝播径路となるため製品を
脆弱にする。線状偏析は凝固末期に温度に鋳片を
圧下した場合に発生する偏析形態であり、軽圧下
による偏析改善効果を発揮するには偏析形態が線
状となるのを避け、分散したスポツト状の形態と
しなければならない。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は従来法のかかる問題点を解消
し、均質な鋼材を得るための連続鋳造方法を提供
するにある。 （問題点を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、鋳片を連続的に
引き抜く溶融金属の連続鋳造方法において、鋳片
厚み中心部が固相率0.1ないし0.3となる時点から
流動限界固相率となる時点までの領域で、鋳片表
面温度を900℃以下に維持しつつ0.5mm／分ないし
2.5mm／分の割合で鋳片を連続的に圧下すること
を特徴とする連続鋳造方法にある。 以下、本発明を更に詳述する。 中心偏析のない鋳片を得るための手段として前
記特公昭59−16862号公報に開示されているよう
な軽圧下法は有効な方策ではあるが、本発明者ら
の知見によれば、軽圧下法において極めて重要な
ことは、その圧下すべき領域である。すなわち中
心偏析を低減するには、鋳片厚み中心部が、固相
率0.1ないし0.3となる時点から流動限界固相率と
なる時点までの領域（以後この領域をステージ
−２と称す）で凝固収縮を過不足なく補償するよ
うに連続的に鋳片を圧下することが重要である。 ここで流動限界固相率とは、溶鋼が流動し得る
上限の固相率であつて、固相率0.6ないし0.8の値
である。 中心偏析は固液共存域内、すなわち鋳片中心部
が液相線温度となる時点から固相線温度となる時
点の間の領域内での溶鋼流動によつて生じるもの
であるが、本発明者らの知見によれば鋳片に圧下
を加えることによる偏析改善効果は中心部固相率
の高い下流域で大きく、上流域では小さい。何故
ならば、下流側での凝固収縮を補うために上流側
から供給される溶鋼は鋳片厚み方向では、最も流
動抵抗の小さい厚み中心付近の溶鋼が主体となる
が、厚み中心付近の溶鋼の濃度は中心部固相率が
増大するにつれて高くなるので、下流域ほど高濃
度の溶鋼が最終凝固部へ吸引され中心偏析への悪
影響が大きいからである。逆に上流域では中心部
溶鋼の濃度が低いため溶鋼流動による中心偏析へ
の影響は小さく、言いかえれば圧下による偏析改
善効果が小さい。 ところで本発明者らは数多くの実験から次の事
実を見い出した。すなわち、一般に連続鋳造機の
互いに対をなす上、下ロールの間のロール間隔は
設定値に対して鋳造中は多少のずれを生じる（こ
のずれを以後動的アライメント不整と呼ぶ）。こ
の動的アライメント不整は、軸受のガタや、鋳片
幅方向の反力の違い、ロールのたわみ、ロールの
熱反り等によつて生じ、ロールが鋳片から受ける
反力が大きいほど、言いかえれば圧下量が大きい
ほど大きく、これによつて新たな流動が発生し、
偏析を悪化させる。鋳片を圧下することによる偏
析改善効果は、凝固収縮補償による偏析改善効果
と動的アライメント不整を増加させることによる
偏析悪化の逆効果との差として得られる。前者の
偏析改善効果は下流域で大きく、上流域で小さい
ので、上流域で圧下した場合動的アライメント不
整による偏析悪化の逆効果が凝固収縮補償による
偏析改善効果を上回り、かえつて偏析が悪化する
ことが起こる。 本発明者らは数多くの実験から、その境界が、
中心部が固相率0.1ないし0.3となる時点であり、
通常の工業的規模の連鋳機においては、該時点よ
り上流側では鋳片を圧下することにより、中心偏
析がかえつて悪化することがあることを見出し
た。悪化の度合は連鋳機の整備状態が悪く、動的
アライメント不整の程度が著しいほど、また圧下
量が、大きいほど顕著となる。すなわち、中心部
固相率が0.1ないし0.3となる時点より上流側で中
心部が液相線となる時点より下流側の領域（以後
この領域をステージ−１と称す）では、軽圧下
による中心偏析改善効果が小さく、動的アライメ
ント不整を極めて小さく管理していない場合に
は、中心偏析がかえつて悪化することがあるた
め、基本的には圧下を行わない方がよく、もし、
圧下する場合には、圧下量を0.5mm／分未満とす
ることが望ましい。また、通常圧下領域では、圧
下反力に耐え得るロール支持構造とする必要があ
り、設備的にもコスト高となるため、上記領域を
圧下しないことは、設備費削減という経済効果を
ももたらすことになる。 鋳片厚み中心部が流動限界固相率となる時点よ
り下流側で中心部が固相となる時点より上流側の
領域（以後この領域をステージと称す）では厚
み中心部の未凝固溶鋼は固相で遮られ互いに孤立
しているため、凝固収縮による溶鋼流動は起り得
ず、従つて圧下する必要はない。一方、この領域
で鋳片に過度の圧下を加えると、中心偏析の形態
は製品特性に対して有害な線状偏析となる。製品
特性に対して最も有利である分散した微細なスポ
ツト状の偏析形態を得るためには、この領域では
基本的に圧下しないことが好ましくもし圧下する
場合には圧下量を0.5mm／分未満とすることが望
ましい。 以上より本発明において圧下すべき領域は鋳片
中心が固相率0.1ないし0.3となる時点から流動限
界固相率となる時点までの領域とする。但し、動
的アライメント不整が著しく小さく悪化による悪
影響が殆ど無視できる場合や圧化量が0.5mm／分
未満の範囲内の場合には該領域の上流側のステー
ジ−１についても圧下してさしつかえない。又
製品特性上線状の偏析形態が有害でない場合や圧
下量が0.5mm／分未満の範囲内であれば下流側の
ステージについても圧下してさしつかえない。
本発明に係るステージ−１、−２、の各領
域の圧下状態と凝固状態の関係を第１図に示す。 次に圧下すべき量について説明する。 通常、連鋳鋳片には中心部の偏析のほかに、第
２図に示すようにＶ状の偏析（Ｖ偏析）が見られ
る。このＶ偏析は凝固収縮によつて生じるもので
あるから、その発生個数を観察することによつ
て、圧下量が凝固収縮量に対して充分か否かを知
ることが出来る。本発明者らは、かかる現象を観
察することにより次の二つの事実を見い出した。
その一つは、圧下量の考え方に関するものであり
凝固収縮量を補償するために重要なのは、ロール
一本あたりの圧下量（単位mm）ではなく、クレー
ターエンド（凝固先端）近傍数ｍの範囲での平均
的な圧下速度（mm／分）であることを知つた。こ
こで圧下速度とは鋳片上の任意の点が、複数のロ
ールの間を通過する過程で単位時間当り圧下され
る量をいう。実操業におけるロール間隔の設定に
あたつては、上記圧下速度を引抜速度で除した
値、すなわち圧下勾配（単位mm／ｍ）により、鋳
造方向単位長さ当りの圧下量（すなわちロール間
隔絞り込み量）を知ることが出来る。もう一つの
事実は、凝固収縮を過不足なく補償するための圧
下量（以後適正圧下量と呼ぶ）に関するものであ
る。適正圧下量に対し圧下量が小さすぎると、鋳
造方向に向うＶ偏析が生じるが圧下量が大きすぎ
ると鋳造方向と逆方向（すなわちメニスカスの方
向）に向うＶ偏析（以後逆Ｖ偏析と称す）が生じ
る。適正圧下量とは、Ｖ偏析も逆Ｖ偏析も生じな
い圧下量として定義づけられる。適正圧下量は、
鋳片の厚み、幅、冷却条件によつて変化するが、
本発明においては、圧下量が0.5mm／分未満では
Ｖ偏析が生じ、2.5mm／分を越えると逆Ｖ偏析が
生じると共に中心偏析を悪化させるという実験事
実に基づき、0.5〜2.5mm／分と規定した。好まし
い範囲は、通常スラブの場合は0.5ないし1.5mm／
分、ブルームもしくはビレツトの場合には1.0な
いし2.5mm／分である。 次に鋳片を圧下することによる中心偏析改善効
果をより顕著とならしめる方策について述べる。
前記したように鋳片を悪化することによる偏析改
善効果は、凝固収縮補償による偏析改善効果と動
的アライメント不整を増加させることによる偏析
悪化の逆効果との差として得られるものであるか
ら、動的アライメント不整による悪影響を極力小
さくすることが必要である。本発明者らはその為
の方策として分割ロールによるロールの熱反りの
防止、摩耗量が小さいロールの使用等、動的アラ
イメント不整そのものを抑制する方策と動的アラ
イメント不整があつてもその悪影響を他の方法に
より抑制する方法とがあり後者の方策として、圧
下領域内で鋳片表面温度を低い値に維持すること
が有効であることを見出した。この際の鋳片表面
温度は第３図に示す如く、900℃以下、好ましく
は850℃以下とすることが必要である。こうする
ことにより凝固殻の剛性が増大し局部的変形が生
じにくくなるので動的アライメント不整による不
均一圧下の影響が抑制され、鋳片に圧下を付与す
ることによる中心偏析改善効果がより顕著とな
る。また鋳片表面温度低下による凝固殻の剛性増
大は同時に圧下反力の増大を意味しているので本
発明を実施する場合、所定の圧下量を確保できる
ように充分な押付力をロールに付与することが肝
要である。この際過圧下になることを避けるには
上下ロールの軸受部にスペーサをはさむなどの方
法を採ればよい。鋳片表面温度を900℃以下に維
持することは、スプレー水量等の２次冷却条件を
調節しつつ鋳造することにより容易に実現でき
る。この際ロールの熱反り量を0.4mm未満に維持
しておけば凝固殻の剛性増大による偏析改善効果
が更に有効に発揮できる。 なお、含Nb鋼等の合金鋼を湾曲型もしくは垂
直曲げ型連続鋳造機で鋳造する場合、矯正域での
矯正歪みにより鋳片表面に割れが生じることがあ
る。かかる表面割れは表面温度が900℃超では発
生しにくく、900℃以下で多発する傾向がある。
このような鋼に本発明を適用する場合には、例え
ば矯正域までは表面温度を900℃超に維持し、そ
の後急冷し、表面温度を900℃以下に維持し得る
水平部の領域にステージ−２がくるように鋳造
速度および圧下域を設定するなどの方策を講ずる
ことが必要である。 次に本発明を実施例により説明する。 表１の組成を目標成分として、転炉で溶製し
Caを添加して成分調整した溶鋼を240mm厚×1580
mm幅のスラブ断面サイズで連続鋳造し次いで厚板
に圧延した。 連続鋳造直後の鋳片からサンプルを採取し、中
心偏析指数、Ｖ偏析個数を調査した。また圧延後
の厚板からサンルプを採取し、HICテストを実施
しHIC割れ発生率を調査した。その結果を表２に
まとめて示す。なお、中心偏析指数とは、鋼中
Mnのレードル値を基準としてこの値の1.3倍以上
の高濃度部分（偏析スポツト）の厚みを指数化し
て示したもので、この値が大きいほど成分の偏析
が大であることを示している。

【表】

【表】 連続鋳造にあたり、鋳造速度は、中心部固相率
が約0.7となる時点がロールセグメントの境界に
くるように設定し1.0ｍ／分とした。また上記ロ
ールセグメント境界から上流側2.2ｍの領域をス
テージ−２とし、本発明適用鋼Ａ、Ｂ、Ｃおよ
び比較鋼Ｄではステージ−２での圧下量が0.85
mm／分となるように鋳造前に予めロール間隔を調
整した。ステージ−２の領域長さはステージ
−１と−２の境界が中心部固相率0.1ないし0.3
となるように伝熱計算より定めた。本発明に係る
鋼Ａ、Ｂおよび比較鋼Ｅ、Ｆではロール熱反り量
を低く抑えるために、３分割ロールにより鋳造し
た。この際鋳造中にロール変位を測定した結果ロ
ール熱反り量はいずれも0.4mm未満であつた。こ
れに対し、本発明に係る鋼Ｃおよび比較鋼Ｄでは
一本ロールを使用したために、ロール熱反り量は
それぞれ最大0.8mm、1.2mmであつた。比較鋼Ｅは
圧下量不足でＶ偏析が発生した例、比較鋼Ｆは圧
下量が過大で逆Ｖ偏析が発生した例、また比較鋼
Ｄは圧下量は適正であるもののロール熱反りが大
きく鋳片表面温度が高いために圧下による偏析改
善が不充分であつた例であり、いずれもHIC割れ
発生率が高い。これに対し本発明鋼Ａ、Ｂ、Ｃで
は圧下量が適正で、かつ鋳片表面温度900℃以下
に維持するようにスプレー水量を調節したために
HIC割れ発生率がいずれも10％未満に抑えられて
おり比較鋼との間に顕著な差が認められ、本発明
の有効性が実証された。なお本発明鋼の内では鋼
ＣのHIC割れ発生率が最も高いが、それでも鋼Ｄ
に比べ偏析は大幅に改善されている。これは鋼Ｃ
では鋳片表面温度が低いことによる凝固殻剛性増
大効果およびスプレー水量を多くしていることに
よりロール表面温度が低下し、ロール熱反り量も
減少したことの効果によるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る各凝固ステージ、圧下す
べき量および範囲の関係を示す図、第２図は連続
鋳造鋳片にみられる中心偏析とＶ偏析の模式図、
第３図は中心偏析と鋳片表面温度の関係を示す図
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋳片を連続的に引き抜く溶融金属の連続鋳造
   方法において、鋳片厚み中心部が固相率0.1ない
   し0.3となる時点から流動限界固相率となる時点
   までの領域で、鋳片表面温度を900℃以下に維持
   しつつ0.5mm／分ないし2.5mm／分の割合で鋳片を
   連続的に圧下することを特徴とする連続鋳造方
   法。