JPH05293618A - 連続鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、連続鋳造の厚み中心部に見られる
不純物元素の偏析を防止し、均質な金属を得ることので
きる連続鋳造法を提供する。 【構成】 鋳片の凝固過程において、偏析の生成に対し
て凝固収縮流動の影響が最も大きい凝固時期を、軽圧下
における鋳造速度減速試験を実施することにより定量化
して、この濃化溶鋼の集積が最も大きい凝固時期に至る
前に、大圧下することにより偏析のない鋳片を安定して
製造し、また適性な大圧下時期を明らかにする連続鋳造
法である。 【効果】 偏析のない均質な鋳片を安定して鋳造でき、
高温，長時間の分塊加熱条件の低温，短時間化により使
用エネルギーの逓減をも図り得る

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造の厚み中心部
に見られる不純物元素、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。

【０００２】

【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，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
要課題となっている。

【０００３】元来鋼材は、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
生産性や歩留向上および省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。

【０００４】上記した成分偏析は最終成品の均質性を著
しく損ない、製品の使用工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。

【０００５】かかる成分偏析は、凝固末期に残溶鋼が凝
固収縮力等により流動し、固液界面近傍の濃化溶鋼を洗
いだし、残溶鋼が累進的に濃化していくことによって生
じる。従っ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。

【０００６】このような流動原因としては、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
のうち最も重大な原因は凝固収縮であり、偏析を防止す
るには、これを保証する量だけ鋳片を圧下することが必
要である。

【０００７】

【発明が解決すべき課題】鋳片を圧下することにより偏
析を改善する試みは従来より行われており、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の凝固収縮を保証する量以上の一
定割合で圧下する方法が知られている。

【０００８】しかしながら従来の連続鋳造方法は、条件
によっては偏析改善効果が殆ど認められなかったり、場
合によっては偏析がかえっ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った。

【０００９】これらの改善方策として、例えば特公平３
−６８５５号公報において、鋳片の中心部が固相率０．
１ないし０．３に相当する温度となる時点から流動限界
固相率に相当する温度となる時点までの領域を、単位時
間当り０．５ｍｍ／分以上２．５ｍｍ／分未満の割合で
連続的に圧下し、鋳片中心部が流動限界固相率に相当す
る温度となる時点から固相線温度となるまでの領域は、
実質的に圧下を加えないようにした技術が良く知られて
いる。

【００１０】一方近年「材料とプロセス，Ｖｏｌ．２
（１９８９）−１１６６」において、１００ｍｍ以上の
圧下を実施し、中心固相率が０．５〜０．９２の範囲で
圧下し、中心部偏析の低減と、さらには負偏析を積極的
に利用する凝固末期大圧下法が提案されるに至ってい
る。

【００１１】しかし上記のそれぞれの方法で大圧下し偏
析を改善しようとした場合、偏析が良好となる圧下範囲
が狭いため、得られた鋳片の成分分布および偏析は、操
業変動に敏感であり、また高固相率領域での圧下のため
に、大圧下により樹間から排出された濃化溶鋼は、鋳造
が進むに従い残溶鋼を濃化し、鋳片の鋳造方向の成分不
安定，および偏析の発生が問題となり、これらの解決が
重要課題である。

【００１２】上記課題を解決するため、本発明者はさら
に研究を進めた結果、大圧下による偏析改善に有効な凝
固時期範囲が存在することを知見したもので、すなわち
本発明は、不純物元素等の偏析を防止し、均質な金属を
得ることのできる連続鋳造方法を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、凝固末期に鋳片を圧下しつつ引き抜く溶融金属の
連続鋳造法において、濃化溶鋼が集積する前の鋳片の中
心固相率が０．５より低固相率領域で、２０〜１５０ｍ
ｍの大圧下をして偏析を防止することを特徴とする連続
鋳造法である。

【００１４】また、上記連続鋳造法において、鋳造速度
を減速することにより偏析が悪化する鋳片の減速時の凝
固時期を、凝固時間，あるいは中心固相率で定量化し
て、この凝固時期より早い凝固時期に２０〜１５０ｍｍ
の大圧下をすることを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】以下本発明を、作用とともに詳細に説明する。

【００１６】本発明者らは、偏析の生成機構について実
機およびラボ実験によりさらに研究した結果、偏析は鋳
片の中心部にブリッジングが形成され中心部の通液抵抗
が増大した後、中心より肌側に近い位置のまだ凝固が終
了していないデンドライト樹間の濃化溶鋼が、凝固収縮
吸引力により中心部に吸引されて集積形成され、Ｖ偏析
はこの際の濃化溶鋼流動の通路であり、最も濃化溶鋼の
集積が激しい凝固時期が存在することを知見した。

【００１７】本発明者はさらに濃化溶鋼の集積時期につ
いて研究した結果、濃化溶鋼の集積が最も激しい凝固時
期は、図２に示す鋳造速度パターンで、鋳造速度を減速
した場合の偏析挙動により把握できることを知見し、本
発明を成し遂げた。

【００１８】図３に鋳造速度の減速に伴う偏析の悪化挙
動の例を示す。鋳造速度の減速に伴い、鋳造速度の減速
の影響を受けた鋳片の中で特に偏析が悪化している鋳片
が存在し、この場合、偏析が最も悪化した鋳片の鋳造速
度減速時の凝固時期は中心固相率で０．１８前後の鋳片
であることを知見した。

【００１９】図１は、同一鋼種において樹間濃化溶鋼が
中心部に集積し始めると考えられる凝固時期が、中心固
相率で０．１８直前の短い間に９０ｍｍの圧下をした場
合の偏析改善例である。濃化溶鋼の集積が始まる凝固時
期（中心固相率で０．１８）の直前に大圧下をすること
により偏析のバラツキがなく、鋳造長手方向に安定した
鋳片が得られることが判る。

【００２０】表２は、本発明法により種々な鋼種で凝固
組織を変更した場合の、濃化溶鋼の集積時期を測定した
結果である。濃化溶鋼の集積が激しい凝固時期は、鋼
種，凝固組織，鋳片サイズで差がある。また濃化溶鋼の
集積する凝固時期が最も遅いのは低炭素鋼柱状晶凝固の
場合で、凝固時期が中心固相率で０．５０の時に最も濃
化溶鋼の集積が激しい。

【００２１】表２に示す濃化溶鋼の集積が最も激しい凝
固時期より低固相率側で、図５に示す連鋳機により大圧
下を行なった。偏析を良好とするための圧下量は、鋼
種，凝固組織で差があり、必要圧下量は濃化溶鋼が激し
く集積する凝固時期に近いほど小さくて良く、低固相率
で圧下するほど大きな圧下量が必要で、本発明法で定量
化した凝固時期に近い位置で圧下することが好ましい。

【００２２】また高炭素鋼で圧下量を１５０ｍｍ以上に
した場合、中心部は負偏析となり、鋳片長手方向の成分
変動が発生し、偏析が良好となる圧下量が存在する。こ
のような負偏析が発生し、成分分布が不安定になる大圧
下量は、表２に示すごとく鋼種により差がある。

【００２３】以上のごとく、大圧下を実施する凝固時期
の定量的把握は非常に重要で、これらの適正大圧下時期
は、表２に示すごとく凝固組織，鋼種，鋳片サイズで差
があり、本発明法で定量化した適正圧下タイミングに適
正に大圧下することが品質の安定化にとって必要であ
る。このようにして本発明により、偏析のない均質な鋼
材を得ることが可能な簡便な圧下法が提供される。

【００２４】なお鋳片の凝固時期を中心固相率で示した
のは、樹間濃化溶鋼の集積が始まると考えられる凝固時
期は鋳片中心部の通液抵抗が増大する凝固時期で、この
通液抵抗増大に対し、中心部の固相の割合を示す中心固
相率が最も影響を及ぼすと考えられるためで、偏析発生
の凝固時期を示す指標として最も適切である。

【００２５】中心固相率は、下記（１）式に示すごとく
鋳片中心部の温度の関数として算出する。鋳片中心部の
温度は、冷却条件や鋳造速度等の操業条件に基づき伝熱
計算により予め計算するか、または鋳造中の冷却や鋳造
速度等の条件に基づき計算する。

【００２６】この中心固相率は、鋳造速度，冷却条件，
鋳片サイズ，鋼種が決まれば、特開平２−３０３６６１
号公報に示されたごとく凝固時間の関数であり、同じ凝
固時間の関数であるシェル厚、未凝固厚、未凝固率に容
易に換算することができる。

【００２７】

【数１】 鋳片の中心固相率＝（Ｔｌ−Ｔ）／（Ｔｌ−Ｔｓ） ……（１）

【００２８】ただしＴｌ：溶鋼の液相線温度（℃），Ｔ
ｓ：溶鋼の固相線温度（℃），Ｔ：鋳片の中心温度
（℃）である。

【００２９】中心固相率を適用する意味は以上のごとく
で、鋳片サイズ，鋼種，冷却条件が定まった場合、中心
固相率に変わる簡便な凝固時期を示す指標として、凝固
時間が有効である。

【００３０】

【実施例】次ぎに本発明を実施例により説明する。

【００３１】実施例１として、濃化溶鋼の集積が激しい
凝固時期を定量化するため行なった連鋳機の概略を図４
に示す。図４において軽圧下帯内の軽圧下ロール１によ
り鋳片の凝固末期に圧下する。

【００３２】鋳造した溶鋼組成を表１に示す。図１に示
す鋳造速度の減速を含む鋳造速度パターンで鋳造し、減
速の影響を受けた鋳片の偏析の発生状況を図２に示す。
図２の中には偏析悪化鋳片の鋳造速度減速開始時の凝固
時間と中心固相率を示す。偏析が最も悪化している鋳片
の鋳造速度減速開始時の凝固時期は、中心固相率で０．
１８に相当する。

【００３３】

【表１】

【００３４】図５は大圧下を実施した連鋳機である。圧
下は大圧下ロール帯で行い、大圧下ロール２は２本装備
している。１ロールの圧下量は最大１００ｍｍ，全圧下
量の最大は２００ｍｍが実現できる。図４の連鋳機で鋳
造した場合と同一鋼種，凝固組織となるよう調整して、
凝固時期が中心固相率で０．１８の直前に図５の連鋳機
の大圧下ロール２で９０ｍｍの大圧下を実施した。

【００３５】このように鋳造した鋳片の偏析を、凝固時
期が中心固相率が０．５〜０．９２の間で９０ｍｍの大
圧下を実施した場合と比較して図３に示す。従来法では
偏析が変動し、鋳造が進むに従い偏析が悪化するのに対
し、本発明法で決定した凝固時期に大圧下することによ
り鋳片長手方向に偏析がなく、偏析の変動も小さな成分
分布が安定した鋳片が得られる連続鋳造法が提供され
る。

【００３６】実施例２として、試験を実施した連鋳機は
実施例１の場合と同じである。さまざまな凝固組織，鋼
種によって、鋳造速度減速により偏析が悪化した鋳片の
鋳造速度減速時の凝固時期を、中心固相率（ｆｓｍ）で
定量化した例を表２に示す。

【００３７】表２には図５の連鋳機で鋳造し中心偏析が
良好になったｆｓｍの直前の全圧下量を示す。偏析が良
好となる圧下量は鋼種，凝固組織で差があり、２０ｍｍ
〜１５０ｍｍの圧下量で、偏析のない鋳片を短い圧下帯
長さで作ることができる。

【００３８】

【表２】本発明法で決定した種々な鋼種，凝固組織の大
圧下すべき位置

【００３９】なお表２の鋼種は以下のカーボンレベルを
意味する。 高炭素鋼：％Ｃ＞０ ．４５， 中炭素鋼：０．２５≦
％Ｃ≦０．４５，低炭素鋼：％Ｃ＜０．２５ また＊印はスラブ ：鋳片厚２４０ｍｍ，鋳片幅１２０
０ｍｍ その他ブルーム：鋳片厚３００ｍｍ，鋳片幅５００ｍｍ

【００４０】なお大圧下は大圧下ロール２のみで実施す
るのが良いが、圧下量が確保できない場合、大圧下ロー
ル１も使い偏析が良好となる圧下量を確保する。また圧
下位置がｆｓｍより低固相率になればなるほど、偏析が
良好となる必要圧下量は大きくなる。また圧下量が大き
過ぎた場合、負偏析の拡大と鋳造長さ方向の偏析、成分
の変動が大きくなるため、最大圧下量には限界がある。

【００４１】

【発明の効果】以上説明した如く本発明の連続鋳造法の
連鋳機内における大圧下鋳造により、偏析のない均質な
鋳片を安定して鋳造できるようになり、高温，長時間の
分塊加熱条件の低温，短時間化により、使用エネルギー
の逓減をも図り得る

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明例の大圧下法（中心固相率0.18より前の
大圧下）と従来例の大圧下法（中心固相率0.5 〜0.92で
の大圧下）の偏析の比較を示す図面である。

【図２】濃化溶鋼の集積凝固時期を知るための試験鋳造
速度パターンを示す図面である。

【図３】鋳造速度を減速した場合（図２の鋳造速度パタ
ーン）の偏析挙動を示す図面である。

【図４】濃化溶鋼集積開始位置を定量化するために用い
た連鋳機の概略を示す図面である。

【図５】大圧下を実施した連鋳機の概略を示す図面であ
る。

【符号の説明】

１ 軽圧下ロール ２ 大圧下ロール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凝固末期に鋳片を圧下しつつ引き抜く溶
   融金属の連続鋳造法において、濃化溶鋼が集積する前の
   鋳片の中心固相率が０．５より低固相率領域で、２０〜
   １５０ｍｍの大圧下をして偏析を防止することを特徴と
   する連続鋳造法。
2. 【請求項２】 凝固末期に鋳片を圧下しつつ引き抜く溶
   融金属の連続鋳造法において、鋳造速度を減速すること
   により偏析が悪化する鋳片の減速時の凝固時期を、凝固
   時間，あるいは中心固相率で定量化して、この凝固時期
   より早い凝固時期に２０〜１５０ｍｍの大圧下をするこ
   とを特徴とする請求項１記載の連続鋳造法。