JPH06246414A - 高炭素鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 二次冷却の不均一、アンバランスに起因する
表面ひび割れを防止する。 【構成】 Ｃ０．７０％以上を含有する高炭素鋼の連続
鋳造方法において、二次冷却帯に所定間隔で鋳片コーナ
ー部に対向して赤熱線温度センサーを設置し、鋳込み中
の鋳片コーナー部の温度変化を測定して全鋳込み長さに
おける鋳片コーナー部の温度を計算によって推定し、推
定した鋳片コーナー部の温度が８５０〜７００℃の領域
の冷却速度を１０〜３０℃／ｍｉｎ、二次冷却帯のその
他の区間の冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以下で冷却する 【効果】 高炭素鋼の連続鋳造における表面割れを大幅
に低減でき、良品歩留を大幅に向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高炭素鋼の連続鋳造
において、表面ひび割れの発生を防止できる連続鋳造法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】湾曲型の連続鋳造においては、鋳型内冷
却および鋳片が鋳型冷却帯を通過した後の湾曲鋳片案内
通路内水冷帯における冷却（以下二次冷却という）を行
い、その後鋳片を真直ぐに伸ばす矯正を行う。従来、連
続鋳造における二次冷却についての考えは、ブレークア
ウト防止の観点から、未凝固部の比較的多い区域では強
冷、特に鋳型直下においては相当な強冷を行い、未凝固
部の少ない区域では、徐冷を行って表面層の復熱を図
り、ダイレクトローリングあるいはダイレクトホットチ
ャージ等の前提である高温鋳片を得るようにしている。

【０００３】また、上記ダイレクトローリングあるいは
ダイレクトホットチャージ等の前提の一つに無欠陥鋳
片、特に表面欠陥のない鋳片の製造があり、鋳型パウダ
ー、鋳型オッシレーションおよび材質等、あるいは二次
冷却等について種々の改善が実施され、鋳片の表面きず
の発生率がかなり低下している。従来連続鋳造の二次冷
却は、鋼の凝固速度と表面品質の両面からその水量が決
定されており、鋳込み速度、溶鋼温度から計算される表
面温度が任意の点において、常に一定になるよう制御さ
れている。

【０００４】特に炭素含有量０．７％以上の高炭素鋼
は、溶鋼凝固時の液相線と固相線の温度差が、一般鋼に
比較して大きいために完全凝固シェルの形成が遅れがち
となり、鋳型下端での凝固シェル層は薄いものになると
考えられる。また、高炭素鋼は、一般鋼に比較して高温
強度が著しく低く、このために鋳型下端のロール間やク
ーリングプレート間でバルジングにより容易に変形し易
い状態にあることが知られている。このため高炭素鋼
は、二次冷却水の不均一、アンバランス等により表面の
ひび割れが発生し易い。このひび割れの深さは、０．５
〜５ｍｍで分塊圧延後においてもビレットに残留し、さ
らに継目無管製管後においてもパイプの表面に欠陥とな
って残留する場合がある。鋳片に発生したひび割れ欠陥
は、表面に付着したスケールのために鋳片段階で発見す
ることが不可能であり、分塊圧延後のビレット段階でも
同様の理由で困難である。このため、鋳片にひび割れが
発生した場合は、そのまま鋼管の表面きずになるのが普
通であり、中間製品での手入れ、選別ができないため、
鋳片におけるひび割れ発生を防止することが、連続鋳造
において極めて大きな課題である。

【０００５】上記高炭素鋼の連続鋳造における鋳片のひ
び割れ発生機構は、鋳型内において溶鋼が凝固する際、
図４（ａ）〜（ｃ）図に示すとおり、凝固収縮により鋳
型１のコーナー近傍の鋳片２から鋳型１より離脱する。
離脱部は、鋳型１への抜熱量が低下し、凝固速度が低下
するため鋼の柱状晶が肥大化すると共に、凝固シェルが
薄いために応力集中による内部割れ３が発生する。つい
で鋳片２は、鋳型１からでたのち二次冷却過程において
セメンタイトがオーステナイト粒界に析出し、冷却によ
る熱応力によって脆いセメンタイトに沿って前記内部割
れが伝播拡大し、表面でひび割れ状の開口部４を形成す
るものと推定される。

【０００６】従来、連続鋳造における鋳片のひび割れを
防止する方法としては、溶鋼の連続鋳造において鋳型を
離れ、二次冷却帯に導入される鋳片を冷却するにあた
り、鋳片の表面温度が９００℃に降下するまでの二次冷
却帯中の区間における鋳片表面温度初期冷却速度を３０
〜８０℃／ｍｉｎとなし、これに続く鋳片表面温度９０
０℃以降二次冷却帯出口点までの二次冷却帯中の区間に
おける鋳片表面温度後期冷却速度を２０℃／ｍｉｎとす
る方法（特開昭５１−８７４３１号公報）、Ｃ０．５％
以上を含有する高炭素鋼スラブの連続鋳造方法におい
て、鋳型直下の前記高炭素鋼スラブ鋳片の長辺側をバル
ジングの発生を抑制する冷却水量にて強制冷却すると共
に、短辺側を長辺側に適用される単位面積当り水量の１
／２以下に制限して冷却する方法（特開昭５６−３００
６５号公報）、冷却鋳型を通過した連鋳片を二次冷却し
つつ、湾曲状に案内する連続鋳造方法において、鋳型直
下から鋳造鋳片の凝固率が約半分となるまでの鋳片表面
温度の降下推移を平滑化すると共に、鋳片矯正点直前の
冷却を緩冷却として復熱を図り、鋳片矯正点における鋳
片表面温度を９００〜９５０℃以上とする方法（特開昭
５６−１０９１４９号公報）、Ｎｉを７．５〜１０．０
重量％含有する鋼を連続鋳造するに際し、二次冷却帯を
通過する鋳片を、その鋳片表面の温度が９５０℃に降下
するまでの初期段階では８０〜４０℃／ｍｉｎの冷却速
度で冷却させ、続いて鋳片表面の温度を９５０℃以下に
降下させる後期段階では２０℃／ｍｉｎ以下の冷却速度
で冷却させ、かつ鋳片幅方向におけるその表面温度差を
１００℃以内にする方法（特開昭５７−３２８６２号公
報）等が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭５１−８７
４３１号公報に開示の方法は、ＡｌＮの粗大結晶の発生
を防止し、また鋳片表面の凝固シェル厚みを一様にして
熱応力による表面欠陥を防止するもので、高炭素鋼特有
の問題点を解決することができない。また、特開昭５６
−３００６５号公報に開示の方法は、スラブのコーナー
部に発生する割れを防止することのみを対象とするもの
である。さらに、特開昭５６−１０９１４９号公報に開
示の方法は、熱応力を小さくして、かつ鋳片矯正点にお
ける脆化温度域を避けることによって表面ひび割れを防
止するもので、高炭素鋼特有の問題点を解決することが
できない。さらにまた、特開昭５７−３２８６２号公報
に開示の方法は、Ｎｉ含有鋼に特有の二次冷却の初期冷
却速度を８０〜４０℃／ｍｉｎ、後期冷却速度を２０℃
／ｍｉｎ以下とすることによって、熱応力を緩和し、冷
却復熱によるＡｌＮの析出を防止して鋳片表面のひび割
れを防止するもので、高炭素鋼の連続鋳造における表面
ひび割れ問題解消に適用することができない。

【０００８】この発明の目的は、高炭素鋼の連続鋳造に
おいて、二次冷却の不均一、アンバランスに起因する表
面ひび割れを防止できる高炭素鋼の連続鋳造方法を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を重ねた。その結果、二次冷
却過程において、セメンタイトがオーステナイト粒界に
析出し、冷却による熱応力によって、脆いセメンタイト
に沿って鋳型の離脱部で発生した内部割れが伝播拡大
し、表面でひび割れ状の開口部を形成するのを防止する
には、オーステナイト粒界へのセメンタイトの析出を抑
制するのが効果的であること、オーステナイト粒界への
セメンタイトの析出は、オーステナイトを種々な速度で
冷却して、変態の開始点と終結点を測定し、温度と時間
（対数）との関係として図示した連続冷却変態線図（Ｃ
ｏｎｔｉｎｕｏｎｓ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｔｒａｎｓｆｏ
ｒｍａｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ 以下ＣＣＴ曲線とい
う）において、セメンタイト生成ラインからパーライト
生成ラインの間において発生し、この時間が長い場合は
セメンタイトの析出に必要な炭素の拡散時間が十分なた
め、オーステナイト粒界に析出するが、時間が短い場合
はセメンタイトの析出に必要な炭素の拡散が十分でな
く、粒内にも微細に析出する。したがってオーステナイ
ト粒界へのセメンタイトの析出を抑制するには、セメン
タイト生成からパーライト生成までの温度域（８００〜
７５０℃）を急冷してその温度域の通過時間を短くする
のが効果的であることを究明し、この発明に到達した。

【００１０】すなわちこの発明は、Ｃ：０．７０％以上
を含有する高炭素鋼の連続鋳造方法において、二次冷却
帯に所定間隔で鋳片コーナー部に対向して赤熱線温度セ
ンサーを設置し、鋳込み中の鋳片コーナー部の温度変化
を測定して全鋳込み長さにおける鋳片コーナー部の温度
を計算によって推定し、推定した鋳片コーナー部の温度
が８５０〜７００℃の領域の冷却速度を１０〜３０℃／
ｍｉｎ、二次冷却帯のその他の領域の冷却速度を１０℃
／ｍｉｎ以下で冷却することを特徴とする高炭素鋼の連
続鋳造方法である。

【００１１】

【作用】この発明においては、高炭素鋼の連続鋳造にお
いて、二次冷却帯の鋳片温度８５０〜７００℃の領域の
冷却速度を１０〜３０℃／ｍｉｎ、二次冷却帯のその他
の領域の冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以下で冷却するか
ら、図１、図２に示すとおり、セメンタイト生成ライン
からパーライト生成ラインまでの８００〜７５０℃温度
域が急冷され、その温度域通過時間が短縮されてオース
テナイト粒界へのセメンタイトの生成が抑制され、オー
ステナイト粒界に沿った表面割れが防止される。また、
二次冷却帯のその他の領域を徐冷することによって、表
面部の温度不均一による熱応力割れを防止することがで
きる。

【００１２】この発明において、二次冷却帯の鋳片温度
８５０〜７００℃の区域の冷却速度を１０〜３０℃／ｍ
ｉｎとしたのは、１０℃／ｍｉｎ未満ではオーステナイ
ト粒界に沿った表面割れを防止できず、また、３０℃／
ｍｉｎを超えるとオーステナイト粒界へのセメンタイト
の析出を抑制できるが、熱応力による割れが発生するか
らである。また、二次冷却帯で１０〜３０℃／ｍｉｎで
急速冷却する領域の鋳片温度を８５０〜７００℃とした
のは、セメンタイト生成ラインからパーライト生成ライ
ンまでの８００〜７５０℃温度域を急速冷却するため、
その温度域よりそれぞれ５０℃高い温度から５０℃低い
温度まで冷却することにより、８００〜７５０℃温度域
をより効果的に急速冷却できるからである。さらに、二
次冷却帯のその他の領域の冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以
下としたのは、１０℃／ｍｉｎを超えると鋳片表面部の
温度不均一による熱応力割れが発生するからである。

【００１３】この発明において、高炭素鋼のＣ含有量を
０．７０％以上としたのは、０．７０％未満の場合は、
凝固過程において初析がセメンタイトでなくフェライト
であるため、熱応力割れの発生がなく、前記冷却速度を
規制する必要がないからである。

【００１４】

【実施例】

実施例１ Ｃ：０．９８〜１．０３％、Ｓｉ：０．２０〜０．３０
％、Ｍｎ：０．３０〜０．４０％、Ｐ：０．０１５％以
下、Ｓ：０．００５〜０．００７％、Ｃｕ：０．０３０
％以下、Ｃｒ：１．４０〜１．４７％、Ｎｉ：０．０３
％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．００２％以
下、Ｖ：０．０２０％以下、Ｎｂ：０．０１０％以下、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００７〜０．０２５％、Ｎ：０．０
０４〜０．０１２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避
的不純物からなる高炭素鋼を、鋳込み速度０．４０〜
０．５０ｍ／ｍｉｎで４１０ｍｍ×５３０ｍｍのブルー
ムに連続鋳造するに際し、二次冷却帯の鋳片コーナー部
温度７００〜８５０℃領域のスプレー水量を従来の２〜
１６倍とし、二次冷却帯のその他の領域を従来例と同一
に冷却した場合について、鋳片表面のひび割れ発生頻度
を調査した。その結果を従来例と比較して図３に示す。
なお、二次冷却帯の鋳片コーナー部温度７００〜８５０
℃領域のスプレー水量を従来の２〜１６倍とした場合に
おける冷却速度は、表１に示すとおりであった。また、
二次冷却帯の鋳片コーナー部温度は、二次冷却帯に所定
間隔で鋳片コーナー部に対向して赤熱線温度センサーを
設置し、鋳込み中の鋳片コーナー部の温度変化を測定し
て全鋳込み長さにおける鋳片コーナー部の温度を計算に
よって推定したものを用いた。

【００１５】

【表１】

【００１６】図３に示すとおり、二次冷却帯の鋳片コー
ナー部温度７００〜８５０℃領域のスプレー水量を従来
の５倍以上１０倍未満、すなわち、二次冷却帯の鋳片コ
ーナー部温度７００〜８５０℃領域の冷却速度を１０〜
３０℃／ｍｉｎとすることによって、鋳片表面のひび割
れ発生頻度が従来の１／５に低減した。

【００１７】実施例２ 実施例１と同じ組成の高炭素鋼を、鋳込み速度０．４０
〜０．５０ｍ／ｍｉｎで４１０ｍｍ×５３０ｍｍのブル
ームに連続鋳造するに際し、鋳型部冷却水量ならびに４
つの区域に分割した二次冷却ゾーンのスプレー水量を表
１に示すとおり変更し、二次冷却帯の鋳片コーナー部温
度７００〜８５０℃領域のスプレー水量を従来の１０倍
にして冷却し、鋳片のひび割れ発生率を測定した。その
結果を従来例と比較し、表２に示す。

【００１８】

【表２】

【００１９】表２に示すとおり、二次冷却ゾーンの鋳片
コーナー部温度７００〜８５０℃領域のスプレー水量を
従来の１０倍、すなわち、冷却速度３０℃／ｍｉｎで冷
却した本発明法の場合は、鋳片ひび割れ発生率が従来の
０．８５％に比較し、０．１７％と１／５に低減してお
り、その効果は明らかである。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明方法によれ
ば、高炭素鋼の連続鋳造における表面割れを大幅に低減
することができ、大幅な良品歩留の向上が可能となり、
コストの低減、省力化に寄与することができると共に、
製品歩留を著しく向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の原理を従来例と比較して説明するた
めのＣＣＴ線図である。

【図２】本発明と従来例の鋳片の鋳込み長さ全長に亘る
温度推移を示すグラフである。

【図３】実施例１における二次冷却ゾーンの鋳片コーナ
ー部温度７００〜８５０℃領域のスプレー水量とひび割
れ発生頻度との関係を示すグラフである。

【図４】鋳片ひび割れ発生のメカニズムを示すもので、
（ａ）図は鋳型内においてコーナー近傍の鋳片が鋳型か
ら離脱する状態図、（ｂ）図は応力集中による内部割れ
の説明図、（ｃ）図は鋳型から出た後で内部割れの伝播
拡大による表面ひび割れ状の開口形成の説明図である。

【符号の説明】 １ 鋳型 ２ 鋳片 ３ 内部割れ ４ 開口部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：０．７０％以上を含有する高炭素鋼
   の連続鋳造方法において、二次冷却帯に所定間隔で鋳片
   コーナー部に対向して赤熱線温度センサーを設置し、鋳
   込み中の鋳片コーナー部の温度変化を測定して全鋳込み
   長さにおける鋳片コーナー部の温度を計算によって推定
   し、推定した鋳片コーナー部の温度が８５０〜７００℃
   の領域の冷却速度を１０〜３０℃／ｍｉｎ、二次冷却帯
   のその他の区間の冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以下で冷却
   することを特徴とする高炭素鋼の連続鋳造方法。