JPH06297121A - 連続鋳造法における鋳片の内質改善方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中心部に偏析やザク性の結果が少ない鋼材の
製造方法を提供する。 【構成】 連続鋳造法により炭素含有量が１．２％以下
の炭素鋼矩形鋳片を製造するに際し、連鋳鋳片の偏平比
を少なくとも１．２以上とすると共に、連鋳ストランド
の幅方向にストランドの幅より狭い範囲に突起部を有す
るロールまたは金型を用いて、ストランドの断面中心部
の固相率が０．４以下の範囲において厚み方向にストラ
ンドを圧下し、ストランド幅中央部に３ｍｍ〜４０ｍｍ
の凹みを形成する。 【効果】 最終凝固部を偏芯させることで材料中心部の
健全性を高め、冷間加工時や焼入れ時の割れ等の欠陥発
生を防止することで生産性の向上に寄与する。また、従
来以上に厳しい冷間加工や焼入れ等の熱処理が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続鋳造法で鋼材の中心
部に偏析やザク性の欠陥が少ない鋼材を製造するための
鋳片の内質改善方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷間の押出し、引抜き及び伸線加工、コ
イリング等の加工では、加工時に鋼材中心部に作用する
引張り応力に起因してシェブロンクラック等の割れの発
生、カッピー状の断線や折損を引起こし易い。

【０００３】特に、中心偏析が存在するとマルテンサイ
トや網目状のセメンタイト等の脆化組織が発生したり、
あるいは脆化組織が存在しなくても成分の濃化で断面中
心部の延性が低下し、上記欠陥の発生や折損及び断線を
助長する。

【０００４】また、鋼材の組織制御を目的に行なわれる
焼入れ処理において、焼入れ時に発生する内部応力によ
り脆弱な中心偏析部に割れ（焼割れ）が発生したり、そ
こから折損したりする場合がある。

【０００５】特に自動車用鋼材では燃比規制から軽量化
が強く要請されてきており、それに伴って高炭素化や高
合金化により鋼材の高強度化が進められているが、これ
らに伴って鋼材中心部の延性は益々低下し、冷間の加工
性は損われ、焼入れ時の割れ感受性は一層高まる。

【０００６】また、鋳片の中心部に生成するセンターポ
ロシティー等のザク性欠陥が発生すると、特に圧下比が
小さい場合、製品においても十分圧着されず、鋼材中心
部の機械的特性（強度や延性等）を劣化させる。

【０００７】従来、鋼材の冷間加工性を確保するためや
焼入れ時の割れを防止するため、あるいは、ザク性欠陥
による機械的特性の劣化を防止するため、連鋳工程にお
いて種々の対策が取られてきた。

【０００８】連鋳鋳片の偏析やポロシティーを改善する
方法としては従来より凝固組織を微細化し偏析の分散を
図る低温鋳造法、低速鋳造法や鋳型内や２次冷却帯等で
の電磁攪拌技術が開発されそれらの改善に寄与してきた
がこれら単独またはこれらを組合せただけでは偏析やポ
ロシティーを十分改善するに致らず、冷間加工時の欠陥
や焼割れの発生、機械的特性の劣化を防止できていな
い。

【０００９】そのため、更に偏析を改善するため均熱拡
散処理で対応したり、鋳造サイズを大きくして圧下比を
確保する等がなされ、それらに伴って大幅なコストを上
昇を招いていた。

【００１０】一方、特公昭５９―１６８６２号、特公昭
５９―３９２２５号、特公昭６２―３４４６０号、特公
平２―５６９８２号等には凝固末期に鋳片をロールで圧
下し、凝固収縮を補償すると共に、凝固収縮に基づく濃
化溶鋼の流動を抑え中心偏析やポロシティーを改善する
凝固末期軽圧下の方法が開示されている。

【００１１】これらの凝固未期軽圧下では中心偏析の大
幅な改善は可能であるが、鋼材の高炭素化や高合金化に
伴って許容偏析レベルが厳格化したり、ポロシティー等
のザク性欠陥の発生が激化すると本技術によっても冷間
加工性や耐焼割れ性の確保や機械的特性の劣化防止が困
難になってきている。

【００１２】また、特開昭６１―１３２２４７号、特開
昭６３―１８３７６５号、あるいは「鉄と鋼」第６０年
第８７５〜８８４頁には凝固末期の鋳片をロールあるい
は金型で大圧下して中心偏析を改善する方法が開示され
ている。

【００１３】特開平３―２２６３３７号には凝固完了前
に鍛圧加工を施し、鋳片軸芯部のＣ含有量の比Ｃ／Ｃｏ
を０．８〜１．０５にする高炭素熱延素材の製造方法が
開示されている。

【００１４】しかしながら、本発明者らが検討した結果
では、上記大圧下の適用で中心偏析やポロシティー等の
ザク性欠陥の改善は認められるものの、鋼種によっては
大圧下によって内部割れが発生し、却って内質を劣化さ
せる場合があった。

【００１５】さらに伸線性等の冷間加工性向上を図る技
術として中心偏析部を偏位させることで鋼材中心部の健
全性を高める方法（特開平０１―２７７１４）が開示さ
れており、具体的に中心偏析部やザク性欠陥を偏位させ
る方法として、特開平０２―１８２３４７のように鋳片
長辺の中央部と周辺部において２次冷却水の量を変えた
り、あるいは特開平０１―２１１９４２のように４面の
内１面を放冷する等で冷却強度を極端に下げて偏芯凝固
させる方法が提案されいる。

【００１６】しかし、特開平０２―１８２３４７の方法
では熱伝導度の大きい鋼の鋳片において凝固速度の分布
を変えて最終凝固部を確実に偏芯させるのは容易でな
く、また、本法および特開平０１―２１１９４２の方法
では、冷却が不均一化することで発生する熱応力に起因
する鋳片形状の歪みや内部割れの発生、表面性状の劣化
を防止できない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高炭素化や
高合金化による鋼材の高強度化が進展するなかで、加工
および熱処理時の欠陥発生原因である連鋳鋳片の中心部
の偏析やザク性欠陥の発生を防止して鋼材中心部の健全
性を確保する方法を提供するものであり、内部割れの発
生や表面性状の劣化を防止しつつ、より確実に連鋳スト
ランドの最終凝固部を偏芯させることで安定して鋼材中
心部の健全性を向上する方法を提供するものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、 （１）連続鋳造法により炭素含有量が１．２％以下の炭
素鋼矩形鋳片を製造するに際し、連鋳鋳片の偏平比を少
なくとも１．２以上とすると共に、連鋳ストランドの幅
方向にストランドの幅より狭い範囲に突起部を有するロ
ールを用いて、ストランドの断面中心部の固相率が０．
４以下の範囲において厚み方向にストランドを圧下し、
ストランド幅中央部に３ｍｍ〜４０ｍｍの凹みを形成す
ることを特徴とする鋳片の内質改善方法。

【００１９】または、 （２）連続鋳造法により炭素含有量が１．２％以下の炭
素鋼矩形鋳片を製造するに際し、連鋳鋳片の偏平比を少
なくとも１．２以上とすると共に、連鋳ストランドの幅
方向にストランドの幅より狭い範囲に突起部を有する金
型を用いて、ストランドの断面中心部の固相率が０．４
以下の範囲において厚み方向にストランドを圧下し、ス
トランド幅中央部に３ｍｍ〜４０ｍｍの凹みを形成する
ことを特徴とする鋳片の内質改善方法。 である。

【００２０】

【作用】図１、図２及び図３に本発明の概念図を示す。

【００２１】本発明において連鋳鋳片の偏平比を少なく
とも１．２以上とすると共に、ストランド６の幅方向に
ストランドの幅より狭い範囲に突起部を有するロール４
あるいは金型８を用いて、ストランドの断面中心部の固
相率が０．４以下の範囲において厚み方向に圧下し、ス
トランド幅中央部に３ｍｍ〜４０ｍｍの凹みを形成する
理由について説明する。

【００２２】最終凝固部を偏芯させることで鋳片の断面
中心部の健全性を確保するには凝固が進行して、中心偏
析の原因である凝固収縮に起因する濃化溶鋼の流動がス
トランドの断面中心部で激しくなる前に凝固プロフィー
ルを変更することが必要であり、よって、遅くとも凝固
収縮流動が激化するストランドの断面中心部の固相率が
０．４までに最終凝固部が断面中心からずれるように凝
固プロフィールを変更する必要がある。

【００２３】また、上記凝固プロフィールを確実に変更
する方法について種々検討した結果、先に述べたように
連鋳機内の冷却条件をストランド幅方向に変更する方法
ではその効果が安定せず、内部割れや表面割れの問題も
あり、連鋳鋳片の偏平比を少なくとも１．２以上とする
と共に、連鋳ストランドの幅方向にストランドの幅より
狭い範囲に突起部を有するロールあるいは金型を用い
て、ストランドを厚み方向に圧下し、ストランドの幅中
央部に３ｍｍ〜４０ｍｍの凹みを形成することが最も有
効と考えられた。

【００２４】連鋳鋳片の偏平比については、偏平比を
１．２未満では上記のような突起部を有するロールある
いは金型を用いて、ストランドを厚み方向に圧下し、ス
トランドの幅中央部に３ｍｍ〜４０ｍｍの凹みを形成し
て凝固プロフィールを変更しても、最終凝固部を十分に
偏位させるのが困難で、圧下によってストランドが幅広
がりし易く偏平比が１．２以上の場合に比べ内部割れの
発生を防止しにくい。

【００２５】圧下によって形成するストランドの幅中央
部の凹みの深さをに３ｍｍ〜４０ｍｍにする理由は凹み
の深さでは冷間加工性等を向上するために十分最終凝固
部を偏位させ得ず、４０ｍｍ以上となると連鋳以降の圧
延工程で表面疵を発生させずに凹みを修復することがよ
り困難となるためである。

【００２６】また、ロールや金型でストランドを圧下す
る際にはロールや金型１段当りの圧下量や圧下速度を内
部割れが発生しない範囲に制限するのが好ましく、その
ためには、ロールや金型をストランド長手方向に多数配
置し、徐々に圧下するのが良い。

【００２７】さらに、圧下による凹みが深過ぎて表面疵
にならず、しかも、内部割れが発生しない範囲であれ
ば、ストランドの断面中心部の固相率が０．４以上の範
囲についても圧下しても構わない。

【００２８】

【実施例】以下実施例に基づいて本発明について説明す
る。

【００２９】尚、本発明の実施例では連鋳ストランドの
幅中央部該当部に突起部を有するロールにより圧下して
ストランドの幅中央部に凹みを形成させ、断面中央部の
偏析や内部割れは鋳片幅中央部から採取した鋳片縦断面
のサンプルでエッチプリントとサルファープリントを実
施して評価し、ザク（ポロシティー）については板厚５
ｍｍした鋳片縦断面のサンプルにおいて透過Ｘ線により
その生成状況を観察、評点付けして評価した。

【００３０】第１表に示す組成の溶鋼を主に偏平比１．
２１の２４７ｍｍ厚×３００ｍｍ幅の鋳型を用いて第２
表に示す条件で鋳造、圧下した。

【００３１】一部の鋳造では比較のため偏平比１．０の
２２０ｍｍ厚×２２０ｍｍ幅の鋳型を用いた。本発明の
実施例では、鋳造速度を調整して圧下位置における連鋳
ストランドの断面中心部の固相率が０．４以下になるよ
う制御した。

【００３２】また、比較のため一部のストランドで本発
明を実施しない場合や本発明の技術的要件を満たさない
場合についてもを鋳片や成品でサンプルを採取し、鋳片
内質および成品特性について調査した。

【００３３】第３表に各鋳片サンプルで鋳片断面中心部
の偏析、ザク（ポロシティー）及び内部割れの生成状況
をそれぞれエッチプリント評点、ポロシティー評点及び
サルファープリントの内部割れ評点で評価した結果を示
す。各評点共に値が大きいほど内質が劣化していること
を示す。

【００３４】本表から明らかなように本発明の適用によ
り鋳片断面中心部の偏析およびザク（ポロシティー）は
比較材に比べ大幅に改善されおり、また、本発明では鋳
片の偏平比が１．０で圧下した比較材のような顕著な内
部割れの発生も認められない。

【００３５】得られた鋳片を復熱炉経由で１６２ｍｍφ
のビレットに分塊圧延し、さらに、そのビレットを棒鋼
と線材に圧延して種々の成品特性について調査した。

【００３６】第４表には棒鋼圧延で４０φに圧延したＳ
４８Ｃ相当の冷間押出し用鋼において、材料中心部から
平行部５ｍｍφのＪＩＳ４号タイプの引張り試験片を各
水準１０本ずつ採取し、冷間押出し時のシェブロンクラ
ックの発生と良い相関のある材料中心部の絞りを評価し
た結果を示す。

【００３７】本発明を適用した製品の中心部の絞り（Ｒ
Ａ）は比較材に比べ高い値を示し、最終凝固部すなわち
偏析部の偏位により冷間押出し性の改善が図られている
ことが分る。

【００３８】更に、第５表には軸受け鋼を２４φに圧延
した棒鋼の断面中心部からミクロサンプルを採取し、ナ
イタールエッチで網目状セメンタイトの生成状況を観察
した結果を示す。

【００３９】本表から明らかなように本発明を適用した
材料では冷間加工性に有害な網目状セメンタイトの消滅
しており、軸受け鋼程度の高炭素鋼においても本発明に
より冷間加工性の大幅な改善が期待できる。

【００４０】第６表には２６φに線材圧延した硫黄快削
鋼（ＳＵＭ２３）を２３φに引抜き、矯正後超音波探傷
（ＵＴ）を掛けて、中心部の欠陥エコーから引き割れの
発生有無について調査した結果を示す。

【００４１】本発明法を適用して製造された材料では通
常の方法で製造された比較材で発生する引き割れの発生
は認められず、本発明法が引き割れの発生防止について
も顕著な効果を有することがわかる。

【００４２】また、第４〜６表には成品表面疵を評価し
た結果も一緒に示したが、圧下量が４０ｍｍを越えた場
合は鋳片に付けた凹みが製造上問題となるレベルの表面
疵となるが、４０ｍｍ以下では問題のないレベルに収ま
っている。

【００４３】以上の鋳片内質評価及び成品での冷間加工
性の評価結果より明らかなように、鋼材中心部の健全性
は本発明の実施によりかなり向上しており、よって、従
来中心偏析等に起因して発生していた焼割れについても
大きな改善効果が期待できる。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】

【表３】

【００４７】

【表４】

【００４８】

【表５】

【００４９】

【表６】

【００５０】

【発明の効果】本発明により、内部割れの発生や表面性
状の劣化を防止しつつ、より確実に連鋳鋳片の中心部の
偏析やザク性欠陥の発生を防止しして鋼材中心部の健全
性の向上が図られる結果、冷間加工や熱処理時の欠陥発
生が防止でき、それらの加工、熱処理工程の生産性向上
に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概要を模式的に示した側面図。

【図２】ロール圧下方式の本発明の慨要を模式的に示し
た正面図。

【図３】金型圧下方式の本発明の慨要を模式的に示した
側面図。

【符号の説明】

１ タンディッシュ ２ 鋳型 ３ サポートロール ４ 圧下ロール ５ 固相率０．４の等固相率線 ６ 連鋳ストランド ７ 未凝固部 ８ 金型

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造法により炭素含有量が１．２％
   以下の炭素鋼矩形鋳片を製造するに際し、連鋳鋳片の偏
   平比を少なくとも１．２以上とすると共に、連鋳ストラ
   ンドの幅方向にストランドの幅より狭い範囲に突起部を
   有するロールを用いて、ストランドの断面中心部の固相
   率が０．４以下の範囲において厚み方向にストランドを
   圧下し、ストランド幅中央部に３ｍｍ〜４０ｍｍの凹み
   を形成することを特徴とする鋳片の内質改善方法。
2. 【請求項２】 連続鋳造法により炭素含有量が１．２％
   以下の炭素鋼矩形鋳片を製造するに際し、連鋳鋳片の偏
   平比を少なくとも１．２以上とすると共に、連鋳ストラ
   ンドの幅方向にストランドの幅より狭い範囲に突起部を
   有する金型を用いて、ストランドの断面中心部の固相率
   が０．４以下の範囲において厚み方向にストランドを圧
   下し、ストランド幅中央部に３ｍｍ〜４０ｍｍの凹みを
   形成することを特徴とする鋳片の内質改善方法。