JPH08192256A - 連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋳片の中心偏析やセンターポロシティーを防
止し、しかも圧下に伴う負偏析領域を実質皆無にする生
産性や経済性を損なわない連鋳鋳片を提供する。 【構成】 鋼材の品質劣化を生じる偏析やセンターポロ
シティーを効率的に皆無にするとともに、圧下によって
必然的に発生する負偏析領域を実質皆無にするために、
未凝固率が少なくとも４０％以下の領域において、圧下
量δと未凝固厚の比が０．０２５〜０．２５の範囲内で
未凝固溶鋼を圧下することを特徴とする連続鋳造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、連続鋳造によって鋳
片を製造するに際して、未凝固溶鋼が残存する領域で圧
下を行って中心偏析やセンターポロシティーの無い鋳片
を製造するとともに、圧下によって生じる負偏析や正偏
析部の残存する領域、いわゆる非定常部の領域を極少に
する連続鋳造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、連続鋳造法を用いて製造した鋳片
は、凝固の最終部位である厚みの中心部には不可避的に
Ｃ、Ｍｎ、ＰやＳ及びその他の元素が濃化したり、セン
ターポロシティーと称される空隙を伴った欠陥が発生
し、これらの欠陥が存在する鋳片を熱間圧延して製品を
製造した場合には、鋼材の特性が著しく阻害される欠点
を有していた。

【０００３】かかる欠陥を有する連続鋳造片から鋼材を
製造するに際しては、鋼材の材質を確保する上で影響の
大きい元素である燐、硫黄や水素等を軽減するために、
精錬工程で脱燐、脱硫に加えて脱水素処理を行ったり、
更には熱間圧延前に均熱拡散処理と称す鋳片厚み中心部
に集積した偏析元素や、最終凝固部に生成するセンター
ポロシティー部に集積した水素等の拡散処理を行った
り、センターポロシティーを圧着させるために高形状比
圧延を行う等の予備処理や、圧延および圧延後に複雑な
冷却制御を行うなど、該欠陥に起因する鋼材の品質劣化
を防止する手段が用いられていた。

【０００４】従って、このような工程を経て製造された
鋼材は、必然的にコストが高く経済性の面で劣るもので
あった。

【０００５】このような背景から、かかる鋳片の中心部
欠陥である中心偏析やセンターポロシティーを解消する
ために、例えば、クレーターエンド近傍に２対以上のロ
ールを配置し、鋳造方向の単位長さ当たりの圧下率をロ
ールピッチとクレーターエンド位置の関数として、ある
範囲に規定することにより該欠陥を防止する方法が、特
開昭５２−５６０１７号公報に開示されている。

【０００６】また、凝固末端位置で面部材を用いて狭持
し、凝固率４０％以上の領域を１回当たりの圧下率を
１．５％以下、全圧下率を０．５〜５．０％の範囲で断
続的に圧下しながら完全に凝固させる方法が、特開昭５
２−２０２１４５号公報に開示されている。

【０００７】さらに、内部溶鋼が凝固完了するクレータ
ーエンド近傍で、１対以上の往復動式の鍛造型により圧
下勾配を０．１〜４．０ｍｍ／ｍとし、圧下サイクルを
５〜１００回／分の条件で鍛圧を反復しつつ、連続的に
引き抜く技術が、例えば、特開昭６０−１２１０５４号
公報に開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】鋼材の特性で、中でも
厚み中心部の特性を改善し母材と同一の特性を確保する
ためには、前記した中心部の該欠陥を根本的に無くすこ
とが必要である。

【０００９】しかし、前記した特開昭５２−５６０１７
号公報や特開昭５２−２０２１４５号公報に開示された
方法は、凝固収縮や熱収縮に見合った程度の圧下率でし
か圧下していないために、このような方法で製造した鋳
片には凝固過程で不可避的に発生する中心偏析を完全に
防止するには至っていなかった。

【００１０】また、センターポロシティーに関しても、
凝固末期は凝固率が高く、溶鋼が流動しうる固相率が少
なくなることから、凝固収縮を補償する程度の軽圧下で
は、デンドライトの樹間に残存した溶鋼が、完全に凝固
する際に生じる空隙には、新たな溶鋼を供給することが
できないために、かかる方法を用いても０．１ｍｍを越
える径のセンターポロシティーまでをも、皆無に制御す
ることはできない等の欠点を有していた。

【００１１】なかでも、ロールを用いて軽圧下を行う方
法では、複数のロールで圧下した場合、不可避的にロー
ル直下の圧下量が大きくなることから、鋳造方向全体に
亘って均一な勾配を付与することは困難であり、実際の
鋳造時にしばしば起こる凝固完了する位置が鋳造方向や
幅方向で異なる場合には、鋳造方向や幅方向で適正な圧
下量が異なるために、結果的に得られた鋳片中心部の偏
析やセンターポロシティーには、必然的に大きな変動が
存在することは避け得なかった。

【００１２】従って、従来ほど長時間の均熱拡散処理は
必要なくなったものの、依然として精錬工程での脱燐、
脱硫や脱水素処理のほか高形状比圧延等の予備処理を余
儀なくされ、このため依然として製造コストが高く、し
かも得られた鋼材の品質はバラツキが大きいばかりでな
く、製品厚の拡大ができないといった難点があった。

【００１３】一方、特開昭６０−１２１０５４号公報に
開示された方法は、特に圧下勾配が４０ｍｍ／ｍの如
き、大きな圧下勾配を選定した場合には、図４に示され
るように、圧下を受けたかかる鋳片の厚み中心部は未凝
固圧下する以前に凝固した部分の濃度に比し、濃度が低
いいわゆる負偏析を有した鋳片が得られることになる。

【００１４】かかる鋳片を熱間圧延して製造した鋼材
は、厚み方向の未凝固状態で圧下された部位とそれ以外
の部位で濃度差が生じるため、得られた鋼材の特性も厚
み方向で変化し、要求特性を満足できない場合がしばし
ば発生する等の欠点を有しており、その改善のために、
必要以上の合金添加を行って要求特性を確保することが
必要であった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
一気に解決する画期的手段として、連続鋳造機を用いて
鋳片を製造するに際して、未凝固率が少なくとも４０％
以下の凝固末期において、下記の式（１）を満足する圧
下条件で未凝固圧下を行うことを特徴とする、中心偏析
やセンターポロシティーの無い鋳片を製造するととも
に、圧下に伴う負偏析等の非定常部の無い鋳片を製造す
る技術を提供することにある。

【００１６】 ０．０２５≦（１−α）≦０．２５ ・・・（１） （１−α）＝δ／（Ｄ−２ｄ） ・・・（２） α：圧下前に圧下帯位置に存在した溶鋼が圧下された後
に残存した比率 δ：圧下量 Ｄ：スラブ厚 ｄ：圧下帯入り側の凝固厚み

【００１７】

【作用】以下、本発明を詳細に説明する。まず、製品の
品質特性に及ぼす偏析の影響に関して、偏析比（偏析部
の元素の濃度／溶鋼の濃度、ここでは燐の偏析比（Ｐ偏
析比と略称）で代表して述べる。

【００１８】鋼片におけるＰ偏析比と厚板製品における
溶接熱影響部の−６０℃における靱性値の関係を図３
に、またセンターポロシティーの最大径とＺ方向の引張
試験における引張強さとの関係を図４に示す。

【００１９】図３に示すように、Ｐ偏析比が２．０を超
えると−６０℃における溶接熱影響部の靱性値は極度に
低下したり、バラツキが大きく鋼材の規格にも因るが規
格値を満足しなかったり、あるいは規格値を満足しない
までには至らないものの、安定した品質が確保できない
こと等の課題がある。

【００２０】一方、Ｐ偏析比が０．８未満になると−６
０℃における靱性値は再び低値を示すことを見だしたの
である。つまり、高靱性値を得る条件はＰ偏析比で０．
８／２．０の領域でしか得られないことを知見したので
ある。

【００２１】また、図３中には０．１ｍｍを超えるセン
ターポロシティーが存在した場合に靱性値についても併
記した●印が、同図に示すように０．１ｍｍ以上のセン
ターポロシティーが存在すると、たとえ偏析比が０．８
〜２．０の適正範囲に制御できたとしても安定した靱性
値を確保することは困難なことを知見した。

【００２２】さらに、図４に示すように最大径が０．１
ｍｍを超えるセンターポロシティーが鋳片に存在すると
とＰ偏析比が２．０以下の場合であってもＺ方向の引張
試験において規格値を満足する特性が確保できないこと
も併せて見いだしたのである。

【００２３】本発明者らは、さらに研究を進め、前記し
たＰの偏析引張が２．０以下であり、かつ板厚中心部の
センターポロシティーの最大径が０．１ｍｍ以下に同時
に制御する方法を検討するに当たり、図５に示す凝固末
端の模擬圧下装置を用いて、連鋳工程の最終凝固部近傍
の凝固形態を実験室的に再現し、まずＰ偏析比に及ぼす
圧下量δと圧下直前の未凝固厚の関係を調査した。な
お、図５に示す装置は、鋳片１の凝固完了直前部（未凝
固先端部）を上下一対のチャッキングバー７ａ，７ｂを
有し、上バー７ａを油圧シリンダー４で昇降可能とし、
下バー７ｂを固定したものである。

【００２４】その結果は、図１に示すように、Ｐ偏析比
を２．０以下に制御し得る領域は未凝固率が増大する程
（凝固率が小さい程）、圧下率を増大しなければならな
いが（■印）、その一方過大に過ぎると靱性やＺ方向引
張試験において低値が発生するＰ偏析比０．８未満の領
域（●印）になることをこの実験により見いだしたので
ある。

【００２５】さらに、未凝固率によって異なるがある圧
下量を越えると内部割れが発生することがあり、この内
部割れを発生させる限界圧下量は未凝固率４０％以上の
範囲では１０ｍｍ以上の圧下量を付与すると発生し、未
凝固率が大きくなるほど、この内割れが発生する限界圧
下量が小さくなることを、この実験により見いだしたの
である。

【００２６】つまり、未凝固率と圧下率との関係をある
範囲に維持しないと、偏析比を適正な領域に維持できな
い上に、圧下に伴う内部割れの発生を招くことを知見し
たのである。

【００２７】ところで、未凝固率Ｇおよび圧下率Ｒは下
式で定義される。 Ｇ＝（１−２ｄ／Ｄ） Ｒ＝δ／Ｄ 従って、両者の式に共通な鋳片厚Ｄで整理すると、未凝
固率Ｇは未凝固溶鋼の厚み、圧下率Ｒは圧下量δで表す
ことが可能である。

【００２８】図１中に記した限界線−１は、図２に示す
δ／（Ｄ−２ｄ）＝０．２５の場合であり、Ｐ偏析比
０．８未満が発生するある未凝固厚における限界圧下量
を示したものである。一方、限界線−２の場合は、図２
に示すδ／（Ｄ−２ｄ）＝０．０２５の場合であり、Ｐ
偏析比が２．０以上を生じる圧下条件の限界値を示して
いる。

【００２９】また、未凝固率が大きい条件で圧下する
と、僅かの圧下量でも内部割れが発生し鋼材の諸特性を
劣化させることから有害である上、凝固率の変動によっ
て微妙な圧下量の調整が必要であることから、未凝固率
は４０％以下で圧下することが望ましい。

【００３０】本発明者らはさらに実験を進め、連続的に
圧した場合の偏析挙動の解析を行ったところ、圧下時に
未凝固溶鋼であった部分の凝固後の成分は、圧下開始直
後は圧下量によって異なるものの、いずれも負偏析（偏
析比≦１．０）が発生しているが、圧下を連続すると次
第に負偏析が解消し、ある一定濃度に至る現象が生じる
ことを知見した。

【００３１】圧下開始から一定濃度に至る区間を非定常
部と定義して、この非定常部に及ぼす圧下条件の影響を
解析したところ、未凝固溶鋼量に対して過大な圧下を行
った場合には、非定常部が何時までも継続し一定値に至
らないばかりか、該負偏析度が大きく鋳造方向に安定し
た偏析比が得られず、従って、前記したように鋼材の特
性を安定しないことを知見した。

【００３２】この非定常部長さを短くすることは鋼材の
品質特性の安定化はもとより、製造コスト削減にとって
極めて重要である。そこで、本研究者らはさらに研究を
進めた結果、この非定常部はその生成機構から考慮して
皆無にはできないものの、実質的に無害な水準まで改善
するには軽圧下が良く、圧下量が大きくなるほど負偏析
度が大きく、その結果非定常部長さが長くなるというこ
とを見いだしたのである。

【００３３】つまり、圧下によって排出する未凝固部の
濃化溶鋼を少なくすることがこの非定常部の長さを短縮
することが可能であり、圧下によって排出された後の偏
析比が１．０ではこの非定常部が皆無であり、実質的に
皆無になる条件は前記した偏析比が０．８〜２．０であ
ることを知見したのである。

【００３４】従って、前記した圧下条件は偏析やセンタ
ーポロシティーの解消のみならず、未凝固圧下によって
生じる鋼材に要求される品質安定化にも有効な手段であ
ることを見いだしたのである。本発明は、以上の知見に
よってなされたものである。

【００３５】

【実施例】以下に本発明例と比較例について詳細に説明
する。表１に示す成分の鋼を用いて、図６及び図７に示
すウォーキングバー式圧下設備によって下記に示す条件
で製造した連続鋳造鋳片を表２以下に示す条件を適用し
て製造した厚鋼板の強度と板厚中心部の靱性（ｖＴrs)
及び厚み方向の引張試験の断面収縮率Ｒ_AZを、本発明例
と比較例に分けて併せて表２〜９に示す。このウォーキ
ングバー式圧下設備は、一般公知の機構のもので、内側
の上下一対のウォーキングバー１２−２と外側の上下一
対のウォーキングバー１２−１とこれらを交互に下降−
前進−上昇−後退動作させるカム式駆動装置１３ａと前
後駆動装置１３ｂをハウジング１４内に設置したもの
で、鋳片１１の未凝固先端部１５を圧下する。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】

【表５】

【００４１】

【表６】

【００４２】

【表７】

【００４３】

【表８】

【００４４】

【表９】

【００４５】表２、３は表１のＡ鋼について、表４、５
はＢ鋼、表６、７はＣ鋼、表８、９はＤ鋼について夫々
示した。また、各表中Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７が本発明例で
あり、Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１６が比較例である。

【００４６】比較例中、Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１１は圧下量
が大きいために、偏析比が０．８未満となり、厚鋼板の
特性値が著しく悪化したのみならず、圧下に伴って生成
した偏析比０．８未満の特性値を劣化させる非定常部位
が長く発生したために、規格品として振り当てすること
ができない事態が発生し、経済的にも劣る製造条件であ
った。

【００４７】また、Ｎｏ．１２は圧下率は適正な範囲に
あるものの未凝固率が高すぎて内部割れが発生したため
に規格外れを起こしたケースであり、Ｎｏ．１３は圧下
率が高すぎて内部割れが発生するとともに、偏析比も著
しく小さく非定常部が極めて長くなり、偏析やセンター
ポロシティーの発生は防止されたものの、材質劣化の大
きな原因となった。Ｎｏ．１４は凝固完了後に圧下した
ケースで圧下によってセンターポロシティーは圧着され
て実質無害化できたものの、偏析が残存し前記比較例と
同様材質劣化を防止するには至らなかった。Ｎｏ．１５
とＮｏ．１６は圧下量が小さすぎた場合と無圧下の例で
あり、非定常部や内部割れの発生は存在しないものの、
いずれも厚鋼板の材質特性の向上をもたらすことはでき
なかった。

【００４８】これらの実施例がら分かるように、本発明
によって製造した熱間圧延用連続鋳片から製造した該鋼
板は、いずれも優れた特性を示した。

【００４９】該連続鋳造鋳片の製造法は以下の通りであ
る。 連続鋳造鋳片寸法；厚み２００／２８４ｍｍ×幅１
９００ｍｍ 凝固末期偏析及びセンターポロシティー制御装置；
（図３に示す装置） 型 式 ウォーキングバー方式 構 成 内バー（２） ３本 外バー（１） ４本 シフト量 １００ｍｍ 圧下部長さ １．０〜２．５ｍ 圧下部入側鋳片厚 最大 ２８４ｍｍ 圧下帯での圧下量 ０〜最大 ３５ｍｍ 圧下帯入側未凝固厚 ０〜最大 ４０ｍｍ

【００５０】

【発明の効果】本発明は前記したように、従来熱間圧延
材に要求される材質特性を確保する上で、極めて重要な
鋳片品質、中でも偏析・センターポロシティーの低減を
安定的にしかも圧下に伴った発生する偏析比の小さい非
定常部位を生成させずに達成できるために、従来溶鋼処
理工程において実施していた低硫化、低燐化および脱水
素処理等の予備処理はもとより、熱間圧延工程における
高温熟熱加熱や高形状比圧延等の予備処理が全く不要に
なり、製品の材質安定化はもとより極めて経済的に製造
できるようになることから、この分野にもたらす効果は
極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】偏析比及び内部割れの発生限界と鋳塊の圧下率
と未凝固率との関係を示した図

【図２】δ／（Ｄ−２ｄ）とＰ（燐）の偏析比との関係
を説明する図

【図３】燐の偏析比及びセンターポロシティーの存在と
鋼板の靱性値との関係を説明する図

【図４】センターポロシティーの最大径とＺ方向の引張
強度の関係を説明する図

【図５】凝固末端部の面圧下模擬試験装置の説明図

【図６】本発明の連続鋳造工程における鋳片の未凝固末
端を面圧下する手段を表す１実施例の側面（ａ）と正面
（ｂ）を示す図

【図７】図６（ａ）におけるＢ−Ｂ断面の拡大正面図

【符号の説明】

１ 鋳片 ４ 油圧シリンダー ７ａ チャッキングバー ７ｂ チャッキングバー １２−１ 外側上・下ウォーキングバー １２−２ 内側上・下ウォーキングバー １３ａ カム式駆動装置 １３ｂ 前後駆動装置 １４ ハウジング １５ 未凝固先端部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造機を用いて鋳片を製造するに際
   して、未凝固率が少なくとも４０％以下の凝固末期にお
   いて、下記の式（１）を満足する圧下条件で未凝固圧下
   を行うことを特徴とする連続鋳造方法。 ０．０２５≦（１−α）≦０．２５ ・・・（１） （１−α）＝δ／（Ｄ−２ｄ） ・・・（２） α：圧下前に圧下帯位置に存在した溶鋼が圧下後におい
   ても残存した比率 δ：圧下量 Ｄ：スラブ厚 ｄ：圧下帯入り側の凝固厚み