JPH0825002A - ベルト式連続鋳造法による薄鋳片の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ベルト式連続鋳造法において、割
れ欠陥の少ない薄鋳片を製造する方法を提供する。 【構成】 ベルト式連続鋳造設備に、炭素濃度が０．０
８％以上、０．２５％未満である溶鋼を供給して薄鋳片
を製造する方法において、金属ベルトに１層または２層
以上のコーティング材を塗布して、その最表層コーティ
ング材の融点が９５０℃以下でかつその厚みを６０μｍ
以上とし、かつ所定の関係式で定義された鋳片の表層か
ら０．２〜０．７mm深さの位置における冷却指標Ｒが、
６０以上１６０以下となるような条件で塗布した金属ベ
ルトを用いて鋳造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ベルト式連続鋳造法に
よる薄鋳片の製造方法に関し、特に表面割れと内部割れ
のない薄鋳片の製造方法に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来鋳片は、水冷鋳型内に溶鋼を連続的
に注入し、これを鋳型内で冷却凝固させながら連続的に
引き出して製造されている。この鋳片は、通常厚さ１５
０〜３００mmを有しており、これを更に減厚して所望の
厚さの材料に加工するには、消費エネルギーが極めて大
きい熱間加工工程を得なければならない。そのために今
日のような環境下における現実の問題として、更なる消
費エネルギーの減少を実現することが望まれている。

【０００３】このような要望を満たすために開発された
ベルト式連続鋳造法は、例えば特開昭５０−６１３３２
号公報に示すように、長辺の両端に、駆動ロールにより
循環移動する無端状金属ベルトを対向して配置し、短辺
の両側にも、前記無端状金属ベルトと同期して循環する
ブロックを対向して具備せしめ、これらのベルトとブロ
ックを所定の速度で循環させると共に、これらに囲まれ
た空間に溶鋼を連続して供給し冷却凝固させつつ連続的
に薄鋳片を引き出して製造する方法である。

【０００４】この薄鋳片を製造する具体的方法について
は各種の提案があるが、製造可能とされる鋳片の厚みは
概ね１００mm以下であり、更に薄くすることにより、熱
間粗圧延の省略が可能となり、極めて大きなエネルギー
節約の達成が可能となる。

【０００５】一方、ベルト式連続鋳造方法においては、
上記したように鋳片サイズが小さいために高速鋳造を行
なって、高生産性を図る必要がある。しかしながら、高
速鋳造を行なう場合には、冷却速度が大きすぎるために
局所的に冷却が不均一となりやすく、その結果、凝固不
均一や歪発生量が大きくなり、鋳片表面に縦割れが発生
しやすいという問題がある。そこで、一般には鋳片を緩
冷却することが指向され、例えば特開平１−１９０４９
号公報には、無端状金属ベルト表面にアルミナ等の塗布
材をコーティングし、全体を緩冷却して凝固シェルを均
一厚さに形成する、薄鋳片のベルト式連続鋳造法が開示
されている。

【０００６】また、本発明者らは、特願平５−３３８４
１８号において、縦割れ防止に必要な緩冷却の程度を表
す冷却指標を提示し、鋼種成分や使用するベルトコーテ
ィングの摩擦力に応じて、その値を定めている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、緩冷却
を行なえば表面縦割れは減少するが、凝固初期の鋳片厚
みが薄くなるために、横割れの発生や、鋳片がロールと
ロールの間で膨らむ（バルジングする）ことによる鋳片
内部の割れの発生そしてモールド内湯面レベルの変動が
顕著となる問題がある。従って、縦割れ発生がなく、し
かも横割れの発生や、鋳片内部の割れの発生そしてモー
ルド内湯面レベルの変動が生じないような鋳造条件を見
い出す必要がある。

【０００８】本発明は、使用するコーティング材の融点
と厚みを規定することにより、凝固組織のデンドライト
２次アーム間隔からある関係式によって導かれた冷却指
標を用いて、縦割れが発生せず、しかも横割れの発生
や、鋳片がロールとロールの間で膨らむ（バルジングす
る）ことによる鋳片内部の割れの発生そしてモールド内
湯面レベルの変動が生じないような冷却条件を求め、割
れ欠陥の少ない薄鋳片を製造する方法を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成を主旨とする。すなわち、長辺
両側に、循環移動する無端状金属ベルトを対向して配置
し、短辺両側に、無端状金属ベルトに同期して循環移動
するブロックを対向して配置したベルト式連続鋳造設備
に、炭素濃度が０．０８％以上、０．２５％未満である
溶鋼を供給して薄鋳片を製造する方法において、１層ま
たは２層以上のコーティング材を、その最表層コーティ
ング材の融点が９５０℃以下、その厚みが６０μｍ以上
で、かつ得られる鋳片の表層から０．２〜０．７mm深さ
の位置における冷却指標Ｒが、６０以上１６０以下とな
るように塗布した前記無端状金属ベルトを用いて鋳造す
ることを特徴とするベルト式連続鋳造法による薄鋳片の
製造方法である。 Ｒ＝（ｄ／１９１）^-2.237 ここでｄ：デンドライト２次アーム間隔の平均値（μ
ｍ）

【００１０】

【作用】本発明者らは、先に特願平５−３３８４１８号
において、鋳片の冷却強度の大きさを表す冷却指標を示
した。これは、鋳片断面の凝固組織のデンドライト２次
アーム間隔をもとに、以下の換算式で冷却指標Ｒを表す
ものである。 Ｒ＝（ｄ／１９１）^-2.237 ここでｄ：デンドライト２次アーム間隔の平均値（μ
ｍ）

【００１１】これによれば、炭素濃度が０．０８％以上
０．２５％未満の鋼において、縦割れの発生しない冷却
指標は、ベルトコーティングの摩擦力に依存し、例えば
摩擦係数０．１以下では、冷却指標Ｒが５以上７０以下
と規定している。しかしながら、この条件では、鋳片の
表面縦割れは完全に防止できるが、横割れや鋳片内部の
割れが発生しやすい傾向にあることが判った。この傾向
は、特に高速鋳造の場合に顕著である。凝固組織解析の
結果、このような場合には、初期の凝固シェル厚みが薄
くなって、ベルトのわずかな変形の影響を受けやすくな
るために横割れが発生しやすくなること、更に凝固シェ
ルが薄くなると、鋳片がロールとロールの間で溶鋼静圧
によって膨らむ、いわゆるバルジングが起きて、シェル
が変形することにより、鋳片内部に割れが発生しやすく
なることが判明した。更に、バルジングが発生すると、
モールド内湯面レベルの変動が顕著になるといった問題
も発生しやすい傾向にあった。

【００１２】従って、鋳片の冷却速度をある程度大きく
すべきと考えられたが、冷却速度を速くしても縦割れが
発生しないための工夫が必要となった。そこで、発明者
らは、縦割れが発生しない冷却指標の範囲が、ベルトコ
ーティング材の摩擦係数によって変化することに着目
し、ベルトコーティング材の摩擦力を変化させる実験を
行なった。材料自体の摩擦係数が最も小さいコーティン
グ材は、酸化物を溶融状態にさせたものである。従っ
て、コーティングの材料の組成を融点が低くなるように
調整し、溶鋼と接した時に溶融させることができる、い
わゆる溶融コーティング材の使用が前提となる。しかし
ながら、この溶融した酸化物の摩擦係数を更に小さくす
ることは不可能と考えられる。

【００１３】そこで、発明者らは、溶融コーティング材
の厚みに着目し、厚みがある値以上になれば見かけの摩
擦力が小さくなると考えた。これは、厚みが薄い場合に
は、ベルトと鋳片の間で溶融した酸化物液体層が部分的
にとぎれる確率が高くなり、面全体として見た場合に、
見かけの摩擦力が、実際の摩擦係数から定まる摩擦力よ
りも大きくなるからである。液体層がとぎれた領域は、
もはや液体潤滑ではなくなるので、摩擦力が非常に大き
くなる。

【００１４】見かけの摩擦力を変化させる目的で、最表
層の溶融コーティング材の厚みを変え、更に冷却速度を
変化させるために、ベルトと最表層コーティング材の間
にＺｒＯ₂ 系のコーティングを行ない、その厚みを変化
させて、ベルト連鋳機で鋳造試験を行ない、図１に示す
ような結果を得た。

【００１５】ここで示した冷却指標は、以下のようにし
て求めたものである。まず、鋳造した鋳片の鋳造方向と
垂直でかつ鋳片厚み方向とも垂直な断面を含む面で切断
し、この面を鏡面研磨後、ピクリン酸（３０ｇ／５００
cc＋１０cc界面活性剤）を用いて、６０℃で５分間エッ
チングし、凝固組織を顕出させた。これを１０倍に拡大
した写真から、１０倍のルーペで、凝固組織に見られる
２次デンドライトアーム間隔を測定した。表層から０．
５mmを中心に０．２mmから０．７mmの範囲で、鋳片幅方
向５０mmピッチで測定した。これらの平均値を以下の関
係式を用いて冷却指標に換算した。 Ｒ＝（ｄ／１９１）^-2.237 ここでｄ：デンドライト２次アーム間隔の平均値（μ
ｍ）

【００１６】図１より、溶鋼と接した時に溶融状態とな
る同一組成のコーティング材を用いても、その厚みを変
化させることにより、縦割れが発生しないための限界冷
却指標が異なることが判った。図より、例えば最表層の
溶融コーティング材の厚みが６０μｍの場合には、縦割
れが発生しない最大の冷却指標は１６０となった範囲で
ある。

【００１７】従って、当初の予想通り、最表層の溶融す
るコーティング材の厚みを厚くすることにより、見かけ
の摩擦力が増大しないために、縦割れが発生しない限界
の上限冷却指標を大きな値にすることが可能となった。

【００１８】一方、ベルト鋳造機において、横割れが発
生しないための冷却指標を求めた結果、図２に示すよう
に、冷却指標が６０以上となった場合に、横割れ発生が
ゼロとなった。また、バルジングによる鋳片内部の割れ
が出ない冷却指標を図３に示すが、冷却指標で３０以上
必要であることが判る。更に、バルジングによるモール
ド内湯面レベル変動を同じく図３に示すが、冷却強度４
０以上で操業の許容範囲である±１５mmに入ることが判
る。

【００１９】摩擦力の低減に伴い、縦割れ発生防止に必
要な冷却指標の上限値が大きくても良くなる、すなわち
それほど緩冷却にしなくても良くなる理由は、以下の通
りである。縦割れは一般に、溶鋼が凝固する際の初期凝
固シェル厚が何らかの理由で遅れて薄くなった部分に歪
が集中蓄積し、割れの限界歪を超えた場合に生じる。こ
の時、歪を発生させる原因は大きく２つあり、１つは温
度降下による熱収縮がベルト／鋳片間の摩擦力によって
阻害されるために生じ、もう１つはδ／γ変態による歪
の発生で生じる。緩冷却は、初期凝固シェル厚を均一に
する作用と、凝固遅れ部に蓄積された歪を緩和する作用
により、縦割れ発生防止につながる。一方、摩擦力の低
下は、鋳片の熱収縮が阻害されることに起因する歪の発
生を抑制する。従って、摩擦力を極力低減できれば、蓄
積される歪量が小さくなるので、緩冷却による歪緩和作
用がそれほど大きくなくても、割れが発生しなくなる。

【００２０】次に、発明の条件を規定した理由について
説明する。対象となる鋼種は、炭素濃度が０．０８％以
上、０．２５％未満の鋼とした。これは、この領域のＣ
を含む場合に、凝固中のδ／γ変態による歪の発生量が
大きく、凝固シェルの薄い部分がモールドから離れるこ
とにより、凝固遅れがますます助長されて、割れが発生
しやすいからである。

【００２１】冷却指標の上限を規定した理由は、前述し
たように縦割れ発生を防止する冷却指標の最大値として
１６０以下とした。また下限を規定した理由は、横割れ
が発生しない下限値６０と、内部割れを防止する冷却指
標の下限値３０、更に溶鋼湯面変動量を小さくするため
の下限値４０のうち、大きい値として６０とした。

【００２２】最表層コーティング材の厚みを６０μｍ以
上と規定した理由は、以下の通りである。すなわち、縦
割れが発生しないための冷却指標をできるだけ大きな値
とするためには、ベルトコーティング材と鋳片間の摩擦
力を極力低減させる必要があるが、この摩擦力を小さく
するために液体層の厚みを十分確保できるための最小の
厚みである。

【００２３】最表層コーティング材の融点は、摩擦力を
極力低減させる目的で、ベルトに塗布したコーティング
材が溶鋼に接する直前に溶融するために、極力低くする
必要がある。ベルトは裏側から水冷されているので、溶
鋼温度より少しぐらい低い融点にしても、溶融しない。
そこで、実験より求めた上限値として、９５０℃とし
た。

【００２４】なお、本発明においては、このようにして
規定する冷却指標Ｒを、予め同一鋼種について実施され
た鋳造条件ごとに求めておき、新たに製造する鋳片の鋳
造条件をこれに当てはめて、本発明の冷却指標範囲内に
すれば、縦割れが発生しない鋳片を得ることができる。

【００２５】このような冷却指標を得る手段としては、
ベルトに塗布するコーティング材（特にベースとなる
コーティング材）の熱伝導度を低くして、かつ厚みを厚
くする。コーティング材を多層に塗り、界面の熱抵抗
を高める。鋳造速度を速くする等の方法があるが、本
発明ではどのような方法を用いても差し支えない。

【００２６】また、最表層コーティングとなる溶融状態
の酸化物の摩擦係数に関しては、実測することは困難な
ので、特に規定することはできない。しかしながら、本
発明の最表層コーティング条件、すなわち、融点が９５
０℃以下でかつ厚みを６０μｍ以上確保できれば、縦割
れが発生しなくなることから、摩擦力が十分低下した条
件となっていることが考えられる。

【００２７】

【実施例】鋳片の速度に同期して移動する一対のベルト
と複数のブロックからなる一対の移動式短辺で構成され
た鋳型を用いた連続鋳造法において、表１に示した基本
成分範囲の鋼を鋳造し、凝固組織から得られた冷却指標
と縦割れ発生および横割れ、鋳片内部割れとの関係を調
査した。更に、モールド内溶鋼湯面レベルの変動を調査
した。この際、ベルト／鋳片間の摩擦力を変化させる目
的で、最表層のコーティング材を溶鋼と接して溶融する
いわゆる溶融タイプとし、その厚みを変化させた。ま
た、冷却指標を変化させる目的で、１層目のコーティン
グ材をＺｒＯ₂系の酸化物とし、その厚みを変化させ
た。

【００２８】鋳造した鋳片の鋳造方向と垂直でかつ鋳片
厚み方向とも垂直な断面を含む面で切断し、この面を鏡
面研磨後、ピクリン酸（３０ｇ／５００cc＋１０cc界面
活性剤）を用いて、６０℃で５分間エッチングし、凝固
組織を顕出させた。これを１０倍に拡大した写真から、
１０倍のルーペで、凝固組織に見られる２次デンドライ
トアーム間隔を測定した。表層から０．５mmを中心に
０．２mmから０．７mmの範囲で、鋳片幅方向５０mmピッ
チで測定した。これらの平均値を関係式を用いて、冷却
指標に換算した。

【００２９】

【表１】

【００３０】〔表２〕 鋳造条件 鋳造速度 ：５ｍ／分〜１０ｍ／分 鋳片サイズ：１３００mm幅×５０mm厚、１３００mm幅×
７５mm厚 ベルトコーティング条件 ・ベースコーティング：ＺｒＯ₂ 系 ：厚み２０，５０，８０，１００μｍ ・最表層コーティング：Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ −ＣａＯ
−Ｎａ₂ Ｏ系 ：融点９１０℃、９７０℃ ：厚み１０，２０，４０，６０，８０μｍ

【００３１】なお、強冷却の条件を得るために、一部の
水準ではベルト裏側の冷却水量を、通常の２倍とした。

【００３２】まず、鋳片の表面縦割れを調査し、縦割れ
総長を元にした指標と、冷却指標の関係を図１に示す。
縦割れ指標は冷却指標が大きい場合に大きな値となる
が、割れが発生しなくなる限界の冷却速度は最表層コー
ティングの厚みによって異なり、厚みが６０μｍでは１
６０となり、それ以上厚みを多くしても変化はない。ま
た、融点が９７０℃のコーティング材Ｂでは、厚みが８
０μｍであっても縦割れは減少しない。これは、ベルト
が溶鋼に接するまでに十分溶融しなかったためだと考え
られる。

【００３３】図２には、ベースコートをＺｒＯ₂ 系と
し、その上に融点９１０℃のコーティング材Ａを６０μ
ｍ塗布した場合の横割れ発生を示す。冷却指標は、ベー
スコートの厚みを変えて変化させてある。図より、横割
れは冷却指標が大きくなると発生が減り、冷却指標６０
でゼロとなった。

【００３４】また、図３には、バルジングによる鋳片内
部の割れと冷却指標の関係を示すが、冷却指標で３０以
上で内部割れが発生しなくなる。更に、バルジングによ
るモールド内湯面レベル変動を同じく図３に示すが、冷
却強度４０以上で操業の許容範囲である±１５mmに入る
ことが判る。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明は、薄鋳片の鋳造組
織に着目した冷却指標を設置し、更に最表層部のコーテ
ィング材の融点と厚みを規定することにより、縦割れ発
生が極めて少なく、しかも横割れや内部割れ発生も極め
て少ない薄鋳片を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】コーティング条件を変えて得られた、鋳片表面
縦割れ指標と、冷却指標の関係。

【図２】コーティング条件を変えて得られた、鋳片表面
横割れ指標と、冷却指標の関係。

【図３】鋳片内部割れ指標およびモールド内湯面レベル
変動と冷却指標の関係。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 厚史 大分県大分市大字西ノ洲１番地 新日本製 鐵株式会社大分製鐵所内 (72)発明者 山本 利樹 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長辺両側に、循環移動する無端状金属ベ
   ルトを対向して配置し、短辺両側に、無端状金属ベルト
   に同期して循環移動するブロックを対向して配置したベ
   ルト式連続鋳造設備に、炭素濃度が０．０８％以上、
   ０．２５％未満である溶鋼を供給して薄鋳片を製造する
   方法において、１層または２層以上のコーティング材
   を、その最表層コーティング材の融点が９５０℃以下、
   その厚みが６０μｍ以上で、かつ得られる鋳片の表層か
   ら０．２〜０．７mm深さの位置における冷却指標Ｒが、
   ６０以上１６０以下となるように塗布した前記無端状金
   属ベルトを用いて鋳造することを特徴とするベルト式連
   続鋳造法による薄鋳片の製造方法。 Ｒ＝（ｄ／１９１）^-2.237 ここでｄ：デンドライト２次アーム間隔の平均値（μ
   ｍ）