JPH08309404A - 連続鋳造スラブの熱間幅圧下圧延時の表面割れ防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｎｂ、Ａｌ、ＴｉやＶ等を含有する鋼を連続
鋳造によって製造した後、熱間で幅圧下する時に発生す
る割れ欠陥を回避する連続鋳造方法および幅圧下方法を
提供する。 【構成】 鋳造時に冷却・復熱を特定の温度域で２回以
上繰り返すと共に、１回目の幅圧下率を５％以下とし、
２回目以降の幅圧下率を５％以上とすることにより、熱
間圧延時の加工性を低下させるγ粒界の炭窒化物を抑制
すると共に、温度低下及び歪み速度が速くなるに連れて
低下する熱間加工性を改善し、幅圧下時の割れ欠陥を防
止する連続鋳造方法および熱間圧延方法。 【効果 】 熱間で幅調整圧延した場合に発生する割れ
欠陥が防止できることから、直送圧延可能な良鋳片が、
経済性を損なわずに得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ａｌ：０．０２０〜
０．１００％、Ｎｂ：０．００５〜０．１００％、Ｖ：
０．００５〜０．１５０％、Ｔｉ：０．００５〜０．１
００％のいずれか１種または２種以上を含有し、Ｎ≧３
０ｐｐｍを含有するアルミキルド鋼またはアルミシリコ
ンキルド鋼の連続鋳造スラブを冷却することなく、熱間
で幅圧下する際に生じる表面割れ欠陥を防止する方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、図１に示す如き連続鋳造法によっ
て鋳型１により一定幅で鋳造したスラブ（鋳片）６を冷
却することなく、保温あるいは僅に加熱した後、溝型を
有する幅圧下用ロール８，８を用いて熱間で幅圧下圧延
を行い、所望の幅に調整して製造される熱間圧延用スラ
ブは、図２の１０に示す如く該ロールで圧下される位置
（幅方向両端部）は、押し出し成形のため圧縮歪とな
り、ロールに接しない幅中央部は圧延方向に引張歪を受
けることから、幅方向断面がドッグボーン状になる。こ
の熱間圧延中に鋳片幅中央部の表面に割れ欠陥が発生し
易いことが知られている。

【０００３】特に、近年熱間圧延や冷間圧延して製造さ
れる製品の材質を制御するために、Ｎｂ，ＶあるいはＴ
ｉ等が活用される鋼が増加してきているが、これらの鋼
を連続鋳造によって鋳造したスラブを冷却することな
く、そのまま熱間で幅圧下圧延し所望のスラブ幅を得る
方法が確立されているが、このような工程を経て製造し
たスラブをそのまま熱間圧延し製品にすると、ヘゲ疵と
称される熱間で幅圧下する際に生じた割れ欠陥に起因す
る表面欠陥が発生することが多い。このため幅調整後の
高温スラブの疵検査のための新たな設備導入や、一旦冷
却し手入れを行う等の防護策を講じる必要があり、直送
圧延比率を向上させる上で大きな障害になっていた。

【０００４】このような熱間での幅圧下時の表面欠陥の
発生機構や防止方法については、従来より多くの研究が
なされており、それなりに効果を発揮してきている。例
えば、ＮｂやＶを含有する鋼を弯曲型連続鋳造機で鋳造
する際、曲げあるいは矯正によって発生する、表面欠陥
を防止する方法として、連鋳機内の二次冷却帯において
Ａｒ₁ 変態点以下まで冷却した後、Ａｃ₃ からＡｃ₃ ＋
１００℃の範囲の冷却・復熱を２回以上行いγ粒の微細
化と炭窒化物等の粒界析出を防止し、変態時の粒界への
フィルム状フェライトの析出を防止する技術が、特開昭
５５−１４１７３号公報に開示されている。

【０００５】また、連続鋳造鋳片を１．０℃／ｓｅｃ以
下の速度で冷却し、９５０〜１３００℃で所定時間保持
した後、５／ｓｅｃ以下の歪速度で１パス５０ｍｍ／片
側以上の幅圧下を熱間で行うことにより、内部割れや表
面割れを防止する技術が特開昭５６−３３１０４号公報
に開示されている。

【０００６】さらに、連続鋳造した鋳片を冷却過程にお
いて、１２００〜１０５０℃の温度域で１０分程度の時
間保持した後、Ａｒ₃ 変態温度以上で直接あるいは直送
圧延することにより、表面割れ欠陥を防止する技術が特
開昭６２−２１２００２号公報に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述した技術から明ら
かなように、鋼の熱間加工性は、γ粒径と炭窒化物や硫
化物等の析出状態の影響を強く受け、γ粒径が微細なほ
ど、またγ粒界への析出が少ないほど、熱間加工性が向
上することは公知の事実であるものの、前記合金を添加
した割れ感受性の高い鋼を連続鋳造によって製造し、直
送あるいは直接熱間圧延する場合に、これら因子を効果
的に制御し得る技術の確立が強く望まれていた。

【０００８】かかる課題に対して、前記した特開昭５５
−１４１７３号公報に開示されている方法は、鋳造中に
例えば曲げあるいは矯正部で生ずる表面欠陥を防止する
技術であることは、実施例で示される図等から自明であ
り、鋳片の表面欠陥の防止には有効な方法であるもの
の、得られた鋳片を冷却することなく熱間圧延により、
幅圧下するプロセスでは、高温保持あるいは加熱中にγ
粒は再び粗大化する上、炭窒化物が粒界に析出すること
から、アスペクト比が３以上の鋳片を、該熱間圧延によ
り幅圧下を行う場合に特有な、圧延方向に引張歪を受け
る鋳片幅中央部の割れ欠陥の防止には、有効な手段とは
なり得ないものである。

【０００９】また、特開昭５６−３３１０４号公報に開
示されている方法を用いて製造すると、γ粒界に析出し
た硫化物や炭窒化物は球状化し、熱間圧延温度域での加
工性は向上するものの、該微量合金を含む鋼の場合に
は、保持中にこれらの析出物が新たにγ粒界に多数析出
するために、熱間加工性を著しく劣化せしめ、熱間での
幅圧下圧延中、特に圧延方向に引張変形を受ける幅方向
中央に発生する、割れ欠陥を防止することはできない。

【００１０】また、特開昭６２−２１２００２号公報に
開示されている方法を用いて製造すると、γ粒界に析出
した硫化物を効果的に形態制御できることから、一般の
鋼を熱間圧延する場合には極めて有効な手段であるが、
例示された割れ感受性が高まる微量合金を含む鋼の場合
には、開示された温度域で保持すると炭窒化物を容易に
形成し、γ粒界に析出して熱間加工性を著しく損なうこ
とになり、特に熱間で幅圧下する際の特有な、圧延方向
に引張歪を受ける鋳片幅中央部の割れ欠陥の防止には、
何ら有効な手段とはなり得ないものである。

【００１１】このように、特に炭窒化物を析出し易い合
金を含有した鋼を連続鋳造した後、引き続いて溝付きロ
ールによって熱間で幅調整するために幅圧下圧延を行う
場合に特有の課題である、圧延方向に引張歪を受ける鋳
片幅中央部の割れ欠陥を有効に防止する抜本的な技術は
見出されていなかった。

【００１２】従って、これらの鋼を熱間圧延によって幅
圧下し、欠陥発生を最小に抑えながら鋳片幅を造り込む
ために、１パス当たりの圧下量を規制する方法が用いら
れていることから、所望の幅にするためにはパス回数が
増大し生産性を阻害したり、あるいは幅圧下後の鋳片を
直送圧延せず、一度冷却し冷間にて疵検査や手入れ行等
の方法が用いられていることから、工程障害となるなど
経済性の面で劣る製造方法であった。このような工程に
おいても割れ欠陥が発生せず、直送圧延可能な表面およ
び内部性状の良好な鋳片の製造法が望まれていた。

【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、Ａｌ：０．０２０〜０．１００％、Ｎｂ：０．０
０５〜０．１００％、Ｖ：０．００５〜０．１５０％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１００％のいずれか１種または
２種以上を含有し、Ｎ≧２０ｐｐｍのアルミキルド鋼ま
たはアルミシリコンキルド鋼を、前述した図１に示す弯
曲型連続鋳造機の鋳型１でスラブ６に鋳造し、この鋳片
スラブ６を弯曲型連続鋳造機の二次冷却帯２を経て、最
終曲げ矯正部５以降でスラブ表面から１０ｍｍ以内の温
度を第１冷却装置３と、第２冷却装置４等によってＡｒ
₃ −１００℃以下の冷却と、１０００℃以上１２５０℃
以下に昇温させる冷却・復熱を２回以上繰り返した後、
カッター７で分割後、冷却することなく熱間で幅圧下用
ロール８で幅圧延を行う方法において、１回目の幅圧下
率を５％以下とし、２回目以降の幅圧下率を５％以上で
行うことを第１の特徴とし、さらに第２回目以降の幅圧
下率を暫減させて歪速度を定率または／および暫減させ
ることを第２の特徴とする連続鋳造スラブの熱間で幅圧
下圧延を行う際のスラブ表面の割れ防止方法にある。

【００１４】

【作用】本発明者らは、上記課題を解決するために該割
れ感受性の高い鋼種を用いて各種鋳造実験を行い、鋳造
時の冷却条件や圧延条件を変更した鋳片の該表面欠陥と
鋳片断面の組織の実態調査と解析を行った。ここで、鋳
造実験に供した鋼種は、Ｃ：０．０２〜０．０９％，Ｍ
ｎ：０．１０〜０．７０％，Ｓｉ：０．０１〜０．３０
％，Ｐ：０．００２〜０．０２５％，Ｓ：０．００１〜
０．０３０％，Ａｌ：０．０２０〜０．１００％を含有
し、さらにＮｂ：０．００５〜０．０９０％，Ｖ：０．
００５〜０．１００％，Ｔｉ：０．００５〜０．０８０
％の１種または２種以上を含有し、Ｎ：１０〜１００ｐ
ｐｍで残部Ｆｅおよび不可避的な成分からなるＡｌキル
ド鋼、およびＣ：０．０８〜０．２８％，Ｍｎ：０．５
０〜１．６０％，Ｓｉ：０．１０〜０．５０％，Ｐ：
０．００２〜０．０２５％，Ｓ：０．００１〜０．０２
０％，Ａｌ：０．０２０〜０．１００％を含有し、さら
にＮｂ：０．００５〜０．０９０％，Ｖ：０．００５〜
０．１００％，Ｔｉ：０．００５〜０．０８０％の１種
または２種以上を含有し、Ｎ：１０〜１００ｐｐｍで残
部Ｆｅおよび不可避的な成分からなるＡｌ−Ｓｉキルド
鋼である。

【００１５】まず、一般的な連続鋳造方法で鋳片を製造
し、しかる後幅圧下を行った場合の熱間圧延後の鋳片に
おける表面割れ欠陥の発生率は、本発明者らが既に開示
しているように、Ａｌ：０．０２０〜０．１００％，Ｎ
ｂ：０．００５〜０．０９０％，Ｖ：０．００５〜０．
１００％，Ｔｉ：０．００５〜０．０８０％のいずれか
１種または２種以上を含有し、Ｎ：２０ｐｐｍ以上を含
有する鋼の場合には、図３●印で示すように幅圧下量が
大きくなるほど高くなる傾向がある反面、この条件を満
たさない鋼の場合には割れ欠陥が発生しない傾向があ
る。また、連続鋳造中に冷却・復熱を繰り返した後、熱
間で幅圧下した鋳片は、図３○印で示すように該欠陥発
生率が少ない特徴がある。

【００１６】本発明者らは、これらの原因について詳細
に解析を行ったところ、連続鋳造中に前記条件の冷却・
復熱を繰り返した鋳片表面近傍には、Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ
およびＶ等の炭窒化物の析出量が極めて少なく、またγ
粒も微細化しているとの知見を得た。そこで、本発明者
らはこのように表面割れが改善された鋳片の組織および
析出条件を明確にするため、実験室において冷却・復熱
のシミュレート実験を行い、前述したような組織の変化
や炭窒化物の析出挙動について詳細に調査を行った。そ
の結果、冷却と復熱を行うと前記公報に開示されている
ように、γ粒の微細化が起こるとともに、炭窒化物の析
出量も減少することを見出した。

【００１７】しかし、このような効果が発現できる条件
は、１回程度の冷却・復熱では不十分であり、少なくと
も２回以上繰り返すことにより、確実にγ粒径が微細化
するとともに炭窒化物の析出を抑制できることを見出
し、さらにその条件を明確にするため、冷却・復熱の温
度履歴を忠実にシミュレートできる熱サイクル再現シミ
ュレーター（フォーマスター）を使用して検討したとこ
ろ、従来提案されているＡｒ₁ 以下まで冷却する必要は
なく、高々Ａｒ₃ −１００℃までで十分であり、この温
度まで急冷却すると該炭窒化物はγ粒界には析出せず、
α粒内に微細にかつ均一に分散析出することから、熱間
での加工性が改善できることを見出した。

【００１８】一方、復熱条件について前記フォーマスタ
ーを用いて検討したところ、復熱または加熱温度は１０
００℃以上１２５０℃以下が好適条件であり、１２５０
℃以上に加熱・復熱を行うと炭窒化物が分解し、熱間圧
延中にγ粒界への再析出が起こり熱間加工性を損なう知
見を得た。しかし、前記冷却・復熱条件で製造したスラ
ブを、熱間で幅圧下圧延しても、前述の図３の○印で示
すように、該表面割れ欠陥は大幅に改善されるものの依
然として残存し、完全に無手入れできる状態には至らな
かった。

【００１９】そこで、熱間における加工性が劣化する条
件を明確にするため、グリーブル試験機を用い、スラブ
の温度履歴を忠実にシミュレートしながら、試験温度や
圧下率および歪速度を種々変更した実験を行い、破断後
の断面収縮率を加工性の指標として詳細に調査を行った
ところ、図４に示すように通常の熱間圧延工程における
最終圧延温度域に相当する９００〜８００℃の温度で加
工性が著しく劣化し、また、その程度は歪速度が速くな
るほどより高温側に移動するとともに劣化の程度も大き
くなる結果を得た。

【００２０】つまり、熱間で幅圧下圧延するに際して高
温で圧延すれば、該表面割れ欠陥は防止できるものの、
総圧下量が大きい場合には、圧下回数が増しそれに伴っ
て必然的に温度降下が大きく、該熱間加工性の低下した
温度域で圧下しなければならず、また一方この温度域で
の圧延を回避するためには、１回当たりの幅圧下量が大
きくせざるを得ないために必然的に歪速度が大きくな
り、加工性が劣化した条件で圧延を行わざるを得ない実
態にある。

【００２１】しかし、図５には前記図４に示した歪速度
の異なる条件における温度と加工性の関係を模式的に示
すとともに、１回毎の幅圧下量が一定の場合には圧下回
数が増すに連れて温度低下が起こるとともに、歪量が増
大し併せて歪速度も大きくなることから、図中の太線
（→印）で示すように、例えば、１０５０℃の温度で歪
速度が１ｓｅｃ^-1の条件（図中のＡ）で幅圧下を開始し
ても、次の圧下時には温度が低下するとともに歪速度も
大きくなることから、Ｂの条件に移行するし、さらに圧
下が進むとＣの条件に至り、加工性が低下してついには
表面割れ欠陥に至るのである。図５はこの様子を模式的
に示したものである。

【００２２】つまり、高温スラブを熱間圧延するに際し
て、圧延初期の加工性の良好な温度域では、高歪速度
（歪量に比例）で圧下しても、該表面割れ欠陥の発生は
起こらないものの、温度が低下し加工性が劣化した温度
域で、且つ高歪速度で大圧下を行うと、該欠陥が発生し
易くなるのである。

【００２３】この知見に基づき、前記冷却・復熱条件で
連続鋳造でスラブを製造した後、幅調整のため１０００
℃以上の高温から１パス当たり５％以上の等歪量（かつ
等歪速度）、あるいは圧下毎に歪量が暫減する条件で大
幅圧下を行ったところ、むしろ該欠陥が多発したためそ
の原因を調査したところ、従来の熱間圧延時の欠陥はγ
粒界に沿った割れであるのに対して、前記条件で圧下し
た場合の欠陥はデンドライト樹間での割れであり、明ら
かに異なる発生形態であった。

【００２４】そこで、本発明者らはさらに検討を加えた
結果、幅圧下の初期から大圧下を行うとミクロ偏析によ
ってデンドライト樹間が脆いために、熱間圧延時に割れ
に至ることを解明し、初期の圧下率を種々変更した実験
を行ったところ、１回目の圧下率が１％以上５％以下で
あれば凝固組織を改善し、その後５％以上の大圧下を行
っても割れに至らないことを見出したのである。本発明
は、以上の知見をもとになされたものである。

【００２５】

【実施例】以下に図１に示す弯曲型連続鋳造機と、幅圧
延機（幅圧下用ロール８，８と水平圧下用（厚み圧延）
ロール９とからなる）を用いて行った、本発明の実施例
と比較例について具体的に説明する。なお、連続鋳造鋳
片の製造方法は以下の通りである。 連続鋳造鋳片寸法：厚み２００／３００ｍｍ×幅１８００／２０００ｍｍ 鋳造速度 ：１．０ｍ／ｍｉｎ〜１．８ｍ／ｍｉｎ 連鋳機の型式 ：単円弧型および垂直・曲げ型連続鋳造機 幅・厚調整用圧延：Ｖ−Ｈ−Ｖ構造 （Ｖ＝幅調整用、Ｈ＝厚み調整用の各ロール）

【００２６】表１に示すＡｒ₃ 変態温度の異なるＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの４種類の成分の鋼を用いて、夫々表２、表
４、表６、表８に示す連続鋳造条件で製造した連続鋳造
鋳片を、夫々表３、表５、表７、表９に示す圧延条件で
熱間圧延した後、鋳片表面の縦割れ有無の観察を行っ
た。その結果を熱間圧延条件とともに、夫々表３、表
５、表７、表９に示した。

【００２７】

【表１】

【００２８】表２以降のＮｏ．１〜Ｎｏ．１１が本発明
例であり、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６は連鋳機内最終矯正点以
降で冷却・復熱制御した後、熱間での幅圧下時の第２パ
ス目以降の歪量（歪速度）を一定に維持した例である。
Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１１は連鋳機内最終矯正点以降で冷却
・復熱制御した後、熱間での幅圧下時の第２パス目以降
の各パスにおいて、歪量（歪速度）を最低５％に維持し
ながら次第に歪量（歪速度）を順次小さくした例であ
る。この結果から明らかな如く、実質的な無欠陥鋳片を
得ることができ、直送圧延によって製造した製品の表面
欠陥は、通常の方法で製造した品質と何ら遜色無いレベ
ルであった。

【００２９】一方、表２以降のＮｏ．１２〜Ｎｏ．２７
は比較例であり、Ｎｏ．１２とＮｏ．１３およびＮｏ．
２０とＮｏ．２１は連鋳機内最終矯正点以降で冷却制御
を１度しか行わなかった例、Ｎｏ．１４とＮｏ．１５お
よびＮｏ．２２とＮｏ．２３は冷却・復熱制御を全く行
わなかった例、Ｎｏ．１６とＮｏ．１７およびＮｏ．２
４とＮｏ．２５は２度の冷却・復熱制御を行ったものの
いずれかの復熱温度が高すぎた例であり、いずれも該表
面割れ欠陥を防止するには至らなかった。

【００３０】またＮｏ．１８とＮｏ．２６は冷却制御は
適正条件であったものの、熱間圧延時の第１パス目の圧
下が過大であった例であり、そのため前記したデンドラ
イト樹間での割れが発生した。さらにＮｏ．１９とＮ
ｏ．２７は第２パス目の圧下が過小であったために圧延
中の温度降下が大きく、かつ時間を要したために炭窒化
物のγ粒界への析出が新たに起こったために、該欠陥を
防止するには至らなかった。

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】

【表６】

【００３６】

【表７】

【００３７】

【表８】

【００３８】

【表９】

【００３９】

【発明の効果】本発明はＡｌ：０．０２０〜０．１００
％，Ｎｂ：０．００５〜０．１００％，Ｖ：０．００５
〜０．１５０％，Ｔｉ：０．００５〜０．１００％のい
ずれか１種または２種以上を含有し、［Ｎ］≧３０ｐｐ
ｍの鋼を連続鋳造法で製造した後、幅調整する際に発生
する表面割れ欠陥を確実に抑制して、良鋳片を製造する
ことができるために無手入れ化・直送圧延を可能とする
もので、得られる経済的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続鋳造および熱間圧延によって、鋳片を幅調
整するための工程を説明する図

【図２】この工程により製造された鋳片断面形状を説明
する図

【図３】この工程で製造された鋳片の表面欠陥と幅圧下
量の関係を説明する図

【図４】高温における加工性が歪速度によって変化する
ことを説明する図

【図５】高温での幅圧下時の加工性が圧下が進むに連れ
て変化することを模式的に説明する図

【符号の説明】

１ 鋳型 ２ 二次冷却帯 ３ 第１冷却装置 ４ 第２冷却装置 ５ 最終矯正部 ６ 鋳片 ７ カッター ８ 幅圧下用ロール ９ 水平圧下用ロール １０ 幅圧下後の鋳片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２１Ｄ 8/02 9270−4Ｋ Ｃ２１Ｄ 8/02 Ａ 9/00 １０１ 9352−4Ｋ 9/00 １０１Ａ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｚ 38/14 38/14 (72)発明者 小森 俊也 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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ：０．０２０〜０．１００％、Ｎ
   ｂ：０．００５〜０．１００％、Ｖ：０．００５〜０．
   １５０％、Ｔｉ：０．００５〜０．１００％のいずれか
   １種または２種以上を含有し、Ｎ≧２０ｐｐｍのアルミ
   キルド鋼またはアルミシリコンキルド鋼を弯曲型連続鋳
   造機でスラブに鋳造し、この鋳片スラブを弯曲型連続鋳
   造機の最終曲げ矯正以降で、スラブ表面から１０ｍｍ以
   内の温度をＡｒ₃ −１００℃以下の冷却と、１０００℃
   以上１２５０℃以下に昇温させる冷却・復熱を２回以上
   繰り返した後、冷却することなく熱間で幅圧下圧延を行
   う方法において、１回目の幅圧下率を５％以下とし、２
   回目以降の幅圧下率を５％以上で行うことを特徴とする
   連続鋳造スラブの熱間幅圧下圧延時の表面割れ防止方
   法。
2. 【請求項２】 Ａｌ：０．０２０〜０．１００％、Ｎ
   ｂ：０．００５〜０．１００％、Ｖ：０．００５〜０．
   １５０％、Ｔｉ：０．００５〜０．１００％のいずれか
   １種または２種以上を含有し、Ｎ≧２０ｐｐｍのアルミ
   キルド鋼またはアルミシリコンキルド鋼を弯曲型連続鋳
   造機でスラブに鋳造し、このスラブを弯曲型連続鋳造機
   の最終曲げ矯正以降で、鋳片スラブ表面から１０ｍｍ以
   内の温度をＡｒ₃ −１００℃以下の冷却と、１０００℃
   以上１２５０℃以下に昇温させる冷却・復熱を２回以上
   繰り返した後、冷却することなく熱間で幅圧下圧延を行
   う方法において、１回目の幅圧下率を５％以下とし、２
   回目以降の幅圧下率を５％以上で行うに際して、２回目
   以降の幅圧下率を暫減させて歪速度を一定に維持ないし
   は小さくさせることを特徴とする連続鋳造スラブの熱間
   幅圧下圧延時の表面割れ防止方法。