JPH09174213A - 連続鋳造における鋳片の連続鍛圧によるクレータエンド推定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続鋳造で製造する鋳片のクレータエンドを
正確に推定し、連続鋳造条件を設定するのに役立てる。 【解決手段】 ピンチロール４で引き抜かれる鋳片５を
鍛圧金型11の上流側にクレータエンド８が存在するよう
な引き抜き速度で鋳造を開始して鍛圧金型11により連続
的に鍛圧加工を行い、その後、徐々に引き抜き速度を上
げつつ鍛圧加工を継続することによって連続鍛圧された
鋳片５の内部マクロ組織が正偏析から負偏析に変化する
ときの連続鋳造鋳型１から鍛圧金型11までの到達時間と
その鋳造速度ととから鋳片のクレータエンド８を推定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造鋳型によ
り連続的に鋳造される鋳片を鋳片通路に配置されたサポ
ートロールで支持しながらピンチロールで引き抜いた鋳
片のクレータエンド推定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造において、例えば図５に示
すように湾曲型連続鋳造機では溶鋼を上下が開放した鋳
型１の側面から冷却してその表面から一部を凝固させ、
得られた鋳片５は下方の各ロールセグメント２に配列さ
れた複数個のサポートロール３により支持されて移動す
る。この時、鋳片５は各サポートロール３の間に配置さ
れた多数のスプレーチップ（図示せず）により上下から
スプレーされる冷却水により冷却されると共に湾曲した
状態で移動する鋳片５は出側に位置するピンチロール４
により連続的に引き抜かれる。4Aは矯正ロールを示す。
そして機外に出た鋳片５はガス切断機６によって所定の
長さに切断される。

【０００３】前述のように鋼の連続鋳造において、鋳型
１に注入された溶鋼が水冷された鋳型１の内壁面と接し
てまず薄い凝固シェル７を形成しつつ鋳片５は、鋳型１
の下方で鋳片５の通路に沿って配列されたサポートロー
ル３に支持されつつスプレーチップからの散水による抜
熱で固液界面にクレータを形成しつつ凝固が進行する。
このような凝固の進行に伴って凝固シェル７を次第に発
達させながら固液界面で溶質が液相中に入るためクレー
タエンド８に集まったＣ、Ｐ、Ｓ等の溶質が中心偏析を
形成する。この傾向は、とくに連続鋳造の凝固において
は鋳造速度の増大に伴ってクレータが長くなり中心偏析
が助長される。鋳片５の中心偏析部はＰ、Ｓ等の溶質濃
度が高いため、脆性や加工性等が悪化して機械的特性が
低下する。

【０００４】従来から連続鋳造過程における中心偏析の
軽減方法として様々な方法が提案されてきており、例え
ば最終凝固部の凝固組織を柱状晶から等軸晶に変える方
法として電磁攪拌法、低温鋳造法、ワイヤ添加法、超音
波印加法等が知られている。なかでも電磁攪拌法は一般
に広まったが、凝固組織を変えるだけでは偏析防止の効
果は不十分であった。また、最終凝固部での濃化溶鋼の
凝固収縮による吸い込みを防止する軽圧化法も多く報告
されている（材料とプロセス、２（1989）４、1158参
照）。最近では、連続鋳造における連続鍛圧法として鍛
圧金型を鍛圧機構を用いて鋳片の最終凝固部であるクレ
ータエンドに機械的エネルギーを連続的に付加するもの
が開発されている。その狙いは、鋳片のクレータエンド
部での濃化溶鋼の排出と最終凝固時の結晶粒の破砕を同
時に行って、緻密で偏析のない中心部の再結晶組織を、
いわば強制破砕凝固させるという新しい凝固形態として
位置付けられている。

【０００５】前述のように連続鋳造により製造する鋳片
の中心偏析を軽減する各種の技術が提案されているが、
いずれの技術を実施するにしても連続鋳造する鋳片のク
レータエンドの位置を検出することが重要であり、連続
鋳造機で鋳造される鋳片ストランドのどの位置にクレー
タエンドが存在するのかを把握しないと中心偏析を軽減
する技術を活用することが難しくなる。一般に連続鋳造
鋳片のクレータエンドの検出方法としては、凝固進行中
の鋳片に鋲を打ち込む方法や超音波を印加する方法が知
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前者の凝
固進行中の鋳片に鋲を打ち込む方法は、拡散限界の固相
率を0.7 〜0.8 とするため正確にはクレータエンドや凝
固係数を決定することができず絶えず誤差を生じるとい
う欠点がある。また後者の凝固進行中の鋳片に超音波を
印加する方法は、鋳片が高温であり、表面にスケール等
が付着しているためこれが障害となり十分にはクレータ
エンドや凝固係数を推定することができないという問題
点がある。

【０００７】本発明は、前記従来技術の問題点を解消
し、連続鋳造で製造される鋳片のクレータエンドを正確
に推定することができる連続鋳造における鋳片の連続鍛
圧によるクレータエンド推定方法を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため連続鋳造機で鋳造される鋳片に連続鍛圧法を
施すと中心偏析が解消し、鋳片の中心部にホワイトバン
ドが形成されるので、この現象を利用してクレータエン
ドを推定できないかと考え種々検討を重ねた結果、本発
明を達成することができた。

【０００９】前記目的を達成するための本発明は、連続
鋳造鋳型より連続的に鋳造される鋳片を鋳片通路に配置
されたサポートロールで支持しながらピンチロールで引
き抜き、ピンチロールの出側に設置された上下一対の鍛
圧金型によって該鋳片の凝固完了点近傍を連続的に鍛圧
加工する方法において、前記ピンチロールで引き抜かれ
る鋳片を鍛圧金型の上流側位置にクレータエンドが存在
するような引き抜き速度で鋳造を開始して鍛圧金型によ
り鍛圧加工を行い、その後、徐々に引き抜き速度を上げ
つつ鍛圧加工を継続することによって連続鍛圧された鋳
片の内部マクロ組織が正偏析から負偏析に変化するとき
の連続鋳造鋳型から鍛圧金型までの到達時間とその鋳造
速度とから鋳片のクレータエンドを推定することを特徴
とする連続鋳造における鋳片のクレータエンド推定方法
である。

【００１０】

【発明の実施の形態】連続鋳造機により鋳造されている
鋳片に上下一対の鍛圧金型を用いて連続端圧を施すこと
によって鋳片のマクロ組織の形状が変化する。 (1) 連続鋳造される鋳片の引き抜き速度が遅い場合、鋳
型から鍛圧金型に到達するまでの時間が長く掛かるので
連続鋳造中の鋳片ストランド内の固液界面により形成さ
れるクレータの終端部であるクレータエンドの位置が鍛
圧金型の位置よりも上流側に存在することになる。この
場合には、鍛圧金型の位置に到達した鋳片はすでに凝固
を完了しているため鋳片中心部の固相率（ｆ_s ）はf _s
＞1.0 となり、鋳片の中心部にはＣ、Ｐ、Ｓ等の溶質濃
度の高いＶ偏析等の正偏析が生じている。このため鍛圧
金型は中心部に正偏析の生じた鋳片に対して鍛圧加工を
行うだけとなる。

【００１１】(2) 連続鋳造される鋳片の引き抜き速度を
次第に上昇させていくと、それに連れて鋳型から鍛圧金
型に到達するまでの時間が短くなるので連続鋳造中の鋳
片ストランド内のクレータエンドの位置が鍛圧金型の位
置に到達するようになる。この場合には、鍛圧金型の位
置に到達した鋳片は中心部が未凝固状態であるので鋳片
中心部の固相率（ｆ_s ) はｆ_s ≦1.0 となり、鍛圧金型
による鋳片に対する鍛圧加工により中心部の未凝固部が
上流側の液相中に排出されることになる。このため鋳片
中心部の未凝固部に存在するＣ、Ｐ、Ｓ等の溶質は上流
側に排出されて鋳片中心部は正偏析から溶質の極めて少
ない負偏析に変わりホワイトバンドを有する組織に変化
する。

【００１２】本発明を湾曲型連続鋳造装置を用いて鋳片
を連続鋳造する場合について図面にしたがい詳細に説明
する。本発明では、鋼の連鋳造において図１に示すよう
に上下が開放した鋳型１に溶鋼を注入し、鋳型１の側面
から冷却してその表面から一部を凝固させ、下方の各ロ
ールセグメント２に配列された複数個のサポートロール
３によって鋳片５を支持して移動させる。この時、鋳片
５は各サポートロール３の間に配置された多数のスプレ
ーチップ（図示せず）により上下からスプレーされる冷
却水により冷却されると共に湾曲した状態で移動する鋳
片５は、出側に位置するピンチロール４により引き抜か
れる。そしてピンチロール４の下流側に設置された上下
一対の鍛圧金型11を上下に移動を繰り返すことにより連
続的に鋳片５に対して鍛圧加工を行う。その後、鋳片５
は搬送ロール10上でガス切断機６によって所定の長さに
切断される。

【００１３】この場合において本発明では、前述のよう
にしてピンチロール４に引き抜かれる鋳片５が鍛圧金型
11の上流側位置にクレータエンド８が存在するような遅
い引き抜き速度で連続鋳造を開始し、鍛圧金型11を用い
て鋳片５の鍛圧加工を行う。この時、引き抜き速度が遅
いので鋳片５が鋳型１から鍛圧金型11に到達するまでの
時間が長く掛かり、連続鋳造中の鋳片ストランド内の固
液界面により形成されるクレータ９の最終端であるクレ
ータエンド８の位置が、鍛圧金型11の位置よりも上流側
に存在している。このため鍛圧金型11の位置に到達した
鋳片５は、すでに凝固を完了しているので鋳片中心部の
固相率はｆ_S ＞1.0 となり、鋳片５の中心部にはＣ、
Ｐ、Ｓ等の溶質濃度の高い正偏析が生じた状態となって
いる。その結果、鍛圧金型11は、中心部に正偏析の生じ
た鋳片５に対して鍛圧加工するだけであり、鋳片５の中
心部に正偏析が存在した状態のままである。

【００１４】その後、徐々に引き抜き速度を上げてく
と、それに連れて鋳型１から鍛圧金型11までの時間が短
くなるので連続鋳造中の鋳片ストランド内のクレータエ
ンド８の位置が鍛圧金型11の位置に到達するようにな
る。このようにしてクレータエンド８が鍛圧金型11の位
置に到達した鋳片５内の中心部は、未凝固で固体と液体
とが共存する状態となっていると共にＣ、Ｐ、Ｓ等の溶
質が濃化している。このときの固液共存相の固相率はｆ
_S ≦1.0 であるが、この固相率ｆ_S はクレータエンド８
から上流側になるほど小さい値であり、逆にクレータエ
ンド８に近付くに連れて次第に大きくな値になり、最終
的にはクレータエンド８の近傍で1.0 になる。

【００１５】このような固液共存相を呈するクレータエ
ンド８近傍の部分を鍛圧金型11により鍛圧加工を行うと
Ｃ、Ｐ、Ｓ等の溶質が上流側の液相内へ排出される。そ
の結果、鋳片５の中心部にはＣ等の溶質が他の部分より
も少ない負偏析帯となりホワイトバンドが形成される。
固相率ｆ_S が0.5 〜1.0 でクレータエンド８近傍の溶質
が濃化し固液の共存の溶鋼を鍛圧加工により上流側に排
出するのに必要な圧下量は50〜300mm 程度であり、鋳片
５の厚みが大きくなるほど圧下量を多くする。なお、鋳
片５内のクレータエンド８が鍛圧金型11の位置を通過し
て下流側に位置するようになると鍛圧加工の効果が少な
くなり、無意味となり好ましくない。

【００１６】鍛圧金型11の本来の目的は、図２に示すよ
うに鍛圧金型11を用いて鋳片５の最終凝固域であるクレ
ータエンド８の近傍を連続的に大圧化することにより、
内部割れを発生させることなくＣ、Ｐ、Ｓ等の偏析原因
となる固液共存相内の液相の流動を鍛圧条件により制御
し、中心偏析を防止することにある。特に、高炭素鋼線
材用素材においては、鋳片中心部に適度な負偏析帯を生
成させることにより線材の伸線性を向上させている。

【００１７】本発明では、鋳片５を鍛圧金型11により連
続的に大圧下により鍛圧加工するときの前記のような特
性を利用するため、まず鋳片５内に正偏析が生じるよう
な条件で連続鋳造しながら鋳片５に対し連続的に鍛圧加
工を施し、次いで徐々に引き抜き速度を速くすることに
より鋳片５内に負偏析が生じるような条件で連続鋳造す
る。そして鋳片５に連続的に鍛圧加工を施し、鋳片５の
クレータエンド８が鍛圧金型11に到達すると前記のよう
な作用により中心部が正偏析から負偏析のホワイトバン
ドに変わるか、もしくは鋳片中心部の炭素Ｃの偏析率が
（Ｃ／Ｃ₀ ）＜1.1 になる。このように変化する時点に
おける鋳型１から鍛圧金型11まで鋳片５が達するのに要
する到達時間（Ｔ）とその鋳造速度（Ｓ）とから鋳型１
から鍛圧金型11までの鋳造長（Ｌ）＝到達時間（Ｔ）×
鋳造速度（Ｓ）を求めて、鋳片５のクレータエンド８の
位置を推定するものである。なおここでＣは鋳片中心部
の炭素濃度であり、Ｃ₀ は鋳型に注入する前の溶鋼の炭
素濃度である。

【００１８】図３は、鋳片５が鋳型１の位置から鍛圧金
型11の位置までの到達時間（Ｔ）とその鋳造速度（Ｓ）
とから求めた鋳造長（Ｌ) ＝到達時間（Ｔ）×鋳造速度
（Ｓ）と鋳片５の伸び試験を行った結果による鋳片５の
伸び率との関係を示したものである。図３において領域
Ａは鋳造開始当初の鋳造速度が相対的に遅く、鋳片５内
のクレータエンド８が鍛圧金型11の上流側に存在する領
域であり、領域Ｂは鋳造速度の上昇により鋳片５内のク
レータエンド８が鍛圧金型11に到達した領域である。し
たがって領域Ａでは鋳片５のクレータエンド８の位置は
鋳型１からの鋳造長（Ｌ）が短く、鋳片５の中心部が正
偏析になるので鋳片伸び率は低い。これに対して領域Ｂ
では鋳片５のクレータエンド８の位置は鋳型１からの鋳
造長（Ｌ）が長くなって鍛圧金型11の位置までに到達し
ているので、鍛圧加工により鋳片５の中心部が負偏析に
なるので鋳片伸び率は高くなる。そこで領域Ａから領域
Ｂに変わるＣ点がクレータエンド８が鍛圧金型11に到達
する鋳造長を示している。

【００１９】図４は、連続鋳造により製造された領域Ａ
と領域Ｂの境目の前後を含む鋳片５から採取した試料に
ついてサルファプリントにより調査したマクロ組織を示
している。図４に示すように領域Ａでは鋳片５の中心部
に炭素等の溶質濃度が高い正偏析部が存在し、領域Ｂで
は鋳片５の中心部に負偏析部としてホワイトバンドが存
在している。したがって鋳片５のマクロ組織が正偏析か
ら負偏析に変わる境目Ｃ点の位置を判定することによ
り、クレータエンド８が鋳型１から鍛圧金型11に至る鋳
造長（Ｌ）を推定できることになる。本発明ではこのよ
うなクレータエンド８の鋳造長（Ｌ）から鋳片５の凝固
係数を求めることもできる。

【００２０】本発明によって推定した鋳片５のクレータ
エンド８の鋳造長（Ｌ）や凝固係数のデータは、鍛圧加
工を行わない鋳片にも利用することが可能であり、その
効果は多大である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、鍛
圧金型により連続的な鍛圧加工後における鋳片のマクロ
組織から、クレータエンド、凝固係数を正確に決定でき
る。また、本発明を利用して凝固位置の計算との対比に
よりロールからの抜熱、空冷比、２次冷却水効率の推定
がより正確となるため、それらの数値の決定にも役立て
ることが出来る。さらにそれら計算値を用いて連続鍛圧
加工を施す鋳片の中心部偏析比がＣ／Ｃ₀ ＝0.90〜1.05
という偏析挟幅制御を要求される鋼種においてもクレー
タエンドを正確に把握できるため、凝固後に鍛圧加工を
行うということがなくなる。したがって全鋼種におい
て、その実績による到達時間から凝固後に圧下を施して
いないかという判定に用いることができ、品質保証を行
えるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る湾曲型連続鋳造機により鋳造中の
鋳片の断面を示す模式図である。

【図２】本発明に係る鍛圧金型により鋳片を鍛圧加工す
る状況を示す断面図である。

【図３】クレータエンドの鋳造長（Ｌ）と鋳片の伸び率
との関係をクレータエンドが鍛圧金型の上流側に存在す
る領域Ａとクレータエンドが鍛圧金型に到達した領域Ｂ
とを比較して示した線図である。

【図４】鋳片のサルファプリント組織を示す断面図であ
る。

【図５】従来に係る湾曲型連続鋳造機により鋳造中の鋳
片の断面を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 鋳型 ２ ロールセグメント ３ サポートロール ４ ピンチロール ５ 鋳片 ６ ガス切断機 ７ 凝固セル ８ クレータエンド ９ クレータ 10 搬送ロール 11 鍛圧金型

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造鋳型より連続的に鋳造される鋳
   片を鋳片通路に配置されたサポートロールで支持しなが
   らピンチロールで引き抜き、ピンチロールの出側に設置
   された上下一対の鍛圧金型によって該鋳片の凝固完了点
   近傍を連続的に鍛圧加工する方法において、前記ピンチ
   ロールで引き抜かれる鋳片を鍛圧金型の上流側位置にク
   レータエンドが存在するような引き抜き速度で鋳造を開
   始して鍛圧金型により鍛圧加工を行い、その後、徐々に
   引き抜き速度を上げつつ鍛圧加工を継続することによっ
   て連続鍛圧された鋳片の内部マクロ組織が正偏析から負
   偏析に変化するときの連続鋳造鋳型から鍛圧金型までの
   到達時間とその鋳造速度とから鋳片のクレータエンドを
   推定することを特徴とする連続鋳造における鋳片のクレ
   ータエンド推定方法。