JPH10146651A - 連続鋳造による丸ビレット鋳片の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シームレスパイプ製造用の丸ビレット鋳片を
連続鋳造する際、鋼種を問わず、内部割れ、中心部ポロ
シティ、中心部偏析、軸芯割れの生成を防止する技術を
開発する。 【解決手段】 未凝固圧下法により、中心部固相率fsが
0.20以下の領域にある丸ビレット鋳片に対して、一対以
上のロールによって20mm／分以上の圧下速度で一軸方向
に下記式中の未凝固圧下指数Ｐが0.40以上1.0 以下とな
る圧下量Ｒ(mm)の圧下を与える。 【数１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造による丸
ビレット鋳片の製造方法、特に未凝固圧下法を用いた製
管用の丸ビレット鋳片の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造により丸ビレット鋳片を製造す
る場合、材質が低炭素鋼、軸受鋼、高Cr鋼のときには、
最後に凝固する中心部に偏析 (中心偏析) 、軸芯割れ、
ポロシティが生成するため、そのような丸ビレット鋳片
をシームレスパイプ製造にそのまま用いると内面疵を多
発し、製品とならない。

【０００３】そこで中心偏析、ポロシティをなくすため
に、中心部に未凝固部のある状態のときに鋳片に圧下を
施す方法、いわゆる未凝固圧下法が多く提案されてい
る。例えば、特開平６−142863号公報、特開平７−2048
12号公報はいずれも中心部に未凝固部の存在する状態の
ときに軽圧下を施す方法を開示している。

【０００４】特開平７−227657号公報は、矩形断面鋳片
について、中心部固相率が0.6 〜0.95の範囲にあるとき
に、５〜40％の厚み方向圧下率で未凝固圧下を施す方法
を開示している。

【０００５】一方、インライン・リダクション法に関す
る研究 (鉄と鋼、第60年、1974、第７号) には、120 mm
×120 mmの正方形断面連続鋳片を未凝固域 (完全液相域
と固液共存域) が30〜50mm×30〜50mmの正方形断面とな
るように鋳造し、このとき30％以上の圧下率で圧下する
ことにより内部割れを消滅させることが可能であること
が述べられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
未凝固圧下法を種々の鋼種の丸ビレット鋳片に用いると
様々な問題が生じる。

【０００７】炭素濃度0.5 ％以上の丸ビレット鋳片に特
開平６−142863号公報、特開平７−204812号公報に記載
された軽圧下法を施すと、内部割れ感受性が高いため図
１に示すように凝固シェル10の前面に割れ12が発生す
る。図中、中心部14が未凝固状態にある丸ビレット鋳片
16は上下ロール対18、18により未凝固圧下が行われてい
る。このようにして形成された割れ12には中心部14に未
凝固状態で存在するＣ、Ｐ、Ｓ、Mn等の成分の濃化され
た溶鋼が吸引されており製管時のパイプ内面疵の発生を
もたらすものである。

【０００８】一方、前記の特開平７−227657号公報にお
ける矩形断面鋳片に対して５〜40％の大きな圧下率で未
凝固圧下を施す方法 (鉄と鋼、第60年、1974、第７号に
よる方法) では、圧下開始時の中心部固相率が0.6 〜0.
95と高く、中心部が加速凝固する丸ビレット鋳片におい
ては圧下中に溶鋼の流動性が失われてしまうため内部割
れの消滅はおろか、ポロシティの消滅さえも不可能であ
る。また大きな圧下力を必要とするため設備の大型化、
複雑化は避けられない。

【０００９】また、インライン・リダクション法の場
合、丸ビレット鋳片に適用すると、中心部に直径30〜40
mmの未凝固域を有する状態で圧下率30％以上の圧下を施
しても、中心部が加速凝固して流動性が失われてしまう
ため、溶鋼の絞り出しが充分に行われず、内部割れの消
滅はおろか、ポロシティの消滅さえも不可能である。

【００１０】以上より、本発明の課題は、特にシームレ
スパイプの製管用の丸ビレット鋳片の連続鋳造に際し、
鋼種を問わず、内部割れがなく、中心部ポロシティ、中
心部偏析、軸芯割れのない内部品質の良好な真円性の高
い丸ビレット鋳片の製造方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上述の課題
解決について検討を重ね、次のような知見を得た。 丸ビレット鋳片の場合、矩形断面鋳片の場合と異な
り、中心部の凝固はある時点から加速度的に急速に進む
ことから、矩形断面鋳片の未凝固圧下とは異なる観点か
らの対策が必要であること。

【００１２】未凝固圧下に際して特定の固相率のとき
から中心部の凝固が加速度的に進行することからそのと
きに高速圧下を行う必要があること。 特定の圧下量を与えることによって未凝固部分を完全
に排除して凝固部分を圧着する必要があること。

【００１３】したがって、中心部が特定範囲の固相率の
ときに所定の圧下量で高速圧下することにより、鋼種に
関係なく内質の劣化が防止できることを知り、本発明を
完成した。

【００１４】ここに、本発明は次の通りである。 (1) 丸ビレットの連続鋳造に際して、中心部固相率fsが
0.20以下の領域にある丸ビレット鋳片に対して、一対も
しくは二対以上のロールによって20mm／分以上の圧下速
度で一軸方向に下記式(1) 中の未凝固圧下指数Ｐが0.4
0 以上1.0 以下となる圧下量Ｒ(mm)の圧下を行うことを
特徴とする連続鋳造による丸ビレット鋳片の製造方法。

【００１５】

【数１】

【００１６】(2) 上記(1) 記載の方法により丸ビレット
鋳片を圧下し、完全凝固した後、一対の水平ロールから
なる凝固水平圧下スタンドと一対の垂直ロールからなる
凝固垂直圧下スタンドを用いて断面形状の真円性を整え
ることを特徴とする丸ビレット鋳片の製造方法。 (3) 鋳型内溶鋼の電磁攪拌を行う上記(1) または(2) に
記載の丸ビレット鋳片の製造方法。

【００１７】

【発明の実施の形態】図２に、本発明にかかる連続鋳造
による丸ビレット鋳片の製造工程の一例を模式的に示
す。

【００１８】図中、タンディッシュ20から断面が円形の
連続鋳造用鋳型22に注入された溶鋼24は鋳型22内におい
て冷却され凝固シェルが外側に形成される。この鋳型22
から引き抜かれた丸ビレット鋳片26はスプレー冷却帯28
を経てピンチロール帯30に入り、そこで本発明にしたが
って未凝固圧下ロール対32、32により高速圧下される。
このとき断面が楕円形となった鋳片は完全凝固後の領域
に設けられた凝固水平圧下スタンド36と凝固垂直圧下ス
タンド38により真円成形され、シームレスパイプ製造用
の丸ビレット鋳片とされる。

【００１９】図示例では、未凝固圧下ロール対32は一対
しか設けていないが、これは二対以上設けてもよい。ま
た、完全凝固後の成形スタンドも、垂直ロールを先に設
けてもよく、またこれらの成形スタンドの数についても
必要によりさらに複数対設けてもよい。

【００２０】このように本発明にあっては、連続鋳造に
よって丸ビレット鋳片を製造する際に、鋳片の中心部ポ
ロシティ、中心偏析、軸芯割れを軽減させるためには未
凝固状態において圧下を施すのである。

【００２１】丸ビレット鋳片の最終凝固領域は軸芯部で
あって、矩形断面鋳片に比較し、その体積比率は小さい
ため最終凝固領域近傍において加速度的に凝固が進行す
る。一方、中心偏析を低減させるためには溶鋼の流動が
必要であり、したがって、本発明にあっては、中心部固
相率fsが0.20以下という低固相率の状態での未凝固圧下
を行う。

【００２２】さらに、丸ビレット鋳片の圧下は矩形断面
鋳片に比較して中心部への圧下浸透が小さい。したがっ
て、低固相率での圧下でないとポロシティの圧着による
ポロシティの低減効果を充分には期待できない。また、
軸芯割れは中心部の加速凝固時に発生する中心引張り応
力によって生成すると考えられることから、やはり中心
部固相率0.20以下という低固相率で加速凝固の開始する
以前に圧下を施すのである。

【００２３】本発明によれば、圧下ロールは一対でもよ
いし、多段に設けてもよい。また、圧下ロールの形状は
フラットロールでもカリバーロールでもよい。カリバー
ロールの場合は、圧下による二軸方向の変形を極力伴わ
ないようにするためにＲ≧100 mm、深さ５mm以上である
ことが望ましい。本発明にあって、圧下は一軸方向に行
う。なぜならば丸ビレット鋳片の中心部への圧下浸透は
小さく、それを極力妨げてはならないからである。

【００２４】圧下量は、式(1) における未凝固圧下指数
Ｐの値が0.40以上1.0 以下となるように与えるが、この
物理的意味は、例えばＰ＝0.40の場合には、図３(a) に
点線で示すように圧下軸方向の中心部固相率0.40の位置
が、上下ロール対32、32で未凝固圧下されて、図３(b)
に同じく点線で示すように上下の中心部固相率0.4 の領
域が合わさることであり、同様にＰ＝1.0 の場合には、
図３(a) の点線で示す領域が中心部固相率1.0 、つまり
完全凝固した位置が、上下ロール対32、32で未凝固圧下
されて、図３(b) に同じく点線で示すように上下凝固領
域が合わさることである。

【００２５】ここに、「未凝固層厚み」とは鋳片中心部
の液相と固液共存相を合わせた領域の直径をいう。ま
た、「未凝固圧下指数」とは、すでに図３に関連させて
説明したように、圧下時に圧着する部分の固相率をい
う。

【００２６】本発明にあっては丸ビレット鋳片の未凝固
圧下に際して、丸ビレット鋳片の中心部固相率(fs)を0.
20以下に制限するが、中心部固相率が0.20を超えると軸
芯割れが顕著にみられる。このときの「中心部」とは軸
芯部であり、また「中心部固相率」とは軸芯部の固相率
である。

【００２７】具体的に云えば、本発明の丸ビレット鋳片
の直径としては、225 〜360 mmであり、そのときの未凝
固厚みが40〜180 mm位のときに上述の未凝固圧下を行う
のである。

【００２８】次に、未凝固層厚み(X) の求め方の一例を
示すと下記の通りである。一般的な下記式(2) の円柱座
標熱伝導微分方程式を解き、偏析を考慮した丸ビレット
鋳片の中心部固相率ｆs ＝０〜0.20を満足する温度とな
る時間を求める。同一時間において偏析を考慮した中心
部固相率0.99となる温度の位置の中心部からの距離の２
倍をＸとする。

【００２９】

【数２】

【００３０】また、このような方法以外に直接測定によ
りＸを求め、式(1) よりＲ(mm)を求めてもよい。このよ
うにして決定された圧下量(R,mm)を施すことにより、
Ｃ、Ｐ、Ｓ、Mn等の濃化した溶鋼をメニスカス方向へ流
動排出して中心偏析を低減することができる。ここに、
圧下量(R) は、丸ビレットの直径方向のロール間隔の減
少量ということができるまた、ポロシティについても未
凝固部断面積の減少もしくは完全凝固部の圧着により軽
減される。さらに、軸芯割れについても、後述する加速
凝固により引張り力を生むほどの液相体積でなくなるう
えに、中心部に圧縮応力が働くため、割れの生成を防止
することができる。

【００３１】特に、含有炭素濃度が0.5 ％以上と高く、
割れ感受性の高い鋼種は、圧下中に凝固前面が割れ、そ
の割れの中にＣ、Ｓ、Ｐ、Mn等の濃化溶鋼が侵入する
が、上述のようにして決定された圧下量を施すと一旦侵
入した濃化溶鋼を絞り出すことが可能であり内部割れを
消滅させることができる。

【００３２】このような圧下は、本発明によれば、20mm
／分以上の速度で鋳片に与えられる。なお、この圧下速
度の上限は本発明の性質上特に制限はないが、実用上
は、ほぼ150 mm／分あるいは100 mm／分とすることもで
きる。このような高速圧下により圧下中凝固シェル前面
に引張り応力のかかる時間を低減して早く圧縮応力とす
るため、濃化溶鋼を容易に絞り出し内部割れを確実に消
滅させることができる。

【００３３】このようにして得た未凝固圧下後の鋳片断
面は楕円状であるため、所望により、完全凝固後に一対
の水平ロールからなる凝固水平圧下スタンドと、さらに
一対の垂直ロールからなる凝固垂直圧下スタンドとによ
り真円成形をして真円性を高めることができる。

【００３４】完全凝固後にこのような圧下スタンドを設
ける理由は、未凝固時に成形を行うと内部割れ発生のお
それがあるためである。凝固後圧下スタンドとしての水
平ロールと垂直ロールの設置の順はどちらでもよい。

【００３５】さらに、鋳型内溶鋼に対して電磁攪拌を行
うと等軸晶率が増加するため、圧下量不足により内部割
れが発生する状態を緩和することが可能となる。電磁攪
拌それ自体は慣用のものを使用すればよく、そのときの
具体的処理条件も特に制限されない。

【００３６】さらに、中心部の充填率が高まるためセン
ターポロシティの面積分率を低下させることも可能とな
る。次に、実施例によって本発明の効果をさらに具体的
に説明する。

【００３７】

【実施例】直径225 mmの断面円形の連続鋳造用鋳型にて
図２に示す構造に等しい設備により丸ビレット鋳片を鋳
造した。ロール対32、32による未凝固圧下位置は、溶湯
メニスカスより21ｍとし、完全凝固後、凝固水平圧下ス
タンド36および凝固垂直圧下スタンド38はそれぞれ溶湯
メニスカスより24ｍと26ｍの位置に配置した。

【００３８】鋳造速度は1.4 〜1.7m/min、スプレー冷却
比水量は0.05〜0.8 l/kg.steelとした。未凝固部の圧下
は各鋼種における最適圧下量に応じたディスタンス・ピ
ースをピンチロールに設置し、120 〜220 Ｔの押付力に
より行った。また、圧下速度の調整はピンチロール制御
によって行った。

【００３９】本例において、未凝固圧下を行うときの未
凝固層厚さ(X) は、前述の熱伝導微分方程式を、それぞ
れの中心部固相率のときについて解いて求めた。表１に
実施例１〜10と比較例１〜11における製造条件をそれぞ
れ示す。

【００４０】実施例１〜５は、それぞれ、低炭素鋼、高
炭素鋼、軸受鋼、９％Cr鋼、13％Cr鋼において、丸ビレ
ット鋳片の中心部固相率が0.20以下、未凝固圧下指数が
0.40以上となるように一軸にて圧下し、凝固完了後断面
楕円ビレットを円形に成形しなかったものである。

【００４１】また、実施例６〜10は同様の条件で未凝固
圧下した後、凝固完了してから楕円ビレットを円形に成
形した場合である。上述の各例において、得られた丸ビ
レット鋳片より500 mm長さのサンプルを採取し、横断
面、縦断面のマクロエッチングを実施した。一方、横断
面中心部より10mm径のドリルサンプルを採取し、炭素濃
度Ｃを分析して、鋳片の平均濃度Ｃ_oとの比、Ｃ／Ｃ_o
として中心偏析評価の指標とした。

【００４２】ポロシティ面積分率は横断マクロエッチン
グ板にて測定した。内部割れの有無は横断、縦断のマク
ロエッチング板のいずれかに存在すれば有と判定した。
軸芯割れは横断マクロエッチング板より有無を確認し
た。真円度は長径と短径の差を真円時の径で除した比率
をもって表している。

【００４３】評価は◎は内部品質良好かつ真円性良好に
より製管可能であり、製管後の管内面品質も良好である
もの、○は内部品質良好なるも真円性が悪いため表面外
削して製管に供するもの、×は内部品質不良であり、真
円性に拘わらず管内面品質不良であるもの、との基準で
それぞれ判定した。

【００４４】結果は表２にまとめて示す。表１、表２か
ら次のような点が明らかになる。実施例１、６では、適
正条件で未凝固圧下することにより、低炭素鋼特有の軸
芯割れの生成を抑制している。これは軸芯割れ生成より
も前に未凝固圧下を施して、中心部における凝固層同志
の圧着がなされた結果もしくは中心部に圧縮が働いた結
果だと考えられる。さらに実施例６は完全凝固後に円形
成形しており、製管可能でありかつ良好な管内面品質を
得ることができた。

【００４５】一方、比較例１では未凝固圧下に際しての
中心部固相率が0.30と大きいため、圧下時に中心部が加
速凝固をしており軸芯割れの防止は不可能であった。比
較例６では、未凝固圧下時の中心部固相率が0.40と大き
く、かつ二軸圧下しているために未凝固圧下指数(P) も
0.45と小さい。これにより、中心部が加速凝固をしてい
る上に、圧下後も流動可能液相比率が高位であり、軸芯
割れの防止は不可能であった。真円度良好であるため製
管したものの内面疵が多発した。

【００４６】実施例２、３、７、８では、適正条件で未
凝固圧下することにより濃化溶鋼を流動させ、ポロシテ
ィ、中心偏析を低減している。さらに、割れ感受性の高
い高炭素鋼、軸受鋼であるにも拘らず、内部割れがない
のは未凝固圧下指数を0.40以上として割れ部に侵入した
濃化溶鋼の排出が充分に行われたためである。

【００４７】特に実施例８では鋳型内電磁攪拌を実施し
ており、ポロシティ面積分率が低いところにその効果が
うかがえる。これらのうち実施例７、８は真円度も良好
であり、製管したところ管内面品質も良好であった。

【００４８】比較例２では未凝固圧下指数を0.38と小さ
くしているため、中心部における濃化溶鋼の流動性が持
続して中心偏析を低減できていない。また、当然ながら
ポロシティ面積分率も高い。さらに内部割れも発生して
おり、割れ部に侵入した濃化溶鋼の絞り出しも不充分で
あることがわかる。

【００４９】比較例３では二軸であるため未凝固圧下指
数が0.38と小さい。これにより上述比較例２と同様の結
果となった。比較例７では未凝固圧下における中心部固
相率が0.25と大きい。これにより中心部濃化溶鋼を充分
に流動させることができず、中心偏析度が高い。さらに
割れ部に侵入した濃化溶鋼の絞り出しも不充分で内部割
れが残存している。真円性良好であったため、製管実施
したが管内面品質は不良であった。

【００５０】比較例８では未凝固圧下指数が0.39と小さ
いために、中心部濃化溶鋼の流動が不充分な上に、割れ
部に侵入した濃化溶鋼の絞り出しも不充分であり、中心
偏析度が高く、ポロシティ面積分率も高く、内部割れが
残存していた。真円度良好のため製管実施したが、管内
面品質は不良であった。

【００５１】実施例４、５、９、10では適正条件で未凝
固圧下することにより、ポロシティを低減している上
に、軸芯割れの発生を抑制している。これは、軸芯割れ
生成以前に圧下を施して中心部における凝固層同志の圧
着がなされた結果もしくは中心部に圧縮応力の働いた結
果と考えられる。実施例９、10は真円度良好のため製管
実施したところ良好であった。

【００５２】比較例４では未凝固圧下に際しての中心部
固相率が0.40と大きく、既に中心部における加速凝固が
開始していて未凝固相が残存するため軸芯割れの抑制は
不可能であった。

【００５３】比較例５では未凝固圧下指数が0.38と小さ
く圧下量が小さいため、圧下後も未凝固相が中心部に残
存し、軸芯割れの抑制は不可能であった。比較例９では
二軸圧下のため未凝固圧下指数が0.37と小さく圧下量が
小さいため、比較例５と同様、軸芯割れの抑制は不可能
であった。真円度良好であったため製管実施したが管内
面品質は不良であった。

【００５４】比較例10では未凝固圧下に際しての中心部
固相率が0.35と大きく、かつ未凝固圧下指数は0.39と小
さい。これにより比較例４と同様軸芯割れの抑制は不可
能であった。真円度良好であったため製管実施したが管
内面品質は不良であった。

【００５５】比較例11では圧下速度が遅く、長時間凝固
シェルに引張り応力がかかり続けたために内部割れが大
きく、消滅させることは不可能であった。製管実施した
が管内面品質は不良であった。

【００５６】

【表１】

【００５７】

【表２】

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
連続鋳造によって丸ビレット鋳片を製造する際に、中心
偏析、軸芯割れ、中心ポロシテイが生成されず、シーム
レスパイプの製造に適する内質のすぐれた製管用丸ビレ
ットが製造される。特に、本発明によれば、鋼種によら
ず、上述のような優れた特性が得られるのであって、そ
の実用上の意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】内部割れ発生鋳片の略式横断面図である。

【図２】本発明にかかる未凝固大圧下法を実施するため
の設備概要を示す模式的説明図である。

【図３】図３(a) 、(b) は、未凝固圧下指数の物理的意
味を説明する模式的説明図であり、図中、未凝固圧下指
数の示す意味は、例えば中心部固相率が0.4 の位置を破
線で示すと、その位置を密着させるように圧下するとい
うことである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 章裕 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金 属工業株式会社内 (72)発明者 草場 芳昭 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金 属工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 丸ビレットの連続鋳造に際して、中心部
   固相率fsが0.20以下の領域にある丸ビレット鋳片に対し
   て、一対もしくは二対以上のロールによって20mm／分以
   上の圧下速度で一軸方向に下記式(1) 中の未凝固圧下指
   数Ｐが0.40以上1.0 以下となる圧下量Ｒ(mm)の圧下を行
   うことを特徴とする連続鋳造による丸ビレット鋳片の製
   造方法。 【数１】
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法により丸ビレット
   鋳片を圧下し、完全凝固した後、一対の水平ロールから
   なる凝固水平圧下スタンドと一対の垂直ロールからなる
   凝固垂直圧下スタンドを用いて断面形状の真円性を整え
   ることを特徴とする丸ビレット鋳片の製造方法。
3. 【請求項３】 鋳型内溶鋼の電磁攪拌を行う請求項１ま
   たは２に記載の丸ビレット鋳片の製造方法。