JPH10193063A - 連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋼の連続鋳造鋳片の中心部に発生する偏析を軽
減するとともに、鋳片の内部割れと表面割れを防止する
方法を提供する。 【解決手段】（１）鋳片の表面温度が１０００〜１３０
０℃となる位置のガイドロールを鋳片厚み方向の間隔
が、鋳片の引き抜き方向に段階的に増加するように配列
し、その間で鋳片にバルジングを起こさせることによ
り、鋳片の最大厚みを鋳型の短辺長さの１０〜５０％厚
くし、次いでバルジング終了位置から凝固完了点までの
間にて１対以上の圧下ロールにより、上記バルジングし
た部分に１対あたり２０ｍｍ以上の圧下をする。 （２）バルジングゾーン内の未凝固部に等軸晶を発生さ
せる処理を行いつつ、バルジングさせ、次いでバルジン
グした部分を圧下することが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造鋳片
の中心部に発生する偏析を軽減するとともに、鋳片の内
部割れと表面割れを防止する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造にて鋳片を製造すると、中心偏
析と呼ばれる内部欠陥が発生し問題となる。この中心偏
析は、鋳片の最終凝固部の厚み方向中心部にＣ、Ｓ、
Ｐ、Ｍｎなどの元素が濃化し、正偏析（中心部で局部的
に特定の元素の濃度が高くなる現象）となって現れる。
この偏析は、厚板鋼材の靱性の低下と水素誘起割れの原
因となる。中心偏析の発生原因には、以下の二つがあ
る。

【０００３】一つ目は、鋳片の凝固末期において、凝固
組織の一つである樹枝状晶間に上記偏析元素が濃化した
鋼溶鋼が残り、この溶鋼が凝固時の収縮および凝固シェ
ルのバルジングなどの原因により、最終凝固部の凝固完
了点に向かってマクロ的に移動するためである。二つ目
は、鋳片の厚み方向中心部に溶鋼成分が濃化し、そのま
ま凝固するためである。

【０００４】これに対し負偏析は、厚み方向中心部に濃
化した偏析元素が周辺部へ抜け出て、中心部の元素の濃
度が低くなる現象である。

【０００５】従って、中心偏析防止対策としては、樹枝
状晶間に残った溶鋼の移動を防止することと、濃化溶鋼
の局部的な集積を防ぐことが有効である。この防止方法
として次のような技術が開示されている。

【０００６】特開昭６３−２５２６５５号公報には、二
次冷却水量を増量させて、鋳片中心部の最終凝固部近傍
の鋳片表面温度を７００〜８００℃の範囲まで強冷却し
て、凝固シェル厚みを厚くすることでロール間で発生す
るバルジングを抑制し、さらに鋳片を軽圧下ロール群で
毎分０．２〜０．４％の歪み速度で圧下を加えて、濃化
溶鋼の流動を阻止する方法が開示されている。

【０００７】しかし、上記の圧下ロール群による軽圧下
（凝固収縮量を若干上回る圧下）では、鋳片の長手方向
に対して点状でしか圧下できないので、凝固収縮やバル
ジングを十分に防止できない。また、各圧下が集中荷重
として働くので凝固界面に内部割れが発生し、圧下量を
大きくとれないという欠点がある。

【０００８】その他に、鋳片中心部の凝固完了点近傍を
平面状の金型で連続的に鍛圧加工する方法があるが、こ
の方法では設備が大きくなり、コストが高くなるという
欠点がある。この欠点を解消するために、次のような技
術が開示されている。

【０００９】特開昭６１−４２４６０号公報には、鋳片
の凝固完了点近傍の上流側に設置した電磁攪拌装置ある
いは超音波印加装置を用いて溶鋼流動により樹枝状晶を
切断する技術が開示されている。これにより、凝固完了
点近傍に等軸晶域を形成させ、鋳片の凝固完了点直前に
配置した圧下ロール対により３ｍｍ以上の大圧下（凝固
収縮量より大きい圧下）を与えて、未凝固溶鋼を上部の
溶融部に排出して強制的に凝固を促進させ凝固完了点を
形成し、内部割れを起こさせずに、中心偏析を解消する
方法である。

【００１０】しかし、この方法では圧下により変形抵抗
の大きい鋳片両端部の凝固部を塑性変形させるため、変
形抵抗の大きな鋼種や、凝固部温度が低温になり変形抵
抗が大きくなった場合等には、圧下ロールの撓みおよび
フレームの撓み等により、十分な圧下効果が得られない
という問題がある。

【００１１】上記の問題に対して特開昭６１−１３２２
４７号公報では、鋳片幅方向中央の未凝固部を、キャメ
ル・クラウン・ロールと呼ばれる、大径ロールの中央部
に突出部を設けた段付きロールで局部的に圧下する方法
が開示されている。しかし、この方法では、段付きロー
ルで局部的に圧下するため鋳片表面に凹部が形成され、
その後の圧延工程で寸法不良、平坦度不良の原因とな
る。さらに、鋳片内未凝固部の溶鋼の流動や二次冷却の
バラつきにより、鋳片の凝固完了点の手前近傍で未凝固
部は必ずしも幅方向中央部になく、未凝固部の位置とキ
ャメルロール突出部の位置とは一致せず、圧下位置を適
正に保てないという欠点がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、連続
鋳造で得られた鋳片を、ロールによる比較的小さい圧下
荷重で効果的に中心偏析を軽減するとともに、それにと
もなう鋳片割れを防止することができる連続鋳造方法を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
（１）と（２）の連続鋳造方法にある。

【００１４】（１）鋳片の表面温度が１０００〜１３０
０℃となる位置のガイドロールを鋳片厚み方向の間隔
が、鋳片の引き抜き方向に段階的に増加するように配列
し、その間で鋳片にバルジングを起こさせることによ
り、鋳片の最大厚みを鋳型の短辺長さの１０〜５０％厚
くし、次いでバルジング終了位置から凝固完了点までの
間にて１対以上の圧下ロールにより、上記バルジングし
た部分に１対あたり２０ｍｍ以上の圧下を与えることを
特徴とする連続鋳造方法。

【００１５】（２）バルジングゾーン内の未凝固部に等
軸晶を発生させる処理を行いつつ、バルジングさせ、次
いでバルジングした部分を圧下することを特徴とする前
記（１）項記載の連続鋳造方法。

【００１６】上記の「段階的」にロール間隔を増加させ
る方法について、図２で説明する。図２は、セグメント
構成の場合に、ガイドロール群３の鋳片厚み方向の間隔
を鋳込み方向に段階的に増加させる方法のいくつかの例
について説明する図である。同図（ａ）は連続状で、同
図（ｂ）は１対のセグメント内では連続状、かつセグメ
ント対単位ではステップ状で、同図（ｃ）はセグメント
対単位にステップ状で、それぞれ段階的にロール間隔を
増加させる例を示している。これらの方法を組み合わせ
て用いることも可能である。対象とする鋳片の短辺長さ
の範囲は、８０〜５００ｍｍ程度が望ましい。

【００１７】従来、「バルジング」は好ましくないもの
とされ、極力これを小さくする工夫をしていた。本発明
では、逆に「バルジング」を積極的に発生させる、とい
うところに独創性がある。

【００１８】

【発明の実施の形態】図に基づいて本発明方法の実施形
態について説明する。

【００１９】図１は、本発明方法を実施する連続鋳造機
の装置構成例を示す縦断面の模式図である。

【００２０】図１に示すように、浸漬ノズル１０を経て
鋳型１に注入された溶鋼８は、水冷鋳型１およびその下
方のノズル群（図示していない）から噴射されるスプレ
ー水により冷却されて、凝固シェル２a が形成され鋳片
２となる。鋳片内部に未凝固部２b を保持したままガイ
ドロール群３、３a および圧下ロール群５を経てピンチ
ロール群７により引き抜かれる。図１の場合は垂直型連
続鋳造機であるが、湾曲型連続鋳造機などにも本発明は
適用できる。電磁攪拌装置４は、後述するように未凝固
部２b に攪拌を与えて等軸晶化させるための装置であ
る。

【００２１】本発明の方法では上記のような装置構成の
連続鋳造機において、表面温度が１０００℃以上の鋳片
を支えるガイドロール群３は、その鋳片厚み方向の間隔
が鋳込み方向に段階的に増加するように配置されている
（以下、この領域をバルジングゾーンという）。

【００２２】図１において、鋳型１の短辺長さをγ、鋳
型１直下のガイドロール群３の間隔をαとし、バルジン
グゾーンの終端におけるガイドロール間隔をβとする
と、バルジングゾーンでガイドロール群３の間隔を順次
拡げて行き、バルジングゾーンの終端におけるガイドロ
ール群３の間隔βの範囲を１．１０γ〜１．５０γとす
る。このβが後述するように圧下前の鋳片の目標最大厚
みである。ガイドロール群３ａは通常、複数対のガイド
ロールを１単位とする複数対のセグメントで構成されて
いる。

【００２３】鋳造鋼種の内部割れ感受性の大小や鋳造装
置のロール配列が固定されているか、可変であるかなど
の条件によってロール間隔の設定方法は図２の方法の中
から選択することができる。通常は図１および図２
（ａ）に示すような、各段のガイドロール群３の全ての
ロール間隔αの拡がり率が均等になる完全連続状にする
と内部割れが発生しにくい。

【００２４】ガイドロール群３ａを上記のような配列に
すれば鋳片にバルジングが生じる。そして、鋳片２の最
大厚みは鋳型１の短辺長さよりも１０〜５０％厚くな
る。

【００２５】図３（ａ）は、図１に示すバルジングゾー
ン内の鋳片２のＡ−Ａ線矢視断面図であり、垂直型連続
鋳造機の場合であり、バルジングは鋳片の上下面に発生
する。湾曲型連続鋳造機の場合、未凝固部は鋳片が水平
状態になった部分にも及ぶ。したがって溶鋼静圧のため
バルジングは鋳片の上側面に発生し、図３（ｂ）のよう
な鋳片断面形状となる。

【００２６】前記βが１．１０γ（１０％）未満では、
ロール１対あたりに必要な最低圧下量２０ｍｍを確保す
ることができない場合がある。一方、１．５０γ（５０
％）を超えると、バルジングゾーンでの内部割れが発生
しやすくなったり、ガイドロールピッチを極端に狭めな
ければならないことになる。

【００２７】バルジング部のガイドロールの間隔は、次
のように決める。鋳造時の鋳片表面温度を連続して測定
し、１０００〜１３００℃の範囲を抽出して、この温度
範囲部の鋳片厚み方向のガイドロール位置を機械操作に
より段階的に増加させる。

【００２８】バルジング位置を鋳片の表面温度が１００
０〜１３００℃の範囲とした理由を図４を用いて述べ
る。図４に図１のＡ−Ａ線矢視の内スラブコーナー部の
断面図を示す。

【００２９】図４（ａ）は、鋳片の表面温度が１０００
℃未満でのバルジング状況と鋳片内部割れを示す模式
図、同図（ｂ）は、鋳片表面温度が１０００〜１３００
℃でのバルジング状況を示す模式図、同図（ｃ）は、鋳
片表面温度が１３００℃を超えた場合のバルジング状況
と鋳片表面縦割れを示す模式図である。

【００３０】鋳片の表面温度が１０００℃未満でバルジ
ングさせると、短辺凝固シェル２cの凝固界面側に働く
熱応力（引張り）が大きい反面、凝固シェル強度が大き
くなり、長辺Ｌ側の凝固シェル２a とコーナー部がほと
んど変形しないため図４（ａ）に示すように、短辺が凹
み、短辺凝固シェル２c の凝固界面側に大きな引張り応
力Ｆが働き鋳片短辺内部割れ１３が発生する。

【００３１】鋳片の表面温度が１３００℃より高い場
合、すなわち２次冷却帯の上部でバルジングさせるとメ
ニスカス８a からの距離が近すぎて、凝固シェル２a の
変形がメニスカスにまでおよび、図４（ｃ）に示すよう
な鋳片表面の縦割れ１４が発生する。その他、潤滑剤
（モールドパウダー）１５が鋳型と鋳片の隙間にうまく
流れ込まなくなって、ブレークアウト等のトラブルを引
き起こすこともある。

【００３２】鋳片の表面温度が１０００〜１３００℃の
位置でバルジングさせると、図４（ｂ）に示すように長
辺Ｌ側の凝固シェル２a およびコーナー部が適度に変形
する。そのため、鋳片の短辺Ｓの凹みが発生せず、凝固
界面の特定の位置に応力が集中することもなく、鋳片の
短辺内部割れ１３や鋳片表面の縦割れ１４が発生しな
い。

【００３３】鋳片をバルジングさせたあと、バルジング
終端位置から凝固完了点９の間で、少なくとも１対の圧
下ロールにより、その１対あたり２０ｍｍ以上の圧下を
与え、前記バルジング量相当分を圧下する。

【００３４】図５は、図１に示す圧下ゾーン内の鋳片２
の、Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。図５に示すようにバル
ジング量相当分の圧下により、凝固界面には圧縮応力が
働くため凝固界面に割れが生じることはない。また中心
部に面積の広い帯状の負偏析（中心部の合金元素の濃度
が低くなる現象）を生成することもなく、セミマクロ
（粒状）偏析も含めて中心偏析が改善される。圧下量の
望ましい上限は１対のロールあたり１００ｍｍ程度であ
る。このような圧下は、いわゆる大圧下と呼ばれるもの
である。圧下ロールは最少１段は必要であり、段数が多
いほど圧下を大きくすることができる。しかし、設備コ
ストも考えると望ましいロール対数（段数）は８以下で
ある。

【００３５】従来のロール圧下法においては、凝固界面
に割れが発生することを恐れて圧下量はあまり大きくは
できないと考えられ、凝固完了点における凝固収縮量を
圧下によって補償する程度の軽圧下に限られていた。

【００３６】しかし、圧下量をさらに大きくすると凝固
界面は一旦引張応力状態となるが、圧下により拘束され
るためむしろ圧縮となり、割れがほとんど発生しなくな
るというのが本発明の特徴である。このとき、１対ロー
ルあたりの所要圧下量は２０ｍｍ以上であり、必ずしも
凝固完了点を強制的に形成させる必要はないことが実験
的に明らかになった。

【００３７】凝固完了直前に配置した圧下ロール対によ
り、凝固完了点を強制的に形成させるところまで圧下す
るには、極めて大きな圧下力を必要とする。特にサイズ
の大きな鋳片においては、そのための圧下装置も大きな
ものが必要となるため、圧下ロールの小径化や圧下装置
の小型化を目的として、むしろ凝固完了点を強制的に形
成させない程度に圧下するのが望ましい。

【００３８】変形抵抗の大きい鋳片両端部の凝固部も圧
下するには大きな圧下力が必要であり、割れが発生する
危険性もあるので、本発明の方法では塑性変形を伴うよ
うな圧下をかけず中央部をバルジング相当量だけ圧下す
ることとしている。

【００３９】鋳片中心部の凝固組織は通常、柱状晶組織
となるが、本発明方法では図１に示すように、鋳片の凝
固完了点９よりも手前に備えた電磁攪拌装置４により未
凝固部２ｂに攪拌を加えて、凝固完了点９近傍の鋳片中
心部の未凝固部２ｂに等軸晶を生成させているのが望ま
しい。

【００４０】柱状晶組織の場合、柱状晶同志のブリッジ
ングにより溶鋼流動が阻害され局所的に偏析が増えるの
に対して、等軸晶組織の場合、圧下による溶鋼流動が起
こりやすく局所的な濃化溶鋼の集積が防止される効果が
ある。

【００４１】電磁攪拌装置４の望ましい設置位置は、バ
ルジングゾーン内であり、圧下ゾーンと重ならないよう
にするのがよい。電磁攪拌の際の周波数の望ましい範囲
は１．０〜３．０Ｈz 、電流値の望ましい範囲は６００
〜９００Ａである。

【００４２】等軸晶を生成させる方法としては、必ずし
も電磁攪拌によらなくてもよい。例えば、ガイドロール
群３または圧下ロール群５を介して鋳片２に超音波を印
加する方式でもよい。そのほか、操業面からの簡便性や
効果を配慮した上で低温鋳造や鋳型内への鋼線添加など
も等軸晶を生成させる方法として採用できる。

【００４３】

【実施例】図１に示す装置構成のスラブ垂直型連続鋳造
装置を用いて、表１に示す条件で鋳造した。最終の圧下
ロールの位置は凝固完了点９から１００ｍｍ上方とし
た。さらに、電磁攪拌装置４をバルジングゾーン内に設
置した。

【００４４】

【表１】

【００４５】比較例１はバルジングさせず電磁攪拌によ
り鋳片中心部を等軸晶とした後、圧下を行った。本発明
例１、２と比較例２は、１０％バルジングさせ電磁攪拌
により鋳片中心部を等軸晶とした後に圧下を行った。、
比較例３と本発明例３は５０％バルジングさせた後に電
磁攪拌を用いず圧下を行った。

【００４６】品質の評価は〔Ｐ〕の最大偏析度、セミマ
クロの偏析粒数および鋳片割れ状況で行った。〔Ｐ〕の
最大偏析度は、鋳込み方向に直角な断面の中心部から試
験片を採取し、このサンプルの表面を２００μｍメッシ
ュの粗さに分け、おのおののメッシュの中での〔Ｐ〕の
平均濃度を調査し、この〔Ｐ〕と母溶鋼のＰ濃度〔Ｐ0
〕との比Ｐ／Ｐ0 とした。偏析粒数は、５０ｍｍ×５
００ｍｍの範囲の粒状偏析の個数を５０倍で顕鏡し、Ｐ
／Ｐ0 が２以上のものについて調査した。その結果を図
６および図７に示す。

【００４７】図６は〔Ｐ〕の最大偏析度を示す図、図７
は偏析粒数とセミマクロ偏析粒径との関係を示す図であ
る。

【００４８】図６および図７から明らかなように、本発
明例１〜３では比較例１〜３に比し〔Ｐ〕の最大偏析度
は１／２に低減した。偏析粒数およびセミマクロ偏析粒
径の本発明例１〜３は比較例１〜３に比し、顕著に減少
した。したがって、本発明方法を用いることにより中心
偏析を改善することができることがわかった。

【００４９】鋳片の内部割れは、鋳込み方向に直角な断
面で切断し、表面を研磨後カラーチェックを行い、目視
で観察した。鋳片表面縦割れは、鋳込み中期の黒皮鋳片
表面をカラーチェックし、目視で観察した。その結果を
表１に示す。

【００５０】表１から明らかなように、本発明例１〜３
は、鋳片内部割れおよび鋳片表面縦割れとも発生せず鋳
片割れ防止効果は顕著である。一方、比較例２は鋳片内
部割れ、比較例３は鋳片表面縦割れが発生した。

【００５１】

【発明の効果】本発明方法によれば、比較的小さい圧下
荷重で未凝固部に大圧下を加えることにより、鋳片の中
心偏析を減少させることができるとともに、鋳片内部割
れおよび鋳片表面縦割れも防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施する連続鋳造装置の構成例を
示す鋳片厚さ方向縦断面の模式図である。

【図２】ガイドロール群の鋳片厚さ方向の間隔を鋳込み
方向に段階的に増加させる方法例についての説明であ
る。（ａ） は連続状、（ｂ） は１対のセグメント内で
は連続状、かつセグメント対単位ではステップ状、
（ｃ） はセグメント対単位にステップ状の場合であ
る。

【図３】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図４】図１のＡ−Ａ線矢視断面図の短辺近傍の拡大図
である。 （ａ）鋳片の表面温度が１０００℃未満でのバルジング
状況と鋳片内部割れを示す模式図である。 （ｂ）鋳片の表面温度が１０００〜１３００℃でのバル
ジング状況を示す模式図である。 （ｃ）鋳片表面温度が１３００℃を超える場合のバルジ
ング状況と鋳片表面縦割れを示す模式図である。

【図５】図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図６】〔Ｐ〕の最大偏析度を示す図である。

【図７】偏析粒数とセミマクロ偏析粒径との関係を示す
図である。

【符号の説明】

１：鋳型、 ２：鋳片、２a：長辺凝
固シェル、 ２b：未凝固部、２c：短辺凝固シェ
ル、３：鋳片の表面温度が１０００℃以上の位置のガイ
ドロール群、３a：鋳片の表面温度が１０００℃未満の
位置のガイドロール群、４：電磁攪拌装置、５：圧下ロ
ール群、６：圧下装置、７：ピンチロール群、８：溶
鋼、９：凝固完了点、１０：浸漬ノズル、１１：鋳込み
方向、１２：セグメント、１３：内部割れ、１４：表面
縦割れ、１５：潤滑剤（モールドパウダー）、α：鋳型
直下における鋳片厚み方向のガイドロール間隔、β：バ
ルジングゾーンの終端における鋳片厚み方向のガイドロ
ール間隔、γ：鋳型の短辺長さ、δ：凝固シェル厚、
Ｓ：鋳片の短辺、Ｌ：鋳片の長辺、Ｆ：引張り応力。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳片の表面温度が１０００〜１３００℃と
   なる位置のガイドロールを鋳片厚み方向の間隔が鋳片の
   引き抜き方向に段階的に増加するように配列し、その間
   で鋳片にバルジングを起こさせることにより、鋳片の最
   大厚みを鋳型の短辺長さの１０〜５０％厚くし、次いで
   バルジング終了位置から凝固完了点までの間にて１対以
   上の圧下ロールにより、上記バルジングした部分に１対
   あたり２０ｍｍ以上の圧下を与えることを特徴とする連
   続鋳造方法。
2. 【請求項２】バルジングゾーン内の未凝固部に等軸晶を
   発生させる処理を行いつつ、バルジングさせ、次いでバ
   ルジングした部分を圧下することを特徴とする請求項１
   記載の連続鋳造方法。