JPH10249490A - 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、簡素な設備で鋼種を問わず、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
0.2 を超えて1.0 未満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0.6 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上
述の特開平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％の大きな圧下率が未
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、非常に大きな圧下力を必要とするた
め、圧下設備の複雑化は避けられない。

【０００９】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、
簡素な設備で鋼種を問わず、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。

【００１０】

【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。 丸ビレット鋳片は矩形断面鋳片に比較して小さい圧下
力により大きな圧下量を得ることが可能である。

【００１１】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
きに高速大圧下を行う必要がある。 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に圧着する必要がある。

【００１２】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。

【００１３】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を超えて1.0 未満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0.60以上1.0 以下となる圧下量Ｒ(mm)の未凝固
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。

【００１４】

【数１】

【００１５】(2) 上記(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。

【００１６】(3) 前記未凝固圧下のロールとしてカリバ
ーロールまたはフラットロールを用いた上記(1) または
(2) に記載の丸ビレット鋳片の製造方法。 (4) 鋳型内溶鋼の電磁攪拌を行う上記(1) ないし(3) の
いずれか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】丸ビレット鋳片は矩形断面鋳片に比較し、
小さい圧下力により大きな圧下量を得ることができる。
したがって、圧下設備を複雑化することなく内部品質の
向上が期待される。

【００２２】従って、中心部固相率fsが0.20超と大きく
なっても容易に圧下でき、未凝固部分を前に押し出すと
ともに、ポロシティの圧着が可能となる。本発明ではこ
の中心部固相率fsは0.20超1.0 未満とする。この圧下時
中心部固相率の範囲は0.2 超0.8 以下であることがより
好ましい。これは、鋼種によっては加速凝固が速く圧下
中に完全に凝固してしまうからである。

【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。丸ビレット鋳片は矩形断面に比較し同
一圧下力にて大きい圧下量が得られるため矩形鋳片の圧
下時のようなロールに突起部を設ける必要はない。

【００２４】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。圧下量
は、式(1) における未凝固圧下指数Ｐの値が0.60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＝0.60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0.60の位置が、上下ロール対3
2、32で未凝固圧下されて、図３(b) に同じく点線で示
すように上下の固相率0.6 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。この未凝固圧下指数は0.8 超1.0 以下であることが
より好ましい。これは0.8 超であれば強度の発現してい
る凝固シェルが中心部にて圧着することとなり、内部割
れの消滅が容易となるからである。

【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超1.0 未満に制限するが、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】前記中心部固相率0.20以下では、内部の割
れの発生を来たし、また1.0 超では完全凝固後のため、
内質改善の効果が出ないことから上記に限定した。な
お、本発明における丸ビレット鋳片としては、直径225
〜360 mm、未凝固厚みが０〜180 mm位が好ましい。

【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 ＝0.20〜1.0 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。

【００３１】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上に、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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】

【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。

【００３９】鋳造速度は0.5 〜1.7m/min、スプレー冷却
比水量は0.05〜0.8 l/kg.steelとした。また、比較例と
して同様の条件にて200 mm角鋳型による鋳造を実施し
た。

【００４０】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。

【００４１】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１〜６と比較例１〜６における製造条件をそれぞ
れ示す。

【００４２】表２に鋳造ビレットの品質評価結果につい
て示す。これらは鋳片より500 mm長さのサンプルを採取
し、(1) 横断面、縦断面マクロエッチング、(2) 中心偏
析 (横断面中心部より10mm径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Coとの比Ｃ／Co
として中心偏析評価の指標とした) 、(3) ポロシティ面
積分率[(ポロシティ総面積) ／ (鋳片断面積) ×100]、
(4) 真円度[(長径−短径) ／ (真円径) ×100] について調査したものである。さらに評価を下記の基準
によりつけた。

【００４３】 ◎：中心ポロシティ存在せず、真円性も良好のため製管
可能で品質も非常に良好。 ○：中心ポロシティ極微であり、真円性も良好のため製
管可能で品質も良好。 △：中心ポロシティ極微であるが、真円性が悪いため表
面外削して製管に供する。 ×：内部品質不良であり、製品とはならない。

【００４４】実施例１、６では適正条件で圧下している
うえ、鋳型内電磁攪拌実施、成形実施しているため最良
の品質が得られている。 実施例２、５では適正条件で圧下しているが、鋳型内電
磁攪拌を実施していないため中心ポロシティがわずかに
残存している。しかし、製品とするのには充分な内部品
質を有している。

【００４５】実施例３、４では適正条件で圧下している
が、真円成形不実施のため表面外削により製管に供し、
製品としたものである。また、鋳型内電磁攪拌は実施し
ていないが、製品の品質レベルとしては充分である。

【００４６】一方、比較例１は圧下開始時の中心部固相
率が低いため、内部割れが発生し未凝固圧下指数、圧下
速度とも低いので割れに侵入した濃化溶鋼を排出して割
れを消滅させることもできない。また、圧下量が小さい
ためポロシティが残存し、かつ中心偏析も大きい。

【００４７】比較例２は未凝固圧下指数が小さく、圧下
量が充分に確保できていない。したがって、中心部に未
凝固層が残存するため中心偏析が大きく、かつポロシテ
ィの低減もできていない。

【００４８】比較例３は角ビレットのため同様の圧下力
においては充分な圧下量を得ることができなていない。
従ってポロシティ、中心偏析の改善が十分でなく、内部
割れを残存したままである。このことから角ビレットは
丸ビレットに比べて同一圧下押付力における圧下量が小
さいことがわかる。

【００４９】比較例４は二軸で圧下しているため、中心
部に迅速に圧縮応力を与えられず、内部割れが発生し
た。比較例５は一軸で圧下しているものの圧下速度が遅
いため、中心部に迅速に圧縮応力を与えられず、内部割
れが発生した。

【００５０】比較例６は角ビレットのため充分な圧下量
を確保できていないうえに、圧下時中心部固相率も低
く、内部割れが発生した。また、圧下後も中心部に未凝
固相が充分に残存するため、ポロシティ面積分率が大き
く、中心偏析も大きい。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】

【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、また、圧下端子１点のみでも非定常部がなくなるた
め、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。

Claims (4)

【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を超えて1.0 未満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0.60以上1.0 以下となる圧下量Ｒ(m
   m)の未凝固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】 前記未凝固圧下のロールとしてカリバー
   ロールまたはフラットロールを用いた請求項１または２
   に記載の丸ビレット鋳片の製造方法。
4. 【請求項４】 鋳型内溶鋼の電磁攪拌を行う請求項１な
   いし３のいずれかに記載の丸ビレット鋳片の製造方法。