JPH11156511A - 鋼スラブ連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋳片に内部割れを発生させず、かつ大圧下力を
必要としないで効果的に中心偏析を軽減できるバルジン
グ後圧下する連続鋳造方法を提供する。 【解決手段】鋳片の液相線クレータエンド9aから固相線
クレータエンド9までの間に配列されたガイドロール群3
bの鋳片厚さ方向（短辺方向）の間隔を広げ、鋳片に合
計で５mmから20mm未満のバルジングを起こさせ、次いで
鋳片の中心部固相率（fs）が0.1から0.8までの間で少な
くとも１対の圧下ロールによりバルジングさせた量の0.
5倍から1.0倍までの圧下を加える鋼の連続鋳造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼鋳片（スラブ）
の内部割れの発生と中心偏析の発生とを軽減することが
できる連続鋳造方法に関する。特に、本発明は中心偏析
が大きな問題になる厚鋼板用素材となるスラブの連続鋳
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造法で鋼鋳片を製造する場合に
は、しばしば中心偏析と呼ばれる内部欠陥の発生が問題
となる。この中心偏析の発生は、鋳片の厚み方向中心部
の最終凝固部に溶鋼中のＣ、Mn、Ｓ、Ｐなどの成分元素
が濃化して正偏析する現象である。この現象は、厚板鋼
材において特に深刻な問題であり、偏析部分における靱
性の低下や水素誘起割れの原因となることが知られてい
る。

【０００３】このような中心偏析の発生原因は、凝固末
期における樹枝状晶（デンドライト）間に成分元素が濃
化した溶鋼が残り、鋳片厚み方向中心部でそのまま凝固
すること、および凝固時の収縮またはバルジングと呼ば
れる鋳片の膨れによる溶鋼流動により、最終凝固部の凝
固完了点に向かって溶鋼がマクロ的に移動することにあ
る。したがって、中心偏析防止対策としては、樹枝状晶
間の濃化溶鋼の移動を少なくすること、および濃化溶鋼
の局部的な集積を防止することが有効である。

【０００４】上述したように、鋳造中の鋳片にバルジン
グが発生すると、中心偏析が発生するといわれていた
が、鋳片を積極的にバルジングせた後圧下することによ
って中心偏析の発生を防止する方法（以下、この方法を
「バルジング−圧下法」という）が提案され、たとえば
次に挙げる方法が提案されている（図５参照）。

【０００５】鋳型1と鋳片2の液相線クレータエンド9a
との間で凝固シェル2aにバルジング力を作用させ、次い
で、液相線クレータエンド9aと固相線クレータエンド9
との間で鋳片に圧下を加える連続鋳造方法（特開昭60-6
254号公報参照）。

【０００６】扁平比1.6以下の鋳片2の連続鋳造におい
て、鋳型1の下に配置されたガイドロールの複数組３に
おいてロール間隔を鋳型下端内側厚みよりも広くし、鋳
片厚み方向にバルジングさせ、その後方において他のロ
ールによって鋳片を0.04〜10％圧下する鋳片の製造法
（特開昭60-21150号公報参照）。

【０００７】鋳型1の直下から引き抜き方向に配列さ
れたガイドロール3a,3bを鋳片2の厚さ方向に間隔を段階
的に増加させ、鋳片にバルジングを生じさせ、鋳片の厚
さを鋳型短辺の２〜３倍とした後、クレータエンド9付
近で小径ロール5によって軽圧下するスラブの連続鋳造
方法（特開平1-178355号公報参照）。

【０００８】鋳片2の中心部の固相率が0.1以下の位置
でバルジングを生ぜしめ、鋳片の最大厚さを鋳型1の短
辺長さよりも20〜100mm厚くし、凝固完了点9の直前で圧
下ロール5の一対あたり20mm以上の圧下を与え、バルジ
ング量相当分を圧下する連続鋳造方法（特開平9-57410
号公報参照）。

【０００９】鋳片2の未凝固厚みが30mm以上の位置ま
での間に鋳片にバルジングを生ぜしめ、鋳片の最大厚さ
を鋳型1の短辺長さの10〜50％分厚くし、凝固完了直前
までに少なくとも１対の圧下ロールを用いて鋳片長さあ
たり80mm／ｍ以上の圧下勾配で圧下を与え、バルジング
量相当分を圧下する連続鋳造方法（特開平9-206903号公
報参照）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のからまでに
提案された方法は、いずれも図５に示すように、鋳型直
下から鋳片にバルジングを起こさせるものであり、バル
ジングによって鋳片内部に割れが発生することがある。
また、いずれもバルジング後にはバルジングさせた量に
相当する大圧下を行うというもので、そのためには圧下
ゾーンに大きな圧下能力を備えた設備を設ける必要があ
る。

【００１１】本発明の目的は「バルジング−圧下法」を
用いる鋼スラブの連続鋳造において、バルジング時に発
生する凝固シェル内壁の割れ発生を防止しながら、かつ
大きな圧下能力の設備を必要とせずに、スラブの中心偏
析を減少させることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の「バル
ジング−圧下法」を実施する垂直型連続鋳造装置の一例
を模式的に示した図である。本発明の要旨は、図１に示
すような連続鋳造設備を用いてバルジング後圧下する下
記の連続鋳造方法にある。なお、本発明方法は湾曲型連
続鋳造装置でも垂直曲げ型連続鋳造装置でも実施でき
る。ただし、バルジングとその後の圧下の原理はどの型
の連続鋳造装置においても基本的には同じであるから、
ここでは図１に示した装置を例にして説明する。

【００１３】連続鋳造装置は、鋳型1の直下から鋳片2の
引き抜き方向に配列されたガイドロール群3a,3bを備え
ている。そのロール群の中の、鋳片の液相線クレータエ
ンド9aに相当する位置から固相線クレータエンド9に相
当する位置までの間に配列されたガイドロール群3bの中
の所定範囲内のガイドロールの間隔を鋳片厚さ方向（短
辺方向）に広げ、鋳片に合計で５mmから20mm未満のバル
ジングを起こさせ、次いで鋳片の中心部固相率（fs）が
0.1から0.8までの間で少なくとも１対の圧下ロールによ
りバルジングさせた量の0.5倍から1.0倍の圧下を加える
鋼スラブの連続鋳造方法。

【００１４】

【発明の実施の形態】図５は、これまでに提案された
「バルジング−圧下法」の原理を説明する図１と同様の
図である。この図と前記図１に示すように、連続鋳造に
おいては、溶鋼8は、浸漬ノズル10を経て鋳型1に注入さ
れ、水冷されている鋳型1およびその下方に配置された
ガイドロール群3a,3bのロールの間に設けられたスプレ
ーノズル群（図示せず）から噴射される冷却水により冷
却されて、凝固シェル2aが形成され、鋳片2となりピン
チロール群7で引き抜かれる。

【００１５】「バルジング−圧下法」を実施するための
連続鋳造装置では、ガイドロール群3aの後に圧下ロール
群5が設けられている。これまでに提案された方法で
は、図５に示すように、ガイドロール群3aの鋳型直下か
ら圧下ロール群の前までをバルジングゾーンと称してい
る。なお、バルジングゾーンには、鋳片内の溶鋼を撹拌
する装置4が設けられることがある。圧下ロール群に
は、それぞれのロールに圧下装置6が設けられる。圧下
ゾーンのロールは、１対の圧下ロール5-1であってもよ
い。

【００１６】本発明の方法では、図１に示すように、液
相線クレータエンド9aから固相線クレータエンド9まで
の間の所定範囲をバルジングゾーンとし、その区間のロ
ール間隔を拡大する。この拡大は、段階的に（即ち、上
部から下方へ漸次ロール間隔が大きくなるように）行う
のが望ましい。このゾーンで鋳片2は、内部に未凝固部2
bを保持した状態で引き抜かれつつ、その長片側の中央
部が膨らむ、いわゆるバルジングを起こす。

【００１７】上記のように、本発明の方法では鋳片が液
相線クレータエンド9aを過ぎてから凝固シェル2aにバル
ジングを起こさせるので、凝固シェルの内壁部に割れが
発生するおそれがない。この理由について、図１および
図２により説明する。

【００１８】図２は、バルジングさせたときの鋳片短辺
側の状況を示す図であり、(a) は液相線クレータエンド
9a以前でバルジングさせた場合、(b)は液相線クレータ
エンド9a以降でバルジングさせた場合を示す図である。

【００１９】液相線クレータエンド9a以前でバルジング
させた場合には、図2(a) に示すように、凝固シェル2a
の材料強度が小さいためバルジングによって短辺Sが撓
み、短辺S側の凝固シェル2a-1の凝固界面側に引張り応
力Ｆが働き、凝固シェル内部に割れCが発生する。

【００２０】一方、液相線クレータエンド9a以降でバル
ジングさせた場合には、図2(b) に示すように、バルジ
ングによる短辺Sの撓みも発生せず、長辺L側の凝固シェ
ル2aがなだらかに変形することにより、凝固界面の特定
の位置に応力が集中することもなく、凝固シェル内部に
割れは発生しない。

【００２１】上記のようにバルジングさせる場合、連続
鋳造機のアラインメント管理や操業のしやすさという点
からも、バルジングゾーンの長さは短くし、その配置位
置は鋳型から遠い方がよい。

【００２２】次にバルジング量について説明する。な
お、ここでいうバルジング量とは、図３に示すように、
鋳型を出た直後の鋳片の厚さ（鋳型の短辺の長さに等し
い）をTbとし、最大限までバルジングしたときの鋳片の
厚さ（幅中央部の厚さ）をTaとすれば、Ta−Tbである。

【００２３】本発明は、厚さ（鋳型短辺の長さ）がおよ
そ50〜400mmで、幅（鋳型長辺の長さ）がおよそ800〜35
00mmのスラブの鋳造を対象としている。このようなスラ
ブにおいて、バルジング量が５mm未満では、その後に仮
にバルジング量相当の圧下をかけても、固液界面の溶鋼
を排出することができず、中心偏析の発生を防止するこ
とができない。一方、上記のようなサイズのスラブで
は、20mm以上の大きなバルジングを起こさせなくても中
心偏析軽減の効果は十分に得られる。バルジング量が大
きいほど、後の圧下量も大きくしなければならないか
ら、圧下装置（図１の6）として大きな圧下能力の装置
を使用しなければならない。本発明方法は、「少量バル
ジング−軽圧下」であれば上記の弊害なしに、十分に中
心偏析解消ができるという新しい知見に基づいてなされ
ている。

【００２４】バルジングを起こした鋳片は、圧下ゾーン
の圧下ロール群によって段階的に圧下されるか、または
一対の圧下ロールで一挙に圧下される。この圧下をかけ
る位置で鋳片の中心部固相率が0.1未満であれば、未凝
固部が大きいため、完全に嚢化溶鋼を排出することが不
可能となり、中心部に偏析が残存する。また、圧下をか
ける位置での鋳片の中心部固相率が0.8を超えると、急
速に凝固が進行するため、圧下の際に押し出される中心
部濃化溶鋼の排出が困難となる。

【００２５】圧下量は、バルジング量の0.5倍からバル
ジング量の1.0倍までとする。圧下量がバルジング量の
0.5倍（バルジング量の1/2）よりも少ないと、凝固界面
の溶鋼を排出することができず、中心偏析を防止するこ
とができない。また、圧下量がバルジング量の1.0倍
（バルジング量と同じ量）を超えると、凝固部（図２に
2a-1として示した短辺の凝固部）を圧下することにな
り、大きな圧下能力の設備が必要となる。なお、圧下量
の望ましい範囲はバルジング量の0.5倍から0.8倍であ
る。

【００２６】本発明方法では、圧下量がバルジング量以
下なので、スラブの幅方向中央部の厚さが端部の厚さ
（短辺長さ）よりもやや厚いスラブが得られる場合があ
る。しかしながら、その厚さの差は、10mm以下のごくわ
ずかなものであるから、後の圧延等の工程で問題になる
ことはない。

【００２７】以上、本発明の方法の原理を図１に示す垂
直型連続鋳造装置に適用した場合を例にして説明した
が、既に述べたように、本発明方法は、湾曲型連続鋳造
装置など、あらゆる形式のスラブ連続鋳造装置に適用で
きる。

【００２８】

【実施例】湾曲型連続鋳造設備を用い、Si-Alキルド炭
素鋼（Ｃ：0.16〜0.18%、Si：0.3〜0.4%、Mn：1.3〜1.4
5%、P≦0.015、S≦0.005%、Fe：残部）の鋳造試験を行
った。溶鋼の注入温度は1540℃とし、過熱度を25℃とし
た。使用した鋳型の内法断面寸法は、厚さが235mm、幅
が2260mmである。鋳造条件は、鋳造速度を0.9ｍ/minと
し、バルジング量、圧下位置および圧下量を表１に示す
ように変化させた。表中、＊印を付したのは、鋳造条件
が本発明で定める範囲から外れていることを意味する。
表１には参考例として、通常鋳込み時における条件（バ
ルジングをせず、かつ圧下を加えない方法）も併記し
た。

【００２９】

【表１】

【００３０】偏析の評価は、鋳片断面におけるりん
（Ｐ）の最大偏析度およびセミマクロ偏析結晶粒の数お
よび粒径で行った。

【００３１】Ｐの最大偏析度とは、次のようにして算出
したものである。即ち、鋳造したスラブを鋳造方向に垂
直な断面で切断し、その厚み中心部から試験片を採取し
て、その表面を200μｍメッシュに区分する。その各区
分ごとにＰ濃度をEPMA法で測定し、試験片の中の最大Ｐ
濃度（Ｐmax）を求める。このＰmaxと母溶鋼のＰ濃度
（Ｐave）との比（Ｐmax／Ｐave）をＰの最大偏析度と
いう。この最大偏析度が４以下であれば、実用上問題が
ないと言える。

【００３２】セミマクロ偏析結晶粒の測定は次のように
行った。即ち、スラブの鋳造方向に垂直な断面（幅50m
m、長さ400mm）をエッチングし、その範囲に存在する偏
析のある結晶粒の個数と粒径を50倍の顕微鏡で測定し
た。粒径が0.5mm以上のセミマクロ偏析結晶粒の数が多
いと、鋼の機械的性質などを悪化させる。

【００３３】上記の試験結果を表１と図４（セミマクロ
偏析結晶粒径と同結晶粒数との関係を示す図）に示す。
ただし、図４には、試験番号１、４および９の結果だけ
を代表として示した。

【００３４】表１の発明例の試験番号１は、バルジング
ゾーン（液相線クレーターエンドから、固相線クレータ
ーエンドまでの領域）において鋳片を段階的に19mmまで
バルジングさせ、それ以降の圧下ゾーン（鋳片の中心部
固相率が0.1〜0.8の位置）において圧下ロールの圧下量
を19mmとして圧下を加えた例である。この場合スラブの
Ｐ最大偏析度が3.0と小さく、また図４に示すように、
粒径が0.5mm以上の偏析結晶粒の数が少ない。

【００３５】試験番号２と３は、バルジング量と圧下位
置は同じにして、圧下量のみを変化させた例である。圧
下量が減ると偏析度はやや大きくなるが、実用上問題に
なるほどではない。試験番号４、５および６は、バルジ
ング量、圧下位置および圧下量を本発明で定める範囲内
において様々に変えてみた例である。どの例でも鋳片内
部の割れなしに偏析の少ない鋳片が得られている。

【００３６】比較例の試験番号７は、バルジングゾーン
において19mmまでバルジングさせ、それ以降の圧下ゾー
ンにおいて圧下量5mmの圧下を加えた例である。これ
は、圧下量がバルジング量の0.5倍よりも少ないので、
Ｐ偏析度が4.5と大きくなっている。また、試験番号8
は、バルジング量を4mmとした例であるが、この場合は
中心偏析の発生を抑制できていない。

【００３７】参考例として示した試験番号9は、「バル
ジング−圧下法」を適用していない鋳造の例である。当
然のことながら偏析度は著しく大きい。また、図４に示
すように偏析粒数が多く、その粒径も大きい。さらに試
験番号10は、図５に示したようにバルジングさせる位置
を鋳型直下からとした例である。この鋳片には内部割れ
が発生していた。

【００３８】

【発明の効果】本発明の方法では、鋳片の液相線クレー
タエンドから固相線クレータエンドまでの間で５mmから
20mm未満までのバルジングを起こさせ、次いで鋳片の中
心部固相率（fs）が0.1から0.8までの間で圧下ロールに
よりバルジングさせた量の0.5倍から1.0倍までの圧下を
加えることにより、バルジング時に発生する凝固シェル
内壁の割れ発生のおそれなく、中心偏析を減少させるこ
とが可能である。この方法では、バルジング量もその後
の圧下量も比較的少ないので、連続鋳造設備にかかる負
荷が軽く、設備コストも軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための垂直型連続鋳造機
の概要を模式的に示す側面方向縦断面の概略図である。

【図２】バルジングさせたときの鋳片短辺側の状況を示
す図であり、(a) は液相線クレータエンド9a以前でバル
ジングさせた場合、(b)は液相線クレータエンド9a以降
でバルジングさせた場合を示す図である。

【図３】バルジングしたスラブの断面形状を模式的に示
す図である。

【図４】セミマクロ偏析結晶粒の測定結果を示す図であ
る。

【図５】従来の「バルジング−圧下法」を説明するため
の図１と同様の図である。

【符号の説明】

１．鋳型 ２．鋳片 2a．凝固シェル 2b．未凝固部 ３．ガイドロール 3a．バルジングゾーンのガイドロール ４．電磁攪拌装置 ５．圧下ロール群 5a．圧下ロール ６．圧下装置 ７．ピンチロール群 ８．溶鋼 ９．固相線クレータエンド 9a．液相線クレータエンド 10．浸漬ノズル 11．鋳込み方向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳片の液相線クレータエンド相当位置から
   固相線クレータエンド相当位置までの間の所定範囲に配
   列されたガイドロール群の鋳片厚さ方向（短辺方向）の
   間隔を広げ、鋳片に合計で５mmから20mm未満のバルジン
   グを起こさせ、次いで鋳片の中心部固相率（fs）が0.1
   から0.8までの間で少なくとも１対の圧下ロールにより
   バルジングさせた量の0.5倍から1.0倍までの圧下量で圧
   下を加えることを特徴とする鋼スラブの連続鋳造方法。