JPS62158554A - 連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は連続鋳造鋳片の厚み中心部にみられる不純物元
素、即ち鋼鋳片の場合には硫黄、燐、マンガン等の偏析
を防止し均質な金属を得ることのできる連続鋳造方法に
関するものである。

（従来の技術） 近年、海洋構造物、貯槽、石油およびガス運確用鋼管お
よび高張力線材などの材質特性に対する要求は厳しさを
増しており、均質な鋼材を提供することが重要課題とな
っている。元来鋼材は、断面内において均質であるべき
ものであるが、鋼は−ｉに硫黄、燐、マンガン等の不純
物元素を含存しており、これらが鋳造過程において偏析
し部分的に濃化するため鋼が脆弱となる。特に近年生産
性や歩留の向上及び省エネルギー等の目的のために連続
鋳造法が一般に普及しているが、連続鋳造により得られ
る鋳片の厚み中心部には通常顕著な成分偏析が観察され
る。こうした成分偏析は最終製品の均質性を著しく損な
い、製品の使用過程や線材の線引き工程等で鋼に作用す
る応力により亀裂が発生するなど重大欠陥の原因になる
ため、その低減が切望されている。かかる成分偏析は凝
固末期に残溶鋼が凝固収縮力等によって流動し、固液界
面近傍の濃化溶鋼を洗い出し、残溶鋼が累進的に濃化し
ていくことによって生じる。従って成分偏析を防止する
には、残溶鋼の流動原因を取り除くことが肝要である。

かかる溶鋼流動原因としては、凝固収縮に起因する流動
のほか、ロール間の鋳片バルジングやロールアライメン
ト不整に起因する流動等があるが、これらの肉量も重大
な原因は凝固収縮であり、偏析を防止するには、これを
補償する量だけ鋳片を圧下することが必要である。

鋳片を圧下することにより偏析を改善する試みは古くか
らなされており、例えば特公昭５９−１６８６２号公報
に記載されているように、連続鋳造工程において鋳片中
心部温度が液相線温度から固相線温度に至るまでの間鋳
片を凝固収縮を補償する量以上の一定の割合で圧下する
方法が知られている。

しかしながら、この場合、条件によっては偏析改善効果
が殆ど認められなかったり、場合によっては、偏析がか
えって悪化する等の問題があり、成分偏析を充分に改善
することは困難であった。

本発明者らはかかる従来法の問題の発生原因について種
々調査した結果、従来法の場合に偏析改善効果が認めら
れなかったり、あるいは偏析がかえって悪化することが
起こるのは、基本的に圧下すべき凝固時期範囲が不適正
であることに起因しており、次の三つの事実が考慮され
ていなかった点にあることを知見した。その一つばロー
ルアライメントの不整、ロール曲り等の機械的要因によ
って偏析が悪化し、かつその悪影響は圧下量が大きいほ
ど顕著となることである。鋳片を圧下することによる偏
析改善効果は、凝固収縮補償による偏析改善効果と機械
的要因による偏析悪化による逆効果の差として得られ、
機械的要因が大きい場合にはその悪影響が凝固収縮補償
による偏析改善効果を上回り、かえって偏析が悪化する
ことが起こる。二つ目の事実は圧下すべき量である。圧
下量は凝固収縮を過不足なく補償する量でなければなら
ず、この値を超える圧下を加えると偏析は再び悪化する
。もう一つの事実は線状偏析に関するものである。線状
偏析とは、鋳片を鋳造方向に平行に切断した断面でみた
時に、鋳片厚み方向中心部の高濃度部分が鋳造方向に細
く連続した形態の偏析であって、これを鋳片広幅面に平
行な面で観察すると偏析部が網目状に連なっている。線
状偏析は圧延後の製品においても残存し、連続した高濃
度部分が亀裂の優先的伝播経路となるため製品を脆弱に
する。線状偏析は凝固末期に過度に鋳片を圧下した場合
に発生する偏析形態であり、軽圧下による偏析改善効果
を発揮するには偏析形態が線状となるのを避け、分散し
たスポット状の形態としなければならない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は従来法のかかる問題点を解消し、均質な
鋼材を得るための連続鋳造方法を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは鋳片を連続的に引き抜く溶
融金属の連続鋳造において、鋳片の中心部が固相率０．
１ないし０．３に相当する温度となる時点から、流動限
界固相率に相当する温度となる時点までの領域で単位時
間当り０．５　ｔｍ　／分ないし２、５　龍／分の割合
で鋳片を連続的に圧下し、かつ該領域におけるロールの
熱反り量を０．５鰭未満に維持することを特徴とする連
続鋳造方法である。

以下、本発明を更に詳述する。　　　　゛中心偏析のな
い鋳片を得るための手段として前記特公昭５９−１６８
６２号公報に開示されているような軽圧下法は有効な方
策ではあるが、本発明者らの知見によれば、軽圧下法に
おいて極めて重要なことは、この圧下すべき領域である
。すなわち、中心偏析を低減するには、鋳片厚み中心部
が、固相率０．１ないし０．３に相当する温度となる時
点から流動限界固相率に相当する温度となる時点までの
領域（以後、この領域をステージ１−２と称す）で凝固
収縮を過不足なく補償するように連続的に鋳片を圧下す
ることが重要である。

ここで、流動限界固相率とは、溶鋼が流動し得る上限の
固相率であって、固相率０．６ないし０．８の値である
。

中心偏析は固液共存域内、すなわち鋳片中心部が液相線
温度となる時点から固相線温度となる時点の間の領域内
での溶鋼流動によって生しるものであるが、本発明者ら
の知見によれば、鋳片に圧下を加えることによる偏析改
善効果は中心部固相率の高い下流域で大きく、上流域で
は小さい。何故ならば、下流側での凝固収縮を補うため
上流側から供給される溶鋼は鋳片厚み方向では、最も流
動抵抗の小さい厚み中心付近の溶鋼が主体となるが、厚
み中心付近の溶鋼の濃度は中心部固相率が増大するにつ
れて高くなるので、下流域はど高濃度の溶鋼が最終凝固
部へ吸引され中心偏析への悪影響が大きいからである。

逆に上流域では中心部溶鋼の濃度が低いため溶鋼流動に
よる中心偏析への影響は小さく、言いかえれば圧下によ
る偏析改善効果が小さい。

ところで本発明者らは数多くの実験から次の事実を見い
出した。すなわち、一般に連続鋳造機の互いに対をなす
上、下ロールの間のロール間隔は設定値に対して鋳造中
は多少のずれを生じる（このずれを以後動的アライメン
ト不整と呼ぶ）。この動的アライメント不整は、軸受の
ガタや、鋳片幅方向の反力の違い、ロールのたわみ、ロ
ールの熱反り等によって生じ、ロールが鋳片から受ける
反力が大きいほど、言いかえれば圧下量が大きいほど大
きく、これによって新たな流動が発生し、偏析を悪化さ
せる。鋳片を圧下することによる偏析改善効果は、凝固
収縮補償による偏析改善効果と動的アライメント不整を
増加させることによる偏析悪化の逆効果との差として得
られる。前者の偏析改善効果は下流域で大きく、上流域
で小さいので、上流域で圧下した場合、動的アライメン
ト不整による偏析悪化による逆効果が凝固収縮補償によ
る偏析改善効果を上回り、かえって偏析が悪化すること
が起こる。

本発明者らは数多くの実験から、その境界が、中心部が
固相率０．１ないし０．３に相当する温度となる時点で
あり、通常の工業的規模の連鋳機においては、該時点よ
り上流側では鋳片を圧下することにより、中心偏析がか
えって悪化することがあることを見出した。悪化の度合
は連鋳機の整備状態が悪く、動的アライメント不整の程
度が著しいほど、また圧下量が大きいほど顕著となる。

すなわち、中心部固相率がＯ８ｌないし０．３に相当す
る温度となる時点より上流側で中心部が液相線に相当す
る温度となる時点より下流側の領域（以後この領域をス
テージｒ−１と称す）では、軽圧下による中心偏析改善
効果が小さく、動的アライメント不整を極めて小さく管
理していない場合には、中心偏析がかえって悪化するこ
とがあるため、基本的には圧下を行わない方がよく、も
し、圧下する場合には、単位時間当りの圧下量を０．５
１１　／分未満とすることが望ましい。また、通常圧下
領域では、圧下反力に耐え得るロール支持構造とする必
要があり、設備的にもコスト高となるため、上記領域を
圧下しないことは、設備費削減という経済効果をもたら
すことになる。

鋳片厚み中心部が流動限界固相率に相当する温度となる
時点より下流側で中心部が固相となる時点より上流側の
領域（以後この領域をステージ■と称す）では厚み中心
部の未凝固溶鋼は固相で遮られ互いに孤立しているため
、凝固圧縮による溶鋼流動は起り得す、従って圧下する
必要はない。

一方、この領域で鋳片に過度の圧下を加えると、中心偏
析の形態は製品特性に対して有害な線状偏析となる。製
品特性に対して最も有利である分散した微細なスポット
状の偏析形態を得るためには、この領域では基本的に圧
下しないことが好ましくもし圧下する場合には単位時間
当りの圧下量を０．５１１／分未満とすることが望まし
い。

以上より、本発明において圧下すべき領域は鋳片中心部
が固相率０．１ないし０．３に相当する温度となる時点
から流動限界固相率に相当する温度となる時点までの領
域とする。但し、動的アライメント不整が著しく小さく
圧下による悪影響が殆ど無視できる場合や圧下量が０．
５　ｍｌ　／分未満の範囲内の場合には該領域の上流側
（ステージｌ−１）についても圧下してさしつかえない
。又製品特性上綿状の偏析形態が有害でない場合や、圧
下すが０、５　ａｍ　／分未満の範囲内であれば、下流
側のステージＨについても圧下してさしつかえない。本
発明に係るステージＩ−１，Ｉ−２，ＩＴの各領域の圧
下状態と凝固状態の関係を第１図に示す。

次に圧下すべき量について説明する。

通常、連鋳鋳片には中心部の偏析のほかに、第２図に示
すように■状の偏析（Ｖ偏析）が見られる。このＶ偏析
は凝固収縮によって生じるものであるから、その発生個
数を観察することによって、圧下量が凝固収縮量に対し
て充分か否かを知ることが出来る。本発明者らは、かか
る現象を観察することにより次の二つの事実を見い出し
た。その一つは、圧下量の考え方に関するものであり凝
固収縮量を補償するために重要なのは、ロール一本あた
りの圧下量（単位能）ではな（、クレータ−エンド（凝
固先端）近傍数ｍの範囲での平均的な圧下速度（、ｔｍ
／分）であることを知った。ここで圧下速度とは鋳片上
の任意の点が、複数のロールの間を通過する過程で単位
時間当り圧下される量をいう。実操業におけるロール間
隔の設定にあたっては、上記圧下速度を引抜速度で除し
た値、すなわち圧下勾配（単位能／　ｍ　）により、鋳
造方向単位長さ当りの圧下量（すなわちロール間隔絞り
込みＮ）を知ることが出来る。もう一つの事実は、凝固
収縮を過不足なく補償するための圧下量（以後適正圧下
量と呼ぶ）に関するものである。適正圧下量に対し圧下
量が小さすぎると、鋳造方向に向う■偏析が生じるが圧
下量が大きすぎると鋳造方向と逆方向（すなわちメニス
カスの方向）に向うＶ偏析（以後逆Ｖ偏析と称す）が生
じる。適正圧下量とは、Ｖ偏析も逆■偏析も生じない圧
下量として定義づけられる。適正圧下量は鋳片の厚み、
幅、冷却条件によって変化し、通常スラブの場合は０．
５ないし１．５　ｍ　／分、ブルームもしくはビレット
の場合には１．０ないし２．５１１／分である。

次に、鋳片を圧下することによる中心偏析改善効果をよ
り顕著とならしめる方策について述べる。

前記したように鋳片を圧下することによる偏析改善効果
は、前述のとおり凝固収縮補償による偏析改善効果と動
的アライメント不整を増加させることによる偏析悪化の
逆効果との差として得られるものであるから、動的アラ
イメント不整は極力小さく抑えなければならない。かか
るアライメント不整として、ロール間隔の設定誤差やベ
アリングのガタ等があり、これらは従来より充分像（管
理されていた。本発明者らは、鋳造前に測定し得るこれ
らの静的なアライメント不整のほかに、鋳造中に、ロー
ル間を熱鋳片が通過することによって新たに生じるアラ
イメント不整があることを知った。これらを含めた広義
のアライメント不整を動的アライメント不整と称す。そ
れらの内で最も重要な要因はロールの熱反りである。ロ
ールが鋳片から受ける熱によって変形し反る現象（ロー
ル曲−りともいう）は古くから知られており、例えば特
開昭５６−１１１５５７号公報には冷却スプレーによっ
てロールの熱反りを矯正しつつ鋳造する方法が開示され
ている。しかしながら従来はロールの熱反りが鋳片の中
心偏析におよぼす定量的な因果関係や、影響を及ぼす連
鋳機内領域、および鋳片を圧下することとの関係などが
不明であったために、圧下との関係でロールの熱反りを
制御することは行なわれていなかった。本発明者らはこ
れらの関係について調査した結果、ロールの熱反りが中
心偏析に顕著な影響をおよぼすのは、鋳片厚み中心部が
固相率０．１ないし０．３に相当する温度となる時点か
ら固相線温度となる時点までの領域（ステージＩ−２お
よびステージ■）であ５す、かつその悪影響は鋳片圧下
量を大きくするほど顕著となること、および圧下による
偏析改善効果を顕著ならしめるためには、圧下領域内に
おいて鋳造中のロールの熱反り量を０．５　ｗ未満に抑
えることが有効であることを見出したものである。ロー
ルの熱反り量を低く抑える方法としては、ロールを間欠
的に冷却する方法のほかにロールを分割し鋳片幅方向に
少なくとも３ケ所以上の軸受は部を設ける方法などがあ
る。

もう一つの重要な動的アライメント不整の要因はロール
摩耗である。ロール表面は異なった種々の幅の鋳片を鋳
込む回数が増すにつれてロール胴長方向に不均一に摩耗
し著しい凹凸を有する状態となる。この凹凸の深さば時
に１鶴以上に達することがあるが、従来は鋳造方向の前
後ロールとの摩耗量が比較的小さいこと、ロール摩耗を
低く抑えることはロール寿命（ロール改削または新品と
交換するまでの期間）の低下を意味し経済的でないこと
、およびロール摩耗と中心偏析の因果関係が不明確であ
ったことなどの理由からロール摩耗を厳格に管理するに
至っていなかった。本発明者らはロール摩耗の実態と中
心偏析との関係について調査した結果、ロール摩耗は鋳
造方向および幅方向の不均一圧下による流動を引き起こ
し中心偏析を悪化させること、ロール摩耗が中心偏析に
顕著な影響をおよぼすのはステージＩ−２の領域であり
、かつその悪影響は鋳片圧下量を大きくするほど顕著と
なることを見出した。第３図に示すように圧下による偏
析改善効果を顕著ならしめるためには、ロールの熱反り
量を０．５鶴未満に抑えることが有効である。またこの
ことに加え、ロール摩耗量を０．５鶴未満に抑えること
により更に大幅な偏析改善が実現できる。ロールの熱反
りおよび摩耗を前記した範囲に管理すべきロールは、圧
下領域内の全てのロールとする。ここでロール摩耗量は
各ロール一本毎のロール胴長方向の凹凸深さで定義づけ
られる。

次に本発明を実施例により説明する。

表１の組成を目標成分として、転炉で溶製しＣａを添加
して成分調整した溶鋼を２４０誼厚×１５８０■■幅の
スラブ断面サイズで連続鋳造し次いで厚板に圧延した。

連続鋳造直後の鋳片からサンプルを採取し、中心偏析指
数、Ｖ偏析個数を調査した。また圧延後の厚板からサン
プルを採取し、ＨＩＣテストを実施しＨＩＣ割れ発生率
を調査した。その結果を表２にまとめて示す。なお中心
偏析指数とは、鋼中Ｍｎのレードル値を基準としてこの
値の１．３倍以上の高濃度部分（偏析スポット）の厚み
を指数化して示したもので、この値が大きいほど成分の
偏析が大であることを示している。

連続鋳造にあたり、鋳造速度は、中心部固相率が約０．
７となる時点がロールセグメントの境界にくるように設
定し１．０ｍ／分とした。また上記ロールセグメント境
界から上流側２．２ｍの領域をステージＩ−２とし、本
発明適用！１１Ａ、Ｂおよび比較鋼ＣではステージＩ−
２での圧下量が０．８５　龍／分となるように鋳造前に
予めロール間隔を調整シタ。ステージＩ−２の領域長さ
はステージ■−１と１−２の境界が中心部固相率０．１
ないし０．３となるように伝熱計算より定めた０本発明
鋼Ａ。

Ｂおよび比較鋼り、Ｅではロール熱反り量を低く抑える
ために、３分割ロールにより鋳造した。この際鋳造中に
ロール変位を測定した結果ロール熱反り量はいずれも０
．５ｆ１未満であった。これに対し、比較鋼Ｃでは一本
ロールを使用したため、ロール熱反り量は最大１．２鶴
であった。比較鋼−〇は凝固収縮流動によりＶ偏析が発
生した例、比較鋼Ｅは圧下量が過大で逆Ｖ偏析した例で
ありいずれもＨＩＣ割れ発生率が高い。比較ＥＣは適正
圧下により凝固収縮流動は防止できているもののロール
の熱反りによる不均一圧下流動が生じ、圧下による中心
偏析の改善が不充分である。これに対し、本発明に係る
鋼Ａは適正圧下とロール熱反り防止の相乗効果で中心偏
析が著しく改善されている。

鋼Ａでは比較鋼Ｃに比べて、中心偏析は著しく改善され
ていることがわかる。本発明鋼に係るＢは＠Ａの対策に
加えて、ロール使用回数を管理することによ゛リロール
摩耗量を０．４　ｍｍに抑えた例であり、１ｉｉＩＡに
比べて更に偏析が改善されており、ロール熱反）量を０
．５　ｗ未満にすることに゛加え′、ロール摩耗量を０
．５　ｗ未満にすることにより、中心側゛析が更に改善
されることが実証された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る各凝固ステージ、圧下すべき量お
よび範囲の関係を示す図、第２図は連続鋳造鋳片にみら
れる中心偏析とＶ偏析の模式図、第３図は中心偏析とロ
ールの熱反りおよびロール摩耗との関係を示す図である
。 第１図 第２図 □斜造方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳片を連続的に引き抜く溶融金属の連続鋳造にお
   いて、鋳片の中心部が固相率０．１ないし０．３に相当
   する温度となる時点から流動限界固相率に相当する温度
   となる時点までの領域で単位時間当り０．５ｍｍ／分な
   いし２．５ｍｍ／分の割合で鋳片を連続的に圧下し、か
   つ該領域におけるロールの熱反り量を０．５ｍｍ未満に
   維持することを特徴とする連続鋳造方法。
2. （２）鋳片の中心部が固相率０．１ないし０．３に相当
   する温度となる時点から流動限界固相率に相当する温度
   となる時点までの領域でロール摩耗量を０．５ｍｍ未満
   に維持することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の連続鋳造方法。