JPS62158555A - 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、石油およびガス運搬用鋼管お
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
りている。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、鋼は一般に硫黄、燐、マンガン等の不純
物元素を含有しており、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
る応力によシ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りで流動し、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゛らて生じる。従って成分偏析を防止す
るには、残浴鋼の流動原因を取シ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、これらの内液も重
大な原因は凝固収縮で１＞、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シ偏析を改善する試みは古くか
らなされており、例えは特公昭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＠度から固相線温度に至るまでの間柄
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、従来性の場合に偏析改善効果が認めら
れなかったシ、あるいは偏析がかえって悪化することが
起るのは、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
いなかっ几点にあることがわかり友。その一つは、ロー
ルアライメントの不整、ａ−ル■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の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
烏析改＠効果全上回り、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
態の偏析でありて、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
の優先的伝播径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
析形態であシ、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、！７０．５１１１１１／分ないし２．５、、／分の
割合で鋳片を連続的に圧下し、かつこの領域における鋳
片表面＠度’ｔ−９００℃以下に維持するように冷却す
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
５９−１６８６２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、不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、その圧下すべ
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Ｉ−２と称
す）で凝固収縮全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。

ここで流動限界同相率とは、溶鋼が流動し得る上限の固
相率であって、固相率０６６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ＦＪ　１ｔｆ４　Ｒ動によって生じるものであるが
、本発明者らの知見によれば鋳片に三下を加えることに
よる偏析改善効果は中心部固相率の高い下流域で太きく
、上流域では小さい。何故ならば、下流側での凝固収縮
を補うために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
からでおる。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−
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９等によりて生じ、ロールが餉片から受ける
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Ｔｉ、動が発生し、偏析を悪
化させる。鋳片全圧下することによる偏析改善効果に、
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
Ｂｉを増加させることによる偏析悪化の逆効果との差と
して得られるつ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の逆効果が凝固収縮補償によ
る偏析改善効果を上回わり、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に相当する温屁となる時点で
あり、通常の工業的規模の連鋳機においては、該時点よ
シ上流側では鋳片を圧下することによシ、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０．１ないし０．３に相当
する温度となる時点よシ上流側で中心部が液相線に相当
する温度となる時点よシ下流側の領域（以後この領域を
ステージＩ−１と称す）では、軽圧下による中心偏析改
善効果が小さく、ｄＪ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、基本的には圧下全行わない方がよく
、もし、圧下する場合には、単位時間当りの圧下量を０
．５　ｔａｎ　７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；ｈ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
時点よシ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
、凝固収縮による溶鋼流′４Ｊは起シ得ず、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
当りの圧下量ヲ０、５　ｗ　７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０．５ｗ
／分未満の範囲内の場合には該領域の上流が！１のステ
ージＩ−１についても圧下してさしつかえない。又製品
特性上線状の偏析形態が有害でない場合や圧下量が０、
５　Ｍ　７分未満の範囲内であれば下冗閲のステージ「
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，ＩＩ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Ｖ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ｔ−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（単位朋）ではなく、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（１１
分）であることを知った。ここで圧下速度とは鋳片上の
一任意の点が、複数のローフの間を通過する過、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ｍｒｐｖ’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）込み量）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Ｖ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Ｖ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ｕ　０．５ないし１．５　ｙｔＶ分、プルーム
もしくはビレットの場合には１．０ないし２．５　ａｘ
／ｆ＋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シ
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、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
による悪影響を極力小さくすることが必要である。本発
明者らはその為の方策として分割ロールによるロールの
熱度υの防止、摩耗量が小さいロールの使用等、動的ア
ライメント不整そのものを抑制する万策と動的アライメ
ント不整があってもその悪影響を他の方法によシ抑制す
る方法とがあフ後者の方策として、圧下領域内で鋳片表
面温度を低い値に維持することが有効であることを見出
した。この際の鋳片表面温度は第３圀に示す如く、９０
０℃以下、好ましくは８５０℃以下とすることが必要で
ある。こうすることにより凝固殻の剛性が増大し局部的
変形が生じにくくなるので動的アライメント不整による
不均一圧下の影響が抑制され、鋳片に圧下全付与するこ
とによる中心偏析改善効果がよシ顕著となる。ま友鋳片
表面温度低下による凝固殻の剛性増大は同時に圧下反力
の増大を意味しているので本発明を実施する場合、所定
の圧下量を確保できるように充分な押付力をロールに付
与することが肝要である。この際過圧下になることを避
けるには上下ロールの軸受部にスペーサ全はでむなどの
方法を採ればよい。鋳片表面温度を９００℃以下に維持
することは、スプレー水量等の２次冷却条件全調節しつ
つ鋳造することにより容易に実現できる。この際ロール
の熱度シ量を０．４皿未満に維持しておけば凝固殻の剛
性増大による偏析改善効果が更に有効に発揮できる。

なお、含Ｎｂ　ｙｊ４等の合金鋼を湾曲型もしくは垂直
曲げ型連続鋳造機で鋳造する場合、矯正域での矯正歪み
により鋳片表面に割れが生じることがある。

かかる表面割れは表面温度が９０００’超では発生しに
くく、９００℃以下で多発する傾向がある。

このような鋼に本発明を適用する場合には、例えば矯正
域までは表面温度を９００℃超に維持し、その後急冷し
、表面温度を９００℃以下に維持し得る水平部の領域に
ステージＩ−２がくるように鋳造速度および圧下域を設
定するなどの方策ｋＪすることが必要である。

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、転炉で浴製しＣａを添加
して成分調整した溶鋼を２４０朋厚Ｘ］５８０ｑ詐幅の
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テストヲ実施しＨ２Ｃ割れ発、生
率、−；調卑した。その結果を表２にまとめて示ψ。な
′；、中心偏析指数とは、鋼中Ｍｎのレート９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犬であることを示している。

連続鋳造に６７１．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１．０ｍ７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
発明適用鋼Ａ、Ｂ、Ｃおよび比較鋼りではステージＩ−
２での圧下量が０．８５朋／分となるように鋳造前に予
めロール間隔を調整した。ステージＩ−２の領域長石は
ステージＩ−１とＩ−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。本発明に
係るＭＡ、Ｂおよび比較鋼Ｅ、Ｆ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０．４ｍｘ未満であった。これに対し、本発明
に係るｔＡ　Ｃおよび比較鋼りでは一本ロールを使用し
たために、ロール熱度シ量はそれぞれ最大０．８露、１
．２」であった。比較ｊｌＩＫは圧下量不足でＶ偏析が
発生した例、比較鋼Ｆは圧下量が過大で逆Ｖ偏析が発生
した例、また比較鋼りは圧下量は適正であるもののロー
ル熱度シが大きく鋳片表面温度が高いために圧下による
偏析改善が不充分であった例であり、いずれもＩ（ＩＣ
割れ発生率が高い。

これに対し本発明鋼Ａ、Ｂ、Ｃでは圧下量が適正で、か
つ鋳片表面温度９００℃以下に維持するようにスプレー
水ｆｋヲ調節したためにＨ２Ｃ割れ発生率がいずれも１
０チ未満に抑えられており比較鋼との間に顕著な差が認
められ、本発明の有効性が実証された。なお本発明鋼の
内では＠ＣのＨ２Ｃ割れ発生率が最も筒いが、それでも
ＪＤに比べ偏析は大幅に改善されている。これは肯Ｃで
は鋳片表面温度が低いことによる凝固殻剛性増大効果お
よびスプレー水量を多くしていることによりロール表面
温度が低下し、ロール熱反り量も減少したことの効果に
よるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る名凝固ステージ、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図は中心偏析と鋳
片表面温度の関係を示す図である。 第１図 第２図 □＠遺方向 第３図 ａ３−片表面温度（０Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、かつこの
   領域における鋳片表面温度を９００℃以下に維持するよ
   うに冷却することを特徴とする連続鋳造方法。