JPS62275556A - 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】 ３、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′ｆｔ、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、
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′４ｐ：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置板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とその範囲が
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下記のとおりである。

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
時点までの領域を単位時間当り０．５■１／分以上２．
５ｍ／分未満の割合で連続的に圧下し、鋳片中心部が流
動限界固相率に相当する温度となる時点から固相線温度
となるまでの領域は実質的な圧下を加えないことを特徴
とする連続鋳造方法。

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、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、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０．９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ｖ
Ａ湯温度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じるものであるが、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（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０．１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、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くてもよいが、
もし、圧下する場合には、単位時間当りの圧下量を０．
５　ｓ■／分未満とし、これ以上の圧下は避けるべきで
ある。

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
、凝固収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、この領域では実質的な圧
下を加えず、アライメント不整により止むを得ず圧下が
加わる場合には単位時間当りの圧下量を０．５　ｍ　／
分未満になるよう抑制する必要がある。

以上より、本発明において積極的に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同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には、
ステージＩ−１についても凝固収縮補償のためにステー
ジＩ−２と同程度の圧下を加えて差支えない。一方、動
的アライメント不整が十分小さく管理されていない場合
には、動的アライメント不整による偏析悪化の悪影響を
少なくするためにステージＩ−１は単位時間当りの圧下
量を０．５　ａｍ　７分未満の範囲内にとどめる必要が
ある。また、何れの場合でも、下流側のステージＨにつ
いては圧下を加えないことを原則とする。本発明に係る
ステージＩ−１，Ｉ−２、Ｈの各領域のロール間隔と凝
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（■偏析）が見られる。この■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
て十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ｍ１）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（、ｍ
／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（単位關／　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
込み量）を知ることができる。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■偏析（以後逆Ｖ偏析と称す）が生
じる。適正圧下量とは、■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、通常スラブの場合は０．
５ないし１．５鶴／分、ブルームもしくはビレットの場
合には１．　ｏ　龍／分以上２．５ｔｍ／分未満である
。

本発明者らは更にセンターポロシティ−についても圧下
条件の影響を調査した。その結果センターポロシティ−
はステージＩ−２で適正圧下を実施することにより大幅
に減少することを見出した。

ステージ■で過度の圧下が加わった場合には、センター
ポロシティ−は更に減少するが、ステージ■で圧下が加
わらない場合に比べその差は小さく、材質改善効果はス
テージＩ−２での適正圧下だけで十分である。

次に本発明を実施例により説明する。

実施例１ 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１８０〜３００１ｍ厚Ｘ１５８
０ｍｍ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、■偏析個数
、中心偏析指数、最終凝固部偏析形態を調査した。また
圧延後の厚板からサンプルを採取し、水素誘起割れ（Ｈ
Ｉ　Ｃ）テストを実施し１０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のし一ドル分析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、中心部固相率が０．７５となる時点
がロールセグメントの境界にくるように鋳造速度を０．
６〜１．５ｍ／分の範囲内で調整するとともに、ステー
ジＩ−１とＩ−２の境界が中心部固相率０．２となるよ
うに伝熱計算により求めステージＩ−２の範囲を定めた
。なお、ステージＩ−１及びステージＨの範囲も同様に
伝熱計算により定めた。

調香Ａ及びＢはステージＩ−２での圧下量を適正な値と
した例、調香Ｃ−Ｅはそれに加えてステージＩ−１で軽
圧下を加えた例、調香Ｆ−には比較例を示した。

なお圧下量Ｏとは圧下が加わらないようロール間隔を鋳
造方向に一定に設定することを意味するもので、鋳片を
支持する作用及びバルジングが生じた場合にはそれを抑
える作用を有する。

表２に示すとおり、本発明に係る調香Ａ−Ｅは、いずれ
もＶ又は逆Ｖ偏析が情無で中心偏析指数も小さい。又偏
析形態は微細スボ７ト状でＨＩＣ割れ発生率も５％以下
と良好な値であった。

これに対し比較例は、Ｖ偏析又は逆Ｖ偏析が生じるか又
は偏析形態が有害な粗大スポット状や線状を呈し、中心
偏析指数も大でＨＩＣ割れ発生率も著しく高い値であっ
た。

以上のように、本発明は比較例との間に顕著な差が認め
られ、本発明の優位性が実証された。

実施例２ 表３の組成を目標成分として、転炉で溶製した溶鋼を３
００１ｍＸ５００ｍ臘の断面サイズでブルームに連続鋳
造し、次いで線材に圧延した。前記実施例１と同様に連
続鋳造直後の鋳片からサンプルを採取し、■偏析個数、
中心偏析指数、最終凝固部偏析形態を調査した。その結
果を表４にまとめて示す。

連続鋳造にあたり、中心部固相率が０．７５となる時点
がロールセグメントの境界にくるように鋳造速度を０．
６〜０．９ｍ／分の範囲内で調整すると共にステージＩ
−１とＩ−２の境界が中心部固相率０．２となるように
伝熱計算により求めステージＩ−２の範囲を定めた。な
お、ステージＩ−１及びステージ■の範囲も同様に伝熱
計算により定めた。

調香イ〜へは、凝固収縮量を過不足なく補償するように
ステージＴ−２での圧下量を適正な値としたものであり
、調香ハ〜へは更にステージＩ−１で軽圧下を加えた例
である。調香ト〜オは比較例であって、調香トはステー
ジＩ−２での圧下量が過小な例、調香チ、す、ヌはステ
ージｒ−２での圧下量が過大な例で、このうち調香り、
ヌはステージＩ−１での圧下量も過大である。鋼層ル。

オはステージＩ−２での圧下量をＯｎ／分とした例で、
このうち鋼層オはステージ■での圧下量が過大である。

表４に示すように、本発明に係る調香イ〜へは、いずれ
も■又は逆■偏析が皆無で中心偏析指数も小さい。又偏
析形態は微細スポット状で理想的なものであった。

これに対し比較例は、Ｖ偏析又は逆Ｖ偏析が生じるか或
いは偏析形態が有害な粗大スポット状や線状を呈した。

以上のように、本発明は比較例との間に顕著な差が認め
られ、ブルームの連続鋳造においてもその優位性が実証
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見ら
れる中心偏析と■偏析の模式図である。 第１図 第２図 ＄ｆ”ｈ方向

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
   時点までの領域を単位時間当り０．５ｍｍ／分以上２．
   ５ｍｍ／分未満の割合で連続的に圧下し、鋳片中心部が
   流動限界固相率に相当する温度となる時点から固相線温
   度となるまでの領域は実質的な圧下を加えないことを特
   徴とする連続鋳造方法。