JPS63242454A - 軽圧下鋳造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、連続鋳造において鋳片の中心偏析を防止す
る軽圧下鋳造方法に関する。

［従来の技術〕 通常、連続鋳造においては、溶鋼が水冷鋳型により冷却
されると、鋳片外周部に相当する部分に薄い凝固殻が形
成され、鋳型を通過した鋳片はその内部に未凝固溶鋼を
保持した状態で一層のサポートガイドロールにより案内
されつつ、ピンチロールにより引抜かれる。鋳片引抜き
過程においては、鋳片にスプレィ水を噴射して鋳片内部
の凝固促進を図り、凝固殻の厚さが変形に耐え得る厚さ
以」二に成長すると、鋳片を所定の曲率で略９０’曲げ
つつ軽圧下装置により凝固途中の鋳片に軽圧下を加える
。この軽圧下帯において鋳片を完全凝固させ、次いで、
軽圧下帯の終了位置（矯正点）で矯正装置のロール群に
より鋳片の曲がりを矯正し、直線状になった鋳片を切断
機で所定長に切断する。

鋳片最終凝固部（クレータエンド）では、炭素（Ｃ）、
硫黄（Ｓ）、マンガン（Ｍｎ）並びに燐（Ｐ）等の成分
元素が未凝固溶鋼中に濃縮される。

この濃化溶鋼は低融点であるので、溶鋼が凝固殻中で静
止した状態にある場合は析出しないが、濃化溶鋼が凝固
殻中で流動すると、これが析出して所謂中心偏析となる
。通常、溶鋼の凝固収縮により鋳片ボトム方向（鋳片引
抜方向）へ溶鋼が吸引されて流動するので、凝固収縮量
に見合った軽圧下を未凝固鋳片に印加して中心偏析を防
止している。一方、鋳造速度が比較的速くなる場合は、
溶鋼静圧が高まり、圧下量が不足する箇所の凝固殻が部
分的に膨張する所謂バルジングが発生する。

バルジングが発生すると、膨張した凝固殻がロール圧下
により圧縮され、鋳片トップ方向（鋳片引抜方向の逆方
向）への溶鋼の流動が起こり、クレータエンドに濃化溶
鋼が析出して幅広の中心偏析が発生する。特に、圧下ロ
ールのピッチ間隔が大きい場合及び圧下ロールにたわみ
又は摩耗が存在する場合に、バルジングが発生しやすい
。このため、通常、軽圧下帯に一層の小径ロールを配設
し、ロール相互間のピッチを小さくし、バルジングの発
生を阻止して中心偏析を低減するようにしている。

ところで、従来の軽圧下鋳造技術においては、軽圧下装
置による圧下のみでは鋳片の中心偏析を十分に低減する
ことができない。このため、電磁攪拌装置（ＥＭＳ）に
よりクレータエンドに回転磁界又は移動磁界を印加し、
クレータエンドの濃化溶鋼を電磁誘導により攪拌して中
心偏析の発生を防止している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来の軽圧下鋳造技術においては、クレ
ータエンドにて濃縮された［Ｃ］、　　［Ｐ］等の濃化
成分を電磁攪拌により一定領域内で単に拡散させている
にすぎないので、偏析成分濃度のピーク値を下げること
はできるが、偏析そのものを無くしてしまうことができ
ない。このため、鋳片中心部の一定領域内に濃度レベル
が平均化された偏析帯が生じる。この偏析帯には小型の
島状偏析（セミマクロ偏析）が存在しており、下記に示
すような種々の問題点を生じる。

近時、鋼材の品質に対する需要家からの要求が高度化及
び多様化してきており、製品化された鋼材中に不可避的
に存在する偏析及び非金属介在物等の一層の低減化が望
まれている。すなわち、石油及び天然ガス輸送用のバイ
ブ材料においては、サワーガスの作用により中心偏析帯
に沿って発生する水素誘起割れ（ＨＩ　Ｃ）を防止する
ことが強く要望されている。ＨＩＣは中心偏析帯のＰｃ
９度が高い部分で発生することが知られており、一般に
、Ｐのピーク濃度が約０．０４％以上になると、ＨＩＣ
による割れ発生率が高くなる。従来の軽圧下鋳造技術で
は、中心偏析帯におけるＰ濃度が健全部のそれの約１０
倍にも達するため、耐ＨＩＣ鋼材を製造する場合には、
取鍋溶鋼のＰａ度を５０ｐｐｍ以下のレベルに低減する
と共に、凝固後のスラブを約１３００℃に均熱すること
により偏析Ｐを拡散し、Ｐａ度の最大値を低下させるよ
うにしている。

第９図は、横軸に中心偏析粒子の偏析粒径をとり、縦軸
に鋳片長さ１００ｆｆｌＩ１１当りに存在する偏析粒子
の個数をとって、中心偏析帯を有する種々の鋼材につい
てセミマクロ偏析粒子がＨＩＣに及ぼす影響について調
査したグラフ図である。図中、黒丸は）ＩＩＣにより割
れが生じたものを示し、白丸は割れが生じなかったもの
を示す。この図に示すように、ＨＩＣ発生について、粒
径が約０．５ωｍ以上の大型の偏析粒子（セミマクロ偏
析）が特に有害であり、このセミマクロ偏析の低減化が
ＨＩＣ発生防止に有効なことが知られている。すなわち
、鋼材の耐ＨＩＣ特性を改善するためには、前述のマク
ロ偏析及びセミマクロ偏析を共に低減する必要がある。

更に、ビール缶のような深絞り鋼においては、その加工
性に偏析が影響するので、無偏析材料の開発が強く要望
されている。すなわち、従来の軽圧下鋳造技術において
は、鋳片軸心部に正偏析（成分元素濃度が健全部より高
い偏析）が生じる一方、そのすぐ近傍の周辺部には負偏
析（成分元素濃度が健全部より低い偏析）が生じるので
、全体として不均一な材料になるという問題点がある。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
鋳片の中心偏析を低減することができる軽圧下鋳造方法
を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る軽圧下鋳造方法は、連続鋳造された未凝
固の鋳片を多数のロールにより軽圧下しつつ鋳片を完全
凝固させる軽圧下鋳造方法において、前記ロールの回転
方向と逆方向に回転する回転磁界を凝固末期の溶湯に印
加して鋳片軸心部周辺の溶湯を上昇させることを特徴と
する。

［作用］ 第３図は、凝固末期の溶湯の流動について説明する模式
図である。溶湯が凝固収縮すると、鋳片引抜方向に溶湯
が吸引されて図中矢印ａ方向へ流動する。最終凝固領域
では鋳片中央部にて双方の凝固殻が出会い、双方から鋳
片中央部に向かって発達した樹枝状晶が相互に連絡する
ようになり、矢印ａ方向に流動した溶湯が樹枝状晶の主
軸に遮られて図中矢印す方向（鋳片中央部へ向かう方向
）にその流動方向が変化する。そして、樹枝状晶間に閉
込められた溶湯が濃化しつつ鋳片中央部へ向かって流動
し、濃化溶湯が凝固して高濃度の中心偏析となる。

しかしながら、この発明に係る軽圧下鋳造方法において
は、軽圧下ロールの回転方向と逆方向に回転（図中の矢
印ｍ方向の回転）する回転磁界を凝固末期の溶湯に印加
しているので、磁束が溶鋼を横切ると、フレミングの右
手の法則に従い図中右側においては電磁ポンプの原理に
より鋳片軸心部の周囲の溶湯に矢印Ｃ方向の誘導力が作
用して不純物を含む溶湯が上昇する一方、軸心部の溶湯
が矢印ｄ方向に下降する。すなわち、周辺部の高固相率
の溶湯と軸心部の低固相率の溶湯とが入替わる。このた
め、低固相率の不純物をほとんど含まない溶湯が最終凝
固領域に供給されるようになり、一対、の正偏析及び負
偏析からなる中心偏析の発生が防止される。

［実施例］ 以下、添付の図面を参照してこの発明の実施例について
具体的に説明する。

先ず、中心偏析低減の基本的考え方について説明する。

３ｆＩ４図は、凝固末期における中心偏析の生成機構を
示す模式図である。図中、斜線領域は固相、斜線領域を
除く領域は液相を夫々示す。また、図中の記号ｇは残留
溶鋼が流動しうる限界の固相率、記号ＬＤは固液共存領
域の厚さ、記号ＬＬは液相領域（１００％液相領域）の
厚さを夫々示す。図中、固相率が零の厚さ位置から固Ｆ
［］率がｇｌになる厚さ位置までの領域に存在する濃化
溶鋼が流動して混合されることにより中心偏析が形成さ
れると仮定すると、凝固末期溶鋼の成分濃化率ＣＬ／　
Ｃｏは下記（１）式により計算される。

・・・（１） 但し、上記（１）式中の各記号は下記による。

α−ＬＬ／ＬＤ（凝固末期の固液共存領域に対する液相
領域の割合） ＬＬ、ＬＤ　；凝固末期の液相領域の厚さ、固液共存領
域の厚さ ｇ；残留溶鋼が流動しうる限界の固相率ＫＯ、［Ｃコ、
［Ｐコ等の各成分における平衡分配係数 第５図は、上記（１）式により求めた［Ｃ］の成分濃化
率ＣＬ　／　Ｃｏを縦軸にとり、凝固末期の固液共存領
域に対する液相領域の割合いαを横軸にとって、凝固末
期における溶鋼流動と偏析度との関係について検討した
ものである。図中、各曲線に記入した数値は夫々の固相
率ｇを示す。なお、平衡分配係数に、を０．１４１とし
て成分濃化率ＣＬ／Ｃｏを算出した。この図から明らか
なように、濃化溶鋼の流動限界固相率ｇが大になるに−
従って成分濃化率ＣＬ　／　Ｃｏが高くなり、また完全
液相領域の割合αが小さくなるほど成分濃化率に与える
影響が大きくなる。すなわち、濃化溶鋼の流動が活発に
なると成分濃化率が高まり、偏析度が高くなる。従って
、中心偏析を低減するためには、濃化溶鋼の流動を抑制
する必要がある。

この濃化溶鋼の流動を抑制する手段として、第１に鋳片
のロール間バルジングの発生を抑制するためにロール相
互間のピッチを狭くすること、第２に凝固収縮により濃
化溶鋼がボトム側（鋳片引抜き下流側）へ吸引されて流
動することを阻止するために凝固収縮量に相当する適正
量の軽圧下を鋳片に印加することが挙げられる。このた
め、軽圧下ロールを小径化すると共に、ロールを分割し
て短尺化し、鋳片にきめ細かな圧下を印加する必要があ
る。また、種々の条件下で実際に鋳造した試験結果によ
れば、軽圧下帯の開始位置から約３／４のところにクレ
ータエンドを位置させた場合に、軽圧下帯のロール圧下
の効果が最大になることが判明した。

ところで、適正な軽圧下条件で鋳造された鋳片を調べて
みると、極めて僅かではあるが正偏析及び負偏析からな
る中心偏析が認められた。これにより、機械的手段（軽
圧下）のみにより凝固末期溶鋼の固相率を低下させるこ
とが極めて困難であることが判明した。そこで、発明者
らは、クレータエンド直上の凝固末期の溶湯に回転磁場
を作用させ、電磁ポンプの原理により高固相率の溶湯を
上昇させ、クレータエンドに供給される溶鋼の固相率を
低下させると、正偏析及び負偏析の発生を回避すること
ができることに想到した。

第１図はこの発明の実施例に係る軽圧下鋳造方法に使用
される軽圧下装置を側方から見た概略断面図、第２図は
同じく軽圧下装置を示す斜視図である。垂直曲げ型連続
鋳造機の上部には鋳型（図示せず）が設けられ、所定断
面形状のスラブとなる未凝固鋳片３０が鋳型からピンチ
ロールにより引抜かれるようになっている。鋳型の下方
には一層のサポートガイドロールが鋳片を取囲むように
配列され、これにより垂直引抜き部が形成されている。

垂直引抜き部の下方には複数対の曲げロール２４が設け
られ、曲げロール２４により凝固途中の鋳片３０が曲げ
られて鋳片引抜き方向が水平に変更されるようになって
いる。更に、曲げロール２４の下方には軽圧下装置１０
が設けられ、鋳片に所定量の圧下を加えるようになって
いる。軽圧下装置１０は２基のセグメントを有しており
、各セグメントは複数対の小径の軽圧下ロール１６を夫
々備えている。これらの軽圧下ロール１６には各対ごと
に油圧シリンダ（図示せず）が設けられ、鋳片３０が略
均−に圧下されるようにすると共に、過荷重がロール１
６に負加されないようにしている。一群のスプレィノズ
ル２０が鋳片３０の幅に沿って配列されると共に、各列
のスプレィノズル２０が軽圧下ロール１６の間に夫々配
設されている。一群のスプレィノズル２０は水ＷＭ節機
能を有する冷却水供給源（図示せず）に接続され、各ゾ
ーンのスプレィパターンを制御することにより鋳片３０
が所定の速度で冷却されるようになっている。

第２図に示すように、軽圧下ロール１６はその長さが３
分割されている。一方、下流側のセグメント内には１対
の磁場発生装置２２が鋳片３０を挟むように鋳片の幅に
沿って配設されている。各磁場発生装置２２は、複数個
の交流コイルを有しており、コイルに通電すると、第３
図に示すように、未凝固溶鋼の両側に矢印ｍ方向の回転
磁界が発生するようになっている。

なお、軽圧下ロール１６は、その径が従来の約３７５ｍ
ｍから約２１０ｍｍに、ロール相互間のピッチが従来の
約４２０＋ｎ＋ｎから約２３５ｏ＋ｍに、各セグメント
内のロール本数が従来の５対から８対に夫々変更されて
いる。また、この連続鋳造機における垂直引抜き部の長
さは約４ｍ、鋳片曲げ部の曲率半径は約８ｍ１鋳型内湯
面（メニスカス）から軽圧下装置１０までの高低差は約
１０．４乃至１４．１ｍである。

次に、この発明方法により鋳片を製造する場合について
具体的に説明する。鋳造鋼種はＮｂ、Ｖ系うインパイプ
用高張力ｍ　（ＡＰ　Ｉ　　Ｘ−６５）であり、鋳片（
スラブ）の幅は約１９５０＋＋ｕ＋である。

ＲＨ脱ガス処理及び取鍋精錬処理により成分調整された
溶鋼をタンディツシュから鋳型内に鋳造する。タンディ
ツシュ内の溶鋼温度は約１５５２℃であり、溶鋼は約３
３°Ｃの過熱状態にある（この鋼種の凝固温度は約１５
１９℃）。溶鋼が鋳型内に注入されると、鋳型壁に接し
て凝固殻３２が形成される。

このとき、毎分約０．７５ｍの鋳造速度で未凝固状態の
鋳片３０を引抜きつつ鋳片冷却速度及び圧下量を適正に
制御して、クレータエンド３６の直」二域を磁場発生装
置２２のところに位置させる。軽圧下装置１０において
は、一群の軽圧下ロール１６により鋳片引抜長さ１ｍ当
り約１．２ｍｍの割合いで鋳片３０に圧下を加え、溶鋼
の流動を最小限におさえる。軽圧下鋳造が定常状態にな
ると、１対の磁場発生装置２２のコイルに交流電流を流
して夫々に交番磁界、即ち第３図中の矢印ｍ方向の回転
磁界を発生させる。回転磁界が溶鋼に作用すると、磁束
が溶鋼を横切るため、図の右側では紙面を裏側から表側
へ通過する方向に起電力が生じる一方、図の左側では紙
面を表側から裏側へ通過する方向に起電力が発生する。

これにより、磁場発生装置２２側の樹枝状晶間の濃化溶
鋼にフレミングの右手の法則の電磁誘導力が作用して溶
鋼が夫々矢印Ｃ方向に上昇する。周辺の濃化溶鋼が上昇
して戻されると、中央域の低固相率の溶鋼が下降して下
方のクレータエンド３６に供給される。そして、両側か
ら鋳片軸心に向かって延びた樹枝状晶の主軸が軸心部に
て出会い、樹枝状晶の主軸が相互に連絡すると、樹枝状
晶間に溶鋼が閉込められ、これが最終的に凝固する。

上記実施例によれば、クレータエンドの直上域に回転磁
界を印加してＰ、Ｓ等の不純物元素が濃化された溶鋼を
上方に戻すことができるので、Ｐ。

Ｓ等の不純物元素の偏析を有効に防止することができる
。

また、軽圧下ロール１６の径及びロール間のピッチを従
来よりも小さくしているので、バルジングの発生を有効
に防止することができる。

更に、軽圧下ロール１６の長さを３分割しているので、
ロールがたわむことなく油圧装置の駆動力が各分割ロー
ルに確実に伝達され、ロール圧下制御を一層精密にする
ことができ、溶鋼の流動限界固相率ｇを従来の０．７０
から０．１５まで低減することができた。

なお、上記実施例ではＮｂ、Ｖ系高張力鋼の場合につい
て示したが、これに限らず他鋼種を連続鋳造する場合に
もこの発明方法を使用することができる。

また、上記実施例ではスラブを製造する場合について示
したが、これに限らず２対のコイルによりブルーム又は
丸ビレットを取囲み、凝固末期溶鋼に回転磁界を印加す
ることもでき、中心偏析防止効果を一層高めることがで
きる。

［発明の効果］ この発明によれば、凝固末期の溶湯に回転磁界を印加し
て濃化溶鋼を上方へ戻すことができるので、不純物元素
等の偏析成分の絶対量を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る軽圧下鋳造方法が使用
された軽圧下装置を側方から見た概略断面図、第２図は
同じく軽圧下装置を示す斜視図、第３図は凝固末期の溶
湯の流動について説明する模式図、第４図は濃化溶鋼の
凝固機構を示す模式図、第５図は溶鋼の流動と偏析度と
の関係を示す模式図、第６図は軽圧下量と濃化溶鋼の流
動長さとの関係を示すグラフ図、第７図は水素誘起割れ
（ＨＩ　Ｃ）に及ぼすセミマクロ偏析の影響を示すグラ
フ図である。 １０；軽圧下装置、１２，１４．セグメント、１６．１
８；軽圧下ロール、２０；スプレィノズル、２２；磁場
発生装置、３０．鋳片、３６；クレータエンド 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ｂ 第　１　図 第２図 第　３　図 第４因 α 第　５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 連続鋳造された未凝固の鋳片を多数のロールにより軽圧
   下しつつ鋳片を完全凝固させる軽圧下鋳造方法において
   、前記ロールの回転方向と逆方向に回転する回転磁界を
   凝固末期の溶湯に印加して鋳片軸心部周辺の溶湯を上昇
   させることを特徴とする軽圧下鋳造方法。