JP2000317582A - ビームブランクの連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】中心偏析やセンターポロシティや内部割れの発
生がない、内部品質に優れたビームブランクを製造する
ことができる連続鋳造方法の提供。 【解決手段】水平ロール２−１、２−２および垂直ロー
ル３−１、３−２を備える圧下装置９を用いて、断面が
矩形の鋳片１の未凝固部８が内在する位置を、上下方向
から圧下し、左右方向から鋳片の膨らみを押さえること
によりビームブランク１０を製造する方法において、下
記（１）式で表される内部圧下比εが０．２５以上１．
２５以下となる条件で圧下する連続鋳造方法。 ε＝（η／１００）×（Ｒ／Ｌ） ・・・（１） ここで、η：内部浸透度（％）、Ｒ：圧下量（ｍｍ）、
Ｌ：圧下開始時の未凝固部の厚み（ｍｍ）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｈ形鋼などの素材
として用いられるビームブランクを製造する連続鋳造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】建築物の高層化や耐震性能向上の要求に
伴い、建築用材料などに使用されるＨ形鋼の高強度化や
高品質化が求められるようになってきた。Ｈ形鋼に求め
られるこのような特性を満たすために、その素材である
ビームブランクには、成分偏析やポロシティや内部割れ
などのない、優れた内部品質が求められる。

【０００３】一方、Ｈ形鋼の製造では、製造コストの削
減を目的に、鋼塊から素材のビームブランクを製造する
分塊圧延工程の省略、加熱炉での素材の加熱効率の向
上、素材を圧延する製品圧延工程での圧延パス回数の削
減などが図られてきた。そのため、素材のビームブラン
クを、連続鋳造により直接製造する方法、または、連続
鋳造機内でスラブまたはブルームなどの鋳片を圧下して
製造する方法が提案されている。

【０００４】鉄と鋼、６７（１９８１）８、Ｐ２８４で
は、ビームブランクの横断面形状をした鋳片を連続鋳造
により直接製造する方法が提案されている。しかし、こ
の方法では、鋳片の厚み中心部近傍に中心偏析やセンタ
ーポロシティが発生する場合がある。

【０００５】中心偏析とは、鋳片の厚み中心部近傍に
Ｃ、Ｐ、Ｓ、Ｍｎ等の偏析成分が濃化した状態のことで
ある。凝固の進行に伴い偏析成分の濃化した溶鋼が、凝
固の際の収縮などにより最終凝固部である鋳片の厚み中
心部近傍に移動、集積し、そのまま凝固することにより
発生する。また、センターポロシティとは、偏析成分の
濃化した溶鋼は最終凝固部では流動しにくいので、収縮
によって生じる狭い隙間に偏析成分の濃化した溶鋼が補
給されずに凝固が完了するために発生する孔のことであ
る。したがって、これら中心偏析やセンターポロシティ
の防止対策として、偏析成分の濃化した溶鋼の移動、集
積を抑制するために、鋳片の最終凝固部近傍の位置を圧
下ロール対などで圧下する対策が効果的である。

【０００６】特開平８−２８１３０１号公報では、断面
が矩形のブルーム連続鋳造機の後端にユニバーサル圧延
機を設置して、鋳片の未凝固部が内在する位置を圧下す
ることによりビームブランクを製造する方法が提案され
ている。しかし、この方法では、圧下開始時期や圧下量
が適切でない場合に、圧下後のビームブランクに中心偏
析やセンターポロシティが発生したり、さらに、内部割
れが発生するという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、鋳片
の未凝固部が内在する位置を圧下してビームブランクを
製造する従来の連続鋳造方法では、圧下開始時期や圧下
量が適切でない場合に、圧下後のビームブランクに中心
偏析やセンターポロシティや内部割れが発生するという
問題がある。

【０００８】本発明は、中心偏析およびセンターポロシ
ティがなく、かつ内部割れの発生もない、内部品質に優
れたビームブランクを製造することができる連続鋳造方
法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、水平ロ
ールおよび垂直ロールを備える圧下装置を用いて、断面
が矩形の鋳片の未凝固部が内在する位置を、上下方向か
ら圧下し、左右方向から鋳片の膨らみを押さえることに
よりビームブランクを製造する方法において、下記
（１）式で表される内部圧下比εが０．２５〜１．２５
となる条件で圧下するビームブランクの連続鋳造方法に
ある。

【００１０】 ε＝（η／１００）×（Ｒ／Ｌ） ・・・（１） ここで、η＝Σ（ａ_n×Ｓⁿ）×（Ｄ／２１０）^b Ｒ：圧下量（ｍｍ） Ｌ：圧下開始時の鋳片厚み方向の未凝固部の厚み（ｍ
ｍ） η：内部浸透度（％） ｎ：０、１または２ ａ_n：ａ₀ 、ａ₁ またはａ₂ ａ₀ ＝２３．５、ａ₁ ＝０．１、ａ₂ ＝０．０２５ Ｓ：鋳片横断面の全面積に対する圧下開始時の未凝固部
の面積比率（％） Ｄ：水平ロールの直径（ｍｍ） ｂ＝０．０３１×｛鋼のＣ含有量(重量％)｝＋０．４９ 内部圧下比εは、上記（１）式に示すとおり、圧下開始
時の未凝固部の厚みＬに対する内部浸透度ηを加味した
鋳片の圧下量Ｒの比で表される。この内部圧下比εが大
きい値の時は、圧下開始時の未凝固部の厚みＬに比べて
鋳片の圧下量Ｒが大きく、逆に、内部圧下比εが小さい
値のときは、圧下開始時の未凝固部の厚みＬに比べて、
小さな圧下量Ｒを加えることになる。

【００１１】圧下開始時とは、圧下力が鋳片にかかり始
める時を意味し、圧下ロールが鋳片に接触する瞬間のこ
とである。また、圧下開始時の未凝固部の厚みＬは、固
相率０．９９を超える両側の凝固殻の間の鋳片厚み方向
の未凝固部の厚みのことである。

【００１２】内部浸透度ηは、外部から鋳片に加えた圧
下量が実際に未凝固部に伝わる割合を意味し、実験結果
を基にした回帰計算によって求めた式で表すことができ
る。すなわち、内部浸透度ηは、圧下開始前における鋳
片横断面の面積Ａ₀ に対して圧下開始時の未凝固部の面
積Ａ_L の占める面積比率Ｓ、水平ロールの直径Ｄおよび
鋼のＣ含有量で表すことができる。上記（１）式におけ
るｎ、ａｎおよびｂは、現象を説明するのに好適な式と
数値を、回帰計算から求めたものである。

【００１３】ここで、鋳片横断面における圧下開始時の
未凝固部の面積比率Ｓは、下記の式で表される。

【００１４】Ｓ（％）＝（Ａ_L ／Ａ₀ ）×１００ 本発明者らは、前述の本発明の課題を、次のようにして
解決した。すなわち、本発明の方法では、鋳片の未凝固
部が内在する位置を圧下してビームブランクを製造する
とき、内部圧下比εが０．２５〜１．２５となる条件で
圧下する。

【００１５】内部圧下比εの値が０．２５未満のような
小さな値のときは、圧下開始時期が早すぎて、圧下開始
時の未凝固部の厚みが大きく、圧下量がその未凝固部の
厚みに対して小さいときに相当する。このような圧下で
は、圧下後の鋳片の内部に大きな厚みの未凝固部が残存
する。そのため、その後の凝固の進行とともに、中心偏
析やセンターポロシティが発生する。また、後述するよ
うに、鋳片に内部割れが発生する場合がある。圧下開始
直後に、未凝固部と面する凝固殻の部分に引張り力が作
用し、凝固殻に割れが発生し、その割れの部分に偏析成
分の濃化した溶鋼が吸引される。しかし、圧下量が小さ
いため、吸引された濃化溶鋼は、圧下完了時までに絞り
出されずに、そのまま凝固する。その濃化溶鋼の吸引さ
れた部分に割れが発生するのである。

【００１６】内部圧下比εの値が１．２５を超えるよう
な大きな値のときは、圧下開始時期が遅すぎて、圧下開
始時の未凝固部の厚みが小さく、圧下量がその未凝固部
の厚みに対して大きいときに相当する。このような圧下
では、圧下ロールの圧下荷重が大きくなりすぎて、鋳片
の引き抜きが困難となる。鋳片を引き抜けても、目標と
するビームブランクの形状、寸法が得られない場合があ
る。

【００１７】また、内部圧下比εが０．２５〜１．２５
となる条件で圧下することにより、圧下時の鋳片の内部
割れを防止することができる。圧下を受ける凝固界面の
応力状態が、圧縮状態となることにより、圧下開始直後
の生成した凝固殻の割れの部分に吸引された濃化溶鋼
が、圧下完了時までに絞り出されるためである。

【００１８】上述するように、圧下開始時期と圧下量を
適正な条件の範囲とし、圧下開始時の未凝固部の厚み、
圧下量、未凝固部の厚みに対する圧下量の割合などを適
正な条件とすることにより、中心偏析やセンターポロシ
ティがなく、かつ、内部割れの発生もないビームブラン
クを得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の方法を実施する
ための連続鋳造装置の１例を示す図である。ここで、鋳
型４から連続的に引き抜かれた未凝固部８を含む断面が
矩形の鋳片１は、二次冷却帯５で水冷却され、次いで、
ガイドロール対６を経て、ピンチロール７により引き抜
かれる。その後、上下方向から圧下できる水平ロール２
−１、２−２、および、左右方向から鋳片の膨らみを押
さえることができる垂直ロール３−１、３−２（３−２
は、図中では見えない）を備える圧下装置９により、鋳
片１は圧下される。圧下された鋳片１は、ビームブラン
ク１０となる。

【００２０】鋳片１を上下方向から圧下し、左右方向か
ら膨らみを押さえるときに、図１に示すように同時に圧
下して、押さえてもよいし、上下方向から圧下する水平
ロール２−１、２−２と左右方向から押さえる垂直ロー
ル３−１、３−２とを鋳造方向で隣り合わせる程度に間
隔をあけておいて、鋳片１を圧下しても構わない。

【００２１】水平ロールおよび垂直ロールを備えた圧下
装置を用いるのは、水平ロールで鋳片の長辺の幅中央部
近傍を圧下して、断面が矩形の鋳片をビームブランクに
成形する場合に、鋳片の短辺が外側に膨らむのを、垂直
ロールにより押さえるためである。

【００２２】図２は、圧下開始時における鋳片の内部状
態と水平ロール、垂直ロールの位置関係を示す図であ
る。符号Ａ_L は、圧下開始時の鋳片の未凝固部の横断面
積を、符号Ａ₀ は、圧下開始前の鋳片の横断面積の全面
積を示す。符号１１は、固相率０．９９の線である。固
相率は、鋳片の各位置での温度を伝熱凝固解析により求
め、その結果と、その鋼の固有の液相線温度と固相線温
度などから求めることができる。圧下装置９は、鋳片１
の未凝固部８が内在する位置を圧下する水平ロール２−
１、２−２および鋳片の膨らみを押さえる垂直ロール３
−１、３−２を備えている。直径Ｄの水平ロール２−
１、２−２を用いて、圧下開始時の未凝固部の厚みがＬ
である鋳片を圧下する。

【００２３】図２に示すように、鋳片の未凝固部の幅方
向の長さに対して、水平ロールの水平方向の長さが短い
のがよい。圧下ロールの圧下荷重が小さくてよいからで
ある。垂直ロールの高さ方向の長さは、鋳片の厚みより
長いのがよい。安定して鋳片の膨らみを押さえることが
できるからである。

【００２４】図３は、圧下途中の鋳片の内部状態と水平
ロール、垂直ロールの位置関係を示す図である。断面が
矩形の鋳片が、ほぼビームブランクに成形されている状
況を示す。

【００２５】本発明の方法では、矩形断面の鋳片の未凝
固部が内在する位置を、前記（１）式で表される内部圧
下比εが０.２５〜１．２５となる条件で圧下する。

【００２６】図４は、中心偏析およびセンターポロシテ
ィに及ぼす内部圧下比εの影響を示す図である。圧下開
始時の未凝固部の厚みを３０ｍｍおよび６０ｍｍにし
て、内部圧下比εの値を変化させて試験した結果を示
す。中心偏析およびセンターポロシティは、内部圧下比
εが０．２５以上で著しく改善されていることがわか
る。内部圧下比εが０．２５未満の場合には、圧下後の
ビームブランクに中心偏析やセンターポロシティが発生
しているのが分かる。

【００２７】図５は、鋳片の内部割れの発生に及ぼす内
部圧下比εの影響を示す図である。圧下開始時の未凝固
部の厚みを３０ｍｍおよび６０ｍｍにして、内部圧下比
εの値を変化させて試験した結果を示す。内部割れは、
内部圧下比εが０．２５未満で発生しており、内部割れ
の長さは、内部圧下比εが０．２の近傍で極大となって
いる。内部圧下比εを０．２５以上とすることにより、
圧下時の鋳片の内部割れの発生を防止できることが分か
る。圧下を受ける凝固界面の応力状態が圧縮状態とな
り、また、濃化溶鋼を鋳造方向の上流側に十分絞り出す
ことができるので、内部割れの発生を防止できる。

【００２８】内部圧下比εが１．２５を超える場合に
は、圧下ロールの圧下荷重が大きくなり、鋳片の引き抜
きが困難となる。たとえ鋳片の引き抜きができても、目
標とする形状、寸法のビームブランクが得られない。

【００２９】したがって、内部圧下比εは０.２５〜
１．２５とする。さらに望ましいのは、０．４〜０．７
である。

【００３０】図６は、水平ロールの直径が、鋳片の内部
割れの発生と水平ロールの圧下荷重の負荷状況に及ぼす
影響を示す図である。水平ロールの直径によらず、内部
圧下比εが０．２５未満で内部割れが発生するのが分か
る。また、水平ロールの直径によらず、内部圧下比εが
１．２５を超えるときに、圧下荷重が大きくなって、鋳
片の引き抜きが困難となっているのが分かる。

【００３１】水平ロールの直径は、２００〜１２００mm
が望ましい。２００mm未満の場合には、内部浸透度ηの
値が小さくなるので、中心偏析やセンターポロシティな
どの改善効果が少ない。また、１２００mmを超えると、
圧下装置が大型化し、設備費が高くなる。

【００３２】水平ロールのロール形状は、図２に示すよ
うに、両端が丸みを有し、その他の部分はフラットな形
状とし、また、垂直ロールのロール形状は、膨らみを押
さえるためフラットな形状とし、ロールの胴幅は鋳片の
厚みより広くするのが望ましい。

【００３３】圧下装置の装置数は、とくに限定しない
が、多段に設けることは設備が大型化することから、通
常は１段だけとするのが望ましい。

【００３４】

【実施例】図１に示す装置構成の連続鋳造機を用いて、
断面形状が厚み３００ｍｍ、幅６５０ｍｍのブルームを
鋳造し、ブルームの未凝固部が内在する位置を水平ロー
ルおよび垂直ロールで圧下して、ビームブランクを製造
する試験を行った。

【００３５】用いた鋼は、Ｃ含有量が０．１０〜０．１
２重量％の炭素鋼で、鋳型直下から６ｍまでの間を０．
１〜２．０リットル／ｋｇ・鋼の比水量の条件で水冷却し
た。鋳造速度を０．８〜２．０ｍ／分の範囲で変化さ
せ、圧下開始時の未凝固部の厚みを変化させた。

【００３６】未凝固部の厚みは、半径方向一次元の非定
常伝熱解析により計算で求めるとともに、鋳造中に鋳型
内の溶鋼にＦｅＳを添加することにより調査した。計算
および鋳片の横断面サンプルのサルファプリントから実
測された未凝固部の厚みは、よく一致した。

【００３７】水平ロールおよび垂直ロールを備える圧下
装置は、１台とし、水平ロールを溶鋼のメニスカスから
２４ｍの位置に配置した。水平ロールの直径は３００、
６００および９００ｍｍの３種類、水平ロールの胴幅は
４３０ｍｍとし、水平ロールのコーナー部には半径５〜
５０ｍｍの丸みを持たせた。水平ロールによる圧下量を
４０〜１２０ｍｍの範囲で変化させた。

【００３８】垂直ロールの直径は４００ｍｍ、垂直ロー
ルの胴幅は３５０ｍｍとし、垂直ロールのロール形状は
フラットな形状とした。水平ロールでブルームの長辺を
圧下するとき、垂直ロールでブルームの短辺を押さえ、
ブルームの短辺が膨らむのを防止した。

【００３９】各鋳造試験において、鋳造速度が一定とな
った後、鋳造方向に長さ２ｍのビームブランクを採取
し、鋳造方向に１００ｍｍの間隔で２０個の横断面サン
プルを切り出した。

【００４０】５個の横断面サンプルについて、中心偏析
の発生状況を調査した。横断面サンプルの幅の中心で、
かつ、厚みの中心の１カ所から直径５ｍｍのドリル刃に
より穿孔して切り削を採取し、Ｃ含有率を分析した。得
られたＣ含有率Ｃに対するＣのレードル分析値Ｃ₀ の比
である中心偏析度Ｃ／Ｃ₀ により、中心偏析の発生状況
を評価した。

【００４１】１０個の横断面サンプルについて、センタ
ーポロシティの発生状況を調査した。センターポロシテ
ィの発生個数と形状を目視観察し、個々のセンターポロ
シティの縦、横の寸法を計測した。センターポロシティ
の形状を円または楕円形状に近似し、計測した縦、横の
寸法から１個のセンターポロシティ面積を求め、これら
を合計してセンターポロシティ総面積を求めた。横断面
サンプルの断面積に対するセンターポロシティ総面積の
比をセンターポロシティ面積率（％）としてセンターポ
ロシティの発生状況を評価した。

【００４２】残り５個の横断面サンプルを用いて、サル
ファプリントを行い、内部割れの発生状況を調査した。
目視により割れを確認し、その割れの発生程度を、な
し、軽微および顕著で評価した。

【００４３】さらに、ブルームの圧下中にブルームの引
抜作業の状況について観察し、引抜不可が発生するかど
うかを評価した。表１および表２に、試験条件および試
験結果を示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】本発明例の試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５では、
内部圧下比εの値を本発明で規定する範囲内の０．３９
〜０．６０で圧下した。得られたビームブランクの中心
偏析度Ｃ／Ｃ₀ は０．９８〜０．９９であり、中心偏析
は発生しなかった。また、センターポロシティ面積率は
０．０１〜０．０２％と小さく、さらに内部割れの発生
もなく、良好な内部品質のビームブランクが得られた。
また、引抜作業も順調であった。

【００４７】比較例の試験Ｎｏ．６では、内部圧下比ε
の値を本発明で規定する条件の下限外の０．１９の小さ
な値で試験した。中心偏析度Ｃ／Ｃ₀ は１．５で、顕著
な中心偏析が発生するとともに、センターポロシティ面
積率も２．８％と高く、また、内部割れが顕著に発生し
ており、内部品質の悪いビームブランクであった。引抜
作業は順調であった。

【００４８】比較例の試験Ｎｏ．７およびＮｏ．８で
は、内部圧下比εを本発明で規定する条件の上限外の
１．２８および２．４３の大きな値で試験した。いずれ
も水平ロールの圧下荷重が大きくなり、鋳片の引抜作業
が困難となり、途中で鋳造作業を中止した。

【００４９】

【発明の効果】本発明の方法の適用により、中心偏析お
よびセンターポロシティの発生がなく、かつ内部割れの
発生もない、内部品質に優れたビームブランクを製造す
ることができる。さらに、Ｈ形鋼の製造コストの削減が
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための連続鋳造装置の
１例を示す図である。

【図２】圧下開始時における鋳片の内部状態と水平ロー
ル、垂直ロールの位置関係を示す図である。

【図３】圧下途中の鋳片の内部状態と水平ロール、垂直
ロールの位置関係を示す図である。

【図４】中心偏析およびセンターポロシティに及ぼす内
部圧下比εの影響を示す図である。

【図５】内部割れの最大長さに及ぼす内部圧下比εの影
響を示す図である。

【図６】水平ロールの直径が、鋳片の内部割れの発生と
水平ロールの圧下荷重の負荷状況に及ぼす影響を示す図
である。

【符号の説明】

１：鋳片 ２−１、２−２：水平ロール ３−１、３−２：垂直ロール ４：鋳型 ５：二次冷却帯 ６：ガイドロール
対 ７：ピンチロール ８：未凝固部 ９：圧下装置 １０：ビームブラン
ク １１：固相率０．９９の線 Ａ_L ：圧下開始時の鋳片の未凝固部の横断面積 Ａ₀ ：圧下開始前の鋳片の横断面積 Ｌ：圧下開始時の未凝固部の厚み

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平ロールおよび垂直ロールを備える圧下
   装置を用いて、断面が矩形の鋳片の未凝固部が内在する
   位置を、上下方向から圧下し、左右方向から鋳片の膨ら
   みを押さえることによりビームブランクを製造する方法
   において、下記（１）式で表される内部圧下比εが０．
   ２５以上１．２５以下となる条件で圧下することを特徴
   とするビームブランクの連続鋳造方法。 ε＝（η／１００）×（Ｒ／Ｌ） ・・・（１） ここで、η＝Σ（ａ_n×Ｓⁿ）×（Ｄ／２１０）^b Ｒ：圧下量（ｍｍ） Ｌ：圧下開始時の鋳片厚み方向の未凝固部の厚み（ｍ
   ｍ） η：内部浸透度（％） ｎ：０、１または２ ａ_n：ａ₀ 、ａ₁ またはａ₂ ａ₀ ＝２３．５、ａ₁ ＝０．１、ａ₂ ＝０．０２５ Ｓ：鋳片横断面の全面積に対する圧下開始時の未凝固部
   の面積比率（％） Ｄ：水平ロールの直径（ｍｍ） ｂ＝０．０３１×｛鋼のＣ含有量(重量％)｝＋０．４９