JP4205652B2

JP4205652B2 - 割れの少ないブルーム鋳片の製造方法

Info

Publication number: JP4205652B2
Application number: JP2004303261A
Authority: JP
Inventors: 高小林; 等中田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2024-10-18
Also published as: JP2006110618A

Description

本発明は、ブルーム鋳片を連続鋳造法によって製造する方法に関するものであり、特に連続鋳造によって製造されるブルーム鋳片の表面割れおよび内部割れを実用上問題の無い程度にまで極力低減できる様にしたブルーム鋳片の製造方法に関するものである。

鋼の連続鋳造においては、溶鋼を鋳型に投入し、鋳型内部で冷却（一次冷却）して凝固シェルを形成し、その後水によるスプレイ帯にガイドロールによって案内しつつ冷却して（二次冷却）凝固シェルを次第に厚くしていき、その後ピンチロールによって徐々に引き抜いて凝固完了後に鋳片としてその後の工程に送るように構成されている。

こうした連続鋳造においては、鋳片を案内しているロール間のピッチ（以下、「ロールピッチ」と呼ぶことがある）は適切な範囲に設定されている必要がある。既存の設備では、ロールピッチは、上流側（鋳型側）になるにつれて狭く設定されているのが一般的である。これは、上流側になるほど凝固シェルの厚みが薄いので、凝固シェル内部の溶鋼の静圧の作用に起因して鋳片のピッチ間に相当する部分が膨張する現象（所謂「ロール間バルジング」）が発生しやすい状況であるので、バルジング歪による内部割れが発生し易くなるからである。

一方、ロールピッチを小さくすると、ロールによる鋳片の冷却が過大となり、鋳片の表面温度の変化が大きくなって、これによる鋳片表面割れが発生することがある。

これまでの連続鋳造機において、炭素含有量が少ない極低炭素鋼や低炭素鋼を主に鋳造する場合においては、ロールピッチは比較的狭く２５０〜３５０ｍｍ程度とされるのが一般的である。

これに対して、断面形状が比較的大きくなるブルーム鋳片を製造する場合には、連続鋳造機のロールピッチは比較的大きく設定されており、例えばメニスカスからの距離が８．０〜２０．０ｍの位置に存在するロールのピッチは、６００ｍｍ以上とされるのが一般的である。即ち、ブルーム鋳片では、鋳片厚みと幅の比が大きい（軸直角断面形状が大きい）ので、ブルーム鋳片を製造する場合には、後半領域に配置されるロール間のピッチが比較的大きくなっても割れが発生しないものと考えられていたのである。

しかしながら、ブルーム鋳片であっても炭素含有量が比較的多くなると（例えば、Ｃ含有量が０．４質量％以上）、鋳片の割れ感受性が高くなって、既存の連続鋳造機では、内部割れが発生し易い状況になる。特に、炭素含有量が、１．０質量％程度になるとこの傾向が顕著に現われる。

上記のような割れの発生の有無は、鋳片の引抜き速度によっても影響され、この引抜き速度を小さくなればなるほど、内部割れの発生が少なくなることも知られている。しかしながら、引抜き速度をあまり小さくすることは生産性の低下に繋がり、この引抜き速度を或る一定の値以上に確保することも重要な要件になる。

ところで、鋼の連続鋳造においては、ブルーム鋳片厚み中心部に発生する偏析（中心偏析）は、解決されるべき重要課題の一つとなっている。こうした中心偏析を改善する技術の一つとして、凝固末期の凝固収縮に伴って引き起こされる偏析について、凝固末期のロール間隔を制御し、未凝固鋳片を軽圧下する技術が知られている。こうした技術として、例えば特許文献１には、鋳片固相線のクレータエンドから上流側に向かって少なくとも２ｍの範囲を、ロールピッチが４５０ｍｍ以下に設定された圧下ロールによって圧下率０．５ｍｍ／ｍ以上で軽圧下することによって、中心偏析の発生を防止する技術が提案されている。

しかしながら、こうした軽圧下技術は、クレータエンドから上流側２ｍよりも更に更に上流の未凝固の鋳片に対しては適用することができず、鋼種によっては却って、内部割れが発生することがある。
特公昭６２−３４４６０号公報特許請求の範囲など

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、炭素含有量が比較的多くなって割れが発生しやすくなっているブルーム鋳片を、表面割れおよび内部割れを実用上問題の無い程度にまで極力低減しつつ製造するための有用な方法を提供することにある。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、鋳型内メニスカスからの距離で少なくとも８．０〜１４．０ｍの位置に存在するロールのピッチを適切に調整すれば、Ｃ含有量の比較的多いブルーム鋳片であっても、割れの発生を極力低減できることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明に係るブルーム鋳片の製造方法とは、Ｃ含有量が０．４質量％以上のブルーム鋳片を連続鋳造法によって製造するに当たり、鋳型内メニスカスからの距離で８．０〜１４．０ｍの位置に存在するロールのピッチを４００〜５００ｍｍとして操業する点に要旨を有するものである。

上記の製造方法においては、鋳型内メニスカスからの距離で更に１４．０超〜２０．０ｍの位置に存在するロールのピッチを４００〜５００ｍｍとして操業することも好ましい実施態様である。また本発明で対象とする、ブルーム鋳片は、その軸直角断面形状が厚み：３００〜４００ｍｍ、幅：５００〜６５０ｍｍであることを想定したものである。

本発明においては、鋳型内メニスカスからの距離で少なくとも８．０〜１４．０ｍの位置に存在するロールのピッチを適切に調整することによって、割れ発生の原因となる鋳片の凝固限界歪の低減が図れると共に、鋳片表面温度の低下を効果的に防止し、これによって表面割れや内部割れの発生を極力低減したブルーム鋳片が製造できた。

鋳片に内部割れが発生する原因の一つとして、鋳片での凝固界面歪の発生が知られている。連続鋳造の際に、鋳片の凝固界面歪が或る値（割れ限界歪）を超えると割れが発生することになる。

ところで、凝固界面歪は、計算によって求められることは知られている。例えば、「Y.M.Won:Met Trans 31B(2000),p779」によれば、凝固界面歪εｃは下記（１）式によって求められることが示されている。
εｃ＝φ（ｄε／ｄｔ）^m／（ΔＴ）ⁿ…（１）
但し、φ：０．０２８２１
ｍ：０．３１３１
ｎ：０．８６３８
ｄε／ｄｔ：歪速度
ΔＴ：固相率ｆｓ＝０．９〜０．９９までの温度範囲

凝固界面歪を求めるためには、各鋼種において固相率ｆｓと溶鋼温度（Ｔ）の関係が分かればΔＴが決まり、また歪速度（ｄε／ｄｔ）の値が決定されれば、算出可能である。例えば、軸受鋼では、内部割れの有無の異なった操業条件下で凝固界面歪を計算し、内部割れ生成位置での歪を計算することによって、割れ限界歪が決定でき、Ｃ含有量が１．０質量％程度のブルーム鋳片の場合は約０．２９％となる。逆にこの値を用いることによって、前記（１）式から歪速度が逆算でき、その値は約５×１０^-3（１／ｓ）程度となる。また、一旦、歪速度が決定できれば、上記（１）式に基づいて各鋼種の内部割れ限界歪を推定することが可能となる。

本発明者らが検討したところによれば、鋳片割れ発生の原因となる凝固界面歪は、所定領域に配置されるロールのピッチに大いに影響され、このロールピッチを適切に調整すれば凝固界面歪の低減が図れ、連続鋳造の際に鋳片の割れが低減できることが判明したのである。例えば、炭素含有量が０．９９％の鋼種の場合には、凝固界面歪（割れ限界歪）は０．２９％以下とする必要があるが、引き抜き速度の如何に係らず、こうした凝固界面歪を達成するには、鋳型内メニスカスからの距離で少なくとも８．０〜１４．０ｍの位置に配置されるロールのピッチを５００ｍｍ以下とする必要がある（後記図３参照）。

一方、ロールピッチが小さくなればなるほど、ロールによる冷却能が高くなって、鋳片の表面割れが発生しやすい状況になる。この表面割れは二次冷却のための水量によっても左右されるが、少なくとも通常の水量（例えば、トータルで０．４Ｌ／ｋｇ程度）においても表面割れを発生させないためには、ロールピッチを或る値よりも大きく設定する必要がある。即ち、Ｃ含有量が０．４％以上のブルーム鋳片の場合には、割れ感受性が高くなっていることから、ロールピッチを小さくし過ぎると、鋳片の表面温度が低くなりすぎて、表面割れが発生しやすい状況になるが、この鋼種の場合には鋳片の表面温度を脆化域以上の８００℃以上に保持する必要があり、こうした観点からしてロールピッチは４００ｍｍ以上とする必要がある。

本発明において、ピッチを調整するロールは、少なくともメニスカスから８．０〜１４．０ｍの位置に存在するものとする必要があるが、１４．０超〜２０．０ｍの位置に存在するロールのピッチを４００〜５００ｍｍに設定することも有効である。これによって、バルジング歪低減効果が更に高められて割れ（表面割れおよび内部割れ）を極力低減したブルーム鋳片の製造が可能となる。

本発明者らは、下記表１に示すように各領域（メニスカスからの距離が異なる領域）におけるロールピッチが設定された連続鋳造機を用い、炭素含有量が０．９９％の鋼種（軸受鋼）をブルーム鋳片として製造したときに、各領域に発生する最大の凝固界面歪（最大凝固歪）について調査した。このときの冷却水（二次冷却水）の水量は鋳片１ｋｇ当たり０．２７リットル（０．２７Ｌ／ｋｇ）とし、引き抜き速度Ｖｃを、０．５３ｍ／ｍｉｎ、０．５８ｍ／ｍｉｎに変えて操業を行った。

引き抜き速度Ｖｃを０．５３ｍ／ｍｉｎとしたときに、各領域の鋳片に発生する凝固界面歪の推移を図１に示す。また引き抜き速度Ｖｃを０．５８ｍ／ｍｉｎとしたときに、各領域の鋳片に発生する凝固界面歪の推移を図２に示す。更に、引き抜き速度Ｖｃを０．５８ｍ／ｍｉｎに設計したときの各領域における最大凝固歪を下記表１に併記する。

この結果から次のように考察できる。引き抜き速度Ｖｃが０．５３ｍ／ｍｉｎのときには、メニスカスからの距離が８．０〜１４．０ｍの位置のロールピッチが６５０ｍｍであっても、鋳片の凝固界面歪は割れ限界歪の０．２９％を超えることはなかったが、引き抜き速度Ｖｃを０．５８ｍ／ｍｉｎまで上げたときには、当該位置における凝固界面歪（最大凝固歪）は０．２９％を超えてしまい、内部割れが発生する状況になっていることが分かる。

そこで本発明者らは、下記表２に示すように各領域（メニスカスからの距離が異なる領域）のロールピッチが設定された連続鋳造機を用い、炭素含有量が０．９９％の鋼種（軸受鋼）をブルーム鋳片として製造したときに、各領域に発生する凝固界面歪について調査した。このときの冷却水（二次冷却水）の水量は０．２７Ｌ／ｋｇとし、引き抜き速度Ｖｃを０．５８ｍ／ｍｉｎとした。

このときに各領域の鋳片に発生する凝固界面歪の推移を図３に示す。また各領域における最大凝固歪を下記表２に併記する。

この結果から明らかな様に、引き抜き速度Ｖｃが０．５８ｍ／ｍｉｎのときには、メニスカスからの距離が８．０〜１４．０ｍの位置のロールピッチを４４０ｍｍとすることによって、鋳片の凝固界面歪を低減して割れ限界歪の０．２９％を超えることを避けることができ、内部割れの発生を効果的に防止できることが分かる。

本発明の方法では、鋳型内メニスカスからの距離で少なくとも８．０〜１４．０ｍの位置に存在するロールのピッチを４００〜５００ｍｍに設定することによって、ブルーム鋳片の内部割れを効果的に減少させることができるのであるが、前記図１、２から明らかなように鋳型内メニスカスからの距離で１４．０超〜２０．０ｍの位置においても凝固限界歪が大きくなる傾向がある。従って、この領域に配置するロールのピッチを４００〜５００ｍｍとして操業することも内部割れを低減するという観点から有効である。

本発明で対象とするブル−ム鋳片は、Ｃ含有量が比較的大きくなったときに割れ感受性が高くなることから、こうした高Ｃのときにその効果が有効に達成されるものであり、こうしたことから鋳片中のＣ含有量は０．４％以上としたのであるが、このＣ含有量があまり多くなりすぎると、鋳造後の鋳片の冷却速度を非常に速くしないと鋳片が破損することになるので、Ｃ含有量の上限は１．５質量％程度が適切である。但し、本発明方法は、Ｃ含有量が０．４％未満のブルーム鋳片においても上記の効果は達成されることから、こうした鋼種のブルーム鋳片の製造への技術的応用は可能である。

また本発明で対象とする鋳片は、軸直角断面形状が比較的大きいブルーム鋳片を対象とするものであり、その形状は例えば厚み：３００〜４００ｍｍ、幅：５００〜６５０ｍｍ程度のものを想定したものである。

本発明方法を実施するに当たっては、所定領域のロールピッチを適切に調整する以外の条件については、特に限定するものではなく、通常の条件に従えばよいが、実際の操業を考慮すれば二次冷却水量は鋳片１ｋｇ当たり０．２〜０．５Ｌ／ｋｇ程度とし、引き抜き速度Ｖｃは０．５０〜０．９０ｍ／ｍｉｎ程度に設定することが好ましい。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

本発明者らは、メニスカスからの距離が８．０〜１４．０ｍの位置に配置されたロールのピッチ（以下、「対象ロールピッチ」と呼ぶ）を様々変えて、炭素含有量が０．９９％の鋼種（軸受鋼）をブルーム連続鋳造したときに（鋳片断面形状：６３０×３８０ｍｍ）、対象ロールピッチの違いが、ブルーム鋳片の表面割れや内部割れに与える影響について調査した。このときの冷却水（二次冷却水）の水量は０．２７Ｌ／ｋｇとし、引き抜き速度Ｖｃは０．５８ｍ／ｍｉｎとした。

ところで、従来のブルーム連続鋳造を実施するに際しては、対象ロールピッチを小さくし過ぎると、鋳片の表面温度が低くなりすぎて、表面割れが発生しやすい状況になる。図４は、従来の連続鋳造機（対象ロールピッチが６５０ｍｍ以上）を用いて鋳造したときの鋳片表面温度の推移を示すグラフである。即ち、鋳片の表面に割れを発生させないためには、鋳片凝固末期に至るまでに鋳片表面温度を、脆化温度領域である８００℃未満にならないように設定する必要があり、８００℃未満になると、鋳片表面割れが発生しやすい状況になる。

本発明者らは、対象ロールピッチを下記表３の様に設定したときの鋳片表面温度について、鋳片の端部から１０ｍｍ近傍を放射温度計によって測定すると共に、下記の基準のよって表面割れおよび内部割れについて評価した。

［表面割れの発生］
断面が６００ｍｍ×３８０ｍｍのブルーム鋳片を、分塊工場にて断面１５５ｍｍ×１５５のビレットまで圧延した後、長さ１０ｍのビレットを試料とし、磁分探傷装置によって表面割れを目視にて確認した。そして、各面の割れの合計数が５０個以上発生したときは表面割れ有り（「×」印）と判定し、それ未満のときを割れ無し（「○」印）と判定した。

［内部割れの発生］
鋳造したブルーム鋳片（図５）から、各断面［Ｃ断面、Ｌ断面：図６（ａ），（ｂ）］に相当するサンプルを採取し、その検査面に塩酸を塗布して腐食させ、各断面おいて鋳片上面および下面から夫々６０〜１００ｍｍの範囲に相当する位置に発生する割れを目視にて確認した［図６（ａ）中Ｇ₁〜Ｇ₃、図（ｂ）Ｇ₄，Ｇ₅にて示す］。そして確認できる割れの総長さ（ｍｍ）を夫々の面について求め［Ｇ₁＋Ｇ₂＋Ｇ₃、Ｇ₄＋Ｇ₅（ｍｍ）］、この値がＣ断面について５０ｍｍ以上、Ｌ断面で７０ｍｍ以上となったときに割れ有り（「×」印）と判定し、それ未満のときを割れ無し（「○」印）と判定した。

それらの結果を、鋳片表面温度と共に下記表３に併記するが、この結果から明らかなように、対象ロールピッチを４００〜５００ｍｍに設定することによって、表面割れおよび内部割れの極力低減したブルーム鋳片が製造できることが分かる。

引き抜き速度Ｖｃを０．５３ｍ／ｍｉｎとしたときに、各領域で鋳片に発生する凝固界面歪の推移を示すグラフである。引き抜き速度Ｖｃを０．５８ｍ／ｍｉｎとしたときに、各領域で鋳片に発生する凝固界面歪の推移を示すグラフである。本発明を適用したときに各領域の鋳片で発生する凝固界面歪の推移を示すグラフである。従来の連続鋳造機を用いて鋳造したときの鋳片表面温度の推移を示すグラフである。内部割れを観察するときの鋳片のＣ断面およびＬ断面を示す概略説明図である。内部割れの有無を判定するための説明図である。

Claims

Ｃ含有量が０．９９質量％の軸受鋼であり、軸直角断面形状が厚み：３００〜４００ｍｍ、幅：５００〜６５０ｍｍであるブルーム鋳片を連続鋳造法によって製造するに当たり、引き抜き速度を０．５０〜０．９０ｍ／ｍｉｎ、二次冷却水量を０．２〜０．５Ｌ／ｋｇとし、鋳型内メニスカスからの距離で少なくとも８．０〜１４．０ｍの位置に存在するロールのピッチを４００〜５００ｍｍとして操業することを特徴とする割れの少ないブルーム鋳片の製造方法。
更に、１４．０超〜２０．０ｍの位置に存在するロールのピッチを４００〜５００ｍｍとして操業する請求項１に記載の製造方法。