JPH038863B2 - - Google Patents

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つている。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つて流動し、固
液界面近傍の濃化溶鋼を洗い出し、残溶鋼が累進
的に進化していくことによつて生じる。従つて成
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、これらの内最も重大な原
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、条件によつては偏析
改善効果が殆ど認められなかつたり場合によつて
は、偏析がかえつ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つた。 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つたり、あるいは偏析がか
えつ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つた
点にあることを知見した。その一つはロールアラ
イメントの不整、ロール曲り等の機械的要因によ
つて偏析が悪化し、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、かえつ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
偏析であつて、これを鋳片広幅面に平行な面で観
察すると偏析部が編目状に連なつている。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、分散したスポツト状の形態
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。 (1) 鋳片を連続的に引き抜く溶融金属の連続鋳造
方法において、鋳片厚み中心部が固相率0.1な
いし0.3となる時点から流動限界固相率となる
時点までの領域で、ロール熱反り量が0.5mm未
満のロールを用いて0.5mm／分ないし2.5mm／分
の割合で鋳片を連続的に圧下することを特徴と
する連続鋳造方法。 (2) 鋳片を連続的に引き抜く溶融金属の連続鋳造
方法において、鋳片厚み中心部が固相率0.1な
いし0.3となる時点から流動限界固相率となる
時点までの領域で、ロール熱反り量が0.5mm未
満で、かつロール摩耗量が0.5mm未満のロール
を用いて0.5mm／分ないし2.5mm／分の割合で鋳
片を連続的に圧下する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、こ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となる時点から流動限界固相率
となる時点までの領域（以後、この領域をステー
ジ−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つて、固相率0.6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溶鋼流動によつて生じるもの
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、下流域ほど高濃
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くの実験から次の事
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生のずれを生じる（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
軸方向の反力の違い、ロールのたわみ、ロールの
熱反り等によつて生じ、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、これによつ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、かえつて偏析が悪
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
析がかえつ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となる時点より上流側で中心
部が液相線となる時点より下流側の領域（以後こ
の領域をステージ−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、
中心偏析がかえつて悪化することがあるため、基
本的には圧下を行わない方がよく、もし、悪化す
る場合には、圧下量を0.5mm／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、凝固圧縮による溶鋼流動は起り得
ず、従つて圧下する必要はない。一方、この領域
で鋳片に温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
ツ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
場合には圧下量を0.5mm／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
片中心部が固相率0.1ないし0.3となる時点から流
動限界固相率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0.5
mm／分未満の範囲内の場合には該領域の上流側
（ステージ−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0.5mm／分未満の範囲内であ
れば、下流側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−１、
−２、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つて生じるもので
あるから、その発生個数を観察することによつ
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mm）ではなく、クレー
ターエンド（凝固先端）近傍数ｍの範囲で平均的
な圧下速度（mm／分）であることを知つた。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
たつては、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mm／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、冷却条件によつて変化するが、本発明
においては、圧下量が0.5mm／分未満ではＶ偏析
が生じ、2.5mm／分を越えると逆Ｖ偏析が生じる
と共に中心偏析を悪化させるという実験事実に基
づき、0.5〜2.5mm／分と規定した。好ましい範囲
は、通常スラブの場合は0.5ないし1.5mm／分、ブ
ルームもしくはビレツトの場合には1.0ないし2.5
mm／分である。 次に、鋳片を圧下することによる中心偏析改善
効果をより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、前述のとおり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は極
力小さく抑えなければならない。かかるアライメ
ント不整として、ロール間隔の設定誤差やベアリ
ングのガタ等があり、これらは従来より充分低く
管理されていた。本発明者らは、鋳造前に測定し
得るこれらの静的なアライメント不整のほかに、
鋳造中に、ロール間を熱鋳片が通過することによ
つて新たに生じるアライメント不整があることを
知つた。これらを含めた広義のアライメント不整
を動的アライメント不整と称す。それらの内で最
も重要な要因はロールの熱反りである。ロールが
鋳片から受ける熱によつて変形し反る現象（ロー
ル曲りともいう）は古くから知られており、例え
ば特開昭56−111557号公報には冷却スプレーによ
つてロールの熱反りを矯正しつつ鋳造する方法が
開示されている。しかしながら従来はロールの熱
反りが鋳片の中心偏析におよぼす定量的な因果関
係や、影響を及ぼす連鋳機内領域、および鋳片を
圧下することとの関係などが不明であつたため
に、圧下との関係でロールの熱反りを制御するこ
とは行なわれていなかつた。本発明者らはこれら
の関係について調査した結果、ロールの熱反りが
中心偏析に顕著な影響をおよぼすのは、鋳片厚み
中心部が固相率0.1ないし0.3となる時点から固相
線温度となる時点までの領域（ステージ−２お
よびステージ）であり、かつその悪影響は鋳片
圧下量を大きくするほど顕著となること、および
圧下による偏析改善効果を顕著ならしめるために
は、第３図に示すように圧下領域内のロールの熱
反り量を0.5mm未満に抑える必要があることを確
かめた。ロールの熱反り量が0.5mm以上では、圧
下による顕著な偏析改善効果は得られない。従つ
て、本発明においては圧下領域内でのロールの熱
反り量を0.5mm未満と規定した。ロールの熱反り
量を低く抑える方法としては、ロールを間欠的に
冷却する方法のほかにロールを分割し鋳片幅方向
に少なくとも３ケ所以上の軸受け部を設ける方法
などがある。 もう一つの重要な動的アライメント不整の要因
はロール摩耗である。ロール表面は異なつた種々
の幅の鋳片を鋳込む回数が増すにつれてロール胴
長方向に不均一に摩耗し著しい凹凸を有する状態
となる。この凹凸の深さは時に１mm以上に達する
ことがあるが、従来は鋳造方向の前後ロールとの
摩耗量が比較的小さいこと、ロール摩耗を低く抑
えることはロール寿命（ロール改削または新品と
交換するまでの期間）の低下を意味し経済的でな
いこと、およびロール摩耗と中心偏析の因果関係
が不明確であつたことなどの理由からロール摩耗
を厳格に管理するに至つていなかつた。本発明者
らはロール摩耗の実態と中心偏析との関係につい
て調査した結果、ロール摩耗は鋳造方向および幅
方向の不均一圧下による流動を引き起こし中心偏
析を悪化させること、ロール摩耗が中心偏析に顕
著な影響をおよぼすのはステージ−２の領域で
あり、かつその悪影響は鋳片圧下量を大きくする
ほど顕著となることを見出した。第３図に示すよ
うに圧下による偏析改善効果を顕著ならしめるた
めには、ロールの熱反り量を0.5mm未満に抑える
ことが必要である。またこのことに加え、ロール
摩耗量を0.5mm未満に抑えることにより更に大幅
な偏析改善が実現できる。ロールの熱反りおよび
摩耗を前記した範囲に管理すべきロールは、圧下
領域内の全てのロールとする。ここでロール摩耗
量は各ロール一本毎のロール胴長方向の凹凸深さ
で定義づけられる。 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、転炉で溶製し
Caを添加して成分調整した溶鋼を240mm厚×1580
mm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テストを実施
しHIC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
のレードル値を基準としてこの値の1.3倍以上の
高濃度部分（偏析スポツト）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。

【表】

【表】 連続鋳造にあたり、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1.0ｍ／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−２とし、本発明適用鋼Ａ、Ｂおよび比較
鋼Ｃではステージ−２での圧力量が0.85mm／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−２の領域長さはステージ−１
と−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。本発明鋼Ａ、Ｂお
よび比較鋼Ｄ、Ｅ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0.5mm未満であつた。これに対し、
比較鋼Ｃでは一本ロールを使用したため、ロール
熱反り量は最大1.2mmであつた。比較鋼Ｄは凝固
収縮流動によりＶ偏析が発生した例、比較鋼Ｅは
圧下量が過大で逆Ｖ偏析した例でありいずれも
HIC割れ発生率が高い。比較鋼Ｃは適正圧下によ
り凝固収縮流動は防止できているもののロールの
熱反りによる不均一圧下流動が生じ、圧下による
中心偏析の改善が不充分である。これに対し、本
発明に係る鋼Ａは適正圧下とロール熱反り防止の
相乗効果で中心偏析が著しく改善されている。鋼
Ａでは比較鋼Ｃに比べて、中心偏析は著しく改善
されていることがわかる。本発明鋼に係るＢは鋼
Ａの対策に加えて、ロール使用回数を管理するこ
とによりロール摩耗量を0.4mmに抑えた例であり、
鋼Ａに比べて更に偏析が改善されており、ロール
熱反り量を0.5mm未満にすることに加え、ロール
摩耗量を0.5mm未満にすることにより、中心偏析
が更に改善されることが実証された。

【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図は中心偏析とロールの熱反りおよびロール
摩耗との関係を示す図である。

Claims (1)

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
   方法において、鋳片厚み中心部が固相率0.1ない
   し0.3となる時点から流動限界固相率となる時点
   までの領域で、ロール熱反り量が0.5mm未満のロ
   ールを用いて0.5mm／分ないし2.5mm／分の割合で
   鋳片を連続的に圧下することを特徴とする連続鋳
   造方法。 ２ 鋳片を連続的に引き抜く溶融金属の連続鋳造
   方法において、鋳片厚み中心部が固相率0.1ない
   し0.3となる時点から流動限界固相率となる時点
   までの領域で、ロール熱反り量が0.5mm未満で、
   かつロール摩耗量が0.5mm未満のロールを用いて
   0.5mm／分ないし2.5mm／分の割合で鋳片を連続的
   に圧下することを特徴とする連続鋳造方法。