JPH0577013A - 超音波探傷性の優れた連続鋳造鋳片の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波による介在物検査の際に有害なノイズ
が発生しないよう、鋳片中心部に発生する凝固収縮孔と
稜部に発生する内部割れを同時に圧着する連続鋳造鋳片
の製造方法。 【構成】 鋳片表面温度を１０５０℃以上に、中心部温
度を１３７０℃以下でかつ表面温度より１００〜２５０
℃高い温度に制御する。ロール径４００ｍｍφ以上１０
００ｍｍφ以下の圧延ロールを用い、各方向の圧下比を
１．１以上かつ全圧下比を１．４〜３．０として圧下す
る。 【効果】 広範囲の温度条件で効率的に凝固収縮孔と内
部割れを同時に圧着することが可能となり、超音波によ
る介在物検査の際の有害なノイズ発生防止が容易にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造された炭素鋼
鋳片を圧下する連続鋳造鋳片の製造方法に関するもので
ある。特に、矩形断面鋳片の中心部に発生する凝固収縮
孔と稜部に発生する内部割れを同時に操業性よく効率的
に圧着し、超音波による介在物検査の際に有害なノイズ
が発生しない超音波探傷性の優れた連続鋳造鋳片の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鍛造、伸線などの強度の加工を受ける棒
鋼および線材では、鋼中の粗大な非金属介在物が加工時
の割れや破断の原因となるため極めて有害である。しか
し、現状では製鋼段階で有害な非金属介在物を全く含ま
ない鋼材の製造は不可能であるため、超音波による介在
物検査を行って有害な非金属介在物の混入した鋼材を選
別除去している。この検査は、その目的からできるだけ
加工の進行しない段階で行うことが有利である上に、細
物のコイル状線材や棒鋼で行うことは、サイズが多岐に
渡り技術的対応が困難であるばかりでなく長い分だけ効
率が悪く大幅なコスト増加をもたらすため、中間製品で
あるビレットで超音波による介在物検査を行うのが通常
である。

【０００３】一方、棒鋼および線材は、鋳片を分塊圧延
して鋼片とし、それをあらためて熱間圧延によって所定
サイズの製品とする工程で製造されている。しかし、こ
の工程では熱エネルギーコストに無駄があることから、
分塊圧延の省略さらには鋳片の直接圧延が指向されてい
る。このような直行化は熱エネルギーの有効利用だけで
なく、製品の歩留り向上に極めて有効であるが、超音波
による介在物検査などの品質保証に不可欠な検査精整な
どの実施が困難となる欠点がある。

【０００４】分塊圧延を省略した場合、超音波による介
在物検査を前述したように製品である棒鋼ないし線材で
行うことはコスト的にも技術的にも不可能であるため、
鋳造ままの鋳片で実施することとなる。超音波検査を鋳
造ままの鋳片に対して行うと、鋳片中心部の凝固収縮孔
と粗大な結晶粒からの反射波が検出され、非金属介在物
からの信号に対してはるかに大きなノイズとなるため、
介在物検査の精度が著しく低下する。

【０００５】このため、分塊圧延の省略などの直行化
は、品質がほとんど問題とならない製品分野でしか実施
できず、非金属介在物の含有基準の厳しい強加工が行わ
れる棒線材に対しては、分塊圧延工程の省略は不可能で
あった。なお、従来の分塊法では造塊法あるいは鋳造断
面積の大きい連続鋳造鋳片に高い全圧下比で圧下するた
め、凝固収縮孔は圧着され鋳造時の粗大な結晶粒も微細
化し、超音波による介在物検出に対してノイズの発生は
なかった。

【０００６】これに対して、特開昭６１−８２９０１号
公報や「鉄と鋼」第６０巻８７５〜８８４頁および９９
０〜９９９頁（１９７４）には、連続鋳造末期に圧下を
加え凝固収縮孔圧着と粗大な結晶粒の再結晶微細化を狙
った、いわゆる分塊圧延に相当する機能を連続鋳造機内
に取り込んだ工程が開示されている。これらの技術は、
鋳片の中心温度が表面温度より高い状態で圧下して、鋳
片中心部の実質的な圧下比を高く確保し、凝固収縮孔を
効率よく圧着しようとするものである。これにより、分
塊圧延のレベルの強圧下をしなくとも超音波検査での凝
固収縮孔と粗大な結晶粒からのノイズを低減させること
が可能になった。このほかに、連続鋳造鋳片を鋳造機の
機内で圧下する技術には、Ｐ偏析の低減を狙い十分な均
熱を行い表面温度と中心温度の差を小さくして圧延する
方法も開示されている（「材料とプロセス」第３巻１１
３２〜１１３３頁（１９９０））。

【０００７】しかし、以上開示された鋳造直後の圧下に
よって凝固収縮孔の圧着と粗大結晶粒の微細化は可能と
なったが、現実には介在物の超音波検査のノイズは減少
しなかった。本発明者らはこのノイズの発生源を詳細に
調査した結果、表層部の柱状晶の樹間に生じた内部割れ
が原因であることを突き止めた。そして、鋳造直後の熱
鋳片を１．４〜３．０の全圧下比で圧下し、あるいは熱
鋳片の表層〜中心の温度分布を限定して圧下することで
超音波探傷による介在物検出を可能とする鋳片の製造方
法を発明した（特願平１−１７２７９６号、特願平１−
３０２５７５号）。これらの方法は、限定した条件を厳
密に守ることによって目的を達せられるものの、製造条
件としては非常に狭いという欠点があった。

【０００８】本発明は、これらの発明を基に、超音波探
傷性の優れた連続鋳造鋳片を容易にかつ安定して製造す
る方法を提供するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】鋳造ままの鋳片の超音
波による介在物検査では、鋳片中心部に凝固収縮孔が、
また稜部表層直下に内部割れが残るため、それが超音波
探傷におけるノイズの発生源となる。この鋳片中心部の
凝固収縮孔は、鋳片の中心温度が表面温度より高い状態
で圧下を加えると低い圧下率でも圧着する。

【００１０】しかし、生産性の向上を狙って鋳造速度を
上昇させると、稜部表層直下の内部割れが増加してノイ
ズが発生する。この稜部表層直下の柱状晶に沿った内部
割れは、鋳片の中心温度を表面温度より高くし、鋳片中
心部の実質的な圧下比を相対的に高く確保する圧下方法
では圧着しにくい。

【００１１】本発明は、上記課題に鑑み、鋳片稜部の内
部割れと中心部の凝固収縮孔を同時に圧着して超音波探
傷性の優れた炭素鋼連続鋳造鋳片を製造する方法を提供
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、連続鋳
造した鋳片を凝固後冷却途中で所定鋼片サイズに圧下す
る工程において、鋳片表面温度を１０５０℃以上に、中
心部温度を１３７０℃以下でかつ表面温度より１００〜
２５０℃高い温度に制御し、ロール径４００ｍｍφ以上
１０００ｍｍφ以下の圧延ロールを用い、各方向の圧下
比を１．１以上かつ全圧下比を１．４〜３．０として圧
下することを特徴とする超音波探傷性の優れた連続鋳造
鋳片の製造方法である。前記圧延ロールとして鋳片の稜
部を拘束する形状のカリバーロールを用いると一層効果
的である。

【００１３】

【作用】本発明者らは、鋳片の稜部に発生する内部割れ
が十分圧着しない理由を解明するための検討を行った。
その結果、凝固後の鋳片の表面近傍では温度が中心部よ
り低いため、中心部に比べて実質的な圧下量が小さく、
稜部の内部割れを圧着するに足る実質的な圧下量を確保
できないことが判明した。すなわち、稜部の割れを防止
するためには、従来の再加熱材のように中心部より表面
を高温にして圧下するか、少なくとも凝固後の鋳片の表
面温度と中心温度の差を小さくして圧下する必要があ
る。

【００１４】一方、鋳片の凝固収縮孔を軽圧下で圧着す
るには、前述したように表面温度を中心温度より低くし
て、その温度差を大きくすることが有利である。すなわ
ち、凝固鋳片を圧下して超音波探傷のノイズを防止する
ためには、中心部の凝固収縮孔と稜部の内部割れの圧着
を両立させる必要があり、そのための鋳片の温度条件は
相反する状態が必要である。

【００１５】本発明者らは、この相反する条件を圧下ロ
ールのサイズを変更することで解決し、本発明を完成し
た。

【００１６】以下に本発明を完成するに至った経緯を説
明する。

【００１７】機械構造用鋼Ｓ４８Ｃを、１．８ｍ／ｍｉ
ｎの鋳造速度で２２０ｍｍ×２２０ｍｍの正方形断面に
鋳造した。この鋳片には、鋳片の稜部に内部割れを生じ
ていることを確認した。この連続鋳造鋳片を表面温度が
９００〜１１５０℃、中心温度が５０〜３３０℃高くな
るように加熱、保温および冷却し、直径１５０〜１００
０ｍｍの矩形孔型ロールを用いて各面方向にそれぞれ１
パスで圧下した。次いで冷却後に超音波探傷検査を行
い、稜部の内部割れと中心部の凝固収縮孔の圧着挙動を
調査した。

【００１８】図１に、各面を圧下比約１．２で圧下した
後の稜部および中心部からのノイズの有無に及ぼす表面
と中心の温度差およびロール径の影響を示した。同図に
おいて、○はノイズの発生がバックグラウンド以下であ
ったもの、×はバックグラウンド以上であったものを示
す。従来の知見どおり、温度差が大きくなると中心部か
らのノイズは消滅するものの稜部のノイズは減少せず、
逆に温度差が小さくなると稜部からのノイズは消滅する
ものの中心部のノイズは減少しない。しかし、図１から
明らかなとおり、ロール径を大きくすると中心部と稜部
のノイズを同時に消滅させることのできる温度差の範囲
が拡大する。本発明は、この知見を基にしたものであ
る。

【００１９】また、圧延ロールが鋳片の稜部を拘束する
形状の場合、稜部の圧下形状が良好となるだけでなく、
内部割れの圧着が容易となる。図２に稜部を拘束する形
状のカリバーロール１の具体例を示した。

【００２０】次に本発明の限定理由を説明する。

【００２１】中心部の凝固収縮孔を圧着するためには、
全圧下比で１．４以上が必要であるので下限とした。圧
下比は大きいほど凝固収縮孔や稜部の割れ圧着に有利で
あるが、圧下量を大きくすると必要な設備能力も大きく
なり製造コストも上昇するため、全圧下比の上限は３．
０とした。

【００２２】圧下は、各面に直角の２方向から実施する
のが通常である。従って、全圧下比は両方向からの圧下
比を含むものであるが、圧下配分が１方向に著しく偏っ
た場合、全圧下比を１．４以上としても稜部のノイズは
消滅しなかった。これは、内部割れの進展方向に直角に
圧下を行えば比較的容易に圧着するが、進展方向への圧
下では圧着が困難であることに起因するものと推定され
る。すなわち、内部割れは凝固時の柱状組織の粒界に生
じていることから、各面の垂直方向に進展している。従
って、圧下が１方向の場合は圧下面直下に生じている内
部割れが圧着できないものと思われる。圧下を１方向に
限り、圧下時の側面直下に生じた内部割れの圧着に及ぼ
す圧下比の影響を検討したところ、少なくとも１．１が
必要であることがわかった。この結果から、１方向の圧
下比の下限を１．１とした。

【００２３】圧下時の温度は、１０５０℃未満では圧下
によっても柱状の粗大結晶が再結晶によって微細化しな
いため下限とした。また、１３７０℃を超えると逆に圧
下歪が蓄積せず軟化して再結晶しないため上限とした。

【００２４】また、表面と中心部の温度差は、図１の結
果から１００℃未満では中心部の凝固収縮孔が消滅しな
いため下限とし、２５０℃を超えると稜部の内部割れが
消滅しないため上限とした。

【００２５】圧下時のロール径は、４００ｍｍφ未満で
は表面と中心部の温度差の限定範囲が２００〜２５０℃
と非常に狭くなるため下限とした。また、１０００ｍｍ
φを超えると大きな圧延機のパワーが必要となり、設備
コストが増大するため上限とした。

【００２６】本発明は、凝固完了後の連続鋳造鋳片の温
度分布を適正に限定し、大径ロールで圧下することを特
徴としている。この結果、軽圧下にもかかわらず超音波
探傷でのノイズとなる内部割れおよび凝固収縮孔を同時
に圧着するとともに、やはり超音波探傷でのノイズとな
る粗大結晶粒も再結晶微細化して無害化することが可能
となる。特に、各面方向の圧下比の下限を定めたことに
より、内部割れの圧着残りがなくなる。

【００２７】本発明方法の適用によって鋳片段階で介在
物検査が可能となり、介在物許容度の厳しい強加工用棒
線材の分塊工程の省略が可能となる。また、鋳造時の粗
大な結晶粒が微細化され超音波による介在物検査時のノ
イズが消滅するため、使用する超音波周波数などの測定
条件も大幅に緩和することが可能となる。

【００２８】本発明方法においては、適正な温度分布の
制御も鋳造顕熱を利用することで容易に得ることができ
るため、コスト的にも有利なプロセスの設計が可能であ
る。

【００２９】

【実施例】機械構造用鋼Ｓ４８Ｃを、１．８ｍ／ｍｉｎ
の鋳造速度で、２２０ｍｍ×２２０ｍｍの正方形断面に
鋳造した。この連続鋳造鋳片を中心部と表面がそれぞれ
所定の温度となるよう加熱、保熱および冷却し、種々の
径の矩形孔型ロールを用い、やはり種々の圧下比で各面
方向に圧下した。この試験条件を表１に示した。圧下後
の鋳片は冷却し、次いで超音波探傷を行った。さらに、
鋳片表層部の粗大結晶粒の有無を光学顕微鏡を用いて組
織観察した。これらの結果を表１に併せて示した。

【００３０】

【表１】

【００３１】本発明例１〜６では、超音波探傷で内部割
れおよび凝固収縮孔からのノイズが検出されず、粗大な
結晶粒も認められなかった。

【００３２】一方、比較例７は、温度差は適切であった
が中心部の温度が低過ぎたため粗大結晶粒が再結晶微細
化せず、それに起因するノイズが発生した。比較例８
は、凝固途中で圧下を行わない鋳造ままの鋳片であり、
凝固収縮孔および内部割れの両方に起因するノイズおよ
び粗大結晶粒によるノイズが検出された。比較例９は、
鋳片表面と中心部の温度差が大き過ぎるため稜部の内部
割れが十分圧着されず、それに起因するノイズが発生し
た。比較例１０は、圧下が１方向に偏り他方の圧下比が
不足したため、稜部の内部割れからのノイズが検出され
た。比較例１１は、温度差が小さ過ぎるため凝固収縮孔
からのノイズが認められた。比較例１２は、温度差が小
さく圧下温度も低いため凝固収縮孔からのノイズと鋳造
時の粗大結晶粒に起因するノイズが発生した。比較例１
３は、温度差も圧下温度も適正であったが、圧延ロール
が小径であったため中心部の凝固収縮孔の圧着が不十分
であり、それに起因するノイズが検出された。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、凝固完了後の鋼の
矩形連続鋳造鋳片を厚さ方向の温度分布を適正に制御
し、大径ロールで各面に適正な圧下を加えることで、鋳
片の内部割れと凝固収縮孔を操業性よく効率的に圧着で
きる。本発明によって、内部割れと凝固収縮孔の圧着が
軽圧下で達成でき、超音波探傷によって介在物検出が容
易に可能となる。これによって、従来行われてきた分塊
工程が品質を劣化させることなく省略でき、棒鋼線材な
どの強加工用の鋼材製造におけるコスト低減が可能とな
る。

【００３４】また、この鋳片の軽圧下による介在物検出
技術は、棒鋼線材に圧下される鋳片に対してのみならず
薄板や鋼管に圧延加工される鋳片に対しても適用するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】各面を圧下比約１．２で圧下した後の稜部およ
び中心部からのノイズの有無に及ぼす表面と中心の温度
差およびロール径の影響を示した図である。

【図２】鋳片の稜部を拘束する形状のカリバーロールの
例を示す図である。

【符号の説明】

１ カリバーロール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造した鋳片を凝固後冷却途中で所
   定鋼片サイズに圧下する工程において、鋳片表面温度を
   １０５０℃以上に、中心部温度を１３７０℃以下でかつ
   表面温度より１００〜２５０℃高い温度に制御し、ロー
   ル径４００ｍｍφ以上１０００ｍｍφ以下の圧延ロール
   を用い、各方向の圧下比を１．１以上かつ全圧下比を
   １．４〜３．０として圧下することを特徴とする超音波
   探傷性の優れた連続鋳造鋳片の製造方法。
2. 【請求項２】 前記圧延ロールが鋳片の稜部を拘束する
   形状のカリバーロールである請求項１記載の超音波探傷
   性の優れた連続鋳造鋳片の製造方法。