JPH07284896A - 鋼の連続鋳造方法及び連続鋳造用鋳型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 亜包晶炭素鋼またはオーステナイト系ステン
レス鋼の連続鋳造時における表面欠陥を防止し、高速鋳
造を可能にする。 【構成】 銅板製鋳型の少なくとも長辺板１の内面に、
ニッケル鍍金２を格子間隔ａを10〜40mm，鍍金幅ｂを0.
2 ａ≦ｂ≦0.5 ａ(mm)，鍍金厚さｃを0.5mm 以上で格子
状に施した鋳型を用い、1100℃以下の融点で、かつ1300
℃での粘性ηが、鋳片引き抜き速度Ｖc との関係におい
て、下記の式を満足するパウダーを用いること。 η≦0.3 Ｖc ＋1.5 (poise)

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、亜包晶炭素鋼やオース
テナイト系ステンレス鋼に見られる、メニスカス付近の
シェル不均一凝固に起因する縦割れや横割れ等を防止
し、表面性状に優れた鋳片を製造できる連続鋳造方法及
び連続鋳造用鋳型に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造においてメニスカス付近の初期
凝固を制御することは表面疵の防止の観点から極めて重
要である。縦割れは鋳型内で発生し、その要因としては
凝固シェル厚の不均一が挙げられる。凝固シェル厚の不
均一生成に関与する因子としては、鋼の炭素濃度（合
金成分）、鋳型内抜熱量が考えられる。

【０００３】については、凝固直後にδ→γ変態に伴
う収縮が生じる亜包晶炭素鋼及びオーステナイト系ステ
ンレス鋼で凝固シェル厚が不均一になりやすいことが報
告されている（例えば、杉谷ら：「鉄と鋼」，65(197
9)，P.1702）。

【０００４】については、緩冷却パウダーを用いて鋳
型内抜熱量を減少させる技術が多数報告されている。例
えば、パウダーの凝固温度を上げ、鋳型とシェル間に形
成される固着層を厚くし、熱抵抗を大きくすることによ
って緩冷却化し、シェルの不均一凝固を改善する方法が
開示されている（山地ら：「材料とプロセス」，vol.6
，No.1(1993)−287 ）。また、高融点にしなくても熱
伝導率が小さいパウダーを用いることによって亜包晶炭
素鋼のデプレッション（凹み）発生率が低下するとも報
告されている（安斎ら：「材料とプロセス」，vol.6 ，
No.1(1993)−282）。また、鋳型銅板に0.9mm ピッチの
溝を縦方向（鋳片引き抜き方向）に設け、鋳型と凝固シ
ェル間にエアーギャップをつくることによりシェルの不
均一凝固が改善されたとする報告もある（中井ら：「鉄
と鋼」，73(1987)，P.498 ）。また、鋳型銅板に格子状
に5 〜10mm間隔、幅0.5 〜1mm ，深さ0.5 〜1mm の溝を
設け、その溝内に異種金属またはセラミックスを充填す
ることによって凝固シェル厚を均一にできるとする報告
もある（特開平2-20645 号公報）。これらは弱冷部であ
る溝部において初期のシェルの凝固を僅かに遅らせるこ
とにより一定間隔でシェルの薄い部分を残し、収縮時の
歪みを吸収させ、その結果鋳型と凝固シェルが離れない
ので均一な抜熱量となり、凝固シェル厚を均一に成長さ
せようとする狙いである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の緩冷却法では、
高融点パウダーを用いてシェルの不均一凝固の改善効果
を得ていた。しかし、高融点パウダーを用いると、メニ
スカス近傍において鋳型とシェル間にパウダーの厚い固
着層が生じ、緩冷却には有利であるが、高速鋳造ではパ
ウダーの消費量が少ないので、ブレークアウトの危険性
があるため鋳造が困難である。

【０００６】鋳型内面に縦溝を設ける方法では、鋳型の
寿命が短くなったり、鋳造開始時、溶鋼を注ぎあげてい
るときに溶鋼が溝内に入り込んで焼き付きやブレークア
ウトの原因になるといった問題がある。

【０００７】鋳型内面に格子状の溝を設けてその溝内に
異種金属またはセラミックスを充填した鋳型を使用する
方法では、溝幅が0.5 〜1mm の範囲であり小さすぎるの
が問題である。これについては後述する実機試験の結果
の比較からも明らかなように、金属を充填した溝部と溝
の無い部分との温度差が小さく、部分的な抜熱量の差に
及ぼす影響が小さいことがわかっている。以上の点から
従来技術にはそれぞれ問題点があり、完全な方策とはい
えない。

【０００８】本発明は、かかる点に鑑み、亜包晶炭素鋼
及びオーステナイト系ステンレス鋼に適用して、その鋳
片の表面欠陥を防止するとともに高速鋳造を実現できる
連続鋳造方法及び連続鋳造用鋳型を提供することを目的
としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による鋼の連続鋳
造方法は、以下の方法で上記課題を解決するものであ
る。 （１）少なくとも長辺内面に格子状のニッケル鍍金を施
した銅板製鋳型を用いること。 （２）1100℃以下の融点で、かつ1300℃での粘性ηが、
鋳片引き抜き速度Ｖc (m/min) との関係において、下記
の式を満足する粘性を有するパウダーを用いること。 η≦０．３Ｖc ＋１．５(poise)

【００１０】また、格子状のニッケル鍍金は、格子間隔
ａを１０〜４０mm，鍍金幅ｂを０．２ａ≦ｂ≦０．５ａ
（mm），厚みを０．５mm以上で施すものとする。

【００１１】また、モールドパウダーには、ＣａＯ，Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ を主成分とし、金属酸化物、炭酸
塩、弗化物の１種類以上を含有し、結晶化温度が1100℃
以下のものを用いることを特徴とする。

【００１２】本発明に使用する連続鋳造用鋳型は、銅板
製の連続鋳造用鋳型において、鋳型内面に、格子間隔ａ
を１０〜４０mm，鍍金幅ｂを０．２ａ≦ｂ≦０．５ａ
（mm），厚みを０．５mm以上でニッケル鍍金を格子状に
施した長辺板を有することを特徴とする。

【００１３】

【作用】図１に本発明の連続鋳造用鋳型の構成要素であ
る長辺板の概要を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は断面
図である。図において、１は銅板の長辺板、２は長辺板
１の内面に格子状（格子間隔ａ(mm)，鍍金幅ｂ(mm)，厚
みｃ(mm)）に施されたニッケル鍍金部である。ニッケル
鍍金部２を有する長辺板１の内面全体は平滑にされる。
なおここでは、短辺板は図示されていないが、短辺板に
ついても長辺板１と同様の格子状のニッケル鍍金部を設
けても良い。

【００１４】少なくとも長辺板の内面に格子状のニッケ
ル鍍金を施した連続鋳造用鋳型（以下、「格子状鍍金鋳
型」という）を使用すると、従来の平板からなる連続鋳
造用鋳型（以下、「平板状鋳型」という）に比較して、
均一な厚さの凝固シェルが得られる。その理由は以下の
とおりである。

【００１５】平板状鋳型を用いた場合に不均一な凝固シ
ェルが形成する様子を図２の（ａ）に示す。図中、３は
凝固シェル、４は平板状鋳型の長辺銅板である。平板状
鋳型に接する溶鋼表面が凝固完了直後に起こるδ→γ変
態に伴う大きな凝固収縮により凝固シェル３は変形する
が、溶鋼静圧により押し戻されるために一定間隔Ｌの反
り返りが起こる。このとき凝固シェル３の一部が平板状
鋳型から離れ、その部位では抜熱量が低下し凝固が遅れ
る。その結果、凝固シェル３に激しい凹凸ができる。

【００１６】一方、格子状鍍金鋳型の場合には、図２の
（ｂ）に示すように格子間隔ａ（但し、ａ＜Ｌとする）
で格子状にニッケル鍍金を施して強制的かつ規則的に抜
熱量が小さい部分を構成しているので、このニッケル鍍
金部２で凝固遅れとなるため、δ→γ変態に伴う凝固収
縮によって起こる凝固シェル３の変形はａの間隔毎に起
こる。従って、凝固シェル３の反り返りが小さくなると
ともに収縮歪が凝固遅れ部に集中する。その結果、凝固
シェル３全体に大きな変形が起こらないため均一な厚さ
の凝固が促進される。

【００１７】前記特開平2-20645 号公報に示すように、
鋳型内面に格子状の溝を設け、その溝内に異種金属また
はセラミックスを充填した格子溝鋳型を用いた従来法と
格子状鍍金鋳型を用いた本発明法との比較では、以下に
述べるような特徴と相違点がある。

【００１８】（１）従来法では、格子溝の幅を0.5 〜1.
0mm が良いとしている。これに対し本発明法では、格子
間隔ａを10〜40mmに対して鍍金幅ｂを、0.2 ａ≦ｂ≦0.
5 ａ，すなわち2 〜20mmが良いとしている。そこで、格
子溝鋳型の金属充填溝部と溝の無い部分について、並び
に格子状鍍金鋳型の鍍金部と鍍金部の無い部分につい
て、それぞれ鋳造時の温度を測定し平均温度差を求め
た。その結果、従来法のほうが温度差が著しく小さいこ
とがわかった。すなわち、従来法では金属充填溝部が部
分的な抜熱量の差に及ぼす影響が十分とはいえず、上に
述べた不均一凝固の改善効果があまり期待できない。

【００１９】（２）従来法ではモールドパウダーに関し
て規定されていないが、本発明法では、引き抜き速度
Ｖc (m/min) に対して、1300℃での粘性が0.3 Ｖc ＋1.
5 (poise) を超えないパウダーを使用すること、Ｃａ
Ｏ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ を主成分とし、金属酸化物、
炭酸塩、弗化物の１種類以上を含有し、結晶化温度が11
00℃以下のパウダーを使用することと規定している。モ
ールドパウダーは、鋳型とシェルの間を満たしており、
上に述べた鋳型による不均一凝固の改善機構も実際はパ
ウダーを介して間接的に進行する。パウダーが高融点で
あると、厚い固着層が溶融パウダーと鋳型間に形成さ
れ、空隙を生じ、これらが伝熱を支配する。従って、格
子状鍍金鋳型の特性を十分に発揮させるためには、鋳型
とシェル間が均一な溶融パウダーで満たされていて、鋳
型側の固着層を薄くし、空隙が生じにくいパウダーを使
用することが肝要となる。低粘性のパウダーの使用によ
り鋳型とシェル間の均一流入を確保し、低結晶化温度の
パウダーの使用により鋳型側の固着層の生成を抑制する
ことで、上記（１）で述べた抜熱量の差を十分に導くこ
とができる。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）…銅板製平板状鋳型との比較 連続鋳造機の第１ストランドに、本発明の格子状鍍金鋳
型（但し、長辺の銅板にニッケル鍍金を鍍金幅ｂ＝5 m
m，格子間隔ａ＝10mm，鍍金厚さｃ＝0.5 mmで格子状に
施した鋳型）を搭載し、比較として第２ストランドに鍍
金を施さない銅板製平板状鋳型を搭載し、0.08〜0.18％
炭素鋼を引き抜き速度を1 〜3 m/min の範囲で変化させ
て鋳造試験を行った。いずれのストランドも、粘性が13
00℃において1.8 poise のパウダーを用いた。図３はそ
の結果である。引き抜き速度と縦割れ発生率の関係を比
較したものである。

【００２１】この図でわかるように、格子状鍍金鋳型は
銅板製平板状鋳型に対し、縦割れ抑制に対する効果が認
められ、1.5m/min以上の高速域においてその効果が顕著
である。

【００２２】（実施例２）…従来型格子溝鋳型との比較 連続鋳造機の第１ストランドに実施例１と同様の格子状
鍍金鋳型を搭載し、比較として第２ストランドに、従来
法（特開平2-20645 号）で使用されたものと同等の幅が
狭い格子溝にニッケルを充填した格子溝鋳型（格子幅0.
5mm ，格子間隔10mm，深さ0.5 mm）を搭載し、0.10〜0.
12％炭素鋼を引き抜き速度1.8 m/min で鋳造する試験を
行った。両ストランドとも粘性が1300℃で2.0 poise の
パウダーを用いた。この試験では両者の鋳型Ａ，Ｂの格
子部の影響を調べるため、図４に示すようにニッケル鍍
金部２または金属（ニッケル）充填部５とそれらの存し
ない部分にそれぞれ熱電対６を取り付け、定常状態で鋳
造時の温度を測定した。測定位置は各鋳型につき２箇所
であり、鋳型長辺の中央部のメニスカス付近で表面から
の距離が１mmになるよう、後面より熱電対６を埋め込ん
である。

【００２３】各位置における測定値（図４のＴ1 ，Ｔ2
，Ｔ3 ，Ｔ4 ）から、温度差の平均値をΔＴ＝Ｔ2 −
Ｔ1 （実施例），ΔＴ’＝Ｔ4 −Ｔ3 （従来例）を求め
た。図５はその結果である。すなわち、従来法では金属
充填部が部分的な抜熱量の差に及ぼす影響が十分でな
く、上に述べた不均一凝固の改善の効果が期待できな
い。

【００２４】（実施例３）…パウダーの粘性・結晶化温
度の影響 作用の項で、本発明の格子状鍍金鋳型の場合、低粘性の
モールドパウダーを併用すると、その効果を発揮しやす
いことを述べたが、引き抜き速度が大きいほど鋳型とシ
ェル間のシェル側温度は高くなるので、1300℃での粘性
が同じパウダーを用いても引き抜き速度が大きいほうが
パウダーの実用上の粘度は小さくなる。従って引き抜き
速度が大きい場合は小さい場合と比較して、1300℃にお
ける粘性は高くても良い。

【００２５】以上の観点から、0.10〜0.20％炭素鋼をパ
ウダー粘性と引き抜き速度を変えて鋳造試験を行った。
試験では実施例１と同様の格子状鍍金鋳型を用いた。鋳
造速度は1.0 〜3.0m/min，1300℃での粘性は1.0 〜3.0p
oiseの範囲で変化させて試験を行った。格子状鍍金鋳型
を用いた場合の引き抜き速度2.0m/minでの粘性ηと縦割
れ発生率の関係を図６に示す。ここで、○は合格（縦割
れ発生率が０），●は不合格のスラブ（縦割れ有り）で
あることを示している。

【００２６】図６から、ηが2.0 poise を超えると不合
格となっている。従って、鋳造速度2.0m/minで鋳造する
場合には粘性2.0 poise 以下のパウダーを使用すればよ
いことがわかる。同様に、他の引き抜き速度に関しても
鋳造速度と粘性の関係を求めた。その結果を図７に示
す。図７は1300℃での粘性ηと鋳造速度Ｖc の関係を示
す図であり、ここでも○は合格、●は不合格のスラブで
ある。各鋳造速度の両スラブのうち最も粘性が高いもの
はほぼ一直線上にあり、その直線を一次回帰により求め
ると、 η＝0.3 Ｖc ＋1.5 従って、図７のグラフ中斜線で示される領域、すなわち η≦0.3 Ｖc ＋1.5 を満たす粘性を有するパウダーを用いれば良好なスラブ
を得られることがわかった。

【００２７】また、作用の項にて、格子状鍍金鋳型の場
合、低結晶化温度のパウダーを使用することで、鋳型側
の固着層を薄くし、かつその固着層の生成を抑制し、格
子状鍍金鋳型の効果が発揮しやすいことを述べた。0.10
〜0.20％炭素鋼をパウダーの粘性はη≦0.3 Ｖc ＋1.5
を満たし、結晶化温度が900 〜1200℃の範囲で、引き抜
き速度2.5 、3.0m/minでの結果を図８に示す。図中の○
は合格、●は不合格である。結晶化温度が1100℃以下で
あるときは良好であるが、1100℃を超えると不合格とな
っている。従って、引き抜き速度が大きい場合、結晶化
温度の影響が顕著であり、結晶化温度を考慮する必要が
ある。そのしきい温度は1100℃であることがわかった。

【００２８】（実施例４）…格子間隔と鍍金幅の関係 適切な格子間隔ａと鍍金幅ｂを決めるために、0.10〜0.
12％炭素鋼を鋳造速度2.0 m/min で鋳造する試験を以下
のように行った。このとき1300℃における粘性が2.0 po
ise のパウダーを用いた。

【００２９】まず、格子間隔ａを変化させて試験を行っ
た。鍍金厚さはすべて0.5 mmとし、格子間隔ａを1 mm〜
60mmの範囲で変化させた鋳型を用いた。但し、鍍金幅は
すべてｂ＝ａ／２とした。試験結果を図９に示す。この
結果より、格子間隔ａは10〜40mmが良いことがわかる。

【００３０】次に、格子間隔ａを10mmまたは20mmとし
て、鍍金幅ｂを変化させた。鍍金厚さは0.5 mmとした。
この結果を図１０に示す。この結果より、ａ＝10mmの場
合は2〜5mm ，ａ＝20mmの場合は4 〜10mmが良好である
ことがわかる。従って、格子間隔ａと鍍金幅ｂの関係は 0.2 ａ≦ｂ≦0.5 ａ の範囲内であることが最適である。

【００３１】（実施例５）…鍍金厚さとの関係 図１１に格子鍍金厚さを変えたときの試験結果を示す。
鍍金幅5mm ，格子間隔10mmとし、鍍金厚さを0.2 〜1.5m
m の範囲で変化させた格子状鍍金鋳型を用い、0.10〜0.
12％炭素鋼を粘性が1300℃で2.0 poise のパウダーを用
いて鋳造速度2.0 m/min で鋳造する試験を行った。この
図より、鍍金厚さは0.5mm 以上が適切であることがわか
る。0.5mm 未満では厚みが十分でないためその断熱効果
が現れない。

【００３２】（実施例６）…SUS304鋼の鋳造 以上の試験はすべて亜包晶炭素鋼（0.12％Ｃ）で行った
が、同じくδ→γ変態を伴うオーステナイト系ステンレ
ス鋼（SUS304）でも通常の平板状鋳型を用いた場合との
比較試験を行った。すなわち、連続鋳造機の第１ストラ
ンドに、実施例１と同様の格子状鍍金鋳型を用い、第２
ストランドに比較として従来の全面にニッケル鍍金を施
した平板状鋳型を搭載し、オーステナイト系ステンレス
鋼（SUS304 ）を鋳造速度2.0m/minで鋳造し、デプレッ
ション発生数を調べる試験を行った。このとき両ストラ
ンドとも粘性が1300℃で2.0 poise のパウダーを用い
た。その結果を図１２に示す。

【００３３】この図のようにSUS304鋼でも良好な結果が
得られた。なお、SUS316鋼でも同様の試験により、本発
明の格子状鍍金鋳型のほうが効果が大きいことを確認し
ている。

【００３４】実施例１〜５で得られた炭素鋼に対する各
範囲の限定はオーステナイト系ステンレス鋼に対しても
当てはまるものである。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、亜包晶炭
素鋼またはオーステナイト系ステンレス鋼を連続鋳造す
る際に、長辺内面に格子状のニッケル鍍金を施した格子
状鍍金鋳型と低粘性パウダーを併用することにより、高
速鋳造時においても優れた表面性状を持つ鋳片を得るこ
とができた。またこれにより亜包晶炭素鋼は直送圧延
が、オーステナイト系ステンレス鋼は鋳片無手入れ化が
実現した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の連続鋳造用鋳型の長辺板を示す概要図
である。

【図２】本発明の格子状鍍金鋳型と従来の平板状鋳型に
ついて凝固シェルの成長を比較した模式図である。

【図３】実機テストにおける引き抜き速度と縦割れ発生
率の関係を本発明の格子状鍍金鋳型と従来の平板状鋳型
を用いた場合とで比較したグラフである。

【図４】本発明の格子状鍍金鋳型と従来型の格子溝鋳型
についてそれぞれの温度測定位置を示す図である。

【図５】図４において温度差を測定した結果を示すグラ
フである。

【図６】鋳造速度2.0m/minのときのパウダー粘性と縦割
れ発生率の関係を示すグラフである。

【図７】鋳造速度とパウダー粘性の関係を示すグラフで
ある。

【図８】結晶化温度と縦割れ発生率の関係を示すグラフ
である。

【図９】実機テストにおける格子間隔と縦割れ発生率の
関係を示すグラフである。

【図１０】実機テストにおける鍍金幅と縦割れ発生率の
関係を示すグラフである。

【図１１】実機テストにおける鍍金厚さと縦割れ発生率
の関係を示すグラフである。

【図１２】実機テストにおけるSUS304鋼鋳造時のデプレ
ッション発生数を本発明の格子状鍍金鋳型と従来の平板
状鋳型を用いた場合とで比較したグラフである。

【符号の説明】

１ 長辺板 ２ ニッケル鍍金部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 真 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 宮田 康人 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 森 健太郎 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 西町 龍三 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼の連続鋳造において、少なくとも長辺
   内面に格子状のニッケル鍍金を施した銅板製鋳型を用い
   て、1100℃以下の融点で、かつ1300℃での粘性ηが、鋳
   片引き抜き速度Ｖc (m/min) との関係において、下記の
   式を満足するパウダーを用いることを特徴とする鋼の連
   続鋳造方法。 η≦０．３Ｖc ＋１．５(poise)
2. 【請求項２】 格子状のニッケル鍍金は、格子間隔ａを
   １０〜４０mm，鍍金幅ｂを０．２ａ≦ｂ≦０．５ａ（m
   m），厚みを０．５mm以上で施したことを特徴とする請
   求項１記載の鋼の連続鋳造方法。
3. 【請求項３】 ＣａＯ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ を主成分
   とし、金属酸化物、炭酸塩、弗化物の１種類以上を含有
   し、結晶化温度が1100℃以下のモールドパウダーを用い
   ることを特徴とする請求項１記載の鋼の連続鋳造方法。
4. 【請求項４】 銅板製の連続鋳造用鋳型において、鋳型
   内面に、格子間隔ａを１０〜４０mm，鍍金幅ｂを０．２
   ａ≦ｂ≦０．５ａ（mm），厚みを０．５mm以上でニッケ
   ル鍍金を格子状に施した長辺板を有することを特徴とす
   る鋼の連続鋳造用鋳型。