JPH0957411A - 連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋼の未凝固圧下連続鋳造方法を提供する。 【解決手段】鋳片を鋳型から下方に引抜いた後、内部に
未凝固溶鋼を有する部分を鋳型内溶鋼メニスカスより上
方に位置させ、重力を用いて未凝固溶鋼を連続的に排出
することにより内部に空孔を形成し、次いでこの内部空
孔の内壁となる排鋼界面の表皮層に残存している残溶鋼
を完全に凝固させた後、鋳片表面から圧下を加えて空孔
を圧着する方法。 【効果】中心偏析及びセンターポロシティを減少させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中心部の偏析また
はセンターポロシティの著しく少ない、鋼、合金鋼およ
びステンレス鋼などの鋳片を、内部割れを発生させるこ
となく製造するのに好適な連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳片の中心偏析およびセンターポロシテ
ィは、従来から連続鋳造における大きな問題の一つであ
る。たとえば、線材向けのブルームあるいはビレット鋳
片の中心偏析およびセンターポロシティは伸線加工時の
断線の原因となり、管材向けの同上鋳片のセンターポロ
シティは製管加工時の管内面疵の原因となる。また、厚
板材向けのスラブ鋳片の中心偏析およびセンターポロシ
ティは、製品の水素誘起割れの原因となる。

【０００３】このように、連続鋳造鋳片の中心偏析およ
びセンターポロシティは製品欠陥と直結するものであ
り、従来からこれらを低減するために多大な努力がはら
われている。

【０００４】これらを低減するための代表的な方法とし
て、鋳片の未凝固軽圧下法がある。

【０００５】中心偏析およびセンターポロシティは凝固
末期における凝固収縮が原因となっており、未凝固軽圧
下法は、この凝固収縮量を補償するために鋳片表面から
収縮量に見合うだけの圧下を加えるものである。

【０００６】一方、特開昭５９−３９４５１号公報には
次の方法が開示されている。すなわち、鋳型から下方に
鋳片を引き抜いた後、内部の未凝固残溶鋼が完全に凝固
する前に、鋳型内溶鋼面レベルの上方部に鋳片をガイド
し、鋳片のクレータエンドを鋳片内の未凝固残溶鋼面レ
ベルよりも上方に位置させ、その後、クレータエンドと
鋳片内の未凝固残溶鋼面レベルとの間に形成された真空
空洞を圧着し、収縮孔や中心偏析等の内部欠陥のない鋳
片を製造するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の未凝固軽圧下法
では、中心偏析およびセンターポロシティはかなりの軽
減がみられているものの完全には解消されておらず、こ
の方法は略々技術的限界に達している。

【０００８】前記特開昭５９−３９４５１号公報の方法
は有力な方法であるが、以下の課題がある。

【０００９】溶鋼を排出した後直ちに鋳片を圧下する
と、凝固シェルに引張応力が働いて排鋼界面が破断し、
いわゆる「内部割れ」が発生する。この内部割れは、通
常の連続鋳造で鋼の鋳片を未凝固圧下したときに発生す
るものと同種のものであり、割れ部にミクロ偏析溶鋼が
浸入した結果、冷鋳片では偏析部として観察されるもの
である。このような内部割れを有する鋳片を圧延して製
品を製造する場合、中心偏析が存在する場合と同様に、
加工時および最終製品における割れなどの問題が生じ
る。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためのもので
あり、本発明の目的は、中心部の偏析またはセンターポ
ロシティの著しく少ない鋳片を、内部割れを発生させる
ことなく製造することができる鋼の連続鋳造方法を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の連続
鋳造方法にある。

【００１２】鋼の連続鋳造方法であって、鋳片を鋳型か
ら下方に引き抜いた後、内部に未凝固溶鋼を有する部分
を鋳型内溶鋼メニスカスより上方に位置させ、重力を用
いて未凝固溶鋼を連続的に排出することにより内部に空
孔を形成し、次いでこの内部空孔の内壁となる排鋼界面
の表皮層に残存している残溶鋼を完全に凝固させた後、
鋳片表面から圧下を加えて空孔を圧着することを特徴と
する連続鋳造方法。

【００１３】排鋼界面の表皮層に残存している残溶鋼を
完全に凝固させるには１〜４分の時間を要するため、こ
の方法における圧下は、鋳片が排鋼位置を通過した後の
１〜４分後から開始するのが望ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１により、本発明方法を実施す
るための連続鋳造装置の構成例および本発明方法を説明
する。

【００１５】図１は、湾曲型連続鋳造装置および鋳片の
側面方向の縦断面図である。この連続鋳造装置は、少な
くとも鋳型１、タンディッシュ（図示せず）と連結され
た浸漬ノズル２、鋳造方向に二次冷却スプレー３、ガイ
ドロール４群、一対の圧下ロール５、矯正ロール６群お
よび一対のピンチロール７を備えており、図示するよう
な円弧状の湾曲型である。図１において符号８は鋳片、
９は未凝固溶鋼、１０は凝固シェルおよび１１は空孔で
ある。

【００１６】図１に示す装置では、次のような方法で鋳
造を行う。すなわち、鋳片８を鋳型１から下方に引き抜
きながら、鋳片８が上方向に円弧状になるように鋳造す
る。

【００１７】そして、鋳片８の内部に未凝固溶鋼９を有
する部分を鋳型内溶鋼メニスカスより上方に位置させ
る。このような状態にして、鋳型内溶鋼メニスカスより
も上方に存在する未凝固溶鋼９を重力により下方へ連続
的に排出させ、内部に空孔１１を形成させる。

【００１８】図１において符号Ｈは、大気圧に打ち勝っ
て重力により未凝固溶鋼９を排出するのに必要な、鋳型
内溶鋼のメニスカスレベルからの最低高さである。溶鋼
密度が７ｇ／ｃｍ³ であるなら、Ｈは略々１．５ｍとな
る。

【００１９】未凝固溶鋼９をスムーズに排出させるに
は、上記Ｈの高さとなる鋳片８の中心部の固相率が０．
４を超えないようにするのが望ましい。これは、０．４
を超えると未凝固溶鋼９の流動性が極端に低下し、重力
のみでは容易に排出することができなくなるからであ
る。０．４以下であれば凝固時期によらず、すなわち種
々の凝固シェル厚みで未凝固溶鋼９の排出が可能であ
る。このＨの高さとなる鋳片中心部の固相率及び凝固シ
ェル厚みの調整は、鋳造速度の制御によって実施するこ
とができ、最終的にどのような厚みの鋳片を得るかによ
って設定すればよい。

【００２０】圧下ロール５としては、二対以上のロール
を用いてもよい。望ましい円弧の範囲は２〜１０ｍＲ程
度、望ましい鋳片の断面形状は１００〜２５０ｍｍ×１
００〜２５０ｍｍ角程度のビレットまたはブルームなど
である。二次冷却スプレー３は、二次冷却帯が鋳型１の
直下で０．８〜５ｍ程度の長さとなるように設けるのが
望ましい。冷却媒体としては水、エアーミストなどを用
い、望ましい二次冷却比水量の範囲は０．４〜２リット
ル／kg−steel である。

【００２１】次いで、この内部の空孔１１の内壁となる
排鋼界面の表皮層に残存している、後述する微量の残溶
鋼を完全に凝固させる。

【００２２】引き続き、微量の残溶鋼を完全に凝固させ
た後に設けた少なくとも一対の圧下ロール５により、鋳
片８の表面から圧下を加え、空孔１１を連続的に圧着す
る。

【００２３】このような鋳造、排鋼、圧下および圧着を
行いながら、ピンチロール７により鋳造速度Ｖc で引き
抜く。望ましい鋳造速度Ｖc の範囲は０．５〜４ｍ／ｍ
ｉｎ程度である。

【００２４】本発明方法では前述のように、圧下は空孔
１１の内壁となる排鋼界面の表皮層に残存している微量
の残溶鋼を完全に凝固させた後に行う。しかし、この完
全凝固には後述するように、排鋼して空孔を形成させた
後から１〜４分の時間を要するため、圧下は、鋳片が排
鋼位置、すなわち最低高さＨの位置を通過した後の１〜
４分後から開始するのが望ましい。

【００２５】空孔１１を圧着させる圧下ロール５は、通
常のフラットロールでもよいが、図２に示すような凸部
を備えた凸型ロールを用いるのが極めて有効である。

【００２６】図２は、図１における圧下ロール５が凸型
ロールである場合の、線Ａ−Ａ部の断面を示す図であ
る。図示するような凸部１３を有する凸型圧下ロール１
２であれば、凸部１３以外の鋳片８の凝固シェル１０を
圧下することなく、空孔１１部のみに圧下を加えること
ができる。この場合、鋳片の最終断面形状は凸部１３に
よる圧下に応じて凹部のあるものとなるが、連続鋳造後
の圧延工程等において適宜圧下整形すればよい。

【００２７】圧下ロール５および凸型圧下ロール１２の
最大押付け反力の範囲は２０〜８０トン程度である。

【００２８】矯正ロール６群は、鋳片８の引き抜き速度
方向と鋳型内溶鋼メニスカスとが平行になる位置（鋳型
１レベルの上部の鋳片８の３／４周位置）に設けるのが
望ましい。

【００２９】以下、試験１において、排鋼界面の表皮層
に残存している残溶鋼を完全に凝固させた後に圧下を加
えると限定した理由、及び試験２において、圧下は、鋳
片が排鋼位置を通過した後の１〜４分後から開始するの
が望ましいとした理由を説明する。

【００３０】（試験１）図１に示す構成の湾曲型連鋳装
置（円孤：３ｍＲ）および図２に示す凸型圧下ロールを
用いて下記条件で鋳造を行い、鋳片の内部割れを調査し
た。

【００３１】鋼種：０．８％炭素鋼（0.8 ％Ｃ−0.2 ％
Ｓｉ−0.02％Ｐ−0.01％Ｓ） 温度：タンディッシュ内溶鋼過熱度４０℃ 鋳片寸法：１５０ｍｍ角（ビレット） 二次冷却スプレー：スプレー帯長さは鋳型直下１ｍ、水
スプレー方式二次冷却比水量は０．８リットル／kg−st
eel 圧下ロール：凸型（凸部径は１９０ｍｍ、凸部以外の径
は１５０ｍｍ、凸部長さは７０ｍｍ、全長は２００ｍ
ｍ） 圧下ロールの最大押付け反力：５０トン（ディスタンス
ピースを設けることにより、最大ロール間隔の減少は５
０ｍｍ） 鋳造速度（Ｖｃ）：２ｍ／ｍｉｎ 最低高さ（Ｈ）：１．５ｍ 圧下ロールの配置位置は、鋳片の中心部が上記Ｈの高さ
となる位置から引き抜き長さで１ｍ後とした。この配置
条件および上記の鋳造速度条件から、圧下は、未凝固の
残溶鋼を排出して空孔を形成させた後から３０秒後に開
始したことになる。

【００３２】図３は、上記試験１で得られた鋳片中心部
の縦断面のサルファプリントを模式的に示す図である。
これは、上記条件で鋳造した鋳片を、冷鋳片になった
後、中心部を通る面で縦断し、その縦断面をサルファプ
リントしたものである。図示するように、排鋼時に界面
であったと推定される位置に、通常の連続鋳造法でしば
しばみられる「内部割れ」が発生しているのが確認され
た。

【００３３】一般的に「内部割れ」は冷鋳片でみる限
り、開口した割れではなく、溶鋼成分が濃化した偏析線
として観察される。すなわち、サルファプリントでは
「内部割れ」は、Ｓの偏析線として検知されるわけであ
るが、ＥＰＭＡなどにより分析するとＳ以外にＰ、Mn、
ＣおよびSiなどの偏析も確認される。

【００３４】この「内部割れ」の発生理由は、従来の連
続鋳造法では、内部が未凝固の状態でロールなどにより
圧下すると凝固シェルに引張応力が働いていったん凝固
シェルが開口し、その開口部に周囲のミクロ偏析溶鋼を
吸引して開口度に等しい厚みの偏析線としてそのまま凝
固することによるとされている。従って、サルファプリ
ントで確認されるのは、未凝固時に割れた形跡として残
る偏析線である。

【００３５】このような「内部割れ」を有する鋳片を圧
延して製品を製造する場合、中心偏析と同様に加工時の
割れおよび最終製品における偏析欠陥などの問題が生じ
るのである。

【００３６】このような理由から、内部の未凝固残溶鋼
を排出した後に圧下を加えれば、内部割れは発生せず、
その後の工程および製品における上記問題も解決される
と考えられてきた。

【００３７】しかし、本発明者らは、内部の未凝固残溶
鋼を排出した後に圧下を加えた場合にも「内部割れ」が
発生するという、従来全く知られていなかった新事実を
知見した。詳細に実験および鋳片の調査を繰り返した結
果から、「内部割れ」の発生機構を以下のように推定し
た。これを図４に基づいて説明する。

【００３８】図４は圧下中の鋳片の状況を説明する図で
ある。図４(a) は圧下を加える部分の要部の縦断面図、
図４(b) は、図４(a) における圧下直前のＢ部を拡大し
て模式的に示す縦断面図である。

【００３９】図４(a) に示すように空孔１１が形成され
た鋳片８は圧下ロール５により圧着される。一方、圧下
直前では、排鋼界面は微視的には図４(b) に示すよう
に、凹凸のある樹枝状晶（デンドライト）となってい
る。このデンドライトの樹間にはミクロ的に偏析した未
凝固残溶鋼があるが、排鋼時に流動限界内、すなわち溶
鋼排出可能領域内に存在するバルクの溶鋼は流出して
も、デンドライトの根本の部分では、このミクロ的に偏
析した残溶鋼が界面張力により懸垂した状態で残ってお
り（懸垂残溶鋼、すなわち微量の残溶鋼）、さらにその
外側には液膜状態で残っていることがわかった。

【００４０】凝固シェルにおいて、この液膜が存在する
部分は非常に脆く、液膜脆化域を形成しており、引張応
力により容易に破断する。この部分が破断して開口する
と前方の偏析した懸垂残溶鋼が開口部に吸引され、その
まま凝固して「内部割れ」になると推定される。

【００４１】したがって、懸垂残溶鋼が完全に凝固する
のを待って鋳片に圧下を加えれば、このとき鋳片表面側
の凝固シェルに存在していた液膜脆化域も当然完全凝固
した後に圧下を加えることになるから、「内部割れ」の
根本的な原因を取り除いた状態で凝固シェルを変形さ
せ、空孔の排鋼界面の圧着を図ることができ、その結果
「内部割れ」の発生を防止することができるのである。

【００４２】（試験２）試験１と同じ装置を用い、鋳造
速度および排鋼から圧下開始までの時間以外は試験１と
同条件で０．８％炭素鋼を鋳造した。

【００４３】鋳造速度を１〜３ｍ／ｍｉｎの範囲で変化
させることにより、排鋼時の凝固シェル厚み、すなわ
ち、図１に示すＨの位置となる鋳片の凝固シェル厚みを
変更した。さらに、鋳造速度に応じて圧下ロールの配置
位置を鋳込みチャージごとに任意に変更することによ
り、排鋼すなわち鋳片のＨ通過後から圧下開始までの時
間を変更した。

【００４４】得られた鋳片について試験１と同様にサル
ファプリントを行い、内部割れを調査するとともに、排
鋼時の凝固シェル厚み、排鋼から圧下開始までの時間お
よび内部割れの関係を検討した。この結果を図５に示
す。

【００４５】図５は、排鋼時の凝固シェル厚みと排鋼か
ら圧下開始までの時間との関係、および内部割れの有無
を示す図である。

【００４６】図５に示す直線は、非定常の厚み方向一
次元の伝熱解析により、鋳造速度および二次冷却の条件
をとりこんで計算した、排鋼界面が完全凝固するのに必
要な最小時間である。図示するように、排鋼時の凝固シ
ェル厚みが増加するほど、排鋼界面が完全凝固するのに
必要な最小時間は大きくなり、排鋼から圧下開始までの
時間を、この計算線よりも大きくとった場合には、内
部割れは発生しなかった。一方、小さくとった場合には
内部割れがみられた。

【００４７】以上の試験結果からも、図４に示す排鋼界
面の懸垂残溶鋼が完全凝固した後に鋳片を圧下すれば、
内部割れ発生の問題はなくなることがわかる。

【００４８】さらに、図４に示すように内部割れの発生
をなくすには、排鋼から圧下開始までの時間は少なくと
も１分以上が必要である。一方、この時間が４分を超え
ると排鋼後の界面の温度降下が著しくなり、界面の圧着
性が悪くなる。

【００４９】上記の関係は、鋳型内の鋳片厚みが２５０
ｍｍ程度であれば、ほとんど鋳片厚みの影響を受けない
ことも、試験および解析により判明した。

【００５０】したがって、鋳型内の鋳片厚みが２５０ｍ
ｍ以内の場合、排鋼した後１〜４分後に鋳片の圧下を開
始すれば、内部割れを発生させることなく、空孔を圧着
させることが可能であることが明らかとなった。

【００５１】

【実施例】図１に示す構成の湾曲型連鋳装置（円孤：３
ｍＲ）および内寸１４０ｍｍ角および１８０ｍｍ角の鋳
型を用いて、下記条件で０．５％炭素鋼のビレットを鋳
造し、鋳片の中心偏析、内部割れおよびセンターポロシ
ティと排鋼から圧下開始までの時間との関係を調査し
た。

【００５２】温度：タンディッシュ内溶鋼過熱度30℃ 二次冷却比水量：一律に０．８リットル／kg−steel 圧下ロール条件、圧下条件および矯正ロール条件：試験
１と同じ 鋳造速度（Ｖｃ）：１〜３ｍ／ｍｉｎ 最低高さ（Ｈ）：１．５ｍ Ｈの高さとなる鋳片中心部の固相率は、鋳造速度を調整
することにより０〜０．３の範囲となるようにした。さ
らに、排鋼から圧下開始までの時間は、圧下ロールの配
置位置を変更して、０．５分後、１．５分後、３分後お
よび５分後とした。表１に調査結果を示す。

【００５３】

【表１】

【００５４】表１に示す結果から明らかなように、本発
明方法では、内部割れを発生させることなく空孔を圧着
させることができ、中心偏析およびセンターポロシティ
の著しく少ない鋳片を得ることが可能である。

【００５５】

【発明の効果】本発明方法によれば、中心偏析およびセ
ンターポロシティの著しく少ない、鋼の連続鋳造鋳片の
製造が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための連続鋳造装置の構
成例および鋳造方法を説明する縦断面図である。

【図２】図１における圧下ロールが凸型ロールである場
合の、線Ａ−Ａ部の断面を示す図である。

【図３】試験１で得られた鋳片中心部の縦断面のサルフ
ァプリントを模式的に示す図である。

【図４】圧下中の鋳片の状況を説明する図である。(a)
は圧下を加える部分の要部の縦断面図、(b) は、(a) に
おけるＢ部を拡大して模式的に示す縦断面図である。

【図５】排鋼時の凝固シェル厚みと排鋼から圧下開始ま
での時間との関係、および内部割れの有無を示す図であ
る。

【符号の説明】

１：鋳型、 ２：浸漬ノズル、 ３：二
次冷却スプレー、４：ガイドロール、 ５：圧下ロー
ル、 ６：矯正ロール、７：ピンチロール、
８：鋳片、 ９：未凝固溶鋼、10：凝固シェ
ル、 11：空孔、 12：凸型圧下ロー
ル、13：凸部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼の連続鋳造方法であって、鋳片を鋳型か
   ら下方に引き抜いた後、内部に未凝固溶鋼を有する部分
   を鋳型内溶鋼メニスカスより上方に位置させ、重力を用
   いて未凝固溶鋼を連続的に排出することにより内部に空
   孔を形成し、次いでこの内部空孔の内壁となる排鋼界面
   の表皮層に残存している残溶鋼を完全に凝固させた後、
   鋳片表面から圧下を加えて空孔を圧着することを特徴と
   する連続鋳造方法。