JPS59202145A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は連続鋳造方法によって製造された、鋳片又は
造塊法で製造された鋼塊、鋳塊等（以下鋳塊と略す）の
鋳塊偏析に起因する製品欠陥を防止する鋼の連続鋳造方
法に関するものである。

現在、鋼を鋳造する方法の中で最も経済的なものは連続
鋳造法である。この方法は、歩留の向上および省エネル
ギー効果が大きいため急速に普及しており、また今まで
インゴットで製造していたライン・母イブ、海洋構造物
用素材等、いわゆる高級鋼もこの連続鋳造法により製造
するようになってきている。

これらのライン・やイブまたは海洋構造物で問題になる
欠陥の原因は、脱酸生成物、硫化物または不純物元素の
偏析である。

従来より脱酸生成物を減少または改質して欠陥を軽減す
る方法として、溶鋼の真空処理や粉体吹込み処理を行な
い、脱酸生成物を減少させる方法や、タンディツシュ内
に堰を設けたりモールド内で溶鋼流速を電磁力や仕切シ
板で抑制して脱酸生成物を浮上させる方法がとられてき
た。また脱酸生成物を改質し、割れの起点にならない形
状にする一方硫化・物を割れの起点とならない形状にす
るためにＣａ添加が行なわれてきた。しかし、これらの
方法で製品欠陥はある程度改善されるが充分では無い。

これらの欠陥をさらに改善するためには、Ｃ，Ｍｎ＋Ｓ
Ｉなどの添加元素やｐ、ｓ、ｏなどの不純物元素の偏析
を無くす必要がある。このような各種の元素の偏析は鋼
中を部分的に硬化させあるいは界面偏析により割れが伝
播する経路になるか、もしくけ特にリンはその偏析部に
リン化物をつくり、それが割れの起因となる。これらの
不純物元素の偏析は、元素の固溶度が液体中のほうが固
体中より大きいことによシ凝固中に生じるものである。

また、これらの元素の偏析は凝固中のアンドライト樹間
に生じ、その形態により点状偏析、Ｖ状偏析とよばれて
いる。これらのものは、大半が長さ１關以下であるがな
かには３ＩＩＯＩ程度に達する大きさのものもある。ま
た、凝固中に固相や液相が動くと点状偏析が集合してつ
ながって大きくなり、鋼中の硫黄に反応する印画紙を用
いて検査すると目で見えるくらいの大きさの偏析帯が生
じる。この偏析はマクロ偏析または中心偏析と呼ばれる
。

これらの偏析を無くすためには種々の方法がとられてき
た。

まず、凝固後にこれらの偏析を拡散させる方法として、
スラブを加熱炉に入れて長時間加熱する方法、いわゆる
均熱拡散処理や、この加熱時間を短かくするために前処
理として、スラブを圧下して減厚し、偏析を薄くしてか
ら拡散処理する方法が行なわれている。

また、溶鋼流動によって生じるマクロ偏析や点状偏析を
防止する方法としては、連続鋳造機内のロール間隔を短
かくして、連続鋳造機内の溶鋼の圧力によって生じるロ
ール間のバルジングを少なくしてこれに起因するマクロ
偏析を減少させる方法や、ロールの支持強度を強くして
、鋳片の凝固収縮分だけロールで押し込みを行なってロ
ールと鋳片を常に接触させて、パルソングを防止しマク
ロ偏析を減少させる方法がある。

この方法をさらに発展させ、ロールによシ鋳片を敢闘圧
下し、偏析軽減をはかったいわゆる軽圧下法は特公昭５
７−６２８０４号公報で提案がある。さらに、未凝固部
をロールで圧下して溶鋼を絞り出す方法として、インラ
インリダクション法がある。また、このような元素の偏
析濃度を下げるために、溶銑や溶鋼の段階で不純物元素
の濃度特にリンの濃度を下げて製品の欠陥を少なくする
方法もある。

さて、このように偏析を軽減する方法は種々あるが、こ
れらの方法にも以下に述べるような欠点がある。

まず、均一拡散熱処理であるが、この方法は一度生成し
た偏析を軽減させるために、多量の熱と時間がかかシ、
省エネルギーを目標とする鉄鋼業に合致しないものであ
る。また、減厚を行なった後の均一拡散法は時間の短縮
は出来るが、減厚を行なっているため、薄い鋼板しか製
造出来ず、厚い鋼板は製造不可能である。

次にマクロ偏析の防止方法であるが、ロール間隔をせま
くすることによシある程度の改善は可能であるが、ロー
ルの曲が９等がある場合には、固相、液相が動く可能性
がちｐ不安定である。また、後述するように連続鋳造機
内の冷却水量を減少した時には溶鋼静圧をささえている
凝固シェルの強度が低くなるため、ロール間隔を狭くし
ないとバルジングは防止できず、マクロ偏析が生成する
。

また、ロールで鋳片を押しつける技術も、ロールの曲が
υ等がある時には固相、液相は動く可能性があるし、冷
却水を減少させた時にはロール間でのバルジングは上と
同じ理由で防止できない。

また、軽圧下法については、バルジングの防止はある程
度可能であるが点状偏析の大きさは、依然として２ｍ１
１以上の大きさのものがあり、偏析粒の微細化はできな
い。

一方、インラインリダクション法は点状、Ｖ状偏析も微
細化でき、幅のせまいプルームではロール圧下で有効に
偏析を改善できる。しかし幅のひろいスラブでこれを行
なうと、スラブでは幅方向に凝固率の不均一性があるた
め、溶鋼が幅方向に移動して均一に偏析を改善すること
が難しい。

また製品を高純化する方法として偏析を改善するために
は、例えばリン濃度全０．００５％にまで下げる必要が
あシ、処理コストが高くなる。以上のことは造塊法につ
いても同様に言えることである。

ところで、本発明者らはこれらの欠点を解決するため偏
析について実験、調査、検討を重ねた結果、鋳塊の未凝
固末端部（完全凝固部に継続して未凝固部を含んでいる
部分）を面部材で支持することによシ、バルジングを防
止し同時に面部材で鋳塊を適当な圧下時間の間隔をおい
て断続的に多段圧下しつつ、かつ、面部材で挾持する範
囲内で鋳塊を完全凝固させると、小さい圧下刃でマクロ
偏析や点状偏析が著しく改善された凝固組織が効率的に
得られることを見い出した。

まず、第１図に示す試験装置で凝固末端部の面圧下実験
を行うと共に、第２図に示す彎曲型連続＠造機で未凝固
末端部をウオーキング可能な２組の面部材を用いて、鋳
片の圧下実験を行った。第１図において１は鋳塊、２は
鋳塊の未凝固部、３は冷却水、４は差動トランス、５は
油圧ジヤツキ、６は鋳塊昇降装置、７は圧下端子および
８はロードセルである。第２図において、１１は鋳型、
１２はサポートロール、１３はガイドロール、１４はｉ
片、１５はウオーキング可能、１６はビンチロールおよ
び１７はクレータエンドである。第３図に、１段圧下時
における鋳塊の変形応力と凝固率および圧下率の関係を
示す。凝固率は凝固殻厚みを鋳塊厚みの半分でおよび圧
下率は圧下量を鋳塊厚みで除した値で定義した。第４図
において、変形応力は凝固率の増加とともに大きくなっ
ており、また本実験の圧下率の範囲では変形応力は圧下
率にほぼ比例して大きくなっている。このことは鋳塊の
凝固率が高いほど、また圧下率が大きいｔミど鋳塊の圧
下装置の設備的な制約が厳しくなること、すなわち、大
きな圧下能力を必要とすると共に、これに耐える強度を
備えた装置を必要とすることを示している。

そこで、本発明者らはこの過大な圧下刃と、これに耐え
る設備の必要性を解消するため、種々の実験の結果、断
続的に鋳塊を多段圧下すると小さな１回の圧下を繰シ返
すだけで必要な大きな一回の圧下と同等の効果を得るこ
とが可能となシ同じ圧下装置の同じ圧下刃で大きな圧下
率が得られることを見い出した。この時の鋳塊の変形応
力が半分になるまでの緩和時間と鋳塊の凝固率および圧
下率の関係を第５図に示す。第４図に明らかなように緩
和時間は鋳塊の凝固率が高くなるとぼけ指数関数的に長
くなり、また、緩和時間は圧下率が大きくなるとｉｔ　
ｔ’を比例し長くなっている。この関係を数式で示すと
次のようになる。

τ捧−Ａ、ｒ、６Ｂ′”　　　　　・・・・・・・・・
（１）τ凭：緩和時間　（秒） ｒ　：１凹溝りの圧下率（％） ｆｍ　：凝固率　　　　（％） Ａ＝０．３〜０．４５（秒） （９） Ｂ＝０．０３５〜０．０５０ ｅ：自然対数の基底 ここで、ＡおよびＢは、鋳塊の温度、鋼種、鋳塊の形状
比および圧下装置等により決まる定数である。すなわち
、多段圧下において、各々の圧下毎Ｋ（１）式で得られ
る緩和時間以上の圧Ｆ時間の間隔をとることにより、各
々の圧下で要した変形応力のＡ以上が緩和され、１段圧
下と比較して最大変形応力が小さくなることを示してい
る。

一般に、凝固率一定では多段圧下数を増やし、圧下時間
の間隔を長くするｉｔど最大変形応力の減少効果は大き
いが実際には凝固進行による変形応力の増大のため圧下
時間の間隔について臨界値が存在する。また、鋳塊の凝
固は有限時間で進行するため多段圧下数と圧下時間の間
隔は従属的な関係にあるので実用上はこのことを考慮し
て圧下条件を決める必要がある。

又、この時凝固率４０チにおいて４秒間隔で１回の圧下
率１％とし、５段圧下したときの変形抵抗の推移を１段
圧下で５％圧下したときの変形抵ｒ１０） 抗の推移と比較して第５図（Ａ）　（Ｂ）に示す。第５
図（Ｎ（Ｂ）に明らかなように５段圧下では最大変形応
力が１段圧下の最大変形応力の約Ａになる。

次に、本発明の方法で鋳塊の凝固部を含む未凝固末端部
を圧下し、凝固組織を改善するに当９、どのような圧下
条件のもとで行うとより効果的か調食した。その結果、
未凝固部を含む鋳塊の未凝固末端部を面圧下すると、鋳
塊内部のＶ状偏析の生成が抑制され、かつ、凝固組織が
緻密になり、改善されることがわかった。しかし、さら
に圧下を継続すると、残溶鋼の流動によるホワイトバン
ドと称されている負偏析帯が生じることがわかった。

また、過圧下に伴い内部割れが発生することもわかった
。第６図（Ａ）　（Ｂ）に、この実験によって得た■状
偏析の生成限界、負偏析帯発生限界および内部割れ発生
限界と鋳塊の凝固率および圧下率との関係を示した。負
偏析帯発生限界は製品の品質特性に反映されるようにＰ
中Ｉｌ：＞／Ｐｏ（Ｐ弔５　：中心部のリン濃度ｇ　Ｐ
ｏ　：鍋のリン濃度）の等価線で表わした。ここでリン
の濃度を用いて、偏析状況を表わした理由は、前述のよ
うに製品にとうて有害であるだけで力く偏析の指標とし
て一般によく用いられるからである。−１：た、他の炭
素、マンガン、硫黄についても同じような傾向が得られ
た。第６図（Ａ）　（Ｂ）で（イ）の線はＶ状偏析の生
成限界、←）１−Ｌ負偏析帯の発生限界すなわち、Ｐ中
心／Ｐ　ｏ　の岨・価線、ｅつは、内部割れ発生限界、
に）は完全凝固状態をそれぞれ表わしている。すなわち
（イ）、（ロ）、（ハ）およびに）の線で囲１れた領域
Ｓが、■偏析の生成が抑制され、かつＰ中心／′Ｐｏ　
　Ｏ値が所定の許容範囲内にあり、さらに内部割れを発
生させずに凝固組織を改善できる圧下条件を満たす凝固
率と圧下率の適正範囲である。

ところが、１段圧下でＶ状偏析の生成を抑制しようとす
る場合、凝固率が小でいときには、小さな圧下て゛は圧
下後に残る溶鋼の凝固収縮を補償できず中心部に依然と
してＶ状偏析が生成することもあり、また、大きな圧下
を加えると、Ｖ状偏析は全般にわたｐ改善されるが鋳塊
に内部割れが発生しやすくなる。一方、凝固率が高いと
きには小さな圧下で中心部のＶ状偏析は改善されるが、
圧下開始以前に生成した中心部周辺のＶ状偏析について
は、改善することは難しい。また、第６図（Ｎ（Ｂ）の
１段圧下の凝固率と圧下率の範囲は非常にせまく、鋼の
連続鋳造においてこの凝固率を保持するためには、凝固
末端位置の制御が難しく、安定した品質の鋳片を得るこ
とは、極めて困難である。

また、前述したように１段圧下では圧下に際し、非常に
大きな圧下応力を必要とするのも一つの欠点である。

一方、多段圧下で完全凝固まで圧下を加えた場合には、
Ｖ状偏析は小さな圧下量で、中心部はもちろんのこと、
厚さ方向の広い範囲にわたり著しく改善され、その効果
は、圧下初期の凝固率が小さいほど良くなっている。ま
た、第６図（Ａ）　（Ｂ）に示すように凝固率と圧下率
（この場合、全圧下率）の適正範囲は１段圧下のそれと
比較して著しく広くなっており、前述した圧下応力の軽
減効果も合わせると、操業上極めて有利なものとなって
いる。

この理由は■凝固収縮は、徐々に起るため、１段圧下で
は、圧下所要時間か短く、ある限られた凝固率の範囲で
の圧下となジ、圧下後に残る溶鋼の凝固収縮分を補償で
きないが、一方、多段圧下を行うと、凝固率の低い状態
から、完全凝固まで断続的に圧下することになり、その
結果としてＶ状偏析の生成が小さな圧下量で広範囲にわ
た９抑制されるため■多段圧下により、１回の圧下量が
小さくなるため、溶鋼流動が穏やかになり、負偏析帯の
発生が大きな圧下率まで抑制されるため■多段圧下によ
９１回の圧下量が小さく、かつ各々の圧下毎に歪応力の
十分な緩和時間を設けることにより、最大歪応力が小さ
くなり内部割れ発生限界が大きな圧下率まで伸びるため
と考えられる。

第６図（Ｂ）の多段圧下の凝固率と圧下率の適正範囲は
、鋼種、歪速度、圧下装置等により着干異なるが、凝固
率４０％以上で圧下率０．５％以上、５．０％以下であ
り、また、以上の条件を満たし多段圧下を行うとき、１
回の圧下率は、第６図（５）で負偏析帯および内部割れ
の発生しない範囲、すなわち、１．５％以下としなけれ
はならない。さらに、Ｖ状偏析の改善という立場からは
、圧下初１期の凝固率ができるだけ小さな状態から完全
凝固まで、凝固率の広い範囲にわたり、凝固収縮代に応
じて多段圧下することが有効である。

以上の結果から、本発明者たちは面部材で鋳塊を挾持し
て所定の条件で、多段圧下すれば非常に効果的に偏析を
微細にできることを見いだした。

本発明はこの知見をもとになされたもので、その特徴と
するところは以下のとおりである。

（１）鋼の鋳造において、面部材を用いて、鋳塊の未凝
固末端部を挾持するに当り、少くとも以下の条件で示さ
れる時間以上の間隔で、鋳塊を断続的に圧下することを
特徴とする鋼の鋳造方法。

（圧下Ｒ［）間隔〕≧Ａ、　Ｔ、ｅＢ　−ｆｓ　　（秒
）ｒ　：　１回当υの圧下率　（％） ｆｓ：凝固率　　　　（％） Ａ＝０．３〜０．４５（秒） Ｂ−０，０３５〜０．０５０ ｅ　：自然対数の基底 （２）鋼の鋳造において、凝固率４０％以上の未（１５
） 凝同末端部から完全凝固完了までを１回の圧下率１．５
％以下でかつ、全圧下率０．５％以上、５．０％以−１
・で鋳塊を圧下しつつ完全凝固させることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の鋼の鋳造方法０ （３）　　面部材をウオーキングバーとしたこと全特徴
とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の鋼の鋳
造方法。

以下、本発明の実施例について述べる。

鋳造は１０．５ｍ半径の彎曲型連鋳造機を用い、メニス
カスから３３．５ｒｎの水平部に、面圧下部材としてウ
オーキングバーおよび比較例として、８組の軽圧下ロー
ルを設置して行なった。鋼種はＡ／−−８ｉキルド鋼お
工びＡｔキルド鋼とし、スラブサイズは厚み２００〜４
００ｇ、巾１０００〜２０００Ｍとした。圧下領域の凝
固率は、鋳造速度または冷却・リーンを調整することに
よシ所定の値に維持した。

表１に本発明例と共に比較例として操業条件、圧下条件
および釣片品質を示している。この表中（１６） １−／虻、Ｌ坐元す−Ｖす（ＯゝｌＯｊよ゛しζ、ン〒
（Ｖす（９］４コＯ表１から明らかなように、本発明例
１〜７の内部品質はＶ状偏析は改善され、中心部の偏析
状況Ｐ中心／ｐＯははホ１．０に近く、かつ、過圧下に
よる内部割れも発生していない。６はウオーキングパー
の入側、すなわち、圧下開始時の凝固率が若干高い場合
であり、中心部は改善されているが周辺部には圧下前に
生じたＶ状偏析の一部が残っておシ、圧下開始時の初期
凝固率は低いｔユど圧下の効果は大きい。７は、圧下時
間の間隔が長いもので圧下後に進行する凝固の割合が大
きくｖ状偏析が断続的に生じておシ、多段圧下の効果を
生かすためには、圧下時間の間隔についても上限が存在
し、適当な値を選ぶことが重要であることを示している
。

一方、８〜１６の比較例は本発明例の圧下条件を満たし
ていないもので、鋳片内には欠陥が存在している。すな
わち、圧下率が適正でない８．９には、内部割れが生じ
ている。１０はウオーキングパー内で完全凝固させなか
ったものでちゃ、中心部の偏析はあｉシ改善されていな
い。すなわち（１９） 本発明例のように圧下を加え続けながら、完全凝固させ
ることが中心部の偏析改善については、重要なことを示
している。

１１は、完全凝固後に圧下したもので、嚢中の圧下率程
度では内部品質の改善はほとんど見られておらず、無圧
下鋳片とほとんど変らない。１２は圧下率が過小なもの
で圧下の効果はほとんど得られていない。１３は圧下時
間の間隔が短いもので、先述したような多段圧下の効果
はほとんど見られず、むしろ１段圧下に近いものとなっ
てお夛、負偏析、内部割れが発生している。１４〜１６
はロールにより圧下したもので、内部割れの発生が著し
い。また、圧下時間の間隔は長く（この場合、ロールビ
、チと鋳造速度のみで決まる）、ロールの曲り等も生じ
るため、偏析の改善状況は、鋳片の厚み、幅、および鋳
造方向で大きくばらつき実用的でない。

以上、説明した本発明によれは、高級鋼の製造にあたっ
て、鋳片の避けられない致命的な欠陥である偏析を、負
偏析帯や内部割れなどの副作用を（２０） 生じさせることなく、鋳片全体にわたり均一に、かつ、
効率よく改善でき、得られる効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は凝固末端部の面圧下模擬試験装置の説明図、第
２図は彎曲型連続鋳造機に鋳片圧下装置としてウオーキ
ングパーを設置した概略説明図、第３図は１段圧下時の
鋳塊の変形応力と凝固率および圧下率の関係を示す図（
実線は面圧下模擬試験装置、破線はウオーキングパーを
設置した連鋳機）、第４図は鋳塊の応力緩和時間と凝固
率および圧下率の関係を示す図、第５図（Ａ）　（Ｂ）
は凝固率４０チにおいて４秒間隔で１回の圧下率１％と
し、５段圧下したときの変形抵抗の推移′ｊ＆：１段圧
下で５チ圧下したときの変形抵抗の推移と比較して示す
図、第６図は１段圧下時（Ａ図）および多段圧下時（Ｂ
図）の■状偏析、負偏析および内部割れの発生限界と鋳
塊の凝固率と圧下率との関係を示した図（図中（イ）は
Ｖ状偏析発生限界、（ロ）は負偏析発生限界、（ハ）は
内部割れ発生限界、に）は完全凝固線、Ｓは適正圧下域
を示す）である。 （２１〕 採　１　図 第２　図 寞　３　図 凝固率　ｆｓ　　　　ぬ） 第４図 凝固率　ｆｓ　　部） （ン（ｉ＋ｕ＋μλ）　　わこ≦≦−′ぐＶ≧ｅ（、ｕ
Ｊｕｔ／Ｉ）４）　　１１４　葎＊Ｏｆ　　　２　　Ｊ
　　　４　１　　　ｂ　　　’７　　８　　４　　ｔＯ
圧下年ｒ（％） 」 ０１２Ｊ４６６７１ＱＩＯ 全圧下率（％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１ン　　鋼の連続鋳造において、面部材を用いて、鋳
   塊の未凝固末端部を挾持するに当り、少くとも以下の条
   件で示される時間以上の間隔で、鋳塊を断続的に圧下す
   ることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。 Ｃ圧下［ｆｉ？ｆｊｌ（７）ｎ５隔）　≧Ａ−ｒ−ｅ”
   ”　　（秒）ｒ　：圧下率　（％） ｆＳ：凝固率　（％） Ａ：０．３〜０．４５　　（秒） Ｂ　　：０．０３５〜０．０５０ （２）鋼の連続鋳造において、凝固率４０％以上の未凝
   固末端部から凝固完了までを、１回の圧下率１．５％以
   下でかつ、全圧下率０．５％以上、５．０−以下で鋳塊
   を圧下しつつ完全凝固させることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の鋼の連続鋳造方法。 （３）　面部材をウオーキングパーとしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載の鋼の鋳造
   方法。