JPS626744A - 高炭素鋼の連続鋳造法 - 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】 産業上の利用分野 この発明は、連鋳機内で鋳片中心部の所望の部分の温度
を制御することにより、偏析を低減させ、高炭素鋼の鋳
片材質の欠陥を改善した連続鋳造鋳片の製造法に関する
。

従来の技術 偏析の改善方法としては、溶鋼へＣａを添加し、精錬に
よって有害な偏析の原因となる溶質（例えばＳ）を予め
低減させておく方法、連続鋳造機のロール間隔を短くし
バルジングを抑え、又は電磁攪拌によって中心偏析を軽
減する方法などが一般的に行なわれているや 又、省エネルギー、省力化の点から、連鋳片を室温まで
冷やすことなく、熱間圧延する直接圧延ないしは加熱炉
に装入した後圧延するホットチャージ圧延において、圧
延時の鋳片の表面割れを防止するため、溶融凝固に引き
続く冷却過程中、熱間圧延開始までの間を超緩冷却を施
す鋳片の表面割れ抑制法も提案されている（特開昭５５
−８４２０３　）。

上記方法は、熱間加工性に有害なＰ、Ｓ、０、Ｎ等の元
素の偏析により、非金属介在物として析出を生じる特定
の温度域でシミュレーション実験を行い、１３００℃〜
９００℃温度域で断面収縮率の最小値が６０％未満にな
ると表面割れが多発することに着目し、これらの元素の
析出形態を制御することにより、鋳片の熱間割れ抑制を
行うものである。

又、特開昭５５−１０９５０３、同５５−１１０７２４
号公報においても、同様に連鋳片を熱間圧延前に徐冷し
、直接圧延する方法が開示されている。

又、特公昭４９−６９７４号公報においては、連続鋳造
ストランドの処理において、表面と中心液体との温度差
が大きくなりすぎないよう、冷却、加熱を行い割れの防
止を行う方法が開示されている。

又、特願昭５９−２１９４０においては、連続鋳造二次
冷却において、冷却中に生ずる包晶反応、Ａｒａ変態（
δ−γ変態）を利用して低炭素鋼の連鋳片を緩冷却させ
、凝固偏析を低減させて材質の欠陥を軽減させる方法が
示されている。

発明が解決しようとする問題点 上記特願昭５９−２１９４０に示された方法は、低炭素
鋼における凝固偏析に伴う材質の欠陥を軽減させる方法
であるが高炭素鋼における偏析を軽減させる有効な方法
についてもその開発が望まれていた。

以下、図面を用いてこの点につき説明する。

第６図にはＦｅ−Ｃ系の状態図を示す、２７はδ−γ変
態する低炭素鋼のδ相晶出開始線、２８はδ相が晶出し
なくなる点、２９はγ相が晶出開始する線、３０はγ相
の晶出が終了する凝固完了線、３１はδ相がγ相に変態
する線である。

例えば、低炭素鋼でＣなる組成の凝固を考えてみると、
３２の点でδ相晶出がはじまり、３３点でδ−γ変態が
おこり、溶質元素（例えばＭｎとＰ）は互いに分離しよ
うとする。モして３４の点で凝固は完了する。凝固開始
温度は約１５２０”Ｃ！、凝固終了温度は約１４７０℃
であり、差は５０℃程度である。

それに対し、Ｄなる組成の高炭素鋼は、３５の点約１４
５０℃で凝固を開始し、γ相が晶出する。そして３６の
点約１３１Ｏ℃で凝固は完了する。その差は約１４０℃
である。これらから分かるように、高炭素鋼は、低炭素
鋼に比べ、凝固開始温度が非常に低く、又、δ−γ変態
のような溶質元素が互いに分離し、偏析が軽減されるこ
ともない、さらに凝固開始から完了までの温度差が大き
く完全に凝固するのは、かなり低い温度である。

以上のように低炭素鋼における緩冷却は、高温凝固のδ
−γ変態による溶質の分離があるもので、高炭素鋼の低
温凝固で、γ相による凝固とは本質的に徐冷部の条件が
異なる。

従って高炭素鋼の偏析を改善する技術、即ちγ相である
こと、低温凝固による拡散速度が小さいレベルでの偏析
を改善する技術の開発が望まれていた。

問題点を解決するための手段 この発明は上記問題点を解決するための手段を提供する
もので、高炭素鋼の比較的偏析を減少しずらい低温凝固
の条件下で徐冷部を行い、凝固を開始してから拡散速度
がほとんどなくなる９０Ｇ’０までの間で出来るだけ高
い温度レベルで保持し、偏析を改善する事にある。

即ち、γ相での凝固時のＭｎ、　Ｐ偏析は、同一場所に
重複して存在し、δ−γ変態のように、変態中を徐冷す
ることにより、　Ｍｎ、　Ｐの偏析を分離し偏析を改善
することはできない、又、鋳片の中心部が完全凝固する
温度は、低炭素鋼よりも　１００”０以上低いため、凝
固中あるいは凝固直後の比較的高温である状態を有効に
利用し、拡散によって偏析を改善する必要がある。

すなわち、本発明は、炭素濃度０．５４重量％〜１゜５
０重量％の高炭素鋼の連続鋳造凝固過程において、鋳片
中心部凝固開始温度から９００’Ｃの間を冷却速度４０
℃／分以下で徐冷部させ、凝固偏析を低減させてそれに
伴う材質の欠陥を軽減させることを特徴とする高炭素鋼
の連続鋳造法である。

次に各限定条件について説明する。

炭素濃度はγ相だけが晶出する炭素濃度０．５４〜１．
５０重量％とし、鋳片の部位は偏析で品質の問題となる
鋳片中心偏析、Ｖ偏析部とし、この部位が凝固を開始す
る温度から、拡散によって偏析が改善される限界温度で
ある９００℃までを、成品のカッピー断線率が品質要求
に満たされる上限である冷却速度４０℃／分以下とした
。冷却速度の下限は、成品の品質要求レベル、あるいは
経済性を加味して決めればよい、好ましくは１２００℃
で１０分保持し、４０℃／分で冷却する方法が良い。

次に第１図によって冷却の構成を説明する。

１はモールド、２はガイドロール、３は温度検高温、４
は制御装置、５は冷却又は加熱装置、６はピンチロール
、Ａは鋳片中心部凝固開始部、Ｂは、鋳片中心凝固完了
部をそれぞれ表わす。

モールド直下のＡの側壁に隣接して冷却ならひに加熱装
置５を左右両サイドに配置する。該装置５の水量、ガス
量等の指示を与える制御装置４をそれぞれ設ける。該制
御装置４へは、温度検出器（熱電対等）３が電気的に接
続されている。

作用 訃、Ｐの溶質元素の固相内拡散速度と温度の関係を第２
図に示した。第２図において、７は実鋳片中心部が凝固
開始する温度、８は実鋳片中心部９００　’Ｏの温度を
示すもので、この図から分かるように、　８００℃のＭ
ｎの拡、散速度は、凝固開始の拡散速度の約１／１００
０　（図中１１と１２の差）、同じくＰは約１／ｌｏｏ
　（図中１３と１４の差）になる。すなわち。

拡散速度は、温度が高い方が圧倒的に大きく、高炭素鋼
の偏析を改善するには比較的温度の高い期間を長く保つ
ことが最も良い方法であることが分かる。

次に第１図によってその作用を具体的に説明する。温度
検出器３によって常に温度実測値を測定し、該測定値と
設定値を比較し、その差の信号を冷却装置又は加熱装置
に与えて、冷却速度が４０℃／分以下になるようにコン
トロールする。冷却、又は加熱装置５は例えば冷却水量
を調整する機能、保温用バーナーによりガス量を調整す
る機能、その他高周波誘導加熱などの装置等を取り付け
ることによって冷却速度を調整し、その成品に必要な偏
析の低減量の徐冷却を行なう。

実施例 以下実施例を挙げて説明する。

実施例１にはシュミレーション結果、実施例２には実鋳
片結果を示す。実施例２の中で、冷却速度は、６０℃／
分、４０℃／分、３０℃／分、１２００℃で１０分保持
して４０℃／分の４つの方法でそれぞれ示す。

実施例１ 炭素濃度０．６、０．８、１．５％の鋼において、凝固
開始から１２００℃まで、２６℃／分と２．５℃／分の
２水準の冷却速度で冷却後、４５００℃／分で冷却して
常温まで下げるシュミレーションテストを行なった。こ
の鋼の偏析部のＭｎとＰの偏析度を２６℃／分の冷速の
場合を１．０として第３図に示した。

１５力＜Ｍｕ、１６がＰの２６℃／分の冷却速度での０
．６．０．８、１．５％炭素濃度の鋼、１７がＭｎ、　
１８がＰのそれぞれ２．５℃／分の冷却速度での０．６
．０．８．１．５％炭素濃度の鋼の場合を示す（白丸が
Ｋｎ、黒丸がＰを示す）。

この図から分かるように、冷却速度を約１１１０にして
徐冷した場合には、Ｍｎで約Ｑ、５、Ｐでほぼ０．１に
近くなり、偏析が大きく改善されていることが分かり、
前述した高温における拡散速度の大きさが偏析改善に寄
与するところは大きい。

実施例２ 炭素濃度０．８％の実鋳片の凝固において、中心偏析お
よびその付近のＶ偏析を改善するために、実鋳片中心温
度が凝固開始から９００℃までの間を、次の方法で冷却
した。

（１）徐冷 （２）保持＋徐冷 （１）　、　（２）の方法については前述したとおりで
ある。

これらの偏析の改善効果を６０℃／分で冷却した場合を
１．０として第４図に示す。

１８はＮｎ、２０はＰの６０℃／分の冷却速度、２Ｉは
Ｍｎ、２２はＰの４０℃／分の冷却速度、２３はＭｎ、
　２４はＰ（７）３０℃／分の冷却速度、２５はＭｎ、
２ＢはＰの１２００℃で１０分保持し４０℃／分の冷却
速度における偏析の改善度を示す。

この図から分かるように、６０℃／分に比べ４０℃／分
の冷却ではＭｎは約３割改善、Ｐは５割、１２００℃１
０分保持で４０℃／分の冷却でＭｎは約５割、Ｐは７割
改善されることが分かる。

次に成品の要求レベルを１．０以下としたカッピー断線
指数と上述の冷却方法について第５図に示す。４０℃／
分でほぼ品質要求が満たされることから、徐冷の場合は
、４０℃／分以下にすることが必要である。またより品
質要求がきびしいときは、３０℃／分の冷却か、１２０
０℃ｌＯ分保持で４０℃／分で冷却のケースを適用すれ
ばよい。

発明の効果 以上詳述したように本発明により、連続鋳造による製造
法において問題となる偏析部の溶質、特にＭｎ、　　Ｐ
の偏析を改善し、鋳片および成品の品質欠陥の原因を除
くことができ、スチールコード線材等の品質が向上する
など発明の効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続鋳造モールド下の徐冷装置の一例を示す。 第２図はγ相中でのＭｎ、　Ｐの拡散速度と温度の関係
図、第３図は実施例１のシュミレーションテストの結果
を示す説明図、第４図は実施例２の実鋳片製造テスト結
果を示す説明図、第５図は冷却速度と成品のカッピー断
線率の関係図、第６図はＦｅ−Ｃの状態図で従来技術及
び本願の説明図である。 １・・・モールド、２・・・ガイドロール、３争・・温
度検出器、４・・・制御装置、５・拳・冷却又は加熱装
置、６・・・ピンチロール、７拳・・実鋳片中心部が凝
固開始する温度、８・・・実鋳片中心部が９００℃の温
度、９・・・Ｐの拡散速度、１０拳・・Ｍｎの拡散速度
、１１・・・凝固開始時のＭｎの拡散速度、１２・・−
９００℃の温度のＭｎの拡散速度、Ａ−・・鋳片中心部
凝固開始部、１３・・拳凝固開始時のＰの拡散速度、Ｂ
・・・鋳片中心凝固完了部、！４・・０８００℃の温度
のＰの拡散速度、１５・・ｍａｎの２６℃／分の冷却速
度、１６俸・・Ｐの２８℃／分の冷却速度、１７・・・
Ｍｎの２．５℃／分の冷却速度、１８・・・Ｐの２．５
℃／分の冷却速度、１９争・−Ｍｎの６０℃／分の冷却
速度、２０・拳−ｐの６０℃／分の冷却速度１．２１＊
　ｅ　ｍａｎの４０℃／分の冷却速度、２２・・・Ｐの
４０℃／分の冷却速度、２３・・ｍａｎの３０℃／分の
冷却速度、２４・・・Ｐ（７）３０℃／分の冷却速度、
２５拳ｅ＊Ｍｎの１２００℃１０分保持し４０℃／分の
冷却速度、２６・・−Ｐの１２００℃で１０分保持し４
０℃／分の冷却速度、２７・・・δ−γ変態する低炭素
鋼のδ相晶出開始線、２８Φ・・δ相が晶出しなくなる
点、２８・・・γ相が晶出開始する線、３０・φ・γ相
の晶出が終了する凝固完了線、３１・・・δ相がγ相に
変態する線、３２・・・δ相晶出が始まる点、３３・―
・δ−γ変態が起こる点、３４・・・凝固完了する点、
３５・・ｅ高炭素鋼の凝固開始点、３６・φ・高炭素鋼
の凝固完了点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素濃度０．５４重量％〜１．５０重量％の高炭素鋼の
   連続鋳造凝固過程において、鋳片中心部凝固開始温度か
   ら９００℃の間を冷却速度４０℃／分以下で徐冷却させ
   、凝固偏析を低減させてそれに伴う材質の欠陥を軽減さ
   せることを特徴とする高炭素鋼の連続鋳造法。