JPS63252654A - 軽圧下鋳造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、連続鋳造において鋳片の中心偏析を防止す
る軽圧下鋳造方法に関する。

［従来の技術］ 通常、連続鋳造においては、溶鋼が水冷鋳型により冷却
されると、鋳片外周部に相当する部分に薄い凝固殻が形
成され、鋳型を通過した鋳片はその内部に未凝固溶鋼を
保持した状態で一群のサポートガイドロールにより案内
されつつ、ピンチロールにより引抜かれる。鋳片引抜き
過程においては、鋳片にスプレィ水を噴射して鋳片内部
の鵡固促進を図り、凝固殻の厚さが変形に耐え得る厚さ
以上に成長すると、鋳片を所定の曲率で略９０゜曲げつ
つ軽圧下装置により凝固途中の鋳片に軽圧下刃を加える
。この軽圧下帯において鋳片を完全凝固させ、次いで、
軽圧下帯の終了位置（矯正点）で矯正装置のロール群に
より鋳片の曲がりを矯正し、直線状になった鋳片を切断
機で所定長に切断する。

鋳片最終凝固部（クレータエンド）では、炭素（Ｃ）、
硫黄（Ｓ）、マンガン（Ｍｎ）ｉｌｆ２びに燐（Ｐ）等
の成分元素が未凝固溶鋼中に濃縮される。

この濃化溶鋼は低融点であるので、溶鋼が凝固殻中で静
止した状態にある場合は析出しないが、濃化溶鋼が凝固
殻中で流動するとこれが析出して所謂中心偏析となる。

通常、溶鋼の凝固収縮により鋳片ボトム方向（鋳片引抜
方向）へ溶鋼が吸引され゛Ｃ流動するので、凝固収縮量
に見合った軽圧下刃を未凝固鋳片に加えて中心偏析を防
止している。

一方、鋳造速度が比較的速くなる場合は、溶鋼静圧が１
３まり、圧下量が不足する箇所の凝固殻が部分的に膨張
する所謂バルジングが発生する。バルジングが発生する
と、膨張した凝固殻がロール圧下により圧縮されて鋳片
トップ方向（鋳片引抜方向の逆方向）への溶鋼の流動が
起こり、クレータエンドに濃化溶鋼が析出して幅広の中
心部（１丁が発生する。特に、ロールのピッチ間隔が大
きい場合及び圧下ロールにたイ〕み又は摩耗が存在する
場合に、バルジングが発生しやすい。このため、通常、
軽圧下帯に一層の小径ロールを配列し、ロール相ＬＬ　
間のピッチを小さくし、バルジングの発生を阻止して中
心偏析を低減するようにしている。

従来の軽圧下鋳造技術においては、軽圧下装置による圧
下のみでは鋳片の中心偏析を十分に低減することができ
ない。このため、電磁攪拌装置（ＥＭＳ）によりクレー
タエンドに回転磁界又は移動磁界を印加し、クレータエ
ンドの濃化溶鋼を電磁誘導により攪拌して中心偏析の発
生を防止している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来の軽圧下鋳造技術においては、クレ
ータエンドにて濃縮された［Ｃ］、　　［Ｐ］等の濃化
成分を電磁攪拌により一定領域内で単に拡散させている
にすぎないので、偏析成分濃度のピーク値を下げること
はできるが、偏析そのものを無くしてしまうことができ
ない。このため、鋳片中心部の一定領域内に濃度レベル
が平均化された偏析帯が生じる。この偏析帯には小型の
島状偏析（セミマクロ偏析）が存在しており、下記に示
すような種々の問題点を生じる。

近時、鋼材の品質に対する霊要家からの要求が高度化及
び多様化してきており、製品化された鋼材中に不可避的
に存在する不純物元素の偏析及び非金属介在物等の一層
の低減化が望まれている。

すなわち、石油及び天然ガス輸送用のバイブ材料におい
ては、硫化水素を含むサワーガスの作用により中心偏析
帯に沿って水素誘起割れ（ＨＩ　Ｃ）が発生するので、
材料の改善によりＨＩＣを防止することが強く要望され
ている。ＨＩＣは中心偏析帯のＰ濃度が高い部分で発生
しやすいことが知られており、一般に、Ｐのピーク濃度
が約０，０４％以上になると、ＨＩＣによる割れ発生率
が高くなる。従来の軽圧下鋳造技術では、鋳片中心部に
Ｐノ農度が健全部のそれの約１０倍にも達する所謂マク
ロ偏析が発生するため、耐ＨＩＣｎ４村を製造する場合
には、取鍋溶鋼のＰ濃度を５０ｐｐｍ以下のレベルに低
減すると共に、凝固後のスラブを約１３００℃に均熱す
ることにより偏析Ｐを拡散し、Ｐ濃度の最大値を低下さ
せるようにしている。

第９図は、横軸に中心偏析粒子の粒径をとり、縦軸に鋳
片長さ１００＋ａｍ当りに存在する１−析粒子の個数を
とって、中心偏析帯を有する種々の鋼材についてセミマ
クロ偏析粒子がＨＩＣに及ぼす影響について調査したグ
ラフ図である。図中、黒丸はＨＩ　Ｃにより割れが生じ
たものを示し、白丸は割れが生じなかったものを示す。

この図に示すように、ＨＩ　Ｃ発生について、粒径が約
０．５　＋ａｎ＋以上の大型の偏析粒子（セミマクロ偏
Ｆｒ）が特に有害であり、このセミマクロ偏析の低減化
がＨＩＣ発生防止にを効なことが知られている。すなわ
ち、鋼材の耐ＨＩＣ特性を改善するためには、前述のマ
クロ偏析及びセミマクロ偏析を共に低減する必要がある
。

一方、海洋構造物用の鋼板材料に対しては、主としてＭ
４４の溶接特性を改善することが需要家から要望されて
いる。すなわち、鋼材に中心偏析帯が存在する場合には
、溶接割れ防止のために溶接時に鋼材を予熱する必要が
あり、溶接後においては溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靭性
が劣化すると共に、溶接継手部にラメラティア（鋼板の
ラミネーションに沿って発生する階段状の割れ）が発生
ずる。従って、構造物の信頼性向上を図るという観点か
ら鋼材の中心偏析帯の低減化が強く望まれている。

更に、厚肉鋼板の連続鋳造においては、圧下比（製品厚
さに対する鋳片厚さの割合い）を十分に確保することが
できないので、鋼板の低温靭性が劣化するという製造上
の問題点がある。

また、ニオブ（Ｎｂ）又はバナジウム（Ｖ）元素を含有
する高張力鋼を製造する場合は、この鋼種の熱間加工脆
性温度領域が約８００℃以下にあるので、オシレージジ
ンマークを起点とする割れ（オシレーション割れ）防止
のために矯正点到達時の鋳片表面温度を約８００℃以上
に保持する必要がある。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
凝固末期における溶湯の流動を抑制して鋳片中心部に偏
析する不純物等の絶対量を低減することができると共に
、オシレーション割れ等を防止することができる軽圧下
鋳造方法を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る軽圧下鋳造方法は、引抜き過程にある鋳
片の引抜速度、冷却速度並びに圧下量を制御して鋳片最
終凝固部を軽圧下ロール群の適所に位置させ、鋳片表面
に噴射される冷却水量を調節することにより最終凝固部
近傍の鋳片表面温度を８００乃至９００℃の温度範囲と
し、軽圧下ロール群により毎分０．３乃至０．５％の歪
み速度の圧下刃を鋳片に印加することを特徴とする。

［作用］ この発明に係る軽圧下鋳造方法においては、鋳型から鋳
片を所定の引抜速度で引抜き、所定の冷却速度で鋳片を
冷却すると共に、所定の圧下口を印加して鋳片最終凝固
部を軽圧下ロール群の適所に位置させる。そして、軽圧
下ロール群により鋳片に毎分０．３乃至０．５％の歪速
度の圧下刃を鋳片に印加する。そうすると、凝固末期の
凝固殻が鋳片中心側に押され、凝固末期の濃化溶湯に鋳
片引抜方向と逆方向に流動する力が作用する一方、凝固
収縮により濃化溶湯には鋳片引抜方向に流動する力が発
生しているので、両者が釣合って濃化溶鋼の流動が実質
的に阻止され、濃化溶湯が析出ぜず、中心偏析の発生が
防止される。また、鋳片表面に噴射される冷却水量を調
節し、鋳片最終凝固部近傍の表面温度を８００乃至９０
０℃にする。このため、鋳片が熱間加工脆性温度以上の
温度域で矯正されるので、オシレーション割れの発生が
防止される。

［実施例］ 以下、添付の図面を参照してこの発明の実施例について
具体的に説明する。

先ず、中心偏析低減の基本的考え方について説明する。

第４図は、凝固末期における中心偏析の生成機構を示す
模式図である。図中、斜線領域は固相、斜線領域を除く
領域は液相を夫々示す。また、図中の記号ｇは残留溶鋼
が流動しうる限界の固相率、記号ＬＤは固液共存領域の
厚さ、記号ＬＬは液相領域（１００％液相領域）の厚さ
を夫々示す。図中、固相率が零の厚さ位置から固相率が
ｇｌになる厚さ位置までの領域に存在する濃化溶鋼が流
動して混合されることにより中心偏析が形成されると仮
定すると、凝固末期溶鋼の成分４但し、上記（１）式中
の各記号は下記による。

α−ＬＬ／ＬＤ（凝固末期の固液共存領域に対する液相
領域の割合） ＬＬ、Ｌｏ　；凝固末期の液相領域の厚さ、固液共存領
域の厚さ ｇ；残留溶鋼が流動しうる限界の固相率Ｋｏ　　；　［
Ｃ］　、［Ｐ］等の各成分における平衡分配係数 第５図は、上記（１）式により求めた［Ｃ］の成分濃化
率ＣＬ／Ｃ，を縦軸にとり、凝固末期の固液共存領域に
対する液相領域の割合αを横軸にとって、凝固末期にお
ける溶鋼流動と偏析度との関係について検討したグラフ
図である。図中、各曲線に記入した数値は夫々の固相率
ｇを示す。なお、平衡分配係数Ｋｏを０．１４１として
成分濃化率ＣＬ／Ｃ，を算出した。この図から明らかな
ように、濃化溶鋼の流動限界固相率ｇが大になるに従っ
て成分濃化率ＣＬ／Ｃ，が高くなり、また完全液相領域
の割合αが小さくなるほど成分濃化率に与える影響が大
きくなる。すなわち、濃化溶鋼の流動が活発になると成
分濃化率が高まり、偏析度が高くなる。従って、中心偏
［斤を低減するためには、濃化溶鋼の流動を抑制する必
要がある。

この濃化溶鋼の流動を抑制する手段として、第１に鋳片
のロール間バルジングの発生を抑制するためにロール相
互間のピッチを狭くすること、第２に凝固収縮により濃
化溶鋼がボトム側（鋳片用ｔ＆き下流側）へ吸引される
ことを阻止するために凝固収縮量にＩＩＩ当する適正量
の軽圧下を鋳片に印；川することが挙げられる。また、
種々の条件下で実際に鋳造した試験結果によれば、軽圧
下帯の開始位置から約３／４のところにクレータエンド
を１η置させた場合に、軽圧下帯のロール圧下の効果が
最大になることが判明した。

ところで、発明者らは、未凝固領域の厚さが約３０１＋
１Ｉ１１の凝固途中の鋳片にトレーサー（Ｆ　ｅ　Ｓ）
が１・１人された鋲を打込み、軽圧下量を種々変更して
凝固末期の濃化溶鋼の流動状況を調査した結果、以下の
知見を得ることができた。

第６図は、横軸に軽圧下量（鋳片引抜長さ１ｍ当りのロ
ール間隔絞り込みＱ）をとり、縦軸に溶鋼の流動長さを
とって、前記調査結果に基づき軽圧下量と溶鋼流動長さ
との関係を示すグラフ図である。この図から明らかなよ
うに、軽圧下量が増加するに従って溶鋼の流動長さが減
少し、約１．２ａ＋＋ａ／ｎの軽圧下量のときに溶鋼の
流動長さが最小になる。

第１図はこの発明の実施例に係る軽圧下鋳造方法に使用
される軽圧下装置を側方から見た概略断面図、第２図は
同じく軽圧下装置を示す斜視図である。垂直曲げ型連続
鋳造機の上部には鋳型（図示せず）が設けられ、所定断
面のスラブとなる未凝固鋳片３０が鋳型からピンチロー
ルにより引抜かれるようになっている。鋳型の下方には
一層のサポートガイドロールが鋳片を取囲むように配列
され、これにより垂直引抜き部が形成されている。

垂直引抜き部の下方には？Ｕ数対の曲げロール２４が設
けられ、曲げロール２４により凝固途中の鋳片３０が曲
げられて鋳片引抜き方向が水平に変更されるようになっ
ている。更に、曲げロール２４の下方には軽圧下装置１
０か設けられ、鋳片に所定瓜の圧下を加えるようになっ
ている。軽圧下装置１−　（’）は２基のセグメント１
２．１４を有しており、各セグメント１２．１４は段数
対の小径の軽圧下ロール１６．１８を夫々備えている。

これらの軽圧下ロール１．６．１８には１対ごとに油圧
シリンダ（図示せず）が設けられ、鋳片３０が略均−に
圧下されるようにすると共に、過荷重がロール１６．１
８にかからないようにされている。一群のスプレィノズ
ル２０が鋳片３０の幅に沿って配列されると共に、各列
のスプレィノズル２０が軽圧下ロール１６．１８の間に
夫々配設されている。一群のスプレィノズル２０は水量
調節機能を釘する冷却水供給源（図示せず）に接続され
、各ゾーンのスプレィパターンを制御することにより′
鋳片３０が所定の速度で冷却されるようになっている。

第２図に示すように、軽圧下ロール１６はその長さが３
分割されている。一方、上流側のセグメント１２内には
２対の軽圧下ロール１８が電磁攪拌装置（ＥＭＳ）２２
を挟むように配設されている。ＥＭＳ２２は、耐ＨＩＣ
ｔ１４等の高品質鋼以外の通常程度の品質の鋼種を製造
する場合に、この位置にてクレータエンドの濃化溶鋼を
攪拌するようになっている。従って、ＥＭＳ２２の近傍
のロール１８はその長さが６分割されており、鋳片に対
して更にきめ細かな圧下が印加されるようになっている
。

なお、軽圧下ロール１６．１８は、その径が従来の約３
７５１１ＩＩ１１から約２１０１に、ロール相互間のピ
ッチが従来の約４２０ｍｍから約２３５ｍｍに、各セグ
メント内のロール本数が従来の５対から８対に夫々変更
されている。また、この連続鋳造機における垂直引抜き
部の長さは約４ｍ、鋳片曲げ部の曲率半径は約８ｍ、鋳
型内湯面（メニスカス）から軽圧下装置１０までの高低
差は約１０．４乃至１４．１ｍである。

次に、この発明方法により鋳片を製造する場合について
具体的に説明する。鋳造鋼種はＮｂ、Ｖ系うインパイプ
用高張力＃ｔｌｌ（ＡＰＩ　　Ｘ−６５）であり、鋳片
（スラブ）の幅は約１９５０ｍｌ１１である。

ＲＨ脱ガス処理及び取鍋精錬処理により成分調整された
溶鋼をタンディツシュから鋳型内に鋳造する。このとき
、タンディツシュ内の溶鋼温度は約１５５２℃であり、
溶鋼は約３３°Ｃの過熱状態にある。

（この鋼種の凝固温度は約１５１９℃）。ｍｎＡが鋳型
内に注入されると、鋳型壁に接して凝固殻３２が形成さ
れる。毎分的０．７５ｍｔ７）′り：ｆ造速度で未凝固
状態の鋳片３０を引抜き、クレータエンド３６をセグメ
ント１４の略中夫に位置させる。軽圧下装置１０におい
ては、一群の軽圧下ロール１６．１８により鋳片引抜長
さ１ｍ当り約１　、２ａ＋ｍの割合いで鋳片３０に圧下
を加える。

第３図は、クレータエンド近傍域を拡大して凝固末期溶
湯の流動について説明する模式図である。

軽圧下ロール１６の圧下が印加されると、クレータエン
ド３６の周囲の凝固殻３２が鋳片中央側に押され、クレ
ータエンド３６内の濃化溶鋼が鋳片トップ方向に押戻さ
れる押戻し力ａが作用し、クレータエンド３６の濃化溶
鋼がボトム側に吸引される凝固収縮力すと押戻し力ａと
が均衡し、ｌＪ、フ化溶鋼の流動が阻止される。一方、
冷却水供給源の流量調節弁を調節して各スプレィノズル
２ｏに供給する冷却水量を制御し、沈水＝Ｏ，５４ツバ
ｇ　（鋳片１ｋｇ当りのスプレィ水ｍ）のスプレィパタ
ーンで各スプレィノズル２０を介して鋳片に冷却水を噴
射する。これにより、クレータエンド３６近傍の鋳片表
面温度が約８００乃至９００’Ｃの範囲に入り、この後
においてオシレーション割れ等を生じることなく鋳片の
曲りを矯正することができる。

第７図は、横軸に軽圧下量及び歪速度をとり、縦軸に炭
素偏析度（偏析帯における平均炭素濃度に対する炭素ピ
ーク濃度の割合）をとって、他の条件を実質的に同一に
して両者の関係について、調査した結果を示すグラフ図
である。この図から明らかなように、軽圧下ｍを約１．
２ａ＋ｏ＋／ｍにすると、従来の軽圧下鋳造では約１．
３５以上の高レベルの炭素偏析度であったが、これを約
１．１０程度まで低減することができた。

上記実施例により製造されたスラブ（均熱処理無し）か
ら試料を採取し、硫化水素雰囲気中で行なう腐蝕試験（
ＮＡＣＥ試験）により２４個の断面についてＨＩＣ発生
率を、調査した結果、長さが０．０１１１１１０以上の
割れは全く認められなかった。

第８図は、横軸に偏析帯に存在する偏析粒子の粒径をと
り、縦軸に鋳片引抜長さｌｏｏ■当りの偏析粒子の個数
をとって、セミマクロ偏析粒子の粒径分布について調査
したグラフ図である。図中、黒丸はこの発明の実施例に
より製造された鋳片の中心偏析帯に存在するセミマクロ
偏析粒子、白丸は従来の方法により製造された鋳片の中
心偏析帯に存在するセミマクロ偏析粒子を夫々示す。こ
の図から明らかなように、この発明の実施例によれば、
ＨＩ　Ｃ割れに有害となる粒径０．５ｍｍ以上のセミマ
クロ偏析粒子の数を従来よりも大幅に減少させることが
でき、中心偏析低減の効果をあげることができた。

また、軽圧下ロール１６．１８の径及びロール間のピッ
チを従来よりも小さくしているので、バルジングの発生
を有効に防止することができる。

更に、軽圧下ロール１６．１８の長さを３分割又は６分
割しているので、ロールがたわむことなく油圧装置の駆
動力が各分割ロールに確実に伝達され、ロール圧下制御
を一層精密にすることができ、溶鋼の流動限界固相率ｇ
を従来の０．７０から０．１５まで低減することができ
た。

また、上記実施例ではＮｂ、Ｖ系高張力鋼を製造する場
合について示したが、これに限らず約８００℃以下の温
度域で熱間加工脆性を示す他の金属材料を製造する場合
についてもこの発明方法を使用することができる。

また、上記実施例ではスラブを製造する場合について示
したが、これに限らずブルーム又は丸ビレット等を製造
する場合にもこの発明方法を使用することができる。

［発明の効果コ この発明によれば、凝固末期の濃化溶湯の流動を有効に
阻止することができるので、鋳片中心部に偏析する不純
物等の絶対量を大幅に低減することができる。また、最
終凝固部近傍の鋳片表面温度を８００乃至９００°Ｃの
温度域にしているので、鋳片材料の熱間脆性温度域を回
避することができ、鋳片の曲がりを矯正する場合に割れ
が発生することを有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る軽圧下鋳造方法が使用
された軽圧下装置を側方から見た概略断面図、第２図は
同じく軽圧下装置を示す斜視図、第３図は凝固末期溶湯
の流動について説明する模式図、第４図は濃化溶鋼の凝
固機構を示す模式図、第５図は溶鋼の流動と偏析度との
関係を示す模式図、第６図は軽圧下ごと濃化溶鋼の流動
長さとの関係を示すグラフ図、第７図及び第８図はこの
発明の効果を示すグラフ図、第９図は水素誘起割れ（Ｈ
ＩＣ）に及ぼすセミマクロ偏析の影響を示すグラフ図で
ある。 ｌＯ：軽圧下装置、１２．１４．セグメント、１６．１
８；軽圧下ロール、２０；スプレィノズル、３０；鋳片
、３６；クレータエンド出願人代理人　弁理士　鈴江武
彦 第２図 第３図 第４図 α 第５図 第６図 社りＴｌ　（ｍ％） 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 引抜き過程にある鋳片の引抜速度、冷却速度並びに圧下
   量を制御して鋳片最終凝固部を軽圧下ロール群の適所に
   位置させ、鋳片表面に噴射される冷却水量を調節するこ
   とにより最終凝固部近傍の鋳片表面温度を８００乃至９
   ００℃の温度範囲とし、軽圧下ロール群により毎分０．
   ３乃至０．５％の歪み速度の圧下刃を鋳片に印加するこ
   とを特徴とする軽圧下鋳造方法。