JP3498586B2 - 連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造方法で鋳
造される鋼鋳片の中心偏析と内部割れの発生を軽減する
ため、連続鋳造装置のガイドロール群の間で鋳片に積極
的にバルジングを起こさせた後圧下する方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】連続鋳造法で鋼鋳片を製造する場合に
は、鋳片に中心偏析と呼ばれる内部欠陥がしばしば発生
し、問題となる。この中心偏析の発生は、鋳片の厚み方
向中心部の最終凝固部に溶鋼のＣ、Mn、Ｓ、Ｐなどの成
分元素が濃化して正偏析する現象である。この現象は、
厚板鋼材において特に深刻な問題であり、偏析部分にお
ける靱性の低下や水素誘起割れの原因となることが知ら
れている。 【０００３】中心偏析の発生原因は、溶鋼の凝固末期に
おける樹枝状晶（デンドライト）間にＣ、Mn、Ｓ、Ｐな
どの成分元素が濃化した溶鋼が残り、鋳片厚み方向中心
部でそのまま凝固すること、および凝固時の収縮または
バルジングと呼ばれる鋳片の膨れによる溶鋼流動によ
り、最終凝固部の凝固完了点に向かって溶鋼がマクロ的
に移動することである。したがって、中心偏析の防止対
策としては、樹枝状晶間の濃化溶鋼の移動を妨げるこ
と、および濃化溶鋼の局部的な集積を妨げることが有効
である。 【０００４】中心偏析を改善する方法として、たとえば
特開昭63-252655号公報には、鋳片表面に噴射される二
次冷却水量を増加させることにより、鋳片最終凝固部の
表面温度を700〜800℃の範囲とし、凝固シェル厚さを厚
くすることにより、ロール間で発生するバルジング量を
抑制し、さらに軽圧下ロール群で毎分0.2〜0.4％の歪み
速度の圧下力を鋳片に加えることにより、濃化溶鋼の流
動を阻止し、中心偏析を防止する方法（未凝固圧下法）
が提案されている。 【０００５】上述したように、鋳造中の鋳片にバルジン
グが起こると中心偏析が発生するといわれていたが、鋳
片に積極的にバルジングを起こさせた後圧下する連続鋳
造方法（以下、この方法を「バルジング−圧下法」とい
う）によって中心偏析の発生を防止させるという発明が
下記のようにいつくか提案されている。 【０００６】図１は、バルジング−圧下法の原理を説明
するための連続鋳造設備の一例を模式的に示す図であ
る。図１を用いて、上記の提案を幾つか説明する。 【０００７】鋳型1と鋳片2の液層線クレータエンド3
との間で凝固シェル2aにバルジング力を作用させ、次い
で、液層線クレータエンド3と固相線クレータエンド4と
の間で鋳片に圧下を加える連続鋳造方法（特開昭60-625
4号公報、参照）。 【０００８】扁平比1.6以下の鋳片2の連続鋳造におい
て、鋳型1の直下に配置されたガイドロール5a,5bの複数
組においてロール間隔を鋳型下端内側厚みよりも広く
し、鋳片厚み方向にバルジングさせ、その後方において
他のロール5cによって鋳片2を0.04〜10％圧下する鋳片
の製造法（特開昭60-21150号公報、参照）。 【０００９】鋳型1の直下から引き抜き方向に配列さ
れたガイドロール群5を鋳片2の厚さ方向に間隔を段階的
に増加させて鋳片にバルジングを生じさせ、鋳片の厚さ
を鋳型短辺の２〜３倍とした後、クレータエンド4付近
で小径ロール5cによって軽圧下するスラブの連続鋳造方
法（特開平1-178355号公報、参照）。 【００１０】鋳片2のクレータエンド4のパスラインの
位置に軽圧下ロール群5cからなる圧下ゾーンを設け、こ
の圧下ゾーンの前に基準ロール間隔に対してロール間隔
を5.0〜0.5％広げたガイドロール群5a,5bからなるバル
ジング形成ブロックを連設し、鋳片にバルジングを形成
させ、続いて4.0〜0.5％の軽圧下を行うブルーム連続鋳
造方法（特開平2-235558号公報、参照）。 【００１１】鋳片2の中心部の固相率が0.1以下の位置
でバルジングを生ぜしめ、鋳片の最大厚さを鋳型1の短
辺長さよりも20〜100mm厚くし、凝固完了点4の直前で一
対の圧下ロール5cあたり20mm以上の圧下を与え、バルジ
ング量相当量を圧下する連続鋳造方法（特開平9-57410
号公報、参照）。 【００１２】鋳片2の未凝固厚みが30mm以上の位置ま
での間に鋳片にバルジングを生ぜしめ、鋳片の最大厚さ
を鋳型1の短辺長さの10〜50％分厚くし、凝固完了直前
までに少なくとも１対の圧下ロールを用いて鋳片長さあ
たり80mm／ｍ以上の圧下勾配で圧下を与え、バルジング
量相当分を圧下する連続鋳造方法（特開平9-206903号公
報、参照）。 【００１３】通常の連続鋳造方法は、図１を用いて説明
すると、溶鋼6が浸漬ノズル7を経て鋳型1に注入され、
水冷されている鋳型1およびその下方に配置されたガイ
ドロール群5のロールの間に設けられたスプレーノズル
群（図示せず）から噴射される冷却水によって冷却さ
れ、凝固シェル2aが形成されて引き出され鋳片2とな
る。鋳片2は、内部に未凝固部2bを保持した状態で鋳型
から引き抜かれる。 【００１４】バルジング−圧下法による連続鋳造方法
は、図１に示すように、バルジングゾーンでガイドロー
ル群5bのロール間隔を段階的に広げてあるので、鋳片は
溶鋼静圧によって鋳片の長手方向の中央部が短辺方向に
段階的に広げられ、いわゆるバルジングが発生する。バ
ルジングを起こした鋳片は、圧下ゾーンの圧下ロール群
5cによって段階的に圧下され、鋳片の凝固界面が圧着さ
れて凝固する。凝固した鋳片は、ピンチロール群8によ
って引き抜かれる。 【００１５】 【発明が解決しようとする課題】上記のからに提案
されたバルジング−圧下連続鋳造方法は、鋳片の中心偏
析の発生を軽減させる効果がある。しかし、バルジング
量と圧下量が大きくなると、鋳片内の凝固界面に割れが
発生し、鋼板製品となったとき、強度が低下することが
ある。 【００１６】本発明の目的は、湾曲型又は垂直曲げ型連
続鋳造装置を用いる連続鋳造方法であって、バルジング
量および圧下量が大きくなっても鋳片に内部割れを発生
させないバルジング−圧下連続鋳造法を提供することに
ある。 【００１７】本発明者らは、バルジング量および圧下量
を大きくしたとき発生する鋳片の内部割れを防止する方
法について調査を行い、圧下ロールの直径と設置ピッチ
を最適化する必要があることを見いだし、本発明を完成
した。 【００１８】【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次のと
おりである。鋳片2の液相線クレータエンド3に相当する
位置から固相線クレータエンド4に相当する位置までの
所定範囲で、ガイドロール群5bの鋳片短辺方向のロール
間隔を広げて鋳片に5mmから100mmまでのバルジングを起
こさせた後、圧下ロール5cによって前記バルジング相当
量で圧下する、湾曲型又は垂直曲げ型連続鋳造装置を用
いる連続鋳造方法であって、圧下ロールの鋳片引き抜き
方向の軸間距離（ロール設置ピッチ）をｐとするとき、
ロール設置ピッチｐが下記式を満足するとともに、圧下
ロールの直径を１５０ｍｍ以上とすることを特徴とする
連続鋳造方法。 【００１９】Ｄ＜ｐ≦Ｄ＋200（mm） ここで、Ｄは圧下ロールの直径（mm）であり、ｐはロー
ル設置ピッチであり、複数本の小径ロールを有する圧下
装置の場合はそれぞれの圧下ロールの中心間距離を、１
本の大径圧下ロールの場合は圧下ロールとバルジングロ
ールとの中心間距離または圧下ロールとピンチロールと
の中心間距離をいう。 【００２０】本発明方法は、湾曲型連続鋳造装置でも垂
直曲げ型連続鋳造装置でも、その型式を問わず同じよう
に適用できる。また、鋳片はスラブでもブルーム（ビレ
ット）でもよいが、特に厚鋼板等の素材になるスラブの
連続鋳造に適用するのが好適である。 【００２１】本発明において、連続鋳造における固相線
クレータエンドの位置Ｌ_SCEは、メニスカスからの長さ
として、下記の式を用いて計算することができる。 【００２２】Ｌ_SCE＝(ｔ/Ｋ)²×Ｖc／４ ここで、ｔは鋳片の厚さ（ｍ）、Ｋは凝固係数、Ｖcは
鋳造速度（ｍ/min）である。 【００２３】「ロール間隔」とは、鋳片を挟んで設けら
れたロールの鋳片短辺方向の距離であり、「ロール設置
ピッチ」とは、鋳片の引き抜き方向のロール軸間距離を
意味する。 【００２４】 【発明の実施の形態】図１に示すように、本発明のバル
ジング−圧下連続鋳造法では、鋳片２を液相線クレータ
エンド3から固相線クレータエンド4の間において積極的
にバルジングさせた後、圧下ロール群5cによってバルジ
ング量に相当する圧下を行う。従って、連続鋳造装置に
は、図１に示すように、液層線クレータエンド3から固
相線クレータエンド4までのガイドロールにロール間隔
を鋳片の短辺方向に移動することができるバルジングロ
ール群5bと圧下ロール群5cとが配置されている。圧下ロ
ール群のロール5には圧下装置9が備えられている。 【００２５】バルジング−圧下法において、バルジング
ゾーンを液層線クレータエンド3以降（下方）とするの
は、それよりも前（上方）でバルジングを起こさせる
と、鋳片の薄いシェル（凝固殻）に曲げ応力がかかって
シェル内壁に割れが発生し、ブレークアウトの危険があ
るからである。また、固相線クレータエンド4よりも下
方の位置で圧下を行うと、完全凝固鋳片を圧下すること
になり、大きな圧下力を必要とする。したがって、バル
ジングを起こさせる位置は液相線クレータエンド以降、
圧下の最終位置は固相線クレータエンドとする。 【００２６】圧下ロールによってバルジング相当量の圧
下量で圧下するのは、凝固界面から未凝固溶鋼を押し出
し、溶鋼を完全凝固させて鋳片とするためである。圧下
量がバルジング相当量以上になると、鋳片の完全凝固部
を圧下するため、大きな圧下力が必要となり、圧下設備
が大きくなる。また、圧下量がバルジング量の80％以下
になると、鋳片の厚さが大きくなる。したがって、圧下
量は、バルジング量に等しくする。 【００２７】バルジング量および圧下量を鋳片の短辺の
長さの2％（約５mm）から40％（約100mm）とするのは、
２％（約５mm）以下では、鋳片の中心偏析を軽減させる
ことができず、40％（約100mm）を超えると、圧下ロー
ルの直径が大きくなり、設備が大型化するためである。 【００２８】圧下ロールの直径Ｄおよび設置ピッチｐ
は、バルジング量に応じて変化させる必要がある。 【００２９】圧下ロールの直径が150mm未満では（鋳片
の幅およびバルジング量にもよるが）鋳片を十分圧下す
ることができず、鋳片の中心偏析の発生を防止すること
ができない。したがって、圧下ロールの直径は、150mm
以上とする必要がある。そして、圧下ロールの直径は、
大きいほど圧下力および圧下量を大きくすることがで
き、中心偏析の発生が少なくなるが、設備が大型化す
る。圧下ロールの直径は、550mm以下とするのが望まし
い。 【００３０】圧下ロールの設置ピッチｐは、圧下ロール
の直径に応じて変化させる必要がある。圧下ロールの設
置ピッチｐは、小さいほど鋳片の内部割れの発生を軽減
することができる。しかし、圧下ロールの設置ピッチが
圧下ロールの直径よりも200mmを超えると、前段ロール
と圧下ロールとの間でバルジングが発生し、圧下によっ
て凝固界面に割れが発生する。したがって、圧下ロール
の設置ピッチｐは、圧下ロールの直径よりも200mm以下
とする。 【００３１】 【実施例】湾曲型連続鋳造装置を用い、アルミキルド炭
素鋼（Ｃ：0.16〜0.18%、Si：0.3〜0.4%、Mn：1.3〜1.4
5%、Ｐ≦0.025％、Ｓ≦0.0025％、Feおよび不純物：残
部）の鋳造試験を行った。使用した鋳型は、内法断面寸
法で厚さ235mm、幅2260mmとした。 【００３２】鋳造条件は、溶鋼の過熱度を25℃、鋳込み
速度を0.9ｍ/min、比水量を2.0リットル／(溶鋼1kg)とし、
定常鋳込み時のバルジング量を５mmから100mm、圧下量
をバルジング量に等しくし、ロール直径およびロール設
置ピッチを表１に示すように変化させた。 【００３３】 【表１】 【００３４】発明の評価は、鋳片の内部歪み、偏析マク
ログレードおよび中心偏析について行った。 【００３５】鋳片の内部歪みの評価は、有限要素法によ
って計算した。 【００３６】鋳片の中心偏析の評価は、成分元素の燐
（Ｐ）の最大偏析度で行った。Ｐ最大偏析度は、最大Ｐ
濃度［Ｐmax］を溶鋼のＰの濃度［Ｐo］で除した値
（［Ｐmax］／［Ｐo］）である。ここで最大Ｐ濃度［Ｐ
max］は、鋳片を鋳込み方向に垂直な断面で切断し、鋳
片厚さ方向の中心部から試験片を採取し、試験片の表面
を200μｍメッシュに区分し、各区分でＥＰＭＡ（エレ
クトロン・プローブ・マイクロ・アナライザ）を用いて
Ｐ濃度を測定し、その中での最大値である。また、溶鋼
のＰの濃度［Ｐo］は、通常の分析方法で得られた溶鋼
のＰの濃度である。 【００３７】偏析マクログレードとは、鋳片の横断面を
研磨し、４％硝酸溶液でマクロエッチしたときの偏析の
程度を目視判定したものである。偏析の程度は、表２に
示すように７段階に分け、グレード７が最良、１が最悪
である。 【００３８】 【表２】【００３９】発明の評価基準は、内部歪みが２％以下、
偏析マクログレードが５よりも大きな値、中心偏析度が
3.5以下を発明で定める範囲とした。それらの結果を表
１に示した。 【００４０】表１から明らかなように、発明例の番号１
から番号11までは、Ｐ偏析度が3.0〜3.5の範囲、偏析マ
クログレードが５〜７の範囲、内部歪みが1.0〜1.6の範
囲であり、いずれも良好である。 【００４１】これに対し、比較例の番号12は、ロール直
径が130mmと、バルジング量および鋳片の幅に対して小
さいため、Ｐ偏析度が3.8、偏析マクログレードが３と
悪い。 【００４２】比較例の番号13から番号16は、いずれもロ
ール直径に対して設置ピッチが大きいため、偏析マクロ
グレードがいずれも２、内部歪みが2.4〜2.8と大きい。 【００４３】図２は、圧下ロールの直径および設置ピッ
チが鋳片の内部歪みまたは偏析に及ぼす影響を示す図で
ある。この図は、表１の結果から、発明で定める範囲に
あるものを●、発明で定める範囲から外れるものを△と
して表した。図から明らかなように、圧下ロールの設置
ピッチを（圧下ロールの直径）から（圧下ロールの直径
＋200mm）までの範囲にすれば、中心偏析を軽減させ、
また、内部割れも発生しない。 【００４４】 【発明の効果】上記のように、本発明における鋳造では
ロール直径に応じてロール設置ピッチを設定すれば、バ
ルジング後圧下時における内部割れを防止しつつ、偏析
マクログレードおよび中心偏析を著しく減少させること
ができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】バルジング−圧下法の原理を説明するための連
続鋳造設備の一例を模式的に示す図である。 【図２】圧下ロールの直径および設置ピッチが鋳片の内
部歪または偏析に及ぼす影響を示す図である。 【符号の説明】 １．鋳型 ２．鋳片 2a．凝固シェル 2b．未凝固部 ３．液相線クレータエンド ４．固相線クレータエンド 5a．ガイドロール 5b．バルジングゾーンのガイドロール 5c．圧下ロール群 ６．溶鋼 ７．浸漬ノズル ８．ピンチロール ９．圧下装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/16 B22D 11/128 350 B22D 11/20

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】鋳片の液相線クレータエンドに相当する位
   置から固相線クレータエンドに相当する位置までの所定
   範囲で、ガイドロール群の鋳片短辺方向のロール間隔を
   広げて鋳片に5mmから100mmまでのバルジングを起こさせ
   た後、圧下ロールによって前記バルジング相当量で圧下
   する、湾曲型又は垂直曲げ型連続鋳造装置を用いる連続
   鋳造方法であって、圧下ロールの鋳片引き抜き方向の軸
   間距離（ロール設置ピッチ）をｐとするとき、ロール設
   置ピッチｐが下記式を満足するとともに、圧下ロールの
   直径を１５０ｍｍ以上とすることを特徴とする連続鋳造
   方法。Ｄ＜ｐ≦Ｄ＋200（mm） ここで、Ｄは圧下ロールの直径（mm）、ｐはロール設置
   ピッチであり、複数本の小径ロールを有する圧下装置の
   場合はそれぞれの圧下ロールの中心間距離を、１本の大
   径圧下ロールの場合は圧下ロールとバルジングロールと
   の中心間距離または圧下ロールとピンチロールとの中心
   間距離をいう。