JP2016059961A - センターポロシティ低減鋳片 - Google Patents

Abstract

【課題】スラブ形状の鋳片を確実に押し潰してセンターポロシティを減少させたセンターポロシティ低減鋳片を提供する。【解決手段】鋳造厚Ｄと鋳造幅Ｗの比（Ｄ／Ｗ）が０.１〜０.６、鋳造厚Ｄが３９０〜８００ｍｍの鋳片である。その少なくとも片側の長辺表面に、幅広の第１圧下凹部２と、この第１圧下凹部１の表面を更に圧下して形成された幅狭の第２圧下凹部３とが形成されている。この２段階の圧下によって、鋳片の最大ポロシティ体積を１.５×１０−４ｃｍ３／ｇ以下とすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、鋳片の中心部に不可避的に発生するセンターポロシティを低減させたセンターポロシティ低減鋳片に関するものである。

連続鋳造設備により鋳造される鋳片は、サポートロールに支持される外表面から凝固して行くため、鋳造厚の中央部は最後に凝固することとなる。また溶鋼が凝固する際には３〜４％の体積収縮を生ずるため、最後に凝固する鋳片中心部にはセンターポロシティと呼ばれる微細な空洞部が不可避的に発生する。このセンターポロシティは鋼材の用途によっては有害な欠陥となる。そこで従来から、鋳片のセンターポロシティを低減させる技術が提案されている。

例えば特許文献１には、鋳片が完全凝固した後であって鋳片表面温度が７００〜１０００℃であるときに、中央に突出部を有する上下ロールで鋳片を挟んで圧下し、センターポロシティを押し潰して減少させる技術が開示されている。しかし特許文献１は鋳造厚Ｄと鋳造幅Ｗの比（Ｄ／Ｗ）が０.７のブルームと呼ばれる幅狭の鋳片を対象とするものであり、鋳造厚Ｄと鋳造幅Ｗの比（Ｄ／Ｗ）が０.１〜０.６の幅広のスラブに適用した場合には上下ロールの負荷荷重が非常に大きくなるため、ロールの耐久性がなくなるという問題がある。

また特許文献２には、鋳片を１０ｍｍ以上バルジングさせた後、凝固完了前に幅中央部を圧下し、次に両端部近傍を圧下することにより、凝固界面を圧着させる技術が開示されている。この方法は最終未凝固部が鋳片の幅端部付近に形成される場合には効果があるが、最終未凝固部が鋳片の幅中心部に形成される通常の場合には有効ではないという問題がある。

さらに特許文献３には、鋳片の板厚中央部の温度が１４００℃以上凝固点以下の状態で、連続鋳造設備内で中央部を圧下する技術が開示されている。しかしこの方法は、最終未凝固部が鋳片の幅端部付近に形成される場合には有効ではないという問題がある。

特開２００９−２７９６５２号公報 特開２００１−３３４３５３号公報 特開平７−２２７６５８号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、スラブ形状の鋳片を押し潰してセンターポロシティを確実に減少させたセンターポロシティ低減鋳片を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明のセンターポロシティ低減鋳片は、鋳造厚Ｄと鋳造幅Ｗの比（Ｄ／Ｗ）が０.１〜０.６、鋳造厚Ｄが３９０〜８００ｍｍの鋳片であって、その少なくとも片側の長辺表面に、幅広の第１圧下凹部と、この第１圧下凹部の表面を更に圧下して形成された幅狭の第２圧下凹部とが形成されていることを特徴とするものである。

なお、請求項２のように、鋳造厚Ｄが３９０〜６００ｍｍの鋳片であることが好ましい。

なお請求項３のように、鋳片端部表面からの第１圧下凹部の凹み率が０．０３〜０．３６％、第２圧下凹部の凹み率０．６〜４％であることが好ましい。

また請求項４のように、第１圧下凹部の両端と鋳片端面との距離が０．２Ｄ〜０．６Ｄであり、第２圧下凹部の両端と鋳片端面との距離が０．３Ｄ〜０．８Ｄであることが好ましい。

また請求項５のように、鋳片の最大ポロシティ体積が、１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇ以下であることが好ましい。

なお、本発明のセンターポロシティ低減鋳片は、連続鋳造設備の幅広の圧下ロールによって第１圧下凹部を形成し、その下流側に設置された幅狭の圧下ロールによって第２圧下凹部を形成することにより製造することができる。

本発明のセンターポロシティ低減鋳片は、鋳造厚Ｄと鋳造幅Ｗの比（Ｄ／Ｗ）が０.１〜０.６、鋳造厚Ｄが３９０〜８００ｍｍの極厚スラブ鋳片に好適であり、連続鋳造設備において幅広の第１圧下凹部を形成することによって、凝固収縮に見合う圧下を行ない、溶鋼流動の発生を防止する。これによりポロシティの初期径を小さくすることができる。次に第１圧下凹部の表面を更に圧下して幅狭の第２圧下凹部を形成することにより、発生ポロシティを圧下により十分に圧着する。このような２段階のロール圧下を行なうことにより圧下ロールに過度の負担を加えることもなく、スラブ鋳片の最大ポロシティ体積を１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇ以下という低レベルに引き下げることができる。なお従来の極厚スラブ鋳片のセンターポロシティ体積は、６〜１０×１０^−４ｃｍ^３／ｇ程度である。

本発明のセンターポロシティ低減鋳片の断面図である。 本発明のセンターポロシティ低減鋳片の製造工程説明図である。 実施例における第１圧下凹部の凹み量と第２圧下凹部の凹み量が、センターポロシティ体積に及ぼす影響を示すグラフである。 実施例における第１圧下凹部の凹み率と第２圧下凹部の凹み率が、センターポロシティ体積に及ぼす影響を示すグラフである。

本発明のセンターポロシティ低減鋳片１は、図１に示す断面形状を有する。すなわち、鋳造厚Ｄが３９０〜８００ｍｍ、好ましくは３９０〜６００ｍｍであり、鋳造厚Ｄと鋳造幅Ｗの比（Ｄ／Ｗ）が０.１〜０.６、好ましくは０.１〜０.５、更に好ましくは０.１５〜０.４５である。このような断面形状を持つ鋳片はスラブと呼ばれるものである。なお図１は凹部を誇張して表示してある。鋳造幅Ｗの最大値は特に限定されるものではないが、現在の鋳造鋳造設備では２５００ｍｍ以下が大半である。

本発明のセンターポロシティ低減鋳片１は、図１に示すように、少なくとも片側の表面に、ロール圧下して形成された幅広の第１圧下凹部２と、この第１圧下凹部２の表面を更にロール圧下して形成された幅狭の第２圧下凹部３とが形成されている。第１圧下凹部２は図２に示すように、連続鋳造設備の幅広の圧下ロール４によって鋳片の表面を押圧することによって形成される。また第２圧下凹部３は、幅広の圧下ロール４の下流側（後段）に設置された幅狭の圧下ロール５によって形成される。幅広の圧下ロール４及び幅狭の圧下ロール５は、それぞれ複数本を用いるものとし、そのピッチは連続鋳造設備のサポートロールのピッチと同一とすることが好ましい。

連続鋳造設備では鋳型から垂下する鋳片の片面を基準面とし、他方の面を凝固収縮に対応させて傾斜するようにサポートロールを配置することが普通であり、本実施形態では圧下ロール４，５を基準面の反対側に配置したため、図１では幅広の第１圧下凹部２と幅狭の第２圧下凹部３は、センターポロシティ低減鋳片１の片面だけに形成されている。しかし両面に形成しても差し支えない。なお連続鋳造設備の種類は特に限定されるものではなく、垂直曲げ型、曲げ型、垂直型の何れにも適用可能である。

連続鋳造スラブ鋳片の鋳造厚Ｄが８００ｍｍを超えると、圧下ロール４への反力が著しく増大するので、高剛性のロールとロールセグメントを使用して圧下するとともに鋳造速度を著しく低速にすることが必要になる。この低速鋳造により鋳片内の凝固完了位置又は流動限界固相率位置が鋳片幅方向に大幅に変動することがあるので、一段と高精度の鋳片幅方向の冷却制御が必要であり、本発明の第１圧下凹部２と第２圧下凹部３以外の要件も適正化が必要になるので、鋳造厚Ｄは３９０〜８００ｍｍ厚とするのが好ましい。尚、鋳造厚Ｄが６００ｍｍ以下の場合には、６００ｍｍ超に比べて圧下ロールへの反力が小さく、ロールが変形し難いため、圧下ロールとロールを支持するセグメントの高剛性化は必ずしも必須ではなく、設備費用を抑えることが出来るので好ましい。
鋳造厚Ｄが３９０ｍｍ未満の普通厚スラブ連続鋳造鋳片の場合には、本発明とは異なる最適条件があると本発明者らは考えている。

幅広の圧下ロール４は鋳型から出た鋳片内溶鋼の流動限界固相率の直前位置に設置することが好ましく、凝固収縮に見合う圧下を行なうことにより、溶鋼流動の発生を防止する。この領域の鋳片の固相率は０.３〜０.７程度である。この位置で１段目の圧下を行なうことにより、センターポロシティの初期径を小さくすることができると想定される。凝固収縮は鋳造幅の両端を除いたほぼ全域で生ずるから、幅広であることが必要である。好ましくは、第１圧下凹部２の両端と鋳片端面との距離ａ_１が０．２Ｄ〜０．６Ｄとなるように設定する。ここで鋳造幅Ｗの両端を除いたのは、鋳片端部からも凝固が進行するからである。なお鋳造幅Ｗと同等以上の長さを持った通常のロールでは、ロールが圧下の反力によって変形しやすいため、圧下ロール３は圧下鋳造幅よりも短い圧下幅を持つロールとしておくことが必要である。前記の固相率は、例えば伝熱計算や横波電磁超音波の透過率の変化等により求めることができる。

第１圧下凹部２の鋳片端部表面からの第１圧下凹部２の凹み率は、０.０３〜０.３６％とすることが好ましい。前記したように鋳造厚Ｄが３９０〜８００ｍｍの場合、凹み量ｄ_１は、０.１５〜１．９ｍｍとなる。

幅狭の圧下ロール５は、鋳型から出た鋳片内溶鋼の流動限界固相率と完全凝固位置までの間に配置することが好ましく、発生するポロシティを圧下により圧着することにより、センターポロシティを低減させる。この領域の鋳片の固相率は０.７〜１.０程度である。この段階ではセンターポロシティ発生領域は鋳造幅の中央付近に縮小しているため、第２圧下凹部３は第１圧下凹部２よりもやや幅狭として、より集中的な圧下を加えるものとする。第２圧下凹部３の両端と鋳片端面との距離ａ_２は０.６Ｄ〜１.５Ｄとすることが好ましい。

第２圧下凹部３の第１圧下凹部２の底表面からの凹み率は、０．６〜４％とすることが好ましい。これは、２．５〜２５ｍｍの凹み量ｄ_２に相当し、固相率０．７以上で溶鋼の凝固収縮により発生するセンターポロシティを押し潰す。これによってスラブ鋳片の最大ポロシティ体積を、０.１〜１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇという従来にない低レベルにまで引き下げることができる。第２圧下凹部３の第１圧下凹部２の底表面からの凹み量ｄ_２がこの範囲よりも小さいと、センターポロシティの低減効果が不十分となる。ｄ_２を過大にしてもセンターポロシティ低減効果はほぼ飽和し、一方、設備への負荷過多によって設備の安定操業が困難になる場合があるので好ましくない。

なおセンターポロシティ体積Ｐｖは、同じ鋳片の１／４厚み部の代表サンプルの密度をρ_０とし、センター部のサンプルの密度をρとすると、Ｐｖ＝（１／ρ）−（１／ρ_０）（ｃｍ^３／ｇ）として求めることができる。サンプルの大きさは長さ５０ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ７ｍｍが好ましい。前記サンプルの表面仕上げ精度はJIS B 0601に準拠して、▽▽▽（滑らかな仕上げ面）が好ましく、または算術平均粗さＲａで１．６a以下が好ましく、０．８a以下が更に好ましい。表面が粗い場合には、サンプルを水浸した際に、表面で気泡がトラップされてＰvの精度が良くない場合があるので好ましくない。このサンプルを鋳片短辺からの距離でＤ／２以内を除く、鋳片幅方向全体の鋳片厚中心を長さと幅の表面として切出し、幅方向におけるポロシティ体積の最大値を最大センターポロシティ体積とした。また、１／４厚み部の密度ρ_０は幅方向６ヶ所から切出したサンプルのポロシティ体積の平均値とすればよい。

前記したように、従来の極厚スラブ鋳片のセンターポロシティ体積は６〜１０×１０^−４ｃｍ^３／ｇ程度であるが、本発明のセンターポロシティ低減鋳片１の最大センターポロシティ体積は、１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇと以下なり、従来の極厚スラブ鋳片に比較して大幅に低減させることができた。なお、本発明のセンターポロシティ低減鋳片１は高温である鋳片中心部が優先して変形するため、凝固時に鋳片表層部に形成されるデンドライト組織が直線的であるが、凝固完了後に圧下した場合には表層部も変形し、デンドライト組織が湾曲するため、凝固完了後に圧下した従来の極厚スラブ鋳片との識別が可能である。

鋳造厚Ｄが４００ｍｍ、鋳造幅Ｗが２０００ｍｍ、（Ｄ／Ｗ）が０.２の鋳片を、連続鋳造設備により鋳造した。鋳片の固相率が０.３以上〜０.７未満の位置に６本の幅広の圧下ロールを一定ピッチで配置し、その下流側の鋳片の固相率が０.７以上〜１.０の位置に３本の幅狭の圧下ロールを一定ピッチで配置した。この連続鋳造設備によって鋳造された鋳片（スラブ）の表面には、鋳片端面との距離が２００ｍｍである幅広の第１圧下凹部と、鋳片端面との距離が４００ｍｍである幅狭の第２圧下凹部とが形成された。鋳片端部表面からの第１圧下凹部の凹み量は１.０ｍｍ、第２圧下凹部の凹み量は１０ｍｍである。

このスラブの１／４厚み部とセンター部とから長さ５０ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ７ｍｍのサンプルを切り出し、前記の方法でセンターポロシティ体積を求めたところ、その最大値は１.０×１０^−４ｃｍ^３／ｇであり、従来のスラブの１／６以下であった。

上記の実施例における第１圧下凹部の圧下比は０.２５％、第２圧下凹部の圧下比は２.５％となるが、鋳造厚Ｄが３９０〜８００ｍｍ、鋳造幅Ｗが１５００〜２５００ｍｍ、Ｄ／Ｗが０．１〜０．６の極厚のスラブ鋳片で、これらの圧下比を様々に変化させて試験鋳造を行なった結果を図３のグラフに示す。縦軸は第１圧下凹部の凹み量ｄ_１（ｍｍ）、横軸は第２圧下凹部の凹み量ｄ_２（ｍｍ）である。この試験鋳造において、鋳片の最大センターポロシティ体積が１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇ以下となる範囲を実線で囲んだ。最大センターポロシティ体積は前記に記載の１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇ以下である。

また、同様に凹み率を変えて試験鋳造を行った結果を、縦軸を第１圧下凹部の凹み率、横軸を第２圧下凹部の凹み率として図４のグラフに示す。この試験鋳造において、鋳片の最大センターポロシティ体積が１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇ以下となる範囲を実線で囲んだ。尚、鋳片厚Ｄｍｍ、第１圧下凹部の凹み量ｄ_１、第２圧下凹部の第１圧下凹部の底表面からの凹み量ｄ_２とすると、第１圧下凹部の凹み率はｄ_１／Ｄ、第２圧下凹部の凹み率はｄ_２／Ｄであるが、凹み率の値はともに小さいので、図４の縦軸、横軸は１００倍して％に換算して示した。

以上に説明したように、本発明によれば従来よりも最大センターポロシティ体積を数分の１以下に低減させたスラブを、提供することができる。

１ センターポロシティ低減鋳片
２ 幅広の第１圧下凹部
３ 幅狭の第２圧下凹部
４ 幅広の圧下ロール
５ 幅狭の圧下ロール

Claims (5)

1. 鋳造厚Ｄと鋳造幅Ｗの比（Ｄ／Ｗ）が０.１〜０.６、鋳造厚Ｄが３９０〜８００ｍｍの鋳片であって、その少なくとも片側の長辺表面に、幅広の第１圧下凹部と、この第１圧下凹部の表面を更に圧下して形成された幅狭の第２圧下凹部とが形成されていることを特徴とするセンターポロシティ低減鋳片。
2. 鋳造厚Ｄが３９０〜６００ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のセンターポロシティ低減鋳片。
3. 鋳片端部表面からの第１圧下凹部の凹み率が０．０３〜０．３６％、第２圧下凹部の凹み率が０．６〜４％であることを特徴とする請求項１または２記載のセンターポロシティ低減鋳片。
4. 第１圧下凹部の両端と鋳片端面との距離が０．２Ｄ〜０．６Ｄであり、第２圧下凹部の両端と鋳片端面との距離が０．３Ｄ〜０．８Ｄであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のセンターポロシティ低減鋳片。
5. 鋳片の最大ポロシティ体積が、１.５×１０^−４ｃｍ^３／ｇ以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のセンターポロシティ低減鋳片。