JP2020032464A - 鋳片の内部欠陥低減方法及び鋳片製造設備 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな設備で、かつ、生産性を低下させることなく、鋳片の内部欠陥を低減することが可能な鋳片の内部欠陥低減方法を提供する。【解決手段】連続鋳造機から連続して送り出される鋳片を連続鋳造機の機内または下流側で幅圧下した後、幅圧下された鋳片を水平圧延する、鋳片の内部欠陥低減方法が提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、連続鋳造機にて鋳造された鋳片の内部欠陥低減方法及び鋳片製造設備に関する。

鋳片には、凝固タイミングの不均一などにより空隙や偏析が発生する。鋳片に空隙や偏析が残存すると、最終製品の品質を損ねるという課題がある。このような内質欠陥（空隙等）を改善するためには、鋳片に圧下を加えることが有効であることが知られている（例えば、特許文献１）。

内部欠陥は、最終凝固部に密集しやすい。最終凝固部は、鋳片の板厚中心近傍にあるが、スラブのように厚さに対して幅の広い鋳片においては、その幅方向位置は、幅中央部よりもむしろ幅端部近傍に発生しやすい。そこで、鋳片の幅端部近傍での改善効果を高めるための手法として、例えば特許文献２には、極厚鋼板を対象として、鋳片幅方向の両端部を１５０ｍｍ以上の幅圧下により幅端部を増肉させた上でプレスにより水平圧下を加える方法が開示されている。

特開昭６２−３３０４８号公報 特開平１０−２６３６１４号公報

しかし、上記特許文献２に記載の技術では、水平圧延をプレス機により行っているが、極厚鋼板を対象としているため、例えば６０００トン級の巨大な装置が必要となる。それゆえ、巨大な装置による間欠型の操業となるため、生産性が低下する。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、コンパクトな設備で、かつ、生産性を低下させることなく、鋳片の内部欠陥を低減することが可能な、新規かつ改良された鋳片の内部欠陥低減方法及び鋳片製造設備を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、連続鋳造機から連続して送り出される鋳片を連続鋳造機の機内または下流側で幅圧下した後、幅圧下された鋳片を水平圧延する、鋳片の内部欠陥低減方法が提供される。

ここで、横断面における鋳片の凝固状態が完全凝固状態となった後に、鋳片の幅圧下及び水平圧延を行ってもよい。

また、連続鋳造機による鋳造速度、鋳型の冷却温度、電磁攪拌装置による鋳型内溶鋼の電磁攪拌条件、二次冷却装置による冷却条件のうち少なくとも１つを制御することにより、鋳片の幅方向における最終凝固点の幅方向位置を鋳片の幅端部近傍に位置させてもよい。ここで、鋳片の最終凝固点の幅方向位置とは、鋳片の最終凝固点の幅方向分布において、鋳型内の溶鋼湯面から最も遠くなる点の幅方向位置のことを指す。

ここで、鋳片の板厚をＨ、板幅をＷとしたとき、鋳片の最終凝固点の幅方向位置は、鋳片の幅端部から０．５Ｈ〜０．２５Ｗの範囲としてもよく、または、鋳片の幅端部から０．５Ｈ〜２．０Ｈの範囲としてもよい。

また、幅圧下された鋳片の横断面中心部の温度が鋳片の表面の温度よりも高い状態で、幅圧下された鋳片を水平圧延してもよい。

幅圧下による鋳片の幅圧下量は、５ｍｍ以上としてもよい。

また、水平圧延では、鋳片の厚さが少なくとも幅圧下する前の鋳片の厚さとなるように、鋳片を圧下するようにしてもよい。

さらに、鋳片を幅圧下する前、または、鋳片を水平圧延した後に、鋳片を水平圧延してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、連続鋳造機の機内または下流側に、連続鋳造機から連続して送り出される鋳片を幅圧下する幅圧下装置と、幅圧下装置の圧延方向下流側に設けられ、鋳片を水平圧延する水平圧延装置と、を備える、鋳片製造設備が提供される。

鋳片製造設備は、幅圧下装置に対して圧延方向上流側、または、水平圧延装置に対して圧延方向下流側に、鋳片を水平圧延する第２の水平圧延装置を備えてもよい。

以上説明したように本発明によれば、コンパクトな設備で、かつ、生産性を低下させることなく、鋳片の内部欠陥を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る鋳片の内部欠陥低減方法を実施するための連続鋳造設備の一構成例を示す説明図である。 図１の連続鋳造設備において、連続鋳造の直後で鋳片を幅圧下する幅圧下装置及び鋳片を水平圧延する水平圧延装置を示す平面図である。 同実施形態に係る鋳片の内部欠陥低減方法を実施するための連続鋳造設備の他の一構成例を示す説明図である。 連続鋳造後、幅圧下後、及び、水平圧延後の鋳片の横断面形状を示す模式図である。 幅圧下量ΔＥと超音波探傷試験結果との一例を示す説明図である。 幅圧下量ΔＥと超音波探傷試験結果との他の一例を示す説明図である。 水平圧延後の板厚ｈと超音波探傷試験結果との一例を示す説明図である。 水平圧延後の板厚ｈと超音波探傷試験結果との他の一例を示す説明図である。 幅圧下装置の上流側に第２の水平圧延装置を配置した連続鋳造設備の一構成例を示す説明図である。 水平圧延装置の下流側に第２の水平圧延装置を配置した連続鋳造設備の一構成例を示す説明図である。 図１に示した連続鋳造設備を用いて鋳片を幅圧下後、水平圧延した後の鋳片の横断面の内質改善効果について数値解析した結果を示すグラフであって、幅端部からの幅方向位置を鋳片厚で無次元化して表した場合の結果である。 図１に示した連続鋳造設備を用いて鋳片を幅圧下後、水平圧延した後の鋳片の横断面の内質改善効果について数値解析した結果を示すグラフであって、幅端部からの幅方向位置を鋳片幅で無次元化して表した場合の結果である。 連続鋳造設備の二次冷却装置の一構成例を示す説明図である。 スプレーノズルの配置の一例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．設備構成＞
本発明の各実施形態に係る鋳片の内部欠陥低減方法を説明するにあたり、まず、図１〜図３に基づいて、当該鋳片の内部欠陥低減方法を実施するための設備構成について説明する。図１は、本実施形態に係る鋳片の内部欠陥低減方法を実施するための連続鋳造設備の一構成例を示す説明図である。図２は、図１の連続鋳造設備に設置される幅圧下装置１３０及び水平圧延装置１４０の一例を示す平面図である。図３は、本実施形態に係る鋳片の内部欠陥低減方法を実施するための連続鋳造設備の他の一構成例を示す説明図である。

本実施形態に係る鋳片の内部欠陥低減方法は、連続鋳造直後の鋳片を幅圧下した後、水平圧延を行うものである。鋳片の幅中央ではなく幅端部近傍に内質欠陥が多く発生する鋳片に対し、表面側に比べて内部の温度が高い状態で幅圧下及び水平圧延を行うことで、鋳片の空隙等の内部欠陥を効果的に低減させる。特に、幅圧下後の水平圧延時に、鋳片の横断面中心部の温度が鋳片の表面の温度よりも高い状態で、幅圧下された鋳片の水平圧延を行うのが効果的である。ここで、厚さに対して幅の広い鋳片であるスラブは、幅端部近傍に内質欠陥が多く発生し、幅と厚さとがほぼ等しいビレットやブルームといった棒線形管向けの鋳片では、内質欠陥はその幅中心部に多く発生する。したがって、本発明に係る方法により内部欠陥を低減させる対象とする鋳片は、スラブ等の厚さに対して幅の広い鋳片となる。

本実施形態に係る鋳片の内部欠陥低減方法を実施するための設備としては、例えば図１に示すように幅圧下装置１３０及び水平圧延装置１４０が機内に設置された連続鋳造設備１００、あるいは、図２に示すような、幅圧下装置２２０及び水平圧延装置２３０が設置された熱間圧延薄スラブ連続鋳造設備２００等がある。

図１に示す連続鋳造設備１００は、連続鋳造用の鋳型１１５を用いて溶鋼を連続鋳造し、鋳片５を製造するための設備である。図１に示す連続鋳造設備１００は、垂直曲げ型の連続鋳造設備であるが、本発明はかかる例に限定されず、湾曲型、垂直型等の連続鋳造設備であってもよい。連続鋳造設備１００は、図１に示すように、取鍋１１１と、タンディッシュ１１３と、鋳型１１５と、二次冷却装置１２０と、幅圧下装置１３０と、水平圧延装置１４０と、鋳片切断機１５０とを備える。

溶鋼を搬送する可動式の容器である取鍋１１１は、タンディッシュ１１３の上方から、取鍋１１１内の溶鋼をタンディッシュ１１３に供給する。タンディッシュ１１３に供給された溶鋼は、タンディッシュ１１３内で溶鋼中の介在物が除去された後、鋳型１１５内へ連続供給される。鋳型１１５に供給された溶鋼は、鋳型板との接触部分が冷却され、外殻の凝固シェルの内部に未凝固部を含む鋳片５となる。鋳片５は、鋳型１１５の下方に移動するにつれて内部の未凝固部の凝固が進行し、外殻の凝固シェルの厚さが徐々に厚くなる。かかる凝固シェルと未凝固部を含む鋳片５は、鋳型１１５の下端から引き抜かれる。鋳型１１５から引き抜かれた鋳片５は、二次冷却装置１２０を支持ロール１２１によって支持されながら、鋳造方向下流側へ移動される。二次冷却装置１２０の移動中、鋳片５にはスプレーノズル（図示せず。）によって冷却水が噴射されている。

二次冷却装置１２０を通過した鋳片５は、幅圧下装置１３０により板幅方向に圧下された後、水平圧延装置１４０により水平圧延される。幅圧下装置１３０は、図２に示すように、鋳片５の板幅方向両端に設けられたエッジャロール１３１、１３１からなるエッジャ圧延機であってもよい。しかし、本発明はかかる例に限定されず、幅圧下装置１３０は、例えばサイジングプレス等のエッジャ圧延機以外の圧延機であってもよい。水平圧延装置１４０により圧延された鋳片５は、図１に示すように、鋳片切断機１５０によって所定の長さに切断され、切断された厚板状の鋳片７は、テーブルロールにより次工程の設備に搬送される。

図３に示す熱間圧延薄スラブ連続鋳造設備２００は、薄板材を製造するための設備であって、厚さに対して幅の広い鋳片５を連続鋳造から熱間圧延までエンドレスで製造する。熱間圧延薄スラブ連続鋳造設備２００は、図３に示すように、薄スラブ連続鋳造機２１０と、幅圧下装置２２０と、水平圧延装置２３０と、粗圧延機２４０と、仕上圧延機２５０と、冷却装置２６０と、巻取機２７０とを備える。薄スラブ連続鋳造機２１０は、取鍋２１１と、タンディッシュ２１３と、鋳型２１５と、二次冷却装置２１７とからなり、図１に示した連続鋳造設備１００と同様に構成されている。薄スラブ連続鋳造機２１０により鋳造された鋳片５は、幅圧下装置２２０により板幅方向に圧下された後、水平圧延装置２３０により水平圧延される。幅圧下装置２２０及び水平圧延装置２３０は、図１の連続鋳造設備１００同等、図２に示したように構成することができる。水平圧延装置２３０により圧延された鋳片５は、粗圧延機２４０及び仕上圧延機２５０を通過して所定の板厚に圧延され、冷却装置２６０により冷却される。冷却装置２６０により冷却された鋳片５は、巻取機２７０によってコイル状に巻き取られる。

図１に示す連続鋳造設備１００、図３に示す熱間圧延薄スラブ連続鋳造設備２００のいずれにおいても、連続鋳造の直後、すなわち図１の連続鋳造設備１００では、二次冷却装置１２０による冷却を終えた後であって鋳片切断機１５０によって切断される前、図３の熱間圧延薄スラブ連続鋳造設備２００では、薄スラブ連続鋳造機２１０から送り出された後であって粗圧延機２４０により粗圧延される前に、鋳片５に対して幅圧下と水平圧延とを行う。連続鋳造の直後において鋳片５に対して幅圧下と水平圧延とを行うことで、鋳片５の内部欠陥が改善される。設備内に幅圧下装置及び水平圧延機を加えるため、コンパクトな設備で鋳片５の内部欠陥を低減させることができる。また、幅圧下装置をエッジャ圧延機とすれば、プレス機を用いた場合のように間欠型の操業ではなく連続型の操業となるため、生産性を低下させることなく、鋳片５の内部欠陥を低減させることができる。

＜２．第１の実施形態＞
［２−１．メカニズム］
まず、図４に基づいて、本発明の第１の実施形態に係る鋳片の内部欠陥低減方法により内部欠陥が低減されるメカニズムを説明する。図４は、連続鋳造後、幅圧下後、及び、水平圧延後の鋳片５の横断面形状を示す模式図である。

鋳片の内部に発生する空隙等の内部欠陥は、鋳片の板厚中心近傍の最終凝固部に密集しやすく、厚さに対して幅の広い鋳片では幅方向においては幅中央部よりも幅端部近傍に発生しやすい。鋳片の内部欠陥の改善には、鋳片を圧下することが有効であり、このとき、内部欠陥部分に大きな静水圧を付与した状態で塑性変形させることが効果的である。これより、鋳片の最終凝固部に対し、高い静水圧応力下で大きな塑性変形が生じるような圧延を施すことで、鋳片の内質が改善され、最終製品の品質を向上できる。

そこで、本願発明者は、鋳片において内部欠陥の発生しやすい幅端部近傍に高い静水圧下で大きな塑性変形を付与するために、幅圧下により増肉させた後、水平圧延を行うことが有効と考えた。

ここで、鋳片に対して幅圧下と水平圧延とを実施したとき、鋳片５の横断面形状は、図４に示すように変化する。

図４上側の連続鋳造直後の鋳片の横断面形状は、図１の連続鋳造設備１００の二次冷却装置１２０を通過した後の鋳片５、あるいは、図３の熱間圧延薄スラブ連続鋳造設備２００の薄スラブ連続鋳造機２１０を通過した後の鋳片５の横断面形状である。このとき、鋳片５は、板厚Ｈ、板幅Ｗの略矩形状の横断面形状を有している。鋳片５の領域５ａは、空隙等の内部欠陥が発生しやすい板幅端部の領域を示している。

連続鋳造直後の鋳片５を幅圧下装置により幅圧下量ΔＥだけ幅圧下すると、鋳片５は、図４中央のような幅端部に増肉が集中する、いわゆるドックボーン形状となる。このとき、空隙等の内部欠陥が発生しやすい領域５ａは、鋳片５の厚肉部分に位置する。その後、幅圧下された鋳片５を水平圧延すると、図４下側のように板厚ｈの略矩形状の鋳片５となる。このとき、幅圧下後の鋳片５の端部側の厚肉部分が幅中央より圧下されるため、領域５ａに高い静水圧応力と大きな塑性変形とが効果的に付与され、その結果、鋳片内部の空隙が低減される。このように、連続鋳造直後の鋳片５を幅圧下した後、水平圧延を行うことで、鋳片内部の空隙を低減させることができる。

なお、鋳片の幅圧下及び水平圧延は、鋳片の横断面における凝固状態が完全凝固状態となった後に行ってもよく、未凝固状態で行ってもよい。

［２−２．幅圧下量ΔＥ］
本実施形態に係る鋳片の内部欠陥低減方法において、幅圧下装置により鋳片を幅圧下する幅圧下量ΔＥは５ｍｍ以上であればよい。幅圧下量ΔＥが小さすぎると幅端部の増肉部分と幅中央部との板厚差は小さくなるため、幅圧下後に行う水平圧延で、空隙等の内部欠陥が発生しやすい領域５ａに十分な静水圧応力、塑性変形を付与できず、鋳片内部に空隙が残存する。

有効な幅圧下量ΔＥの値を調べるため、以下の検証を行った。本検証では、板厚２５０ｍｍ、板幅１６００ｍｍに鋳造された一般低炭素鋼の鋳片に対し、連続鋳造機出側にて幅圧下量ΔＥだけ幅圧下を行った後に、１パスの水平圧延により厚さ２２０ｍｍまで圧延した。このようにして得られた鋳片の板幅端部からそれぞれ１００〜３００ｍｍの範囲に対し、ＪＩＳ Ｇ ０８０１で規定された超音波探傷試験を実施し、鋳片の内質を評価した。その結果を図５に示す。図５において、○印はＪＩＳ Ｇ ０８０１に規定された鋳片の超音波探傷試験において合格の品質レベルを示し、×印は不合格の品質レベルを示す。図５より、幅圧下量ΔＥを５ｍｍ以上確保すれば、内質の優れた鋳片を得られることがわかった。

また、別の鋼種の鋳片を用いて、同様の検証を行った。ここでは、板厚２００ｍｍ、板幅１２００ｍｍに鋳造された中炭素鋼の鋳片に対し、連続鋳造機出側にてΔＥだけ幅圧下を行った後に、１パスの水平圧延により厚さ１６０ｍｍまで圧延した。このようにして得られた鋳片の板幅端部からそれぞれ１００〜３００ｍｍの範囲に対し、ＪＩＳ Ｇ ０８０１で規定された超音波探傷試験を実施し、鋳片の内質を評価した。その結果を図６に示す。図６において、○印はＪＩＳ Ｇ ０８０１に規定された鋳片の超音波探傷試験において合格の品質レベルを示し、×印は不合格の品質レベルを示す。図６より、図５の場合と同様、幅圧下量ΔＥを５ｍｍ以上確保すれば、内質の優れた鋳片を得られることがわかった。

以上より、幅圧下装置により鋳片を幅圧下する幅圧下量ΔＥは５ｍｍ以上であればよいといえる。なお、幅圧下量ΔＥの上限値は、図５及び図６に示すように空隙を低減させるとの観点においては特に制限はないが、幅圧下量ΔＥを大きくしすぎると、連続鋳造直後の鋳片は延性が低いため鋳片にワレが発生する可能性がある。本実施形態に係る鋳片の内部欠陥低減方法では、例えば５〜１０ｍｍ程度の幅圧下を行えば十分である。

［２−３．水平圧延での圧下量（水平圧延後の板厚ｈ）］
また、本実施形態に係る鋳片の内部欠陥低減方法において、幅圧下装置により幅圧下された鋳片５を水平圧延で水平圧延するが、このとき、水平圧延後の鋳片５の板厚ｈは、少なくとも幅圧下前の鋳片５の板厚Ｈ以下となるようにするのがよい。水平圧延後の鋳片５の板厚ｈが幅圧下前の鋳片５の板厚Ｈよりも大きいと、鋳片内部の空隙等の内部欠陥を十分に低減させることができないためである。

有効な水平圧延後の板厚ｈを調べるため、以下の検証を行った。本検証では、厚さ２５０ｍｍ、幅１６００ｍｍに鋳造された一般低炭素鋼の鋳片に対し、連続鋳造出側にて２０ｍｍの幅圧下を行った後に、１パスの水平圧延により厚さｈまで圧延した。このようにして得られた鋳片の板幅端部からそれぞれ１００〜３００ｍｍの範囲に対し、ＪＩＳ Ｇ ０８０１で規定された超音波探傷試験を実施し、鋳片の内質を評価した。その結果を図７に示す。図７において、○印はＪＩＳ Ｇ ０８０１に規定された鋳片の超音波探傷試験において合格の品質レベルを示し、×印は不合格の品質レベルを示す。図７より、水平圧延後の板厚ｈを２５０ｍｍ、つまり、幅圧下前の板厚Ｈと同等以下とすれば内質の優れた鋳片を得られることがわかる。

また、別の鋼種の鋳片を用いて、同様の検証を行った。ここでは、厚さ２２０ｍｍ、幅１５００ｍｍに鋳造された中炭素鋼の鋳片に対し、連続鋳造出側にて２０ｍｍの幅圧下を行った後に、１パスの水平圧延により厚さｈまで圧延した。このようにして得られた鋳片の板幅端部からそれぞれ１００〜３００ｍｍの範囲に対し、ＪＩＳ Ｇ ０８０１で規定された超音波探傷試験を実施し、鋳片の内質を評価した。その結果を図８に示す。図８において、○印はＪＩＳ Ｇ ０８０１に規定された鋳片の超音波探傷試験において合格の品質レベルを示し、×印は不合格の品質レベルを示す。図８より、水平圧延後の板厚ｈを２２０ｍｍ、つまり、幅圧下前の板厚Ｈと同等以下とすれば、内質の優れた鋳片を得られることがわかる。

［２−４．幅中央部付近の鋳片の内質改善］
本実施形態に係る鋳片の内部欠陥低減方法では、図１あるいは図３に示したように、連続鋳造後の鋳片５を幅圧下した後、水平圧延することで、空隙等の内部欠陥が発生しやすい領域に高い静水圧応力と大きな塑性変形と効果的に付与し、鋳片５の内部欠陥を低減させる。このとき、さらに鋳片５の幅方向中央付近における内質を改善させるため、幅圧下装置に対して圧延方向上流側、または、水平圧延装置に対して圧延方向下流側に、第２の水平圧延装置をさらに設けてもよい。

例えば、第２の水平圧延装置を幅圧下装置の圧延方向上流側に配置することで、鋳片５の幅方向中央付近における内質を改善させることができる。この場合には、さらに、鋳片５の延性を改善し、また、鋳片５の内質を改善するために必要な幅圧下量ΔＥを確保することもできる。具体的な設備構成としては、例えば図９に示す連続鋳造設備１００Ａのように、図１に示した連続鋳造設備１００の幅圧下装置１３０の圧延方向上流側に、第２の水平圧延装置１６０を設ければよい。図３に示した熱間圧延薄スラブ連続鋳造設備２００の場合も同様に、幅圧下装置２２０の圧延方向上流側に第２の水平圧延装置を設ければよい。

また、第２の水平圧延装置を水平圧延装置の圧延方向下流側に配置することによっても、鋳片５の幅方向中央付近における内質を改善させることができる。この場合、第２の水平圧延装置は、水平圧延装置の直後、すなわち、図１に示した連続鋳造設備１００の水平圧延装置１４０の直後、あるいは、図３に示した熱間圧延薄スラブ連続鋳造設備２００の水平圧延装置２３０と粗圧延機２４０との間に設置すればよい。なお、熱間圧延薄スラブ連続鋳造設備２００の場合には、粗圧延機２４０による圧延を第２の水平圧延装置による圧延として利用することも可能である。また、第２の水平圧延装置を水平圧延装置の圧延方向下流側に配置する場合には、必ずしも幅圧下装置及び水平圧延装置と同一の設備内に第２の水平圧延装置を配置する必要はない。例えば図１０に示すように、図１に示した連続鋳造設備１００の後工程の設備、例えば熱間圧延設備３００に、第２の水平圧延装置３１０を設置してもよい。

＜３．第２の実施形態＞
［３−１．概要］
上記第１の実施形態では、鋳片の圧下による内質改善に関し、鋳片の幅断面における凝固状態が完全凝固状態または未凝固状態であるときに、鋳片を幅圧下してドッグボーン形状に増肉させた上で水平圧延した。これは、内質欠陥が密集しやすい最終凝固点（クレータエンドとも呼ばれる）の幅方向位置が幅中央部よりも幅端部近傍に生じやすいことを踏まえたものである。

一方で、これまでの連続鋳造では、最終凝固点の幅方向均一化を指向することで、内質欠陥の幅端部近傍への密集を抑制、防止しようとしていた。具体的には、連続鋳造機による鋳造速度、鋳型の冷却温度、モールドでの溶鋼の電磁攪拌条件（例えば溶鋼の流動）、または、二次冷却装置による冷却条件を制御することで、最終凝固点の鋳片幅方向分布の形状（すなわち、クレーターエンドの形状）が幅方向に一様となるように指向してきた。しかしながら、鋳片幅方向に均一な最終凝固点を安定的に得ることは難しい。これは、最終凝固点の鋳片幅方向分布の形状は、鋳型に供給される溶鋼の温度、鋳型内の溶鋼の流動挙動に強い影響を受けるが、これらはいずれも、鋳造条件や時間経過に伴って少なからず変化してしまい、このような変化に対応して、電磁撹拌条件、鋳型や二次冷却水による鋳片の冷却条件などを綿密かつ適切に制御することが不可欠なためである。

そこで、本実施形態では、鋳片の最終凝固点をあえて幅方向に不均一とし、鋳片の最終凝固点の幅方向位置を幅端部近傍に位置させる条件で鋳造した上で、連続鋳造機の機内または下流側で幅圧下した後、幅圧下された鋳片を水平圧延する。これは、上記第１の実施形態にて説明したように、鋳片に幅圧下を加えた上で水平圧延すると幅端部近傍で内質向上効果が最大となることを踏まえ、幅端部近傍の最終凝固点が幅中央部近傍の最終凝固点よりも下流側となるようにして、この最終凝固点の幅方向位置近傍に内質欠陥を集中させることにより、鋳片品質をさらに効果的に向上できると考えることによる。また、特に未凝固圧下を行う場合は圧下位置における固相率が所望の値となるように制御することが重要となるが、本実施形態に係る内質欠陥低減方法によれば、未凝固状態での圧下を必須としないことから、最終凝固点の幅方向不均一をある程度は許容できるため、操業の自由度も高まるとの利点もある。

［３−２．最終凝固点の制御］
まず、図１１Ａ及び図１１Ｂに基づき、鋳片の最終凝固点の幅方向位置を幅端部近傍に位置させる理由について、説明する。図１１Ａ及び図１１Ｂは、鋳片の幅圧下後の水平圧延における内質改善効果の幅方向分布の一例を示すグラフである。図１１Ａでは幅端部からの幅方向位置を鋳片厚で無次元化して表した場合の結果を示し、図１１Ｂでは幅端部からの幅方向位置を鋳片幅で無次元化して表した場合の結果を示している。図１１Ａ及び図１１Ｂでは、鋳片の板厚Ｈが１００ｍｍ、板幅Ｗが１２００ｍｍの場合（ケース１）、板厚Ｈが２５０ｍｍ、板幅Ｗが１２００ｍｍの場合（ケース２）、及び、板厚Ｈが２５０ｍｍ、板幅Ｗが２０００ｍｍの場合（ケース３）の例を示している。図１１Ａ及び図１１Ｂの横軸は、左側の位置０が幅端部を示し、右側に向かうほど幅中央へ向かうことを示している。

図１１Ａ及び図１１Ｂの縦軸に示した内質改善効果は、図１に示した連続鋳造設備を用いて幅圧下した後に水平圧延することによって生じた鋳片の変形から数値解析により得られた応力、ひずみ挙動に基づいて算出したものであり、上に向かうほど内質改善効果が高いことを示す。図１１Ａ及び図１１Ｂを見ると、ケース１〜３のいずれについても、幅端部と幅中央との間で内質改善効果が極大を示す。そこで、内質改善効果が極大を示している領域近傍に鋳片の内質欠陥を集積させた上で、該鋳片に幅圧下を加えた後、水平圧下することで、該領域の内質を飛躍的に向上させることができる。

ここで、側端面からの冷却により、鋳片の幅端部から０．５Ｈまでの範囲には、内質欠陥が集積しにくいことが知られている。さらに、高い内質改善効果が得られるのは、図１１Ａより鋳片の幅端部から２．０Ｈまでの範囲であり、また、図１１Ｂより鋳片の幅端部から０．２５Ｗまでの範囲である。そこで、鋳片の幅端部から０．５Ｈ〜０．２５Ｗの範囲、あるいは、鋳片の幅端部から０．５Ｈ〜２．０Ｈの範囲に内部欠陥を集積させた上で、幅圧下により幅端部を増肉した後に水平圧延することで、鋳片の幅方向全域にわたってさらに良好な内質を得ることができる。これは、鋳片の内質欠陥を上記幅端部近傍に集積させたため、かかる領域以外の領域（例えば、幅中央部付近）においては幅圧下、水平圧延する前の段階で、既に良好な内質を得ることができる。それゆえ、本実施形態に係る補法の適用により、鋳片の幅方向全域にわたって良好な内質を得ることができ、最終製品の品質を向上させることができる。

なお、最終凝固位置の検出は既存の手法を用いればよく、例えば予め鋲打ち込み試験を実施して把握する方法や、超音波等を用いた非接触式の検出方法、凝固伝熱解析から算出する方法等を用いればよい。

鋳片の最終凝固点の幅方向位置が所望の位置となるように制御する方法としては、連続鋳造機による鋳造速度、鋳型の冷却温度や電磁攪拌装置による鋳型内溶鋼の電磁攪拌条件、または、二次冷却装置による冷却条件のうち少なくともいずれか１つを制御することが考えられる。このうち、二次冷却装置による冷却条件制御は、生産性や鋳片の表面品質などに大きな悪影響を及ぼさずに、鋳片の最終凝固点の幅方向位置を制御できるため、好ましい。そこで、本実施形態に係る鋳片の最終凝固点の幅方向位置制御の一例として、図１２及び図１３に基づいて、二次冷却装置の冷却条件の制御による最終凝固点の幅方向位置の制御方法を説明する。図１２は、連続鋳造設備１００の二次冷却装置１２０の一構成例を示す説明図である。図１３は、スプレーノズルの配置の一例を示す説明図である。

図１２は、図１の連続鋳造設備１００の二次冷却装置１２０をより詳細に示したものである。図１２に示すように、二次冷却装置１２０は、二次冷却帯において鋳片を挟み込むように対向して配置された複数の支持ロール１２１と、二次冷却帯を通過する鋳片５を冷却する冷却装置（図示せず。）とを有して構成されている。支持ロール１２１は、鋳片５を鋳片通路に沿った鋳造方向Ａに案内するように、鋳片の可動面側（いわゆるＬ面側）の支持ロール群１２１ａと、固定面側（いわゆるＦ面側）の支持ロール群１２１ｂとにより構成される。

鋳型１１５の直下から引き出された鋳片５は、湾曲部１２Ａを通過した後、水平部１２Ｂを通過する。湾曲部１２Ａの最下流側は、鋳片５の形状を垂直から水平にさせる矯正部１２Ｃとなっており、矯正部１２Ｃを通過する際に、鋳片５は湾曲した形状から水平に矯正される。

二次冷却装置１２０は、鋳型１１５の直下から幅圧下装置（図１の幅圧下装置１３０参照）までの間に設置されている。二次冷却装置１２０により、鋳片５を冷却する冷却ゾーンａ１〜ａ１２が構成される。各冷却ゾーンａ１〜ａ１２には、鋳片５の長辺面に向けて二次冷却水を噴霧する複数のスプレーノズルが配置されている。二次冷却装置１２０を構成する複数のスプレーノズルは、例えば図１３に示すように、幅中央側に設置されるスプレーノズル１２５ｃと、幅端部側に設置されるスプレーノズル１２５ｅとからなる。スプレーノズル１２５ｃは、鋳片長辺面の幅中央側に二次冷却水を噴射し、スプレーノズル１２５ｅは鋳片長辺面の幅端部側に二次冷却水を噴射する。これらのスプレーノズル１２５ｃ、１２５ｅは、鋳片通路のＬ面側とＦ面側の両方に設けられており、鋳片５の両方の長辺面の全体に対して二次冷却水を噴射する。

幅中央側に設置されるスプレーノズル１２５ｃの二次冷却水の水量密度Ｘ（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）と、幅端部側に設置されるスプレーノズル１２５ｅの二次冷却水の水量密度Ｙ（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）は、独立して制御可能に構成される。これにより、鋳片５の幅方向の位置における冷却能力を異なって設定することができる。本実施形態では、例えば、ある基準条件に対し、鋳片の最終凝固点をより幅端部側に位置させる場合、少なくとも幅端部側の冷却能力を弱めること、または、幅中央側の冷却能力を強めることのいずれかを行えばよい。したがって、少なくとも、幅端部側に設置されるスプレーノズル１２５ｅの二次冷却水の水量密度Ｙを小さくすること、または、幅中央側に設置されるスプレーノズル１２５ｃの二次冷却水の水量密度Ｘを大きくすることのいずれかを行うように、冷却装置は制御される。

なお、幅端部側に設置されるスプレーノズル１２５ｅの設置範囲は、幅端部から距離Ｌの範囲内であるが、かかる設置範囲は、例えば図１１Ａ及び図１１Ｂに示した内質改善効果が最大となる位置に応じて決定すればよい。また、図１３では、二次冷却水の水量密度は、幅端部側と幅中央部側とで独立して制御可能としたが、本発明はかかる例に限定されず、幅方向においてより細かく二次冷却水の水量密度を制御可能なように冷却装置を構成してもよい。このように、二次冷却装置１２０の冷却条件、例えば二次冷却水の水量密度を制御することで、鋳片の最終凝固点の幅方向位置を制御することができる。

また、二次冷却装置１２０の冷却条件を制御する以外にも、連続鋳造機による鋳造速度を変更したり、鋳型１１５の冷却温度や電磁攪拌装置１１７による鋳型内溶鋼の電磁攪拌条件を変更したりすることで、鋳片の最終凝固点の幅方向位置を制御することができる。鋳片の最終凝固点の幅方向位置の制御は、これらの条件のうち少なくともいずれか１つを変更することで行ってもよい。上述したように、二次冷却装置１２０の冷却条件を制御することが操業上は好ましいが、これだけでは鋳片の最終凝固点の幅方向位置を所望の位置に制御するのが難しいことも考えられる。そこで、複数の条件を変更することで、鋳片の最終凝固点の幅方向位置の制御をより柔軟に行うことができる。

二次冷却装置１２０による冷却後の鋳片５の処理は、第１の実施形態と同様、幅圧下後、水平圧延を行えばよい。このため、本実施形態では詳細な説明を省略する。

［Ａ．連続鋳造直後の鋳片の幅圧下及び水平圧延］
まず、連続鋳造直後の鋳片に対して、幅圧下及び水平圧延を行うことによる効果を検証した。本検証では、板厚２５０ｍｍ、板幅１６００ｍｍに鋳造された一般低炭素鋼の鋳片に対し、実施例１として連続鋳造機（ＣＣ）出側にて３０ｍｍの幅圧下を行った後に、１パスの水平圧延により厚さ２２０ｍｍまで圧延した上で熱間圧延を行い、板厚５０ｍｍの厚鋼板を製造した。

比較例１として、実施例１と同様の一般低炭素鋼の鋳片に対して幅圧下を行わなかった（すなわち、厚さ２２０ｍｍまでの１パスの水平圧延のみを実施した）上で熱間圧延を行い、板厚５０ｍｍの厚鋼板を製造した。また、比較例２として、実施例１と同様の一般低炭素鋼の鋳片に対して３０ｍｍの幅圧下及び１パスの水平圧延による厚さ２２０ｍｍまでの圧延を、連続鋳造直後ではなく、熱間圧延ラインでの再加熱後に行い、板厚５０ｍｍの厚鋼板を製造した。

製造されたこれらの厚鋼板について、鋼板長手方向のミドル部において幅端部から１００〜２００ｍｍの領域、かつ、板厚中心±１０ｍｍの領域から試片を切り出し、顕微鏡にて空隙（ポロシティ）の大きさと個数を観察して調べた。その結果を表１に示す。

実施例１では、鋼板内部に空隙は確認されず、幅圧下とこれに続く水平圧延を連続鋳造機（ＣＣ）出側にて行うことで、内部欠陥が低減された鋼板が得られた。これは、幅圧下により幅端部を増厚した上で水平圧延を行ったこと、また、鋳片の横断面における温度分布が、鋳片の中心部が鋳片の表面側（すなわち、板厚方向及び板幅方向の端部側）よりも高い温度分布となっている連続鋳造機（ＣＣ）出側にて鋳片に圧下を加えたことによる。鋳片の中心部が鋳片の表面側よりも高い温度分布を有しているとき、鋳片の中心部は、鋳片の表面部よりも変形抵抗が低くなるような分布を有している。したがって、このような鋳片に対して幅圧下及び水平圧延を行うことで、鋳片に存在した内部欠陥の発生領域に高い静水圧応力と大きな塑性変形とを付与することができ、内質の良好な鋳片を熱間圧延に供することができたと考えられる。

これに対し、水平圧延のみ実施した比較例１では、鋳片の幅端部が増厚されていない状態で水平圧延を行うため、鋳片の厚み中心かつ幅端部近傍に十分な静水圧応力ならびに塑性変形を付与できず空隙が残存した。また、比較例２では、鋳片（被圧延材）を加熱炉で再加熱した後に幅圧下及び水平圧延を行っているので、熱間圧延において被圧延材の中心部が被圧延材の表面側よりも低い温度分布となる。このため、熱間圧延における幅圧下とこれに続く水平圧延では被圧延材の中心部に十分な静水圧応力を付与できず、空隙が残存した。

［Ｂ．第２の水平圧延装置の設置］
次に、鋳片の幅中央部付近の内質も向上させるために設置する第２の水平圧延装置による効果について検証した。

本検証では、板厚２５０ｍｍ、板幅１６００ｍｍに鋳造された一般低炭素鋼の鋳片に対し、実施例２として、連続鋳造機（ＣＣ）出側にて２０ｍｍの幅圧下を行った後に、１パス目の水平圧延により厚さ２２０ｍｍまで圧延した上で熱間圧延を行い、板厚１００ｍｍの厚鋼板を製造した。

また、実施例３として、実施例２と同様の一般低炭素鋼の鋳片に対して連続鋳造出側にて２０ｍｍの幅圧下を行った後に、１パス目の水平圧延により厚さ２２０ｍｍまで圧延し、さらに第２の水平圧延装置による２パス目の水平圧延により厚さ１８０ｍｍまで圧延した上で、熱間圧延を行い、板厚１００ｍｍの厚鋼板を製造した。

さらに、実施例４として、実施例２と同様の一般低炭素鋼の鋳片に対して連続鋳造出側にて水平圧延により厚さ２２０ｍｍまで圧延した後に２０ｍｍの幅圧下を行い、さらに第２の水平圧延装置による水平圧延により厚さ１８０ｍｍまで圧延した上で、熱間圧延を行い、板厚１００ｍｍの厚鋼板を製造した。

一方、比較例３として、幅圧下を行わずに，１パス目の水平圧延により厚さ２２０ｍｍまで，２パス目の水平圧延により厚さ１８０ｍｍまで圧延した上で、熱間圧延を行い、板厚１００ｍｍの厚鋼板を製造した。

製造されたこれらの厚鋼板について、鋼板長手方向のミドル部において幅端部から１００〜２００ｍｍの領域、かつ、板厚中心±１０ｍｍの領域から試片を切り出し、顕微鏡にて空隙（ポロシティ）の大きさと個数を観察して調べた。その結果を表２に示す。表２において、空隙（ポロシティ）の大きさ及び個数は、板幅中央から±４００ｍｍの範囲におけるものと、両幅端部からそれぞれ４００ｍｍの範囲におけるものとに分けて示した。

表２より、比較例３に対し、本発明の実施例２〜４のいずれでも内質の優れた鋼板を得られることがわかる。特に、連続鋳造直後での幅圧下及び水平圧延の実施に加え、さらに水平圧延を１パス以上追加した実施例３及び４では、比較例２よりも空隙の数が減少し、内質のより優れた鋼板を得られることがわかる。本検証で用いた鋳片のように鋳片厚に対して製造厚が厚いものは内部欠陥が存在しやすいが、連続鋳造機（ＣＣ）出側にて幅圧下を行った後、２パスの水平圧延を行う、あるいは、連続鋳造機（ＣＣ）出側にて水平圧延を実施した後、幅圧下を行い、その後さらに１パスの水平圧延を行うことで、内質の良好な鋳片を熱間圧延に提供することができたためと考えられる。

［Ｃ．最終凝固点の幅方向位置の制御］
次に、鋳片の最終凝固点の幅方向位置を幅端部側に位置させる効果について検証した。

本検証では、連続鋳造機にて板厚２５０ｍｍ、板幅１６００ｍｍに鋳造された一般低炭素鋼の鋳片に対し、連続鋳造機出側にて３０ｍｍの幅圧下を行った後に、１パス目の水平圧延により厚さ２２０ｍｍまで圧延した上で熱間圧延を行い、板厚（Ｈ）１００ｍｍの厚鋼板を製造した。

本検証では、図１２及び図１３に示した連続鋳造機内の二次冷却帯において、鋳片の幅方向の二次冷却水の水量密度を複数変化させて、鋳片を鋳造した。すなわち、鋳片の幅方向の二次冷却水の水量密度を変化させ、複数の最終凝固点の鋳片幅方向分布の形状（すなわち、クレーターエンドの形状）を有する鋳片を得た。なお、最終凝固点の鋳片幅方向分布の形状は凝固伝熱解析により求めた。

製造されたこれらの厚鋼板の内質を評価するために、鋼板長手方向のミドル部において、板厚中心±１０ｍｍの領域から試片を切り出し、顕微鏡において空隙（ポロシティ）の大きさと個数を観察して調べた。最終凝固点の鋳片幅方向位置と空隙（ポロシティ）の大きさ及び個数との関係を表３に示す。

表３より、良好な内質を有する厚鋼板が得られたのは、最終凝固点の鋳片幅方向位置が鋳片幅端部から１２５ｍｍ〜５００ｍｍの範囲、つまり、０．５Ｈ〜２．０Ｈの範囲に位置した場合であった。これは、幅圧下による鋳片の幅端部の増肉により、その後の水平圧延においてより高い静水圧応力下で大きな塑性変形が生じる鋳片幅端から０．５Ｈ〜２．０Ｈの範囲に最終凝固位点の幅方向置が位置するように制御することで、当該領域に内部欠陥を集積させた状態で水平圧下が行われ、内質が効果的に改善したためと考えられる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、以上の説明では本発明を垂直曲げ型の連続鋳造機に適用した例を説明したが、これに限らず、本発明はロール群を垂直に配置した垂直型の連続鋳造機や湾曲型の連続鋳造機などにも適用できる。また、本発明は、スラブに限らずブルームなど鋳片の鋳造にも適用できる。

５ 鋳片
５ａ 内部欠陥が発生しやすい板幅端部の領域
７ 鋳片（切断後）
１１１、２１１ 取鍋
１１３、２１３ タンディッシュ
１１７ 電磁攪拌装置
１１５、２１５ 鋳型
１２０、２１７ 二次冷却装置
１２１ 支持ロール
１２５ｃ、１２５ｅ スプレーノズル
１３０、２２０ 幅圧下装置
１３１ エッジャロール
１４０、２３０ 水平圧延装置
１５０ 鋳片切断機
１６０、３１０ 第２の水平圧延装置
２１０ 薄スラブ連続鋳造機
２４０ 粗圧延機
２５０ 仕上圧延機
２６０ 冷却装置
２７０ 巻取機

Claims (11)

1. 連続鋳造機から連続して送り出される鋳片を前記連続鋳造機の機内または下流側で幅圧下した後、前記幅圧下された前記鋳片を水平圧延する、鋳片の内部欠陥低減方法。
2. 横断面における前記鋳片の凝固状態が完全凝固状態となった後に、前記鋳片の幅圧下及び水平圧延を行う、請求項１に記載の鋳片の内部欠陥低減方法。
3. 前記連続鋳造機による鋳造速度、鋳型の冷却温度、電磁攪拌装置による鋳型内溶鋼の電磁攪拌条件、二次冷却装置による冷却条件のうち少なくとも１つを制御することにより、前記鋳片の幅方向における最終凝固点の幅方向位置を前記鋳片の幅端部近傍に位置させる、請求項１または２に記載の鋳片の内部欠陥低減方法。
4. 前記鋳片の板厚をＨ、板幅をＷとしたとき、前記鋳片の最終凝固点の幅方向位置は、前記鋳片の幅端部から０．５Ｈ〜０．２５Ｗの範囲である、請求項３に記載の鋳片の内部欠陥低減方法。
5. 前記鋳片の板厚をＨ、板幅をＷとしたとき、前記鋳片の最終凝固点の幅方向位置は、前記鋳片の幅端部から０．５Ｈ〜２．０Ｈの範囲である、請求項３に記載の鋳片の内部欠陥低減方法。
6. 前記幅圧下された前記鋳片の横断面中心部の温度が前記鋳片の表面の温度よりも高い状態で、前記幅圧下された前記鋳片を水平圧延する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋳片の内部欠陥低減方法。
7. 前記幅圧下による前記鋳片の幅圧下量は、５ｍｍ以上とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の鋳片の内部欠陥低減方法。
8. 前記水平圧延では、前記鋳片の厚さが少なくとも前記幅圧下する前の前記鋳片の厚さとなるように、前記鋳片を圧下する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の鋳片の内部欠陥低減方法。
9. 前記鋳片を幅圧下する前、または、前記鋳片を水平圧延した後に、前記鋳片を水平圧延する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の鋳片の内部欠陥低減方法。
10. 連続鋳造機の機内または下流側に、
    前記連続鋳造機から連続して送り出される鋳片を幅圧下する幅圧下装置と、
    前記幅圧下装置の圧延方向下流側に設けられ、前記鋳片を水平圧延する水平圧延装置と、
    を備える、鋳片製造設備。
11. 前記幅圧下装置に対して圧延方向上流側、または、前記水平圧延装置に対して圧延方向下流側に、前記鋳片を水平圧延する第２の水平圧延装置を備える、請求項１０に記載の鋳片製造設備。