JP3058091B2 - 丸ビレット連鋳鋳片の製造方法と装置 - 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、炭素鋼、ステンレ
ス鋼、高合金鋼等の丸ビレットの連続鋳造において鋳片
の中心部に発生する中心偏析やセンターポロシティを低
減する方法と装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造工程から、圧延または鍛造工程
を経て、ユジーンセジュネル法またはマンネスマン法等
で、シームレスパイプを製造する方法において、最近、
連続鋳造工程以下の素圧延等の工程を一部省略し、プロ
セスの効率を高める方法として、ニアネットシェイプキ
ャスティング法と呼ばれる、より最終成品形状に近い大
きさの丸ビレットを鋳造する方法が指向されている。

【０００３】しかし、丸ビレット鋳片には、鋳造中に中
心偏析やセンターポロシティが発生し、これが鋳片内部
に残存し、その程度が大きい場合は、配管後にパイプの
内面疵を発生させるという問題点が存在する。

【０００４】そこで、上記の中心偏析やセンターポロシ
ティ発生の対策として、内部品質の向上を図る連続鋳造
鋳片の製造方法が提案されている (特開平３−124352号
公報参照) 。この技術は、鋳片の厚さの２〜５倍の直径
を有するロールを用いて、鋳片内部の未凝固部を圧下す
ることで、凝固した鋳片を圧下する場合に比べ弱い圧下
力しか必要とせずに中心偏析やセンターポロシティの発
生を低減させようとするものであり、一定の低減効果が
期待できる。

【０００５】しかし、上記の連続鋳造鋳片の製造方法で
は、スラブやブルーム等の断面形状が長方形である鋳片
を対象としているので、断面形状が円形である通常の丸
ビレット鋳片にこの技術を適用すると、次のような問題
点が生じてしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１は、従来の未凝固
圧下法を丸ビレット鋳片にそのまま適用した場合の模式
的断面図であり、図中、上下ロール対10、12は丸ビレッ
ト鋳片14を白抜き矢印方向から圧下し、中心部の未凝固
部16を圧着している。

【０００７】しかしながら、このように丸ビレット鋳片
14を従来の未凝固圧下方法を用いてインライン圧下した
場合、圧下量を大きくすると、左右向きに矢印で示す圧
下変形によって真円性が損なわれ、真円精度が悪くな
り、そのような全体が楕円形のビレットを用いては、そ
のまま製管できなくなる。さらにこのように圧下方向と
垂直な方向へ、ビレットが延び変形すると、今度は丸ビ
レット鋳片14の上下部分の凝固界面18に引張り応力が生
じて、いわゆる内部割れ20を発生させる危険性がある。
この凝固界面18に見られる内部割れ20は、割れ部に偏析
溶鋼を吸引しており、凝固後の鋳片の断面で観察すると
Ｃ、Ｐ、Ｓ、Mn等の成分の濃化した偏析線として残存し
ている。この偏析線が、一般に内部割れと呼ばれている
ものであり、製管時の管内面キズ発生の一因となるもの
である。

【０００８】また、圧下量が大きい場合、真円性の阻
害、内部割れの発生以外に、鋳片の引抜き抵抗が増大し
てときとして引抜きが不可となり、連続鋳造操業そのも
のができなくなる。

【０００９】しかしながら、一方、以上の問題点を懸念
して、圧下量を小さくした場合、センターポロシティ、
中心偏析の改善が十分になされないまま製管することに
より、管内面キズの多発を招くことになる。

【００１０】したがって、本発明の目的は、連続鋳造に
おいて、真円性の良好な、かつ、内部割れのない、セン
ターポロシティ、中心偏析の少ない内質の良好な製管向
け丸ビレット鋳片の製造方法と装置を提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述の課
題を解決するための手段について種々、実験、調査検討
を繰り返すことにより、未凝固圧下を垂直、水平の方向
から同時に行い、次いで凝固後の圧下によって真円成形
を行うことにより上述の課題が達成できることを知り、
本発明を完成した。

【００１２】ここに、本発明は、次の通りである。

【００１３】(1) 丸ビレット連続鋳造において、同一垂
直断面に一対の水平ロールおよび一対の垂直ロールを備
えた少なくとも１の未凝固圧下スタンドと、その下流に
設けられた一対の垂直ロールからなる凝固垂直圧下スタ
ンドおよび一対の水平ロールからなる凝固水平圧下スタ
ンドとを備えたインライン圧下設備を使用して、鋳片の
完全凝固以前の位置において前記未凝固圧下スタンドに
おいて鋳片が未凝固な状態で圧下を与え、次いで鋳片の
完全凝固後に前記凝固垂直圧下スタンドおよび凝固水平
圧下スタンドにおいて鋳片に圧下を与えて鋳片の断面形
状の真円性を整えながら、断面積の減少を図ることを特
徴とする丸ビレット連鋳鋳片の製造方法。

【００１４】(2) 完全凝固以前の位置にある１の前記未
凝固圧下スタンドで、１のロール対の圧下量を他のロー
ル対の圧下量より大きくとり楕円状の鋳片に一旦成形し
た後、完全凝固後の前記凝固垂直圧下スタンドおよび凝
固水平圧下スタンドにおける少なくとも１のロール対で
真円成形することを特徴とする上記(1) 記載の方法。

【００１５】(3) 前記未凝固圧下スタンドにおいて圧下
量を大きくとるロール対のロール径を他のロール対のロ
ール径より大きくすることを特徴とする上記(2) 記載の
方法。

【００１６】(4) 前記未凝固圧下スタンドにおいて圧下
量を大きくとるロール対の少なくとも一方のロールを駆
動ロールとすることを特徴とする上記(2) または(3) 記
載の方法。

【００１７】また、本発明は、その別の面からは、丸ビ
レット連続鋳造設備において、同一垂直断面に一対の水
平ロールおよび一対の垂直ロールを備えた少なくとも１
の未凝固圧下スタンドと、その下流に設けられた一対の
垂直ロールからなる凝固垂直圧下スタンドおよび一対の
水平ロールからなる凝固水平圧下スタンドとを備えたイ
ンライン圧下設備を備えたことを特徴とする丸ビレット
連鋳鋳片の製造装置である。

【００１８】

【発明の実施の形態】すでに述べたように、中心偏析や
センターポロシティの生成原因は、鋳片凝固末期におけ
る凝固収縮によるものであり、鋳造中に鋳片表面から、
この内部収縮量を補う程度、またはそれ以上に圧下を加
えることにより鋳片の断面積の減少により、これらを低
減あるいは防止することができる。

【００１９】断面矩形のビレットの場合に上下方向から
一対のロールで未凝固圧下を行うが、断面丸形のビレッ
ト鋳片においてもそのような従来技術のように水平の二
本のロールにより、インラインで未凝固圧下を実施する
と、図１に示すように、圧下方向と垂直な方向への延び
変形により内部割れが発生する可能性が高くなる。ま
た、圧下方向と垂直な方向への延び変形により、楕円形
状となり、このまま、凝固させてしまうと、真円性が確
保できず製管できなくなってしまう。

【００２０】そこで、本発明にあっては、図２に同じく
略式説明図で示すように、同一断面において中心部未凝
固の丸ビレット鋳片14を上下ロール対22、24、左右ロー
ル対26、28によって、４方向より同時に未凝固圧下する
のであって、これにより、図１のような延び変形を抑制
し、内部割れの発生の原因を少なくすることができると
ともに、真円性の阻害を小さくすることができる。図示
例では、各ロール対を構成するロールをカリバー形のも
のとして示すが、このときのロール表面は、完全なフラ
ットであってもよい。

【００２１】しかし、いずれの場合にあっても、真円性
については、少なくとも１の未凝固圧下スタンドにおけ
る４ロールの同時圧下によって完全に保証できるもので
はなく、４ロールの同時圧下直後の鋳片が完全凝固した
後に、今度は、凝固後圧下スタンドとして一対の垂直ロ
ールからなる凝固垂直圧下スタンドと、さらに一対の水
平ロールからなる凝固水平圧下スタンドにより真円成形
することにより、真円性を高めることができる。

【００２２】完全凝固後に、このような凝固後圧下スタ
ンドを設置する理由は、４ロールの未凝固圧下スタンド
を中心偏析、センターポロシティの低減に有効な、凝固
末期に設置するために、この未凝固領域に設けるには場
所的な制約があることと、未凝固圧下で成形を行うこと
により内部割れ発生のおそれがあることから、そのよう
な無用な未凝固圧下時の内部割れの発生を避けるためで
ある。

【００２３】凝固後圧下スタンドとしての垂直ロールと
水平ロールの設置の順は、特に限定するものではない
が、４ロールの未凝固圧下スタンドにおける水平ロール
と垂直ロールの圧下量の度合いによって、その順を決定
すればよい。

【００２４】図３にその連鋳機内での配置の一例を示
す。図３は、本発明にかかる連続鋳造鋳片の製造装置の
模式的説明図であり、図中、鋳型32から引き抜かれた丸
ビレット鋳片34は冷却ロール群36において水冷により冷
却を促進され、次いで、案内ロール群38を経てから上下
ロール対から成る未凝固圧下ロール群40に送られ、順
次、圧下を行ってから、最終的に本発明にかかる未凝固
圧下スタンド42において４方向からの未凝固圧下を行
い、未凝固圧下を完了する。図示例では、４方向からの
同時圧下を行う本発明にかかる未凝固圧下スタンド42を
１段だけ設けているが、これは上流に向かって多段に設
けてもよい。場合によっては、上下ロール対から成る未
凝固圧下ロール群40をすべて本発明にかかる未凝固圧下
スタンドで構成してもよい。

【００２５】このように未凝固圧下スタンドを多段に設
けることによって、圧下量をそれぞれ調整することによ
り、真円性の保持の効果を上げることができるが、設備
が複雑になることから、通常は１段だけ設けることが好
ましい。それに先立つ未凝固圧下は従来のようにフラッ
トロールにより水平あるいは垂直方向よりすこしずづ多
段に圧下を行えばよい。

【００２６】このようにして未凝固圧下を完了した凝固
丸ビレット43は、次いで、例えば対になった垂直ロール
から構成される凝固垂直圧下スタンド44、対になった水
平ロールから構成される凝固水平圧下スタンド46を経
て、真円成形されて、シームレスパイプ製造用の丸ビレ
ット鋳片とする。このときの凝固垂直圧下スタンド44、
凝固水平圧下スタンド46の数は、必要によりさらに設け
てもよく、またどちらを先にするかも特に制限はない。
符号48はピンチロールを示す。

【００２７】本発明において、このように真円成形を水
平ロール、垂直ロールに分けて行うのは、未凝固圧下の
ように、延び変形による内部割れの問題がないためと、
水平ロールと垂直ロールを分割配置した方が、場所的な
制約がなくコストも安いからである。この場合にも使用
するロールはカリバー形であってもフラット形であって
も、いずれでもよい。

【００２８】本発明の好適態様にあっては、完全凝固以
前の位置にある１の前記未凝固圧下スタンドで、一対の
ロールの圧下量を残りの一対のロール圧下量より大きく
とり楕円状の鋳片に一旦成形した後、完全凝固後の前記
凝固垂直圧下スタンドおよび凝固水平圧下スタンドにお
ける少なくとも１のロールで真円成形するが、その理由
は次の通りである。

【００２９】つまり、未凝固部の断面積の減少を図るた
めには、４方向から垂直に均等に圧下するよりは、むし
ろある程度の楕円変形を許用した方が有効であることが
種々解析、検討により判明している。これは、４方向均
等に圧下すると鋳片の軸方向への延びが大きくなり、断
面の減少がその分小さくなるためである。ただし、内部
割れの発生、真円性の確保を考えると主に圧下する方向
と垂直な方向からの圧下もある程度必要でその望ましい
比率[(小さい方の圧下量) ／ (主に圧下する方向の圧下
量)]は20〜80％である。この範囲であれば、内部割れの
問題もなく、完全凝固後の２対のロールで真円成形が可
能である。

【００３０】本発明の別の好適態様によれば、前記未凝
固圧下スタンドにおいて圧下量を大きくとるロール対の
ロール径を他のロール対のロール径より大きくするが、
その理由は次の通りである。

【００３１】このように圧下量を大きくする方のロール
対の役割りは、主に内部の断面積の減少であり、表面か
らの圧下が有効に内部に浸透する必要がある。ロール径
が小さいと、表面からの圧下は主として、鋳片表層近傍
の軸方向へのメタルフローとして吸収されてしまい、内
部への浸透性が悪くなる。このロール径を大きくとるこ
とにより、圧下の浸透性を高めることができる。その望
ましいロール径は、鋳片径の１〜５倍である。大きけれ
ば大きい程よいが、５倍を越えると設備コストが著しく
増大する。

【００３２】本発明のさらに別の態様によれば、前記未
凝固圧下スタンドにおいて圧下量を大きくとるロール対
の少なくとも一方のロールを駆動ロールとするが、これ
はつぎの理由による。

【００３３】すなわち、４ロールで断面を絞るように同
時に圧下すると、圧下による鋳片引抜き抵抗の著しい増
大を伴う。通常の連鋳機では鋳片の引抜き力は、いわゆ
るピンチロールで発生させているが、丸鋳片の場合、鋳
片とロールの接触面積が小さく、充分な引抜き力を確保
できなくなる可能性がある。鋳片の引き抜き抵抗は、通
常、鋳型と鋳片の摩擦力、曲げ矯正等の圧力により発生
するが、これらはインライン圧下実施時の引き抜き抵抗
に較べて極めて小さい。

【００３４】４ロールの未凝固圧下装置において、主と
して、圧下する方のロール対の少なくとも一方 (両方で
もよいが片方の方がコストが安い) を駆動ロールとし、
圧下とともに鋳片にピンチ力を与えてやることは上記の
接触面積の問題が改善するばかりか、新たにピンチロー
ル48の引き抜き力を大きくする必要がなく、経済的にも
有利である。次に、実施例によって本発明の作用効果を
さらに具体的に説明する。

【００３５】

【実施例】直径250 mmの0.2 ％Ｃ鋼を、図３に示す構造
に実質等しい配置をもった４ロールから成る未凝固圧下
スタンド42とそれに続く、凝固垂直圧下スタンド44、凝
固水平圧下スタンド46を備えた連続鋳造装置で丸ビレッ
ト鋳片43に鋳造した。４ロールの未凝固圧下スタンド42
の位置は溶湯メニスカスより30ｍ、凝固垂直圧下スタン
ド44および凝固水平圧下スタンド46の位置は溶湯メニス
カスより、それぞれ33ｍと35ｍの位置に配置した。凝固
水平圧下スタンド46の下流にはピンチロール48が設けら
れている。

【００３６】鋳造速度は1.8 m/min で、二次冷却スプレ
ーによる冷却力は、鋳型直下より６ｍの間で比水量0.2
l/kg・steel とした。このときの完全凝固位置は、溶湯
メニスカスより31ｍ下流の地点となり、４ロールの未凝
固圧下スタンドで未凝固圧下を、凝固垂直圧下スタンド
(以下、「Ｖスタンド」と称する) 、凝固水平圧下スタ
ンド (以下、「Ｈスタンド」と称する) で完全凝固後の
鋳片の圧下成形を行うことができる。水平ロールと垂直
ロールの径は、いずれも400 mmとし、形状はフラットと
したが、場合によってはカリバー形状としてもよい。

【００３７】表１に実施例１〜４と比較例１〜４におけ
る製造条件をそれぞれ示す。鋳片の圧下量の設定は、い
ずれも、圧下量に応じたスペーサを設定しておき、押し
切りとした。場合によっては、油圧シリンダの変位制御
機構を設けて、圧下量をコントロールしてもよい。圧下
の能力は、どのロールもそれぞれ最大２００Ｔｏｎで、
そのときの圧下量に応じ、この値以内の圧下反力となっ
た。

【００３８】実施例１は、４ロールの未凝固圧下スタン
ドの各ロールのロール径を400 mmとし、圧下量は同一の
20mmとした。ＶスタンドとＨスタンドの圧下量は５mmと
した。実施例２は、４ロールの未凝固圧下スタンドの水
平ロールの圧下量を40mmと大きくし、それに応じて真円
成形用のＶスタンドの圧下量を20mmとした。

【００３９】実施例３は、実施例２の４ロールの未凝固
圧下スタンドの圧下量の大きい水平ロールの径を600 mm
と大きくし、その他は実施例２と同一とした。実施例４
は、４ロールの未凝固圧下スタンドの水平ロールの上ロ
ールを駆動ロールとし、その他は実施例２と同一とし
た。

【００４０】比較例１は、既存の方法を模擬して４ロー
ルの未凝固圧下スタンドの水平ロールのみを20mmの圧下
とし、真円成形スタンドであるＶスタンドとＨのスタン
ドを使用しなかった。

【００４１】比較例２は、４ロールの未凝固圧下スタン
ドは、実施例１と同じであるが、Ｖ、Ｈスタンドの成形
スタンドを使用しなかった場合である。比較例３、４
は、実施例１のＶ、Ｈスタンドのどちらか一方の真円成
形を実施しなかった場合である。

【００４２】以上のような各例において、鋳片鋳造後、
冷鋳片より、定常鋳造部の２ｍ長のサンプルを切り出
し、そのサンプルから100 mm長さピッチで21個の横断面
板を採取した。

【００４３】この横断面板の断面のサルファプリントよ
り内部割れの有無を確認した。さらに中心部 (変形が大
きい時は重心) より５mm径の切り粉を取り出し、炭素濃
度Ｃを分析して、それを鋳片の平均濃度Coとの比、Ｃ/C
o として中心偏析評価の指標とした。

【００４４】さらに横断面でみられるポロシティの総面
積を求め、鋳片断面積との比より、ポロシティ面積率
(%) を求め、ポロシティを評価した。また、横断面の重
心を求め、重心から周方向への距離を周角30°ピッチで
測定し、得られるべき真円の半径との差 (縦断面) を真
円の半径で除したものを真円偏差率(%) と定義し、真円
度の評価を行った。製管工程に供与されるべきビレット
鋳片の真円偏差率は３％以内である。

【００４５】また実施例２と実施例４では、未凝固圧下
スタンドおよび凝固圧下スタンドに続くピンチロールで
圧下引抜き中のピンチロールのトルクを測定し、実施例
４と実施例２の発生トルクの比率(%) を求めた。表２に
各例についての試験結果をまとめて示す。各パラメータ
ーの値は21個の横断面板サンプルの平均値を示す。

【００４６】実施例１では、比較例１と比べることによ
り、内部割れ防止、中心偏析低減、センターポロシティ
低減、真円度向上の面での４ロール同時圧下の効果が明
らかである。また比較例２、３、４と比べることによ
り、真円度向上の面での凝固垂直、水平両圧下スタンド
を設けたことの効果が明らかである。

【００４７】実施例２では、４ロールの未凝固圧下スタ
ンドの水平ロールの圧下量を大きくとってあり、真円度
がほぼ同等 (製管基準をクリアー) の下でポロシティ、
中心偏析の低減効果が明らかである。

【００４８】実施例３では、４ロールの未凝固圧下スタ
ンドの水平ロールのロール径を大きくとっており、その
結果、圧下の内部浸透性が向上しており、ポロシティ、
中心偏析の低減が実施例２よりさらに進んでいる。真円
度はほぼ同等である。これらの結果から、圧下量を大き
くとるロール対の径を大きくすることの効果が確認され
た。

【００４９】実施例４では、実施例２とポロシティ、中
心偏析、真円度の面で効果は同等であるが、ピンチロー
ル48の引抜きトルクが実施例２の場合の５％に低減して
おり、実質上、４ロール未凝固圧下スタンドのみでも引
抜き可能なレベルとなっている。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】

【発明の効果】本発明により、連続鋳造に続く製管工程
に内質が良好で真円性の高い、丸ビレット鋳片を供給す
ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】丸ビレット鋳片の未凝固圧下による内部割れ発
生状況を示す模式的説明図である。

【図２】同一断面４方向の未凝固圧下を示す模式的説明
図である。

【図３】本発明にかかる丸ビレット鋳片のインライン圧
下設備の概要説明図である。

【符号の説明】

32：鋳型 34：丸ビレット鋳片 36：冷却ロール群 38：案内ロール群 40：未凝固圧下ロール群 42：未凝固圧下スタンド 43：丸ビレット鋳片 44：凝固垂直圧下スタン
ド 46：凝固水平圧下スタンド 48：ピンチロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩出 純孝 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友 金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−206804（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−289552（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−108358（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−134550（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−85523（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−197566（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−34304（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−34201（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−124352（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−201602（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−201601（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−300053（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−269903（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−124704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−33152（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−143740（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−113148（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭44−17366（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/128 350 B22D 11/00 B22D 11/20

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 丸ビレット連続鋳造において、同一垂直
   断面に一対の水平ロールおよび一対の垂直ロールを備え
   た少なくとも１の未凝固圧下スタンドと、その下流に設
   けられた一対の垂直ロールからなる凝固垂直圧下スタン
   ドおよび一対の水平ロールからなる凝固水平圧下スタン
   ドとを備えたインライン圧下設備を使用して、鋳片の完
   全凝固以前の位置において前記未凝固圧下スタンドにお
   いて鋳片が未凝固な状態で圧下を与え、次いで鋳片の完
   全凝固後に前記凝固垂直圧下スタンドおよび凝固水平圧
   下スタンドにおいて鋳片に圧下を与えて鋳片の断面形状
   の真円性を整えながら、断面積の減少を図ることを特徴
   とする丸ビレット連鋳鋳片の製造方法。
2. 【請求項２】 完全凝固以前の位置にある１の前記未凝
   固圧下スタンドで、１のロール対の圧下量を他のロール
   対の圧下量より大きくとり楕円状の鋳片に一旦成形した
   後、完全凝固後の前記凝固垂直圧下スタンドおよび凝固
   水平圧下スタンドにおける少なくとも１のロール対で真
   円成形することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記未凝固圧下スタンドにおいて圧下量
   を大きくとるロール対のロール径を他のロール対のロー
   ル径より大きくすることを特徴とする請求項２記載の方
   法。
4. 【請求項４】 前記未凝固圧下スタンドにおいて圧下量
   を大きくとるロール対の少なくとも一方のロールを駆動
   ロールとすることを特徴とする請求項２または３記載の
   方法。
5. 【請求項５】 丸ビレット連続鋳造設備において、同一
   垂直断面に一対の水平ロールおよび一対の垂直ロールを
   備えた少なくとも１の未凝固圧下スタンドと、その下流
   に設けられた一対の垂直ロールからなる凝固垂直圧下ス
   タンドおよび一対の水平ロールからなる凝固水平圧下ス
   タンドとを備えたインライン圧下設備を備えたことを特
   徴とする丸ビレット連鋳鋳片の製造装置。