JP3275828B2

JP3275828B2 - 連続鋳造方法

Info

Publication number: JP3275828B2
Application number: JP09115198A
Authority: JP
Inventors: 義起伊藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 2002-04-22
Anticipated expiration: 2018-04-03
Also published as: JPH11285797A

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、高合金鋼等の連続鋳造方法に関し、さらに詳しく
は、中心偏析、センターポロシティおよび内部割れ等の
内部欠陥が少なく、かつ断面形状の良好な鋳片の連続鋳
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造においては、鋳片の中心部
に中心偏析やセンターポロシティ（以下、単にポロシテ
ィと記す）等の内部欠陥が発生しやすい。このような鋳
片を圧延しても、内部品質の良い圧延製品は得られな
い。

【０００３】たとえば、硬鋼線材（以下、線材と記す）
の製造用鋳片の中心偏析やポロシティは、熱間圧延後の
線材の中心部にも欠陥として残存する。このような線材
を冷間で伸線加工すると、カッピー断線といわれる事故
が発生することがある。また、このような鋳片を熱間圧
延し、棒鋼（以下、棒鋼と記す）に加工した場合にも棒
鋼の中心部に欠陥として残存する。この棒鋼を冷間で押
し出し加工する際に、シェブロンクラックといわれる欠
陥が発生することがある。

【０００４】また同様に、連続鋳造から圧延工程または
鍛造工程を経て、マンネスマン法でシームレスパイプ
（以下、単にパイプと記す）を製造する場合に、鋳片に
ポロシティがあれば、パイプに内面疵が発生することが
ある。さらに、厚板用の鋳片の中心偏析やポロシティ
は、製品厚板（以下、単に厚板と記す）に残存し、溶接
継手に加工した際に継手部の靱性低下の原因となる場合
がある。また、厚板から曲げ加工後、溶接して製造され
るサワーガス輸送用大径鋼管にも、その欠陥が残存し、
水素誘起割れの原因となることがある。

【０００５】中心偏析とは、鋳片の厚み方向中心部に
Ｃ、Ｓ、ＰおよびＭｎなどの偏析成分が濃化することで
あり、凝固の進行に伴い濃化した溶鋼が、凝固の際の収
縮やロール間バルジング等により最終凝固部である鋳片
中心部に移動、集積し、そのまま凝固することにより発
生する。

【０００６】ポロシティは、最終凝固部では濃化溶鋼が
流動しにくいので、収縮によって生じる狭い隙間に溶鋼
が補給されずに凝固が完了するために発生する。

【０００７】したがって、これら中心偏析およびポロシ
ティの防止対策として、濃化した未凝固溶鋼の移動、集
積を抑制するために、最終凝固部付近をロールまたは金
型などで圧下する方法等が提案されている。

【０００８】代表的な方法として、鋳片の未凝固軽圧下
法がある。鋳片の未凝固部にロールによる凝固収縮分相
当の鋳片厚みの圧下を行う、いわゆる軽圧下を施し、凝
固収縮やロール間バルジングによって生じる最終凝固部
への濃化溶鋼の流動を極力抑え、中心偏析やポロシティ
の低減を図るものである。

【０００９】特開昭６１−４２４６０号公報には、最終
凝固部の鋳造方向の上流側に設定した電磁攪拌装置ある
いは超音波印加装置を用いて強制的に溶鋼を流動させ、
凝固した柱状晶を切断することにより最終凝固部付近に
等軸晶を形成させた上で、最終凝固部直前に配置した圧
下ロールにより、凝固収縮相当量以上の３ｍｍから２０
ｍｍ程度の圧下を与えて、強制的に凝固完了点を形成
し、鋳片内部割れを発生させることなく中心偏析を防止
する方法が提示されている。

【００１０】また、特開平３−１２４３５２号公報に
は、鋳片の厚さの２〜５倍の直径を有するロールで最終
凝固部を圧下し、中心偏析やポロシティを低減する方法
が提示されている。

【００１１】しかし、上記特開昭６１−４２４６０号公
報、特開平３−１２４３５２号公報のような従来の未凝
固圧下方法には、下記のような問題がある。

【００１２】線材、棒鋼、パイプ、厚板等に用いる鋼
では、未凝固圧下に伴う内部割れが鋳片に発生しやす
く、この内部割れが製品の欠陥となる場合がある。

【００１３】鋳片の内部割れの発生を防止するため
に、１対のロール当たりの未凝固圧下量を小さくする
と、中心偏析やポロシティの低減が不十分となるばかり
でなく、多数の圧下ロールを必要とするため、設備費が
高くなる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、炭素鋼、ス
テンレス鋼、高合金鋼等の連続鋳造において、中心偏
析、ポロシティおよび内部割れ等の内部欠陥が少なく、
かつ断面形状の良好な鋳片が得られる連続鋳造方法を提
供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
（１）および（２）に示す連続鋳造方法にある。

【００１６】（１）鋼の連続鋳造鋳片の未凝固部を、下
記（１）式で表される内部圧下比εが０.５〜３.０とな
るように圧下することを特徴とする連続鋳造方法。

【００１７】 ε＝Ｌ／｛（η/100）×Ｒ｝・・・（１）ここで、η＝Σ（ａ_n×Ｓⁿ）×（Ｄ／２１０）^b ・・・（２）Ｌは、圧下時の未凝固部厚さ（ｍｍ） ηは、内部浸透度（％）Ｒは、未凝固部圧下量（ｍｍ）Ｓは、鋳片横断面における未凝固部の面積比率（％）ｎは、０、１、２ａ_nは、ａ₀、ａ₁、ａ₂でａ₀＝２４．６、ａ₁＝−
０．９、ａ₂＝０．３Ｄは、未凝固部圧下ロール径（ｍｍ）ｂ＝０．０３３×｛鋼のＣ含有率（重量％）｝＋０．５
５（２）鋳片の完全凝固後、さらに圧下することを特徴と
する上記（１）に記載の連続鋳造方法。

【００１８】図５は、本発明の未凝固圧下法の概念を、
断面形状が丸形状の鋳片（以下、丸鋳片と記す）により
説明するための図である。同図（ａ）は、鋳片の圧下状
態を示す縦断面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）中
のＩ−Ｉ’線における鋳片の断面図である。

【００１９】図５（ａ）において、未凝固圧下装置２９
は、未凝固部２７のある鋳片２８を圧下する上下一対の
未凝固圧下水平ロール３２を備えている。圧下の際に
は、未凝固部厚さ（以下、未凝固厚と記す）Ｌの鋳片
を、直径Ｄの未凝固圧下のロールを使用して未凝固部圧
下量（以下、未凝固圧下量と記す）Ｒだけ圧下する。

【００２０】ここで、未凝固厚Ｌは、固相率が０．９９
以下の領域の厚さである。符号３３は、固相率０．９９
の線である。固相率は、鋳片の各位置での温度を伝熱凝
固解析により求め、その結果と、その鋼の固有の液相線
温度と固相線温度とから求めることができる。

【００２１】図５（ｂ）に示した丸鋳片では、未凝固厚
Ｌは、ほぼ丸形の未凝固部の直径を意味する。断面が丸
形以外の正方形または矩形の断面の鋳片の場合には、未
凝固厚Ｌは、鋳片の未凝固部厚みそのものである。矩形
の場合は、長辺側の固相率０．９９を超える凝固殻同士
の間の未凝固部厚みのことである。

【００２２】本発明では、内部圧下比εが０．５〜３．
０の条件で圧下する。この内部圧下比εは、上記（１）
式に示すとおり未凝固厚Ｌと、内部浸透度ηを加味した
未凝固圧下量Ｒとの比で表される。この内部圧下比が大
きい値のときは、未凝固厚みに比べて未凝固圧下量が少
なく、逆に内部圧下比が小さいときは、未凝固厚みに比
べて大きな未凝固圧下量を加えることになる。

【００２３】上記（２）式における鋳片横断面における
未凝固部の面積比率Ｓ（％）は、図５（ｂ）において、
圧下時の鋳片の未凝固部面積をＡ_L、鋳片断面積をＡ₀
とすると下記の式で表される。
Ｓ（％）＝（Ａ_L／Ａ₀）×１００なお、圧下時とは、未凝固圧下力が、鋳片にかかる時を
意味し、圧下ロールが鋳片に接触する瞬間のことであ
る。

【００２４】また、上記（２）式で表される内部浸透度
ηは、外部から加えた圧下量が実際に未凝固部に伝わる
割合を意味し、実験結果を基にした回帰計算によって求
めた式である。ここで、内部浸透度ηは、圧下時におけ
る鋳片横断面の面積に占める未凝固部の面積の比率Ｓ、
未凝固圧下ロールの直径Ｄと鋼のＣ含有率から求められ
る。上記（２）式におけるｎ、ａ_nおよびｂは、現象を
説明するに好適な式と数値を、回帰計算から求めたもの
である。

【００２５】本発明の方法による未凝固圧下で内部割れ
の発生を防止できるのは、適正な内部圧下比の条件で未
凝固圧下を行うことにより、圧下を受ける凝固界面が応
力的に圧縮状態となることに加えて、また溶鋼の流動が
強められるので凝固界面近傍の柱状晶間に吸引された濃
化溶鋼が、鋳造方向の上流側に絞り出されやすいためで
ある。

【００２６】また、本発明の方法では、適正な未凝固圧
下量の選択により鋳片が大きな変形を受ける。したがっ
て、凝固完了後さらに圧下を行うことが望ましく、この
圧下により断面形状の良好な鋳片を得ることができる。

【００２７】さらに、本発明の方法の場合には、１対の
ロール当たりに大きな圧下量を選択できるので、圧下の
ための設備費の低減が可能である。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の方法を実施する
ための連続鋳造装置の１例を示す図である。ここで、浸
漬ノズル２１から鋳型２２に溶鋼２３が注入されると、
鋳型内で凝固殻２６が形成され、この凝固殻２６は、冷
却ロール群２４および案内ロール群２５を通過する間に
徐々に厚みを増していく。そして、未凝固部２７を有す
る鋳片２８となり、この鋳片は未凝固圧下装置２９およ
び凝固後圧下装置３０で圧下されてピンチロール３１に
より引き抜かれる。

【００２９】なお、本発明の方法は、線材、棒鋼、パイ
プ等の製造に用いられる、いわゆるブルーム鋳片、また
は丸鋳片を含むビレット鋳片、および厚板の製造に用い
られる断面が長方形のスラブ鋳片の鋳造にとくに適して
いる。

【００３０】未凝固圧下装置は少なくとも１対のロール
があればよく、この場合、１対のロールでも十分な圧下
効果が得られる。２対以上のロール圧下装置でも構わな
い。

【００３１】図５で示した未凝固圧下ロール３２は、１
対の上下水平ロールである。厚板製造のための断面が長
方形の鋳片の場合には、この上下水平ロール方式が、設
備配置の上で適している。線材、棒鋼、パイプ等の製造
用のブルームまたは丸鋳片を含むビレットの場合には、
この上下水平ロール方式以外に、１対の垂直ロールであ
っても構わない。

【００３２】また、この未凝固圧下ロールの表面形状
は、丸鋳片以外の形状の鋳片の場合は、フラット形状が
適しているが、丸鋳片の場合は孔型形状であってもよ
い。なお、孔型形状ロールの場合、その平均ロール径を
未凝固圧下ロール直径として計算するのがよい。

【００３３】本発明では、未凝固部のある鋳片を内部圧
下比εが０．５〜３．０の範囲になるように未凝固圧下
する必要がある。

【００３４】図２は、中心偏析およびポロシティに及ぼ
す内部圧下比εの影響を示す図である。中心偏析の有無
およびポロシティの大きさは、内部圧下比が３.０以下
で著しく改善されていることが分かる。

【００３５】図３は、未凝固圧下時の内部割れ発生に及
ぼす内部圧下比εの影響を示す図である。内部割れは、
内部圧下比が３を超えて７程度の値の範囲で発生してお
り、その内部割れ長さは、内部圧下比が５の近傍で極大
となっている。また、内部圧下比が３.０以下では内部
割れは発生しないことがわかる。

【００３６】図４は、内部圧下比と未凝固圧下ロール径
が、鋳片内部割れの発生と未凝固圧下の際の圧下ロール
負荷状況に及ぼす影響を示す図である。ロール径によら
ず、内部圧下比が３．０を超えると内部割れ等の内部欠
陥が発生する。また、内部圧下比が０.５未満では、圧
下ロール負荷が大きくなり、連続鋳造の操業における鋳
片の引抜が困難となる。

【００３７】上記のように、内部圧下比εが０．５〜
３．０の範囲で未凝固圧下する必要がある。内部圧下比
εのさらに好ましい範囲は１．０〜２．５である。

【００３８】未凝固圧下ロールの直径は、１００〜１０
００ｍｍが望ましい。１００ｍｍ未満の場合には、圧下
力の内部浸透性が低いため内部欠陥の抑制が不十分とな
る。また、未凝固圧下ロールの直径が１０００ｍｍを超
えると、大きな圧下力を必要とするので未凝固圧下装置
が大型化し、設備費用が上昇する。

【００３９】本発明の方法を実施する場合には、内部圧
下比εは次の手順で決定する。未凝固部圧下ロールの直
径Ｄは通常上記の範囲内で設備上定まった値である。鋳
造する鋼のＣ含有率は、レードル分析値で既知であるの
でｂが求められる。鋳片表面等の二次冷却条件および鋳
造速度等の鋳造条件を決めると、未凝固部の面積率Ｓが
求められ、上記（２）式から圧下の時の内部浸透度ηが
決まる。また、二次冷却条件と鋳造速度を決めると、未
凝固厚Ｌも求まるので、未凝固圧下量Ｒを選択すれば、
上記（１）式から内部圧下比εを得ることができる。こ
のεが、目標の値となるように、鋳造速度、未凝固圧下
量などを選択する。

【００４０】凝固完了後の圧下は、線材、棒鋼、パイプ
等の製造用のブルーム、丸鋳片を含むビレットを鋳造す
る場合に適用するのが望ましい。たとえば、線材、棒鋼
製造用の熱間圧延用素材として、ブルームを用いる場
合、ブルームが未凝固圧下により大きく変形している
と、その後の熱間圧延が困難である。したがって、未凝
固圧下後に、変形した鋳片を適正な形状に成形すること
を目的に、凝固後圧下を施すのが有効である。

【００４１】図１には、１対の垂直ロールとその後段に
１対の上下水平ロールを備えた凝固後圧下装置３０を示
している。凝固後圧下の効果を得るのには、少なくとも
１対のロールを用いるのがよい。最初の凝固後圧下ロー
ルを垂直にするか、水平にするかは、最後の未凝固圧下
ロールが水平か垂直かで選択すればよい。すなわち、最
後の未凝固圧下ロールが水平ロールであれば、最初の凝
固後圧下ロールは垂直とするのがよい。

【００４２】凝固後圧下装置の設置位置は、未凝固圧下
装置の鋳造方向に下流側で、鋳片中心部が完全凝固する
位置以降である。ただし、未凝固圧下装置と距離が離れ
すぎると、鋳片温度が下がりすぎるため、最後の未凝固
圧下装置から、最初の凝固圧下装置までの距離は２〜１
０ｍ程度が望ましい。

【００４３】本発明の方法は、炭素鋼、ステンレス鋼、
高合金鋼等の鋼に対して有効であり、そのいずれの鋼に
おいても中心偏析、ポロシティ、内部割れ等の内部欠陥
が少なく、かつ断面形状の良好な鋳片が得られる。

【００４４】

【実施例】表１に示す化学組成の鋼を用い、図１に示す
構成の連続鋳造装置を用いて連続鋳造試験を行った。

【００４５】直径２５０ｍｍの断面形状が丸形の鋳片に
対して、未凝固圧下および凝固後圧下を行い直径１９０
ｍｍの鋳片を製造した。未凝固圧下装置は、溶鋼メニス
カスから２０ｍの位置に設置し、圧下は表面がフラット
なロールを使用した上下１対の水平ロール１台で行っ
た。ロール径は、３００、６００および９００ｍｍの３
種類とした。凝固後圧下は、ロール表面形状が孔型のロ
ールを使用し、１対の垂直ロールと上下１対の水平ロー
ルの合計２台で行った。鋳片表面の二次冷却の領域は、
鋳型下端から６ｍまでとし、比水量０．２リットル／ｋ
ｇ・鋼で冷却を行った。

【００４６】

【表１】

【００４７】表２に、鋳造条件を示す。なお、鋳造速度
を１．７〜２．３ｍ／分の間で調整した。また未凝固厚
は、鋳片温度の伝熱凝固解析により計算で求めるととも
に、Ｆｅ−Ｓ添加による未凝固厚みの測定で確認した。

【００４８】

【表２】

【００４９】本発明例のＮｏ．１〜５では、本発明で規
定する内部圧下比０．５〜３．０の範囲の条件で鋳造し
た。

【００５０】これに対し、比較例のＮｏ．６は、圧下量
を小さめにして、内部圧下比が本発明で規定する範囲外
の３．３０と大きい例であり、比較例のＮｏ．７は、内
部圧下比が本発明で規定する範囲外の０．４３と小さめ
の例である。

【００５１】鋳片の性状は、鋳造方向に１００ｍｍの間
隔で採取した２１個の横断面サンプルを対象に調査し
た。

【００５２】内部割れは、横断面のサルファプリントに
より判定し、その割れ長さで評価した。

【００５３】中心偏析は、横断面サンプルの中心部のＣ
含有率分析値Ｃ₁、とレードル分析値Ｃ₀との比、すな
わち偏析度比Ｃ₁／Ｃ₀により評価した。

【００５４】ポロシティについては、横断面サンプル内
のポロシティの発生個数と形状を目視観察し、さらに寸
法を計測する。ポロシティ総面積は、形状を円または楕
円形状に近似し、計測した寸法から１個のポロシティ面
積を求め、発生個数をかけて求めた。このポロシティ総
面積と鋳片横断面の面積との比をポロシティ面積率とし
て評価した。

【００５５】円形偏差率（％）は、鋳片横断面の重心を
求め重心から外表面への距離を周方向に３０°ピッチで
計測し、得られるべき目標の円半径との差を目標の円半
径で除した比と定義して評価した。熱間製管圧延に用い
られるビレットに許容される円形偏差率は、通常３％程
度以内である。

【００５６】表３に調査結果を示す。

【００５７】

【表３】

【００５８】本発明例のＮｏ．１〜５の鋳片は、ポロシ
ティ面積率および偏析度比が、いずれも小さく良好であ
り、内部割れもないか、あっても軽微であった。円形偏
差率も３％以下で良好であった。

【００５９】一方、内部圧下比εの値が、本発明で規定
する範囲外で大きすぎる比較例のＮｏ．６の鋳片では、
ポロシティおよび中心偏析が残存し、また内部割れが発
生した。その理由は、未凝固厚みに対する未凝固圧下量
が小さいためである。また円形偏差率も３．７と悪く、
熱間圧延用素材としては不適当と判断された。

【００６０】比較例のＮｏ．７の場合には、鋳片の引抜
が困難であったため、鋳造試験を途中で中止した。鋳片
の中心部固相率が０．９と大きく、凝固が進行しすぎて
おり、また内部圧下比が本発明で規定する範囲外で、小
さいこと、すなわち未凝固厚みに対して未凝固圧下量が
大きすぎて、圧下ロールへの荷重負荷が大きくなったた
めである。

【００６１】

【発明の効果】本発明の方法の適用により、中心偏析、
ポロシティおよび内部割れ等の内部欠陥の少ない、かつ
断面形状の良好な鋳片が得られる。したがって、本発明
の方法で得られるブルーム、ビレット、スラブ等の鋳片
を素材として、内部品質に優れた線材、棒鋼、パイプお
よび厚板等を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための連続鋳造装置の
１例を示す図である。

【図２】センターポロシティに及ぼす内部圧下比εの影
響を示す図である。

【図３】内部割れ長さに及ぼす内部圧下比εの影響を示
す図である。

【図４】未凝固圧下用のロール径Ｄと内部圧下比εと内
部欠陥および連続鋳造引き抜き可否の関係を示す図であ
る。

【図５】本発明の未凝固圧下の概念を説明するための図
である。

【符号の説明】

２１浸漬ノズル２２鋳型２３
溶鋼２４冷却ロール群２５案内ロール群２６
凝固殻２７未凝固部２８鋳片２９
未凝固圧下装置３０凝固後圧下装置３１ピンチロール３２未凝固圧下ロール３３固相率０．９９の
線Ｌ：圧下時の未凝固部厚さＲ：未凝固部圧下量Ｄ：未凝固圧下ロール径Ａ_L ：未凝固部面積Ａ₀ ：鋳片断面積

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平10−52744（ＪＰ，Ａ) 特開平９−206903（ＪＰ，Ａ) 特開平９−29405（ＪＰ，Ａ) 特開平８−281400（ＪＰ，Ａ) 特開平８−192256（ＪＰ，Ａ) 特開平８−164460（ＪＰ，Ａ) 特開平５−285619（ＪＰ，Ａ) 特開平３−275259（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−183765（ＪＰ，Ａ) 特開平11−188468（ＪＰ，Ａ) 特開平10−328800（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/128 350 B22D 11/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼の連続鋳造鋳片の未凝固部を、下記
（１）式で表される内部圧下比εが０.５〜３.０となる
ように圧下することを特徴とする連続鋳造方法。 ε＝Ｌ／｛（η/100）×Ｒ｝・・・（１）ここで、η＝Σ（ａ_n×Ｓⁿ）×（Ｄ／２１０）^b Ｌは、圧下時の未凝固部厚さ（ｍｍ） ηは、内部浸透度（％）Ｒは、未凝固部圧下量（ｍｍ）Ｓは、鋳片横断面における未凝固部の面積比率（％）ｎは、０、１、２ａ_nは、ａ₀、ａ₁、ａ₂でａ₀＝２４．６、ａ₁＝−
０．９、ａ₂＝０．３Ｄは、未凝固部圧下ロール径（ｍｍ）ｂ＝０．０３３×｛鋼のＣ含有率（重量％）｝＋０．５
５
【請求項２】鋳片の完全凝固後、さらに圧下することを
特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。