JP5522324B1 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

鋳片を意図的にバルジングさせ、その後、未凝固層を有する鋳片を圧下して連続鋳造するにあたり、鋳片をブレークアウトさせることなく更には凝固シェルで内部割れを発生させることなくバルジングさせ、且つ、鋳片の中心偏析並びに厚み中心部近傍での正偏析を軽減する。
鋳片１０の凝固シェル１１の厚みが１５ｍｍに達するまでは鋳片支持ロール６のロール開度を鋳型直下での値と同一に設定し、その後、ロール開度を段階的に増加させて鋳片を３〜２０ｍｍのバルジング総量でバルジングさせ、その後、鋳造方向下流側に０．５〜５．０ｍの区間ではロール開度を一定に設定し、次いで、鋳片厚み中心部の固相率が０．２〜０．９の鋳片を、圧下速度と鋳造速度との積が０．３〜１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²となる条件で圧下ロール７によって少なくとも１回圧下する。

Description

本発明は、鋳型から引き抜かれた鋳片をブレークアウトさせることなく更には内部割れを発生させることなく意図的にバルジングさせ、その後、未凝固層を有する連続鋳造中の鋳片を圧下して鋳片の中心偏析を軽減する方法に関する。

鋼の連続鋳造では、溶鋼を水冷鋳型内に注入して冷却（「一次冷却」と呼ぶ）し、鋳型内壁に凝固シェルを形成させている。そして、この凝固シェルを外殻とする鋳片を、鋳型下方に設置した多数の鋳片支持ロールで支持しつつ連続的に下方に引き抜いている。この引き抜き中に、スプレー冷却水などによって鋳片の表面を冷却（「二次冷却」と呼ぶ）し、鋳片の厚み中心部まで完全に凝固させた後に、鋳片を所定長さに切断し、鋼鋳片を製造している。

このようにして製造される鋼鋳片の厚み中心部には、中心偏析と呼ばれる内部欠陥が発生する場合がある。この中心偏析は、鋳片の最終凝固部、つまり厚み中心部に、炭素（Ｃ）、硫黄（Ｓ）、燐（Ｐ）、マンガン（Ｍｎ）などの溶質成分が濃化して発生するものである。鋳片の中心偏析は、最終製品である厚鋼板の靱性の低下や、厚鋼板を曲げ加工した後に溶接して製造される大径溶接鋼管の水素誘起割れの原因となることが知られている。

鋳片の中心偏析の生成機構は、次のように考えられている。即ち、鋳片の凝固の進行に伴って、鋳片の凝固組織であるデンドライト樹枝状晶の樹間に、分配の法則（Partition Law）に基づいて溶質成分が濃化する。これがデンドライト樹間に形成されるミクロ偏析である。凝固時の鋳片の収縮、または、バルジングと呼ばれる鋳片の膨れなどにより、鋳片の厚み中心部に空隙が形成されたり負圧が生じたりすると、この部分に溶鋼が吸引される。しかし、凝固末期の未凝固層には、十分な量の溶鋼が存在しないので、上記のミクロ偏析によって溶質成分の濃化した溶鋼が流動して鋳片の厚み中心部に集積し、集積した状態で凝固する。溶質成分の濃縮された溶鋼が集積して凝固するので、鋳片厚み中心部に溶質成分の濃化帯が形成される。この濃化帯が中心偏析であり、上記のミクロ偏析に対してマクロ偏析と呼ばれている。

鋳片の中心偏析の防止対策としては、溶質成分の濃化した、デンドライト樹間に存在する溶鋼（「濃化溶鋼」という）の移動を防止すること、並びに、濃化溶鋼の局所的な集積を防止することが効果的であり、これらの原理を利用した幾つかの中心偏析防止方法が提案されている。

そのなかで、連続鋳造機内において、未凝固層を有する凝固末期の鋳片を、凝固収縮量と熱収縮量との和に相当する程度の圧下総量及び圧下速度で、圧下ロール群（「軽圧下帯」という）によって徐々に圧下しながら鋳造する方法（「軽圧下」と呼ばれる）が広く行われている（例えば、特許文献１を参照）。ここで、圧下総量とは、圧下開始から圧下終了までの圧下量である。

この軽圧下方法は、デンドライト樹間に存在する濃化溶鋼の移動を防止することによって、中心偏析を防止する技術である。但し、凝固収縮量を若干上回る程度の圧下総量であることから、圧下力は弱い。つまり、軽圧下方法においては、圧下力が弱いことから、鋳片の凝固完了位置が鋳片幅方向で同一位置でないときには、すでに凝固完了した部位が圧下抵抗になり、圧下すべき未凝固の部位に圧下力が付与されないことが発生する。このような場合、圧下力が付与されない部分では中心偏析の改善効果は少ない。したがって、軽圧下方法であっても中心偏析を改善する効果には限界がある。

また、鋳片の中心偏析を改善する方法として、圧下ロール対によって、凝固収縮量と熱収縮量との和よりも遥かに大きな圧下総量で凝固末期の鋳片を圧下する方法も行われている（例えば、特許文献２を参照）。この方法は、上記の「軽圧下」に対して「大圧下」とも呼ばれている。

鋳片に大圧下を付与するためには、鋳片両端に位置する凝固の完了した鋳片短辺部も圧下しなければならず、大きな圧下力が必要となる。つまり、大きな圧下力を付与することから、大圧下法を通常の連続鋳造機に適用した場合には、圧下ロール対を支える支持枠体に撓みが発生し、充分な圧下効果が得られない場合が発生する。また、圧下ロールが曲がったり、折損したりするなどの設備上のトラブルにより、操業が困難になる場合も起こる。このような支持枠体の撓みや圧下ロール対の曲がりなどを防止するためには、連続鋳造設備を高い負荷荷重に耐え得る設備とする必要がある。この高負荷による問題は、軽圧下法において鋳片短辺を圧下するような圧下総量を大きくする場合にも、同様に発生する。

そこで、軽圧下法において、圧下総量を増大させ且つ圧下による連続鋳造機への負荷を緩和する、或いは、大圧下法において、連続鋳造機への負荷を緩和することを目的として、幾つかの提案がなされている。

例えば、特許文献３には、鋳片の中心部固相率が０．１以下の位置で鋳片を意図的にバルジングさせ、鋳片の幅方向中央部の厚みを鋳型内で生じる鋳片短辺部の厚みよりも２０〜１００ｍｍ厚くし、その後、凝固完了位置の直前にて少なくとも１つの圧下ロール対により、１つの圧下ロール対あたり２０ｍｍ以上の圧下を与えてバルジング総量に相当する量を圧下し、中心偏析を防止する方法が提案されている。ここで、バルジング総量とは、意図的なバルジング開始から意図的なバルジング終了までのバルジング量である。

特許文献４には、鋳片の未凝固層の厚みが３０ｍｍになるまでの間に、鋳片の幅方向中央部の厚みを鋳片短辺部の厚みの１０％〜５０％相当の厚み分だけ意図的にバルジングさせ、その後、凝固完了位置までに少なくとも１つの圧下ロール対により、鋳片長さあたり８０ｍｍ／ｍ以上の圧下勾配で圧下を与えてバルジング総量に相当する量を圧下し、中心偏析を防止する方法が提案されている。

また、特許文献５には、意図的なバルジング開始時の鋳片の厚みの３％以上２５％以下を位置的にバルジングさせた後、鋳片中心部固相率が０．２以上０．７以下の範囲の鋳片の任意の位置を、１つの圧下ロール対によってバルジング総量の３０％以上７０％以下に相当する厚みだけ圧下し、中心偏析を防止する方法が提案されている。

特開平８−１３２２０３号公報 特開平６−２１８５０９号公報 特開平９−５７４１０号公報 特開平９−２０６９０３号公報 特開２０００−２８８７０５号公報

上記特許文献３〜５は、バルジング総量に相当する量、或いは、それ以下の範囲内で鋳片を圧下しているので、鋳片の短辺部は圧下されることはなく、圧下による連続鋳造機への負荷は緩和される。しかしながら、特許文献３〜５には以下の問題がある。

即ち、特許文献３〜５では、鋳片を意図的にバルジングさせる場合に、バルジング前の鋳片の凝固シェルの厚みを規定しておらず、したがって、バルジング開始時期が早過ぎた場合には、凝固シェルの亀裂や膨らみに起因するブレークアウトの発生する危険性がある。また、特許文献３〜５では、鋳片を意図的にバルジングさせる際のバルジング付与速度を規定しておらず、したがって、急激にバルジングさせた場合には、バルジングする凝固シェルで内部割れが発生し、この内部割れが激しい場合には、ブレークアウトの危険性さえもある。

更に、特許文献３〜５では、バルジング領域と圧下領域とが連続鋳造機内で連続して設置されており、鋳片をバルジングさせた後に直ちに圧下することから、バルジングさせた鋳片の形状が安定せず、鋳片の部位によっては鋳片の厚み中心部に圧下力が伝わらずに中心偏析が改善しない場合も発生する虞がある。また更に、圧下時期や圧下総量が適切でない場合には、特許文献３〜５においても、鋳片の厚み中心部に溶質成分の中心偏析が発生したり、鋳片の厚み中心部近傍に溶質成分の正偏析が発生したりする。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的とするところは、鋳型から引き抜かれた鋳片を意図的にバルジングさせ、その後、鋳片の偏析を軽減するべく内部に未凝固層を有する鋳片を圧下して鋳片を連続鋳造するにあたり、鋳型から引き抜かれた鋳片をブレークアウトさせることなく更には鋳片の凝固シェルで内部割れを発生させることなく意図的にバルジングさせ、且つ、鋳片の中心偏析並びに鋳片の厚み中心部近傍での正偏析を軽減することのできる、鋼の連続鋳造方法を提供することである。

また、第２の目的は、鋳型から引き抜かれた鋳片を意図的にバルジングさせ、その後、鋳片の偏析を軽減するべく内部に未凝固層を有する鋳片を軽圧下帯で圧下して鋼鋳片を連続鋳造するにあたり、意図的にバルジングさせる際のバルジング総量を少なくすることができ、且つ、意図的バルジングでのバルジング総量及び軽圧下での圧下時期、圧下総量、圧下速度などを適正化することで、鋳片をブレークアウトさせることなく、鋳片の中心偏析を安定して軽減することのできる、鋼の連続鋳造方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］連続鋳造用鋳型から引き抜かれた鋳片の凝固シェル厚みが少なくとも１５ｍｍに達するまでは鋳造方向に配列した鋳片支持ロールのロール開度を鋳型直下でのロール開度と同一に設定し、
その後、鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に増加させて鋳片の長辺面を３〜２０ｍｍのバルジング総量でバルジングさせ、
バルジングさせた後、鋳造方向下流側に０．５〜５．０ｍの区間では、鋳片の厚みが変わらないように鋳片支持ロールのロール開度を一定に設定し、
次いで、鋳片厚み中心部の固相率が０．２〜０．９である鋳片の長辺面を、圧下速度と鋳造速度との積が０．３〜１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²となる条件で圧下ロールによって少なくとも１回圧下する、鋼の連続鋳造方法。
［２］前記鋳片の長辺面をバルジングさせる際に、鋳造方向に配列された鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向１ｍあたり４．０ｍｍ以下の勾配で段階的に増加させる、上記［１］に記載の鋼の連続鋳造方法。
［３］複数対の鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に減少させて、連続鋳造用鋳型から引き抜かれた横断面が矩形である鋳片の長辺面に、圧下速度と鋳造速度との積が０．３〜１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²となる圧下力を付与し、この圧下力によって鋳片短辺の幅を前記鋳型下端での鋳片短辺幅よりも３〜２０ｍｍ小さくし、
鋳片短辺幅を小さくした後、複数対の鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に増加させて、鋳片の長辺面を３〜２０ｍｍのバルジング総量でバルジングさせ、
鋳片長辺面をバルジングさせた後、複数対の鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に減少させた軽圧下帯において、鋳片厚み中心部の固相率が少なくとも０．２以下の時点から０．９以上になる時点まで、圧下速度と鋳造速度との積が０．３〜１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²となる圧下力を鋳片長辺面に付与し、この圧下力によって前記バルジング総量と同等の圧下総量または前記バルジング総量よりも小さい圧下総量で鋳片長辺面を圧下する、鋼の連続鋳造方法。
［４］前記鋳片の凝固完了位置を、凝固完了位置検知装置を用いてオンラインで検知し、検知した凝固完了位置の情報に基づき、鋳片の厚み中心部の固相率が少なくとも０．２以下の時点から０．９以上になる時点までは、前記軽圧下帯に鋳片が位置するように、二次冷却水量、二次冷却の幅切り、鋳造速度のうちの何れか１種または２種以上を調整する、上記［３］に記載の鋼の連続鋳造方法。

上記［１］の発明によれば、鋳片の凝固シェル厚みが１５ｍｍを超えた以降に鋳片長辺面を意図的にバルジングさせるので、鋳片のブレークアウトを未然に防止することができる。また、鋳片をバルジングさせた後、鋳造方向下流側に０．５〜５．０ｍの区間では、鋳片の厚みが変わらないようにロール開度を設定するので、その間に、凝固シェルは平坦な形状となる。凝固シェルが平坦な形状となることから、その後に行う圧下時における圧下効率が向上し、鋳片の中心偏析並びに鋳片の厚み中心部近傍での正偏析を安定して軽減することが可能となる。

また、上記［２］の発明によれば、凝固シェルの変形強度が低い段階で、鋳片の短辺幅を鋳型下端寸法よりも狭めるので、意図的にバルジングさせる際のバルジング総量を少なく抑えることができる。これにより、鋳片のブレークアウトが防止され、且つ、鋳片の内部割れが抑制される。また、軽圧下の際には、軽圧下の時期及び圧下速度と鋳造速度との積を規定するので、鋳片の中心偏析を安定して軽減することができる。また更に、軽圧下帯では、鋳片両端の短辺部は圧下されず、少ない荷重で鋳片を圧下することができ、軽圧下帯を構成する設備への負荷が軽減される。また、鋳片短辺部は圧下されないので、鋳片短辺面が特に低温になりやすい連続鋳造操業の初期または末期の非定常鋳造域であっても、圧下力が鋳片内部に伝わり、非定常鋳造域部位の鋳片の中心偏析を従来に比較して大幅に改善することができる。当然ながら、定常鋳造域においては、従来と同様またはそれ以上に鋳片の中心偏析を改善することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態で用いるスラブ連続鋳造機の概略断面図である。 図２は、本発明の第２の実施形態で用いる垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機の側面概要図である。 図３は、第２の実施形態における鋳片支持ロールのロール開度のプロフィルの例を示す図である。 図４は、実施例１における横断面サンプルの採取位置及びＥＰＭＡによるマンガン（Ｍｎ）の分析位置を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態から説明する。図１は、本発明の第１の実施形態で用いるスラブ連続鋳造機の概略断面図である。

図１に示すように、スラブ連続鋳造機１には、溶鋼９が注入され、この溶鋼９を冷却して凝固させ、鋳片１０の外殻形状を形成するための鋳型５が設置されている。この鋳型５の上方所定位置には、取鍋（図示せず）から供給される溶鋼９を鋳型５に中継供給するためのタンディッシュ２が設置されている。このタンディッシュ２の底部には、溶鋼９の流量を調整するためのスライディングノズル３が設置され、スライディングノズル３の下面には、浸漬ノズル４が設置されている。一方、鋳型５の下方には、ガイドロール６、圧下ロール７及びピンチロール８からなる複数対の鋳片支持ロールが配置されている。そして、鋳造方向に隣り合う、これらの鋳片支持ロールの間隙には、水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル（図示せず）が配置され、二次冷却帯が構成されている。鋳片１０は、引き抜かれながら、二次冷却帯のスプレーノズルから噴霧される冷却水（「二次冷却水」ともいう）によって冷却されるように構成されている。

タンディッシュ２から鋳型５に注入された溶鋼９は、鋳型５で冷却されて凝固シェル１１を形成する。この凝固シェル１１を外殻とし、内部を未凝固層１２とする鋳片１０は、ガイドロール６に支持されながら且つ圧下ロール７によって圧下されながら、ピンチロール８によって鋳型５の下方に連続的に引き抜かれる。その間、鋳片１０は二次冷却帯の二次冷却水で冷却され、凝固シェル１１の厚みを増していく。

鋳片１０が鋳型５を通り抜け、鋳片１０の凝固シェル１１の厚みが少なくとも１５ｍｍに達するまでは、ガイドロール６のロール開度を鋳型直下でのロール開度と同一に設定する。凝固シェル１１の厚みは、鋳造条件を配慮した二次元伝熱凝固計算や、鋳片を透過する超音波の透過時間から凝固シェル厚みを測定するセンサーなどによって求める。鋳造条件などに起因して鋳片１０の長辺面と短辺面とで凝固シェル１１の厚みが異なる場合には、厚みの薄い方の凝固シェル１１を対象とする。

鋳片１０の凝固シェル１１の厚みが１５ｍｍを超えた以降、鋳造方向に配列されたガイドロール６のロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に増加させ、鋳片１０の長辺面を３〜２０ｍｍのバルジング総量で、鋳片厚み方向に意図的にバルジングさせる。この場合、連続鋳造機の鋳造方向長さは限られているので、凝固シェル１１の厚みが３０ｍｍに達するまでには、意図的なバルジングを開始することが好ましい。ここで、ロール開度とは、鋳片１０を挟んで相対する鋳片支持ロール間の間隙距離であり、ロール間隔とも呼ばれる。尚、バルジング総量とは、意図的なバルジング開始から意図的なバルジング終了までの鋳片１０のバルジング量である。

鋳片１０の凝固シェル厚みが１５ｍｍ以下の状態で鋳片１０を意図的にバルジングさせると、凝固シェル１１の強度が十分でなく、バルジングによる応力によって凝固シェル１１に割れや亀裂が発生する。この凝固シェル１１の割れや亀裂によってブレークアウトを生じる危険性もある。これに対して、本発明の第１の実施形態では、凝固シェル１１の厚みが１５ｍｍを超えた後にバルジングさせるので、凝固シェル１１の強度が確保され、凝固シェル１１での割れや亀裂を未然に防止することができる。これにより、凝固シェル１１の割れや亀裂に起因するブレークアウトは自ずと回避される。

ガイドロール６のロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に増加させることで、鋳片１０の長辺面は、内部に存在する未凝固層１２の溶鋼静圧により、ガイドロール６のロール開度に倣ってバルジングする。一方、鋳片１０の短辺面は、鋳片長辺面に比較して幅が狭い上に、温度が低く剛性の高いコーナー部（鋳片長辺面と鋳片短辺面との交差位置）に支持されていることから、ガイドロール６のロール開度を段階的に増加させても鋳片短辺面の形状はほとんど変化しない。同様に、鋳片１０の長辺面の鋳片短辺面側も変化しない。鋳片１０の長辺面では、鋳片短辺面よりも離れた、内部に未凝固層１２を有する部位から長辺面中央部までの範囲でバルジングが発生する。

鋳片１０の長辺面でバルジングが起こると、鋳片１０の長辺面の鋳片短辺面側は変化しないので、鋳片１０の長辺面の短辺面側はガイドロール６と接触しない状態となる。また、凝固シェル１１の厚みの増加速度つまり凝固速度よりもバルジングによる鋳片厚み増加速度の方が速い場合には、バルジングによって未凝固層１２の厚みが増加する。

この場合、バルジングに起因して凝固シェル１１に作用する応力を少なくするために、つまり、凝固シェル１１の内部割れや凝固シェル１１の割れや亀裂に起因するブレークアウトを防止するために、ガイドロール６のロール開度を、鋳造方向下流側に向かって鋳造方向１ｍあたり４．０ｍｍ以下、望ましくは鋳造方向１ｍあたり１．０ｍｍ以下の勾配で徐々に増加させることが好ましい。これは、バルジングさせる際に、ガイドロールのロール開度が鋳造方向１ｍあたり４．０ｍｍ（以下、「４．０ｍｍ／ｍ」と記す）を超えると、勾配が大き過ぎて鋳片１０に内部割れが発生する虞があるが、４．０ｍｍ／ｍ以下であれば、内部割れが防止される。

鋳片１０をバルジングさせた以降、鋳造方向下流側に向かって０．５〜５．０ｍの区間では、バルジングさせた鋳片１０の厚みが変わらないようにガイドロール６のロール開度を一定に設定する。その後、鋳片厚み中心部の固相率が０．２〜０．９である鋳片１０を、圧下速度と鋳造速度との積が０．３〜１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²となる条件で圧下ロール７によって鋳片厚み方向に少なくとも１回または複数回圧下する。この場合、圧下ロール７による圧下後の鋳片１０の厚みは、バルジングさせる前の鋳片の厚みと同等かそれ以上とする。つまり、鋳片１０の短辺面までも圧下されるような圧下は実施しない。

本発明の第１の実施形態では、鋳片１０をバルジングさせた後、鋳造方向下流側に向かって０．５〜５．０ｍの区間では、バルジングさせた鋳片１０の厚みが変わらないようにガイドロール６のロール開度を一定に設定するので、鋳片１０のバルジングした部分の凝固シェル１１の厚みが増大して、凝固シェル１１が平坦な形状となり、その後に行う圧下時の圧下効率が向上する。

バルジングさせた後、ガイドロール６のロール開度を一定に設定する区間の長さが０．５ｍ以上であるので、鋳片１０のバルジングした部分の凝固シェル厚の成長が促進され、凝固シェル厚は平坦な形状となる。これにより、その後に行う圧下時には、鋳片幅方向で均一の圧下を行うことが可能となる。上記区間の長さが０．５ｍ未満の場合には、短すぎてこの効果を得ることができない。一方、バルジングさせた後、ガイドロール６のロール開度を一定に設定する区間の長さが５ｍ以下であるので、鋳片１０のバルジングした部分の凝固シェル１１の厚みは過剰に厚くならない。これにより、その後に行う圧下時の圧下効率が向上する。上記区間の長さが５ｍを超えると、凝固シェル１１の厚みが増大しすぎ、圧下効率が低下する。

本発明の第１の実施形態において、意図的なバルジング総量を３〜２０ｍｍの範囲内とする理由は以下のとおりである。スラブ鋳片の厚みは２００〜３００ｍｍが一般的であり、したがって、２０ｍｍを超えてバルジングさせた鋳片を圧下する場合は、過大な圧下設備を必要とし、設備費が高価になると同時に、内部割れの発生量が多くなる。これを防止するために、意図的なバルジング総量の上限値を２０ｍｍとする。一方、意図的なバルジング総量が３ｍｍ未満では、圧下できる厚み分が少なく、溶質成分の濃化した溶鋼を鋳造方向上流側に排出する効果が少ない。つまり、鋳片１０の中心偏析の改善効果が少ない。したがって、鋳片１０の中心偏析の改善効果を得るために、意図的なバルジング総量を３ｍｍ以上とする。

ここで、意図的なバルジング総量とは、具体的には、ガイドロール６のロール開度を鋳型直下でのロール開度と同一に設定した最下流のガイドロール６の位置での鋳片厚（Ｄ₀）と、最上流の圧下ロール７に最も近いガイドロール６の位置での鋳片厚（Ｄ₁）との差（＝Ｄ₁−Ｄ₀）である。

本発明の第１の実施形態では、鋳片１０をバルジングさせた後、鋳片厚み中心部の固相率が０．２〜０．９である鋳片１０を、圧下ロール７によって１回または複数回圧下する。つまり、鋳片厚み中心部の固相率が０．２〜０．９の鋳片１０を、圧下ロール７によって少なくとも１回圧下する（図１では２回の圧下を行っている）。ここで、固相率とは、凝固開始前を固相率＝０、凝固完了時を固相率＝１．０と定義されるものであり、鋳片厚み中心部の固相率は、二次元伝熱凝固計算によって算出することができる。

鋳片厚み中心部の固相率が０．２未満の鋳片１０を圧下し、その後は圧下しない場合には、圧下直後の圧下位置での鋳片１０の未凝固層１２の厚みが厚いため、その後の凝固の進行ともに中心偏析が発生する。一方、鋳片厚み中心部の固相率が０．９となるまで圧下せず、鋳片厚み中心部の固相率が０．９を超えた鋳片１０を圧下すると、凝固シェル１１の厚みが厚くなり、圧下力が鋳片厚み中心部まで十分に伝わらず、溶質成分の濃化した溶鋼が排出されにくく、その結果、中心偏析の改善効果が少なくなる。また更に、鋳片厚み中心部の固相率が０．９を超えた鋳片１０を圧下すると、鋳片１０の厚み中心部近傍に溶質成分の正偏析が発生する。

本発明の第１の実施形態では、鋳片厚み中心部の固相率が０．２〜０．９の範囲内である鋳片１０を圧下ロール７によって圧下するので、上記の問題は起こらず、鋳片１０の中心偏析を安定して防止することができる。

本発明の第１の実施形態では、圧下速度と鋳造速度との積が０．３〜１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²となる範囲で圧下ロール７によって鋳片１０を厚み方向に圧下する。

圧下速度と鋳造速度との積が０．３ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²未満では、圧下後の圧下位置での鋳片１０の未凝固層１２の厚みが厚く、また、溶質成分の濃化したデンドライト樹間の溶鋼がデンドライト樹間から十分に排出されない。これにより、圧下後に中心偏析が発生する。一方、圧下速度と鋳造速度との積が１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²を超えると、デンドライト樹間の溶質成分の濃化した溶鋼のほとんど全てが絞り出されて鋳造方向の上流側に排出される。しかし、未凝固層１２の厚みが薄いために、絞り出された濃化溶鋼は、圧下位置よりも鋳造方向やや上流側の鋳片厚み方向両側の凝固シェル１１に捕捉される。これにより、鋳片１０の厚み中心部近傍に溶質成分の正偏析が発生する。

本発明の第１の実施形態では、圧下速度と鋳造速度との積が０．３〜１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²となる範囲で圧下するので、上記の問題は起こらず、鋳片１０の中心偏析及び厚み中心部近傍の正偏析を安定して防止することができる。

鋳片１０の中心偏析及び厚み中心部近傍の正偏析の発生防止に対する圧下の効果は、鋳片１０の凝固組織にも影響される。つまり、鋳片厚み中心部の凝固組織が等軸晶の場合には、等軸晶間にセミマクロ偏析の原因となる濃化溶鋼が存在し、且つ圧下力が鋳片厚み中心部に伝わりにくく改善効果が少ない。したがって、鋳片１０の凝固組織が柱状晶組織となるように鋳造条件を設定することが好ましい。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、鋳片１０の凝固シェル厚みが１５ｍｍを超えた以降に鋳片１０をバルジングさせるので、鋳片１０のブレークアウトを未然に防止することができる。また、鋳片１０をバルジングさせた後、鋳造方向下流側に０．５〜５．０ｍの区間では、鋳片１０の厚みが変わらないようにロール開度を設定するので、凝固シェル１１は平坦な形状となる。凝固シェル１１が平坦な形状となることから、その後に行う圧下時における圧下効率が向上し、鋳片１０の中心偏析並びに鋳片１０の厚み中心部近傍での正偏析を安定して軽減することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態で用いる垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機の側面概要図である。

図２に示すように、スラブ連続鋳造機２１には、溶鋼３１が注入され、この溶鋼３１を冷却して凝固させ、横断面が矩形である鋳片３２の外殻形状を形成するための鋳型２５が設置されている。この鋳型２５の上方所定位置には、取鍋（図示せず）から供給される溶鋼３１を鋳型２５に中継供給するためのタンディッシュ２２が設置されている。このタンディッシュ２２の底部には、溶鋼３１の流量を調整するためのスライディングノズル２３が設置され、このスライディングノズル２３の下面には、浸漬ノズル２４が設置されている。

一方、鋳型２５の下方には、サポートロール２６、ガイドロール２７及びピンチロール２８からなる複数対の鋳片支持ロールが配置されている。このうち、ピンチロール２８は、鋳片３２を支持すると同時に鋳片３２を引き抜くための駆動ロールである。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロールの間隙には、水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル（図示せず）が配置され、二次冷却帯が構成されている。鋳片３２は、引き抜かれながら、二次冷却帯のスプレーノズルから噴霧される二次冷却水によって冷却されるようになっている。

鋳片支持ロールの下流側には、鋳造された鋳片３２を搬送するための複数の搬送ロール２９が設置されている。また、この搬送ロール２９の上方には、鋳造される鋳片３２から所定の長さの鋳片３２ａを切断するための鋳片切断機３０が配置されている。

鋳片３２の凝固完了位置３５を挟んで鋳造方向の上流側及び下流側には、軽圧下帯３６が設置されている。軽圧下帯３６は、対向するガイドロール２７とのロール開度を鋳造方向下流側に向かって順次狭くなるように設定された、つまり、ロール勾配が施された、複数対のガイドロール群から構成されている。軽圧下帯３６では、その全域または一部選択した領域で、鋳片３２に軽圧下を行うことが可能である。軽圧下帯３６の各ガイドロール間にも鋳片３２を冷却するためのスプレーノズルが配置されている。尚、図２では、軽圧下帯３６にはガイドロール２７だけが配置されているが、ピンチロール２８を配置しても構わない。軽圧下帯３６に配置される鋳片支持ロールは「圧下ロール」とも呼ばれる。

また、鋳型２５の下端から鋳片３２の液相線クレータエンド位置との間に配置される鋳片支持ロールは、短辺幅狭化圧下帯３７及び意図的バルジング帯３８を構成している。短辺幅狭化圧下帯３７では、ロール開度の縮小量が所定値となるまで、鋳造方向下流側に向かって１ロール毎または数ロール毎に順次ロール開度が狭くなるように、各鋳片支持ロールが設定されている。意図的バルジング帯３８では、ロール開度の拡大量が所定値となるまで、鋳造方向下流側に向かって１ロール毎または数ロール毎に順次ロール開度が広くなるように、各鋳片支持ロールが設定されている。ここで、意図的バルジング帯３８は短辺幅狭化圧下帯３７の下流側に設置されている。

この意図的バルジング帯３８の下流側に設置される鋳片支持ロールは、ロール開度が一定値または鋳片３２の温度降下に伴う収縮量に見合う程度に狭められ、下流側の軽圧下帯３６につながっている。

本発明の第２の実施形態において、短辺幅狭化圧下帯３７及び意図的バルジング帯３８を、鋳型２５の下端から鋳片３２の液相線クレータエンド位置との間に配置する理由は、以下のとおりである。即ち、鋳片３２の液相線クレータエンド位置よりも鋳造方向上流側は、鋳片厚み中心部は全て液相であり、鋳片３２の凝固シェル３３は温度が高く、変形抵抗が小さい。したがって、圧下することで鋳片短辺の幅狭化を容易に行うことができる。また、鋳片３２を意図的にバルジングさせる場合、鋳片３２の内部に存在する未凝固層３４が少ない時点でバルジングさせると、中心偏析は却って悪化する。しかし、鋳片３２の液相線クレータエンド位置よりも鋳造方向上流側でバルジングさせた場合には、この時点では、溶質元素の濃化されていない初期濃度の溶鋼が鋳片内部に潤沢に存在し、且つ、この溶鋼が容易に流動する。この溶鋼が流動しても偏析は起こらず、したがって、この時点におけるバルジングは中心偏析の原因とはならない。

尚、鋳片３２の液相線とは、鋳片３２の化学成分によって決まる凝固開始温度であり、例えば、下記の（１）式から求めることができる。
TL=1536-(78×[%C]+7.6×[%Si]+4.9×[%Mn]+34.4×[%P]+38×[%S]+4.7×[%Cu]+3.1×[%Ni]+1.3×[%Cr]+3.6×[%Al])…（１）
但し、（１）式において、ＴＬは液相線温度（℃）、［％Ｃ］は溶鋼の炭素濃度（質量％）、［％Ｓｉ］は溶鋼の珪素濃度（質量％）、［％Ｍｎ］は溶鋼のマンガン濃度（質量％）、［％Ｐ］は溶鋼の燐濃度（質量％）、［％Ｓ］は溶鋼の硫黄濃度（質量％）、［％Ｃｕ］は溶鋼の銅濃度（質量％）、［％Ｎｉ］は溶鋼のニッケル濃度（質量％）、［％Ｃｒ］は溶鋼のクロム濃度（質量％）、［％Ａｌ］は溶鋼のアルミニウム濃度（質量％）である。

鋳片３２の液相線クレータエンド位置は、二次元伝熱凝固計算により求められる鋳片内部の温度勾配と、（１）式で定まる液相線温度とを照らし合わせることで求めることができる。また、鋳造中の鋳片３２の厚み中心部に既知の溶融点の金属製のピンを打ち込み、金属製ピンの溶融状態を調べることからも、液相線クレータエンド位置を求めることができる。

鋳片３２の液相線クレータエンド位置は、上記のように、正確には二次元伝熱凝固計算によって求めることができる。但し、鋳型内溶鋼湯面から軽圧下帯３６の入側までの距離をＬとすると、凝固完了位置３５が軽圧下帯３６に存在する鋳造条件であるならば、鋳型内溶鋼湯面からの距離がＬ×２／３の範囲内は、液相線クレータエンド位置よりも上流側であることが二次元伝熱凝固計算結果から明らかである。したがって、例えば図２に示すように、二次冷却帯の上部側に短辺幅狭化圧下帯３７及び意図的バルジング帯３８を配置すればよい。

短辺幅狭化圧下帯３７及び意図的バルジング帯３８は、特別な機構は不要であり、ロール開度を調整するだけで構成されるので、鋳型２５の下端から鋳片３２の液相線クレータエンド位置との範囲である限り、任意の位置に設置することができる。但し、短辺幅狭化圧下帯３７を意図的バルジング帯３８の鋳造方向上流側に設置することが必要である。

図３に、第２の実施形態における鋳片支持ロールのロール開度のプロフィルの例を示す。図３に示す例は、鋳型下端での厚みが２５０ｍｍの鋳片を短辺幅狭化圧下帯３７で２４５．２ｍｍに圧下し、つまり、４．８ｍｍの圧下総量で鋳片短辺幅（鋳片厚みと同一意味）を２４５．２ｍｍへと狭くし、次いで、意図的バルジング帯３８で鋳片長辺面をバルジングさせて鋳片長辺面の中央部の厚みを２５４．４ｍｍとし（バルジング総量＝９．２ｍｍ）、その後、軽圧下帯３６で鋳片長辺面の中央部の厚みを２４５．４ｍｍとなるまで圧下（圧下総量＝９．０ｍｍ）するという例である。尚、圧下総量とは、圧下開始から圧下終了までの鋳片３２の圧下量である。

即ち、短辺幅狭化圧下帯３７では、鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって順次狭くすることにより、鋳片３２の短辺は圧下されて鋳片短辺の厚みは薄くなる。つまり、鋳片短辺幅は狭くなる。また、意図的バルジング帯３８では、鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって順次広くすることにより、鋳片３２の短辺近傍を除く長辺面は、未凝固層３４による溶鋼静圧によって鋳片支持ロールに倣って意図的にバルジングさせられる。鋳片長辺面の短辺近傍は、凝固の完了した鋳片短辺面に固持されることから、意図的バルジングを開始した時点の厚みを維持している。したがって、鋳片３２は、意図的なバルジングによって鋳片長辺面のバルジングした部分のみが鋳片支持ロールに接触することになる。また、軽圧下帯３６では、鋳片長辺面のバルジングした部分のみが圧下されることになる。

本発明の第２の実施形態において、短辺幅狭化圧下帯３７では、短辺幅狭化のための圧下総量を３ｍｍ以上２０ｍｍ以下とする。短辺幅狭化のための圧下総量を３ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることで、その後の意図的なバルジング総量を大きくする必要がなく、また、鋳片短辺面での表面割れを防止することができる。圧下総量が３ｍｍ未満では、鋳片短辺の幅狭め量が少なく、その後の意図的なバルジング総量を大きくする必要があり、その場合、バルジング過大による鋳片３２に内部割れの虞がある。一方、短辺幅狭化のための圧下総量が２０ｍｍを超えると、鋳片短辺面における圧縮歪が大きくなり、鋳片短辺面で表面割れが発生してブレークアウトを誘発する虞がある。

また、短辺幅狭化圧下帯３７では、圧下速度と鋳造速度との積が０．３〜１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²の範囲内となる圧下力を作用させることが必要である。圧下速度と鋳造速度との積の値が０．３ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²未満であると、所定量の圧下を完了するまでの距離が長くなってしまい、短辺幅狭化圧下帯３７の長さを長くする必要があり、その後の意図的バルジング帯３８の設置長さが確保できなくなる。一方、前記積の値が１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²を超えると、急激な圧下となり、鋳片支持ロールに耐荷重以上の負荷が掛かり、設備破損を招くのみならず、鋳片３２に内部割れを誘発する。

尚、短辺幅狭化圧下帯３７における圧下速度は、鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって順次狭くしたときのロール勾配（ｍｍ／ｍ）と、鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）との積で表される。軽圧下帯３６における圧下速度も、軽圧下帯３６のロール勾配（ｍｍ／ｍ）と鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）との積で表される。

意図的バルジング帯３８では、バルジング総量を３〜２０ｍｍとする。バルジング総量が３ｍｍ未満では、次の軽圧下帯３６で鋳片３２の短辺部を圧下しないことを前提とすると、軽圧下帯３６における圧下可能な量が少なく、鋳片３２に対して中心偏析の改善効果が不十分になる虞がある。したがって、鋳片３２の中心偏析の改善効果を得るために、意図的なバルジング総量を３ｍｍ以上とする。一方、意図的なバルジング総量が２０ｍｍを超えると、バルジングによる歪によって鋳片３２に内部割れを誘発する虞がある。したがって、鋳片３２の内部割れを防止するために、意図的なバルジング総量を２０ｍｍ以下とする。

尚、意図的バルジング帯３８において、１ロールあたりのロール開度の拡大量は、１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。これは、鋳片長辺面のバルジングする部位とバルジングしない部位との境界位置における亀裂発生を防止するためである。

軽圧下帯３６では、鋳片厚み中心部の固相率が０．２以下の時点から圧下を開始し、鋳片厚み中心部の固相率が０．９以上となる時点まで圧下を継続する。これは、鋳片厚み中心部の固相率が０．２を超えてから圧下を開始しても、それ以前に濃化溶鋼の流動が発生する可能性があり、これにより中心偏析が発生し、軽圧下による効果を十分に得ることができない。また、溶鋼の流動は、固相率が０．９となるまで発生する可能性があり、それよりも早期に圧下を停止してしまうと、濃化溶鋼の流動が発生し、これにより中心偏析が発生して、軽圧下による効果を十分に得ることができない。少なくとも、鋳片厚み中心部の固相率が０．２の時点から０．９の時点までを軽圧下することで、鋳片３２の中心偏析を確実に防止することができる。

鋳片厚み中心部の固相率は、液相線クレータエンド位置を求める場合と同様に、二次元伝熱凝固計算によって求めることができる。ここで、固相率とは、凝固開始前を固相率＝０、凝固完了時を固相率＝１．０と定義されるものである。したがって、鋳片厚み中心部の固相率が１．０となる位置が凝固完了位置３５（固相線クレータエンド位置）であり、液相線クレータエンド位置は、鋳片厚み中心部の固相率がゼロとなる最も下流側の位置に該当する。

また、鋳片厚み中心部の固相率は、凝固完了位置３５をオンラインで検知することのできる、横波超音波または縦波超音波を用いた凝固完了位置検知装置によっても求めることができる。この凝固完了位置検知装置は、横波超音波または縦波超音波を鋳片３２に透過させ、これら超音波の鋳片３２での伝播時間に基づいて凝固完了位置３５をオンラインで検知するという装置である。

具体的には、前記凝固完了位置検知装置によって凝固完了位置３５の正確な位置を求め、求めた凝固完了位置３５を基準とし、二次元伝熱凝固計算などの手法を併用して鋳片厚み中心部の鋳造方向の固相率を求めるという方法である。また、横波超音波は液相を通過しないという性質を利用して凝固完了位置３５を検知する凝固完了位置検知装置によっても、鋳片厚み中心部の固相率を求めることができる。つまり、凝固完了位置３５が、横波超音波センサーの設置位置と一致したことに基づき、この凝固完了位置３５を基準とし、二次元伝熱凝固計算などの手法を併用して鋳片厚み中心部の鋳造方向の固相率を求めるという方法である。

したがって、本発明の第２の実施形態を実施するスラブ連続鋳造機２１の軽圧下帯３６の出側近傍には、図２に示すように、凝固完了位置検知装置の一部を構成する超音波送信センサー３９及び超音波受信センサー４０が配置されていることが好ましい。凝固完了位置検知装置は、その他の構成装置として、超音波送信センサー３９へ信号を発信する発信部や、超音波受信センサー４０が受信した受信信号に基づき計算式などを用いて鋳片３２の凝固完了位置３５を求める凝固完了位置演算部などで構成されるが、図２ではそれらを省略している。超音波を利用した凝固完了位置検知装置としては、横波超音波または縦波超音波の鋳片３２での伝播時間から凝固完了位置３５を求める方式の装置や、横波超音波が液相を通過しないことを利用して凝固完了位置３５を求める方式の装置があり、凝固完了位置３５を求めることができる限り、どちらの方式の凝固完了位置検知装置を用いても構わない
また、本発明の第２の実施形態においては、鋳片３２の中心偏析及び厚み中心部近傍の正偏析を防止するために、軽圧下帯３６における圧下速度と鋳造速度との積が０．３〜１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²の範囲内となる圧下力を鋳片３２に付与する。軽圧下帯３６における圧下速度と鋳造速度との積が０．３ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²未満では、単位時間あたりの圧下量が凝固収縮量に対して小さく、軽圧下による中心偏析の低減効果が十分でない。一方、軽圧下帯３６における圧下速度と鋳造速度との積が１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²を超えると、単位時間あたりの圧下量が大きくなりすぎ、未凝固溶鋼が上流側に絞り出され、鋳片中心部に負偏析（溶質濃度が周囲よりも低い状態）が生成する虞がある。

タンディッシュ２２から浸漬ノズル２４を介して鋳型２５に注入された溶鋼３１は、鋳型２５で冷却されて凝固シェル３３を形成する。この凝固シェル３３を外殻とし、内部に未凝固層３４を有する鋳片３２は、鋳型２５の下方に設けたサポートロール２６、ガイドロール２７及びピンチロール２８に支持されつつ、鋳型２５の下方に連続的に引き抜かれる。鋳片３２は、これらの鋳片支持ロールを通過する間、二次冷却帯の二次冷却水で冷却され、凝固シェル３３の厚みを増大させる。そして、鋳片３２は、短辺幅狭化圧下帯３７では鋳片厚みを減少させ、一方、意図的バルジング帯３８では鋳片長辺面の短辺側端部を除いた部分の厚みを増大させ、更に、軽圧下帯３６では軽圧下されながら凝固完了位置３５で内部までの凝固を完了する。凝固完了後の鋳片３２は、鋳片切断機３０によって切断されて鋳片３２ａとなる。

そして、本発明の第２の実施形態では、軽圧下帯３６における圧下総量が、意図的バルジング帯３８におけるバルジング総量と同等かそれよりも小さくなるように調整する。また、軽圧下帯３６に入る時点での鋳片厚み中心部の固相率が０．２以下になり、且つ、軽圧下帯３６を出る時点での鋳片厚み中心部の固相率が０．９以上になるように、二次冷却水量、二次冷却の幅切り、鋳造速度のうちの何れか１種または２種以上を調整する。鋳片厚み中心部の固相率の制御は、二次元伝熱凝固計算などを用いて種々の鋳造条件での凝固シェル３３の厚み並びに鋳片厚み中心部の固相率を予め求めておくことで、容易に行うことができる。また、凝固完了位置検知装置を用いて鋳片厚み中心部の固相率をオンラインで求めることでも、鋳片厚み中心部の固相率を容易に制御することができる。ここで、「二次冷却の幅切り」とは、鋳片長辺面の両端部への冷却水の噴霧を中止することである。二次冷却の幅切りを実施することで、二次冷却は弱冷化され、一般的に、凝固完了位置３５は鋳造方向下流側に延長される。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、凝固シェル３３の変形強度が低い段階で、一旦、鋳片長辺面を圧下して鋳片３２の短辺幅を鋳型下端寸法よりも３〜２０ｍｍ狭めるので、意図的にバルジングさせる際のバルジング総量を少なく抑えることができ、これにより、鋳片３２の内部割れを防止することができる。また、軽圧下の際には、軽圧下の時期及び圧下速度と鋳造速度との積を規定するので、鋳片３２の中心偏析を安定して軽減することができる。

尚、図２に示す連続鋳造機は垂直曲げ型連続鋳造機であるが、湾曲型連続鋳造機であってもまた垂直型連続鋳造機であっても、上記と同様に本発明の第２の実施形態を適用することができる。また、鋳片３２の中心偏析に対する軽圧下の効果は、鋳片３２の凝固組織にも影響される。具体的には、鋳片３２の厚み中心部の凝固組織が等軸晶の場合には、等軸晶間にセミマクロ偏析の原因となる濃化溶鋼が存在し、且つ、軽圧下による中心偏析改善効果が低下する。したがって、本発明の第２の実施形態においては、鋳片３２の厚み中心部の凝固組織が柱状晶組織となるように鋳造条件を設定することが好ましい。

図１に示すスラブ連続鋳造機を用い、鋳片を意図的にバルジングさせた後に圧下する、本発明の第１の実施形態を適用する試験を実施した。鋳片の幅は２１００ｍｍ、鋳片の厚みは、バルジング開始直前の厚み（Ｄ₀）を２５０ｍｍとした。また、鋳造速度は０．８５〜１．２ｍ／ｍｉｎ、鋳片の二次冷却比水量は１．０〜２．０リットル／鋼−ｋｇとした。意図的なバルジング総量は３．０ｍｍ〜２１．０ｍｍとした。バルジング直前の凝固シェル厚み、バルジングの際のロール開度の勾配、バルジング後の鋳片厚みを一定とする区間の鋳造方向長さ（ガイドロールのロール開度を一定に設定する区間）、並びに、圧下総量を種々変更して試験した。鋳造した鋼種は、炭素濃度が０．０５〜０．０８質量％の厚鋼板用鋼種である。

各試験において、定常鋳造状態に相当する部位の鋳片から、鋳造方向の長さ１０００ｍｍの全幅試験片を採取し、この全幅試験片から、厚み５０ｍｍの横断面サンプルを各１個切り出した。この横断面サンプルの幅中央部で鋳片の厚み方向にＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）を用いてマンガン（Ｍｎ）の分析を行った。図４は、横断面サンプルの採取位置及びＥＰＭＡによるマンガンの分析位置を示す図である。ＥＰＭＡによるマンガンの分析により、鋳片厚み中心部の中心偏析及び鋳片厚み中心部近傍の正偏析（溶質成分の濃度が初期濃度よりも高くなる偏析）や負偏析（溶質成分の濃度が初期濃度よりも低くなる偏析）を調査した。

横断面サンプルの各位置で測定されたマンガン分析値を、取鍋内溶鋼から採取した分析試料のマンガン濃度で除算した値（横断面サンプルの各位置でのマンガン濃度（質量％）／取鍋内溶鋼から採取した分析試料のマンガン濃度（質量％））を偏析度として定め、鋳片厚み方向での偏析度の分布を調査した。中心偏析及び鋳片厚み中心部近傍の正偏析のうちで高い値をその鋳片の偏析度とした。また、横断面サンプルのサルファープリント試験から内部割れの有無を調査した。

表１に試験条件及び調査結果を示す。尚、表１の備考欄には、本発明の第１の実施形態の範囲内の条件で行った試験を「本発明例」、それ以外を「比較例」と表示している。

本発明例である試験番号１〜６では、中心偏析及び鋳片厚み中心部近傍の正偏析は発生せず、且つ、内部割れも発生しなかった。試験番号１〜６は、バルジング直前の凝固シェル厚み、バルジング総量、バルジング後の鋳片厚みを一定とする区間の鋳造方向長さ、圧下速度と鋳造速度との積、圧下時の鋳片厚み中心部の固相率の５つの全ての条件が本発明の第１の実施形態の範囲内であり、且つ、バルジングの際のロール開度の勾配も本発明の第１の実施形態の好適な範囲内であることによる。

試験番号７は、バルジングの際のロール開度の勾配が本発明の第１の実施形態の好適な範囲を外れており、軽微な内部割れが発生した。但し、バルジング直前の凝固シェル厚みが２５ｍｍと厚く、内部割れは軽微であった。その他の条件は本発明の第１の実施形態の範囲内であり、中心偏析及び鋳片厚み中心部近傍の正偏析は発生しなかった。

試験番号８は、バルジング後の鋳片厚みを一定とする区間の鋳造方向長さが本発明の第１の実施形態の範囲外であり、鋳片厚み中心部近傍に偏析度が１．０９０の正偏析が発生した。これは、バルジング後の鋳片厚みを一定とする区間の鋳造方向長さが短すぎることから、鋳片幅方向において均一の圧下を行うことができなかったことによる。

試験番号９は、バルジング直前の凝固シェル厚み、並びに、バルジング後の鋳片厚みを一定とする区間の鋳造方向長さが本発明の第１の実施形態の範囲外であり、内部割れが発生し、且つ、鋳片厚み中心部近傍に偏析度が１．０８５の正偏析が発生した。内部割れの発生は、バルジング直前の凝固シェル厚みが本発明の第１の実施形態の範囲外であることによる。また、正偏析の発生は、バルジング後の鋳片厚みを一定とする区間の鋳造方向長さが短すぎて、鋳片幅方向において均一の圧下を行うことができなかったことによる。

試験番号１０は、バルジング直前の凝固シェル厚みが本発明の第１の実施形態の範囲外であり、且つ、バルジングの際のロール開度の勾配が本発明の第１の実施形態の好適な範囲外であるので、鋳片に内部割れが発生した。但し、その他の条件は本発明の第１の実施形態の範囲内であるので、中心偏析及び鋳片厚み中心部近傍の正偏析は発生しなかった。

試験番号１１は、バルジング総量が本発明の第１の実施形態の範囲である２０ｍｍを超えたことから、鋳片に内部割れが発生した。また、圧下速度と鋳造速度との積が本発明の第１の実施形態の範囲よりも小さいことから、圧下の効果が得られず、鋳片厚み中心部近傍に偏析度が１．１５８の正偏析が発生した。

試験番号１２は、鋳片厚み中心部の固相率が０．９５のときに圧下した試験である。圧下時期が本発明の第１の実施形態の範囲外であるので、圧下の効果が得られなかった。その結果、鋳片厚み中心部近傍に偏析度が１．１９８の正偏析が発生した。但し、バルジング直前の凝固シェル厚み及びバルジング総量は本発明の第１の実施形態の範囲内であり、また、バルジングの際のロール開度の勾配も本発明の第１の実施形態の好適な範囲内であることから、内部割れは発生しなかった。

図２に示す構成のスラブ連続鋳造機を用い、本発明の第２の実施形態を適用して鋳造する試験を実施した（本発明例：試験番号２１〜２５）。鋳片の幅は２１００ｍｍ、鋳片の厚みは、鋳型直下における厚みを２５０ｍｍとし、炭素含有率が０．０５〜０．０８質量％の厚鋼板用スラブ鋳片を鋳造した。鋳造速度は０．８５〜１．４２ｍ／ｍｉｎ、鋳片の二次冷却比水量は１〜２リットル／鋼−ｋｇとした。

短辺幅狭化圧下帯における圧下総量は３．０〜２０．０ｍｍとし、意図的バルジング帯におけるバルジング総量は、３．０〜２０．０ｍｍとし、また、軽圧下帯における圧下総量はバルジング総量と同等またはそれ以下とした。また、軽圧下終了時の鋳片厚み中心部の固相率は０．９以上とした。

また比較のために、短辺幅狭化圧下帯における圧下総量、意図的バルジング帯におけるバルジング総量、軽圧下帯における圧下速度と鋳造速度との積、軽圧下帯での圧下開示時期の何れか１つが本発明の範囲外となる試験も行った（比較例：試験番号２６〜３０）。

各鋳造試験において、定常の鋳造状態に相当する鋳片から、鋳造方向長さが１０００ｍｍの全幅試験片を採取し、この全幅試験片から、厚み５０ｍｍの横断面サンプルを各１個切り出し、この横断面サンプルの幅中央部で鋳片の厚み方向にＥＰＭＡを用いてマンガンの分析を行った。ＥＰＭＡによるマンガンの分析により、鋳片厚み中心部の中心偏析及び鋳片厚み中心部近傍の正偏析（溶質成分の濃度が初期濃度よりも高くなる偏析）や負偏析（溶質成分の濃度が初期濃度よりも低くなる偏析）を調査した。

横断面サンプルの各位置で測定されたマンガン分析値（質量％Ｍｎ）を、鋳造前に取鍋内溶鋼から採取した分析試料のマンガン濃度（質量％Ｍｎ₀）で除算した値（質量％Ｍｎ／質量％Ｍｎ₀）を偏析度として定め、鋳片厚み方向での偏析度の分布を調査した。中心偏析及び鋳片厚み中心部近傍の正偏析のうちで高い値をその鋳片の偏析度とした。また、横断面サンプルのサルファープリント試験から内部割れの有無を調査した。表２に試験条件及び調査結果を示す。

本発明例である試験番号２１〜２５では、鋳片厚み中心部の中心偏析及び鋳片厚み中心部近傍の正偏析は発生せず、且つ、内部割れも発生しなかった。

試験番号２６は、短辺幅狭化圧下帯における圧下総量を本発明の第２の実施形態の範囲外の２３．０ｍｍとした試験である。その他の条件は本発明の第２の実施形態の範囲内であったが、短辺幅狭化圧下帯における圧下総量が大きすぎ、鋳片に内部割れが発生した。

試験番号２７は意図的なバルジング総量を本発明の第２の実施形態の範囲外の３０．０ｍｍとした試験である。その他の条件は本発明の第２の実施形態の範囲内であったが、バルジング総量が大きすぎ、鋳片に内部割れが発生した。

試験番号２８は、軽圧下時の圧下速度と鋳造速度の積を本発明の第２の実施形態の範囲外の０．２とした試験である。鋳片に内部割れは発生しないものの、マンガン偏析度が１．０８０であり、軽圧下不足により中心偏析が確認された。

試験番号２９は、短辺幅狭化圧下帯における圧下総量を本発明の第２の実施形態の範囲外の２．０ｍｍとした試験である。その他の条件は本発明の第２の実施形態の範囲内で行った。その結果、内部割れは発生しなかったが、軽微ではあるがマンガン偏析度が１．０４０の中心偏析が確認された。これは、短辺幅狭化圧下帯における圧下総量が少なかったことから、短辺の厚みを薄くする効果が薄れ、軽圧下の効果が薄れたものと推定される。

試験番号３０は、鋳片中心部の固相率が本発明の第２の実施形態の範囲外の１．０（完全凝固）となった後に軽圧下を実施した例である。凝固完了後に軽圧下しても効果はなく、マンガン偏析度が１．０８０の中心偏析が認められた。

１ スラブ連続鋳造機
２ タンディッシュ
３ スライディングノズル
４ 浸漬ノズル
５ 鋳型
６ ガイドロール
７ 圧下ロール
８ ピンチロール
９ 溶鋼
１０ 鋳片
１１ 凝固シェル
１２ 未凝固層
２１ スラブ連続鋳造機
２２ タンディッシュ
２３ スライディングノズル
２４ 浸漬ノズル
２５ 鋳型
２６ サポートロール
２７ ガイドロール
２８ ピンチロール
２９ 搬送ロール
３０ 鋳片切断機
３１ 溶鋼
３２ 鋳片
３３ 凝固シェル
３４ 未凝固層
３５ 凝固完了位置
３６ 軽圧下帯
３７ 短辺幅狭化圧下帯
３８ 意図的バルジング帯
３９ 超音波送信センサー
４０ 超音波受信センサー

Claims (4)

1. 連続鋳造用鋳型から引き抜かれた鋳片の凝固シェル厚みが少なくとも１５ｍｍに達するまでは鋳造方向に配列した鋳片支持ロールのロール開度を鋳型直下でのロール開度と同一に設定し、
   その後、鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に増加させて鋳片の長辺面を３〜２０ｍｍのバルジング総量でバルジングさせ、
   バルジングさせた後、鋳造方向下流側に０．５〜５．０ｍの区間では、鋳片の厚みが変わらないように鋳片支持ロールのロール開度を一定に設定し、
   次いで、鋳片厚み中心部の固相率が０．２〜０．９である鋳片の長辺面を、圧下速度と鋳造速度との積が０．３〜１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²となる条件で圧下ロールによって少なくとも１回圧下する、鋼の連続鋳造方法。
2. 前記鋳片の長辺面をバルジングさせる際に、鋳造方向に配列された鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向１ｍあたり４．０ｍｍ以下の勾配で段階的に増加させる、請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
3. 複数対の鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に減少させて、連続鋳造用鋳型から引き抜かれた横断面が矩形である鋳片の長辺面に、圧下速度と鋳造速度との積が０．３〜１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²となる圧下力を付与し、この圧下力によって鋳片短辺の幅を前記鋳型下端での鋳片短辺幅よりも３〜２０ｍｍ小さくし、
   鋳片短辺幅を小さくした後、複数対の鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に増加させて、鋳片の長辺面を３〜２０ｍｍのバルジング総量でバルジングさせ、
   鋳片長辺面をバルジングさせた後、複数対の鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に減少させた軽圧下帯において、鋳片厚み中心部の固相率が少なくとも０．２以下の時点から０．９以上になる時点まで、圧下速度と鋳造速度との積が０．３〜１．０ｍｍ・ｍ／ｍｉｎ²となる圧下力を鋳片長辺面に付与し、この圧下力によって前記バルジング総量と同等の圧下総量または前記バルジング総量よりも小さい圧下総量で鋳片長辺面を圧下する、鋼の連続鋳造方法。
4. 前記鋳片の凝固完了位置を、凝固完了位置検知装置を用いてオンラインで検知し、検知した凝固完了位置の情報に基づき、鋳片の厚み中心部の固相率が少なくとも０．２以下の時点から０．９以上になる時点までは、前記軽圧下帯に鋳片が位置するように、二次冷却水量、二次冷却の幅切り、鋳造速度のうちの何れか１種または２種以上を調整する、請求項３に記載の鋼の連続鋳造方法。

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