JP6365060B2 - スラブ鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スラブ鋳片の連続鋳造方法に関し、より詳しくは、橋梁、建築部材等の厚鋼板用として使用することができるスラブ鋳片の連続鋳造方法に関する。

連続鋳造によってスラブ鋳片（以下、単に、「鋳片」ともいう。）を製造する際、鋳片の厚み中央部には、平均組成よりも溶質元素が濃化した「中心偏析」、および「引け巣」とも称されるポロシティ（空孔）が導入されやすく、これらの中心偏析およびポロシティ等の内質欠陥を抑制することが必要である。内質欠陥が多く導入されると、鋼板の機械的特性が低下するからである。この場合、鋼板の耐食性も低下し得る。

ポロシティは、鋳造後の圧延によって、圧潰して低減することが可能である。しかし、汎用的な連続鋳造機を用いて製造されるスラブ鋳片の厚みは、厚くとも３００ｍｍ前後である。このため、要求される鋼板の厚みが増すほど、圧延圧下比（鋳片の厚み／鋼板の厚み）に制約が生じるので、鋳造後の圧延によって、ポロシティを十分に圧潰することが困難になる。したがって、この場合、鋳造が完了した段階のスラブ鋳片において、内質が良好であることが、厳格に求められる。

一方、内質が良好であることを追求する観点からは、極厚鋼板を鋳造−造塊法により製造することも考えられるが、鋳造−造塊法を採用すると、連続鋳造法に比べ、生産能率、および歩留まりの大幅な低下が避けられない。

特許文献１には、未凝固部を含む鋳片を連続鋳造機内で圧下することによって、鋳片の厚み中央部で、中心偏析比Ｃ／Ｃ０を０．７〜１．２の範囲（すなわち、負偏析を含む）に制御する方法が開示されている。しかし、特許文献１では、鋳片の厚み中央部のポロシティ欠陥に関しては明瞭には言及されていない。また、この方法では、許容範囲内の偏析比であっても、たとえば、１．０〜１．２の正偏析部に相当する部分では、ポロシティ欠陥の発生が避けられず、鋼板の機械的特性の要求レベルによっては、品質上問題となる。その結果、製造可能な鋼板の厚みが制限されてしまう。さらに、ポロシティ低減の要求がますます厳しくなっており、また、より薄肉の鋳片を高速で鋳造して低い圧下比の圧延で仕上げることが好ましいのに対して、特許文献１の方法では、これらの要求に十分に応えることができない。

特許文献２および３には、鋳片の厚み中央部のポロシティ低減に有効な方法として、直径が４００ｍｍを超え一体的に形成された大径のロールを、複数対用いて、鋳片を圧下する方法が開示されている。しかし、鋳片の厚み中央部で正偏析が形成されることを防止し、負偏析を形成させることについては、教示も示唆もされていない。さらに、厚み中央部に未凝固部を有するスラブ鋳片が複数の大径ロールからなるロール群を通過すると、複数回のロール間バルジングが生じ、中心偏析の悪化、および内部割れの発生のリスクが増す。さらに、多数のロール対を長手方向に配置することにより、設備コストが著しく増加する。

特許第４２１８３８３号 特開２００９−２５５１７３号公報 特開２０１０−２２７９４１号公報

この発明の目的は、スラブ鋳片の厚み中央部について、正偏析（中心偏析）およびポロシティ欠陥を同時に低減することができる、連続鋳造方法を提供することである。
この発明の他の目的は、厚み中央部について、正偏析およびポロシティ欠陥が同時に低減されたスラブ鋳片を提供することである。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、下記（Ｉ）の連続鋳造方法、および下記（ＩＩ）のスラブ鋳片を要旨とする。
（Ｉ）連続鋳造機を用いた、スラブ鋳片の連続鋳造方法であって、
前記連続鋳造機は、
４５０ｍｍ以上かつ６００ｍｍ以下のロール径を有する１対の圧下ロールを備えた第１の圧下ロール対と、
４５０ｍｍ以上かつ６００ｍｍ以下のロール径を有する１対の圧下ロールを備えた第２の圧下ロール対であって、前記第１の圧下ロール対に対して、連続鋳造鋳片の下流側に、３ｍ以上かつ７ｍ以下の間隔をあけて配置された第２の圧下ロール対と、を備え、
当該連続鋳造方法は、
厚み中央部の固相率が０．２０以下の連続鋳造鋳片を、前記第１の圧下ロール対によって、当該連続鋳造鋳片の厚み中央部に負偏析を形成させる圧下量で圧下する第１圧下工程と、
連続鋳造鋳片において前記第１圧下工程で圧下され完全凝固した部分を、前記第２の圧下ロール対によって、球換算相当直径で１ｍｍを超えるポロシティ欠陥を残存させない圧下量で圧下する第２圧下工程と
を含む、スラブ鋳片の連続鋳造方法。

（ＩＩ）スラブ鋳片であって、
当該鋳片の厚み中央部で、当該鋳片の幅方向について、負偏析部の長さを積算した負偏析長の、評価対象範囲の長さに対する百分率である負偏析長さ率が７５％以上であり、
（Ｖ０−Ｖ）／Ｖ０×１００（％）で定義されるポロシティ欠陥評価指標が２０％以上であるスラブ鋳片。
ここで、Ｖ（ｃｍ³／ｇ）は、当該鋳片の厚み中央部の単位重量あたりのポロシティ体積であって、当該鋳片の幅方向について平均したものであり、Ｖ０＝３×１０^-4ｃｍ³／ｇである。

この連続鋳造方法により、中心偏析およびポロシティ欠陥を同時に低減することができる。
このスラブ鋳片は、中心偏析およびポロシティ欠陥が同時に低減されている。

図１は、本発明の連続鋳造方法の実施に用いることができる連続鋳造機の断面図である。

「連続鋳造鋳片」とは、連続鋳造の対象であって、溶鋼が完全に凝固してなる鋳片のみならず、溶鋼と溶鋼が凝固してなる凝固シェルとが共存しているものも含むものとする。

スラブ鋳片の厚み方向中央部での正偏析の発生を抑制することにより、機械的特性を高くするためには、ポロシティ欠陥を効果的に抑制することが前提となる。本発明者らは、ポロシティ欠陥を効果的に抑制するためには、２対の圧下ロールを備えた連続鋳造機を用い、まず、第１の圧下ロール対で連続鋳造鋳片を圧下することよってスラブ鋳片に負偏析を形成させた後、さらに、第２の圧下ロール対で完全に凝固した後の連続鋳造鋳片を圧下することが有効であることを見出した。

さらに、検討を進めると、これらの圧下を行うに際して、下記(i)〜(iv)の条件で連続鋳造を行うと、中心偏析およびポロシティ欠陥を同時に低減できることが判明した。
(i) 第１および第２の圧下ロール対を構成する各圧下ロールの直径を、いずれも、４５０ｍｍ以上かつ６００ｍｍ以下とする。
(ii) 第１の圧下ロール対と第２の圧下ロール対との間隔を、３ｍ以上かつ７ｍ以下とする。第１の圧下ロール対と第２の圧下ロール対との間には、汎用連続鋳造機と同様に、ロール径が３３０ｍｍ以下のサポートロールを配置させてもよい。
(iii) 第１の圧下ロール対による圧下では、圧下対象の連続鋳造鋳片の厚み中央部の固相率を０．２以下とし、連続鋳造鋳片を最大反力が得られる圧下量になるまで圧下する。
(iv) 第２の圧下ロール対による圧下では、完全凝固後の連続鋳造鋳片を最大反力が得られる圧下量になるまで圧下する。

第１の圧下ロール対を構成する各圧下ロールの直径を、４５０ｍｍ以上かつ６００ｍｍ以下として、上記(iii)の条件を満たすように、スラブ鋳片を圧下することにより、概ね、スラブ鋳片の厚み中央部に負偏析を形成させることができる。しかし、スラブ鋳片の幅は、一般的に、２ｍ程度に及ぶため、操業上のばらつきとして、鋳片幅方向に関して、わずかに正偏析部が残存した部分が生じてしまうことが避けられない。こうした幅方向に残存した正偏析部を精緻に調査した結果、偏析の程度（溶質元素の濃化の程度）は、厚板材の品質を劣化させるレベルではないものの、厚板材の品質を劣化させ得るレベルのポロシティ欠陥が散見された。このようなポロシティ欠陥は、特に、圧延圧下比が小さいほど、すなわち、鋼板の厚みが増すほど、顕著であった。

厚み中央部の固相率が０．２以下の連続鋳造鋳片に対して、第１の圧下ロール対による圧下のみを行うと、当該圧下後の連続鋳造鋳片は駆動ロールによって引き抜かれるだけで、連続鋳造鋳片には、軽圧下を含め、さらなる圧下力は付与されない。このため、幅方向にわたって残存した正偏析がそれ自体問題のないレベルであっても、凝固収縮に見合う量の圧下が与えられないことにより、厚板材の品質を劣化させ得るレベルのポロシティ欠陥が残存してしまう場合がある。

スラブ鋳片の厚み中央部で負偏析を形成させ、かつ、ポロシティ欠陥を効果的に低減するためには、さらなるロール（第２の圧下ロール対）によって、完全凝固後の連続鋳造鋳片を圧下することにより、連続鋳造鋳片の内部を圧搾して、ポロシティをなくす、または小さくする必要があることを見出した。第２の圧下ロール対のロール径は、４５０ｍｍ以上かつ６００ｍｍ以下であることが必要である。

本発明者らは、以上の知見をもとに、本発明を完成した。本発明の連続鋳造方法は、上述のように、連続鋳造機を用いた、スラブ鋳片の連続鋳造方法である。前記連続鋳造機は、第１および第２の圧下ロール対を備えている。第１および第２の圧下ロール対は、それぞれ、４５０ｍｍ以上かつ６００ｍｍ以下のロール径を有する１対の圧下ロールを備えている。第２の圧下ロール対は、第１の圧下ロール対に対して、連続鋳造鋳片の下流側に、３ｍ以上かつ７ｍ以下の間隔をあけて配置されている。当該連続鋳造方法は、厚み中央部の固相率が０．２０以下の連続鋳造鋳片を、第１の圧下ロール対によって、当該連続鋳造鋳片の厚み中央部に負偏析を形成させる圧下量で圧下する第１圧下工程と、連続鋳造鋳片において第１圧下工程で圧下され完全凝固した部分を、第２の圧下ロール対によって、球換算相当直径で１ｍｍを超えるポロシティ欠陥を残存させない圧下量で圧下する第２圧下工程とを含む。

本発明のスラブ鋳片は、当該鋳片の厚み中央部で、当該鋳片の幅方向について、負偏析部の長さを積算した負偏析長の、評価対象範囲の長さに対する百分率である負偏析長さ率として、７５％以上の値を有し、（Ｖ０−Ｖ）／Ｖ０×１００（％）で定義されるポロシティ欠陥評価指標として、２０％以上の値を有する。ここで、Ｖ（ｃｍ³／ｇ）は、当該鋳片の厚み中央部の単位重量あたりのポロシティ体積であって、当該鋳片の幅方向について平均したものである。また、Ｖ０は、鋳片の厚み１／４厚部の単位重量当たりのポロシティ体積を、当該鋳片の幅方向について平均したものである。ポロシティ欠陥評価指標を算出するにあたって、Ｖ０＝３×１０^-4ｃｍ³／ｇとする。このスラブ鋳片は、上記連続鋳造方法により、鋳造することができる。

本発明の連続鋳造方法で用いる鋳型のキャビティは、たとえば、厚みが２５０〜４００ｍｍで、幅が１４００〜２３００ｍｍであるものとすることができる。

連続鋳造鋳片圧下用のロールの直径を４５０ｍｍ以上かつ６００ｍｍ以下とするのは、下記（１）〜（３）の理由による。

（１）第１の圧下ロール対で、厚み中央部の固相率が０．２％以下である連続鋳造鋳片を圧下することによって、溶質が濃化した溶鋼を上流に排出し、鋳片の厚み中央部に負偏析を形成することができる。しかし、ロール径が小さいと、十分な圧下量を確保できず、溶質が濃化した溶鋼は、上流へ十分には排出されず、鋳片の厚み中央部に残存してしまう。これにより、厚板材の品質を劣化させるレベルの中心偏析が生じ得るだけでなく、内部割れも生じてしまう。このため、第１の圧下ロール対のロール径は、４５０ｍｍ以上、好ましくは、４６０ｍｍ以上とする必要がある。

（２）第２の圧下ロール対で圧下する連続鋳造鋳片は、完全に凝固した状態にあるため、変形強度が高く、ロール径が小さいとロール自身が変形しやすくなる。そのため、このロールの変形を抑えると同時に、連続鋳造鋳片のポロシティが存在する部分、すなわち、厚み中央部へ、圧下が十分に伝わる必要がある。ロール径が小さいと、連続鋳造鋳片の圧下による変形が内部に及びにくくなるので、連続鋳造鋳片内部の圧搾効果が小さくなる。このため、第２の圧下ロール対のロール径は、４５０ｍｍ以上、好ましくは、４６０ｍｍ以上とする必要がある。

（３）第１および第２の圧下ロール対のいずれについても、ロール径が大きすぎると、圧下反力が増大し、連続鋳造機内に設置することが困難になる。このため、第１および第２の圧下ロール対のロール径は、いずれも、６００ｍｍ以下、好ましくは、５８０ｍｍ以下とする必要がある。

第１の圧下ロール対で圧下する対象を、厚み中央部の固相率が０．２以下の連続鋳造鋳片とし、連続鋳造鋳片の厚み中央部に負偏析を形成させる圧下量で圧下する理由は、以下の通りである。

上述のように、第１の圧下ロール対により、溶質の濃化した溶鋼を上流に排出して、鋳片の厚み中央部に負偏析を形成させる。鋳片の厚み中央部に負偏析を形成させるためには、たとえば、上述のように、第１の圧下ロール対により、最大反力が得られる圧下量で圧下すればよい。ところが、厚み中央部の固相率が０．２を超えると、流動抵抗が大きくなり、連続鋳造鋳片を圧下しても、必ずしも、溶質が濃化した溶鋼すべてを上流へ排出させることができず、鋳片の厚み中央部に正偏析が残存してしまう。また、この場合、鋳片幅方向に関して偏析のばらつきが大きくなってしまう。したがって、圧下する対象の連続鋳造鋳片の厚み中央部の固相率を０．２以下とすることは極めて有効である。

鋳片の厚み中央部に効果的に負偏析を形成するためには、圧下量を少なくとも鋳型キャビティの厚みの６．６％とすることが必要であり、圧下量を増大させるほど、負偏析を効率的に形成することが可能となる。しかし、第１の圧下ロール対が、連続鋳造機において１段目の圧下ロールである場合、この圧下ロールによる可能な圧下量は、通常、最大でも鋳型キャビティの厚みの１２．０％である。これより大きな圧下量を確保するには過大な装置構成が必要となり、ロール径も増大させざるをえない。１段目のロールとしての第１の圧下ロール対による圧下量は、鋳型キャビティの厚みの７．５％以上かつ１１．０％以下であることが好ましい。

汎用的な連続鋳造機における鋳型キャビティの厚みは高々３００ｍｍ程度であり、その場合、厚み中央部の固相率が０．２以下の連続鋳造鋳片に対して、厚み中央部に負偏析を形成させるには、この連続鋳造鋳片を３３ｍｍ程度圧下すれば十分である。

第１の圧下ロール対と第２の圧下ロール対との間隔を３ｍ以上かつ７ｍ以下とする理由は、以下の通りである。

第２の圧下ロール対で連続鋳造鋳片を圧下する目的は、連続鋳造鋳片内部のポロシティを圧潰することである。効果的にポロシティを圧潰するには、連続鋳造鋳片の中心と表面との温度差を、少なくとも３００℃確保することが好ましい。第１の圧下ロール対で圧下される連続鋳造鋳片、すなわち、厚み中央部の固相率が０．２以下の連続鋳造鋳片は、凝固段階の早期に対応する。このような連続鋳造鋳片では、表面と中心との間の温度差が小さい。この温度差は、鋳片の冷却が進行するに従って大きくなる。連続鋳造鋳片の中心と表面との温度差を３００℃以上確保するために、第１の圧下ロール対と第２の圧下ロール対との間隔を、３ｍ以上とする必要がある。第１の圧下ロール対と第２の圧下ロール対との間隔は、３．５ｍ以上とすることが好ましい。

また、第１の圧下ロール対と第２の圧下ロール対との間隔が７ｍを超えると、第２の圧下ロール対で圧下する連続鋳造鋳片の温度が低くなりすぎて、連続鋳造鋳片の変形抵抗が増して圧下不足となる上、連続鋳造鋳片の中心と表面との温度差が小さくなり、圧下による連続鋳造鋳片の変形が中心部まで及びにくくなる。このため、第１の圧下ロール対と第２の圧下ロール対との間隔を、７ｍ以下とする必要である。第１の圧下ロール対と第２の圧下ロール対との間隔は、６．６ｍ以下とすることが好ましい。

第１の圧下ロール対と第２の圧下ロール対との間隔を、３ｍ以上かつ７ｍ以下とすることにより、第２の圧下ロール対として、第１の圧下ロール対と同一仕様の圧下ロールを用いても、設備的な過負荷を伴うことなく、ポロシティを低減することができる。

鋳片の厚み中央部に残存するポロシティを圧潰するためには、第２の圧下ロール対による圧下量は、大きければ大きいほど好ましい。しかし、大きな圧下量で連続鋳造鋳片を圧下しようとすると、圧下ロールの直径を大きくする必要がある。また、ある程度圧下量が大きくなると、ポロシティを圧潰する効果は飽和してしまう。これらの理由により、第２の圧下ロール対では、鋳型キャビティの厚みの０．５〜６．０％、好ましくは、１．０〜５．０％の圧下量を確保すればよい。

本発明の連続鋳造方法では、厚み中央部の負偏析長さ率（中心偏析評価指標）が７５％以上で、かつ、ポロシティ欠陥評価指標が２０％以上である鋳片が得られるように連続鋳造することが好ましい。

負偏析長さ率は、「鋳片の幅方向両端部から、鋳片の厚みの１／２に相当する長さの領域を除いた部分において、鋳片の幅方向について、鋳片の厚み中央部での負偏析部の長さを積算した負偏析長の、負偏析長の評価対象範囲の長さに対する百分率（％）」である。鋳片の断面において、負偏析部であるか否かは、たとえば、色調で判断することができる。

負偏析長さ率が７５％以上であることが好ましい理由は、この要件を満たす鋳片を圧延して得られる鋼板には、正偏析に起因した機械的特性の低下が生じないからである。このような効果を十分に奏するため、負偏析長さ率は、８０％以上にすることが好ましい。負偏析長さ率が７５％未満の場合は、鋳片の幅方向における正偏析部の割合が大きくなるだけでなく、溶質元素の濃化量も増すため、正偏析に起因した鋼板の機械的特性の低下が避けられない。さらに、負偏析長さ率が７５％未満の場合、第２の圧下ロール対による圧下直前の連続鋳造鋳片の厚み中央部には、球換算相当直径で１ｍｍを超える粗大なポロシティ欠陥が含まれやすく、第２の圧下ロール対による圧下だけでは、それらを十分に圧潰できない。圧延圧下比を大きくして圧下すると、目的とする鋼板厚みが得られない場合があるだけでなく、製品として、高級品から汎用品へと格下げせざるを得ない場合があり、さらに、この鋳片をスクラップ処理した場合の歩留まり低下も伴う。

ポロシティ欠陥評価指標は、以下のように定義される。
鋳片横断面に沿って、鋳片の厚み中央部で鋳片の幅方向に沿う方向の平均密度ρ［ｇ／ｃｍ³］を求める。同様にして、鋳片の厚み方向に関して１／４厚みの部分で鋳片の幅方向に沿う方向の平均密度ρ_std.［ｇ／ｃｍ³］を求める。ρおよびρ_std.から、下記（1）式に基づき、ポロシティ体積Ｖを求める。
Ｖ＝１／ρ−１／ρ_std. （１）

次に、第１の圧下ロール対で、厚み中央部の固相率が０．２０以下の部分を圧下し、かつ第２の圧下ロール対による圧下を行わなかったこの連続鋳造鋳片について、（１）式を用いた場合と同様にして求めたポロシティ体積Ｖ０［ｃｍ³／ｇ］を求める。その値Ｖ０を基準値とし、その基準値Ｖ０からの偏差の百分率（％）として表わした、任意の連続鋳造鋳片におけるポロシティ欠陥評価指標は、下記（２）式により定義される。ただし、Ｖ０の値は、多くの場合、ほぼ３×１０^-4ｃｍ³／ｇとなるので、ポロシティ欠陥評価指標を算出するにあたり、Ｖ０＝３×１０^-4ｃｍ³／ｇとする。
ポロシティ欠陥評価指標（％）＝（Ｖ０−Ｖ）／Ｖ０×１００ （２）

ポロシティ欠陥評価指標が２０％以上であることが好ましい理由は、この要件を満たす鋳片を圧延して得られる鋼板には、ポロシティ欠陥に起因した機械的特性の低下は生じないからである。このような効果を十分に奏するため、ポロシティ欠陥評価指標は、３０％以上にすることが好ましい。ポロシティ欠陥評価指標が２０％未満の場合は、鋼板の用途によっては、ポロシティ欠陥が問題となることがある。この場合、ポロシティ欠陥を低減するには、圧延圧下比が増す必要があり、製造可能な鋼板厚みに制約が生じてしまう。

本発明の効果を確認するため、以下の連続鋳造試験を行い、得られた鋳片を評価した。
容量２７０ｔｏｎの転炉で吹錬し、取鍋処理、ＲＨ処理（真空脱ガス処理）を行った溶鋼を、垂直部の長さ２．５ｍの垂直曲げ型連続鋳造機で鋳造した。

図１は、試験に用いた連続鋳造機の構成を示す断面図である。ＲＨ処理を施された溶鋼４は、図示しないタンディッシュから、浸漬ノズル１を介して銅製の鋳型３の中に注入される。鋳型３のキャビティは、厚みが３００ｍｍであり、幅が２２００ｍｍであった。鋳型３の下部からは、連続鋳造鋳片８が下方へと引き出される。この時点で、連続鋳造鋳片８は、中央部の溶鋼４と、溶鋼４の周囲を覆う凝固シェル５とからなる。

連続鋳造鋳片８は、その移動方向下流側に配置された図示しないピンチロールにより引き抜かれる。連続鋳造鋳片８の軸方向は、複数対のサポートロール６により、徐々に水平に向けられた後、第１の圧下ロール対７Ａ、および第２の圧下ロール対７Ｂにより、順次圧下される。連続鋳造鋳片８の移動方向に沿って、第１の圧下ロール対７Ａと第２の圧下ロール対７Ｂとの間、および第２の圧下ロール対７Ｂより下流側にも、複数対のサポートロール６が配置されている。連続鋳造鋳片８は、サポートロール６によっては、実質的に圧下されない。

第１および第２の圧下ロール対７Ａ、７Ｂは、いずれも、ロール径（直径）が４７０ｍｍであり、圧下力が最大で６００ｔｏｎ であった。第１の圧下ロール対７Ａは、鋳型３内の溶鋼４のメニスカス２から、連続鋳造鋳片８に沿って２１ｍ下流の位置に配した。第２の圧下ロール対７Ｂは、メニスカス２より、連続鋳造鋳片８に沿って２４ｍまたは２９ｍ下流の位置に配した。第１および第２の圧下ロール対７Ａおよび７Ｂ近傍のサポートロール６の直径は２０５ｍｍであった。隣接するサポートロール６同士の間隔は２４０ｍｍであった。第１および第２の圧下ロール７Ａおよび７Ｂの各々に対して、その直前のサポートロール６との間隔は３８５ｍｍであり、直後のサポートロール６との間隔は２５５ｍｍであった。

タンディッシュ内の溶鋼の過熱度は、３０〜４５℃範囲で制御した。図１に示す連続鋳造機を用いて、下記組成の鋼を連続鋳造した。Ｃ：０．１６質量％、Ｓｉ：０．２２質量％、Ｍｎ：１．２０質量％、Ｐ：０．００４質量％、Ｓ：０．０００８質量％、Ｃｕ：０．２５質量％、Ｃｒ：０．９０質量％、Ｎｉ：２．０５質量％、Ｍｏ：０．４０質量％、Ｖ：０．０５０質量％、Ｔｉ：０．０１５質量％、Ｎ：０．００２５質量％、Ａｌ：０．０４０質量％、Ｂ：０．００１５質量％、残部：Ｆｅおよび不純物。

鋳型３、および鋳型３から引き出される連続鋳造鋳片８に対して、二次冷却スプレーノズル群からスプレー水を噴射して冷却した。二次冷却水量は０．５９Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌとした。これにより、溶鋼４を凝固させて、スラブ鋳片を得た。

鋳造速度、溶鋼４の過熱度などのパラメーターに基づき、非定常伝熱解析により、連続鋳造鋳片８の厚み方向の温度分布を予測することによって、第１の圧下ロール対７Ａの位置を通過する部分の連続鋳造鋳片８について、厚み中央部の固相率（ｆｓ）を求めた。鋳造後のスラブ鋳片は、スラブ鋳片厚み中央部の偏析、およびポロシティを指標として評価した。

［スラブ鋳片厚み中央部の偏析の評価］
鋳片の横断面（鋳造方向に垂直な面）を、機械研磨した後、３．６質量％の塩酸水溶液でエッチングして、観察した。鋳片の断面の色合いは、エッチング後の腐食状態によって異なり、エッチング後の腐食状態は、偏析によって異なる。鋳片の厚み中央部が負偏析である場合は、中央部は、その周辺部に比して、相対的に白く見える。一方、鋳片の厚み中央部が正偏析である場合は、中央部は、その周辺部に比して、相対的に黒く見える。

鋳片の幅方向両端部から、鋳片の厚みの１／２に相当する長さ（この実施例の場合、１５０ｍｍ）の領域を除いた部分において、鋳片の厚み中央部の最終凝固幅での負偏析部の長さを積算した負偏析長を求めた。ここで、「最終凝固幅」とは、第１の圧下ロール対の位置での鋳片厚み方向中心部に残存する未凝固部の幅を意味する。この未凝固部は、圧下を行わなかった場合、凝固後、正偏析部となる。この正偏析部は、圧下を行わずに得た鋳片に対して、上述のエッチング後の色合いで判断する方法を適用することにより識別することができる。したがって、この正偏析部の幅を測定すると、最終凝固幅が得られる。鋳片の厚み中央部の偏析評価指標として、負偏析長の評価対象幅（この実施例の場合、１９００ｍｍ＝２２００ｍｍ（鋳片幅）−１５０ｍｍ×２）に対する負偏析長の百分率（％）を用いた。

以下、このように定義される評価指標を、「負偏析長さ率」という。鋳片の負偏析長さ率が７５％以上、好ましくは、８０％以上あれば、この鋳片を圧延して得られる鋼板において、正偏析に起因した機械的特性の劣化は生じない。

負偏析長さ率が６５％以上かつ８０％以下である鋳片について、正偏析部から、鋳造方向の長さが２０ｍｍ、鋳片の厚み中央を基準として厚み方向の長さが５０ｍｍの面を有する試料を採取し、この面について、電子線マイクロアナライザーによって、Ｍｎ濃度の面分析を行った。分析条件として、加速電圧を１５ｋＶとし、ビーム電流を４μＡとし、さらに、ビーム径およびステップを５０μｍとして、１ピクセルあたりの分析時間を８０ｍｓとした。

最もＭｎ濃度が高いピクセル位置を中心に、鋳造方向に沿って２ｍｍ幅（４０ピクセル相当）のＭｎ濃度を積算し、平均して得た値を、正偏析部の最大Ｍｎ濃度（ＣＭａｘ．；質量％）とした。また、化学分析により、鋳片のバルク組成のＭｎ濃度（Ｃ０；質量％）を求めた。そして、ＣＭａｘ．／Ｃ０で定義されるＭｎ偏析度を求めた。

このように定義されたＭｎ偏析度と鋼板の品質との関係として、Ｍｎ偏析度が１．２３を超えるとき、正偏析に起因した鋼板の機械的特性の低下が顕在化する傾向が認められた。Ｍｎ偏析度が１．２３を超える試料では、いずれも、負偏析長さ率が７５％未満であり、また、Ｍｎ偏析度が１．２０を超える試料では、負偏析長さ率がほぼ８０％未満となることを確認した。

［スラブ鋳片厚み中央部のポロシティの評価］
鋳片横断面の鋳片の厚み中央に沿って、鋳片の幅方向に均等に１６箇所から、試料を採取し、それらの密度を、ＪＩＳ−Ｚ８８０７（固体比重測定方法）に準じて測定した。試料の大きさは、鋳片の長さ方向に沿って５０ｍｍ、鋳片の幅方向に沿って１００ｍｍ、鋳片の厚み方向に沿って７ｍｍとした。これらの１６個の試料の密度を平均して、鋳片の厚み中央部（以下、「１／２厚部」ともいう。）の鋳片密度（ρ；ｇ／ｃｍ³）を決定した。同様にして、鋳片の厚み方向に関して、１／４厚みの部分（以下、「１／４厚部」ともいう。）からも鋳片の幅方向に関して均等に５箇所から試料を採取し、それらの密度を測定した。１／４厚部では、通常、ポロシティ欠陥が存在しないため、これら５個の試料の密度の平均値を、ポロシティの存在しない鋳片の基準密度（ρ_std.；ｇ／ｃｍ³）とした。そして、鋳片の厚み中央部の単位重量あたりのポロシティ体積Ｖを、（１）式に示すように、１／２厚部の試料の密度の逆数と１／４厚部の試料の密度の逆数との差とした。
Ｖ＝１／ρ−１／ρ_std. （１）

第１の圧下ロール対で、厚み中央部の固相率が０．２０以下の部分を圧下し、かつ第２の圧下ロール対で圧下しなかった連続鋳造鋳片について、（１）式を用いた場合と同様にして求めたポロシティ体積Ｖ０（ｃｍ³／ｇ）を基準とし、（２）式によるポロシティ体積の減少率を、ポロシティ欠陥評価指標とした。
ポロシティ欠陥評価指標（％）＝（Ｖ０−Ｖ）／Ｖ０×１００ （２）

また、スラブ鋳片厚み中央部における最大ポロシティ径を測定した。最大ポロシティ径は、以下のように求めた。上記１／２厚部から採取した試料をＸ線透過検査（非破壊検査）に供し、ポロシティ欠陥を検出した。そして、そのＸ線像から、画像の二値化処理によって、各ポロシティごとに球相当直径を算出し、その最大値を最大ポロシティ径とした。

表１に、鋳片の製造条件、および評価結果を示す。

実施例１〜４は、本発明の要件を満たす連続鋳造方法である。この連続鋳造方法により得られた鋳片は、「負偏析長さ率が７５％以上であり、ポロシティ欠陥評価指標が２０％以上である」との本発明の好ましい要件も満たす。特に、実施例４は、負偏析長さ率およびポロシティ欠陥指標の双方ともに、最も良好である。実施例１〜４により得られた鋳片の最大ポロシティ径は、いずれも、１ｍｍ以下と小さかった。実施例１〜４では、鋳片は、第２の圧下ロール対によって、１ｍｍ以上のポロシティ欠陥を残存させない圧下量で圧下されたと考えられる。

比較例１〜４は、本発明の要件を満たさない連続鋳造方法である。
比較例１では、第１および第２の圧下ロール対のいずれによっても、連続鋳造鋳片を実質的に圧下しなかった。より詳細には、比較例１は、中心固相率ｆｓ＝０．２〜０．６では圧下勾配０．６ｍｍ／ｍで、さらにｆｓ＝０．６以上では圧下勾配１．１ｍｍ／ｍで、第１の圧下ロール対により、連続鋳造鋳片を圧下したが、この圧下は、従来の軽圧下に相当する。比較例１の連続鋳造方法により得られた鋳片では、正偏析型の典型的な中心偏析が観察され、鋳片の厚み中央部には負偏析部は存在しなかった。また、この鋳片のポロシティ欠陥評価指標は、−１７０％で、第１の圧下ロール対でのみ連続鋳造鋳片を圧下した場合（比較例２）と比べても、著しく劣っていた。

比較例２では、第１の圧下ロール対のみでしか鋳片を圧下しなかった。これにより得られた鋳片の厚み中央部には、適正範囲の負偏析が形成されているものの、ポロシティ欠陥が第２の圧下ロール対によって低減されることなく残存しているうえ、ポロシティ欠陥評価指標が２０％未満（０％）である。

比較例３では、第１の圧下ロール対と第２の圧下ロール対との距離が８ｍ（メニスカスから第２の圧下ロール対まで、連続鋳造鋳片に沿う距離が２９ｍ）と、本発明で規定する７ｍ以下との要件を満たしていなかった。そのため、第２の圧下ロール対で圧下する連続鋳造鋳片の温度が低くなりすぎて、連続鋳造鋳片の変形抵抗が増し、第２の圧下ロール対による圧下量が十分に確保できなかった。これにより得られた鋳片の厚み中央部には、許容できないポロシティ欠陥（ポロシティ欠陥評価指標が２０％未満）が残存していた。

比較例４では、第１の圧下ロール対により圧下した鋳片の厚み中央部の固相率が０．２７であり、本発明で規定する固相率の要件を満たさなかった。これにより得られた鋳片では、負偏析長さ率は７５％以下（６７％）であり、ポロシティ欠陥指標は２０％未満（７．２％）であった。

比較例１〜４により得られた鋳片の最大ポロシティ径は、いずれも、１ｍｍより大きかった。比較例１〜４では、鋳造時に、ポロシティが十分に圧潰されなかったと考えられる。

３：鋳型、 ７Ａ：第１の圧下ロール対、 ７Ｂ：第２の圧下ロール対、
８：連続鋳造鋳片

Claims (1)

1. 連続鋳造機を用いた、スラブ鋳片の連続鋳造方法であって、
   前記連続鋳造機は、
   ４５０ｍｍ以上かつ６００ｍｍ以下のロール径を有する１対の圧下ロールを備えた第１の圧下ロール対と、
   ４５０ｍｍ以上かつ６００ｍｍ以下のロール径を有する１対の圧下ロールを備えた第２の圧下ロール対であって、前記第１の圧下ロール対に対して、連続鋳造鋳片の下流側に、３ｍ以上かつ７ｍ以下の間隔をあけて配置された第２の圧下ロール対と、を備え、
   当該連続鋳造方法は、
   厚み中央部の固相率が０．２０以下の連続鋳造鋳片を、前記第１の圧下ロール対によって、当該連続鋳造鋳片の厚み中央部に負偏析を形成させる圧下量で圧下する第１圧下工程と、
   連続鋳造鋳片において前記第１圧下工程で圧下され完全凝固した部分を、前記第２の圧下ロール対によって、球換算相当直径で１ｍｍを超えるポロシティ欠陥を残存させない圧下量で圧下する第２圧下工程と
   を含む、スラブ鋳片の連続鋳造方法。

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