JP7126099B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents
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Description
[1]最終凝固部(最終凝固厚み位置から厚み方向に±10mm以内)での凝固組織は、完全に柱状晶であること(ただし、厚み方向下面側では分岐柱状晶であってもよい)
[2]上記柱状晶及び分岐柱状晶を形成するデンドライト1次アーム間隔が平均で2.0mm以下であること、及び
[3]上記[1]及び[2]を満たしたうえで、少なくとも鋳片の厚み中心部の固相率fsが0.2となる位置から凝固完了位置までの範囲において、鋳片に0.5mm/分以上2.0mm/分以下の圧下速度で軽圧下を付与すること
によって、鋳片厚み中心部におけるMn偏析度が2.1以上である偏析スポットの長軸径を200μm以下に制御することができる。このように中心偏析がより十分に低減された鋳片から製造した厚鋼板においては、ガス切断後の遅れ破壊を防止することができる。
垂直曲げ型又は湾曲型の連続鋳造機を用いた鋼の連続鋳造方法であって、
C:0.1質量%以上0.3質量%以下を含有する溶鋼を鋳型で一次冷却して、内部に未凝固の溶鋼が残存した鋳片を得る一次冷却工程と、
前記鋳型から前記鋳片を引き抜き、前記鋳片を鋳造方向に並んだ複数対のロールで支持しつつ二次冷却して、内部が全て凝固した鋼片を得る二次冷却工程と、
を有し、
(A)前記鋳片の厚み方向の最終凝固部における凝固組織が、全幅にわたって、
厚み方向上面側では、デンドライト1次アーム間隔が平均で2.0mm以下の柱状晶となり、
厚み方向下面側では、デンドライト1次アーム間隔が平均で2.0mm以下の柱状晶又は分岐柱状晶となるように鋳造条件を制御しつつ、
(B)前記二次冷却工程では、前記鋳片の鋳造方向で、少なくとも前記鋳片の厚み中心部の固相率が0.2となる位置から凝固完了位置までの範囲において、前記鋳片に0.5mm/分以上2.0mm/分以下の圧下速度で軽圧下を付与する
ことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
本実施形態では、垂直曲げ型又は湾曲型の連続鋳造機を用いるものとする。一例として、図1を参照して、本実施形態において用いることができる2ストランドタイプの垂直曲げ型の連続鋳造機100の構成を説明する。連続鋳造機100は、取鍋10、タンディッシュ11、鋳型12、スプレーノズル13、複数対のロール14、切断装置15、及び電磁撹拌装置16を有する。
本実施形態において、溶鋼の成分組成は、C:0.1質量%以上0.3質量%以下を含有するものとする。この範囲のC量の場合、鋳造条件によって最終凝固部(厚み中心部)の凝固組織の種類が変化するため、柱状晶を得るために鋳造条件を最適化する必要があるからである。厚鋼板において中心偏析が問題とならない鋼種はないため、溶鋼の成分組成は、上記C含有量を満たす限り特に限定されないが、例えば、耐摩耗鋼の成分組成として一般的な、質量%で、C:0.1~0.3%、Si:0.01~1.0%、Mn:0.3~3.0%、P:0.025%以下、S:0.02%以下、Cr:0.01~2.00%、及びAl:0.001~0.100%を含有し、任意に、Cu:0.01~1.0%、Ni:0.01~1.0%、Mo:0.01~1.0%、Nb:0.001~0.100%、Ti:0.001~0.050%、B:0.0001~0.0100%、及びV:0.001~1.0%から選ばれる1種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物である成分組成とすることができる。
本実施形態では、鋳片の厚み方向の最終凝固部における凝固組織を、全幅にわたって、厚み方向上面側では、デンドライト1次アーム間隔が平均で2.0mm以下の柱状晶となり、厚み方向下面側では、デンドライト1次アーム間隔が平均で2.0mm以下の柱状晶又は分岐柱状晶となるように制御することが重要である。
最終凝固部(厚み中心部)の凝固組織は、溶鋼のC含有量と鋳造条件に依存する。一般的な垂直曲げ型又は湾曲型の連続鋳造機を用いる場合、C含有量が0.1質量%未満の低炭素鋼においては、特殊な制御をしない限り、最終凝固部の凝固組織は、厚み方向の上面側では柱状晶、下面側では分岐柱状晶となる。これに対して、本実施形態が対象とするC:0.1質量%以上0.3質量%以下の中高炭素鋼においては、最終凝固部の凝固組織は、鋳造条件(主に溶鋼過熱度ΔTと鋳造速度Vc)の影響を強く受け、鋳造条件によって、厚み方向の上面側では柱状晶、下面側では分岐柱状晶となることもあれば、厚み中心部全体が等軸晶となることもある。また、これらの組織が混合したような凝固組織になる場合もある。
本実施形態では、最終凝固部の凝固組織において、柱状晶及び分岐柱状晶を形成するデンドライト1次アーム間隔を平均で2.0mm以下とする。鋳片に適切な軽圧下を付与しても、凝固界面前面に濃化溶鋼が排出されることは、凝固が進行するうえで防ぐことはできない。凝固の最終段階では、この凝固界面前面の濃化溶鋼が凝固するため、ある程度の偏析が生じる。その際、偏析がどのように分布されるかは、デンドライト1次アーム間隔に依存する。デンドライト1次アーム間隔が大きい場合、粗大な偏析スポットが形成される。この場合、デンドライトの主軸のMn濃度は低いため、全体としての偏析度は決して高くはないものの、ガス切断割れが発生し得る長軸径が200μmを超える偏析スポットが発生してしまう。デンドライト1次アーム間隔が平均で2.0mm以下であれば、このような粗大な偏析スポットの発生を十分に抑制することができる。デンドライト1次アーム間隔の下限は特に限定されないが、鋳造条件の制約上、デンドライト1次アーム間隔は平均で概ね0.5mm以上となる。
本実施形態では、上記のような最終凝固部における凝固組織としたうえで、凝固末期の鋳片に所定条件の軽圧下を付与することが重要である。具体的には、鋳片の鋳造方向で、少なくとも鋳片の厚み中心部の固相率fs(以後、単に「中心固相率fs」とも称する。)が0.2となる位置から凝固完了位置(CE位置)までの範囲において、鋳片に0.5mm/分以上2.0mm/分以下の圧下速度で軽圧下を付与する。
fs=(T-TL)/{(1-k)・(T-TM)}
T:中心部の温度
TL:液相線温度
TM:純鉄の融点
k:溶質の分配係数
圧下速度が0.5mm/分未満の場合、凝固収縮量を補償することができず、濃化溶鋼の流動を抑制することができないため、中心偏析は改善されない。また、圧下速度が2.0mm/分超えの場合、圧下量が過多となるため濃化溶鋼が上流側へ逆流し、その結果、逆V偏析と呼ばれる偏析が発生するため、やはり中心偏析は改善されない。よって、本実施形態では、圧下速度を0.5mm/分以上2.0mm/分以下とする。
さらには、軽圧下付与するタイミングも中心偏析の低減には重要である。中心固相率fsが0.2を超えてから軽圧下を開始しても、既に中心偏析は形成されつつあるため、中心偏析の低減効果は小さい。また、中心偏析は、ミクロ偏析が流動して局所的に集まることにより発生するところ、fsが1.0となるCE位置よりも下流では、液相の移動は発生しない。よって、fsが1.0となるCE位置よりも下流側では軽圧下は不要となる。よって、本実施形態では、少なくともfsが0.2となる位置から1.0となる位置までの範囲で軽圧下を行う。
凝固組織の制御実験として、垂直曲げ型連続鋳造機を用いて、質量%で、C:0.20%、Si:0.3%、Mn:0.70%、P:0.008%、S:0.003%、Cr:0.50%、Al:0.030%、Cu:0.01%、Ni:0.02%、Mo:0.18%、Nb:0.015%、Ti:0.030%、及びV:0.01%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成の溶鋼を鋳造した。鋳片厚みは250mmであり、鋳造幅は2100mmである。条件としては、溶鋼過熱度ΔTを10~45℃の範囲で種々に振り、かつ、鋳造速度Vcを0.95~1.4m/分の範囲で種々に振ることによって、溶鋼熱量Qを種々に振って、鋳片の厚み中心部(最終凝固厚み位置から厚み方向に±10mm以内)に占める柱状晶の割合を調査した。柱状晶割合は前述の3重点の間の区間を調査し、厚み中央部に占める柱状晶の割合で定義した。図6に、鋳型における溶鋼熱量Qと厚み中心部の柱状晶割合との関係を示す。Q≧1MWで凝固組織を完全に柱状晶にすることが可能であることが分かる。ただし、この閾値は核生成量に依存するため、電磁撹拌条件やTiN等の析出物の有無によって異なる。すなわち、これらの条件が異なる鋼を鋳造する場合、新たにQの閾値を決定する必要がある。
垂直曲げ型連続鋳造機を用いて、実験例1と同じ成分組成の溶鋼を鋳造した。鋳片厚みは250mmであり、鋳造幅は2100mmである。表1に、各水準における、鋳造速度Vc、溶鋼過熱度ΔT、溶鋼熱量Q、二次冷却における比水量、軽圧下を行う際の圧下速度、圧下開始時の中心固相率、及び圧下終了時の中心固相率を示す。各水準において、中心固相率やCE位置は、伝熱計算によって求めた。メニスカスから24~30mの範囲に位置するセグメント群のうち、所定のセグメントで軽圧下を行うことで、圧下開始時及び終了時の中心固相率を制御した。圧下速度は、軽圧下セグメントの圧下勾配によって制御した。なお、当然ながら、これら以外の鋳造条件は全水準で統一している。
本発明者らの研究によれば、軽圧下を付与した場合における偏析低減効果は、凝固組織によって変わることが明らかとなった。本発明がターゲットとしている偏析形態は、Mn偏析度が2.1以上でかつ長軸径が200μm超えとなる偏析スポットであるが、これは比較的高濃度で粒径も小さく、凝固の最終段階で生成されるような偏析スポットであるため、凝固組織が大きく影響を及ぼす。
10 取鍋
11 タンディッシュ
12 鋳型
13 スプレーノズル
14 ロール
15 切断装置
16 電磁撹拌装置
20A 垂直帯
20B 上部矯正帯
20C 湾曲帯
20D 下部矯正帯
20E 水平帯
21 湾曲鋳型
M 溶鋼
S 鋳片
Claims (1)
- 垂直曲げ型又は湾曲型の連続鋳造機を用いた鋼の連続鋳造方法であって、
C:0.1質量%以上0.3質量%以下を含有する溶鋼を鋳型で一次冷却して、内部に未凝固の溶鋼が残存した鋳片を得る一次冷却工程と、
前記鋳型から前記鋳片を引き抜き、前記鋳片を鋳造方向に並んだ複数対のロールで支持しつつ二次冷却して、内部が全て凝固した鋼片を得る二次冷却工程と、
を有し、
(A)前記鋳片の厚み方向の最終凝固部における凝固組織が、全幅にわたって、
厚み方向上面側では、デンドライト1次アーム間隔が平均で2.0mm以下の柱状晶となり、
厚み方向下面側では、デンドライト1次アーム間隔が平均で2.0mm以下の柱状晶又は分岐柱状晶となるように、少なくとも溶鋼熱量に影響する鋳造条件を制御しつつ、
(B)前記二次冷却工程では、前記鋳片の鋳造方向で、少なくとも前記鋳片の厚み中心部の固相率が0.2となる位置から凝固完了位置までの範囲において、前記鋳片に0.5mm/分以上2.0mm/分以下の圧下速度で軽圧下を付与する
ことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
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JP2016028827A (ja) | 2014-07-25 | 2016-03-03 | Jfeスチール株式会社 | 鋼の連続鋳造方法 |
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