JPH0420696B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は連続鋳造鋳片の厚み中心部にみられる
不純物元素、即ち鋼鋳片の場合には硫黄、燐、マ
ンガン等の偏析を防止し均質な金属を得ることの
できる連続鋳造方法に関するものである。 （従来の技術） 近年、海洋構造物、貯槽、石油およびガス運搬
用鋼管、高張力線材などの材質特性に対する要求
は厳しさを増しており、均質な鋼材を提供するこ
とが重要課題となつている。元来鋼材は、断面内
において均質であるべきものであるが、鋼は一般
に硫黄、燐、マンガン等の不純物元素を含有して
おり、これら鋳造過程において偏析し部分的に濃
化するため鋼が脆弱となる。特に近年生産性や歩
留の向上及び省エネルギー等の目的のために連続
鋳造法が一般に普及しているが、連続鋳造により
得られる鋳片の厚み中心部には通常顕著な成分偏
析が観察される。こうした成分偏析は最終製品の
均質性を著しく損ない、製品の使用過程や線材の
線引き工程等で鋼に作用する応力により亀裂が発
生するなど重大欠陥の原因になるため、その低減
が切望されている。かかる成分偏析は凝固末期に
残溶鋼が凝固収縮力等によつて流動し、固液界面
近傍の濃化溶鋼を洗い出し、残溶鋼が累進的に濃
化していくことによつて生じる。従つて成分偏析
を防止するには、残溶鋼の流動原因を取り除くこ
とが肝要である。かかる溶鋼流動原因としては、
凝固収縮に起因する流動のほか、ロール間の鋳片
バルジングやロールアライメント不整に起因する
流動等があるが、これらの内最も重大な原因は凝
固収縮であり、偏析を防止するには、これを補償
する量だけ鋳片を圧下することが必要である。 鋳片を圧下することにより偏析を改善する試み
は古くからなされており、例えば特公昭59−
16862号公報に記載されているように、連続鋳造
工程において鋳片中心部温度が液相線温度から固
相線温度に至るまでの間鋳片を凝固収縮を補償す
る量以上の一定の割合で圧下する方法が知られて
いる。 しかしながら、この場合、条件によつて偏析改
善効果が殆ど認められなかつたり、場合によつて
は、偏析がかえつて悪化する等の問題があり、成
分偏析を充分に改善することは困難であつた。 本発明者らはかかる従来法の問題の発生原因に
ついて種々調査した結果、従来法の場合に偏析改
善効果が認められなかつたり、あるいは偏析がか
えつて悪化することが起こるのは、基本的に圧下
すべき凝固時期とその範囲が不適正であることに
起因しており、次の三つの事実が考慮されていな
かつた点にあることを知見した。その一つはロー
ルアライメントの不整、ロール曲り等の機械的要
因によつて偏析が悪化し、かつその悪影響は圧下
量が大きいほど顕著となることである。鋳片を圧
下することによる偏析改善効果は、凝固収縮補償
による偏析改善効果と機械的要因による偏析悪化
による逆効果の差として得られ、機械的要因が大
きい場合にはその悪影響が凝固収縮補償による偏
析改善効果を上回り、かえつて偏析が悪化するこ
とが起こる。二つ目の事実は圧下すべき量であ
る。圧下量は凝固収縮を過不足なく補償する量で
なければならず、この値を超える圧下を加えると
偏析は再び悪化する。もう一つの事実は線状偏析
に関するものである。線状偏析とは、鋳片を鋳造
方向に平行に切断した断面でみた時に、鋳片厚み
方向中心部の高濃度部分が鋳造方向に細く連続し
た形態の偏析であつて、これを鋳片広幅面に平行
な面で観察すると偏析部が網目状に連なつてい
る。線状偏析は圧延後の製品においても残存し、
連続した高濃度部分が亀裂の優先的伝播経路とな
るため製品を脆弱にする。線状偏析は凝固末期に
過度に鋳片を圧下した場合に発生する偏析形態で
あり、軽圧下による偏析改善効果を発揮するには
偏析形態が線状となるのを避け、分散したスポツ
ト状の形態としなければならない。 （発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は従来法のかかる問題点を解消
し、均質な鋼材を得るための連続鋳造方法を提供
するにある。 （課題を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは下記のとおりであ
る。 鋳片を連続的に引き抜く溶融金属の連続鋳造に
おいて、鋳片の中心部が固相率0.1ないし0.3とな
る時点から流動限界固相率となる時点までの領域
を0.5mm／分以上2.5mm／分未満の割合で未凝固鋳
片を連続的に圧下し、それ以降、鋳片中心部が固
相線温度となるまでの領域は圧下を加えないこと
を特徴とする連続鋳造方法。 以下、本発明を更に詳述する。 中心偏析のない鋳片を得るための手段として前
記特公昭59−16862号公報に開示されているよう
な軽圧下法は有効な方策ではあるが、本発明者ら
の知見によれば、軽圧下法において極めて重要な
ことは、その圧下すべき領域である。すなわち、
中心偏析を低減するには、鋳片厚み中心部が、固
相率0.1ないし0.3となる時点から流動限界固相率
となる時点までの領域（以後、この領域をステー
ジ−２と称す）で凝固収縮を過不足なく補償す
るように連続的に鋳片を圧下することが重要であ
る。 ここで、鋳片中心部の固相率とは、鋳片断面内
中心における固相と液相の総量に対する固相の体
積割合であり、流動限界固相率とは、溶鋼が流動
し得る上限の固相率であつて、固相率0.6ないし
0.9の値である。 中心偏析は固液共存域内、すなわち鋳片中心部
が液相線温度となる時点から固相線温度となる時
点の間の領域内での溶鋼流動によつて生じるもの
であるが、本発明者らの知見によれば、鋳片に圧
下を加えることによる偏析改善効果は中心部固相
率の高い下流域で大きく、上流域では小さい。何
故ならは、下流側での凝固収縮を補うため上流側
から供給される溶鋼は鋳片厚み方向では、最も流
動抵抗の小さい厚み中心付近の溶鋼が主体となる
が、厚み中心付近の溶鋼の濃度は中心部固相率が
増大するにつれて高くなので、下流域ほど高濃度
の溶鋼が最終凝固部へ吸引され中心偏析への悪影
響が大きいからである。逆に上流域では中心部溶
鋼の濃度が低いため溶鋼流動による中心偏析への
影響は小さく、言いかえれば圧下による偏析改善
効果が小さい。 ところで本発明者らは、工業的規模の連鋳機に
より圧下ロール本数、圧下範囲、及び圧下開始時
期を種々変更した数多くの実験から次の事実を見
出した。すなわち、一般に連続鋳造機の互いに対
をなす上、下ロールの間のロール間隔は設定値に
対して鋳造中は多少のずれを生じる（このずれを
以後動的アライメント不整と呼ぶ）。この動的ア
ライメント不整は、軸受のガタや、鋳片幅方向の
反力の違い、ロールのたわみ、ロールの熱反り等
によつて生じ、ロールが鋳片から受ける反力が大
きいほど、言いかえれば圧下量が大きいほど大き
く、これによつて新たな流動が発生し、偏析を悪
化させる。鋳片を圧下することによる偏析改善効
果は、凝固収縮補償による偏析改善効果と動的ア
ライメント不整を増加させることによる偏析悪化
の逆効果との差として得られる。前者の偏析改善
効果は下流域で大きく、上流域で小さいので、上
流域で圧下した場合、動的アライメント不整によ
る偏析悪化による逆効果が凝固収縮補償による偏
析改善効果を上回り、かえつて偏析が悪化するこ
とが起こる。 本発明者らは数多くの実験から、その境界が、
中心部が固相率0.1ないし0.3となる時点であり、
通常の工業的規模の連鋳機においては、該時点よ
り上流側では鋳片を圧下することにより、中心偏
析がかえつて悪化することがあることを見出し
た。悪化の度合は連鋳機の整備状態が悪く、動的
アライメント不整の程度が著しいほど、また圧下
量が大きいほど顕著となる。すなわち、中心部固
相率が0.1ないし0.3となる時点より上流側で中心
部が液相線温度となる時点より下流側の領域（以
後この領域をステージ−１と称す）では、軽圧
下による中心偏析改善効果が小さく、動的アライ
メント不整を極めて小さく管理していない場合に
は、中心偏析がかえつて悪化することがあるた
め、基本的には圧下を行わなくてもよいが、も
し、圧下する場合には、、圧下量を0.5mm／分未満
とし、これ以上の圧下は避けるべきである。ま
た、通常圧下領域では、圧下反力に耐え得るロー
ル支持構造とする必要があり、設備的にもコスト
高となるため、上記領域を圧下しないことは、設
備費削減という経済効果をもたらすことになる。 鋳片厚み中心部が流動限界固相率となる時点よ
り下流側で中心部が固相線温度となるとなる時点
より上流側の領域（以後この領域をステージと
称す）では厚み中心部にはデンドライト状もしく
は粒状の固相がネツトワーク状に連結して存在
し、未凝固溶鋼は固相で遮られ互いに弧立してい
るため、凝固収縮による溶鋼流動は起り得ず、従
つて圧下する必要はない。一方、この領域で鋳片
に過度の圧下を加えると、中心偏析の形態は製品
特性に対して有害な線状偏析となる。製品特性に
対して最も有利である分散した微細なスポツト状
の偏析形態を得るためには、この領域では圧下を
加えないことが必要である。 以上より、本発明において積極的に圧下すべき
領域は鋳片中心部が固相率0.1ないし0.3となる時
点から流動限界固相率となる時点までの領域とす
る。但し、動的アライメント不整が著しく小さく
圧下による悪影響が殆ど無視できる場合には、ス
テージ−１についても凝固収縮補償のためにス
テージ−２と同程度の圧下を加えて差支えな
い。一方、動的アライメント不整が十分小さく管
理されていない場合には、動的アライメント不整
による偏析悪化の悪影響を少なくするためにステ
ージ−１は圧下量を0.5mm／分未満の範囲内に
とどめる必要がある。また、何れの場合でも、下
流側のステージについては圧下を加えないこと
を原則とする。本発明に係るステージ−１，
−２，の各領域のロール間隔と凝固状態の関係
を第１図に示す。 次に圧下すべき量について説明する。 通常、連鋳鋳片には中心部の偏析のほかに、第
２図に示すようにＶ状の偏析（Ｖ偏析）が見られ
る。このＶ偏析は凝固収縮によつて生じるもので
あるから、その発生個数を観察することによつ
て、圧下量が凝固収縮量に対して十分か否かを知
ることが出来る。本発明者らは、かかる現象を観
察することにより次の二つの事実を見い出した。
その一つは、圧下量の考え方に関するものであり
凝固収縮量を補償するために重要なのは、ロール
一本あたりの圧下量（単位mm）ではなく、クレー
ターエンド（凝固先端）近傍数ｍの範囲での平均
的な圧下速度（mm／分）であることを知つた。こ
こで圧下速度とは鋳片上の任意の点が、複数のロ
ールの間を通過する過程で単位時間当り圧下され
る量をいう。実操業におけるロール間隔の設定に
あたつては、上記圧下速度を引抜速度で除した
値、すなわち圧下勾配（単位mm／ｍ）により、鋳
造方向単位長さ当りの圧下量（すなわちロール間
隔絞り込み量）を知ることができる。もう一つの
事実は、凝固収縮を過不足なく補償するための圧
下量（以後調正圧下量と呼ぶ）に関するものであ
る。適正圧下量に対し圧下量が小さすぎると、鋳
造方向に向うＶ偏析が生じるが圧下量が大きすぎ
ると鋳造方向と逆方向（すなわちメニスカスの方
向）に向うＶ偏析（以後逆Ｖ偏析と称す）が生じ
る。適正圧下量とは、Ｖ偏析も逆Ｖ偏析も生じな
い圧下量として定義づけられる。適正圧下量は鋳
片の厚み、幅、冷却条件によつて変化し、通常ス
ラブの場合は0.5ないし1.5mm／分、ブルームもし
くはビレツトの場合には1.0mm／分以上2.5mm／分
未満である。 本発明者らは更にセンターポロシテイーについ
ても圧下条件の影響を調査した。その結果センタ
ーポロシテイーはステージ−２で適正圧下を実
施することにより大幅に減少することを見出し
た。ステージで過度の圧下が加わつた場合に
は、センターポロシテイーは更に減少するが、ス
テージで圧下が加わらない場合に比べその差は
小さく、材質改善効果はステージ−２での適正
圧下だけで十分である。 次に本発明を実施例により説明する。 実施例 １ 表１の組成を目標成分として、転炉で溶製し
Caをを添加して成分調整した溶鋼を180〜300mm
厚×1580mm幅のスラブ断面サイズで連続鋳造し次
いで厚板に圧延した。 連続鋳造直後の鋳片からサンプルを採取し、Ｖ
偏析個数、中心偏析指数、最終凝固部偏析形態を
調査した。また圧延後の厚板からサンプルを採取
し、水素誘起割れ（HIC）テストを実施しHIC割
れ発生率を調査した。その結果を表２にまとめて
示す。なお、中心偏析指数とは、鋼中Mnのレー
ドル分析値を基準としてこの値の1.3倍以上の高
濃度部分（偏析スポツト）の厚みを指数化して示
したもので、この値が大きいほど成分の偏析が大
であることを示している。 連続鋳造にあたり、中心部固相率が0.75となる
時点がロールセグメントの境界にくるように鋳造
速度を0.6〜1.5ｍ／分の範囲内で調整するととも
に、ステージ−１と−２の境界が中心部固相
率0.2となるように伝熱計算により求めステージ
−２の範囲を定めた。なお、ステージ−１及
びステージの範囲も同様に伝熱計算により定め
た。 鋼番Ａ及びＢはステージ−２での圧下量を適
正な値とした例、鋼番Ｃ〜Ｅはそれに加えてステ
ージ−１で軽圧下を加えた例、鋼番Ｆ〜Ｋは比
較例を示した。 なお圧下量０とは圧下が加わらないようロール
間隔を鋳造方向に一定に設定することを意味する
もので、鋳片を支持する作用及びバルジングが生
じた場合にはそれを抑える作用を有する。

【表】

【表】 表２に示すとおり、本発明に係る鋼番Ａ〜Ｅ
は、いずれもＶ又は逆Ｖ偏析が皆無で中心偏析指
数も小さい。又偏析形態は微細スポツト状でHIC
割れ発生率も５％以下と良好な値であつた。 これに対し比較例は、Ｖ偏析又は逆Ｖ偏析が生
じるか又は偏析形態が有害な粗大スポツト状や線
状を呈し、中心偏析指数も大でHIC割れ発生率も
著しく高い値であつた。 以上のように、本発明は比較例との間に顕著な
差が認められ、本発明の優位性が実証された。 実施例 ２ 表３の組成を目標成分として、転炉で溶製した
溶鋼を300mm×500mmの断面サイズでブルームに連
続鋳造し、次いで線材に圧延した。前記実施例１
と同様に連続鋳造直後の鋳片からサンプルを採取
し、Ｖ偏析個数、中心偏析指数、最終凝固部偏析
形態を調査した。その結果を表４にまとめて示
す。 連続鋳造にあたり、中心部固相率が0.75となる
時点がロールセグメントの境界にくるように鋳造
速度を0.6〜0.9ｍの／分の範囲内で調整すると共
にステージ−１と−２の境界が中心部固相率
0.2となるように伝熱計算により求めステージ
−２の範囲を定めた。なお、ステージ−１及び
ステージの範囲も同様に伝熱計算により定め
た。 鋼番イ〜ヘは、凝固収縮量を過不足なく補償す
るようにステージ−２での圧下量を適正な値と
したものであり、鋼番ハ〜ヘは更にステージ−
１で軽圧下を加えた例である。鋼番ト〜オは比較
例であつて、鋼番トはステージ−２での圧下量
が過小な例、鋼番チ，リ，ヌはステージ−２で
の圧下量が過大な例で、このうち鋼番リ，ヌはス
テージ−１での圧下量も過大である。鋼番ル，
オはステージ−２での圧下量を０mm／分とした
例で、このうち鋼番オはステージでの圧下量が
過大である。

【表】

【表】 表４に示すように、本発明に係る鋼番イ〜ヘ
は、いずれもＶ又は逆Ｖ偏析が皆無で中心偏析指
数も小さい。又偏析形態は微細スポツト状で理想
的なものであつた。 これに対し比較例は、Ｖ偏析又は逆Ｖ偏析が生
じるか或いは偏析形態が有害な粗大スポツト状や
線状を呈した。 以上のように、本発明は比較例との間に顕著な
差が認められ、ブルームの連続鋳造においてもそ
の優位性が実証された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る各凝固ステージ、圧下す
べき量および範囲の関係を示す図、第２図は連続
鋳造鋳片に見られる中心偏析とＶ偏析の模式図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋳片を連続的に引き抜く溶融金属の連続鋳造
   において、鋳片の中心部が固相率0.1ないし0.3と
   なる時点から流動限界固相率となる時点までの領
   域を0.5mm／分以上2.5mm／分未満の割合で未凝固
   鋳片を連続的に圧下し、それ以降、鋳片中心部が
   固相線温度となるまでの領域は圧下を加えないこ
   とを特徴とする連続鋳造方法。