JPH0569099A - 鋳片内質改善方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏析およびセンターポロシティーの生成を防
止し内質改善を図った連鋳鋳片の製造。 【構成】 鋼の連続鋳造に当り、タンディッシュ１内の
溶鋼加熱度を５０℃以下に調整してモールド２に注入
し、且つ、ストランド内の溶鋼に電磁攪拌装置３、５で
電磁気力を作用して攪拌し乍ら鋳片横断面の中心部にお
ける固相率が０．３〜０．７の範囲において軽圧下装置
６で鋳片に５〜１５ｍｍの軽圧下を加えると共に軽圧下
帯後方の加熱装置７で鋳片表面温度を１１００℃以上に
昇温し、更に鋳片横断面の中心部における固相率が０．
８〜１．０の範囲、あるいは凝固完了後鋳片横断面の中
心温度が１２００℃以上の範囲において大圧下用圧下装
置８で少なくとも一方向に一段当り圧下率で３０％以上
の圧下を加える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連鋳鋳片の偏析を低減す
ると共にセンターポロシティーの圧着を図る鋳片内質改
善方法に関わるものである。

【０００２】

【従来の技術】連鋳鋳片の偏析を改善する方法としては
従来より凝固組織を微細化し偏析の分散を図る低温鋳造
法、低速鋳造法や鋳型内や２次冷却帯等での電磁攪拌技
術が開発され中心偏析の改善に寄与してきたが、これら
単独またはこれらを組合せただけでは偏析が激しい鋼種
や偏析許容レベルが厳しい偏析厳格材ではその効果は十
分と言えない。

【０００３】一方、特公昭５９―１６８６２号、特公昭
５９―３９２２５号、特公昭６２―３４４６０号、特公
平２―５６９８２号等には凝固末期に鋳片をロールで圧
下し、凝固収縮に基づく濃化溶鋼の流動を抑え中心偏析
を改善する凝固末期軽圧下の方法が開示されている。

【０００４】これらの凝固末期軽圧下では中心偏析の大
幅な改善は可能であるが内部割れや逆Ｖ偏析、負偏析の
生成のため圧下量が制限されるため、センターポロシテ
ィーを圧着する点については十分とは言えない。

【０００５】また、特開昭６１―１３２２４７号、特開
昭６３―１８３７６５号、あるいは「鉄と鋼」第６０年
第８７５〜８８４頁には凝固末期の鋳片をロールあるい
は金型で大圧下して中心偏析を改善する方法が開示され
ている。

【０００６】しかしながら、これらの方法で大圧下して
中心偏析を改善しようとする場合、圧下条件によっては
内部割れが生成したり、濃化溶鋼の絞り出されるため鋳
片中心部に負偏析が生成する。

【０００７】しかも、この絞り出しが不完全な場合は濃
化溶鋼が捕捉され顕著な偏析が生成したりして逆に鋳片
内質を劣化させる。

【０００８】さらに、凝固完了直後に鋳片を圧下し、セ
ンターポロシティーを圧着したり、ミクロ組織の微細化
を図る技術が「鉄と鋼」第６０年第８７５〜８８４頁や
特願平１―７２９６号に記載されている。

【０００９】これらのように凝固完了後に鋳片を圧下す
る技術では凝固中に形成される偏析に対する改善効果は
全く期待できない。

【００１０】また、本発明者らの経験によれば、これら
の圧下技術によりセンターポロシティーはかなり改善さ
れるのは事実であるが、鋳片で生成したセンターポロシ
ティーが大きい場合には十分圧着することは困難で、超
音波探傷法によって調査すると微小なポロシティーは残
留していることが多い。

【００１１】また、上記のように未凝固あるいは凝固後
に内質改善を大圧下する場合、鋳片の変形能が低い領域
で大きな加工を加えるため表面割れが発生しやすく、場
合によって手入れによって除去可能な割れが発生したり
する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上述べたよ
うな従来の内質改善技術が偏析、センターポロシティ
ー、等の内質を十分あるいは、安定して改善できないと
いった点、あるいはこれらの内質改善技術の適用に伴う
内部割れ、負偏析の生成、濃化溶鋼の捕捉等により内質
が却って劣化するといった問題及び表面割れが発生する
といった問題を一挙に解決しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために次のように構成されている。

【００１４】即ち、本発明の要旨の一つは、鋼の連続鋳
造に当り、タンディッシュ内の溶鋼加熱度を５０℃以下
に調整してモールドに注入し、且つ、ストランド内の溶
鋼に電磁気力を作用して攪拌し乍ら鋳片横断面の中心部
における固相率が０．３〜０．７の範囲において鋳片に
５〜１５ｍｍの軽圧下を加えると共に軽圧下帯の後方で
鋳片表面温度を１１００℃以上に昇温し、更に鋳片横断
面の中心部における固相率が０．８〜１．０の範囲にお
いて少なくとも一方向に一段当り圧下率で３０％以上の
圧下を加える鋳片内質改善方法にある。

【００１５】また、もう一つの要旨は、鋼の連続鋳造に
当り、タンディッシュ内の溶鋼加熱度を５０℃以下に調
整してモールドに注入し、且つ、ストランド内の溶鋼に
電磁気力を作用して攪拌し乍ら鋳片横断面の中心部にお
ける固相率が０．３〜０．７の範囲において鋳片に５〜
１５ｍｍの軽圧下を加えると共に軽圧下帯の後方で鋳片
表面温度を１１００℃以上に昇温し、更に凝固完了後鋳
片横断面の中心温度が１２００℃以上の範囲において少
なくとも一方向に一段当り圧下率で３０％以上の圧下を
加える鋳片内質改善方法にある。

【００１６】

【作用】連鋳鋳片の中心偏析は凝固収縮に基づく濃化溶
鋼の流動に起因しており、従って、中心偏析の改善を図
るにはこの濃化溶鋼の流動を抑制し、その中心部への集
積を防止することが重要である。

【００１７】本発明者らはこの凝固末期の濃化溶鋼の流
動、集積を防止する技術条件について種々検討し、効果
的にそれらを防止する技術条件を見出した。

【００１８】その条件の一つはＴＤ内の溶鋼加熱度を５
０℃以下に調整してモールドに注入し、且つ、ストラン
ド内の溶鋼に電磁気力を作用して攪拌し、鋳片中心部の
凝固組織を微細な等軸晶にすることである。

【００１９】凝固組織を微細な等軸晶にすることによ
り、凝固収縮量、固液共存相内の流動性および流動抵抗
の分布が断面内でより均一化され、その結果、鋳片中心
部での濃化溶鋼の流動及びその中心部への集積が軽減さ
れる。

【００２０】さらにもう一つの条件は鋳片横断面の中心
部における固相率（以下中心部固相率と称す）が０．３
〜０．７の範囲において鋳片に５〜１５ｍｍの軽圧下を
加えることである。

【００２１】上記凝固末期軽圧下は凝固収縮を補償する
ことで凝固末期流動の駆動力を減少し、濃化溶鋼の流動
を抑制する中心偏析対策であるが、濃化溶鋼の流動が活
発な中心部固相率が０．３〜０．７の範囲を圧下し、し
かも圧下量を５〜１５ｍｍとすることで上記濃化溶鋼の
流動を大幅に抑制できる。

【００２２】ここで圧下量を５〜１５ｍｍとする理由
は、圧下量を５ｍｍ未満とすると変形が鋳片内部に浸透
せず、固液共存相での収縮補償に有効に作用しないため
である。

【００２３】圧下量を１５ｍｍ以下に制限する理由は、
上記固相率範囲で１５ｍｍを越える圧下を加えた場合は
負偏析や逆Ｖ偏析が発生により偏析レベルが悪化した
り、内部割れの発生により却って鋳片内質が劣化するた
めである。

【００２４】本発明者らの経験によれば、凝固組織の等
軸晶化、微細化と凝固末期軽圧下を組合せることにより
凝固組織の微細化による濃化溶鋼の集積防止効果と軽圧
下による濃化溶鋼の流動抑制効果があいまって、一層の
偏析レベル向上が図られ、しかも良好なレベルを安定し
て達成することができる。

【００２５】次に本発明が連鋳鋳片のセンターポロシテ
ィー改善に極めて有効な理由を説明する。

【００２６】連鋳鋳片のセンターポロシティーは、鋳片
中心部で凝固が進行し固液共存相における給湯性が失わ
れると凝固収縮による体積が補われないために生成す
る。

【００２７】凝固組織の等軸晶化は凝固収縮を分散する
ことで、凝固末期軽圧下は圧下により凝固収縮を補償す
ることでセンターポロシティー改善に有効な技術であ
る。

【００２８】しかしながら、凝固末期軽圧下では前述し
たように、負偏析、逆Ｖ偏析および内部割れの発生から
圧下量が制限されるためにセンターポロシティーの改善
技術としては十分とは言えない。

【００２９】また、ＴＤ内の溶鋼加熱度を５０℃以下に
調整し、且つ、ストランド内の溶鋼に電磁気力を作用し
て攪拌し、凝固組織の微細等軸晶化を促進すると共に、
凝固末期軽圧下を適用すれば、これらを適用しない場合
に対して大幅に改善され、凝固末期軽圧下単独の場合に
比べても改善される。

【００３０】しかし、その場合も尚超音波で検出される
レベルのセンターポロシティーはかなり残留している。

【００３１】さらに、上記低温鋳造により凝固組織の等
軸晶化を図り凝固末期に軽圧下を加えることで、生成す
るセンターポロシティーを小型化しておき、さらに鋳片
横断面の中心部における固相率が０．８〜１．０の範
囲、あるいは凝固完了後鋳片横断面の中心温度が１２０
０℃以上の範囲において少なくとも一方向に一段当り圧
下率で３０％以上の圧下を加えることにより、センター
ポロシティーは超音波で検出不可能なレベルまで十分圧
着できる。

【００３２】鋳片横断面の中心部における固相率が０．
８以上の範囲、あるいは凝固完了後鋳片横断面の中心温
度が１２００℃以上の範囲において大圧下する理由は中
心固相率が流動限界固相率である０．８以下で圧下する
と固液共存相が流動し、負偏析や場合によっては濃化溶
鋼の絞り出しが不完全で負偏析内部に顕著な正偏析帯が
形成されたり、固液共存相内に加えられた変形が流動に
費やされ、その分センターポロシティーの生成防止が不
完全となるためである。

【００３３】中心部固相率が０．８〜１．０の流動限界
固相率以上の範囲では凝固完了後と同様に圧下による固
液共存相の流動は誘起されず、鋳片に加えられた変形は
センターポロシティーの圧着により有効に作用する。

【００３４】また、凝固完了後に圧下する場合は鋳片中
心部の温度を１２００℃以上とする理由は以下の通りで
ある。

【００３５】鋼材の変形抵抗は温度で大きく変化し温度
が高いほど変形抵抗は減少する。凝固完了直後の鋳片で
は内部程高くなる温度分布が実現されており、それに対
応し変形抵抗は内部程減少している。

【００３６】凝固完了から時間が経過して断面内の温度
分布が均一化した場合に比べ、上記の場合ような温度分
布では、鋳片外表面での変形は内部に到達し易く、セン
ターポロシティーを圧着する上で有利な条件となってい
る。

【００３７】この点からすると凝固完了後に圧下するよ
り、中心部固相率が０．８以上の凝固完了直前で圧下す
る方がセンターポロシティーを圧着し易い。

【００３８】一般に凝固完了後の冷却速度は内部程大き
いので凝固完了から時間が経過するとほど中心温度が低
下し、鋳片表面と内部の変形抵抗の差が減少して上記セ
ンターポロシティーの圧着に関する有利性が失われるば
かりでなく、さらに、鋳片の顕熱の低下に伴い鋳片全体
としての変形抵抗が増加するため、同一圧下量の確保に
要する荷重はかなり増大する。

【００３９】即ち、凝固完了後から圧下するまでの経過
時間が長くなるほどセンターポロシティーを圧着するた
めの所要圧下量および所要圧下荷重が増大し、それに伴
い圧下設備の圧下能力、所要強度を増加する必要があ
る。

【００４０】上記鋳片の凝固状況あるいは鋳片内の温度
分布がセンターポロシティーの圧着に有利な条件が満足
される場合について、センターポロシティーが超音波探
傷法により検出されないレベルまで十分圧着する条件に
ついて検討した結果、１段で圧下する場合も数段で圧下
する場合も少なくとも一方向に一段当り圧下率で３０％
以上の圧下を加えることが必要であった。

【００４１】実施例で後述するように、凝固末期軽圧下
を適用しなかったり、あるいは凝固組織の等軸晶化を図
らずセンターポロシティーの生成を抑制しなかった場合
は、その後の大圧下でセンターポロシティーを十分圧着
するに要する圧下率がかなり増大し、圧下による表面割
れの発生を防止できなくなる。

【００４２】圧下する方向については偏平な矩形鋳片で
はより寸法の小さい方向へ圧下した方が鋳片中央部へ変
形が及び易く有利な方向と言える。

【００４３】最後に、軽圧下帯の後方で鋳片表面温度を
１１００℃以上に昇温する理由について述べる。

【００４４】一般に約９００〜１２００℃の温度域では
温度が低い程鋼材の熱間変形能は低下し、変形抵抗も増
大するため、センターポロシティーを圧着するため鋳片
を圧下する際、鋳片温度が低いと表面割れが発生した
り、十分な圧下量が確保できなくなる。

【００４５】この表面割れの発生を防止して十分な圧下
量を確保するには鋳片の温度を１１００℃以上にする必
要があり、連鋳機で軽圧下装置を設けた場合その後方で
この温度確保するには軽圧下帯の後方に加熱帯を設置
し、鋳片を加熱昇温する必要が有る。

【００４６】その祭の加熱装置としては比較的コンパク
トで迅速な加熱が可能な点で誘導加熱装置が優れてい
る。

【００４７】以下本発明の実施例並びに比較例について
述べ本発明の効果について記す。

【００４８】図１は本発明方法を実施するための設備を
概略的に示すものである。タンディッシュ（ＴＤ）１内
における溶鋼の加熱度を５０℃以下に調整してモールド
２に注入し、且つ、鋳型内電磁攪拌装置３及び２次冷却
帯４に設置した電磁攪拌装置５によりストランド内の溶
鋼を攪拌する。

【００４９】２次冷却帯の下流側に軽圧下帯６を設け
て、本圧下域において鋳片横断面の中心部の固相率が
０．３〜０．７の範囲にくるよう鋳造速度等の鋳造条件
を設定し、本圧下帯において鋳片に５〜１５ｍｍの軽圧
下を加える。

【００５０】さらに、軽圧下帯直後の加熱装置７により
鋳片表面を１１００℃以上に加熱昇温して、その後鋳片
横断面の中心部における固相率が０．８〜１．０の範囲
で、あるいは凝固完了後鋳片横断面の中心温度が１２０
０℃以上の範囲において大圧下用の圧下装置８で、少な
くとも一方向に一段当り圧下率で３０％以上の圧下を加
える。

【００５１】実施例では、Ｓ４５Ｃ鋼を断面が２２０ｍ
ｍ×２２０ｍｍのブルームに鋳造し、軽圧下装置は矯正
機を改造して用い、加熱装置にガスによる加熱装置を採
用、また、その直後にロール方式の圧下装置を設置し
た。

【００５２】先に記述したように誘導加熱方式の方が迅
速な加熱が可能な点、また制御性が良い点等本発明を実
施する加熱装置として適している。

【００５３】また、連続的に引抜かれている鋳片を軽圧
下または大圧下する圧下装置としてはロール方式の圧下
装置以外に、圧下中に鋳片と同期して動く機構を有する
鋳造方式等の面またはバー圧下装置を用いても良い。

【００５４】種々の鋳造、圧下、加熱条件で実施した本
発明の実施例および比較例の鋳片の内部および表面品質
を評価した結果について以下に説明する。

【００５５】図２に本発明のようにＴＤ内の溶鋼加熱度
を５０℃以下として電磁攪拌（ＥＭＳ）した場合と電磁
攪拌を適用しなかったかあるいはＴＤ内の溶鋼加熱度が
５０℃を越えた場合について鋳片上面側等軸晶率を比較
した結果を図２に示す。

【００５６】本図より本発明の方が鋳片上面側の等軸晶
率は明らかに増加している。

【００５７】また、図３に示すようにＴＤ内の溶鋼加熱
度を５０℃以下のもので電磁攪拌を適用し、中心部固相
率０．３〜０．７の間で５〜１５ｍｍの軽圧下を付加し
た本発明の場合と電磁攪拌を適用しないかあるいは軽圧
下量が５ｍｍ以下の比較材に比べ明らかに本発明の方が
偏析レベルは改善されており、そのバラツキも減少して
いる。

【００５８】図４は中心部固相率が０．３〜０．７で圧
下した場合の内部割れ発生状況について本発明の範囲で
ある圧下量５〜１５ｍｍのものと圧下量１５ｍｍを越え
るものとで比較した結果である。

【００５９】圧下量１５ｍｍを越えるものではかなりの
内部割れが生成したが、圧下量１５ｍｍ以下の本発明の
ものは内部割れの発生を大幅に軽減できる。

【００６０】種々の条件で製造された鋳片のセンターポ
ロシティー生成状況を超音波探傷法により調査し評点付
けした結果を図５、６に示す。

【００６１】図５に示すようにＴＤ溶鋼加熱度（ＳＨ）
を５０℃以下にすることにより、さらに電磁攪拌（ＥＭ
Ｓ）、凝固末期軽圧下と組合せることによりセンターポ
ロシティー評点は改善され、その場合は最も圧下率が低
い３０％においてセンターポロシティーが検出されない
評点０が達成された。

【００６２】尚、図５の結果は中心部固相率が０．８〜
１．０の範囲で、または、凝固完了後鋳片中心温度が１
２００℃以上の範囲で圧下した結果である。

【００６３】一方、図６は低温鋳造、電磁攪拌、軽圧下
を組合せた場合について圧下率３０〜４０％において大
圧下のタイミングがセンターポロシティーの圧着挙動に
及ぼす影響を調査した結果を示している。

【００６４】未凝固部が残留する状態では中心部の固相
率が０．８未満で圧下した比較例１の場合と、凝固完了
後に鋳片中心温度が１２００℃未満で圧下した比較例２
の場合はセンターポロシティー評点０は達成されていな
い。

【００６５】それに対し、中心部の固相率が０．８〜
１．０の範囲で、あるいは凝固完了後鋳片中心温度が１
２００℃以上の範囲で圧下した本発明の場合はセンター
ポロシティーは十分圧着され、評点は全て０となった。

【００６６】図７には大圧下する際の鋳片表面温度と鋳
片コーナー部に発生した鱗状の表面割れを評点付けして
評価した結果を示す。

【００６７】本図により鋳片表面温度が低いほど表面割
れが悪化し、センターポロシティー評点０を達成する必
要条件である圧下率３０％以上では鋳片表面割れ防止す
るには本発明のように鋳片表面温度を１１００℃以上に
する必要がある。

【００６８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の適用によ
り鋼の連鋳工程で生成する中心偏析やセンターポロシテ
ィー等の大幅な改善が可能となる。

【００６９】これらの鋳片内質の大幅な改善が図られる
と、従来偏析対策として実施していた拡散熱処理の省略
や成品特性上必要な圧下比の低減により小断面での鋳造
が可能になる。

【００７０】その結果、分塊工程や加熱工程が省略さ
れ、それに伴い製造コストが大幅に削減される。

【００７１】さらに、従来超音波によりビッレット等の
圧延素材で介在物の検査保証をする際、センターポロシ
ティーがあるとそれをノイズとして拾うため介在物とセ
ンターポロシティーを識別しにくく断面中心付近の介在
物の検査保証を断念せざるを得なかった。

【００７２】しかし、本発明によりセンターポロシティ
ーが圧着されると断面中心付近の探傷も可能となり介在
物の検査保証がより確実となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様の概念図である。

【図２】本発明による凝固組織の等軸晶化効果について
説明した図である。

【図３】本発明による偏析改善効果について説明した図
である。

【図４】本発明による内部割れ防止効果について説明し
た図である。

【図５】本発明によるセンターポロシティー改善効果に
ついて説明した図である。

【図６】本発明によるセンターポロシティー改善効果に
ついて説明した図である。

【図７】本発明による表面割れ防止効果について説明し
た図である。

【符号の説明】

１ タンディッシュ ２ モールド ３ 鋳型内電磁攪拌装置 ４ ２次冷却帯 ５ ２次冷却帯の電磁攪拌装置 ６ 凝固末期軽圧下帯 ７ 加熱装置 ８ 大圧下用圧下装置 ９ 鋳片 １０ 凝固シェル １１ 未凝固部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼の連続鋳造に当り、タンディッシュ内
   の溶鋼加熱度を５０℃以下に調整してモールドに注入
   し、且つ、ストランド内の溶鋼に電磁気力を作用して攪
   拌し乍ら鋳片横断面の中心部における固相率が０．３〜
   ０．７の範囲において鋳片に５〜１５ｍｍの軽圧下を加
   えると共に軽圧下帯の後方で鋳片表面温度を１１００℃
   以上に昇温し、更に鋳片横断面の中心部における固相率
   が０．８〜１．０の範囲において少なくとも一方向に一
   段当り圧下率で３０％以上の圧下を加える鋳片内質改善
   方法。
2. 【請求項２】 鋼の連続鋳造に当り、タンディッシュ内
   の溶鋼加熱度を５０℃以下に調整してモールドに注入
   し、且つ、ストランド内の溶鋼に電磁気力を作用して攪
   拌し乍ら鋳片横断面の中心部における固相率が０．３〜
   ０．７の範囲において鋳片に５〜１５ｍｍの軽圧下を加
   えると共に軽圧下帯の後方で鋳片表面温度を１１００℃
   以上に昇温し、更に凝固完了後鋳片横断面の中心温度が
   １２００℃以上の範囲において少なくとも一方向に一段
   当り圧下率で３０％以上の圧下を加える鋳片内質改善方
   法。