JPS63242453A - 軽圧下鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 この発明は、連続鋳造において鋳片の中心偏析を防止す
る軽圧下鋳造方法に関する。

［従来の技術］ 通常、連続鋳造においては、溶鋼が水冷鋳型により冷却
されると、鋳片外周部に相当する部分に薄い凝固殻が形
成され、鋳型を通過した鋳片はその内部に未凝固溶鋼を
保持した状態で一群のサポートガイドロールにより案内
されつつ、ピンチロールにより引抜かれる。鋳片引抜き
過程においては、鋳片にスプレィ水を噴射して鋳片内部
の凝固促進を図り、凝固殻の厚さが変形に耐え得る厚さ
。

以上に成長すると、鋳片を所定の曲率で略９０゜曲げつ
つ軽圧下装置により凝固途中の鋳片に軽圧下刃を加える
。この軽圧下帯において鋳片を完全凝固させ、次いで、
軽圧下帯の終了位置（矯正点）で矯正装置のロール群に
より鋳片の曲がりを矯正し、直線状になった鋳片を切断
機で所定長に切断する。

鋳片最終凝固部（クレータエンド）では、炭素（Ｃ）、
硫黄（Ｓ）、マンガン（Ｍｎ）並びに燐（Ｐ）等の成分
元素が未凝固溶鋼中に濃縮される。

この濃化溶鋼は低融点であるので、溶鋼が凝固殻中で静
止した状態にある場合は析出しないが、濃化溶鋼が凝固
殻中で流動すると、これが析出して所謂中心偏析となる
。通常、溶鋼の凝固収縮により鋳片ボトム方向（鋳片引
抜方向）へ溶鋼が吸引されて流動するので、凝固収縮量
に見合った軽圧下刃を未凝固鋳片に加えて中心偏析を防
止している。一方、鋳造速度が比較的速くなる場合は、
溶鋼静圧が高まり、圧下量が不足する箇所の凝固殻が部
分的に膨張する所謂バルジングが発生する。

バルジングが発生すると、膨張した凝固殻が圧下ロール
により圧縮され、鋳片トップ方向（鋳片引抜方向の逆方
向）への溶鋼の流動が起こり、クレータエンドに濃化溶
鋼が析出して幅広の中心偏析が発生する。特に、圧下ロ
ールのピッチ間隔が大きい場合及び圧下ロールにたわみ
又は摩耗が存在する場合に、バルジングが発生しやすい
。このため、通常、軽圧下帯に一層の小径ロールを配列
し、ロール相互間のピッチを小さくし、バルジングの発
生を阻止して中心偏析を低減するようにしている。

従来の軽圧下鋳造技術においては、軽圧下装置による圧
下のみでは鋳片の中心偏析を十分に低減することができ
ない。このため、電磁攪拌装置（ＥＭＳ）によりクレー
タエンドに回転磁界又は移動磁界を印加し、クレータエ
ンドの濃化溶鋼を電磁誘導により攪拌して中心偏析の発
生を防止している。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、従来の軽圧下鋳造技術においては、クレ
ータエンドにて濃縮された［Ｃ］、［Ｐ］等の濃化成分
を電磁攪拌により一定領域内で単に拡散させているにす
ぎないので、偏析成分濃度のピーク値を下げることはで
きるが、偏析そのものを無くしてしまうことができない
。このため、鋳片中心部の一定領域内に濃度レベルが平
均化された偏析帯が生じる。この偏析帯には小型の島状
偏析（セミマクロ偏析）が存在しており、下記に示すよ
うな種々の問題点を生じる。

近時、鋼材の品質に対する需要家からの要求が高度化及
び多様化してきており、製品化された鋼材中に不可避的
に存在する不純物元素の偏析及び非金属介在物等の一層
の低減化が望まれている。

すなわち、石油及び天然ガス輸送用のパイプ材料におい
ては、硫化水素を含むサワーガスの作用により中心偏析
帯に沿って水素誘起割れ（ＨＩ　Ｃ）が発生するので、
材料改善によりＨＩＣを防止することが強く要望されて
いる。ＨＩＣは中心偏析帯のＰ濃度が高い部分で発生し
やすいことが知られており、一般に、Ｐのピーク濃度が
約０．０４％以上になると、ＨＩＣによる割れ発生率が
高くなる。

従来の軽圧下鋳造技術では、鋳片中心部にＰ濃度が健全
部のそれの約１０倍にも達する所謂マクロ偏析が発生す
るため、耐ＨＩＣ鋼材を製造する場合には、取鍋溶鋼の
Ｐ濃度を５０ｐｐｍ以下のレベルに低減すると共に、凝
固後のスラブを約１３００℃に均熱することにより偏析
Ｐを拡散し、Ｐ　／ａ度の最大値を低下させるようにし
ている。

第７図は、横軸に中心偏析粒子の偏析粒径をとり、縦軸
に鋳片長さ１００ｍｍ当りに存在する偏析粒子の個数を
とって、中心偏析帯を有する種々の鋼材についてセミマ
クロ偏析粒子がＨＩＣに及ぼす影響について調査したグ
ラフ図である。図中、黒丸はＩ（ＩＣにより割れが生じ
たものを示し、白丸は割れが生じなかったものを示す。

この図に示すように、ＨＩＣ発生について、粒径が約０
．５＋ｎｍ以上の大型の偏析粒子（セミマクロ偏析）が
特に有害であり、このセミマクロ偏析の低減化がＨＩＣ
発生防止にを効なことが知られている。すなわち、鋼材
の耐ＨＩＣ特性を改善するためには、前述のマクロ偏析
及びセミマクロ偏析を共に低減する必要がある。

一方、海洋構造物用の鋼板材料に対しては、主として鋼
材の溶接特性を改善することが需要家から要望されてい
る。すなわち、鋼材に中心偏析帯が存在する場合には、
溶接割れ防止のために溶接時に鋼材を予熱する必要があ
り、溶接後においては溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靭性が
劣化すると共に、溶接継手部にラメラティア（鋼板のラ
ミネーションに沿って発生する階段状の割れ）が発生す
る。従って、構造物の信頼性向上を図るという観点から
鋼材の中心偏析帯の低減化が強く望まれている。

更に、ビール缶のような深絞り鋼においては、その加工
性に偏析が重大な影響を及ぼすので、無偏析材料の開発
が強く望まれている。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
凝固末期における溶湯の流動を抑制して鋳片中心部に偏
析する不純物等の絶対量を低減することができる軽圧下
鋳造方法を提供することを目的とする。

【問題点を解決するための手段］ ′この発明に係る軽圧下鋳造方法は、連続鋳造された未
凝固の鋳片を多数のロールにより軽圧下つつ鋳片を完全
凝固させる軽圧下鋳造方法において、凝固末期の溶湯に
静止磁界を印加して溶湯の流動を阻止することを特徴と
する。

［作用］ 第３図は、凝固末期の溶湯の流動について説明する模式
図である。溶湯が凝固収縮すると、鋳片引抜方向に溶湯
が吸引されて図中矢印ａ方向へ流動する。最終凝固領域
では鋳片軸心部にて双方の凝固殻が出会い、軸心部に向
かって発達した樹枝状晶の主軸が相互に連絡するように
なり、矢印ａ方向に流動した濃化溶湯が樹枝状晶に遮ら
れて図中矢印す方向（鋳斤中央部へ向かう方向）にその
流動方向が変化する。そして、樹枝状晶間に閉込められ
た溶湯が鋳片軸心部へ向かって流動し、溶湯が凝固して
高濃度の中心偏析となる。

しかしながら、この発明に係る軽圧下鋳造方法において
は、凝固末期の溶湯に静止磁界を印加しているので、矢
印ａ方向へ溶湯が流動すると起電力が発生し、溶湯に電
流が流れ、これにより流動方向と逆方向の誘導力が溶湯
に作用する。このため、濃化溶湯が流動すると、直ちに
反発力が働いて溶湯の流動が抑制され、濃化溶湯の析出
が阻止される。

［実施例］ 以下、添付の図面を参照してこの発明の実施例について
具体的に説明する。

先ず、中心偏析低減の基本的考え方について説明する。

第４図は、凝固末期における中心偏析の生成機構を示す
模式図である。図中、斜線領域は固相、斜線領域を除く
領域は液相を夫々示す。また、図中の記号ｇは残留溶鋼
が流動しうる限界の固相率、記号ＬＤは固液共存領域の
厚さ、記号ＬＬは液相領域（１００％液相領域）の厚さ
を夫々示す。図中、固相率が零の厚さ位置から固相率が
ｇｌになる厚さ位置までの領域に存在する濃化溶鋼が流
動して混合されることにより中心偏析が形成されると仮
定すると、凝固末期溶鋼の成分濃化率ＣＬ／Ｃ，は下記
（１）式により計算される。

・・・（１） 但し、上記（１）式中の各記号は下記による。

α−ＬＬ／ＬＤ（凝固末期の固液共存領域に対する液相
領域の割合） ＬＬ＋　　ＬＤ、凝固末期の液相領域の厚さ、固液共存
領域の厚さ ｇ；残留溶鋼が流動しうる限界の固相率Ｋｏ　；　　［
Ｃ］　、［Ｐ］等の各成分における平衡分配係数 第５図は、上記（１）式により求めた［Ｃ］の成分濃化
率Ｃ１，／　ＣＯを縦軸にとり、凝固末期の固液共存領
域に対する液相領域の割合いαを横軸にとって、凝固末
期における溶鋼流動と偏析度との関係について検討した
ものである。図中、各曲線に記入した数値は夫々の固相
率ｇを示す。なお、平衡分配係数ＫＯを０．１４１とし
て成分ｌ衰化率ＣＬ／Ｃｏを算出した。この図から明ら
かなように、濃化溶鋼の流動限界固相率ｇが大になるに
従って成分濃化率ＣＬ／Ｃ，が高くなり、また完全液相
領域の割合αが小さくなるほど成分濃化率に与える影響
が太き（なる。すなわち、濃化溶鋼の流動が活発になる
と成分濃化率が高まり、偏析度が高くなる。従って、中
心偏析を低減するためには、濃化溶鋼の流動を抑制する
必要がある。

この濃化溶鋼の流動を抑制する手段として、第１に鋳片
のロール間バルジングの発生を抑制するためにロール相
互間のピッチを狭くすること、第２に凝固収縮により濃
化溶鋼がボトム側（鋳片引抜き下流側）へ吸引されて流
動することを阻止するために凝固収縮量に相当する適正
量の軽圧下刃を鋳片に印加することが挙げられる。この
ため、軽圧下ロールを小径化すると共に、ロールを分割
して短尺化し、鋳片にきめ細かな圧下を印加する必要が
ある。また、種々の条件下で実際に鋳造した試験結果に
よれば、軽圧下帯の開始位置から約３／４のところにク
レータエンドを位置させた場合に、軽圧下帯のロール圧
下の効果が最大になることが判明した。

ところで、発明者らは、未凝固領域の厚さが約３０１１
１［１１の凝固途中の鋳片にトレーサー（Ｆ　ｅ　Ｓ）
が封入された鋲を打込み、軽圧下量を種々変更して凝固
末期の濃化溶鋼の流動状況を調査した結果、以下の知見
を得ることができた。

第６図は、横軸に軽圧下量（鋳片引抜長さ１ｍ当りのロ
ール間隔絞り込み量）をとり、縦軸に溶鋼の流動長さを
とって、前記調査結果に基づき軽圧下量と溶鋼流動長さ
との関係を示すグラフ図である。この図から明らかなよ
うに、軽圧下量が増加するに従って溶鋼の流動長さが減
少し、約１．２０１１１１／ｉｌ＋の軽圧下量のときに
溶鋼の流動長さが最小になることが確認された。

また、上記の軽圧下条件で鋳造された鋳片を調べてみる
と、極めて僅かではあるが中心偏析が認められる。これ
はバルジングの発生及び装置精度の限界等に起因するも
のと推察され、機械的手段（軽圧下）のみにより最終凝
固領域の溶鋼流動を完全に阻止することは極めて困難で
あることが判明した。そこで、発明者らは溶鋼の微少流
動を阻止するために鋳片最終凝固領域に静止磁界を作用
させ、中心偏析防止効果についての調査を行なった。そ
の結果、アルミニウムを鋳造する場合は、凝固末期の溶
湯に磁束密度が約２２５０ガウスの静止磁界を印加する
と、アルミニウム溶湯の流動停止の効果を確認すること
ができた。この結果に基づけば、溶鋼を軽圧下鋳造する
場合は、磁束密度が約１００００ガウスの静止磁界を凝
固末期の溶鋼に印加すれば、溶鋼の流動を停止する効果
として十分である。

第１図はこの発明の実施例に係る軽圧下鋳造方法に使用
される軽圧下装置を側方から見た概略断面図、第２図は
同じく軽圧下装置を示す斜視図である。垂直曲げ型連続
鋳造機の上部には鋳型（図示せず）が設けられ、所定断
面形状のスラブとなる未凝固鋳片３０が鋳型からピンチ
ロールにより引抜かれるようになっている。鋳型の下方
には一層のサポートガイドロールが鋳片を取囲むように
配列され、これにより垂直引抜き部が形成されている。

垂直引抜き部の下方には複数対の曲げロール２４が設け
られ、曲げロール２４により凝固途中の鋳片３０が曲げ
られて鋳片引抜き方向が水平に変更されるようになって
いる。更に、曲げロール２４の下方には軽圧下装置１０
が設けられ、鋳片に所定量の圧下を加えるようになって
いる。軽圧下装置１０は２基のセグメントを有しており
、各セグメントは複数対の小径の軽圧下ロール１６を夫
々備えている。これらの軽圧下ロール１６には各対ごと
に油圧シリンダ（図示せず）が設けられ、鋳片３０が略
均−に圧下されるようにすると共に、過荷重がロール１
６に負加されないようにしている。また、一群のスプレ
ィノズル（図示せず）が鋳片３０の幅に沿って配列され
ると共に、各列のスプレィノズルが軽圧下ロール１６の
間に夫々配設されている。一群のスプレィノズルは水量
調節機能を有する冷却水供給源（図示せず）に接続され
、各ゾーンのスプレィパターンを制御することにより鋳
片３０が所定の速度で冷却されるようになっている。

第２図に示すように、軽圧下ロール１６はその長さが３
分割されている。一方、下流側のセグメント内には磁場
発生装置２２が鋳片の幅に沿って配設されている。磁場
発生装置２２は１対の電磁コイルを有し、各コイルは直
流電源（図示せず）に接続されており、通電すると鋳片
３０を厚さ方向に横切る静止磁界が発生するようになっ
ている。

なお、軽圧下ロール１６は、その径が従来の約３７５ｍ
ｍから約２１０ｆｆＩＩ１１に、ロール相互間のピッチ
が従来の約４２０ｖｎから約２３５＋ｎｏ＋に、各セグ
メント内のロール本数が従来の５対から８対に夫々変更
されている。また、この連続鋳造機における垂直引抜き
部の長さは約４ｍ、鋳片曲げ部の曲率半径は約８ｍ、鋳
型内湯面（メニスカス）から軽圧下装置１０までの高低
差は約１０．４乃至１４．１ｍである。

次に、この発明方法により鋳片を製造する場合について
具体的に説明する。鋳造鋼種はＮｂ、Ｖ系うインパイプ
用高張力鋼（ＡＰＩ　　Ｘ−，６５）であり、鋳片（ス
ラブ）の幅は約１９５０＋ｎｍである。

ＲＨ脱ガス処理及び取鍋精錬処理により成分調整された
溶鋼をタンディツシュから鋳型内に鋳、造する。このと
き、タンディツシュ内の溶鋼温度は約１５５２℃であり
、溶鋼は約３３℃の過熱状態にある（この鋼種の凝固温
度は約１５１９℃）。溶鋼が鋳型内に注入されると、鋳
型壁に接して凝固殻３２が形成される。このとき、毎分
約０．７５ｍの鋳造速度で未凝固状態の鋳片３０を引抜
きつつ鋳片冷却速度及び圧下量を適正に制御して、クレ
ータエンド３６を磁場発生装置２２のところに位置させ
る。

また、軽圧下装置１０においては、一群の軽圧下ロール
１６により鋳片引抜長さ１ｍ当り約１．２１の割合いで
鋳片３０に圧下刃を加える。

第３図に示すように、軽圧下ロール１６の圧下刃が加え
られると、クレータエンド３６の周囲の凝固殻３２が鋳
片中央側に押され、クレータエンド３６内の濃化溶鋼が
鋳片トップ方向に押戻される押戻し力が作用し、クレー
タエンド３６の濃化溶鋼がボトム側に吸引される凝固収
縮力と押戻し力とが略均衡して濃化溶鋼の流動が阻止さ
れる。

更に、磁場発生装置２２により凝固末期の溶鋼に静止磁
界を印加しているので、バルジングにより溶鋼が流動し
ようとする方向と逆方向の電磁誘導力が作用し、溶鋼の
僅かな流動も阻止される。すなわち、図の右側から左側
へ横切る磁束密度Ｂの静止磁界を印加した場合に、溶鋼
のボトム側への流動速度を■、溶鋼流動長さをＬとする
と、紙面の表側から裏側へ向かう起電力Ｅ　（＝ＢＬｖ
）が発生する。溶鋼に起電力Ｅの電流Ｉが流れると、電
磁誘導によりトップ側へ向かう誘導力Ｆ（−ＢＩ）が溶
鋼に作用し、これか抑止力となって図中矢印ａ方向の流
動が抑制される。このため、ボトム方向への溶鋼の流動
が阻止され、鋳片軸心部にて連絡した樹枝状晶の主軸に
濃化溶鋼が衝突しなくなるので、樹枝状晶間にて濃化溶
鋼が凝固析出することが防止される。この場合に、磁束
密度が約２０００乃至１２０００ガウスの範囲の磁界を
溶鋼に印加すれば、各種金属の鋳造に対処することがで
きる。

上記実施例によれば、クレータエンドの直上域に静止磁
界を印加し、溶鋼の僅かな流動をも阻止することができ
るので、Ｐ、Ｓ等の不純物元素の偏析を有効に防止する
ことができる。

また、軽圧下ロール１６の径及びロール間のピッチを従
来よりも小さくしているので、バルジングの発生を有効
に防止することかできる。

更に、軽圧下ロール１６の長さを３分割しているので、
ロールがたわむことなく油圧装置の駆動力が各分割ロー
ルに確実に伝達され、ロール圧下制御を一層精密にする
ことができ、溶鋼の流動限界固相率ｇを従来の０．７０
から０．１５まで低減することができた。

なお、上記実施例ではＮｂ、Ｖ系高張力鋼の場合につい
て示したが、これに限らず他鋼種を連続鋳造する場合に
もこの発明方法を使用することができる。

また、上記実施例ではスラブを製造する場合について示
したが、これに限らずブルーム又は丸ビレット等を製造
する場合にもこの発明方法を使用することができる。こ
の場合には、２対のコイルによりブルーム又は丸ビレッ
トを取囲むことにより、その効果を一層高くすることも
できる。

［発明の効果］ この発明によれば、凝固末期の溶湯に静止磁界を印加し
て濃化溶湯の（ｍかな流動をも阻止することができるの
で、鋳片中心部に偏析する不純物等の絶対量を大幅に低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る軽圧下鋳造方法が使用
された軽圧下装置を側方から見た概略断面図、第２図は
同じく軽圧下装置を示す斜視図、第３図は凝固末期の溶
湯の流動について説明する模式図、第４図は濃化溶鋼の
凝固機構を示す模式図、第５図は溶鋼の流動と偏析度と
の関係を示す模式図、第６図は軽圧下量と濃化溶鋼の流
動長さとの関係を示すグラフ図、第７図は水素誘起割れ
（ＨＩ　Ｃ）に及ぼすセミマクロ（−析の影響を示すグ
ラフ図である。 １０；軽圧下装置、１２，１４；セグメント、１６．１
８；軽圧下ロール、２０；スプレィノズル、２２；磁場
発生装置、３０；鋳片、３６；クレータエンド 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 分 第３図 第４図 ０　０．５　１．０　１．５　２０ α 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 連続鋳造された未凝固の鋳片を多数のロールにより軽圧
   下しつつ鋳片を完全凝固させる軽圧下鋳造方法において
   、凝固末期の溶湯に静止磁界を印加して溶湯の流動を阻
   止することを特徴とする軽圧下鋳造方法。