TW202039117A

TW202039117A - 鋼之連續鑄造方法

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Publication number: TW202039117A
Application number: TW109110943A
Authority: TW
Inventors: 入江脩平; 上岡悟史; 杉原広和; 福田啓之; 荒牧則親; 松井章敏; 大須賀顕一; 國府翔
Original assignee: 日商Ｊｆｅ鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2020-11-01
Also published as: EP3932586A4; US11759851B2; JP7004086B2; EP3932586A1; KR102635630B1; BR112021019644A2; TWI787597B; JPWO2020203715A1; WO2020203715A1; US20220152694A1; CN113677455A; CN113677455B; KR20210133282A

Abstract

為了提供可將在鑄片內發生之中心偏析減少的鋼之連續鑄造方法。本發明的鋼之連續鑄造方法，是在沿著連續鑄造機內的鑄片拉出方向之區間中，將從起點到終點設定為第1區間，該起點位於鑄片(18)寬度中央之沿著厚度方向之固相率的平均值為0.4以上0.8以下的範圍內，該終點位於前述鑄片寬度中央之沿著厚度方向之固相率的平均值比在前述起點之固相率的平均值更大且1.0以下的範圍內，在前述第1區間內，將鑄片每單位表面積的水量密度設定在50L/(m² ×min)以上2000L/(m² ×min)以下的範圍內，藉由水將鑄片冷卻。

Description

鋼之連續鑄造方法

本發明是關於鋼之連續鑄造方法。更詳細的說，本發明是關於可減少在鑄片內發生的中心偏析的鋼之連續鑄造方法。

在鋼的凝固過程，碳、磷、硫、錳等的溶質元素，會因凝固時的再分配而在未凝固的液相側濃化。結果，會在樹枝狀晶的樹枝間形成微觀偏析(microsegregation)。

此外，在由連續鑄造機所鑄造且持續凝固之連續鑄造鑄片(以下也簡稱為「鑄片」)，會有起因於凝固收縮、熱收縮及在連續鑄造機的輥間發生之凝固殼的鼓脹等，而在鑄片之厚度中心部形成空隙、產生負壓的情形。結果，在鑄片的厚度中心部會吸引熔鋼。然而，因為在凝固末期之未凝固層沒有足夠量的熔鋼存在，上述溶質元素濃縮後之樹枝狀晶的樹枝間的熔鋼會被鑄片的厚度中心部吸引而移動，並在鑄片的厚度中心部凝固。如此般形成的偏析點(segregation point)，溶質元素的濃度成為比熔鋼的初期濃度格外高的數值。此現象一般稱為「巨觀偏析(macrosegregation)」，根據其存在部位也被稱為「中心偏析」。

鑄片的中心偏析會使原油、天然氣等之輸送用管路材的品質顯著降低。例如經由腐蝕反應而侵入鋼內部的氫，會擴散到在中心偏析部所生成之錳硫化物(MnS)、鈮碳化物(NbC)等的周圍並聚集，起因於其內壓而使裂痕發生，因該裂痕會引起品質降低。此外，中心偏析部會因高濃度的溶質元素而變得硬質化，使上述裂痕進一步往周圍傳播並擴張。該裂痕被稱為氫致裂痕(HIC: Hydrogen Induced Cracking)。因此，為了謀求鋼製品之品質提高，減少鑄片的厚度中心部之中心偏析是極為重要的。

以往，在從連續鑄造工序到輥軋工序的期間將鑄片的中心偏析減少或無害化的技術已有許多被提出。例如，在專利文獻1及專利文獻2提出的技術，是在連續鑄造機內，將具有未凝固層之凝固末期的鑄片，在藉由鑄片支承輥以相當於凝固收縮量與熱收縮量之和的程度之壓下量逐漸壓下的狀態下進行鑄造。該技術稱為輕壓下法。輕壓下法，在使用沿著鑄造方向排列之複數對的鑄片支承輥將鑄片拉出時，以相當於凝固收縮量與熱收縮量之和的壓下量將鑄片逐漸壓下而使未凝固層的體積減少，藉此防止在鑄片中心部形成空隙及負壓部。藉此防止樹枝狀晶的樹枝間的濃化熔鋼被從樹枝狀晶的樹枝間往鑄片之厚度中心部吸引。利用這樣的機構，藉由輕壓下法來減輕在鑄片內發生的中心偏析。

此外，已知在厚度中心部之樹枝狀晶組織的形態和中心偏析之間具有密切的關係。例如，在專利文獻3提出的技術，是將連續鑄造機的二次冷卻帶之澆注方向上的特定位置之比水量(specific water amount)設定為0.5L/kg以上，藉此促進凝固組織之微細化及等軸晶化，而將中心偏析減少。再者，在專利文獻4提出的技術，是將壓下條件及冷卻條件適切地調整，將鑄片厚度中心部之一次樹枝狀晶臂的間距設定為1.6mm以下，藉此減少中心偏析。

另一方面，雖是目的在於防止鑄片的表面裂痕之技術，在專利文獻5提出的技術，作為在連續鑄造機內之鑄片的溫度控制之手法，是將鑄片表面實施加熱升溫。專利文獻5，是在連續鑄造機之矯正帶內將鑄片表層升溫至平均30℃/min以上，藉此防止鑄片矯正時的表面裂痕。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開平08-132203號公報專利文獻2：日本特開平08-192256號公報專利文獻3：日本特開平08-224650號公報專利文獻4：日本特開2016-28827號公報專利文獻5：日本特開2008-100249號公報

[發明所欲解決之問題]

在專利文獻1及專利文獻2所記載的發明，是藉由實施輕壓下來減少中心偏析。然而，為了讓中心偏析減少到近年對管路材等的鋼管要求的水準，這樣還不夠。

此外，在專利文獻3及專利文獻4所記載的發明，除了實施輕壓下以外，還調整二次冷卻條件，藉此使凝固組織微細化而將中心偏析減少。然而，管路材等的鋼管所要求之偏析減少的水準逐年提高，為了讓中心偏析減少到將來所要求的偏析度的水準，這樣仍不夠。此外，為了進一步減少偏析，例如，雖可考慮在最佳輕壓下條件下將鋼進行連續鑄造，但依專利文獻3及專利文獻4的方法要讓中心偏析減少到現狀以上是困難的。

此外，關於專利文獻5的鑄片加熱裝置，因為連續鑄造機內的設置空間有限，其雖可作為局部加熱手法來活用，但不致於將鑄片全體控制成均一的溫度。

本發明是有鑑於這些問題而開發完成的，其目的是為了提供能減少在鑄片內發生的中心偏析的鋼之連續鑄造方法。 [解決問題之技術手段]

本發明人等為了解決上述問題是進行了苦心探討。結果發現了，在鋼之連續鑄造中之鑄片的冷卻工序，將鑄片在既定的區間以既定的水量密度實施冷卻，藉此可將中心偏析大幅減少而完成了本發明。

本發明是根據上述認知而開發完成的，其要旨如下。 [1] 一種鋼之連續鑄造方法，是在沿著連續鑄造機內的鑄片拉出方向之區間中，將從起點到終點設定為第1區間，該起點位於鑄片寬度中央之沿著厚度方向之固相率的平均值為0.4以上0.8以下的範圍內，該終點位於前述鑄片寬度中央之沿著厚度方向之固相率的平均值比在前述起點之固相率的平均值更大且1.0以下的範圍內，在前述第1區間內，將鑄片每單位表面積的水量密度設定在50L/(m² ×min)以上2000L/(m² ×min)以下的範圍內，藉由水將鑄片冷卻。 [2] 如上述[1]所記載的鋼之連續鑄造方法，其中，在前述第1區間內，將鑄片每單位表面積的水量密度設定在300L/(m² ×min)以上1000L/(m² ×min)以下的範圍內，藉由水將鑄片冷卻。 [3] 如上述[1]或上述[2]所記載的鋼之連續鑄造方法，其中，將在前述第1區間的終點之固相率的平均值設定成小於1.0，將位於比前述第1區間更下游的位置之既定長度的區間設定為第2區間，在前述第2區間中，以比在前述第1區間之鑄片每單位表面積的水量密度更小之鑄片每單位表面積的水量密度，藉由水將鑄片冷卻。 [4] 如上述[3]所記載的鋼之連續鑄造方法，其中，在前述第2區間，將鑄片每單位表面積的水量密度設定在50L/(m² ×min)以上300L/(m² ×min)以下的範圍內，藉由水將鑄片冷卻。 [5] 如上述[3]或上述[4]所記載的鋼之連續鑄造方法，其中，在前述第2區間，鑄片的表面溫度為200℃以下。 [6] 如上述[1]至上述[5]中任一者所記載的鋼之連續鑄造方法，其中，前述第1區間，是在連續鑄造機內將鑄片朝水平方向搬運之水平帶的區域內。 [7] 如上述[1]至上述[6]中任一者所記載的鋼之連續鑄造方法，其中，在距離連續鑄造機之鑄模下端沿著鑄片拉出的軋製線(pass line) 5m以上之下游側的範圍內，且距離前述第1區間的起點之1個上游側的輥間往上游側至少5m以上的區間，在不將二次冷卻水朝鑄片噴射的狀態下進行鑄片的冷卻，在將鑄片的全寬設定為W(-0.5W~寬度中央0~+0.5W)時，在前述第1區間的起點之1個上游側的輥間之鑄片寬度的0.8W(-0.4W~寬度中央0~+0.4W)的範圍內之鑄片表面溫度的最大值和最小值之差為150℃以下。 [發明之效果]

依據本發明的鋼之連續鑄造方法，能夠將在鑄片內發生的中心偏析減少。

以下，參照圖式說明本發明的較佳實施形態。但本發明的範圍並不限定於圖示例。此外，在本說明書中，「-」表示無因次數。

圖1係顯示可實施本發明的鋼之連續鑄造方法之連續鑄造機的一例之概略圖。圖1所示的連續鑄造機11是立彎式的連續鑄造機。又不限於立彎式，也能使用彎曲式的連續鑄造機。

圖1所示的連續鑄造機11係具備：餵槽14、鑄模13、複數對的鑄片支承輥16、及複數個噴嘴17等。此外，如圖1所示般，鑄片18是沿著鑄片拉出方向D1被拉出。此外，在本說明書，是將鑄片拉出方向D1之設置餵槽14的一側稱為上游側，將鑄片18被持續拉出的前端之一側稱為下游側。

餵槽14是設置在鑄模13的上方，用於將熔鋼12供給到鑄模13。熔鋼12是從盛桶(未圖示)供給到餵槽14並貯留於餵槽14。在餵槽14之底部，設置用於調整熔鋼12的流量之滑動注嘴(未圖示)，在該滑動注嘴的下面設置浸漬注嘴15。

鑄模13設置在餵槽14的下方。從餵槽14的浸漬注嘴15將熔鋼12注入鑄模13。所注入的熔鋼12，是在鑄模13被冷卻(一次冷卻)，藉此形成鑄片18的外殻形狀。

複數對的鑄片支承輥16，是沿著鑄片拉出方向D1將鑄片18從兩側支承。複數對的鑄片支承輥16，是例如由支承輥對、導輥對及夾送輥對所構成之複數對的支承輥。此外，如圖1所示般，鑄片支承輥16是讓複數對集合而形成1個區段(segment)20。

複數個噴嘴17設置在沿著鑄片拉出方向D1相鄰之鑄片支承輥16之間。噴嘴17是用於對鑄片18噴射冷卻水而將鑄片18實施二次冷卻之噴嘴。作為噴嘴17，可不受限制地使用水噴嘴(單流體噴嘴)、氣霧(air-mist)噴嘴(雙流體噴嘴)等的噴嘴。

鑄片18，是藉由從複數個噴嘴17噴霧之冷卻水(二次冷卻水)，一邊被沿著鑄片拉出方向D1拉出一邊被實施冷卻。又在圖1，將鑄片18內之熔鋼的未凝固部18a用斜線表示。此外，在圖1，是將未凝固部18a消失之凝固結束後的凝固結束位置用符號18b表示。

在連續鑄造機11之下游側，設置用於將鑄片18實施輕壓下之輕壓下帶19。在輕壓下帶19，由複數對的鑄片支承輥16構成之區段20a,20b是設有複數個。輕壓下帶19之複數個鑄片支承輥16配置成使各輥對之鑄片18之厚度方向的輥間隔朝向鑄片拉出方向D1逐漸變窄，藉此將通過輕壓下帶19之鑄片18實施輕壓下。此外，在圖1，設置在輕壓下帶19的區域內之連續鑄造機11的下部矯正位置是用符號22表示。

在連續鑄造機11之下游側，設置將鑄片18朝水平方向搬運之水平帶的區域A1。又在圖1，在由鑄片支承輥16所構成之區段當中，將位於水平帶的區域A1之區段用符號20a表示，將位於比水平帶的區域A1更上游側之區段用符號20b表示。

在連續鑄造機11中，在比水平帶的區域A1更下游側，設置用於搬運完全凝固後的鑄片18之複數個搬運輥21。在搬運輥21的上方，設置將鑄片18切斷成既定的長度之鑄片切斷機(未圖示)。

在本發明的鋼之連續鑄造方法，是在沿著連續鑄造機11的鑄片拉出方向D1之區間中，將從起點到終點的區間設定為第1區間，該起點位於鑄片寬度中央之沿著厚度方向之固相率的平均值為0.4以上0.8以下的範圍內，該終點位於前述鑄片寬度中央之沿著厚度方向之固相率的平均值比在前述起點之固相率的平均值更大且1.0以下的範圍內。在此，固相率是表示凝固的進展狀況之指標，固相率是用0~1.0的範圍表示，固相率=0(零)表示未凝固，固相率=1.0表示完全凝固。

本發明的鋼之連續鑄造方法，是在第1區間內，將鑄片每單位表面積的水量密度設定在50L/(m² ×min)以上2000L/(m² ×min)以下的範圍內，藉由從水噴嘴噴射之水霧將鑄片冷卻。藉此，使鑄片厚度中心部的溫度梯度大幅增大，將鑄片厚度中央部之凝固組織微細化而減少中心偏析。在此，在本說明書，將在第1區間內，將鑄片每單位表面積的水量密度設定在50L/(m² ×min)以上2000L/(m² ×min)以下的範圍內，而藉由冷卻水將鑄片冷卻稱為「強冷卻」。

關於在鑄片寬度中央的厚度方向，是使用圖2及圖3做說明。

當將鑄片寬度中央的位置用C1表示時，圖2係說明鑄片寬度中央的位置C1之圖。圖2顯示，當將鑄片18之上表面及下表面藉由鑄片支承輥16支承的情況之鑄片18的俯視圖。在圖2中，「後←→前」之前方向是對應於鑄片拉出方向D1，「右←→左」的方向是對應於鑄片18之寬度方向D2。鑄片寬度中央的位置C1，是在鑄片18寬度的中央沿著鑄片拉出方向D1的位置，在圖2中用虛線表示。

圖3是在與鑄片拉出方向D1垂直的面切斷後之鑄片18的橫剖面圖。在圖3中，「左←→右」的方向是對應於鑄片18的寬度方向D2，「上←→下」的方向是對應於鑄片18的厚度方向D3。鑄片寬度中央之厚度方向的位置C2，在鑄片18的橫剖面中，是在鑄片寬度中央的位置C1之與厚度方向D3平行的位置，在圖3中用虛線表示。

＜鑄片寬度中央之沿著厚度方向的固相率＞鑄片寬度中央之沿著厚度方向之固相率，可在鑄片剖面之解析區域A2(參照圖3)中，使用鑄片的剖面溫度分布、熔鋼的固相線溫度、及熔鋼的液相線溫度來算出。固相率之詳細的算出方法隨後敘述。解析區域A2，是將在與鑄片拉出方向D1垂直的面切斷後之鑄片18的剖面四等分後之其中一個剖面區域。剖面之四等分，是如圖3所示般，在鑄片之厚度方向及寬度方向分別二等分，而合計分成4份。在圖3，將解析區域A2用一點鏈線表示。又在本說明書中，在鑄片的溫度，是假定對鑄片表面整個區域均等地噴射二次冷卻水來計算。在此，固相線溫度是熔鋼完全凝固的溫度，亦即固相率成為1.0的溫度；液相線溫度是熔鋼開始凝固的溫度，亦即固相率超過0的溫度。固相線溫度及液相線溫度是依熔鋼的化學成分來決定。

＜鑄片的剖面溫度分布＞藉由將解析區域A2實施暫態熱傳導凝固解析，來求出鑄片的剖面溫度分布。暫態熱傳導凝固解析，可使用公知之一般的方法來解析。例如，暫態熱傳導凝固解析，可使用刊物1(大中逸雄著，電腦熱傳導凝固解析入門在鑄造程序上的應用，丸善株式會社，1985年，p201~202)所記載的「熱焓法」等來計算。

圖4顯示解析區域A2。此外，解析區域A2的各頂點，是用鑄片的剖面上之中心位置P1、鑄片表面之寬度中央位置P2、鑄片側面之厚度中央位置P3、鑄片之角落位置P4表示。此外，在圖4，關於解析區域A2的邊界，是將厚度方向的邊界B1和寬度方向的邊界B2分別標註符號來表示。

在鑄片的剖面之解析區域A2中，將邊界條件設為鏡像(mirror)條件，對於邊界B1及邊界B2，是將在一次冷卻及二次冷卻的冷卻條件作為邊界條件。此外，在各冷卻條件，是使用藉由公知的水霧之冷卻方法的迴歸方程式的結果、或藉由實驗所測定的結果。空間網格及時間網格，是適宜地調整而使用適切的數值。

利用水霧所進行之來自鑄片表面的冷卻之熱傳係數是使用迴歸方程式，其他與鋼有關之物性值是使用來自數據表(data book)之對應於各溫度的物性值，在沒有數據的溫度，則是使用依該溫度之前後的溫度之數據進行比例計算而得的值。

利用水霧所進行之在鑄片表面的熱傳係數，例如記載於刊物2(三塚正志，鐵和鋼，Vol.91，2005年，p.685~693、日本鐵鋼協會)、刊物3(手嶋俊雄等，鐵和鋼，Vol.74，1988年，p.1282~1289，日本鐵鋼協會)等。

鑄片剖面的溫度分布，是使用將轉換溫度φ、焓H導入熱傳導方程式而成之下述(1)式來算出。

上述(1)式中，ρ：鋼的密度(kg/m³ )，H：鋼的焓(J/kg)，τ：正在進行傳熱中的時間(sec)，k₀ ：在基準溫度之熱傳導率(J/(m×sec×℃))，φ：轉換溫度(℃)，x：解析區域內之鑄片之厚度方向的位置(m)，y：解析區域內之鑄片之寬度方向的位置(m)。

基準溫度是求出轉換溫度時之積分操作時的開始溫度，設定成任何溫度都可以，通常設定成室溫或0℃。

此外，轉換溫度，是進行從基準溫度到實際溫度之熱傳導率的比之積分操作而求出的係數、與真實溫度θ兩者的乘積。詳細的內容，例如記載於刊物4(日本鐵鋼協會熱經濟技術部會加熱爐小委員會，連續鋼片加熱爐之傳熱實驗和計算方法，1971年，日本鐵鋼協會)。

如以上般實施暫態熱傳導凝固解析，可獲得鑄片的剖面溫度分布。

＜在鑄片寬度中央之沿著厚度方向之固相率的平均值之算出＞在鑄片寬度中央之沿著厚度方向之固相率的平均值，是在作為解析區域A2之鑄片的二維剖面內，計算在從鑄片之寬度方向的中央(圖4中的邊界B1)起算寬度10mm的範圍內之沿著厚度方向的區域A3之固相率的平均值而求出。在圖4，將區域A3用二點鏈線表示。以下，在鑄片寬度中央之沿著厚度方向之固相率的平均值，也簡稱為「固相率平均值」。

在鑄片剖面的厚度方向上任意選擇之某個位置的固相率，可使用任意選擇之位置的溫度、熔鋼的固相線溫度、及熔鋼的液相線溫度來算出。任意選擇之位置的溫度，可使用上述鑄片的剖面溫度分布來確定。此外，當在該位置的溫度為熔鋼之固相線溫度以下時，固相率為1.0；當在該位置的溫度為熔鋼之液相線溫度以上時，固相率為0。此外，當在該位置的溫度比熔鋼的固相線溫度高且比熔鋼的液相線溫度低時，固相率為大於0且小於1.0的值，而成為依該位置的溫度所決定之既定的固相率。

根據如此般算出之鑄片厚度方向各位置的固相率，求出在鑄片寬度中央之沿著厚度方向之固相率的平均值。

本發明的鋼之連續鑄造方法，是在第1區間內，將鑄片每單位表面積的水量密度設定在50L/(m² ×min)以上2000L/(m² ×min)以下的範圍內。此外，為了有效率地獲得減少偏析的效果，較佳為在第1區間內，將鑄片每單位表面積的水量密度設定成300L/(m² ×min)以上。此外，在第1區間內，當將鑄片每單位表面積的水量密度設定成2000L/(m² ×min)時和設定成1000L/(m² ×min)時，兩者的溫度梯度、偏析粒個數都沒有太大的差異。此外，如果將水量密度減小，可減少必需的水量而將成本降低，因此較佳為將水量密度設定成1000L/(m² ×min)以下。

只要在第1區間內，將鑄片依本發明所規定的水量密度進行冷卻，即可獲得本發明的效果。基於將依該水量密度進行冷卻的距離拉長可有效獲得本發明的效果之觀點，起點和終點之固相率平均值的差較佳為0.2以上，更佳為0.4以上。

第1區間的起點，大多是在連續鑄造機內之將鑄片朝水平方向搬運的水平帶、或是位於比該水平帶更上游側之彎曲帶的任一者。在此，第1區間較佳為，位在連續鑄造機內之將鑄片朝水平方向搬運之水平帶的區域A1內。如果在水平帶的區域內實施強冷卻，可均等地冷卻而抑制熱應力的影響，因此鑄片之內部裂痕變得更不容易發生。

又縱使在將第1區間的起點設定在彎曲帶的情況，仍可獲得本發明的效果，因此第1區間的起點位在彎曲帶內的位置的情況也屬於本發明的範圍內。

此外，當在第1區間的終點之固相率平均值為小於1.0的情況，將位於比第1區間更下游之既定長度的區間設定為第2區間。

較佳為在第2區間，以比在前述第1區間之鑄片每單位表面積的水量密度更小之鑄片每單位表面積的水量密度，藉由水霧將鑄片冷卻。藉此，以與僅在第1區間實施強冷卻的情況同等的水準將偏析減少，且比起僅在第1區間實施強冷卻的情況將水量密度減少，可獲得減少必需的冷卻水量之效果，並獲得抑制急劇的復熱而防止復熱所造成之鑄片的內部裂痕之效果。

此外，基於有效地獲得上述效果的觀點，較佳為在第2區間，將鑄片每單位表面積的水量密度設定在50L/(m² ×min)以上、300L/(m² ×min)以下的範圍內，而藉由水霧將鑄片冷卻。

較佳為在前述第2區間，鑄片的表面溫度為200℃以下。藉此，可更有效地獲得：防止復熱所造成之鑄片的內部裂痕且讓冷卻穩定化的效果。

此外較佳為，在距離連續鑄造機11的鑄模下端之沿著鑄片拉出的軋製線5m以上的下游側的範圍內，且距離前述第1區間的起點之1個上游側的輥間往上游側至少5m以上的區間，不將二次冷卻水朝鑄片噴射。亦即較佳為，僅藉由讓鑄片與鑄片支承輥16接觸來將鑄片冷卻。這時較佳為，當將鑄片的全寬設定為W(-0.5W~寬度中央0~+0.5W)時，在第1區間的起點之1個上游側的輥間之鑄片寬度的0.8W(-0.4W~寬度中央0~+0.4W)的範圍內，鑄片表面溫度的最大值和最小值之差為150℃以下。

鑄片的表面溫度，是在藉由上述暫態熱傳導凝固解析所求出之鑄片的剖面溫度分布當中，在鑄片的最表面之寬度中央位置P2(參照圖4)的溫度。又在本發明的表面溫度雖是使用此計算值，但鑄片的表面溫度也可以實際測定。當將表面溫度實際測定的情況，例如是使用輻射溫度計、熱電偶來測定鑄片之最表面的溫度作為表面溫度。實施例

首先，藉由參考實驗來探討用於讓中心偏析減少的要件。接下來，根據參考實驗的結果，藉由實施例，詳細地探討用於讓中心偏析減少的實施條件。

在參考實驗1~4及實施例1~3，是使用圖1所示之立彎式的連續鑄造機來鑄造中碳鋁脫氧鋼(Al-killed steel)。連續鑄造機的機體長度為49m，鑄片的厚度為250mm，鑄片的寬度為2100mm，二次冷卻，除了第1區間及第2區間以外是使用氣霧噴射，二次冷卻的範圍是從鑄模的緊挨下方到連續鑄造機的出口。中碳鋁脫氧鋼的化學成分濃度，碳(C)為0.20質量%，矽(Si)為0.25質量%，錳(Mn)為1.1質量%，磷(P)為0.01質量%，硫(S)為0.002質量%。

此外，在參考實驗及實施例中，鑄片之凝固結束位置及在凝固末期之厚度中心附近的溫度梯度，是如以下般定義。此外，鑄片的偏析粒個數及內部裂痕長度，是如以下般進行測定，並分別運用於偏析度、內部裂痕的評價。

＜凝固結束位置＞鑄片的凝固結束位置，是藉由上述的暫態熱傳導凝固解析來算出。具體而言，是在與鑄片拉出方向D1垂直之鑄片的剖面計算上述鑄片的剖面溫度之分布，並將在鑄片寬度中央之沿著厚度方向的區域A3(參照圖4)全部的溫度成為熔鋼之固相線溫度以下的位置設定為凝固結束位置。

＜在凝固末期之鑄片厚度中心附近的溫度梯度＞在凝固末期之鑄片厚度中心附近的溫度梯度，是使用上述暫態熱傳導凝固解析來算出。又圖5顯示，在計算在凝固末期之厚度中心附近的溫度梯度時所使用之鑄片的剖面(距離凝固結束位置沿著鑄片拉出方向D1為1m上游側之鑄片的剖面)的區域之說明圖。

具體而言，首先，在距離凝固結束位置沿著鑄片拉出方向D1為1m上游側之鑄片的剖面，算出從鑄片之中心位置P1起算朝厚度方向1mm且朝寬度方向10mm的範圍內的區域(圖5之A4所表示的區域)之平均溫度。接下來，在距離凝固結束位置沿著鑄片拉出方向D1為1m上游側之鑄片的剖面，以從鑄片之中心位置P1起算朝厚度方向10mm的位置P5為中心，算出朝厚度方向±1mm且朝寬度方向10mm的範圍內的區域(圖5之A5所表示的區域)之平均溫度。而且，將這2個平均溫度的差除以10mm所得的值，作為在凝固末期之鑄片厚度中心附近的溫度梯度(K/mm)。

＜偏析粒個數＞偏析粒個數是依以下的方法測定，並運用於偏析的評價。

所採取之鑄片試料，是在與鑄片拉出方向D1垂直之鑄片的剖面中，寬度為15mm且在中心部包含中心偏析部，長度為從寬度中央到單側的會合點(triple-point，短邊側和長邊側的凝固殻成長而會合的點)為止。將所採取的鑄片試料之與鑄片拉出方向D1垂直的剖面研磨，例如用苦味酸飽和水溶液等將表面腐蝕而讓偏析帶顯現，以從該偏析帶的中心朝鑄片厚度±7.5mm的範圍作為中心偏析部。將厚度中央附近之偏析帶(凝固結束部附近)的鑄片試料，在鑄片寬度方向進行小分割之後，使用電子探針顯微分析器(Electron Probe Micro Analyzer：EPMA)以電子束徑100μm將鑄片試料之錳(Mn)濃度在全面進行面分析。而且，求出錳(Mn)偏析度的分布，將Mn偏析度1.33以上的區域相連者稱為1個偏析粒。計數偏析粒的數量，以偏析粒的數量除以試料之鑄片寬度方向的長度而得的值作為偏析粒個數。在此，Mn偏析度是指，將偏析部的Mn濃度除以在距離厚度中心部10mm的位置之Mn濃度而得者。

＜鑄片之內部裂痕長度＞鑄片之內部裂痕長度是依以下的方法測定，並運用於內部裂痕的評價。

在鑄造後的鑄片，觀察與鑄片拉出方向D1垂直之鑄片的剖面，測定內部裂痕之沿著鑄片厚度方向的長度。在該內部裂痕的長度當中，以觀察剖面內最大的長度者作為內部裂痕長度。當無法確認內部裂痕的情況，內部裂痕長度為0。

本發明人等，如以下般進行了多數的參考實驗，探討用於將中心偏析減少的條件。

[參考實驗1] 依上述方法算出或測定在鑄片的凝固末期之厚度中心附近的溫度梯度、偏析粒個數，將其等的關係進行考察。這些測定數據是如表1所示，圖6顯示使用這些數據作成的圖。

根據表1及圖6的結果可知存在以下傾向，亦即，若將在凝固末期之厚度中心附近的溫度梯度增大，中心偏析個數會變少而能將中心偏析減少。能將中心偏析減少的理由應在於，藉由將溫度梯度增大，能夠將鑄片厚度中心部的凝固組織微細化。

[參考實驗2] 在使用連續鑄造機將鑄片實施二次冷卻時，將水霧之鑄片每單位表面積的水量密度之條件改變而製造鑄片，調查該水量密度、和在鑄片的凝固末期之厚度中心附近的溫度梯度之關係。而且調查了，用於實現能將中心偏析減少之鑄片厚度中心部的溫度梯度之最佳水量密度的範圍。這些測定數據如表2所示，圖7顯示使用這些數據作成的圖。

根據表2及圖7的結果可知，在鑄片每單位表面積的水量密度為50L/(m² ×min)以上，鑄片厚度中心部的溫度梯度變得大幅增大。亦即，根據參考實驗1的結果可知，藉由將鑄片每單位表面積的水量密度設定為50L/(m² ×min)以上而實施冷卻，可將中心偏析大幅減少。

此外，縱使鑄片每單位表面積的水量密度比500L/(m² ×min)更大，溫度梯度並不會變大。因此可知，為了有效率地將溫度梯度増大，較佳為將鑄片每單位表面積的水量密度設定為500L/(m² ×min)以下。

[參考實驗3] 關於鑄片冷卻的效果，鑄片的表面溫度有很大的影響。這是因為，鑄片表面溫度會使冷卻水的沸騰形態改變。只要鑄片的表面溫度充分降低，在表層的沸騰形態就會成為核沸騰，而能實現穩定的冷卻。

於是，在使用連續鑄造機將鑄片實施二次冷卻時，將水霧之鑄片每單位表面積的水量密度之條件改變，計算鑄片的表面溫度從800℃下降到300℃所花費的時間(溫度下降時間)，調查水量密度對溫度下降時間的影響。這些測定數據如表3所示，圖8顯示使用這些數據作成的圖。

根據表3及圖8的結果可知，在鑄片每單位表面積的水量密度為50L/(m² ×min)附近，鑄片的表面溫度從800℃下降到300℃之溫度下降時間為小於200秒而變短，因為鑄片每單位表面積的水量密度較佳為50L/(m² ×min)以上。此外，當鑄片每單位表面積的水量密度比2000L/(m² ×min)更大的情況，下降時間並沒有太大的變化。因此可知，基於有效率的冷卻之觀點，鑄片每單位表面積的水量密度必須為2000L/(m² ×min)以下。

[參考實驗4] 本發明人等調查了，能將鑄片厚度中心部之溫度梯度有效率地增大之強冷卻的開始位置。

使用連續鑄造機，讓強冷卻開始時之沿著鑄片的厚度方向之固相率的平均值的條件改變而將鑄片冷卻，調查在強冷卻開始時之固相率平均值、和在鑄片的凝固末期之厚度中心附近的溫度梯度之關係。鑄片的厚度為250mm，強冷卻之鑄片每單位表面積的水量密度為300L/(m² ×min)，強冷卻持續到鑄片的完全凝固位置為止。關於強冷卻開始時之固相率平均值、和在鑄片的凝固末期之厚度中心附近的溫度梯度的關係，測定數據是如表4所示，圖9顯示使用這些數據作成的圖。

根據表4及圖9的結果可知，有強冷卻開始時之固相率平均值越小則鑄片中心部的溫度梯度越大的傾向。但是，在強冷卻開始時之固相率平均值為0.26的溫度梯度，和在強冷卻開始時之固相率平均值為0.43的溫度梯度，兩者並沒有太大的變化。因此可知，為了充分發揮本發明的效果，且為了使強冷卻的設備更緊緻而將設備投資、運轉效率提高，強冷卻開始時之固相率平均值只要在0.4以上即可。此外，當強冷卻開始時之固相率平均值比0.9更大的情況，溫度梯度並不會變大。

[實施例1] 讓在二次冷卻對鑄片噴射水霧時之鑄片每單位表面積的水量密度如表5所示般做各種的改變，而進行鋼的連續鑄造試驗。強冷卻開始時之固相率平均值為0.59。此外，強冷卻進行到鑄片的凝固結束位置為止。因此，在第1區間的起點之固相率平均值為0.59，在終點之固相率平均值為1.00。實施例1的強冷卻是在水平帶的區域內進行。

此外，在各個的連續鑄造試驗，測定鑄片厚度中心部之凝固末期的溫度梯度、鑄片之偏析粒個數。而且，依據所測定的偏析粒個數來評價偏析度。這些測定結果是如表5所示。

偏析度是依下述基準進行評價。在本發明，◎或○是合格。 ◎：偏析粒個數為1.40以下 ○：偏析粒個數比1.40大且小於2.30 ×：偏析粒個數為2.30以上根據表5的結果可知，依本發明例的試驗，能將在鑄片內發生之中心偏析減少。具體而言可知，依在第1區間內將鑄片每單位表面積的水量密度設定為50L/(m² ×min)以上2000L/(m² ×min)以下之鑄造條件，能將在鑄片發生之中心偏析減少。

此外，縱使鑄片每單位表面積的水量密度成為1000L/(m² ×min)以上，偏析粒個數並不會大幅改善。可知為了有效地獲得偏析減少的效果，較佳為將鑄片每單位表面積的水量密度設定在300L/(m² ×min)以上1000L/(m² ×min)以下的範圍內。

[實施例2] 讓在二次冷卻對鑄片噴射水霧時之鑄片每單位表面積的水量密度、強冷卻開始時之固相率平均值、強冷卻結束時之固相率平均值如表6所示般做各種的改變，而進行連續鑄造試驗。實施例2之強冷卻是在水平帶的區域內進行。

此外，在比較例的試驗編號2-1，因為未進行強冷卻，在表6的第1區間之欄記載為「通常冷卻」。此外，在試驗編號2-2~2-23，是根據參考實驗4的結果而將在第1區間的起點之固相率平均值設定為0.4以上。

偏析度的評價，是依與實施例1同樣的基準進行評價。根據表6的結果可知，依本發明例的試驗能將在鑄片內發生的中心偏析減少。

如表6所示般，將在第1區間的起點之固相率平均值設定為0.90之比較例的試驗編號2-6、2-17、2-20，偏析粒個數是與未進行強冷卻之試驗編號2-1大致相同。相對於此，將在第1區間的起點之固相率平均值設定在0.4以上0.8以下的範圍內之本發明例的試驗，能將偏析粒個數大幅減少。

根據這些結果，在本發明，是將在第1區間的起點之固相率平均值設定在0.4以上0.8以下的範圍內。此外，將在第1區間的終點之固相率平均值設定為小於1.0之本發明例的試驗編號2-21、2-22、2-23也是，能將偏析粒個數大幅減少。根據此結果可知，在第1區間的終點之固相率平均值宜為小於1.0。

[實施例3] 讓在二次冷卻對鑄片噴射水霧時之第1區間及第2區間之鑄片每單位表面積的水量密度、在各區間的起點及終點之固相率平均值如表7所示般做各種的改變，而進行連續鑄造試驗。又雖第1區間和第2區間不一定要是連續的區間，但因為在實施例3中是將第1區間和第2區間設定為連續的區間，在第1區間的終點之固相率平均值和在第2區間的起點之固相率平均值是一致的。

偏析度的評價，是依與實施例1同樣的基準進行評價。根據表7的結果可知，依本發明例的試驗，能將在鑄片內發生之中心偏析減少。

在將第2區間之鑄片每單位表面積的水量密度設定為50L/(m² ×min)以上300L/(m² ×min)以下之本發明例的試驗，能將偏析粒個數大幅減少。根據這些結果可知，第2區間的水量密度較佳為50L/(m² ×min)以上300L/(m² ×min)以下。

此外，在將第2區間的水量密度設定為30L/(m² ×min)之試驗編號3-5、和將第2區間的水量密度設定為40L/(m² ×min)之試驗編號3-6，在第2區間內使表層溫度上升到200℃以上，亦即引發復熱，而使內部裂痕有點發生。相對於此，在將第2區間之鑄片每單位表面積的水量密度設定為50L/(m² ×min)以上300L/(m² ×min)以下之本發明例的試驗，不致引發在第2區間內使表面溫度成為200℃以上之劇烈的復熱，內部裂痕幾乎不會發生。根據這些結果可知，在第2區間之鑄片的表面溫度較佳為200℃以下。

此外，在第2區間的終點之固相率平均值設定為小於1.0之試驗編號3-4，偏析粒個數雖減少，但在比第2區間更下游引發復熱，而發生了輕微的內部裂痕。如此可知，在第2區間的終點之固相率較佳為1.0，在完全凝固位置之鑄片表面溫度較佳為200℃以下。

[實施例4] 圖10係顯示可實施本發明的鋼之連續鑄造方法之連續鑄造機的另一例之概略圖。圖10所示之連續鑄造機11A，基本上是與圖1所示之連續鑄造機相同，差異點在於採用以下規格，亦即在比第1區間的起點之1個上游側的輥間更上游側的既定區間，在不將二次冷卻水霧朝鑄片噴射的狀態下，僅藉由讓鑄片與鑄片支承輥來將鑄片冷卻(以下稱為「輥冷卻」)。在實施例4是使用圖10所示之立彎式連續鑄造機。

配置在輥冷卻的區間之鑄片支承輥，只要是在內部讓冷卻水流動的構造即可，可考慮耐久性等而任意地設計。所進行之連續鑄造試驗，是在鑄片通過僅藉由該輥冷卻的區間之後，在水平帶實施鑄片的強冷卻。強冷卻的條件，雖示出在第1區間將水量密度設定為500L/(m² ×min)、在第2區間設定為150L/(m² ×min)的例子，但確認了，只要是在本發明的範圍內之水量密度，都能獲得同樣的結果。

表8顯示實施結果的一覽表。

在此，表8中的「無二次冷卻水之區間長度」表示，從無二次冷卻水的起點到第1區間起點之1個上游側的輥間為止之不噴射二次冷卻水的區間之距離。又無二次冷卻水的區間，較佳為在比距離鑄模下端5m更下游進行。這是因為，若在比距離鑄模下端5m更上游不噴射二次冷卻水，會助長起因於凝固殼的成長不足之鑄漏(break out)等的作業不穩定性。

此外，「鑄片之寬度方向溫度差」，是計測在第1區間起點之1個上游側的輥間之鑄片寬度方向的表面溫度，在鑄片全寬設定為W(-0.5W~寬度中央0~+0.5W)時，將鑄片寬度的0.8W(-0.4W~寬度中央0~+0.4W)的範圍內之鑄片表面溫度的最大值和最小值之差填入(記載依同一鑄造條件測定中之最大差)。

圖11顯示無二次冷卻水的區間長度和偏析粒個數的關係。如試驗編號4-1、4-2所示般，當無二次冷卻水的區間長度為小於5m的情況，鑄片之寬度方向溫度差大。

另一方面，如試驗編號4-3~4-8所示般，當無二次冷卻水的區間長度為5m以上的情況，鑄片之寬度方向溫度差成為150℃以下。結果，雖鑄片厚度中心部附近的溫度梯度值沒有太大差異，但因為鑄片寬度方向的偏析不均被抑制住，而能將偏析粒個數減少。

11:連續鑄造機 11A:連續鑄造機 12:熔鋼 13:鑄模 14:餵槽 15:浸漬注嘴 16:鑄片支承輥 17:噴嘴 18:鑄片 18a:鑄片內之未凝固部 18b:凝固結束位置 19:輕壓下帶 20:區段 20a:區段 20b:區段 21:搬運輥 22:下部矯正位置 A1:水平帶的區域 D1:鑄片拉出方向

[圖1]係顯示可實施本發明的鋼之連續鑄造方法之連續鑄造機的一例之概略圖。 [圖2]係說明鑄片寬度中央的位置之俯視圖。 [圖3]係在鑄片寬度中央的位置朝厚度方向切斷後的鑄片之橫剖面圖。 [圖4]係顯示在計算鑄片寬度中央之沿著厚度方向之固相率時之鑄片剖面的解析區域之說明圖。 [圖5]係顯示在計算凝固末期之厚度中心附近的溫度梯度時所使用之鑄片剖面的區域之說明圖。 [圖6]係表示在參考實驗1之溫度梯度和偏析粒個數的關係之圖。 [圖7]係表示在參考實驗2之水量密度和溫度梯度的關係之圖。 [圖8]係表示在參考實驗3之水量密度和溫度下降時間的關係之圖。 [圖9]係表示在參考實驗4之在強冷卻開始時的固相率和溫度梯度的關係之圖。 [圖10]係顯示可實施本發明的鋼之連續鑄造方法之連續鑄造機的另一例之概略圖。 [圖11]係表示無二次冷卻水的區間長度和偏析粒個數的關係之圖。

11:連續鑄造機

12:熔鋼

13:鑄模

14:餵槽

15:浸漬注嘴

16:鑄片支承輥

17:噴嘴

18:鑄片

18a:鑄片內之未凝固部

18b:凝固結束位置

19:輕壓下帶

20:區段

20a:區段

20b:區段

21:搬運輥

22:下部矯正位置

A1:水平帶的區域

D1:鑄片拉出方向

Claims

一種鋼之連續鑄造方法，是在沿著連續鑄造機內的鑄片拉出方向之區間中，將從起點到終點設定為第1區間，該起點位於鑄片寬度中央之沿著厚度方向之固相率的平均值為0.4以上0.8以下的範圍內，該終點位於前述鑄片寬度中央之沿著厚度方向之固相率的平均值比在前述起點之固相率的平均值更大且1.0以下的範圍內，在前述第1區間內，將鑄片每單位表面積的水量密度設定在50L/(m² ×min)以上2000L/(m² ×min)以下的範圍內，藉由水將鑄片冷卻。
如請求項1所述之鋼之連續鑄造方法，其中，在前述第1區間內，將鑄片每單位表面積的水量密度設定在300L/(m² ×min)以上1000L/(m² ×min)以下的範圍內，藉由水將鑄片冷卻。
如請求項1或請求項2所述之鋼之連續鑄造方法，其中，將在前述第1區間的終點之固相率的平均值設定成小於1.0，將位於比前述第1區間更下游的位置之既定長度的區間設定為第2區間，在前述第2區間中，以比在前述第1區間之鑄片每單位表面積的水量密度更小之鑄片每單位表面積的水量密度，藉由水將鑄片冷卻。
如請求項3所述之鋼之連續鑄造方法，其中，在前述第2區間，將鑄片每單位表面積的水量密度設定在50L/(m² ×min)以上300L/(m² ×min)以下的範圍內，藉由水將鑄片冷卻。
如請求項3或請求項4所述之鋼之連續鑄造方法，其中，在前述第2區間，鑄片的表面溫度為200℃以下。
如請求項1至請求項5中任一項所述之鋼之連續鑄造方法，其中，前述第1區間，是在連續鑄造機內將鑄片朝水平方向搬運之水平帶的區域內。
如請求項1至請求項6中任一項所述之鋼之連續鑄造方法，其中，在距離連續鑄造機之鑄模下端沿著鑄片拉出的軋製線5m以上之下游側的範圍內，且距離前述第1區間的起點之1個上游側的輥間往上游側至少5m以上的區間，在不將二次冷卻水朝鑄片噴射的狀態下進行鑄片的冷卻，在將鑄片的全寬設定為W(-0.5W~寬度中央0~+0.5W)時，在前述第1區間的起點之1個上游側的輥間之鑄片寬度的0.8W(-0.4W~寬度中央0~+0.4W)的範圍內之鑄片表面溫度的最大值和最小值之差為150℃以下。