JP5754417B2 - 鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高級条鋼製品の素材として用いられる大きな横断面を有する鋳片の連続鋳造方法に関し、特に中心偏析および中心ポロシティの低減と、内部割れの抑制を両立した鋳片の連続鋳造方法に関する。

一般に、高級条鋼製品は、大きな横断面を有する連続鋳造鋳片を分塊圧延した後、棒鋼製品や線材製品に圧延することにより製造される。連続鋳造鋳片には、凝固末期に中心偏析や中心ポロシティ等の欠陥が形成されることがある。高級条鋼製品は、鋳片にこれらの欠陥が存在すると特性が悪化するため、連続鋳造時に鋳片にこれらの欠陥を発生させないようにすることが重要である。

中心偏析および中心ポロシティを低減させる代表的な方法として、鋳片を内部に未凝固部を有する状態で軽圧下する方法（以下「未凝固軽圧下」ともいう。）がある。

横断面が矩形の鋳片（以下「角鋳片」ともいう。）の中心偏析および中心ポロシティを未凝固軽圧下によって低減させるには、未凝固軽圧下する際の圧下量を非常に大きくする必要がある。しかし、圧下量が大きすぎ場合には、鋳片に内部割れが発生し、高級条鋼製品の特性が損なわれるという問題があった。

また、横断面が円形の鋳片（以下「丸鋳片」ともいう。）を未凝固軽圧下する方法としては、例えば、特許文献１には、直径が３４０ｍｍ以下の丸鋳片を、軸芯部の固相率が０．３〜０．７の範囲内にある位置において、１組のロールで断面積減少率が０．１〜３％の範囲内となるように圧下する技術が提案されている。

しかし、特許文献１に記載の技術を、大きな横断面を有する丸鋳片（例えば横断面の直径が４００ｍｍ以上の丸鋳片）に適用した場合、鋳片の凝固収縮量も大きくなるとともに、１組のロールによる圧下量を大きくする必要があるため、この場合も内部割れが発生する問題が生じる。

また、特許文献２には、丸鋳片の等軸晶率を３５％とし、中心固相率が０．２５〜０．３５または０．６０〜０．９０の範囲の位置で１対のフラットロールにより、鋳片の直径に対して２．０〜３．５％の範囲で圧下する技術が提案されている。

しかし、特許文献２に記載の技術を、大きな横断面を有する丸鋳片に適用した場合にも、１対のフラットロールによる圧下量を大きくする必要があるため、内部割れが発生する問題が生じる。

角鋳片および丸鋳片のいずれも、鋳片の中心偏析および中心ポロシティを低減と同様に、内部割れの抑制も重要である。しかし、中心偏析および中心ポロシティの低減と、内部割れの抑制を両立した技術は未だ確立されていない。特に、高級条鋼製品用の素材として、割れ感受性の高い幅広い鋼種の丸鋳片を製造する際、中心偏析および中心ポロシティを低減する技術が要求されている。

このような要求に対して、本出願人は、特許文献３において、中心部が未凝固の状態の丸鋳片を、上下１対の水平ロールまたは上下１対の水平孔型ロールによって一軸方向に圧下幅方向長さで１０％以上の圧下率で圧下し、次いで、凝固が完了してからダイアスクエア孔型を有する一段の２個１対の垂直ロールによって矩形鋳片に成形する連続鋳造方法を提案している。

また、本出願人は、特許文献４において、同一面内に２から４個のロールを配置した４ロール式の未凝固圧下装置によって、固相率が０．９９以下となる未凝固部厚さの０．４倍以上１．２倍以上の圧下量で、かつ、鋳片の中心部の固相率が０．８以下のときには、固相率が０．８以下となる未凝固部厚さの１．５倍以上の圧下量で鋳片を圧下する連続鋳造方法を提案している。

しかし、特許文献３および４に記載の方法では、ダイアスクエア孔型ロールや、４ロール式未凝固圧下装置といった、特殊な形状の圧下装置を用いなければならない。

特開平９−９９３４９号公報 特開平１１−３０９５５３号公報 特許第３４６５５７８号公報 特許第３２４０９７８号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、特殊な形状の圧下装置を用いることなく、中心偏析および中心ポロシティの低減と、内部割れの抑制とを両立し、かつ高級条鋼製品に使用される幅広い鋼種に適用可能な、鋳片の連続鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、中心偏析および中心ポロシティの低減と、内部割れの抑制とを両立した、高級条鋼製品の素材に適した鋳片の製造について検討した。鋳片を高級条鋼製品に適した品質とするには、横断面積を大きくすることが有効である。これは、大断面とすることで、生産性が向上するため、連続鋳造機における鋳造速度を低下させることが可能となるからである。鋳造速度を低下させることにより、中心偏析の低減に有効な等軸晶が生成しやすくなるとともに、溶鋼中の介在物を浮上分離しやすくなるからである。

しかし、上述のように、横断面積の大きな鋳片は凝固収縮量が大きいため、中心偏析をさらに低減するために未凝固軽圧下を実施する場合には、圧下量を大きくする必要があり、内部割れが発生しやすい。

この問題について、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、丸鋳片は、角鋳片と比べて少ない圧下量で中心偏析を低減することができることを知見した。

また、複数対のロールを用いて丸鋳片の未凝固軽圧下（多段圧下）を行い、次いで完全に凝固してから圧下した後、さらに直前の完全凝固後の圧下の圧下方向と垂直な方向に圧下を行うことで、中心偏析および中心ポロシティを低減することができることを知見した。

さらに、丸鋳片は転がりやすく、連続鋳造工程以降の搬送、加熱炉内での搬送、分塊圧延時の取扱い等のハンドリングが困難であったが、このように圧下することにより、ハンドリングを容易にすることができる。

本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、鋳片の連続鋳造方法であって、（ステップ１）横断面が直径４００ｍｍ以上の円形である内部に未凝固部を有する鋳片を鋳型で鋳造すること、（ステップ２）前記内部に未凝固部を有する鋳片を、中心固相率が０．１〜０．９である期間において、複数のロール対によって、各ロール対による圧下率を０．０３〜０．５０％として圧下すること、（ステップ３）前記ステップ２で圧下した後完全に凝固した前記鋳片を、１対または複数のロール対によって合計圧下率を１．０〜７．０％として圧下し、前記鋳片に１組の平行な面を形成すること、（ステップ４）前記鋳片を前記ステップ３で圧下した方向と垂直な方向に合計圧下率を３．０〜７．０％として圧下し、前記鋳片に、前記ステップ３で形成した１組の平行な面に垂直な１組の平行な面を形成すること、の一連の各ステップを含むことを特徴とする鋳片の連続鋳造方法にある。

本発明の連続鋳造方法は、高級条鋼製品に使用される幅広い鋼種に対して適用可能であり、本発明の連続鋳造方法によれば、高級条鋼製品に適した中心偏析、中心ポロシティおよび内部割れがなく、さらに転がりにくく、ハンドリングが容易な大断面の鋳片を製造することができる。

本発明の連続鋳造方法を適用できる連続鋳造機の概略を示す図である。 圧下ロールを用いた圧下による鋳片の形状の変化を示す模式図である。

１．連続鋳造装置の基本構成
図１は、本発明の連続鋳造方法を適用できる連続鋳造機の概略を示す図である。タンディッシュ１には、図示しない取鍋から溶鋼２が供給される。タンディッシュ１から浸漬ノズル３を経て、鋳型４内にメニスカス５を形成するように注入された溶鋼２は、鋳型４およびその下方の図示しない二次冷却スプレーノズル群から噴射される冷却水により冷却され、凝固シェルを形成して鋳片６となる。

鋳片６は、内部に未凝固部を保持したまま、複数のガイドロール７によって支持されながら、ガイドロール７の鋳造方向下流側に配置された複数対の圧下ロール８により引き抜かれ、圧下される。

圧下ロール８は、内部に未凝固部を有する状態の鋳片６を複数対の圧下ロールで多段圧下する未凝固圧下ロール８ａと、完全に凝固した鋳片６を圧下する第１の完全凝固圧下ロール８ｂと、第１の完全凝固圧下ロール８ｂの圧下方向と垂直な方向に鋳片６を圧下する第２の完全凝固圧下ロール８ｃからなる。圧下ロール８は、いずれも特殊な形状ではなく、一般的な円柱形のロールである。

２．本発明の連続鋳造方法
本発明の連続鋳造方法では、鋳型４として内面が直径４００ｍｍ以上の円形の無底鋳型を用いて鋳片６を鋳造する（ステップ１）。

図２は、圧下ロールを用いた圧下による鋳片の形状の変化を示す模式図である。次に、同図に示すように、鋳片６を、内部に未凝固部６ａを有する状態で未凝固圧下ロール８ａによって多段圧下し、１組の平行な面を形成する。未凝固圧下ロール８ａのそれぞれの圧下率は０．０３〜０．５０％とする（ステップ２、未凝固軽圧下）。

続いて完全に凝固した鋳片６を、第１の完全凝固圧下ロール８ｂによって、未凝固圧下ロール８ａの圧下方向と同方向に圧下し、未凝固圧下ロール８ａによって形成された平行な面の幅を拡大する。第１の完全凝固圧下ロール８ｂの合計圧下率は、１．０〜７．０％とする（ステップ３）。

さらに、鋳片６を、第２の完全凝固圧下ロール８ｃによって、第１の完全凝固圧下ロール８ｂの圧下方向と垂直な方向に圧下し、第１の完全凝固圧下ロール８ｂによって拡大された１組の平行な面に垂直な、１組の平行な面を形成する。第２の完全凝固圧下ロール８ｃの合計圧下率は３．０〜７．０％とする（ステップ４）。

このように、圧下ロール８、すなわち未凝固圧下ロール８ａ、第１の完全凝固圧下ロール８ｂおよび第２の完全凝固圧下ロール８ｃによる圧下によって、鋳片６の断面は、互いに垂直な、２組の平行な面を有する形状、言い換えると角が丸みを帯びた矩形となる。

前記図１および図２では、第１の完全凝固圧下ロール８ｂの圧下方向が鉛直方向であり、第２の完全凝固圧下ロール８ｃの圧下方向が水平方向である場合について示したが、第１の完全凝固圧下ロール８ｂの圧下方向が水平方向であり、第２の完全凝固圧下ロール８ｃの圧下方向が鉛直方向であってもよい。未凝固圧下ロール８ａの圧下方向は、鋳片６の表面に対して垂直な方向（鋳片６が水平に引き抜かれる部分では鉛直方向）とする。

また、前記図１では、第１の完全凝固圧下ロール８ｂおよび第２の完全凝固圧下ロール８ｃがそれぞれ２対である場合について示したが、第１の完全凝固圧下ロール８ｂおよび第２の完全凝固圧下ロール８ｃが同数である必要はなく、それぞれ１対であってもよいし、３対以上であってもよい。ロールが多いほど、圧下設備の負荷が低減されるため好ましい。未凝固圧下ロール８ａは、複数対のロールからなるものとし、１０〜２０対とするのが好ましい。

未凝固圧下ロール８ａとして複数対のロールを用いる理由は、１対のロールでの圧下によって中心偏析および中心ポロシティを低減する場合、圧下量が過大となり、鋳片６に内部割れが発生することから、複数対のロールに圧下量を分散するためである。未凝固圧下ロール８ａで圧下する際の鋳片６の中心固相率を０．１〜０．９としたのは、中心固相率が０．１未満では、圧下時に鋳片６に内部割れが発生するおそれがあり、０．９を超えると鋳片６の内部の溶鋼の流動が発生しないため中心偏析の低減効果が得られないからである。

未凝固軽圧下を行った後、完全に凝固した鋳片を圧下する理由は、未凝固軽圧下後に進行した凝固によって生じる凝固収縮によって発生した中心ポロシティを圧着するためである。

第１の完全凝固圧下ロール８ｂによる合計圧下率を１．０〜７．０％としたのは、圧下率が１．０％未満では中心ポロシティの低減効果が得られないからであり、７．０％を超えると鋳片の表面部に割れが発生するからである。

第１の完全凝固圧下ロール８ｂによる圧下に加えて、第２の完全凝固圧下ロール８ｃでも鋳片６を圧下する理由は、中心ポロシティの低減効果を十分に得るためである。第１の完全凝固圧下ロール８ｂによる圧下だけでは中心ポロシティの低減効果が十分ではないのは、後述する表２において、完全凝固後上下圧下率が直角方向圧下率より小さい場合にポロシティの評価数値が悪い傾向がみられることからも明らかである。

また、第２の完全凝固圧下ロール８ｃによる鋳片６の圧下方向を、第１の完全凝固圧下ロール８ｂの圧下方向に対して垂直な方向とする理由は、前記図２に示すように、鋳片６の断面を角が丸みを帯びた矩形とするためである。これにより、鋳片６のハンドリングを、丸鋳片と比較して容易とすることができる。

第２の完全凝固圧下ロール８ｃによる合計圧下率を３．０〜７．０％としたのは、圧下率が３．０％未満では中心ポロシティの低減効果を十分に得られないからであり、７．０％を超えると鋳片が座屈変形するからである。また、圧下率が３．０％未満では、第２の完全凝固圧下ロール８ｃによって鋳片６に形成される平行な面の幅が小さく、鋳片６が転がりやすいため、鋳片６のハンドリングが十分に容易にならないためである。

以下に、本発明の連続鋳造方法の効果を確認するため、以下に示す試験を実施した。

１．試験条件
前記図１に示す連続鋳造機を用いて鋳造試験を行った。鋳型は、内面が直径４５０ｍｍの円柱形であるものを用いた。圧下ロールは、未凝固圧下ロール、第１の完全凝固圧下ロールおよび第２の完全凝固圧下ロールのいずれも直径３５０ｍｍとした。第１の完全凝固圧下ロールの圧下方向は鉛直方向、第２の完全凝固圧下ロールの圧下方向は水平方向とした。第１の完全凝固圧下ロールおよび第２の完全凝固圧下ロールはいずれも１対とした。鋳造試験に用いた鋼種は、表１に示す化学組成を有する鋼種Ａ、ＢおよびＣとした。

表２には、試験条件として、鋳造速度、未凝固圧下条件および完全凝固後の圧下条件を示した。未凝固圧下条件としては、圧下開始時の鋳片の中心固相率、未凝固圧下ロールの数およびロール１対当たりの圧下率を示した。完全凝固後の圧下条件としては、鉛直方向および水平方向の圧下率を示した。未凝固圧下を実施した範囲は、使用したロールが多いほど長かった。

表２の表記について説明する。例えば試験番号１は、鋼種Ａを使用し、未凝固圧下を１０対のロールによる多段圧下とし、完全凝固後に鉛直方向に７．０％の圧下率、水平方向に７．０％の圧下率でそれぞれ１対のロールで圧下したことを意味する。

Ｎｏ．１、５および９は本発明の規定を満たす本発明例である。Ｎｏ．３、４、７、８、１２および１３は、未凝固圧下ロールが１対だけである比較例である。このうちＮｏ．１２および１３は、未凝固圧下ロールの圧下量も本発明の規定を満たさなかった。試験番号２、４、６、８、１０、１１および１３は、完全凝固後の鉛直方向または水平方向の圧下率が本発明の規定を満たさなかった比較例である。

２．試験結果
表２には、試験結果として得られた鋳片の品質評価結果を示した。品質評価は、中心偏析、中心ポロシティおよび内部割れの発生状態により行った。同表において評価は３段階評価とし、１は合格レベル、２は製品用途を限定すれば使用できるレベル、３は不合格レベルを意味する。

中心偏析は、鋳片から切り出した、厚さ１０ｍｍの横断面および縦断面からのサンプルを用いたマクロ試験により評価した。マクロ試験の結果、中心偏析の厚さが１５ｍｍ以下の場合は評価１、１５ｍｍを超えて２０ｍｍ以下の場合は評価２、２０ｍｍを超える場合は評価３とした。

中心ポロシティは、超音波探傷により評価した。超音波探傷の結果、エコー高さが３０％以下の場合は評価１、３０％を超えて６０％以下の場合は評価２、６０％を超える場合は評価３とした。

内部割れは、中心偏析の評価と同じ方法で採取したサンプルに、マクロエッチングを施した後、目視観察にて評価した。目視観察の結果、内部割れが発生していない場合は評価１、内部割れの合計長さが２０ｍｍ以下である場合は評価２、内部割れの合計長さが２０ｍｍを超える場合は評価３とした。

表２に示すように、本発明例であるＮｏ．１、５および９はいずれも中心偏析、中心ポロシティおよび内部割れの評価が全て１であった。

比較例であるＮｏ．３、４、７、８、１２および１３は、未凝固圧下ロールを１対としたため、中心偏析を十分に低減できず、中心偏析の評価が２または３であった。このうち、Ｎｏ．７および８以外は、未凝固圧下の圧下率が高かったため、内部割れが発生し、内部割れの評価が２または３であった。

比較例であるＮｏ．２、４、６、８、１０、１１および１３は、完全凝固後の圧下率が鉛直方向または水平方向で低かったため、中心ポロシティを十分に低減できず、中心ポロシティの評価が２または３であった。

本発明の連続鋳造方法は、高級条鋼製品に使用される幅広い鋼種に対して適用可能であり、本発明の連続鋳造方法によれば、高級条鋼製品に適した中心偏析、中心ポロシティおよび内部割れのない、大断面の鋳片を製造することができる。また、転がりにくく、ハンドリングが容易な鋳片を製造することができる。

１：タンディッシュ、 ２：溶鋼、 ３：浸漬ノズル、 ４：鋳型、 ５：メニスカス、 ６：鋳片、 ６ａ：未凝固部、 ７：ガイドロール、 ８：圧下ロール、
８ａ：未凝固圧下ロール、 ８ｂ：第１の完全凝固圧下ロール、
８ｃ：第２の完全凝固圧下ロール

Claims (2)

1. 鋳片の連続鋳造方法であって、
   （ステップ１）横断面が直径４００ｍｍ以上の円形である内部に未凝固部を有する鋳片を鋳型で鋳造すること、
   （ステップ２）前記内部に未凝固部を有する鋳片を、中心固相率が０．１〜０．９である期間において、複数のロール対によって、各ロール対による圧下率を０．０３〜０．５０％として圧下すること、
   （ステップ３）前記ステップ２で圧下した後完全に凝固した前記鋳片を、１対または複数のロール対によって合計圧下率を１．０〜７．０％として圧下し、前記鋳片に１組の平行な面を形成すること、
   （ステップ４）前記鋳片を前記ステップ３で圧下した方向と垂直な方向に合計圧下率を３．０〜７．０％として圧下し、前記鋳片に、前記ステップ３で形成した１組の平行な面に垂直な１組の平行な面を形成すること、
   の一連の各ステップを含むことを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
2. 請求項１に記載の鋳片の連続鋳造方法であって、
   鋳造速度が０．４５〜０．５５ｍ／ｍｉｎである、鋳片の連続鋳造方法。

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