(57)【要約】【課題】操業上の負荷が大きくならないようにして鋳片の表面割れを防止できる鋳片の連続鋳造方法を提供する。【解決手段】鋳片を水冷しながら曲げ、または、矯正する鋳片の連続鋳造方法であって、水の分光吸収率が等しい２つの観察波長を選択して、前記鋳片の表面から放射される熱放射の二色比を検出する放射温度計により前記鋳片の表面温度を測定し、予め高温引張試験によって測定された温度ごとの断面収縮率のデータを用いて、前記鋳片の断面収縮率が５０％以上の範囲で上限値を設定し、前記曲げ、または、矯正する温度が、前記断面収縮率が前記設定した上限値以下となる温度範囲から外れるように前記鋳片の冷却を制御する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳片を水冷しながら曲げ、または、矯正する鋳片の連続鋳造方法であって、
水の分光吸収率が等しい２つの観察波長を選択して、前記鋳片の表面から放射される熱放射の二色比を検出する放射温度計により前記鋳片の表面温度を測定し、
予め高温引張試験によって測定された温度ごとの断面収縮率のデータを用いて、前記鋳片の断面収縮率が５０％以上の範囲で上限値を設定し、前記曲げ、または矯正する温度が、前記断面収縮率が前記設定した上限値以下となる温度範囲から外れるように前記鋳片の冷却を制御することを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
【請求項２】
前記断面収縮率が５０〜８０％となる範囲で前記上限値を設定することを特徴とする請求項１に記載の鋳片の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、鋳片表面割れを防止するための鋳片の連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、需要の高い鉄鋼材料であるＢ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｕなどの合金元素を含有した低合金鋼の連続鋳造において、製造された鋳片に表面割れという欠陥が生じ、操業上および製品の品質上の問題となっている。ここで表面割れとは、横ひび割れ、縦割れ、微小縦割れといった割れ形態の総称を意味するものとする。
【０００３】
一般的に、連続鋳造の二次冷却帯以降で発生する表面割れは、鋳片表層の旧オーステナイト粒界に沿った割れであることが知られている。この割れはＡｌＮやＮｂＣ等の析出により脆化したオーステナイト粒界や、旧オーステナイト粒界に沿って生成するフィルム状フェライトに応力が集中することで発生する。割れの形態はかかる応力の方向により異なり、横ひび割れは鋳造方向への引張応力、縦割れは鋳片幅方向への引張応力によって生じる。これらの割れは、特に、オーステナイトからフェライトへの相変態領域近傍の温度域で曲げなどの応力がかかると発生しやすい。したがって、通常は、機械的な応力が鋳片表面にかかる曲げ帯及び矯正帯での表面温度を、延性が低下する温度域（脆化温度域）から回避し、割れの発生を抑制する方法が採用されている。
【０００４】
しかしながら、鋳造時に表面温度を測定したところで、必ずしも割れ発生を防止することができない。鋳片の表面温度は放射温度計で測定することが一般的であるが、水蒸気や冷却水の影響で鋳片の表面温度を実際の温度よりも低く見積もってしまうために、二次冷却での制御が困難となり、結果的に割れ発生を防止することができない。
【０００５】
特許文献１には、鋳片の検出すべき熱放射光の光路中に存在する水滴や蒸気等の水分と空気との界面による散乱の影響を抑制することができるようにエアーパージする空気柱温度計を用いる技術が開示されている。しかしながらこの方法では、温度計と鋳片との距離、スプレー水量およびスプレー位置の最適化を検討する必要がある。
【０００６】
特許文献２には、赤外線感知式表面温度測定器によって連続鋳造中の鋳片の表面温度を測定する方法が開示されている。この方法では、表面温度測定器の集光レンズと鋳片表面との距離を規定し、且つ、鋳片に向かって１０ＮＬ／ｍｉｎ以上の気体を噴射し、気体によって集光レンズと鋳片表面との間及び鋳片の被測温箇所から二次冷却水及び蒸気を排斥している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１５４３６９号公報
【特許文献２】特開２０１２−７１３３０号公報
【特許文献３】特開２０１９−２０３７０号公報
【特許文献４】特開２０１９−２３６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、測定部分にエアーを吹き付けて冷却水や水蒸気を除去し、温度を測定する手法が提案されているが、一部でも水膜があると正確な温度が測定できないため、安定的な手法となりえない。したがって、依然として鋳片で割れが発生する可能性がある。また、温度誤差を考慮して脆化温度域から大きく離れた温度で曲げ帯及び矯正帯を通過しようとすると、操業上の負荷が大きくなってしまう。
【０００９】
本発明は前述の問題点を鑑み、操業上の負荷が大きくならないようにして鋳片の表面割れを防止できる鋳片の連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は以下の通りである。
（１）
鋳片を水冷しながら曲げ、または、矯正する鋳片の連続鋳造方法であって、
水の分光吸収率が等しい２つの観察波長を選択して、前記鋳片の表面から放射される熱放射の二色比を検出する放射温度計により前記鋳片の表面温度を測定し、
予め高温引張試験によって測定された温度ごとの断面収縮率のデータを用いて、前記鋳片の断面収縮率が５０％以上の範囲で上限値を設定し、前記曲げ、または、矯正する温度が、前記断面収縮率が前記設定した上限値以下となる温度範囲から外れるように前記鋳片の冷却を制御することを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
（２）
前記断面収縮率が５０〜８０％となる範囲で前記上限値を設定することを特徴とする上記（１）に記載の鋳片の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、操業上の負荷が大きくならないようにして鋳片の表面割れを防止できる鋳片の連続鋳造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】水膜透過型２色温度計と一般的な放射温度計とで鋳片の表面温度の測定値への冷却水の有無の影響を比較した結果を示す図である。
【図２】熱電対測定結果と、水膜透過型２色温度計で測定した結果との比較を示す図である。
【図３】２種類の鋼種での絞り値の変化を示す図である。
【図４】鋳片の表面温度を一般的な放射温度計と水膜透過型２色温度計とで測定した場合の割れ発生個数の分布を示す図である。
【図５】鋳片の表面温度測定方法の違いによる割れ発生個数の差を説明するための図である。
【図６】鋼種Ｂで絞り値の上限値を６５％に設定した場合の脆化温度域、および水膜透過型２色温度計で設定した回避温度域と実際の脆化温度域と重なる領域との比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
連続鋳造において、鋳片を直線状から曲線状に湾曲させる曲げ帯、または、湾曲した鋳片を曲線状から直線状に矯正する矯正帯では、鋳片に応力がかかりやすいことから、曲げ帯、または、矯正帯では、延性が低下する温度域（脆化温度域）から回避することで、表面割れを防止することができる。そのためには、曲げ帯、または、矯正帯での表面温度を出来るだけ正確に測定する必要がある。
【００１４】
なお、正確な表面温度を測定できなくても、曲げ帯、または、矯正帯において、脆化温度域から大きく離れた温度となるように制御すれば、鋳片の表面割れを防止することができるが、急冷を必要とするなど温度制御方法に制約を受けたり、鋳片の鋳造速度を大きく変更したりするなど、操業上の制約が大きい。したがって、鋳片の表面温度を正確に測定できれば、操業上の制約を小さくして表面割れを防止することができる。ここで、脆化温度域とは、オーステナイトからフェライトへの変態が開始する温度から終了する温度のみならず、ＡｌＮやＮｂＣ等の析出物が粒界析出することで発生する脆化温度域も含まれるものとする。
【００１５】
そこで本実施形態では、例えば特許文献３又は４に示すような放射温度計を使用することで水膜の存在する状態でも正確な温度を測定するようにしている。すなわち、特許文献３又は４に記載の方法のように、測定対象物を測定する光路上に、測定対象物からの熱放射光を吸収し、分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が存在する場合であっても、測定対象物の温度をより正確に測定することが可能な、温度測定装置を用いるようにした。このような特殊な放射温度計を用いて温度を測定し、冷却を制御しながら連続鋳造を行うことで、鋳片の表面割れ防止をさらに精度よく防止できる。
【００１６】
（温度測定について）
まず、本実施形態における温度の測定方法について説明する。本実施形態で用いる放射温度計は、水膜の分光吸収率が等しい２つの観察波長を選択して鋳片の温度を測定することで水膜による減衰効果を消去できる。以下、本実施形態に用いる放射温度計を水膜透過型２色温度計と称す。
【００１７】
次に、本実施形態で用いる水膜透過型２色温度計と、一般的な放射温度計とで鋳片の表面温度の測定を比較した結果について説明する。垂直曲げ型の連続鋳造機の矯正帯に一般の放射温度計と水膜透過型２色温度計とを設置し、連続鋳造中に冷却水をスプレー噴射した際の鋳片の表面温度を測定した。水膜透過型２色温度計での測定では、一例として観察波長１１９０ｎｍ、１３００ｎｍの２波長を使用した。
【００１８】
鋳型サイズは３００ｍｍ厚×２０００ｍｍ幅、鋳造速度１．０ｍ／ｍｉｎ、二次冷却比水量を０．９Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌとし、温度測定位置は幅中央位置とした。図１（ａ）に、冷却した場合と冷却していない場合とでの測定した温度の比較結果を示す。また、図１（ｂ）には、両者の温度の測定結果の差を示す。
【００１９】
まず、冷却水をかけていない場合は、図１に示すように、一般の放射温度計、水膜透過型２色温度計ともに測定した鋳片の表面温度がほぼ同等であった。また、温度偏差も安定していた。
【００２０】
しかしながら、冷却水でスプレー冷却しながら鋳造している状態で温度を測定すると、両者で鋳片の表面温度に最大１００℃程度の差があった。そこで、熱電対を鋳片表面に噛みこませて測定したところ、図２に示すように、実測表面温度（実鋳片温度）は水膜透過型２色温度計で測定した温度と同等であり、水膜透過型２色温度計では鋳片の表面温度を正しく測定できることがわかる。一方、一般の放射温度計で測定すると、水冷の影響で温度を低く見積もっていることがわかる。図１（ｂ）に示す結果より、スプレー冷却時の温度差は平均で５１．５℃であり、上記の熱電対測定結果から、一般の放射温度計で測定すると、鋳片の表面温度を約５０℃過少に見積もってしまい、脆化温度域で曲げ又は矯正を行ってしまう可能性がある。
【００２１】
そこで本発明では、高精度に表面温度を測定可能な水膜透過型２色温度計を用いることを前提に、目安として９０％以上の確率で割れが発生せず、かつ温度制御で操業が制約しないように回避温度域を設定するようにしている。具体的には、高温引張試験結果での絞り値に着目して回避温度域を設定するようにした。以下、回避温度域の設定方法について説明する。
【００２２】
（回避温度域の設定について）
図３は、以下の表１に示す鋼種Ａ及び鋼種Ｂでの絞り値の変化を示す図であり、図３（ａ）は鋼種Ａの場合、図３（ｂ）は鋼種Ｂの場合を示している。鋼の成分によって絞り値の分布は異なり、絞り値が低い温度は、その鋼種の脆化温度域である可能性が高いことを示している。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
なお、鋼種ごとの絞り値（断面収縮率）は、予め以下の高温引張試験によって測定されており、データベース等に保存しておくものとする。高温引張試験では、まず、試験片を溶融温度まで加熱後に任意の温度まで１．０℃／ｓの冷却速度で冷却したのち、３．３×１０-4［／ｓ］の歪速度で実施し、試験後の試験片の断面積と試験前の断面積とを測定して断面収縮率を算出する。複数パターンの成分で図３に示すような絞り値の分布のデータを予め保持しておき、連続鋳造の対象となる鋼種は、データベース等に保存されているデータの中から最も近い組成のデータを取得する。
【００２５】
次に、連続鋳造の対象となる鋼種の絞り値の分布を取得したら、曲げ及び矯正の回避温度域を設定する。前述したように、絞り値が低い温度ではその鋼種の脆化温度域である可能性が高い。絞り値の上限が低いと回避温度域は狭くなり、操業中の温度制御はより容易となるが、脆化温度域を回避できない可能性が上がる。一方で、絞り値の上限が高すぎると、回避温度域は広くなり、その分脆化温度域を回避できる確率が上がる。しかしながら、温度制御が制約されることから操業に支障をきたす可能性がある。
【００２６】
本実施形態では、前述の水膜透過型２色温度計を用いて鋳片の表面温度を測定することを前提とし、絞り値（断面収縮率）が５０％以上の範囲で上限値を設定し、前記上限値以下となる温度を回避温度域に設定することによって、温度制御が困難とならない条件で９０％以上の確率で割れが発生しないようにすることができる。上限値が５０％よりも小さいと、前述の水膜透過型２色温度計で温度を測定しても９０％以上の確率で割れが発生しないようにすることが難しくなる。一方で、上限値は高いほど望ましいが８０％を超えると、割れが発生しない確率がより１００％に近づくが、鋳片の冷却制御が難しくなる。したがって、絞り値（断面収縮率）が８０％以下の範囲で上限値を設定することが好ましい。
【００２７】
例えば、絞り値の上限値を５０％に設定する場合に、表１の鋼種Ａの場合は図３（ａ）に示すように、回避温度域はおおよそ７０５〜８２５℃となり、表１の鋼種Ｂの場合は図３（ｂ）に示すように、回避温度域はおおよそ７８０〜９００℃となる。回避温度域を設定する上での絞り値の上限値は、操業上の温度制御の環境に基づいて決定することができる。例えば温度制御が容易な連続鋳造システムであれば、絞り値の上限値を大きな値に設定することができる。
【００２８】
次に、鋼種Ａで、絞り値（断面収縮率）の上限値を５０％に設定し、絞り値が５０％以下となる温度範囲を回避温度域に設定した場合に、温度計の選定によって、割れの発生をどの程度回避できるかを調査した結果を図４に示す。図４（ａ）は、矯正帯において一般の放射温度計で鋳片の表面温度を測定した場合は、回避温度域と、実際の脆化温度域と重なる領域とのずれがあることを示し、図４（ｂ）は、矯正帯において水膜透過型２色温度計で鋳片の表面温度を測定した場合は、回避温度域と、実際の脆化温度域と重なる領域とがほぼ一致することを示している。
【００２９】
なお、水膜透過型２色温度計での測定では、図１と同様に観察波長１１９０ｎｍ、１３００ｎｍの２波長を使用した。また、割れ発生個数は、鋳造後の鋳片をグラインダーにより表面を１ｍｍ研削したのち面積当たりの鋳片表面の割れ個数として評価した。さらに、図４に示す回避率は、（実際の脆化温度域と重なる領域と回避温度域とが重なる温度幅）／（回避温度域の温度幅）×100％で計算した。
【００３０】
例えば図３（ａ）に示す鋼種Ａの場合は、まず、回避温度域が７０５〜８２５℃に設定される。図４の丸印（●）は、温度回避をしない時の脆化温度域幅での割れ発生個数を表している。図４（ａ）及び図４（ｂ）のそれぞれの温度計で温度差があるため、丸印の位置がずれて示される。図４（ａ）に示す一般の放射温度計の例では、前述したように実際の表面温度は平均で５０℃程度低い温度で測定されてしまうため、例えばその一般の放射温度計で６９５℃を示した状態で矯正帯を通過した場合には、実際には表面温度が７４５℃程度であった可能性があるため、割れが多く発生することになる。
【００３１】
一方で、図４（ｂ）に示す水膜透過型２色温度計の例では、前述したように実際の表面温度（熱電対を鋳片表面に噛みこませて測定した温度）に近い温度で測定されるため、例えば温度計で７００℃を示した状態で矯正帯を通過した場合でも、割れが発生しにくい。図５に示すように、水膜透過型２色温度計で温度を測定すれば、同じ鋼種Ａで、絞り値が５０％以下となる温度範囲の回避温度域でも一般の放射温度計に比べ割れ発生個数が７．２５から０．５と７％以下と大きく異なる。
【００３２】
次に、絞り値（断面収縮率）の上限値を６５％に設定し、絞り値が６５％以下となる温度範囲を回避温度域に設定した場合に、割れの発生をどの程度回避できるかを調査した結果を図６に示す。例えば前述の鋼種Ｂで絞り値の上限値を６５％に設定した場合は、図６（ａ）に示すように、回避温度域が７５０〜９７０℃に設定される。このように回避温度域が設定されると、図６（ｂ）に示すように、矯正帯において水膜透過型２色温度計で鋳片の表面温度を測定すれば、脆化温度域を包含することができ、割れの発生を１００％回避することができる。
【００３３】
以上のように本実施形態によれば、水膜透過型２色温度計で温度を測定し、高温引張試験での絞り値（断面収縮率）に基づいて回避温度域を設定するようにしている。これにより、操業上の温度制御が困難でないレベルで、応力による割れの発生を高い回避率で回避することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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