(57)【要約】【課題】高張力鋼のスラブに置き割れが発生することを抑制する。【解決手段】  炭素含有率が０．１６ｍａｓｓ％以上０．３５ｍａｓｓ％以下、ケイ素含有率が１．０ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下、マンガン含有率が１．２ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下の高張力鋼のスラブを鋳造した後、切断し、冷却するに際し、鋳造後のスラブに発生する内部割れの長さが５０ｍｍ以下であるとき、スラブが連続鋳造機の最終ロールを通過してから５０分以内に、切断された３枚以上のスラブを積む。３枚以上のスラブを積んだ状態を８時間以上維持する。３枚以上積まれたスラブにおいて最上段と最下段を除く少なくとも１枚のスラブについて、スラブの一方の広面と他方の広面の合計面積に対する、一方の広面がその上に配置されたスラブと接触する面積および他方の広面がその下に配置されたスラブと接触する面積の合計の比率が６０％以上となるようにする。【選択図】図９
2020139209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有率が０．１６ｍａｓｓ％以上０．３５ｍａｓｓ％以下、ケイ素含有率が１．０ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下、マンガン含有率が１．２ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下の高張力鋼のスラブを鋳造した後、切断し、冷却するに際し、
鋳造後のスラブに発生する内部割れの長さが５０ｍｍ以下であるとき、
スラブが連続鋳造機の最終ロールを通過してからスラブを切断し、
スラブが連続鋳造機の最終ロールを通過してから５０分以内に、切断された３枚以上のスラブを積み、
ここで、３枚以上積まれたスラブにおいて最上段と最下段を除く少なくとも１枚のスラブについて、スラブの一方の広面と他方の広面の合計面積に対する、前記一方の広面がその上に配置されたスラブと接触する面積および前記他方の広面がその下に配置されたスラブと接触する面積の合計の比率が６０％以上となるように、切断された３枚以上のスラブを積み、
切断された３枚以上のスラブを積んだ状態を８時間以上維持することを特徴とする高張力鋼のスラブの冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高張力鋼のスラブを鋳造後に冷却する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、強度を高めることを目的として、高張力鋼の炭素（Ｃ）、シリコン(Ｓｉ)、マンガン（Ｍｎ）の濃度が高められている。また、同様の目的でクロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ホウ素（Ｂ）等が添加される場合がある。しかし、これらの添加物が添加されることにより、鋳片を鋳造した後に冷却した際、割れ（以下、「置き割れ」と称する）が発生しやすい。
【０００３】
特許文献１には、高張力鋼の連鋳片の置き割れを抑制する方法が記載されている。特許文献１の方法では、高張力鋼では、連鋳片が１５０℃以下となった途端に、脆性が急激に増加することから、１５０℃よりも高温側の温度域温度帯域、具体的には５００℃〜１５０℃における冷却速度を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−８３２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高張力鋼の強度をさらに高めるため、炭素（Ｃ）、シリコン(Ｓｉ)、マンガン（Ｍｎ）の添加量を多くすることが考えられる。しかし、これらの元素の添加量が多くなることにより、置き割れが発生する頻度がより高くなる。
【０００６】
本発明は、高張力鋼において置き割れが発生しやすい鋼種でも、置き割れの発生を抑制することが可能な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】
【０００７】
本発明者らの研究から、以下のことがわかった。
スラブを冷却した際、スラブ長手方向に大きな内部応力が発生する。置き割れを引き起こす主な応力は、この長手方向の応力であることがわかった。さらに、置き割れは、この応力に直交する方向に発生した内部割れを起点に発生することがわかった。
本発明者らはさらに研究を進めたところ、内部割れ長さに応じて、置き割れが発生する内部応力の程度が異なることがわかった。このことから、内部割れ長さに応じて、内部応力を制御することにより、置き割れの発生を抑制できると考えられる。内部応力は冷却速度に依存することがわかったことから、内部割れ長さに応じて、冷却速度を制御することにより、内部応力を制御できることがわかった。
【０００８】
本発明は、上記知見を基になされたものである。具体的には、本発明の高張力鋼のスラブの冷却方法は、炭素（Ｃ）含有率が０．１６ｍａｓｓ％以上０．３５ｍａｓｓ％以下、ケイ素（Ｓｉ）含有率が１．０ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下、マンガン（Ｍｎ）含有率が１．２ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下の高張力鋼のスラブを鋳造した後、切断し、冷却するに際し、鋳造後のスラブに発生する内部割れの長さが５０ｍｍ以下であるとき、スラブが連続鋳造機の最終ロールを通過してからスラブを切断し、スラブが連続鋳造機の最終ロールを通過してから５０分以内に、切断された３枚以上のスラブを積む。
ここで、３枚以上積まれたスラブにおいて最上段と最下段を除く少なくとも１枚のスラブについて、スラブの一方の広面と他方の広面の合計面積に対する、前記一方の広面がその上に配置されたスラブと接触する面積および前記他方の広面がその下に配置されたスラブと接触する面積の合計の比率が６０％以上となるように、切断された３枚以上のスラブを積む。
切断された３枚以上のスラブを積んだ状態を８時間以上維持する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、高張力鋼のスラブを鋳造後、室温(約２０℃)まで冷却した際、置き割れが発生することを抑制することができる。また、高張力鋼において置き割れが発生しやすい鋼種でも、置き割れの発生なく、室温までスラブを冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】切断された高張力鋼のスラブの斜視図である。
【図２】図１のIIの切断面を示す図である。
【図３】破壊靭性試験の結果を示す図である。
【図４】内部応力と内部割れ長さとの関係を示す図である。
【図５】内部応力と、内部割れ長さと、スラブの軸心冷却速度と、置き割れ発生の有無との関係を示す図である。
【図６】スラブを積んだ状態を示す図である。
【図７】内部応力と、内部割れ長さと、スラブの軸心冷却速度と、置き割れ発生の有無との関係を示す図である。
【図８】重なり率の一例を説明する図である。
【図９】内部応力と重なり率との関係を示す図である。
【図１０】スラブの軸心温度と時間との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１２】
本実施形態に係る高張力鋼のスラブの冷却方法が対象とする高張力鋼について説明する。本実施形態が対象とする高張力鋼は、以下の組成を有する。
炭素（Ｃ）含有率：０．１６ｍａｓｓ％以上０．３５ｍａｓｓ％以下
ケイ素（Ｓｉ）含有率：１．０ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下
マンガン（Ｍｎ）含有率：１．２ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下
本実施形態が対象とする高張力鋼は、上記の元素を添加されていることにより、７８０ＭＰａ以上の引張強度を有する。スラブのサイズは、例えば、厚さ２３０ｍｍ以上２７０ｍｍ以下、幅８００ｍｍ以上１，４００ｍｍ以下のサイズである。
【００１３】
本実施形態が対象とする高張力鋼の炭素を含めた合金の含有率の上限は、従来の高張力鋼の合金含有率の上限より高い。そのため、本実施形態の高張力鋼は、従来より高強度な鋼を含む。しかし、炭素含有率が高い場合、冷却した際、置き割れが発生する頻度が高い。そのため、本実施形態の高張力鋼は、従来より置き割れが発生しやすい鋼を含む。
【００１４】
上述した高張力鋼のスラブを鋳造した後、スラブを所定の長さに切断する。図１に、切断されたスラブＸを示している。図１に示す幅方向、厚さ方向および長手方向は、互いに直交している。本実施形態では、切断されたスラブＸを、加熱することなく、室温になるまで冷却する。
【００１５】
本発明者らは、スラブＸを冷却した際に置き割れが発生する原因について研究した。その結果、以下のことがわかった。
スラブＸを冷却した際、スラブＸに内部応力が発生する。内部応力の大きさを、スラブＸの幅方向、厚さ方向および長手方向で比較したところ、長手方向の応力が最も大きいことがわかった。そして、この長手方向の応力が、置き割れを引き起こす主な応力であることがわかった。
【００１６】
図２に、スラブＸの長手方向に沿った切断面の一例を示している。図２に示す切断面は、図１のIIの切断面である。図２に示すように、スラブＸに、内部割れが発生していることがある。内部割れは、スラブ長手方向に直交する方向に発生する。この方向は、応力の方向が最も大きい長手方向に直交する方向であった。置き割れは、長手方向の応力に直交する方向に発生した内部割れを起点に、内部応力によって発生することがわかった。
【００１７】
スラブＸを冷却した際に生じる内部応力は、熱膨張・収縮による熱応力によるものと、変態膨張・収縮による変態応力によるものとの双方が作用した結果、発生する。熱応力は、スラブＸの表面温度と内部温度の差によって生じ、冷却速度によって制御可能である。
【００１８】
従来の高張力鋼の冷却方法では、連鋳片の冷却速度を制御することにより、置き割れの発生を抑制していた。しかし、本実施形態の高張力鋼では、従来より炭素含有率の上限が高いため、連鋳片の冷却速度を制御するだけでは、置き割れの発生を抑制できない場合があることがわかった。このことから、本実施形態では、冷却速度によって制御可能な熱応力だけでなく、変態応力に着目した。また、スラブ置き割れの破面は脆性破面を呈しており、破壊現象であることから、置き割れの発生には割れの起点のサイズに着目した。その結果、以下のことがわかった。
【００１９】
変態応力は、スラブの表面側と内部側の変態発生のタイミングの差、および、変態後の材料の強度(組織)によって変わる。冷却時のスラブの組織がオーステナイト組織からフェライト組織、パーライト組織又はこれら両方が存在する組織に変態する場合、変態応力は小さい。しかし、スラブの組織が、ベイナイト組織やマルテンサイト組織に変わると、変態応力が大きくなる。
【００２０】
本実施形態の高張力鋼では、スラブが５００℃以上７００℃以下のときに変態（フェライト組織やパーライト組織への変態）を発生させると変態応力が低減する場合があることがわかった。すなわち、この温度範囲で冷却速度を制御することが重要である。一方、上記温度範囲より高温域では、スラブの組織が変態しないため、変態応力が発生しない。また、上記温度範囲より低温域で変態を発生させるとベイナイト組織やマルテンサイト組織が発生し、材料の強度が上がるため、変態応力が大きくなる。
【００２１】
変態応力が大きくなると熱応力と変態応力の合計である内部応力が大きくなり、室温まで冷却した際にスラブ内に残留する内部応力が大きくなる。そのため、５００℃以上７００℃以下の範囲で変態を発生させることにより、変態応力を抑制し、発生する内部応力を小さくし、その結果、スラブを室温まで冷却した際に置き割れを発生させる室温時の内部(残留)応力を低減することが重要である。
【００２２】
冷却時に発生する内部応力が大きいほど、室温まで冷却した時のスラブ内部の(残留)応力が大きくなり、置き割れが発生しやすいため、５００℃以上７００℃以下の範囲で適切な変態を発生させなかった場合には、置き割れが発生しやすい。一方、５００℃未満の範囲および７００℃を超える範囲での冷却速度も熱応力の変化には寄与するものの、寄与の程度は小さく、置き割れの直接原因にはならない。
【００２３】
上記知見から、本実施形態の高張力鋼では、スラブを鋳造後、冷却した際、スラブの温度が７００℃になってから５００℃に至るまで（５００℃以上７００℃以下のとき）、スラブに発生する内部応力が小さくなるように制御すれば、置き割れの発生を抑制できると考えた。
【００２４】
上述したように、置き割れは、脆性破壊現象であり、割れの起点に作用する内部(残留)応力が材料の破壊靱性を超える場合に発生し、破壊に至る応力は割れの起点のサイズに依存する。そこで、置き割れの発生と、内部割れと、内部応力との関係を調べた。
【００２５】
破壊靱性試験による破壊を、スラブの置き割れと考え、以下の条件で破壊靱性試験を実施した。
【００２６】
表１に示す鋼種のスラブを鋳造した。表１に示すＡ〜Ｃの鋼種は、本実施形態の高張力鋼の鋼種である。鋳造後、スラブからサンプルを採取し、ＪＩＳＧ０５６４の金属材料−平面ひずみ破壊じん（靱）性試験方法に準じて、破壊靱性試験を実施した。破壊靱性試験におけるサンプルの破壊、破壊の起点（切り欠き長さ）および破壊応力はそれぞれ、スラブの置き割れ、内部割れ（内部割れ長さ）および内部応力と考えることができる。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
図３に、破壊靭性試験の結果を示している。図３の縦軸は室温における破壊応力であり、図３の横軸は破壊の起点（切り欠き長さ）である。図３に示す曲線は破壊靱性の特性を示している。曲線の上側ではスラブが破壊するが、曲線の下側ではスラブが破壊しないことがわかった。
【００２９】
図３に示す破壊、破壊の起点（切り欠き長さ）および破壊応力をそれぞれ、スラブの置き割れ、内部割れ（内部割れ長さ）および室温での内部(残留)応力に置き換えると、図４に示す図が得られた。図４の縦軸は内部応力δであり、図４の横軸は内部割れ長さＬである。図４に示す曲線は、置き割れが発生しない最大内部応力と考えることができる。曲線の上側の範囲は、「置き割れが発生する範囲」であり、曲線の下側の範囲は、「置き割れが発生しない範囲」である。
【００３０】
図４から、内部割れ長さＬによって、置き割れが発生しない室温での内部（残留）応力δの範囲が異なることがわかった。内部割れ長さＬが長くなるにつれて、置き割れが発生しない内部応力δが小さくなる。しかし、内部割れ長さＬが長くても、内部応力δが「置き割れが発生しない範囲」にある場合、置き割れは発生しないことがわかった。言い換えると、内部割れ長さＬが長くても、内部応力δを小さくすれば、置き割れの発生を抑制できることがわかった。一方、内部割れ長さＬが短い場合、置き割れが発生しない内部応力δの範囲が広い。そのため、内部割れ長さＬが短い場合、内部応力δが大きくても、置き割れの発生を抑制できる。
【００３１】
上記より、内部割れ長さＬに応じて、内部応力δが「置き割れが発生しない範囲」になるように、内部応力δを制御することにより、置き割れの発生を抑制できると考えられる。
【００３２】
内部応力は、上述したように、熱応力と変態応力が作用した結果、発生する。熱応力および変態応力はスラブの冷却速度によって制御可能である。そのため、冷却速度と内部応力との関係を調べた。
【００３３】
<冷却速度>
スラブの冷却速度は、ＣＡＳＴＥＭ（伝熱凝固プログラム）を用いて計算した。ここでは、上記表１に示す成分のスラブサンプルの各種試験により採取した物性値(比熱、凝固潜熱、熱伝導度、密度等)に基づき、下記表２に示す連続鋳造機の冷却条件（鋳造速度、比水量）と鋳造後の冷却条件を元に、境界条件として、鋳片表面とミスト、大気、ロールそれぞれの熱伝達係数を温度の関数として与えた。また、連続鋳造機の最終ロールを通過した直後のスラブ表面温度および、鋳造後の冷却時におけるスラブ表面温度を測定し、計算によって得られた表面温度履歴が実測値に合うようにスラブ表面の熱伝達係数を補正した。連続鋳造機の最終ロールとは、鋳型直下から鋳造方向に連なるロール群の内、鋳型から最も鋳造距離が大きい位置にあるロールである。また、後述する内部応力の解析において、スラブの幅方向中央、厚さ方向中央、且つ長手方向中央の位置で内部応力が最大となったことから、冷却速度として、スラブの幅方向中央、厚さ方向中央、且つ長手方向中央の位置の冷却速度を採用した。以下において、スラブの幅方向中央、厚さ方向中央、且つ長手方向中央位置の冷却速度を、「スラブの軸心冷却速度」又は単に「軸心冷却速度」と称することがある。
【００３４】
【表２】
2020139209.tif 000004
【００３５】
<内部応力>
汎用ソフトウェアのＡＢＡＱＵＳを用いて、数値解析により、内部応力を求めた。このとき、上述したＣＡＳＴＥＭで計算された鋳片の温度分布を与え、その温度と冷却速度に応じた物性値(応力−歪関係、線膨張係数)を逐次与えることで、鋳片内の応力分布を計算した。この解析により、内部応力は、スラブの幅方向、厚さ方向、および長手方向のうち長手方向の内部応力が最大となることがわかった。また、スラブの幅方向、厚さ方向、および長手方向の内部応力はそれぞれ幅方向中央、厚さ方向中央、および長手方向中央で最大となることがわかった。
【００３６】
冷却速度ＣＲと室温での内部（残留）応力δから、内部応力δは冷却速度ＣＲに依存することがわかった。このことから、冷却速度ＣＲを制御することにより、内部応力δを制御できることがわかった。
【００３７】
冷却速度ＣＲと内部応力δの関係、および、図４に示す内部応力δと内部割れ長さＬと置き割れ発生の有無との関係から、図５に示す結果が得られた。図５には、内部応力δと、内部割れ長さＬと、冷却速度ＣＲと、置き割れ発生の有無との関係を示している。
【００３８】
図５に示す曲線は、置き割れが発生しない室温での最大内部（残留）応力δを示す曲線でもあり、置き割れが発生しない最大冷却速度ＣＲを示す曲線でもある。曲線の上側の範囲は、「置き割れが発生する範囲」であり、曲線の下側の範囲は、「置き割れが発生しない範囲」である。内部割れ長さＬによって、置き割れが発生しない冷却速度ＣＲの範囲が異なる。図５から、内部割れ長さＬに応じて、冷却速度ＣＲが「置き割れが発生しない範囲」になるように、冷却速度ＣＲを制御することにより、置き割れの発生を抑制することができると考えられる。
【００３９】
上記知見を確認するため、以下の実験を行った。
表３に示す鋳造速度および比水量でスラブを鋳造した。鋳片引き抜き開始時は、０．２ｍ／ｍｉｎ.で、約１００秒間、鋳片を引き抜き抜いた。その後、０．１２ｍ／ｍｉｎ.2の加速度で目標鋳造速度まで順次増速させた。鋳造後、スラブを所定の長さに切断し、室温で、表３に示すスラブ冷却状態になるように準備した。具体的には、スラブが連続鋳造機の最終ロールを通過した時から５０分以内に、表３に示すスラブ冷却状態になるようにした。その後、表３に示すスラブ冷却状態でスラブを冷却した。表３に示すスラブ冷却状態は、スラブの軸心温度が７００℃から５００℃に至るまでの冷却状態である。その後、スラブを室温になるまで冷却させてから、スラブに置き割れが発生しているか（スラブ折損の有無）を確認した。
【００４０】
【表３】
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【００４１】
以下、表３に示す条件を説明する。
表３に示す鋼種Ａ〜Ｃは、表１および表２に示す鋼種Ａ〜Ｃである。
表３に示す「スラブ冷却状態」を、以下に説明する。
・Ｎｏ.１の「水冷」
スラブをマンボ（枕木）に載せ、スプレーで、１２時間、上方および下方からスラブに散水した。
・Ｎｏ.２とＮｏ.５の「１枚空冷」
１枚のスラブをマンボ（枕木）に載せ、室温で９６時間放置した。
・Ｎｏ.３の「８枚段積み（最上段）」
図６に示すように、８枚のスラブを積み、室温で９６時間放置した。以下において、複数枚のスラブを積むことを「段積み」と称することがある。段積みは、８枚のスラブの幅方向および長手方向の中心が、同一鉛直線状に配置されるようにした。８枚のスラブのうち最上段のスラブに置き割れが発生したかを確認した。
・Ｎｏ.４の「８枚段積み（上から２枚目）」
Ｎｏ.３と同様に、８枚のスラブを積み、室温で９６時間放置した。８枚のスラブのうち上から２枚目のスラブに置き割れが発生したかを確認した。
【００４２】
表３に示す「軸心冷却速度」は、表３に示す冷却状態で冷却しているときのスラブの軸心冷却速度である。「軸心冷却速度」は、伝熱凝固プログラムのＣＡＳＴＥＭを用いて計算した値である。
【００４３】
表３に示す「内部割れ長さＬ」は、以下の方法によって測定した長さである。
鋳造後、所定の長さに切断したスラブを、長手方向に沿って切断した。切断面からサンプルを採取し、サンプルに酸を塗布した。酸により腐食した部分の長さを測定した。この厚さ方向の長さを内部割れ長さＬとした。腐食した部分が複数存在するときは、腐食した部分の長さが最も長いものを、内部割れ長さＬとした。デンドライト樹間でミクロ偏析が大きい部分と内部割れを見分けるのが困難であるため、本方法での検出下限は１０ｍｍである。そのため、１０ｍｍ未満の長さの割れは全て１０ｍｍとして取り扱った。
【００４４】
表３および図７に結果を示している。図７は、図５に、表３に示す結果をプロットしたものである。
【００４５】
表３から、Ｎｏ.１〜４では置き割れが発生しなかったが、Ｎｏ.５では置き割れが発生した。置き割れが発生しなかったＮｏ.１〜４は、図７に示すように、「置き割れが発生しない範囲」に存在した。一方、置き割れが発生したＮｏ.５は、「置き割れが発生する範囲」に存在した。このことから、図７の曲線の下側の範囲は「置き割れが発生しない範囲」であり、図７の曲線の上側の範囲は「置き割れが発生する範囲」であることを確認できた。
【００４６】
上記より、スラブを鋳造後、切断し、冷却する際、スラブの軸心の温度が７００℃から５００℃に至るまで（５００℃以上７００℃以下の範囲において）、内部割れ長さＬに応じて、冷却速度ＣＲが図７に示す「置き割れが発生しない範囲」になるように、冷却速度ＣＲを制御することにより、置き割れの発生を抑制できる。
【００４７】
なお、スラブの軸心温度が７００℃に至るまでは、上述したように、変態応力が発生しないため、スラブに発生する内部応力が小さい。そのため、スラブの軸心冷却速度ＣＲを制御しなくても、置き割れが発生しにくい。そこで、スラブの軸心温度が７００℃に至るまでは、例えば、スラブを放置（空冷）してもよい。１枚のスラブを放置（空冷）した場合、スラブの軸心冷却速度ＣＲは２．５℃／ｍｉｎ.以下である。そのため、スラブの軸心温度が７００℃を超える範囲では、スラブの軸心冷却速度ＣＲを以下のように制御するとよい。
ＣＲ≦２．５℃／ｍｉｎ.
【００４８】
また、スラブの軸心温度が５００℃を下回ったときも、７００℃から５００℃での冷却速度を制御していれば、既に変態が完了しており変態が起こらないか、５００℃以下で変態が発生して内部応力が増加しても置き割れが発生しない内部割れの長さが前提となっている。そのため、スラブの軸心冷却速度ＣＲを制御しなくても、置き割れが発生しにくい。そこで、スラブの軸心温度が５００℃を下回ってからは、冷却速度を制御しなくてもよい。例えば、スラブの軸心温度が５００℃を下回ってからも、５００℃に至るまでの冷却状態を継続してもよい。また、５００℃に至るまでの冷却状態をやめてもよい。
【００４９】
「スラブの軸心冷却速度ＣＲ」は、例えば、スラブの表面温度履歴（例えば、スラブ表面の冷却速度）から伝熱計算により算出することができる。また、「スラブの軸心冷却速度ＣＲ」は、例えば、スラブの鋳造条件、鋳造後の冷却条件等が決まれば、それらの条件に応じて算出することができる。例えば、「スラブの軸心冷却速度ＣＲ」として、（温度Ａと温度Ｂの温度差）／（温度Ａから温度Ｂとなる時間）によって得られた値を使用してもよい。「スラブの軸心温度が７００℃から５００℃に至るまでのスラブの軸心冷却速度ＣＲ」（スラブの軸心温度が５００℃以上７００℃以下におけるスラブの軸心冷却速度ＣＲ）は、例えば、鋳造後、スラブを７００℃から５００℃に至るまで冷却するときの荷姿（例えば、表３に示す「スラブ冷却状態」）、その荷姿にするまでの時間等によって、操業毎に制御可能である。
【００５０】
「スラブの軸心温度」は、ＣＡＳＴＥＭ（伝熱凝固プログラム）を用いて計算したが、一般的な伝熱凝固計算により、例えば、市販のコードにより計算によって求められる。「スラブの軸心温度」とは、スラブの幅方向中央、厚さ方向中央、且つ長手方向中央の温度であり、スラブにおいて最も温度が高い位置の温度である。本実施形態では、スラブの内部に発生する応力を制御しようとしており、内部応力を制御するのは冷却速度である。その内部応力が最大となるのがスラブ軸心部であるため、スラブの冷却速度として「スラブの軸心冷却速度」を採用している。そのため、スラブの温度として、「スラブの軸心温度」を採用している。
【００５１】
「内部割れ長さＬ」は、例えば、スラブの鋳造条件（鋳造速度、比水量、スラブサイズ、ロールスタンドの使用状況等）を基に推測される長さでもよい。「内部割れ長さＬ」は、例えば、鋳造後のスラブの切断面において測定された実測値でもよい。複数の内部割れが発生した場合、最も長い内部割れ長さを「内部割れ長さＬ」とする。
また、例えば、「内部割れ長さＬ」として推測された長さが存在する場合、その長さを推測するために用いた鋳造条件と同じ鋳造条件でスラブを鋳造するとき、そのスラブの「内部割れ長さＬ」を、すでに存在する推測された長さとしてもよい。例えば、「内部割れ長さＬ」の実測値が存在する場合、その実測値が得られた鋳造条件と同じ鋳造条件でスラブを鋳造するとき、そのスラブの「内部割れ長さＬ」を上記実測値としてもよい。
【００５２】
上記知見を基に、具体的な冷却方法を検討した。
【００５３】
本実施形態の高張力鋼を、通常の鋳造条件で鋳造した場合、内部割れ長さＬは最大５０ｍｍ程度と想定される。そのため、本実施形態では、内部割れ長さＬが５０ｍｍ以下のときに置き割れを抑制できる冷却方法を検討した。
【００５４】
スラブが７００℃から５００℃に至るまで冷却するときの冷却条件を変えた実験を行った。冷却条件を変えることにより、スラブの軸心冷却速度が変わる。表３及び表４に、スラブの鋳造条件および冷却状態を示している。
【００５５】
【表４】
2020139209.tif 000006
【表５】
2020139209.tif 000007
【００５６】
以下に、表５に示す冷却条件を説明する。本実験では、段積みしたスラブの幅方向および長手方向の中心が、同一鉛直線状に配置されるようにした。以下において、置き割れ発生の有無を確認するスラブを「対象スラブ」と称する。
【００５７】
対象スラブが、段積された複数のスラブのうち最上段および最下段を除くスラブである場合、「段積みまでの時間」は、スラブが最終ロールを通過した時点から、スラブを段積みする過程において、対象スラブの上に他のスラブが積まれたときまでの時間である。
対象スラブが、段積みされた複数のスラブのうち最上段のスラブである場合、「段積みまでの時間」は、スラブが最終ロールを通過した時点から、スラブを段積みする過程において、対象スラブが積まれるまでの時間である。
例えば、３枚のスラブを３段に積み、対象スラブが中段スラブである場合、「段積みまでの時間」は、スラブが最終ロールを通過した時点から、中段スラブの上面に最上段スラブが載せられたときまで（中段スラブの上下面が他のスラブと接触する状態になったときまで）の時間である。また、複数枚のスラブを段積みし、対象スラブが最上段スラブである場合、「段積みまでの時間」は、スラブが最終ロールを通過した時点から、対象スラブ（最上段スラブ）がその下のスラブの上面に載せられたときまで（最上段スラブの下面が他のスラブと接触する状態になったときまで）の時間である。
【００５８】
「接触面」は、対象スラブが他のスラブと接触した面である。「上」は、対象スラブの上側の広面であり、「下」は、対象スラブの下側の広面である。スラブの広面とは、図１に示すように、スラブの長手方向に平行な４面のうち面積の大きい２面である。Ｎｏ.６およびＮｏ.７では、「接触面」が「上下」であることから、Ｎｏ.６およびＮｏ.７の対象スラブの上側の広面と下側の広面は他のスラブに接している。Ｎｏ.８では、「接触面」が「下」であることから、Ｎｏ.８では、対象スラブの下側の広面だけが他のスラブに接している。Ｎｏ.８の対象スラブは、段積みされたスラブのうち最上段のスラブである。
【００５９】
対象スラブが、段積された複数のスラブのうち最上段および最下段を除くスラブである場合、「段積み維持時間」は、対象スラブの上下面が他のスラブと接している状態が維持されている時間である。言い換えると、対象スラブが、段積された複数のスラブのうち最上段および最下段を除くスラブである場合、「段積み維持時間」は、対象スラブの上面に他のスラブが積まれたときから（対象スラブの上下面が他のスラブと接触する状態になったときから）、対象スラブの上に積まれたスラブを外したときまで（対象スラブの上面が他のスラブと接触しなくなったときまで）の時間である。
対象スラブが、段積された複数のスラブのうち最上段のスラブである場合、「段積み維持時間」は、対象スラブの下面が他のスラブと接している状態が維持されている時間である。言い換えると、対象スラブが、段積された複数のスラブのうち最上段のスラブである場合、「段積み維持時間」は、対象スラブが他のスラブの上面に積まれたときから（対象スラブの下面が他のスラブと接触する状態になったときから）、対象スラブを外したときまで（対象スラブの下面が他のスラブと接触しなくなったときまで）の時間である。
例えば、３枚のスラブを段積みし、対象スラブが中段スラブ（２段目のスラブ）であるとき、「段積み維持時間」は、３枚のスラブの段積みが完成したときから、最上段のスラブを外すときまでの時間である。また、複数枚のスラブを段積し、対象スラブが最上段スラブであるとき、「段積み維持時間」は、対象スラブ（最上段スラブ）が他のスラブの上面に載せられたときから（対象スラブの下面が他のスラブと接触する状態になったときから）、対象スラブを外したときまでの時間である。
【００６０】
「重なり率」は、「対象スラブの上側の広面（一方の広面）と下側の広面（他方の広面）の合計面積」に対する、「上側の広面（一方の広面）がその上に配置されたスラブと接触する面積および下側の広面（他方の広面）がその下に配置されたスラブと接触する面積の合計」の比率である。
１枚のスラブの上側の広面（一方の広面）の面積と下側の広面（他方の広面）の面積は同様に扱ってよい。例えば、段積みした複数のスラブの幅方向および長手方向の中心が、同一鉛直線状に配置される場合、対象スラブの上側広面の面積をＳ01、対象スラブの下側広面の面積をＳ02、対象スラブの上に配置されたスラブの下側広面の面積をＳ1、対象スラブの上に配置されたスラブの上側広面の面積をＳ2としたとき、重なり率はこれらの面積から求めることができる。
【００６１】
図８に、３段のスラブを積んだ例を示している。３段のスラブは、スラブの幅方向および長手方向の中心が同一鉛直線状に位置するように、段積みされている。３段のスラブのうち中段スラブを対象スラブとした場合の重なり率を説明する。
（ケース１）
上段スラブ、下段スラブともに中段スラブ（対象スラブ）より大きい広面面積のスラブで段積みしている場合、Ｓ1＞Ｓ01、Ｓ2＞Ｓ02である。この場合、中段スラブの上側広面の全面が上段スラブと接触し、中段スラブの下側広面の全面が下段スラブと接触している。ケース１の重なり率は、以下の式によって表される。
重なり率＝１００× （Ｓ01+Ｓ02）／（Ｓ01+Ｓ02）
＝１００
（ケース２）
上段スラブが中段スラブ以下の広面面積のスラブで、下段スラブが中段スラブ以上の広面面積のスラブで段積みしている場合、Ｓ1≦Ｓ01、Ｓ2≧Ｓ02である。この場合、中段スラブの上側広面の一部が上段スラブの下側広面の全面と接触している。中段スラブの下側広面の全面が下段のスラブと接触している。この場合、ケース２の重なり率は、以下の式によって表される。
重なり率＝１００× （Ｓ1＋Ｓ02）／（Ｓ01+Ｓ02）
なお、上段スラブが中段スラブ以上の広面面積のスラブで、下段スラブが中段スラブ以下の広面面積のスラブで段積みしている場合、Ｓ1≧Ｓ01、Ｓ2≦Ｓ02である。この場合、重なり率は、１００× （Ｓ01＋Ｓ2）に／（Ｓ01+Ｓ02）である。
（ケース３）
上段スラブ、下段スラブともに中段スラブより小さい広面面積のスラブで段積みしている場合、Ｓ1＜Ｓ01、Ｓ2＜Ｓ02である。この場合、中段スラブの上側広面の一部が上段スラブの下側広面の全面と接触している。中段スラブの下側の広面の一部が下段スラブの上側広面の全面と接触している。この場合、ケース３の重なり率は、以下の式によって表される。
重なり率＝１００× （Ｓ1＋Ｓ2）／（Ｓ01+Ｓ02）
【００６２】
「内部割れ長さ」は、鋳造条件を基に推測した。
「内部応力」は、汎用ソフトウェアのＡＢＡＱＵＳを用いて数値解析により計算した。
【００６３】
「置き割れ発生の有無」は、以下の方法によって判断した。
Ｎｏ.６〜８の内部割れ長さＬは、５０ｍｍ以下である。図７から、内部割れ長さＬが５０ｍｍ以下であるとき、置き割れの発生を抑制できる内部応力は１７７ＭＰａ以下である。このことから、内部割れ長さＬが５０ｍｍ以下のとき、内部応力が１７７ＭＰａ以下であれば、置き割れは発生しない。
そのため、内部応力が１７７ＭＰａ以下である場合、置き割れの発生を抑制できると判断し、表５に「○」と示した。一方、内部応力が１７７ＭＰａを超える場合、置き割れの発生を抑制できないと判断し、表５に「×」と示した。
【００６４】
図９に結果を示している。図９の縦軸は内部応力であり、図９の横軸は重なり率である。図９に、Ｎｏ.６〜８の近似曲線を示している。Ｎｏ.６〜８では、上述したように、内部割れ長さＬは５０ｍｍ以下であるため、置き割れの発生を抑制できる内部応力は１７７ＭＰａ以下である。そのため、図９において、内部応力が１７７ＭＰａ以下の範囲で、置き割れの発生を抑制できると考えられる。
【００６５】
図９から、Ｎｏ.６〜８の近似曲線において、重なり率が６０％のとき、内部応力が１７７ＭＰａより小さい。このことから、置き割れの発生を抑制できる範囲と抑制できない範囲との境界を、重なり率が６０％のときと考え、重なり率が６０％以上のとき、置き割れの発生を抑制できると考えられる。
【００６６】
上記知見を確認するため、表４および下記表６に示す条件で、スラブを鋳造した後、冷却した。表６に示すＮｏ.９〜Ｎｏ.１１では、スラブを段積みしたが、Ｎｏ.１２では、１枚のスラブを室温になるまで放置した（空冷）。
【００６７】
【表６】
2020139209.tif 000008
【００６８】
表６に示す「置き割れ発生の有無」は、以下の方法で判断した。
<Ｎｏ.９〜Ｎｏ.１２>
スラブを鋳造後、室温まで冷却した後、スラブに置き割れが発生しているかを確認した。Ｎｏ.９〜Ｎｏ.１１では、置き割れが発生していなかったため、表６に「○」と示している。Ｎｏ.１２では、置き割れが発生したため、表６に「×」と示している。
【００６９】
表６から、以下のことがわかった。
重なり率が６０％以上のＮｏ.９〜１１では、置き割れの発生を抑制できたが、重なり率が６０％未満のＮｏ.１２では、置き割れの発生を抑制できなかった。このことから、重なり率が６０％以上のとき、置き割れの発生を抑制できることを確認できた。
【００７０】
上記より、スラブを冷却する際、スラブの軸心温度が７００℃から５００℃に至るまで、対象スラブの重なり率が６０％以上になるようにスラブを段積みした状態にする。これにより、置き割れの発生を抑制できる。
【００７１】
また、以下の理由から、対象スラブの重なり率が６０％以上になるようにスラブを段積みした状態を８時間以上維持する。
対象スラブの重なり率が高いほど、冷却速度が遅い。重なり率が最も高い１００％のとき、冷却速度が最も遅い。表３において、Ｎｏ.４は、重なり率が１００％の実験である。このときの冷却速度は０．４４℃／ｍｉｎ.であった。この冷却速度で、スラブの軸心温度が７００℃から５００℃に至るまでに、（７００−５００）／０．４４＝４５５分かかる。冷却速度が最も遅いときに４５５分かかることから、それより速い冷却速度で冷却した場合、４５５分未満で、スラブの軸心温度が７００℃から５００℃にまで下がる。
【００７２】
重なり率が６０％以上になるように段積みした場合の冷却速度は、重なり率が１００％の冷却速度と同等またはそれより速い。そのため、段積みによる冷却を４５５分以上行うことにより、スラブの軸心温度が７００℃から５００℃にまで下がる。
【００７３】
上記より、対象スラブの重なり率が６０％以上になるようにスラブを段積みした状態を、８時間以上維持する。これにより、スラブの軸心温度が７００℃から５００℃にまで下がる。その後は、スラブを段積みしたままでもよく、段積みをやめてもよい。
【００７４】
ここで、「対象スラブの重なり率が６０％以上になるようにスラブを段積みした状態」とは、段積されるスラブのうち少なくとも対象スラブの重なり率が６０％以上になるようにスラブを段積みした状態である。「対象スラブの重なり率が６０％以上になるようにスラブを段積みした状態」とは、対象スラブの重なり率が６０％以上であれば、全てのスラブが段積みされていなくてもよく、全てのスラブが段積みされていてもよい。また、「対象スラブの重なり率が６０％以上になるようにスラブを段積みした状態」とは、対象スラブの重なり率が６０％以上であれば、スラブを段積みしている途中でもよい。対象スラブの枚数は、１枚でもよく、２枚以上でもよい。例えば、４枚のスラブが４段に段積みされ、上から３段目のスラブが対象スラブである場合、上から２段目のスラブが積まれたときに、３段目のスラブ（対象スラブ）の重なり率が６０％以上になる。この場合、「対象スラブの重なり率が６０％以上になるようにスラブを段積みした状態」とは、上から２段目のスラブが積まれていれば、最上段のスラブが積まれていなくてもよく、最上段のスラブが積まれていてもよい。
【００７５】
段積みを開始するタイミングは、スラブの切断後であれば特に限定されない。しかし、「対象スラブの重なり率が６０％以上になるようにスラブを段積みした状態」にするのは、以下の理由から、スラブが連続鋳造機の最終ロールを通過してから５０分以内とする。
【００７６】
置き割れが発生しないようにするためには、スラブの軸心温度が７００℃になったとき、対象スラブの重なり率が６０％以上である状態で冷却が行われていなければならない。したがって、スラブの軸心温度が７００℃に至る前に、「対象スラブの重なり率が６０％以上になるようにスラブを段積みした状態」にすることが好ましい。
【００７７】
通常の鋳造条件でスラブを鋳造した場合、連続鋳造機の最終ロールにおけるスラブの軸心温度は８００℃を上回る。例えば、鋳造速度が１．０ｍ／ｍｉｎ.と遅く、比水量が４．０Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌと多い条件で鋳造したとき、連続鋳造機の最終ロールにおけるスラブの軸心温度は、伝熱凝固計算により８２７℃である。鋳造速度が遅いほど、比水量が多いほど、軸心温度は低下しやすいため、上記の条件より、鋳造速度が速く、比水量が少ない条件では、軸心温度がさらに高いと考えられる。鋳造速度が遅く、比水量が多い条件でも、軸心温度が８００℃を上回ることから、鋳造速度が速く、比水量が少ない条件では、軸心温度が８００℃を確実に上回る。そのため、通常の鋳造条件でスラブを鋳造した場合、連続鋳造機の最終ロールにおけるスラブの軸心温度は８００℃を上回る。
【００７８】
スラブを放置した場合（空冷）、スラブの軸心冷却速度は１．９２℃／分である。この場合、スラブの軸心温度が８００℃から７００℃に至るのに、（８００−７００）／１．９２≒５２分かかる。この時間が過ぎると、スラブの軸心温度が７００℃を下回ることがある。そのため、スラブが連続鋳造機の最終ロールを通過してから５０分以内に、対象スラブの重なり率が６０％以上になっているように、スラブを段積みする。
これにより、スラブの軸心温度が７００℃になったときから、対象スラブの重なり率が６０％以上となった状態で、対象スラブが冷却される。
【００７９】
以上より、本実施形態の高張力鋼のスラブの内部割れの長さが５０ｍｍ以下であるとき、以下の方法によって、スラブを室温になるまで冷却する。
スラブが連続鋳造機の最終ロールを通過してから、スラブを切断し、対象スラブの重なり率が６０％以上になるようにスラブを段積みする。スラブが連続鋳造機の最終ロールを通過してから５０分以内に、対象スラブの重なり率が６０％以上になっているようにする。その後、対象スラブの重なり率が６０％以上になった状態を、８時間以上維持する。言い換えると、対象スラブの重なり率が６０％以上になっているようにスラブを段積みした状態を、８時間以上維持する。
「重なり率」とは、段積みされた複数のスラブにおいて最上段と最下段のスラブを除く少なくとも１枚のスラブについて、「スラブの一方の広面と他方の広面の合計面積」に対する、「上側の広面（一方の広面）がその上に配置されたスラブと接触する面積および下側の広面（他方の広面）がその下に配置されたスラブと接触する面積の合計」の比率である。
【００８０】
上述した方法により、スラブを冷却した際、スラブの軸心温度が７００℃から５００℃に至るまで、スラブの軸心冷却速度ＣＲが、図６に示す「置き割れが発生しない範囲」に存在するように、軸心冷却速度ＣＲを制御することができる。これにより、本実施形態の高張力鋼のスラブに置き割れが発生することを抑制することができる。
【００８１】
上述した冷却方法を実施したときの「スラブの軸心温度と時間の関係」の一例を、図１０に示している。図１０の「Ａ」は、スラブが連続鋳造機の最終ロールを通過した時である。図１０の「Ａ」では、スラブの軸心温度は８００℃を上回っている。「Ａ」の後、スラブを段積みし、「Ａ」から５０分以内の「Ｂ」で、対象スラブの重なり率が６０％以上になる。「Ｂ」では、スラブの軸心温度が７００℃を上回っている。「Ｂ」では、全てのスラブの段積みが完了していてもよく、全てのスラブの段積みが完了していなくてもよい。「Ｂ」から８時間以上、対象スラブの重なり率が６０％以上になった状態を維持する。言い換えると、「Ｂ」から８時間以上、対象スラブの重なり率が６０％以上になるようにスラブを段積みした状態を維持する。これにより、スラブの軸心温度が５００℃を下回る。この後は、スラブを段積みした状態を維持してもよく、段積みをやめてもよい。
【００８２】
図１０では、「Ａ」で、スラブの軸心温度が８００℃を上回っているが、「Ａ」で、スラブの軸心温度が８００℃であってもよい。また、図１０では、「Ｂ」で、スラブの軸心温度が７００℃を上回っているが、「Ｂ」で、スラブの軸心温度が７００℃であってもよい。
【００８３】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
Ｘ      スラブ
【図１】
2020139209.tif 000009
【図２】
2020139209.tif 000010
【図３】
2020139209.tif 000011
【図４】
2020139209.tif 000012
【図５】
2020139209.tif 000013
【図６】
2020139209.tif 000014
【図７】
2020139209.tif 000015
【図８】
2020139209.tif 000016
【図９】
2020139209.tif 000017
【図１０】
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