(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ濃度が０．０７ｗｔ％以下で、Ｍｎ濃度とＳ濃度との比が５０以下の成分である連続鋳造鋳片の直送圧延方法であって、鋳片の凝固率が１０〜５０％の鋳片を１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で連続鋳造機内で冷却して、その表面温度を７００℃以下まで低下させると共に７００℃以下で１５秒間以上６０秒間以下に保持し、次いで、冷却速度を調整して鋳片表面を９００℃以上に復熱させた後に鋳片を平板状に矯正し、その後、この鋳片を連続鋳造機出側の切断機にて所定長さに切断し、切断後３０分以内に熱間圧延することを特徴とする連続鋳造鋳片の直送圧延方法。
【請求項２】
前記連続鋳造機が垂直曲げ型の連続鋳造機であり、連続鋳造機の上部矯正帯を通過するまでに鋳片表面温度を７００℃以下まで低下させることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造鋳片の直送圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造機により鋳造された無手入れの高温鋳片を直接熱間圧延する、あるいは表面温度を中心温度と同じにする程度の保温・加熱を行った後に熱間圧延して鋼板を製造する、所謂直送圧延方法に関し、詳しくは、表面性状に優れた鋼板を製造することができる直送圧延方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造鋳片の表層部には、縦割れ、横割れ、ノロカミ、ブローホール等の表面欠陥があり、連続鋳造鋳片を無手入れのまま直送圧延する場合、鋳片にはこれらの表面欠陥が無いことが前提条件であり、そのため、これらの表面欠陥を回避するために様々な技術が開発されて直送圧延が実施されている。
【０００３】
しかし、連続鋳造鋳片の直送圧延を行う上で最も重要なことは、鋳造した鋳片を熱間圧延が可能な温度で圧延機に搬送すること、換言すれば連続鋳造機でいかにして鋳片温度を高く維持するかである。鋳造した鋳片を全く加熱せずに熱間圧延できれば、直送圧延の省エネルギー効果が最大となる。そのため、連続鋳造機では二次冷却を弱めてできるだけ鋳片温度が低下しないようにして圧延温度を確保している。
【０００４】
しかし、鋳造から熱間圧延まで鋳片が高温のまま保持されると、相変態の機会がないので、鋳片には凝固時に生成した粒径が数ｍｍのオーステナイト組織がそのまま残留する。又、オーステナイト粒界には溶質元素が偏析し、析出物が形成されている。このように、結晶粒が大きく且つ結晶粒界に析出物が形成されるため、オーステナイト粒界が脆くなり、熱間強度が低下し、熱間圧延時に割れを発生して鋼板の表面疵となる。
【０００５】
この問題を解決する手段として、特開平２−３７９４１号公報には連続鋳造機の矯正点までの二次冷却ゾーンで、鋳片表面温度を一旦フェライト相析出温度まで下げてフェライト相を析出させ、その後復熱させて再度オーステナイト領域まで昇温させ、鋳片表層部のオーステナイト粒径を０．５ｍｍ以下として熱間圧延する直送圧延方法が開示されている。同号公報によれば、鋳片の割れ感受性を弱めることができ、鋼板の表面割れが防止可能としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平２−３７９４１号公報では鋳片の冷却速度、フェライト相析出温度での保持時間、フェライト相析出温度まで冷却時の鋳片の凝固率等の条件が明確でなく、場合によっては相変態を起こすことができなかったり、又、鋳片を過剰に冷却して鋳片温度を下げ過ぎ、省エネルギー効果を損なう場合が発生する。
【０００７】
更に、本発明者等の検討結果では、オーステナイト領域に復熱後、その温度で長時間保持すると、粒界への溶質元素の再分配により粒界偏析が再度起こり、鋼板の表面疵が発生することを確認しており、従って、オーステナイト領域に復熱してから熱間圧延までの時間を規定する必要があるが、同号公報ではこれを規定しておらず、鋼板に表面疵を発生させる危険性がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、連続鋳造鋳片を直送圧延して鋼板を製造する際に、鋼板に表面疵を発生させることなく、又、鋳造後の鋳片加熱を必要としない程度まで鋳片温度を高めることができる連続鋳造鋳片の直送圧延方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による連続鋳造鋳片の直送圧延方法は、Ｃ濃度が０．０７ｗｔ％以下で、Ｍｎ濃度とＳ濃度との比が５０以下の成分である連続鋳造鋳片の直送圧延方法であって、鋳片の凝固率が１０〜５０％の鋳片を１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で連続鋳造機内で冷却して、その表面温度を７００℃以下まで低下させると共に７００℃以下で１５秒間以上６０秒間以下に保持し、次いで、冷却速度を調整して鋳片表面を９００℃以上に復熱させた後に鋳片を平板状に矯正し、その後、この鋳片を連続鋳造機出側の切断機にて所定長さに切断し、切断後３０分以内に熱間圧延することを特徴とするものである。
【００１０】
第２の発明による連続鋳造鋳片の直送圧延方法は、第１の発明において、前記連続鋳造機が垂直曲げ型の連続鋳造機であり、連続鋳造機の上部矯正帯を通過するまでに鋳片表面温度を７００℃以下まで低下させることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明では、Ｃ濃度が０．０７ｗｔ％以下で、且つ、Ｍｎ濃度（ｗｔ％）とＳ濃度（ｗｔ％）との比（Ｍｎ／Ｓ）が５０以下の成分を有する鋼を対象とする。Ｍｎ／Ｓが５０以下の鋼では、凝固後の冷却時に析出する硫化物がＦｅとＭｎの複合硫化物（（Ｆｅ・Ｍｎ）Ｓ）になり、溶質元素が偏析する結晶粒界ではこの複合硫化物が生成し易い。この複合硫化物は複合硫化物中のＦｅ濃度により熱間圧延温度で液相となることがある。そのため、Ｍｎ／Ｓが５０以下の鋼は圧延中に特に割れ易く、製品欠陥が発生して歩留まりが低下するという問題が大きく、本発明はこの問題を解決するものである。又、Ｃ濃度を０．０７ｗｔ％以下に限定した理由は、直送圧延には強度が低くて加工性が良い鋼が適しており、Ｃ濃度が０．０７ｗｔ％以下になるとこの条件を満たすためである。
【００１２】
本発明では表面温度が７００℃以下になるまで鋳片を冷却して、鋳片表層部をフェライト（以下「α」と記す）相に一旦相変態させる。その際、７００℃以下で１５秒間以上保持することで、少なくとも表層部はα相に相変態して熱間圧延時の表面疵を防止することを確認している。次いで、冷却速度を弱めて未凝固相の有する潜熱及び顕熱を利用して鋳片を９００℃以上に復熱させ、α相をオーステナイト（以下「γ」と記す）相に相変態させる。このγ→α→γ変態により鋳片表層部の結晶粒は凝固時の結晶粒に較べて大幅に微細化される。又、γ相の再結晶化によりγ粒が新たに生成することで、再結晶後の結晶粒界は凝固時に生成した結晶粒界とは異なる位置になる。
【００１３】
その結果、鋼の高温脆化を大幅に改善することができる。しかし、この効果は再結晶後高温のまま長時間保持すると低下する。この理由は、再結晶後に高温のまま長時間保持すると、粒界への溶質の再分配により粒界偏析が再度起こり、圧延時の鋳片温度の降下により前述のＦｅとＭｎの複合硫化物が析出し、これが凝固後の冷却過程で生成するＦｅとＭｎの複合硫化物と同様に圧延時の鋼板に割れを発生させるためである。
【００１４】
溶質の再分配が激しくなる前に圧延を開始すれば、圧延中に鋳片温度が降下しても複合硫化物の析出は少なく、圧延時の割れを防止できる。そこで、高温状態で鋳片を保持した時、粒界に再度溶質元素が再分配されるまでの時間を高温引張試験により調査した。
【００１５】
試験は次のようにして行った。Ｃ；０．０４ｗｔ％、Ｓｉ；０．０１ｗｔ％、Ｍｎ；０．２２ｗｔ％、Ｐ；０．０１２ｗｔ％、Ｓ；０．０８ｗｔ％、ｓｏｌ．Ａｌ；０．０３２ｗｔ％の鋳片から切り出して作製した引張試験片を室温から１４２０℃（δ相域）まで加熱して溶体化処理した後、一旦７００℃に冷却した。その後再度加熱して１２５０℃に所定時間保持した。その後１１００℃まで冷却して引張試験を行った。１２５０℃における保持時間と引張試験における断面収縮率との関係から溶質元素の再分配を判定した。
【００１６】
調査結果を図１に示す。図１に示すように１２５０℃における保持時間が長くなるにしたがい、試験片の断面収縮率、即ち延性が低下し、３０分以上保持すると断面収縮率は５０％以下になり脆化が激しくなる。本発明では連続鋳造機出側の切断機で鋳片を切断後、３０分以内に熱間圧延を行うので、溶質の再分配による脆化を防止することができる。
【００１７】
本発明では凝固率が１０〜５０％の、内部に未凝固相を有する鋳片を強冷却するので、未凝固相の潜熱及び顕熱により復熱時の温度上昇量を大きくすること、換言すれば、高い鋳片温度で熱間圧延機に搬送することができる。尚、凝固率とは鋳片厚みの半分に対する凝固殻厚みの比率を百分率で表示したものであり、本発明において凝固率を１０〜５０％の範囲に限定した理由は、鋳型内の凝固を考慮すると凝固率が１０％未満の状態の鋳片を強冷却することが実質的に不可能であり、又、凝固率が５０％を越えると復熱が少なくなり、鋳片を加熱することなく熱間圧延することが困難になるためである。
【００１８】
そして、冷却速度が１０℃／ｓｅｃ以上の強冷却で鋳片を冷却するので、鋳片内部の温度を低下することなく、鋳片表層部のみを効率良く冷却することができ、鋳片全体の熱容量を高く維持することができる。又、７００℃以下の温度での保持時間は１５秒間を確保すれば良く、この保持時間が短いので総抜熱量が少なく、その後の復熱に及ぼす影響は極めて少なく、鋳片を高い温度に復熱させることができる。
【００１９】
湾曲型連続鋳造機や垂直曲げ型連続鋳造機では、連続鋳造機の湾曲部内の鋳片は矯正帯で円弧状から平板状に矯正された後に切断される。この矯正時に矯正応力により鋳片に横割れが発生することがある。本発明で対象とする鋼は本来矯正応力による横割れの発生が少ないが、本発明では鋼の脆性域より高温側の９００℃以上に復熱させてから矯正するので、横割れを完全に防止することができる。
【００２０】
垂直曲げ型の連続鋳造機は介在物の浮上性に優れており、直送圧延の省エネルギー効果を高めるため、高速鋳造を行っても高品質の鋳片を鋳造することができるので、垂直曲げ型の連続鋳造機を用いることが好ましい。そして、垂直曲げ型連続鋳造機を用いた場合、鋳片の十分な復熱量を確保するために、上部矯正帯を通過するまでに鋳片表面温度を７００℃以下まで低下させることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明を説明する。図２は本発明の実施の形態の例を示す図であって、垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機の側面概要図である。
【００２２】
Ｃ濃度が０．０７ｗｔ％以下で、Ｍｎ濃度とＳ濃度との比が５０以下の成分である溶鋼を転炉や二次精錬炉等により溶製し、この溶鋼を図２に示すように連続鋳造機にて鋳造する。
【００２３】
浸漬ノズル５を介して鋳型６内に鋳造された溶鋼は、鋳型６内で冷却されて凝固殻３を形成し、内部に未凝固相２を有する鋳片１として、鋳型６の下方に設けたサポートロール７、ガイドロール８、及びピンチロール９に支持されつつ、ピンチロール９の駆動力により鋳型６の下方に連続的に引き抜かれる。この間鋳片１は複数のガイドロール８からなる上部矯正帯１０で平板状から円弧状に曲げられ、又、複数のガイドロール８からなる下部矯正帯１１で円弧状から平板状に曲げ戻される。鋳片１は、これらのロール間に設けられた水スプレー又はエアーミストスプレーから構成される二次冷却帯（図示せず）で冷却され、下方に引き抜かれつつ凝固殻３の厚みを増大する。
【００２４】
上部矯正帯１０の範囲には鋳片表層部を強冷却するための強冷却装置４が設置されている。強冷却装置４は、例えば水スプレーノズルで構成され、鋳片表面１ｍ２  当たりの１分間の冷却水量が２００〜２０００ｌで、１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で鋳片表面を冷却可能であり、通常の二次冷却帯に較べて鋳片表面を急速に冷却することが可能な装置である。鋳型直下の鋳片１を強冷却すると鋳型６と鋳片１との間隙に冷却水が入ることがあり危険であるので、強冷却装置４の上端は鋳型６の下端から０．５ｍ程度下方とすることが好ましい。尚、強冷却装置４は水スプレーノズルに限るものではなく、例えば鋳片表面に層流の冷却水を流すような冷却方法としても良い。
【００２５】
この強冷却装置４を用いて鋳片表面を急速に冷却し、鋳片表面温度を７００℃以下まで低下させ、７００℃以下で１５秒間以上保持する。保持時間は１５秒間以上であれば上限値は特に限定されないが、冷却し過ぎると鋳片１の温度が下がり、直送圧延の省エネルギー効果が低下するので６０秒程度で十分である。又、強冷却中の鋳片１の凝固率を１０〜５０％の範囲に制御する。図２のように強冷却装置４を鋳型６に近づけた場合には、この条件は容易に達成されるが、強冷却装置４を連続鋳造機の湾曲部に設置した場合には、この条件を満足させるために、鋳片引き抜き速度及び鋳型直下から強冷却装置４までの二次冷却強度を制御して凝固殻３の厚みを調整することが必要である。
【００２６】
鋳片１が強冷却装置４を通過したならば二次冷却強度を調整して、鋳片表面を復熱させる。鋳片１は多量の未凝固相２を内部に有しているので、二次冷却強度を調整することで、未凝固相２の凝固潜熱及び顕熱により容易に復熱する。そして、連続鋳造機の湾曲部で鋳片表面温度が９００℃以上となるまで復熱させ、次いで、下部矯正帯１１で矯正する。
【００２７】
その後、鋳片中心部まで完全に凝固させ、凝固した鋳片１を連続鋳造機出側に設置した切断機（図示せず）で所定長さに切断し、高温の鋳片１を搬送台車等により熱間圧延機に搬送して、鋳片切断後３０分以内に熱間圧延機にて圧延する。尚、鋳片１を熱間圧延機で圧延する前に必要に応じて表面温度を中心温度と同じにする程度の保温・加熱を行っても、又、同調カッターの切断時に形成されるバリを除去しても良い。
【００２８】
このようにして直送圧延を行うことで、表面疵が極めて少なく、表面性状に優れた鋼板を直送圧延により製造することが可能となる。又、一旦鋳片表面を７００℃以下まで低下させるが、その後の復熱により鋳片は容易に９００℃以上となり、鋳造後の鋳片加熱を必要としない程度まで鋳片温度を高めることができる。
【００２９】
尚、上記説明では垂直曲げ型の連続鋳造機について説明したが、矯正帯が一箇所の湾曲型連続鋳造機においても本発明を適用することができる。湾曲型連続鋳造機の場合も強冷却装置４を鋳型付近に設け、凝固率がなるべく小さい時期に強冷却することが好ましい。
【００３０】
【実施例】
垂直部長さが２．８ｍ、連続鋳造機の湾曲部の半径が１０ｍ、連続鋳造機の長さが４２ｍ、上部矯正帯が２．８〜４．０ｍの範囲、下部矯正帯が１８．０〜２２．０ｍの範囲である垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機を用い、Ｃ；０．０３〜０．０５ｗｔ％、Ｓｉ；０．０２ｗｔ％以下、Ｍｎ；０．０１５〜０．２５ｗｔ％、Ｐ；０．００８〜０．０１５ｗｔ％、Ｓ；０．００５〜０．０１５ｗｔ％、ｓｏｌ．Ａｌ；０．０２５〜０．０３８ｗｔ％の化学成分の鋼を厚み２５０ｍｍの鋳片に引き抜き速度２．０〜２．３ｍ／ｍｉｎで鋳造し、この鋳片を熱間圧延して熱延コイルを製造した。尚、上記の垂直部等の長さは鋳型内のメニスカスを起点にした長さである。
【００３１】
その際に、連続鋳造機内の強冷却装置の設置位置をメニスカスから１．５〜４ｍの上部矯正帯までの範囲（水準１）と、４〜８ｍの上部矯正帯を通過後の湾曲部の範囲（水準２）の２水準に変更し、更に、鋳造した鋳片を熱間圧延するまでのルートを、直送圧延する場合（水準Ａ）と一旦加熱炉に装入して１〜４時間加熱してから熱間圧延する場合（水準Ｂ）の２水準で行い、熱延コイルの表面疵に及ぼす影響を調査した。又、比較のために、連続鋳造機で強冷却を行わずに鋳片表面温度を９００℃以上に保持して鋳造（水準３）した鋳片も水準Ａ及び水準Ｂの２水準のルートで搬送して熱間圧延し、熱延コイルの表面疵を調査した。表１に各水準の連続鋳造機における二次冷却条件を示し、表２に各水準の熱間圧延までの鋳片搬送ルートを示す。
【００３２】
【表１】
0003555538.tif 000002
【００３３】
【表２】
0003555538.tif 000003
【００３４】
３水準の二次冷却条件と２水準の鋳片搬送ルートとの組合せにより合計６種のケースで熱延コイルを製造し、製造した熱延コイルの表面疵を調査した。表３に各ケースの連続鋳造から熱間圧延までの組合せを示す。表３に示すように、ケース１及びケース２は二次冷却条件が水準１で、ケース３及びケース４は二次冷却条件が水準２で、ケース５及びケース６は二次冷却条件が水準３であり、又、ケース１、ケース３、及びケース５は鋳片搬送ルートが水準Ａで、ケース２、ケース４、及びケース６は鋳片搬送ルートが水準Ｂである。
【００３５】
【表３】
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【００３６】
図３は、ケース１及びケース２の条件で、強冷却時の鋳片表面温度を７００〜９００℃の範囲に変更して、強冷却時の鋳片表面温度と熱延コイルの表面疵発生指数との関係を調査した結果を示す図である。図３で明らかなように、強冷却により鋳片表面温度を７００℃まで低下させ且つ鋳片切断後直ちに熱間圧延した鋳片では熱延コイルの表面疵が防止されるが、鋳片表面温度が８００℃以上の場合、及び、７００℃まで鋳片表面温度を低下させても鋳片切断後加熱炉に装入した場合には熱延コイルに表面疵が発生した。この結果から、γ→α→γ変態により鋳片表層部の結晶粒を微細化して熱延コイルの表面疵を防止するためには、鋳片を７００℃以下に低下し、その鋳片を鋳片切断から３０分以内に圧延する必要があることが分かった。
【００３７】
図４は、ケース１において強冷却時の鋳片表面温度を７００℃及び８００℃まで低下させ、その温度での保持時間を変化させて保持時間と熱延コイルの表面疵発生指数との関係を調査した結果を示す図である。図４で明らかなように７００℃における保持時間が１５秒間以上になると熱延コイルの表面疵が防止されることが分かる。表面温度を８００℃まで低下した鋳片では保持時間を長くしても疵を防止することができなかった。この結果から、γ→α→γ変態により鋳片表層部の結晶粒を微細化して熱延コイルの表面疵を防止するためには、鋳片を７００℃以下に低下し、その温度で１５秒間以上保持する必要があることが分かった。
【００３８】
図５は、ケース１からケース６の各条件により製造した熱延コイルの表面疵を比較して示す図である。ここで、ケース１〜ケース４では鋳片表面温度を一旦７００℃以下に低下し、その後、その温度で１５秒間以上保持してから復熱させている。ケース３では強冷却装置が鋳型から離れた湾曲部に設置されているので鋳片コーナー部の復熱量が少なく、熱間圧延時の鋳片コーナー部の温度が低めであったが、鋳片を加熱炉に装入したケース２、ケース４、ケース６は当然ながら、直送圧延したケース１及びケース５でも鋳片を加熱することなく熱間圧延することができた。
【００３９】
図５から明らかなように、二次冷却条件を同一として熱延コイルの表面疵を比較すると、加熱炉で加熱したケースの方が表面疵が多発していた。又、γ→α→γ変態のないケース５及びケース６では熱延コイルに表面疵が多発した。ケース３は鋳片コーナーの温度が低く、これが表面疵発生の原因となった可能性があるが、表面疵の発生は抑えられていた。ケース１では切断後鋳片を加熱することなく表面疵の少ない熱延コイルを製造することができ、ケース１が最も優れた製造条件であることが分かった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｃ濃度が０．０７ｗｔ％以下で、Ｍｎ濃度とＳ濃度との比が５０以下の連続鋳造鋳片の直送圧延において、鋳片の凝固組織に起因する熱延コイルの表面疵を完全に防止することが可能となる。又、一旦７００℃以下まで鋳片表面を冷却するものの、限られた範囲で冷却すると共に多量に残留する未凝固相の潜熱及び顕熱を利用して鋳片を復熱させるので、鋳片を加熱することなく直送圧延することができ、省エネルギー効果を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高温引張試験における１２５０℃での保持時間と断面収縮率との関係を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の例を示す図であって、垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機の側面概要図である。
【図３】ケース１及びケース２の条件で強冷却時の鋳片表面温度と熱延コイルの表面疵発生指数との関係を調査した結果を示す図である。
【図４】ケース１において７００℃及び８００℃での保持時間を変化させ、保持時間と熱延コイルの表面疵発生指数との関係を調査した結果を示す図である。
【図５】ケース１からケース６の条件により製造した熱延コイルの表面疵を比較して示す図である。
【符号の説明】
１  鋳片
２  未凝固相
３  凝固殻
４  強冷却装置
５  浸漬ノズル
６  鋳型
７  サポートロール
８  ガイドロール
９  ピンチロール
１０  上部矯正帯
１１  下部矯正帯
【図１】
0003555538.tif 000005
【図２】
0003555538.tif 000006
【図３】
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【図４】
0003555538.tif 000008
【図５】
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