(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳片厚み方向中心部の固相率が０．４以下の時点から鋳片の軽圧下を開始して、鋳片厚み方向中心部が凝固完了するまで軽圧下を継続し、且つ、軽圧下しつつ鋳片厚み方向中心部が凝固完了するまで鋳片表面を強冷却して、この冷却による鋳片の熱収縮速度を０．２５〜１．０ｍｍ／ｍｉｎの範囲に制御することを特徴とする連続鋳造鋳片の中心偏析低減方法。
【請求項２】
前記熱収縮速度と軽圧下速度との和を０．８〜１．８ｍｍ／ｍｉｎの範囲に制御することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造鋳片の中心偏析低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造鋳片の中心部に発生する成分偏析を鋳造工程において低減する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の凝固過程における最終凝固部では、炭素、燐、硫黄等の溶質元素は未凝固相に濃縮される。この濃縮された溶鋼が流動し、集積して凝固すると、溶鋼の初期濃度に比べ格段に高濃度となって成分偏析部が生成される。鋼が凝固すると体積収縮が起こり、この凝固収縮に伴い、連続鋳造の場合には鋳片の引き抜き方向へ溶鋼が吸引されて流動する。連続鋳造鋳片の凝固末期の未凝固相には十分な量の溶鋼が存在しないので、最終凝固部であるデンドライト樹間の濃化溶鋼が流動をおこし、それが鋳片中心部に集積して凝固し、所謂中心偏析が生成される。
【０００３】
中心偏析は鋼製品の品質を劣化させる。例えば、石油輸送用及び天然ガス輸送用のラインパイプ材においては、サワーガスの作用により中心偏析を起点として水素誘起割れが発生し、又、飲料水用の缶製品に用いられる深絞り材においては、成分の偏析により加工性に異方性が出現する。そのため、鋳造工程から圧延工程に至るまで、中心偏析を低減する対策が多数提案されている。
【０００４】
そのなかで、安価に且つ効果的に鋳片の中心偏析を低減する手段として、例えば特開平８−１３２２０３号公報や特開平８−１９２２５６号公報に開示されるように、未凝固鋳片を圧下する（以下「軽圧下」と呼ぶ）方法が提案されている。この軽圧下方法は、鋳片の凝固収縮量に見合った圧下速度で鋳片を徐々に圧下して未凝固相の体積を減少させ、デンドライト樹間の濃化溶鋼の流動を起こさないようにして中心偏析を防止することを目的としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軽圧下方法では圧下速度が速すぎると、デンドライト樹間の濃化溶鋼は鋳造方向とは逆方向に絞り出されて、鋳片中心部には炭素、燐、硫黄等の溶質元素濃度が少ない偏析（この場合は負偏析という）が生成し、一方、圧下速度が遅すぎると、デンドライト樹間の濃化溶鋼の流動を抑制できずに中心偏析が生成する。このように軽圧下方法により濃化溶鋼の流動を防止するための最適条件は非常に限定された条件となる。
【０００６】
又、スラブ鋳片のような扁平比の大きい鋳片では鋳片幅方向の凝固殻厚みは不均一になり易く、鋳片幅方向の凝固の遅れた部分では、周囲のすでに中心部まで凝固した部分が抵抗となって所定量の圧下速度で圧下されず、中心偏析が均一に低減されないという問題点がある。
【０００７】
更に、連続鋳造では鋳片の支持を複数対のロールで行っており、鋳片はロールとロールの間では支持されていないので、凝固殻に作用する溶鋼静圧によりロール間では凝固殻の膨れ（以下「バルジング」と記す）が発生し、このバルジングによる未凝固相の体積変化に伴って溶鋼が流動するため、ロール間で発生するバルジングも中心偏析の原因の１つとなる。そして、軽圧下方法では、ロールを用いているためにロール間ではバルジングが発生し、このバルジングによる中心偏析を防ぎきれないという問題点もある。
【０００８】
一方、需要家からの鋼材品質に対する要求は厳格化を増し、中心偏析の更なる低減化が望まれている。
【０００９】
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、軽圧下方法により連続鋳造鋳片の中心偏析を低減する際に、軽圧下方法の最適条件を拡大することが可能で、且つ、ロール間のバルジングを低減することが可能であり、近年の厳しい品質要求にも対処可能な鋳片を製造することのできる中心偏析低減方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による連続鋳造鋳片の中心偏析低減方法は、鋳片厚み方向中心部の固相率が０．４以下の時点から鋳片の軽圧下を開始して、鋳片厚み方向中心部が凝固完了するまで軽圧下を継続し、且つ、軽圧下しつつ鋳片厚み方向中心部が凝固完了するまで鋳片表面を強冷却して、この冷却による鋳片の熱収縮速度を０．２５〜１．０ｍｍ／ｍｉｎの範囲に制御することを特徴とするものである。その際、熱収縮速度と軽圧下速度との和を０．８〜１．８ｍｍ／ｍｉｎの範囲に制御することで、中心偏析低減効果を一層発揮させることができる。
【００１１】
本発明では、連続鋳造鋳片を軽圧下しながら、鋳片厚み方向中心部が凝固完了するまで鋳片表面を強冷却する。内部に未凝固相を有する連続鋳造鋳片の表面を強冷却することにより、鋳片表面部のみを冷却することができる。例えば、厚みが２５０ｍｍで、表面温度が１０００℃の鋳片を６０秒間強冷却して鋳片表面温度を５００℃にした時の、伝熱計算により求めた鋳片内部の温度分布を図１に示す。
【００１２】
図１に示すように、強冷却することによる熱拡散の影響が現れるのは鋳片表面から約４０ｍｍの範囲までであり、それより内部では鋼の熱伝導率が低いために温度が低下しにくい。図１の場合、強冷却により温度低下した部分の平均温度は約８８０℃であり、冷却前の同じ部分の平均温度は約１０８０℃であるので、６０秒間に約２００℃の温度低下が起こったことになる。そして、鋼の熱収縮率はおおよそ２×１０-5（／℃）であるので、厚み２５０ｍｍの鋳片は約１．０ｍｍ／ｍｉｎの熱収縮速度で、総熱収縮量が１ｍｍで収縮することになる。即ち、強冷却による鋳片凝固殻の熱収縮により未凝固相の体積を減少させ、未凝固相の流動を抑えることができる。この効果は、鋳片断面形状が円形の場合や正方形に近くなるほど顕著になり、スラブ鋳片のように鋳片断面形状が扁平比の大きい長方形では鋳片短辺側でその効果が発揮される。
【００１３】
更に、鋳片を強冷却することで鋳片表層部の温度が低下して、鋳片凝固殻の強度が高まるため、ロール間のバルジングが少なくなり、ロール間バルジングによる未凝固相の流動を抑えることができる。
【００１４】
このように、本発明では未凝固鋳片を軽圧下すると共に、鋳片が凝固完了するまで鋳片表面を強冷却するので、軽圧下による濃化溶鋼の流動抑制効果と熱収縮による濃化溶鋼の流動抑制効果とが重なり合って発揮されると共に、ロール間バルジングも少なくなり、中心偏析を効果的に低減することができる。
【００１５】
更に、スラブ鋳片のような扁平比の大きい鋳片において、仮に鋳片幅方向で凝固遅れが発生しても、本発明の鋳造方法によれば凝固の遅れた部分でも鋳片の熱収縮が作用し、濃化溶鋼の流動が防止されるので、中心偏析を防止することが可能となる。
【００１６】
鋳片の軽圧下は、鋳片厚み方向中心部の固相率が０．４以下の時点から開始して凝固が完了するまで行う。鋳片厚み方向中心部の固相率が０．４を越えてから軽圧下を開始しても、それ以前に流動した濃化溶鋼により中心偏析が発生し、軽圧下の効果を十分に発揮させることができない。
【００１７】
強冷却による熱収縮速度は０．２５〜１．０ｍｍ／ｍｉｎの範囲に制御する必要がある。熱収縮速度が０．２５ｍｍ／ｍｉｎ未満では熱収縮の効果が少なく、中心偏析の低減効果が十分でない。一方、熱収縮速度が１．０ｍｍ／ｍｉｎを越えるように鋳片を冷却するためには、極めて過激な冷却が必要になり、この冷却により表面割れ等の鋳片表面欠陥が発生する虞があり、実用的でない。
【００１８】
又、熱収縮速度と軽圧下速度との和を０．８〜１．８ｍｍ／ｍｉｎの範囲に制御することが好ましい。これらの和が０．８ｍｍ／ｍｉｎ未満では、凝固収縮に伴う濃化溶鋼の流動を十分に阻止することができず、一方、これらの和が１．８ｍｍ／ｍｉｎを越えると、濃化溶鋼は鋳造方向とは逆方向に絞り出され、鋳片中心部には負偏析が生成されることがあるからである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して説明する。図２は、本発明の実施の形態の例を示す図であって、スラブ連続鋳造機の側面概要図である。
【００２０】
図２に示すように、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。鋳片１は、これらのロールを通過する間、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、凝固殻３の厚みを増大して、やがて内部までの凝固を完了する。
【００２１】
連続鋳造機の引き抜き方向下流側には、複数対のロール群からなる軽圧下帯４が設置されており、そして軽圧下帯４の各ロール間には鋳片１を強冷却するための水スプレー１０が配置されている。
【００２２】
種々の鋳造条件において予め伝熱計算等により凝固殻３の厚み及び鋳片厚み方向中心部の固相率を求めておき、軽圧下帯４に入る時点の鋳片厚み方向中心部の固相率が０．４以下になるように、鋳片引き抜き速度及び二次冷却強度等の鋳造条件を調整する。軽圧下帯４の鋳造方向長さは、軽圧下帯４内に入った鋳片１が軽圧下帯４内で鋳片厚み方向中心部まで凝固可能なように、その長さを設定する。軽圧下帯４に入る時の鋳片厚み方向中心部の固相率は０．４以下であれば幾らであっても良い。
【００２３】
軽圧下帯４では水スプレーノズル１０からスプレー水を噴霧して鋳片１が凝固完了するまで鋳片１を急冷する。急冷開始時期は軽圧下開始時期と同一にすることが好ましいが、数秒〜十数秒程度の遅れがあっても又数秒〜十数秒程度速くなっても構わない。そして、この急冷却による冷却開始から凝固完了までの鋳片１の熱収縮速度を０．２５〜１．０ｍｍ／ｍｉｎの範囲に制御する。これは、鋳片１の強冷却開始から凝固完了までの所要時間に基づき、熱収縮速度が０．２５〜１．０ｍｍ／ｍｉｎの範囲となる総熱収縮量を求め、求めた総熱収縮量となるように、急冷却開始時の鋳片表面温度及び鋼の熱収縮率に基づいて強冷却後の鋳片表面温度を算出し、算出した表面温度となる冷却強度で強冷却すれば良い。但しこの計算は伝熱計算を伴う複雑な計算であるので、予め種々の鋳造条件で伝熱計算を行い、上記熱収縮速度の範囲となる冷却条件を定めておくことが好ましい。
【００２４】
更に、熱収縮速度と軽圧下速度との和を０．８〜１．８ｍｍ／ｍｉｎの範囲に制御することが好ましい。これは、例えば軽圧下速度が１．０ｍｍ／ｍｉｎの場合には、熱収縮速度を０．２５〜０．８ｍｍ／ｍｉｎの範囲に制御すれば良く、上述の方法と同様にして冷却条件を定めれば良い。逆に、熱収縮速度を設定した場合には、熱収縮速度と軽圧下速度との和が０．８〜１．８ｍｍ／ｍｉｎとなるように、軽圧下速度を決めれば良い。
【００２５】
このようにして鋳造することで、鋳片１の凝固収縮に伴う濃化溶鋼の流動を阻止することが可能となり、鋳片１の中心偏析を大幅に低減することができる。特にスラブ鋳片の場合、鋳片短辺側は軽圧下の効果が少なく、中心偏析が発生し易いが、本発明によりスラブ幅方向均等に中心偏析を低減することが可能となる。
【００２６】
尚、上記説明はスラブ連続鋳造機に関する説明であるが、本発明はスラブ鋳片に限定されるものでなく、ブルーム連続鋳造機やビレット連続鋳造機にも適用でき、又、鋳片の形状も矩形型に限るものではなく円形であっても良い。更に、鋳片の強冷却用として水スプレーを用いているが、エアーミストスプレー等他の冷却方法であっても良い。
【００２７】
【実施例】
図２示すスラブ連続鋳造機を用い、軽圧下開始時期、熱収縮速度、及び軽圧下速度を変化させて鋳造したスラブ鋳片からサンプルを採取し、各サンプルの中心偏析を調査して、強冷却開始時期、熱収縮速度、及び軽圧下速度の中心偏析に及ぼす影響を調査した。用いた連続鋳造機は、鋳型直下に２．８ｍの垂直部を有し、それに続く湾曲部の半径が１０ｍである垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機である。軽圧下帯を鋳型内溶鋼湯面から１８〜３２ｍの範囲に設置し、炭素濃度が０．０８〜０．１０ｗｔ％の中炭素鋼を、厚み２５０ｍｍ、幅２１００ｍｍの鋳片として引き抜き速度１．４ｍ／ｍｉｎで鋳造した。そして、鋳片厚み方向中心部の固相の晶出開始位置が鋳型内溶鋼湯面から約２０ｍとなり、鋳片厚み方向中心部の完全凝固位置が鋳型内溶鋼湯面から約２８ｍとなるように、軽圧下帯に入る以前の二次冷却強度を調整した。中心偏析は炭素濃度分布に基づき判定した。
【００２８】
図３は、鋳片厚み方向中心部の計算固相率が０．０２、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６となる時点から完全凝固するまで軽圧下しつつ強冷却した時の中心偏析の調査結果である。この場合、軽圧下帯では鋳片厚み方向中心部の計算固相率が前記所定値となるまでは軽圧下せずに鋳片を支持するのみとし、軽圧下後のロール勾配を０．７ｍｍ／ｍ、即ち、軽圧下速度に換算すると０．９８ｍｍ／ｍｉｎとした。又、強冷却開始時の鋳片表面温度は約１０００℃であり、凝固完了までの総熱収縮量が約２ｍｍとなるように、強冷却における冷却速度を調整した。図３に示すように鋳片厚み方向中心部の固相率が０．４以下で軽圧下を開始した場合には中心偏析の低減効果があるが、０．５以上の固相率で軽圧下を開始した場合には中心偏析の改善効果は少なかった。
【００２９】
図４は、軽圧下帯の全てのロールのロール勾配を０．７ｍｍ／ｍとして軽圧下しつつ（軽圧下速度；０．９８ｍｍ／ｍｉｎ）、鋳片厚み方向中心部の固相率が０．２の位置から強冷却を開始し、冷却強度を変更して熱収縮速度を変化させ、熱収縮速度の中心偏析に及ぼす影響を調査した結果を示す図である。図４に示すように、熱収縮速度が０．２５〜１．０ｍｍ／ｍｉｎの範囲では、中心偏析の改善効果が大きいことが判明した。
【００３０】
図５は、熱収縮速度及び軽圧下速度を組合せて変更した時の熱収縮速度及び軽圧下速度の和が中心偏析に及ぼす影響を調査した結果を示す図である。図５に示すように、中心偏析は熱収縮速度と軽圧下速度との和を０．８〜１．８ｍｍ／ｍｉｎとした時に最も改善されることが判明した。そして、軽圧下だけでは低減することが困難である鋳片幅方向短辺側の中心偏析も本発明により完全に低減できることが判明した。
【００３１】
【発明の効果】
本発明では、鋳片を軽圧下すると共に鋳片表面を強冷却するので、軽圧下による濃化溶鋼の流動抑制効果と熱収縮による濃化溶鋼の流動抑制効果とが重なり合って発揮され、且つ、ロール間バルジングが少なくなるので、中心偏析を大幅に低減することができる。又、スラブ鋳片のように扁平比の大きい鋳片の凝固の遅れた部分でも、鋳片の熱収縮が作用して濃化溶鋼の流動が防止されるので、中心偏析を防止することができ、その結果、近年の厳しい品質要求にも対処可能な鋳片を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面温度が１０００℃の鋳片を６０秒間強冷却して鋳片表面温度を５００℃にした時の伝熱計算により求めた鋳片内部の温度分布を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の例を示す図であって、スラブ連続鋳造機の側面概要図である。
【図３】軽圧下開始時期と中心偏析との関係の調査結果を示す図である。
【図４】熱収縮速度と中心偏析との関係の調査結果を示す図である。
【図５】熱収縮速度及び軽圧下速度の和と中心偏析との関係の調査結果を示す図である。
【符号の説明】
１  鋳片
２  未凝固相
３  凝固殻
４  軽圧下帯
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  水スプレーノズル
【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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