(57)【要約】【課　題】凝固シェルの炭素含有量が包晶変態域を回避するように鋳型内で炭素源を添加調整し、縦割れのない中炭素鋼の連続鋳造鋳片とその製造方法を提供する。【解決手段】炭素含有量が０．０８〜０．１６質量％の範囲の溶鋼を連続鋳造するに際して、炭素粉と鉄粉を充填した金属管を誘導加熱溶解し、得られた溶鉄を耐火材管を経由して連続鋳造機鋳型内に連続的に添加する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均炭素含有量が０．０８〜０．１６質量％の中炭素鋼連続鋳造鋳片において、表層から内部に向けて少なくとも１０ｍｍまでの範囲の炭素濃度が０．１７質量％以上であることを特徴とする中炭素鋼連続鋳造鋳片。
【請求項２】
炭素含有量が０．０８〜０．１６質量％の範囲の溶鋼を連続鋳造するに際して、炭素粉と鉄粉を充填した金属管を誘導加熱溶解し、得られた溶鉄を耐火材管を経由して連続鋳造機鋳型内に連続的に添加することにより、鋳片表層部の炭素濃度を前記炭素濃度範囲以上に高めることを特徴とする中炭素鋼連続鋳造鋳片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素含有量が０．０８〜０．１６質量％の範囲にある中炭素鋼の連続鋳造において不可避であった鋳片表面の縦割れの抑制と製品品質の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素含有量が０．０８〜０．１６質量％の範囲にある中炭素鋼の連続鋳造において、鋳造時に鋳片表面に縦割れが発生しやすいことは周知の事項となっている。
この縦割れの発生機構については従来より種々の研究がなされており、中炭素鋼では炭素含有量が０．０８〜０．１６質量％と包晶変態域にあるため、凝固過程における変態応力により凝固シェルが不均一に成長することが原因であると考えられている。この凝固シェルの不均一成長は、鋳型内の初期抜熱量と相関があるので、緩冷却することや鋳型と凝固シェル間のエアギャップの解消、さらには鋳型と凝固シェル間のパウダー層厚さを均一化すること等により抑制できることが知られている。
【０００３】
中炭素鋼の連続鋳造における縦割れを防止する方法としては、たとえば特開平５−２０８２４９号公報に開示されているように、鋳型内での溶鋼の単位体積あたりの抜熱量を　２．４×１０５　ｋＪ／ｍ３　以下となるようにモールドパウダーのブレークポイントを適切に選択する、すなわち断熱性の高いモールドパウダーを採用することによって、鋳型内を緩冷却とする方法がある。
【０００４】
しかしながらこの方法においては、鋳型と鋳片間に介在するパウダー層のうち、液相部分の厚さを十分に確保できないため潤滑不足となるので、ブレークアウトが発生しやすいという問題がある。
別の縦割れ防止方法としては、特開２０００−２５４７６２　号公報に開示されているように、鋳型の長辺側の冷却板内に温度センサを水平方向に挿入できる複数の温度センサ挿入孔と、金属製の棒を冷却板の下端から上方に挿入可能な複数の棒挿入孔を備えた鋳型を用い、　温度センサの測定値から導かれる熱流束に応じて金属製の棒の冷却板内の挿入深さを調整し、熱流束を鋳片幅方向で均一化する方法がある。
【０００５】
この方法によれば、凝固シェル厚さを鋳片幅方向で均一にすることができるので、鋳片の縦割れを防止できるとしている。
しかしながらこの方法では、鋳型の熱抵抗を調整して凝固シェル厚さを均一にできたとしても、鋳型と鋳片間に介在するパウダー層厚が一定とならない場合が発生するので、鋳片表面が平滑とはならず、この状態で鋳片表面に応力が作用した場合には、応力分布が不均一となり縦割れが発生しやすくなる。さらに特殊な鋳型が必要であることに加え、多数本の金属製の棒の制御装置が必要であることなどから、設備コストの上昇が無視できない。
【０００６】
さらに別の縦割れ防止方法としては、特開平７−１１６７８２号公報に開示されているように、鋳型表面に鋳造方向に向かって複数の円形の穴を列状に設けた鋳型を用い、凝固シェルを不均一に成長させて凝固シェルの変形歪みを分散させる方法がある。
この方法は、中炭素鋼等の割れやすい鋳片を製造するために専用の鋳型を用いる方法であり、他の鋼種の製造に際しては鋳型の交換作業を考慮しなければならず、生産性を阻害するという問題が残る。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２０８２４９号公報
【特許文献２】
特開２０００−２５４７６２　号公報
【特許文献３】
特開平７−１１６７８２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解消するべく、凝固シェルの炭素含有量が包晶変態域を回避するように鋳型内で炭素源を添加調整し、縦割れのない中炭素鋼の連続鋳造鋳片とその製造方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、包晶変態域にある中炭素鋼の連続鋳造時における特有の問題点である鋳片の表面割れ防止について種々の検討を加えた結果、凝固シェルの包晶変態域を回避する方法に着目した。すなわち、連続鋳造用鋳型内の上部のいわゆるメニスカス近傍において凝固シェルの形成が開始されるので、鋳型内上部から溶鋼とは別に炭素含有溶鉄を添加供給することにより、凝固シェルの炭素濃度を鋳片内層側よりも高くできること、さらには凝固シェルの炭素濃度を包晶変態域以上まで高めると凝固シェルの変形量が小さくなり、鋳片の表面割れ防止に有効であることを見出した。
【００１０】
なお、鋳型上部から添加する炭素源としては、高炭素のモールドパウダーを用いた場合でも浸炭が可能であるが、鋳型内溶鋼による加熱，溶融といった工程が加わるため、浸炭挙動が安定せず、凝固シェルの炭素濃度が鋳片幅方向で不均一となり、前述の炭素含有溶鉄を添加供給する方法と比較すると、鋳片の表面割れ防止効果は不十分であった。
【００１１】
さらに鋳片表層部の炭素濃度の増加が圧延後の鋼板の機械的特性に及ぼす影響について検討を行なった。鋳片の厚みは通常　２００〜３００ｍｍ　程度であるのに対して、炭素濃度の濃化層厚は鋳片で約１０ｍｍである。このような鋳片を圧延して、例えば厚さ２ｍｍの鋼板にする場合、圧延時の圧下率が非常に大きいため、鋼板における炭素濃度の濃化層厚は　０．１ｍｍ以下となるので、炭素濃度の増加量が　０．１％程度であれば鋼板の機械的特性に与える影響は無視できることが明らかとなった。
【００１２】
すなわち本発明は、平均炭素含有量が０．０８〜０．１６質量％の中炭素鋼連続鋳造鋳片において、表層から内部に向けて少なくとも１０ｍｍまでの範囲の炭素濃度が０．１７質量％以上であることを特徴とする中炭素鋼連続鋳造鋳片である。
また本発明は、炭素含有量が０．０８〜０．１６質量％の範囲の溶鋼を連続鋳造するに際して、炭素粉と鉄粉を充填した金属管を誘導加熱溶解し、得られた溶鉄を耐火材管を経由して連続鋳造機鋳型内に連続的に添加することにより、鋳片表層部の炭素濃度を前記炭素濃度範囲以上に高めることを特徴とする中炭素鋼連続鋳造鋳片の製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の方法を実現するのに好適な設備構成の概略を示す断面図である。連続鋳造用鋳型１の内側には、溶鋼供給用の浸漬ノズル２を設置する。また前記した連続鋳造用鋳型１の外側には、電磁石３を設置する。さらに、誘導加熱コイル４内に炭素粉と鉄粉を充填した金属管５を供給し、炭素を含有する溶鉄８を連続的に得る装置を付帯する。この溶鉄８は、耐火材管７を経由して連続鋳造用鋳型１内に供給される。
【００１４】
本発明では、合金成分である炭素を鉄粉とともに溶解して溶融銑として溶鋼中に供給するので、炭素は直ちに溶鋼中に溶解，拡散する。したがって固体の合金ワイヤをそのまま添加する場合のような、ワイヤの周囲に鋳型内溶鋼が凝固して、ワイヤの溶解を妨げたり、鋳片品質欠陥となることがない。
また連続鋳造用鋳型１内溶鋼の凝固シェル６の炭素濃度を中炭素鋼組成よりも高めるために、その分の炭素を鉄合金で供給しようとすると、炭素含有量が４質量％以上のいわゆる銑鉄の組成としなくてはならない。銑鉄は極めて硬く、ワイヤに加工することも連続的に供給することも困難である。そこで本発明では、金属管（軟鋼がもっとも好ましい）からなる外皮の中に鉄粉と炭素粉を混合したものを充填してワイヤ状にしたものを用いる。
【００１５】
内部にスラグ形成成分の粉体や合金材を内包するワイヤは、フラックスコアドワイヤとして溶接材料として多用されており、このフラックスコアドワイヤの製造技術を用いれば本発明に使用するワイヤは容易に製造することができる。また、本発明でワイヤを誘導加熱コイル４の内側の空間に連続的に送給する装置も、フラックスコアドワイヤの送給装置を用いることができる。
【００１６】
浸漬ノズル２は、連続鋳造用鋳型１上部に添加される炭素含有溶鉄と連続鋳造用鋳型１溶鋼との攪拌混合、および鋳片内層への溶鋼供給を行なうために、下方と側壁に開口してあるタイプを使用することが望ましい。
電磁石３は静磁場を印加できるタイプであり、炭素含有溶鉄の連続鋳造用鋳型１下方への流入を抑制し、凝固シェル６への炭素の添加歩留りを向上させることが可能となる。すなわち鋳片内層の炭素ピックアップの抑制と誘導加熱コイル４による炭素粉と鉄粉を充填した金属管５の溶解速度を必要最低限に抑える意味で有効である。
【００１７】
炭素粉と鉄粉を充填した金属管５を誘導加熱コイル４内に送給するに際しては、ワイヤドラム，ワイヤフィーダー等を用いて連続的に行なえることに加え、送給速度を自在に調整できるようにすることが望ましい。これは、凝固シェル６の炭素濃度の増加量を、溶鋼中炭素濃度や連続鋳造用鋳型１サイズ，鋳造速度等の変更に対応できるようにするためである。
【００１８】
【実施例】
連続鋳造用鋳型１として長辺側４００ｍｍ　，短辺側１００ｍｍ　のものを用い、　表１に示す中炭素鋼の連続鋳造を行ない、縦割れの発生状況について調査した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
鋳造条件として、鋳造速度を　１．６ｍ／ｍｉｎ　，炭素粉と鉄粉を充填した金属管５の送給速度は凝固シェル６の炭素濃度が０．１７質量％となるように調整した。同時に、炭素粉と鉄粉を充填した金属管５の送給速度に応じて誘導加熱コイル４の電力も調節した。なお炭素粉と鉄粉を充填した金属管５としては、外径９ｍｍのフラックスコアドワイヤを使用し、　４質量％黒鉛−鉄粉の混合フラックスを内装したものを用いた。
【００２１】
鋳造後の鋳片表面を観察し、縦割れの長さと本数を測定した。この結果、縦割れの発生は皆無であった。
なお比較例として、実施例と同様の設備と方法にしたがうが、炭素粉と鉄粉を含有するフラックスを充填した金属管５の送給を行なわず、中炭素鋼の連続鋳造を実施した。
【００２２】
この結果、長さ２０ｃｍ以上の縦割れが２本，微小縦割れが多数散在することを確認した。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、中炭素鋼の連続鋳造において発生していた鋳片表面の縦割れの発生を大幅に減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するのに好適な設備構成の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
１　連続鋳造用鋳型
２　浸漬ノズル
３　電磁石
４　誘導加熱コイル
５　金属管
６　凝固シェル
７　耐火材管
８　溶鉄
【図１】
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