(57)【要約】【課題】  鋼の連続鋳造スラブにおいて中心偏析を低減するための、連続鋳造設備およびそれを用いた連続鋳造方法を提供する。【解決手段】  鋳片の中心部の固相率が０．３−０．９に相当する位置において、少なくとも２つの異なるロールピッチが存在し、下流側のロールピッチが上流側よりも小さいことを特徴とし、さらに中心部の固相率が０．７−０．９（望ましくは０．６−０．９）に相当する位置のロールピッチが２００−３００ｍｍであることを特徴とする鋼の連続鋳造設備、および連続鋳造方法。鋳片の中心部の固相率が０．１〜０．３の範囲に軽圧下開始固相率Ｒｓを定め、鋳片の中心部の固相率がＲｓ−０．７に相当する位置において鋳片を凝固収縮に見合う量の圧下を加えるロール間隔とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向するロール群によって鋳片を支持し引き抜く鋼の連続鋳造設備において、鋳片の中心部の固相率が０．３−０．９に相当する位置において、少なくとも２つの異なるロールピッチを配し、下流側のロールピッチを上流側よりも小さくしたことを特徴とする鋼の連続鋳造設備。
【請求項２】
請求項１記載の鋼の連続鋳造設備において、鋳片の中心部の固相率が０．７−０．９に相当する位置のロールピッチを２００−３００ｍｍとしたことを特徴とする鋼の連続鋳造設備。
【請求項３】
前記鋳片の中心部の固相率が０．１〜０．３の範囲に軽圧下開始固相率Ｒｓを定め、鋳片の中心部の固相率がＲｓ−０．７に相当する位置において鋳片を凝固収縮に見合う量の圧下を加えるロール間隔としたことを特徴とする、請求項１もしくは２記載の鋼の連続鋳造設備。
【請求項４】
請求項２もしくは３記載の鋼の連続鋳造設備において、鋳片の中心部の固相率が０．３から０．６までのロールピッチを３００−４００ｍｍとしたことを特徴とする鋼の連続鋳造設備。
【請求項５】
対向するロール群によって鋳片を支持し引き抜く鋼の連続鋳造方法において、鋳造する鋳片の中心固相率が０．７−０．９に相当する位置におけるロールピッチを２００−３００ｍｍとし、０．３−０．６に相当する位置におけるロールピッチをこれよりも大きくすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項６】
更に前記鋳片の中心固相率が０．１〜０．３の範囲に軽圧下開始固相率Ｒｓを定め、鋳片の中心部の固相率がＲｓ〜０．７に相当する位置において、凝固収縮に見合う量の軽圧下を行うことを特徴とする請求項５記載の鋼の連続鋳造方法。
【請求項７】
鋳片の中心固相率が０．７〜０．９に相当する位置において、ロール群に替えて、キャタピラー方式もしくはベルト方式の鋳片支持機構としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の鋼の連続鋳造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼のスラブ連続鋳造鋳片の中心部における、不純物元素すなわちＣ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｂなどの偏析を低減し、均質な鋳片を得るための連続鋳造設備と連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造における中心偏析は、ラインパイプにおける水素誘起割れや、厚板における中心部の靱性劣化の原因となることが知られている。
【０００３】
鋼の連続鋳造における中心偏析は、デンドライト樹間に濃化した溶質元素が凝固末期における固液共存域内の流動によって中心部に移動することによって生じる。この流動の原因として、凝固収縮にともなう体積変化やロール間のバルジング、ロール曲がりが指摘されている。
【０００４】
凝固収縮にともなう流動を抑制するため、特許文献１，特許文献２、特許文献３には、凝固末期の軽圧下法について述べられている。例えば特許文献２では、鋳片の中心部の固相率が０．１ないし０．３から流動限界固相率となるまで凝固収縮に見合う圧下を加えることで、中心偏析が改善されることが記述されている。
【０００５】
また連続鋳造では鋳片がロール帯を移動する際に、鋳片に溶鋼静圧が加わるため、ロール間にバルジングが生じる。このバルジングにより固液共存域に流動が起こり中心偏析を招くことが知られている（例えば、非特許文献１）。ロール間のバルジングを抑制するためには、ロールピッチ（鋳造方向のロールとロールの間隔）を小さくすることが知られ、非特許文献２には、１７ｍに渡って稠密ロール帯を持つ連続鋳造設備について記述されている。
【０００６】
またロール曲がりも鋳片の不均一な変形を介して固液共存域における流動を引き起こす。そのためロールを鋳片幅方向に分割し、個々のロールの長さを短くすることにより、ロールの変形を小さくする方法が知られている。例えば特許文献４では、分割ロールの軸受けの配置に対して適正化が図られている。
【０００７】
ところが、上述のような中心偏析対策設備は、鋳片中心部が固液共存状態となるほぼ全長において採られる。そのため、鋳造方向に１０ｍを超える範囲において稠密分割ロールによる軽圧下帯を設けることになる。そのため連続鋳造機の建設時もしくは改造時に多大な設備投資が必要となる。また設備建設・改造後もメンテナンスコストが増大する。
【０００８】
また最近では、ラインパイプの高強度化や低コスト化にともなって、中心偏析に対する要求が厳格化してきている。しかしさらなる中心偏析改善に対する指針は不明確であった。
【０００９】
【特許文献１】特公昭５９−１６８６２号公報
【特許文献２】特公平３−８８６４号公報
【特許文献３】特公平５−３０５４８号公報
【特許文献４】特開２００１−２５８５０号公報
【非特許文献１】熊井ら：鉄と鋼，６０（１９７４）第８９４頁
【非特許文献２】ＮＫＫ技報Ｎｏ．１４９（１９９５），１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、連続鋳造スラブの中心偏析に対してはこれまでも種々の対策が提案されているが、大きな設備対策が必要であり、またさらなる中心偏析低減に対する要求も強い。
【００１１】
本発明の課題は、このような背景において、連続鋳造スラブの中心偏析を低コストで改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
背景技術でも述べたように、鋼の連続鋳造鋳片において中心偏析を抑制するため、鋳片凝固末期の軽圧下、ロールピッチの短縮、分割ロールの採用などの対策が示されているが、軽圧下を除いては具体的にどの中心固相率においてそれを採用すべきか示されていない。そのため鋳造方向に非常に長い領域で稠密ロール、分割ロールが使用されている。
【００１３】
これに対して、本発明者らは連続鋳造鋳片の中心偏析の実態解析と凝固末期の鋳片の変形や流動に対する理論的な解析を行い、鋳片の中心部の固相率が０．６−０．９多くの場合には０．７−０．９におけるロール間バルジングなどによる鋳片の変形が、中心偏析の生成に最も大きく影響していることを明らかにした。その理由は以下の通りである。
【００１４】
まず中心部の固相率が０．６より小さい場合には、固液共存域が鋳片厚み方向に大きい。この場合にはロール間のバルジングが起こってもそれにともなう歪みは大きな固液共存域に分散されることになり、大きな中心偏析は生じにくい。一方固相率が０．９以上になると、凝固収縮によって固液共存域内の圧力が大きく低下する。そのため、溶鋼静圧が急激に低下してロール間バルジングは起こらなくなる。したがって、鋳片の中心部の固相率が０．６−０．９におけるバルジングが中心偏析に対して最も大きな影響を及ぼすのである。そのため、この固相率に相当する位置でのロールピッチを短縮することが中心偏析を低減する上で最も有効であると結論するに至った。
【００１５】
上記知見を元に得られたのが本発明であり、その要旨は、下記に示す通りである。
（１）対向するロール群によって鋳片を支持し引き抜く鋼の連続鋳造設備において、鋳片の中心部の固相率が０．３−０．９に相当する位置において、少なくとも２つの異なるロールピッチを配し、下流側のロールピッチを上流側よりも小さくしたことを特徴とする鋼の連続鋳造設備。
（２）上記（１）記載の鋼の連続鋳造設備において、鋳片の中心部の固相率が０．７−０．９に相当する位置のロールピッチを２００−３００ｍｍとしたことを特徴とする鋼の連続鋳造設備。
（３）鋳片の中心部の固相率が０．１〜０．３の範囲に軽圧下開始固相率Ｒｓを定め、鋳片の中心部の固相率がＲｓ−０．７に相当する位置において鋳片を凝固収縮に見合う量の圧下を加えるロール間隔としたことを特徴とする、上記（１）もしくは（２）記載の鋼の連続鋳造設備。
（４）上記（２）もしくは（３）記載の鋼の連続鋳造設備において、鋳片の中心部の固相率が０．３から０．６までのロールピッチを３００−４００ｍｍとしたことを特徴とする鋼の連続鋳造設備。
（５）対向するロール群によって鋳片を支持し引き抜く鋼の連続鋳造方法において、鋳造する鋳片の中心固相率が０．７−０．９に相当する位置におけるロールピッチを２００−３００ｍｍとし、０．３−０．６に相当する位置におけるロールピッチをこれよりも大きくすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
（６）更に前記鋳片の中心固相率が０．１〜０．３の範囲に軽圧下開始固相率Ｒｓを定め、鋳片の中心部の固相率がＲｓ〜０．７に相当する位置において、凝固収縮に見合う量の軽圧下を行うことを特徴とする上記（５）記載の鋼の連続鋳造方法。
（７）鋳片の中心固相率が０．７〜０．９に相当する位置において、ロール群に替えて、キャタピラー方式もしくはベルト方式の鋳片支持機構としたことを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の鋼の連続鋳造設備。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、鋼のスラブ連鋳鋳片の中心偏析を低減し、均質な鋳片を製造することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に基づく鋼の連続鋳造設備を図１に模式的に示す。
【００１８】
図１では、中心固相率が０．３−０．９に相当する位置のセグメントが、２つの異なるロールピッチを持つセグメントから構成されている。さらに、そのうち下流側のセグメントのロールピッチを上流側のセグメントよりも小さくしたことに特徴がある。また請求項１に記載されているように異なるロールピッチが３つ以上あってもよいが、その場合も下流側のセグメントの方が上流側よりも小さくするべきである。設備コスト（建設、改造）、設備メンテナンスコストの観点から、ロールピッチの狭い領域はなるべく短い方がよい。従って、中心固相率が０．３−０．９の範囲のうち、ロールピッチを狭くすべき下流側でロールピッチを狭くし、上流側については下流側ほどロールピッチを狭くする必要がないので、上流側ロールピッチは下流側ロールピッチよりも広くするのである。中心固相率０．３未満では、鋳片中心部での溶質の濃化が少ないため、中心偏析がほとんど生じない。従って、ロールピッチを規定する下限の固相率を０．３とした。中心固相率０．９超では、バルジングがほとんど起こらないために、中心偏析が生じにくい。従って、ロールピッチを規定する上限の固相率を０．９とした。
【００１９】
ここで中心固相率は、１次元の伝熱凝固計算によって求められる。伝熱・凝固計算にあたってはエンタルピー法や等価比熱法などが知られているがいずれの方法を用いてもよい。中心固相率は次式で算出される。この式は金属学的に厳密な定義には基づいていないが、簡易的にはこの式がよく用いられている。
中心固相率＝（液相線温度−中心部の温度）／（液相線温度−固相線温度）
【００２０】
また、中心固相率が０．３−０．９に相当する位置のなかでも、中心固相率が０．７−０．９の位置に相当する位置ではロールのピッチが２００−３００ｍｍとする。この位置でのロールピッチを小さくする理由を、一部繰り返しになるが以下に述べる。
【００２１】
まず中心固相率が０．７以上と規定する理由は以下の通りである。中心部の固相率が０．７より小さい場合には、図２に示すように固液共存域厚み３が大きい。（ここで固液共存域厚み３とは、図１に固液共存域厚み３として示す固液共存域の鋳片厚み方向の長さである。）この場合にはロール間のバルジングが起こってもそれにともなう歪みは大きな固液共存域に分散されることになり、大きな中心偏析は生じにくい。そのため、０．７以上の領域でロールピッチを小さくする必要がある。
【００２２】
一方固相率を０．９以下に規定する理由は以下の通りである。固相率が０．９超になると、凝固収縮によって固液共存域内の圧力が大きく低下する。そのため、溶鋼静圧が急激に低下して図２に示すようにロール間バルジングは非常に小さくなる。そのためこれ以上の固相率ではバルジングによって中心偏析は生成しにくい。
【００２３】
図３に模式的に示したように中心固相率が０．６−０．９でのバルジングが中心偏析に対して最も大きな影響を与える。なかでも０．７−０．９での寄与が非常に大きく、少なくともこの範囲のロールピッチを小さくすることが必要であるため、本発明ではロールピッチを狭くする領域として固相率０．７−０．９と規定した。より好ましくは、中心固相率０．６−０．９でロールピッチを小さくすることが望ましい。
【００２４】
この固相率でのロールピッチを２００−３００ｍｍに限定する理由を以下に述べる。下限を２００ｍｍとしたのは、これよりもロールピッチが小さいと、ロール径が著しく小さくなるために、ロールの剛性が十分でなくロールの撓みや曲がりが生じて、これにともなう鋳片の変形が中心偏析に悪影響を及ぼすからである。なお、ロールの曲がり・撓みを抑制するという同様の観点から、この位置におけるロールは鋳造幅方向に２−４分割されていることが望ましい。
【００２５】
一方、上限を３００ｍｍと規定したのは、このロールピッチ以上であるとバルジング量が大きくなり、中心偏析が増大するからである。
【００２６】
さらに、本発明における中心偏析改善効果を最大限に得るには、鋳片の中心部の固相率が０．１〜０．３の範囲に軽圧下開始固相率Ｒｓを定め、鋳片の中心部の固相率がＲｓ−０．７に相当する領域において軽圧下を施すことが望ましい。このときの圧下量は、凝固収縮に見合う量であり、約０．７−０．８ｍｍ／ｍｉｎの圧下率で圧下を加えるべきである。Ｒｓよりも固相率が低い領域では、中心偏析（およびＶ偏析）が非常に生じにくいので、Ｒｓ以上で軽圧下を掛ければよい。Ｒｓについては０．１−０．３であり、少なくとも０．３から、好ましくは０．１から軽圧下することが望ましい。軽圧下領域の上限固相率が０．７であるのは、この固相率を超えた領域で圧下を加えると、過圧下になることが多く、かえって偏析を助長するためである。これについては、特許文献２に詳しく記述されている。
【００２７】
また中心固相率が０．３から０．６に至るまでの範囲でも、極端にロールピッチが大きくなることは避けるべきである。バルジング量が大きくなりすぎて偏析の悪化を招くからである。そのため、この範囲でのロールピッチは３００−４００ｍｍとする。４００ｍｍ以上であるとバルジングが大きくなりすぎる。またこの領域では３００ｍｍ以下にしても、それ以上の場合に比べて中心偏析が大きくは改善されない。この位置におけるロールも鋳造幅方向に２−４分割されていることが望ましい。固相率０．６から、ロールピッチを２００−３００ｍｍとしている領域の開始点までの間についても、固相率０．３−０．６までの範囲と同様にロールピッチを３００−４００ｍｍとすると良い。
【００２８】
なお、中心固相率０．７−０．９において、ロールによって鋳片を支持する替わりに、図４に示すように鋼鉄ベルトによって鋳片を支持する、あるいは図５に示すようにキャタピラーで支持することでバルジング変形を究極的に低減し、抜本的に中心偏析を改善することが可能である。
【実施例】
【００２９】
つぎに本発明の実施例について述べる。
【００３０】
表１を目標成分として転炉にて溶製し、２次精錬工程で、脱硫、脱水素、Ca添加を行った溶鋼を、連続鋳造機で鋳造し、圧延・造管した。鋳片の断面サイズは２５０ｍｍ厚×２０００幅とした。鋳造速度は１．２ｍ／ｍｉｎとした。表２には、凝固末期にあたる位置でのロールピッチ、圧下に関わる鋳造条件と中心偏析の測定結果および製品特性のうち中心偏析に大きく影響されるＨＩＣの結果をまとめて示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
【表２】
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【００３３】
連続鋳造の凝固末期にあたるセグメントでは、鋳造方向１０ｍに渡って軽圧下が可能なセグメントを配置した。またこの区間におけるロールは幅方向に３ないし４分割されたロールとして、ロールの曲がり・撓みを極力抑えている。この区間におけるセグメントのロールピッチをすべて３８０ｍｍとした場合（比較例１）と、１０ｍのうち上流側８ｍのセグメントにおいてロールピッチを３８０ｍｍ、下流側２ｍのセグメントにおいて２８０ｍｍとした場合（実施例１）、１０ｍのうち上流側６ｍのセグメントにおいてロールピッチを３８０ｍｍ、下流側４ｍのセグメントにおいて２８０ｍｍとした場合（実施例２）、について鋳造を行い、鋳片の中心偏析を調査した。中心偏析はＭｎの偏析度として評価した。
【００３４】
さらに実施例３、４では、１０ｍのうち中心固相率０．３−０．７に当たる上流側の８ｍにおいて、０．７５ｍｍ／ｍｉｎの圧下勾配を付けて軽圧下を行った。また、比較例２では、１０ｍに渡ってすべて３８０ｍｍのロールピッチのセグメントを配置して、上記区間において実施例３、４と同様の軽圧下を行った。
【００３５】
これらの実施例と比較例の中心偏析の調査結果を表２に示す。さらにこの鋳片を圧延・造管し製造した鋼管におけるＨＩＣの割れ発生率についても表２に付記した。
【００３６】
本発明の実施例１では、比較例１に比べて中心偏析とＨＩＣが大きく改善している。さらに、実施例２において短いロールピッチの範囲を長くすることで偏析がさらに改善している。また、実施例３，４では圧下勾配を設けることで中心偏析はさらに改善している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の連続鋳造設備（凝固末期における縦断面図）
【図２】中心固相率とバルジング、固液共存域の厚み（図１の３）との関係
【図３】中心固相率とバルジングの中心偏析への寄与度の関係
【図４】本発明の連続鋳造設備
【図５】本発明の連続鋳造設備
【符号の説明】
【００３８】
１  鋳片
２  固相部分
３  固液共存層
４  ロール
５． 鋼製ベルト
６．キャタピラー
１１． ロールピッチｌ１のロール帯
１２． ロールピッチｌ２のロール帯（ｌ１＞ｌ２）
１３． 固液共存域の厚み
１４． ロールによって支持引き抜く領域
【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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