高級極厚鋼板用新連続鋳造技術(PCCS 法)の開発
平城正
山 中 章 裕
白 井 善 久1)
2)
3)
佐 藤 康 弘
熊 倉 誠 治
4)
5)

.

はじ

めに

.

極厚鋼板製造における課題

製品厚みが 100 mm を超えるような極厚鋼板の用途は，鋳造末期に溶鋼凝固時の体積収縮により空隙が発生し，こ橋梁，金型用，そして大型産業機械用などで，高品質およびれが中心ポロシティとなりスラブに残存する．著者らの調査

内質健全性が要求される．特に，首都高速道路等に使用されから通常スラブでは，図に示すように円相当直径 2 mm 以る橋脚は，近年厚肉化の傾向がみられますます厳しい内質レ下程度のポロシティの集合体で残存するケースが多く，圧延ベルが要求されている．また，石油掘削用の海洋構造物用等圧下比を確保できない極厚鋼板など成品サイズによっては圧のエネルギー分野からの需要も近年高い．

延後も残存し，超音波探傷検査で欠陥として発見されるた

このような極厚鋼板を製造する際，その内質を確保することは重要である．板厚中心部の機械的特性の確保や，鋳片中め，スラブ段階での中心ポロシティ低減が非常に重要な課題であった．

心ポロシティ(気孔)圧着のために，圧延において強圧下を適用している(1)．しかし，汎用連続鋳造機で鋳造された通常鋳. PCCS 法の概要

片の圧延製造プロセスにおいては，圧延ミル能力の制約から強圧下圧延でもポロシティ欠陥がわずかに残り，高感度超音

前述の極厚鋼板製造時の鋳造欠陥の課題を解決するため，波探傷により欠陥として見つかるため製造可能製品厚には限汎用連鋳機である表に示す仕様の鹿島製鉄所第 2 連鋳機度がある．従って，従来，極厚鋼板は大断面のインゴットをにおいて，PCCS 法の開発に取り組んだ．図に特徴を示す．

鋳造した後，比較的大きな圧延圧下比によって成型して製品

PCCS 法とは，スラブの厚み中心部がほぼ完全凝固する直前としていた．これに対し，著者らは連続鋳造機において鋳片にスラブに大圧下を加え，中心ポロシティを生成段階で圧着を凝固末期に強圧下することで，内質上問題となる鋳片厚みさせることを目的とした手法である．鋳片表面と中心の温度中心部のポロシティを鋳造段階で圧潰するポロシティの低減

差は約500°C前後あり，表面より高温の中心部に圧下変形を法(Porosity Control of Casting SlabPCCS 法(2))を開発し効率的に付与でき中心ポロシティが圧着できることに特徴がた．その結果，通常の連続鋳造―厚板生産プロセスで極厚鋼板の製造が可能となった．

住友金属工業株式会社
総合技術研究所製鋼研究開発部
1)主任研究員 2)部長研究員
3)主任研究員(現 ステンレス・チタン研究開発部)
鋼板・建材カンパニー 製鋼部製鋼技術室
4)スタッフ 5)参事(現 東京本社)
Development of New Continuous Casting Technology (PCCS)
for Very Thick Plate.; Sei Hiraki, Akihiro Yamanaka, Yoshihisa
Shirai, Yasuhiro Satou, Seiji Kumakura(Sumitomo Metal Industries, Ltd.)2008年10月27日受理



図1

通常スラブで確認される中心ポロシティの例．

新技術・新製品

表1項

鹿島製鉄所第 2 連鋳機主仕様．

目

仕様垂直曲げ(垂直部 2.5 m)

形式
機長[m]

28.3

マシン半径[m]9.4

ストランド数1

図3

比重測定法と超音波探傷法のポロシティ体積の比
較．

単位重量あたりのポロシティ体積＝1/r－1/r0(1)

本評価方法を厚み中心部の同じ位置から採取したサンプルの超音波探傷( UST )による評価との検証結果を図に示す．なお，超音波探傷では，検出されたポロシティの個々の
図2

鹿島製鉄所第 2 連鋳機における PCCS 法と特徴．

測定断面積から求めた円相当直径の球形体積に換算したポロシティ体積の総和をサンプル重量で除し単位重量あたりのポロシティ体積を評価した．その結果，本評価方法は簡便な中

表2
項

心ポロシティ評価法として利用できることを確認した．

PCCS 法適用条件．

目

内容

C 含有量[mass]

0.09～0.15(400, 500, 600 MPa 級鋼)

スラブサイズ[mm]300厚×2300幅

鋳造速度[m/min]

0.55～0.60

圧下量[mm]

約10

また，著者らはスラブに限らず，圧延後の成品についても同様の手法でポロシティ体積を評価できることを確認した．
ただし，圧延材については，測定されたポロシティ体積をそれに比例するポロシティグレードに換算し評価を行った．

. PCCS 法の適用結果


スラブの中心ポロシティの低減効果

凝固伝熱計算より求めたスラブ圧下時の厚み中心の固相率ある．

PCCS 法 適 用 条 件 は ， 表  に 示 す C 含 有 量 0.09 ～ 0.15とポロシティ体積の調査結果を図に示す．中心固相率0.80

mass，強度は400, 500, 600 MPa 級の鋼種で実施した．ス～ 0.95 の範囲の適正な圧下条件をとった PCCS 法を適用しラブサイズは鹿島製鉄所第 2 連鋳機で最大のサイズである

た鋳造スラブは，図に示すように中心ポロシティ体積を通300 mm 厚× 2300 mm 幅で，鋳造速度は鋼種により 0.55 ～常鋳造スラブと比較して，いずれの鋼種も約 1 / 3 に低減す

0.60 m / min の範囲とした．圧下は中心固相率が完全凝固直る大きな効果が得られた．

前と考えられる後述の適正範囲でスラブに約 10 mm の圧下を加えた．



PCCS 法によるスラブ内部圧下効果の検証

図のマクロエッチを施したスラブ縦断サンプル材で，電.

中心ポロシティの評価方法の確立

磁撹拌によって生じる負偏析帯(ホワイトバンド)を便宜的に境界として，PCCS 法による強圧下を適用したスラブの上表著者らは PCCS 法の開発にあたり中心ポロシティの評価として以下の比重測定に基づき定量化を図った．スラブの1 / 4 厚部ではポロシティの発生はほとんどないことに着目

面側と中心側の領域の厚みについて，強圧下をしない通常スラブからの厚み変化を求め内部圧下率を算出した．

PCCS 法を適用したスラブでは中心部分では約 3，上表し，スラブの厚み中心部の密度 r と， 1 / 4 厚部の密度 r0 を面側部分では約0.7 の圧下率となり中心部の圧下が優先的

厚み 7 mm ×幅 100 mm ×長さ 50 mm サンプルで測定し，に進み中心ポロシティ低減において内部圧下効率が良いこと式( 1 )を用いて比体積の差を厚み中心部の単位重量あたりが確認された．のポロシティ体積と定義し算出する手法である．なお，比重測定方法は JIS Z8807 の固体比重測定方法(3) に則り，水中で秤量する手法を用いた．

ま て り あ 第48巻 第 1 号(2009)Materia Japan

圧延成品の中心ポロシティ低減効果

400 MPa 級鋼について，鋳片の圧延時の圧下比と中心ポ

図4

図5

圧下時の中心固相率とポロシティ体積の関係．

PCCS 法による中心ポロシティ低減効果．

図6

図7

圧延時の圧下比とポロシティグレードの関係．

図8

インゴットと PCCS 法による極厚鋼板製造プロセス比較．

内部圧下率 h の検証．

ロシティグレードの関係を図に示す．PCCS 法適用鋳片にら連鋳化することにより粗鋼 1 トンあたり約 110 kg の CO2

よれば，150 mm 極厚鋼板の製造で 300 mm 厚のスラブから排出低減が見込まれ，PCCS 法は環境負荷低減にも寄与する圧延圧下比 2 程度で製造実現可能となった．一方，従来でプロセスである．今後，需要旺盛な海洋構造物等エネルギーあれば，同等品質のポロシティグレードを得るには，圧延圧分野用の極厚鋼板の安定供給にも大きく貢献するものと期待

下比 5 が必要で，これは 750 mm 厚の大断面の鋳片(インゴできる．なお，本開発に関連して 8 件の特許を出願した．

ット)からの製造が必要である．

文
.

献

開発の成果

著者らが開発した PCCS 法により，鋳片の厚み中心のポロシティの大幅な低減を実現し，図に示す従来の大断面のインゴット鋳造を経ずに，通常の連続鋳造―厚板生産プロセ社 日本鉄鋼協会編第 86 ・ 87 回西山記念技術講( 1 ) 江本寛治
座，(1982), 63
64.
( 2 ) 佐藤康弘，熊倉誠治，太田晃三，平城 正，白井善久，山中章裕CAMP ISIJ, 21(2008), 104.
財 日本規格協会，(2007), JIS Z8807.
( 3 ) JIS ハンドブック，

ス上で極厚鋼板の製造が可能となった．また，インゴットか

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