円形断面鋳片の連続鋳造方法
【課題】センターポロシティやザク、引け巣の生成が抑制された内質が良好な鋳片を、円形大断面を有する鋳片であっても低い設備コストで安定して連続鋳造できる方法を提供する。
【解決手段】垂直型の連続鋳造機を用い、直径が３００ｍｍ以上の横断面を有する鋳片を連続鋳造する方法であって、鋳造を完了した後、内部に未凝固部を有する鋳片を、鉛直方向に移動可能な圧下装置によって鋳片の下方から上方に向けて圧下する際に、圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部以外の部分において、圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．８以上１．５以下とすることを特徴とする円形断面鋳片の連続鋳造方法。鋳片トップ部において、圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．８以上１．５以下とすることが好ましい。
【解決手段】垂直型の連続鋳造機を用い、直径が３００ｍｍ以上の横断面を有する鋳片を連続鋳造する方法であって、鋳造を完了した後、内部に未凝固部を有する鋳片を、鉛直方向に移動可能な圧下装置によって鋳片の下方から上方に向けて圧下する際に、圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部以外の部分において、圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．８以上１．５以下とすることを特徴とする円形断面鋳片の連続鋳造方法。鋳片トップ部において、圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．８以上１．５以下とすることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円形の断面を有する鋳片の連続鋳造方法に関し、特に内質に優れた鋳片を製造可能な垂直式の連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、鋼の製品は、連続鋳造により製造された鋳片を素材とし、この素材を分塊圧延し、熱間圧延等の加工により最終製品とするのが一般的である。
【０００３】
しかし、最終製品が大断面となる場合、例えば最終製品がボイラータンクや大型の鍛鋼ロールの場合には、小ロットであり、素材も大断面とならざるを得ない。このため、このような場合には素材として、連続鋳造により製造された鋳片ではなく、造塊法によって鋳造した大型のインゴットを使用し、これに分塊圧延や熱間圧延を行ったものを最終製品としているのが現状である。ここで、鋳片やインゴットについて大断面とは、横断面の直径が６００ｍｍ以上のものをいう。
【０００４】
造塊法は、連続鋳造法に対してエネルギー消費量やコストの面で不利であるため、近年では、従来困難とされてきた大断面鋳片への連続鋳造の適用が試みられてきている。
【０００５】
ところが、大断面鋳片を連続鋳造した場合、鋳片中心部に生成するセンターポロシティやザクが大きくなりやすく、鋳造された鋳片は内部品質が低いという問題が生じやすい。また、鋳型への給湯の停止後、凝固収縮に伴って鋳片のトップ部に引け巣やザクが発生するため、歩留りが低いという問題がある。
【０００６】
特許文献１では、垂直型の連続鋳造方法でセンターポロシティ、中心偏析等の内部欠陥の少ない高合金鋼を含む特殊鋼を鋳造する方法として、鋳型を鋳片の幅方向、厚さ方向に拡げながら鋳造し、鋳片にテーパを付与する方法が提案されている。
【０００７】
しかし、本発明者らの調査の結果、特許文献１で提案された方法では、鋳片にテーパを付与することで従来の押湯によるポロシティ抑制の役割を担うものの、設備費用が高価であるのに比べて内部欠陥の発生を抑制する効果は限定的であることがわかった。
【０００８】
特許文献２では、中心偏析やポロシティのない内質の優れた鋳片の製造方法として、連続鋳造機内の凝固末期部に電磁攪拌装置を配置し、所定の電磁力で未凝固溶鋼を攪拌する方法が提案されている。
【０００９】
特許文献２で提案された方法では、電磁攪拌によって鋳片の内質の改善は可能である。しかし、この方法を大断面鋳片に適用する場合、鋳片が厚いため、磁場の減衰が大きく、残溶鋼を充分に攪拌するには磁場強度を大きくする必要があることから、より高価な電磁攪拌装置が必要となり、設備コストが上昇する。
【００１０】
特許文献３では、連続鋳造鋳片のトップ部の収縮による歩留りの低下を抑制する方法として、鋳片トップ部が鋳型を通過した後にその鋳片トップ部をバーナーまたはアークによって保温または加熱し、トップ部の収縮面を減少させる方法が提案されている。
【００１１】
特許文献３で提案された方法は、特許文献１で提案された方法と同様に、鋳片トップ部の押し湯によるポロシティ抑制と同様の効果を目的とした方法であるが、鋳片が長い場合には鋳片の中央部までこの効果を得ることは困難であり、さらに、設備が高価であり、エネルギーの面からも不経済であるため、有効な手段とはいえない。
【００１２】
センターポロシティやザクの生成を抑制し、鋳片の内質を改善するには、インライン圧下法、すなわち通常の連続鋳造機内に設置されたロール等の圧下装置により鋳片を圧下するのが有効である。しかし、この方法を大断面鋳片に適用する場合には以下の問題がある。
【００１３】
まず、インライン圧下法で鋳片の内質を改善するには、鋳片の圧下を鋳片の凝固状態が最適であるときに行うことが重要である。そのため、最適凝固状態の鋳片を、固定された圧下装置まで引き抜く必要がある。また、大断面鋳片の場合には、圧下装置の固定位置を鋳片の最適凝固時期に合わせるために必要な連続鋳造機の機長を確保することが困難である。
【００１４】
一方、鋳造速度を極めて低速とすれば、連続鋳造機の機長は短くても鋳片の最適凝固時期を圧下装置の設置位置に合わせることができる。しかし、この場合には、湯面皮張り、リップルマーク（湯じわ）、モールドパウダーの巻き込み等が発生し、表面品質および内部品質が著しく損なわれる。湯面皮張りは、鋳型内の湯面における熱供給不足によって発生し、リップルマークは、凝固シェルの収縮によって鋳型内で溶湯が鋳型と凝固シェルとの間でオーバーフローすることに起因して発生する。
【００１５】
鋳造速度を極めて低速とした場合の問題は、特許文献３で提案された方法で解決する場合、設備が複雑となり、不経済である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−３６１３７４号公報
【特許文献２】特開昭５８−９７４７０号公報
【特許文献３】特許第１９６３１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、鋳片の定常鋳造部におけるセンターポロシティやザクの生成、鋳片トップ部での引け巣やザクの生成が抑制された、内質が良好な鋳片を、円形大断面を有する鋳片であっても低い設備コストで安定して連続鋳造できる方法を提供することを目的とする。ここで、鋳片トップ部とは、連続鋳造機での引き抜きの最終部分をいう。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、上記の問題について検討した結果、円形大断面を有する鋳片でも、鋳造を完了した後、鋳片を静止した状態で未凝固部の凝固を進行させ、凝固状態を鋳片の内質の改善に最適な状態した上で、移動可能な圧下装置によって圧下することにより、最適凝固状態で鋳片を圧下することが可能であることを知見した。この場合、最適凝固状態の鋳片を、固定された圧下装置まで引き抜く必要はなく、連続鋳造機の機長は鋳造長さ相当分で済むため、上述のように長い機長を有する連続鋳造機を使用する必要もない。また、鋳造速度を極めて低速とする必要もない。
【００１９】
また、本発明者らは、種々の試験および検討を重ねた結果、固相率０．８の等温線で定義される固液界面を凝固界面としたとき、鋳片トップ部での鋳片の圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．４以上とすることで、鋳片トップ部（連続鋳造機での引き抜きの最終部分）での引け巣やザクの生成を抑制することが可能であることを知見した。また、鋳片トップ部を除く定常鋳造部でのｒ１／ｄ１を０．８以上とすることで、定常鋳造部での鋳片の中心部におけるセンターポロシティやザクの生成を抑制することが可能であることを知見した。
【００２０】
本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（４）に示す円形断面鋳片の連続鋳造方法にある。
【００２１】
（１）垂直型の連続鋳造機を用い、直径が３００ｍｍ以上の横断面を有する鋳片を連続鋳造する方法であって、鋳造を完了した後、内部に未凝固部を有する鋳片を、鉛直方向に移動可能な圧下装置によって鋳片の下方から上方に向けて圧下する際に、圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部以外の部分において、圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．８以上１．５以下とすることを特徴とする円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【００２２】
（２）圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部において、ｒ１／ｄ１を０．４以上１．５以下とすることを特徴とする、請求項１に記載の円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【００２３】
（３）垂直型の連続鋳造機を用い、直径が３００ｍｍ以上の横断面を有する鋳片を連続鋳造する方法であって、鋳造を完了した後、内部に未凝固部を有する鋳片を、鉛直方向に移動可能な圧下装置によって鋳片の下方から上方に向けて圧下する際に、圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部において、圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．８以上１．５以下とすることを特徴とする円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【００２４】
（４）圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１と鋳片の直径Ｄ１の比の値ｄ１／Ｄ１を０．３以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の円形断面鋳片の連続鋳造方法によれば、円形大断面を有する鋳片でも、従来の垂直型連続鋳造機に鉛直方向に移動可能な圧下装置を追加するだけで、鋳片の内質の改善に最適な凝固状態のときに鋳片を圧下することが可能である。そのため、造塊法に比べて合理的な連続鋳造方法で、鋳片の中心部におけるセンターポロシティやザクの生成、鋳片トップ部での引け巣やザクの生成が抑制された、円形大断面を有する鋳片を、低い設備コストで製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】鉛直方向に移動可能な圧下装置を備える垂直型の連続鋳造機の一例を示す構成図であり、同図（ａ）は鋳造開始直後、同図（ｂ）は鋳造途中を示す図である。
【図２】鋳片を圧下する際の連続鋳造機の構成図であり、同図（ａ）は圧下開始直前、同図（ｂ）は圧下途中、同図（ｃ）は圧下完了時を示す図である。
【図３】圧下量と内部欠陥量との関係を示す図であり、同図（ａ）は圧下量とトップ部の引け巣の面積率との関係、同図（ｂ）は圧下量と定常鋳造部のセンターポロシティとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
１．連続鋳造機の構成および鋳片の鋳造方法
１−１．鋳片の鋳造方法
図１は、鉛直方向に移動可能な圧下装置を備える垂直型の連続鋳造機の一例を示す構成図であり、同図（ａ）は鋳造開始直後、同図（ｂ）は鋳造途中を示す図である。同図に示すように、溶鋼は、取鍋１から浸漬ノズル２を経て、鋳床に設置された無底の鋳型３内へ注入される。鋳造中の鋳型３には、図示しないオシレーション装置を用いて上下動が付与される。鋳型３への溶鋼の注入は、取鍋１と浸漬ノズル２の間にタンディッシュ設け、これを介して行ってもよい。
【００２８】
鋳造時には、ダミーバー４によって底部が塞がれた鋳型３に溶鋼を注入し、鋳型３を上下動させながらダミーバー４を下降させ、鋳片をフットロール５でサポートしながら鋳型３の下方に引き抜いて、所定の長さまで鋳造し、鋳造を完了する。このとき、鋳造速度は溶鋼静圧によって鋳片にバルジングが生じない範囲とする。鋳型３から引き抜かれる際の鋳片は、表面に凝固シェル６が形成され内部に未凝固溶鋼７が存在する状態である。
【００２９】
続いて、鋳片の圧下が完了したら、連続鋳造機から鋳片を取り除き、連続鋳造作業を完了する。鋳片の圧下については次に説明する。
【００３０】
１−２．鋳片の圧下方法
１−２−１．圧下装置の構成
前記図１に示すように、連続鋳造機には、鉛直方向に移動可能な圧下装置８が設けられており、圧下装置８が移動可能な範囲内であれば鋳片に圧下を施すことができる。圧下装置８には、フレーム８ａと、フレーム８ａ内に配置された一対の駆動式の圧下ロール８ｂが設けられている。
【００３１】
圧下ロール８ｂの直径は、圧下の内部浸透率を十分な値とし、鋳片への噛みこみ角を安定した圧下が可能な値とするには４５０ｍｍ以上が好ましい。また、圧下量を充分確保するため１０００ｍｍ以下が好ましい。
【００３２】
圧下の内部浸透率とは、下記（１）式で表される値である。
η＝（ｄ１−ｄ２）／（Ｄ１−Ｄ２）×１００ …（１）
ここで、η：圧下の内部浸透率（％）、Ｄ１：圧下前の鋳片の直径（ｍｍ）、Ｄ２：圧下後の鋳片の直径（ｍｍ）、ｄ１：圧下前の未凝固部の直径（ｍｍ）、ｄ２：圧下後の未凝固部の厚さ（ｍｍ）である。
【００３３】
圧下ロール８ｂの形状はクラウン形状またはカリバー形状であってもよいが、圧下力および成形性を確保することを考慮すると、フラットロールが好ましい。
【００３４】
圧下ロール８ｂの回転の駆動力は、圧下装置８に設けられた図示しない電動モーターおよび減速機によって付与される。圧下ロール８ｂの圧下力は、圧下装置８に設けられた図示しない油圧式シリンダーによって付与される。圧下装置８のフレーム８ａは、この圧下力に耐えうる剛性を有する。
【００３５】
圧下装置８の鉛直方向への上下動は、電動モーターに接続された、図示しないジャッキによって行う。圧下装置８をワイヤーに吊して巻き上げる機構を用いて行ってもよい。
【００３６】
上述のダミーバー４の上下動は、独立した駆動装置を用いて行うことができる。しかし、前記図１に示すように、圧下装置８を用いて行えば、新たな設備を設ける必要がなく、好ましい。
【００３７】
鋳片のサポートは、圧下装置８の干渉を考慮すると、できる限り少ないことが好ましい。前記図１では、鋳片をサポートする部材として、鋳型直下にフットロール５のみを配置した場合を示す。
【００３８】
１−２−２．圧下方法
図２は、鋳片を圧下する際の連続鋳造機の構成図であり、同図（ａ）は圧下開始直前、同図（ｂ）は圧下途中、同図（ｃ）は圧下完了時を示す図である。
【００３９】
鋳片の鋳造が完了したら、同図（ａ）に示すように、断面が円形または多角形の中空管である溶鋼流出防止管９を、鋳片の上部に排出溶鋼の受容器として配置する。圧下装置８は、ダミーバー４を開放した後、圧下開始位置まで上昇させる。鋳片を静止した状態とし、未凝固溶鋼７の凝固が進行して所定の凝固状態となったら、圧下ロール８ｂを回転させるとともに、圧下装置８を上昇させて所定の圧下量で鋳片の圧下を開始する。圧下装置８の上昇速度の制御は、圧下ロール８ｂの回転の周速度に同調するように行う。圧下装置８が上昇し、鋳片の圧下が進行するとともに、鋳片内部の未凝固溶鋼７は鋳片の上方へ搾り上げられ、排出された溶鋼１０は溶鋼流出防止管９に収容される。
【００４０】
圧下開始時の鋳片の凝固状態は、圧下による内部割れ発生を抑制するため、固相率０．８の等温線で定義される固液界面を凝固界面としたとき、圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１と鋳片の直径Ｄ１の比の値ｄ１／Ｄ１が０．３以下となる状態とすることが好ましい。
【００４１】
鋳片の圧下量ｒ１は、圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１との関係が、鋳片トップ部（連続鋳造機での引き抜きの最終部分）でのｒ１とｄ１の比の値ｒ１／ｄ１が０．４以上となるように設定することにより、鋳片トップ部での引け巣やザクは抑制することができる。また、鋳片を圧下しない場合に引け巣が形成される鋳片トップ部を除く定常鋳造部では、ｒ１／ｄ１を０．８以上とすることにより、定常鋳造部での鋳片の中心部におけるセンターポロシティやザクの生成を抑制することができる。
【００４２】
このように、鋳片トップ部での引け巣やザクを抑制する場合と、鋳片トップ部を除く定常鋳造部でのセンターポロシティやザクの生成を抑制する場合とで、ｒ１／ｄ１の適正値が異なる理由は、以下のように推察される。すなわち、未凝固圧下の進行に伴って鋳片の下部から搾り上げられる等軸晶がある程度存在し、搾り上げの積算距離が長い鋳片トップ部では、搾り上げられてきた等軸晶によって空隙が充填されるため、圧下量が小さく、ｒ１／ｄ１の値が小さくても、センターポロシティおよびザクの生成を抑制できるためと推察される。
【００４３】
鋳片の内質の改善には、鋳片の圧下量は大きいほど好ましいが、ｒ１／ｄ１を１．５よりも大きくするには非常に大きな圧下力が必要であり、設備コストが増大するため、ｒ１／ｄ１は１．５以下とする。
【００４４】
鋳片の圧下は、必ずしも鋳片の下端から上端まで行う必要はなく、必要に応じて圧下の対象を鋳片トップ部の付近だけとしてもよい。
【００４５】
２．スケールアップした場合についての検討
後述する実施例では、本発明の効果を確認するため、円形断面鋳片の直径Ｄ１が３００ｍｍ、圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１が７０ｍｍであって、鋼種が後述する表１に示す１３％Ｃｒ鋼である場合についての試験を行った。その結果、鋳片トップ部でのｒ１／ｄ１を０．４以上とすることにより、鋳片トップ部での引け巣の発生を抑制することができ、鋳片トップ部を除く定常鋳造部でのｒ１／ｄ１を０．８以上とすることにより、定常鋳造部での鋳片の中心部におけるセンターポロシティ生成を抑制し、内質が良好な鋳片を得ることができることを確認した。
【００４６】
ここでは、３次元有限要素法によるシミュレーションにより、鋳片の直径が３００ｍｍよりも大きい場合（スケールアップした場合）における、本発明による内部欠陥の抑制効果について検討した。
【００４７】
２−１．第１のシミュレーション
前記図１に示す垂直型の連続鋳造機を用いて鋳造した鋳片を、内部に未凝固部を有する状態で圧下した場合について変形解析を行った。変形解析は、鋳片の直径Ｄ１が３００ｍｍ、６００ｍｍおよび８００ｍｍの場合について行い、圧下時の凝固界面の挙動を比較した。このとき、いずれの場合も圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１を、ｄ１とＤ１の比の値ｄ１／Ｄ１が７０／３００≒０．２３３となるようにｄ１を設定した。
【００４８】
その結果、上述の（１）式で表される圧下の内部浸透率ηが圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１および凝固シェルの厚さ（Ｄ１−ｄ１）／２に依存すること、および、ｄ１／Ｄ１の値が一定であればηは鋳片の直径Ｄ１の大きさによらず一定であることがわかった。すなわち、鋳片の大径化は、ｄ１／Ｄ１の値が一定であれば鋳片内部変形効率には影響を及ぼさないことが判明した。
【００４９】
このことから、ｄ１／Ｄ１を所定の値とすれば、Ｄ１＞６００ｍｍである大断面の鋳片を含め、Ｄ１＞３００ｍｍの場合も、Ｄ１＝３００ｍｍの場合と同様に、本発明の連続鋳造方法によって内部欠陥の生成を抑制し、内質が良好な鋳片を得ることができることがわかった。
【００５０】
２−２．第２のシミュレーション
第１のシミュレーションと同様のシミュレーションを、異なる鋼種の圧下を想定して行った。ここでは、材料の強度特性（降伏強度および加工硬化係数）のみを第１のシミュレーションと異なる種々の値に設定して行った。その結果、材料の強度特性によらず、ηは一定であることがわかった。すなわち、後述する表１に示す１３％Ｃｒ鋼以外の鋼種であっても、後述する図３に示す圧下量と内部欠陥量の関係が成立すると考えられる。
【００５１】
２−３．第３のシミュレーション
第１のシミュレーションと同様のシミュレーションを、以下の条件で行って圧下力を推定した。
【００５２】
鋳片は、直径を８００ｍｍ、長さを所定の長さ、鋼種を１３％Ｃｒ鋼とした。鋳造速度は０．５０ｍ／ｍｉｎとし、圧下装置の備える圧下ロールは直径６５０ｍｍとした。鋳片の圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１は１９０ｍｍ、圧下量ｒ１は１９０ｍｍとし、鋳片の表面温度は７２０℃とした。この場合、ｄ１／Ｄ１＝０．２３８であり、ほぼ７０／３００と同じ値であった。このシミュレーションの結果、推定された必要な圧下力は７５０ｔであった。
【００５３】
このとき、ｒ１／ｄ１は１．０であるため、後述する図３に示す圧下量と内部欠陥量の関係から、この条件で定常鋳造部および鋳片トップ部に圧下を施すことにより、鋳片トップ部での引け巣の発生および定常鋳造部での鋳片の中心部におけるセンターポロシティおよびザクの生成をほぼ完全に抑制できると予測できる。
【実施例】
【００５４】
本発明の円形断面鋳片の連続鋳造方法の効果を確認するため、以下に示す試験を実施して、その結果を評価した。
【００５５】
１．試験条件
前記図１に示す垂直型の連続鋳造機を用いて直径Ｄ１が３００ｍｍ、長さが１８００ｍｍの円形の断面を有する鋳片を鋳造した。この鋳片を鋳造完了後、静止した状態とし、凝固が進行して所定の凝固状態になったとき、圧下装置を上昇させて、鋳片を下端からその１３００ｍｍ上方まで圧下した。圧下装置の上昇速度は０．８ｍ／ｍｉｎとし、鋳片の圧下は未凝固部の直径ｄ１が７０ｍｍ（ｄ１／Ｄ１＝０．２３３）および１１０ｍｍ（ｄ１／Ｄ１＝０．３６７）となる時点で、種々の圧下量ｒ１で行った。
【００５６】
未凝固部の直径ｄ１は、非定常１次元伝熱解析で算出した固相率０．８に相当する等温線で評価した。伝熱解析の精度が十分であることは、鋳片の表面温度、熱電対による内部温度の測定、トレーサの添加による未凝固部の直径の測定試験によってあらかじめ確認した。
【００５７】
使用した圧下ロールは、直径４５０ｍｍのフラットロールとし、圧下力は最大１００ｔであった。鋳片の鋼種は、ザクおよびポロシティが発生しやすい、表１に示す成分の１３％Ｃｒ鋼とした。
【００５８】
【表１】
【００５９】
未凝固部を含む部分の圧下により、鋳片内部の未凝固溶鋼が鋳片下方から上昇し、上部から排出されるが、溶鋼流出防止管により、排出された溶鋼はあふれることなく圧下を完了した（前記図２参照）。
【００６０】
得られた鋳片は、軸中心を通る断面で切断し、切断面を研磨して、鋳片トップ部の引け巣および定常鋳造部でのセンターポロシティの空隙の状況を調査した。空隙の状況を把握するため、切断面の写真を撮影し、この写真に画像解析を適用して空隙面積を算出した。また、この空隙面積を用いて、引け巣およびセンターポロシティの面積率を算出した。
【００６１】
鋳片トップ部の試験片は、鋳片の圧下完了部から鋳片の上流側へ３００ｍｍまでの範囲から採取した。定常鋳造部でのセンターポロシティの調査用の試験片は、鋳片の長手方向の中央から上流側へ３００ｍｍまでの範囲から採取した。
【００６２】
鋳片の直径が大きいほど鋳片トップ部の引け巣の影響を受ける部分が大きい傾向にあるため、鋳片の直径が３００ｍｍよりも大きい場合には、鋳片の圧下完了部から鋳片の上流側へ３００ｍｍまでの範囲よりも広い範囲で試験片を採取することが好ましい。
【００６３】
ここで、引け巣およびセンターポロシティの面積率とは、鋳片の圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１が０である試験片、すなわち圧下を施していない鋳片試験片（非圧下材）の引け巣またはセンターポロシティの面積を１００％とした場合のそれぞれの面積の割合である。
【００６４】
２．試験結果
図３は、圧下量と内部欠陥量との関係を示す図であり、同図（ａ）は圧下量とトップ部の引け巣の面積率との関係、同図（ｂ）は圧下量と定常鋳造部のセンターポロシティとの関係を示す図である。同図では、横軸をｒ１／ｄ１とし、縦軸を同図（ａ）では引け巣の面積率、同図（ｂ）ではセンターポロシティの面積率とした。
【００６５】
図３から、引け巣の面積率およびセンターポロシティの面積率は、圧下量が少ないときはほぼ変化がなく、圧下量が多くなるに従って減少し始め、ある程度の圧下量に達するとそれ以上減少しなくなるという結果を得た。圧下量が少ないときほぼ変化がないのは、圧下の効果がほとんどないためと考えられる。
【００６６】
また、図３から、ｒ１／ｄ１が０．４以上となるように圧下量ｒ１を設定して圧下した場合に、鋳片トップ部の引け巣が非圧下材の５％程度であったことがわかる。また、ｒ１／ｄ１が０．８以上となるように圧下量ｒ１を設定して圧下した場合に、定常鋳造部のセンターポロシティが非圧下材の１０〜３０％であったことがわかる。
【００６７】
２．製品製造試験
本発明例として、ｒ１／ｄ１が０．８である条件で未凝固部を有する状態で圧下を施し、定常鋳造部のセンターポロシティの面積率が３０％程度の鋳片を作製した。また、比較例として、圧下を施さない鋳片を作製した。鋳片の直径は、いずれも３００ｍｍとした。各鋳片に、鍛伸比を２として鍛伸を施し、穿孔圧延により中空管を製造する試験を行った。
【００６８】
比較例ではポロシティに起因する疵が中空管の内面に発生したのに対して、本発明例ではこのような内面疵は皆無であった。このように、本発明の方法によって製造した鋳片を素材として用いることによって、内面性状の良好な製品を製造することができた。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の円形断面鋳片の連続鋳造方法によれば、円形大断面を有する鋳片でも、従来の垂直型連続鋳造機に鉛直方向に移動可能な圧下装置を追加してインライン圧下法を適用するだけで、鋳片の内質の改善に最適な凝固状態のときに鋳片を圧下することが可能である。そのため、造塊法に比べて合理的な連続鋳造方法で、鋳片の中心部におけるセンターポロシティやザクの生成、鋳片トップ部での引け巣やザクの生成が抑制された、円形大断面を有する鋳片を、低い設備コストで製造することが可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１：取鍋、 ２：浸漬ノズル、 ３：鋳型、 ４：ダミーバー、 ５：フットロール、
６：凝固シェル、 ７：未凝固溶鋼、 ８：圧下装置、 ８ａ：フレーム、
８ｂ：圧下ロール、 ９：溶鋼流出防止管、 １０：排出された溶鋼
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円形の断面を有する鋳片の連続鋳造方法に関し、特に内質に優れた鋳片を製造可能な垂直式の連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、鋼の製品は、連続鋳造により製造された鋳片を素材とし、この素材を分塊圧延し、熱間圧延等の加工により最終製品とするのが一般的である。
【０００３】
しかし、最終製品が大断面となる場合、例えば最終製品がボイラータンクや大型の鍛鋼ロールの場合には、小ロットであり、素材も大断面とならざるを得ない。このため、このような場合には素材として、連続鋳造により製造された鋳片ではなく、造塊法によって鋳造した大型のインゴットを使用し、これに分塊圧延や熱間圧延を行ったものを最終製品としているのが現状である。ここで、鋳片やインゴットについて大断面とは、横断面の直径が６００ｍｍ以上のものをいう。
【０００４】
造塊法は、連続鋳造法に対してエネルギー消費量やコストの面で不利であるため、近年では、従来困難とされてきた大断面鋳片への連続鋳造の適用が試みられてきている。
【０００５】
ところが、大断面鋳片を連続鋳造した場合、鋳片中心部に生成するセンターポロシティやザクが大きくなりやすく、鋳造された鋳片は内部品質が低いという問題が生じやすい。また、鋳型への給湯の停止後、凝固収縮に伴って鋳片のトップ部に引け巣やザクが発生するため、歩留りが低いという問題がある。
【０００６】
特許文献１では、垂直型の連続鋳造方法でセンターポロシティ、中心偏析等の内部欠陥の少ない高合金鋼を含む特殊鋼を鋳造する方法として、鋳型を鋳片の幅方向、厚さ方向に拡げながら鋳造し、鋳片にテーパを付与する方法が提案されている。
【０００７】
しかし、本発明者らの調査の結果、特許文献１で提案された方法では、鋳片にテーパを付与することで従来の押湯によるポロシティ抑制の役割を担うものの、設備費用が高価であるのに比べて内部欠陥の発生を抑制する効果は限定的であることがわかった。
【０００８】
特許文献２では、中心偏析やポロシティのない内質の優れた鋳片の製造方法として、連続鋳造機内の凝固末期部に電磁攪拌装置を配置し、所定の電磁力で未凝固溶鋼を攪拌する方法が提案されている。
【０００９】
特許文献２で提案された方法では、電磁攪拌によって鋳片の内質の改善は可能である。しかし、この方法を大断面鋳片に適用する場合、鋳片が厚いため、磁場の減衰が大きく、残溶鋼を充分に攪拌するには磁場強度を大きくする必要があることから、より高価な電磁攪拌装置が必要となり、設備コストが上昇する。
【００１０】
特許文献３では、連続鋳造鋳片のトップ部の収縮による歩留りの低下を抑制する方法として、鋳片トップ部が鋳型を通過した後にその鋳片トップ部をバーナーまたはアークによって保温または加熱し、トップ部の収縮面を減少させる方法が提案されている。
【００１１】
特許文献３で提案された方法は、特許文献１で提案された方法と同様に、鋳片トップ部の押し湯によるポロシティ抑制と同様の効果を目的とした方法であるが、鋳片が長い場合には鋳片の中央部までこの効果を得ることは困難であり、さらに、設備が高価であり、エネルギーの面からも不経済であるため、有効な手段とはいえない。
【００１２】
センターポロシティやザクの生成を抑制し、鋳片の内質を改善するには、インライン圧下法、すなわち通常の連続鋳造機内に設置されたロール等の圧下装置により鋳片を圧下するのが有効である。しかし、この方法を大断面鋳片に適用する場合には以下の問題がある。
【００１３】
まず、インライン圧下法で鋳片の内質を改善するには、鋳片の圧下を鋳片の凝固状態が最適であるときに行うことが重要である。そのため、最適凝固状態の鋳片を、固定された圧下装置まで引き抜く必要がある。また、大断面鋳片の場合には、圧下装置の固定位置を鋳片の最適凝固時期に合わせるために必要な連続鋳造機の機長を確保することが困難である。
【００１４】
一方、鋳造速度を極めて低速とすれば、連続鋳造機の機長は短くても鋳片の最適凝固時期を圧下装置の設置位置に合わせることができる。しかし、この場合には、湯面皮張り、リップルマーク（湯じわ）、モールドパウダーの巻き込み等が発生し、表面品質および内部品質が著しく損なわれる。湯面皮張りは、鋳型内の湯面における熱供給不足によって発生し、リップルマークは、凝固シェルの収縮によって鋳型内で溶湯が鋳型と凝固シェルとの間でオーバーフローすることに起因して発生する。
【００１５】
鋳造速度を極めて低速とした場合の問題は、特許文献３で提案された方法で解決する場合、設備が複雑となり、不経済である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−３６１３７４号公報
【特許文献２】特開昭５８−９７４７０号公報
【特許文献３】特許第１９６３１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、鋳片の定常鋳造部におけるセンターポロシティやザクの生成、鋳片トップ部での引け巣やザクの生成が抑制された、内質が良好な鋳片を、円形大断面を有する鋳片であっても低い設備コストで安定して連続鋳造できる方法を提供することを目的とする。ここで、鋳片トップ部とは、連続鋳造機での引き抜きの最終部分をいう。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、上記の問題について検討した結果、円形大断面を有する鋳片でも、鋳造を完了した後、鋳片を静止した状態で未凝固部の凝固を進行させ、凝固状態を鋳片の内質の改善に最適な状態した上で、移動可能な圧下装置によって圧下することにより、最適凝固状態で鋳片を圧下することが可能であることを知見した。この場合、最適凝固状態の鋳片を、固定された圧下装置まで引き抜く必要はなく、連続鋳造機の機長は鋳造長さ相当分で済むため、上述のように長い機長を有する連続鋳造機を使用する必要もない。また、鋳造速度を極めて低速とする必要もない。
【００１９】
また、本発明者らは、種々の試験および検討を重ねた結果、固相率０．８の等温線で定義される固液界面を凝固界面としたとき、鋳片トップ部での鋳片の圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．４以上とすることで、鋳片トップ部（連続鋳造機での引き抜きの最終部分）での引け巣やザクの生成を抑制することが可能であることを知見した。また、鋳片トップ部を除く定常鋳造部でのｒ１／ｄ１を０．８以上とすることで、定常鋳造部での鋳片の中心部におけるセンターポロシティやザクの生成を抑制することが可能であることを知見した。
【００２０】
本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（４）に示す円形断面鋳片の連続鋳造方法にある。
【００２１】
（１）垂直型の連続鋳造機を用い、直径が３００ｍｍ以上の横断面を有する鋳片を連続鋳造する方法であって、鋳造を完了した後、内部に未凝固部を有する鋳片を、鉛直方向に移動可能な圧下装置によって鋳片の下方から上方に向けて圧下する際に、圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部以外の部分において、圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．８以上１．５以下とすることを特徴とする円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【００２２】
（２）圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部において、ｒ１／ｄ１を０．４以上１．５以下とすることを特徴とする、請求項１に記載の円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【００２３】
（３）垂直型の連続鋳造機を用い、直径が３００ｍｍ以上の横断面を有する鋳片を連続鋳造する方法であって、鋳造を完了した後、内部に未凝固部を有する鋳片を、鉛直方向に移動可能な圧下装置によって鋳片の下方から上方に向けて圧下する際に、圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部において、圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．８以上１．５以下とすることを特徴とする円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【００２４】
（４）圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１と鋳片の直径Ｄ１の比の値ｄ１／Ｄ１を０．３以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の円形断面鋳片の連続鋳造方法によれば、円形大断面を有する鋳片でも、従来の垂直型連続鋳造機に鉛直方向に移動可能な圧下装置を追加するだけで、鋳片の内質の改善に最適な凝固状態のときに鋳片を圧下することが可能である。そのため、造塊法に比べて合理的な連続鋳造方法で、鋳片の中心部におけるセンターポロシティやザクの生成、鋳片トップ部での引け巣やザクの生成が抑制された、円形大断面を有する鋳片を、低い設備コストで製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】鉛直方向に移動可能な圧下装置を備える垂直型の連続鋳造機の一例を示す構成図であり、同図（ａ）は鋳造開始直後、同図（ｂ）は鋳造途中を示す図である。
【図２】鋳片を圧下する際の連続鋳造機の構成図であり、同図（ａ）は圧下開始直前、同図（ｂ）は圧下途中、同図（ｃ）は圧下完了時を示す図である。
【図３】圧下量と内部欠陥量との関係を示す図であり、同図（ａ）は圧下量とトップ部の引け巣の面積率との関係、同図（ｂ）は圧下量と定常鋳造部のセンターポロシティとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
１．連続鋳造機の構成および鋳片の鋳造方法
１−１．鋳片の鋳造方法
図１は、鉛直方向に移動可能な圧下装置を備える垂直型の連続鋳造機の一例を示す構成図であり、同図（ａ）は鋳造開始直後、同図（ｂ）は鋳造途中を示す図である。同図に示すように、溶鋼は、取鍋１から浸漬ノズル２を経て、鋳床に設置された無底の鋳型３内へ注入される。鋳造中の鋳型３には、図示しないオシレーション装置を用いて上下動が付与される。鋳型３への溶鋼の注入は、取鍋１と浸漬ノズル２の間にタンディッシュ設け、これを介して行ってもよい。
【００２８】
鋳造時には、ダミーバー４によって底部が塞がれた鋳型３に溶鋼を注入し、鋳型３を上下動させながらダミーバー４を下降させ、鋳片をフットロール５でサポートしながら鋳型３の下方に引き抜いて、所定の長さまで鋳造し、鋳造を完了する。このとき、鋳造速度は溶鋼静圧によって鋳片にバルジングが生じない範囲とする。鋳型３から引き抜かれる際の鋳片は、表面に凝固シェル６が形成され内部に未凝固溶鋼７が存在する状態である。
【００２９】
続いて、鋳片の圧下が完了したら、連続鋳造機から鋳片を取り除き、連続鋳造作業を完了する。鋳片の圧下については次に説明する。
【００３０】
１−２．鋳片の圧下方法
１−２−１．圧下装置の構成
前記図１に示すように、連続鋳造機には、鉛直方向に移動可能な圧下装置８が設けられており、圧下装置８が移動可能な範囲内であれば鋳片に圧下を施すことができる。圧下装置８には、フレーム８ａと、フレーム８ａ内に配置された一対の駆動式の圧下ロール８ｂが設けられている。
【００３１】
圧下ロール８ｂの直径は、圧下の内部浸透率を十分な値とし、鋳片への噛みこみ角を安定した圧下が可能な値とするには４５０ｍｍ以上が好ましい。また、圧下量を充分確保するため１０００ｍｍ以下が好ましい。
【００３２】
圧下の内部浸透率とは、下記（１）式で表される値である。
η＝（ｄ１−ｄ２）／（Ｄ１−Ｄ２）×１００ …（１）
ここで、η：圧下の内部浸透率（％）、Ｄ１：圧下前の鋳片の直径（ｍｍ）、Ｄ２：圧下後の鋳片の直径（ｍｍ）、ｄ１：圧下前の未凝固部の直径（ｍｍ）、ｄ２：圧下後の未凝固部の厚さ（ｍｍ）である。
【００３３】
圧下ロール８ｂの形状はクラウン形状またはカリバー形状であってもよいが、圧下力および成形性を確保することを考慮すると、フラットロールが好ましい。
【００３４】
圧下ロール８ｂの回転の駆動力は、圧下装置８に設けられた図示しない電動モーターおよび減速機によって付与される。圧下ロール８ｂの圧下力は、圧下装置８に設けられた図示しない油圧式シリンダーによって付与される。圧下装置８のフレーム８ａは、この圧下力に耐えうる剛性を有する。
【００３５】
圧下装置８の鉛直方向への上下動は、電動モーターに接続された、図示しないジャッキによって行う。圧下装置８をワイヤーに吊して巻き上げる機構を用いて行ってもよい。
【００３６】
上述のダミーバー４の上下動は、独立した駆動装置を用いて行うことができる。しかし、前記図１に示すように、圧下装置８を用いて行えば、新たな設備を設ける必要がなく、好ましい。
【００３７】
鋳片のサポートは、圧下装置８の干渉を考慮すると、できる限り少ないことが好ましい。前記図１では、鋳片をサポートする部材として、鋳型直下にフットロール５のみを配置した場合を示す。
【００３８】
１−２−２．圧下方法
図２は、鋳片を圧下する際の連続鋳造機の構成図であり、同図（ａ）は圧下開始直前、同図（ｂ）は圧下途中、同図（ｃ）は圧下完了時を示す図である。
【００３９】
鋳片の鋳造が完了したら、同図（ａ）に示すように、断面が円形または多角形の中空管である溶鋼流出防止管９を、鋳片の上部に排出溶鋼の受容器として配置する。圧下装置８は、ダミーバー４を開放した後、圧下開始位置まで上昇させる。鋳片を静止した状態とし、未凝固溶鋼７の凝固が進行して所定の凝固状態となったら、圧下ロール８ｂを回転させるとともに、圧下装置８を上昇させて所定の圧下量で鋳片の圧下を開始する。圧下装置８の上昇速度の制御は、圧下ロール８ｂの回転の周速度に同調するように行う。圧下装置８が上昇し、鋳片の圧下が進行するとともに、鋳片内部の未凝固溶鋼７は鋳片の上方へ搾り上げられ、排出された溶鋼１０は溶鋼流出防止管９に収容される。
【００４０】
圧下開始時の鋳片の凝固状態は、圧下による内部割れ発生を抑制するため、固相率０．８の等温線で定義される固液界面を凝固界面としたとき、圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１と鋳片の直径Ｄ１の比の値ｄ１／Ｄ１が０．３以下となる状態とすることが好ましい。
【００４１】
鋳片の圧下量ｒ１は、圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１との関係が、鋳片トップ部（連続鋳造機での引き抜きの最終部分）でのｒ１とｄ１の比の値ｒ１／ｄ１が０．４以上となるように設定することにより、鋳片トップ部での引け巣やザクは抑制することができる。また、鋳片を圧下しない場合に引け巣が形成される鋳片トップ部を除く定常鋳造部では、ｒ１／ｄ１を０．８以上とすることにより、定常鋳造部での鋳片の中心部におけるセンターポロシティやザクの生成を抑制することができる。
【００４２】
このように、鋳片トップ部での引け巣やザクを抑制する場合と、鋳片トップ部を除く定常鋳造部でのセンターポロシティやザクの生成を抑制する場合とで、ｒ１／ｄ１の適正値が異なる理由は、以下のように推察される。すなわち、未凝固圧下の進行に伴って鋳片の下部から搾り上げられる等軸晶がある程度存在し、搾り上げの積算距離が長い鋳片トップ部では、搾り上げられてきた等軸晶によって空隙が充填されるため、圧下量が小さく、ｒ１／ｄ１の値が小さくても、センターポロシティおよびザクの生成を抑制できるためと推察される。
【００４３】
鋳片の内質の改善には、鋳片の圧下量は大きいほど好ましいが、ｒ１／ｄ１を１．５よりも大きくするには非常に大きな圧下力が必要であり、設備コストが増大するため、ｒ１／ｄ１は１．５以下とする。
【００４４】
鋳片の圧下は、必ずしも鋳片の下端から上端まで行う必要はなく、必要に応じて圧下の対象を鋳片トップ部の付近だけとしてもよい。
【００４５】
２．スケールアップした場合についての検討
後述する実施例では、本発明の効果を確認するため、円形断面鋳片の直径Ｄ１が３００ｍｍ、圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１が７０ｍｍであって、鋼種が後述する表１に示す１３％Ｃｒ鋼である場合についての試験を行った。その結果、鋳片トップ部でのｒ１／ｄ１を０．４以上とすることにより、鋳片トップ部での引け巣の発生を抑制することができ、鋳片トップ部を除く定常鋳造部でのｒ１／ｄ１を０．８以上とすることにより、定常鋳造部での鋳片の中心部におけるセンターポロシティ生成を抑制し、内質が良好な鋳片を得ることができることを確認した。
【００４６】
ここでは、３次元有限要素法によるシミュレーションにより、鋳片の直径が３００ｍｍよりも大きい場合（スケールアップした場合）における、本発明による内部欠陥の抑制効果について検討した。
【００４７】
２−１．第１のシミュレーション
前記図１に示す垂直型の連続鋳造機を用いて鋳造した鋳片を、内部に未凝固部を有する状態で圧下した場合について変形解析を行った。変形解析は、鋳片の直径Ｄ１が３００ｍｍ、６００ｍｍおよび８００ｍｍの場合について行い、圧下時の凝固界面の挙動を比較した。このとき、いずれの場合も圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１を、ｄ１とＤ１の比の値ｄ１／Ｄ１が７０／３００≒０．２３３となるようにｄ１を設定した。
【００４８】
その結果、上述の（１）式で表される圧下の内部浸透率ηが圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１および凝固シェルの厚さ（Ｄ１−ｄ１）／２に依存すること、および、ｄ１／Ｄ１の値が一定であればηは鋳片の直径Ｄ１の大きさによらず一定であることがわかった。すなわち、鋳片の大径化は、ｄ１／Ｄ１の値が一定であれば鋳片内部変形効率には影響を及ぼさないことが判明した。
【００４９】
このことから、ｄ１／Ｄ１を所定の値とすれば、Ｄ１＞６００ｍｍである大断面の鋳片を含め、Ｄ１＞３００ｍｍの場合も、Ｄ１＝３００ｍｍの場合と同様に、本発明の連続鋳造方法によって内部欠陥の生成を抑制し、内質が良好な鋳片を得ることができることがわかった。
【００５０】
２−２．第２のシミュレーション
第１のシミュレーションと同様のシミュレーションを、異なる鋼種の圧下を想定して行った。ここでは、材料の強度特性（降伏強度および加工硬化係数）のみを第１のシミュレーションと異なる種々の値に設定して行った。その結果、材料の強度特性によらず、ηは一定であることがわかった。すなわち、後述する表１に示す１３％Ｃｒ鋼以外の鋼種であっても、後述する図３に示す圧下量と内部欠陥量の関係が成立すると考えられる。
【００５１】
２−３．第３のシミュレーション
第１のシミュレーションと同様のシミュレーションを、以下の条件で行って圧下力を推定した。
【００５２】
鋳片は、直径を８００ｍｍ、長さを所定の長さ、鋼種を１３％Ｃｒ鋼とした。鋳造速度は０．５０ｍ／ｍｉｎとし、圧下装置の備える圧下ロールは直径６５０ｍｍとした。鋳片の圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１は１９０ｍｍ、圧下量ｒ１は１９０ｍｍとし、鋳片の表面温度は７２０℃とした。この場合、ｄ１／Ｄ１＝０．２３８であり、ほぼ７０／３００と同じ値であった。このシミュレーションの結果、推定された必要な圧下力は７５０ｔであった。
【００５３】
このとき、ｒ１／ｄ１は１．０であるため、後述する図３に示す圧下量と内部欠陥量の関係から、この条件で定常鋳造部および鋳片トップ部に圧下を施すことにより、鋳片トップ部での引け巣の発生および定常鋳造部での鋳片の中心部におけるセンターポロシティおよびザクの生成をほぼ完全に抑制できると予測できる。
【実施例】
【００５４】
本発明の円形断面鋳片の連続鋳造方法の効果を確認するため、以下に示す試験を実施して、その結果を評価した。
【００５５】
１．試験条件
前記図１に示す垂直型の連続鋳造機を用いて直径Ｄ１が３００ｍｍ、長さが１８００ｍｍの円形の断面を有する鋳片を鋳造した。この鋳片を鋳造完了後、静止した状態とし、凝固が進行して所定の凝固状態になったとき、圧下装置を上昇させて、鋳片を下端からその１３００ｍｍ上方まで圧下した。圧下装置の上昇速度は０．８ｍ／ｍｉｎとし、鋳片の圧下は未凝固部の直径ｄ１が７０ｍｍ（ｄ１／Ｄ１＝０．２３３）および１１０ｍｍ（ｄ１／Ｄ１＝０．３６７）となる時点で、種々の圧下量ｒ１で行った。
【００５６】
未凝固部の直径ｄ１は、非定常１次元伝熱解析で算出した固相率０．８に相当する等温線で評価した。伝熱解析の精度が十分であることは、鋳片の表面温度、熱電対による内部温度の測定、トレーサの添加による未凝固部の直径の測定試験によってあらかじめ確認した。
【００５７】
使用した圧下ロールは、直径４５０ｍｍのフラットロールとし、圧下力は最大１００ｔであった。鋳片の鋼種は、ザクおよびポロシティが発生しやすい、表１に示す成分の１３％Ｃｒ鋼とした。
【００５８】
【表１】
【００５９】
未凝固部を含む部分の圧下により、鋳片内部の未凝固溶鋼が鋳片下方から上昇し、上部から排出されるが、溶鋼流出防止管により、排出された溶鋼はあふれることなく圧下を完了した（前記図２参照）。
【００６０】
得られた鋳片は、軸中心を通る断面で切断し、切断面を研磨して、鋳片トップ部の引け巣および定常鋳造部でのセンターポロシティの空隙の状況を調査した。空隙の状況を把握するため、切断面の写真を撮影し、この写真に画像解析を適用して空隙面積を算出した。また、この空隙面積を用いて、引け巣およびセンターポロシティの面積率を算出した。
【００６１】
鋳片トップ部の試験片は、鋳片の圧下完了部から鋳片の上流側へ３００ｍｍまでの範囲から採取した。定常鋳造部でのセンターポロシティの調査用の試験片は、鋳片の長手方向の中央から上流側へ３００ｍｍまでの範囲から採取した。
【００６２】
鋳片の直径が大きいほど鋳片トップ部の引け巣の影響を受ける部分が大きい傾向にあるため、鋳片の直径が３００ｍｍよりも大きい場合には、鋳片の圧下完了部から鋳片の上流側へ３００ｍｍまでの範囲よりも広い範囲で試験片を採取することが好ましい。
【００６３】
ここで、引け巣およびセンターポロシティの面積率とは、鋳片の圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１が０である試験片、すなわち圧下を施していない鋳片試験片（非圧下材）の引け巣またはセンターポロシティの面積を１００％とした場合のそれぞれの面積の割合である。
【００６４】
２．試験結果
図３は、圧下量と内部欠陥量との関係を示す図であり、同図（ａ）は圧下量とトップ部の引け巣の面積率との関係、同図（ｂ）は圧下量と定常鋳造部のセンターポロシティとの関係を示す図である。同図では、横軸をｒ１／ｄ１とし、縦軸を同図（ａ）では引け巣の面積率、同図（ｂ）ではセンターポロシティの面積率とした。
【００６５】
図３から、引け巣の面積率およびセンターポロシティの面積率は、圧下量が少ないときはほぼ変化がなく、圧下量が多くなるに従って減少し始め、ある程度の圧下量に達するとそれ以上減少しなくなるという結果を得た。圧下量が少ないときほぼ変化がないのは、圧下の効果がほとんどないためと考えられる。
【００６６】
また、図３から、ｒ１／ｄ１が０．４以上となるように圧下量ｒ１を設定して圧下した場合に、鋳片トップ部の引け巣が非圧下材の５％程度であったことがわかる。また、ｒ１／ｄ１が０．８以上となるように圧下量ｒ１を設定して圧下した場合に、定常鋳造部のセンターポロシティが非圧下材の１０〜３０％であったことがわかる。
【００６７】
２．製品製造試験
本発明例として、ｒ１／ｄ１が０．８である条件で未凝固部を有する状態で圧下を施し、定常鋳造部のセンターポロシティの面積率が３０％程度の鋳片を作製した。また、比較例として、圧下を施さない鋳片を作製した。鋳片の直径は、いずれも３００ｍｍとした。各鋳片に、鍛伸比を２として鍛伸を施し、穿孔圧延により中空管を製造する試験を行った。
【００６８】
比較例ではポロシティに起因する疵が中空管の内面に発生したのに対して、本発明例ではこのような内面疵は皆無であった。このように、本発明の方法によって製造した鋳片を素材として用いることによって、内面性状の良好な製品を製造することができた。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の円形断面鋳片の連続鋳造方法によれば、円形大断面を有する鋳片でも、従来の垂直型連続鋳造機に鉛直方向に移動可能な圧下装置を追加してインライン圧下法を適用するだけで、鋳片の内質の改善に最適な凝固状態のときに鋳片を圧下することが可能である。そのため、造塊法に比べて合理的な連続鋳造方法で、鋳片の中心部におけるセンターポロシティやザクの生成、鋳片トップ部での引け巣やザクの生成が抑制された、円形大断面を有する鋳片を、低い設備コストで製造することが可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１：取鍋、 ２：浸漬ノズル、 ３：鋳型、 ４：ダミーバー、 ５：フットロール、
６：凝固シェル、 ７：未凝固溶鋼、 ８：圧下装置、 ８ａ：フレーム、
８ｂ：圧下ロール、 ９：溶鋼流出防止管、 １０：排出された溶鋼
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直型の連続鋳造機を用い、直径が３００ｍｍ以上の横断面を有する鋳片を連続鋳造する方法であって、
鋳造を完了した後、内部に未凝固部を有する鋳片を、鉛直方向に移動可能な圧下装置によって鋳片の下方から上方に向けて圧下する際に、
圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部以外の部分において、圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．８以上１．５以下とすることを特徴とする円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【請求項２】
圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部において、ｒ１／ｄ１を０．４以上１．５以下とすることを特徴とする、請求項１に記載の円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【請求項３】
垂直型の連続鋳造機を用い、直径が３００ｍｍ以上の横断面を有する鋳片を連続鋳造する方法であって、
鋳造を完了した後、内部に未凝固部を有する鋳片を、鉛直方向に移動可能な圧下装置によって鋳片の下方から上方に向けて圧下する際に、
圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部において、圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．８以上１．５以下とすることを特徴とする円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【請求項４】
圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１と鋳片の直径Ｄ１の比の値ｄ１／Ｄ１を０．３以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【請求項１】
垂直型の連続鋳造機を用い、直径が３００ｍｍ以上の横断面を有する鋳片を連続鋳造する方法であって、
鋳造を完了した後、内部に未凝固部を有する鋳片を、鉛直方向に移動可能な圧下装置によって鋳片の下方から上方に向けて圧下する際に、
圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部以外の部分において、圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．８以上１．５以下とすることを特徴とする円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【請求項２】
圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部において、ｒ１／ｄ１を０．４以上１．５以下とすることを特徴とする、請求項１に記載の円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【請求項３】
垂直型の連続鋳造機を用い、直径が３００ｍｍ以上の横断面を有する鋳片を連続鋳造する方法であって、
鋳造を完了した後、内部に未凝固部を有する鋳片を、鉛直方向に移動可能な圧下装置によって鋳片の下方から上方に向けて圧下する際に、
圧下しない状態で引け巣が形成される鋳片トップ部において、圧下量ｒ１と圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１の比の値ｒ１／ｄ１を０．８以上１．５以下とすることを特徴とする円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【請求項４】
圧下開始時の未凝固部の直径ｄ１と鋳片の直径Ｄ１の比の値ｄ１／Ｄ１を０．３以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円形断面鋳片の連続鋳造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１１１５８７（Ｐ２０１３−１１１５８７Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７０６６（Ｐ２０１１−２５７０６６）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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