JP5846066B2 - 鋳片の冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳片の冷却方法に関し、特に、Ｓｉ含有率の高い鋼からなる鋳片であっても熱応力割れを防止することが可能な鋳片の冷却方法に関する。

Ｓｉ含有率が高い鋼（例えばＳｉ含有率が１．０質量％以上の鋼。以下「高Ｓｉ鋼」ともいう。）からなる鋳片は、熱割れ感受性が高いため、表面に割れが発生しやすい。

このような鋳片の表面割れを防止する方法が、特許文献１および２で提案されている。

特許文献１では、Ｓｉ含有率が１．５０〜６．５０ｗｔ％の鋳片を対象とし、Ｓｉ含有率によって特定された、延性低下を示す上限温度より冷却することなく加熱炉に鋳片を加熱炉に装入し、均熱処理を行った後、熱間圧延を行うことが記載されている。

しかし、特許文献１に記載の方法では、上記のＳｉ含有率によって特定された温度より冷却することなく加熱炉に装入しなければならないため、鋳造設備から加熱炉までの距離が短いこと、または鋳片の温度低下を防ぎつつ運搬することが可能な専用の台車を用意することが必要である。

これと同様の問題は、高Ｓｉ鋼からなる鋳片の表面割れを防止する方法として従来から用いられている、鋳片を高温の状態で連続鋳造機から搬出し、圧延のため改めて加熱する前に、鋳片端部を圧下する方法でも生じる。

さらに、鋳造中に異常が生じた場合や、加熱炉への装入のタイミングを逸した場合等、加熱炉への鋳片の装入を適切な時期に行えなかった場合には、通常の冷却（例えば後述する徐冷または放冷）となり、表面割れの発生が余儀なくされる。

特許文献２では、高炭素マルテンサイト系ステンレス鋼の鋳片表面の熱割れを防止する方法として、鋳片の外部を保温カバーで囲覆して、冷却速度が１０℃／ｈ未満の超徐冷をする方法が記載されている。

しかし、特許文献２に記載の方法を高Ｓｉ鋼からなる鋳片に適用した場合、Ｓｉ含有率が比較的高い場合、または鋳片が長い場合には、鋳片の表面割れが発生することがあった。

特開平２−３８５２６号公報 特開昭６０−９５６９号公報

上述のように、高Ｓｉ鋼からなる鋳片の表面割れが発生するのを抑制すること、特に、高Ｓｉ鋼からなる連続鋳造鋳片を鋳造後の高温から常温まで、表面割れの発生を抑制しつつ冷却することは困難であった。以下の説明では、「連続鋳造後、常温まで温度が低下する前の状態の鋳片」を「熱片」、「連続鋳造後、温度が低下して常温となった鋳片」を「冷片」ともいう。

この表面割れの発生は、熱片は幅方向および長手方向に温度分布を有するため、そのまま放冷または水冷した場合には、温度が低い部位はより温度が低下して、局所的な熱応力が発生する。これに起因して、鋳片に表面割れが発生する。表面割れが大きい場合には、割れが鋳片の内部まで伝播し、鋳片を完全に分割することもある。

本発明は、この問題に鑑みてなされたものであり、鋳片を連続鋳造した後、所定の長さの熱片に切断し、冷却して冷片とするにあたり、熱応力による表面割れの発生を防止することが可能な鋳片の冷却方法を提供することを目的とする。

本発明者は、鋳片（熱片）の表面の冷却速度とＳｉ含有率と鋳片の長さとの関係に着目し、鋳片における局所的な熱応力の緩和について検討した。その結果、鋳片表面の冷却速度に応じて、Ｓｉ含有率と鋳片の長さの積が所定の値未満であれば、熱応力が緩和され、鋳片の表面割れを抑制できることを知見した。この検討内容については後述する。

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（１）〜（３）の鋳片の冷却方法にある。

（１）Ｓｉ含有率が１質量％以上の鋼からなり、連続鋳造後に切断された鋳片の冷却方法であって、前記鋳片を複数本積み重ねた状態とし、前記鋳片のうち最も上に位置するものの幅方向中央の表面の冷却速度を１０℃／ｈ以下とし、Ａ＝２５として、前記鋳片のＳｉ含有率と前記鋳片の長さが下記（１）式を満足することを特徴とする鋳片の冷却方法。
［Ｓｉ］×Ｌ＜Ａ …（１）
ここで、［Ｓｉ］：前記鋳片のＳｉ含有率（質量％）、Ｌ：前記鋳片の長さ（ｍ）、Ａ
：あらかじめ試験により求めた、前記鋳片のうち最も上に位置するものの幅方向中央の表
面の冷却速度に応じた鋳片の表面割れが発生しない値（質量％×ｍ）である。

（２）Ｓｉ含有率が１質量％以上の鋼からなり、連続鋳造後に切断された鋳片の冷却方法であって、前記鋳片を複数本積み重ねた状態とし、前記鋳片のうち最も上に位置するものの幅方向中央の表面の冷却速度を１０℃／ｈを超え１６．４℃／ｈ以下とし、Ａ＝１０として、前記鋳片のＳｉ含有率と前記鋳片の長さが下記（１）式を満足することを特徴とする鋳片の冷却方法。
［Ｓｉ］×Ｌ＜Ａ …（１）
ここで、［Ｓｉ］：前記鋳片のＳｉ含有率（質量％）、Ｌ：前記鋳片の長さ（ｍ）、Ａ：あらかじめ試験により求めた、前記鋳片のうち最も上に位置するものの幅方向中央の表面の冷却速度に応じた鋳片の表面割れが発生しない値（質量％×ｍ）である。

（３）Ｌ≦１０であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の鋳片の冷
却方法。

以下の説明では、鋳片を積み重ねることを「パイリング」ともいう。

本発明の鋳片の冷却方法によれば、連続鋳造後の鋳片（熱片）を、表面割れを発生させることなく常温まで冷却し、冷片とすることができる。そのため、熱間圧延スケジュールに合わせて表面割れのない冷片を製造し、この冷片を素材としてコイルを製造することが可能となることから、不要な作り置きによるコイルの在庫の増加を防止することができる。また、小ロット材のオーダーに応じた圧延の実施が可能となる。

また、従来、鋳片を手入れするために冷却すると、表面割れが発生していた鋼種では、鋳造後の鋳片を冷却することなく圧延し、コイルとした後で不良部をトリミング除去していたため歩留まりが低くなっていた。しかし、本発明の鋳片の冷却方法によれば、表面割れのない冷片を得ることができるため、鋳片段階での手入れが可能となり、鋳片を圧延してコイルとした後では不良部のトリミング除去が不要であり、歩留まりの低下を抑制できる。

徐冷カバーを使用した鋳片の冷却方法の状態を説明する概略図である。 徐冷カバーを設けてからの経過時間と、鋳片の表面温度との関係を示す図であり、同図（ａ）は鋳片を８本パイリングした場合、同図（ｂ）は１２本パイリングした場合の図である。 最上段の鋳片の表面冷却速度と鋳片のパイリング数との関係を示す図である。 徐冷カバーを使用した鋳片の別の冷却方法の概略図である。

以下、本発明を完成させるための検討の内容および本発明を実施するための形態について説明する。

１．検討の内容
鋳片の冷却速度、Ｓｉ含有率および長さと、表面割れの発生との関係に着目し、以下の３つの試験を行った。

１−１．第１の試験（パイリング本数と鋳片の冷却速度との関係）
図１は、徐冷カバーを使用した鋳片の冷却方法の状態を説明する概略図である。同図に示すように、連続鋳造後、トーチで所定の長さに切断された鋳片（熱片）１を地面２の上にパイリングし、パイリングした鋳片１全体を覆うように徐冷カバー３を設けた。

鋳片は、幅１２４０ｍｍ、厚さ２５０ｍｍ、長さ１００００ｍｍ（１０ｍ）のスラブとし、パイリングした鋳片を２組徐冷カバー内に配置した。徐冷カバーは、厚さ２５ｍｍの鋼板からなる天井面と４つの側壁面の外壁により構成された幅６．５ｍ、高さ４ｍ、奥行き１０ｍの直方体形状とした。

図２は、徐冷カバーを設けてからの経過時間と、鋳片の表面温度との関係を示す図であり、同図（ａ）は鋳片を８本パイリングした場合、同図（ｂ）は１２本パイリングした場合の図である。いずれの場合も、鋳片の幅方向中央の表面温度を接触式熱電対で測定した。その結果、徐冷カバーを開始してからの鋳片の表面温度の推移に差異は認められなかった。また、いずれの場合も鋳片の表面割れは発生しなかった。

図２に示す温度推移に基づいて、徐冷カバーを開始してから鋳片の表面温度が４００℃に低下するまでの時間と、温度の低下幅から鋳片の冷却速度を算出したところ、５．３℃／ｈであった。また、８本パイリングした場合について、徐冷カバーを開始した直後の鋳片の冷却速度を同図（ａ）から求めたところ、１０℃／ｈであった。

１−２．第２の試験（鋳片の冷却速度と表面割れとの関係）
次に、鋳片（熱片）の冷却速度と表面割れとの関係について調査した。鋳片の冷却速度を変化させるため、鋳片のパイリング数を１本〜８本とし、徐冷カバーを設けた場合と設けなかった場合について試験を行った。鋳片および徐冷カバーは第１の試験と同じものを用いた。徐冷カバーを設けず、外気開放の常温雰囲気下に放置して行う鋳片の冷却を、以下「放冷」ともいう。

図３は、最上段の鋳片の表面冷却速度と鋳片のパイリング数との関係を示す図である。鋳片を１本だけ放冷した場合は、鋳片表面の冷却速度は３３℃／ｈと大きく、鋳片表面から深さ方向に１０ｍｍ以上の大きな割れが発生していた。

一方、徐冷カバーを設けた場合には、鋳片表面の冷却速度は２０℃／ｈ、鋳片表面の割れは深さ方向に１０ｍｍ未満であり、いずれも１本だけ放冷した場合と比較して割れは小さかった。

以上のように、図３から、冷却速度が小さいほど表面割れの発生が少なく、冷却速度が１０℃／ｈ以下であれば表面割れの発生が皆無となることがわかった。

１−３．第３の試験（鋳片のＳｉ含有率および鋳片の長さと表面割れとの関係）
さらに、本発明者が検討を進めたところ、徐冷カバーを設けた場合であっても鋳片のＳｉ含有率または鋳片の長さによっては表面割れが発生することがあることを知見した。

熱応力により鋳片に表面割れが発生する大きな要因としては、以下の２つが考えられる。第１に鋳片の組成（特にＳｉ含有率）が鋳片の熱割れ感受性に及ぼす影響が大きいこと、第２に鋳片長手方向の熱収縮による局所的な熱応力の大きさが鋳片の長さに依存することである。

本発明者は、この現象に着目し、鋳片のＳｉ含有率と長さを変化させた試験を行った。パイリング本数は４本とし、鋳片（熱片）の冷却は、徐冷カバーを設けて徐冷した場合と、放冷した場合の両方行った。鋳片のＳｉ含有率は０．４〜３．０質量％、鋳片の長さは４〜１０ｍとした。鋳片のＳｉ含有率および長さ以外の条件は第１の試験と同じとした。最上段の鋳片の幅方向中央の表面温度は、放冷した場合には１６．４℃／ｈであり、徐冷した場合は５〜１０℃／ｈであった。試験結果を表１および表２に示す。

表１では、放冷で割れが発生しなかった場合を□、放冷で割れが発生したものの徐冷で割れが発生しなかった場合を○、放冷でも徐冷でも割れが発生した場合を▲で示した。ただし、▲の場合の割れの深さは１０ｍｍ未満であり、手入れによって除去可能な程度であった。同表から、鋳片のＳｉ含有率が低いほど、鋳片が長くても表面割れが発生しにくいことがわかる。また、鋳片の冷却速度が小さい方が、冷却速度が大きい場合と比較して表面割れが発生しにくいことがわかる。

表２では、鋳片のＳｉ含有率と鋳片の長さの積を指標として採用した。表２と前記表１を比較することにより、鋳片のＳｉ含有率［Ｓｉ］（質量％）と鋳片の長さＬ（ｍ）の積が鋳片の冷却速度に応じて決定される一定の値Ａ（質量％×ｍ）未満であれば、鋳片の表面割れが発生しないことがわかる。すなわち鋳片の表面割れを防止するには下記（１）式を満足すればよい。
［Ｓｉ］×Ｌ＜Ａ …（１）

具体的には、放冷の場合（冷却速度１６．４℃／ｈ）にはＡ＝１０であり、徐冷カバーを設けて徐冷した場合（冷却速度５〜１０℃／ｈ）にはＡ＝２５である。

本発明者がさらに詳細に検討した結果、パイリングした鋳片のうち最も上に位置するものの幅方向中央の表面の冷却速度が１０℃／ｈ以下である場合にはＡ＝２５であり、１０℃／ｈを超える速度である場合にはＡ＝１０であることが明らかとなった。

２．鋳片の徐冷方法
以上の３つの試験の結果から、鋳片の冷却速度が小さいほど、鋳片の表面割れを防止可能なＳｉ含有率の範囲または鋳片の長さの範囲が広いことがわかった。

鋳片の冷却速度を小さくする方法としては、これまでに述べたように、前記図１に示した徐冷カバーを設ける方法がある。さらに冷却速度を小さくするため、徐冷カバー内の保温性を向上させる目的で、徐冷カバーの外壁を構成する鋼板の内面または外面に耐火物等の断熱材を設けてもよいし、鋼板を２重に設けてもよい。徐冷カバーは、パイリングした熱片を覆って徐冷のための空間を設けることができるものである限り、形状は直方体に限られない。

図４は、徐冷カバーを使用した鋳片の別の冷却方法の概略図である。同図は、熱割れ防止の対象とする鋳片の上下に熱片を保温材として配置したこと以外は前記図１と同様の構成であり、実質的に同一の部分には同一の符号を付している。同図に示すように、熱割れ防止の対象とする鋳片１の上下に、他の熱片を保温材４として配置することが好ましい。これにより、熱割れ防止の対象とする鋳片１の冷却速度をより小さくすることが可能である。保温材４としては、例えば普通鋼の熱片を使用することができる。

本発明の鋳片の冷却方法によれば、連続鋳造後の鋳片（熱片）を、表面割れを発生させることなく常温まで冷却し、冷片とすることができる。そのため、熱間圧延スケジュールに合わせて表面割れのない冷片を製造し、この冷片を素材としてコイルを製造することが可能となることから、不要な作り置きによるコイルの在庫の増加を防止することができる。また、小ロット材のオーダーに応じた圧延の実施が可能となる。

１：鋳片、 ２：地面、 ３：徐冷カバー、 ４：保温材

Claims (3)

1. Ｓｉ含有率が１質量％以上の鋼からなり、連続鋳造後に切断された鋳片の冷却方法であって、
   前記鋳片を複数本積み重ねた状態とし、前記鋳片のうち最も上に位置するものの幅方向中央の表面の冷却速度を１０℃／ｈ以下とし、Ａ＝２５として、
   前記鋳片のＳｉ含有率と前記鋳片の長さが下記（１）式を満足することを特徴とする鋳片の冷却方法。
   ［Ｓｉ］×Ｌ＜Ａ …（１）
   ここで、［Ｓｉ］：前記鋳片のＳｉ含有率（質量％）、Ｌ：前記鋳片の長さ（ｍ）、Ａ：あらかじめ試験により求めた、前記鋳片のうち最も上に位置するものの幅方向中央の表面の冷却速度に応じた鋳片の表面割れが発生しない値（質量％×ｍ）である。
2. Ｓｉ含有率が１質量％以上の鋼からなり、連続鋳造後に切断された鋳片の冷却方法であって、
   前記鋳片を複数本積み重ねた状態とし、前記鋳片のうち最も上に位置するものの幅方向中央の表面の冷却速度を１０℃／ｈを超え１６．４℃／ｈ以下とし、Ａ＝１０として、
   前記鋳片のＳｉ含有率と前記鋳片の長さが下記（１）式を満足することを特徴とする鋳片の冷却方法。
   ［Ｓｉ］×Ｌ＜Ａ …（１）
   ここで、［Ｓｉ］：前記鋳片のＳｉ含有率（質量％）、Ｌ：前記鋳片の長さ（ｍ）、Ａ：あらかじめ試験により求めた、前記鋳片のうち最も上に位置するものの幅方向中央の表面の冷却速度に応じた鋳片の表面割れが発生しない値（質量％×ｍ）である。
3. Ｌ≦１０であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋳片の冷却方法。
   

Images