连续铸造用铸型以及钢的连续铸造方法
【专利说明】
[0001 ] 本申请是申请人于2014年12月25日提出的申请号为201380034001.1、发明名称为 连续铸造用铸型以及钢的连续铸造方法的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及防止因在铸型内的凝固壳的不均匀冷却而引起的铸片表面裂纹从而 能够对钢液进行连续铸造的连续铸造用铸型，以及使用了该铸型的钢的连续铸造方法。
【背景技术】
[0003] 在钢的连续铸造中，注入铸型内的钢液由水冷式铸型冷却，在与铸型之间的接触 面处，钢液凝固而生成凝固层(称为"凝固壳"）。以该凝固壳作为外壳、且内部为未凝固层的 铸片一边由设置在铸型下游侧的水喷射器或气水喷射器冷却一边被朝铸型下方连续地拉 拔。铸片借助利用水喷射器或气水喷射器进行的冷却而凝固至中心部，然后由气体切断机 等切断，从而制造出规定长度的铸片。
[0004] 若在铸型内的冷却变得不均匀，则凝固壳的厚度在铸片的铸造方向以及铸片宽度 方向变得不均匀。在凝固壳作用有因凝固壳的收缩或变形而引起的应力。在凝固初期，该应 力集中于凝固壳的薄壁部，因该应力而在凝固壳的表面产生裂纹。该裂纹会因此后的热应 力或由连续铸造机的辊产生的弯曲应力以及矫正应力等外力扩大而成为大的表面裂纹。
[0005] 存在于铸片的表面裂纹在下一工序的压延工序中成为钢制品的表面缺陷。因而， 为了防止钢制品的表面缺陷的产生，需要对铸片表面进行火焰表面清理或者研磨从而在铸 片阶段除去其表面裂纹。
[0006] 铸型内的不均匀凝固尤其是在含碳量为0.08~0.17质量％的钢中容易产生。在含 碳量为〇 . 〇 8~0.17质量％的钢中，在凝固时产生包晶反应。认为铸型内的不均匀凝固的起 因是因体积收缩而产生的变态应力，该体积收缩是因该包晶反应而产生的从S铁(铁素体） 朝Y铁(奥氏体)变态时的体积收缩。即，由于因该变态应力引起的变形而凝固壳变形，由于 该变形，凝固壳从铸型内壁面离开。对于从铸型内壁面离开后的部位，由铸型产生的冷却降 低，该从铸型内壁面离开的部位(将该从铸型内壁面离开的部位称为"缩陷(depression)"） 的凝固壳厚度变薄。认为通过凝固壳厚度变薄而上述应力集中于该部分，从而产生表面裂 纹。
[0007] 尤其是在增加铸片拉拔速度的情况下，不仅从凝固壳朝向铸型冷却水的平均热流 通量增加(凝固壳被急速冷却），而且热流通量的分布不规则且变得不均匀，因此铸片表面 裂纹的产生存在增加倾向。具体而言，在铸片厚度为200mm以上的扁坯(slab)连续铸造中， 若铸片拉拔速度变为1.5m/min以上则变得容易产生表面裂纹。
[0008] 以往，以防止伴随着上述包晶反应的钢种（称为"中碳钢"）的铸片表面裂纹为目 的，尝试使用容易结晶化的组分的保护渣(mold powder)(例如参照专利文献1)。这是基于 如下情况:在容易结晶化的组分的保护渣中，保护渣层的热阻增大，凝固壳被缓慢冷却。这 是因为:通过缓慢冷却，作用于凝固壳的应力降低，表面裂纹变少。但是，仅靠由保护渣产生 的缓慢冷却效果无法得到充分的不均匀凝固的改善，在变态量大的钢种中无法防止裂纹的 产生。
[0009] 因此，为了防止铸片的表面裂纹，提出有多种使连续铸造用铸型自身缓慢冷却化 的方法。例如，在专利文献2或专利文献3中提出有如下的方法:为了防止表面裂纹，对铸型 内表面实施凹陷加工(槽或圆孔），通过形成气隙(air gap)来实现缓慢冷却。但是，在该方 法中，存在如下的问题：当槽的宽度大的情况下，保护渣流入槽的内未无法形成气隙，难以 得到缓慢冷却的效果。
[0010] 并且，还提出有如下的方法:使保护渣流入设置于铸型内壁面的凹部（纵槽、格子 槽、圆孔），赋予规则的热传递分布从而减少不均匀凝固量(例如参照专利文献4以及专利文 献5)。但是，在该方法中，存在如下的问题：当保护渣朝凹部的流入不充分的情况下，钢液侵 入凹部从而产生约束性导通(breakout)，或者，填充于凹部的保护渣在铸造中剥离，钢液侵 入该部位而产生约束性导通。
[0011]并且，还提出有如下的方法:减小使铸型内壁面形成气隙时设置于铸型内壁面的 喷砂面或凹陷加工面的槽宽或圆孔(例如参照专利文献6以及专利文献7)。在该方法中，保 护渣因界面张力作用而不流入喷砂面或凹陷加工面的槽宽或圆孔，气隙得以保持。但是，存 在如下的问题:因铸型的磨损而气隙量自身减少，因此其效果逐渐消失。
[0012]另一方面，还提出有如下的方法：以赋予规则的热传递分布从而降低不均匀凝固 为目的，对铸型内壁面实施槽加工(纵槽、格子槽），并在该槽中填充低热传导材料(例如参 照专利文献8以及专利文献9)。在该方法中，存在如下的问题:在纵槽或者格子槽与铜（铸 型）的边界面、以及格子部的正交部，作用有因低热传导材料与铜之间的热变形差而产生的 应力，从而在铸型铜板表面产生裂纹。
[0013] 专利文献1:日本特开2005 - 297001号公报 [0014] 专利文献2:日本特开平6 - 297103号公报 [0015] 专利文献3:日本特开平9一206891号公报 [0016] 专利文献4:日本特开平9一276994号公报 [0017] 专利文献5:日本特开平10 -193041号公报 [0018] 专利文献6:日本特开平8 - 257694号公报 [0019] 专利文献7:日本特开平10 - 296399号公报 [0020] 专利文献8:日本特开平1 一289542号公报
[0021] 专利文献9:日本特开平2 - 6037号公报
【发明内容】
[0022] 本发明就是鉴于上述情形而完成的，其目的在于提供一种连续铸造用铸型，在连 续铸造用铸型的内壁面分别独立地形成热传导率比铜低的多个部位，由此，不会产生约束 性导通且不会引起因铸型表面的裂纹而导致的铸型寿命降低，能够防止因凝固初期的凝固 壳的不均匀冷却而导致的表面裂纹以及因伴随着包晶反应的、在中碳钢中从S铁朝Y铁的 变态所引起的凝固壳厚度的不均匀而导致的表面裂纹。并且，提供一种使用了上述连续铸 造用铸型的钢的连续铸造方法。
[0023] 用于解决上述课题的本发明的主旨如下。
[0024] [1]-种连续铸造用铸型，在水冷式铜铸型的内壁面、且是从相比弯液面靠上方的 任意位置起到相比弯液面靠下方20mm以上的位置为止的内壁面的范围，分别独立地具有直 径为2~20mm或者圆当量直径为2~20mm的多个低热传导金属填充部，上述低热传导金属填 充部是热传导率为铜的热传导率的30%以下的金属填充于设置在上述内壁面的圆形凹槽 或者拟似圆形凹槽的内部而形成的，并且，上述低热传导金属填充部处的上述金属的填充 厚度为上述圆形凹槽或者上述拟似圆形凹槽的深度以下、且相对于上述低热传导金属填充 部的直径或者圆当量直径满足下述(1)式的关系，
[0025] 〇.5<H<d……(1)
[0026]其中，在（1)式中，H为金属的填充厚度(mm)，d为低热传导金属填充部的直径(mm) 或者圆当量直径(mm) 〇
[0027] [2]根据上述[1]所记载的连续铸造用铸型，其中，在上述水冷式铜铸型的内壁面 形成有厚度为2.0mm以下的镍合金的金属镀层，上述低热传导金属填充部由上述金属镀层 覆盖。
[0028] [3]根据上述[1]或者上述[2]所记载的连续铸造用铸型，其中，上述低热传导金属 填充部彼此的间隔相对于该低热传导金属填充部的直径或者圆当量直径满足下述(2)式的 关系，
[0029] P> 〇.25Xd……(2)
[0030] 其中，在(2)式中，P为低热传导金属填充部彼此的间隔(mm)，d为低热传导金属填 充部的直径(mm)或者圆当量直径(mm) 〇
[0031] [4]根据上述[3]所记载的连续铸造用铸型，其中，上述低热传导金属填充部彼此 的间隔在满足上述(2)式的关系的范围内在上述铸型的宽度方向或者铸造方向不同。
[0032] [5]根据上述[1]至上述[4]中任一项所记载的连续铸造用铸型，其中，形成有上述 低热传导金属填充部的范围内的、铜铸型内壁面的低热传导金属填充部所占的面积率为 10%以上。
[0033] [6]根据上述[1]至上述[5]中任一项所记载的连续铸造用铸型，其中，铸型下部的 未形成上述低热传导金属填充部的范围的铸造方向长度、且是从上述低热传导金属填充部 的下端位置起到铸型下端位置为止的距离，相对于正常铸造时的铸片拉拔速度满足下述 (3)式的条件，
[0034] L> VcXIOO……(3)
[0035] 其中，在(3)式中，L为从低热传导金属填充部的下端位置起到铸型下端位置为止 的距离(mm)，Vc为正常铸造时的铸片拉拔速度(m/min)。
[0036] [7]根据上述[1]至上述[6]中任一项所述的连续铸造用铸型，其中，上述低热传导 金属填充部的直径或者圆当量直径在2~20mm的范围内在上述铸型的宽度方向或者铸造方 向不同。
[0037] [8]根据上述[1]至上述[7]中任一项所述的连续铸造用铸型，其中，上述低热传导 金属填充部的厚度在满足上述（1)式的关系的范围内在上述铸型的宽度方向或者铸造方向 不同。
[0038] [9] -种钢的连续铸造方法，使用上述[1]至上述[8]中任一项所记载的连续铸造 用铸型，将中间包（tundish)内的钢液注入上述连续铸造用铸型从而对上述钢液进行连续 铸造。
[0039] [10]根据上述[9]所记载的钢的连续铸造方法，其中，在上述连续铸造用铸型，在 直至相比弯液面靠下方与正常铸造时的铸片拉拔速度对应而利用下述(4)式计算出的距离 (R)以上的位置为止的范围形成有上述低热传导金属填充部，使正常铸造时的铸片拉拔速 度在0.6m/min以上的范围内，使用结晶化温度为1100°C以下、且碱度（（质量％0&0)/(质 量％3102))为0.5~1.2的保护渣进行连续铸造，
[0040] R = 2XVcX 1000/6