使用连续铸造机的铸锭的制造方法与流程

本发明涉及使用连续铸造机的铸锭的制造方法。

背景技术：

为了良好地保持轧制铸锭后的产品的表面品质，在钢的连续铸造中防止铸锭的表面裂纹非常重要。在此，在铸锭的二次冷却工序中，通过利用γ→α相变使铸锭内的结晶组织中的奥氏体晶粒微细化，从而抑制铸锭的表面裂纹，作为这种技术，专利文献1～3是已知的。通过使奥氏体晶粒细微化，增大相对脆弱的奥氏体晶界的表面积，使在矫正(上部矫正、下部矫正)连续铸造机的矫正带上的铸锭时作用于铸锭的奥氏体晶界的应力分散，从而难以产生表面裂纹。另外，若奥氏体晶粒小，则即便一次产生裂纹，裂纹也难以扩散。

在专利文献1中记载有如下技术：在使用弯曲型或垂直弯折型的连续铸造机的铸锭的二次冷却工序中，在从铸模出来后2分钟以内的期间使铸锭的表面温度比ar3相变点低，此后，回到850℃以上，从而防止铸锭的横向裂纹。

在专利文献2中记载有如下技术：在使用弯曲型或垂直弯折型的连续铸造机的铸锭的二次冷却工序中，暂时冷却铸锭以使铸锭的表面温度比a3相变点低，此后，以0.003～0.015升/cm²·分的水量密度进行0.5～2.0分钟的缓慢冷却以使铸锭的表面温度回到比a3相变点高的温度，从而防止铸锭的表面裂纹。

在专利文献3中记载有如下技术：在使用弯曲型或垂直弯折型的连续铸造机连续铸造裂纹感受性强的、用下述(1)式定义的碳当量cp为0.10以上不足0.18的低合金碳素钢时，使从铸模内的钢水的凹液面部起到铸模下端为止的铸锭的拉出所需时间为1分钟以内地从铸模拉出后，立刻进行2次冷却，在1分钟以内使铸锭的表面温度降低到a3相变点以下，从而防止铸锭的表面裂纹。

cp＝[c]+[mn]/33+[ni]/25+[cu]/44+[n]/1.7(1)

其中，cp表示碳当量、[]内表示各元素在钢中的含量(质量％)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-225607号公报

专利文献2：日本特开平11-197809号公报

专利文献3：日本特开平9-47854号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

专利文献1～3的技术都是如下技术：在二次冷却中控制铸锭温度，使铸锭内的结晶组织中的奥氏体晶粒微细化，从而防止铸锭的表面裂纹。

近年来，出于提高生产率的要求而谋求增大来自铸模的铸锭的拉出速度，但是若增大拉出速度，则铸锭容易产生表面裂纹。而且，根据本发明人等的研究，已判明如下情形：在以1.0m/分以上的拉出速度连续铸造含有c：0.13质量％以上0.20质量％以下、mn：0.50质量％以上的高c高mn钢的情况下，专利文献1～3的技术不能充分防止铸锭的横向裂纹和纵向裂纹这样的表面裂纹。

在虽然是碳当量cp为上述0.10以上不足0.18的低合金碳素钢仍属于上述那样的高c高mn钢的情况下，即便进行专利文献3那样的铸锭的表面温度的控制，也有时会产生表面裂纹。另外，对于碳当量cp比0.18大的钢而言，在上述那样的高c高mn钢的情况下，当然也有时会产生表面裂纹。

鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种使用连续铸造机的铸锭的制造方法，即便在钢水具有上述规定的组成成分的情况下，也可以得到抑制了表面裂纹的铸锭而不会降低生产率。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明人进行专心研究后发现：在以1.0m/分以上的拉出速度连续铸造含有c：0.13质量％以上0.20质量％以下、mn：0.50质量％以上的高c高mn钢的情况下，通过同时满足以下的两个条件，从而可以充分防止横向裂纹和纵向裂纹这样的表面裂纹。

[1]仅通过专利文献1～3那样的二次冷却使奥氏体晶粒微细化是不够的，需要使从铸锭通过铸模起直至铸锭的表面温度达到ar3相变点为止的时间超过60秒。

[2]仅仅通过二次冷却条件的适当化是不够的，也需要使一次冷却(铸模内的初始凝固)的条件适当化。即，作为铸模的振动条件，需要使负滑脱时间tn以及负滑脱时间比率rns处于规定的数值范围。

本发明基于上述见解以及构思而完成。即，在本发明的使用弯曲型或垂直弯折型的连续铸造机的铸锭的制造方法中，其特征在于，具有：

在铸模中对含有c：0.13质量％以上0.20质量％以下、mn：0.50质量％以上的钢水进行一次冷却的工序；

以1.0m/分以上的拉出速度从所述铸模拉出铸锭的工序；以及

对所述铸锭进行二次冷却的工序，在对所述铸锭进行二次冷却的工序中，包括使所述铸锭的表面温度比ar3相变点低、此后回到比ac3相变点高的温度，

所述铸模的振动条件满足负滑脱时间tn为0.08秒以上0.20秒以下、负滑脱时间比率rns为0.30以上0.38以下的条件，

从所述铸锭通过所述铸模起直至所述铸锭的表面温度达到ar3相变点为止的时间超过60秒。

发明的效果

根据本发明的使用连续铸造机的铸锭的制造方法，即便在钢水具有上述规定的组成成分的情况下，也可以得到抑制了表面裂纹的铸锭而不会降低生产率。

附图说明

图1是在本发明的一实施方式中使用的垂直弯折型的连续铸造机的示意图。

图2是在图1所示的垂直弯折型的连续铸造机中从铸模拉出的铸锭的铸造方向剖视图。

图3是在本发明的另一实施方式中使用的弯曲型的连续铸造机中的从铸模拉出的铸锭的铸造方向剖视图。

图4是对在铸锭的表面产生的横向裂纹以及纵向裂纹进行了图示的铸锭的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的一实施方式。

首先，对在本发明的一实施方式中使用的双绞线类型的垂直弯折型的连续铸造机100的结构进行说明。连续铸造机100具有：浇包10、中间包11、铸模12、喷嘴13、多对辊14、切断装置15、以及电磁搅拌装置16。

在位于连续铸造机的最上部的浇包10内收容有钢水m。钢水m从浇包10的底部被注入到位于该浇包10下方的中间包11。此后，钢水m从中间包11的底部经由浸入式水口被注入到铸模12，在铸模12内进行钢水的一次冷却。

为了将从铸模12拉出的铸锭s从铅垂方向向水平方向引导并防止由钢水静压力引起的铸锭s的变形，多对辊14沿着圆弧、双曲线等曲线排列。辊14的一部分具有作为用于拉出铸锭s的夹送辊的功能。参照图2，从铸模12向铅垂下方拉出的铸锭s在通过垂直带20a之后，在上部矫正带20b处被弯折，在弯曲带20c处保持弯曲的状态，之后在下部矫正带20d处折回到平板状并通过水平带20e。从铸模正下方直至水平带，在铸锭s的内部存在钢水的未凝固部，辊14配置成从铸模正下方遍及水平带的大致全长对铸锭s的表面进行支承。喷嘴13位于在铸造方向上邻接的辊之间，从这些喷嘴13向铸锭s喷射冷却水来进行铸锭的二次冷却。另外，喷嘴实际上在各辊之间配置有多个，但在图1中，用将多个喷嘴连接的线段来示意性地表示其一部分。

在水平带的下游侧设置有将固化的铸锭s切断的气焊焊炬、液压切断等的切断装置15。利用切断装置15切断了的铸锭(板坯、钢锭或钢坯)从连续铸造机100排出并输送到轧制装置。

参照图2，在上部矫正带20b以及下部矫正带20d处，弯曲应力作用于铸锭s。因该弯曲应力而使得在上部矫正带20b处拉伸应力作用于铸锭s的下表面侧、在下部矫正带20d处拉伸应力作用于铸锭s的上表面侧。因为上述原因，所以如图4所示在铸锭s(板坯)的上表面侧或下表面侧(主要是角部)有时会产生横向裂纹c1。如上所述在本说明书中“横向裂纹”指的是沿着与铸造方向垂直的方向的、铸锭的表面裂纹。

另一方面，若在刚从铸模12拉出之后对铸锭的表面进行强冷却，则因凝固坯壳的不均匀，有时会如图4所示在铸锭s(板坯)上产生纵向裂纹c2。如上所述在本说明书中“纵向裂纹”指的是大致沿着铸造方向的、铸锭的表面裂纹。

本发明的一实施方式涉及防止连续铸造时的铸锭的表面裂纹，尤其涉及防止包晶钢(亚包晶～过包晶的低合金碳素钢)的横向裂纹以及纵向裂纹的方法。

另外，图3所示的弯曲型的连续铸造机也可以用在本发明中。在垂直弯折型连续铸造机中，为了从铸模向铅垂下方拉出铸锭，铸模12的内壁面是平坦的。但是，在弯曲型连续铸造机的情况下，为了从铸模呈圆弧状地拉出铸锭s而使用弯曲铸模21。由于铸模21的内壁面弯曲，因此，弯曲的铸锭被送出，在下部矫正带20d处折回并进行矫正。在弯曲型的情况下，与垂直弯折型的情况不同，不存在上部矫正带处的弯折工序。

接着，说明钢水的组成成分。

在用上述(1)式定义的碳当量cp为0.10以上且不足0.18的钢的情况下，在大多数情况下在板坯的表层部分明显观察到具有初析的铁素体薄膜的奥氏体晶界。当在这种状态下图2以及图3所示那样的拉伸应力作用于铸锭时，容易产生奥氏体晶界处的裂纹并产生横向裂纹。针对这种情况，在铸模正下方对被拉出的铸锭的表面进行强冷却以使铸锭的表面温度比ar3相变点低，此后，使其回到850℃以上或比ac3相变点高的温度以使铸锭表层部的奥氏体晶粒微细化，从而可以得到减少横向裂纹的效果。

但是，在含有c：0.13质量％以上0.20质量％以下、mn：0.50质量％以上的钢的情况下，存在以下倾向。

(a)振痕深度变深，应力集中在振痕的凹陷部，容易产生横向裂纹。

(b)ar3相变点以及ac3相变点倾向于降低，在增大了拉出速度的情况下，倾向于难以显现由板坯的强冷却带来的延展性提高效果。

(c)即便是相同的碳当量，与低c含量或低mn含量的钢相比，也容易在较大的温度范围脆化，裂纹的感受性强。

(d)因冷却的不均匀而使得凝固坯壳的厚度变得不均匀，在铸模内容易产生纵向裂纹。

因此，如后述的实施例所示，在以1.0m/分以上的拉出速度连续铸造含有c：0.13质量％以上0.20质量％以下、mn：0.50质量％以上的高c高mn钢的情况下，已判明即便如上所述进行铸锭的表面温度的控制，也不能充分防止铸锭的横向裂纹、纵向裂纹这样的表面裂纹。

如上所述，作为本发明的对象的钢水的组成成分含有c：0.13质量％以上0.20质量％以下、mn：0.50质量％以上。在c含量不足0.13质量％或mn含量不足0.50质量％的情况下，如现有技术那样进行铸锭的表面温度的控制即可充分防止表面裂纹，不存在本发明的课题。另外，在c含量超过0.20质量％的情况下，ar3相变点以及ac3相变点降低，有时难以实施本实施方式中的二次冷却条件，即：在从连续铸造机内的铸模的下端到上部矫正带之间的垂直带处，使铸锭的表面温度比ar3相变点低，此后，使其回到比ac3相变点高的温度。

在mn含量超过2.5质量％的情况下，与c含量增加的情况同样地，ar3相变点以及ac3相变点降低，有时难以实施本实施方式中的二次冷却条件，而且，由于mns变得容易析出，所以裂纹感受性也倾向于增强。因此，mn含量优选为2.5质量％以下。

钢水的组成成分也可以任意地含有si：0.8质量％以下、p：0.10质量％以下、s：0.05质量％以下、al：0.05质量％以下、cu：0.5质量％以下、ni：1.0质量％以下、cr：0.6质量％以下、v：0.14质量％以下、nb：0.09质量％以下、ti：0.4质量％以下、n：0.02质量％以下的一种或两种以上，剩余部分是fe以及不可避免的杂质。

本发明的一实施方式的铸锭的制造方法具有：在铸模中一次冷却钢水的工序；以1.0m/分以上的拉出速度从所述铸模拉出铸锭的工序；以及对所述铸锭进行二次冷却的工序，在对所述铸锭进行二次冷却的工序中包括使所述铸锭的表面温度比ar3相变点低、此后使其回到比ac3相变点高的温度。在拉出速度不足1.0m/分的情况下，如现有技术那样进行铸锭的表面温度的控制即可充分防止表面裂纹，不存在本发明的课题。拉出速度的上限并未特别限定，也可以设为2.5m/分。对于超过2.5m/分的拉出速度而言，有时难以实施本实施方式中的二次冷却条件，即：在从连续铸造机内的铸模的下端到上部矫正带之间的垂直带处，使铸锭的表面温度比ar3相变点低，此后，使其回到比ac3相变点高的温度。

在一次冷却工序中，铸模在铅垂方向上以恒定周期上下振动。在此，在本发明的一实施方式中，铸模的振动条件满足如下条件很重要，即：负滑脱时间tn为0.08秒以上0.20秒以下，负滑脱时间比率rns为0.30以上0.38以下。在tn超过0.20秒或rns超过0.38的情况下，振痕变深，在铸锭表面作为切口(notch)起作用，横向裂纹的产生变得显著。在tn不足0.08秒的情况下，铸模和凝固坯壳之间的润滑不充分，导致操作不稳定进而引起拉漏。在rns不足0.30的情况下，模制粉末的流入量以及消耗量降低，导致引起拉漏。这样，通过满足tn为0.08秒以上0.20秒以下且rns为0.30以上0.38以下的条件，不会产生拉漏，可以防止产生横向裂纹。另外，在tn为0.20秒以下且rns为0.38以下的条件下，与tn超过0.20秒或rns超过0.38的情况相比，在凝固后的初期形成的旧γ粒的粒径变小。该现象也可认为有助于减少横向裂纹。

在此，铸模的下降速度比铸锭的拉出速度快的期间为负滑脱期间，在一个循环中将该期间的时间称为“负滑脱时间tn(秒)”。另一方面，铸模的下降速度为铸锭的拉出速度以下的期间为正滑脱期间，在一个循环中将该期间的时间称为“正滑脱时间tp(秒)”。在将铸模的振动频率设为f(hz)时，tn+tp＝1/f。负滑脱时间比率rns被定义为tn/(tn+tp)。另外，振动的波形没有限制，不论是正弦波形还是非正弦波形都可以。

接着，在本发明的一实施方式中，作为二次冷却条件，从铸锭通过铸模起直至铸锭的表面温度达到ar3相变点为止的时间超过60秒这很重要。在该时间为60秒以下的情况下，铸锭刚从铸模拉出之后急剧地被冷却，其结果是，凝固坯壳变得不均匀，产生纵向裂纹。通过使该时间超过60秒，可以防止产生横向裂纹。

如上所述，根据本发明的一实施方式的钢的连续铸造方法，可以得到抑制了横向裂纹以及纵向裂纹的高品质的铸锭(板坯、钢锭或钢坯)。其结果是，不需要铸锭表面的修整工序，也不存在在轧制工序时裂纹阻碍操作的情形，因此，成品率提高。通过提高成品率，可以削减直至将铁矿石作为原料来制造钢为止的炼铁工艺所需要的极大的能量消耗量中的、与成品率提高对应的部分，在工业上以及节能方面是有效的。

实施例

使用图1所示的连续铸造机，按照表2所示的连续铸造条件连续铸造了表1所示的各组成成分的钢(剩余部分为fe以及不可避免的杂质)。表2中的下划线部表示处于本发明的范围外。在表1中，根据各组成成分，通过下述(2)式计算出的碳当量ce以及通过下述(3)式计算出的碳当量cp、通过下述(4)式计算出的ar3相变点、以及通过下述(5)式计算出的ac3相变点也一并示出。

ce＝[c]+[mn]/33(2)

cp＝[c]+[mn]/33+[ni]/25+[cu]/44+[n]/1.7(3)

ar3＝910-273×[c]-74×[mn]-16×[cr](4)

ac3＝937-476.5×[c]+56×[si]-19.7×[mn]-4.9×[cr]+124.8×[v]-19×[nb]+198×[al](5)

在此，[]内表示各元素在钢中的含量(质量％)。钢b、c以及d的碳当量ce以及cp比0.18大，其他钢的碳当量ce以及cp处于0.10～0.18的范围。

在表2中，二次冷却条件的“冷却温度”表示从铸模下端到上部矫正带之间的垂直带上的铸锭的表面温度的最低值，“直至ar3点为止所需的时间”表示从铸锭通过铸模起直至铸锭的表面温度最初达到ar3相变点为止的时间，“回热温度”表示从铸锭的表面温度达到上述最低值起直至到达上部矫正带为止的期间的铸锭的表面温度的最高值。在各试验条件下，通过调节铸锭的拉出速度(铸造速度)和二次冷却水的水量密度分布，从而变更了上述冷却温度、直至ar3点为止所需的时间、以及回热温度。另外，上述铸锭的表面温度指的是通过后述的凝固、传热解析而计算出的、铸锭的角部的表面温度。

铸锭的表面温度的推移通过日本特开平4-231158号公报所公开的、基于数值计算的二维的凝固、传热解析而求出。即，通过离线试验求出由各喷嘴得到的热传递系数分布的、依赖于冷却水量以及铸锭表面温度的数据。与各喷嘴的冷却水量、相距各喷嘴的铸锭表面的位置、以及各时刻、各位置处的铸锭表面的温度相匹配地，设定了二次冷却带上的铸锭表面的边界条件。与日本特开平4-231158号公报所公开的方法同样地，设定传热系数，对通过与支承辊的接触进行的冷却进行了评价。如上所述铸锭表面的边界条件根据铸造方向上的位置而变化，因此，在与铸造方向垂直的截面上的二维的凝固、传热解析中，通过将铸造方向上的位置除以拉出速度而转换为经过时间，从而设定了各经过时间中的边界条件。各经过时间中的与铸造方向垂直的截面上的温度分布作为解析结果而得到，因此，通过将拉出速度与经过时间相乘而转换为铸造方向上的位置，从而可以得到铸造方向上的任意位置处的与铸造方向垂直的截面上的温度分布。根据如上所述得到的与铸造方向垂直的截面上的铸锭表面温度的分布随着铸造方向上的位置的推移，可以求出表2所示的“冷却温度”、“直至ar3点为止所需的时间”、“回热温度”。

在各试验例中，对板坯表层的组织、裂纹的产生进行评价，在表2中示出结果。在表2中，“板坯表层的组织”通过对试验后回收的板坯的端部的组织进行观察，将明显观察到旧γ晶界且残留有粗大的旧γ粒的组织记载为“粗大粒”，将旧γ晶界不清楚的组织的情形记载为“组织微细化”。“裂纹的产生”通过对刚铸造之后的铸锭表面进行目视观察，此后对进行轧制后的铸锭的表面进行目视观察，在上述两次目视观察中，将没有横向裂纹以及纵向裂纹的情形记载为“无”，将除此之外的情形记载为“有”。

[表1]

[表2]

在tn超过0.20秒或rns超过0.38的试验no.8以及no.10中，尽管二次冷却条件处于本发明的范围内，仍产生了横向裂纹。另一方面，在拉出速度不足1.0m/分的试验no.12中，即便tn超过0.20秒且rns超过0.38，也不产生横向裂纹。根据上述情况可知：在拉出速度为1.0m/分以上的情况下，即便二次冷却条件处于本发明的范围内，也有时会产生横向裂纹，通过设为tn为0.20秒以下且rns为0.38以下的铸模振动条件，从而可以防止横向裂纹。

另外，即便是c含量为0.13质量％以上0.20质量％以下且mn含量为0.50质量％以上的钢b、c、d，该倾向也是相同的倾向(参照试验no.16、17、21、22、26、27)。另一方面，在c含量不足0.13质量％或mn含量不足0.50质量％的钢e、f、g中，在拉出速度为1.0m/分以上的情况下，即便tn超过0.20秒或rns超过0.38，也不产生横向裂纹(参照试验no.31、32、36、37、41、42)。其理由并不清楚，可认为是由于c含量或mn含量低，因此针对裂纹的感受性弱。根据上述情况可知：在以1.0m/分以上的拉出速度连续铸造含有c：0.13质量％以上0.20质量％以下、mn：0.50质量％以上的高c高mn钢的情况下，即便二次冷却条件处于本发明的范围内，也有时会产生横向裂纹，通过设为tn为0.20秒以下且rns为0.38以下的铸模振动条件，从而可以防止横向裂纹。

另外，在c含量为0.13质量％以上0.20质量％以下且mn含量为0.50质量％以上的钢a、b、c、d中，在直至ar3点为止所需的时间为60秒以下的条件下，在铸锭的宽度方向中央的部位产生纵向裂纹(参照试验no.6、15、20、25)。另一方面，在c含量不足0.13质量％或mn含量不足0.50质量％的钢e、f、g中，即便处于直至ar3点为止所需的时间为60秒以下的条件，也不会产生纵向裂纹(参照试验no.30、35、40)。其理由并不清楚，可认为是由于c含量或mn含量低，从而可以防止凝固坯壳的厚度变得不均匀。根据上述情况可知：在以1.0m/分以上的拉出速度连续铸造含有c：0.13质量％以上0.20质量％以下、mn：0.50质量％以上的高c高mn钢的情况下，有时会产生纵向裂纹，通过使直至ar3点为止所需的时间超过60秒，从而可以防止纵向裂纹。

另外，在冷却温度为ar3相变点以上或回热温度为ac3相变点以下的试验no.5、7、14、19、24、29、34、39中，不论钢的组成如何，旧γ粒都是粗大的，都产生了横向裂纹。

通过以上的实施例可知：根据本发明，可以在合理且高效地利用连续铸造机的同时得到没有表面裂纹的品质良好的铸锭。

工业实用性

根据本发明的使用连续铸造机的铸锭的制造方法，即便在钢水具有规定的组成成分的情况下，也可以得到抑制了表面裂纹的铸锭而不会降低生产率。

附图标记说明

100连续铸造机(垂直弯折型)

10浇包

11中间包

12铸模

13喷嘴

14辊

15切断装置

16电磁搅拌装置

20a垂直带

20b上部矫正带

20c弯曲带

20d下部矫正带

20e水平带

21弯曲铸模

m钢水

s铸锭

c1横向裂纹

c2纵向裂纹