本發明涉及抑制連續鑄造中的鑄片產生表面裂紋的、鋼的連續鑄造方法。
背景技術：
：以提高鋼板的機械性能為目的而含有Cu、Ni、Nb、V及Ti等合金元素的低合金鋼尤其適用于厚鋼板。在使用例如垂直彎曲型連續鑄造機來鑄造這樣的低合金鋼的情況下，在鑄片的矯正部和彎曲部中，在與鑄片的鑄造方向正交的矩形截面的四角(以下也稱為角部)中承載有應力，而容易產生表面裂紋，尤其容易在角部中產生裂紋。該角裂紋容易成為厚鋼板的表面缺陷的原因，從而會成為降低鋼板產品的成品率的原因。即，低合金鋼的鑄片在其凝固組織從奧氏體相向鐵素體相轉變的Ar3相變點的附近溫度處，熱延性顯著降低。而且，在低合金鋼的鑄片中，在被二次冷卻的過程中，AlN和/或NbC等在奧氏體晶界處析出，而容易脆化。因此，容易在鑄片表面、尤其是承載有應力的角部中產生裂紋。因此，在連續鑄造工序中，為了防止上述的角裂紋，通常通過二次冷卻來控制鑄片表面溫度，從而將鑄片凝固組織控制成難以裂開的組織。例如，在專利文獻1公開有如下技術：在將鑄片剛從矩形鑄模拉出時開始鑄片的二次冷卻，并在鑄片的表面溫度暫時冷卻到低于Ar3相變點的溫度后，使其回熱到超過Ar3相變點的溫度，然后在矯正鑄片時，使將鑄片表面溫度保持為低于Ar3相變點的溫度的時間和鑄片表面溫度達到的最低溫度成為恰當的范圍，由此，使距鑄片表面至少2mm深的凝固組織為奧氏體晶界不清晰的鐵素體及珠光體的混合組織。另外，在專利文獻2中公開有如下技術：當凝固殼厚度為10mm以上、15mm以下時，結束基于鑄模進行的一次冷卻并開始二次冷卻，以使鑄片整面的表面溫度在從鑄模出來后的兩分鐘以內的期間暫時降低至600℃以上Ar3點以下的范圍、且使彎曲部處的鑄片表面溫度及矯正部處的鑄片表面溫度兩者成為850℃以上的方式進行二次冷卻。現有技術文獻專利文獻專利文獻1：日本專利第3702807號專利文獻2：日本專利第3058079號技術實現要素：但是，上述的現有技術具有以下的問題點。即，在專利文獻1及專利文獻2所記載的技術中，擔心從二次冷卻噴射器噴射到鑄片上后沿著鑄片流動的滴落水的影響。尤其是當鑄造速度變慢時，滴落水會影響鑄片表面的冷卻，例如會存在難以通過傳熱解析等來定量地控制鑄片表面溫度的情況。而且，專利文獻2所述的技術為了使鑄片整面的溫度降低到Ar3相變點以下，而不得不噴射大量的噴射水。在鑄造厚度大的情況下會需要更多的噴射水，但若噴射過多的噴射水，則容易在鑄片的寬度方向上產生溫度偏差，擔心在鑄片表層下產生內部裂紋。本發明是鑒于上述情況而研發的，其目的在于，通過使用具有呈恰當形狀的鑄造空間的鑄模且以二次冷卻來控制鑄片角部的溫度，可靠地抑制以往僅通過基于二次冷卻對鑄片組織進行的控制而沒有充分消除的鑄片的表面裂紋，從而提供尤其沒有角裂紋的高品質的鋼坯。本發明的要旨構成如下。(1)一種鋼的連續鑄造方法，將鋼液裝入到鑄模，并從該鑄模直接拉出鑄片，所述鋼的連續鑄造方法的特征在于，使用具有如下鑄造空間的鑄模：該鑄造空間是將由一對鑄模長邊和一對鑄模短邊劃分出的矩形空間的四角除去，從而使四角成為上述鑄模短邊側的長度b相對于上述鑄模長邊側的長度a之比b/a為3.0以上、6.0以下的直角三角形狀，在從上述鑄模的正下方到彎曲矯正點之前，使上述鑄片的至少角部的表面溫度暫時降低至Ar3點以下，接著，在使至少該角部的表面溫度為800℃以上之后，使其以800℃以上的溫度從上述彎曲矯正點通過。(2)如上述(1)所述的鋼的連續鑄造方法，其特征在于，上述比b/a超過4.0。(3)如上述(1)或(2)所述的鋼的連續鑄造方法，其特征在于，上述鑄模長邊側的長度a為4～6mm，上述鑄模短邊側的長度b為12～36mm。發明效果根據本發明，通過使用劃分有呈恰當形狀的鑄造空間的鑄模，且以二次冷卻控制鑄片角部的溫度，而能夠防止連續鑄造鑄片的角裂紋，從而提供高品質的鋼坯。附圖說明圖1是表示連續鑄造機的圖。圖2是表示鑄片角部的結晶組織的示意圖。圖3是表示鑄片角部的結晶組織的示意圖。圖4是表示鑄模的示意圖。圖5是表示鑄模中的倒角形狀與鑄片角部處的應力之間的關系的圖表。具體實施方式以下參照附圖來詳細地說明本發明的連續鑄造方法。另外，使用例如圖1所示那樣的垂直彎曲型連續鑄造機對鋼液進行連續鑄造，此時，為了避免尤其在彎曲矯正點處的矯正時在鑄片角部中引起表面裂紋，使用劃分有呈恰當形狀的鑄造空間的鑄模、并且在鑄模正下方的冷卻帶中經過恰當的冷卻模式是重要的。此外，在圖1中，附圖標記1是裝入在澆包2內的鋼液。該鋼液1從澆包2經由長水口3、中間包(tundish)4以及浸漬水口5而向水冷鑄模6內供給。通過該水冷鑄模6冷卻的鋼液1一邊生成凝固殼一邊被向鑄模6的出口側引導并從鑄模6拉出，通過鑄模6正下方的二次冷卻帶7被進一步冷卻而促進凝固殼的生長。在二次冷卻帶7的出口側，鑄片在被強制彎曲并向水平方向引導后，在拉出矯正帶(彎曲部)8中進行彎曲矯正而成為連續鑄造鑄片9。在此，發明人對由圖1所示的垂直彎曲型連續鑄造機鑄造而成的鑄片實施了表面裂紋觀察。鑄片的裂紋在下表面角部及其附近(參照圖2)集中地產生。此外，鑄片的下表面側是指垂直彎曲連鑄機的彎曲帶的彎曲外側、即水平帶中成為下表面的長邊面側。當通過蝕刻來對該裂紋部進行組織觀察時，如圖2示意地所示，可知沿著原奧氏體晶界產生了裂紋。根據這些調查結果，認為鑄片下表面處的角裂紋是由于彎曲部處的應力載荷而產生的，并進行了各種改變二次冷卻條件的實驗。即，在以各種二次冷卻條件進行使用了傳熱解析的實驗時，可知若在從鑄模正下方進入到彎曲部之前的期間，使鑄片角部的表面溫度暫時降低到Ar3點以下，然后在進入到彎曲部之前的期間，通過二次冷卻來控制鑄片角部的表面溫度，則鑄片角部的裂紋會減少。但是，在若干鑄片中，在下表面側依然還是殘存有角裂紋，當觀察這些角裂紋周圍的凝固組織時，如圖3示意地所示，盡管鑄片表層正得到原奧氏體晶界不清晰的鐵素體-珠光體的混合組織，但原奧氏體晶界也殘存在一部分上。而且，判明了角裂紋是沿著殘存的原奧氏體晶界產生的。而且，在使用水模型實驗、數值解析方法來調查/整理該現象時，可知二次冷卻水的滴落水對其有影響。即，二次冷卻水在從噴射器朝向鑄片噴射后，一部分的水沿著鑄片表面流動，成為所謂滴落水而有助于鑄片的冷卻。該滴落水在鑄造速度、鑄造寬度、以及鑄片表面溫度等鑄造條件發生變化時，其量也會發生變化，因此準確地評價滴落水的影響是非常困難的。這樣的滴落水對鑄片溫度造成影響，鑄片會被冷卻到超出設想，其結果為，在凝固組織的一部分上殘存有原奧氏體晶界，可以想到隨著彎曲部的應力載荷而會產生沿著原奧氏體晶界的裂紋。因此，若能夠完美地將滴落水的影響考慮在內地控制鑄片溫度，則認為也存在能夠使凝固組織成為完全組織的可能性，但估計會需要基于非常縝密的解析進行的噴射器控制和設備維護，在工業規模的制造中是不現實的。另外，通常，垂直彎曲型連續鑄造機是進入到彎曲部之前的垂直部長度短、例如為3.5m左右的鑄造機。像這樣，在進入到彎曲部之前的距離短的連續鑄造機中，在暫時使溫度降低到Ar3點以下時，若因滴落水等的影響而過度冷卻鑄片，則之后在進入到彎曲部之前的期間會難以爭取到用于回熱的時間，估計凝固組織也會變得不完全。出于這樣的情況，可以想到難以僅控制二次冷卻噴射器水量來控制鑄片表面溫度，而控制成不會產生裂紋的完全的凝固組織，發明人除了二次冷卻條件的限制以外，還對角部裂紋的進一步抑制技術進行了研究。在此，發明人著眼于對鑄片角部的應力載荷。即，如圖3所示，通過限制二次冷卻條件而凝固組織得以改善，角部裂紋的程度與圖2相比也變得輕微，因此，除了二次冷卻條件以外，若還能夠在彎曲/矯正時減少施加于角部的應力，則認為存在能夠防止產生角裂紋的可能性。因此，進行了基于應力計算等的研究，其結果為，認識到通過使鑄片成為除去與其鑄造方向正交的矩形截面的四角角部而成的倒角形狀，能夠減輕鑄片的角部處的應力載荷。并且，為了使鑄片的四角為倒角形狀，使用以將鑄造空間(其與矩形截面的鑄模同樣地為矩形)的四角(的直角部)除去而成為直角三角形狀的方式使鑄造空間成為倒角形狀的鑄模來進行鑄造是重要的。以下，也將具有呈這樣的倒角形狀的鑄造空間的鑄模稱為倒角鑄模(chamfermold)。在此，關于倒角鑄模，例如在專利文獻3中記載了在四角設有去角部。該專利文獻3所記載的技術的目的在于，使鑄片角部處的凝固殼的生長正常化，防止因角部的凝固延遲導致的鑄片內部缺陷。因此，專利文獻3所記載的倒角的形狀是否也適于本發明所期待的鑄片的表面裂紋防止是不明確的。即，在專利文獻3所記載的技術中，在鋼的凝固初期階段，矩形截面的鑄模中的角部的凝固與其他部分相比容易超前，由于凝固收縮會在凝固殼與鑄模的矩形角部之間產生氣隙(airgap)，該氣隙結果上招致凝固延遲而容易成為內部缺陷，對此，通過使鑄模的角部為倒角形狀(chamfershape)，來使角部的鑄模冷卻程度成為與角部以外的鑄模冷卻接近的狀態。具體地說，提供在各角相互且均等地除去鑄造空間的四角而成的倒角形狀，但即使使用這樣的倒角鑄模也無法抑制圖2所示那樣的角部的表面裂紋。專利文獻3：日本專利第4864559號因此，為了明確符合本發明的目的的鑄模的倒角形狀，而反復進行了銳意研究，其結果為，判明了需要與專利文獻3所記載的條件不同的新的形狀規定。在此，關于倒角鑄模中的倒角部，在進行倒角即將矩形鑄造空間的各角的直角部分除去而成為直角三角形狀的情況下，如圖4示出的倒角鑄模的俯視圖那樣，以鑄模短邊12側的長度b相對于鑄模長邊11側的長度a之比b/a規定該直角三角形，并對該比b/a對鑄片的角部處的應力載荷造成的影響進行了應力計算。將該計算結果整理成使倒角前的矩形鑄模中的應力為100時的指數，并在圖5中示出。如圖5所示，首先，可知通過成為倒角鑄模，對鑄片角部的應力載荷與矩形鑄模相比減小。可知尤其在比b/a為3～6的范圍內，鑄片角部的應力載荷具有減小的傾向。而且，也可知鑄模長邊1側的長度a越小則鑄片角部的應力載荷越小。在上述認識下，在使用了上述比b/a為1～8的各種鑄模的連續鑄造中，在鑄片進入到彎曲部之前的期間，使鑄片角部的表面溫度暫時降低到Ar3點以下，然后在進入到彎曲部之前的期間，使鑄片角部的表面溫度成為800℃以上，在以800℃以上的溫度從彎曲部通過的條件下進行二次冷卻，此時，發現在使用了比b/a為3～6的鑄模的情況下，能夠可靠地抑制鑄片角部的表面裂紋。此外，即使使用了比b/a為3～6的鑄模，在鑄片角部的表面溫度沒有降低至Ar3點以下的情況下、在進入到彎曲部之前的期間沒有成為800℃以上的情況下、且在彎曲部的通過溫度沒有達到800℃的情況下，在凝固組織中也會大量地殘存原奧氏體晶界，因此無法充分地降低角裂紋產生率。而且，優選鑄模中的比b/a超過4。這是因為，在比b/a為4以下的情況下，如圖5所示，與b/a為4～6(不包含4)的情況相比，雖然只是少許，但施加于角部的應力載荷變高。另外，優選鑄模長邊側的長度a為4～6mm、以及鑄模短邊側的長度b為12～36mm。這是因為，如圖5所示，具有長邊側的長度a越短則施加于角部的應力載荷越減小的傾向，在長邊側的長度a為7mm的情況下，與4～6mm的情況相比，具有應力載荷稍微變大的傾向。實施例1通過垂直彎曲型連續鑄造機對具有表1所示的組成的裂紋敏感性高的低合金鋼進行了鑄造。該鋼的Ar3相變點為725℃。鑄造條件是，鑄造厚度為220～300mm、鑄造寬度為1400～2100mm以及鑄造速度為0.60～2.50m/min的范圍。在該條件下的連續鑄造中，制作并使用了具有表2所示的各種倒角部形狀的鑄模。作為比較，以相同鑄造條件實施了使用矩形鑄模的連續鑄造。使二次冷卻水量根據鑄造厚度、鑄造寬度、鑄造速度而變化，但使用傳熱解析進行調整，使得鑄片角部的表面溫度在進入到彎曲部之前暫時降低到Ar3相變點以下，然后，在進入到彎曲部之前的期間回熱而成為800℃以上，并以800℃以上的溫度從彎曲部通過。作為比較，也實施了鑄片角部的溫度不滿足本發明條件的鑄造。此外，從彎曲部通過時的鑄片溫度是通過使用熱電偶或放射溫度計來測定而確認的。對于鑄造后的鑄片，為了容易觀察鑄片表面的裂紋，而通過噴丸除去鑄片表面的氧化物，然后進行著色檢查(colorcheck)(著色滲透探傷實驗)，來調查角部有無裂紋。并且，作為角裂紋產生率，以角裂紋鑄片塊數/調查鑄片塊數×100％進行評價。另外，從鑄片角部切下30mm見方的凝固組織觀察用樣本，在研磨了觀察面后，進行3％的硝酸酒精腐蝕，并通過光學顯微鏡對凝固組織進行觀察。[表1]表1CSiMnPSAlCuNiNbVN0.07％0.2％1.5％0.010％0.0020％0.050％0.30％0.70％0.015％0.010％0.0050％將其評價結果在表2中示出。此外，本發明例及比較例均將各標準為10爐量(charge)(1爐量約為300噸)的鑄造量作為對象來進行評價。[表2]表2比較例1及比較例2是使用矩形鑄模、且以鑄片角部溫度也不滿足本發明的條件制造的例子。在該情況下，角部的裂紋產生率為9.4～10.8％，為高位。在觀察這些凝固組織時，為圖2所示那樣的原奧氏體晶界清晰的組織。比較例3及比較例4使用了矩形鑄模，且鑄片角部溫度為滿足本發明的條件。在該情況下，角裂紋產生率為4.7～5.2％，若與比較例1及比較例2相比為低位，但為需要進一步改善的水平。如圖3所示，這些凝固組織為一部分上殘存有原奧氏體晶界的組織。比較例5～12使用了倒角鑄模，且鑄片角溫度為不滿足本發明的條件。在該情況下，角裂紋產生率為5.3～7.3％，也為需要改善的水平。這些凝固組織也為圖2所示那樣的原奧氏體晶界清晰的組織。比較例13～15使用了倒角鑄模，鑄片角溫度也為滿足本發明的條件。但是，關于倒角部的形狀，長邊側的長度a與短邊側的長度b之比b/a為不滿足本發明的條件。在該情況下，角裂紋產生率為3.8～4.5％，也為需要改善的水平。另一方面，發明例1～8使用倒角鑄模，為對二次冷卻噴射器進行了調整使得鑄片角部溫度滿足本發明的條件。對于這些發明例，角裂紋產生率均為1.4％以下，良好。在觀察這些凝固組織時，為圖3所示那樣的一部分上殘存有原奧氏體晶界的組織，為與比較例3及比較例4相同的凝固組織。也就是說，能夠確認即使凝固組織的一部分不完全，也能夠通過同時使用倒角鑄模來防止產生角裂紋。實施例2在進行與上述的實施例1相同的條件下的連續鑄造時，使用了鑄模長邊側的長度a為4～7mm、其與鑄模短邊側的長度b之比b/a為3.0～6.0的范圍內、而鑄模短邊側的長度b以表3所示那樣改變的鑄模。并且，對于角部裂紋的產生，與實施例1的情況同樣地進行評價。將其結果同時記載到表3中。[表3]表3發明例9～32中，在鑄模長邊側的長度a為4～6mm、且b/a為4～6的條件下，能夠完全抑制產生角裂紋。在b/a為3～4的情況下確實會產生輕微的角裂紋，但這些裂紋的產生率為0.6～1.4％，十分低位。另一方面，在鑄模長邊側的長度a為7mm的情況(發明例33～40)下，在b/a為4～6(不包含4)的條件下，確實也會產生少許的角裂紋，產生率為0.6～0.9％。另外，b/a為3～4的條件下的角裂紋產生率為1.3～1.9％。這些也是十分低位的產生率。即，可知鑄模長邊側長度a為4～6mm，且b/a為3～6、更優選為4～6(不包含4)的范圍是本發明的優選例。此時，鑄模短邊側長度b為12～36mm，更優選為16mm～36mm(不包含16mm)的范圍。此外，在鑄模長邊側長度a低于4mm的情況下，由于在鑄模的四角中要求嚴格的加工精度，所以在實際操作中，優選為4mm以上。此外，倒角部能夠通過例如對實心銅板實施切削加工來成形。如上所述，確認到通過使用本發明的倒角鑄模、且在恰當的范圍內控制鑄片角部溫度，而能夠高效地制造角裂紋產生率低的高品質的鑄片。附圖標記說明1鋼液2澆包3長水口4中間包5浸漬水口6水冷鑄模7二次冷卻帶8拉出矯正帶(彎曲部)9連續鑄造鑄片11鑄模長邊12鑄模短邊當前第1頁1 2 3