JP5354179B2 - 鋼鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼鋳片の連続鋳造方法に関し、詳しくは、鋳型内で鋳片表層部に捕捉されるアルミナクラスターの少ない鋼鋳片を鋳造するための連続鋳造方法に関するものである。

自動車用鋼板などの極低炭素鋼を製造する場合、溶鋼をＡｌで脱酸処理することから、精錬終了時に溶鋼中へのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の混入は避けられず、脱酸生成物として生成した溶鋼中のアルミナは、輸送用容器内や連続鋳造設備のタンディッシュ内で凝集し、アルミナのクラスラーを形成する。このアルミナクラスターは、溶鋼の連続鋳造の際に、溶鋼とともにタンディッシュから鋳型内に流入し、鋳片の凝固殻に捕捉されて鋳片の表面欠陥となり、厳格な表面品質が要求される極低炭素鋼鋳片の品質を著しく低下させる。

従って、鋳造後の鋳片に表面欠陥が存在する場合には、表面欠陥の存在する部位を溶削して除去する作業、所謂「手入れ作業」が行われている。しかしながら、この手入れ作業では、鋼歩留りの低下によるコスト上昇や作業処理費によるコスト上昇が生ずるのみならず、製造工程が延長されて効率的な生産体制が阻害されるという問題も発生する。

そこで、鋳片の品質を向上させるために、鋳型背面に設置した電磁攪拌装置により、凝固殻前面の溶鋼に流速を付与するなどして、凝固殻に付着するアルミナクラスターなどの非金属介在物を洗浄し、それにより、鋳片表層部のアルミナクラスターなどの非金属介在物を低減する方法が多数提案されている（例えば、特許文献１などを参照）。

しかしながら、電磁攪拌装置によって凝固殻前面の溶鋼に流速を付与する方法では、必要以上の流速を溶鋼に付与する場合が発生し、このような場合には、鋳型内溶鋼湯面上に添加したモールドパウダーの巻き込みが発生し、却って鋳片表層部の品質を劣化させるのみならず、電気消費量の不要な増大によるエネルギー浪費を招くという問題が発生する。

その他の対策として、特許文献２及び特許文献３には、凝固殻前面での溶鋼中のＣ、Ｓ、Ｎ、Ｏの濃度勾配による表面張力を制御することにより、気泡の凝固殻への捕捉を抑制する方法、つまり、表面張力が所定値以下になるように、溶鋼中のＣ、Ｓ、Ｎ、Ｏの濃度を予め調整してから連続鋳造する方法が提案されている。

しかしながら、特許文献２及び特許文献３では、アルミナクラスターの凝固殻への捕捉に関しては検討していない。また、溶鋼成分に応じて気泡の凝固殻への捕捉が左右されることを示唆するものの、気泡の捕捉と凝固界面での溶鋼流速との関係が明らかになっておらず、気泡の捕捉を定量的に把握することができない。これは、実際の鋳型内においては、Ｃ、Ｓ、Ｎ、Ｏの濃度分布による表面張力（＝凝固殻への捕捉力）と同時に、溶鋼流速による抗力もはたらいており、凝固殻への気泡や非金属介在物の捕捉を検討する場合には、溶鋼流速による抗力も考慮しなければならないからである。

特開平１０−１８０４２６号公報 特開２００３−２０５３４９号公報 特開２００３−２５１４３８号公報

上記説明のように、自動車用鋼板などの厳格な品質が要求される鋼板の素材となる鋳片を、生産性を損なわずに且つ安価に製造することが切望されているにも拘わらず、従来、有効な手段はなく、鋳片の表層部にはアルミナクラスターによる欠陥が発生し、やむなくスカーファーなどを用いて溶削して欠陥を除去しており、製造コストの上昇をもたらしていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鋳片の表層部にアルミナクラスターなどの非金属介在物による欠陥が少なく、清浄で高品質の鋳片を、生産性を損なわずに、安価に且つ安定して製造することのできる、鋼鋳片の連続鋳造方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意研究・検討を行った。その結果、鋳片の表層部にアルミナクラスターなどの非金属介在物による欠陥が少なく、清浄で高品質な、自動車用鋼板などの厳格な品質が要求される鋼板の素材となる鋳片を、生産性を損なわずに、安価に且つ安定して製造するためには、電磁攪拌装置を利用する或いは浸漬ノズルの吐出孔から吐出される吐出流を利用するなどして、凝固界面の溶鋼に流速を与え、アルミナクラスターを洗浄することを第１の条件とした上で、モールドパウダーの巻き込みなどを防止するために、それぞれの鋼種のＴｉ含有量及びＳ含有量と、鋳型内の凝固速度とに応じた適切な溶鋼流速を付与することが必要であるとの知見が得られた。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る鋼鋳片の連続鋳造方法は、Ｃを０．００３質量％以下含有する極低炭素鋼鋳片の連続鋳造方法であって、鋳片の凝固殻前面での溶鋼流速が、鋳片の凝固殻の凝固速度と溶鋼成分のうちのＴｉ含有量及びＳ含有量とに対し、下記の（１）式の範囲内となるように制御して鋳造することを特徴とするものである。
V≧[165308×(1-K_E ^Ti)×Vs×[Ti]+1613307×(1-K_E ^S)×Vs×[S]]^2/3 …(1)
但し、（１）式において、Ｖは、凝固殻前面での溶鋼流速（ｍ／ｓ）、Ｖsは、鋳型内凝固殻の凝固速度（ｍ／ｓ）、Ｋ_E ^Tiは、Ｔｉの実効分配係数（−）、Ｋ_E ^Sは、Ｓの実効分配係数（−）、［Ｔｉ］は、溶鋼中のＴｉ濃度（質量％）、［Ｓ］は、溶鋼中のＳ濃度（質量％）である。

第２の発明に係る鋼鋳片の連続鋳造方法は、第１の発明において、前記凝固殻前面での溶鋼流速及び凝固殻の凝固速度は、鋳型内溶鋼湯面から鋳造方向に３００〜５００ｍｍ離れた位置付近の凝固殻における凝固殻前面溶鋼流速及び凝固速度であることを特徴とするものである。

第３の発明に係る鋼鋳片の連続鋳造方法は、第１または第２の発明において、前記極低炭素鋼は、Ｃ以外の化学成分として、Ｓｉ：０．０５質量％以下、Ｍｎ：１．０質量％以下、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｓ：０．０１５質量％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０７５質量％、Ｔｉ：０．０５０質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とするものである。

第４の発明に係る鋼鋳片の連続鋳造方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記凝固殻前面での溶鋼流速を、鋳型背面に配置した交流移動磁場印加装置によって制御することを特徴とするものである。

本発明によれば、凝固殻前面の溶鋼流速を溶鋼成分及び鋳型内の凝固速度に応じた適切な流速に制御するので、モールドパウダーの巻き込みも発生せず、アルミナクラスターなどの非金属介在物による表面欠陥が極めて少なく、清浄で高品質の鋳片を、生産性を損なわずに、安価に且つ安定して製造することが達成される。

鋳片のデンドライト樹枝状晶の傾き角度を測定した位置を示す図である。

以下、本発明を詳細に説明する。

Ｃの含有量が０．００３質量％以下である極低炭素鋼は、転炉における大気下での脱炭精錬と、ＲＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備における減圧下での脱炭精錬（「真空脱炭精錬」という）との二回の脱炭精錬により、溶銑から溶製される。脱炭精錬は溶鋼中の溶存酸素濃度が或る程度高くならないと進行せず、従って、脱炭精錬終了時には溶鋼中に多くの溶存酸素（「フリー酸素」ともいう）が残留する。多くの溶存酸素が残留したままでは鋼の清浄性が劣化するので、極低炭素鋼の溶製工程においては、真空脱炭精錬が終了した後に溶鋼中に金属Ａｌが添加され、溶鋼は脱酸処理される。この脱酸処理により、溶鋼中の溶存酸素濃度は急激に低下し、脱酸生成物としてアルミナが形成される。尚、アルミナ中の酸素はＡｌと化学結合しており、アルミナが溶鋼中に懸濁していても、アルミナ中の酸素は、溶存酸素とはいわない。このアルミナなどの酸化物として溶鋼中に存在する酸素と、溶存酸素とを合計したものをトータル酸素（「Ｔ．Ｏ」とも記す）と称している。

脱酸生成物として生成したアルミナは、溶鋼が、真空脱ガス設備から連続鋳造設備に搬送される期間及びタンディッシュに注入された後に鋳型内に注入されるまでの期間、時間の経過とともに凝集してアルミナクラスターを形成する。このアルミナクラスターが溶鋼とともに鋳型内に注入されて鋳片の凝固殻に捕捉されると、極低炭素鋼鋳片の表面欠陥となり、鋳片の品質が低下する。

本発明者らは、アルミナクラスターなどの非金属介在物の凝固殻への捕捉を防止する条件を検討するにあたり、凝固殻前面における溶鋼中の非金属介在物に働く力に注目した。そして、「非金属介在物−溶鋼間の界面張力の勾配に基づく凝固界面方向に作用する力」と、「溶鋼流速による抗力」との２つの力を考慮した結果、以下の手段によって上記課題を解決できるとの知見を得た。即ち、「鋳片の凝固殻前面での溶鋼流速が、鋳片の凝固殻の凝固速度と溶鋼成分のうちのＴｉ含有量及びＳ含有量とに対し、下記の（１）式の範囲内となるように制御して鋳造する」という方法である。
V≧[165308×(1-K_E ^Ti)×Vs×[Ti]+1613307×(1-K_E ^S)×Vs×[S]]^2/3 …(1)
但し、（１）式において、Ｖは、凝固殻前面での溶鋼流速（ｍ／ｓ）、Ｖsは、凝固殻の凝固速度（ｍ／ｓ）、Ｋ_E ^Tiは、Ｔｉの実効分配係数（−）、Ｋ_E ^Sは、Ｓの実効分配係数（−）、［Ｔｉ］は、溶鋼中のＴｉ濃度（質量％）、［Ｓ］は、溶鋼中のＳ濃度（質量％）である。

ここで、（１）式における「(1-K_E ^Ti)×Vs×[Ti]」及び「(1-K_E ^S)×Vs×[S]」は、連続鋳造中の凝固殻前面に形成される溶質元素（以下、単に「溶質」とも記す）の濃度境界層に侵入した非金属介在物に働く、界面張力勾配による凝固殻方向への引力の尺度を示しており、本発明においては、鋳型内の凝固界面前面の溶鋼流速を決定するパラメーターである。また、本発明は、凝固殻へのアルミナクラスターの捕捉を防止することを目的としており、従って、（１）式における凝固殻前面での溶鋼流速Ｖ及び凝固殻の凝固速度Ｖsは、凝固殻へのアルミナクラスターの捕捉が発生しやすい、鋳型内溶鋼湯面から鋳造方向に３００〜５００ｍｍ離れた位置付近の凝固殻における凝固殻前面溶鋼流速及び凝固速度を対象とすることが好ましい。

以下、（１）式の導出方法について説明する。

「非金属介在物−溶鋼間の界面張力の勾配に基づく凝固界面方向に作用する力」に関して、刊行物：鉄と鋼（80(1994)p.527）に示されるように、凝固界面前面の濃度境界層中の界面張力勾配Ｋ、即ちdσ／dx（σ：非金属介在物−溶鋼間の界面張力、ｘ：距離）に基づいて、介在物が凝固殻方向に受ける力Ｆは、下記の（２）式で示される。
F＝-(8/3)×πR²K…(2)
ここで、Ｆは介在物の受ける力（Ｎ）、πは円周率、Ｒは介在物の半径（ｍ）、Ｋは界面張力勾配（Ｎ／ｍ²）である。

この界面張力勾配Ｋは、下記の（３）式に示すように、界面張力の溶質濃度による変化と成分の濃度勾配との積である。
K＝dσ/dx＝(dσ/dc)×(dc/dx)…(3)
ここで、σは非金属介在物−溶鋼間の界面張力（Ｎ／ｍ）、ｘは凝固界面からの距離（ｍ）であり、また、dσ／dcは非金属介在物−溶鋼間の界面張力の溶質濃度による変化（Ｎ／ｍ・質量％）、dc／dxは成分の濃度勾配（質量％／ｍ）である。

凝固理論から、鋳型内のような溶鋼流速が存在する条件下での成分の濃度勾配dc／dxは下記の（４）式で表される。
dc/dx＝-C₀×(1-K_E)×(V_s/D)×exp[-V_s×(x-δ)/D]…(4)
ここで、Ｃ₀は鋳造前の溶鋼中の溶質濃度（質量％）、Ｖ_sは鋳型内での凝固速度（ｍ／ｓ）、Ｄは溶鋼中での溶質の拡散係数（ｍ²／ｓ）、δは濃度境界層の厚み（ｍ）である。また、Ｋ_Eは溶質の実効分配係数（−）であり、下記の（５）式で表される。
K_E＝K₀/[K₀+(1-K₀)×exp(-Vsδ/D)]…(5)
ここで、Ｋ₀は溶質の平衡分配係数（−）である。

（４）式において、ｘ＝δを代入すると、ｘ＝δでの濃度勾配（dc／dx）は下記の（６）式で求められる。
dc/dx＝-C₀×(1-K_E)×(V_s/D)…(6)
（６）式を（３）式に代入することにより、ｘ＝δでの非金属介在物−溶鋼間の界面張力勾配Ｋ、つまり、アルミナクラスターが濃度境界層に侵入した直後に作用する力の尺度を示す界面張力勾配Ｋを下記の（７）式により求めることができる。

K＝(dσ/dc)×[-C₀×(1-K_E)×(V_s/D)]…(7)
（７）式を（２）式に代入すると、濃度境界層に侵入した直後のアルミナクラスターに作用する力が下記の（８）式で求められる。

F＝-(8/3)×πR²×(dσ/dc)×[-C₀×(1-K_E)×(V_s/D)]…(8)
「溶鋼流速による抗力」について、刊行物：材料工学のための移動現象論（p.45）に示されているように、流体中の球が受ける抗力Ｆ_Dは下記の（９）式で示される。
F_D＝C_D×(πR²)×[(1/2)×ρV²]…(9)
ここで、Ｆ_Dは流体中の球が受ける抗力（Ｎ）、Ｃ_Dは抵抗係数（−）、ρは溶鋼の密度（ｋｇ／ｍ³）である。

抵抗係数Ｃ_DはＲｅ数（レイノズル数）より求められ、またＲｅ数の値により算出式が異なる。鋳型内における介在物挙動を考える場合、Ｒｅ数は約３０〜３００となり、この場合には、抵抗係数Ｃ_Dは下記の（１０）式で示されるアレンの式が良く一致する。
C_D＝10/Re^1/2…(10)
（１０）式を（９）式に代入すれば、鋳型内の介在物の受ける抗力Ｆ_Dが下記の（１１）式により求められる。

F_D＝(10/Re^1/2)×(πR²)×[(1/2)×ρV²]…(11)
この場合にＲｅ数は、下記の（１２）式で求められる
Re＝2RρV/μ…(12)
ここで、μは溶鋼の粘性度（Ｎ・ｓ／ｍ²）である。この（１２）式を（１１）式に代入することで下記の（１３）式が得られる。

F_D＝(5/2^1/2)×π×(μρ)^1/2×(RV)^3/2…(13)
このように、「介在物−溶鋼間の界面張力の勾配に基づく凝固界面方向に作用する力」及び「溶鋼流速による抗力」は、それぞれ（８）式及び（１３）式に示した通りである。前者の「介在物−溶鋼間の界面張力の勾配に基づく凝固界面方向に作用する力」は介在物を凝固界面に引き寄せる力であり、一方、後者の「溶鋼流速による抗力」は介在物を凝固界面から遠ざける力である。つまり、下記の（１４）式に示すように、介在物に作用する凝固界面方向への引力よりも大きい力を、この引力の垂直方向に付与すれば、介在物は捕捉されずに凝固界面を離れるということになる。

F＜F_D…(14)
（１４）式に、（２）式及び（１３）式を代入すれば、介在物が凝固界面に捕捉されない溶鋼流速の条件式が、下記の（１５）式として導出できる。

V≧[(8×2^1/2/15)×K×R^1/2×(μρ)^-1/2]^2/3…(15)
ここで、界面張力勾配Ｋはそれぞれの溶質成分毎に値が決まり、それぞれの成分の界面張力勾配毎に介在物は力を受ける。本発明者らは、研究の結果、極低炭素鋼の化学成分元素のなかで、界面張力勾配Ｋの値に大きな影響を及ぼす元素は、ＴｉとＳであり、これらの元素だけで計算される下記の（１６）式で示した界面張力勾配Ｋの値を用いても、介在物の凝固殻への捕捉を検討するうえで問題ないことが分かった。

K＝(dσ/dc_Ti)×[-C_Ti×(1-K_E ^Ti)×(Vs/D_Ti)]+(dσ/dc_S)×[-C_S×(1-K_E ^S)×(Vs/D_S)] …(16)
ここで、dσ／dc_Tiは溶鋼−介在物間の界面張力のＴｉ濃度による変化（Ｎ／ｍ・質量％）、Ｃ_Tiは溶鋼中のＴｉ濃度（質量％）、Ｋ_E ^TiはＴｉの実効分配係数（−）、Ｄ_Tiは溶鋼中のＴｉの拡散係数（ｍ²／ｓ）、dσ／dc_Sは溶鋼−介在物間の界面張力のＳ濃度による変化（Ｎ／ｍ・質量％）、Ｃ_Sは溶鋼中のＳ濃度（質量％）、Ｋ_E ^SはＳの実効分配係数（−）、Ｄ_Sは溶鋼中のＳの拡散係数（ｍ²／ｓ）である。

（１６）式に示すdσ／dc_Ti及びdσ／dc_Sは、刊行物：溶鉄と溶滓の物性値便覧（日本鉄鋼協会編）などに示されており、また、各成分の拡散係数、溶鋼の密度ρ及び粘性度μは、刊行物「金属データブック」（日本金属学会編）などに示されている。また、自動車用鋼板の表面品質おいて、直径が１００μｍ程度の介在物が問題となる場合が多いことから、（１５）式中の介在物半径Ｒは５０μｍとした。また、濃度境界層厚δは数１０〜１０００μｍとされており、本研究では１００μｍとすると、良く実験結果と一致することから、１００μｍとした。これらの値を（１５）式及び（１６）式に代入すると、前述した（１）式が導出される。

凝固殻前面つまり凝固界面前面の溶鋼流速Ｖを（１）式の範囲内に制御することで、アルミナクラスターの凝固殻への捕捉が防止される。凝固殻前面の溶鋼流速Ｖを制御する範囲は、鋳片の表層部に相当する範囲であり、前述したように、鋳型内溶鋼湯面から鋳造方向に３００〜５００ｍｍ離れた位置付近における凝固殻前面での溶鋼流速とすることが好ましい。当然ながら、３００〜５００ｍｍ離れた位置よりも鋳造方向の上流側或いは鋳造方向の下硫側の範囲までを制御対象としても構わない。また、鋳造条件により、凝固殻の厚みは変化し、また連続鋳造機によって磁場印加装置の位置が異なるため、適宜、溶鋼流速を制御する位置を変化させても構わない。

鋳型内の凝固速度Ｖsを求める方法としては、アイソトープによる標識法や鋳型内の熱伝導方式を解析する方法が良く知られている。

アイソトープによる標識法は、例えば刊行物：鉄と鋼（55(1969)S108）に明記されているように、198Ａｕをトレーサーとして鋳型内に投入し、凝固界面に198Ａｕを捕捉させ、後にオートラジオグラフを作製して凝固殻厚みを調べ、この凝固殻厚みを鋳造速度と対比させて、凝固殻厚みの時間変化を計算し、これにより、鋳型内の凝固速度Ｖsを求める方法である。予め、鋳造条件毎に凝固速度を調べておけば、調べた凝固速度を（１）式に代入することで、適切な凝固界面前面での溶鋼流速を算出することができる。

鋳型内の熱伝導方式を解析する方法は、刊行物：鉄と鋼（58(1972)S396）や、刊行物：鉄と鋼（56(1970)S268）に明記されているように、１次元の非定常伝熱を鋳造速度などの鋳造条件の関数で解き、未知のパラメーターは操業の実績値と計算結果の比較とで決定する方法であり、鋳型内の凝固殻厚みの時間変化を計算し、これにより、凝固速度を算出する方法である。前述したアイソトープによる標識法の結果と対比することで、より一層計算精度が向上する。予め、鋳造条件毎に凝固速度を調べておけば、調べた凝固速度を（１）式に代入することで、適切な凝固界面前面での溶鋼流速を算出することができる。

凝固界面前面の溶鋼流速を制御する方法としては、タンディッシュ内の溶鋼を鋳型内に注入するための浸漬ノズルの吐出孔の大きさ、角度、浸漬深さなどを調整し、吐出孔から吐出される溶鋼の吐出流を利用する方法や、鋳型背面に配置した磁場印加装置から磁場を印加し、磁場と溶鋼流とで形成される電磁力を利用する方法などを用いることができる。磁場発生装置としては、交流移動印加装置と直流磁場（静磁場）印加装置とがあるが、鋳造速度が変更されても、凝固殻前面の溶鋼流速を任意に調整することができることから、交流移動磁場印加装置を用いることが好ましい。特に、鋳型長辺の背面全幅に配置した交流移動磁場印加装置によって制御することが好ましい。

スラブ連続鋳造機の鋳型長辺背面全幅に鋳片を挟んで相対させて交流移動磁場印加装置を配置し、この交流移動磁場印加装置から印加する移動磁場の移動方向を、相対する磁場印加装置ともに鋳型短辺側から浸漬ノズル側に向かう方向とすることで、浸漬ノズルから吐出される溶鋼の吐出流は減速され、これに伴って凝固界面前面の溶鋼流速が減速（「減速磁場印加」と称す）し、逆に、交流移動磁場印加装置から印加する移動磁場の移動方向を、相対する磁場印加装置ともに浸漬ノズル側から鋳型短辺側に向かう方向とすることで、浸漬ノズルから吐出される溶鋼の吐出流は加速され、これに伴って凝固界面前面の溶鋼流速が増速（「加速磁場印加」と称す）する。更に、一方の鋳型長辺の背面に配置した交流移動磁場印加装置から印加する移動磁場の移動方向を同一方向とし、且つ、鋳片を挟んで相対する交流移動磁場印加装置から印加する移動磁場の移動方向をこれとは逆方向とすることで、鋳型内の溶鋼は水平方向に回転するように攪拌され、これに伴って凝固界面前面の溶鋼流速が増速（「旋回磁場印加」と称す）する。

このように、鋳型長辺の背面全幅に配置した交流移動磁場印加装置により、鋳造速度に応じて適宜選択した３種類の磁場印加パターンで磁場を印加することで、凝固界面前面の溶鋼流速を減速或いは加速することができ、鋳造速度の如何に拘わらず、凝固界面前面の溶鋼流速を任意の流速に制御することが可能となる。

直流磁場印加装置の場合は、磁場印加装置をスラブ連続鋳造機の鋳型長辺背面に鋳片を挟んで相対させて配置し、鋳型の厚み方向に貫通する磁場を印加することで、移動する溶鋼に制動力が付与されて、凝固界面前面の溶鋼流速が制御される。直流磁場印加装置の場合、溶鋼は減速されるだけではなく、浸漬ノズルからの溶鋼吐出流は直流磁場印加装置を迂回するように流れるので、直流磁場印加装置の設置位置によっては、凝固界面前面の溶鋼流速はかえって増加することも発生する。

但し、攪拌強度が強くなりすぎるなどして凝固界面前面の溶鋼流速が速くなりすぎると、それに応じて鋳型内溶鋼湯面の溶鋼流が強くなり、鋳型内溶鋼湯面上に添加したモールドパウダーの巻き込みが発生するので、モールドパウダーの巻き込みが発生しない範囲内で、凝固界面前面の溶鋼流速を制御することが好ましい。公知文献（学振１９委、Ｎo.10977）に基づけば、鋳型内溶鋼湯面の流速が０．４８ｍ／ｓ以下であれば、モールドパウダーの巻き込みが発生しないことから、鋳型内溶鋼湯面の流速が０．４８ｍ／ｓ以下の範囲内となるように、凝固界面前面の溶鋼流速を制御すればよい。

本発明は、Ｃの含有量が０．００３質量％以下である極低炭素鋼である限り、鋼種を問わずに適用できることは勿論であるが、得られる効果の点からすれば、Ｃ以外の化学成分として、Ｓｉ：０．０５質量％以下、Ｍｎ：１．０質量％以下、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｓ：０．０１５質量％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０７５質量％、Ｔｉ：０．０５０質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼を対象としたときに、特に効果が著しい。
以下に、成分を規定する理由を説明する。

Ｃは、その含有量が高くなると薄鋼板の加工性を劣化させる。それゆえ、ＴｉやＮｂなどの炭化物形成元素を添加したときにＩＦ鋼（Interstitial-Free steel）として優れた伸び及び深絞り性を得ることのできる０．００３質量％を上限とした。

Ｓｉは、固溶強化元素であり、含有量が多いと薄鋼板の加工性が劣化する。また、表面処理への影響も考慮し、０．０５質量％を上限とした。

Ｍｎは、固溶強化元素であり、鋼の強度を増加させるが、本発明は軟鋼を想定しており、加工性を優先する。従って、上限を１．０質量％とした。

Ｐは、固溶強化元素であり、鋼の強度を増加させる。しかし、含有量が０．０５質量％を超えると加工性や溶接性が劣化するため、上限を０．０５質量％とした。

Ｓは熱間圧延時に割れの原因となり、また、薄鋼板の加工性を低下させるＡ系介在物を生成するので、可能な限りその含有量を低減する必要がある。そこで、本発明では上限を０．０１５質量％とした。

Ａｌは脱酸剤として機能し、脱酸効果を得るためには、０．０１０質量％含有される必要がある。また、必要以上のＡｌ添加はコストアップの増加を招く。そこで、本発明ではＡｌ含有量の範囲を０．０１０〜０．０７５質量％とした。

Ｔｉは、鋼中のＣ、Ｎ、Ｓを析出物として固定し、加工性や深絞り性を向上させる。しかし、含有量が０．０５質量％を超えると鋼板が硬くなり、加工性が劣化する。そこで、本発明ではＴｉ含有量の上限を０．０５０質量％とした。

以上説明したように、本発明によれば、凝固殻前面の溶鋼流速を溶鋼成分及び鋳型内の凝固速度に応じた適切な流速に制御するので、モールドパウダーの巻き込みも発生せず、アルミナクラスターなどの非金属介在物による表面欠陥が少なく、清浄で高品質の鋳片を、生産性を損なわずに、安価に且つ安定して製造することが可能となる。

以下、スラブ連続鋳造機で実施した８チャージの試験鋳造結果を説明する。

１チャージ約２００トンの８チャージ（試験Ｎo.１〜８）の極低炭素鋼の溶鋼を、厚みが２２０ｍｍ、幅が１１６０ｍｍのスラブ鋳片に、鋳造速度を１．０４ｍ／ｍｉｎ、溶鋼鋳造量を２．１トン／ｍｉｎとして鋳造した。各試験チャージの溶鋼の化学成分、及び鋳造速度と伝熱計算とから算出した凝固速度を表１に示す。スラブ連続鋳造機では、これらの溶鋼を、鋳型内溶鋼湯面から約４００ｍｍ鋳造方向に離れた位置での凝固界面前面での溶鋼流速が、前述した（１）式の範囲を満たす条件と、（１）式の範囲を満たさない条件とに調整して鋳造した。つまり、表１に（１）式から求めた必要最低流速を示しているが、試験Ｎo.１〜４では（１）式の範囲を満たす条件（本発明例）とし、試験Ｎo.５〜８では（１）式の範囲を満たさない条件（比較例）とした。（１）式を算出するにあたり、溶鋼の化学成分は、ＲＨ真空脱ガス装置での精錬終了時に溶鋼から採取した試料の分析値を用いた。尚、表１に示す酸素濃度は溶存酸素濃度である。

凝固界面前面での溶鋼流速は、鋳片を挟んで鋳型長辺の背面全幅に配置した交流移動磁場印加装置を用いて制御した。具体的には、鋳型内溶鋼湯面から約４００ｍｍ鋳造方向に離れた位置近傍における凝固界面前面での溶鋼流速を０．０５ｍ／ｓとする場合には、磁束密度が０．０２５テスラの旋回磁場印加とし、凝固界面前面での溶鋼流速を０．１０ｍ／ｓとする場合には、磁束密度が０．０５０テスラの旋回磁場印加とし、凝固界面前面での溶鋼流速を０．１５ｍ／ｓとする場合には、磁束密度が０．０７５テスラの旋回磁場印加とし、凝固界面前面での溶鋼流速を０．２０ｍ／ｓとする場合には、磁束密度が０．１０テスラの旋回磁場印加とした。

凝固界面前面での溶鋼流速は、鋳造後の鋳片から試料を採取し、その試料の凝固組織から確認した。即ち、鋳造後の鋳片から全厚（２２０ｍｍ）×全幅（１１６０ｍｍ）の試料を採取し、この試料を鏡面仕上げした後に酸で腐食して凝固組織を現出させ、図１に示す６箇所の位置において凝固組織のデンドライト樹枝状晶の傾き角度を測定し、測定した傾き角度から、岡野らの式（刊行物：鉄と鋼（61(1975)p.69）参照）を用いて溶鋼流速を求め、６箇所の平均値から確認した。

また、前記凝固組織調査用試料の近傍から介在物調査用試料を採取し、採取した介在物調査用試料を鏡面仕上げした後、光学顕微鏡を用いて、鋳片表面から２０ｍｍ内部の位置までの範囲に存在するアルミナクラスターの個数をカウントするとともに、アルミナクラスターの長軸及び短軸を測定して、鋳片における単位面積あたりのアルミナクラスターの面積を算出した。また、鋳片を薄鋼板に圧延後、薄鋼板における表面欠陥の有無についても調査した。鋳片及び薄鋼板での調査結果を表２に示す。尚、本発明者らの研究により、自動車用極低炭素鋼において、単位面積あたりのアルミナクラスターの面積が０．００１ｍｍ²／ｍｍ²を超えると、表面欠陥が発生することが分かっている。

表２に示すように、本発明例である試験Ｎo.１〜４では、鋳片でのアルミナクラスターの面積は０．００１ｍｍ²／ｍｍ²以下になっており、圧延後の薄鋼板においても表面欠陥が発生していなかった。これに対して、比較例である試験Ｎo.５〜８では、鋳片でのアルミナクラスターの面積は０．００１ｍｍ²／ｍｍ²を越えており、圧延後の薄鋼板においても表面欠陥が確認できた。

Claims (4)

1. Ｃを０．００３質量％以下含有する極低炭素鋼鋳片の連続鋳造方法であって、鋳片の凝固殻前面での溶鋼流速が、鋳片の凝固殻の凝固速度と溶鋼成分のうちのＴｉ含有量及びＳ含有量とに対し、下記の（１）式の範囲内となるように制御して鋳造することを特徴とする、鋼鋳片の連続鋳造方法。
   V≧[165308×(1-K_E ^Ti)×Vs×[Ti]+1613307×(1-K_E ^S)×Vs×[S]]^2/3 …(1)
   但し、（１）式において、Ｖは、凝固殻前面での溶鋼流速（ｍ／ｓ）、Ｖsは、鋳型内凝固殻の凝固速度（ｍ／ｓ）、Ｋ_E ^Tiは、Ｔｉの実効分配係数（−）、Ｋ_E ^Sは、Ｓの実効分配係数（−）、［Ｔｉ］は、溶鋼中のＴｉ濃度（質量％）、［Ｓ］は、溶鋼中のＳ濃度（質量％）である。
2. 前記凝固殻前面での溶鋼流速及び凝固殻の凝固速度は、鋳型内溶鋼湯面から鋳造方向に３００〜５００ｍｍ離れた位置付近の凝固殻における凝固殻前面溶鋼流速及び凝固速度であることを特徴とする、請求項１に記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
3. 前記極低炭素鋼は、Ｃ以外の化学成分として、Ｓｉ：０．０５質量％以下、Ｍｎ：１．０質量％以下、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｓ：０．０１５質量％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０７５質量％、Ｔｉ：０．０５０質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
4. 前記凝固殻前面での溶鋼流速を、鋳型背面に配置した交流移動磁場印加装置によって制御することを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。

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