连续铸造法 本发明系关于一种可尽可能地减少铸件中心部分偏折与中心疏松的连续铸造方法。
如何减少铸件中心部分产生偏折与疏松是连铸法中的重要课题之一。在防止偏折方面以进行电磁搅拌与低温铸造或添加促进不均匀核生成物质为代表，借助于大量产生等轴晶体的偏折分散技术的实用化，进而在熔钢内力图降低不纯元素(P、Si等)浓度的高净化技术，更由于防止铸件拉伸时产生凸起的技术的实施，从而已取得相当的效果。
而另一方面，在凝固末期随凝固收缩由于熔钢流动而引起的偏折、或者作为这种凝固收缩的直接结果而产生的中心疏松方面，实际上未能确定出完善的解决办法。
近年来在连铸技术中，有着在铸件拉伸的终结过程中设置多个轧制辊，在低压下率下对中心尚残留有未凝固部分的凝固末期铸件进行轧制的提案。进行这种轻轧会有助于抑制上述的熔钢流动，防止偏折，同时能补偿凝固收缩，防止产生中心疏松，从而能提供无铸造缺陷的连铸产品。
作为这样的压轧技术，已知有如特公昭59-16862、特公平36855、3-8863、3-8864、4-20696、4-22664、5-30548号公报中所述的技术。在这些公知技术中，虽然提出了有关压下位置(指在拉伸终期过程中考虑铸件中心部分的未凝固状态的开始压下到终结地区间，下同)的大致统一的概念(以中心部固相率为基准的考虑方法)，关于轧制程度方面，提出了在例如压下率(1.5％以下)与单位时间压下量(0.5mm/分～2.5mm/分)条件下进行控制的技术，或者用单位时间内的压下量控制扁平度，进行0.6ξ～1.1ξ(ξ为扁平度的1/4)压下的概念，但尚未达到形成确定的概念的程度。
另外，在实施上述轧制的装置方面，已知有例如特开昭50-55529与特公昭54-38978号公报中所载的使用实效长度与铸件宽度相同或比其更长的轧辊(一般称之为平轧辊)来进行压制的方法，与例如在特公平2-56982号公报中所公开的使用在短于铸件宽度尺寸的范围内加大轧辊长度方向的中央部分(大于轧辊两端部分的直径)的轧辊(在本说明书中，称之为中间粗轧辊)来进行压制的方法。
在上述的现有的压制技术中，在对于轧制工艺条件，例如轧制程度应怎样予以定出的角度方面的研讨尚处于模糊状态，是未解决的遗留课题。然而，过去对在进行压制过程中每时每刻都在变化的中心固相率未予足够的考虑，完全没有要使压制程度对应于中心固相率变化的设想。因而，对于特别是在以因压制而容易发生内部裂纹的高碳钢为对象的场合，不能不说对于包含初轧连铸的适当轧制条件的研讨是极不充分的。
鉴于上述的情况，本发明提出了能够防止V偏折，特别是防止能使内部裂纹与偏折恶化的逆V偏折的可制造出无偏析铸件的方法。即，为了实现上述目的，本发明引入了与凝固末期的压下程度相关的、如后所述的”压下梯度”的新概念，同时确定了对应于凝固末期中心固相率的增大(伴随在铸件拉伸的下流侧铸件温度逐渐下降，中心固相率增大)使上述压下梯度向减小的方向变化的方法。
具体地说，本发明的连铸法是一种对连铸拉伸中的铸件连续施加压下力而进行连铸的方法，当该铸件的中心固相率值至少在下述范围内的期间施加压下力，并以相对于此时该铸件拉伸方向的每单位长度(单位：米)的铸件厚度的压下量比例表示的压下梯度(％/m)满足下述条件而进行轧制为本发明的要点。
在0.2≤中心固相率≤0.35～0.45范围(1)中
压下梯度(％/m)＝0.70～0.90 (A)
在0.35～0.45≤中心固相率≤0.65～0.75范围(2)中
压下梯度(％/m)＝0.30～0.48 (B)
在0.65～0.75≤中心固相率≤0.9范围(3)中
压下梯度(％/m)＝0.08～0.16 (C)
即，本发明是对应于凝固进行中心固相率增大至少分成3个范围，与之相应地使压下梯度从(A)→(B)→(C)逐渐变小的方向变化而进行连铸而构成的。
进而使上述连铸的压下梯度(％/m)，在范围(1)与范围(2)交错。
在中心固相率＝0.35～0.45的范围(1-2)中满足
压下梯度(％/m)＝0.30～0.90 (A-B)同时，以往在范围(1)中选定的压下梯度相同或更小，在范围(2)中选定的压下梯度相同或更大的压下梯度进行压制，和/或使范围(1)与范围(2)交错，在中心固相率＝0.65～0.75的范围(2-3)中满足压下梯度(％/m)＝0.08～0.48 (B-C)同时，是以使压下梯度与在范围(2)中所选的压下梯度相同或更小，与在范围(3)中所选的压下梯度相同或更大的条件下进行压制而构成的。在此场合下，把压下梯度分为3～5个任意的范围，与之相应地，使压下梯度从(A)→(A-B)→(B)→(B-C)→(C)任意地在使之变小的方向上变化而进行连续铸造。
在实施本发明时其所使用的轧辊虽不特殊地限定，在中心固相率处于0.35～0.45以下的各范围中压下时则推荐使用实效长度为铸件宽度0.2～0.8倍的轧辊，从铸件上下两方或从任何一方进行轧制。
进而最能发挥本发明的效果的是即使在以高碳钢为对象进行的轧连铸时，本发明的技术范围也不会由此受到特别的限制。
以上述定义的压下梯度进行压下的区间，并且选择最佳压下梯度而进行压下的区间，是对应于凝固末期的铸件中心部固相率(中心固相率)的变化而定出的，在此，所谓中心固相率，是利用考虑了按照下面文献所记载的方法而求出的微观偏折解析的固相率-温度关系，根据有限元法，差分法等借助于计算机模拟进行非稳定传热凝固解析而求得的。
铁和钢第78年(1992)第2号，275-281
在本发明中，是从这样求得的中心固相率0.2的位置[换言之，是表示铸件中心部固相率值为0.2的位置，或者在必要时，是较其更靠上游(铸型的)侧的位置]开始压下的。一方面在铸件拉伸过程的下游侧其中心固相率逐渐增大，而在其间对应于中心固相率的阶段性增大而阶段性降低地选择最佳压下梯度，一方面继续压下，直至中心固相率达到0.90，如果有必要则在中心固相率1.0之前都继续进行上述压下。
此时，中心固相率达到0.2的区间开始压下时的压下梯度是按上述(A)式中所示的条件定出的，而在中心固相率0.9以下的区间中也进行压下的压下梯度是按上述(C)式中所示的条件定出的。
若在到达中心固相率为0.2(更准确地说，0.20)时尚未开始压下，而是超过了0.2才开始压下，就意味着压下开始已迟，在超过0.2时凝固收缩已开始，再引起熔钢流动，就增大了由此而产生偏折的危险，但是，由于钢种不同，也有允许把压下开始时刻推迟到中心固相率0.25位置的情况。而一方面在中心固相率为0.90位置以前若中止压下，由于是在凝固收缩产生熔钢流动的状态下解除轧制的，就不可避免地形成偏折，而且由于对于凝固收缩又未进行补偿，也会形成大量中心疏松。
如前所述地，在压下过程中，铸件温度慢慢降低，中心固相率增大。本发明虽然使压下程度对应于中心固相率的增大而向减小方向变化，而此压下程度是用下面所述的压下梯度概念来表示的。
所谓压下梯度，是在铸件拉伸方向的单位长度(单位：m)中，相对铸件厚度方向以某种程度的压下率(％)进行轧制的数值比值，其单位为％/m。
V偏折的产生是在铸件凝固末期过程中由于熔钢凝固时体积收缩，稠化熔钢向中心部流动吸收而引起的。因此为了完全制止熔钢的流动，必须尽可能有区域地均衡随着凝固而生的体积收缩减少铸件中熔钢体积，为此要对凝固的铸件进行压制。而凝固时的体积收缩量是随着凝固过程，即随中心固相率的增加而减少的，本发明人得出了伴随中心固相率的增加应使压下梯度适当地减少的结论。本发明第一个规定出从这种观点出发的具体的适宜的压下梯度。
即，本发明在使压下梯度相应于中心固相率的增大而减小的基本方针指导下，把制定其具体指标作为当前的目的而进行种种研讨。
其结果，相应于上述(1)～(3)的范围，找到(A)～(C)中所示的适合的压下梯度，确定出这样的适用的范围的理由如下述。
(1)0.2≤中心固相率≤0.35～0.45范围：
在此范围内，尚未充分凝固，铸件内的熔钢显示出高流动性。因而，在这种状态下若压下梯度不够，具体地说不足0.70(％/m)时，则由于挤压不足而残留V偏折。但当压下梯度超过0.90(％/m)时，在凝固界面附近就会受到过大的挤压，在发生逆V偏折之前就产生了内部裂纹。而在中心固相率0.2位置以前加压，压下的作用效果上虽不显著，但若在0.2位置以后才开始压下，由于压下较迟而会招致上述的问题，从本发明能取得确定效果的观点及操作稳定性的观点来看，推荐在中心固相率在极靠近0.2位置之前开始压下。故在本发明中并不排除在中心固相率0.2以前进行压下的情况。
(2)0.35～0.45≤中心固相率≤0.65～0.75的范围：
在此范围中，与范围(1)相比凝固进一步进行，凝固壳长得相当大，故未凝固部体积减少，随之而来凝固收缩量也减少。从而，不产生挤压不足的压下梯度的下限从范围(1)中定出的值移向下方，不产生V偏折的下限为0.30(％/m)。另一方面，为了防止因过大挤压伴随熔钢逆流而产生逆V偏折，上限也从范围(1)中定出值向下方移动，定为0.48(％/m)。
(3)0.65～0.75≤中心固相率≤0.90范围：
在此范围中，铸件更趋凝固，凝固壳也增大。因而，不产生因挤压不足而产生V偏折的压下梯度的下限更靠下，成为0.08(％/m)，另一方面不产生因熔钢逆流而产生逆偏折的上限也低到0.16(％/m)。而在中心固相率在0.90以后，加压产生的作用效果甚幑。然而在0.90以后，如前所述，也不排除继续进行压制的情况。
在划分上述(1)～(3)范围时，鉴于由于钢的成分组成而使熔钢的流动性发生变动，故中心固相率在(0.35～0.45)附近，及(0.65～0.75)附近应以较高的灵活性进行范围划分为宜，本发明出自于这种观点，在划分范围时，如上述范围(1)的上限值、范围(2)的下限与上限值，范围(3)的下限值中所示地分别赋予一定的自由度，进而如范围(1-2)，范围(2-3)中所示地，对范围自身的划分也容许其有更加广阔的自由度。归根到底，本发明的主旨是对应于所划分的范围要降低各个范围中的上梯度，最好是在不违反该宗旨的条件下，在各范围内，从上述(A)、(B)、(C)、(A-B)、(B-C)的各式所示的范围中选出最合适的压下梯度。
图1是表示本发明最佳条件范围的曲线图；
图2是本发明方法与现有技术方法相比；中心疏松产生的钢坯不良品率的线图；
图3是使用本发明短轧辊的概念性说明图；
图4是表示实施例中压下方案图形。
图1是表示上面所说明的本发明范围的线图，图中实剖面线部分是权利要求1中的本发明的基本范围，虚剖面线部分表示比权利要求2的有更宽的自由度的本发明的附加范围。
本发明中所用的轧辊并不特别加以限制，上述的平轧辊与中粗辊也可在本发明中使用。但是更好的是本申请人所开发的后述的短轧辊。就是说，平轧辊与中粗轧辊存在有下述的问题。
首先，在平轧辊中有由于对含有从铸件两侧面向中央成长的、有高刚性的壳部的铸件全面进行压下，故压下阻力大(特别是在扁平度小的初轧铸件的场合更显著)，由于对中心未凝固部断面积的缩小的有效率(压下效率)不佳，为防止偏折要加大压下量，故使轧辊负荷增大，出现轧辊与轴承激烈磨损等问题。
一方面，对于中粗轧辊，由于只是比轧辊两端部更大直径的中央部分起着对铸件中央部分压下的作用，就使得对上述壳体部分高刚性所引起的压下阻力减少，因而有效地提高了压下效率，即使用较小的压下量也能获得高的防止偏折与中心疏松的效果。但是，要使由于铸件的热影响而引起的轧辊热翘曲尽量地小并保持压下精度，就必须加大轧辊两端侧的直径，于是有效的中央部分直径也就变大，从而使靠近铸件拉伸方向的中粗轧辊的相应间隔(轧辊间距)也变大，就存在着铸件凸起(轧辊与轧辊之间产生铸件膨胀)变大，失去防止偏折与中心疏松效果问题。
由此本申请人开发了一种实效长度为0.2～0.8铸件宽度的压下轧辊(在本说明书中称为短轧辊)，并已申请了专利(特开平6-210420号)。
图3是使用本发明短轧辊的概念性说明图，图中1为短轧辊、2是铸件，3是未凝固部，4为轴，5表示平轧辊。图4中虽然示出的是短轧辊作用于铸件上侧，下侧用平轧辊与支持的情形，但也可以上下都使用同一尺寸的短轧辊。这种短轧辊1虽然已在特开平6-210420号中有详细的说明，重要的是，短轧辊1的轴向长度W要比铸件2宽度尺寸要短，特别是最好满足下列关系：
0.2W′≤W≤0.8W′ (P)更好的是满足
0.3W′≤W≤0.7W′ (Q)的关系。
由于这种短轧辊轴向长度短，不必有特别大的直径也能有充分的刚性，因而能减小轧辊直径，从力图缩小辊矩来看，能抑制使用中粗轧辊的作现有技术的缺点的膨胀加工现象。而从防止膨胀加工的观点来看，推荐辊距应在350mm以下。
此外，从图3可以明了，由于本发明的短轧辊能高效而集中地压下存在着未凝固部3的铸件中心，故为防止偏折与防止中心疏松所必需的压下量只要很小就可以，就能降低操作成本，还由于轧辊表面与辊轴的摩擦变小，还能降低设备的维修费用，这种短轧辊虽然适用于上述(1)～(3)的全部压下范围中，如图3所示，由于对于未凝固部分变小的铸件进行压下时短轧辊特别有效，可以只在(1-2)以至(2)以下的范围中用短轧辊，在(1)范围中使用过去的平轧辊与中粗轧辊。
在不满足上列(P)式的场合，例如，W比0.2W′小时，由于不能在整个宽度上压下未凝固部，故不能充分起到所期望的防止偏折的效果。另外当W超过0.8W′时，压下阻力因凝固壳而增大，用压下方法做到防止偏折等也是困难的。如上面所述，短轧辊虽然可以通过从铸件2上下两个方向上进行压下来配置，但也可以只在上或下的任何一方使用本发明的短轧辊，而在相对一侧使用上述平轧辊进行压下来构成，但不必在铸件拉伸方向的整个长度上使用同一种配置的结构，也可以是交互地使用上述配置结构的所谓设计变换方式。
本发明广泛地适用于从中、低碳钢至高碳钢，此外，还与铸件的断面形状与尺寸无关，对于任何一种情况可知它可收到预期的效果，特别是在高碳钢的初轧连铸中更能发挥出显著的效果。
实施例
C浓度：使用0.71～0.83％的各种钢(参见表1)，对铸件尺寸380×600(mm)实行初轧连铸(铸型内同时使用电磁搅拌)，在范围(1)中使用上下平轧辊，在范围(2)、(3)，上侧用短轧辊、下侧用平轧辊进行压下，相邻轧辊的间隔(在铸件拉伸方向的间隔)为320mm。
【表1】
C Si Mn P S Cr Al钢种A 0.71～0.73 0.18～0.25 0.45～0.55 0.010以下0.005以下0.03以下0.003以下钢种B 0.81～0.83 0.18～0.25 0.45～0.55 0.010以下0.005以下0.03以下0.003以下
【表2】
实验号 压下梯度(％/m) 结果压下范围(1)压下范围(2) 压下范围(3) 偏析状况中心偏析度C/Co 1 0.95(↑)0.21(↓) 0.12(○)内部裂纹，V偏析 1.10 2 0.74(○)0.25(↓) 0.12(○) V偏析 1.05 3 0.85(○)0.55(↑) 0.10(○) 逆V偏析 1.10 4 0.85(○)0.66(↑) 0.33(↑) 逆V偏析 1.15 5 0.85(○)0.47(○) 0(↓) V偏析 1.17 6 0.49(↓)0.49(○) 0.49(↑)V偏析＋逆V偏析 1.22 7 0.64(↓)0.35(○) 0(↓) V偏析 1.20 8 0.33(↓)0.49(↑) 0.25(↑) V偏析 1.17 9 0.74(○)0.37(○) 0.25(↑) 逆V偏析 1.14 10 0.74(○)0.37(○) 0.12(○) 无偏析 1.02
○；压下梯度满足本发明范围
↑：压下梯度大于本发明范围
↓：压下梯度小于本发明范围
表2表示由实验条件得到的中心偏折状况(铸件宏观组织目视判定)及中心偏折度(最大值)。图4一目了然地示出了压下范围与压下梯度的各条件，进而在图4中、实线斜线部分与虚线斜线部分，与图1的情况相同，表示满足本发明条件的范围，图4中带圈的数字表示表2中的实验序号。于是就可以从图4中读出各实验是否分别满足压下范围(1)～(3)中的发明条件。表2的中心偏折度是用φ5mm钻头从铸件中心部位向铸造方向每隔10mm间距连续取30个样的C分析值的最大值(C)与熔钢中心的碳浓度(Co)的比值来表示的。
在实验1中，压下范围(1)的压下梯度大，发生内部裂纹，而压下范围(2)的压下梯度小，则发生偏折。在实验2中，压下范围(1)中的压下梯度适当，使内部裂纹得到改善，但由于压下范围(2)的压下梯度小，V偏折得不到改善而残存着。实验3中，压下范围(2)的压下梯度大，实验4中压下范围(2)、(3)的压下梯度大，故会发生某种逆V偏折，不能改善中心偏折。实验5中由于省略在压下范围(3)中的压下程序，中心固相率变高的铸件中心部附近的稠化熔钢移动，其结果被断定为V偏折，中心偏折度变坏。实验6、7、8中任何一个在压下范围(1)中的压下都很弱，被判定为有大的V偏折，几乎没有压下的效朱进而，在实验6中，由于压下范围(3)的压下梯度过大，铸件中心部附近的稠化熔钢移动，断定为也有逆V偏折。实验7中，省略了压下范围(3)中的压下程序也是出现更显著的V偏析的原因。实验8中，虽然在压下范围(3)、(4)中压下过大，但在压下范围(1)中压下极微，于是就残存有V偏析。
在实验9中，由于压下范围(3)中的压下梯度大，就会在该部分产生逆V偏析。
另外，在满足本发明范围的实验10中，不发生V偏析、逆V偏析，中心偏析度也为接近1.0的会值。
图2是对于低碳钢(C浓度：0.18％以下)的以中心疏松的钢坏不良率表示的本发明的效果。其压下条件与上述实施例的实验10相同。
上述构成的本发明，由于使凝固末期的中心固相率与压下梯度之间密切相关地进行控制而能使压下过程适当，借助于采用不产生轧辊与轴磨损的最佳压下条件能制造出无内部疏松与内部裂纹的铸件。特别是在铸件拉伸过程中缓慢冷却而等轴结晶率高的初轧连铸中。在过去，因伴随着凝固末期的轴心部凝固收缩等轴晶体的移动及稠化熔钢的吸入而产生显著的V偏析，而在本发明中已被公认为在防止这种偏析方面可以收到优异的效果。
此外，由于不会发生膨胀加工，能稳定地消除中心偏析。