[发明专利]连续铸造用铸型以及钢的连续铸造方法

说明书

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

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

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。

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。

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。

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0.08～0.17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δ铁(铁素体)朝γ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。

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。

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。

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。

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。

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。