(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-25
(45)【発行日】2024-10-03
(54)【発明の名称】連続鋳造機用のサポートロールセグメント及び連続鋳造機
(51)【国際特許分類】
B22D 11/128 20060101AFI20240926BHJP
【ＦＩ】
B22D11/128 340H
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021068843
(22)【出願日】2021-04-15
(65)【公開番号】P2022163797
(43)【公開日】2022-10-27
【審査請求日】2023-12-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(72)【発明者】
【氏名】藤島 隆之
(72)【発明者】
【氏名】大木 絢介
(72)【発明者】
【氏名】中森 啓介
【審査官】有田 恭子
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－１９００５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０４１９６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭６０－００１５５６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開昭６３－１１５６５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－０８５９５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－２４６４１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５５－０６８１６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－１９２５４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２７９０８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－１１６６８４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２２Ｄ １１／００－１１／２２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
連続鋳造機の鋳型の下端から鋳片の搬送路に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間に配置されるサポートロールセグメントであって、フレームと、前記鋳型から引き出された鋳片を支持するために前記フレームに回動自在に支持された複数のサポートロールと、を有し、
前記複数のサポートロールにはそれぞれ、ロール軸部が備えられ、
前記フレーム及び前記ロール軸部が、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼から構成されており、
前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼は、０．２％耐力が３４５ＭＰａ以上であり、下記式（２）で表される孔食指数（ＰＲＥＮ）が２０以上であり、４７５℃で５００時間保持する時効処理を行った後にＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に規定するシャルピー衝撃試験を実施するとともにブリネル硬さを測定した場合に、時効処理前に比べて、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないものであることを特徴とする、連続鋳造機用のサポートロールセグメント。
ＰＲＥＮ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ …（１）
ただし、式（１）における［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］はそれぞれ、前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼におけるＣｒ、Ｍｏ、Ｎの含有量（質量％）である。
【請求項2】
前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼の表面に、塩浴軟窒化処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造機用のサポートロールセグメント。
【請求項3】
前記鋳片が、ブルームまたはビレットであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の連続鋳造機用のサポートロールセグメント。
【請求項4】
鋳型と、前記鋳型の下方に位置するサポートロールセグメントと、を備え、
前記サポートロールセグメントは、フレームと、前記鋳型から引き出された鋳片を支持するために前記フレームに回動自在に支持された複数のサポートロールと、を有し、
前記複数のサポートロールにはそれぞれ、ロール軸部が備えられ、
前記鋳型の下端から鋳片の搬送路に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間に配置された、前記フレーム及び前記ロール軸部が、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼から構成されており、
前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼は、０．２％耐力が３４５ＭＰａ以上であり、下記式（２）で表される孔食指数（ＰＲＥＮ）が２０以上であり、４７５℃で５００時間保持する時効処理を行った後にＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に規定するシャルピー衝撃試験を実施するとともにブリネル硬さを測定した場合に、時効処理前に比べて、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないものであることを特徴とする、連続鋳造機。
ＰＲＥＮ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ …（２）
ただし、式（１）における［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］はそれぞれ、前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼におけるＣｒ、Ｍｏ、Ｎの含有量（質量％）である。
【請求項5】
前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼の表面に、塩浴軟窒化処理が施されていることを特徴とする請求項４に記載の連続鋳造機。
【請求項6】
前記鋳片が、ブルームまたはビレットであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の連続鋳造機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、連続鋳造機用のサポートロールセグメント及び連続鋳造機に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、連続鋳造機で鋳造されるブルームやビレット等の鋳片には、凝固殻を外側に押し拡げようとするバルジングにより、内部割れや表面割れなどが発生するおそれがある。この問題への対策として、連続鋳造機の鋳型の下方は、鋳型から引き出された鋳片を支持するためのサポートロールが備えられている。サポートロールは、比較的高温で腐食性の高い環境下に置かれ、また、サポートロールには鋳片からの荷重が加わる。そのため、特に、サポートロールのロール軸及びこれを支持するフレームには、最適な材質や構造が選択・採用されている。
【0003】
例えば、特許文献１には、鋼の連続鋳造装置におけるモールド直下の初期凝固位置に存在するフットロールとして、母材の表面に肉盛溶接によりコバルト基合金の２．３～３．３ｍｍ厚みの肉盛溶接層を形成してなる連続鋳造用フットロールが記載されている。
【0004】
また、特許文献２には、鋳造鋳型の下方、メニスカスから約１０ｍの間に、鋳片支持ロール、鋳片支持サイドロールを配置し、各ロールを１３Ｃｒ系マルテンサイトステンレス鋼であるＳＵＳ６３０製とした連続鋳造機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００２－１５０２号公報
【文献】特開２００３－２７５８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載されたモールド直下のフットロールは、コバルト基合金からなる肉盛溶接層を形成するものであって、主にロール面の耐久性の向上を目指したものである。また、特許文献２に記載の鋳片支持サイドロールについても、ロール面の偏摩耗の防止を目指したものである。すなわち、特許文献１、２に記載された技術はいずれも、ロール軸部や、ロール軸部を支持するフレームについて何ら考慮されていない。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、高温かつ腐食性の高い環境下に置かれ、また、大きな荷重が加わる条件下において、高温かつ高腐食性の環境下で使用可能なサポートロールセグメント及びサポートロールセグメントを備えた連続鋳造機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
［１］ 連続鋳造機の鋳型の下端から鋳片の搬送路に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間に配置されるサポートロールセグメントであって、
フレームと、前記鋳型から引き出された鋳片を支持するために前記フレームに回動自在に支持された複数のサポートロールと、を有し、
前記複数のサポートロールにはそれぞれ、ロール軸部が備えられ、
前記フレーム及び前記ロール軸部が、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼から構成されており、
前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼は、０．２％耐力が３４５ＭＰａ以上であり、下記式（２）で表される孔食指数（ＰＲＥＮ）が２０以上であり、４７５℃で５００時間保持する時効処理を行った後にＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に規定するシャルピー衝撃試験を実施するとともにブリネル硬さを測定した場合に、時効処理前に比べて、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないものであることを特徴とする、連続鋳造機用のサポートロールセグメント。
ＰＲＥＮ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ …（１）
ただし、式（１）における［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］はそれぞれ、前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼におけるＣｒ、Ｍｏ、Ｎの含有量（質量％）である。
［２］ 前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼の表面に、塩浴軟窒化処理が施されていることを特徴とする［１］に記載の連続鋳造機用のサポートロールセグメント。
［３］ 前記鋳片が、ブルームまたはビレットであることを特徴とする［１］または［２］に記載の連続鋳造機用のサポートロールセグメント。
［４］ 鋳型と、
前記鋳型の下方に位置するサポートロールセグメントと、を備え、
前記サポートロールセグメントは、フレームと、前記鋳型から引き出された鋳片を支持するために前記フレームに回動自在に支持された複数のサポートロールと、を有し、
前記複数のサポートロールにはそれぞれ、ロール軸部が備えられ、
前記鋳型の下端から鋳片の搬送路に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間に配置された、前記フレーム及び前記ロール軸部が、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼から構成されており、
前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼は、０．２％耐力が３４５ＭＰａ以上であり、下記式（２）で表される孔食指数（ＰＲＥＮ）が２０以上であり、４７５℃で５００時間保持する時効処理を行った後にＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に規定するシャルピー衝撃試験を実施するとともにブリネル硬さを測定した場合に、時効処理前に比べて、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないものであることを特徴とする、連続鋳造機。
ＰＲＥＮ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ …（２）
ただし、式（２）における［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］はそれぞれ、前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼におけるＣｒ、Ｍｏ、Ｎの含有量（質量％）である。
［５］ 前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼の表面に、塩浴軟窒化処理が施されていることを特徴とする［４］に記載の連続鋳造機。
［６］ 前記鋳片が、ブルームまたはビレットであることを特徴とする［４］または［５］に記載の連続鋳造機。
［１］ 連続鋳造機の鋳型の下端から鋳片の搬送路に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間に配置されるサポートロールセグメントであって、
フレームと、前記鋳型から引き出された鋳片を支持するために前記フレームに回動自在に支持された複数のサポートロールと、を有し、
前記複数のサポートロールにはそれぞれ、ロール軸部が備えられ、
前記フレーム及び前記ロール軸部が、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼から構成されており、
前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼は、０．２％耐力が３４５ＭＰａ以上であり、下記式（２）で表される孔食指数（ＰＲＥＮ）が２０以上であり、４７５℃で５００時間保持する時効処理を行った後にＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に規定するシャルピー衝撃試験を実施するとともにブリネル硬さを測定した場合に、時効処理前に比べて、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないものであることを特徴とする、連続鋳造機用のサポートロールセグメント。
ＰＲＥＮ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ …（１）
ただし、式（１）における［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］はそれぞれ、前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼におけるＣｒ、Ｍｏ、Ｎの含有量（質量％）である。
［２］ 前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼の表面に、塩浴軟窒化処理が施されていることを特徴とする［１］に記載の連続鋳造機用のサポートロールセグメント。
［３］ 前記鋳片が、ブルームまたはビレットであることを特徴とする［１］または［２］に記載の連続鋳造機用のサポートロールセグメント。
［４］ 鋳型と、
前記鋳型の下方に位置するサポートロールセグメントと、を備え、
前記サポートロールセグメントは、フレームと、前記鋳型から引き出された鋳片を支持するために前記フレームに回動自在に支持された複数のサポートロールと、を有し、
前記複数のサポートロールにはそれぞれ、ロール軸部が備えられ、
前記鋳型の下端から鋳片の搬送路に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間に配置された、前記フレーム及び前記ロール軸部が、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼から構成されており、
前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼は、０．２％耐力が３４５ＭＰａ以上であり、下記式（２）で表される孔食指数（ＰＲＥＮ）が２０以上であり、４７５℃で５００時間保持する時効処理を行った後にＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に規定するシャルピー衝撃試験を実施するとともにブリネル硬さを測定した場合に、時効処理前に比べて、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないものであることを特徴とする、連続鋳造機。
ＰＲＥＮ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ …（２）
ただし、式（２）における［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］はそれぞれ、前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼におけるＣｒ、Ｍｏ、Ｎの含有量（質量％）である。
［５］ 前記フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼の表面に、塩浴軟窒化処理が施されていることを特徴とする［４］に記載の連続鋳造機。
［６］ 前記鋳片が、ブルームまたはビレットであることを特徴とする［４］または［５］に記載の連続鋳造機。
【発明の効果】
【0009】
本発明の連続鋳造機用のサポートロールセグメントによれば、フレーム及びロール軸部が、０．２％耐力が３４５ＭＰａ以上であり、孔食指数（ＰＲＥＮ）が２０以上であり、４７５℃で５００時間保持する時効処理の前後で、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼から構成されているので、これらが、高温かつ腐食性の高い環境下に置かれ、また、大きな荷重が加わる条件下において使用された場合であっても、優れた耐食性を発揮でき、また、塑性変形量が小さくなるので、耐久性を高めることができる。
【0010】
また、本発明の連続鋳造機によれば、鋳型の下端から２８００ｍｍまでの範囲に配置されたフレーム及びロール軸部が、０．２％耐力が３４５ＭＰａ以上であり、孔食指数（ＰＲＥＮ）が２０以上であり、４７５℃で５００時間保持する時効処理の前後で、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼から構成されているので、これらが、高温かつ腐食性の高い環境下に置かれ、また、大きな荷重が加わる条件下において使用された場合であっても、優れた耐食性を発揮でき、また、塑性変形量が小さくなるので、耐久性を高めることができる。これにより、連続鋳造機の保守作業の頻度が少なくなり、鋳片の生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の一実施形態である連続鋳造機の概略説明図である。
【図2】本発明の実施形態であるサポートロールセグメントを示す正面模式図。
【図3】本発明の実施形態であるサポートロールセグメントを示す正面分解模式図。
【図4】本発明の実施形態であるサポートロールセグメントを構成するフレーム及びサポートロールを示す側面模式図。
【図5】本発明の実施形態であるサポートロールセグメントを構成するフレーム及びサポートロールを示す側面模式図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
特殊鋼棒線の連続鋳造では、溶鋼への添加物が多いこと、鋳造速度が速いこと（鋳造速度：１．０ｍ／ｓ以上）、小断面でありロールの寸法制約があること、などから、鋳片の内部割れが発生しやすい状況にある。従って、鋳片のバルジングを抑制する為に、鋳型直下に多数のサポートロールを配置して、鋳片を支持する必要がある。
【0013】
そこで、鋳型直下に複数のサポートロールを配置する際には、一般に、複数のサポートロールがフレームに備え付けられたサポートロールセグメントと呼ばれる装置を、鋳型直下に配置している。
【0014】
ところで、連続鋳造機を構成する各種の機械は、耐熱性、耐食性及び所定の機械特性が求められる環境下で使用されるものであり、使用可能な素材が限られる。従来、鋳型の下端から鋳片の搬送路に沿って２８００ｍｍの位置までの範囲に配置されたサポートロールセグメントに備えられるロール軸部及びフレームには、１８Ｃｒ系ステンレス鋼である「ＳＵＳ３０４」や「ＳＵＳ６３０」等が使用されていた。しかし、これらのステンレス鋼は、耐食性・機械特性に於いて能力が不十分であり、ロール軸部、フレームが共に塑性変形してしまい、バルジングの抑制能力が低下する場合があった。対策として、ロール軸部の軸径を太くする、フレームの肉厚を増大させるなどにより、耐荷重を向上させることが考えられるが、連続鋳造機では前述のように狭い範囲で多数のサポートロールを配置する必要があることから、軸径や肉厚の調整は難しい場合があった。
【0015】
また、連続鋳造時に使用されるモールドフラックスが、ステンレス鋼製のロール軸部やフレームに付着すると、これらを著しく腐食してしまう場合があった。特に、ふっ素を含有するモールドフラックスを使用した場合に、腐食が激しくなる傾向にあった。
【0016】
１８Ｃｒ系ステンレス鋼は、一般に、塩素に対する耐食性にやや劣るとされており、ふっ素に対する耐食性については特に知見がなかった。しかし、連続鋳造設備のような、高温かつ大きな荷重を受ける環境下では、ふっ素による１８Ｃｒ系ステンレス鋼の耐食性が問題になることを本発明者らが知見した。
【0017】
また、サポートロールセグメントにおける塑性変形や腐食についての上記の事情は、特殊鋼棒線の連続鋳造に限られず、一般的な鋼棒線用の鋳片、厚鋼板、薄鋼板用の鋳片、その他の鋳片を製造する連続鋳造機にも、概ね当てはまることであり、これらにおいてもサポートロールセグメントの改良が求められていた。
【0018】
そこで、本発明者らが鋭意検討したところ、ある特定のフェライト・オーステナイトステンレス鋼をロール軸部やフレームの素材とすることで、腐食や荷重による塑性変形の問題を解消できることを見出した。以下、本発明の実施形態について説明する。
【0019】
本実施形態のサポートロールセグメントは、連続鋳造機の鋳型の下端から鋳片の搬送路に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間に配置されるサポートロールセグメントであって、フレームと、鋳型から引き出された鋳片を支持するためにフレームに回動自在に支持された複数のサポートロールと、を有し、複数のサポートロールにはそれぞれ、ロール軸部が備えられ、フレーム及びロール軸部が、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼から構成されており、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼は、０．２％耐力が３４５ＭＰａ以上であり、下記式（２）で表される孔食指数（ＰＲＥＮ）が２０以上であり、４７５℃で５００時間保持する時効処理を行った後にＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に規定するシャルピー衝撃試験を実施するとともにブリネル硬さを測定した場合に、時効処理前に比べて、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないものである、連続鋳造機用のサポートロールセグメントである。
ＰＲＥＮ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ …（Ａ）
ただし、式（Ａ）における［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］はそれぞれ、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼におけるＣｒ、Ｍｏ、Ｎの含有量（質量％）である。
また、本実施形態の連続鋳造機は、鋳型の下端から鋳片の搬送路に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間に、上記のフレーム及びロール軸部が備えられた連続鋳造機である。
ＰＲＥＮ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ …（Ａ）
ただし、式（Ａ）における［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］はそれぞれ、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼におけるＣｒ、Ｍｏ、Ｎの含有量（質量％）である。
また、本実施形態の連続鋳造機は、鋳型の下端から鋳片の搬送路に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間に、上記のフレーム及びロール軸部が備えられた連続鋳造機である。
【0020】
以下、本実施形態のサポートロールセグメント及び連続鋳造機について説明する。図１には、連続鋳造機の模式図を示す。
【0021】
図１に示す連続鋳造機１０は、鋳型１１と、溶鋼を鋳型１１に注入するノズル１２と、鋳型１１の下方に位置する複数のサポートロール１３と、を備えている。図１に示す連続鋳造機１０には、３基の鋳型１１が設置されている。３基の鋳型１１は、図１の紙面の奥側に沿って配列されており、図１には最も手前側の１基の鋳型１１のみが図示されている。連続鋳造機１０には、鋳型１１から製出された連続鋳造鋳片２０を湾曲させる湾曲帯１５と、湾曲させた連続鋳造鋳片２０（以下、鋳片２０という）を曲げ戻す矯正帯１６と、鋳片２０を水平方向へ搬送する水平帯１７と、を有している。図１におけるサポートロール１３は、湾曲帯１５の領域に配置されている。矯正帯１６及び水平帯１７に配置されるロールはセグメントロールである。サポートロール１３は、後述するサポートロールセグメントＳに組み込まれている。また、連続鋳造機１０には、３基の鋳型１１から引き出された矩形状の鋳片２０をそれぞれ搬送するための搬送路３２が設けられている。鋳型１１の直下の各搬送路３２は、複数のサポートロール１３によって区画されている。
【0022】
鋳型１１は、矩形孔を有する筒状をなしており、この矩形孔の形状に合わせた断面の鋳片２０が製出されることになる。鋳型１１には、矩形孔内の溶鋼を冷却するための１次冷却手段（図示なし）が備えられている。また、符号１１ａに示す箇所が、鋳型１１の下端になる。
【0023】
次に、図２は、サポートロールセグメントＳの模式図を示し、図３にはサポートロールセグメントＳの分解模式図を示す。サポートロールセグメントＳには、１基あたり７～１０段のサポートロール１３が備えられており、このようなサポートロールセグメントＳが鋳片２０の搬送方向に沿って複数配列されることによって、図１に示す連続鋳造機の搬送路３２が構成されている。なお、サポートロール１３同士の間には、２次冷却手段としての図示しないスプレーノズルが配置されており、鋳片２０を冷却できるようになっている。
【0024】
図２及び図３に示すサポートロールセグメントＳは、連続鋳造機１０に設けられた鋳片２０を搬送するための搬送路３２を区画している。すなわち、各搬送路３２には、鋳片の長辺に接してその長辺を支持する長辺用のサポートロール３１Ａと、鋳片の短辺に接してその短辺を支持する短辺用のサポートロール３１Ｂとが、各搬送路３２を囲むように搬送路３２に隣接して配置されている。
【0025】
サポートロールセグメントＳには、複数のフレーム３３Ａ～３３Ｆが備えられている。図２及び図３に示すサポートロールセグメントＳは合計で６基のフレーム３３Ａ～３３Ｆが組合わされて構成されている。各フレーム３３Ａ～３３Ｆは、支持体３４と、支持体３４に設けられた複数の軸受け体３５とから構成されている。図２及び図３に示すサポートロールセグメントＳを構成するフレーム３３Ａ～３３Ｆには、図２～図４に示すように、支持体３４の片面側にのみ軸受け体３５が配置されたフレーム３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｆと、図２、図３及び図５に示すように、支持体３４の両面側に軸受け体３５が配置されたフレーム３３Ｄ、３３Ｅがある。
【0026】
各フレーム３３Ａ～３３Ｆの軸受け体３５には、サポートロール１３が取り付けられている。各サポートロール１３は、ロール本体３１ａと、ロール本体３１ａの回転中心軸に挿入されたロール軸部３１ｂとから構成されている。ロール軸部３１ｂは軸受け体３５に固定されている。ロール本体３１ａはロール軸部３１ｂに対して回動自在に支持されている。
【0027】
次に、フレーム３３Ａ～３３Ｆ及びロール軸部３１ｂの素材について説明する。
本実施形態のサポートロールセグメントＳ及び連続鋳造機１０においては、少なくとも、鋳型１１の下端１１ａから鋳片２０の搬送路３２に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間に配置されたフレーム及びロール軸部が、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼で構成される必要がある。鋳型１１の下端１１ａから鋳片２０の搬送路３２に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間では、鋳片２０の表面温度が比較的高温の状態にある。また、鋳型１１から引き出された直後の鋳片２０の表面にはモールドフラックスが付着しているが、このモールドフラックスが鋳片２０の表面から脱落すると、概ね、鋳型１１の下端１１ａから２８００ｍｍ離れた位置までの範囲にあるフレームやロール軸部上に落下する。なお、鋳型１１の下端１１ａから鋳片の搬送路３２に沿って２８００ｍｍを超えて離れた領域では、鋳片２０を冷却する冷却水にモールドフラックスの水溶成分が溶解して希釈されるため、フレームやロール軸部に対するダメージは少ない。このように、鋳型１１の下端１１ａから２８００ｍｍ離れた位置までの範囲にあるフレームやロール軸は、高温環境下にあり、また、モールドフラックスにより腐食されやすい環境下にある。従来の連続鋳造機では、フレームやロール軸部の耐久性が不十分な状況であった。
本実施形態のサポートロールセグメントＳ及び連続鋳造機１０においては、少なくとも、鋳型１１の下端１１ａから鋳片２０の搬送路３２に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間に配置されたフレーム及びロール軸部が、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼で構成される必要がある。鋳型１１の下端１１ａから鋳片２０の搬送路３２に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間では、鋳片２０の表面温度が比較的高温の状態にある。また、鋳型１１から引き出された直後の鋳片２０の表面にはモールドフラックスが付着しているが、このモールドフラックスが鋳片２０の表面から脱落すると、概ね、鋳型１１の下端１１ａから２８００ｍｍ離れた位置までの範囲にあるフレームやロール軸部上に落下する。なお、鋳型１１の下端１１ａから鋳片の搬送路３２に沿って２８００ｍｍを超えて離れた領域では、鋳片２０を冷却する冷却水にモールドフラックスの水溶成分が溶解して希釈されるため、フレームやロール軸部に対するダメージは少ない。このように、鋳型１１の下端１１ａから２８００ｍｍ離れた位置までの範囲にあるフレームやロール軸は、高温環境下にあり、また、モールドフラックスにより腐食されやすい環境下にある。従来の連続鋳造機では、フレームやロール軸部の耐久性が不十分な状況であった。
【0028】
そこで、本実施形態では、鋳型１１の下端１１ａから鋳片の搬送路３２に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間に配置されたフレーム及びロール軸部を、０．２％耐力が３４５ＭＰａ以上であり、下記式（２）で表される孔食指数（ＰＲＥＮ）が２０以上であり、４７５℃で５００時間保持する時効処理を行った後にＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に規定するシャルピー衝撃試験を実施するとともにブリネル硬さを測定した場合に、時効処理前に比べて、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼（以下、二相ステンレス鋼と言う場合がある）で構成する。フレームには、支持体３４及び軸受け体３５が含まれるが、これら支持体３４及び軸受け体３５はいずれも、本実施形態に係るフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼からなるものとする。
【0029】
ＰＲＥＮ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ …（Ｂ）
ただし、式（Ｂ）における［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］はそれぞれ、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼におけるＣｒ、Ｍｏ、Ｎの含有量（質量％）である。
ただし、式（Ｂ）における［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］はそれぞれ、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼におけるＣｒ、Ｍｏ、Ｎの含有量（質量％）である。
【0030】
二相ステンレス鋼は、一般に、４７５℃脆化と呼ばれる現象が起こる。例えば３００℃～５５０℃程度に一定時間加熱した時に脆化が起こり、硬度が上昇し、延性や靭性が低下する。特に４７５℃付近で急速に脆化するため４７５℃脆化と呼ばれる。しかしながら、本実施形態に係る連続鋳造機の鋳型の下端から鋳片の搬送路に沿って２８００ｍｍ離れた位置までの間に配置されたフレーム及びロール軸部について、表面温度を測定したところ、最大でも１４０℃未満になることが判明している。本実施形態に係る二相ステンレス鋼は、４７５℃で５００時間保持する時効処理を行った後にＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に規定するシャルピー衝撃試験を実施するとともにブリネル硬さを測定した場合に、時効処理前に比べて、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないものであり、すなわち４７５℃での高温脆化が起きにくいものであるため、表面温度が最大でも１４０℃未満になるフレーム及びロール軸部に適用したとしても、脆化が起きる可能性は極めて低い。
【0031】
本実施形態では、均熱温度４７５℃、均熱時間５００時間の時効処理後の二相ステンレス鋼と、時効処理前の二相ステンレス鋼についてそれぞれ、破面遷移温度、上部棚エネルギー及びブリネル硬さを測定する。そして、時効処理後の破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないかどうかを確認する。
【0032】
破面遷移温度の測定は、ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に準拠して行う。試験片は、ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に規定する標準試験片とし、Ｖノッチとする。試験温度の範囲は２０～－１００℃とする。破面遷移温度の求め方は、ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８の附属書Ｄに従い遷移曲線を求め、破面遷移温度は延性破面率５０％となる温度とする。
【0033】
上部棚エネルギーは、破面遷移温度の測定時に作成した遷移曲線における上部棚領域の吸収エネルギーとする。
【0034】
ブリネル硬さは、ＪＩＳ Ｚ ２２３：２００８に準拠し、圧子の直径は１０ｍｍとし、試験力は３０００ｋｇｆとする。
【0035】
また、本実施形態に係る二相ステンレス鋼は、０．２％耐力が３４５ＭＰａ以上とする。０．２％耐力を３４５ＭＰａ以上とすることで、バルジングの影響によりサポートロールに鋳片からの荷重が加わったとしても、フレーム及びロール軸部が塑性変形するおそれがない。
【0036】
更に、本実施形態に係る二相ステンレス鋼は、孔食指数（ＰＲＥＮ）を２０以上とする。本実施形態に係るフレーム及びロール軸部は、ふっ素を含有するモールドフラックスが付着しやすく、腐食を受けやすい環境下に置かれるが、孔食指数（ＰＲＥＮ）が２０以上のものを用いることで、耐食性の確保が可能になる。好ましくは孔食指数（ＰＲＥＮ）を２４以上とする。孔食指数（ＰＲＥＮ）の上限は特に限定する必要はないが、例えば５０以下としてもよい。
【0037】
また、本実施形態に係る二相ステンレス鋼は、線膨張係数が１３×１０－６Ｋ－１未満のものであってもよい。これにより、フレーム及びロール軸部の熱による塑性変形を小さくすることができる。
また、本実施形態に係る二相ステンレス鋼は、ブリネル硬さＨＢＷが２００以上であることが好ましい。これにより、フレーム及びロール軸部が塑性変形を防止できる。
また、本実施形態に係る二相ステンレス鋼は、ブリネル硬さＨＢＷが２００以上であることが好ましい。これにより、フレーム及びロール軸部が塑性変形を防止できる。
【0038】
以上の条件を満足する二相ステンレス鋼としては、例えば、リーン二相鋼であるＳＵＳ８２１Ｌ１及びＳＵＳ３２３Ｌ、汎用二相鋼であるＳＵＳ３２９Ｊ１及びＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ並びにＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ、スーパー二相鋼であるＳＵＳ３２７Ｌ１を用いることができる。
【0039】
上記の二相ステンレス鋼の主な化学成分及び孔食指数（ＰＲＥＮ）は下記の通りである。
ＳＵＳ８２１Ｌ１ ：２１Ｃｒ－２Ｎｉ－３Ｍｎ－１Ｃｕ－０．１７Ｎ、ＰＲＥＮ＝２４。
ＳＵＳ３２３Ｌ ：２３Ｃｒ－４Ｎｉ－０．１５Ｎ、ＰＲＥＮ＝２５。
ＳＵＳ３２９Ｊ１Ｌ：２５Ｃｒ－４．５Ｎｉ－２Ｍｏ、ＰＲＥＮ＝３２。
ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ：２５Ｃｒ－５Ｎｉ－３Ｍｏ－０．１５Ｎ、ＰＲＥＮ＝３７。
ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ：２５Ｃｒ－６Ｎｉ－３Ｍｏ－０．１５Ｎ、ＰＲＥＮ＝３７。
ＳＵＳ３２７Ｌ１ ：２５Ｃｒ－７Ｎｉ－４Ｍｏ－０．２８Ｎ、ＰＲＥＮ＝４３。
ＳＵＳ８２１Ｌ１ ：２１Ｃｒ－２Ｎｉ－３Ｍｎ－１Ｃｕ－０．１７Ｎ、ＰＲＥＮ＝２４。
ＳＵＳ３２３Ｌ ：２３Ｃｒ－４Ｎｉ－０．１５Ｎ、ＰＲＥＮ＝２５。
ＳＵＳ３２９Ｊ１Ｌ：２５Ｃｒ－４．５Ｎｉ－２Ｍｏ、ＰＲＥＮ＝３２。
ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ：２５Ｃｒ－５Ｎｉ－３Ｍｏ－０．１５Ｎ、ＰＲＥＮ＝３７。
ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ：２５Ｃｒ－６Ｎｉ－３Ｍｏ－０．１５Ｎ、ＰＲＥＮ＝３７。
ＳＵＳ３２７Ｌ１ ：２５Ｃｒ－７Ｎｉ－４Ｍｏ－０．２８Ｎ、ＰＲＥＮ＝４３。
【0040】
このなかでも、ＳＵＳ３２７Ｌ１は、ＰＲＥＮが４３、０．２％耐力が５５０ＭＰａ以上、線膨張係数が１２．７×１０－６Ｋ－１、ブリネル硬さＨＢＷが３１０となり、最も好ましい。
【0041】
また、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼の表面には、塩浴軟窒化処理が施されていることが好ましい。これにより、フレーム及びロール軸部の耐久性をより高めることが可能になる。
【0042】
本実施形態のサポートロールセグメントＳ及び連続鋳造機１０は、鋳片２０として、ブルームまたはビレットを製造するものであることが好ましい。ただし、本発明はブルームやブレットの製造に限定されるものではなく、一般的な鋼棒線用の鋳片、厚鋼板、薄鋼板用の鋳片、その他の鋳片を製造する連続鋳造機にも適用可能である。
【0043】
以上説明したように、本実施形態の連続鋳造機用のサポートロールセグメントＳによれば、鋳型１１の下端１１ａから搬送路３２に沿って２８００ｍｍまでの範囲に配置されたフレーム及びロール軸部が、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼から構成されており、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼は、０．２％耐力が３４５ＭＰａ以上であり、下記式（２）で表される孔食指数（ＰＲＥＮ）が２０以上であり、４７５℃で５００時間保持する時効処理を行った後にＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に規定するシャルピー衝撃試験を実施するとともにブリネル硬さを測定した場合に、時効処理前に比べて、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないものであるので、これらが、高温かつ腐食性の高い環境下に置かれ、また、大きな荷重が加わる条件下において使用された場合であっても、優れた耐食性を発揮でき、また、塑性変形量が小さくなるので、耐久性を高めることができる。
【0044】
また、本実施形態の連続鋳造機によれば、鋳型の下端から２８００ｍｍまでの範囲に配置されたフレーム及びロール軸部が、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼から構成されており、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼は、０．２％耐力が３４５ＭＰａ以上であり、下記式（２）で表される孔食指数（ＰＲＥＮ）が２０以上であり、４７５℃で５００時間保持する時効処理を行った後にＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に規定するシャルピー衝撃試験を実施するとともにブリネル硬さを測定した場合に、時効処理前に比べて、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、またはブリネル硬さが増加しないものであるので、これらが、高温かつ腐食性の高い環境下に置かれ、また、大きな荷重が加わる条件下において使用された場合であっても、優れた耐食性を発揮でき、また、塑性変形量が小さくなるので、耐久性を高めることができる。これにより、連続鋳造機の保守作業の頻度が少なくなり、鋳片の生産性を高めることができる。
【実施例】
【0045】
図２、図３に示すサポートロールセグメントを備えた図１に示す連続鋳造機において、連続鋳造を複数回のチャージ数に渡って実施した際の、サポートロールセグメントの連続使用可能なチャージ数を計測した。本発明例は、鋳型の下端から２８００ｍｍの位置までの間に配置されたフレーム（支持体、軸受け体）及びロール軸部を、ＳＵＳ３２７Ｌ１とし、比較例はＳＵＳ３０４とした。各ステンレス鋼の表面には、塩浴軟窒化処理を施した。表１に、ＳＵＳ３２７Ｌ１及びＳＵＳ３０４の物性値を示す。計測の結果、比較例のサポートロールセグメントは、７６８～７９７チャージまでメンテナンスをせずに連続して使用可能だったが、本発明例のサポートロールセグメントは、１４４１～１５３７チャージまでメンテナンスをせずに連続して使用可能となり、本発明例はサポートロールセグメントの寿命が従来例に対して１．９倍に拡大した。
【0046】
なお、ＳＵＳ３２７Ｌ１は、４７５℃で５００時間保持する時効処理を行った後にＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に規定するシャルピー衝撃試験を実施するとともにブリネル硬さを測定した場合に、時効処理前に比べて、破面遷移温度が上昇せず、上部棚エネルギーが減少せず、更にブリネル硬さが増加しなかった。
【0047】
【表1】
【0048】
また、メンテナンス時に、鋳型の下端から２８００ｍｍの位置までの間に配置されたロール軸部の腐食状況を確認した。結果を表２に示す。比較例では、鋳型の下端から４００ｍｍまでの範囲におけるロール軸部の腐食が激しく、また、鋳型の下端から２７００ｍｍまでの範囲におけるロール軸部の腐食も大きいものであったが、発明例はロール軸部及びロール本体の腐食がほとんどなかった。また、フレームの腐食状況については、ロール軸部の腐食結果とほぼ同等であった。なお、表２において、◎はロール軸部の全表面における腐食面積の割合が０％であり、○はロール軸部の全表面における腐食面積の割合が０％超５０％以下であり、△はロール軸部の全表面における腐食面積の割合が５０％越１００％未満であり、×はロール軸部の全表面における腐食面積の割合が１００％であったことを示す。
【0049】
【表2】
【0050】
また、ロール軸部の塑性変形量についても評価した。鋳型の下端から２８００ｍｍの位置までの間に配置されたロール軸部について、使用後のロール軸部の中心軸と、使用前のロール軸部の中心軸との塑性変形量を測定したところ、下記表３の通りとなり、本発明例の塑性変形量は平均値で比較例の１／７程度になった。
【0051】
【表3】
【符号の説明】
【0052】
１０…連続鋳造機、１１…鋳型、１１ａ…鋳型の下端、Ｓ…サポートロールセグメント、１３…サポートロール、３１Ａ…長辺用のサポートロール、３１Ｂ…短辺用のサポートロール、３１ａ、ロール本体、３１ｂ…ロール軸部、３２…鋳片の搬送路、３３Ａ～３３Ｆ…フレーム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】