JP2003027180A

JP2003027180A - 凝固組織及びパーライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片

Info

Publication number: JP2003027180A
Application number: JP2001218479A
Authority: JP
Inventors: Akifumi Seze; 昌文瀬々; Takashi Morohoshi; 隆諸星
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】凝固組織を均一な等軸晶にし、内部割れや中
心偏析、センターポロシティ等に起因する鋳片や鋼板の
内部欠陥を防止し、更に、パーライト変態組織を微細に
して加工性や溶接部の靱性を向上することができる凝固
組織及びパーライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片を提
供する。【解決手段】炭素を０．５質量％以上を含む溶鋼１１
に、Ｍｇを添加してパーライト変態温度以上の温度領域
でＭｇＳ及びＭｇＯを生成して凝固させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、凝固組織が微細な
等軸晶を備え、割れや中心偏析、センターポロシティ等
の内部欠陥がない、品質に優れ、しかも、パーライト変
態組織が微細で溶接部の靱性等に優れた凝固組織及びパ
ーライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳片は、溶鋼から造塊法や連続鋳
造法により、スラブ、ブルーム、ビレット、薄鋳片等を
鋳造し、これを所定のサイズに切断して製造されてい
る。また、前記した鋳片を加熱炉等を用いて加熱した
後、粗圧延や仕上げ圧延等を施すことにより、鋼板や形
鋼等の鋼材に加工される。しかし、この鋳片は、凝固す
るまでの過程において、凝固組織が柱状晶等の大きな結
晶組織になるため、内部の凝固収縮時の負圧に起因する
センターポロシティ（ザク）、バルジングや前記凝固収
縮時の負圧に起因する中心偏析、あるいは溶鋼が冷却さ
れて凝固する過程で、凝固シェル（凝固殻）に加わる歪
みに起因する内部割れ等の内部欠陥が生じる。こうし
て、鋳片に発生した内部欠陥は、圧延後も鋼材に残存す
るため、鋼材の品質が低下し、製品として使用できなく
する（屑化）等の問題を生じさせる。

【０００３】この対策として、鋳片の凝固組織を微細な
等軸晶にし、鋳片と、その鋳片を加工して得られる鋼材
の表面及び内部欠陥を防止する方法が試みられている。
鋳片の凝固組織を等軸晶化する方法としては、１）溶鋼
の温度を低くして低温鋳造する方法、２）凝固過程の溶
鋼を電磁攪拌する方法、３）溶鋼が凝固する際に凝固核
となる金属酸化物を添加する方法、又は、これ等１）〜
３）を組合せて行う方法が知られている。低温鋳造の具
体例としては、例えば特公平７−８４６１７号公報に記
載されているように、溶鋼を連続鋳造する際、過熱温度
（実際の溶鋼温度からこの溶鋼の液相線温度を差し引い
た温度）を４０℃以下にし、鋳型内で溶鋼を冷却しなが
ら鋳型から引き抜き、凝固した鋳片の等軸晶の割合を７
０％以上にして、フェライト系ステンレス鋼板に発生す
るリジングを防止する方法が提案されている。更に、溶
鋼の電磁攪拌については、特開昭５０−１６６１６号公
報に記載されているように、凝固過程の溶鋼に電磁攪拌
を行って、成長する柱状晶を抑制することで、鋳片の凝
固組織の等軸晶を６０％以上にしてクロムを含むフェラ
イト系ステンレス鋼に発生するリジングを防止する方法
が提案されている。また、特開昭５３−９０１２９号公
報に記載されているように、溶鋼が凝固する際に凝固核
となる金属酸化物の添加と電磁攪拌を組合せることで、
鋳片の厚み方向の全断面の凝固組織を殆ど等軸晶にする
方法が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
７−８４６１７号公報の方法では、過熱温度が低いた
め、鋳造途中で溶鋼が凝固し、溶鋼を鋳型に注湯するノ
ズルの詰まりや鋳型内湯面の皮張りを生じて鋳造が困難
になる。更に、溶鋼の粘性が増加するため、介在物の浮
上が阻害されて介在物に起因した欠陥等が発生する等か
ら、十分な等軸晶を備えた鋳片を製造できる低い過熱温
度にすることが困難である。また、特開昭５０−１６６
１６号公報の方法では、鋳片の表面層の凝固組織を改善
してリジング等の表面欠陥の発生を抑制できるものの、
鋳片の表面層から内部にわたって凝固組織を均一な等軸
晶にすることが難しく、内部に割れや中心偏析、センタ
ーポロシティ等を発生させる場合がある。更に、特開昭
５３−９０１２９号公報では、鋳型内の溶鋼に、Ｃｏ、
Ｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ等の酸化物を添加している。これ等
の酸化物は、低炭素やフェライト系ステンレス等の溶鋼
の場合に凝固組織の接種核として有効に作用させ、電磁
攪拌装置を併用して溶鋼を攪拌して、等軸晶を増加させ
ていると考えられるが、設備制約から設置そのものが困
難であり、しかも、多大の設備費用を伴う等の問題もあ
る。しかも、高炭素溶鋼を用いて鋳片を製造する際に、
如何なる種類の接種核を用いれば良いか、更に、その添
加条件をどのようにすれば微細な凝固組織となる溶鋼を
溶製し、微細な凝固組織を備え、パーライト変態組織が
微細な鋳片を低コストで工業的に安定して生産すること
ができるか明確でなかった。

【０００５】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、凝固組織を均一な等軸晶にし、内部割れや中心偏
析、センターポロシティ等に起因する鋳片や鋼板の内部
欠陥を防止し、圧延等の加工性や溶接部の靱性を向上す
ることができる凝固組織及びパーライト変態組織の微細
な高炭素鋼鋳片を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う本発明に
係る凝固組織及びパーライト変態組織の微細な高炭素鋼
鋳片は、炭素を０．５質量％以上を含む溶鋼に、Ｍｇを
添加してパーライト変態温度以上の温度領域でＭｇＳ及
びＭｇＯを生成して凝固させている。この鋳片は、パー
ライト変態温度以上の温度領域で、ＭｇＳ、ＭｇＯを生
成させているので、溶鋼が凝固する前に生成したＭｇ
Ｓ、ＭｇＯが接種核、あるいは溶鋼が凝固した鋳片の内
部に生成したＭｇＳ、ＭｇＯがパーライト変態時の核と
して作用し、鋳片の凝固組織やパーライト変態組織を微
細にすることができる。

【０００７】ここで、前記溶鋼に凝固温度以上の領域
で、前記ＭｇＳを生成させると良い。これにより、溶鋼
が凝固する前にＭｇＳを生成させるので、溶鋼が凝固す
る時にＭｇＳを接種核として作用させることができ、鋳
片の凝固組織を微細にし、しかも、パーライト変態時に
ＭｇＯを接種核として作用させることができ、パーライ
ト変態組織を微細にすることができる。

【０００８】更に、添加したＭｇを含む前記溶鋼中のＭ
ｇと該溶鋼中のＳは、下式を満たすと良い。（Ｍｇ質量％−１．５×Ｏ質量％）×Ｓ質量％＞４×１０^-5 ・・・（１）これにより、ＭｇＳを安定して生成しているので、この
ＭｇＳは、凝固初晶がγ−Ｆｅである溶鋼の接種核とし
て作用し、鋳片の凝固組織を微細にすることができ、内
部に割れや中心偏析、センターポロシティ等を防止する
ことができる。なお、Ｍｇ質量％は溶鋼中に含まれるＭ
ｇ質量％、Ｏ質量％は溶鋼中に含まれるＯ質量％、Ｓ質
量％は溶鋼中に含まれるＳ質量％である。

【０００９】また、添加したＭｇを含む前記溶鋼中のＭ
ｇと該溶鋼中のＭｎは、下式を満たす範囲にすることが
できる。（Ｍｎ質量％）×（Ｓ質量％−１．３３×Ｍｇ質量％）＞２×１０^-4 ・・・・・（２）これにより、鋳片に含まれるＭｎＳが十分に形成され、
ＭｇＳの周囲にＭｎＳの析出が容易になり、凝固前に析
出したＭｇＯと併せてパーライト変態時のフェライトの
析出核として作用し、パーライト変態組織を微細にする
ことができる。なお、Ｍｇ質量％は溶鋼中に含まれるＭ
ｇ質量％、Ｓ質量％は溶鋼中に含まれるＳ質量％、Ｍｎ
質量％は溶鋼中に含まれるＭｎ質量％である。

【００１０】更に、添加したＭｇを含む前記溶鋼中のＭ
ｇと該溶鋼中のＳ及びＭｎは、下式を満たすことが好ま
しい。（Ｍｇ質量％−１．５×Ｏ質量％）×Ｓ質量％＞４×１０^-5 ・・・（１）かつ、（Ｍｎ質量％）×（Ｓ質量％−１．３３×Ｍｇ質量％）＞２×１０^-4 ・・・・・（２）これにより、高炭素の溶鋼中に生成したＭｇＳが溶鋼の
凝固過程で、接種核として作用して凝固組織が微細にな
る。更に、溶鋼の凝固した鋳片を冷却する過程におい
て、既に生成しているＭｇＳの周囲にＭｎＳを析出さ
せ、Ｍｎの欠乏層を生じさせるため、共析変態の温度を
上昇させ、ＭｎＳの周囲での共析変態を生じ易くする。
そして、粒内変態を生じてパーライト変態組織を微細に
することができ、鋳片の組織を接種核によって微細化
し、更に変態組織を微細化する相乗作用によって、組織
をより微細にすることができる。なお、Ｍｇ質量％は溶
鋼中に含まれるＭｇ質量％、Ｏ質量％は溶鋼中に含まれ
るＯ（酸素）質量％、Ｓ質量％は溶鋼中に含まれるＳ質
量％、Ｍｎ質量％は溶鋼中に含まれるＭｎ質量％であ
る。

【００１１】更に、前記溶鋼を凝固させた鋳片は、Ｍｇ
Ｓを１０〜１０００個／ｍｍ² 含むこともできる。溶鋼
中に生成したＭｇＳを溶鋼の凝固過程において、接種核
として作用させて凝固組織を安定して微細にし、更に、
鋳片が冷却される過程で、ＭｇＳの周囲にＭｎＳを析出
させて、共析変態を安定して生じさせて粒内変態を促進
し、パーライト変態組織を微細にすることができる。鋳
片に含まれるＭｇＳの個数が１０個／ｍｍ² 未満になる
と、接種核として作用するＭｇＳの量が不足し、鋳片の
凝固組織を微細にすることができない。一方、ＭｇＳの
個数が１０００個／ｍｍ² を超えると、ＭｇＳが多くな
り過ぎて鋳片の機械的強度等が低下する。

【００１２】また、前記鋳片は、軌条に用いることがで
きる。炭素を０．５質量％以上含む高炭素溶鋼の凝固組
織を微細にしているので、この鋳片に圧延等の加工を施
した軌条の内部欠陥を防止し、しかも、パーライト変態
組織を微細にすることができ、軌条の溶接部の靱性を高
めることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。図１は本発明の一実施の形態に係る
凝固組織及びパーライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片
を製造するために使用される溶鋼の処理装置の説明図、
図２は同鋳片を製造する連続鋳造装置の説明図である。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る凝固組
織及びパーライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片を製造
するために用いる溶鋼の処理装置１０は、炭素を０．５
質量％以上含む高炭素溶鋼（溶鋼ともいう）１１を入れ
た取鍋１２と、溶鋼１１を覆うスラグ１３を貫通して溶
鋼１１内に金属Ｍｇワイア１４を添加する案内ガイド１
５と、金属Ｍｇワイア１４を送給する供給装置１６を有
し、取鍋１２の上方に合金鉄や脱酸剤を添加するシュー
ト１７を備えている。更に、図２に示すように、溶鋼の
処理装置１０で処理された溶鋼１１から凝固組織及びパ
ーライト変態組織の微細な組織を備えた鋳片２５を鋳造
する連続鋳造装置２０は、Ｍｇを添加した溶鋼１１を貯
湯したタンディッシュ２１と、タンディッシュ２１の底
部に取付けられた浸漬ノズル２２と、浸漬ノズル２２を
介して、溶鋼１１を注湯する鋳型２３を有し、鋳型２３
の下方には、図示しない冷却水ノズルを設けた支持セグ
メント２４と、溶鋼１１が凝固殻２５ａを形成した鋳片
２５を圧下する圧下セグメント２６と、鋳片２５を所定
の速度で引き抜くための一対のピンチロール２７を備え
ている。

【００１４】次に、本実施の形態に係る凝固組織及びパ
ーライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片について、溶鋼
の処理装置１０と、鋳片２５を製造する連続鋳造装置２
０を用いて説明する。炭素を０．５質量％以上を含有
し、脱炭精錬時の脱硫処理時にＳ濃度を所定値にした溶
鋼１１を溶鋼の処理装置１０の取鍋１２に入れ、この溶
鋼１１にシュート１７からフェロマンガン合金、金属Ａ
ｌやＡｌ合金等を添加して溶鋼１１中のＭｎ濃度、酸素
（Ｏ）濃度を所定値に調整をする。更に、金属Ｍｇワイ
ア１４を案内ガイド１５を介して供給装置１６からスラ
グ１３を貫通して溶鋼１１内に送給して、溶鋼１１にＭ
ｇを添加し、溶鋼１１のＭｇ濃度を０．００４〜０．１
０質量％にする。溶鋼１１へのＭｇの添加は、溶鋼１１
をサンプリングして、Ｍｎ（マンガン）質量％とＯ質量
％、Ｓ（硫黄）質量％を測定し、この値を基に、金属Ｍ
ｇワイア１４を添加した際のＭｇ歩留りから溶鋼１１中
のＭｇ質量％を求め、溶鋼１１に含まれるＭｇ濃度（質
量％）、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％、Ｏ質量％が（１）式を
満足するように調整を行う。（Ｍｇ質量％−１．５×Ｏ質量％）×Ｓ質量％＞４×１０^-5 ・・・（１）この場合、溶鋼１１が凝固する前にＭｇＳを生成するこ
とができ、溶鋼１１の凝固初晶がγ−Ｆｅである溶鋼の
接種核として作用させることができる。更に、溶鋼１１
中のＭｎ質量％、Ｓ質量％、Ｍｇ質量％が（２）式を満
たすようにすることもできる。（Ｍｎ質量％）×（Ｓ質量％−１．３３×Ｍｇ質量％）＞２×１０^-4 ・・・・・（２）この条件を満たすことにより、溶鋼１１が凝固した鋳片
に含まれるＭｎＳを十分に形成し、ＭｇＳの周囲にＭｎ
Ｓの析出が容易にして、凝固前に析出したＭｇＯと併せ
て、５００〜７３０℃で起きるパーライト変態時のフェ
ライトの析出核として作用させることができる。

【００１５】次に、溶鋼１１の凝固組織とパーライト変
態組織の両方をより微細にする場合、前記した（１）、
（２）式を同時に満たす条件になるように、溶鋼１１を
調整することが好ましいので、本実施の形態において、
前記した（１）、（２）式を同時に満たす溶鋼を凝固さ
せた鋳片の場合について説明する。溶鋼１１の調整は、
前記したように、溶鋼１１をサンプリングして、Ｍｎ
（マンガン）質量％とＯ質量％、Ｓ（硫黄）質量％を測
定し、この値を基に、金属Ｍｇワイア１４を添加した際
のＭｇ歩留りから溶鋼１１中のＭｇ質量％を求め、溶鋼
１１に含まれるＭｇ濃度（質量％）、Ｓ質量％、Ｍｎ質
量％、Ｏ質量％が（１）、（２）式両方を満足するよう
に調整を行う。（Ｍｇ質量％−１．５×Ｏ質量％）×Ｓ質量％＞４×１０^-5 ・・・（１）かつ、（Ｍｎ質量％）×（Ｓ質量％−１．３３×Ｍｇ質量％）＞２×１０^-4 ・・・・・（２）（１）式において、（１．５×Ｏ質量％）は、溶鋼中の
酸素がすべてＭｇＯとなった場合の化学量論的計算から
求めた値であり、過剰に添加されたＭｇ質量％は、（Ｍ
ｇ質量％−１．５×Ｏ質量％）で表される。また、この
過剰に添加されたＭｇ質量％とＳ質量％の積を実験を行
って求めた結果、濃度の積が４×１０^-5より大きければ
安定してＭｇＳを生成することが分かった。更に、Ｍｇ
Ｓの生成後にＭｎＳを生成させるには、Ｍｇと結合する
量より過剰のＳを添加する必要がある。この過剰のＳ
は、（Ｓ質量％−１．３３×Ｍｇ質量％）で表され、こ
の過剰のＳとＭｎの濃度積、即ち、（Ｍｎ質量％）×
（Ｓ質量％−１．３３×Ｍｇ質量％）が２×１０^-4を超
えるようにする必要があるからである。

【００１６】Ｍｇを添加し、タンディッシュ２１に貯湯
された溶鋼１１は、タンディッシュ２１の底部に設けた
浸漬ノズル２２を介して鋳型２３に注湯され、鋳型２３
による冷却と、支持セグメント２４に布設された冷却水
ノズルからの散水によって冷却されて凝固殻２５ａを形
成し、支持セグメント２４の下流側に進むにつれて、冷
却水の散水により抜熱される。この抜熱によって徐々に
凝固殻２５ａの厚みを増した鋳片２５は、支持セグメン
ト２４の下流側に配置された圧下セグメント２６によ
り、１〜１０ｍｍの押し込み量で圧下された後、完全に
凝固する。鋳片２５の製造過程において、溶鋼１１の温
度が低下して凝固を開始する前の温度、即ち、溶鋼１１
が凝固を開始する温度以上の温度で、まず、ＭｇＯやＭ
ｇＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ が生成する。しかし、高炭素溶鋼の場
合、凝固初晶がγ−Ｆｅであるため、ＭｇＯやＭｇＯ・
Ａｌ₂ Ｏ₃ は、凝固時の接種核として作用しない。

【００１７】次に、溶鋼１１中のＯ（酸素）との反応に
消費されるＭｇ量よりも多量にＭｇを添加しているた
め、ＭｎＳが析出を開始する前に、過剰に添加されたＭ
ｇが、溶鋼１１中のＳ（硫黄）と反応してＭｇＳを１０
〜１０００個／ｍｍ² 生成する。炭素濃度が０．５質量
％以上の高炭素溶鋼の凝固初晶はγ−Ｆｅであるので、
ＭｇＳがγ−Ｆｅの接種核として作用して凝固組織を微
細にする。更に、温度が低下した後に析出するＭｎＳと
先に生成したＭｇＳの格子歪み（ＭｎＳとＭｇＳの格子
定数の差／ＭｇＳの格子定数の値）が小さく、即ち、格
子整合性が良好であるため、鋳片２５が連続鋳造装置２
０内で冷却され、その温度が約１０００〜１２００℃に
なる領域で、ＭｇＳの周囲にＭｎＳが優先的に析出す
る。鋳片２５を凝固後、更に冷却すると、オーステナイ
ト相から５００〜７３０℃で起きるフェーライト相とセ
メンタイト相の共析相への変態いわゆるパーライト変態
を生じる。溶鋼１１にＭｇを添加したことにより、生成
したＭｇＳが溶鋼１１の凝固時のオーステナイト相の接
種核として作用し、オーステナイト相の凝固組織を微細
にし、更に、オーステナイト相からフェーライト相とセ
メンタイト相の共析相の移行過程で、ＭｇＯやＭｇＯ・
Ａｌ₂ Ｏ₃ がフェーライト相の接種核として作用して、
パーライト変態組織の微細化に寄与する。

【００１８】そして、冷却過程を経た鋳片２５の内部で
は、ＭｎＳがＭｇＳの周囲に優先的に析出し、このＭｎ
Ｓの成長に伴って、周囲のマトリックスからのＭｎ及び
ＳがＭｇＳの周囲に取り込まれる。このＭｇＳの周囲で
は、ＭｎやＳが欠乏する。特に、Ｍｎが欠乏すると、共
析変態温度が上昇し、Ｍｎの欠乏層では、通常部（Ｍｇ
Ｓから離れた領域）に比べて優先的にγ相からα相への
変態が生じる。即ち、ＭｎＳを核としてパーライト組織
も微細にすることができる。この鋳片２５は、凝固組織
が微細であるので、内部に発生する内部割れや溶鋼流動
に伴う中心偏析、センターポロシティ等の内部欠陥が無
く、鋳片２５の手入れや屑化をなくして良鋳片の歩留り
及び品質を向上させることができる。このようにして鋳
造された鋳片２５は、ピンチロール２７により引き抜か
れて、図示しない切断機により所定のサイズに切断され
てから圧延等の後工程に搬送される。この鋳片２５に圧
延等の加工を施した軌条においても、優先的にγ相から
α相への変態が生じてパーライト組織を微細にすること
ができ、内部欠陥及び表面疵等の表面欠陥の発生が防止
でき、軌条の手入れ等の解消や良製品歩留り等の向上が
可能になる。

【００１９】鋳片２５の介在物の種類と量は、鋳片２５
の全断面の一部を切り出して、この切り出し片を一般に
用いられている光学顕微鏡で観察することにより、測定
することができる。また、凝固組織は、鋳片２５をピク
リン酸でエッチングして、デンドライト組織を検出し、
この組織から等軸晶か、柱状晶かを判別することができ
る。

【００２０】

【実施例】次に、凝固組織及びパーライト変態組織の微
細な高炭素鋼鋳片の実施例について説明する。表１に示
す組成の高炭素鋼用の溶鋼３５０トンを取鍋に入れ、こ
の溶鋼にＭｇワイアを添加して、溶鋼中のＭｇ濃度％、
Ｓ質量％、Ｍｎ質量％、Ｏ質量％をそれぞれ調整し、鋳
型の内寸で、厚み２５０ｍｍ、内幅１２００ｍｍの鋳型
に鋳湯し、０．８ｍ／分の速度でピンチロールにより引
き抜いて鋳片を鋳造した。

【００２１】

【表１】

【００２２】そして、鋳造した鋳片の凝固組織及びパー
ライト組織、内部品質、溶接部靱性について調査した。
その結果を表２に示す。実施例１及び実施例２は、溶鋼
中のＭｇ質量％、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％、Ｏ質量％が前
記した（１）、（２）式を満たす場合であり、いずれも
凝固組織が等軸晶にでき、内部品質も割れや中心偏析、
センターポロシティ等の内部欠陥が無く良好（◎）であ
り、また、パーライト組織が微細なため、この鋳片を加
工した高炭素鋼の溶接部の靱性についても良好（◎）な
結果が得られた。実施例３及び実施例４は、溶鋼中のＭ
ｇ質量％、Ｓ質量％、Ｏ質量％が前記した（１）式を満
たす場合であり、いずれも溶鋼が凝固する前に、ＭｇＳ
が生成し、凝固初晶がγ−Ｆｅの溶鋼の接種核として作
用し、凝固組織が等軸晶にでき、内部品質も割れや中心
偏析、センターポロシティ等の内部欠陥が少なく、良い
（○）結果となり、また、パーライト組織が微細なた
め、この鋳片を加工した高炭素鋼の溶接部の靱性につい
ても良い（○）結果が得られた。実施例５及び実施例６
は、溶鋼中のＭｇ質量％、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％が前記
した（２）式を満たす場合であり、実施例５では、溶鋼
が凝固する前に、生成するＭｇＳの個数が少なく、溶鋼
が凝固した後にＭｇＳが析出し、溶鋼の凝固前生成した
ＭｇＯと併せてパーライト変態時のフェライトの析出核
として作用し、鋳片の凝固組織が粗大になった。しか
し、パーライト組織が微細で良く（○）なり、溶接靱性
も良く（○）することができた。実施例６では、溶鋼中
のＭｇ濃度が低く、溶鋼が凝固する前に、生成するＭｇ
Ｓの個数が少なく、鋳片の凝固組織が粗大になった。し
かし、パーライト組織が微細で良く（○）なり、溶接靱
性も良く（○）することができた。

【００２３】

【表２】

【００２４】これに対し、比較例１は、Ｍｇの添加量が
少なく、十分なＭｇＳやＭｇＯを生成できなかった場
合、比較例２は、溶鋼にＭｇを添加しなかった場合であ
り、いずれも凝固組織及びパーライト組織が粗大にな
り、内部品質が悪く、この鋳片を加工した高炭素鋼の溶
接部の靱性も低下した。

【００２５】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨
を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲であ
る。例えば、鋳片は、連続鋳造の他に、造塊法やベルト
キャスター等の鋳造法により鋳造することができる。更
に、ＭｇやＭｇ合金等を薄鋼で覆ったワイヤーを添加す
る他に、Ｍｇ、又はＭｇ合金等を溶鋼に浸漬ランスを用
いて吹き込んで添加することもできる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１〜７記載の凝固組織及びパーラ
イト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片においては、炭素を
０．５質量％以上を含む溶鋼に、Ｍｇを添加してパーラ
イト変態温度以上の温度領域でＭｇＳ及びＭｇＯを生成
して凝固させるので、凝固組織を均一な等軸晶にし、内
部割れや中心偏析、センターポロシティ等に起因する鋳
片や鋼板の内部欠陥を防止し、圧延等の加工性や溶接部
の靱性を向上することができる。

【００２７】特に、請求項２記載の凝固組織及びパーラ
イト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片においては、溶鋼に
凝固温度以上の領域で、ＭｇＳを生成させるので、溶鋼
が凝固する時にＭｇＳを接種核として作用させて鋳片の
凝固組織を微細にし、しかも、パーライト変態時にＭｇ
Ｏを接種核として作用させてパーライト変態組織を微細
にすることができる。

【００２８】請求項３記載の凝固組織及びパーライト変
態組織の微細な高炭素鋼鋳片においては、溶鋼中のＭｇ
とＳを所定の範囲にしているので、ＭｇＳを安定して生
成させて凝固初晶がγ−Ｆｅである溶鋼の接種核として
作用し、鋳片の凝固組織を微細にすることができ、内部
に割れや中心偏析、センターポロシティ等を発生を防止
することができる。

【００２９】請求項４記載の凝固組織及びパーライト変
態組織の微細な高炭素鋼鋳片においては、溶鋼中のＭｇ
とＭｎを所定の範囲にしているので、鋳片に含まれるＭ
ｎＳが十分に形成され、ＭｇＳの周囲にＭｎＳの析出が
容易になり、凝固前に析出したＭｇＯと併せてパーライ
ト変態時のフェライトの析出核として作用し、パーライ
ト変態組織を微細にすることができる。

【００３０】請求項５記載の凝固組織及びパーライト変
態組織の微細な高炭素鋼鋳片においては、溶鋼中のＭ
ｇ、Ｓ及びＭｎを所定の範囲にしているので、高炭素の
溶鋼中に生成したＭｇＳが溶鋼の凝固過程で、接種核と
して作用して凝固組織が微細になる。更に、溶鋼の凝固
した鋳片を冷却する過程において、既に生成しているＭ
ｇＳの周囲にＭｎＳを析出させ、Ｍｎの欠乏層を生じさ
せるため、共析変態の温度を上昇させ、ＭｎＳの周囲で
の共析変態を生じ易くする。そして、粒内変態を生じて
パーライト変態組織を微細にすることができ、鋳片の組
織を接種核による微細化と変態組織を微細化の相乗作用
によって、微細にすることができる。

【００３１】請求項６記載の凝固組織及びパーライト変
態組織の微細な高炭素鋼鋳片においては、溶鋼を凝固さ
せた鋳片は、ＭｇＳを１０〜１０００個／ｍｍ² 含むの
で、溶鋼中に生成したＭｇＳを溶鋼が凝固する時の接種
核として作用させて凝固組織を微細にでき、鋳片が冷却
される過程で、ＭｇＳの周囲にＭｎＳを析出させてパー
ライト変態組織を安定して微細にすることができ、内部
欠陥が無く、且つ、鋳片を加工した鋼材の溶接部の靱性
等の品質を安定して向上することができる。

【００３２】請求項７記載の凝固組織及びパーライト変
態組織の微細な高炭素鋼鋳片においては、鋳片を軌条に
用いるので、軌条の内部欠陥の発生を防止して品質を向
上でき、パーライト変態組織を微細にするので、軌条の
溶接による接続部の強度低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る凝固組織及びパー
ライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片を製造するために
使用される溶鋼の処理装置の説明図である。

【図２】同鋳片を製造する連続鋳造装置の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０：溶鋼の処理装置、１１：高炭素溶鋼（溶鋼）、１
２：取鍋、１３：スラグ、１４：金属Ｍｇワイア、１
５：案内ガイド、１６：供給装置、１７：シュート、２
０：連続鋳造装置、２１：タンディッシュ、２２：浸漬
ノズル、２３：鋳型、２４：支持セグメント、２５：鋳
片、２５ａ：凝固殻、２６：圧下セグメント、２７：ピ
ンチロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素を０．５質量％以上を含む溶鋼に、
Ｍｇを添加してパーライト変態温度以上の温度領域でＭ
ｇＳ及びＭｇＯを生成して凝固させることを特徴とする
凝固組織及びパーライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳
片。
【請求項２】請求項１記載の凝固組織及びパーライト
変態組織の微細な高炭素鋼鋳片において、前記溶鋼に、
該溶鋼の凝固温度以上の領域で、前記ＭｇＳを生成させ
ていることを特徴とする凝固組織及びパーライト変態組
織の微細な高炭素鋼鋳片。
【請求項３】請求項１又は２記載の凝固組織及びパー
ライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片において、添加し
たＭｇを含む前記溶鋼中のＭｇと該溶鋼中のＳは、下式
を満たすことを特徴とする凝固組織及びパーライト変態
組織の微細な高炭素鋼鋳片。（Ｍｇ質量％−１．５×Ｏ質量％）×Ｓ質量％＞４×１
０^-5 なお、Ｍｇ質量％は溶鋼中に含まれるＭｇ質量％、Ｏ質
量％は溶鋼中に含まれるＯ質量％、Ｓ質量％は溶鋼中に
含まれるＳ質量％である。
【請求項４】請求項１又は２記載の凝固組織及びパー
ライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片において、添加し
たＭｇを含む前記溶鋼中のＭｇと該溶鋼中のＭｎは、下
式を満たすことを特徴とする凝固組織及びパーライト変
態組織の微細な高炭素鋼鋳片。（Ｍｎ質量％）×（Ｓ質量％−１．３３×Ｍｇ質量％）
＞２×１０^-4 なお、Ｍｇ質量％は溶鋼中に含まれるＭｇ質量％、Ｓ質
量％は溶鋼中に含まれるＳ質量％、Ｍｎ質量％は溶鋼中
に含まれるＭｎ質量％である。
【請求項５】請求項１又は２記載の凝固組織及びパー
ライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片において、添加し
たＭｇを含む前記溶鋼中のＭｇと該溶鋼中のＳ及びＭｎ
が下式を満たすことを特徴とする凝固組織及びパーライ
ト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片。（Ｍｇ質量％−１．５×Ｏ質量％）×Ｓ質量％＞４×１
０^-5 かつ、（Ｍｎ質量％）×（Ｓ質量％−１．３３×Ｍｇ質量％）
＞２×１０^-4 なお、Ｍｇ質量％は溶鋼中に含まれるＭｇ質量％、Ｏ質
量％は溶鋼中に含まれるＯ質量％、Ｓ質量％は溶鋼中に
含まれるＳ質量％、Ｍｎ質量％は溶鋼中に含まれるＭｎ
質量％である。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の凝
固組織及びパーライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片に
おいて、前記溶鋼を凝固させた鋳片は、ＭｇＳを１０〜
１０００個／ｍｍ² 含むことを特徴とする凝固組織及び
パーライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載の凝
固組織及びパーライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片に
おいて、前記鋳片は、軌条に用いることを特徴とする凝
固組織及びパーライト変態組織の微細な高炭素鋼鋳片。