JP2003166038A - 粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片 - Google Patents
粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片Info
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Abstract
条件に関係なく、割れを防止するための成分範囲を提示
することにより、粒界割れ起因の連続鋳造鋳片の表面割
れを防止した鋳片を提供する。 【解決手段】 N,Nb,Tiを含有せしめた炭素鋼の
成分組成において、成分組成を特定すると共にN,N
b,Tiを特定の関係式を満足せしめ、または、前記関
係式に加えてNbとNの関係についても他の特定の式を
満足するように調整したことを特徴とする粒界割れ欠陥
の生じない連続鋳造鋳片。
Description
された鋳片に関し、特に粒化割れ起因の表面欠陥のない
連続鋳造鋳片に係わるものである。
含むプロセスで行なわれているが、成分としてTiやN
b、V、N等を含有する場合には、連鋳機内で鋳片が曲
げや矯正のために変形する際に、鋳片内のγ結晶粒界に
沿って割れが生じるという問題がある。この問題に対す
る対応策は従来から検討されており、主な技術を挙げれ
ば、特公昭56−46530号公報、特公昭59−28
424号公報、特公昭61−11704号公報、特開昭
60−56457号公報がある。
+V量を規定する式、N量とTi量の関係を規定する式
を用いて、連続鋳造時の鋳片表面割れを防止する技術を
提示しているが、NbとNの関係を規定していないた
め、NbとNがともに多ければ、割れを生じる危険性が
ある。特公昭59−28424号公報では、連鋳での凝
固に続く冷却過程において特性条件の塑性歪を加えてオ
ーステナイト結晶粒を微細化させることによって、割れ
を防止する技術を提示しているが、近年の垂直曲げ式連
鋳機では、鋳型の直後に曲げ点があるため、その間に所
定の歪みを与えることは難しい。また、特開昭60−5
6457号公報でも、加工歪みを与えて割れを防止する
技術が提示されているが、同様な理由で問題がある。
は、垂直曲げ型連鋳機で、鋳片側面に注水する水の量を
規程して割れを防止する技術を提示しているが、Nb,
Nの量が多くなると効果がなくなり、また、水量を減少
させすぎると、ブレークアウトが生じる危険性も大きく
なる。また、同様に連鋳機内で鋳片の表面に注水する量
を制限して鋳片温度を高く維持する技術も公知である
が、同様にブレークアウトの危険性や、C量によっては
鋳片の内部割れ発生の危険性も増大するという問題があ
る。従って、上記した方法では、いずれの場合も制約や
問題があり、連続鋳造鋳片の粒界割れを完全に防止する
ことを困難であった。
冷却条件や歪み付与の条件に関係なく割れを防止するた
めの成分範囲を提示することにより、連続鋳造での製造
条件を特に規定することなく、粒界割れ起因の連続鋳造
鋳片の表面割れを防止することが可能な鋳片を提供する
ものである。
に、本発明は以下の構成を特徴とする。 (1) C :0.001〜0.5質量%、Mn: 0.1
〜3.0質量%、Si:0.005〜2.0質量%、P
:0.001〜0.1質量%、S :0.001〜0.0
5質量%、酸素を0.0005〜0.0050質量%、
Nを0.002以上0.015質量%以下含み、かつ、
Alを0.001〜0.1質量%含み、かつ、Nbを
0.006〜0.1質量%含み、かつ、Tiを0.00
4〜0.1質量%含み、残部鉄および不可避的不純物か
らなる粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。 (2) C :0.001〜0.5質量%、Mn: 0.1
〜3.0質量%、Si:0.005〜2.0質量%、P
:0.001〜0.1質量%、S :0.001〜0.0
5質量%、酸素を0.0005〜0.0050質量%、
Nを0.002以上0.015質量%以下含み、かつ、
Alを0.001〜0.1質量%含み、かつ、Nbを
0.006〜0.1質量%含み、かつ、Tiを0.00
4〜0.1質量%含み、かつ、Vを0.01〜0.1質
量%含み、残部鉄および不可避的不純物からなる粒界割
れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
て、さらにCr,Moのうち一種または二種以上を0.
1質量%以下含み、残部鉄および不可避的不純物からな
る(1)または(2)に記載の粒界割れ欠陥の生じない
連続鋳造鋳片。 (4) 前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さらにCu
を0.5質量%以下含み、残部鉄および不可避的不純物
からなる(1)ないし(3)のいずれかに記載の粒界割
れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。 (5) 前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さらにNi
を0.5質量%以下含み、残部鉄および不可避的不純物
からなる(1)ないし(4)のいずれかに記載の粒界割
れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
て、さらにBを0.1質量%以下含み、残部鉄および不
可避的不純物からなる(1)ないし(5)のいずれかに
記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。 (7) 前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さらにZ
r,Mg,Caのうち一種または二種以上を0.1質量
%以下含み、残部鉄および不可避的不純物からなる
(1)ないし(6)のいずれかに記載の粒界割れ欠陥の
生じない連続鋳造鋳片。
[2]式を満足するように調整した(1)ないし(7)
のいずれかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳
片。 W(N)−0.292×W(Ti)−0.152 ×(W(Nb)−60)≦5 ・・・・・[1] W(Nb)×W(N)≦9000 ・・・・・[2] ここで、W(N):N濃度(ppm)、W(Ti):T
i濃度(ppm)、W(Nb):Nb濃度(ppm) ただし、W(Nb)−60<0の時は、[1]式中で、
W(Nb)−60=0とおく (9) 炭素鋼の成分を以下の[1],[2],[3]
式を満足するように調整した(1)ないし(7)のいず
れかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。 W(N)−0.292×W(Ti)−0.152 ×(W(Nb)−60)≦5 ・・・・・[1] W(Nb)×W(N)≦9000 ・・・・・[2] W(Ti)/W(N)≦3.42 ・・・・・[3] ここで、W(N):N濃度(ppm)、W(Ti):T
i濃度(ppm)、W(Nb):Nb濃度(ppm)
を含有する鋼の脆化が、いずれもオーステナイト(γ)
結晶粒界の脆化であることに着目して、これらの脆化が
生じる条件を検討した結果、脆化すなわち割れの発生有
無と鋼の成分組成および該鋼成分組成との関係式を着想
するに至った。
発明者らは、まず、TiやNbやNの含有量を変えた鋼
を用いて、引っ張り試験を行なった。表1に示す成分の
鋼を用いて、1400℃まで加熱してγ結晶粒を大きく
し、その後冷却して、所定の温度に保持後、引っ張りを
行ない、試料の絞り値を測定した。特に、連続鋳造機内
で粒界割れが発生する温度領域のうち、上限にあたる9
00℃での絞り値に着目し、成分との関係を検討した。
いるN量、NbNの析出量に着目した。Nbを含む析出
物は一般にNbCNであるが、ここでは、簡易的にNb
Nで代表させた。成分指標を表す横軸として、W(N)
−0.292×W(Ti)−0.152×(W(Nb)
−60)とし、析出物の量を表す指標として、W(N
b)×W(N)を用いて層別して、縦軸となる絞り値と
の関係を表すと、図1のようになった。(ここで、W
(N):N濃度(ppm)、W(Ti):Ti濃度(p
pm)、W(Nb):Nb濃度(ppm))。
292×W(Ti)−0.152×(W(Nb)−6
0)の値が5以下で、かつW(Nb)×W(N)の値が
9000以下の場合に、絞り値60%以上を確保できる
ことが判る。絞り値60%は、連続鋳造機内で粒化割れ
が発生しない下限の限界値であり、これ以上の値であれ
ば、連続鋳造機内では、粒化割れは発生しにくい。
的な適用法について説明する。先ず、実際の鋼材に適用
される鋼の成分範囲についてであるが、成分組成として
は以下のような成分範囲が好ましい。Cは鋼の強度を持
たすために不可欠の元素であるため、下限を0.001
質量%とし、上限は板材で用いられる最大炭素量として
0.5質量%とした。また、Mnも強度を得るために必
要でありその効果を出すために下限を0.1質量%と
し、上限は特殊用途で使用される場合の最大値3質量%
とした。Siは用途によっては不要の場合もあるが、不
可避的に混入するためその下限を0.005質量%と
し、上限は特殊用途で用いられる2質量%とした。
を0.1質量%とし極力少ないほうが望ましいが、不可
避的に混入するため下限値0.001質量%が現実的で
ある。Sも同様に製品特性に害をなす場合が多く極力低
位とすることが望ましいが、不可避的に混入するため下
限値0.001質量%が現実的である。また上限は連続
鋳造時の割れを防ぐために0.05質量%とした。Vは
材料の強度や靱性を上げるために用いられているが、そ
の効果を得るための最低量として下限0.01質量%、
上限は材質に悪影響を与える0.1質量%とした。
ある。材料の強度や靱性を上げるために用いられている
が、本発明の効果を得るためには上限が制限される。ま
た、下限は脆化の発生しない値で規定した。すなわち下
限以下であれば、本発明を用いる必要はない。この観点
から、それぞれ、Ti:0.004〜0.1質量%、N
b:0.006〜0.1質量%、N:0.002〜0.
015質量%となる。Alは脱酸元素として一般的に使
用されているが、Nと化合してAlNを生成するため、
材料の強度を上げる目的で用いられることもある。この
観点から下限は不可避的に混入する0.001質量%と
し、上限は材料の強度を上げすぎること、および介在物
量が増えすぎる問題から0.1質量%とした。また、酸
素は非金属介在物生成の原因となるため、極力低いほう
が望ましいが、下限は不可避的に混入する0.001質
量%とし、上限は介在物があまり多くなると製品欠陥の
原因となるので、0.050質量%とした。
u,Ni,B,Zr,Mg,Caの一種または二種以上
を0.1質量%以下含ませることができる。すなわち、
Cr,Moは焼入れ性を向上させることにより、母材の
強度および靱性を向上させるために有効な元素である
が、鋼材HAZ部においては過剰な添加は靱性を著しく
低下させるため0.1質量%を上限とした。Cuは鋼材
の強度を向上させるために有効であるが、HAZ靱性の
低下やCu脆化の問題があるために、0.5質量%を上
限とした。
ために有効であるが、Ni量の増加は製造コストを上昇
させるので0.5質量%を上限とした。Bは鋼材の強度
の向上に有効であるが、過剰な含有は靱性を著しく低下
させるので上限を0.1質量%とした。Zr,Mg,C
aは強力な脱酸元素として、微細酸化物の個数増大に有
効な元素であるが、過剰な添加は併せて介在物の粗大化
も促進するため0.1質量%を上限とした。
うに、鋼に溶解しているN量とNbNの析出量を表す指
標であり、その限界値は、ラボ実験での成分条件と絞り
値との関係を解析した結果から得られたものである。鋼
に溶解している(固溶)N量の指標としては、以下の
[1]式とした。 W(N)−0.292×W(Ti)−0.152 ×(W(Nb)−60)≦5 ・・・・・[1] ここで、W(N):N濃度(ppm)、W(Ti):T
i濃度(ppm)、W(Nb):Nb濃度(ppm) ただし、W(Nb)−60<0の時は、[1]式中で、
W(Nb)−60=0とおく
として析出する量を除き、更にNbと化合してNbNと
して析出する量を除いたものである。Nbの場合には、
Tiより低温で析出物が生成するので、60ppm分を
引いた場合に絞り値との関係がうまく整理できた。ここ
で、限界値5は、実験での実績値より求めた。また、係
数0.292、および0.152はそれぞれ、TiNを
形成するNのTiに対する質量比、およびNbNを形成
するNのNb対する質量比である。
下記に示した[2]式とした。 W(Nb)×W(N)≦9000 ・・・・・[2] ここで、W(N):N濃度(ppm)、W(Ti):T
i濃度(ppm)、W(Nb):Nb濃度(ppm) これは、Nb濃度とN濃度の積が大きい場合にはNbN
が析出しやすいという熱力学的性質を利用したものであ
る。
らは、高靭性を維持するために、以下の条件を加えたほ
うが良い。 W(Ti)/W(N)≦3.42 ・・・・・[3] ここで、W(N):N濃度(ppm)、W(Ti):T
i濃度(ppm)、W(Nb):Nb濃度(ppm) これは、Tiが対象となる鋼種は、TiとNbとNが含
まれている炭素鋼であれば、どんなものでも構わない。
は、鋼の組織がγからαに変態する温度(成分によって
変化するが、一般には750〜800℃)でも発生する
場合がある。この温度領域での割れを防止するには、本
発明に加えて連鋳機内での最低温度を800℃以上に保
つことが望ましい。
件で連続鋳造し、得られた鋳片の割れを調査した。割れ
の調査方法としては、表4に示すように、鋳片上面と下
面にスカーフ溶削を2mm〜10mm行い、表面を目視
観察した。更に鋳片からサンプルを切り出し、断面の割
れの状態をカラーチェックで調査した。結果を表5に示
す。
〜H)には、目視観察およびカラーチェックとも割れは
検出されなかった。更に、W(Ti)/W(N)≦3.
42(条件式(3))を満足したC,D,E,Fでは、
非常に良好な靭性も得られた。
は、成分が本発明条件を満たさないために、割れが発生
した。すなわち、I,J,L,Nでは、条件式[1]を
満足しないために、また、K,M,Oでは、条件式
[2]を満足しないために、更に、Pでは両方の条件式
を満足しないために、鋳片の目視やカラーチェック検査
で割れが観察された。
i、Nを含む鋼においても連続鋳造時の粒化割れが発生
しなくなり、表面疵のない良好な鋳片が得られることが
可能となる。
表した図
Claims (9)
- 【請求項1】 C :0.001〜0.5質量%、Mn:
0.1〜3.0質量%、Si: 0.005〜2.0質量
%、P :0.001〜0.1質量%、S :0.001〜
0.05質量%、酸素を0.0005〜0.0050質
量%、Nを0.002以上0.015質量%以下含み、
かつ、Alを0.001〜0.1質量%含み、かつ、N
bを0.006〜0.1質量%含み、かつ、Tiを0.
004〜0.1質量%含み、残部鉄および不可避的不純
物からなることを特徴とする粒界割れ欠陥の生じない連
続鋳造鋳片。 - 【請求項2】 C :0.001〜0.5質量%、Mn:
0.1〜3.0質量%、Si: 0.005〜2.0質量
%、P :0.001〜0.1質量%、S :0.001〜
0.05質量%、酸素を0.0005〜0.0050質
量%、Nを0.002以上0.015質量%以下含み、
かつ、Alを0.001〜0.1質量%含み、かつ、N
bを0.006〜0.1質量%含み、かつ、Tiを0.
004〜0.1質量%含み、かつ、Vを0.01〜0.
1質量%含み、残部鉄および不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。 - 【請求項3】 前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さら
にCr,Moのうち一種または二種以上を0.1質量%
以下含み、残部鉄およ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2に記載の粒界割れ欠陥の生
じない連続鋳造鋳片。 - 【請求項4】 前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さら
にCuを0.5質量%以下含み、残部鉄および不可避的
不純物からなることを特徴とする請求項1ないし3のい
ずれかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。 - 【請求項5】 前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さら
にNiを0.5質量%以下含み、残部鉄および不可避的
不純物からなることを特徴とする請求項1ないし4のい
ずれかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。 - 【請求項6】 前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さら
にBを0.1質量%以下含み、残部鉄および不可避的不
純物からなることを特徴とする請求項1ないし5のいず
れかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。 - 【請求項7】 前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さら
にZr,Mg,Caのうち一種または二種以上を0.1
質量%以下含み、残部鉄および不可避的不純物からなる
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の
粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。 - 【請求項8】 炭素鋼の成分を以下の[1],[2]式
を満足するように調整したことを特徴とする請求項1な
いし7のいずれかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続
鋳造鋳片。 W(N)−0.292×W(Ti)−0.152 ×(W(Nb)−60)≦5 ・・・・・[1] W(Nb)×W(N)≦9000 ・・・・・[2] ここで、W(N):N濃度(ppm)、W(Ti):T
i濃度(ppm)、W(Nb):Nb濃度(ppm) ただし、W(Nb)−60<0の時は、[1]式中で、
W(Nb)−60=0とおく - 【請求項9】 炭素鋼の成分を以下の[1],[2],
[3]式を満足するように調整したことを特徴とする請
求項1ないし7のいずれかに記載の粒界割れ欠陥の生じ
ない連続鋳造鋳片。 W(N)−0.292×W(Ti)−0.152 ×(W(Nb)−60)≦5 ・・・・・[1] W(Nb)×W(N)≦9000 ・・・・・[2] W(Ti)/W(N)≦3.42 ・・・・・[3] ここで、W(N):N濃度(ppm)、W(Ti):T
i濃度(ppm)、W(Nb):Nb濃度(ppm)
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JPWO2005103314A1 (ja) * | 2004-04-19 | 2008-03-13 | 日立金属株式会社 | 高Cr高Niオーステナイト系耐熱鋳鋼及びそれからなる排気系部品 |
JP2011225943A (ja) * | 2010-04-21 | 2011-11-10 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 捻り破断特性に優れた鋼および機械構造部品 |
JP2014005490A (ja) * | 2012-06-22 | 2014-01-16 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | 耐表面割れ感受性に優れた高靭性鋼材用連続鋳造鋳片 |
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US8241558B2 (en) | 2004-04-19 | 2012-08-14 | Hitachi Metals, Ltd. | High-Cr, high-Ni, heat-resistant, austenitic cast steel and exhaust equipment members formed thereby |
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