JP2004276042A - 無方向性電磁鋼板用溶鋼の連続鋳造方法及びその鋳片 - Google Patents

Abstract

【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、凝固後にＭｎＳが微細分散析出するのを抑制して磁性を向上することができる無方向性電磁鋼板用溶鋼の連続鋳造方法及び無方向性電磁鋼板用鋳片を提供する。
【解決手段】無方向性電磁鋼板用の溶鋼を、溶鋼中に含まれるＳｒ質量％、Ｏ質量％、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％が下式を満たすように調整した後、その調整した溶鋼１１を連続鋳造する無方向性電磁鋼板用溶鋼の連続鋳造方法及び無方向性電磁鋼板用の鋳片。
（Ｓｒ質量％−５．５×Ｏ質量％）×（Ｓ質量％）＞３．６×１０^−６
かつ、（Ｓｒ質量％−５．５×Ｏ質量％）＞１／５５×（Ｍｎ質量％）
【選択図】 図１

Description

【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く、品質に優れ、しかも、凝固後にＭｎＳが分散析出するのを抑制することができる無方向性電磁鋼板用溶鋼の連続鋳造方法及びその鋳片に関する。
【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、鋼材は、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、鋼材の品質を低下させ、場合によっては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（結晶粒）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。
【０００４】
低温鋳造の具体例としては、例えば特公平７−８４６１７号公報（特許文献１）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７０％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。
【０００５】
更に、溶鋼の電磁攪拌については、特開昭５０−１６６１６号公報（特許文献２）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（特許文献３）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。
【０００６】
【引用文献】
（１）特許文献１（特公平７−８４６１７号公報）
（２）特許文献２（特開昭５０−１６６１６号公報）
（３）特許文献３（特開昭５３−９０１２９号公報）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１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程度の低い過熱温度にすることが困難である。また、特許文献２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。この鋳片の内部の凝固組織を改善するため、電磁攪拌装置を多段に配置して、内部の溶鋼を攪拌する方法も考えられるが、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。
【０００８】
更に、特許文献３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して等軸晶を増加させるが、無方向性電磁鋼板の処理過程で生成するＭｎＳの鋳型内での微細分散を防止することができないため、この鋳片から製造された無方向性電磁鋼板の磁性（鉄損）を悪くさせる。これは、無方向性電磁鋼板の処理過程で生成する粒径１μｍ以下の微細なＭｎＳが、ピンニング粒子として作用し、熱処理過程における結晶粒の成長を阻害するからである。
【０００９】
このように、従来の方法では、δ−Ｆｅが凝固初晶である無方向性電磁鋼板用の鋳片の凝固組織を均一な等軸晶にすることができず、鋳片に発生する内部欠陥を防止することが困難であり、しかも、ＭｎＳが微細分散析出するため、結晶粒が微細になり過ぎて無方向性電磁鋼板の鉄損を低下させるといった問題を解決することができない。
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、凝固後にＭｎＳが微細分散析出するのを抑制して磁性を向上させることができる無方向性電磁鋼板用溶鋼の連続鋳造方法及びその鋳片を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明の無方向性電磁鋼板用溶鋼の連続鋳造方法は、無方向性電磁鋼板用の溶鋼を、該溶鋼中に含まれるＳｒ質量％、Ｏ質量％、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％が下式を満たすように調整した後、この調整した溶鋼を連続鋳造している。（Ｓｒ質量％−５．５×Ｏ質量％）×（Ｓ質量％）＞３．６×１０^−６
かつ
（Ｓｒ質量％−５．５×Ｏ質量％）＞１／５５×（Ｍｎ質量％）
なお、Ｓｒ質量％は溶鋼中に含まれるＳｒ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。この方法により、溶鋼中のＯとＳｒを反応させ、ＳｒＯ、Ｓｒを含む複合酸化物を生成させて溶鋼中に分散させ、これを溶鋼が凝固する際の接種核として作用させることができ、分散させた接種核を起点に溶鋼を凝固させるので、鋳片の凝固組織を均一な等軸晶にでき、鋳片の内部割れや中心偏析、センターポロシティ等の内部欠陥の発生を防止することができる。
【００１１】
前記目的に沿う本発明に係る無方向性電磁鋼板用鋳片は、無方向性電磁鋼板用の溶鋼を、該溶鋼中に含まれるＳｒ質量％、Ｏ質量％、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％が下式を満たすように調整した後、この調整した溶鋼を連続鋳造し、該溶鋼が凝固を開始する温度以上の温度で該溶鋼中にＳｒＯを生成させ、しかも、ＭｎＳが析出を開始するより前にＳｒＳを生成させた後、ＳｒＳの周囲にＭｎＳを析出させる。なお、Ｓｒ質量％は溶鋼中に含まれるＳｒ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。
【００１２】
この鋳片は、ＳｒＯ、あるいはＳｒを含む複合酸化物を、溶鋼が凝固する際の接種核として活用するため、鋳片の凝固組織を均一な等軸晶にして内部欠陥の発生を防止することができる。しかも、凝固過程でＳｒＳの周囲にＭｎＳを析出させ、母相（最初の凝固組織）中での微細なＭｎＳの析出を防止するので、ＭｎＳの微細分散による結晶粒の微細化を抑制して結晶粒の成長を促進する。従って、この鋳片から製造した鋼材の磁性（鉄損）を向上させることができる。
【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無方向性電磁鋼板用溶鋼の連続鋳造方法に用いる連続鋳造装置の全体断面図である。図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る無方向性電磁鋼板用溶鋼の連続鋳造方法に用いる連続鋳造装置１０は、図示しない金属ストロンチュウム（Ｓｒ）材料の一例である鉄被覆Ｓｒワイアを添加した溶鋼１１を貯湯したタンディッシュ１２と、タンディッシュ１２の底部に取付けられた浸漬ノズル１３と、浸漬ノズル１３を介して、下側に流れる溶鋼１１を注湯する鋳型１４を有し、鋳型１４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１５と、溶鋼１１が凝固殻１６ａを形成した鋳片１６を圧下する圧下セグメント１７と、鋳片１６を所定の速度で引き抜くための一対のピンチロール１８を備えている。
【００１４】
次に、連続鋳造装置１０を適用した無方向性電磁鋼板用溶鋼の連続鋳造方法及び連続鋳造された無方向性電磁鋼板用鋳片について説明する。
本実施の形態に用いる無方向性電磁鋼板用の溶鋼としては表１に示す組成の溶鋼１１のものとする。この理由は、溶鋼１１中の炭素は鉄損を高めるので、その濃度を０．００５０質量％以下とし、下限値を０．０００５質量％としたのは精錬過程での脱炭処理コストが高くなるからであり、Ｓｉは周知のように鉄損を低下させる成分であり、この効果を得るための１．５質量％以上が必要であるが、過剰になると磁束密度の低下や圧延などの加工性がわるくなることから２．２５質量％以下とした。
【００１５】
【表１】

【００１６】
そして、Ａｌは、脱酸のために必要な元素であるので０．０５０質量％以上が必要であるが、過剰になると脱酸効果が飽和し、磁束密度の低下や脱酸処理コストの上昇を招くために上限を０．３５０質量％以下とした。
Ｐは、硬度を高め、打ち抜き性を向上するが、その含有量が０．０２５質量％を超えると鋼板の脆化の要因となるからである。この組成を有する溶鋼１１を図示しない取鍋に受湯した後、サンプリングして、Ｏ質量％とＳ質量％を測定し、この値を基に、鉄被覆Ｓｒワイアを添加した際のＳｒ歩留りから溶鋼１１中のＳｒ質量％を求め、溶鋼１１に含まれるＳｒ濃度（質量％）、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％、Ｏ質量％が下式を満足するように調整した後、この調整した溶鋼１１を連続鋳造する。
【００１７】
（Ｓｒ質量％−５．５×Ｏ質量％）×（Ｓ質量％）＞３．６×１０^−６
かつ、（Ｓｒ質量％−５．５×Ｏ質量％）＞１／５５×（Ｍｎ質量％）
なお、Ｓｒ質量％は溶鋼中に含まれるＳｒ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。
【００１８】
前記式において、（５．５×Ｏ質量％）は、溶鋼中の酸素がすべてＳｒＯ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Ｓｒ質量％は、（Ｓｒ質量％−５．５×Ｏ質量％）で表される。また、この過剰に添加されたＳｒ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３．６×１０^−６より大きければ安定してＳｒＳを生成することが分かった。
更に、ＭｎＳが生成（析出開始）するより前にＳｒＳを生成させるには、溶鋼中のＳと結合する前記過剰のＳｒ質量％を、溶鋼中のＭｎ質量％の１／５５倍より大きくする。これにより、ＳｒＳをＭｎＳに対し優先して析出させる。
【００１９】
Ｓｒを添加し、タンディッシュ１２に貯湯された溶鋼１１は、タンディッシュ１２の底部に設けた浸漬ノズル１３を介して鋳型１４に注湯され、鋳型１４による冷却と、支持セグメント１５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１６ａを形成し、支持セグメント１５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。この抜熱によって順次凝固殻１６ａの厚みを増した鋳片１６は、支持セグメント１５の下流側に配置された圧下セグメント１７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。凝固した鋳片１６の内部には、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、ＳｒＯやＳｒを含む複合酸化物を析出生成させており、また、このＳｒＯ、あるいはＳｒを含む複合酸化物は、溶鋼１１が凝固する際に、接種核として作用するので、この周囲にδ−鉄が析出して均一な等軸晶（凝固組織）を形成することができる。
【００２０】
次に、溶鋼１１中のＯとの反応に消費されるＳｒ量よりも多量にＳｒ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Ｓｒが、溶鋼１１中のＳ（硫黄）と反応してＳｒＳを析出生成する。析出したＳｒＳは、溶鋼１１中のＭｎＳの格子歪み（ＳｒＳとＭｎＳの格子定数の差／ＭｎＳの格子定数の値）との差が小さく、ＳｒＳとＭｎＳの格子整合性が良好であるため、鋳片１６が連続鋳造装置１０内で冷却され、その温度が約１０００〜１２００℃になる領域で、ＳｒＳの周囲にＭｎＳが優先的に析出する。
【００２１】
これにより、母相中に微細なＭｎＳが微細分散析出するのを防止することができる。この鋳片１６から製造した無方向性電磁鋼板は、微細分散するＭｎＳを予めＳｒＳの周囲に析出させるので、加熱焼鈍した際に鋳片１６中に分散するＭｎＳが少なくなり、微細なＭｎＳによるピンニング作用を大幅に抑制でき、結晶粒の成長を促進することができる。
【００２２】
その結果、ＳｒＯとＳｒＳの相乗した働きにより、凝固組織を均一な等軸晶にし、しかも、ＭｎＳの微細分散析出を抑制しない場合よりも結晶粒を大きくした鋳片１６を鋳造することができる。この鋳片１６は、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１６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１６は、ピンチロール１８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。
【００２３】
この鋳片１６に、圧延等の加工を施した無方向電磁鋼板においても、内部欠陥及び表面疵やしわ等の表面欠陥の発生が防止でき、鋼板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。しかも、ＳｒＳの周囲に大きなＭｎＳを析出させているので、微細なＭｎＳによる鋳片１６中の結晶粒の極端な微細化が抑制されるため、優れた磁性（鉄損の低い）を得ることができる。鋳片１６の介在物の種類と量は、鋳片１６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１６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。
【００２４】
【実施例】
次に、本発明の一実施の形態に係る無方向性電磁鋼板用溶鋼の連続鋳造方法を用いて鋳造した鋳片の実施例について説明する。主成分が表１に示す組成の無方向性電磁鋼板用の溶鋼３５０トンを取鍋に入れ、この溶鋼に鉄被覆Ｓｒワイアを添加して、溶鋼中のＳｒ濃度、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％、Ｏ質量％をそれぞれ調整し、内寸が厚み２５０ｍｍ、幅１２００ｍｍの鋳型に鋳湯し、１．２ｍ／分の速度でピンチロールにより引き抜きいて鋳片を鋳造した。そして、鋳造した鋳片の凝固組織及び内部品質、鋼板の表面疵・しわ、磁気特性の良否について調査した。その結果を表２に示す。Ｎｏ．１〜５は本発明例であり、溶鋼中のＳｒ質量％、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％、Ｏ質量％が本発明の前記した式の関係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、この鋳片を加工した無方向性電磁鋼板の表面疵・しわの発生が無く良好であり、磁気特性も良好な結果が得られた。
【００２５】
【表２】

【００２６】
これに対し、比較例Ｎｏ．６および比較例Ｎｏ．７は、溶鋼にＳｒを添加したが、Ｓｒ質量％、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％、Ｏ質量％が本発明の前記した式の関係を満たさない場合であり、ＭｎＳがＳｒＳよりも早く析出し、ＭｎＳを微細分散させてしまい、結晶粒の成長が阻害されて鋳片の結晶粒径が小さくなり、磁気特性も不良となった。比較例Ｎｏ．８は、添加したＳｒが酸素に消費され、ＳｒＳを生成できなかった場合であり、微細なＭｎＳが鋳片中に分散して析出し、鋳片の結晶粒径が小さくなり、磁気特性が不良となった。比較例Ｎｏ．９はＳｒの添加量が少ない場合、比較例Ｎｏ．１０はＳｒが無添加の場合であり、いずれも凝固組織が柱状晶になり、内部欠陥、表面疵・しわ、磁気特性の全てが不良となった。
【００２７】
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、ロール等の鋳造法により鋳造することができる。更に、ＳｒやＳｒ合金等を薄鋼で覆った線状に加工したワイアを添加する他に、Ｓｒ、又はＳｒ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。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により以下の効果を奏する。
（１）無方向性電磁鋼板用の溶鋼を、溶鋼中に含まれるＳｒ質量％、Ｏ質量％、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％が所定の範囲を満たすように調整した後、この調整した溶鋼を連続鋳造しているので、溶鋼が凝固した鋳片の凝固組織を均一な等軸晶にして内部欠陥を抑制し、鋳片の手入れや屑化を防止して良好な鋳片の歩留りを向上でき、鋳片の品質を高めることができる。
【００２９】
（２）無方向性電磁鋼板用の溶鋼を、溶鋼中に含まれるＳｒ質量％、Ｏ質量％、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％が所定の範囲を満たすように調整した後、この調整した溶鋼を連続鋳造し、溶鋼が凝固を開始する温度以上の温度でＳｒＯを生成させ、しかも、ＭｎＳが析出を開始するより前にＭｇＳを生成させた後、ＳｒＳの周囲にＭｎＳを析出させているので、均一な等軸晶を備えて内部欠陥及び表面疵等を防止して製品の歩留りを高め、ＳｒＳの周囲にＭｎＳを粗大に析出させて結晶粒の成長を促進して無方向性電磁鋼板の磁性を安定して向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る無方向性電磁鋼板用溶鋼の連続鋳造方法に用いる連続鋳造装置の全体断面図である。
【符号の説明】
１０ 連続鋳造装置
１１ 溶鋼
１２ タンディッシュ
１３ 浸漬ノズル
１４ 鋳型
１５ 支持セグメント
１６ 鋳片
１６ａ 凝固殻
１７ 圧下セグメント
１８ ピンチロール

Claims (2)

1. 無方向性電磁鋼板用の溶鋼を、該溶鋼中に含まれるＳｒ質量％、Ｏ質量％、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％が下式を満たすように調整した後、この調整した溶鋼を連続鋳造することを特徴とする無方向性電磁鋼板用溶鋼の連続鋳造方法。
   （Ｓｒ質量％−５．５×Ｏ質量％）×（Ｓ質量％）＞３．６×１０^−６
   かつ
   （Ｓｒ質量％−５．５×Ｏ質量％）＞１／５５×（Ｍｎ質量％）
   なお、Ｓｒ質量％は溶鋼中に含まれるＳｒ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。
2. 無方向性電磁鋼板用の溶鋼を、該溶鋼中に含まれるＳｒ質量％、Ｏ質量％、Ｓ質量％、Ｍｎ質量％が下式を満たすように調整した後、この調整した溶鋼を連続鋳造し、該溶鋼が凝固を開始する温度以上の温度で該溶鋼中にＳｒＯを生成し、且つＭｎＳが析出を開始するより前にＳｒＳを生成させた後、該ＳｒＳの周囲にＭｎＳを析出させることを特徴とする無方向性電磁鋼板用鋳片。 （Ｓｒ質量％−５．５×Ｏ質量％）×（Ｓ質量％）＞３．６×１０^−６
   かつ
   （Ｓｒ質量％−５．５×Ｏ質量％）＞１／５５×（Ｍｎ質量％）
   なお、Ｓｒ質量％は溶鋼中に含まれるＳｒ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。

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