JP2004508942A - 鋼ストリップ製造方法 - Google Patents

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    • C21D9/573—Continuous furnaces for strip or wire with cooling

Abstract

鋼ストリップ及び鋼ストリップ製造方法が提供される。図示した実施の形態では、方法は、溶融低炭素鋼を、１００〜３００ミクロン幅の粗粒であるオーステナイト粒を有する板厚５ｍｍ以下のストリップに連続鋳造すること、及び、少なくとも０．０１℃／秒の選択冷却速度でストリップを冷却して８５０℃と４００℃との間の温度範囲でオーステナイト粒をフェライトに変えて、少なくとも２００ＭＰａの降伏強さを有するストリップを提供する微構造を生み出すことにより鋳造ストリップに所望の降伏強さを提供することを含む。製造される低炭素鋼は所望の微構造を有する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願は、２０００年９月２９日提出のオーストラリア特許出願第ＰＲ０４７９号を優先権主張している。
【０００２】
本発明は、鋼ストリップの製造方法及びその方法により製造される鋳造鋼ストリップに関する。
【０００３】
本発明は特に連続ストリップ鋳造機における鋼ストリップの製造に関する。
【０００４】
本明細書で使われる「ストリップ」なる語は板厚５ｍｍ以下の産物を意味すると理解すべきである。
【０００５】
【従来の技術】
出願人は、双ロール鋳造機形式の連続ストリップ鋳造機で鋼ストリップを鋳造する分野において広範な研究と開発事業を行っている。
【０００６】
一般論として、双ロール鋳造機で鋼ストリップを連続鋳造することは、内部水冷された一対の相互方向回転の水平鋳造ロール間に溶鋼を導くことによって、動いているロール表面上に金属殻が凝固し、それらがロール間のロール間隙で合わされてロール間のロール間隙から下方に送給される凝固ストリップを生み出すことを含む。「ロール間隙」なる用語は、ロール同士が最接近する領域全般を指すものとして用いる。溶融金属は、取鍋から小容器へと注がれてからロール間隙上方に位置した金属供給ノズルを介し流下し、ロール間のロール間隙へと向けられ、ロール間隙長さ方向に沿って延びロール間隙直上のロール鋳造表面に支持される溶融金属の鋳造溜めを形成することができる。通常この鋳造溜めを画成するのは、溢流しないよう鋳造溜めの二端を堰き止める、ロール端面に摺動係合保持された側板又は堰であるが、電磁バリヤ等の代替手段も提案されている。この種の双ロール鋳造機での鋼ストリップの鋳造は、例えば、アメリカ特許第５，１８４，６６８号、第５，２７７，２４３号及び第５，９３４，３５９号で記述されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
鋼ストリップは、ストリップを連続鋳造してから選択的に冷却して８５０℃と４００℃との間の温度範囲でオーステナイトをフェライトに変えることにより広範囲の微構造を、従って広範囲の降伏強さを有する所与の組成に造られる。変態範囲は８５０℃と４００℃との間の範囲内であり、その温度範囲全体ではないと解される。正確な変態温度範囲は、鋼組成の化学的性質及び処理特性で異なる。
【０００８】
具体的には、ケイ素／マンガンキルド又はアルミニウムキルドされた低炭素鋼を含む、低炭素鋼について行った作業から、０．０１℃／秒〜超１００℃／秒の範囲の冷却速度を選択してストリップを８５０℃と４００℃との間の温度範囲でオーステナイトからフェライトに変えることにより、２００ＭＰａ〜７００ＭＰａ又はそれ以上の範囲にわたる降伏強さを有する鋼ストリップを製造できることが判明している。これは著しい進歩である。何故なら、広範囲の特性を生み出すために化学的性質の変化が必要な従来のスラブ鋳造／熱間圧延方法とは異なり、単一の化学的性質で同じ成果を達成できることが判明したからである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従って、
（ａ）溶融低炭素鋼を、１００〜３００ミクロン幅のオーステナイト粗粒を有する板厚５ｍｍ以下のストリップに連続鋳造し、
（ｂ）ストリップを冷却することにより、少なくとも０．０１℃／秒の選択冷却速度において８５０℃と４００℃との間の温度でオーステナイト粒をフェライトに変え、少なくとも２００ＭＰａ〜超７００ＭＰａの降伏強さを有するストリップを提供する微構造を生み出す
という段階を含み、微構造が
（ｉ）大部分が多角形フェライト、
（ｉｉ）多角形フェライトと低温変態産物との混合物、及び
（ｉｉｉ）大部分が低温変態産物、
を含む群から選択される、鋼ストリップ製造方法が提供される。
【００１０】
「低温変態産物」という語は　ウイドマンステッテンフェライト、針状フェライト、ベイナイト及びマルテンサイトを含む。
【００１１】
その方法は、ストリップをランアウトテーブル上に通すことを含むことができ、段階（ｂ）が、ランアウトテーブル上のストリップの冷却を制御して８５０℃と４００℃との間の温度範囲でオーステナイトをフェライトに変える選択冷却速度を達成することを含む。
【００１２】
方法は、ストリップを冷却し８５０℃と４００℃との間の温度範囲でオーステナイト粒をフェライトに変える前に、鋳造ストリップをインライン熱間圧延するという追加の段階を含むことができる。このインライン熱間圧延段階によりストリップ板厚が最大１５％減らされる。
【００１３】
段階（ａ）で造られた鋳造ストリップは例えば２ｍｍ以下の板厚を有する。
【００１４】
段階（ａ）で造られた１００〜３００ミクロン幅のオーステナイト粗粒は鋳造ストリップの板厚に従った長さを有する。一般に、オーステナイト粗粒は最大でもストリップ板厚の半分よりわずかに小さい。例えば、板厚２ｍｍの鋳造ストリップでは、オーステナイト粗粒は最大でも長さ約７５０ミクロンである。
【００１５】
段階（ａ）で造られた鋳造ストリップは、コラム状（ｃｏｌｕｍｎａｒ）のオーステナイト粒を持つことができる。
【００１６】
段階（ｂ）の冷却速度の上限は、少なくとも１００℃／秒である。
【００１７】
「低炭素鋼」という語は以下の組成（重量％）の鋼を意味すると解される。
炭素　　　　　　　　０．０２〜０．０８
ケイ素　　　　　　　０．５以下
マンガン　　　　　　１．０以下
残留／付随不純物　　１．０以下、及び
鉄　　　　　　　　　残余
【００１８】
「残留／付随不純物」という語は、銅、錫、亜鉛、ニッケル、クロム、モリブデン等、これらの成分を特に添加した結果としてではなく、標準の鋼製造の結果として比較的少量存在し得るレベルの成分を包含している。例えば、斯かる成分は低炭素鋼の製造にスクラップ鋼を使用した結果として存在し得る。
【００１９】
低炭素鋼はケイ素／マンガンキルドしてよく、以下の重量組成を有することができる。
炭素　　　　　　０．０２〜０．０８％
マンガン　　　　０．３０〜０．８０％
ケイ素　　　　　０．１０〜０．４０％
硫黄　　　　　　０．００２〜０．０５％
アルミニウム　　０．０１％以下
【００２０】
低炭素鋼はカルシウム処理・アルミニウムキルドしてよく、以下の重量組成を有することができる。
炭素　　　　　　０．０２〜０．０８％
マンガン　　　　０．４０％最大
ケイ素　　　　　０．０５％最大
硫黄　　　　　　０．００２〜０．０５％
アルミニウム　　０．０５％最大
【００２１】
アルミニウムキルド鋼はカルシウム処理してよい。
【００２２】
アルミニウムキルド鋼の降伏強さはケイ素／マンガンキルド鋼のそれよりも一般に２０〜５０ＭＰａ低い。
【００２３】
例として、段階（ｂ）の冷却速度は１℃／秒以下で、大部分が多角形フェライトであって２５０ＭＰａ以下の降伏強さを有する微構造を生み出す。
【００２４】
例として、段階（ｂ）の冷却速度は１〜１５℃／秒の範囲で、多角形フェライトとウイドマンステッテンフェライトと針状フェライトとの混合物であって２５０〜３００ＭＰａの範囲の降伏強さを有する微構造を生み出す。
【００２５】
例として、段階（ｂ）の冷却速度は１５〜１００℃／秒の範囲で、多角形フェライトとベイナイトとマルテンサイトとの混合物であって３００〜４５０ＭＰａの範囲の降伏強さを有する微構造を生み出す。
【００２６】
例として、段階（ｂ）の冷却速度は少なくとも１００℃／秒で、多角形フェライトとベイナイトとマルテンサイトの混合物であって少なくとも４５０ＭＰａの降伏強さを有する微構造を生み出す。
【００２７】
連続鋳造機は双ロール鋳造機であってよい。
【００２８】
上記した方法により所望の微構造及び降伏強さを有する低炭素鋼が製造・提供される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明を更に充分に説明できるように、添付図面を参照して実施の形態を記述する。
【００３０】
記述する実施の形態についての以下の記述は、双ロール鋳造機を用いた鋼ストリップの連続鋳造に関したものである。本発明は双ロール鋳造機の使用に限定されるものではなく、他の型の連続ストリップ鋳造機にも及ぶものである。
【００３１】
図１は、本発明に従って鋼ストリップを製造できる製造ラインの一連の部分を示している。図１及び２に全般に１１で示される双ロール鋳造機が製造する鋳造鋼ストリップ１２は、ガイドテーブル１３を経てピンチロール１４Ａで構成されるピンチロールスタンド１４に至る移行路１０を通る。ピンチロールスタンド１４を出た直後、ストリップは一対の圧下ロール１６Ａとバックアップロール１６Ｂとで構成される熱間圧延機１６に入り、それにより熱間圧延されて板厚を減らす。圧延されたストリップはランアウトテーブル１７上に至り、水ジェット１８（又は他の適宜手段）を介して供給される水との接触による対流で、そして輻射で冷却されることができる。次いで、圧延されたストリップは一対のピンチロール２０Ａで構成されるピンチロールスタンド２０を通ってからコイラ１９に至る。ストリップの最終冷却は（必要なら）コイラ上で行われる。
【００３２】
図２に示すように、双ロール鋳造機１１を構成する主機械フレーム２１が、鋳造表面２２Ａを有する一対の平行鋳造ロール２２を支持する。鋳造作業中、溶融金属が取鍋（図示せず）からタンディッシュ２３に、耐火シュラウド２４を介し分配器２５に、そして金属供給ノズル２６を介し鋳造ロール２２間のロール間隙２７に供給される。このようにしてロール間隙２７に送給された溶融金属がロール間隙上方に溜め３０を形成し、この溜めをロール端で画成するのが一対の側部閉止堰又は板２８であり、それらは、側板ホルダに接続された流体圧シリンダからなる一対のスラスタ（図示せず）によりロール端にあてがわれる。溜め３０の上面（一般に「メニスカス」レベルと呼ばれる）を供給ノズル下端よりも上方に上げることにより供給ノズル下端をこの溜め内に浸漬させてもよい。
【００３３】
鋳造ロール２２は水冷されるので、動いているロール表面に殻が凝固し、ロール間のロール間隙２７で互いに合わせられ、ロール間のロール間隙から下方に送給される凝固ストリップ１２を生み出す。
【００３４】
双ロール鋳造機は、アメリカ特許第５，１８４，６６８号及び第５，２７７，２４３号又はアメリカ特許第５，４８８，９８８号に幾分詳細に図示され開示された種類のものであってよく、本発明の一部を構成しない適宜の構造的細部に関してはこれらの特許を参照することができる。
【００３５】
上記した双ロール鋳造機は、１００〜３００ミクロン幅のコラム状オーステナイト粒の微構造を持つ板厚２ｍｍ以下のストリップ１２を連続鋳造する。
【００３６】
記述した方法の図示した実施の形態によれば、８５０℃と４００℃との間の温度範囲でオーステナイト粒をフェライトに変える鋳造ストリップ冷却速度を選択することで、鋳造ストリップの特定の降伏強さを提供するのに必要なフェライト微構造へのオーステナイトの変態を制御する。
【００３７】
図示した実施の形態によれば、冷却速度は少なくとも０．０１℃／秒であり、１００℃／秒を超えることができ、オーステナイト変態が完了するまでオーステナイト粒をフェライトに変えるよう選択される。
【００３８】
低炭素鋼の場合、斯かる範囲の微構造が２００ＭＰａ〜超７００ＭＰａの範囲の降伏強さを生み出すことができる。
【００３９】
低炭素鋼のための斯かる冷却速度で、以下を含む微構造を有する鋳造ストリップを製造することが可能である
（ｉ）大部分が多角形フェライト、
（ｉｉ）多角形フェライトと、ウイドマンステッテンフェライト、針状フェライト、ベイナイト等の低温変態産物との混合物、及び
（ｉｉｉ）大部分が低温変態物。
【００４０】
低炭素鋼の場合、斯かる範囲の微構造が２００ＭＰａ〜超７００ＭＰａの範囲の降伏強さを生み出すことができる。
【００４１】
本開示は、ケイ素／マンガンキルド低炭素鋼について行われた実験的作業に一部基づいている。
【００４２】
以下に示した表は、８５０℃と４００℃との間の温度範囲でストリップをオーステナイトからフェライトに変える冷却速度が、ケイ素／マンガンキルド低炭素鋼ストリップの微構造及びその結果としての降伏強さに与える影響を要約している。ストリップは上記したタイプの双ロール鋳造機で鋳造された。
【００４３】
【表１】
Figure 2004508942
【００４４】
図３（ａ）〜３（ｄ）は、鋳造ストリップの最終微構造の顕微鏡写真である。
【００４５】
表と顕微鏡写真から、冷却速度の選択及び制御が単一の化学的性質の鋳造ストリップの微構造及び降伏強さに重大な影響を与えたことが明らかである。上記したように、従来のスラブ鋳造／熱間圧延方法では、様々な降伏強さを達成するにはいろいろ異なる化学的性質が必要である。いろいろな化学的性質は従来、異なる量の合金を加えることにより達成され、そのことが鋼製造方法のかなりの費用追加となっている。
【００４６】
冷却速度を制御して８５０℃と４００℃との間の温度範囲でオーステナイト粒をフェライトに変えるのは、ストリップ鋳造設備のランアウトテーブル１７及び／又はコイラ１９上での冷却を制御することより達成される。
【００４７】
軟材料（降伏強さ＜３５０ＭＰａ）の製造では、オーステナイトからフェライトへの変態温度範囲を通じて冷却速度を比較的遅くすることが必要である。遅い冷却速度を達成するためには、コイラ１９上でオーステナイト変態を完了する必要がある。
【００４８】
硬材料（降伏強さ＞４００ＭＰａ）の製造では、８５０℃と４００℃との間の温度範囲でストリップをオーステナイトからフェライトに変えるのに速い冷却速度が必要である。速い冷却速度を達成するために、オーステナイト変態がランアウトテーブル上で完了される。
【００４９】
図３（ａ）〜３（ｄ）は鋳造ストリップの最終微構造を示す顕微鏡写真である。
【００５０】
いくつかの実施の形態に関して本発明を以上の図面及び記述において詳細に説明し記述してきたが、記述が例示的であって限定的性格のものでないこと、及び、本発明が開示した実施の形態に限定されるものではないことを理解すべきである。むしろ、本発明は本発明の範囲及び精神の範囲内にある全ての変更例、改変例及び同等の構成を包含するものである。本発明の追加的特徴は、現在認知される本発明を実行する最良の様式を例示している詳細な記述を考慮することにより当業者には明らかとなるであろう。上述したように、本発明に対しては本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの改変例をなすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
インライン熱間圧延機とコイラを組入れたストリップ鋳造設備を示す。
【図２】
双ロールストリップ鋳造機の細部を示す。
【図３】
（ａ）〜（ｄ）は、オーステナイトからフェライトへの変態温度範囲での、最終微構造に対する冷却速度の効果を示す、鋳造ストリップの顕微鏡写真である。

Claims (28)

  1. （ａ）溶融低炭素鋼を、１００〜３００ミクロン幅の粗粒であるオーステナイト粒を有する板厚５ｍｍ以下のストリップに連続鋳造し、
    （ｂ）ストリップを冷却することにより、８５０℃と４００℃との間の温度範囲において少なくとも０．０１℃／秒の選択冷却速度でオーステナイト粒をフェライトに変え、少なくとも２００ＭＰａの降伏強さを有するストリップを提供する微構造を生み出すことにより、鋳造ストリップに所望の降伏強さを提供する
    という段階を含む鋼ストリップ製造方法。
  2. 段階（ａ）で造られた鋳造ストリップが２ｍｍ以下の板厚を有する、請求項１の方法。
  3. 段階（ａ）で造られたオーステナイト粒がコラム状である、請求項１又は請求項２の方法。
  4. 段階（ｂ）の冷却速度が少なくとも１００℃／秒である、請求項１乃至３のいずれかの方法。
  5. 低炭素鋼がケイ素／マンガンキルドである、請求項１乃至４のいずれかの方法。
  6. ケイ素／マンガンキルド低炭素鋼が以下の重量組成を有する請求項１乃至５のいずれかの方法。
    炭素　　　　　０．０２〜０．０８％
    マンガン　　　０．０３〜０．８０％
    ケイ素　　　　０．１０〜０．４０％
    硫黄　　　　　０．００２〜０．０５％
    アルミニウム　０．０１％以下
  7. 低炭素鋼がアルミニウムキルドである、請求項１乃至４のいずれかの方法。
  8. アルミニウムキルド低炭素鋼が以下の重量組成を有する請求項７の方法。
    炭素　　　　　０．０２〜０．０８％
    マンガン　　　０．４０％最大
    ケイ素　　　　０．０５％最大
    硫黄　　　　　０．００２〜０．０５％
    アルミニウム　０．０５％最大
  9. 段階（ｂ）の冷却速度が１℃／秒以下であって２００〜２５０ＭＰａの範囲の降伏強さを有する微構造を生み出す、請求項１乃至８のいずれかの方法。
  10. 段階（ｂ）の冷却速度が１〜１５℃／秒の範囲であって２５０〜３００ＭＰａの範囲の降伏強さを有する微構造を生み出す、請求項１乃至８のいずれかの方法。
  11. 段階（ｂ）の冷却速度が１５〜１００℃／秒の範囲であって３００〜４５０ＭＰａの範囲の降伏強さを有する微構造を生み出す、請求項１乃至８のいずれかの方法。
  12. 段階（ｂ）の冷却速度が少なくとも１００℃／秒で、少なくとも４５０ＭＰａの降伏強さを有する微構造を生み出す、請求項１乃至８のいずれかの方法。
  13. ストリップをランアウトテーブル上に通すことを更に含み、段階（ｂ）が、ランアウトテーブル上のストリップの冷却を制御して８５０℃と４００℃の間の温度範囲でオーステナイト粒をフェライトに変える選択冷却速度を達成することを含む、請求項１乃至１２のいずれかの方法。
  14. 段階（ａ）で造られた鋳造ストリップをインライン熱間圧延してストリップ板厚を最大１５％減らす段階を更に含む、請求項１乃至１３のいずれかの方法。
  15. 連続鋳造が双ロール鋳造機で行われる、請求項１乃至１４のいずれかの方法。
  16. 降伏強さが２００ＭＰａ〜７００ＭＰａである請求項１の方法。
  17. （ａ）溶融低炭素鋼を、１００〜３００ミクロン幅の粗粒であるオーステナイト粒を有する板厚５ｍｍ以下のストリップに連続鋳造し、
    （ｂ）ストリップを冷却することにより、８５０℃と４００℃との間の温度範囲において少なくとも０．０１℃／秒の選択冷却速度でオーステナイト粒をフェライトに変え、２００ＭＰａと超７００ＭＰａとの間の降伏強さを有するストリップを提供する微構造を生み出すことにより、鋳造ストリップに所望の機械的特性を提供する
    という段階を含む方法で造られ、微構造が
    （ｉ）大部分が多角形フェライト、
    （ｉｉ）多角形フェライトと低温変態産物との混合物、及び
    （ｉｉｉ）大部分が低温変態産物、
    を含む群から選択される、低炭素鋼。
  18. 段階（ａ）で造られる鋳造ストリップが２ｍｍ以下の板厚を有する、請求項１７の低炭素鋼。
  19. 段階（ａ）で造られるオーステナイト粒がコラム状である、請求項１７又は請求項１８の低炭素鋼。
  20. 段階（ｂ）の冷却速度が少なくとも１００℃／秒である、請求項１７乃至１９のいずれかの低炭素鋼。
  21. 低炭素鋼がケイ素／マンガンキルドである、請求項１７乃至２０のいずれかの低炭素鋼。
  22. 低炭素鋼が以下の重量組成を有する請求項２１の低炭素鋼。
    炭素　　　　　０．０２〜０．０８％
    マンガン　　　０．３０〜０．８０％
    ケイ素　　　　０．１０〜０．４０％
    硫黄　　　　　０．００２〜０．０５％
    アルミニウム　０．０１％以下
  23. 低炭素鋼がアルミニウムキルドである、請求項１７乃至２０のいずれかの低炭素鋼。
  24. 低炭素鋼が以下の重量組成を有する請求項２３の低炭素鋼。
    炭素　　　　　０．０２〜０．０８％
    マンガン　　　０．４０％最大
    ケイ素　　　　０．０５％最大
    硫黄　　　　　０．００２〜０．０５％
    アルミニウム　０．０５％最大
  25. 大部分が多角形フェライトであって２００〜２５０ＭＰａの降伏強さを有する微構造を生み出すよう、段階（ｂ）の冷却速度が１℃／秒以下である、請求項１７乃至１９のいずれかの低炭素鋼。
  26. 多角形フェライトとウイドマンステッテンフェライトと針状フェライトとの混合物であって２５０〜３００ＭＰａの範囲の降伏強さを有する微構造を生み出すよう、段階（ｂ）の冷却速度が１〜１５℃／秒の範囲内である、請求項１７乃至１９のいずれかの低炭素鋼。
  27. 多角形フェライトとベイナイトとの混合物であって３００〜４５０ＭＰａの範囲の降伏強さを有する微構造を生み出すよう、段階（ｂ）の冷却速度が１５〜１００℃／秒の範囲内である、請求項１７乃至１９のいずれかの低炭素鋼。
  28. 多角形フェライトとベイナイトとマルテンサイトとの混合物であり、少なくとも４５０ＭＰａの降伏強さを有する微構造を生み出すよう、段階（ｂ）の冷却速度が少なくとも１００℃／秒である、請求項１７乃至１９のいずれかの低炭素鋼。
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