JP2005305517A

JP2005305517A - 連続鋳造方法および連続鋳造鋳片

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Publication number: JP2005305517A
Application number: JP2004127235A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yamanaka; 章裕山中; Yoshihisa Shirai; 善久白井; Seiji Kumakura; 誠治熊倉
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2024-04-22
Also published as: JP4289205B2

Abstract

【課題】耐ＨＩＣ性能に優れた鋼板製造用の、マクロ偏析およびセミマクロ偏析が著しく低減されたスラブ鋳片の連続鋳造方法および連続鋳造鋳片を提供する。
【解決手段】(1)炭素含有率が0.1％未満の低炭素鋼の未凝固部分を電磁力により攪拌するとともに、電磁攪拌位置の下流側の未凝固部を含む鋳片を圧下ロール対を用いて圧下する連続鋳造方法であって、最上流側の圧下ロール対の3〜7m上流に電磁攪拌装置を配置し、等軸晶を増殖させずに等軸晶率が6％以下となるように未凝固溶鋼を電磁攪拌するとともに、圧下ロール対を用いて、未凝固部を含む鋳片の未凝固部厚さの40％以上を圧下する低炭素鋼の連続鋳造方法。(2)前記(1)に記載の連続鋳造方法により鋳造された、板厚方向の中心部20％以内の領域において粒状または線状のセミマクロ偏析またはマクロ偏析の合計面積率が5％以下である耐水素誘起割れ性能に優れた鋼板製造用の連続鋳造鋳片。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼スラブの連続鋳造方法およびその連続鋳造方法により鋳造される耐水素誘起割れ性能に優れた鋼板製造用のスラブ鋳片に関する。

鋼の連続鋳造鋳片において、鋳片厚さ方向の中心部にＣ、Ｓ、Ｐ、Ｍｎといった不純物
成分や合金成分の濃縮した偏析帯である中心偏析または等軸晶間に存在する粒状の偏析は、厚板製品における機械特性低下の原因となる重大な鋳造欠陥の一つである。特に、硫化水素を含む原油や天然ガスなどの輸送に使用されるラインパイプなどでは、このような偏析が残っていると水素集積のサイトとなり、しばしば水素誘起割れ（以降、「ＨＩＣ」とも称する）の起点となる。

これらの欠陥は、鋳造末期の未凝固相における残溶鋼が凝固するときに収縮して負圧状態となり、デンドライト樹間に微細に濃化したミクロ偏析をともなう溶鋼が吸い出されてデンドライト樹間から流出し、局所的に凝固組織が凝着した閉空間内に集積して凝固することによりマクロ的な偏析となるものである。

従来より、鋳片の凝固組織の制御や凝固末期に鋳片の表面から厚さ方向に機械的な圧下を与えることにより、これらのマクロ偏析による欠陥を低減しようとする方法が開示されている。例えば、特許文献１においては、鋳片の軸心部を含む２０％以上の領域の鋳造組織を、電磁攪拌によって等軸晶化し、Ｖ偏析開始位置から凝固完了位置までの範囲において圧下する方法が開示されている。凝固組織を等軸晶化する理由は、凝固組織をできる限り球状に近い形態に制御することにより、結晶が互いに凝着合体するのを抑制し、溶鋼の流動性を高くするためである。また、圧下を加える理由は、鋳片内部の凝固収縮に対して、外部より圧下を加えることで、上述したマクロ偏析の根本的な原因を除去しようというものである。鋳片内部の凝固収縮を補償する程度の圧下を加える鋳片の未凝固圧下法は、「軽圧下法」と称され、連続鋳造分野において広く適用されている。この軽圧下法において圧下量を増大させると、凝固界面における凝固シェルの引張歪が増大し、鋳片の内部割れが発生する。

従来の軽圧下方法によっても、マクロ偏析欠陥の低減に対しては、少なからぬ効果が得られたが、昨今のますます高度化する製品品質への要求を考慮すると、従来の軽圧下方法では不十分と言わざるを得ない。すなわち、軽圧下法は、凝固収縮量に等しい圧下量を加えることにより負圧の発生を防止しようとする技術的思想に基づいているが、実際の連続鋳造においては、凝固シェルの成長は必ずしも鋳片の幅方向で均一でなく、また、浮遊等軸晶の分布も均一ではないため、これらは、鋳片を圧下したときに鋳片に変形抵抗の不均一を発生させる原因となる。それにもかかわらず、鋳片の外表面から幅方向に一律に圧下する方法では、凝固収縮に対する鋳片幅方向の均一な圧下補償が与えられず、マクロ偏析の低減も幅方向に不均一とならざるを得ない。また、連続鋳造機の長手方向の位置によって、凝固シェルの成長の程度および収縮量が相違し、これらに完全に適合できる圧下テーパを設けることは、事実上不可能である。

近年、ますます過酷なサワー環境に耐えられる高強度および高靱性を有する高性能の耐ＨＩＣ鋼板の製造が要求されつつある。このような材料の製造に当たっては、連続鋳造スラブの鋳造段階において、中心偏析やＶ字状偏析などのマクロ偏析、および等軸晶間に存在する粒状偏析などのセミマクロ偏析のさらなる低減が必要であり、上述した方法では、マクロ偏析やセミマクロ偏析の十分な低減は望めない。

一方、本発明者は、特許文献２に未凝固部が存在する鋳片を鋳片厚さの５〜２５％をバルジングさせた後、等軸晶の生成開始前に、バルジング相当量の厚さを一対のロールにより圧下する連続鋳造方法、それにより得られる鋳片、および前記の鋳片を熱間圧延することによる厚鋼板の製造法について提案した。この方法により鋳片を未凝固圧下した場合に、凝固界面が圧着されると、鋳片の中心部から、偏析しやすい溶質成分の濃化した溶鋼（以下、「濃化溶鋼」という）が排出されて凝固し、中心部は負偏析を形成する。中心部から排出された濃化溶鋼が上流側に均質に流動または拡散する場合には特に問題は起きないが、濃化溶鋼が一部の領域で滞留して、圧下ロールよりも下流側に持ち越され、鋳片での新たな偏析の原因となる場合がある。たとえ、このようなわずかな偏析であっても、上述したような高性能を要求される耐ＨＩＣ鋼板の素材となる連続鋳造スラブにおいては、許容し難いものとなる。

特公昭６４−４８６８号公報（特許請求の範囲および第４欄３９行〜第５欄９行）

特開２０００−９４１０１号公報（特許請求の範囲および段落［００１３］〜［００１５］）

前述のとおり、従来の鋳片の偏析防止技術には、下記の問題が残されていた。すなわち、(a)軽圧下法において圧下量を増大させると、内部割れが発生する。(b)鋳片幅方向に一律な圧下では、マクロ偏析の低減は幅方向に不均一となり、また、長手方向の凝固シェルの成長度の相違に適合する圧下テーパを設けることも不可能である。(c)バルジングさせた後に圧下する方法においても、圧下ロールよりも下流側に濃化溶鋼が持ち越されて偏析の原因となる場合がある。

本発明は、上記の問題を同時に解決するためになされたものであり、その課題は、耐ＨＩＣ性能に優れた鋼板製造用の、マクロ偏析およびセミマクロ偏析が著しく低減されたスラブ鋳片の連続鋳造方法および連続鋳造鋳片を提供することにある。

本発明者らは、上記の課題を解決するために、鋳片の性状およびその鋳片から得られた鋼板の特性を調査するとともに、圧下ロール上流の適正な電磁攪拌位置および圧下量について研究し、下記の（ａ）〜（ｆ）の知見を得て、本発明を完成させた。

（ａ）未凝固圧下により排出された濃化溶鋼は、電磁撹拌装置によってメタルプールを撹拌することにより十分に流動し拡散するが、電磁攪拌位置には、圧下ロールとの位置関係から定まる適正な範囲が存在する。

（ｂ）Ｃ含有率が０．１質量％未満の鋼では、電磁攪拌の適用により、若干の等軸晶が生成する場合があるが、セミマクロ偏析を残さないためには、このような等軸晶を大幅に増加させないことが必要である。

（ｃ）未凝固圧下により中心偏析の生成を防止できても、セミマクロ偏析である等軸晶間の粒状偏析が残存する場合には、その鋳片を素材とした鋼板の耐ＨＩＣ性能は著しく劣化する。

（ｄ）等軸晶の生成を極力抑制し、しかも未凝固圧下により排出された濃化溶鋼を撹拌することにより得られた鋳片を素材とした鋼板の耐ＨＩＣ性能は極めて高い。

（ｅ）Ｃ含有率が０．１質量％未満の鋼の場合、上記の適正な条件を満たす電磁攪拌位置は圧下ロールの上流３〜７ｍの範囲であり、等軸晶率を６％以下とすることが必要であって、圧下量の範囲は未凝固部厚さの４０％以上である。

（ｆ）上記（ａ）〜（ｅ）のようにして得られた鋳片を素材とすることにより、板厚方向の中心部２０％以内の領域において粒状または線状のセミマクロ偏析またはマクロ偏析の合計面積率が５％以下である耐水素誘起割れ性能に優れた鋼板を製造できる。

本発明は、上記の知見に基いて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）に示す連続鋳造方法および（２）に示す連続鋳造鋳片にある。

（１）炭素含有率が０．１質量％未満の低炭素鋼を連続鋳造する際に、未凝固溶鋼を電磁力により攪拌するとともに、その電磁攪拌する位置の下流側の未凝固部を含む鋳片を圧下ロール対を用いて圧下する連続鋳造方法であって、最上流側の圧下ロール対の３〜７ｍ上流の位置に電磁攪拌装置を配置し、等軸晶を増殖させずに等軸晶率が６％以下となるように未凝固溶鋼に電磁力を印加するとともに、圧下ロール対を用いて、未凝固部を含む鋳片の未凝固部厚さの４０％以上を圧下することを特徴とする低炭素鋼の連続鋳造方法。

（２）前記（１）に記載の連続鋳造方法により鋳造された、板厚方向の中心部２０％以内の領域において粒状または線状のセミマクロ偏析またはマクロ偏析の合計面積率が５％以下である耐水素誘起割れ性能に優れた鋼板製造用の連続鋳造鋳片。

本発明において、「等軸晶を増殖させずに」とは、等軸晶の新たな生成を防止し、等軸晶の増加を抑制することを意味する。

「等軸晶率」とは、鋳片の横断面において、等軸晶が生成している領域が横断面に対して占める面積率をいう。

「未凝固部厚さ」とは、鋳片内における未凝固部（固相率が０．８未満）の領域の鋳片厚さ方向の寸法をいう。

「粒状または線状の偏析」とは、鋳片におけるセミマクロ偏析、またはマクロ偏析である中心偏析やＶ字状偏析をいう。

そして、「偏析の面積率」とは、酸腐食などの処理を行った後に観察された偏析の存在範囲が板厚方向の中心部２０％以内の領域に対して占める面積率をいう。

本発明の方法によれば、未凝固溶鋼の電磁攪拌位置を圧下ロールの３〜７ｍ上流とすることにより等軸晶の増加を抑制し、等軸晶率を６％以下とするとともに、未凝固溶鋼の４０％以上を圧下することにより、マクロ偏析およびセミマクロ偏析を著しく低減したスラブ鋳片を連続鋳造することができ、前記鋳片を素材とする耐ＨＩＣ性能に優れた鋼板の製造が可能となる。また、本発明の連続鋳造鋳片は、ラインパイプなどに用いられる耐ＨＩＣ性能に優れた鋼板の製造に最適である。

本発明は、炭素含有率が０．１質量％未満の低炭素鋼を連続鋳造する際に、未凝固溶鋼を電磁攪拌するとともに、その下流側の未凝固部を含む鋳片を圧下ロール対を用いて圧下する連続鋳造方法であって、圧下ロール対の３〜７ｍ上流に電磁攪拌装置を配置し、等軸晶率が６％以下となるように電磁攪拌するとともに、圧下ロール対を用いて、未凝固部厚さの４０％以上を圧下する低炭素鋼の連続鋳造方法、および連続鋳造鋳片である。本発明についてさらに詳細に説明する。

連続鋳造鋳片の凝固組織と炭素含有率との関係は、旧来から周知であり、その含有率が０．１質量％より小さい場合には、等軸晶率が著しく小さくなり、粒状偏析の発生を防止する観点から有利である。

前述したとおり、鋳片を未凝固圧下した場合に、凝固界面が圧着されると、中心部から濃化溶鋼が排出された状態で中心部が凝固し、負偏析を形成する。一方、排出された濃化溶鋼は、上流側に押し出されるが、この濃化溶鋼の流速は極めて小さく、流れの形態としては層流状態である。このため、当初からメタルプール内に存在した溶鋼と均質に混合させるのは容易ではない。そこで、この濃化溶鋼を当初からメタルプールないに存在した溶鋼と均一に混合させるために、電磁撹拌装置を圧下ロール上流の適正な位置に設置し、攪拌を強化した。以下に、本発明を前記の範囲に限定した理由および好ましい範囲について説明する。

１）鋳片の未凝固部厚さの４０％以上を圧下：
未凝固圧下の条件は、鋳片の未凝固部厚さの４０％以上を圧下すること（以下、「圧下比率が４０％以上」ともいう）である。圧下比率が４０％未満では、圧下の効果が小さいために偏析成分の濃化した溶鋼が十分に排出されずに、圧下後の鋳片には偏析が残存する。そこで、圧下比率を未凝固部厚さの４０％以上とした。一方、圧下比率を上昇させるにつれて、鋳片からの反力などの機械的抵抗が増加することから、圧下比率は８０％以下とすることが好ましい。

本発明において、未凝固部厚さとは、前述のとおり、固相率が０．８の等固相率面の内部（鋳片の中心側）の鋳片厚さ方向の寸法をいう。しかしながら、未凝固部は完全に液体状態というわけではなく、固相と液相とが共存する状態にある。したがって、未凝固部厚さの４０％を圧下した時に、内部の液体（未凝固溶鋼）がほぼ排出された状態となる。

さらに圧下の効果を高めるためには、凝固のさらに進行したクレータエンド近傍で圧下を行うのが好ましい。未凝固厚さで表せば、８０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲において圧下を行うのが好ましい。未凝固厚さが２０ｍｍ未満では、すでに偏析部分も凝固し始めており、濃化溶鋼を十分に排出することは難しいからである。

２）最上流側の圧下ロール対の３〜７ｍ上流に電磁攪拌装置を配置：
排出された濃化溶鋼とメタルプール内溶鋼を混合するためには、十分な撹拌強度を与えることはもちろんであるが、メタルプール内に十分な量の液相が存在することも必要である。圧下ロール対の位置の直前の上流において電磁攪拌を実施しても、鋳片中心部から排出された濃化溶鋼がメタルプール内に充満していること、および、メタルプール内の液相量が少ないことから、ほとんど撹拌の効果は得られない。

圧下ロール対の位置よりも３ｍ以上上流で撹拌する場合には、十分な攪拌強度が得られるため、濃化溶鋼は、当初存在したメタルプール内の液相と混合され、十分に希釈される。一方、７ｍよりも上流で電磁撹拌を行った場合には、攪拌強度は大きいものの、等軸晶が増加して粒状偏析の原因となることが判明した。また、７ｍよりも上流で攪拌を行った場合は、圧下ロールのやや上流で滞留した濃化溶鋼が、鋳片の引き抜きにともなって圧下ロール位置まで移動する間に、一部で凝固し、圧下しても液相側に排出されない場合があることが判明した。

上述のとおり、圧下ロール位置から過度に上流で攪拌を行っても、また、過度に直前で攪拌を行っても、十分な攪拌効果は得られない。そこで、圧下ロール対の３〜７ｍ上流に電磁攪拌装置を配置し、攪拌を行うこととした。複数の圧下ロールが存在する場合には、最上流側の圧下ロール対から電磁攪拌装置までの長さが上記の範囲となるように電磁攪拌装置を配置すればよい。なお、電磁攪拌装置の好ましい配置位置は、圧下ロール対の４〜６ｍ上流である。

３）等軸晶率が６％以下となるように未凝固溶鋼に電磁力を印加：
本発明は、等軸晶を増殖させずに等軸晶率が６％以下となるように未凝固部に電磁攪拌を行うことにより粒状偏析の生成を抑制するものであり、新たな等軸晶の生成を抑制することを狙っている。粒状偏析の原因となる等軸晶の増加を極力抑える観点から、等軸晶率は６％以下とすることが必要である。

４）板厚方向の中心部２０％以内におけるセミマクロ偏析またはマクロ偏析の合計面積率が５％以下：
本発明の鋳片は、板厚方向の中心部２０％以内の領域において粒状または線状のセミマクロ偏析またはマクロ偏析の合計面積率が５％以下である耐水素誘起割れ性能に優れた鋼板製造用の連続鋳造鋳片である。

本発明において、粒状または線状の偏析とは、鋳片におけるセミマクロ偏析、またはマクロ偏析である中心偏析やＶ字状偏析をいう。また、その大きさ（幅または直径）は、鋳片段階では数ｍｍ〜数百μｍであり、鋼板においては数百μｍ〜数十μｍとなる。品質上問題となる成分は、主としてＭｎ、ＰおよびＳであるが、ＰおよびＳは、本来は不純物であり、鋼の溶製段階において極力低減することが可能である。しかし、Ｍｎは鋼板の強度調整を担う合金成分であり、重要な添加元素であることから、Ｍｎは鋳片および鋼板における実質的な偏析成分として最も重視すべき元素である。

上述のように、本発明の連続鋳造鋳片を素材として得られた鋼板は、板厚方向の中心部２０％以内の領域において、粒状または線状のセミマクロ偏析またはマクロ偏析の合計面積率が５％以下であるので、耐ＨＩＣ性能に極めて優れていることが判明した。一般に、マクロ偏析、セミマクロ偏析は連続鋳造スラブの厚さ方向の中心近傍に存在しており、鋼板厚さ方向の中心部２０％以内の領域において、上記のように粒状または線状のセミマクロ偏析またはマクロ偏析の合計面積率が５％以下となる場合には、板厚の全域にわたって偏析は少ないことから、本発明の鋳片は、板厚方向の中心部２０％以内の領域において、粒状または線状のセミマクロ偏析またはマクロ偏析の合計面積率が５％以下である鋼板製造用の連続鋳造鋳片であることをその要件とした。

本発明の連続鋳造方法の効果および連続鋳造鋳片の性能を確認するため、以下に述べる鋳造試験を行い、その結果を評価した。

（試験方法）
１）鋳造方法
図１は、本発明の連続鋳造方法を実施するための連続鋳造装置の例を模式的に示す図である。連続鋳造装置としては垂直曲げ型の連続鋳造機を用い、鋳片厚：２３５ｍｍ、鋳片幅：１８００ｍｍの鋳片を鋳造した。

対象とした鋼種は、鋼成分組成が質量％にて、Ｃ：０．０６〜０．０８％、Ｓｉ：０．１８〜０．２５％、Ｍｎ：１．５〜１．５５％、Ｐ：０．００７〜０．００９％、Ｓ：０．０００４〜０．０００６％、Ｔｉ：０．０１５〜０．０２％、Ｎｂ：０．０３〜０．０４％、Ｃａ：０．００２〜０．００２５％の耐ＨＩＣ鋼である。鋳造速度は０．９０〜１．０５ｍ／ｍｉｎの範囲で種々変更した。また、二次冷却比水量は１．５Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌとした。

浸漬ノズル１を経て鋳型３に注入された溶鋼４は、鋳型３、およびその下方の図示しない二次冷却スプレーノズル群から噴射されるスプレー水により冷却されて凝固シェル５を形成し、鋳片８となる。このとき、鋳片は、その内部に未凝固部１０を保持したまま、ガイドロール群６および未凝固圧下ロール対７を経てピンチロール群１１により引き抜かれる。圧下ロール対７は、メニスカス２より２１ｍの位置に配置し、圧下ロール対７の直径はは４５０ｍｍとし、圧下力はロール対当たり３．４３×１０⁶Ｎとした。なお、図１には、垂直曲げ型連続鋳造機を用いた場合の例を示したが、本発明の方法は、もちろん、その他の湾曲型連続鋳造機などにも適用できる。

図中の矢印Ｂ１−Ｂ２で示されるバルジング領域においては、ガイドロール群６は、その鋳片厚さ方向の間隔が鋳片引抜方向に段階的に増加するように配置されており、鋳片８の内部に未凝固部１０が存在する領域をバルジングさせ、その下流に位置する未凝固圧下ロール対７により前記バルジング量相当分を圧下する。バルジングル量の調整は、ガイドロール群６の鋳片厚さ方向の間隔を調整することにより調節することが可能である。

本発明の鋳造方法においては、必ずしも鋳片を上記のように一旦バルジングさせた後に圧下する必要はないが、スラブ全幅を圧下する場合においては、スラブ両端辺近傍において完全に凝固していることから、この領域も含めて圧下するためには大きな圧下力を必要とする。しかも、スラブ両端辺近傍の領域は必ずしも圧下する必要がない。そこで、本実施例では、一旦バルジングさせた鋳片に対してバルジング量相当分の圧下を加える方法を採用することにより、スラブの端辺部に未凝固圧下ロール７による大きな圧下力が加わることを避け、圧下力を未凝固部分に有効に作用させて、偏析の排出効果を高めた。したがって、圧下ロールの強度が大きく、圧下能力のある圧下装置を使用する場合には、バルジングさせない平坦な形状の鋳片を両端辺ともに含めて圧下する方法を採用しても良い。本鋳造試験においては、バルジングは、一律にメニスカス２から約９ｍの位置から開始し、バルジング量は２５ｍｍとした。

電磁撹拌には、移動磁場方式で、周波数が１．５Ｈｚ、電流が１０００Ａ、最大磁束密度が３５０ガウスの電磁攪拌装置を用いた。本電磁攪拌装置は、一方の短辺から他方の短辺に向かって溶鋼に流動の駆動力を与えることが可能であり、また、設定により駆動方向を正逆反転させることが可能である。本鋳造試験では、３０秒毎に流動の駆動方向を反転させた。また、電磁攪拌コイルの電流値を調整して最大磁束密度を変更することにより、溶鋼の撹拌強度を変更した。

鋳片圧下時の未凝固部厚さは、鋳造速度を変更することにより調整し、未凝固部厚さに対する圧下率の調整は、未凝固部厚さに応じて圧下量を調整することにより行った。なお、未凝固部厚さは、非定常伝熱解析などによって推定し、鋳造中の鋳片温度の測定および鋲打ち試験の結果によって、その推定精度を確認した。

電磁攪拌位置９は、ガイドロール群６を構成するロールセグメントの一つに設置されており、連続鋳造機内での上記セグメントの設置位置を変更することにより、配置位置を変更することが可能である。また、場合によっては、ロールセグメント内における電磁攪拌装置の設置位置を変更することにより、電磁攪拌装置の配置位置の調整を行った。なお、タンディッシュ内における溶鋼の過熱度（△Ｔ）は、４０℃〜５０℃の範囲でほぼ一定とした。

等軸晶は、溶鋼の攪拌流速が大きく、また、攪拌位置における未凝固部厚さが大きいほど生成しやすくなる。そこで、電磁攪拌装置のコイルに流す電流値（最大電流１０００Ａで最大磁束密度３５０ガウスを発生）および電磁攪拌位置における未凝固部厚さを調整することにより、等軸晶の生成量を制御した。

２）マクロ組織および偏析比の調査方法
図２は、鋳片のマクロ組織および成分偏析状況の調査用サンプルの採取方法を示す図である。各鋳造試験により得られた鋳片から長さ１ｍのサンプルを切り出し、鋳片長さ方向の両端部および中央部から３枚の横断面マクロ調査用の板サンプル１２を切り出して調査に供した。それぞれの板サンプル１２について、鋳片幅方向の端部からの凝固部約２５０ｍｍを除去し、それぞれの板サンプルにおいて等軸晶の占める面積率を調査し、その面積率の平均値を求めて等軸晶率とした。

また、各横断面の板サンプル１２から、ＥＰＭＡによるマッピング分析（以下、「ＭＡ分析」とも称する）用のサンプル１３を、鋳片の幅方向中央部（同図中において「Ｃ」にて示す）、幅方向の１／４の位置（同図において「１／４Ｗ」にて示す）および幅方向の３／４Ｗの位置（同図において「３／４Ｗ」にて示す）の３箇所から切り出し、合計９個のＭＡ分析用のサンプル１３について、ＭＡ分析を実施した。各々のＭＡ分析は、鋳片の厚さ中心部の厚さ方向１０ｍｍ×幅方向４０ｍｍの範囲について、ビーム径を５０μｍとして実施し、Ｍｎの平均含有率を求めた。このＭｎの平均含有率を溶鋼鋳込み時のＭｎの平均含有率で除してＭｎ偏析比を求め、さらに、このようにして求められた９個のサンプルについてのＭｎ偏析比を算術平均して偏析比の代表値とした。

３）鋼板の耐ＨＩＣ性能試験および中心部の偏析調査方法
長さ８ｍの鋳片を採取し、加熱炉にて１１５０℃の加熱した後、約８００℃から圧延を開始し、約５００℃にて圧延を完了する一般的な圧延条件により、厚さ２０ｍｍ、幅１１０ｍｍの鋼板に圧延した。得られた各鋼板の長手方向を４等分した各板の両端とその中央側の３箇所の位置から、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ２０ｍｍの全板厚試験片を採取し、ＮＡＣＥＴ０２８４に規定されたＨＩＣ試験法に準拠して、５質量％ＮａＣｌ＋０．５質量％ＣＨ₃ＣＯＯＨ＋１気圧Ｈ₂Ｓ飽和で温度２５℃のＮＡＣＥＴＭ０１７７溶液中に９６時間浸漬した。浸漬後の試験片に発生したＨＩＣによる割れの面積を超音波によるＣスキャンにより測定し、試験片の全面積に占めるＨＩＣによる割れの面積率（以下、「ＣＡＲ」ともいう）を求めた。

また、上記のそれぞれの板の断面サンプルを用いて、鋼板厚さ方向の組織をピクリン酸溶液により腐食し、板厚方向の中心部２０％以内におけるマクロ偏析、セミマクロ偏析の有無を調査した。なお、偏析の有無の確認は、５〜１０倍の低倍率のルーペ、またはＣＣＤカメラを使用したモニターにより行った。

（試験結果）
表１に試験条件および試験結果をまとめて示した。

同表において、「鋼板厚さ中心部２０％以内の偏析有無」の欄に記載された数値は、鋼板の厚さ中心部２０％以内の領域において生成した偏析の存在範囲が厚さ中心部２０％以内の領域に占める面積率を示す。

試験番号１〜８は、本発明の連続鋳造方法で規定する条件を全て満足する本発明例についての試験であり、また、試験番号９〜１８は、本発明の鋳造方法で規定する条件の少なくとも１つを満たさない比較例についての試験である。

本発明例である試験番号１〜８は、鋳片の等軸晶率が６％以下と低く、また、Ｍｎ偏析比の値も低減されており、鋳片の性状は極めて良好であった。これらを素材として圧延された鋼板の厚さ中心部２０％以内の領域におけるセミマクロ偏析またはマクロ偏析は、殆どの試験において皆無であり、偏析が存在した僅かの試験においても偏析の面積率は３％以下であって、極めて良好は品質の鋼板が得られた。さらに、鋼板の耐ＨＩＣ性能を示すＣＡＲの値も０％ないしは極めて低い数値であり、耐ＨＩＣ性の評価基準であるＣＡＲ値が３％を超える試験結果は皆無である。上記のとおり、本発明の連続鋳造方法によれば、偏析の極めて低減された良好な性状の鋳片が得られ、それを素材として圧延された鋼板の耐ＨＩＣ性能は極めて優れていることが確認された。

これに対して、試験番号９〜１１は、それぞれ、試験番号１、２および４の条件において未凝固圧下量のみを減少させ、圧下比率を低下させた試験である。偏析成分の濃化した溶鋼の圧搾（搾り出し）が不十分であることから、鋳片のＭｎ偏析比の値は高く、その結果、鋼板の厚さ中心部２０％以内における偏析部の面積率が２０％を超える部分が多発し、その部分においてＣＡＲ値も特に高い値を示し、試験番号９〜１１全体としても耐ＨＩＣ性能は不良となった。

試験番号１２〜１５は、電磁攪拌の位置のみを、本発明で規定する範囲から外れた下流側または上流側に変更した試験である。電磁攪拌位置を未凝固圧下ロールよりも２ｍ上流の位置とした試験番号１２および１４では、攪拌の効果が小さいことから、得られた鋳片のＭｎ偏析比の値は高く、鋼板の全てのサンプル採取位置において、鋼板の厚さ中心部２０％以内における偏析存在範囲の面積率が２０％を超えている。その結果、ＣＡＲ値も全てのサンプル採取位置において高い値を示し、特に端部では極めて高く、耐ＨＩＣ性能が極めて劣った結果となった。

電磁攪拌位置を未凝固圧下ロールよりも８ｍ上流の位置とした試験番号１３および１５では、鋳片の等軸晶率が高なっており、また、Ｍｎ偏析比の値も高い。Ｍｎ偏析比の値が高くなったのは、等軸晶率が高くなったことにより等軸晶間の粒状偏析が増加したこと、および攪拌位置が未凝固圧下ロールから遠く離れたことにより、一部で滞留した濃化溶鋼が未凝固圧下ロールの位置に達した段階で、すでに凝固していたことによると推察される。この場合も、鋼板の厚さ中心部２０％以内における偏析の面積率は２０％を超えており、その結果、ＣＡＲ値も高い値となって、耐ＨＩＣ性能が劣った結果となった。

試験番号１６〜１８は、電磁攪拌の電流値のみを８００〜９００Ａに増加して攪拌強度を増大させた試験である。その結果、鋳片のＭｎ偏析比の値が著しくは上昇（悪化）しなかったものの、等軸晶率は大幅に増大し、これらを素材とした鋼板の厚さ中心部２０％以内の領域における偏析の面積率は高くなり、それにともなって鋼板のＣＡＲ値も高い値となって、耐ＨＩＣ性能は劣った結果となった。

本発明の連続鋳造方法によれば、未凝固溶鋼の電磁攪拌位置を圧下ロールの３〜７ｍ上流とすることにより等軸晶の増加を抑制するとともに、未凝固溶鋼の４０％以上を圧下することにより、マクロ偏析およびセミマクロ偏析を著しく低減したスラブ鋳片を鋳造することができ、前記鋳片を素材とする耐ＨＩＣ性能に優れた鋼板の製造が可能となる。また、本発明の連続鋳造鋳片は、ラインパイプなどに用いられる耐ＨＩＣ性能に優れた鋼板の製造に最適である。よって、本発明の連続鋳造方法および鋳片は、高性能の耐ＨＩＣ性を要求される鋼板製造技術に対して広範に寄与できる。

本発明の連続鋳造方法を実施するための連続鋳造装置の例を模式的に示す図である。鋳片のマクロ組織および成分偏析状況の調査用サンプルの採取方法を示す図である。

符号の説明

１：浸漬ノズル
２：メニスカス
３：鋳型
４：溶鋼
５：凝固シェル
６：ガイドロール
７：未凝固圧下ロール対
８：スラブ鋳片
９：電磁攪拌装置
１０：未凝固部
１１：ピンチロール
１２：横断面マクロ調査用の板サンプル
１３：マッピング分析（ＭＡ）用サンプル

Claims

炭素含有率が０．１質量％未満の低炭素鋼を連続鋳造する際に、未凝固溶鋼を電磁力により攪拌するとともに、その電磁攪拌する位置の下流側の未凝固部を含む鋳片を圧下ロール対を用いて圧下する連続鋳造方法であって、最上流側の圧下ロール対の３〜７ｍ上流の位置に電磁攪拌装置を配置し、等軸晶を増殖させずに等軸晶率が６％以下となるように未凝固溶鋼に電磁力を印加するとともに、圧下ロール対を用いて、未凝固部を含む鋳片の未凝固部厚さの４０％以上を圧下することを特徴とする低炭素鋼の連続鋳造方法。
請求項１に記載の連続鋳造方法により鋳造された、板厚方向の中心部２０％以内の領域において粒状または線状のセミマクロ偏析またはマクロ偏析の合計面積率が５％以下である耐水素誘起割れ性能に優れた鋼板製造用の連続鋳造鋳片。