JP2007283325A - オーステナイト−フェライト変態を伴う鋼の連続鋳造用モールドパウダー - Google Patents

Abstract

【課題】 制約を伴う設備改造を行うことなく、オーステナイト−フェライト変態を伴う鋼の連続鋳造後の鋳片に割れの起点を減少しうる連続鋳造用モールドパウダーを提供することである。
【解決手段】 連続鋳造装置のモールド内のモールドパウダーからなる溶融スラグの化学組成の内の総Ｃａ量をＣａＯ量に換算した総ＣａＯ質量％とＳｉＯ₂質量％の比の塩基度である総ＣａＯ％／ＳｉＯ₂％の値が０．２５〜１．０で、上記化学組成の内のフッ素含有量が５質量％以下で、かつ、上記溶融スラグの１３００℃における粘度が１〜５Ｐａ・ｓであり、さらにガラス性評価指数のＮＷｉが１．３以下であるオーステナイト−フェライト変態を伴う鋼用の連続鋳造用モールドパウダー。
【選択図】 なし

Description

この発明は、オーステナイト−フェライト変態を伴う鋼の連続鋳造用モールドパウダーに関し、特にオーステナイト−フェライト変態を有する鋼の連続鋳造による鋳片ブルームの引抜き後の熱ブルームを、連続鋳造機の外に出して冷塊とする工程を経ることなく、加熱された状態でブルームクーラーに直接送給して冷却した後、加熱炉に装入して熱延鋼片を得る方法における連続鋳造用モールドパウダーに関するものである。

連続鋳造において使用するモールドパウダーは、モールド内のメニスカス部より流入した後、鋳片に付着する。従来の連続鋳造において使用するモールドパウダーは、結晶を析出するタイプのものであったので、鋳片がモールドから引き抜かれて、冷却水などで冷却されることによって鋳片に付着していたモールドパウダーの大部分は剥離してしまっていた。このため鋳片の保温効果は十分ではなく、後述する後工程のブルームクーラーでの鋳片冷却時に、冷却開始時点で鋳片表面温度が変態開始温度を下回ってしまったり、もしくはベイナイト組織一相とするためには高い水量密度が必要となり、設備に対する負荷が大きくなったりしてしまっていた。

このようなオーステナイト−フェライト変態を伴う鋼、例えばＪＩＳ規定のＳＣｒ４２０などは、連続鋳造後に鋳片に対して加熱炉へ装入する前に注水などによる強制冷却処理を行なって鋳片表層部を組織変態点以下の温度に冷却し、鋳片表層の組織を一時的に変態を完了させることが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、連続鋳造したブルームなどの鋳片を冷却して、そのブルームの表面層近傍のマクロ組織を観察すると、合金鋼の化学組成や冷却時のオーステナイトの結晶粒の大きさによって異なるものの、その組織は比較的大きなフェライト粒界を伴うフェライト・パーライト組織から構成される。表面欠陥はこれらのフェライト粒界を起点として伝播拡大する事実はよく知られている。このように比較的大きなフェライト粒界を形成すると割れの起点となる問題がある。そこで、変態後の組織はベイナイト組織の一相にすることが理想である。しかし、変態後の組織をベイナイトとするためには、より高温から冷却を開始する必要がある。

そこで、変態後の組織をベイナイトとするために、鋳造速度を高め、従来の鋳片の冷却よりも前方位置で冷却を実施している（例えば、非特許文献１参照。）。しかし、この方法を実施するためには、設備を改造する必要があるので制約が大きい。

特開２００３−１８１６０８号公報 ＣＡＮＰ−ＩＳＩＪ、６（１９９３）、ｐ．１１８７、笹本博彦著「ブルーム連続鋳造片浸漬冷却法による表面きずのメカニズム」

本発明が解決しようとする課題は、制約を伴う設備改造を行うことなく、オーステナイト−フェライト変態を伴う鋼、例えばＪＩＳ規定のＳＣｒ４２０などの鋼、の連続鋳造後の鋳片を変態完了させてベイナイト組織として割れの起点となる比較的大きなフェライト粒界を減少しうる連続鋳造用モールドパウダーを提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、連続鋳造装置のモールド内のモールドパウダーからなる溶融スラグの化学組成の内の総Ｃａ量をＣａＯ量に換算した総ＣａＯ質量％とＳｉＯ₂質量％の比の塩基度である総ＣａＯ％／ＳｉＯ₂％の値が０．２５〜１．０で、上記化学組成の内のフッ素含有量が５質量％以下で、かつ、上記溶融スラグの１３００℃における粘度が１〜５Ｐａ・ｓであることを特徴とするオーステナイト−フェライト変態を伴う鋼用の連続鋳造用モールドパウダーである。

請求項２の発明では、連続鋳造装置のモールド内のモールドパウダーからなる溶融スラグは、そのガラス性を評価する指標としてＮＷｉで示すガラス性評価指数を次式で定義するとき、ＮＷｉが１．３以下であることを特徴とする請求項１の手段のオーステナイト−フェライト変態を伴う鋼の連続鋳造用モールドパウダーである。

本発明の手段は、ブルームクーラー（例えば、特開２００３−１８１６０８号公報に記載のブルームクーラー）の効果を一層に高めるための手段である。したがって、ブルームクーラーを適用する鋼種並びに工程に係る手段であり、ブルームクーラーを適用しない鋼種並びに工程の場合には、本発明の手段は関係がない。

本発明の手段における各構成要件の限定理由について説明する。

１）モールドパウダーのＣａＯ／ＳｉＯ₂で示す塩基度を０．２５〜１．０とする点について
本発明のＣａＯ／ＳｉＯ₂の値を０．２５〜１．０とする塩基度の範囲は、連続鋳造用モールドパウダーとしては、一般的に低塩基度の領域と認識される範囲のものである。

通常、連続鋳造におけるモールド内のメニスカスから流入したパウダーフィルムは、鋳片の初期凝固シェルの緩冷却化のために結晶を析出することが必要とされている。この結晶の析出性を高めるためには、モールドパウダーを高塩基度化することが効果的であるとされている。ここでいう高塩基度化とは、網目形成酸化物（ネットワークフォーマー）であるＳｉＯ₂よりも網目修飾酸化物（ネットワークモディファイヤー）であるＣａＯの割合を高めることである。効果的であるとされる理由は、モールドパウダーを高塩基度化すると、高められたＣａＯによってガラス性の網目構造が分断されることとなり、結晶が析出しやすくなることによる。

一方、連続鋳造におけるモールド内の鋳片表面を水飴状のガラス性融液によって被覆して鋳片表面の保温効果を高めるためには、モールドパウダーを結晶の析出しにくい低塩基度組成とすることが重要である。そこで、本発明では、ＣａＯ／ＳｉＯ₂で示す塩基度を０．２５〜１．０の範囲とするものである。

２）モールドパウダーのフッ素含有量を５質量％とする点について
モールドパウダー中のフッ素は、多いと網目構造を分断する傾向を有するので、モールドパウダー中のフッ素の含有量を５質量％以下とするものである。

３）モールドパウダーの粘度を１〜５Ｐａ・ｓとする理由について
モールドパウダーの粘度の１〜５Ｐａ・ｓの値は、連続鋳造用モールドパウダーとしては一般的には高粘度であると考えられている。モールドパウダーの粘度が低いと不均一に流入しやすくなる上に、鋳片表面から流れ落ちてしまって鋳片表面の被覆効果が得られにくい。そこで、本発明ではモールドパウダーの粘度は１〜５Ｐａ・ｓとする。

４）ガラス性評価指標のＮＷｉについて
モールドパウダーの融液中において、含有されるＳｉやＡｌが網目形成酸化物ネットワークフォーマ一として働き、ＳｉＯ₄、ＡｌＯ₄クラスターを形成してネットワークを形成する。一方、アルカリ金属およびアルカリ土類金属はネットワークモディファイヤーとして働き、ネットワークを分断する。ＳｉとＳｉ、もしくは、ＳｉとＡｌを結ぶのは必ず酸素であるので、−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉおよび−Ｓｉ−Ｏ−Ａｌ−となった酸素は架橋酸素（ＢＯ：Ｂｒｉｄｇｉｎｇ Ｏｘｙｇｅｎ）と呼ばれている。一方、−Ｓｉ−Ｏ−Ｎａのようになった酸素は、Ｎａで分断されているため、非架橋酸素（ＮＢＯ：Ｎｏｎ Ｂｒｉｄｇｉｎｇ Ｏｘｙｇｅｎ、以下「ＮＢＯ」という。）と呼ばれている．このことから、パウダー組成よりネットワークの形成具合、つまりガラス性を評価することが出来る。

例えば、アルカリ金属酸化物のＮａ₂Ｏの１分子でネットワークを２個所分断する（Ｎａ⁺が２個）。つまり、ＮＢＯを２個生成する。同じく、アルカリ土類金属酸化物のＣａＯの１分子でネットワークを２個所分断し（Ｃａ⁺⁺が１個）、ＮＢＯを２個生成する。また、ＡｌＯ₄はＡｌＯ₄ ^-のため、１価のプラスイオンによって電荷を保証する必要があり、ＡｌＯ₄クラスターが１個あれば、ネットワークを分断するプラスイオンを１個消費するため、ネットワークの分断つまりＮＢＯの生成が１個減少する。すなわち、ＮＷｉ式の分数で示す分子では、ネットワークの分断数、つまりＮＢＯの生成個数を算出している。

ＳｉおよびＡｌは共に４配位のクラスターを形成することから、周囲４個の酸素と結合している。ＮＷｉ式の下半分（分母に相当）は、ネットワークモディファイヤーの数で除することで、１個のネットワークモディファイヤー（Ｓｉ、Ａｌ）の周囲４個の酸素の内、ネットワークが分断されたＮＢＯの数が求まり、これよりネットワークの形成具合が評価できる。このため、ＮＷｉの最小値は０（ＳｉＯ₂のみの石英や水晶）となり、最大値は４（ネットワークが全く形成されていない）となる。

本発明の手段のモールドパウダーは、高粘度でガラス製の高い難結晶性のモールドパウダーであるので、オーステナイト−フェライト変態を有する鋼の連続鋳造におけるモールド内の鋳片を被覆して保温効果を付与することで鋳片温度を向上させることができ、この結果、連続鋳造後の鋳片の変態を完了させて粗大なフェライト粒径を形成することなくベイナイト組織化を促進することで、得られた圧延鋼片に生じる表面傷を減少させることができるなど、従来にない優れた効果を奏する。

本発明を実施するための最良の形態について以下に説明する。先ず、オーステナイト−フェライト変態を伴う鋼用の連続鋳造用のモールドパウダーを表１に示す化学組成として製造した。これらのモールドパウダーの塩基度、１３００℃の粘度、ガラス性評価指数であるＮＷｉについても、表１に示す。

なお、ガラス性を評価する指標としてＮＷｉで示すガラス性評価指数は次式で定義するものである。

ＮＷｉ＝｛（アルカリ金属酸化物の含有ｍｏｌ数）＋（アルカリ土類金属酸化物の含有ｍｏｌ数）−Ａｌ₂Ｏ₃の含有ｍｏｌ数｝×２／（ＳｉＯ₂の含有ｍｏｌ数＋Ａｌ₂Ｏ₃の含有ｍｏｌ数×２）

ここで、それぞれの酸化物の含有ｍｏｌ数は、質量％より含有質量を算出し、得られた含有質量をそれぞれの酸化物の式量で除した値である。

表１に示す発明例１〜６と比較例１〜３の組成のモールドパウダーを使用し、ＪＩＳで規定するＳＣｒ４２０鋼を溶製した後、これを鋳造速度０．５０ｍ／ｍｉｎで連続鋳造してブルームとした。この場合、連続鋳造機から引き抜いた各鋳片は、そのままブルームクーラーに装入して冷却した後、加熱炉で熱間圧延温度に加熱して熱間圧延した。

表１に示すように、発明例１のモールドパウダー中のＦ含有量は３．５％、塩基度は０．６１、粘度は３．５Ｐａ・ｓ、ＮＷｉは０．８３で、いずれも本発明の請求項の範囲のものであった。このモールドパウダーを使用した結果、連続鋳造機から引き抜かれた鋳片では、ブルームクーラー到達時のブルーム幅方向中央部の表面温度は、発明例１のモールドパウダーを使用したことで比較例１のモールドパウダーを用いた場合より３０℃高かった。このブルームをブルームクーラーで表面温度がＡｒ₃変態点よりも高温の温度から冷却し、さらに熱延温度に加熱して、熱間圧延した。この結果、表１に示すように、圧延して得られた鋼片に表面疵の発生はなく、圧延して得られた鋼片の疵成績は◎で優れていた。

その他の表１に示す本発明例２〜６のモールドパウダーはいずれもその指標は本発明の範囲を満足するものであり、その結果、圧延して得られた鋼片の疵成績は発明例３が◎で優れ、他の発明例も○で良好であった。

これに反し、比較例１の組成のモールドパウダーでは、そのＦ含有量は７．２％、塩基度は０．７６、粘度は０．２４Ｐａ・ｓ、ＮＷｉは１．８８と、塩基度を除いてその他の指標は本発明の範囲外であり、この比較例１のモールドパウダーを使用した連続鋳造片はブルームクーラーに到達した時点で、上記のとおり発明例１の鋳片よりも３０℃低い温度であった。この鋳片を、上記発明例１と同様に、ブルームクーラーで冷却した後、加熱炉で熱間圧延温度に加熱して熱間圧延した。この結果、表１に示すように、圧延して得られた鋼片には表面疵の発生があり、圧延して得られた鋼片の疵成績は××であった。

その他の表１に示す比較例２〜３のモールドパウダーは、Ｆ含有量が比較例３は本発明を満足するが、比較例２は満足せず、塩基度は共に本発明を満足するもののその他の粘度、ＮＷｉは共に本発明を満足せず、その結果、圧延して得られた鋼片の疵成績は比較例２が△であるが、比較例３が×で満足できないものであった。

Claims (2)

1. 連続鋳造装置のモールド内のモールドパウダーからなる溶融スラグの化学組成の内の総Ｃａ量をＣａＯ量に換算した総ＣａＯ質量％とＳｉＯ₂質量％の比の塩基度である総ＣａＯ％／ＳｉＯ₂％の値が０．２５〜１．０で、上記化学組成の内のフッ素含有量が５質量％以下で、かつ、上記溶融スラグの１３００℃における粘度が１〜５Ｐａ・ｓであることを特徴とするオーステナイト−フェライト変態を伴う鋼の連続鋳造に用いる連続鋳造用モールドパウダー。
2. 連続鋳造装置のモールド内のモールドパウダーからなる溶融スラグは、そのガラス性を評価する指標としてＮＷｉで示すガラス性評価指数を次式で定義するとき、ＮＷｉが１．３以下であることを特徴とする請求項１に記載のオーステナイト−フェライト変態を伴う鋼の連続鋳造に用いる連続鋳造用モールドパウダー。
   ＮＷｉ＝｛（アルカリ金属酸化物の含有ｍｏｌ数）＋（アルカリ土類金属酸化物の含有ｍｏｌ数）−Ａｌ₂Ｏ₃の含有ｍｏｌ数｝×２／（ＳｉＯ₂の含有ｍｏｌ数＋Ａｌ₂Ｏ₃の含有ｍｏｌ数×２）
   ここで、それぞれの酸化物の含有ｍｏｌ数は、質量％より含有質量を算出し、得られた含有質量をそれぞれの酸化物の式量で除することで得られる。