JP2011068949A

JP2011068949A - 高靭性鋼板

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Publication number: JP2011068949A
Application number: JP2009220495A
Authority: JP
Inventors: Takashi Morohoshi; 隆諸星; Hajime Hasegawa; 一長谷川; Hideaki Yamamura; 英明山村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: JP5428705B2

Abstract

【課題】靭性を向上し、連続鋳造浸漬ノズル耐火物の溶損及びノズル詰まりの発生を防止することのできる、高靭性鋼板を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０８〜０．２２％、Ｓ：０．００４５％以下、Ｃａ：０．０００５〜０．００３０％、ＲＥＭ：０．００１０〜０．００６０％を含有し、かつ、下記（１）式、（２）式を満足することを特徴とする高靭性鋼板である。
０．３≦｛（％Ｃａ/40）＋（％ＲＥＭ/140/2）｝／（％Ｓ/32）≦１．３ …（１）
０．４≦（％ＲＥＭ/140）／（％Ｃａ/40）≦５ …（２）
ＣａとＲＥＭの含有量範囲について（１）式と（２）式を満足することにより、生成する酸化物を高融点相と低融点相の混合相とすることができ、酸化物が圧延中に延伸する現象を防止でき、ノズルの溶損もノズル詰まりも発生せず、内部介在物欠陥も発生せず、高靭性鋼板とすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、構造用厚鋼板として使用できる靭性に優れた鋼板に関するものである。

鋼板中に不可避不純物として含有する硫黄は、同じく鋼材中に強度発現元素として含有するマンガンと結合し、ＭｎＳを形成する。ＭｎＳは圧延中に延伸し、その結果として鋼板の靭性をはじめとする材質の低下原因となる。また、硫化水素と水分を含む環境下で使用される場合、水素誘起割れを発生させる原因ともなる。ＭｎＳに起因する靱性低下、水素誘起割れ発生を防止するためには、鋼板中へのＭｎＳ生成を抑制する必要があり、特に連続鋳造鋳片の中心偏析部に生成する粗大ＭｎＳを抑制することが重要である。

鋼板でのＭｎＳ生成を抑制するためには、鋼中Ｓ含有量を低下し、連続鋳造時の中心偏析を低減する対策を講じることが有効である。さらに、鋼中にＣａあるいはＲＥＭ（希土類元素）を添加し、硫化物をＭｎＳではなくＣａＳや、ＲＥＭオキシサルファイドとして形成し、圧延中に硫化物が延伸することを抑制する方法が用いられる。

特許文献１においては、Ｓ：０．００２０％未満、Ｃａ：０．００２０％以上０．００５０％未満を含有し、耐水素誘起割れ性の優れた鋼材が記載されている。また特許文献２においては、０．０４０％以下（かつ０．００８％以上）のＲＥＭを、０．００５％以下に低減したＳ含有量に応じて所定の範囲で含み、耐水素誘起割れ性の優れた鋼材が記載されている。特許文献３においては、Ｓ：０．０１％以下とし、３≦ＲＥＭ（％）／Ｓ（％）≦１０の範囲でＲＥＭを含有し、耐水素誘起割れ性に優れたラインパイプ用鋼が記載されている。引用文献４には、Ｓ≦０．００８％を含み、ＣａとＲＥＭのうち少なくとも１種以上を含有し、Ｃａ：０．００１％以上０．００５％未満とし、ＲＥＭは少なくとも０．００８％以上でＳとＯ含有量に応じて定まる範囲の量を含有し、耐水素誘起割れ性の優れた鋼材が記載されている。

特開昭５４−３１０１９号公報特開昭５４−３１０２０号公報特開昭５３−１４６０６号公報特開昭５４−９２５１１号公報

特許文献１に記載のように鋼中にＣａを添加すると、硫化物をＣａＳとすることによるＭｎＳの延伸を防止する効果は発揮されるものの、靭性をはじめとする材質は満足する向上が見られないことがわかった。また、鋼中にＣａを多量に添加すると、連続鋳造時にノズル耐火物が溶損するという問題も発生する。

特許文献２〜４のように鋼中にＲＥＭを添加すると、硫化物の形態制御による延伸の防止効果は発揮されるものの、連続鋳造時のノズル詰まりの発生傾向が増大し、さらに鋼板内部に存在する介在物起因の製品欠陥が増大することがわかった。

本発明は、構造用厚鋼板として使用する鋼板において、靭性を向上し、連続鋳造浸漬ノズル耐火物の溶損及びノズル詰まりの発生を防止し、鋼板の内部介在物欠陥の発生を防止することのできる、高靭性鋼板を提供することを目的とする。

鋼中にＣａを添加すると、硫化物をＣａＳとすることによってＭｎＳの延伸を防止する効果は発揮されるものの、添加したＣａと脱酸剤として添加したＡｌとにより、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系酸化物が形成される。このＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系酸化物は低融点酸化物であり、圧延中に延伸するため、靭性をはじめとする材質が低下することがわかった。また、ＲＥＭ添加鋼において、浸漬ノズルのノズル詰まり及び鋼板内部の介在物欠陥が発生するのは、ＲＥＭ添加量が０．００６質量％超となる場合に発生することがわかった。

これに対し、ＣａとＲＥＭをともに添加し、Ｃａ添加量とＲＥＭ添加量を適正化することにより、生成する酸化物を高融点相と低融点相の混合相とすることができ、その結果として酸化物が圧延中に延伸する現象を防止でき、ノズルの溶損もノズル詰まりも発生せず、内部介在物欠陥も発生せず、高靭性鋼板とすることが可能であることがわかった。

本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
（１）質量％で、
Ｃ：０．０８〜０．２２％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．００４５％以下、Ｎ：０．００５％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１０〜０．１１％、Ｃａ：０．０００５〜０．００３０％、希土類元素（ＲＥＭ）：０．００１０〜０．００６０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、かつ、下記（１）式、（２）式を満足することを特徴とする高靭性鋼板。
０．３≦｛（％Ｃａ/40）＋（％ＲＥＭ/140/2）｝／（％Ｓ/32）≦１．３ …（１）
０．４≦（％ＲＥＭ/140）／（％Ｃａ/40）≦５ …（２）
ここで、％Ｃａ、％ＲＥＭ、％Ｓは、それぞれカルシウム、希土類元素、硫黄の濃度（質量％）を表す。
（２）さらに質量％で、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．０５％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｂ：０．００２０％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下のいずれか、あるいは複数の元素を含むことを特徴とする、上記（１）に記載の高靭性鋼板。
（３）連続鋳造鋳片を圧延してなることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の高靭性鋼板。

本発明は、Ｓ：０．００４５％以下とし、Ｃａ：０．０００５〜０．００３０％とＲＥＭ：０．００１０〜０．００６０％をともに含有し、ＣａとＲＥＭの含有量範囲をＳ含有量に応じて適正化し、さらにＣａとＲＥＭの含有量比率を適正化することにより、生成する酸化物を高融点相と低融点相の混合相とすることができ、その結果として酸化物が圧延中に延伸する現象を防止でき、ノズルの溶損もノズル詰まりも発生せず、内部介在物欠陥も発生せず、高靭性鋼板とすることができる。

（１）式中辺（Ｒ₁）と単独ＭｎＳ個数の関係を示す図である。鋼中のＲＥＭ及びＣａ含有量と延伸酸化物個数との関係を示す図である。（２）式中辺（Ｒ₂）と延伸酸化物個数との関係を示す図である。

本発明は、構造用厚鋼板として使用できる、靭性に優れた高靭性鋼板を対象とする。以下に、本発明の鋼板の成分含有量規定根拠を説明する。特に断らない限り、％は質量％を意味する。

Ｃ：０．０８〜０．２２％
本発明が対象とする構造用厚鋼板として必要強度を得るため、Ｃ含有量を０．０８質量％以上とする。Ｃ含有量を０．０８％以上とした場合、凝固時の初晶としてＭｎやＳの拡散速度が遅いγ相が生成し始めるため、凝固組織（デンドライト組織）間でミクロ偏析して高濃度になり、ＭｎＳが多量に生成しやすい成分系となる。即ち、ＭｎＳの生成による延伸硫化物の影響を特に受けやすい成分系となっている。一方、Ｃ濃度が０．２２％を超えると靭性や溶接性が劣化するため、Ｃ濃度上限を０．２２％とする。

Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは脱酸に必要な元素であり、通常は０．１％以上添加するが、含有量が１．０％を超えると靭性が劣化するので、上限を１．０％とする。

Ｍｎ：０．５〜２．５％
Ｍｎは強度を向上する元素であり、０．５％以上を添加するが、含有量が２．５％を超えると溶接性が劣化するので、上限を２．５％とする。

Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは鋼の靭性などに悪影響を与える不純物であるため、低いほど好ましいが、低燐化に要する費用とのかねあいで、上限を０．０３０％とした。

Ｓ：０．００４５％以下
ＭｎＳの生成を防止する観点からはＳ含有量は少ないほど好ましいため、下限値は特に規定しない。ただし、二次精錬の負荷を大きくしても、Ｓ含有量を０．０００５％より低くすることは現実的に困難である。また、Ｓ含有量下限を０．００３０％とすると、二次精錬負荷（操業時間、コスト、耐火物寿命など）を軽減できるので好ましい。本発明を適用することにより、Ｓ含有量：０．００３０％以上でも問題なく高靭性鋼とすることができる。一方、Ｓ含有量が０．００４５％を超えると、圧延時に延伸し易い単独ＭｎＳが一定以上に増加し、材質の低下が避けられないため、上限は０．００４５％とする。

Ｎ：０．００５％以下
Ｎ含有量が０．００５％を超えると、Ａｌ含有量とのかねあいでＡｌＮが生成し、靭性が劣化する懸念があるので、Ｎ含有量上限を０．００５％とした。Ｎ含有量はゼロでも構わない。

ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１０〜０．１１％
本発明において、ＣａとＲＥＭを添加して硫化物形態制御を行うため、鋼を十分に脱酸してＣａとＲＥＭの酸化を極力抑えることが重要である。そのため、Ａｌは脱酸元素として必要であり、ｓｏｌ．Ａｌで０．０１０％以上を含有する。一方、ｓｏｌ．Ａｌが０．１１％を超えるとＡｌＮが生成し靭性が劣化する懸念があるため、上限を０．１１％とする。

本発明は、ＣａとＲＥＭを共に含有することにより、低融点であるＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃酸化物が単独発生することを抑えて靭性の向上を図り、またＲＥＭ起因のノズル詰まり及び鋼板内部介在物起因欠陥の発生を防止することを特徴とする。

Ｃａ：０．０００５〜０．００３０％
Ｃａ含有量が低すぎると、ＲＥＭ単独添加時と同様に、連続鋳造ノズル詰まりや高比重介在物の堆積が生じるので、下限を０．０００５％とする。一方、Ｃａ含有量が０．００３０％を超えると、粗大な低融点酸化物（例えばＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系酸化物）が生成しやすくなり、さらにノズル耐火物が溶損しやすくなり連続鋳造の操業が安定しないので、上限を０．００３０％とする。

ＲＥＭ：０．００１０〜０．００６０％
ＲＥＭは希土類元素を意味し、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒから選ばれる１種以上の元素を含有する。添加方法としては、例えば、鋼中にミッシュメタルとして添加することが広く行われている。ここでは、これら含有する希土類元素の合計量を、ＲＥＭ含有量とする。ＲＥＭ含有量が低すぎると、Ｃａ単独添加時と同様に延伸酸化物による材質低下の問題が生じるので、下限を０．００１０％とする。一方、ＲＥＭ含有量が０．００６０％を超えると、連続鋳造時のノズル詰まりが起こりやすくなり、また、生成するＲＥＭ系介在物（酸化物やオキシサルファイド）の密度が比較的高いために連続鋳造時に湾曲する鋳片の下面側に堆積し、鋳片を圧延した製品の内部欠陥を引き起こすので、上限を０．００６０％とする。

本発明は以下のように、ＣａとＲＥＭの含有量範囲をＳ含有量に応じて適正化し、さらにＣａとＲＥＭの含有量比率を適正化することにより、圧延時に延伸し易いＭｎＳの生成を抑え、生成する酸化物を高融点相と低融点相の混合相とすることができ、その結果として酸化物が圧延中に延伸する現象を防止でき、ノズルの溶損もノズル詰まりも発生せず、内部介在物欠陥も発生せず、高靭性鋼板とすることができる。

鋼中において、ＣａはＳと結合してＣａＳを、ＲＥＭはＳ及びＯと結合してＲＥＭ₂Ｏ₂Ｓ（オキシサルファイド）を形成すると想定される。Ｃａ、Ｓの原子量はそれぞれ４０、３２であり、ＲＥＭの平均原子量は１４０であるから、Ｓと結合するＣａとＲＥＭの当量の合計は
Ｒ₁＝｛（％Ｃａ／４０）＋（％ＲＥＭ／１４０／２）｝／（％Ｓ／３２）
と表現することができる。Ｒ₁が１であるとき、鋼中のＳと結合する当量のＣａとＲＥＭが存在するということになる。

次に、Ｃ：０．０８〜０．２２％、Ｍｎ：０．５〜２．５％である本発明が対象とする鋼において、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｓ含有量を種々変更し、上記Ｒ₁の値と、単独ＭｎＳが観察される個数との関係を評価した。結果を図１に示す。図１から明らかなように、Ｒ₁の値が低いと圧延時に延伸し易い単独ＭｎＳが１０個／ｍｍ²を超える個数で観察されるが、Ｒ₁≧０．３であれば、単独ＭｎＳ個数が１０個／ｍｍ²以下となることが判明した。Ｒ₁が１未満であっても、ＣａやＲＥＭが、オキシサルファイドや硫化物の形態でＳを固定するため、硫化物を形態制御する効果を十分に発揮する。ＣａやＲＥＭを含有しない単独ＭｎＳのみが、圧延時に延伸して材質に影響を及ぼす。単独ＭｎＳ個数が１０個／ｍｍ²以下であれば十分に硫化物の形態抑制効果を発揮することができる。なお、Ｒ₁が１．２以上であれば、単独ＭｎＳ個数の観察結果はゼロとなる。

本発明が対象とする０．０８％Ｃ以上の鋼において、ＭｎＳが急激に生成し易くなる。これは、凝固時の初晶として、ＭｎやＳの拡散速度が遅いγ相が生成し始めるため、凝固組織（デンドライト組織）間でミクロ偏析して高濃度になり、ＭｎＳが多量に生成するためである。γ相が生成するとミクロ偏析が激しくなる理由は、γ相における拡散速度が、δ相より数十倍遅いためである。一方、本発明範囲外である０．０８％より低い炭素濃度では、初晶としてはγ相は生成せず、ＭｎやＳの拡散速度が速いδ相単相となるため、ＭｎやＳのミクロ偏析の程度は低く、その結果、有害なＭｎＳの生成量は少ない。

本発明においては、ＭｎＳが生成しやすいＣ濃度範囲において、ＣａとＲＥＭをともに添加し、上記Ｒ₁を０．３以上とすることにより、ＭｎＳの発生を抑制できることを見いだした。

一方、Ｒ₁が１．３を超えると、酸素量が非常に少ないため、ＣａやＲＥＭがノズルの耐火物を還元することにより、ノズル溶損の兆候が見られたため、Ｒ₁の上限を１．３以下とする。

以上より、本発明においては下記（１）式を満足するようにＣａとＲＥＭを添加することにより、圧延で延伸するＭｎＳを生成させず、またノズル溶損を抑制して製造を行うことができる。
０．３≦｛（％Ｃａ/40）＋（％ＲＥＭ/140/2）｝／（％Ｓ/32）≦１．３ …（１）
ここで、％Ｃａ、％ＲＥＭ、％Ｓは、それぞれカルシウム、希土類元素、硫黄の濃度（質量％）を表す。

例えばＳ＝０．００４５％において、従来のように、硫化物形態制御のためにＣａのみを添加する場合、Ｒ₁を０．３以上とするためにはＣａを０．００１７％以上含有させる必要がある。このとき、添加したＣａと脱酸剤として添加したＡｌとにより、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系酸化物が形成される。このＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系酸化物は低融点酸化物であり、圧延中に延伸するため、靭性をはじめとする材質が低下する。一方、硫化物形態制御のためにＲＥＭのみを添加する場合、Ｒ₁を０．３以上とするためにはＲＥＭを０．０１１８％以上含有させる必要がある。このため、連続鋳造時のノズル詰まりの発生傾向が増大し、さらに鋼板内部に存在する介在物起因の製品欠陥が増大する。

本発明においては、ＣａとＲＥＭをともに添加するので、Ｒ₁を０．３以上にするに際してＲＥＭを極端に多量に添加する必要がなくなり、ＲＥＭ含有量上限である０．００６０％以下に抑えることが可能となるので、連続鋳造時のノズル詰まりを防止し、鋼板内部に存在する介在物起因の製品欠陥を防止することができる。

また、ＣａとＲＥＭをともに添加する結果として、脱酸により生成する酸化物系介在物として、Ａｌ₂Ｏ₃−ＣａＯ−ＲＥ₂Ｏ₃系酸化物が生成し、高融点相と低融点相の混合相となる。その結果として鋼中の酸化物が圧延中に延伸することを抑止することが可能となる。すなわち、ＲＥＭ酸化物を多く含む高融点相を中心として、その周囲にＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系酸化物を多く含む低融点相が取り囲む。このような混合相の酸化物において、低融点相の存在比率に対して高融点相の存在比率を十分に高くすれば、圧延時に低融点相が変形しても、核となる高融点相の形状が相対的に維持されるので、混合組織全体の圧延による延伸比（アスペクト比）を低く抑えられる。アスペクト比が３以下であれば、延伸介在物起因による靭性の低下を好適に防止することができる。

ここで、
Ｒ₂＝（％ＲＥＭ/140）／（％Ｃａ/40）
と置き、Ｒ₂の値と圧延時の酸化物系介在物の変形状況との関係を実験により確認した。結果を図２に示す。図２において、延伸比が３を超える延伸酸化物系介在物個数で層別しており、○は延伸酸化物系介在物個数が３個／mm²以下、◇は３〜１０個／mm²、×は１０個／mm²超を意味する。図２中にＲ₂＝０．４の直線を表示している。図２から明らかなように、Ｒ₂が低すぎる（図２の左上領域）と延伸酸化物系介在物個数が１０個／ｍｍ²を超え、靭性に悪影響を及ぼすが、Ｒ₂が０．４以上（図２の右下領域）であれば、延伸酸化物系介在物個数が１０個／ｍｍ²以下となり、鋼板の靭性を十分に高い値に保持できることがわかった。好ましくは、Ｒ₂≧０．５とすれば、延伸酸化物系介在物個数が３個／ｍｍ²以下に急速に低減する。図３には、Ｒ₂を横軸に、延伸比が３を超える延伸酸化物系介在物個数を縦軸に表示している。

混合相においては、中心部のＲＥＭ酸化物中心の高融点相の外側を低融点相であるＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系酸化物が覆っているので、ＲＥＭ酸化物起因のノズル付着を防止する効果を有している。ところが、上記Ｒ₂の値が高すぎると、中心のＲＥＭ酸化物を覆う低融点相が減少するので、上記効果を発揮することができない。Ｒ₂が５以下であれば、ノズル付着を防止する効果を発揮することができる。

以上より、本発明においては下記（２）式を満足するようにＣａとＲＥＭを添加することにより、圧延時の酸化物の延伸を防止して靭性を良好に保持し、また連続鋳造ノズルへの酸化物付着を防止することができる。このため、連続鋳造機を用いて鋳造した場合に、連続鋳造ノズルの閉塞が抑制できるので、長期的に安定して鋳造することが可能である。
０．４≦（％ＲＥＭ/140）／（％Ｃａ/40）≦５ …（２）
ここで、％Ｃａ、％ＲＥＭは、それぞれカルシウム、希土類元素の濃度（質量％）を表す。

従来、硫化物形態制御のためにＣａまたはＲＥＭの一方のみを添加する場合には、ＣａやＲＥＭの含有量が多くなると諸々の問題が発生するので、ＣａやＲＥＭの含有量を削減するため、Ｓ含有量を極力低減する努力が払われていた。しかし、極低硫領域までＳを低減するためには、溶銑予備脱硫と溶鋼脱硫とを併用することが必要となり、溶鋼二次精錬負荷が増大する結果となる。

本発明においては、ＣａとＲＥＭをともに添加することにより、ＣａとＲＥＭそれぞれをさほど大量に添加することが不要となったので、それに伴い鋼中のＳレベルも極低硫鋼レベルまで低減することが不要となり、Ｓ濃度が０．００３０％以上であっても十分にＭｎＳの生成を抑えることができる。このように溶鋼脱硫における到達Ｓ濃度を緩和することにより、溶鋼脱硫において、脱硫剤原単位を低減でき、脱硫剤を浮上させるための攪拌時間を短縮することができ、耐火物の溶損を低減することが可能となる。

本発明においては、必要に応じてさらに下記元素を含有することとすると好ましい。

Ｔｉ：０．０５％以下
強度向上のためにＴｉを添加しても良い。ただし、Ｔｉ含有量が０．０５％を超えると、角状のＴｉＮが生成し、靭性が低下するので、上限を０．０５％とした。

Ｎｂ：０．０５％以下
強度向上のためにＮｂを添加しても良い。ただし、Ｎｂ含有量が０．０５％を超えると、粗大なＮｂ（Ｃ，Ｎ）が析出して靭性の低下を招くので、上限を０．０５％とした。

Ｖ：０．０５％以下
強度向上のためにＶを添加しても良い。ただし、Ｖ含有量が０．０５％を超えると、粗大な析出物が生成し靭性の低下を招くので、上限を０．０５％とした。

Ｃｒ：０．５％以下
強度向上のためにＣｒを添加しても良い。ただし、Ｃｒ含有量が０．５％を超えると、靭性の低下を招くので、上限を０．５％とした。

Ｍｏ：０．５％以下
強度向上のためにＭｏを添加しても良い。ただし、Ｍｏ含有量が０．５％を超えると、靭性の劣化を招くほか、経済的理由から、上限を０．５％とした。

Ｂ：０．００２０％以下
焼入れ性、強度向上のためにＢを添加しても良い。ただし、Ｂ含有量が０．００２０％を超えると、靭性の劣化を招くので、上限を０．００２０％とした。

Ｎｉ：０．５％以下
強度と靭性向上を目的にＮｉを添加しても良い。ただし、Ｎｉ含有量が０．５％を超えると、熱間加工性が低下するので、上限を０．５％とした。なお、トランプエレメントとして、一般的に鋼中に０．０１％程度のＮｉを含んでいる。

Ｃｕ：０．５％以下
強度と靭性向上を目的にＣｕを添加しても良い。ただし、Ｃｕ含有量が０．５％を超えると、熱間加工性を損なうので、上限を０．５％とした。なお、トランプエレメントとして、一般的に鋼中に０．０１％程度のＣｕを含んでいる。

次に、本発明の高靭性鋼板の製造方法について説明する。高炉溶銑を原料とし、転炉精錬の後に連続鋳造によって鋳片を製造する場合を例にとって説明する。

Ｓ：０．００４５％以下の極低硫鋼であるので、一般には溶銑脱硫と溶鋼脱硫とを併用する。また、溶銑脱硫のみによって製造することもできる。転炉出鋼後にＡｌを添加して溶鋼を脱酸する。その後、二次精錬工程で溶鋼脱硫を行う場合には、ＣａＯ−ＣａＦ₂を主成分とする脱硫剤を添加して、鋼材の要求に応じた脱硫処理を行う。

ＣａやＲＥＭは、これ以外の元素の成分調整後、さらに、Ａｌ脱酸で生じるＡｌ₂Ｏ₃を浮上させる時間を取った後に、添加することが好ましい。Ａｌ₂Ｏ₃が溶鋼中に多量に残存していると、ＣａやＲＥＭがＡｌ₂Ｏ₃の還元に消費され、Ｓの固定に使われる割合が低下し、ＭｎＳの生成を十分に防止出来なくなるためである。Ｃａは、蒸気圧が高いため、歩留を上げるために、Ｃａ−Ｓｉ合金や、Ｃａ−Ｎｉ合金等の形で添加することが一般的である。これらの合金添加では、それぞれの合金ワイヤー添加を用いても良い。ＲＥＭは、Ｆｅ−Ｓｉ−ＲＥＭ合金や、ミッシュメタルの形で添加すれば良い。

ＣａとＲＥＭの添加順序は特に規定しない。ただし、同時添加よりも、個別に添加する方が、介在物組成のばらつきは小さく安定する傾向があるので、個別添加が好ましい。個別添加の場合のＣａとＲＥＭの添加順序も、特に規定しない。Ｃａ添加後にＲＥＭ添加を行う場合、介在物組成がより安定化する傾向が見られる。一方、ＲＥＭ添加後にＣａ添加した場合は、介在物サイズ分布がやや小さい傾向が見られる。鋼材要求に応じて、添加工程を設定すれば良い。

高炉溶銑を原料として用い、溶銑予備処理工程で、トーピードカー中の溶銑にＣａＯを主成分とする脱硫剤を吹き込み、予備脱硫を行った。この溶銑を、溶鋼量３００トンの上底吹き転炉で脱炭処理した。転炉出鋼後に溶湯中にＡｌを添加して溶鋼を脱酸した。その後、二次精錬工程で溶鋼脱硫を行い、ＣａＯ−ＣａＦ₂を主成分とする脱硫剤を添加して、目標Ｓ含有量に応じた脱硫処理を行った。

ＣａやＲＥＭは、これ以外の元素の成分調整後、さらに、Ａｌ脱酸で生じるＡｌ₂Ｏ₃を浮上させるため、５分以上の時間を取った後に添加した。Ｃａは、蒸気圧が高いため、歩留を上げるためにＣａ−Ｓｉ合金の形で添加した。ＲＥＭはミッシュメタルの形で添加した。

連続鋳造により、厚み２４０ｍｍの鋳片とした。その後、鋳片を１２５０℃×１時間の条件で加熱し、仕上温度８５０℃の条件で板厚１２ｍｍまで厚板圧延を行った。圧下比２０である。

二次精錬負荷について評価を行った。製品Ｓ含有量が０．００３０％以上であれば、二次精錬における溶鋼脱硫負荷を少なくできるので、◎と評価した。一方、成品Ｓ含有量を０．００３０％未満まで下げる場合には、通常の操業時間より２割超延長が必要となるため、○と評価した。

連続鋳造において、タンディッシュから鋳型に溶鋼を注入するための浸漬ノズルの評価を行った。鋳造後、ノズルを回収して断面の耐火物厚さを測定し、５ｍｍ以上の減肉が生じた場合にはノズル溶損「有り」とし、それ以外を「無」とした。また、鋳造後のノズル内面に、介在物層、あるいは介在物を含んだ地金層が１０ｍｍ以上、付着していた場合にはノズル詰まり「有り」とし、それ以外を「無」とした。

製造した鋼板について、介在物の種類と変形挙動（圧延後の長径／短径比＝延伸比）を調査した。圧延方向と平行な断面を光学顕微鏡で倍率４００倍（ただし、介在物形状を詳細に測定する際は、倍率１０００倍）で、厚み方向６ｍｍ×長手方向５ｍｍ範囲を観察した。観察された介在物から硫化物系介在物と酸化物系介在物を判別した。判別は、簡易的に、介在物の色に基づいて行った。あらかじめ走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で介在物を観察し、ＳＥＭに付属するＥＤＳ等の組成分析装置により、硫化物系か酸化物系かを区別した介在物を、光学顕微鏡で観察すると、硫化物系介在物と、酸化物系介在物では色が異なることを確認している。もちろん、光学顕微鏡で観察した介在物全てを、別途、ＳＥＭ付属組成分析装置で組成分析しても良い。硫化物系介在物のうち、延伸比（長径／短径）≧３のものを単独ＭｎＳが延伸したものと判定した。酸化物系介在物のうち、延伸比（長径／短径）≧３のものを延伸した酸化物と判定した。

単独ＭｎＳについては、「◎：０個／ｍｍ²、○：１０個／ｍｍ²以下、×：１０個／ｍｍ²超」として評価した。延伸介在物については、「◎：３個／ｍｍ²以下、○：１０個／ｍｍ²以下、×：１０個／ｍｍ²超」として評価した。

連続鋳造鋳片の下面側に堆積した介在物起因の内部欠陥については、鋼板の圧延方向と平行な断面を光学顕微鏡で観察し、長さ１００μm超のクラスター状介在物が観察された場合は×とし、それ以外の場合は○として評価した。

鋼板の靭性については、圧延方法と垂直な方向の試験片を採取し、−２０℃にてシャルピー試験を行った。シャルピー吸収エネルギーが２０Ｊ以上の場合を良好であるとして○、それ以外の場合を×として評価した。

製造条件及び製造結果を表１に示す。本発明範囲から外れる数値にアンダーラインを付している。

表１の本発明例１〜２０は、本発明条件を満足する鋼板であり、連続鋳造のノズル溶損とノズル詰まりはいずれも評価が「無」である。二次精錬負荷については、Ｓ含有量が０．００３０％以上のものは◎と良好であった。鋼板の単独ＭｎＳと延伸介在物はいずれも○又は◎であり、良好であった。さらに鋼板の靭性はいずれも○であり、良好であった。介在物起因内部欠陥についても良好であった。

表１の比較例１〜８が比較例である。比較例１は、（１）式のＲ₁値が下限未満であり、単独ＭｎＳが延伸したものが多数発生し、その結果靭性が低下した。比較例２は、（２）式のＲ₂値が下限未満であり、低融点酸化物が多いために延伸酸化物が増加し、その結果靭性が低下した。

比較例３は、ｓｏｌ．Ａｌが低く脱酸不足であり、Ｃａ、ＲＥＭ含有量は本発明範囲内であるもののＯと結合したものが多く残存したため、Ｓ固定効率が低く、単独ＭｎＳが生成し、靭性が低下した。比較例４は、ｓｏｌ．Ａｌが過剰であり、ＡｌＮが生成し、靭性が低下した。

比較例５は、Ｃａが過剰であり、ノズル溶損が発生した。比較例６は、ＲＥＭが過剰であり、ＲＥＭ酸化物によるノズル詰まりが発生するとともに、介在物起因内部欠陥が不良となった。

比較例７は、Ｃａ単独含有であり、延伸するＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系低融点酸化物が多発し、靭性が低下した。比較例８は、Ｃａ単独であり、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系低融点酸化物を防止するためにＣａ含有量を低減した。Ｃａ低減に合わせ単独ＭｎＳ生成防止のためＳ含有量を０．００３％以下に二次精錬を強化した。しかしＲＥＭを含有せずＣａ単独添加であるため、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系低融点酸化物発生を防止することができず、靭性が低下した。

Claims

質量％で、Ｃ：０．０８〜０．２２％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．００４５％以下、Ｎ：０．００５％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１０〜０．１１％、Ｃａ：０．０００５〜０．００３０％、希土類元素（ＲＥＭ）：０．００１０〜０．００６０％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、かつ、下記（１）式、（２）式を満足することを特徴とする高靭性鋼板。
０．３≦｛（％Ｃａ/40）＋（％ＲＥＭ/140/2）｝／（％Ｓ/32）≦１．３ …（１）
０．４≦（％ＲＥＭ/140）／（％Ｃａ/40）≦５ …（２）
ここで、％Ｃａ、％ＲＥＭ、％Ｓは、それぞれカルシウム、希土類元素、硫黄の濃度（質量％）を表す。
さらに質量％で、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｖ：０．０５％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｂ：０．００２０％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下のいずれか、あるいは複数の元素を含むことを特徴とする、請求項１に記載の高靭性鋼板。
連続鋳造鋳片を圧延してなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高靭性鋼板。