JP2016176110A - Carbon steel slab and method for producing the carbon steel slab - Google Patents

Carbon steel slab and method for producing the carbon steel slab Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon steel slab in which crystal grains can be stably refined in γ solidified steel, and excellent in various properties.SOLUTION: Provided is a carbon steel slab having a composition containing prescribed amounts of C, Si, Mn, P, S, T.Al, Ca, Zr and T.O, and the balance Fe with inevitable impurities, and satisfying 0.2≤[%Ca]/[%T.O]≤0.8 and [%Zr]≥4×[%Ca]×(3.4×[%T.Al]+1.0), in which inclusions made of ZrO-CaO based composite oxide are dispersed, the average composition of the inclusions satisfies 0≤(%AlO)≤18, 0.04≤(%CaO)/(%ZrO)≤0.22, where, in the inclusions, the average value of the cross-sectional area ratio in the CaO concentration is 11% or lower is 67% or higher, and the inclusions having a size in a major axis of 1 to 10 μm are dispersed within the range of 10 to 500 pieces/mmby piece density.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、凝固する際に初晶としてγ相(γ−Fe)が晶出するγ凝固鋼からなり、微細な凝固組織を有する炭素鋼鋳片及びこの炭素鋼鋳片の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a carbon steel slab comprising a γ-solidified steel in which a γ-phase (γ-Fe) is crystallized as an initial crystal upon solidification, and a method for producing the carbon steel slab having a finely solidified structure. is there.

一般に、上述のγ凝固鋼からなる炭素鋼鋳片は、例えば機械部品、工具、刃物等の素材として広く使用されている。
上述の炭素鋼鋳片は、連続鋳造法あるいは造塊法によって製造されるが、鋳造時において最終凝固部に添加元素が濃化して中心偏析が生じることがある。中心偏析が生じると、粗大な炭化物や硫化物が発生し、炭素鋼鋳片の特性が劣化するおそれがあった。また、鋳造時において凝固過程の冷却や凝固収縮の不均一により、炭素鋼鋳片の表面割れが発生することがあった。
In general, carbon steel slabs made of the above-mentioned γ-solidified steel are widely used as materials for machine parts, tools, blades, and the like.
The above-described carbon steel slab is manufactured by a continuous casting method or an ingot-making method, but at the time of casting, an additive element may be concentrated in the final solidified portion to cause center segregation. When center segregation occurs, coarse carbides and sulfides are generated, which may deteriorate the characteristics of the carbon steel slab. Further, the surface crack of the carbon steel slab may occur due to the cooling of the solidification process and uneven solidification shrinkage during casting.

炭素鋼鋳片における中心偏析や表面割れを軽減するためには、炭素鋼鋳片の凝固組織を微細化して等軸晶とすることが効果的であることが知られている。
炭素鋼鋳片の凝固組織を微細化する手段としては、例えば特許文献1には、鋳造時における溶鋼温度を低下させて低温鋳造を行う方法が提案されている。
また、特許文献2には、鋳型内の溶鋼を電磁撹拌し、鋳型内での柱状晶の成長を抑制して等軸晶率を向上させる方法が提案されている。
In order to reduce the center segregation and surface cracks in the carbon steel slab, it is known that it is effective to make the solidified structure of the carbon steel slab finer to equiaxed crystals.
As means for reducing the solidification structure of the carbon steel slab, for example, Patent Document 1 proposes a method of performing low temperature casting by lowering the molten steel temperature during casting.
Patent Document 2 proposes a method of improving equiaxed crystal ratio by electromagnetically stirring molten steel in a mold to suppress columnar crystal growth in the mold.

しかしながら、特許文献1のように低温鋳造を行った場合には、溶鋼が通過するノズルの閉塞等が生じやすく、操業が安定しないといった問題があった。また、鋳型内の介在物の浮上性が悪化し、炭素鋼鋳片の清浄性が低下するおそれがあった。さらに、凝固組織を安定して微細化することができないおそれがあった。
また、特許文献2のように鋳型内の溶鋼を電磁撹拌した場合には、炭素鋼鋳片の厚さ中央部の凝固組織を微細化することは可能であるが、鋳片の表層近傍の凝固組織を微細化することは困難であった。
However, when performing low-temperature casting as in Patent Document 1, there is a problem that the nozzle through which the molten steel passes is likely to be blocked and the operation is not stable. In addition, the floatability of inclusions in the mold deteriorates, and the cleanliness of the carbon steel slab may be reduced. Furthermore, there is a possibility that the solidified structure cannot be stably refined.
In addition, when the molten steel in the mold is electromagnetically stirred as in Patent Document 2, it is possible to refine the solidification structure in the central portion of the thickness of the carbon steel slab, but the solidification near the surface layer of the slab It was difficult to refine the structure.

そこで、特許文献3〜6には、凝固する際に初晶としてγ相(γ−Fe)が晶出するγ凝固鋼を対象として、溶鋼中に凝固核(接種核)となる硫化物、酸化物等の介在物を生成させて含有することにより、等軸晶を生成させる方法が提案されている。
ここで、特許文献3においては、凝固核(接種核)となる介在物として、MgS、ZrO、Ti、CeO、Ceが示されている。
また、特許文献4〜6においては、凝固核(接種核)となる介在物として、ZrOが示されている。
これらの介在物は、γ相(γ―Fe)との格子整合性が高く、γ凝固鋼に対する接種効果が高い。
Therefore, in Patent Documents 3 to 6, for γ-solidified steel in which a γ-phase (γ-Fe) crystallizes as an initial crystal during solidification, sulfides that become solidification nuclei (inoculation nuclei) in the molten steel, oxidation There has been proposed a method of generating equiaxed crystals by generating inclusions such as inclusions.
Here, in Patent Document 3, as inclusions becomes solidified core (inoculation nuclei), MgS, ZrO 2, Ti 2 O 3, CeO 2, Ce 2 O 3 is shown.
Further, in Patent Document 4 to 6, as inclusions becomes solidified core (inoculation nuclei), ZrO 2 is shown.
These inclusions have high lattice matching with the γ phase (γ-Fe) and have a high inoculation effect on γ-solidified steel.

特公平07−84617号公報Japanese Patent Publication No. 07-84617 特開昭50−16616号公報Japanese Patent Laid-Open No. 50-16616 特開2001−347349号公報JP 2001-347349 A 特開2002−321043号公報JP 2002-321043 A 特開2002−302738号公報JP 2002-302738 A 特開2002−363702号公報JP 2002-363702 A

ところで、鋳片の等軸晶率を高めるためには、接種核をできるだけ数多く、均一に分散することが重要である。一般に、酸化物は溶鋼との濡れ性が悪いため、溶鋼中で流動等により酸化物同士が衝突、接触すると、凝集合体し、個々の酸化物は粗大化する傾向にある。凝集合体による個数減少に加えて、粗大化した酸化物の溶鋼中の浮上速度は大きいので、湯面のスラグに吸収されるなどして溶鋼中から早期に除去され易く、溶鋼中の酸化物の個数はますます減少する。また、酸化物を溶鋼中に微細分散させても、鋳造までの時間がかかってしまうと、酸化物の浮上除去が進んで、個数は減少してしまう。このように、濡れ性の悪い酸化物を溶鋼中に、さらに鋳片中に多数を微細分散させることは困難である。この課題に対し、特許文献4は、接種核としてのZrOを生成させるためにZrを添加する際、複数回に分割して添加し、添加部位近傍でZrOの個数密度が高くなることを回避して、凝集合体の頻度を低減することを提案している。しかし、ZrOと溶鋼との濡れ性(凝集合体性)を改善するものではないため、ZrOの分散挙動を大きく改善するには至らなかった。 By the way, in order to increase the equiaxed crystal ratio of the slab, it is important to uniformly disperse as many inoculum nuclei as possible. In general, since oxides have poor wettability with molten steel, when oxides collide and come into contact with each other in the molten steel due to flow or the like, they aggregate and coalesce and individual oxides tend to become coarse. In addition to the decrease in the number due to agglomeration, the rising speed of the coarsened oxide in the molten steel is large, so it is easily removed from the molten steel by absorbing it by the slag on the molten metal surface. The number decreases more and more. Moreover, even if the oxide is finely dispersed in the molten steel, if it takes a long time to cast, the floating removal of the oxide proceeds and the number decreases. Thus, it is difficult to finely disperse many oxides having poor wettability in the molten steel and further in the slab. In response to this problem, Patent Document 4 shows that when Zr is added to generate ZrO 2 as an inoculum nucleus, it is added in multiple portions, and the number density of ZrO 2 increases in the vicinity of the addition site. It has been proposed to avoid and reduce the frequency of aggregation coalescence. However, since the wettability (aggregation coalescence property) between ZrO 2 and molten steel is not improved, the dispersion behavior of ZrO 2 has not been greatly improved.

また、溶鋼温度におけるZrOの結晶構造は正方晶(tetragonal)であり、底面a軸と側面c軸の格子定数が異なる(格子定数a=b≠c)。正方晶のZrOは、γ−Feの結晶構造の面心立方晶fcc(a=b=c)よりも対称性が低いため、γ−Feに対する接種核としての効果に限界があった。 Further, the crystal structure of ZrO 2 at the molten steel temperature is tetragonal, and the lattice constants of the bottom a-axis and the side c-axis are different (lattice constant a = b ≠ c). Since tetragonal ZrO 2 has lower symmetry than the face-centered cubic fcc (a = b = c) of the crystal structure of γ-Fe, the effect as an inoculum nucleus on γ-Fe was limited.

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、凝固する際に初晶としてγ相(γ−Fe)が晶出するγ凝固鋼からなり、凝固組織が十分に微細化し、中心偏析や表面割れが抑制された高品質な炭素鋼鋳片、及び、この炭素鋼鋳片の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described situation, and is made of a γ-solidified steel in which a γ-phase (γ-Fe) is crystallized as a primary crystal when solidified, and the solidified structure is sufficiently refined and the center An object of the present invention is to provide a high-quality carbon steel slab in which segregation and surface cracking are suppressed, and a method for producing the carbon steel slab.

上記課題を解決するために、本発明に係る炭素鋼鋳片は、質量%で、C:0.50%超え1.50%以下、Si:0.01%以上1.2%以下、Mn:0.01%以上3.0%以下、P:0.0010%以上0.050%以下、S:0.0001%以上0.0100%以下、T.Al:0.001%以上0.30%以下、Ca:0.0002%以上0.0040%以下、Zr:0.0010%以上0.25%以下、T.O:0.0005%以上0.0050%以下、を含有し、残部がFeおよび不可避不純物とされるとともに、T.Oの含有量[%T.O]と、Caの含有量[%Ca]と、Zrの含有量[%Zr]と、T.Alの含有量[%T.Al]とが、下記の(1)式及び(2)式を満足しており、
0.2≦[%Ca]/[%T.O]≦0.8 ・・・(1)
[%Zr]≧4×[%Ca]×(3.4×[%T.Al]+1.0) ・・・(2)
内部に、ZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物が分散されており、 前記介在物の平均組成が、下記の(3)式及び(4)式を満足しており、
0≦(%Al)≦18 ・・・(3)
0.04≦(%CaO)/(%ZrO)≦0.22 ・・・(4)
前記介在物のうち、CaO濃度が11%以下である領域の断面積率の平均値が67%以上であり、長径1μm以上10μm以下のサイズの前記介在物が個数密度で10個/mm以上500個/mm以下の範囲内で分散されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the carbon steel slab according to the present invention is, in mass%, C: more than 0.50% and not more than 1.50%, Si: 0.01% or more and 1.2% or less, Mn: 0.01% to 3.0%; P: 0.0010% to 0.050%; S: 0.0001% to 0.0100%; Al: 0.001% to 0.30%; Ca: 0.0002% to 0.0040%; Zr: 0.0010% to 0.25%; O: 0.0005% or more and 0.0050% or less, the balance being Fe and inevitable impurities, O content [% T.V. O], Ca content [% Ca], Zr content [% Zr], T.O. Al content [% T.V. Al] satisfies the following formulas (1) and (2):
0.2 ≦ [% Ca] / [% T.P. O] ≦ 0.8 (1)
[% Zr] ≧ 4 × [% Ca] × (3.4 × [% T.Al] +1.0) (2)
Inclusions made of ZrO 2 —CaO-based composite oxide are dispersed inside, and the average composition of the inclusions satisfies the following formulas (3) and (4):
0 ≦ (% Al 2 O 3 ) ≦ 18 (3)
0.04 ≦ (% CaO) / (% ZrO 2 ) ≦ 0.22 (4)
Among the inclusions, the average value of the cross-sectional area ratio in a region where the CaO concentration is 11% or less is 67% or more, and the inclusions having a size of a major axis of 1 μm or more and 10 μm or less are 10 / mm 2 or more in number density It is characterized by being dispersed within a range of 500 pieces / mm 2 or less.

この構成の炭素鋼鋳片によれば、内部に、ZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物が分散されており、この介在物の平均組成が、上述の(3)式及び(4)式を満足している。この組成のZrO−CaO系複合酸化物は、後述するように、Al脱酸後にCaを添加してCaO−Al系液相酸化物を形成し、その後、Zrを添加して、このCaO−Al系液相酸化物を改質することによって形成されるものである。このZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物は、CaO濃度が11%以下である領域の断面積率の平均値が67%以上とされている。このZrO−CaO系複合酸化物のうちCaO濃度が11%以下である領域は立方晶となっていることから、介在物全体としてγ相(γ―Fe)との格子整合性が高くなっている。
そして、ZrO−CaO系複合酸化物からなる長径1μm以上10μm以下のサイズの介在物が、個数密度で10個/mm以上500個/mm以下の範囲内で分散されているので、凝固組織を確実に微細化することができる。よって、中心偏析や表面割れの無い高品質な炭素鋼鋳片を得ることができる。
According to the carbon steel slab of this configuration, inclusions made of a ZrO 2 —CaO-based composite oxide are dispersed inside, and the average composition of the inclusions is the above-described formulas (3) and (4) I am satisfied with the formula. As will be described later, the ZrO 2 —CaO based composite oxide having this composition is formed by adding Ca after Al deoxidation to form a CaO—Al 2 O 3 based liquid phase oxide, and then adding Zr, It is formed by modifying this CaO—Al 2 O 3 liquid phase oxide. In the inclusion made of this ZrO 2 —CaO-based composite oxide, the average value of the cross-sectional area ratio in the region where the CaO concentration is 11% or less is set to 67% or more. Since the region where the CaO concentration is 11% or less in this ZrO 2 —CaO-based composite oxide is a cubic crystal, the overall lattice inclusions with the γ phase (γ-Fe) become high. Yes.
Since inclusions having a major axis of 1 μm or more and 10 μm or less made of a ZrO 2 —CaO-based composite oxide are dispersed within a number density of 10 / mm 2 or more and 500 / mm 2 or less, The structure can be reliably refined. Therefore, a high quality carbon steel slab without center segregation or surface cracks can be obtained.

本発明に係る炭素鋼鋳片の製造方法は、上述の炭素鋼鋳片を製造する炭素鋼鋳片の製造方法であって、溶鋼にAlを添加して脱酸を行うAl脱酸工程と、Al脱酸後にCaを添加するCa添加工程と、Ca添加後にZrを添加するZr添加工程と、成分調整した溶鋼を鋳造する鋳造工程と、を有し、前記Al脱酸工程及び前記Ca添加工程により、溶鋼中にCaO−Al系液相酸化物を分散させるとともに、前記Zr添加工程により、前記CaO−Al系液相酸化物とZrとを反応させて、前記(3)式及び前記(4)式を満足する平均組成を有するZrO−CaO系複合酸化物からなる前記介在物を形成することを特徴とする。 The method for producing a carbon steel slab according to the present invention is a method for producing a carbon steel slab for producing the above-described carbon steel slab, wherein an Al deoxidation step of adding Al to the molten steel for deoxidation, A Ca addition step of adding Ca after Al deoxidation, a Zr addition step of adding Zr after Ca addition, and a casting step of casting the molten steel whose components have been adjusted, the Al deoxidation step and the Ca addition step result, in the molten steel together with dispersing CaO-Al 2 O 3 based liquid phase oxides, by the addition of Zr step, is reacted with the CaO-Al 2 O 3 based liquid phase oxides and Zr, the (3 ) And the inclusions composed of a ZrO 2 —CaO-based composite oxide having an average composition satisfying the formula (4).

この構成の炭素鋼鋳片の製造方法においては、溶鋼にAlを添加して脱酸を行うAl脱酸工程と、Al脱酸後にCaを添加するCa添加工程と、Ca添加後にZrを添加するZr添加工程と、を備えているので、Al脱酸後にCaを添加することによって、CaO−Al系液相酸化物を形成している。このCaO−Al系液相酸化物は、固相酸化物と比べて溶鋼との濡れ性が良好であることから、溶鋼中に広く分散させることが可能となる。
そして、このCaO−Al系液相酸化物が分散している溶鋼に対してCaを添加することにより、このCaO−Al系液相酸化物を改質して、γ相(γ−Fe)との格子整合性の高い上述のZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物を溶鋼中に、多数、微細に分散させることができ、接種効果を確実に発揮させて、凝固組織を確実に微細化することができる。
In the method for producing a carbon steel slab of this configuration, an Al deoxidation step in which Al is added to molten steel to perform deoxidation, a Ca addition step in which Ca is added after Al deoxidation, and Zr is added after Ca addition. A CaO—Al 2 O 3 liquid phase oxide is formed by adding Ca after Al deoxidation. Since this CaO—Al 2 O 3 -based liquid phase oxide has better wettability with molten steel than solid phase oxide, it can be widely dispersed in molten steel.
By this CaO-Al 2 O 3 based liquid phase oxides are added Ca against molten steel are dispersed, the CaO-Al 2 O 3 based liquid phase oxides by reforming, gamma phase A large number of inclusions composed of the above-mentioned ZrO 2 —CaO-based composite oxide having a high lattice matching with (γ-Fe) can be finely dispersed in the molten steel, and the inoculation effect can be reliably exhibited, The solidified structure can be reliably refined.

上述のように、本発明によれば、凝固する際に初晶としてγ相(γ−Fe)が晶出するγ凝固鋼からなり、凝固組織が十分に微細化し、中心偏析や表面割れが抑制された高品質な炭素鋼鋳片、及び、この炭素鋼鋳片の製造方法を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, the solidified steel is made of a γ-solidified steel in which a γ-phase (γ-Fe) is crystallized as an initial crystal when solidified, and the solidified structure is sufficiently refined to suppress center segregation and surface cracking It is possible to provide a manufactured high quality carbon steel slab and a method for producing the carbon steel slab.

Al−CaO−ZrO三元系状態図である。(各成分濃度がmol%表示であることに注意。一方、本明細書中では、質量%を用いて記載している。)Al 2 O 3 is -CaO-ZrO 2 ternary phase diagram. (Note that each component concentration is expressed in mol%. On the other hand, in this specification, it is described using mass%.) 図1の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 本発明の実施形態である炭素鋼鋳片の製造方法のフロー図である。It is a flowchart of the manufacturing method of the carbon steel slab which is embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施形態である炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。   Below, the manufacturing method of the carbon steel slab and the carbon steel slab which is embodiment of this invention is demonstrated with reference to attached drawing. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.

本実施形態である炭素鋼鋳片は、その組成が、質量%で、C:0.50%超え1.50%以下、Si:0.01%以上1.2%以下、Mn:0.01%以上3.0%以下、P:0.0010%以上0.050%以下、S:0.0001%以上0.0100%以下、T.Al:0.001%以上0.30%以下、Ca:0.0002%以上0.0040%以下、Zr:0.0010%以上0.25%以下、T.O:0.0005%以上0.0050%以下、を含有し、残部がFeおよび不可避不純物とされている。
さらに、T.Oの含有量[%T.O]と、Caの含有量[%Ca]と、Zrの含有量[%Zr]と、T.Alの含有量[%T.Al]とが、下記の(1)式及び(2)式を満足している。
0.2≦[%Ca]/[%T.O]≦0.8 ・・・(1)
[%Zr]≧4×[%Ca]×(3.4×[%T.Al]+1.0) ・・・(2)
The carbon steel slab according to this embodiment has a composition of mass%, C: more than 0.50% and 1.50% or less, Si: 0.01% or more and 1.2% or less, Mn: 0.01 % To 3.0%, P: 0.0010% to 0.050%, S: 0.0001% to 0.0100%, Al: 0.001% to 0.30%; Ca: 0.0002% to 0.0040%; Zr: 0.0010% to 0.25%; O: 0.0005% or more and 0.0050% or less, and the balance is made Fe and inevitable impurities.
In addition, T.W. O content [% T.V. O], Ca content [% Ca], Zr content [% Zr], T.O. Al content [% T.V. Al] satisfies the following formulas (1) and (2).
0.2 ≦ [% Ca] / [% T.P. O] ≦ 0.8 (1)
[% Zr] ≧ 4 × [% Ca] × (3.4 × [% T.Al] +1.0) (2)

そして、本実施形態である炭素鋼鋳片においては、内部に、ZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物が分散されており、このZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物は、下記の(3)式及び(4)式を満足する平均組成とされている。
0≦(%Al)≦18 ・・・(3)
0.04≦(%CaO)/(%ZrO)≦0.22 ・・・(4)
また、本実施形態では。ZrO−CaO系複合酸化物からなる長径1μm以上10μm以下のサイズの介在物が、個数密度で10個/mm以上500個/mm以下の範囲内で分散されている。
In the carbon steel slab according to the present embodiment, inclusions made of a ZrO 2 —CaO-based composite oxide are dispersed inside, and the inclusions made of this ZrO 2 —CaO-based composite oxide are The average composition satisfies the following formulas (3) and (4).
0 ≦ (% Al 2 O 3 ) ≦ 18 (3)
0.04 ≦ (% CaO) / (% ZrO 2 ) ≦ 0.22 (4)
In the present embodiment. Inclusions having a major axis of 1 μm or more and 10 μm or less made of a ZrO 2 —CaO-based composite oxide are dispersed within a number density of 10 / mm 2 or more and 500 / mm 2 or less.

ここで、本実施形態においては、上述のZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物が、溶鋼中に分散していることにより、凝固時にこれらの介在物が接種核として作用することで、炭素鋼鋳片の等軸晶化を図っている。すなわち、本実施形態の炭素鋼片においては、上述のように微細なZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物が分散していることから、凝固組織が十分に微細化されていることになる。
以下に、接種核となるZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物、及び、この介在物を分散させる方法について説明する。
Here, in the present embodiment, inclusions made of the above-described ZrO 2 —CaO-based composite oxide are dispersed in the molten steel, so that these inclusions act as inoculation nuclei during solidification, Equiaxial crystallization of carbon steel slab is aimed at. That is, in the carbon steel piece of this embodiment, since the inclusions composed of the fine ZrO 2 —CaO-based composite oxide are dispersed as described above, the solidified structure is sufficiently refined. Become.
Hereinafter, inclusions consisting of ZrO 2 -CaO-based composite oxide having a vaccination nucleus, and describes a method of dispersing the inclusions.

本実施形態では、上述のZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物を溶鋼中に分散させるために、介在物を形成する中間段階において、液相酸化物(表面が液相に被覆された、液相率が高い酸化物)を生成させている。液相酸化物は、固相酸化物に比べて、溶鋼との濡れ性が良く、溶鋼中での凝集合体性が低いので、微細分散した状態を維持し易い。そして、十分に微細分散した状態の液相酸化物を改質して、接種核となる介在物を得ることにより、最終的に得られるZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物(接種核)は確実に微細分散されることになる。 In the present embodiment, in order to disperse the inclusions composed of the above-described ZrO 2 —CaO-based composite oxide in the molten steel, in the intermediate stage of forming the inclusions, the liquid phase oxide (the surface is coated with the liquid phase). Oxide having a high liquid phase ratio). The liquid phase oxide has better wettability with the molten steel than the solid phase oxide, and has a low agglomeration and coalescence property in the molten steel, so it is easy to maintain a finely dispersed state. Then, by modifying the liquid phase oxide in a sufficiently finely dispersed state to obtain inclusions serving as inoculation nuclei, inclusions (inoculation nuclei) consisting of the finally obtained ZrO 2 —CaO-based composite oxide are obtained. ) Is surely finely dispersed.

本実施形態では、3種類の脱酸元素のAl、Ca、Zrを用いて、最終的にZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物を微細分散させるために、その添加順序と添加量とを規定している。
添加順序は、まずAl脱酸を行い、次にCa脱酸を、最後にZr脱酸を行う。Ca脱酸後に生成されるCaO−Al系酸化物を液相酸化物とすることで、CaO−Al系酸化物の凝集合体を抑制して、微細分散させている。
In this embodiment, in order to finally finely disperse inclusions composed of ZrO 2 —CaO-based composite oxide using three types of deoxidizing elements Al, Ca, and Zr, Is stipulated.
As for the addition order, first, Al deoxidation is performed, then Ca deoxidation is performed, and finally Zr deoxidation is performed. The CaO-Al 2 O 3 type oxide produced after Ca deoxidation by a liquid phase oxidation product, and suppress aggregation coalescence of CaO-Al 2 O 3 based oxide, thereby finely dispersed.

ここで、Ca脱酸後に、上述の液相酸化物を得るために、以下の式(1)によってCa量を規定している。
0.2≦[%Ca]/[%T.O]≦0.8 ・・・(1)
式(1)下限を満たす量のCaを添加して脱酸すれば、液相率が高い(50%以上)CaO−Al系酸化物(CaO−Al系液相酸化物)が生成することになる。式(1)下限未満では、Ca脱酸後に生成するCaO−Al系酸化物の液相率が低く、表面が液相で被覆されないで固相が表面に露出した酸化物になる。そのため、CaO−Al系酸化物の凝集合体が容易に進行してしまい、CaO−Al系酸化物を微細分散することができない。すると、このCaO−Al系酸化物を改質することで最終的に得られるZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物についても微細分散することができないおそれがある。
なお、式(1)上限は、Zr添加後に生ずる、γ相の接種効果の無いCaZrO(CaOとZrOがモル比1:1の複合酸化物)の生成を抑制して、接種核として有効なZrOの生成を促進するために規定している。すなわち、CaZrO中の(%Ca)/(%O)=0.8を超えた範囲では、ZrOの代わりにCaZrOが生成して、接種効果を得られない。
Here, in order to obtain the above-mentioned liquid phase oxide after Ca deoxidation, the amount of Ca is defined by the following formula (1).
0.2 ≦ [% Ca] / [% T.P. O] ≦ 0.8 (1)
If the amount of Ca that satisfies the lower limit of formula (1) is added and deoxidized, the liquid phase ratio is high (50% or more) CaO—Al 2 O 3 system oxide (CaO—Al 2 O 3 system liquid phase oxide) ) Will be generated. If it is less than the lower limit of the formula (1), the liquid phase ratio of the CaO—Al 2 O 3 -based oxide generated after Ca deoxidation is low, and the surface is not covered with the liquid phase and the solid phase is exposed on the surface. For this reason, aggregation and coalescence of CaO—Al 2 O 3 -based oxide easily proceeds, and the CaO—Al 2 O 3 -based oxide cannot be finely dispersed. Then, there is a possibility that the inclusion composed of the ZrO 2 —CaO based composite oxide finally obtained by modifying this CaO—Al 2 O 3 based oxide cannot be finely dispersed.
The upper limit of formula (1) is effective as an inoculation nucleus by suppressing the generation of CaZrO 3 (composite oxide in which CaO and ZrO 2 have a molar ratio of 1: 1) that does not have the inoculation effect of the γ phase, which occurs after addition of Zr. In order to promote the formation of ZrO 2 . That is, in the range exceeding the (% Ca) / (% O ) = 0.8 in CaZrO 3, CaZrO 3 in place of ZrO 2 is generated, not be obtained inoculum effect.

また、γ−Feに対する接種核として、特許文献3〜6ではZrOが提案されている。溶鋼温度におけるZrOの結晶構造は正方晶(tetragonal)であり、底面a軸と側面c軸の格子定数が異なる(格子定数a=b≠c)。γ−Feと格子整合性が良好であるのは、正方晶の底面であり、ZrOの底面の格子定数が、γ−Feの格子定数と近い。しかし、正方晶は、γ−Feの結晶構造の面心立方晶fcc(a=b=c)よりも対称性が低いため、γ−Feに対する接種核としての効果に限界があった。
一方、ZrOに、CaOを固溶させると、CaO安定化ZrO(CaO stabilized Zirconia;以下、CSZと記載する)が1140℃以上で生成することが知られている。CSZの結晶構造は立方晶であるため、γ−Feに対する接種効果は正方晶であるZrOよりも高い。CaO固溶量は温度で変わるが、例えば、溶鋼温度として一般的な1600℃の場合、質量%で5〜11%のCaOを固溶させると、CSZが生成することがCaO−ZrO二元系状態図から分かる。
Further, as inoculum nucleus for gamma-Fe, ZrO 2 in Patent Document 3 to 6 it has been proposed. The crystal structure of ZrO 2 at the molten steel temperature is tetragonal, and the lattice constants of the bottom a-axis and side c-axis are different (lattice constant a = b ≠ c). The lattice matching with γ-Fe is good at the bottom of the tetragonal crystal, and the lattice constant of the bottom of ZrO 2 is close to the lattice constant of γ-Fe. However, since tetragonal crystals have lower symmetry than the face-centered cubic fcc (a = b = c) of the crystal structure of γ-Fe, there is a limit to the effect as seeding nuclei for γ-Fe.
On the other hand, ZrO 2, when the solid solution of CaO, CaO-stabilized ZrO 2 (CaO stabilized Zirconia; hereinafter referred to as CSZ) is known to be produced in 1140 ° C. or higher. Since the crystal structure of CSZ is cubic, the inoculation effect on γ-Fe is higher than that of ZrO 2 which is tetragonal. CaO solid solution amount varies with temperature. For example, when the molten steel temperature common 1600 ° C., when the solid solution 5 to 11% of CaO mass%, it is CaO-ZrO 2 two yuan which CSZ generated It can be seen from the system phase diagram.

本実施形態においては、γ−Feに対する接種効果が高い立方晶のCSZを生成する。そのために、式(2)でZr量を規定している。
4×[%Ca]×(3.4×[%T.Al]+1.0)≦[%Zr] ・・・(2)
式(2)はCa量とAl量が多いほど、Zr量を増やす必要があることを示す。この式(2)は、熱力学計算によるシミュレーションから求めた。
図1と、その一部を拡大した図2に、1600℃におけるAl−CaO−ZrO三元系状態図(T.Murakami,H.Fukuyama,T.Kishida,M.Susa and K.Nagata:Metall. Mater. Trans. B,2000,vol.31B,pp.25−33を基に、説明のため一部加筆したもの)を示す。両図を参照して、CaO−Al系液相酸化物が存在する溶鋼にZrを添加した場合における酸化物組成の代表的な変化の例を模式的に説明する。元の図では、CSZはCss(ss=solid solution、固溶体の意味。この場合、CaOが固溶しているZrO相を指す。)、CaZrOはCZ、正方晶のZrOはTssと表記されている。なお、図1、図2では各成分濃度がmol%で表示されている。一方、本明細書中では、特に断りの無い限り、質量%表示を用いて記載している。
In the present embodiment, cubic CSZ having a high inoculation effect on γ-Fe is generated. Therefore, the amount of Zr is defined by the expression (2).
4 × [% Ca] × (3.4 × [% T.Al] +1.0) ≦ [% Zr] (2)
Formula (2) shows that it is necessary to increase the amount of Zr as the amount of Ca and the amount of Al increase. This equation (2) was obtained from a simulation by thermodynamic calculation.
FIG. 1 and a partially enlarged view of FIG. 2 show an Al 2 O 3 —CaO—ZrO 2 ternary phase diagram at 1600 ° C. (T. Murakami, H. Fukuyama, T. Kishida, M. Susa and K. et al. Nagata: Metal.Matter.Trans.B, 2000, vol.31B, pp.25-33, which was partially added for explanation). Referring to both figures, an example of a typical change in oxide composition is described schematically in the case of adding Zr to the molten steel CaO-Al 2 O 3 based liquid phase oxide is present. In the original drawing, CSZ is expressed as Css (ss = solid solution, meaning a ZrO 2 phase in which CaO is dissolved), CaZrO 3 is expressed as CZ, and tetragonal ZrO 2 is expressed as Tss. Has been. In FIG. 1 and FIG. 2, the concentration of each component is displayed in mol%. On the other hand, in this specification, unless otherwise specified, it is described using mass% display.

まず、Zr添加前にCaO−Al系液相介在物を生成させてから、Zrを少量添加すると、CaO−Al−ZrO系液相介在物が生成する(図1中の点a)。Zr量を増やすにしたがって、液相介在物が減少し続ける一方でCaOとZrOのモル比が1:1の複合酸化物CaZrOが生成し始める(点b)。CaZrOは溶鋼温度では固相であり、また、γ−Feとの格子整合性も低いため、γ−Feに対する接種効果も無い。さらにZr量を増やすにつれて、液相介在物は一層減少してCaZrOが増加し、やがてCSZが生成し始める(点c)。Zr量が式(2)を満たすまでに増加すると、CSZが酸化物の2/3以上の体積を占めるまで増大する。さらにZrを追加すると、CSZとCZの二相領域(点d)に達し、CSZ単相領域(点e)、そして正方晶のZrOが生成する領域(点f)まで変化する。
なお、図1によれば、CaO−Al−ZrO系液相介在物とCSZの二相が平衡する、狭い組成領域(点gを含む領域)も存在する。
First, a CaO—Al 2 O 3 -based liquid phase inclusion is generated before adding Zr, and then a small amount of Zr is added to form a CaO—Al 2 O 3 —ZrO 2 -based liquid phase inclusion (in FIG. 1). Point a). As the amount of Zr is increased, the liquid phase inclusions continue to decrease, while the complex oxide CaZrO 3 having a molar ratio of CaO to ZrO 2 of 1: 1 begins to be formed (point b). CaZrO 3 is a solid phase at the molten steel temperature, and also has a low lattice matching with γ-Fe, and therefore has no inoculation effect on γ-Fe. As the amount of Zr is further increased, the liquid phase inclusions are further reduced and CaZrO 3 is increased, and eventually CSZ starts to be formed (point c). When the amount of Zr increases until the formula (2) is satisfied, CSZ increases until it accounts for 2/3 or more of the volume of the oxide. When Zr is further added, the two-phase region of CSZ and CZ (point d) is reached, and the region changes to a CSZ single-phase region (point e) and a region where tetragonal ZrO 2 is formed (point f).
According to FIG. 1, there is also a narrow composition region (region including the point g) where the two phases of CaO—Al 2 O 3 —ZrO 2 -based liquid phase inclusions and CSZ are in equilibrium.

式(2)を満たす量のZrを添加すれば、CSZが断面積の2/3以上を占めるZrO−CaO系複合酸化物が生成することになり、γ−Feに対して高い接種効果が得られる。介在物全体として高い接種効果を得るためには、CSZが2/3以上を占める必要がある。
式(2)を満たさない量では、十分な量のCSZが得られない。その場合、残りの部分が主に、(i)CaO−Al−ZrO系液相介在物である場合、(ii)CaOとZrOがモル比1:1で形成された複合酸化物CaZrOである場合、(iii)液相とCaZrOの混合の場合、(iv)正方晶のZrOである場合、の4通りがある。ここで、CaZrOは、上述のように、γ−Feと格子整合性が低いため、γ−Feに対する接種効果はほとんど無い。
If an amount of Zr that satisfies the formula (2) is added, a ZrO 2 —CaO-based composite oxide in which CSZ occupies 2/3 or more of the cross-sectional area is generated, and a high inoculation effect is obtained for γ-Fe. can get. In order to obtain a high inoculation effect as a whole inclusion, CSZ needs to occupy 2/3 or more.
If the amount does not satisfy Expression (2), a sufficient amount of CSZ cannot be obtained. In that case, when the remaining part is mainly (i) CaO—Al 2 O 3 —ZrO 2 -based liquid phase inclusion, (ii) composite oxidation in which CaO and ZrO 2 are formed at a molar ratio of 1: 1. In the case of the product CaZrO 3 , there are four types: (iii) mixing of the liquid phase and CaZrO 3 , and (iv) tetragonal ZrO 2 . Here, since CaZrO 3 has low lattice matching with γ-Fe as described above, there is almost no inoculation effect on γ-Fe.

このようにして得られた鋳片に分布する最終的な介在物は、以下の組成である。
0≦(%Al)≦18 ・・・(3)
0.04<(%CaO)/(%ZrO)≦0.22 ・・・(4)
いずれも、CSZが2/3以上を占める場合の、介在物全体の平均組成の条件を示している。上述の介在物においては、Ca量、その他条件により、最終的にCSZのほかに、(i)CaO−Al−ZrO系液相介在物が残る場合と、(ii)CaZrOが残る場合、(iii)液相介在物とCaZrOが混合して残る場合、(iv)正方晶のZrOが残る場合があるが、(i)から式(3)の上限、(ii)から式(4)の上限、(iv)から式(4)の下限が規定される。
The final inclusion distributed in the slab thus obtained has the following composition.
0 ≦ (% Al 2 O 3 ) ≦ 18 (3)
0.04 <(% CaO) / (% ZrO 2 ) ≦ 0.22 (4)
Both show the conditions of the average composition of the entire inclusion when CSZ accounts for 2/3 or more. In the above-mentioned inclusions, depending on the amount of Ca and other conditions, in addition to CSZ, (i) a case where CaO—Al 2 O 3 —ZrO 2 -based liquid phase inclusions remain and (ii) CaZrO 3 When left, (iii) When liquid phase inclusions and CaZrO 3 remain mixed, (iv) Tetragonal ZrO 2 may remain, but from (i) to the upper limit of formula (3), from (ii) The upper limit of formula (4) and the lower limit of formula (4) are defined from (iv).

まず、式(3)の上限から説明する。(i)CSZと液相介在物の二相共存領域(図1の点gを含む領域)における介在物の、Alの平均濃度の最大値から規定した。CSZへのAlの固溶限は約1%である。また、CSZ以外の液相介在物中のAl濃度は最大52%である。介在物全体に占めるCSZの断面積率が低くなるほど、CSZと液相介在物を合わせた介在物全体に含まれるAlの平均濃度(%Al)は上昇する。(%Al)の値は、CSZの断面積率が最小の2/3の時に最大となり、2/3×1%+1/3×52%=18%と算出される。この値が、CSZの断面積率が最小の2/3を確保するために許容される、Alの平均濃度(%Al)の最大値である。下限については、Alを含有しない場合があり得ることから0である。 First, it demonstrates from the upper limit of Formula (3). (I) It was defined from the maximum value of the average concentration of Al 2 O 3 of inclusions in the two-phase coexistence region of CSZ and liquid phase inclusions (region including the point g in FIG. 1). The solid solubility limit of Al 2 O 3 in CSZ is about 1%. The maximum concentration of Al 2 O 3 in the liquid phase inclusions other than CSZ is 52%. As the cross-sectional area ratio of CSZ of total inclusions becomes low, the average concentration (% Al 2 O 3) of Al 2 O 3 contained in the entire inclusions combined CSZ and liquid inclusions is increased. The value of (% Al 2 O 3 ) is maximum when the cross-sectional area ratio of CSZ is 2/3, which is the minimum, and is calculated as 2/3 × 1% + 1/3 × 52% = 18%. This value is acceptable for the cross-sectional area ratio of CSZ to ensure a minimum of 2/3, which is the maximum value of the average concentration of Al 2 O 3 (% Al 2 O 3). The lower limit is 0 because it may not contain Al 2 O 3 .

次に、式(4)の上限を説明する。(ii)CSZとCaZrOの二相共存領域(図1、2の点dを含む領域)において、CaZrOが1/3以上を占める場合から規定される。溶鋼中におけるCSZへのCaOの固溶限は約11%であり、また、CaZrO中のCaOの割合は31.3%である。介在物全体としての平均CaO濃度(%CaO)と平均ZrO濃度(%ZrO)の比は、CSZの断面積率が最小の2/3である時に最大となり、(2/3×11%+1/3×31.3%)/(2/3×89%+1/3×68.7%)=0.22と算出される。この値が、CSZの断面積率が最小の2/3を確保するために許容される(%CaO)/(%ZrO)の最大値である。 Next, the upper limit of Expression (4) will be described. (Ii) It is defined from the case where CaZrO 3 occupies 1/3 or more in the two-phase coexistence region of CSZ and CaZrO 3 (the region including the point d in FIGS. 1 and 2). The solid solubility limit of CaO in CSZ in molten steel is about 11%, and the proportion of CaO in CaZrO 3 is 31.3%. The ratio of the average CaO concentration (% CaO) and the average ZrO 2 concentration (% ZrO 2 ) as a whole inclusion becomes maximum when the cross-sectional area ratio of CSZ is 2/3, which is the minimum (2/3 × 11%). + 1/3 × 31.3%) / (2/3 × 89% + 1/3 × 68.7%) = 0.22. This value is the maximum value of (% CaO) / (% ZrO 2 ) allowed in order to secure 2/3, which is the minimum sectional area ratio of CSZ.

また、式(4)の下限については、Zrを多量に添加して、(iv)CSZと正方晶のZrOの二相共存領域(図1、2の点fを含む領域)において、正方晶のZrOが1/3を占めた場合から規定される。T.Murakami et al.の文献によると、CSZと正方晶のZrOの平衡組成には範囲(図2の太線La、Lb)があるが、CA(CaO・6Al)−正方晶のZrO−CSZの三相平衡時の正方晶のZrOとCSZの組成(図2の点h)で算出した式(4)の値が最小値をとる。この時、正方晶のZrOへのCaOの固溶量は0.22%であり、CSZへのCaOの固溶量は5.8%である。式(4)を計算すると、(1/3×0.22+2/3×5.8)/(1/3×99.78+2/3×94.2)=0.04である。 As for the lower limit of formula (4), a large amount of Zr is added, and (iv) in the two-phase coexistence region of CSZ and tetragonal ZrO 2 (region including the point f in FIGS. 1 and 2) It is defined from the case where ZrO 2 of occupies 1/3. T.A. Murakami et al. According to the literature, the equilibrium composition of CSZ and tetragonal ZrO 2 has a range (thick lines La and Lb in FIG. 2), but CA 6 (CaO · 6Al 2 O 3 ) -tetragonal ZrO 2 —CSZ The value of equation (4) calculated by the composition of tetragonal ZrO 2 and CSZ (point h in FIG. 2) at the three-phase equilibrium takes the minimum value. At this time, the solid solution amount of CaO in tetragonal ZrO 2 is 0.22%, and the solid solution amount of CaO in CSZ is 5.8%. When the formula (4) is calculated, (1/3 × 0.22 + 2/3 × 5.8) / (1/3 × 99.78 + 2/3 × 94.2) = 0.04.

(介在物のサイズ)
炭素鋼鋳片中の介在物は、圧延等の加工が施されていないことから、ほぼ球形をなしており、大部分が長径/短径の比は3以下程度である。このため、介在物の長径によって介在物のサイズを規定することが可能である。
ここで、長径が1μm未満である場合には、接種核としての効果が低く、凝固組織を微細化させることができない。また、光学顕微鏡を用いて倍率1000倍で観察することが困難となる。一方、長径が10μmを超えると、介在物の個数が確保することができなくなる。このため、本実施形態では、長径が1μm以上10μm以下の介在物の個数密度を規定している。
(Inclusion size)
Since inclusions in the carbon steel slab are not subjected to processing such as rolling, the inclusions are almost spherical, and the ratio of major axis / minor axis is mostly about 3 or less. For this reason, it is possible to prescribe | regulate the size of an inclusion with the long diameter of an inclusion.
Here, when the major axis is less than 1 μm, the effect as an inoculum nucleus is low, and the solidified structure cannot be refined. In addition, it becomes difficult to observe at a magnification of 1000 times using an optical microscope. On the other hand, if the major axis exceeds 10 μm, the number of inclusions cannot be ensured. For this reason, in this embodiment, the number density of inclusions whose major axis is 1 μm or more and 10 μm or less is defined.

(介在物の個数密度)
上述のサイズの介在物の個数密度が10個/mm未満の場合には、鋳片内で広範囲にわたって等軸晶を生成させるには不十分であって、凝固組織を微細化できない。一方、上述のサイズの介在物の個数密度が500個/mmを超える場合には、介在物の数が多すぎて、製品疵の原因となるおそれがある。また、加工性や靭性が劣化するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、長径1μm以上10μm以下のサイズの介在物の個数密度を、10個/mm以上500個/mm以下の範囲内に規定している。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、個数密度を20個/mm以上200個/mm以下の範囲内とすることが好ましい。
(Number density of inclusions)
When the number density of inclusions of the above-mentioned size is less than 10 pieces / mm 2 , it is insufficient for generating equiaxed crystals over a wide range in the slab, and the solidified structure cannot be refined. On the other hand, when the number density of inclusions of the above size exceeds 500 / mm 2 , the number of inclusions is too large, which may cause product defects. Moreover, there exists a possibility that workability and toughness may deteriorate.
From the above, in this embodiment, the number density of inclusions having a major axis of 1 μm or more and 10 μm or less is defined within a range of 10 pieces / mm 2 or more and 500 pieces / mm 2 or less. In order to ensure that the above-described effects are achieved, the number density is preferably in the range of 20 / mm 2 to 200 / mm 2 .

また、以下に、本実施形態において、炭素鋼鋳片の各元素量を規定した理由を示す。   Moreover, the reason which prescribed | regulated each element amount of the carbon steel slab in this embodiment below is shown.

(C:炭素)
Cは、炭素鋼鋳片の強度を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Cの含有量が0.50%超えとすることにより、凝固する際に初晶としてγ相(γ−Fe)が晶出するγ凝固鋼となる。ここで、Cの含有量が1.50%を超えると、加工性、溶接性が低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Cの含有量を0.50%超え1.50%以下の範囲内に規定している。
(C: carbon)
C is an element having an effect of improving the strength of the carbon steel slab. Here, when the C content exceeds 0.50%, a γ-solidified steel in which a γ-phase (γ-Fe) is crystallized as an initial crystal when solidified is obtained. Here, if the C content exceeds 1.50%, workability and weldability may be deteriorated.
From the above, in the present embodiment, the C content is regulated within the range of more than 0.50% and less than 1.50%.

(Si:ケイ素)
Siは、溶鋼の脱酸を促進するとともに、炭素鋼鋳片の強度を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Siの含有量が0.01%未満では、上述の作用効果を奏功せしめることができない。一方、Siの含有量が1.2%を超えると、加工性、溶接性が低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Siの含有量を0.01%以上1.2%以下の範囲内に規定している。
(Si: silicon)
Si is an element having an effect of promoting deoxidation of molten steel and improving the strength of the carbon steel slab. Here, when the content of Si is less than 0.01%, the above-described effects cannot be achieved. On the other hand, if the Si content exceeds 1.2%, workability and weldability may be deteriorated.
From the above, in the present embodiment, the Si content is defined within the range of 0.01% to 1.2%.

(Mn:マンガン)
Mnは、炭素鋼鋳片の強度及び靭性を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Mnの含有量が0.01%未満では、上述の作用効果を奏功せしめることができない。一方、Mnの含有量が3.0%を超えると、溶接性が低下してしまう。
以上のことから、本実施形態では、Mnの含有量を0.01%以上3.0%以下の範囲内に規定している。
(Mn: Manganese)
Mn is an element having an effect of improving the strength and toughness of the carbon steel slab. Here, when the content of Mn is less than 0.01%, the above-described effects cannot be achieved. On the other hand, if the Mn content exceeds 3.0%, the weldability is lowered.
From the above, in the present embodiment, the Mn content is regulated within the range of 0.01% to 3.0%.

(P:リン)
Pは、炭素鋼鋳片の靭性に影響を与える元素であるが、不可避的に0.0010%は含有される。ここで、Pの含有量が0.050%を超えると、中心偏析が激しくなり、炭素鋼鋳片の靭性が劣化してしまう。
以上のことから、本実施形態では、Pの含有量を0.0010%以上0.050%以下の範囲内に規定している。
(P: phosphorus)
P is an element that affects the toughness of the carbon steel slab, but unavoidably 0.0010% is contained. Here, when the content of P exceeds 0.050%, the center segregation becomes intense, and the toughness of the carbon steel slab deteriorates.
From the above, in the present embodiment, the P content is defined within the range of 0.0010% to 0.050%.

(S:硫黄)
Sは、炭素鋼鋳片の靭性に影響を与える元素であるが、不可避的に0.0001%は含有される。ここで、Sの含有量が0.0100%を超えると、粗大な介在物が生成し、炭素鋼鋳片の靭性が顕著に劣化してしまう。
以上のことから、本実施形態では、Sの含有量を0.0001%以上0.0100%以下の範囲内に規定している。
(S: sulfur)
S is an element that affects the toughness of the carbon steel slab, but unavoidably 0.0001% is contained. Here, if the S content exceeds 0.0100%, coarse inclusions are generated, and the toughness of the carbon steel slab is significantly deteriorated.
From the above, in the present embodiment, the S content is defined within the range of 0.0001% to 0.0100%.

(T.Al:アルミニウム)
Alは、溶鋼を脱酸するために一般的に添加される元素である。ここで、T.Alの含有量が0.001%未満では、十分に脱酸をすることができない。一方、T.Alの含有量が0.30%を超えると、粗大な介在物(Alクラスター、AlN)が発生し、炭素鋼鋳片の品質が劣化するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、T.Alの含有量を0.001%以上0.30%以下の範囲内に規定している。なお、本発明において、T.Al(トータルアルミニウム)の含有量は、溶鋼中のアルミニウムに加え、化合物の状態で炭素鋼鋳片に含有されているアルミニウムを含む合計量である。
(T.Al: Aluminum)
Al is an element generally added for deoxidizing molten steel. Here, T.W. If the Al content is less than 0.001%, sufficient deoxidation cannot be performed. On the other hand, T.W. If the Al content exceeds 0.30%, coarse inclusions (Al 2 O 3 clusters, AlN) are generated, and the quality of the carbon steel slab may be deteriorated.
From the above, in the present embodiment, T.I. The Al content is specified in the range of 0.001% to 0.30%. In the present invention, T.I. The content of Al (total aluminum) is a total amount including aluminum contained in the carbon steel slab in a compound state in addition to aluminum in the molten steel.

(Ca:カルシウム)
Caは、本発明では2点の重要な作用を有する。
(1)まず、接種核となるZrO−CaO系複合酸化物、特に接種作用を担うCSZの形成元素である。上述したように、CSZは立方晶であり、正方晶であるZrOよりもγ−Feに対する高い接種効果を有する。本実施形態で生成されるZrO−CaO系複合酸化物は、観察断面積の2/3以上が正方晶のCSZであるので、十分に高い接種効果を有する。
(2)最終的に生成されるZrO−CaO系複合酸化物を、溶鋼中(鋳片内部)に、多数、微細に分散させるために重要な影響を与える元素である。すなわち、Al脱酸後にCa添加することにより、溶鋼中にCaO−Al系液相酸化物を生成するので、その後にZr添加すれば、ZrO−CaO系複合酸化物を溶鋼中に確実に微細分散できる。液相酸化物は固相酸化物に比べて溶鋼との濡れ性が良好であるので凝集合体しにくいためである。このように、Zr添加前に凝集合体しにくいCaO−Al系液相酸化物を生成し、これを改質することにより、ZrO−CaO系複合酸化物を溶鋼中に、多数、微細に分散させることが可能となる。
(Ca: calcium)
Ca has two important actions in the present invention.
(1) First, it is a ZrO 2 —CaO-based composite oxide serving as an inoculum nucleus, particularly a CSZ-forming element responsible for inoculation. As described above, CSZ is cubic and has a higher inoculation effect on γ-Fe than ZrO 2 which is tetragonal. The ZrO 2 —CaO-based composite oxide produced in this embodiment has a sufficiently high inoculation effect because 2/3 or more of the observed cross-sectional area is a tetragonal CSZ.
(2) It is an element that exerts an important influence in order to finely disperse a large number of ZrO 2 —CaO-based composite oxides finally produced in molten steel (inside the slab). That is, by adding Ca after Al deoxidation, a CaO—Al 2 O 3 liquid phase oxide is produced in the molten steel. If Zr is added thereafter, the ZrO 2 —CaO based composite oxide is added to the molten steel. Fine dispersion can be ensured. This is because the liquid phase oxide has better wettability with the molten steel than the solid phase oxide, so that it does not easily aggregate and coalesce. Thus, before the addition of Zr, a CaO—Al 2 O 3 liquid phase oxide that hardly aggregates and coalesces is generated, and by modifying this, a large number of ZrO 2 —CaO composite oxides are contained in the molten steel, It can be finely dispersed.

ここで、Caの含有量が0.0002%未満では、CaO−Al系液相酸化物を生成することができない。そして、CSZを生成することができない。一方、0.0040%を超えると、Zr添加後に生成する複合酸化物のCaO含有率が高くなって、接種作用を有するCSZの含有率が低下してしまい、ZrO−CaO系複合酸化物全体として接種効果が不十分になる。
以上の理由から、本実施形態では、Caの含有量を0.0002%以上0.0040%未満の範囲に規定している。
Here, if the content of Ca is less than 0.0002%, a CaO—Al 2 O 3 liquid phase oxide cannot be generated. And CSZ cannot be generated. On the other hand, if it exceeds 0.0040%, the CaO content of the composite oxide produced after the addition of Zr becomes high, and the content of CSZ having an inoculation action decreases, and the entire ZrO 2 —CaO based composite oxide As the inoculation effect becomes insufficient.
For the reasons described above, in the present embodiment, the Ca content is specified in the range of 0.0002% or more and less than 0.0040%.

(Zr:ジルコニウム)
Zrは、γ相(γ―Fe)の凝固核(接種核)となるZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物を生成するために必要な元素である。
ここで、Zrの含有量が0.0010%未満では、ZrO−CaO系複合酸化物中のCSZが十分に生成しないおそれがある。一方、Zrの含有量が0.25%を超えると、粗大な酸化物が生成して、炭素鋼鋳片の加工性や靭性が大幅に劣化してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Zrの含有量を0.0010%以上0.25%以下の範囲内に規定している。
(Zr: zirconium)
Zr is an element necessary for generating inclusions made of a ZrO 2 —CaO-based composite oxide that becomes a solidification nucleus (inoculation nucleus) of the γ phase (γ-Fe).
Here, when the content of Zr is less than 0.0010%, there is a possibility that CSZ in the ZrO 2 —CaO-based composite oxide is not sufficiently generated. On the other hand, if the content of Zr exceeds 0.25%, coarse oxides are generated, and the workability and toughness of the carbon steel slab may be significantly deteriorated.
From the above, in the present embodiment, the Zr content is regulated within the range of 0.0010% or more and 0.25% or less.

(T.O:酸素)
Oは、不可避的に0.0005%は含有される。ここで、T.Oの含有量が0.0050%を超えると、粗大な酸化物等が生成し、炭素鋼鋳片の品質が劣化してしまう。
以上のことから、本実施形態では、T.Oの含有量を0.0005%以上0.0050%以下の範囲内に限定している。なお、本発明において、T.O(トータル酸素)の含有量は、溶鋼中の溶存酸素(フリー酸素)に加え、酸化物の状態で炭素鋼鋳片に含有されているOを含む合計量である。
(TO: Oxygen)
O is inevitably contained in 0.0005%. Here, T.W. If the O content exceeds 0.0050%, coarse oxides and the like are generated, and the quality of the carbon steel slab is deteriorated.
From the above, in the present embodiment, T.I. The O content is limited to a range of 0.0005% to 0.0050%. In the present invention, T.I. The content of O (total oxygen) is a total amount including O contained in the carbon steel slab in an oxide state in addition to dissolved oxygen (free oxygen) in the molten steel.

次に、本実施形態である炭素鋼鋳片の製造方法について、図3のフロー図を参照して説明する。   Next, the manufacturing method of the carbon steel slab which is this embodiment is demonstrated with reference to the flowchart of FIG.

(溶製工程S01)
まず、転炉等で溶製した溶鋼を準備する。そして、Ca、Zrを除く鋼成分を調整する。この成分調整の際に成分値(歩留まり)を安定させるため、Al脱酸を複数回に分けて行っても良い。こうして、まず、Ca、Zrを除く成分調整と、Al脱酸を行う。この溶鋼中には、Alを主体とする介在物が存在している。
(Melting step S01)
First, molten steel melted in a converter or the like is prepared. And the steel component except Ca and Zr is adjusted. In order to stabilize the component value (yield) at the time of this component adjustment, Al deoxidation may be performed in multiple steps. Thus, first, component adjustment excluding Ca and Zr and Al deoxidation are performed. In this molten steel, inclusions mainly composed of Al 2 O 3 exist.

(Ca添加工程S02)
次に、Caを添加する。Al脱酸後に生成した粗大なAlを溶鋼から浮上除去させるために、Al添加してから1.5分以上経過した後に、Caを添加することが好ましい。
Caを添加することにより、溶鋼中に残存したAlを、CaO−Al系液相酸化物に改質する。そのために、CaはO量に応じて式(1)を満たす量を含有させる。この際のCa量は添加量ではなく、歩留後の鋼中含有量である。このCaO−Al系液相酸化物は、溶鋼との濡れ性が良いため、溶鋼中に微細分散しやすい。CaとAlを十分に反応させてCaO−Al系液相酸化物を生成させるために、Ca添加終了後から1.5分以上、溶鋼を撹拌することが好ましい。しかし、長時間撹拌すると、液相酸化物といえども凝集合体が進行してしまうため、撹拌時間は長くても3分以内が好ましい。添加するCaの形態や方法は、一般的に実施されている、CaSi合金ワイヤー添加や、CaSi合金粉末インジェクション等を用いることができ、特に限定するものではない。
(Ca addition step S02)
Next, Ca is added. In order to levitate and remove coarse Al 2 O 3 produced after Al deoxidation from molten steel, it is preferable to add Ca after 1.5 minutes or more have elapsed since Al was added.
By adding Ca, Al 2 O 3 remaining in the molten steel is modified into a CaO—Al 2 O 3 liquid phase oxide. Therefore, Ca is contained in an amount satisfying the formula (1) according to the amount of O. The amount of Ca at this time is not the amount added but the content in steel after the yield. Since this CaO—Al 2 O 3 -based liquid phase oxide has good wettability with molten steel, it is easily finely dispersed in the molten steel. In order to sufficiently react Ca and Al 2 O 3 to form a CaO—Al 2 O 3 liquid phase oxide, it is preferable to stir the molten steel for 1.5 minutes or more after the Ca addition is completed. However, when stirring for a long time, aggregation and coalescence proceed even for a liquid phase oxide, so the stirring time is preferably within 3 minutes at the longest. The form and method of Ca to be added are not particularly limited, and commonly used methods such as CaSi alloy wire addition and CaSi alloy powder injection can be used.

(Zr添加工程S03)
そして、溶鋼にZrを添加する。これにより、Ca添加工程S02で生成し、溶鋼中に微細分散したCaO−Al系液相酸化物をZrO−CaO系複合酸化物に改質する。Zr量は、Al量とCa量に応じて式(2)を満たす量を含有させる。ZrとCaO−Al系液相酸化物を十分に反応させるために、Zr添加終了後から1.5分以上、溶鋼を撹拌することが好ましい。しかし、長時間撹拌すると、凝集合体が進行してしまうため、撹拌時間は長くても3分以内が好ましい。
(Zr addition step S03)
And Zr is added to molten steel. As a result, the CaO—Al 2 O 3 -based liquid phase oxide generated in the Ca addition step S02 and finely dispersed in the molten steel is modified into a ZrO 2 —CaO-based composite oxide. The amount of Zr is contained in an amount that satisfies the formula (2) according to the amount of Al and the amount of Ca. In order to sufficiently react Zr and CaO—Al 2 O 3 -based liquid phase oxide, it is preferable to stir the molten steel for 1.5 minutes or more after the addition of Zr. However, since agglomeration and coalescence proceeds when stirring for a long time, the stirring time is preferably within 3 minutes at the longest.

(鋳造工程S04)
このようにして得た溶鋼を連続鋳造機によって鋳造する。その際、Zr添加から鋳造終了までのその際、Zr添加から鋳造終了までの時間は6時間以内とする。このようにすることで溶鋼中の、ZrO−CaO系複合酸化物からなる長径1μm以上10μm以下のサイズの介在物を、個数密度で10個/mm以上500個/mm以下の範囲内とすることができる。
ここで、Zr添加から鋳造終了までの時間が6時間を超えると、Zr添加工程S03で形成されたZrO−CaO系複合酸化物が溶鋼表面に浮上してしまい、接種核としての機能を果たさなくなるおそれがある。
(Casting process S04)
The molten steel thus obtained is cast by a continuous casting machine. At that time, the time from the addition of Zr to the end of casting is within 6 hours from the addition of Zr to the end of casting. By doing in this way, inclusions in the molten steel having a major axis size of 1 μm or more and 10 μm or less made of ZrO 2 —CaO-based complex oxide are within a range of 10 / mm 2 or more and 500 / mm 2 or less in number density. It can be.
Here, when the time from the addition of Zr to the end of casting exceeds 6 hours, the ZrO 2 —CaO-based composite oxide formed in the Zr addition step S03 floats on the surface of the molten steel, and functions as an inoculation nucleus. There is a risk of disappearing.

以上のような構成とされた本実施形態である炭素鋼鋳片によれば、内部に、ZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物が分散されており、この介在物の平均組成が、上述の(3)式及び(4)式を満足していることから、介在物の2/3以上が立方晶のCZSで占められることになり、介在物全体としてγ相(γ―Fe)との格子整合性が高くなっている。よって、この介在物が凝固核となり、凝固組織を確実に微細化されることが可能となる。 According to the carbon steel slab of the present embodiment configured as described above, inclusions made of ZrO 2 —CaO-based composite oxide are dispersed therein, and the average composition of the inclusions is Since the above formulas (3) and (4) are satisfied, 2/3 or more of the inclusions are occupied by cubic CZS, and the inclusions as a whole are γ phase (γ-Fe) and The lattice matching of is high. Therefore, this inclusion becomes a solidified nucleus, and the solidified structure can be reliably refined.

また、本実施形態では、ZrO−CaO系複合酸化物からなる長径1μm以上10μm以下のサイズの介在物が、個数密度で10個/mm以上500個/mm以下の範囲内で分散されているので、凝固組織を確実に微細化することができる。よって、中心偏析や表面割れの無い高品質な炭素鋼鋳片を得ることができる。 Further, in the present embodiment, inclusions having a major axis size of 1 μm or more and 10 μm or less made of a ZrO 2 —CaO-based composite oxide are dispersed within a number density of 10 / mm 2 or more and 500 / mm 2 or less. Therefore, the solidified structure can be reliably miniaturized. Therefore, a high quality carbon steel slab without center segregation or surface cracks can be obtained.

また、本実施形態においては、Al脱酸後にCaを添加するCa添加工程S02と、Ca添加後にZrを添加するZr添加工程S03と、を備えているので、Ca添加工程S02によって、溶鋼中のAlを改質してCaO−Al系液相酸化物を形成することができる。このCaO−Al系液相酸化物は、固相酸化物と比べて溶鋼との濡れ性が良好であることから、溶鋼中に広く分散させることが可能となる。
そして、Zr添加工程S03において、CaO−Al系液相酸化物が分散している溶鋼に対してZrを添加することにより、このCaO−Al系液相酸化物を改質して、γ相(γ−Fe)との格子整合性の高い上述のZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物を溶鋼中に、多数、微細に分散させることができ、接種効果を確実に発揮させて、凝固組織を確実に微細化することができる。
Moreover, in this embodiment, since it has Ca addition process S02 which adds Ca after Al deoxidation, and Zr addition process S03 which adds Zr after Ca addition, by Ca addition process S02, in molten steel Al 2 O 3 can be modified to form a CaO—Al 2 O 3 liquid phase oxide. Since this CaO—Al 2 O 3 -based liquid phase oxide has better wettability with molten steel than solid phase oxide, it can be widely dispersed in molten steel.
Then, reformed in Zr addition step S03, by CaO-Al 2 O 3 based liquid phase oxides are added Zr against molten steel are dispersed, the CaO-Al 2 O 3 based liquid phase oxides In addition, a large number of inclusions made of the above-mentioned ZrO 2 —CaO-based composite oxide having a high lattice matching with the γ phase (γ-Fe) can be finely dispersed in the molten steel, ensuring the inoculation effect. This makes it possible to reliably refine the solidified structure.

以上、本発明の実施形態である炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   As mentioned above, although the carbon steel slab and the method for producing the carbon steel slab according to the embodiment of the present invention have been specifically described, the present invention is not limited to this and does not depart from the technical idea of the invention. The range can be changed as appropriate.

以下に、本発明の効果を確認すべく、実施した実験結果について説明する。
250t転炉で溶製した溶鋼を、真空脱ガス装置においてAlを添加して脱酸するとともに溶鋼の成分調整を行った。
そして、本発明例1−11、比較例21−31では、Al脱酸後の溶鋼に、CaSi合金ワイヤー添加を行ってCaを添加し、その後、Zrを添加した。
比較例21では、Al脱酸後にCa添加を行ったが、Zrを添加しなかった。
比較例22では、Al脱酸後の溶鋼へのCa添加を実施せずに、Zrを添加した。
比較例31では、Al脱酸後に、Zrを添加し、その後Caを添加した。
In the following, the results of experiments conducted to confirm the effects of the present invention will be described.
The molten steel melted in the 250 t converter was deoxidized by adding Al in a vacuum degassing apparatus and the components of the molten steel were adjusted.
And in this invention example 1-11 and comparative example 21-31, CaSi alloy wire addition was performed to the molten steel after Al deoxidation, Ca was added, and Zr was added after that.
In Comparative Example 21, Ca was added after Al deoxidation, but Zr was not added.
In Comparative Example 22, Zr was added without adding Ca to the molten steel after Al deoxidation.
In Comparative Example 31, Zr was added after Al deoxidation, and then Ca was added.

上述のようにして、表1に示す成分組成の溶鋼を得た。成分分析試料は、タンディッシュで採取した。この溶鋼を連続鋳造することにより、幅1250mm、厚さ250mmの矩形断面を有する炭素鋼鋳片(スラブ)を製造した。   As described above, molten steel having the composition shown in Table 1 was obtained. Component analysis samples were collected in a tundish. By continuously casting the molten steel, a carbon steel slab (slab) having a rectangular cross section with a width of 1250 mm and a thickness of 250 mm was produced.

(凝固組織の観察)
得られた炭素鋼鋳片(スラブ)の鋳造方向に直交する断面において、ピクリン酸液で凝固組織(デンドライト組織)を検出し、1/4幅、1/2幅、3/4幅の各位置で等軸晶率(鋳片厚みに対する等軸晶帯厚みの比率)を測定した。鋳片表層から厚さ中央部に向かって、成長方向が揃った柱状晶組織が発達し、厚さ中央部には成長方向がランダムな等軸晶が生成する。柱状晶の成長方向が揃うのは、優先成長方位がマクロ的な熱流方向と一致又は近いデンドライトが優先的に成長するためである。このように、柱状晶帯と等軸晶帯は、組織(デンドライトの一次枝)の方向性によって区別することができる。なお、等軸晶帯には、形状がほとんど球状(長径/短径の比が1に近い)の粒状晶や、細長い形状の分岐状デンドライト(長径/短径の比が3以下のものが多いが、3を超えるものもある)が含まれる。等軸晶帯の比率を表2に示す。
(Observation of coagulated tissue)
In a cross section perpendicular to the casting direction of the obtained carbon steel slab (slab), a solidified structure (dendritic structure) is detected with a picric acid solution, and each position of 1/4 width, 1/2 width, and 3/4 width is detected. The equiaxed crystal ratio (ratio of equiaxed crystal zone thickness to slab thickness) was measured. A columnar crystal structure with a uniform growth direction develops from the slab surface layer toward the center of the thickness, and an equiaxed crystal with a random growth direction is generated at the center of the thickness. The reason why the columnar crystal growth directions are aligned is that dendrites whose preferential growth orientation matches or is close to the macroscopic heat flow direction preferentially grow. Thus, the columnar crystal zone and the equiaxed crystal zone can be distinguished by the directionality of the structure (primary branch of dendrite). In addition, the equiaxed crystal zone includes many granular crystals having an almost spherical shape (the ratio of major axis / minor axis is close to 1) and branched dendrites having an elongated shape (major axis / minor axis ratio of 3 or less). Is more than 3). The ratio of equiaxed crystal zones is shown in Table 2.

(介在物の組成)
得られた炭素鋼鋳片(スラブ)の鋳造方向に直交する断面において、1/4幅の1/4厚の位置から観察試料を採取し、この観察試料をSEM観察し、長径1μm以上10μm以下の介在物を任意に20個選択した。SEMに付属したEDS(エネルギー分散測定)装置によって、それぞれの介在物全体を覆う範囲を測定範囲として、各介在物の全体組成を求めた。そして、測定した20個の介在物の全体組成を平均して、(%Al)、および、(%CaO)/(%ZrO)を求めた。なお、ここで、( )括弧で示した組成は、介在物組成であることを示す。
(Composition of inclusions)
In the cross section perpendicular to the casting direction of the obtained carbon steel slab (slab), an observation sample is taken from a 1/4 thickness position of 1/4 width, and this observation sample is observed by SEM, and the major axis is 1 μm or more and 10 μm or less. 20 inclusions were arbitrarily selected. With the EDS (energy dispersion measurement) apparatus attached to the SEM, the entire composition of each inclusion was determined with the range covering the entire inclusions as the measurement range. Then, the total composition of the 20 inclusions measured was averaged to obtain (% Al 2 O 3 ) and (% CaO) / (% ZrO 2 ). Here, the composition indicated in parentheses () indicates an inclusion composition.

(介在物におけるCZS相の断面積率)
介在物内部でCSZ相が占める断面積率は、反射電子像を画像処理して求めた。原子番号(化合物の場合は、構成原子の原子番号と質量濃度の積を、全元素について合計した、平均原子番号を用いれば良い)が大きくなるほど、反射電子像は明るく見えるため、CSZ相を判別できる。対象とする明るさの相がCSZ相であることは、事前に、EDSにより定量分析を行って確認した。なお、反射電子像でなく、EPMAにより介在物全体の元素濃度分布を測定(元素マッピング)して、CSZ相を特定して、その断面積率を求めても良い。
(Cross sectional area of CZS phase in inclusions)
The cross-sectional area ratio occupied by the CSZ phase inside the inclusions was determined by image processing of the reflected electron image. Since the reflected electron image appears brighter as the atomic number (in the case of a compound, the average atomic number obtained by adding the product of the atomic number and mass concentration of the constituent atoms to the total element) increases, the CSZ phase is discriminated. it can. It was confirmed in advance by EDS that the target brightness phase was a CSZ phase. In addition, instead of the reflected electron image, the element concentration distribution of the entire inclusion may be measured by EPMA (element mapping), the CSZ phase may be specified, and the cross-sectional area ratio may be obtained.

(介在物の個数密度/鋳片介在物の最大径)
上述の観察試料を、光学顕微鏡で、倍率1000倍、60視野で観察し、長径1μm以上10μm以下の介在物の個数密度を算出した。また、観察された介在物の最大長径を求めた。介在物の最大長径及び個数密度を表2に示す。
(Number density of inclusions / maximum diameter of slab inclusions)
The observation sample was observed with an optical microscope at a magnification of 1000 times and 60 fields of view, and the number density of inclusions having a major axis of 1 μm to 10 μm was calculated. Moreover, the maximum major axis of the observed inclusion was determined. Table 2 shows the maximum long diameter and number density of inclusions.

(製品疵)
得られた炭素鋼鋳片(スラブ)を常法にしたがい、1050〜1200℃に加熱後、熱間圧延して厚さ3mmの熱延板を製造し、長さ10mm以上の疵の有無を目視で検査した。100m当たりの疵の個数が1個未満のものを「○」、1個以上のものを「×」と判定した。評価結果を表2に示す。
(Product 疵)
According to a conventional method, the obtained carbon steel slab (slab) is heated to 1,050 to 1,200 ° C. and hot-rolled to produce a hot-rolled sheet having a thickness of 3 mm, and visually checked for wrinkles having a length of 10 mm or more. Inspected with. A case where the number of ridges per 100 m was less than 1 was judged as “◯”, and one or more pieces were judged as “x”. The evaluation results are shown in Table 2.

Figure 2016176110
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Figure 2016176110
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比較例21は、Zrを添加しなかったため、鋳片にはCSZ相は観察されず、CaO−Al系液相酸化物が分布した。この酸化物はγ−Feと格子整合性が低く接種効果を有しないため、等軸晶率は5%と低かった。 In Comparative Example 21, since no Zr was added, no CSZ phase was observed in the slab, and CaO—Al 2 O 3 liquid phase oxide was distributed. Since this oxide had low lattice matching with γ-Fe and no inoculation effect, the equiaxed crystal ratio was as low as 5%.

比較例22は、Al脱酸後のCa添加を実施せずに、Zr添加を行った。CaO−Al系液相酸化物が生成されない状態で、Zr添加を行ったので、CSZは生成せず、正方晶であるZrOが生成し、その鋳片内個数密度は10個/mmに満たなかった。そのため、等軸晶率は10%にとどまった。 In Comparative Example 22, Zr was added without adding Ca after Al deoxidation. Since Zr was added in a state where no CaO—Al 2 O 3 -based liquid phase oxide was generated, CSZ was not generated, and ZrO 2 that was tetragonal was generated, and the number density in the slab was 10 / It was less than mm 2. Therefore, the equiaxed crystal ratio remained at 10%.

比較例23は、Al脱酸後のCa量が下限未満の0.0001%であり、その結果、式(1)の値も下限未満であった。このため、CaO−Al系酸化物は固相となり、凝集合体が進行して個数が減少した。そのため、Zr脱酸後に生成したZrO−CaO系複合酸化物の個数は10個/mm未満で少なく、等軸晶率は10%であった。また、CSZ相は少なく、断面積率は67%未満であった。 In Comparative Example 23, the amount of Ca after Al deoxidation was 0.0001% below the lower limit, and as a result, the value of formula (1) was also lower than the lower limit. For this reason, the CaO—Al 2 O 3 -based oxide became a solid phase, the aggregation coalescence progressed, and the number decreased. Therefore, the number of ZrO 2 —CaO based composite oxides produced after Zr deoxidation was less than 10 / mm 2 and the equiaxed crystal ratio was 10%. Moreover, there were few CSZ phases and the cross-sectional area ratio was less than 67%.

比較例24は、Al脱酸後のCa量が上限を超えた0.0045%であり、その結果、式(1)および式(4)の値が上限を超えたため、Zr脱酸後に生成したZrO−CaO系複合酸化物中の(%CaO)が高く、CaZrO複合酸化物が多量に生成した。一方、γ−Feに対する接種効果が高いCSZ相の断面積率が67%未満であり、ZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物全体としての接種効果が低下したため、等軸晶率は20%に届かなかった。 In Comparative Example 24, the amount of Ca after Al deoxidation was 0.0045% exceeding the upper limit, and as a result, the values of the formulas (1) and (4) exceeded the upper limit, and thus were generated after Zr deoxidation. (% CaO) in the ZrO 2 —CaO composite oxide was high, and a large amount of CaZrO 3 composite oxide was produced. On the other hand, the cross-sectional area ratio of the CSZ phase having a high inoculation effect on γ-Fe is less than 67%, and the inoculation effect as a whole inclusion composed of the ZrO 2 —CaO-based composite oxide is reduced. % Did not reach.

比較例25は、Al量が上限を超えたため、Al脱酸後に粗大なAlが生成したほか、Ca脱酸後のCaO−Al系酸化物は液相にならず、凝集合体が進行した。Zr脱酸後のZrO−CaO系複合酸化物の個数は10個/mm未満で少なく、CSZ相の断面積率は67%未満であり、等軸晶率は5%であった。また、粗大なAlに起因して、粗大なZrO−CaO系複合酸化物が鋳片内に分布したため製品疵が発生した。 In Comparative Example 25, since the Al amount exceeded the upper limit, coarse Al 2 O 3 was generated after Al deoxidation, and the CaO—Al 2 O 3 oxide after Ca deoxidation did not become a liquid phase, but agglomerated. The coalescence progressed. The number of ZrO 2 —CaO composite oxides after Zr deoxidation was less than 10 / mm 2 , the cross-sectional area ratio of the CSZ phase was less than 67%, and the equiaxed crystal ratio was 5%. Further, due to the coarse Al 2 O 3 , the coarse ZrO 2 —CaO based composite oxide was distributed in the slab, resulting in product defects.

比較例26は、Zrが下限値未満であったため、式(4)の値が上限を超え、式(2)を満たさなかった。そのため、γ−Feの接種核となるCSZの生成量が不足して、CSZ相の断面積率は67%未満であり、ZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物全体としての接種効果が低かったため、等軸晶率は10%にとどまった。 In Comparative Example 26, Zr was less than the lower limit value, so the value of formula (4) exceeded the upper limit and did not satisfy formula (2). Therefore, the production amount of CSZ which becomes an inoculation nucleus of γ-Fe is insufficient, the cross-sectional area ratio of the CSZ phase is less than 67%, and the inoculation effect as a whole inclusion made of the ZrO 2 —CaO-based composite oxide is obtained. Because it was low, the equiaxed crystal ratio remained at 10%.

比較例27は、ZrO−CaO系複合酸化物の個数は50個/mmを超え、等軸晶率は35%であった。しかし、Zrが上限量を超えたため、ZrO−CaO系複合酸化物が粗大になり、製品疵が発生した。 In Comparative Example 27, the number of ZrO 2 —CaO-based composite oxides exceeded 50 / mm 2 and the equiaxed crystal ratio was 35%. However, since Zr exceeded the upper limit, the ZrO 2 —CaO-based composite oxide became coarse and product defects occurred.

比較例28は、式(1)の値が下限未満となったため、Ca脱酸後のCaO−Al系酸化物が十分に液相化せず、凝集合体が進行し、Zr脱酸後のZrO−CaO系複合酸化物の個数も少なかったため、等軸晶率が10%にとどまった。 In Comparative Example 28, since the value of the formula (1) was less than the lower limit, the CaO—Al 2 O 3 -based oxide after Ca deoxidation did not sufficiently become a liquid phase, aggregation coalescence progressed, and Zr deoxidation progressed. Since the number of later ZrO 2 —CaO based composite oxides was also small, the equiaxed crystal ratio was only 10%.

比較例29は、式(1)の上限を超えており、Zr脱酸後のZrO−CaO系複合酸化物の(%CaO)が増加した結果、式(4)の上限も超えた。そのため、Zr脱酸後に生成したZrO−CaO系複合酸化物中の(%CaO)が高く、CaZrOが多量に生成する一方、γ−Feに対する接種効果が高いCSZ相の断面積率が67%未満となり、ZrO−CaO系介在物全体としての接種効果が低下したために、等軸晶率は20%に届かなかった。 In Comparative Example 29, the upper limit of Formula (1) was exceeded, and as a result of the increase in (% CaO) of the ZrO 2 —CaO-based composite oxide after Zr deoxidation, the upper limit of Formula (4) was also exceeded. Therefore, (% CaO) in the ZrO 2 —CaO-based composite oxide produced after Zr deoxidation is high and a large amount of CaZrO 3 is produced, while the cross-sectional area ratio of the CSZ phase having a high inoculation effect on γ-Fe is 67. The equiaxed crystal ratio did not reach 20% because the inoculation effect as a whole of the ZrO 2 —CaO inclusions was reduced.

比較例30は、Zr量が式(2)を満たさなかったため、Zr脱酸後に生成したZrO−CaO系複合酸化物中の(%CaO)が高く、CSZ相の断面積率が67%未満となり、ZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物全体としての接種効果が低下したために、等軸晶率は20%に届かなかった。 In Comparative Example 30, since the amount of Zr did not satisfy the formula (2), (% CaO) in the ZrO 2 —CaO-based composite oxide generated after Zr deoxidation was high, and the cross-sectional area ratio of the CSZ phase was less than 67%. Thus, since the inoculation effect as a whole inclusion composed of the ZrO 2 —CaO-based composite oxide was lowered, the equiaxed crystal ratio did not reach 20%.

比較例31は、Al脱酸後にZr添加を実施し、最後にCa添加を行ったため、CaO−Al系液相酸化物を生成する段階を経なかった。そのため、Al脱酸後からCa脱酸に至るまで、酸化物は固相であり、溶鋼中で凝集が進行して個数が減少したため、等軸晶率が10%であった。 In Comparative Example 31, Zr addition was performed after Al deoxidation, and Ca was added last, so that a stage of generating a CaO—Al 2 O 3 liquid phase oxide was not performed. Therefore, from Al deoxidation to Ca deoxidation, the oxide was in a solid phase, and agglomeration proceeded in the molten steel to reduce the number, so that the equiaxed crystal ratio was 10%.

これらに対して、本発明例1−11においては、いずれも等軸晶率が高く、かつ、製品疵も少なかった。
以上のことから、本発明例によれば、溶鋼が凝固する際に晶出する初晶がγ相となるγ凝固鋼において、凝固組織を安定して微細化させることができ、各種特性に優れた炭素鋼鋳片を得ることが可能であることが確認された。
On the other hand, in Inventive Example 1-11, the equiaxed crystal ratio was high and the product wrinkle was small.
From the above, according to the present invention example, in the γ-solidified steel in which the primary crystal that crystallizes when the molten steel solidifies, the solidified structure can be stably refined and excellent in various properties. It was confirmed that a carbon steel slab can be obtained.

S02 Ca脱酸工程
S03 Zr添加工程
S02 Ca deoxidation step S03 Zr addition step

Claims (2)

質量%で、
C:0.50%超え1.50%以下、
Si:0.01%以上1.2%以下、
Mn:0.01%以上3.0%以下、
P:0.0010%以上0.050%以下、
S:0.0001%以上0.0100%以下、
T.Al:0.001%以上0.30%以下、
Ca:0.0002%以上0.0040%以下、
Zr:0.0010%以上0.25%以下、
T.O:0.0005%以上0.0050%以下、
を含有し、残部がFeおよび不可避不純物とされるとともに、T.Oの含有量[%T.O]と、Caの含有量[%Ca]と、Zrの含有量[%Zr]と、T.Alの含有量[%T.Al]とが、下記の(1)式及び(2)式を満足しており、
0.2≦[%Ca]/[%T.O]≦0.8 ・・・(1)
[%Zr]≧4×[%Ca]×(3.4×[%T.Al]+1.0) ・・・(2)
内部に、ZrO−CaO系複合酸化物からなる介在物が分散されており、
前記介在物の平均組成が、下記の(3)式及び(4)式を満足しており、
0≦(%Al)≦18 ・・・(3)
0.04≦(%CaO)/(%ZrO)≦0.22 ・・・(4)
前記介在物のうち、CaO濃度が11%以下である領域の断面積率の平均値が67%以上であり、
長径1μm以上10μm以下のサイズの前記介在物が個数密度で10個/mm以上500個/mm以下の範囲内で分散されていることを特徴とする炭素鋼鋳片。
% By mass
C: 0.50% to 1.50% or less,
Si: 0.01% or more and 1.2% or less,
Mn: 0.01% to 3.0%,
P: 0.0010% or more and 0.050% or less,
S: 0.0001% or more and 0.0100% or less,
T.A. Al: 0.001% or more and 0.30% or less,
Ca: 0.0002% or more and 0.0040% or less,
Zr: 0.0010% or more and 0.25% or less,
T.A. O: 0.0005% or more and 0.0050% or less,
The balance is made Fe and inevitable impurities, and T. O content [% T.V. O], Ca content [% Ca], Zr content [% Zr], T.O. Al content [% T.V. Al] satisfies the following formulas (1) and (2):
0.2 ≦ [% Ca] / [% T.P. O] ≦ 0.8 (1)
[% Zr] ≧ 4 × [% Ca] × (3.4 × [% T.Al] +1.0) (2)
Inclusions made of ZrO 2 —CaO based composite oxide are dispersed inside,
The average composition of the inclusions satisfies the following formulas (3) and (4):
0 ≦ (% Al 2 O 3 ) ≦ 18 (3)
0.04 ≦ (% CaO) / (% ZrO 2 ) ≦ 0.22 (4)
Of the inclusions, the average value of the cross-sectional area ratio of the region where the CaO concentration is 11% or less is 67% or more,
A carbon steel slab characterized in that the inclusions having a major diameter of 1 μm or more and 10 μm or less are dispersed in a number density of 10 / mm 2 or more and 500 / mm 2 or less.
請求項1に記載の炭素鋼鋳片を製造する炭素鋼鋳片の製造方法であって、
溶鋼にAlを添加して脱酸を行うAl脱酸工程と、Al脱酸後にCaを添加するCa添加工程と、Ca添加後にZrを添加するZr添加工程と、成分調整した溶鋼を鋳造する鋳造工程と、を有し、
前記Al脱酸工程及び前記Ca添加工程により、溶鋼中にCaO−Al系液相酸化物を分散させるとともに、
前記Zr添加工程により、前記CaO−Al系液相酸化物とZrとを反応させて、前記(3)式及び前記(4)式を満足する平均組成を有するZrO−CaO系複合酸化物からなる前記介在物を形成することを特徴とする炭素鋼鋳片の製造方法。
It is a manufacturing method of the carbon steel slab which manufactures the carbon steel slab of Claim 1,
Al deoxidation process in which Al is added to molten steel to perform deoxidation, Ca addition process in which Ca is added after Al deoxidation, Zr addition process in which Zr is added after Ca addition, and casting in which molten steel with components adjusted is cast And having a process
While dispersing the CaO-Al 2 O 3 liquid phase oxide in the molten steel by the Al deoxidation step and the Ca addition step,
In the Zr addition step, the CaO—Al 2 O 3 -based liquid phase oxide and Zr are reacted to have a ZrO 2 —CaO-based composite having an average composition satisfying the formulas (3) and (4). A method for producing a carbon steel slab, comprising forming the inclusion made of an oxide.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112695154A (en) * 2020-12-23 2021-04-23 天津重型装备工程研究有限公司 Carbon manganese steel forging and smelting method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09287015A (en) * 1996-04-22 1997-11-04 Nippon Steel Corp Method for refining harmful inclution in steel
JP2001347349A (en) * 2000-06-05 2001-12-18 Nippon Steel Corp Cast slab provided with fine solidification structure and steel material processed from the cast slab
JP2002321043A (en) * 2001-04-25 2002-11-05 Nippon Steel Corp Manufacturing method for piece of cast which has fine solidification structure and steel product which is processed from it
WO2010050238A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 新日本製鐵株式会社 Pearlite rail having superior abrasion resistance and excellent toughness
WO2013161794A1 (en) * 2012-04-23 2013-10-31 新日鐵住金株式会社 Rail

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09287015A (en) * 1996-04-22 1997-11-04 Nippon Steel Corp Method for refining harmful inclution in steel
JP2001347349A (en) * 2000-06-05 2001-12-18 Nippon Steel Corp Cast slab provided with fine solidification structure and steel material processed from the cast slab
JP2002321043A (en) * 2001-04-25 2002-11-05 Nippon Steel Corp Manufacturing method for piece of cast which has fine solidification structure and steel product which is processed from it
WO2010050238A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 新日本製鐵株式会社 Pearlite rail having superior abrasion resistance and excellent toughness
WO2013161794A1 (en) * 2012-04-23 2013-10-31 新日鐵住金株式会社 Rail

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112695154A (en) * 2020-12-23 2021-04-23 天津重型装备工程研究有限公司 Carbon manganese steel forging and smelting method thereof
CN112695154B (en) * 2020-12-23 2022-07-19 天津重型装备工程研究有限公司 Carbon manganese steel forging and smelting method thereof

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