JP2580936B2 - 表面疵の少ない鋼材の製造方法 - Google Patents

表面疵の少ない鋼材の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、AlとNを含有して表
面疵が発生し易いといわれているCr−Mo肌焼鋼を用
いて鋼材を製造するに当たり、該鋼材の表面疵を極力少
なくできる様にした方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Cr−Mo肌焼鋼は、製品形状に加工し
た後、浸炭処理によって表面硬化してから使用される場
合が多いが、浸炭処理時に結晶粒の粗大化が発生し、焼
入歪を発生したり、靭性低下が生じたりすることがあ
る。こうしたことから、AlとNの添加によって結晶粒
の粗大化防止を図り、上記の様な不都合な事態を回避す
る様にしている。しかしながらAlやNが多量に含有さ
れると、鋳片凝固時にできた粗大なオーステナイト結晶
粒の粒界に、鋳片冷却過程でAlNが析出し、粒界の結
合力を弱めることになり、鋳片を適当な大きさの鋼片に
圧延(分塊)する際に割れを発生させて表面疵の原因と
なる。鋼片に発生した表面疵は、基本的にはその後の手
入れ段階で取り除かれるが、あまり多くの疵が発生して
いたり、分塊中に圧着された様な状態であると、疵が取
り残されることがあり、製品加工時に加工割れが発生す
る原因になる。その点につき、更に詳細に説明する。
【0003】近年、鋼材を製造するに際し、溶鋼を注湯
しながら連続的に凝固させて鋳片を取り出す連続鋳造法
が広く実施されている。そして連続鋳造法で得られた鋳
片は、表面が900℃以下にならない様に早急に加熱炉
に装入して均熱され、その後分塊,圧延する様にしてい
る。しかしながらこの様な状況のもとでは、Alおよび
Nを添加したCr−Mo肌焼鋼(以下単にCr−Mo
肌焼鋼と呼ぶことがある)を得ようとすると、加熱炉に
装入されたときに存在する粗大オーステナイト粒界にA
lNが析出して延性を乏しくさせ、加熱中や分塊中に粒
界割れを起こし、鋼片の表面疵の原因になる。また連続
鋳造後に鋳片表面を900℃以上に保持した状態で加熱
炉に装入することが困難な場合もあり、このときは鋳片
表面が900℃以下に冷却された状態で加熱炉に装入さ
れることになるが、そうすると粗大オーステナイト
にAlNが析出する他、初析フェライトが薄いフィルム
状に析出し、鋳片の延性をますます劣化させ、分塊後の
鋼片の表面疵を多くする傾向を示す。いずれにしても現
状の技術では、肌焼鋼の表面疵を少なくすることは困難
であり、表面疵を少なくすることのできる上記鋼材の製
造技術の確立が望まれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】延性に乏しいAlNの
析出した粗大オーステナイトを細粒化する方法として
は、鋳片を一旦室温まで冷却してオーステナイト相をフ
ェライト相とパーライト相の混合組織に変態させ、その
後加熱することが考えられる。しかしながら、もともと
高温であった連鋳片を室温まで冷却してから再加熱する
ことは、莫大なエネルギーロスを招くという欠点があ
る。
【0005】尚高Siばね用鋼の表面疵を低減する方法
として、例えば特公平1-35049号公報の様な方法も提案
されている。この方法は、連鋳片の表層部のみを500
〜680℃(但し実験的に確認されているのは600〜
680℃の領域)に冷却保持し、中心部は700℃以上
に保持するものであり、この方法によって表層部のパー
ライト状態を完了させて表面疵のない鋼材が製造されて
いる。しかしながら本発明者らが、Cr−Mo肌焼鋼を
対象として上記公報記載の方法を適用してみたが、そも
そも鋼種が相違するものであった為、この方法では表面
疵の無い鋼材を得ることができなかった。
【0006】本発明はこうした技術的課題を解決する為
になされたものであって、その目的は、AlとNを含む
Cr−Mo肌焼鋼の鋼材を、表面疵の極力少ない状態で
製造することのできる方法を確立することにある
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すること
のできた本発明とは、Al:0.01〜0.07重量
%、N:0.007〜0.02重量%を含有するCr−
Mo肌焼鋼を用いて連続鋳造法によって鋳片とし、該鋳
の冷却過程において表面が350〜500℃の温度範
囲内となる状態で30秒以上保持することによって、該
表層部においてベイナイト変態が開始した後の再加熱
よって生成するオーステナイト粒を微細化して分塊圧延
時の表面疵を少なくする点に要旨を有する鋼材の製造方
法である。
【0008】
【作用】本発明者らは、まず上記公報記載の技術につい
て検討した。その結果、高Siばね用鋼においては、表
面を500〜680℃に短時間保持しても、前述した様
パーライト変態を完了することができ、その後加熱す
ることによってオーステナイト粒を細粒化することがで
きるので、表面疵発生を防止することができるものと考
えられた。これに対し、Cr−Mo肌焼鋼においては、
表面を500〜680℃にして長時間(例えば100 分以
上)保持しても、上記の様な変態は生じないことが分か
った。そこで本発明者らは、上記の様な事態の解明を図
りつつ、Cr−Mo肌焼鋼の鋼材における表面疵を少な
くする為の手段について様々な角度から検討を加えた。
【0009】本発明者らが検討したところによると、C
r−Mo肌焼鋼の鋳片においては、500〜680℃の
温度範囲でのパーライト変態が高Siばね鋼に比較し
て非常に生じ難いことがわかった。これに対し、Cr−
Mo肌焼鋼の場合は350〜 500℃の温度範囲でベイ
ナイト変態が非常に短時間で始まり且つ完了することが
わかった。またパーライト組織と同様に、ベイナイト組
織においても、再加熱後のオースナイト粒細粒化に寄
与することも明らかにした。
【0010】そして本発明者らは、鋳造された高温の鋳
片の表面を高圧の水で冷却して350〜500℃の温度
冷却すると共に、該温度範囲での保持時間がどの程度
あれば上記効果が得られるかを考察した。その結果、
20秒程度の保持時間では、その後再加熱しても粗大オ
ーステナイト粒には何の変化も認められなかったが、保
持時間が1分以上となると加熱後のオーステナイトは細
粒化されて延性が改善されており、分塊後の鋼材の表面
疵が皆無になっていることを見出し、本発明を完成
た。但し、保持時間が30秒程度であっても、表層部の
ベイナイト変態が開始、程度の差はあっても表面疵を
低減する効果が認められるので、本発明では保持時間は
30秒以上と規定した。尚ベイナイト変態が完了した後
前記温度範囲に保持することは、本発明の課題という
観点から見て無意味であるので、3分程度以下とするこ
が好ましい。
【0011】本発明は、Cr−Mo肌焼鋼を対象とする
ものであるが、その理由は下記の通りである。即ち、C
r−Mo肌焼鋼より焼入性が悪いCr鋼やSi鋼におい
ては、前記公報記載のばね鋼と同様に550〜680
℃で保持することによってオーステナイトを細粒化する
ことが可能であること、およびCr−Mo肌焼鋼よりも
焼入性の良いNi−Cr−Mo鋼においては、短時間で
はベイナイト変態が生じないので本発明の方法が利用で
きない。但し、本発明のCr−Mo肌焼鋼は、その本質
を失わない限り少量のNi(0〜0.2%程度)を含有
することは差しつかえない。なお一般にCr−Mo鋼
は、Cを0.3〜0.45重量%程度含有する強靭鋼
と、Cの含有量が0.25重量%以下の肌焼鋼に分類さ
れるが、前者はAlとNの含有量が少なく、表面疵の発
少ないのに対し、後者では、前述した如くAlとN
を比較的多く含有しており、オーステナイト粒界中にA
lNが析出して、表面疵を発生し易いものである。従っ
て、本発明で対象とする鋼材はAlとNを比較的多量に
含有するCr−Mo肌焼鋼に限定した。
【0012】上記の如く本発明で対象とする鋼材は、A
lとNを必須成分として含有するものであるが、本発明
におけるこれらの化学成分限定理由は下記の通りであ
る。即ち、Alは結晶粒の粗大化防止という観点から
0.01重量%以上含有させる必要があるが、後述する
Nとのバランスも重要であり、0.07重量%を超える
と却って細粒化効果を悪くする。一方Nは細粒化の為に
0.007重量%以上含有させる必要があるが、過剰に
含有させると本発明による効果が半減して分塊時の割れ
発生が多くなるので、0.02重量%以下とする必要が
ある。
【0013】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【0014】
【実施例】実施例1 重量%で、C:0.19,Si:0.19%,Mn:
0.78%,P:0.016%,S:0.015%,C
u:0.01%,Ni:0.02%,Cr:1.18
%,Mo:0.2%,Al:0.024%,N:0.0
110%を夫々含有し、残部が鉄と不純物からなる溶鋼
を、連続鋳造法によって300×430(mm)のブル
ーム鋳片に凝固させた後、スプレー冷却で鋳片表面を冷
却した。
【0015】いくつかの鋳片に切断した後、スプレー冷
却の水量と圧力を変化させ、様々な温度となるまで3分
間の冷却を行なってから加熱炉に装入して再加熱した。
この後加熱炉から鋳片を取り出し、冷却してから組織を
観察した。
【0016】スプレー冷却をしなかったときの粗大オー
ステナイトの粒径に対する、スプレー冷却して様々な温
度まで冷却した後再加熱したときのオーステナイトの粒
径の比(粒径比:再加熱後のオーステナイト粒径/粗大
オーステナイト粒径)と、スプレー冷却によって到達し
た表面冷却温度との関係を図1に示す。図1から明らか
な様に、500℃以下になる様に冷却してから再加熱す
ることによって、鋼材のオーステナイト粒の細粒化が達
成されていることがわかる。
【0017】実施例2 実施例1で示したものと同一組成の鋳片ブルームを、ス
プレー冷却によって表面を冷却し、表面の温度が350
500℃の温度範囲内に保持されている時間(保持時
間)と、前記粒径比の関係を、図2に示す。図2から明
らかな様に、保持時間が20秒程度ではオーステナイト
粒径の変化が全く認められず、30秒で徐々に変化が認
められ、60秒では細粒化しているときと混粒のときが
あり、更にそれより長い保持時間ではすべて細粒化して
いる。尚保持温度が60秒において、細粒化していると
きの表面到達冷却温度は380℃であり、混粒している
時の表面到達冷却温度は460℃であった。
【0018】実施例3 JIS規格SCM415に相当する化学組成で、且つ重
量%でAl:0.02〜0.05%,N:0.009〜
0.02%を夫々含有する溶鋼を、連続鋳造法によって
鋳片とした後、下記に示す3通りの条件によって加熱し
たブルームを分塊し、鋳片における表面疵の発生状況を
比較した。 (A)表面温度が900℃のときに加熱炉装入したもの
(高温装入法:従来法) (B)表面を550〜680℃に冷却して30分間保持
した後、加熱炉に装入したもの(パーライト変態法:比
較法) (C)本発明に従って、350〜500℃に1分間以上
保持した後、加熱炉に装入したもの(ベイナイト変態
法;本発明法)その結果を図3に示す。尚図3において
表面疵指数は、鋼片10mあたりの疵の個数に比例した
値である。この結果から明らかな様に、本発明方法を実
施すると、鋼材の表面疵を極力低減し得ることがわか
る。
【0019】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、A
lとNを含むCr−Mo肌焼鋼の鋼材を、表面疵の極力
小さい状態で製造することのできる方法が確立できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】表面冷却温度と粒径比の関係を示すグラフであ
る。
【図2】保持時間と粒径比の関係を示すグラフである。
【図3】各方法による表面疵発生状況を比較して示した
グラフである。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al:0.01〜0.07重量%、N:
    0.007〜0.02重量%を含有するCr−Mo肌焼
    鋼を用いて連続鋳造法によって鋳片とし、該鋳片冷却
    過程において表面が350〜500℃の温度範囲内とな
    る状態で30秒以上保持することによって、表層部にお
    いてベイナイト変態が開始した後再加熱によって生成
    するオーステナイト粒を微細化して分塊圧延時の表面疵
    を少なくすることを特徴とする表面疵の少ない鋼材の製
    造方法。
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