JP2613699B2 - 低温靭性に優れた鋼材およびその製造方法 - Google Patents

低温靭性に優れた鋼材およびその製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微細な酸化物が均一に
分散することによって得られる低温靭性に優れた鋼材お
よびそれを複合鋼材として連続鋳造する方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】これまでに、連鋳鋳型内に鋳片の厚みを
横切る方向の直流磁束を全幅に亙って付与し、該直流磁
束によって鋳型上下方向に形成される静磁場帯を境界と
してその上下に組成の異なる金属を供給する複合金属材
の連続鋳造方法が特開昭63−108947号公報に開
示されている。
【0003】一方、微細な酸化物を鋼中に分散させるこ
とで鋼の低温靭性を向上させる方法が特開昭61−23
8940号公報に開示されている。すなわち、少量のT
iを脱酸元素として添加し、2次脱酸生成物を微細分散
させることにより、これが変態核となって、オーステナ
イト粒内から微細なフェライトが生成して組織を微細化
し、特に溶接熱影響部の靭性が向上することが記述され
ている。また、本発明者らが特開平1−228643号
公報に開示した方法として、溶鋼中にZr,Ti,C
e,YあるいはHfなどの脱酸元素を投入し、冷却凝固
させることで前記変態核の一つであるMnSを脱酸生成
物(ZrO2 ,Ti2 3 ,Ce2 3 など)上に微細
析出させる方法がある。これらの方法では酸化物個数の
増加に伴ってより微細な組織が得られることを認めてい
る。従って、上記いずれの方法においても目的とすると
ころはいかにして酸化物の個数を増やして均一に分散さ
せるかにある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、鋼の組織の
微細化、それによる低温靭性の向上に着目し、前述した
粒内フェライトおよびMnSの変態・析出核となる酸化
物(脱酸生成物)を従来よりも多数分散させた鋼材およ
びその製造方法を提供することを目的とするものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、(1)互いに成分の異なる表層及び内層からな
り、表層はTiを重量%で0.005%〜0.05%含
有した鋼で、内層はZr,Ca,Hf,Ce,Yのいず
れか1種または2種以上の合計を0.005%〜0.0
5%の範囲で含有した鋼であると共に、含有する酸化物
の最大粒径が50μm以下であり、該酸化物の(表層部
の個数)に対する(1/2厚部の個数)の比が60%よ
り大きいことを特徴とする鋼材であり、この鋼材は、
(2)連鋳鋳型内に鋳片の厚みを横切る方向の直流磁束
を全幅に亙って付与し、該直流磁束によって鋳型上下方
向に形成される静磁場帯を境界としてその上下に組成の
異なる金属を供給する複合鋼材の連続鋳造による製造方
法において、表層となる静磁場帯上側に注入する溶鋼を
Mn,Siで脱酸した後、Tiが重量%で0.005%
〜0.05%含まれるように添加し、内層となる静磁場
帯下側に注入する溶鋼をMn,Siで脱酸した後、Z
r,Ca,Hf,Ce,Yのいずれか1種または2種以
上の合計が0.005%〜0.05%の範囲で含まれる
ように添加することを特徴とする低温靭性に優れた鋼材
の製造方法によって得られる。また、これらの脱酸元素
すなわち、Ti,Zr,Ca,Hf,Ce,あるいはY
ワイヤーによって添加供給することも可能である。
【0006】
【作用】以下に、本発明を作用とともに詳細に説明す
る。本発明者らは従来の技術における問題点を解決すべ
く詳細な研究を重ねた結果、脱酸元素の種類によって鋳
片厚み方向での酸化物の分散状態に大きな差がみられる
ことを発見した。
【0007】すなわち、Ti脱酸した鋼の場合、酸化物
の個数は鋳片表層から内部にかけて減少する。これは、
Tiが弱脱酸元素であり、脱酸後の溶鋼の溶存酸素濃度
が高く、脱酸生成物は凝固中の偏析によって晶出する2
次生成物が主体となるためである。
【0008】その理由は、表層付近では冷却速度が大き
く偏析が著しいため、酸化物個数が多くなるが、鋳片1
/2厚部では冷却速度が小さく偏析が軽微なため、個数
が表層付近よりも少なくなる。一方、Zr,Ca,H
f,Ce,Yなどは強脱酸元素であり、脱酸生成物は脱
酸直後に生成する1次生成物が主体である。
【0009】したがって、酸化物個数に対する冷却速度
の影響がTi脱酸の場合よりも小さく、鋳片厚み方向に
おける分布がより均一になり、鋳片1/2厚部での酸化
物個数も十分に確保できる。しかし、凝固開始までの間
に凝集浮上するため、表層付近の酸化物個数がTi脱酸
に比べて少なくなる。
【0010】以上述べてきたような2種類の脱酸方法で
準備したそれぞれの溶鋼、すなわち表層にTi脱酸溶
鋼、内層にZr,Ca,Hf,Ce,Yなどで脱酸した
溶鋼を用いて本発明では、前述の手段の項で説明したよ
うに鋳型内に静磁場帯を形成し、2種類の溶鋼の混合を
防止しつつ連続鋳造することによって本発明の鋼材を製
造する。
【0011】こうして、本発明の方法によりはじめて複
合鋼材を連続鋳造する手段を用いて表層から連続的に十
分な個数の酸化物を均一に分散させた鋼材を製造するこ
とが可能となった。なぜならば、圧着法などの通常の複
合鋼材の製造方法では、図1に示すように、表層用鋼板
厚み方向のTi酸化物個数の急激な減少が回避できない
からである。
【0012】溶鋼の脱酸に際しては、Mn,Si等で予
備脱酸した後でTiなどを添加する。脱酸元素の組成
は、目標組成が0.005%未満では、溶存酸素との反
応で生成する酸化物の量が実効上少なく、0.05%超
では粗大な酸化物のクラスターが生成し、割れの発生起
点となるなどの悪影響がでるために、適正組成を0.0
05%〜0.05%とした。
【0013】Zrなどの脱酸元素の添加は、合金を鉄パ
イプ内に充填してワイヤー状とし、一定速度でモールド
内に供給する方法が有効である。このワイヤー添加法
は、添加から凝固開始までの時間が短くなるため、特に
Zrなどの1次脱酸生成物の浮上量を少なくし、多くの
酸化物を分散させる目的に対して極めて有効である。
【0014】このようにして得られる鋼材は低温靭性に
優れている。その特徴は、図1に代表されるように、微
細な酸化物が均一に分散していること、すなわち、含有
する酸化物の最大粒径が50μm以下であり、該酸化物
の(表層部の個数)に対する(1/2厚部の個数)の比
が60%より大きいことである。なお、ここでいう表層
部とは、鋼材表面から10mmの深さの位置と定義する。
【0015】
【実施例】表1に示したような組成の鋼材を前述の連続
鋳造方法により製造した。製造に際しては、鋳型内のメ
ニスカスより450mm〜700mmの範囲に5000ガウ
スの強度を持つ静磁場を与えた。鋳型形状は厚み250
mm×幅1000mm、鋳造速度は1m/分とした。表層溶
鋼と内層溶鋼の注湯量を調整し、表層の厚みを25mmと
した。
【0016】鋼材FについてはZrをワイヤーによって
添加した。ワイヤーは5mm径で供給速度は3.5m/分
とした。また、比較材として、鋼材GはTi脱酸、鋼材
HはZr脱酸した溶鋼でそれぞれ単層の連続鋳造を行っ
た。得られた鋳片の厚み方向について表層から10,5
0,125mmの各位置で粒径50μm以下の酸化物個数
をX線マイクロアナライザーを用いて調査した。
【0017】また、鋳片から12mm角60mm長さの溶接
再現熱サイクル処理用試料を採取し、最高加熱温度が1
350℃、800〜500℃の冷却時間が161sec 、
相当入熱量が130kJ/cmの溶接再現熱サイクル処理を
実施したのち、シャルピー試験により靭性を評価した。
【0018】表1には各試料の破面遷移温度vTrsも
併せて示す。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】図1は本発明材A、比較材G,Hの酸化物
分布を示した図である。この図から本発明材Aは鋳片厚
み方向のいずれの部分においても、比較材以上の十分な
酸化物個数が得られていることが確認できた。なお、表
1より本発明は低温靭性も比較材より優れており、酸化
物個数の均一性にも優れていることがわかる。
【0022】また、表2には、内層に添加する脱酸元素
を2種あるいはそれ以上添加した場合の結果を示す。
【0023】
【表3】
【0024】
【表4】
【0025】これより、比較材Oのように、脱酸元素の
添加量の合計が0.05%を越えると低温靭性の低下を
招き、好ましくないことがわかった。その破面の観察か
ら、粒径50μmを越える大きさの酸化物クラスターが
靭性低下の原因であることを認めた。
【0026】
【発明の効果】本発明によって、多数の微細な酸化物が
鋼材中に均一に分散し、その結果、従来技術による方法
で製造するよりも、さらに低温靭性に優れた鋼材を得る
ことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋳片厚み方向の位置と酸化物個数の関係を本発
明材と比較材について示した図表である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに成分の異なる表層及び内層からな
    り、表層はTiを重量%で0.005%〜0.05%含
    有した鋼で、内層はZr,Ca,Hf,Ce,Yのいず
    れか1種または2種以上の合計を0.005%〜0.0
    5%の範囲で含有した鋼であると共に、含有する酸化物
    の最大粒径が50μm以下であり、該酸化物の(表層部
    の個数)に対する(1/2厚部の個数)の比が60%よ
    り大きいことを特徴とする低温靭性に優れた鋼材。
  2. 【請求項2】 連鋳鋳型内に鋳片の厚みを横切る方向の
    直流磁束を全幅に亙って付与し、該直流磁束によって鋳
    型上下方向に形成される静磁場帯を境界としてその上下
    に組成の異なる金属を供給する複合鋼材の連続鋳造によ
    る製造方法において、表層となる静磁場帯上側に注入す
    る溶鋼にTiが重量%で0.005%〜0.05%含ま
    れるように添加し、内層となる静磁場帯下側に注入する
    溶鋼にZr,Ca,Hf,Ce,Yのいずれか1種また
    は2種以上の合計が0.005%〜0.05%の範囲で
    含まれるように添加して鋳造することを特徴とする低温
    靭性に優れた鋼材の製造方法。
  3. 【請求項3】 脱酸元素であるTi,Zr,Ca,H
    f,Ce,あるいはYを金属ワイヤーによって添加する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の低温靭性
    に優れた鋼材の製造方法。
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