JP3113995B2 - 熱間圧延用連続鋳造鋳片 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、連続鋳造法により製
造する熱間圧延用鋳片に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、連続鋳造法によって製造される熱
間圧延用鋳片は、その製造方法の特徴から、鋳片厚み中
心部にはＣ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓおよびその他の各種元素が不
可避的に濃化したり、高凝固率なるがゆえに溶鋼の流動
性が低下し、センターポロシティーと称される空隙が不
可避的に存在する等鋼材の特性を阻害する欠点を有して
いる。

【０００３】従って、連続鋳造法で製造されたこれら鋳
片の厚み中心部には、所謂中心偏析の他に該センターポ
ロシティー部への水素の拡散・集積が避けえず、このよ
うな鋳片を使用して製造した熱間圧延材には、これらの
欠陥に起因する鋼材の品質劣化は避けえない実態にあっ
た。

【０００４】従って、これらの欠陥を有する連続鋳造鋳
片を用いて熱間圧延を行うに際しては、精錬工程におけ
る低燐化、低硫化あるいは脱水素処理を付加したり、更
には熱間圧延前に均熱拡散処理と称す偏析元素やセンタ
ーポロシティーに集積した水素等の拡散処理を行った
り、あるいは高形状比圧延によって該センターポロシテ
ィー等の圧着のための予備処理や、制御冷却と称す圧延
中および圧延後に複雑な冷却制御を行い材質を造り込む
といった手段を併用して、該欠陥に起因する鋼材の品質
劣化を防止する手段が用いられていた。

【０００５】また、通常の連続鋳造法で製造した鋳片は
厚中心部ほど冷却速度が遅いことから、凝固組織は粗く
しかも最終製品の組織を微細化し、例えば溶接部の低温
靭性等の要求特性を満足させるために有効な析出物も粗
大化するために、そのまま圧延しただけでは前記特性を
満足させることが出来ない実情にあった。

【０００６】そのために、最終製品の組織粗大化に伴う
厚中心部の強度・靭性を補償する観点から、ＴｉやＮｂ
等の析出物によって組織を微細化する方法が採用されて
いるが、そのためには、鋳片を圧延する前に予め適当な
温度時間で熱処理したり、あるいは粗圧延後に適当な時
間保持することによってこれらの析出物を制御している
が、中心偏析や、中心部近傍の粗大組織に起因する材質
劣化までは防止困難なことから、それによって低下する
特性値を確保するためにＣｕやＮＩあるいはＢ等の合金
を必要以上に添加する等の救済処理を行っているのが実
態であった。

【０００７】このような製造工程を経て製造された鋼材
は、品質が劣るばかりでなく必然的にコストが高く経済
性の面でも劣るものであった。

【０００８】こうした背景から、これらの欠陥を有す連
鋳鋳片厚み中心部の偏析やセンターポロシティーを解消
するために例えば、鋳片の凝固が完了するクレーターエ
ンド近傍に２対以上の圧下ロールを配置し、鋳造方向の
単位長さ当たりの圧下率をロールピッチとクレーターエ
ンド位置の関数として、ある範囲に規定することにより
該欠陥を防止する方法が特開昭５２―５６０１７号公報
に開示されている。

【０００９】また、凝固末端位置を面部材を用いて狭持
し、凝固率４０％以上の領域を１回当たりの圧下率を
１．５％以下で全圧下率を０．５〜５．０％の範囲で断
続的に圧下しながら完全に凝固させる方法が特開昭５９
―２０２１４５号公報に開示されている。

【００１０】一方、大型構造物に使用される鋼材は、殆
どが溶接を行って使用されるが、その場合溶接部の熱影
響部の特性を、母材と同等に維持することは極めて困難
である。

【００１１】すなわち、熱影響によって近傍の組織が粗
大化するために脆化するためである。

【００１２】つまり、結晶粒のサイズが鋼の靭性に大き
な影響を与えることが知られており、そのために溶接熱
影響部の組織を微細化する技術が開発され、実用化され
てきている。

【００１３】例えば、特開昭６１―７９７４５号公報に
は、鋼中にＴｉを添加し、オーステナイト結晶粒内に微
細なＴｉ酸化物を分散させ、これを変態核として粒内フ
ェライトを発達させることにより溶接熱影響部の微細化
を計る技術が開示されている。

【００１４】また、特開昭６１―２３８９４０号公報に
は、二次脱酸生成物として、微細なＴｉ酸化物を均一分
散させることにより溶接熱影響部の靭性改善が可能なこ
とが開示されている。

【００１５】さらに、特開平０１―２２８６４３号公報
には溶存酸素量を規制した溶鋼に、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｅ，
Ｙ，Ｈｆ等の脱酸剤を添加し、生成した脱酸生成物を核
としてＭｎＳを微細に分散させ、これによって鋼組織を
微細化さし溶接熱影響部の靭性改善やその他の特性向上
に寄与することが開示されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した特開
昭５２―５６０１７号公報や特開昭５９―２０２１４５
号公報に開示された方法で製造した鋳片は凝固収縮や熱
収縮に見合った圧下率で圧下していることから、凝固末
期における凝固収縮や熱収縮に伴う溶鋼の吸引によって
増長される鋳片の厚み中心部の所謂中心偏析は軽減する
ものの、凝固に伴って不可避的に発生する偏析までをも
防止するには至っていないのが実情であった。

【００１７】また、センターポロシティーに関しても、
凝固末期は凝固率が高く、溶鋼が流動しうる固相率ｆｓ
＝０．７よりも高くなり、凝固収縮を補償する程度の軽
圧下ではデンドライト樹間に僅かに残存した溶鋼が凝固
する際に生じる空隙には、もはや新たに溶鋼を補充する
ことが出来ないことから、これらの方法を用いてもしば
しば径が０．１ｍｍを超えるセンターポロシティーが不
可避的に残存することは避けえない等の欠点があった。

【００１８】なかでも、ロールを用いた圧下方法では鋳
片の凝固シェルの変形特性から、複数本のロールで圧下
しても鋳造方向全体に亘って均一な勾配を付与すること
は困難であり、不可避的にロール直下の圧下量が大きく
なることから、圧下ロール直下で凝固が完了する場合
と、ロール間で凝固する場合とで適切な圧下量が異なる
ために、得られた鋳片の中心部の偏析やセンターポロシ
ティーには、大きな変動が存在することは避けえなかっ
た。

【００１９】従って、従来ほどの長時間の均熱拡散処理
は不要になったものの、依然として均熱拡散処理等の予
備処理や高形状比圧延を余儀なくされ、このために依然
として製造コストは高く、しかも製品の品質のバラツキ
や製品厚の拡大が出来ないという難点があった。

【００２０】また、通常の連鋳工程で製造される鋳片
は、かかる難点に加えて厚み中心部の冷却速度が低下す
るために、中心部の凝固組織は粗大化し、それに伴って
製品の強度・靭性を支配するオーステナイト（γ）ある
いはフェライト（α）結晶粒度も粗大化することに加
え、それを防止するために例えば、特開平０１―２２８
６４３等に示されるようなＴｉ及びＺｒ等の元素を添加
し、微細な複合酸化物を生成せしめようとしても炭・窒
化物等の析出物は不可避的に粗大化することから、該結
晶粒の粗大化防止が計れず、熱間圧延後の製品の強度・
靭性は特に厚み中心部において低下することなどの欠点
を有しており、その改善のために前記した必要以上の合
金添加を行って、強度・靭性の確保に努めている実態に
あった。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋳片厚み中心
部の少なくとも５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下の領域におけ
るＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ等の各種元素の濃度と厚み該
中心部を除く部分の濃度の比が０．９〜１．０の範囲に
あり、且つ該中心部において最大径が０．１ｍｍのセン
ターポロシティーが全く存在しないことに加え、しかも
厚み該中心部における凝固後の結晶の大きさが３００μ
ｍ以下であり、且つ該中心部において大きさ１μｍ以下
の酸化物および硫化物や炭・窒化物等の析出物が５０個
／ｍｍ ² 以上存在することを特徴とする熱間圧延用連続
鋳造鋳片である。

【００２２】

【００２３】

【作用】本発明者らは、上記課題を解決し熱間圧延製品
の材質を満足するために必要な連続鋳造鋳片の偏析、セ
ンターポロシティー、凝固組織サイズおよび炭・窒化物
等析出物の具備条件を明確にするため、これらのレベル
がそれぞれ異なる鋳片を均熱拡散処理等の予備処理を行
わないで熱間圧延を行い、各種材質調査を実施した。

【００２４】ここで、熱間圧延に供した鋳片は厚板向け
の５０キロ級鋼である。

【００２５】まず、一般に製造した連鋳鋳片の凝固組織
（デンドライトの二次アーム間隔）の連鋳鋳片厚み方向
における変化を図１に、また炭・窒化物等の析出物の量
の変化および個数の変化を図２に示す。

【００２６】かかる鋳片を圧延し厚板製品とした後、鋳
片厚み中心部におけるＰ濃度と該部位以外におけるＰ濃
度の比（偏析比と略称）と、該部位における最大径が
０．１ｍｍを超えるセンターポロシティーの有無別に厚
板材で一般に行われている片面１パスのＳＥＧ（シール
ドエレクトロガス）溶接を行った後、−６０℃の温度に
おいてシャルピー試験を行い、それによって得られた靭
性値（_VＥ_-60と記載）との関係を図３に、また、鋳片厚
み中心部近傍に存在するセンターポロシティーの最大径
と製品厚み方向の（Ｚ方向）引張試験における引張強度
との関係を図４に示す。

【００２７】更に、板厚方向で異なる位置から試片を採
取し、前記同様の溶接を行った後の靭性値と凝固組織の
サイズとの関係を図５に、また炭・窒化物等の析出物の
量と、厚板製品の溶接部の靭性値との関係を図６に示
す。

【００２８】図３に示すように、Ｐの偏析比が１．０以
上になると−６０℃におけるシャルピー試験における靭
性値は極度に低下するとともに、バラツキが大きく鋼材
の規格にも因るが規格値を満足しなかったり、あるいは
僅かのＰの偏析比の変動が靭性値の大きな変動要因にな
っていることが分かる。

【００２９】一方、Ｐの偏析比が１．０以下の場合に
は、該靭性値は極めて高く、しかもバラツキが小さいこ
とから極めて安定した鋼材であることを知見した。

【００３０】また、最大径が０．１ｍｍを越えるセンタ
ーポロシティーが鋳片に存在するとＰの偏析比が１．０
以下の場合であっても規格値を満足できなくなり、鋼材
としての使用に耐えられないことを知見した。

【００３１】前記したように、一般に連続鋳造によって
製造した鋳片はのみならず凝固した鋼片は、図１および
図２に示すように、厚み方向に冷却速度の違いが有り、
中心部ほど冷却速度が遅くなるために凝固組織は粗く、
その影響を受けてγ粒も不可避的に粗大化する傾向を有
しているばかりでなく、炭・窒化物等の析出物も粗大化
する傾向を有している。

【００３２】このような炭・窒化物等の析出物は、材質
特にα粒の生成起点として有効なことが例えば、特開昭
６１−７９７４５号公報に開示されていることは既に示
したが、この炭・窒化物等の析出物の個数の変化は、図
２に示すように、結晶組織の変化と同様、厚み中心部に
至るに連れて次第に粗大化するために、その個数が減少
するという傾向を有している。

【００３３】これは、溶鋼が凝固した後、温度が次第に
低下し炭・窒化物等の析出が開始する温度以下に至る
と、これらの析出物が折出し始めるものの、冷却速度が
遅く析出物が充分成長できるだけの時間が確保できるた
めに、中心部近傍に至るに連れて次第に粗大化し、その
結果個数が減少するものと理解される。

【００３４】かかる厚み方向で特性の異なる鋳片を圧延
し、厚板製品とした後の溶接部の靭性値との関係は図
５、および図６に示すように、凝固組織のサイズが小さ
いほど、また、炭・窒化物等の析出物の個数が増加する
ほど靭性値は向上し、一般的な鋼材としての要求特性を
満足するためには、凝固組織のサイズは１μｍ以下であ
って、あるいは／および炭・窒化物等の析出物は５０個
／ｍｍ²以上確保することが必要なことを知見したので
ある。

【００３５】本発明は、以上の知見をもとになされたも
のである。

【００３６】

【実施例】以下に本発明の実施例と比較例について具体
的に説明する。

【００３７】第１表に示す成分の鋼を用いて、下記に示
す条件で製造した連続鋳造鋳片を、第２表に示す条件を
適用して熱間圧延して製造した厚鋼板の強度、靭性、Ｒ
_AZ、および熱間圧延して製造した耐サワーラインパイプ
材の強度、靭性特性と水素誘起割れ試験を行った後の割
れ面積率を、併せて第２表に示す。

【００３８】これらから分かるように、本発明によって
製造した熱間圧延用連続鋳造鋳片から製造した該鋼板
は、いずれも優れた特性を示した。

【００３９】該連続鋳造鋳片の製造方法は以下の通りで
ある。 連続鋳造鋳片寸法；厚み２００／３００ｍｍ×幅１８
００／２０００ｍｍ 凝固末期偏析及びセンターポロシティー制御装置；図
７、図８に示す装置

【００４０】型式 ウォーキングバー方式 構成 内バー（２） ３本 外バー（１） ４本 シフト量 １００ｍｍ 圧下部長さ ２５００ｍｍ 圧下部入側鋳片厚 ２８４ｍｍ 圧下部出側鋳片厚 ２６０〜２８４ｍｍ

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】

【表４】

【００４５】

【表５】

【００４６】

【表６】

【００４７】

【発明の効果】本発明は前記したように、従来熱間圧延
材に要求される材質特性を確保するために、溶鋼処理工
程において実施していた低硫化・低燐化および脱水素処
理等の予備処理はもとより、熱間圧延工程における高温
熟熱加熱や高形状比圧延等の予備処理が全く不要になる
ばかりでなく、従来特に溶接継ぎ手部の強度・靭性を確
保するためにＣｕ，Ｎｉ等が母材の靭性確保に必要な最
小限で済むことになり、極めて安価に熱間圧延鋼板が製
造出来ることから、この分野にもたらす効果は極めて大
きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な連続鋳造方法によって製造された連続
鋳造鋳片の厚み方向の凝固組織の大きさの変化を説明す
る図。

【図２】該鋳片における炭・窒化物等の析出物のサイズ
および個数の厚み方向における変化を説明する図。

【図３】鋳片における偏析比とそれを圧延した鋼材の靭
性値との関係を説明する図。

【図４】鋳片におけるセンターポロシティーの最大径と
それを圧延して得た鋼板のＺ方向の引張強度の関係を説
明する図。

【図５】鋳片における凝固組織のサイズと鋼材における
靭性値の関係を説明する図。

【図６】析出物の大きさ別にその個数と鋼材の靭性値と
の関係を説明する図。

【図７】本発明の連続鋳造工程における鋳片の未凝固末
端を軽圧下する手段を表す１つの実施例を示す正面図。

【図８】本発明の連続鋳造工程における鋳片の未凝固末
端を軽圧下する手段を表す１つの実施例を示す側面図。

【図９】本発明の実施例で採用した軽圧下装置の面部材
の断面図である。

【符号の説明】

１ 鋳型 ２ サポートロール ３ 鋳片 ４ 未凝固部 ５ 面部材 ５―１ 外バー ５―２ 内バー

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−49761（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−198395（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−56017（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−202145（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−184455（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−33048（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−200963（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−22549（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−281051（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−226337（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−138056（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−133556（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−92444（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−46960（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−249254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−63561（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−114643（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−275556（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−297122（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−297125（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−297121（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−126406（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−318065（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/00 B22D 11/128 350 B22D 11/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳片厚み中心部の少なくとも５ｍｍ以
   上、３０ｍｍ以下の領域におけるＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，
   Ｓ等の各種元素の濃度と厚み該中心部を除く部分の濃度
   の比が０．９〜１．０の範囲にあり、且つ該中心部にお
   いて最大径が０．１ｍｍのセンターポロシティーが全く
   存在しないことに加え、しかも厚み該中心部における凝
   固後の結晶の大きさが３００μｍ以下であり、且つ該中
   心部において大きさ１μｍ以下の酸化物および硫化物や
   炭・窒化物等の析出物が５０個／ｍｍ²以上存在するこ
   とを特徴とする熱間圧延用連続鋳造鋳片。