JP3660811B2

JP3660811B2 - 鋼線用線材およびその製造方法

Info

Publication number: JP3660811B2
Application number: JP27451398A
Authority: JP
Inventors: 聡杉丸; 淳彦吉江; 浩大羽; 亘山田; 明人清瀬
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-10-13
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JPH11181547A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビレット連続鋳造において低Ａｌかつオープン鋳造で製造しても製品の引張強さが所定の低い範囲を維持することが可能な鋼線用線材、及び該鋼線用線材のビレット連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビレットを経て条鋼として製造される鋼は、転炉等で精練を完了した後、主に連続鋳造法にてビレットに鋳造される。精練完了時に溶鋼中に含まれるフリー酸素は、鋳造に先立って脱酸剤を投入して酸化物として除去する。脱酸剤としては、ＡｌとＳｉを用いる複合脱酸が代表的である。脱酸の結果生成した脱酸生成物としてのＡｌ₂ Ｏ₃ やＳｉＯ₂ は、その大部分は溶鋼中を浮上して分離されるが、その一部は溶鋼中に残存し、連続鋳造に際して鋳型への鋳造を行うノズルの内周に析出する。特にＡｌ₂ Ｏ₃ は融点が高く、鋳造ノズルの周辺に析出してノズルが閉塞する原因となる。特に、小断面のビレットを鋳造する連続鋳造においては、鋳型の断面積が小さいため、必然的に鋳造ノズルの断面積も小さくなり、Ａｌ₂ Ｏ₃ の析出によるノズル閉塞が重大な問題となってきている。Ａｌ添加量を減らして鋼中に含有するＡｌの量を少なくすることにより（Ａｌレス化）、鋼中のＡｌ₂ Ｏ₃ をも低減し、連続鋳造ノズル詰まりを防止する技術が知られている。
【０００３】
溶鋼を鋳型内に注入するに際しては、通常は鋳型内での溶鋼の酸化を防止するため、溶鋼流が空気に触れないよう浸漬ノズルを用いた鋳造が行われる。しかし、ビレット連続鋳造においてビレット断面が小断面化すると、浸漬ノズルの使用が困難となり、溶鋼流が大気に露出するいわゆるオープン鋳造が行われる。この場合は鋳造中に空気の捲き込みのためフリー酸素が増大する。
【０００４】
鋼線用線材を小断面ビレット連続鋳造法で製造するに際し、鋳造ノズル詰り防止対策としてＡｌレス化し、更に小断面鋳造対策としてオープン鋳造を採用して製造したところ、従来の高Ａｌ浸漬ノズル鋳造、或いはＡｌレス浸漬ノズル鋳造材に比較して、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの含有量は同一であるにもかかわらず、製品の引張強さ（ＴＳ）が上昇し、従来製造方法であればＴＳ規格に対して合格していたものが、ＴＳが高めに外れるという問題が発生した。成分含有量の変更でＴＳを規格内に戻そうとすると、従来よりＣを下げることが必要となり、極低炭化のために溶製コストが上昇するという新たな問題が発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、鋼線用線材を小断面ビレット連続鋳造法で製造するに際し、Ａｌレス化しオープン鋳造を採用しても従来と同様の成分含有量でＴＳが規格内の低い値を確保できる鋼線用線材及びその製造方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
【０００７】
その第１は、重量％で、Ｃ：０．０２％〜０．２２％、Ｓｉ：０．０１％〜０．４０％、Ｍｎ：０．２０％〜０．６０％、Ｔｉ：０．００５％〜０．０３％を含み、Ａｌ：０．００５％以下であり、全酸素はＯ：０．０１１％〜０．０２％であり、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、かつ下記式（１）により規定される引張強さを有することを特徴とする鋼線用線材である。
ＴＳ≦３３＋５５×Ｃｅｑ（１）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋０．２５×Ｓｉ＋０．２×Ｍｎ
ただし、Ｃ：炭素含有量（重量％）
Ｓｉ：珪素含有量（重量％）
Ｍｎ：マンガン含有量（重量％）
ＴＳ：引張強さ（ｋｇｆ／ｍｍ²）
その第２は、溶鋼成分が、重量％で、Ｃ：０．０２％〜０．２２％、Ｓｉ：０．０１％〜０．４０％、Ｍｎ：０．２０％〜０．６０％、Ｔｉ：０．００５％〜０．０３％を含み、Ａｌ：０．００５％以下であり、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、ビレット連続鋳造において鋳型への注入時に溶鋼流が雰囲気の空気に曝されるオープン鋳造を行い、かつ鋼線用線材が上記式（１）により規定される引張強さを有することを特徴とする鋼線用線材の製造方法である。
【０００８】
鋳造ノズル詰り対策としてＡｌレス化しているので、連続鋳造時の溶鋼中の含有成分で脱酸能力を有する元素はＳｉとＭｎである。このような含有成分の溶鋼を鋳型内にオープン注入すると、注入時に大気からの捲き込みで溶鋼中に酸素が取り込まれる。脱酸剤たるＳｉとＭｎは脱酸能力が弱いため、取り込まれた酸素は鋳型内注入後の初期段階では脱酸されず、フリー酸素として残存する。ところが、鋳型内及び鋳型より下方で鋼の凝固が進行すると、凝固界面において含有元素の偏析による濃縮が起こり、この段階で残存していたフリー酸素とＳｉやＭｎとの酸化反応が進行し、凝固層内には微細な脱酸生成物たる非金属介在物が取り込まれることとなる。
【０００９】
これら微細な非金属介在物は、圧延中及び圧延後も微細なままで鋼中に残存する。その結果、この微細非金属介在物による分散強化機構により、引張強度を増大させる。通常の鋼中に存在する酸化物よりもはるかに小さく、多数存在するため、引張強化が機能することが明らかとなった。即ち、小断面ビレット連続鋳造において、Ａｌレスオープン注入を実施すると製品の線材の引張強度が増大するという問題は、鋼中に取り込まれた酸素に基づく微細な酸化物が原因であることが明らかとなったのである。
【００１０】
本発明は、上記のような引張強度増大のメカニズムの解明に基づき、鋳造ノズルの詰りの原因となるＡｌを添加せずに、ノズル詰りに悪影響を及ぼさずに鋳型内で発生するフリー酸素を有効に除去するため、Ｔｉを添加することを特徴とする。ＴｉはＳｉやＭｎより強い脱酸能力を有しているため、鋳型内でオープン注入の結果浸入する酸素と反応して酸化物とし、凝固層に取り込まれる前に鋳型内で浮上分離させることが可能となる。また、Ａｌレスのままであるので、鋳造ノズル詰りの問題も発生しない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明では、合金成分の含有量は線材圧延後の製品中の含有量であり、全酸素を除いて製造段階でのタンディッシュ内溶鋼の分析値から格付けされたものとほぼ同じ値となる。全酸素は、オープン注入の結果として製造中に取り込まれるためタンディッシュ内溶鋼の分析値から格付けされたものより線材圧延後の製品からの分析値は大きくなる。
【００１２】
本発明においては、鋼中のＡｌ含有量を０．００５％以下とすることで脱酸生成物としてアルミナが生成することを防止する。Ｔｉ：０．００５％〜０．０３％、Ｓｉ：０．０１％〜０．４０％とすることでＴｉ単独あるいはＴｉとＳｉを主体とする脱酸を行った結果、脱酸生成物はＴｉＯ₂ とＳｉＯ₂ が主体となり、脱酸生成物の主体がアルミナである場合に比較して連続鋳造ノズルへの非金属介在物の析出を低減することが可能となる。
【００１３】
連続鋳造の鋳型内へのオープン注入においては、タンディッシュから鋳型内溶鋼面への注入流が雰囲気の空気と接触するため、溶鋼中に酸素が取り込まれる。できる限りの酸素巻き込み防止対策をとった場合であっても、鋳型内溶鋼中酸素は浸漬ノズル注入の場合と比較して０．００３％程度増加する。Ａｌレスで脱酸元素がＳｉとＭｎのみの場合は、溶鋼中に混入した酸素を十分に脱酸することができず、フリー酸素のままで残存する。鋳片内で凝固が進行すると、凝固界面では不純物の溶質分配による濃化が起こり、それまで独立して存在した酸素とＳｉ、Ｍｎが結合して非常に微細で分散した酸化物が生成され、溶鋼中を浮上分離せずに凝固層中に取り込まれる。この微細酸化物が鋼の引張強度を増大させることは上述の通りである。本発明では、鋳型内の溶鋼中にＴｉを０．００５％〜０．０３％含有しており、Ｔｉは脱酸力がＳｉやＭｎに比較して強いので、オープン注入によって混入した酸素は速やかにＴｉで脱酸され、脱酸生成物は鋳型内で浮上して表面に到達して除去される。
【００１４】
Ａｌを０．００５％以下としたのは、Ａｌが０．００５％を超えると、生成する非金属介在物の組成がＡｌ₂ Ｏ₃ 主体となり、介在物融点が高くなってノズル閉塞を防止できなくなるからである。なお、Ａｌ含有量には酸化物として存在するＡｌをも含んでいる。
【００１５】
Ｔｉ下限を０．００５％としたのは、０．００５％未満では脱酸力が不足し、Ｓｉ単独脱酸と同じ脱酸となり、オープン注入によって鋳型内の溶鋼中に含有する酸素を脱酸除去する能力が不足し、製品の引張強さを改善することができないからである。
【００１６】
Ｔｉ上限を０．０３％としたのは、Ｔｉの添加量を増加し、鋼中の全酸素と結合しても更に余剰になる場合にはＴｉＣが析出するが、Ｔｉが０．０３％を超えるとＴｉＣの分散強化が働いてしまうためである。
【００１７】
製品の発明については製品中の全酸素の範囲を規定している。本発明は連続鋳造中にオープン注入を行うことを前提としており、オープン注入を行った結果として製品中の全酸素が特定の範囲となるからである。製品中の全酸素の下限を０．０１１％としたのは、本発明はＡｌレスのオープン注入連続鋳造材を対象としているが、オープン注入を行えば鋳型内に酸素が混入する結果として、Ｔｉ、Ｓｉ等の脱酸元素を請求項に記載されたとおりに含有したとしても酸素は製品中に取り込まれ、必ず製品中の全酸素は０．０１１％以上になるからである。
【００１８】
製品中の全酸素の上限については、全酸素が高いと、酸素の一部は脱酸されずに一旦は鋼中に固溶し、鋼材の冷却中に鋼材中の空孔（ポロシティー）にガスが生成し、鋼中の酸素濃度に依存した高い圧力が発生する。全酸素が０．０２％を超えると、ガス圧が高くなり圧延や冷間加工では密着しなくなるため、製品中の全酸素の上限を０．０２％とした。
【００１９】
製造方法の発明においては製品中の全酸素の範囲は規定していない。製造方法の構成要件の中で連続鋳造中にオープン注入を行うことを規定しているので、改めて製品中の全酸素を規定する必要がないからである。
【００２０】
Ｓｉの下限を０．０１％としたのは、通常採用される精錬法ではこれよりも低いＳｉに下げることは工業的に成り立たないからである。Ｓｉの上限を０．４０％としたのは、Ｓｉが０．４０％を超えると、靭性が低下して目的とする品質が得られないからである。
【００２１】
Ｍｎの下限を０．２０％としたのは、鋼材の熱処理性を確保するためである。Ｍｎの上限を０．６０％としたのは、０．６０％を超えると鋼の冷間加工性が低下して必要な品質が得られないからである。
【００２２】
【実施例】
転炉精錬法にて溶鋼量２４０トンの溶鋼を溶製し、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌは転炉出鋼中に溶鋼鍋中に添加し、Ｔｉは出鋼後に溶鋼鍋上方より添加した。
【００２３】
連続鋳造法において、鋳型サイズは１２５ｍｍ×１２５ｍｍ、鋳造速度は２．６〜３．２ｍ／ｍｉｎの条件で鋳造を行った。また鋳造ノズルとしては、内径１８ｍｍφのノズルを用いた。鋳造ノズルは特に断らない限り原則としてアルミナグラファイト質である。
【００２４】
連続鋳造で製造したビレットの鋼片検査実施後、加熱炉で１０００℃以上に加熱し、線材圧延機で５．５ｍｍφに圧延し、空冷による冷却工程を経てコイルに巻き取った。
【００２５】
介在物個数測定は、上記によって製造した線材の長手方向に垂直な断面を研磨した試料を調製し、断面の直径方向の線分を１０等分した各位置にて走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて５０００倍の写真を撮影した。この写真の中で、介在物の面積を円に換算したときの直径が０．１μｍ以下の介在物の個数を数え、面積当たりの個数を求めて介在物個数とした。
【００２６】
引張強さ（ＴＳ）は、圧延後の鋼材（５．５ｍｍφ）が室温に冷えた状態で、標準的なインストロン型引張試験機にて測定した。
【００２７】
表１、表２に示す成分（全酸素以外）の鋼を溶製し、上記方法で連続鋳造によってビレットを製造し、更に線材を製造した。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

表１のＮｏ．１〜１７は、本発明例の製造結果である。合金成分分析結果はすべて本発明範囲内にある。鋳造ノズルの選択はすべてオープン注入とした。オープン注入を採用した結果として、製品中における全酸素分析結果はいずれも０．００６％以上となっている。Ａｌレス、オープン注入にもかかわらず、Ｔｉを本発明範囲内で含有しているため、鋳型内での脱酸が進行し、製品における換算直径０．１μｍ以下の微小な介在物の発生が抑制され、引張強度はいずれも請求項１の式（１）を満足している。
【００３０】
表２は比較例の製造結果である。Ｎｏ．１８〜２０はＡｌレス、オープン注入であり、かつＴｉを添加していない。Ｎｏ．２１〜２３はＡｌレス、オープン注入であり、Ｔｉを添加しているものの含有量は本発明の下限以下である。結果としてＮｏ．１８〜２３はいずれも鋳型内での脱酸不足で製品中の介在物個数が増大し、引張強度が請求項１の式（１）を満足しない結果となった。Ｎｏ．２４、２５はＴｉ含有量が本発明上限以上であり、結果としてＴｉによる強化で引張強度が請求項１の式（１）を満足しない結果となった。Ｎｏ．２６、２７は製品中全酸素が本発明の上限以上であり、圧延後の製品に空孔が発生する結果となった。Ｎｏ．２８〜３０は、本発明の製造方法と異なり鋳造ノズルとして浸漬ノズルを採用した。そのため、製品中の全酸素は本発明の鋼の含有成分の範囲下限を外れている。浸漬ノズルを使用しているため鋳型内での酸素捲き込みがないので、製品中の介在物の個数の増大もなく、結果として引張強度が請求項１の式（１）を満足しているのは当然である。
【００３１】
図１に本発明と比較例のＣｅｑとＴＳ（引張強度）の関係を示す。プロットはいずれもＡｌレス、オープン注入を採用している。○は本発明例であり、Ｔｉを本発明範囲添加した結果としてＴＳは請求項１の式（１）の範囲内となっているのに対し、●は比較例であり、Ｔｉを添加していないため、ＴＳのアップを招いて請求項１の式（１）を満足しない結果となった。
【００３２】
図２は、Ａｌレス、オープン注入を採用した場合において、Ｔｉを本発明範囲添加した場合（ａ）とＴｉ無添加の場合（ｂ）の製品中の０．１μｍ以下の介在物の個数を比較した図である。Ｔｉ添加によって介在物個数が低減する状況が明らかである。
【００３３】
図３は、製品中の０．１μｍ以上の介在物個数が製品の引張強度に及ぼす影響を表したものである。請求項１の式（１）のＣｅｑとＴＳとの関係を基準とし、Ａｌレス、オープン注入において本発明と比較例の鋳造を行い、介在物個数と基準ＴＳに対する実績ＴＳの変化しろを評価し、その評価結果を用いてＴＳ増加しろが介在物個数の１／２乗に比例するとして図３のように回帰線を決定した。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により、Ａｌレス・オープン注入によるビレット連続鋳造法を採用しても、同一のＣｅｑにおける製品の引張強度は浸漬鋳造材と同等の低い値となり、Ｃｅｑを意図的に下げなくてもＴＳの規格上限を維持できる製品の製造が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明材と比較材（Ｔｉ無添加Ａｌレスオープン鋳造材）のＣｅｑとＴＳとの関係を比較した図である。
【図２】本発明材と比較材（Ｔｉ無添加Ａｌレスオープン注入材）の介在物個数のヒストグラムを比較した図であり、（ａ）は本発明例、（ｂ）は比較例（Ｔｉ無添加Ａｌレスオープン注入材）である。
【図３】製品中の介在物個数がＴＳの増大に及ぼす影響を実績に基づいて示した図である。

Claims

重量％で、Ｃ：０．０２％〜０．２２％、Ｓｉ：０．０１％〜０．４０％、Ｍｎ：０．２０％〜０．６０％、Ｔｉ：０．００５％〜０．０３％を含み、Ａｌ：０．００５％以下であり、全酸素はＯ：０．０１１％〜０．０２％であり、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、かつ下記式（１）により規定される引張強さを有することを特徴とする鋼線用線材。
ＴＳ≦３３＋５５×Ｃｅｑ（１）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋０．２５×Ｓｉ＋０．２×Ｍｎ
ただし、Ｃ：炭素含有量（重量％）
Ｓｉ：珪素含有量（重量％）
Ｍｎ：マンガン含有量（重量％）
ＴＳ：引張強さ（ｋｇｆ／ｍｍ²）
溶鋼成分が、重量％で、Ｃ：０．０２％〜０．２２％、Ｓｉ：０．０１％〜０．４０％、Ｍｎ：０．２０％〜０．６０％、Ｔｉ：０．００５％〜０．０３％を含み、Ａｌ：０．００５％以下であり、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、ビレット連続鋳造において鋳型への注入時に溶鋼流が雰囲気の空気に曝されるオープン鋳造を行い、かつ鋼線用線材が請求項１に記載の式（１）により規定される引張強さを有することを特徴とする鋼線用線材の製造方法。