JP5408585B2 - Grain refinement method for steel products - Google Patents

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Description

本発明は鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法に関し、特にデンドライトの溶断機構を用いた鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法に関する。   The present invention relates to a method for refining crystal grains of steel products, and more particularly to a method for refining crystal grains of steel products using a fusing mechanism of dendrites.

鉄鋼製品は、一般的に結晶粒が小さいほど、また等軸晶化されているほど偏析が低減し、力学的特性や耐食性が向上する。しかし、結晶粒の微細化や等軸晶化は、その形成機構が必ずしも明確ではないため、経験的な知見に基づいて、以下に示すような種々の技術により、結晶粒の微細化を制御することが行われている。   In general, the smaller the crystal grains and the more equiaxed the steel products, the lower the segregation and the better the mechanical properties and corrosion resistance. However, since the formation mechanism of crystal grain refinement and equiaxed crystallization is not necessarily clear, based on empirical knowledge, crystal grain refinement is controlled by various techniques as described below. Things have been done.

例えば、結晶粒の核生成サイトとなる介在物を含有させて制御する技術として、鋼鋳片の製造に際してCaを含む金属酸化物を介在物として含有させる技術が開示されている(特許文献1)。   For example, as a technique for containing and controlling inclusions serving as nucleation sites for crystal grains, a technique for containing a metal oxide containing Ca as inclusions in the production of a steel slab is disclosed (Patent Document 1). .

その他、結晶粒の核生成サイトとなる介在物として、TiN等を用いて制御する等の技術が実用化されている。   In addition, a technique such as control using TiN or the like as an inclusion serving as a nucleation site for crystal grains has been put into practical use.

また、流動を付加して制御する技術として、連続鋳造において電磁撹拌ならびに圧下により、結晶粒の微細化や等軸晶化を図るだけでなく鋳片の中心偏析と内質欠陥を防止する技術が開示されている(特許文献2)。   In addition, as a technology to control by adding flow, there is a technology to prevent center segregation and internal defects of the slab as well as refinement of crystal grains and equiaxed crystallization by electromagnetic stirring and reduction in continuous casting. It is disclosed (Patent Document 2).

その他、電磁力により生じた振動で微細化を図る技術も開示されている(非特許文献1)。   In addition, a technique for miniaturization by vibration generated by electromagnetic force is also disclosed (Non-Patent Document 1).

なお、溶解したFe−C系において、0.5mass%C以下の鉄鋼材料の冷却においては、デルタ相の液相線温度からbcc(体心立方格子、通常デルタ相と呼ばれる)が成長し、包晶温度(Fe−C系においては1493℃)において形成されるfcc(面心立方格子、通常ガンマ相と呼ばれる)が成長し、凝固が完了する。デルタ相ならびにガンマ相の凝固においてはデンドライト(樹枝状結晶)の形態になる。また、Fe−C系において0.5mass%Cより炭素濃度が高い鉄鋼材料の冷却においても、デルタ相の液相線温度以下まで冷却されてもガンマ相が核生成しない場合、デルタ相が核生成して成長し、包晶温度未満でガンマ相が形成し、0.5mass%C以下の鉄鋼材料の冷却と同様の凝固機構となる。実際の製鋼においては、デルタ相ならびにガンマ相の結晶粒を均一かつ微細化することが、後工程での圧延の組織制御の観点から重要とされている。 Incidentally, in dissolved Fe-C system, in the cooling of the following steel materials 0.5 mass% C, bcc from the liquidus temperature of the delta phase (body-centered cubic lattice, usually called delta phase) grows, follicle The fcc (face-centered cubic lattice, usually called gamma phase) formed at the crystal temperature (1493 ° C. in the Fe—C system) grows and solidification is completed. In the solidification of the delta phase and the gamma phase, it becomes a dendrite (dendritic crystal) form. In addition, even in the cooling of steel materials having a carbon concentration higher than 0.5 mass% C in the Fe-C system, if the gamma phase does not nucleate even when cooled to below the liquidus temperature of the delta phase, the delta phase nucleates. Thus, a gamma phase is formed below the peritectic temperature , and a solidification mechanism similar to cooling of a steel material of 0.5 mass% C or less is obtained. In actual steelmaking, it is important from the viewpoint of controlling the structure of rolling in the subsequent process that the delta phase and gamma phase crystal grains be uniform and refined.

特開2008−127599号公報JP 2008-127599 A 特開平8−224650号公報JP-A-8-224650

M.Usui 他2名、「Solidified Structure Comparison under Imposition of Oscillating Electromagnetic Force and DC Electromagnetic Force」、ISIJ International Vol.47(2007)、No.11 pp1571−1574M.M. Usui and two others, “Solidified Structure Comparison under Impression of Oscillating Electromagnetic Force and DC Electromagnetic Force”, ISI International V. 47 (2007), no. 11 pp1571-1574

しかしながら、経験的な知見に基づいている従来の技術では、一定の制約や限界があるため、近年の産業、技術の高度化の下で、鉄鋼材料の偏析の低減、力学的特性や耐食性の向上に対して益々厳しくなっているユーザからの要望を充分満たしているとは言えないのが実状である。   However, the conventional technology based on empirical knowledge has certain limitations and limitations. Therefore, with the advancement of industry and technology in recent years, the segregation of steel materials has been reduced and the mechanical properties and corrosion resistance have been improved. However, the reality is that it cannot be said that the demands of users that are becoming increasingly severe are sufficiently satisfied.

例えば、前記の結晶粒の核生成サイトとなる介在物を含有させる方法では、効果が限定的であるだけでなく、介在物が製品特性に悪影響を及ぼす可能性がある。   For example, the above-described method of including inclusions serving as nucleation sites for crystal grains not only has a limited effect, but the inclusions may adversely affect product characteristics.

そして、前記の溶鋼の電磁撹拌や電磁振動を利用する方法は、インゴットを用いた製造(鋳造)に適用しようとすると、多くの場合適用することが困難である。   And the method using the electromagnetic stirring and electromagnetic vibration of the molten steel is difficult to apply in many cases when trying to apply it to production (casting) using an ingot.

このため、適用の制約を受けることなく、鉄鋼材料の結晶粒をより微細化し、等軸晶化することにより、偏析をより低減させ、力学的特性や耐食性をより向上させた鉄鋼材料を提供することが可能な技術の開発が望まれていた。   For this reason, it is possible to provide a steel material in which the segregation is further reduced and the mechanical properties and corrosion resistance are further improved by making the crystal grains of the steel material finer and equiaxed without any restrictions on application. The development of a technology that can do this has been desired.

本発明者は、以上の課題を解決することを目的として鋭意研究を行った結果、溶融した鉄鋼材料の冷却過程において、デルタ相のデンドライトが発生し、さらにガンマ相が形成される過程において、包晶温度近傍における冷却を制御すると、即ち、包晶変態を制御することによりデルタ相とガンマ相の境界が溶解してデンドライトが分断されることをX線観察により見出し、鉄鋼材料の結晶粒を一層微細化し、併せて一層の等軸晶化も可能となる本発明を完成させるに至ったものである。以下、本発明に関する各技術について説明する。 The present inventors, in the intensive study the result of the cooling process of the molten steel material for the purpose of solving the above problems, dendrite delta phase occurs, in yet process of the gamma phase is formed, follicle By controlling the cooling near the crystal temperature , that is, by controlling the peritectic transformation, the boundary between the delta phase and the gamma phase is dissolved and the dendrites are found by X-ray observation. Thus, the present invention has been completed which can be miniaturized and at the same time further equiaxed. Hereinafter, each technique related to the present invention will be described.

本発明に関する第1の技術は、
鉄鋼材料の冷却過程において、冷却速度の制御、撹拌、所定の元素の配合等により、
デルタ相からガンマ相への変態を凝固界面付近に形成させ、
さらに形成されたデルタ相とガンマ相の境界の温度が包晶温度から所定の範囲内にある様にし、
同じくデルタ相とガンマ相の境界で固相率が所定の臨界値以下である様にし、
デルタ相とガンマ相の境界を溶解させる相境界溶解工程を有していることを特徴とする鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The first technique related to the present invention is:
In the cooling process of steel materials, by controlling the cooling rate, stirring, blending of predetermined elements, etc.
A transformation from delta phase to gamma phase is formed near the solidification interface,
Furthermore, the temperature at the boundary between the formed delta phase and the gamma phase is within a predetermined range from the peritectic temperature ,
Similarly, the solid phase ratio at the boundary between the delta phase and the gamma phase is less than a predetermined critical value,
It is a method for refining crystal grains of a steel product, characterized by having a phase boundary melting step for melting a boundary between a delta phase and a gamma phase.

技術においては、鉄鋼材料の冷却過程においてデルタ相とガンマ相の境界を溶解し、分離したデンドライトからデルタ相あるいはガンマ相の結晶を形成させるため、結晶の粒を小さくすることができる。このため、鉄鋼材料の結晶粒を一層微細化し、等軸晶化することが可能となる。 In the present technology , the boundary between the delta phase and the gamma phase is dissolved in the cooling process of the steel material, and crystals of the delta phase or the gamma phase are formed from the separated dendrites, so that the crystal grains can be reduced. For this reason, the crystal grains of the steel material can be further refined and equiaxed.

なお、本技術は、電磁気的な流動付加等の従来の方法と異なり適用の制約が少なく、広く適用できるため、現在以上に偏析が低減し、力学的特性や耐食性が向上した鉄鋼材料を広く提供することができる。また、本技術は、従来の他の微細化の方法と組合せて実施することを排除するものではなく、他の方法と組合せてもよい。 Unlike conventional methods such as electromagnetic fluid addition, this technology has few restrictions on application and can be widely applied. Therefore, it provides a wide range of steel materials with reduced segregation and improved mechanical properties and corrosion resistance. can do. Further, the present technology does not exclude implementation in combination with other conventional miniaturization methods, and may be combined with other methods.

また、「冷却速度の制御、撹拌、所定の元素の配合等」における「等」の趣旨は、「デルタ相からガンマ相への変態を凝固界面付近に形成させ、さらに形成されたデルタ相とガンマ相の境界の温度が包晶温度から所定の範囲内にある様にし、同じくデルタ相とガンマ相の境界で固相率が所定の臨界値以下である様にし」、その結果として「デルタ相とガンマ相の境界を溶解させる」方法を具体的に例示することにあり、例えば、振動の付加等の他の方法でも「デルタ相とガンマ相の境界を溶解させる」のであれば本技術に含める趣旨である。 In addition, the meaning of “etc.” in “control of cooling rate, stirring, blending of predetermined elements, etc.” is that “the transformation from delta phase to gamma phase is formed near the solidification interface, and the formed delta phase and gamma The temperature of the phase boundary is within a predetermined range from the peritectic temperature , and the solid phase ratio is less than a predetermined critical value at the boundary between the delta phase and the gamma phase. The purpose is to specifically illustrate the method of “dissolving the boundary between the gamma phases”. For example, other methods such as the addition of vibration are also included in the present technology if “dissolve the boundary between the delta phase and the gamma phase”. It is.

また、「凝固界面付近」とは、液相と固相の境界面やその近傍を指し、液相は一旦凝固した後再度溶解して形成される場合をも含み、固相は液相が凝固して形成されたデルタ相やガンマ相である。   The term “near the solidification interface” refers to the boundary surface between the liquid phase and the solid phase or the vicinity thereof. The liquid phase includes the case where the liquid phase is once solidified and then dissolved again. It is a delta phase or a gamma phase formed as a result.

また、「包晶変態」とは、初晶のデルタ相の周囲を包晶相であるガンマ相が取囲む一般的な包晶変態のみならず、デンドライト(樹枝状結晶)のデルタ相がアームに沿ってガンマ相に変態する現象をも含む。   In addition, the “peritectic transformation” is not only the general peritectic transformation in which the gamma phase, which is the peritectic phase, surrounds the primary delta phase, but also the dendritic (dendritic) delta phase in the arm. Along with the phenomenon of transformation to gamma phase.

また、「包晶温度から所定の範囲内」とは、包晶温度±15℃、好ましくは±10℃である。但し、液相、デルタ相、ガンマ相が入組んだ微細構造であるため、局所的に範囲外となってもよい。 Further, “within a predetermined range from the peritectic temperature ” means a peritectic temperature of ± 15 ° C., preferably ± 10 ° C. However, since it has a fine structure including a liquid phase, a delta phase, and a gamma phase, it may be locally out of range.

また、凝固シェルや鋳型内の鋼材全体としては、デルタ相とガンマ相の境界の溶融の対象となっていない領域では、例えば鋳型壁近傍はそれ以下の温度であり、中央の液相部はそれより高い温度であってもよい。   In the solidified shell and the steel material in the mold as a whole, in the region that is not subject to melting at the boundary between the delta phase and the gamma phase, for example, the temperature near the mold wall is lower than that, and the liquid phase part in the center is It may be a higher temperature.

また、「固相率が所定の臨界値以下」とは、40%程度以下の固相率であることを示しているが、材料の組成によっては多少増加しても良い。   Further, “the solid phase ratio is equal to or less than a predetermined critical value” indicates that the solid phase ratio is about 40% or less, but may be slightly increased depending on the composition of the material.

本発明に関する第2の技術は、
前記相境界溶解工程は、
凝固界面付近において、デルタ相からなるデンドライトを成長させるデルタ相デンドライト成長ステップと、
成長しつつあるデンドライトの冷却側をガンマ相に変態させ、デルタ相とガンマ相の境界とデンドライトの先端との距離を冷却時間の経過と共に短縮させるデンドライト内ガンマ相成長ステップと、
前記ガンマ相の成長に伴いデンドライトの先端との距離が所定の距離より小さくなった時点で、デルタ相とガンマ相の境界を溶解させ、デルタ相からなる先端側のデンドライトを分断して液相内に移動させるデンドライト分断ステップを、
を有していることを特徴とする第1の技術に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The second technique related to the present invention is:
The phase boundary dissolution step includes
In the vicinity of the solidification interface, a delta phase dendrite growth step for growing a dendrite composed of a delta phase;
A gamma phase growth step in the dendrite that transforms the cooling side of the growing dendrite into a gamma phase and shortens the distance between the boundary between the delta phase and the gamma phase and the tip of the dendrite as the cooling time elapses;
When the distance from the tip of the dendrite becomes smaller than a predetermined distance as the gamma phase grows, the boundary between the delta phase and the gamma phase is dissolved, and the dendrite on the tip side made of the delta phase is divided to divide the inside of the liquid phase. The dendrite cutting step to be moved to
The method for refining crystal grains of a steel product according to the first technique , characterized by comprising:

鉄鋼材料の冷却過程において冷却速度を制御する等の手段により、包晶温度付近において液相内にデルタ相のデンドライトを発生させ、冷却により冷却側をガンマ相に変態させ、デルタ相とガンマ相の境界とデンドライトの先端との距離を冷却時間の経過と共に短縮させ、距離が小さくなった時点でデルタ相とガンマ相の境界を溶解させることにより、現在以上に偏析が低減し、力学的特性や耐食性が向上した鉄鋼材料を広く提供できる。 By controlling the cooling rate in the cooling process of steel materials, delta phase dendrites are generated in the liquid phase near the peritectic temperature , and the cooling side is transformed to gamma phase by cooling. By shortening the distance between the boundary and the tip of the dendrite as the cooling time elapses and by dissolving the boundary between the delta phase and the gamma phase when the distance decreases, segregation is reduced more than the present, and mechanical properties and corrosion resistance are reduced. Can provide a wide range of steel materials.

なお、ここに「デンドライトの先端との距離が所定の距離」の「所定の距離」とは、一般的には5mm以下を指す。ただし、デルタ相の液相線温度と包晶温度マイナス15℃の温度差をその位置における温度勾配で割った距離であり、材料の組成や温度分布等によっては多少長くなってもよい。 The “predetermined distance” in which “the distance from the tip of the dendrite is a predetermined distance” generally refers to 5 mm or less. However, it is the distance obtained by dividing the temperature difference between the liquidus temperature of the delta phase and the peritectic temperature minus 15 ° C. by the temperature gradient at that position, and may be somewhat longer depending on the composition of the material, temperature distribution, and the like.

また、「デルタ相からなる先端側のデンドライトを分断」するに際しては、その境界の位置やその近傍における固相率が40%と程度以下であることが好ましい。   Further, when “splitting the dendrites on the tip side made of the delta phase”, the solid phase ratio at the boundary position or in the vicinity thereof is preferably about 40% or less.

本発明に関する第3の技術は、
前記相境界溶解工程はさらに、
前記液相内に移動したデルタ相からなる先端側のデンドライトを基に、新たにデルタ相からなるデンドライトを成長させる分断デンドライト成長ステップを、
有していることを特徴とする第2の技術に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The third technique related to the present invention is:
The phase boundary dissolution step further includes
Based on the tip side dendrite consisting of the delta phase moved into the liquid phase, a split dendrite growth step for newly growing a dendrite consisting of the delta phase,
The method for refining crystal grains of a steel product according to the second technique , characterized by comprising

液相内に移動したデルタ相からなる先端側のデンドライトを基に、新たにデルタ相からなるデンドライトを成長させることにより、分断と新たなデンドライトの成長が繰返されるため、第2の技術の効果が一層発揮される。 Based on the distal end side of the dendrite consisting delta phase which has moved to the liquid phase, by growing dendrite consisting newly delta phase, since the division and growth of new dendrites is repeated, the effect of the second technique It is further demonstrated.

なお、先端側のデンドライトを液相内に積極的に移動させる手段としては、電磁気的な撹拌等が考えられる。   In addition, electromagnetic stirring etc. can be considered as a means to move the dendrite of the front end side actively into the liquid phase.

本発明に関する第4の技術は、
前記相境界溶解工程は、冷却速度の制御により成されるものであり、
前記デンドライト内ガンマ相成長ステップと、前記デンドライト分断ステップにおける冷却速度は、前記デルタ相デンドライト成長ステップにおける冷却速度の70%以下であることを特徴とする第2の技術または第3の技術に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The fourth technique related to the present invention is:
The phase boundary dissolution step is performed by controlling the cooling rate,
The cooling rate in the gamma phase growth step in the dendrite and the dendrite fragmentation step is 70% or less of the cooling rate in the delta phase dendrite growth step, according to the second technique or the third technique , This is a method for refining crystal grains of steel products.

デンドライト内ガンマ相成長ステップと、デンドライト分断ステップにおける冷却速度を、デルタ相デンドライト成長ステップにおける冷却速度に対し、70%以下とすることにより、デンドライトのデルタ相とガンマ相の境界の溶解が適切になされるため、第2の技術または第3の技術の効果が一層発揮される。 By setting the cooling rate in the dendrite gamma phase growth step and the dendrite fragmentation step to 70% or less of the cooling rate in the delta phase dendrite growth step, the boundary between the delta phase and the gamma phase of the dendrite is appropriately dissolved. Therefore, the effects of the second technique or the third technique are further exhibited.

なお、前記した「70%以下」の冷却速度については、生産効率の面から60%以上であることが好ましい。50%以下であるとより好ましい。   The cooling rate of “70% or less” described above is preferably 60% or more from the viewpoint of production efficiency. More preferably, it is 50% or less.

本発明に関する第5の技術は、
前記デンドライト内ガンマ相成長ステップにおける冷却速度は150℃/s以下であることを特徴とする第4の技術に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The fifth technique related to the present invention is:
The cooling method in the dendrite gamma phase growth step has a cooling rate of 150 ° C./s or less, which is the method for refining crystal grains of steel products according to the fourth technique .

技術においては、デンドライト内ガンマ相成長ステップにおける冷却速度は150℃/s以下であるため、、第2の技術または第3の技術の効果が一層発揮される。 In the present technology , since the cooling rate in the in-dendrite gamma phase growth step is 150 ° C./s or less, the effect of the second technology or the third technology is further exhibited.

冷却速度が150℃/sを超えると、デンドライトのデルタ相とガンマ相の境界の溶解が適切になされなくなる。150℃/s以下であると、これらの問題が発生せず、好ましい。1℃/s以下であるとより好ましい。   When the cooling rate exceeds 150 ° C./s, the boundary between the delta phase and the gamma phase of the dendrite is not properly dissolved. These problems do not occur and are preferably 150 ° C./s or less. More preferably, it is 1 ° C./s or less.

本発明に関する第6の技術は、
前記鉄鋼材料は、普通鋼で、炭素は0.4〜0.9mass%であることを特徴とする第1の技術ないし第5の技術のいずれかに記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The sixth technique related to the present invention is:
The steel material is an ordinary steel, a first technique to a fifth grain refinement method for steel product of any crab described technique, characterized in that carbon is 0.4~0.9Mass% It is.

普通鋼で、炭素は0.4〜0.9mass%である鉄鋼材料を用いた場合、第1の技術ないし第5の技術の効果を良好に発揮させることができ好ましい。 In ordinary steel, carbon in the case of using the steel material is 0.4~0.9Mass%, can be preferably to no first technique to satisfactorily exhibit the effect of the fifth technique.

本発明に関する第7の技術は、
前記相境界溶解工程は、
デルタ相からガンマ相に変態した凝固シェルの一部を、ガンマ相への変態後、所定時間内に包晶温度以上に加熱して、前記凝固シェルの一部を溶解させると共に、デルタ相を形成させるガンマ相加熱ステップと、
形成された前記デルタ相とガンマ相の境界を溶解させる溶解ステップを
有していることを特徴とする第1の技術に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The seventh technique related to the present invention is:
The phase boundary dissolution step includes
A part of the solidified shell transformed from the delta phase to the gamma phase is heated to a peritectic temperature or higher within a predetermined time after the transformation to the gamma phase to dissolve the part of the solidified shell and form a delta phase. A gamma phase heating step,
The method for refining crystal grains of a steel product according to the first technique , characterized by having a melting step for dissolving a boundary between the formed delta phase and gamma phase.

一旦デルタ相からガンマ相に変態した凝固シェルの一部を、ガンマ相への変態後、所定時間内に包晶温度以上に加熱して、前記凝固シェルの一部を溶解させると共に、デルタ相を形成させ、デルタ相とガンマ相の境界を溶解させることにより、凝固シェルに第1の技術を適用することが可能となり、適用範囲が広がる。 A part of the solidified shell once transformed from the delta phase to the gamma phase is heated to a peritectic temperature or higher within a predetermined time after the transformation to the gamma phase to dissolve the part of the solidified shell, By forming and dissolving the boundary between the delta phase and the gamma phase, the first technique can be applied to the solidified shell, and the application range is expanded.

なお、「所定時間」とは、ミクロ偏析が消滅しない時間を言い、具体的には、30秒以内が好ましく、早いほど好ましい。数秒程度が望ましい。   The “predetermined time” refers to a time during which microsegregation does not disappear, and specifically, it is preferably within 30 seconds, and more preferably as soon as possible. A few seconds is desirable.

また、「凝固シェル」とは、デンドライトおよびデンドライトが粗大化した固相が相互に接触し、力学的には固相様のように振る舞う領域を指す。   The term “solidified shell” refers to a region where dendrites and solid phases in which dendrites are coarsened are in contact with each other and mechanically behave like solid phases.

本発明に関する第8の技術は、
前記ガンマ相加熱ステップは、
電磁的な撹拌により凝固シェル内の液相の熱を、デルタ相から変態したガンマ相に移動させて、当該箇所のデルタ相を包晶温度以上に加熱するものであることを特徴とする第7の技術に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The eighth technique related to the present invention is:
The gamma phase heating step includes:
The heat of the liquid phase in the solidified shell is transferred from the delta phase to the gamma phase transformed from the delta phase by electromagnetic stirring, and the delta phase at that location is heated to a peritectic temperature or higher . It is the refinement | miniaturization method of the crystal grain of the steel product described in this technique .

技術においては、「包晶温度以上に加熱」する手段として、簡便な手段である電磁的な撹拌を液相に与えて、温度が高い液相から温度の低い固相に熱を移動させて、固相を加熱するため、第7の技術の効果を簡単に発揮させることが可能となる。 In this technology , as a means of “heating above the peritectic temperature ”, electromagnetic stirring, which is a simple means, is given to the liquid phase to transfer heat from a liquid phase having a high temperature to a solid phase having a low temperature. Since the solid phase is heated, the effect of the seventh technique can be easily exhibited.

本発明に関する第9の技術は、
前記鉄鋼材料は、普通鋼かつ炭素は0.1〜0.5mass%であることを特徴とする第7の技術または第8の技術に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The ninth technique related to the present invention is:
The method for refining crystal grains of steel products according to the seventh or eighth technique , wherein the steel material is plain steel and carbon is 0.1 to 0.5 mass%.

普通鋼で、炭素は0.1〜0.5mass%である鉄鋼材料を用いた場合、第7の技術または第8の技術の効果を良好に発揮させることができ好ましい。 The use of a steel material of ordinary steel and carbon of 0.1 to 0.5 mass% is preferable because the effects of the seventh technique or the eighth technique can be satisfactorily exhibited.

本発明に関する第10の技術は、
鉄鋼材料の冷却過程において、冷却速度の制御、撹拌、所定の元素の配合等により、デルタ相からガンマ相への変態を凝固界面付近に形成させ、さらに形成されたデルタ相とガンマ相の境界の温度が包晶温度から所定の範囲内にある様にし、同じくデルタ相とガンマ相の境界で固相率が所定の臨界値以下である様にし、それらの結果デルタ相とガンマ相の境界が溶解する様子を、18〜30keVの単色X線、あるいはそのエネルギー領域を含む白色X線でリアルタイムに観察して、デルタ相とガンマ相の境界が包晶温度の近傍で溶解する温度条件、組成の条件、臨界固相率等の条件を測定し、取得するデータ取得工程と、
前記データ取得工程で得られた温度条件、組成の条件、臨界固相率等の条件を基に、鉄鋼材料の製造における温度条件、組成の条件、臨界固相率等の条件を制御して、デルタ相とガンマ相の境界を包晶温度の近傍で溶解させて分断する相境界溶解工程を、
有していることを特徴とする鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The tenth technique related to the present invention is:
In the cooling process of steel materials, the transformation from the delta phase to the gamma phase is formed near the solidification interface by controlling the cooling rate, stirring, mixing of certain elements, etc., and the boundary between the formed delta phase and gamma phase The temperature is set within a predetermined range from the peritectic temperature , and the solid phase ratio is also below a predetermined critical value at the boundary between the delta phase and the gamma phase, and as a result, the boundary between the delta phase and the gamma phase is dissolved. Observe in real time the 18 to 30 keV monochromatic X-ray or white X-ray including its energy region, and the temperature and composition conditions where the boundary between the delta phase and the gamma phase dissolves near the peritectic temperature A data acquisition process for measuring and acquiring conditions such as the critical solid phase ratio,
Based on the temperature conditions obtained in the data acquisition step, the conditions of the composition, the conditions such as the critical solid fraction, the temperature conditions in the production of the steel material, the conditions of the composition, the conditions such as the critical solid fraction are controlled, A phase boundary dissolution process in which the boundary between the delta phase and the gamma phase is dissolved near the peritectic temperature and divided.
It is the refinement | miniaturization method of the crystal grain of the steel products characterized by having.

技術においては、データ取得工程で得られたデータを基に相境界溶解工程における各種の条件を設定するため、多種、多様な鉄鋼材料に対して確実にデルタ相とガンマ相の境界を包晶温度の近傍で溶解させて分断することが可能となる。このため、冷却に伴ってデルタ相、さらにその周囲や周囲の一部にガンマ相が形成される際にできる結晶の粒を確実、効率的に小さくすることができるため、鉄鋼材料の結晶粒を一層微細化し、等軸晶化することが可能となる。 In this technique, for setting various conditions in the phase boundary dissolution process based on the data obtained by the data acquisition process, a large, the boundaries of reliably delta phase and the gamma phase to a variety of steel materials peritectic It becomes possible to dissolve and divide in the vicinity of the temperature . For this reason, since the crystal grains formed when the gamma phase is formed in the delta phase and further around or part of the circumference with cooling can be reliably and efficiently reduced, the crystal grains of the steel material can be reduced. It becomes possible to further refine and equiax the crystal.

なお、「データ取得工程」と「相境界溶解工程」は、同一の製鋼所、製鉄会社である必要はなく、このため既に得られたデータ、公開されているデータを基になされる相境界溶解工程を有していたり、それらのデータから推定される数値を基になされる相境界溶解工程を有しておれば、本技術に含まれる。 Note that the “data acquisition process” and “phase boundary melting process” do not have to be the same steel mill or steel company, and for this reason, phase boundary melting based on already obtained data and published data. It is included in this technique if it has a process or a phase boundary dissolution process based on numerical values estimated from those data.

本発明に関する第11の技術は、
前記相境界溶解工程は、
普通鋼かつ炭素は0.4〜0.9mass%の鉄鋼材料を製造するものであり、
デンドライト内におけるガンマ相の成長は、150℃/s以下の冷却速度の下で成長させるものであり、
デルタ相が成長したのちガンマ相への変態をさせ、さらに形成されたデルタ相とガンマ相の境界を溶解させる際の冷却速度は、前記デルタ相のデンドライトが成長する際の冷却速度の70%以下であることを特徴とする第10の技術に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The eleventh technology related to the present invention is:
The phase boundary dissolution step includes
Normal steel and carbon are used to produce a steel material of 0.4 to 0.9 mass%.
The growth of the gamma phase in the dendrite is performed under a cooling rate of 150 ° C./s or less,
The cooling rate when the delta phase is grown and then transformed into the gamma phase, and the boundary between the formed delta phase and gamma phase is dissolved is 70% or less of the cooling rate when the delta phase dendrite grows. The method for refining crystal grains of a steel product according to the tenth technique , characterized in that:

デンドライト内におけるガンマ相の成長は冷却速度が150℃/s以下であり、形成されたデルタ相とガンマ相の境界を溶解させる際の冷却速度は、デルタ相のデンドライトが成長する際の冷却速度の70%以下に制御することにより、普通鋼かつ炭素は0.4〜0.9mass%の鉄鋼材料を製造するに際して、第10の技術の効果が一層発揮される。 The growth rate of the gamma phase in the dendrite has a cooling rate of 150 ° C./s or less, and the cooling rate when the boundary between the formed delta phase and the gamma phase is dissolved is the cooling rate when the dendrites of the delta phase grow. By controlling to 70% or less, the effect of the tenth technique is further exhibited when producing a steel material of 0.4 to 0.9 mass% of ordinary steel and carbon.

本発明に関する第12の技術は、
前記相境界溶解工程は、
普通鋼かつ炭素は0.1〜0.5mass%の鉄鋼材料を製造するものであり、
凝固シェル内のデルタ相からガンマ相に変態した箇所の一部を、ガンマ相への変態後、所定時間内に包晶温度以上に加熱して溶解させると共に、デルタ相を形成させ、次いで形成されたデルタ相とガンマ相の境界を溶解させるものであることを特徴とする第10の技術に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The twelfth technique related to the present invention is:
The phase boundary dissolution step includes
Normal steel and carbon are used to produce a steel material of 0.1 to 0.5 mass%.
After the transformation from the delta phase to the gamma phase in the solidified shell, a part of the gamma phase is transformed to the gamma phase and heated to a temperature higher than the peritectic temperature within a predetermined time and dissolved, and then the delta phase is formed. The method for refining crystal grains of a steel product according to the tenth technique , wherein the boundary between the delta phase and the gamma phase is dissolved.

凝固シェル内のデルタ相からガンマ相に変態した箇所を、その後所定時間内に包晶温度以上に加熱して、変態直後のガンマ相の一部を溶解させると共に、デルタ相を形成させ、次いで形成されたデルタ相とガンマ相の境界を溶解させることにより、普通鋼かつ炭素は0.1〜0.5mass%の鉄鋼材料を製造するに際して、第10の技術の効果が一層発揮される。 The portion transformed from the delta phase to the gamma phase in the solidified shell is then heated to a peritectic temperature or higher within a predetermined time to dissolve a part of the gamma phase immediately after the transformation and to form a delta phase, and then to form The effect of the tenth technique is further exhibited in producing a steel material of 0.1 to 0.5 mass% of ordinary steel and carbon by dissolving the boundary between the produced delta phase and gamma phase.

本発明に関する第13の技術は、
前記相境界溶解工程は、
デルタ相とガンマ相の境界が溶解し、さらにデルタ相が分離されるために、
デルタ相とガンマ相の境界の温度を包晶温度近傍とし、
またデルタ相とガンマ相の境界の固相率を所定の値以下とするものであることを特徴とする第10の技術ないし第12の技術のいずれかに記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The thirteenth technique related to the present invention is:
The phase boundary dissolution step includes
Because the boundary between the delta and gamma phases dissolves and the delta phase is further separated,
The boundary temperature between the delta phase and the gamma phase is near the peritectic temperature ,
The refinement of crystal grains of the steel product according to any one of the tenth to twelfth techniques , wherein the solid phase ratio at the boundary between the delta phase and the gamma phase is set to a predetermined value or less. Is the method.

温度と固相率の制御を適切に行ってデルタ相を分離させることにより、結晶粒子を一層微細化させることができ、第10の技術ないし第12の技術のいずれかに記載の技術の効果が一層発揮される。 By appropriately controlling the temperature and the solid phase ratio to separate the delta phase, the crystal particles can be further refined, and the effect of the technique described in any one of the tenth to twelfth techniques can be achieved. It is further demonstrated.

本発明に関する第14の技術は、
前記相境界溶解工程は、
分離されたデンドライトが位置する箇所の温度を液相線以下に調節し、分離されたデルタ相のデンドライトを種として新たに結晶を成長させる分断デンドライト成長ステップを有していることを特徴とする第10の技術ないし第13の技術のいずれかに記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The fourteenth technology related to the present invention is:
The phase boundary dissolution step includes
The method has a divided dendrite growth step in which the temperature of the location where the separated dendrite is located is adjusted to be below the liquidus, and a new crystal is grown using the separated delta phase dendrite as a seed . A method for refining crystal grains of a steel product according to any one of the tenth to thirteenth techniques .

分離されたデルタ相のデンドライトを種として新たに結晶を成長させることにより、結晶粒子を一層微細化させることができ、第10の技術ないし第13の技術のいずれかに記載の効果が一層発揮される。 By newly growing crystals using the separated delta phase dendrites as seeds, crystal grains can be further refined, and the effects described in any one of the tenth to thirteenth techniques can be further exhibited. The

本発明に関する第15の技術は、
前記相境界溶解工程は、
所定の元素を配合して、液相線温度と、包晶温度の少なくとも一方を調節する元素配合温度調節ステップを有していることを特徴とする第1の技術ないし第14の技術のいずれかに記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。
The fifteenth technology related to the present invention is:
The phase boundary dissolution step includes
Any one of the first to fourteenth techniques characterized by having an element blending temperature adjusting step for blending a predetermined element and adjusting at least one of the liquidus temperature and the peritectic temperature . The method for refining crystal grains of steel products as described in 1. above.

液相線温度と、包晶温度の少なくとも一方(特に包晶温度)を、所定の元素を配合して調節するため、適用範囲が広がる。 Since at least one of the liquidus temperature and the peritectic temperature (particularly the peritectic temperature ) is adjusted by blending a predetermined element, the applicable range is expanded.

一般的には、包晶温度(平衡温度)を上昇させる元素としては、特にMn、その他Co、Cu、Nb、Ni等を挙げることができ、低下させる元素としては、特にSi、その他Al、Cr、Mo、P、Sn、Ti、V、W等を挙げることができる。なお、液相線温度は、配合物が増加すると一般的には低下する。 In general, examples of the element that increases the peritectic temperature (equilibrium temperature) include Mn, Co, Cu, Nb, Ni, and the like, and examples of the elements that decrease include Si, other Al, and Cr. , Mo, P, Sn, Ti, V, W and the like. Note that the liquidus temperature generally decreases as the formulation increases.

本発明は、以上の知見に基づくものであり、請求項1に記載の発明は、The present invention is based on the above knowledge, and the invention according to claim 1
鉄鋼材料の冷却過程において、In the cooling process of steel materials,
デルタ相からガンマ相への変態を凝固界面付近に形成させ、A transformation from delta phase to gamma phase is formed near the solidification interface,
さらに形成されたデルタ相とガンマ相の境界の温度が包晶温度±15℃である様にし、Furthermore, the temperature at the boundary between the formed delta phase and the gamma phase is set to a peritectic temperature ± 15 ° C.,
同じくデルタ相とガンマ相の境界で固相率が40%以下である様にし、Similarly, the solid phase ratio should be 40% or less at the boundary between the delta phase and the gamma phase.
デルタ相とガンマ相の境界を溶解させる相境界溶解工程を有していることを特徴とする鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。It is a method for refining crystal grains of a steel product, characterized by having a phase boundary melting step for melting a boundary between a delta phase and a gamma phase.

請求項2に記載の発明は、The invention described in claim 2
前記相境界溶解工程は、The phase boundary dissolution step includes
凝固界面付近において、デルタ相からなるデンドライトを成長させるデルタ相デンドライト成長ステップと、In the vicinity of the solidification interface, a delta phase dendrite growth step for growing a dendrite composed of a delta phase;
成長しつつあるデンドライトの冷却側をガンマ相に変態させ、デルタ相とガンマ相の境界とデンドライトの先端との距離を冷却時間の経過と共に短縮させるデンドライト内ガンマ相成長ステップと、A gamma phase growth step in the dendrite that transforms the cooling side of the growing dendrite into a gamma phase and shortens the distance between the boundary between the delta phase and the gamma phase and the tip of the dendrite as the cooling time elapses;
前記ガンマ相の成長に伴いデンドライトの先端との距離が、デルタ相の液相線温度と包晶温度マイナス15℃の温度差をその位置における温度勾配で割った距離より小さくなった時点で、デルタ相とガンマ相の境界を溶解させ、デルタ相からなる先端側のデンドライトを分断して液相内に移動させるデンドライト分断ステップAs the gamma phase grows, the distance from the tip of the dendrite becomes smaller than the distance obtained by dividing the temperature difference between the liquidus temperature of the delta phase and the peritectic temperature minus 15 ° C. by the temperature gradient at that position. A dendrite cutting step in which the boundary between the phase and the gamma phase is dissolved, and the dendrites on the tip side consisting of the delta phase are cut and moved into the liquid phase.
を有していることを特徴とする請求項1に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 1, characterized by comprising:

請求項3に記載の発明は、The invention according to claim 3
前記相境界溶解工程はさらに、The phase boundary dissolution step further includes
前記液相内に移動したデルタ相からなる先端側のデンドライトを基に、新たにデルタ相からなるデンドライトを成長させる分断デンドライト成長ステップを、Based on the tip side dendrite consisting of the delta phase moved into the liquid phase, a split dendrite growth step for newly growing a dendrite consisting of the delta phase,
有していることを特徴とする請求項2に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 2, characterized by comprising:

請求項4に記載の発明は、The invention according to claim 4
前記相境界溶解工程は、冷却速度の制御により成されるものであり、The phase boundary dissolution step is performed by controlling the cooling rate,
前記デンドライト内ガンマ相成長ステップと、前記デンドライト分断ステップにおける冷却速度は、前記デルタ相デンドライト成長ステップにおける冷却速度の70%以下であることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。The steel product according to claim 2 or 3, wherein a cooling rate in the gamma phase growth step in the dendrite and the cooling rate in the dendrite fragmentation step is 70% or less of the cooling rate in the delta phase dendrite growth step. This is a crystal grain refinement method.

請求項5に記載の発明は、The invention described in claim 5
前記デンドライト内ガンマ相成長ステップにおける冷却速度は150℃/s以下であることを特徴とする請求項4に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 4, wherein a cooling rate in the in-dendritic gamma phase growth step is 150 ° C / s or less.

請求項6に記載の発明は、The invention described in claim 6
前記鉄鋼材料は、普通鋼で、炭素は0.4〜0.9mass%であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。The method for refining crystal grains of a steel product according to any one of claims 1 to 5, wherein the steel material is plain steel and carbon is 0.4 to 0.9 mass%. It is.

請求項7に記載の発明は、The invention described in claim 7
前記相境界溶解工程は、The phase boundary dissolution step includes
デルタ相からガンマ相に変態した凝固シェルの一部を、ガンマ相への変態後、所定時間内に包晶温度以上に加熱して、前記凝固シェルの一部を溶解させると共に、デルタ相を形成させるガンマ相加熱ステップと、A part of the solidified shell transformed from the delta phase to the gamma phase is heated to a peritectic temperature or higher within a predetermined time after the transformation to the gamma phase to dissolve the part of the solidified shell and form a delta phase. A gamma phase heating step,
形成された前記デルタ相とガンマ相の境界を溶解させる溶解ステップをA dissolution step for dissolving the formed boundary between the delta phase and the gamma phase.
有していることを特徴とする請求項1に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 1, characterized by comprising:

請求項8に記載の発明は、The invention according to claim 8 provides:
前記ガンマ相加熱ステップは、The gamma phase heating step includes:
電磁的な撹拌により凝固シェル内の液相の熱を、デルタ相から変態したガンマ相に移動させて、当該箇所のデルタ相を包晶温度以上に加熱するものであることを特徴とする請求項7に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。The heat of the liquid phase in the solidified shell is transferred from the delta phase to the gamma phase transformed from the delta phase by electromagnetic stirring, and the delta phase at the location is heated to the peritectic temperature or higher. 7 is a method for refining crystal grains of a steel product according to item 7.

請求項9に記載の発明は、The invention according to claim 9 is:
前記鉄鋼材料は、普通鋼かつ炭素は0.1〜0.5mass%であることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 7 or 8, wherein the steel material is plain steel and carbon is 0.1 to 0.5 mass%.

請求項10に記載の発明は、The invention according to claim 10 is:
鉄鋼材料の冷却過程において、デルタ相からガンマ相への変態を凝固界面付近に形成させ、さらに形成されたデルタ相とガンマ相の境界の温度が包晶温度±15℃である様にし、同じくデルタ相とガンマ相の境界で固相率が40%以下である様にし、それらの結果デルタ相とガンマ相の境界が溶解する様子を、18〜30keVの単色X線、あるいはそのエネルギー領域を含む白色X線でリアルタイムに観察して、デルタ相とガンマ相の境界が包晶温度の近傍で溶解する条件を測定し、取得するデータ取得工程と、In the cooling process of the steel material, a transformation from the delta phase to the gamma phase is formed near the solidification interface, and the temperature at the boundary between the formed delta phase and the gamma phase is set to a peritectic temperature ± 15 ° C. The solid phase ratio is set to 40% or less at the boundary between the phase and the gamma phase, and as a result, the state where the boundary between the delta phase and the gamma phase is dissolved is expressed by white color including 18 to 30 keV monochromatic X-ray or its energy region. A data acquisition step of observing in real time with X-rays, measuring and acquiring conditions under which the boundary between the delta phase and the gamma phase dissolves near the peritectic temperature;
前記データ取得工程で得られた条件を基に、鉄鋼材料の製造における条件を制御して、デルタ相とガンマ相の境界を包晶温度の近傍で溶解させて分断する相境界溶解工程を、Based on the conditions obtained in the data acquisition step, the phase boundary dissolution step of controlling the conditions in the production of the steel material and dissolving and dividing the boundary between the delta phase and the gamma phase in the vicinity of the peritectic temperature,
有していることを特徴とする鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。It is the refinement | miniaturization method of the crystal grain of the steel products characterized by having.

請求項11に記載の発明は、The invention according to claim 11
前記相境界溶解工程は、The phase boundary dissolution step includes
普通鋼かつ炭素は0.4〜0.9mass%の鉄鋼材料を製造するものであり、Normal steel and carbon are used to produce a steel material of 0.4 to 0.9 mass%.
デンドライト内におけるガンマ相の成長は、150℃/s以下の冷却速度の下で成長させるものであり、The growth of the gamma phase in the dendrite is performed under a cooling rate of 150 ° C./s or less,
デルタ相が成長したのちガンマ相への変態をさせ、さらに形成されたデルタ相とガンマ相の境界を溶解させる際の冷却速度は、前記デルタ相のデンドライトが成長する際の冷却速度の70%以下であることを特徴とする請求項10に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。The cooling rate when the delta phase is grown and then transformed into the gamma phase, and the boundary between the formed delta phase and gamma phase is dissolved is 70% or less of the cooling rate when the delta phase dendrite grows. The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 10.

請求項12に記載の発明は、The invention according to claim 12
前記相境界溶解工程は、The phase boundary dissolution step includes
普通鋼かつ炭素は0.1〜0.5mass%の鉄鋼材料を製造するものであり、Normal steel and carbon are used to produce a steel material of 0.1 to 0.5 mass%.
凝固シェル内のデルタ相からガンマ相に変態した箇所の一部を、ガンマ相への変態後、所定時間内に包晶温度以上に加熱して溶解させると共に、デルタ相を形成させ、次いで形成されたデルタ相とガンマ相の境界を溶解させるものであることを特徴とする請求項10に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。After the transformation from the delta phase to the gamma phase in the solidified shell, a part of the gamma phase is transformed to the gamma phase and heated to a temperature higher than the peritectic temperature within a predetermined time and dissolved, and then the delta phase is formed. The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 10, wherein the boundary between the delta phase and the gamma phase is dissolved.

請求項13に記載の発明は、The invention according to claim 13
前記相境界溶解工程は、The phase boundary dissolution step includes
デルタ相とガンマ相の境界が溶解し、さらにデルタ相が分離されるために、Because the boundary between the delta and gamma phases dissolves and the delta phase is further separated,
デルタ相とガンマ相の境界の温度を包晶温度近傍とし、The boundary temperature between the delta phase and the gamma phase is near the peritectic temperature,
またデルタ相とガンマ相の境界の固相率を40%以下とするものであることを特徴とする請求項10ないし請求項12のいずれか1項に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。The method for refining crystal grains of a steel product according to any one of claims 10 to 12, wherein the solid phase ratio at the boundary between the delta phase and the gamma phase is 40% or less. It is.

請求項14に記載の発明は、The invention according to claim 14
前記相境界溶解工程は、The phase boundary dissolution step includes
分離されたデンドライトが位置する箇所の温度を液相線以下に調節し、分離されたデルタ相のデンドライトを種として新たに結晶を成長させる分断デンドライト成長ステップを有していることを特徴とする請求項10ないし請求項13のいずれか1項に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。It has a divided dendrite growth step in which the temperature of the location where the separated dendrite is located is adjusted to below the liquidus, and a new crystal is grown using the separated delta phase dendrite as a seed. Item 14. The method for refining crystal grains of steel products according to any one of Items 10 to 13.

請求項15に記載の発明は、The invention according to claim 15 is:
前記相境界溶解工程は、The phase boundary dissolution step includes
Mn、Co、Cu、Nb、Ni、Si、Al、Cr、Mo、P、Sn、Ti、V、Wから選択された元素を配合して、液相線温度と、包晶温度の少なくとも一方を調節する元素配合温度調節ステップを有していることを特徴とする請求項1ないし請求項14のいずれか1項に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法である。By blending an element selected from Mn, Co, Cu, Nb, Ni, Si, Al, Cr, Mo, P, Sn, Ti, V, and W, at least one of the liquidus temperature and the peritectic temperature is obtained. 15. The method for refining crystal grains of a steel product according to any one of claims 1 to 14, further comprising an element blending temperature adjusting step for adjusting.

本発明によれば、適用の制約を受けることなく、鉄鋼材料の結晶粒をより微細化し、等軸晶化することにより、偏析をより低減させ、力学的特性や耐食性をより向上させた鉄鋼材料を提供することができる。   According to the present invention, the steel material is further improved in mechanical properties and corrosion resistance by reducing the segregation by making the crystal grains of the steel material finer and equiaxed without any restrictions on application. Can be provided.

鉄鋼材料の凝固過程をリアルタイムで観察する観察装置の構成を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the structure of the observation apparatus which observes the solidification process of steel materials in real time. 0.58mass%C、0.6mass%Mn、0.3mass%Siの炭素鋼の凝固過程においてδ相とγ相の相境界でデンドライトが溶断した様子を示すX線透過像である。It is an X-ray transmission image which shows a mode that the dendrite melt | fused in the phase boundary of (delta) phase and (gamma) phase in the solidification process of the carbon steel of 0.58 mass% C, 0.6 mass% Mn, and 0.3 mass% Si. 0.44mass%Cの炭素鋼の凝固過程において生成したδ相とδ相がγ相へ変態した3秒後の状態を示すX線透過像である。3 is an X-ray transmission image showing a state 3 seconds after the δ phase and δ phase generated in the solidification process of 0.44 mass% C carbon steel are transformed into a γ phase. 本発明の第1の実施の形態における鉄鋼材料の凝固過程においてデンドライトの溶断を起こす位置における液相線温度(M.P.)から包晶変態点近傍の温度範囲の冷却速度を概念的に示すグラフである。FIG. 3 conceptually shows the cooling rate in the temperature range near the peritectic transformation point from the liquidus temperature (MP) at the position where dendrite fusing occurs in the solidification process of the steel material in the first embodiment of the present invention. It is a graph.

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。   Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments. Note that the present invention is not limited to the following embodiments. Various modifications can be made to the following embodiments within the same and equivalent scope as the present invention.

1.鉄鋼材料の凝固過程に関するデータの取得
鉄鋼材料の組成は多種多様であり、また組成に応じて融点や各変態点とも変化する。そこで、本発明を適切に実施するためには、実施対象の材料と同じ組成の試料を対象に予め包晶変態がなされる温度の付近における凝固や相の変態等の過程を観察し、柱状結晶から等軸晶へ遷移する温度、冷却速度、温度勾配等について必要なデータを取得し、あるいは確認しておくことが好ましい。また、鉄鋼材料に各種の元素が配合される場合のδ相とγ相の平衡温度に及ぼす影響等についても必要なデータを取得しておくことが好ましい。以下、データを取得するための手段について説明する。
1. Acquiring data on the solidification process of steel materials The composition of steel materials varies widely, and the melting point and transformation points vary depending on the composition. Therefore, in order to appropriately carry out the present invention, a solid crystal or phase transformation in the vicinity of the temperature at which peritectic transformation is performed in advance on a sample having the same composition as the material to be implemented is observed, and columnar crystals are observed. It is preferable to acquire or confirm necessary data on the temperature, cooling rate, temperature gradient, etc. from the transition to the equiaxed crystal. In addition, it is preferable to obtain necessary data regarding the influence on the equilibrium temperature of the δ phase and the γ phase when various elements are mixed in the steel material. Hereinafter, a means for acquiring data will be described.

(1)凝固過程観察用の観察装置および観察用試料
イ.観察装置
図1は、鉄鋼材料の凝固過程をリアルタイムで観察する観察装置の構成を概念的に示す図である。図1において、19は試料であり、51はX線スリットであり、52はチャンバであり、53はグラファイトヒータであり、54はX線検出器(2次元)であり、55は図示しないX線発生源から照射されたX線ビームである。
(1) Observation device for observation of coagulation process and sample for observation a. Observation Device FIG. 1 is a diagram conceptually showing the configuration of an observation device that observes the solidification process of a steel material in real time. In FIG. 1, 19 is a sample, 51 is an X-ray slit, 52 is a chamber, 53 is a graphite heater, 54 is an X-ray detector (two-dimensional), and 55 is an X-ray (not shown). This is an X-ray beam emitted from a generation source.

本観察装置は、溶融させた試料19を凝固させる際の冷却速度を0.1〜2K/sの範囲内で制御して冷却する機能を有している。また、使用するX線ビームは、18〜30keVの単色X線、あるいはそのエネルギー領域を含む白色X線である。以上のほか、試料の保持具、温度センサ、グラファイトヒータの電源、チャンバの真空ポンプ、試料の温度や冷却速度を制御するための装置等と装備しているが、これらは本発明の趣旨に直接の関係が無く、自明であり、また煩雑となるため、図示は省略してある。なお、このことは他の図でも同様である。   This observation apparatus has a function of cooling by controlling the cooling rate when solidifying the molten sample 19 within a range of 0.1 to 2 K / s. The X-ray beam to be used is a monochromatic X-ray of 18 to 30 keV or white X-ray including its energy region. In addition to the above, it is equipped with a sample holder, a temperature sensor, a graphite heater power supply, a vacuum pump for the chamber, a device for controlling the temperature and cooling rate of the sample, etc., but these are directly in the spirit of the present invention. This is not shown because it is self-evident and complicated. This also applies to other drawings.

ロ.観察用試料
試料の厚さは、用いるX線ビームのエネルギーの大きさに応じて適宜設定されるが、例えば20keVのX線ビームを用いる場合には50〜200μm程度である。
B. Sample for Observation The thickness of the sample is appropriately set according to the magnitude of the energy of the X-ray beam to be used. For example, when a 20 keV X-ray beam is used, it is about 50 to 200 μm.

(2)試料の溶融方法および凝固過程の制御
イ.溶融方法
まず、グラファイトヒータにより試料19を0.1℃/s(秒)〜1℃/sで昇温する様に加熱し、一旦融点より多少高い温度まで昇温して試料を溶解させ、溶融状態を1分以上保持する。
(2) Control of sample melting method and solidification process a. Melting method First, the sample 19 was heated by a graphite heater so that the temperature was raised from 0.1 ° C./s (seconds) to 1 ° C./s, and once the temperature was raised to a temperature slightly higher than the melting point, the sample was melted and melted. Hold the state for 1 minute or more.

ロ.凝固過程の制御
次に、0.1〜2K/sの範囲の速度で冷却し、δ相のデンドライトを形成させる。次いで、さらなる温度の低下によりデンドライトの冷却側にγ相が形成されるが、この時点で冷却速度を30%以上低下させるか一定温度に保持し、これによりデンドライト内におけるδ相とγ相との相境界がデンドライトの先端に近づく様にする。相境界がデンドライトの先端からある距離以内に近づき、また相境界の温度が包晶温度近傍まで温度で上昇と、相境界の溶解を確認することができる。なお、この時の試料中の温度勾配は1〜3K/mmであり、δ相のデンドライトの成長速度は5〜200μm/sの範囲であった。
B. Control of solidification process Next, cooling is performed at a speed in the range of 0.1 to 2 K / s to form δ-phase dendrites. Next, a further decrease in temperature forms a γ phase on the cooling side of the dendrite, but at this point, the cooling rate is reduced by 30% or more, or is maintained at a constant temperature, whereby the δ phase and the γ phase in the dendrite are reduced. Make the phase boundary approach the tip of the dendrite. It can be confirmed that the phase boundary approaches within a certain distance from the tip of the dendrite, and that the temperature of the phase boundary rises in the vicinity of the peritectic temperature, and the dissolution of the phase boundary. The temperature gradient in the sample at this time was 1 to 3 K / mm, and the growth rate of the δ-phase dendrite was in the range of 5 to 200 μm / s.

以上のように制御された凝固過程にある試料を前記観察装置を用いて観察し、併せて実施に必要な温度等のデータを取得する。また、各種元素の及ぼす影響についても、それらの元素を所定濃度含む複数の試料を対象にして同様の実験を行って必要なデータを取得する。   The sample in the coagulation process controlled as described above is observed using the observation device, and data such as temperature necessary for implementation is also acquired. In addition, regarding the influence of various elements, necessary data is obtained by performing similar experiments on a plurality of samples containing these elements at a predetermined concentration.

(3)データの取得例
以下、2種類の鉄鋼材料について、データの取得を行った例について説明する。
(3) Data Acquisition Example Hereinafter, an example of data acquisition for two types of steel materials will be described.

イ.第1の例
本例は、0.58mass%C、0.6mass%Mn、0.3mass%Siの炭素鋼の凝固過程におけるデータの取得を行った例である。図2は、本例の炭素鋼の凝固過程においてδ相とγ相の相境界でデンドライトが溶断した様子を示すX線透透過像である。本例の場合1.7K/sの速度で冷却することによりδ相のデンドライトが成長し、その低温側にγ相が発生している様子と、かかる現象が生じた時点で冷却を停止することによりδ相とγ相との相境界でデンドライトが溶断(分断)し、その結果δ相のデンドライトが分離された状態(折れ曲っている状態)とを示している。なお、分断されたデンドライトがその場の留まった場合やデンドライトの分断位置における固相率が高く移動できない場合には、分岐柱状晶様の組織が形成される。例えば、図2において溶断し折れ曲がったデンドライトが液相に移動しない場合は分岐柱状晶が形成される。
A. First Example This example is an example of acquiring data in the solidification process of carbon steel of 0.58 mass% C, 0.6 mass% Mn, and 0.3 mass% Si. FIG. 2 is an X-ray transmission image showing a state in which the dendrite is melted at the phase boundary between the δ phase and the γ phase in the solidification process of the carbon steel of this example. In the case of this example, by cooling at a rate of 1.7 K / s, a δ phase dendrite grows and a γ phase is generated on the low temperature side, and the cooling is stopped when this phenomenon occurs. Shows that the dendrite is melted (divided) at the phase boundary between the δ phase and the γ phase, and as a result, the dendrite of the δ phase is separated (bent). Note that a branched columnar crystal-like structure is formed when the fragmented dendrite stays in place or when the solid phase ratio at the fragmentation position of the dendrite cannot move. For example, when dendrites that are melted and bent in FIG. 2 do not move to the liquid phase, branched columnar crystals are formed.

また、図1に示す装置で可能な0.1〜2K/sの範囲の冷却速度では、デンドライトの寸法(平均アーム径)は50〜10μmまで変化するが、成長の形態は同じであり、類似した包晶変態の発生、デンドライトの溶断が期待される。   Further, at a cooling rate in the range of 0.1 to 2 K / s possible with the apparatus shown in FIG. 1, the dendrite dimensions (average arm diameter) vary from 50 to 10 μm, but the growth forms are the same and similar. Generation of peritectic transformation and dendrite fusing are expected.

また、冷却を停止せず、その速度を30%以上低下させた場合においても、デンドライトの成長速度の低下、その先端とδ相とγ相との相境界の距離(長さ)の短縮が顕在化し、また相境界での溶断が生じることも確認できた。   Even when the cooling is not stopped and the speed is reduced by 30% or more, the growth rate of the dendrite is lowered and the distance (length) of the phase boundary between the tip and the δ phase and the γ phase is shortened. It was also confirmed that fusing occurred at the phase boundary.

なお、従来の平衡状態図による知見では、Cの含有量が0.5mass%C以上の組成範囲は、δ相デンドライトは形成されない組成範囲であるが、0.4〜0.9mass%Cまでの組成範囲においてδ相のデンドライトの成長、δ相とγ相の相境界がデンドライトの先端の近傍(デンドライトの先端からおよそ5mm以内)へ移動する現象が観察された。このように、本例では、デンドライトが一方向に連続的に成長できる条件、つまり柱状晶が形成できる条件にも拘わらずデンドライトが溶断かつ分離し、等軸晶化、結晶粒の微細化が実現でき、その結果偏析などの欠陥生成を抑制する効果がある。   In addition, according to the knowledge based on the conventional equilibrium diagram, the composition range in which the C content is 0.5 mass% C or more is a composition range in which δ-phase dendrite is not formed, but from 0.4 to 0.9 mass% C. In the composition range, δ-phase dendrite growth and a phenomenon that the phase boundary between the δ-phase and the γ-phase moved to the vicinity of the tip of the dendrite (within about 5 mm from the tip of the dendrite) were observed. In this way, in this example, the dendrite melts and separates regardless of the conditions under which the dendrite can be continuously grown in one direction, that is, the conditions under which columnar crystals can be formed. As a result, there is an effect of suppressing generation of defects such as segregation.

ロ.第2の例
Cの含有量が0.45mass%C以下の炭素鋼では、δ相からγ相への変態が非平衡で生じる場合がある。δ相が包晶温度より低温となり、かつ固相率が高い状態では数秒以内にγ相に変態するが、この状態ではδ相とγ相との相境界での溶断は生じない。即ち、図3は、0.44mass%Cの炭素鋼(S45C)の凝固過程において生成したδ相とδ相がγ相へ変態した3秒後の状態を示すX線透過像である。本炭素鋼の場合は、δ相が包晶温度以下の温度にまで過冷し、過冷状態で、かつ、固相率の高い状態でγ相へ変態する。このような変態モードではδ相とγ相との相境界での溶解は生じない。
B. Second Example In a carbon steel having a C content of 0.45 mass% C or less, transformation from the δ phase to the γ phase may occur in a non-equilibrium manner. In the state where the δ phase is lower than the peritectic temperature and the solid phase ratio is high, it transforms to the γ phase within a few seconds, but in this state, no fusing occurs at the phase boundary between the δ phase and the γ phase. That is, FIG. 3 is an X-ray transmission image showing a state 3 seconds after the δ phase and the δ phase generated in the solidification process of 0.44 mass% C carbon steel (S45C) are transformed into the γ phase. In the case of the present carbon steel, the δ phase is supercooled to a temperature below the peritectic temperature , and is transformed into the γ phase in a supercooled state and a high solid phase ratio. In such a transformation mode, dissolution does not occur at the phase boundary between the δ phase and the γ phase.

しかし、変態によって生成したγ相を変態直後に包晶温度近傍まで加熱すると液相とδ相が形成され、固相率が40%以上であり力学的には固相様の性質を有する凝固シェルの先端近傍(5mm以内)にδ相とγ相との相境界が形成され、前記第1の例における冷却過程と同様にこの相境界が溶解し、デンドライト様のδ相を分離させることが可能となる。 However, when the γ phase generated by transformation is heated to the vicinity of the peritectic temperature immediately after transformation, a liquid phase and a δ phase are formed, and the solid phase ratio is 40% or more. A boundary between the δ phase and the γ phase is formed in the vicinity of the tip (within 5 mm), and this phase boundary dissolves in the same way as the cooling process in the first example, so that a dendrite-like δ phase can be separated. It becomes.

このように、液相線温度と包晶温度との差が20K以上である、即ち、δ相とγ相の相境界がδ相デンドライト先端近傍に形成されない0.4mass%C以下の炭素鋼においては、γ相を包晶温度近傍まで加熱する手段でδ相とγ相との相境界を溶解させ、デンドライト様のδ相を分離することが可能である。 Thus, in the carbon steel of 0.4 mass% C or less in which the difference between the liquidus temperature and the peritectic temperature is 20 K or more, that is, the phase boundary between the δ phase and the γ phase is not formed near the tip of the δ phase dendrite. Can dissolve the phase boundary between the δ phase and the γ phase by means of heating the γ phase to near the peritectic temperature and separate the dendrite-like δ phase.

2.溶断の機構および溶断の条件の説明
δ相とγ相の相境界が溶断することは、従来の知見では全く予想できなかった現象であり、また本発明の原理、ポイントに関わる。以下、前記のデータの取得例等の観察結果を踏まえて、溶断の機構および溶断が生じる条件を説明する。
2. Explanation of Fusing Mechanism and Fusing Conditions Fusing of the phase boundary between the δ phase and the γ phase is a phenomenon that could not be predicted by conventional knowledge, and is related to the principle and points of the present invention. The fusing mechanism and the conditions under which fusing occurs will be described below based on the observation results such as the data acquisition example.

(1)δ相がγ相に変態して相境界が形成されると、そこに過剰なエネルギー(δ相とγ相の粒界エネルギー)が生じる。
(2)δ相とγ相の相境界が包晶温度に保持されて条件では、微量の液相が形成されてもバルクの自由エネルギーは増加しない。
(1) When the δ phase is transformed into a γ phase and a phase boundary is formed, excessive energy (grain boundary energy between the δ phase and the γ phase) is generated there.
(2) Under the condition that the phase boundary between the δ phase and the γ phase is maintained at the peritectic temperature , the bulk free energy does not increase even if a small amount of liquid phase is formed.

(3)δ相と液相との界面エネルギーとγ相と液相との界面エネルギーの和が、δ相とγ相の界面エネルギーより低い場合、包晶温度やその近傍の温度ではδ相とγ相と界面に液相が在る方が自由エネルギーは低くなるため相境界が溶解する。 (3) the sum of the interfacial energy between the surface energy and γ-phase and a liquid phase of the δ phase and the liquid phase is lower than the surface energy of the δ-phase and γ-phase, at the peritectic temperature or temperature in the vicinity thereof and δ phase When the liquid phase is present at the interface with the γ phase, the free energy becomes lower and the phase boundary dissolves.

(4)包晶温度より高温では、平衡状態で液相が存在できるため、δ相とγ相との相境界の溶解は、より容易になる。 (4) Since the liquid phase can exist in an equilibrium state at a temperature higher than the peritectic temperature , dissolution of the phase boundary between the δ phase and the γ phase becomes easier.

(5)包晶温度未満では、液相が形成されることによりバルクの自由エネルギーが増加する為溶解は困難になるが、一定の温度範囲では溶解が生じる。但し、どの程度の範囲で溶解が生じるかは、δ相と液相との界面エネルギー、γ相と液相との界面エネルギー、δ相とγ相の界面エネルギーのみならずδ相、γ相、液相の自由エネルギーの相対的な関係に拠る。このため、実施に際しては、図1に示す装置で実施の対象である鉄鋼材料のデータを取得する必要がある。 (5) When the temperature is lower than the peritectic temperature , dissolution becomes difficult because the bulk free energy increases due to the formation of a liquid phase, but dissolution occurs in a certain temperature range. However, the extent to which dissolution occurs depends on the interfacial energy between the δ phase and the liquid phase, the interfacial energy between the γ phase and the liquid phase, the interfacial energy between the δ phase and the γ phase, as well as the δ phase, the γ phase, Depends on the relative relationship of the free energy of the liquid phase. For this reason, in implementation, it is necessary to acquire the data of the steel material which is the object of implementation with the apparatus shown in FIG.

(6)δ相とγ相との相境界が溶解する範囲は、包晶温度±10K程度である。本発明ではこの温度範囲を包晶温度近傍としている。 (6) The range in which the phase boundary between the δ phase and the γ phase is dissolved is about the peritectic temperature ± 10K. In the present invention, this temperature range is close to the peritectic temperature .

3.取得データの利用
各組成の鉄鋼材料に対して、以上の方法で取得した適切な冷却条件、包晶温度等のデータを、実際の連続鋳造、鋳造等に利用することとなる。
3. Use of acquired data For steel materials of each composition, data such as appropriate cooling conditions and peritectic temperature acquired by the above method will be used for actual continuous casting and casting.

一般的に、鉄鋼材料の連続鋳造においては、前記の試料の場合に比べて冷却条件の範囲は広い。即ち、鋳片の表面から内部に向かって凝固時の冷却速度は200K/sから数K/sまで変化し、温度勾配も数10K/mmからほぼ0K/mmまで変化している。しかし、デンドライトの形状、性状を決定する主要な因子である成長速度は、図1に示す装置の試料でも連続鋳造でも10〜200μm/sの範囲であり、連続鋳造における成長速度と同じである。また固相率分布は温度勾配から容易に求めることができる。このため、前記の試料から取得されたデータを基に、科学的合理性を失うことなく連続鋳造時のδ相デンドライトの成長、δ相からγ相への包晶変態の評価を行うことができる。特に図1に示した観察装置を用いた凝固過程の観察は、従来の如何なる手法よりも現実の凝固過程の情報を実証的に得ることができる手法であり、その観察に基づいた連続鋳造時におけるδ相デンドライトの成長、包晶変態の評価は信頼性が高い。   In general, in continuous casting of steel materials, the range of cooling conditions is wider than in the case of the above-described sample. That is, the cooling rate during solidification from the surface of the slab to the inside changes from 200 K / s to several K / s, and the temperature gradient also changes from several tens of K / mm to almost 0 K / mm. However, the growth rate, which is a main factor for determining the shape and properties of the dendrite, is in the range of 10 to 200 μm / s for both the sample of the apparatus shown in FIG. 1 and continuous casting, which is the same as the growth rate in continuous casting. In addition, the solid fraction distribution can be easily obtained from the temperature gradient. For this reason, it is possible to evaluate the growth of the δ phase dendrite during continuous casting and the peritectic transformation from the δ phase to the γ phase without losing scientific rationality based on the data obtained from the sample. . In particular, the observation of the solidification process using the observation apparatus shown in FIG. 1 is a technique that can empirically obtain information on the actual solidification process than any conventional technique, and during continuous casting based on the observation. The growth of δ phase dendrite and the evaluation of peritectic transformation are highly reliable.

一般的には、デンドライトの成長速度V、デンドライト先端における温度勾配Gならびに冷却速度Rには、
R = G x V
の関係が成り立つ。図1に示した観察装置を用いて得られたデンドライトの溶断の条件は上式を用いて実際の連続鋳造における条件の評価に用いることができる。
In general, the dendrite growth rate V, the temperature gradient G at the tip of the dendrite, and the cooling rate R are:
R = G x V
The relationship holds. The conditions for fusing dendrites obtained using the observation apparatus shown in FIG. 1 can be used for evaluating the conditions in actual continuous casting using the above equation.

連続鋳造であれば、柱状晶から等軸晶への遷移が望まれる位置を決め、その位置における凝固開始温度時の冷却速度と温度勾配、δ相デンドライトの成長速度を推定する。その上で、その位置が包晶温度になる時の冷却速度が凝固開始時の冷却速度に比べて30%以上低下する様に(1)モールドフラックスと鋳型間の熱伝達を調整する。(2)モールドの冷却水量を調整する。(3)モールド外での冷却水のスプレー量を調整する。(4)電磁撹拌装置等による液相の流動速度を増加させて液相から凝固シェルへの熱輸送を促進させる等の操作を行う。 In the case of continuous casting, a position where a transition from a columnar crystal to an equiaxed crystal is desired is determined, and the cooling rate and temperature gradient at the solidification start temperature and the growth rate of the δ phase dendrite at that position are estimated. Then, (1) heat transfer between the mold flux and the mold is adjusted so that the cooling rate when the position reaches the peritectic temperature is 30% or more lower than the cooling rate at the start of solidification. (2) Adjust the cooling water amount of the mold. (3) Adjust the spray amount of cooling water outside the mold. (4) An operation such as increasing the flow rate of the liquid phase by an electromagnetic stirring device or the like to promote heat transport from the liquid phase to the solidified shell is performed.

なお、必要に応じて、δ相とγ相の平衡温度を上昇させる元素や、低下させる元素を添加してもよい。一般的には、上昇させる元素としては、特にMn、Co、Cu、Nb、Ni等が用いられ、低下させる元素としては、特にSi、Al、Cr、Mo、P、Sn、Ti、V、W等が用いられる。添加に際しては、鉄鋼材料中に存在する、あるいは配合されている他の元素との相互作用をも考慮したうえで添加する元素が適宜選定される。   If necessary, an element that increases or decreases the equilibrium temperature of the δ phase and the γ phase may be added. In general, Mn, Co, Cu, Nb, Ni, etc. are used as the elements to be raised, and especially Si, Al, Cr, Mo, P, Sn, Ti, V, W are used as the elements to be lowered. Etc. are used. At the time of addition, an element to be added is appropriately selected in consideration of the interaction with other elements present in or mixed with the steel material.

4.実施の形態
(1)第1の実施の形態
本実施の形態は、デンドライトが発生し、成長する過程において、液相線温度になった時に比べて、包晶変態点近傍の温度になった時点での冷却を多少遅らせ、包晶変態を制御してデンドライトを溶断させることに関する。
4). Embodiment (1) First Embodiment In this embodiment, in the process where dendrite is generated and grows, when the temperature reaches a temperature near the peritectic transformation point as compared to the liquidus temperature. This is related to slowing the cooling at a low temperature and controlling the peritectic transformation to melt the dendrite.

図4は、当該データの具体的な内容を、即ち液相線温度(M.P.)から包晶変態点(包晶温度)近傍における鉄鋼材料の冷却速度を概念的に示すグラフである。このグラフにおいて、縦軸は温度であり、横軸は冷却の経過時間である。図4において破線は従来の冷却速度であり、実線は本実施の形態の冷却速度である。   4 is a graph conceptually showing the specific contents of the data, that is, the cooling rate of the steel material in the vicinity of the peritectic transformation point (peritectic temperature) from the liquidus temperature (MP). In this graph, the vertical axis is the temperature, and the horizontal axis is the elapsed cooling time. In FIG. 4, the broken line is the conventional cooling rate, and the solid line is the cooling rate of the present embodiment.

本実施の形態においては、Cの含有量が0.4〜0.9mass%Cの範囲の炭素鋼において、150℃/s以下の速度で冷却することによりδ相デンドライトを成長させた後、冷却速度を30%以上低下させることによりδ相とγ相との相境界を包晶温度近傍とし、デンドライトにγ相を発生させさらにデンドライトを溶断させる。分断されたデンドライトの先端から新たにδ相が成長し、また分断箇所から、即ち冷却側からγ相への変態が生じていき、再度の相境界の溶断が生じることとなる。 In the present embodiment, in carbon steel having a C content in the range of 0.4 to 0.9 mass% C, δ phase dendrite is grown by cooling at a rate of 150 ° C./s or less, and then cooled. By reducing the speed by 30% or more, the phase boundary between the δ phase and the γ phase is brought to the vicinity of the peritectic temperature , the γ phase is generated in the dendrite, and the dendrite is melted. The δ phase newly grows from the tip of the divided dendrites, and the transformation from the divided portion, that is, from the cooling side to the γ phase occurs, so that the phase boundary is blown again.

以上の冷却過程により、等軸晶のみならず分岐柱状晶の形成がなされる。これらのため、鋳型側から鋳片内部に向かって柱状晶、さらに鋳造時にはδ相とγ相の相境界が溶断した位置からデンドライト先端の位置までは分岐状晶、内部では分離したデンドライトの先端が種になった等軸晶が分布した組織となる。そして、この状態で圧延、より一層の熱処理が成される。   Through the above cooling process, not only equiaxed crystals but also branched columnar crystals are formed. For these reasons, columnar crystals from the mold side toward the inside of the slab, and at the time of casting, branch crystals are formed from the position where the phase boundary between the δ phase and the γ phase is blown to the position of the dendrite tip, and the tip of the separated dendrite is inside. The seeded equiaxed crystal has a distributed structure. In this state, rolling and further heat treatment are performed.

(2)第2の実施の形態
本実施の形態は、δ相からγ相へ変態している凝固シェルを加熱し、凝固先端付近にδ相を形成し、δ相とγ相との相境界を溶解させて固相を溶断させるものである。
(2) Second Embodiment In this embodiment, the solidified shell transformed from the δ phase to the γ phase is heated to form a δ phase near the solidification tip, and the phase boundary between the δ phase and the γ phase. Is dissolved to melt the solid phase.

以上の下で、Cの含有量が0.1〜0.5mass%Cの鉄鋼材料において、δ相からγ相へ溶解を伴わずに変態した凝固シェルを、γ相が変態した後ミクロ偏析が生じない30秒以内に電磁的に撹拌し、これにより液相から熱を移動させて加熱し、凝固シェルの一部を、あるいは当該γ相の一部を再度溶解させると共に、冷却によりδ相を形成させ、δ相とγ相との相境界を溶解させて凝固シェルの溶断を行う。   Under the above conditions, in a steel material having a C content of 0.1 to 0.5 mass% C, the solidified shell transformed without melting from the δ phase to the γ phase is subjected to microsegregation after the γ phase is transformed. Stir electromagnetically within 30 seconds, which does not occur, thereby transferring heat from the liquid phase and heating, re-dissolving part of the solidified shell or part of the γ phase, and cooling the δ phase. The solidified shell is melted by melting the phase boundary between the δ phase and the γ phase.

本実施の形態においても、等軸晶のみならず分岐状晶が形成される。これらのため、鋳型側から鋳片内部に向かって柱状晶、さらに鋳造時にはδ相とγ相との相境界が溶断した位置からデンドライト先端の位置までは分岐状晶、内部では分離したデンドライトの先端が種になった等軸晶が分布した組織となる。そして、この状態で圧延、より一層の冷却等の処理が成される。   Also in this embodiment, not only equiaxed crystals but also branched crystals are formed. For these reasons, columnar crystals from the mold side toward the inside of the slab, and at the time of casting, branch crystals are formed from the position where the phase boundary between the δ phase and the γ phase is melted to the position of the dendrite tip, and the tip of the separated dendrite inside. Becomes a structure in which equiaxed crystals with seeds are distributed. In this state, processing such as rolling and further cooling is performed.

19 試料
51 X線スリット
52 チャンバ
53 グラファイトヒータ
54 X線検出器
55 X線ビーム
19 Sample 51 X-ray slit 52 Chamber 53 Graphite heater 54 X-ray detector 55 X-ray beam

Claims (15)

鉄鋼材料の冷却過程において
デルタ相からガンマ相への変態を凝固界面付近に形成させ、
さらに形成されたデルタ相とガンマ相の境界の温度が包晶温度±15℃である様にし、
同じくデルタ相とガンマ相の境界で固相率が40%以下である様にし、
デルタ相とガンマ相の境界を溶解させる相境界溶解工程を有していることを特徴とする鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。
In the cooling process of steel materials ,
A transformation from delta phase to gamma phase is formed near the solidification interface,
Furthermore, the temperature at the boundary between the formed delta phase and the gamma phase is set to a peritectic temperature ± 15 ° C. ,
Similarly, the solid phase ratio should be 40% or less at the boundary between the delta phase and the gamma phase.
A method for refining crystal grains of a steel product, comprising a phase boundary melting step for melting a boundary between a delta phase and a gamma phase.
前記相境界溶解工程は、
凝固界面付近において、デルタ相からなるデンドライトを成長させるデルタ相デンドライト成長ステップと、
成長しつつあるデンドライトの冷却側をガンマ相に変態させ、デルタ相とガンマ相の境界とデンドライトの先端との距離を冷却時間の経過と共に短縮させるデンドライト内ガンマ相成長ステップと、
前記ガンマ相の成長に伴いデンドライトの先端との距離が、デルタ相の液相線温度と包晶温度マイナス15℃の温度差をその位置における温度勾配で割った距離より小さくなった時点で、デルタ相とガンマ相の境界を溶解させ、デルタ相からなる先端側のデンドライトを分断して液相内に移動させるデンドライト分断ステッ
有していることを特徴とする請求項1に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。
The phase boundary dissolution step includes
In the vicinity of the solidification interface, a delta phase dendrite growth step for growing a dendrite composed of a delta phase;
A gamma phase growth step in the dendrite that transforms the cooling side of the growing dendrite into a gamma phase and shortens the distance between the boundary between the delta phase and the gamma phase and the tip of the dendrite as the cooling time elapses;
As the gamma phase grows, the distance from the tip of the dendrite becomes smaller than the distance obtained by dividing the temperature difference between the liquidus temperature of the delta phase and the peritectic temperature minus 15 ° C. by the temperature gradient at that position. dissolved phase boundary and gamma phase, dendrite cutting steps to be divided the tip side of the dendrite consisting delta phase is moved to the liquid phase
The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 1, wherein:
前記相境界溶解工程はさらに、
前記液相内に移動したデルタ相からなる先端側のデンドライトを基に、新たにデルタ相からなるデンドライトを成長させる分断デンドライト成長ステップを、
有していることを特徴とする請求項2に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。
The phase boundary dissolution step further includes
Based on the tip side dendrite consisting of the delta phase moved into the liquid phase, a split dendrite growth step for newly growing a dendrite consisting of the delta phase,
The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 2, comprising:
前記相境界溶解工程は、冷却速度の制御により成されるものであり、
前記デンドライト内ガンマ相成長ステップと、前記デンドライト分断ステップにおける冷却速度は、前記デルタ相デンドライト成長ステップにおける冷却速度の70%以下であることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。
The phase boundary dissolution step is performed by controlling the cooling rate,
The steel product according to claim 2 or 3, wherein a cooling rate in the gamma phase growth step in the dendrite and the cooling rate in the dendrite fragmentation step is 70% or less of the cooling rate in the delta phase dendrite growth step. Crystal grain refinement method.
前記デンドライト内ガンマ相成長ステップにおける冷却速度は150℃/s以下であることを特徴とする請求項4に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。   The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 4, wherein a cooling rate in the step of gamma phase growth in the dendrite is 150 ° C / s or less. 前記鉄鋼材料は、普通鋼で、炭素は0.4〜0.9mass%であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。   The method for refining crystal grains of a steel product according to any one of claims 1 to 5, wherein the steel material is plain steel and carbon is 0.4 to 0.9 mass%. . 前記相境界溶解工程は、
デルタ相からガンマ相に変態した凝固シェルの一部を、ガンマ相への変態後、所定時間内に包晶温度以上に加熱して、前記凝固シェルの一部を溶解させると共に、デルタ相を形成させるガンマ相加熱ステップと、
形成された前記デルタ相とガンマ相の境界を溶解させる溶解ステップを
有していることを特徴とする請求項1に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。
The phase boundary dissolution step includes
A part of the solidified shell transformed from the delta phase to the gamma phase is heated to a peritectic temperature or higher within a predetermined time after the transformation to the gamma phase to dissolve the part of the solidified shell and form a delta phase. A gamma phase heating step,
2. The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 1, further comprising a melting step for dissolving the formed boundary between the delta phase and the gamma phase.
前記ガンマ相加熱ステップは、
電磁的な撹拌により凝固シェル内の液相の熱を、デルタ相から変態したガンマ相に移動させて、当該箇所のデルタ相を包晶温度以上に加熱するものであることを特徴とする請求項7に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。
The gamma phase heating step includes:
The heat of the liquid phase in the solidified shell is transferred from the delta phase to the gamma phase transformed from the delta phase by electromagnetic stirring, and the delta phase at the location is heated to the peritectic temperature or higher. 8. A method for refining crystal grains of a steel product according to 7.
前記鉄鋼材料は、普通鋼かつ炭素は0.1〜0.5mass%であることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。   The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 7 or 8, wherein the steel material is plain steel and carbon is 0.1 to 0.5 mass%. 鉄鋼材料の冷却過程において、デルタ相からガンマ相への変態を凝固界面付近に形成させ、さらに形成されたデルタ相とガンマ相の境界の温度が包晶温度±15℃である様にし、同じくデルタ相とガンマ相の境界で固相率が40%以下である様にし、それらの結果デルタ相とガンマ相の境界が溶解する様子を、18〜30keVの単色X線、あるいはそのエネルギー領域を含む白色X線でリアルタイムに観察して、デルタ相とガンマ相の境界が包晶温度の近傍で溶解する条件を測定し、取得するデータ取得工程と、
前記データ取得工程で得られた条件を基に、鉄鋼材料の製造における条件を制御して、デルタ相とガンマ相の境界を包晶温度の近傍で溶解させて分断する相境界溶解工程を、
有していることを特徴とする鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。
In the course of cooling the steel material, the transformation from the delta phase into gamma phase is formed on the solidified near the interface, yet the temperature of the boundaries of the formed delta phase and the gamma phase is the manner is peritectic temperature ± 15 ° C., again The solid phase ratio is set to 40% or less at the boundary between the delta phase and the gamma phase, and as a result, the state where the boundary between the delta phase and the gamma phase is dissolved includes a monochromatic X-ray of 18 to 30 keV or its energy region. was observed in real time a white X-ray, and a data acquisition step of the boundary of the delta phase and gamma phase measures the condition you dissolve in the vicinity of the peritectic temperature, to obtain,
Wherein based on conditions obtained in the data obtaining step, by controlling the conditions that put in the manufacture of iron and steel materials, phase boundary dissolution of dividing by dissolving the boundaries of the delta phase and gamma phase in the vicinity of the peritectic temperature Process
A method for refining crystal grains of steel products, comprising:
前記相境界溶解工程は、
普通鋼かつ炭素は0.4〜0.9mass%の鉄鋼材料を製造するものであり、
デンドライト内におけるガンマ相の成長は、150℃/s以下の冷却速度の下で成長させるものであり、
デルタ相が成長したのちガンマ相への変態をさせ、さらに形成されたデルタ相とガンマ相の境界を溶解させる際の冷却速度は、前記デルタ相のデンドライトが成長する際の冷却速度の70%以下であることを特徴とする請求項10に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。
The phase boundary dissolution step includes
Normal steel and carbon are used to produce a steel material of 0.4 to 0.9 mass%.
The growth of the gamma phase in the dendrite is performed under a cooling rate of 150 ° C./s or less,
The cooling rate when the delta phase is grown and then transformed into the gamma phase, and the boundary between the formed delta phase and gamma phase is dissolved is 70% or less of the cooling rate when the delta phase dendrite grows. The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 10.
前記相境界溶解工程は、
普通鋼かつ炭素は0.1〜0.5mass%の鉄鋼材料を製造するものであり、
凝固シェル内のデルタ相からガンマ相に変態した箇所の一部を、ガンマ相への変態後、所定時間内に包晶温度以上に加熱して溶解させると共に、デルタ相を形成させ、次いで形成されたデルタ相とガンマ相の境界を溶解させるものであることを特徴とする請求項10に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。
The phase boundary dissolution step includes
Normal steel and carbon are used to produce a steel material of 0.1 to 0.5 mass%.
After the transformation from the delta phase to the gamma phase in the solidified shell, a part of the gamma phase is transformed to the gamma phase and heated to a temperature higher than the peritectic temperature within a predetermined time and dissolved, and then the delta phase is formed. The method for refining crystal grains of a steel product according to claim 10, wherein the boundary between the delta phase and the gamma phase is dissolved.
前記相境界溶解工程は、
デルタ相とガンマ相の境界が溶解し、さらにデルタ相が分離されるために、
デルタ相とガンマ相の境界の温度を包晶温度近傍とし、
またデルタ相とガンマ相の境界の固相率を40%以下とするものであることを特徴とする請求項10ないし請求項12のいずれか1項に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。
The phase boundary dissolution step includes
Because the boundary between the delta and gamma phases dissolves and the delta phase is further separated,
The boundary temperature between the delta phase and the gamma phase is near the peritectic temperature ,
The method for refining crystal grains of a steel product according to any one of claims 10 to 12, wherein the solid phase ratio at the boundary between the delta phase and the gamma phase is 40% or less. .
前記相境界溶解工程は、
分離されたデンドライトが位置する箇所の温度を液相線以下に調節し、分離されたデルタ相のデンドライトを種として新たに結晶を成長させる分断デンドライト成長ステップを有していることを特徴とする請求項10ないし請求項13のいずれか1項に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。
The phase boundary dissolution step includes
It has a divided dendrite growth step in which the temperature of the location where the separated dendrite is located is adjusted to below the liquidus, and a new crystal is grown using the separated delta phase dendrite as a seed. The method for refining crystal grains of a steel product according to any one of claims 10 to 13.
前記相境界溶解工程は、
Mn、Co、Cu、Nb、Ni、Si、Al、Cr、Mo、P、Sn、Ti、V、Wから選択された元素を配合して、液相線温度と、包晶温度の少なくとも一方を調節する元素配合温度調節ステップを有していることを特徴とする請求項1ないし請求項14のいずれか1項に記載の鉄鋼製品の結晶粒の微細化方法。
The phase boundary dissolution step includes
By blending an element selected from Mn, Co, Cu, Nb, Ni, Si, Al, Cr, Mo, P, Sn, Ti, V, and W , at least one of the liquidus temperature and the peritectic temperature is obtained. The method for refining crystal grains of a steel product according to any one of claims 1 to 14, further comprising an element mixing temperature adjusting step for adjusting.
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