JP5761075B2

JP5761075B2 - 高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP5761075B2
Application number: JP2012038886A
Authority: JP
Inventors: 道和古賀; 信幸高平; 寛隆畑田; 直嗣吉田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: JP2013173159A

Description

本発明は、高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼の連続鋳造方法に関し、特に、Ｐの含有率を大きく低減しなくても鋳片の表面および内部の割れの発生を抑制することが可能な方法に関する。

Ｍｎを１１．０〜１６．０質量％含有する高Ｍｎ鋼は、非磁性鋼として使用される。この高Ｍｎ非磁性鋼は、熱膨張係数が普通鋼の約１．５倍であり、８００℃以下では脆化して熱間加工性が低下するため、連続鋳造法で製造した場合には鋳片に割れが多発するという欠点がある。さらに、この割れを手入れして除去する際には、結晶粒界に析出した炭化物の影響により、亀甲状の割れが発生することがある。

このような高Ｍｎ鋼の割れの発生を抑制する方法として、特許文献１では、高Ｍｎ鋼を連続鋳造して得られた鋳片をその後直ちに昇熱して１１８０〜１２３０℃の範囲で均熱し、次いで予備圧延を経てから必要に応じて加熱処理を施し、しかる後水靱処理を行う高Ｍｎ鋼の製造方法において、Ｐの含有率を０．０３０％以下とし、連続鋳造時の２次冷却比水量を０．７〜１．１Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌの範囲とし、鋳片の昇温過程における昇熱速度を３０〜３５℃／ｈとする方法が開示されている。

特許文献１には、連続鋳造時の２次冷却比水量を上記範囲とした理由として、２次冷却比水量が０．７Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌ未満では、バルジング応力による内部割れが発生し、１．１Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌ超では熱応力による表面割れおよび表皮下割れが発生することが挙げられている。

しかし、特許文献１で開示された技術では、２次冷却比水量が０．７〜１．１Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌと大きいため、連続鋳造する鋳片がブルームである場合のように鋳造が低速で行われるときには、連続鋳造機内での冷却時の熱応力により鋳片に割れが発生するという問題がある。また、同文献には、鋳片の割れが皆無となった事例は記載されておらず、そのため、同文献で開示された技術で製造された鋳片には何らかの手入れが必要であると考えられる。

また、特許文献１で開示された技術では、Ｐの含有率を０．０３０％以下まで低減しなければならず、精錬に多大な時間とコストが必要である。

特公昭６３−３９３３６号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、高Ｍｎ鋼の鋳片の表面および内部の割れの発生を抑制すること、特にブルームにおける割れの発生を皆無とすることが可能であり、手入れが不要である鋳片を製造することができる連続鋳造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明者らは、Ｃ含有率の異なる高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼を用いて連続鋳造試験を行い、鋳造条件について検討した。

その結果、高Ｍｎ非磁性鋼の鋳片で発生する、粒界割れや熱応力割れ等が発生する原因としては、熱膨張係数が大きいことのほかに、ＣやＰの含有による脆化、および２次冷却により発生する熱応力があることを知見した。さらに、Ｃ含有率とＰ含有率が所定の関係にあれば、Ｐ含有率を０．０３０質量％以下にまで低減しなくても鋳片の表面および内部に割れが発生しないことを知見した。この検討内容については後述する。ここで、「高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼」とは、Ｃ含有率が０．８５質量％以上の高Ｍｎ鋼をいう。

また、垂直曲げ型の連続鋳造機のように、鋳片の曲がりを矯正する矯正帯を有する連続鋳造機を用いる場合には、矯正帯を通過する際の鋳片の表面温度が８５０℃以上であれば、鋳片の表面に割れが発生しないことを知見した。

本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、下記（１）〜（３）の高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼の連続鋳造方法にある。

（１）質量％で、Ｃ：０．８５〜１．０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：１３．０〜１６．０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｎ：０．００３〜０．０５％およびＶ：０．０１〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼を、横断面のアスペクト比が１〜１．７のブルームとして連続鋳造する方法であって、表面割れおよびバルジングによる鋳片の内部割れの発生を抑制するように、鋳型内の溶鋼を電磁攪拌装置で攪拌し、２次冷却比水量を０．２０〜０．５０Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌ、鋳造速度を０．６０〜０．９０ｍ／ｍｉｎとし、かつ、鋳片の曲がりを矯正する際の鋳片の表面温度を８５０℃以上として、ＰおよびＣの含有率が下記（１）式を満足するように連続鋳造することを特徴とする高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼の連続鋳造方法。
［Ｐ］≦−０．１２４１×［Ｃ］＋０．１５５７ …（１）
ここで、［Ｐ］および［Ｃ］はそれぞれ前記溶鋼中のＰおよびＣの含有率（質量％）である。

以下の説明では、鋼の成分組成についての「質量％」を単に「％」と表記する。

本発明の高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼の連続鋳造方法によれば、鋳片の表面および内部の割れの発生を抑制することができ、特にブルームにおける割れの発生を皆無とすることができる。また、Ｐ含有率を０．０３０％以下にまで低減しなくてもよい。本発明の方法で得られた鋳片は、表面品質および内部品質に優れているため、手入れが不要である。

鋳片のＣ含有率およびＰ含有率と、割れの発生の有無との関係を示す図である。

１．鋼の成分組成の範囲
本発明が対象とする高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼の成分組成の範囲、およびこの範囲に限定した理由について説明する。

Ｃ：０．８５〜１．０％
Ｃ含有率を０．８５％以上としたのは、０．８５％未満では鋼の用途上必要な強度が得られないからである。また、１．０％以下としたのは、１．０％よりも大きいと炭化物の析出による鋼の脆化が顕著となり、かつ熱間加工性が著しく低下するからである。

Ｓｉ：０．１０〜０．５０％
Ｓｉ含有率を０．１０〜０．５０％としたのは、熱間加工性の低下を防止するためである。０．５０％以下としたのは、０．５０％よりも大きいと表面割れが発生し、表面品質が悪化するからである。

Ｍｎ：１３．０〜１６．０％
Ｍｎ含有率を１３．０〜１６．０％としたのは、非磁性鋼に要求される透磁率を満足するためである。

Ｐ：０．０５０％以下
Ｐ含有率を０．０５０％以下としたのは、０．０５０％以下の場合と比較して、０．０５０％よりも大きい場合は熱間加工性が著しく低くなるからである。Ｐ含有率は、０．０３０％よりも大きく０．０５０％以下であることが好ましい。鋼のＰ含有率を０．０３０％よりも大きく０．０５０％以下する場合、Ｍｎ原料としてＰ含有率が高く安価なものを使用することができ、コストの削減ができるからである。

Ｎ：０．００３〜０．０５％、Ｖ：０．０１〜０．５０％
ＮおよびＶの含有率を上記範囲としたのは、鉄筋としての機械的特性を満足するためである。

上述の成分以外の残部は、Ｆｅおよび不純物である。

２．Ｐ含有率とＣ含有率の関係
また、本発明の高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼の連続鋳造方法では、鋼中のＰ含有率とＣ含有率との関係を下記（１）式で規定する。
［Ｐ］≦−０．１２４１×［Ｃ］＋０．１５５７ …（１）
ここで、［Ｐ］および［Ｃ］はそれぞれ前記溶鋼中のＰおよびＣの含有率（質量％）である。

これは、鋼中のＣ含有率によって鋳片の割れが発生するＰ含有率の上限が変化するという、後述する実施例の結果（図１参照）により得られた知見に基づくものである。

３．電磁攪拌
本発明の連続鋳造方法では、鋳型内の溶鋼を電磁攪拌装置を用いて攪拌する。これは、鋳片の内部に等軸晶を形成し、内部割れの発生を防止するためである。また、電磁攪拌により、凝固シェルの厚さを均一にすることができる。

４．２次冷却比水量
２次冷却比水量とは、下記（２）式で定義される値である。
Ｒ＝ｍ／（ｔ×ｗ×ρ×Ｖｃ） …（２）
ここで、Ｒ：２次冷却比水量（Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌ）、ｍ：２次冷却水流量（Ｌ／ｍｉｎ）、ｔ：鋳片の厚さ（ｍ）、ｗ：鋳片のスプレー幅（ｍ）、ρ：鋼の密度（ｋｇ／ｍ³）、Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）である。

本発明の連続鋳造方法では、２次冷却比水量は０．２０〜０．５０Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌとする。これは、鋳片の割れの発生を防止するためである。２次冷却比水量が０．２０Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌ未満では、隣接するサポートロールの間において鋳片にバルジングが発生し、このバルジングに起因して本発明が対象とする高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼の鋳片に内部割れが発生する。また、２次冷却比水量が０．５０Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌよりも大きいと、熱応力による表面割れが発生する。

５．鋳造速度
本発明の連続鋳造方法では、鋳造速度は０．６０〜０．９０ｍ／ｍｉｎとする。これは、熱膨張係数の影響を低減させること、およびバルジングを低減させることを目的とする。

鋳造速度が０．６０ｍ／ｍｉｎ未満では、本発明が対象とする高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼の熱膨張係数が大きすぎて鋳片に焼割れが発生する。また、この場合、後述する鋳片の矯正温度が８５０℃以上となるため、鋳片の曲がりを矯正する際に表面割れが発生する。焼割れとは、２次冷却にむらがあった鋼が、体積膨張により生じた歪みのために割れる現象をいう。

鋳造速度が０．９０ｍ／ｍｉｎよりも大きいと、上述のバルジングに起因して鋳片に内部割れが発生する。

６．矯正温度
本発明の連続鋳造方法では、鋳片の曲がりを矯正する矯正帯を有する連続鋳造装置を用い、矯正帯を通過する際の鋳片の表面温度（以下「矯正温度」という。）を８５０℃以上とする。本発明者らの調査の結果、矯正温度を８５０℃以上とした場合、本発明が対象とする高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼の鋳片の矯正時に発生する熱応力による表面割れおよびバルジングによる鋳片の内部割れが、８５０℃未満とした場合と比較して大幅に少ないことがわかっている。

７．本発明の連続鋳造方法に適用する鋳片
本発明の連続鋳造方法に適用する鋳片は、横断面のアスペクト比（横断面の長辺の長さを短辺の長さで割った値）が１〜１．７であるブルームである。ブルームは、横断面のアスペクト比が１．７よりも大きい鋳片と比較して、バルジングが発生しにくい。そのため、ブルームの鋳造に本発明の連続鋳造方法を適用することにより、表面および内部の割れの発生を皆無とすることができる。

また、ブルームは、横断面のアスペクト比が１．７よりも大きい鋳片と比較して、必要な２次冷却比水量が小さいため、２次冷却水を節約することもできる。

本発明の高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼の連続鋳造方法を完成するため、以下に示す試験を実施して、その結果を評価した。

１．試験条件
垂直曲げ型の連続鋳造機を使用し、鋳片として横断面の大きさが幅４００ｍｍ、厚さ３００ｍｍのブルーム（横断面のアスペクト比１．３３）を作成した。鋳造中、鋳型内の溶鋼は、電磁攪拌により流速２５〜４０ｃｍ／ｓで攪拌した。鋳造に用いた溶鋼は表１に示す成分組成の高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼とした。これらの鋼は、安価なＭｎ合金を使用できる、Ｐ含有率が０．０５５％以下の高Ｍｎ鋼である。同表には、上記（１）式で規定するＰ含有率の最大値、２次冷却比水量、鋳造速度および鋳片の矯正温度も示した。

表１に示す本発明例１〜７は、いずれも溶鋼の組成、２次冷却比水量および鋳造速度が本発明の規定を満足していた。比較例１は、２次冷却比水量が本発明の規定よりも大きい値であった。比較例２は、Ｐ含有率が本発明の規定範囲を超えて大きい値であった。比較例３は、Ｃ含有率が、本発明の規定範囲を超えて大きい値であった。比較例４は、鋳造速度および鋳片の矯正温度が本発明の規定を超えて小さい値であった。比較例５は、Ｐ含有率が、上記（１）式を満たさず、本発明の規定を満たさなかった。

２．試験結果
上記条件で作製した鋳片について、表面割れおよび内部割れの発生状況を評価した。表面割れの評価は、鋳片表面を目視観察およびカラーチェックすることによって行った。目視観察は鋳片全長について行い、カラーチェックは鋳片のうち鋳造方向に１ｍの長さの部分について行った。ここで、カラーチェックとは、ＪＩＳＺ２３４３−１に規定される染色浸透探傷検査をいう。内部割れの評価は、鋳片から採取し、研削したサンプルの横断面をカラーチェックすることによって行った。

評価結果を、前記表２に製造条件と併せて示した。本発明例１〜７の鋳片は、全長にわたり表面が健全であり、表面割れおよび内部割れのいずれも全く見られなかった。また、この鋳片を圧延して鋼片を作製したところ、この鋼片についても割れは認められず、手入れの必要は全くなかった。このように、本発明の連続鋳造方法によれば、垂直曲げ型の連続鋳造方法において安定した鋳片の製造が可能であり、熱間圧延材の母材となる健全な鋳片を得られるといえる。

一方、比較例１〜５の鋳片は、表面割れおよび内部割れのいずれかが発生した。このうち、比較例３の鋳片で表面割れが発生した理由は、Ｃ含有率が本発明の規定範囲を超えて大きい値であったためと考えられる。比較例４の鋳片で、Ｐ含有率が本発明の規定を満足していたにもかかわらず内部割れが発生した理由は、矯正温度が低かったためと考えられる。また、比較例５の鋳片で表面割れが発生した理由は、Ｐ含有率が、上記（１）式で規定する上限を超えて大きい値であったためと考えられる。

図１は、鋳片のＣ含有率およびＰ含有率と、割れの発生の有無との関係を示す図である。同図には、実施例のうち２次冷却比水量、鋳造速度および鋳片の矯正温度が本発明の規定を満足する、本発明例１〜７、比較例２および３の試験結果を示した。同図から、高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼中のＣ含有率によって鋳片の割れが発生するＰ含有率の上限が変化し、Ｃ含有率と鋳片の割れが発生するＰ含有率の上限の関係が下記（３）式で表せることがわかる。
［Ｐ］ｍａｘ＝−０．１２４１×［Ｃ］＋０．１５５７ …（３）
ここで、［Ｐ］ｍａｘは鋳片の割れが発生するＰ含有率の上限（質量％）、［Ｃ］はＣの含有率（質量％）である。

また、図１から、Ｐ含有率が、（３）式で規定される［Ｐ］ｍａｘ以下であれば、０．０３０質量％よりも大きくても鋳片に割れが発生しないことがわかる。

本発明の高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼の連続鋳造方法によれば、Ｐ含有率を０．０３０質量％以下にまで低減しなくても鋳片の表面および内部の割れの発生を抑制することができ、特にブルームにおける割れの発生を皆無とすることができる。本発明の方法で得られた鋳片は、表面品質および内部品質に優れているため、手入れが不要である。

Claims

質量％で、Ｃ：０．８５〜１．０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：１３．０〜１６．０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｎ：０．００３〜０．０５％およびＶ：０．０１〜０．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼を、横断面のアスペクト比が１〜１．７のブルームとして連続鋳造する方法であって、
表面割れおよびバルジングによる鋳片の内部割れの発生を抑制するように、
鋳型内の溶鋼を電磁攪拌装置で攪拌し、
２次冷却比水量を０．２０〜０．５０Ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌ、鋳造速度を０．６０〜０．９０ｍ／ｍｉｎとし、
かつ、鋳片の曲がりを矯正する際の鋳片の表面温度を８５０℃以上として、
ＰおよびＣの含有率が下記（１）式を満足するように連続鋳造することを特徴とする高Ｃ高Ｍｎ非磁性鋼の連続鋳造方法。
［Ｐ］≦−０．１２４１×［Ｃ］＋０．１５５７ …（１）
ここで、［Ｐ］および［Ｃ］はそれぞれ前記溶鋼中のＰおよびＣの含有率（質量％）である。