JP5920192B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
前記鋳型の直下から曲げ矯正点に至る前において、[前記連続鋳造に供する鋼の面心立方晶から体心立方晶への変態開始温度−20℃]以下かつベイナイト変態開始温度を超える温度域に、鋳片の表層部を冷却し、次いでAc3点以上の温度域まで0.7℃/s以下の速度で復熱させることを特徴とする連続鋳造方法。
ここで、面心立方晶から体心立方晶への変態開始温度は、上記のとおり、連続鋳造に供される鋼における変態開始温度である。同様に、ベイナイト変態開始温度は、前記連続鋳造に供される鋼における変態開始温度である。また、鋳片の表層部とは、表面から5mmの深さにわたる領域をいう。
さて、溶鋼は、垂直ベンディング型または、図1に示すような湾曲型の連続鋳造機を用いて連続鋳造されるが、その際、特に曲げ矯正点での矯正時に表面割れを誘発させないために、少なくとも鋳型直下の冷却帯において、以下に示す冷却パターンを経ることが肝要である。
なお、面心立方晶(FCC)から体心立方晶(BCC)への変態開始温度は、実験室的にフォーマスター装置などを用いて、連続鋳造に供される鋼の試験片を1300℃まで加熱後、0.2℃/sで連続して冷却したときの膨張曲線より求めることとする。この変態開始温度はAr3点とほぼ同等の意味を有するが、ここでは2次冷却帯での冷却を厳密に行って鋳片の表面割れの抑制を目指すところから、まず、FCCからBCCへの変態開始温度が冷却速度に依存することを考慮し、このために冷却速度を指定し変態温度を明確にした。ここで、冷却速度を0.2℃/sと指定したのは、平均的な大きさの鋳片を空冷した場合の表面の冷却速度が0.2℃/sであるためである。
さらに、変態開始温度ちょうどまで冷却して復熱させた場合には、FCCからBCCへの変態が起こらずに組織の微細化を望めない場合があるため、最低限必要な過冷却温度幅として、FCCからBCCへの変態開始温度より20℃低い温度域を冷却終了点として設定した。
まず、該CCT線図は、上記した鋼を用いて1400℃以上の温度から冷却した際のCCT線図を作成する必要がある。例えば、900℃などの低い温度から冷却した時のCCT線図では、旧γ粒径が小さくなるため、面心立方晶(FCC)から体心立方晶(BCC)への変態挙動を示すフェライト−パーライトノーズおよびベイナイトノーズが短時間側に移動し、連続鋳造においては正確な冷却速度や温度を得ることができない。すなわち、鋳型直下の2次冷却帯においては、1400℃以上の温度からの冷却になるため、1400℃以上の温度から冷却した際のCCT線図を作成する。
ここで、CCT線図の作成条件としては、冷却開始温度を1400℃以上溶融温度以下とすることが重要であるが、成分系によっては溶融温度が1400℃未満となる場合もあるため、そのような鋼では溶融温度直下のできるだけ高温から冷却することが好ましい。
なぜなら、0.7℃/s以下の復熱速度で復熱を行うことにより、復熱中にフェライト−パーライト変態が起こり、さらに温度が上昇してAc1点を超えると、フェライト−パーライトの粒界、ノジュール間から新たなオーステナイトが多数核生成して、Ac3点に達したとき微細なオーステナイト単相になるためである。その後、鋳片は冷却されて、曲げ矯正点を通過するときには微細なオーステナイト組織になって延性があるため、割れにくくなる。
なお、0.7℃/sより速い速度で復熱させると、上記の変態が起こらず、オーステナイトのままでAc3点以上に達する。この場合は、鋳込み時の粗大なオーステナイトが維持されて延性に乏しいことから、曲げ矯正点通過時の鋳片に割れが生じ易くなる。
また、Ac3点以上の温度域まで復熱させるのは、完全にオーステナイトにするためである。
すなわち、C:0.05−1.2mass%、Si:0.05−1.0mass%、Mn:0.4−2.0mass%およびAl:0.02−0.06mass%を含有し、さらに必要に応じて、Mo:0.6mass%以下、Ti:0.030mass%以下、Cr:1.0mass%以下、V:0.3mass%以下、Cu:1.0mass%以下、Nb:0.05mass%以下、Ni:1.0mass%以下およびB:0.004mass%以下の1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不可避不純物の成分組成を有することが好ましい。
以下、基本成分から順に、含有量の限定理由について説明する。
Cは、強度を確保する観点から、0.05−1.2mass%の範囲とする。また、この範囲のC量の鋼は、連続鋳造の鋳込み時に割れが発生しやすいため、特に本発明の適用が有効になる。
Siは、脱酸剤として作用するとともに、強度を増加させるのに有効であるため、0.05mass%以上は必要であるが、1.0mass%を超えると、被削性および鍛造性を劣化する、おそれがあるから、1.0mass%以下とする。
Mnは、強度を増加するため0.4mass%以上は必要であるが、2.0mass%を超えると、被削性および鍛造性を劣化する、おそれがあるから、2.0mass%以下とする。
Alは、鋼の脱酸剤として作用する他、加熱時のγ粒成長を抑制する効果があるため、0.02mass%以上は必要であるが、0.06mass%を超えると、被削性および疲労強度を劣化する、おそれがあるから、0.06mass%以下とする。
Moは、強度を確保する上で有効であるが、0.6mass%を超えて添加すると、被削性を劣化する、おそれがある。
Tiは、TiNとしてピンニングにより組織の微細化をはかる上で有効であり、好ましくは0.005mass%以上で添加するが、0.030mass%を超えて添加すると、耐労強度を劣化する、おそれがある。
Crは、焼入れ性の向上に有効であるが、1.0mass%を超えて添加すると、耐疲労強度を劣化する、おそれがある。
Vは、炭化物を生成することにより、鋼材の強度を向上するのに有効であるが、0.3mass%を超えて添加すると、粗大な炭窒化物が生成して強度を低下させる、おそれがある。
Cuは、固溶強化および析出強化による強度上昇に有効であり、かつ焼入れ性の向上に寄与するが、1.0mass%を超えて添加すると、被削性を劣化する、おそれがある。
Nbは、析出によりγ粒をピンニングする効果があるが、0.05mass%を超えると効果が飽和するため、経済性の観点から0.05mass%以下とすることが好ましい。
Niは、強度および靭性の確保に有効であるが、1.0mass%を超えると効果が飽和するため、経済性の観点から1.0mass%以下とすることが好ましい。
Bは、粒界強化により耐疲労特性を向上し、また焼入れ性を高めて強度上昇に寄与する成分であるが、0.04mass%を超えると効果が飽和するため、経済性の観点から0.04mass%以下とすることが好ましい。
まず、パターンAは、[フェライト−パーライト変態開始温度−20℃]以下で、かつベイナイト変態温度直上まで3.9℃/sで過冷却後、Ac3以上の780℃に0.08℃/sで復熱させ、その後、冷却した場合であり、微細なフェライト−パーライト組織が得られた。同様に、パターンBは鋳型直下の冷却速度を14.4℃/sに上昇させた場合だが、こちらも微細なフェライト−パーライト組織が得られた。従って、鋳型直下の冷却速度は最終的な組織に影響を及ぼさないことが分かった。
一方、パターンCは鋳型直下で530℃まで冷却した後の復熱速度を3.8℃/sに上昇させた場合だが、こちらはパターンAのような微細組織にはならず、粗大なフェライト−パーライト組織となった。また、パターンDでは復熱速度を1.5℃/sとしたが、一部微細組織になるものの、粗大な組織も混在することが分かった。パターンEは、さらに復熱速度を低下させて0.7℃/sとしたが、この場合は完全に微細なフェライト−パーライト組織となった。従って、復熱速度は0.7℃/s以下である必要がある。
次に、パターンFは、フェライト−パーライト変態開始温度より高い温度域に14.4℃/sで冷却して、その後、Ac3点以上に0.7℃/sで復熱させた場合であるが、組織は粗大フェライト−パーライトとなった。従って、組織微細化のためには[フェライト−パーライト変態開始温度−20℃]以下に冷却する必要があることが分かる。
以上の評価結果を表2に併記する。
2 取鍋
3 タンディッシュ
4 浸漬ノズル
5 水冷鋳型
6 2次冷却帯
7 引き抜き矯正帯
Claims (3)
- 溶鋼を、鋳型に装入し、該鋳型から直接鋳片を引き抜く連続鋳造方法であって、前記鋳型の直下から曲げ矯正点に至る前において、
[前記連続鋳造に供する鋼の面心立方晶から体心立方晶への変態開始温度−20℃]以下かつベイナイト変態開始温度を超える温度域に、鋳片の表層部を冷却し、次いでAc3点以上の温度域まで0.7℃/s以下の速度で復熱させることを特徴とする連続鋳造方法。 - 前記溶鋼は、C:0.05−1.2mass%、Si:0.05−1.0mass%、Mn:0.4−2.0mass%およびAl:0.02−0.06mass%を含有し、残部Feおよび不可避不純物の成分組成を有することを特徴とする請求項1に記載の連続鋳造方法。
- 前記溶鋼は、さらに、Mo:0.6mass%以下、Ti:0.030mass%以下、Cr:1.0mass%以下、V:0.3mass%以下、Cu:1.0mass%以下、Nb:0.05mass%以下、Ni:1.0mass%以下およびB:0.004mass%以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項2に記載の連続鋳造方法。
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