JP6070615B2

JP6070615B2 - 極厚鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP6070615B2
Application number: JP2014068851A
Authority: JP
Inventors: 直己松永; 茂樹木津谷
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: JP2015188920A

Description

本発明は、連続鋳造スラブを素材として用いた圧下比３未満の極厚鋼板について、強度、靭性および伸びに優れるとともに、表面性状も良好な極厚鋼板の製造方法である。

なお、本発明における極厚鋼板とは、製品板厚１００ｍｍ以上の厚鋼板をいう。

極厚鋼板は、大形鋼塊を分塊圧延して製造した分塊スラブまたは溶鋼を連続鋳造して製造した連続鋳造スラブを素材として用いて厚板圧延することによって製造される。このうち、前者は押湯部の濃厚偏析部や鋼塊底部の負偏析部を切り捨てなければならないため歩留まりが低く、また、分塊圧延に伴うコストと時間が掛かるという問題があった。一方、後者の連続鋳造スラブによる方法はかかる問題はないものの、連続鋳造スラブの厚さに起因して鋳造後製品に至るまでの圧下率を大きくできず、そのため連続鋳造スラブ内に存在するセンターポロシティや偏析帯の圧下が行われ難いという問題があった。したがって、連続鋳造スラブを素材として製造された極厚鋼板については、内質不良となるものが多い。また、こうした事情から、従来、極厚鋼板の製造にあたっては、製品中心部の延性や靱性を要求される場合には圧下比（スラブ厚み／製品厚み）の下限を設け、それを下回るような場合には、分塊スラブを用いることとしていた。

しかし、分塊スラブを素材として用いる場合には、前述の理由によって製造コストが極めて高くなる。そのため、従来から連続鋳造スラブを素材として用いながら製造工程中にセンターポロシティを圧着させ、中心部における延性、靱性の高い極厚鋼板を得ようとする試みがなされていた。例えば、特許文献１では、鍛造金敷とスラブとの接触長（Ｂ）と、鍛造時のスラブ厚（Ｈ）について、Ｂ／Ｈ比が０．７〜１．０としてクロス鍛造を行うことにより、圧下比３未満での内質特性の優れた極厚鋼板が製造できることが開示されている。また、特許文献２では、全圧下率に対する鍛造圧下率との関係を特定することにより、内質特性の優れた極厚鋼板の製造方法が開示されている。

特開２０００−２６３１０３号公報特開平１０−２６３６１４号公報

一方で、強度や靭性を確保する目的で、連続鋳造スラブに合金元素としてＮｉを添加すると、加熱時に粒界に沿って酸化物が発生し、この酸化物が圧延後の表面割れにつながり、製品の表面疵になるという問題がある。このような表面疵については、特許文献１、２のいずれでも検討されていない。したがって、従来技術では、強度や靭性を確保しつつ、表面性状に優れた圧下比３未満の極厚鋼板を製造することは難しい。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、連続鋳造スラブを素材として用いた圧下比３未満の極厚鋼板について、強度、靭性および伸びに優れるとともに、表面性状も良好な極厚鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意検討した結果、強度および靭性の確保を目的としてＮｉを添加しても、表面疵が発生せず、さらに伸びを確保できる極厚鋼板を得られるという知見を得た。本発明は、この知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
［１］１．０〜４．０質量％のＮｉを含む鋼の連続鋳造スラブを、１２７０℃以上で５時間以上加熱保持した後、下金敷が上金敷より長い上下非対称の鍛造金敷により、前記連続鋳造スラブの両端部を幅方向から鍛造圧下し、次いで、前記上下非対称の鍛造金敷により、厚さ方向の鍛造圧下率を１パスあたり１０％以上とし、１パス目における鍛造方向長さを６００±５０ｍｍの範囲で前記連続鋳造スラブを厚さ方向から鍛造圧下し、その後、前記鍛造圧下により得られた鍛造材を厚板圧延することを特徴とする極厚鋼板の製造方法。
［２］前記連続鋳造スラブを厚さ方向から鍛造圧下する際に、２パス目以降の前記鍛造方向長さを、３００ｍｍ±５０ｍｍの範囲とすることを特徴とする［１］に記載の極厚鋼板の製造方法。

本発明によれば、強度、靭性および伸びに優れるとともに、表面性状も良好な極厚鋼板を得ることができる。

連続鋳造スラブを幅方向に鍛造する様子を示す模式図である。連続鋳造スラブを厚さ方向に鍛造する様子を示す模式図であり、（ａ）は１パス目の鍛造圧下を示す模式図、（ｂ）は２パス目以降の鍛造圧下を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

本発明は、１．０〜４．０質量％のＮｉを含む連続鋳造スラブを、１２７０℃以上で５時間以上加熱保持した後、上下非対称の鍛造金敷により、前記連続鋳造スラブの端部を幅方向から鍛造圧下し、次いで、前記上下非対称の鍛造金敷により、スラブ厚さ方向の鍛造圧下率を１パスあたり１０％以上で、鍛造圧下の１パス目は前記連続鋳造スラブの端部と前記鍛造金型の上金敷との接触長を６００±５０ｍｍの範囲で前記連続鋳造スラブの端部を厚さ方向から鍛造圧下し、その後、前記鍛造圧下により得られる鍛造材を厚板圧延することを特徴とする。

以下に、限定理由を説明する。

１．０〜４．０質量％のＮｉを含む鋼の連続鋳造スラブ
鋼に１．０〜４．０質量％のＮｉを含有することにより、焼入れ性を向上し、板厚中心部（１／２位置）での靭性を確保することができる。

なお、Ｎｉ以外の成分組成については特に限定されない。例えば、Ｃ：０．１０〜０．２０質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５質量％、Ｍｎ：０．９５〜１．３０質量％、Ｐ：０．０２５質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ａｌ：０．０２〜０．０８質量％、Ｃｒ：０．５０〜１．５０質量％、Ｍｏ：０．４０〜０．６０質量％、Ｖ：０．０３〜０．０８質量％、Ｂ：０．０００５〜０．００１２質量％、を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼、あるいは、上記成分組成に、さらに０．２５質量％以下のＣｕ、０．０５０質量％以下のＮｂ、０．０２５質量％以下のＴｉの１種以上を含む鋼を用いることができる。

本発明では、鍛造圧下前に１２７０℃以上で５時間以上加熱保持することにより、合金元素に起因する表面疵の発生を防止することができる。強度および靭性向上を目的として、連続鋳造スラブに１．０質量％以上のＮｉを含有する鋼では、製造途中で表面疵が生じやすい。これは、連続鋳造スラブに１．０質量％以上のＮｉが含まれる鋼が加熱されると、粒界に沿ってＮｉ系酸化物が発生し、この酸化物が、表面からの深さ１〜５ｍｍに存在し、圧延後の表面割れにつながるためと考えられる。そこで、本発明においては、Ｎｉを含有した鋼の連続鋳造スラブを鍛造圧下前に、大気中（酸化雰囲気下）で、高温に加熱し、高温で５時間以上保持することにより、表層全面に酸化物を含むスケールを生成させる。このスケールを圧延前に除去することにより、圧延後の表面割れが生じず、結果として表面疵の発生を防止することができる。高温での加熱および高温保持後に、後述の鍛造圧下を行うことにより、粒界に沿った表層の疵を浅くすることができ、製品研磨による疵削除を可能とする。その結果、表面性状に優れた極厚鋼板を得ることができる。好ましくは、１２００℃以上、３時間以上である。

下金敷が上金敷より長い上下非対称の鍛造金敷により、前記連続鋳造スラブの両端部を幅方向から鍛造圧下
前述したように、鍛造圧下前にＮｉを含有する鋼の連続鋳造スラブを高温で加熱保持することにより、スケールが生成する。このスケールは、厚み方向の鍛造圧下の前に行われる連続鋳造スラブの幅方向からの鍛造圧下により、容易に破壊、剥離される（図１参照）。なお、この際、スプレー水を噴射してスケールを吹き飛ばしても良い。したがって、圧延前に、表面疵に起因する酸化物などのスケールを除去することができる。その結果、表面疵の発生を防止することができる。
なお、鍛造金敷の長さについては、３００ｍｍ以上であればよい。

前記上下非対称の鍛造金敷により、厚さ方向の鍛造圧下率を１パスあたり１０％以上とし、１パス目における鍛造方向長さを６００±５０ｍｍの範囲で前記連続鋳造スラブを厚さ方向から鍛造圧下
上下非対称の鍛造金敷を用いた被鍛造物の内質改善効果は、上下対称に圧下した場合に生じるスラブ厚中心位置の引張応力を、意図的にスラブ厚方向へずらし、中心位置の静水圧が大きくなる事を利用したＦＭ（ＦｒｅｅｆｒｏｍＭａｎｎｅｓｍａｎｎｅｆｆｅｃｔ）鍛造法として、一般的に知られている。本発明においては、上下非対称の鍛造金敷を用いて、スラブ厚さ方向の鍛造圧下率を１パスあたり１０％以上で鍛造圧下を行うことにより、スラブ厚方向の内質改善作用を高め、センターポロシティの完全消滅を達成することができる。その結果、内質特性が改善し、得られる極厚鋼板について、所望の伸びが得られる。
鍛造圧下の１パス目について、連続鋳造スラブの端部と鍛造金型の上金敷との接触長さである鍛造方向長さを６００±５０ｍｍの範囲とすることにより、端部の内質特性が改善する。図２（ａ）に示すように、鍛造方向長さＸが、６００±５０ｍｍの範囲であればよい。連続鋳造スラブの端部の内質特性が改善する理由は、以下のように考えられる。

連続鋳造スラブの端部は、鍛造の際に自由端となるので、板厚中心部（１／２ｔ位置、ｔ：板厚）に塑性歪が集中しない。このため、連続鋳造スラブの内部よりも大きな接触長とすることにより、被鍛造材に対する上面および下面からの拘束を大きくして、塑性歪を板厚中心部（１／２ｔ位置）に集中させることにより、板厚中心部（１／２ｔ位置）のセンターポロシティがなくなる。

また、鍛造圧下の２パス目以降は、図２の（ｂ）に示すように、鍛造方向長さＸが、３００ｍｍ±５０ｍｍの範囲であることが好ましい。３００ｍｍ±５０ｍｍの範囲にすることにより、スラブ厚と同等の長さ以上となり、板厚中心にも歪を加えることができる。

鍛造圧下により得られた鍛造材を厚板圧延する
次に、鍛造圧下により得られた鍛造材を厚板圧延する。厚板圧延の条件としては特に限定されず、常法に従って、目的とする板厚まで圧延すればよい。

以上により、圧下比が３未満であっても、強度、靭性および伸びに優れるとともに表面性状にも優れた極厚鋼板を得ることができる。

厚さ３１０ｍｍの連続鋳造スラブを、昇温速度３０℃／ｈで１２７０℃に加熱し、３００分保持した後、鍛造圧下し、得られた２５０ｍｍの厚さの鍛造材を、圧下量１００ｍｍ、圧下率４０％で１５０ｍｍの板厚に厚板圧延することにより、板厚１５０ｍｍの極厚鋼板を得た。連続鋳造スラブの組成を表１に、鍛造圧下条件を表２にそれぞれ示す。

得られた極厚鋼板全てについて、板厚中心部（１／２ｔ位置）について、引張試験、靭性評価および表面性状評価を行った。
引張試験については、板厚中心部（１／２ｔ位置）から採取したサンプルについて、５６０℃×８ｈの試験片熱処理後、板厚中心位置に対しＣ方向（板厚方向と圧延方向の双方に直角な方向）の引張試験（ＪＩＳＺ２２４１）を行い、強度および伸びを評価した。引張強度（ＴＳ）：７７０ＭＰａ以上、降伏強度（ＹＳ）：６９０ＭＰａ以上、伸び（Ｅｌ）：１６％以上を合格とした。

靭性については、板厚中心部（１／２ｔ位置）から採取した試験片（ＪＩＳＺ２２４２）を用いたシャルピー衝撃試験によって得られる、−４０℃における吸収エネルギー（_ｖＥ_−４０）で評価した。また、内質評価としてＪＩＳＧ０８０１に準拠した超音波探傷試験も行った。−４０℃でのシャルピー衝撃試験値_ｖＥ_−４０：３４Ｊ以上、内質評価：軽きず以下（軽きず：２５％＜きずエコー高さ≦５０％）を合格とした。

また、表面性状については、グラインダー手入れを実施したあと、鋼板の表面を目視で観察し、疵がなかったものを合格とした。

得られた評価結果を表３に示す。

表３の結果から、本発明例（Ｎｏ．１、４）はいずれも、強度、伸び、靭性、表面性状に優れている。一方、比較例（Ｎｏ．２）は、１パス目鍛造長さが短かったためにポロシティが残存して伸び低値が発生した。比較例（Ｎｏ．３）は、鍛造を行わなかったために初期のポロシティが残存して伸び低値が発生し、内質評価も不合格であった。また、表面疵も残存し、表面性状も不合格となった。比較例（Ｎｏ．５）は、Ｎｉ添加量が少なかったため、靭性低値により不合格となった。

１連続鋳造スラブ
２鍛造金敷の上金敷
３鍛造金敷の下金敷
Ｘ接触長さ

Claims

１．０〜４．０質量％のＮｉを含む鋼の連続鋳造スラブを、１２７０℃以上で５時間以上加熱保持した後、
下金敷が上金敷より長い上下非対称の鍛造金敷により、前記連続鋳造スラブの両端部を幅方向から鍛造圧下し、
次いで、前記上下非対称の鍛造金敷により、厚さ方向の鍛造圧下率を１パスあたり１０％以上とし、１パス目における前記連続鋳造スラブの端部と鍛造金型の上金敷との接触長さである鍛造方向長さを６００±５０ｍｍの範囲で、前記鍛造方向長さの部位を厚さ方向から鍛造圧下し、
その後、前記鍛造圧下により得られた鍛造材を厚板圧延することを特徴とする極厚鋼板の製造方法。
前記連続鋳造スラブを厚さ方向から鍛造圧下する際に、２パス目以降の鍛造圧下における前記鍛造方向長さを、３００ｍｍ±５０ｍｍの範囲とすることを特徴とする請求項１に記載の極厚鋼板の製造方法。