JP6281326B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法に関し、詳しくは、連続鋳造時に鋳片における表面の横ひび割れ及び表皮下割れの発生を抑制する連続鋳造方法に関する。
近年、厚鋼板等の鉄鋼材料において、機械的特性の向上を目的として、Ti、Nb、Ni、Cu等の合金元素を含有する低合金鋼が多く製造されている。
しかし、これらの合金元素の添加に伴い、連続鋳造により製造された鋳片において、表面の横ひび割れや表皮下割れ等の欠陥が発生している。このような欠陥の発生は、操業上および製品の品質上の問題となっている。
鋳片表面の横ひび割れや表皮下割れは、鋳片表層の旧オーステナイト粒界に沿って発生することが知られている。すなわち、これらの割れは、AlNやNbC等の析出により脆化したオーステナイト粒界や、旧オーステナイト粒界に沿って生成するフィルム状フェライトに、矯正応力が集中することで発生する。矯正応力は、湾曲型または垂直曲げ型の連続鋳造機中の矯正点において付与される。
これらの割れは、特に、オーステナイトからフェライトへの相変態領域近傍の温度域において発生しやすい。これらの割れの発生を抑制するため、通常は、鋳片の表面温度を制御し、矯正点における鋳片表層の温度を延性が低下する温度域(脆化温度域)から回避させて矯正を行う方法が採用されている。
しかし、鋳片の表面温度を制御するのみでは、必ずしもこれらの割れの発生を抑制することはできない。
特開平9−47854号公報(特許文献1)及び特開平11−33688号公報(特許文献2)は、これらの割れの発生を抑制することが可能な連続鋳造方法を提案する。
特許文献1では、連続鋳造方法に関して次の事項が記載されている。鋳片を鋳型から引き抜いた後、鋳片の表面温度がA3点以下となるよう一旦冷却し、その後A3点を超えて復熱させる。この方法により、割れ発生の起点となるフィルム状フェライトの生成を防止することができ、高い割れ防止効果があることが、特許文献1には記載されている。
特許文献2では、次の事項が記載されている。鋳型から引き抜いた鋳片の表面温度をAr3点未満で、かつオーステナイト相の変態が完了しない温度まで急冷し、その後950〜1200℃に復熱させ、矯正を行う。この方法により、割れの起点となるAlNの粒界に沿った析出を防止し、割れを防止できる、と特許文献2には記載されている。
特開平9−47854号公報 特開平11−33688号公報
ところで、近年では、特に、Alに代えてTi、Mn、Si等の弱脱酸元素によって脱酸した鋼のニーズも増えている。そのため、Alが脱酸支配元素とならない程度にAl含有量が微量(数十質量ppm以下)である鋼の鋳造機会が増えている。このような微量Al鋼では、AlNが生成し得ないようなAl含有量であるものの、表面の横ひび割れや表皮下割れが発生する場合がある。
しかしながら、特許文献1及び2には、このような微量Al鋼に関する記載も示唆もない。そのため、このようなに対して、特許文献1及び2に記載の技術を適用しても、同様に表面の横ひび割れや表皮下割れ等の欠陥の発生を抑制することができるかどうかは不明である。
本発明の目的は、Alが脱酸支配元素とならない程度にAl含有量が微量である鋼の連続鋳造鋳片における、表面の横ひび割れや表皮下割れの発生を抑制することができる連続鋳造方法を提供することである。
本発明の一実施形態である鋼の連続鋳造方法は、質量%で、C:0.03〜0.15%、Mn:0.1〜3.0%、及び、Ti:0.005〜0.1%、並びに、Si:0〜0.5%、Ni:0〜2.0%、Cu:0〜2.0%、Nb:0〜0.05%、V:0〜0.05%、Cr:0〜0.1%、及び、Mo:0〜0.1%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有し、残部はFe及び不純物からなり、前記不純物中、P:0.04%以下、S:0.01%以下、N:0.01%以下、及び、sol.Al:0.005%未満である化学組成を備える鋼の鋳片を、湾曲型または垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて製造する方法であって、前記化学組成が式(1)を満足し、鋳型から引き抜かれた鋳片を、前記鋳片の表面温度がAr3点以下かつ750℃未満の温度T1(℃)となるまで3〜20℃/sの冷却速度で冷却するステップと、前記鋳片の表面温度をAr3点以上かつ式(2)を満足する復熱温度T2(℃)に上昇させるステップと、前記鋳片を復熱させた後、矯正を行うステップと、の一連のステップを含む。
[Ti(%)]/([sol.Al(%)]×[N(ppm)])≧0.1 (1)
2/T1≧1.6 (2)
ここで、[Ti(%)]:Ti含有量(質量%)、[sol.Al(%)]:sol.Al含有量(質量%)、[N(ppm)]:N含有量(質量ppm)である。
本発明の鋼の連続鋳造方法によれば、鋳片表面の横ひび割れや表皮下割れ等の欠陥の発生を抑制することができる。
図1は、引張試験温度と断面収縮率との関係を示す図である。 図2は、急冷温度と引張試験温度と断面収縮率との関係を示す図である。 図3は、[Ti(%)]/([sol.Al(%)]×[N(ppm)])の値とT2/T1の値と割れ指数との関係を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
本発明者らは、本発明の鋼の連続鋳造方法を完成させるため、次の基礎試験及び検討を行った。
[基礎試験]
連続鋳造によって製造される鋳片においては、連続鋳造機内で曲げの際又は曲げの矯正の際にかかる応力により、表層に割れが発生し易い。表層とは、表面から内側に15mmまでの、表面を含む領域をいう。このような割れには、横ひび割れと表皮下割れがある。横ひび割れとは、鋳片表面上に発生する旧オーステナイト粒界に沿った鍵状の割れをいう。表皮下割れとは、鋳片の表面から内側に3〜15mm程度の位置(以下「表皮下」ともいう。)において発生する粒界に沿った割れをいう。
鋳片の横ひび割れ及び表皮下割れの発生には、鋼中で析出するAlNが大きく影響することが明らかにされている。
しかしながら、AlNが発生し得ないようなAl含有量が微量(数十質量ppm以下)である鋼においても、鋳片の横ひび割れや表皮下割れが発生する場合がある。
本発明者らは、微量Al鋼における鋳片の横ひび割れや表皮下割れの発生について検討するため、微量Al鋼を使用した基礎試験を実施した。基礎試験には、表1に示す化学組成を有する鋼を使用した(Al含有量:30ppm)。試験は、鋼の溶融凝固を伴う高温引張試験とした。
Figure 0006281326
試験条件は、連続鋳造機で鋳造される鋼を模擬する条件とした。上記組成の鋼を溶融するまで加熱し、溶融状態で120s以上保持した。その後、冷却して溶融状態の鋼を凝固させ、試験片を作製した。試験片はそのまま冷却し、所定の温度に保持して引張試験を行った。引張試験後の試験片を用いて、断面収縮率を測定した。
試験片の冷却条件は、徐冷却条件と急冷復熱条件の2つの条件とした。徐冷却条件では、冷却速度を0.4℃/sとして所定の引張試験温度まで冷却した。徐冷却条件での引張試験温度は、800℃、900℃、1000℃、1100℃及び1200℃とした。
急冷復熱条件では、試験片が溶融状態から凝固状態となった後、冷却速度を6℃/sとして、急冷温度T1(600℃)まで急冷し、続いて復熱温度T2(1150℃)まで昇温速度3℃/sで復熱させた後、冷却速度を0.4℃/sとして所定の引張試験温度まで冷却した。急冷温度T1は、フェライトが析出し始めるAr3点以下の温度である。復熱温度T2は、復熱時における鋳片表面温度であり、Ar3点以上の温度である。引張試験温度は、800℃、900℃、1000℃及び1100℃とした。
図1は、引張試験温度と断面収縮率との関係を示す図である。図1に示すように、徐冷却条件では、急冷復熱条件と比較して広い温度域で鋼が脆化することがわかった。
本発明者らが、さらに調査を行ったところ、オーステナイト域(800〜1200℃の温度域)でも、Ti、Nb炭窒化物がオーステナイト粒界において析出していることを確認できた。徐冷却条件での鋼の脆化要因は、引張応力によりオーステナイト粒界に動的析出したTi、Nb炭窒化物であった。
汎用連続鋳造機を用いて鋳片を製造する際に、この徐冷却条件に相当する冷却条件であった場合には、製造された鋳片の表層においても、矯正帯で発生する矯正応力により、同様の脆化が生じ、横ひび割れや表皮下割れが発生するおそれがある。
しかし、この鋼種は、徐冷却条件では脆化温度域が広いことから、矯正帯での温度を脆化温度域から回避することによっては割れの発生を抑制することは困難であると考えられる。
一方、急冷復熱条件では、徐冷却条件では脆化温度域であった温度域において、徐冷却条件よりも延性が良好であった。
急冷復熱条件で延性が良好であった理由は、次の通りであると考えられる。徐冷却条件では、引張応力により、Ti、Nb炭窒化物がオーステナイト粒界に動的析出し、脆化要因となる。急冷復熱条件では、この炭窒化物が、急冷却過程において析出した初析フェライト中に析出し、引張応力による動的析出が抑制される。
本発明者らは、急冷復熱条件を前提として、さらに、急冷温度T1を500〜900℃で100℃間隔の値とし、復熱温度T2を900℃、1000℃及び1150℃とし、試験温度900℃一定として引張試験を行った。冷却速度は6℃/sとし、昇温速度は3℃/sとした。
図2は、急冷温度と復熱温度と断面収縮率との関係を示す図である。図2には、各条件での断面収縮率を○、△、×の記号としてプロットした。○は、断面収縮率が60%以上であり、鋼の延性が良好であったことを意味する。△は、断面収縮率が40%以上60%未満であり、鋼の延性が劣悪であったことを意味する。×は、断面収縮率が40%未満であり、鋼の延性が許容できない程度であったことを意味する。図2に示すように、急冷温度T1(℃)と復熱温度T2(℃)が、T2/T1≧1.6を満たせば、良好な延性が得られることがわかった。さらに、T2/T1≧1.9を満たせば、より良好な延性が得られることもわかった。また、T2/T1≦2.4であることが好ましい。この値は、現実的に連続鋳造時の未凝固潜熱によって復熱可能な範囲だからである。
以上の基礎試験に基づく知見から、湾曲型または垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて鋳片を製造する際に、矯正帯において横ひび割れや表皮下割れが発生するのを抑制する方法として、以下の事項を発想した。
微量のAlを含有する鋼として、化学組成が式(1)を満足するものを用いる。この鋼を連続鋳造する際に、鋳片表面をAr3点以下の急冷温度T1まで急冷し、続いて鋳片表面をAr3点以上の復熱温度T2まで復熱させる。復熱の際に、T1(℃)およびT2(℃)が式(2)の関係を満たすようにする。
[Ti(%)]/([sol.Al(%)]×[N(ppm)])≧0.1 (1)
2/T1≧1.6 (2)
ここで、[Ti(%)]:Ti含有量(質量%)、[sol.Al(%)]:sol.Al含有量(質量%)、[N(ppm)]:N含有量(質量ppm)である。
以上の知見及び発想に基づいて完成した本発明の鋼の連続鋳造方法は、質量%で、C:0.03〜0.15%、Mn:0.1〜3.0%、及び、Ti:0.005〜0.1%、並びに、Si:0〜0.5%、Ni:0〜2.0%、Cu:0〜2.0%、Nb:0〜0.05%、V:0〜0.05%、Cr:0〜0.1%、及び、Mo:0〜0.1%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有し、残部はFe及び不純物からなり、前記不純物中、P:0.04%以下、S:0.01%以下、N:0.01%以下、及び、sol.Al:0.005%未満である化学組成を備える鋼の鋳片を、湾曲型または垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて製造する方法であって、前記化学組成が式(1)を満足し、鋳型から引き抜かれた鋳片を、前記鋳片の表面温度がAr3点以下かつ750℃未満の温度T1(℃)となるまで3〜20℃/sの冷却速度で冷却するステップと、前記鋳片の表面温度をAr3点以上かつ式(2)を満足する復熱温度T2(℃)に上昇させるステップと、前記鋳片を復熱させた後、矯正を行うステップと、の一連のステップを含む。
鋳片の矯正を行うステップでは、式(2)に代えて式(3)を用いることが好ましい。
2/T1≧1.9 (3)
上記鋼の化学組成は、Ni:0.3〜2.0%、Cu:0.2〜2.0%、Nb:0.01〜0.05%、V:0.01〜0.05%、Cr:0.03〜0.1%、及びMo:0.03〜0.1%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。
以下、本発明の鋼の連続鋳造方法について詳述する。各元素の含有量の「%」および「ppm」は、それぞれ「質量%」および「質量ppm」を意味する。
[化学組成]
本発明の鋼の連続鋳造方法では、Al含有量が微量であり、Tiによって脱酸される、割れ感受性の高い鋼を対象とする。この鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
C:0.03〜0.15%
炭素(C)は、鋳造された鋳片を素材として得られる鋼板の強度を高める。C含有量が0.03%未満では、十分な鋼板の強度が得られない。一方、C含有量が0.15%を超えると、スポット溶接性が低下する。したがって、C含有量は0.03〜0.15%である。C含有量の好ましい下限は0.04%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.06%である。C含有量の好ましい上限は0.14%であり、さらに好ましくは0.13%であり、さらに好ましくは0.12%である。
Mn:0.1〜3.0%
マンガン(Mn)は鋼の強度を上昇させるのに重要な元素である。Mn含有量が1.0%未満では、高温における鋼の強度上昇に寄与する炭化物が高温で生成するため、鋼の強度が低下する。一方、Mn含有量が3.0%を超えると、鋼の組織が低温変態相主体となるため、鋼の伸びが低下する。したがって、Mn含有量は、0.1〜3.0%である。Mn含有量の好ましい下限は0.3%であり、さらに好ましくは0.5%であり、さらに好ましくは0.8%である。Mn含有量の好ましい上限は2.5%であり、さらに好ましくは2.2%であり、さらに好ましくは2.0%である。
Ti:0.005〜0.1%、
チタン(Ti)は、Ti酸化物を生成し、鋼を脱酸する。さらに、Tiは、溶接熱影響部の靭性を向上させるため必須の元素である。Ti含有量が0.005%未満では、これらの効果が得られない。一方、Ti含有量が0.1%を超えると、生成するTi酸化物が粗大となり、靭性や加工性が低下する。したがって、Ti含有量は0.005〜0.1%である。Ti含有量の好ましい下限は0.006%であり、さらに好ましくは0.008%であり、さらに好ましくは0.01%である。Ti含有量の好ましい上限は0.08%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.03%である。
本発明の鋼の連続鋳造方法で対象とする鋼の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるものであって、本発明の対象とする鋼に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
上記不純物中のP、S、N、及び、sol.Alの含有量は、次のとおりである。
P:0.04%以下
りん(P)は、不純物として鋼中に不可避的に含有される。しかし、鋼の強度上昇等を目的として含有させてもよい。P含有量が0.04%を超えると、溶接性が著しく低下する。したがって、P含有量は0.04%以下である。P含有量の好ましい上限は0.02%であり、さらに好ましくは0.01%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。
S:0.01%以下
硫黄(S)は、不純物として鋼中に不可避的に含有される。S含有量が0.01%を超えると、製品の加工性や溶接性が著しく低下する。したがって、S含有量は0.01%以下である。S含有量の好ましい上限は0.008%であり、さらに好ましくは0.005%である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。
N:0.01%以下
窒素(N)は、不純物として鋼中に不可避的に含有される。N含有量が0.01%を超えると、強度及び伸びが著しく低下する。したがって、N含有量は0.01%以下である。N含有量の好ましい上限は0.008%であり、さらに好ましくは0.005%である。N含有量はなるべく低い方が好ましい。
sol.Al:0.005%未満
アルミニウム(Al)は、不純物として鋼中に不可避的に含有される。Al含有量が0.005%以上であると安定なAl酸化物が生成し、Ti酸化物の生成が妨げられる。したがって、Al含有量は0.005%未満である。Al含有量の好ましいAl含有量の好ましい上限は0.004%であり、さらに好ましくは0.003%である。Al含有量はなるべく低い方が好ましい。本明細書でいうAl含有量は、sol.Al(酸可溶Al)の含有量を意味する。
本発明の鋼の連続鋳造方法で対象とする鋼の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Si、Ni、Cu、Nb、V、Cr及びMoからなる群から選択される1種又は2種を含有してもよい。
Si:0〜0.5%
シリコン(Si)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有された場合、Siは、鋼の強度を上昇させ、伸び特性を向上させる。しかし、Si含有量が0.5%を超えると、製品表面にいわゆる赤スケールが発生することによる外観の劣化や、化成処理性の低下が顕著となる。したがって、Si含有量は0〜0.5%である。Si含有量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.1%である。Si含有量の好ましい上限は0.4%であり、さらに好ましくは0.3%である。
Ni:0〜2.0%
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有された場合、Niは、鋼の強度と低温靭性を上昇させる。しかし、Ni含有量が2.0%を超えると、溶接熱影響部の靭性を低下させる。したがって、Ni含有量は0〜2.0%である。Ni含有量の好ましい下限は0.1%であり、さらに好ましくは0.3%である。Ni含有量の好ましい上限は1.5%であり、さらに好ましくは1.2%である。
Cu:0〜2.0%
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有された場合、Cuは、鋼の強度を上昇させる。しかし、Cu含有量が2.0%を超えると、鋼の材質に悪影響を及ぼす。したがって、Cu含有量は、2.0%以下である。Cu含有量の好ましい下限は0.1%であり、さらに好ましくは0.2%である。Cu含有量の好ましい上限は1.8%であり、さらに好ましくは1.5%である。
Nb:0〜0.05%、
V:0〜0.05%
ニオブ(Nb)及びバナジウム(V)は、いずれも任意元素であり、含有されなくてもよい。含有された場合、これらの元素はいずれも、鋼の強度を上昇させる。しかしながら、これらの元素は、それぞれ含有量が0.05%を超えると上記効果が飽和する。したがって、Nb含有量は0〜0.05%であり、V含有量は0〜0.05%である。Nb含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.01%である。Nb含有量の好ましい上限は0.04%であり、さらに好ましくは0.03%である。V含有量の好ましい下限は0.005%であり、さらに好ましくは0.01%である。V含有量の好ましい上限は0.04%であり、さらに好ましくは0.03%である。
Cr:0〜0.1%
Mo:0〜0.1%
クロム(Cr)及びモリブデン(Mo)は、いずれも任意元素であり、含有されなくてもよい。含有された場合、これらの元素はいずれも、鋼の焼入れ性を高める。また、いずれの元素とも鋼の強度及び靭性を向上させる。しかしながら、これらの元素は、それぞれ含有量が0.1%を超えると、溶接熱影響部の靭性を低下させる。したがって、Cr含有率は0〜0.1%であり、Mo含有量は0〜0.1%である。Cr含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。Cr含有量の好ましい上限は0.08%であり、さらに好ましくは0.06%である。Mo含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。Mo含有量の好ましい上限は0.08%であり、さらに好ましくは0.06%である。
本発明の鋼の連続鋳造方法で対象とする鋼の化学組成はさらに、式(1)を満足する。
[Ti(%)]/([sol.Al(%)]×[N(ppm)])≧0.1 (1)
ここで、[Ti(%)]:Ti含有量(質量%)、[sol.Al(%)]:sol.Al含有量(質量%)、[N(ppm)]:N含有量(質量ppm)である。
式(1)を満足する化学組成に限定した理由は次の通りである。
本発明の鋼の連続鋳造方法では、Al含有量が微量であり、Tiによって脱酸される、割れ感受性の高い鋼を対象とする。Ti及びAlの含有量が上記範囲内であっても、Al含有量がTi含有量に対して過剰である場合、主にAlによって脱酸されるため、本発明の対象外となる。
また、Nの含有量が上記範囲内であっても、Ti及びAlの含有量に対してN含有量が多い場合、粒界における窒化物の析出とNの粒界偏析により、鋼の脆化が引き起こされる。そのため、析出物を制御しても、鋼の割れ発生の抑制効果が得られなくなる。そのため、式(1)を満足する化学組成に限定する。
[鋼の連続鋳造方法]
本発明の鋼の連続鋳造方法における、鋳片の冷却条件及び復熱条件について説明する。本発明の鋼の連続鋳造方法は、化学組成が上記条件を満足し、鋳型から引き抜かれた鋳片を、鋳片の表面温度がAr3点以下かつ750℃未満の温度T1(℃)となるまで3〜20℃/sの冷却速度で冷却するステップと、鋳片の表面温度をAr3点以上かつ式(2)を満足する復熱温度T2(℃)に上昇させるステップと、鋳片を復熱させた後、矯正を行うステップと、の一連のステップを含む。
2/T1≧1.6 (2)
[冷却条件]
鋳片を冷却するステップにおいて、鋳片表面における冷却速度の下限を3℃/sとし、鋳片を急冷する。これにより、初析フェライトの内部および界面に、炭窒化物を分散して析出させることができ、炭窒化物に起因する割れの発生を抑制することができる。鋳型から引き抜かれた鋳片において、冷却速度が小さい場合には、初析フェライトが生成する前に、オーステナイト域の温度範囲で、粒界に沿って炭窒化物が点列状に析出する。この炭窒化物は鋳片の割れの原因となる。
急冷の効果を高める場合、2次冷却のスプレーやミストに用いる水量を増加させる必要がある。しかし、水量を過度に増加させると、水圧により鋳片の凝固シェルが破れる等の大きな事故が発生することがある。そのため、鋳片表層の冷却速度の上限を20℃/sとする。冷却速度が20℃/sを超えた場合、鋳片表面の温度分布にむらが生じやすくなり、熱応力による割れの発生等の危険性が高くなる。
以上のことから、鋳片の鋳型から引き抜いた後の鋳片表層の冷却速度は、3〜20℃/sとする。
鋳片の表面割れの発生を抑制する効果を高めるとともに、操業を安定させる観点から、Ar3点までの冷却速度は7〜15℃/sとすることが好ましい。
急冷は、鋳片の表面温度がT1となるまで行う。急冷温度T1は、Ar3点以下かつ750℃未満とする。Ar3点以下まで急冷しないと、初析フェライトが生成しないため、オーステナイト粒界への集中した炭窒化物の析出を抑制することができない。
一方、急冷温度T1が750℃以上である場合には、式(2)より、急冷温度T1がAr3点以下であっても、復熱温度T2が1200℃以上となる。汎用連続鋳造機では、急冷温度T1まで到達した後で冷却を完全に停止させても、機内において1200℃まで復熱させることができない。
以上のことから、急冷温度T1は、Ar3点以下かつ750℃未満とする。
実際の鋼の連続鋳造における2次冷却では、鋳片をガイドするロールが存在するため、ロール間、ロール接触部、放熱部、スプレー部、たまり水部等の部位によって冷却効果の強弱がある。そのため、厳密には、2次冷却時においても冷却と復熱が繰り返され、温度の上下変動が生じている。しかし、2次冷却時における温度変動は、変動幅が小さく、析出物の析出への影響は小さいため、本発明で規定する冷却速度は、連続鋳造機のストランド内における平均的な温度変化に基づくものとすればよい。
[復熱条件]
鋳片を冷却し、鋳片のオーステナイト相が完全に変態を完了する温度以下まで鋳片表層の温度を低下させた後も、鋳片を継続的に冷却すると、鋳片を矯正するステップにおいて、矯正点での鋳片表層の温度が著しく低下する。その場合、鋳片の強度が高くなりすぎて矯正操作が不可能となる問題が生じる。鋳片のオーステナイト相が完全に変態を完了する温度以下まで鋳片表層の温度を低下させた後は、冷却水量を減少させたとしても、復熱させなければ鋳片表層の温度が徐々に低下するのを避けることができず、同様の問題が生じる。そのため鋳片を矯正するステップの前に鋳片を復熱させ、鋳片の表面温度をAr3点以上の温度に上昇させるステップを設ける。復熱の際には、冷却水の供給を停止することが好ましい。
復熱温度T2が低すぎる場合には、急冷却時に鋳片表層に与えられる歪が十分に解放されず、その後の矯正時に鋳片表層にはさらに矯正歪がかかる。結果として、鋳片表層において限界歪を超えてしまうため、表面割れや表皮下割れが発生する。
本発明者らは、前述した図2及び後述する図3にも示すように、急冷温度T1(℃)と復熱温度T2(℃)が式(2)の関係を満たす場合には、良好な延性が得られるとともに、割れの発生を抑制できることを知見した。
2/T1≧1.6 (2)
急冷温度T1(℃)と復熱温度T2(℃)は式(3)を満足することが好ましい。式(3)を満足することにより、より良好な延性が得られ、かつ鋳片の割れの発生をより抑制することができる。
2/T1≧1.9 (3)
表2に示す化学組成(鋼A〜D)を有する溶鋼を製造した。表2には、[Ti(%)]/([sol.Al(%)]×[N(ppm)])の値及びAr3点も併せて記載した。
Figure 0006281326
鋼A〜Dでは、互いにTi、Al及びNの含有量の割合を変化させた。表2に示す以外の化学組成は、鋼A〜DのいずれもC:0.05%、Si:0.1%、Mn:1.5%、P:0.005%、S:0.005%、Ni:0.5%、Cu:0.2%、Nb:0.01を含有し、残部はFe及び不純物からなるものであった。鋼A〜Dは、いずれも化学組成は本発明の範囲内であった。しかし、鋼Dは、[Ti(%)]/([sol.Al(%)]×[N(ppm)])の値が本発明の範囲外であった。鋼A〜DのAr3点は、表2に示すように、740〜746℃の範囲内であった。
上記鋼A〜Dの溶鋼を、垂直曲げ型の連続鋳造機を使用して連続鋳造試験を行った。連続鋳造機は、5点矯正型とした。作製する鋳片は、幅2200mm、厚さ240mmとした。連続鋳造時の鋳造速度は0.8m/minで一定とした。鋳型から引き抜いた鋳片は、表面温度が温度T1となるまで急冷し、その後Ar3点以上の温度まで復熱させた。冷却速度は3〜20℃/sの範囲とした。急冷温度T1及び復熱温度T2は、表3に示す値とした。表3には、T1/T2の値も示した。
Figure 0006281326
表3を参照して、本発明例1〜6は、使用する鋼の化学組成及び[Ti(%)]/([sol.Al(%)]×[N(ppm)])の値、急冷温度T1、復熱温度T2及びT2/T1の値がいずれも本発明の範囲内であった。特に、本発明例1〜3は、T2/T1の値が1.9以上であり、好ましい値であった。
比較例1及び2では、復熱温度T2が低く、T2/T1の値が本発明の範囲外であった。
比較例3は、急冷温度T1がAr3点よりも高くかつ750℃以上であり、T2/T1の値が本発明の範囲外であった。
比較例4及び5は、使用する鋼が鋼Dであり[Ti(%)]/([sol.Al(%)]×[N(ppm)])の値が本発明の範囲外であった。比較例5は、T2/T1の値も本発明の範囲外であった。
鋳片の表面温度は、連続鋳造機内に設置した放射温度計により、急冷直後と矯正前において、鋳片F面(連続鋳造機湾曲部外周側の鋳片表面)の幅方向中央部について測定した。急冷直後に測定した温度を急冷温度の代表温度とし、矯正前に測定した温度を復熱温度の代表温度とした。
[割れ発生状況の評価]
鋳造後の鋳片について、横ひび割れおよび表皮下割れの発生状況を評価した。評価は、鋳片断面をダイチェック(染色浸透探傷試験)し、目視観察により行った。ダイチェックは、鋳造長さ5mごと鋳片厚さ方向の断面において全幅について行った。
目視観察の結果により発生していた割れは、横ひび割れと表皮下割れに区分した。横ひび割れは、表面から深さ3mm未満の領域より割れが発生しているものとした。表皮下割れは、表面から深さ3mm以上の領域より割れが発生しているものとした。
横ひび割れ及び表皮下割れの発生状況は、割れ指数として0〜3の4段階で評価した。割れ指数0は、横ひび割れ及び表皮下割れがいずれも観察されなかったことを意味する。割れ指数1は、横ひび割れが表面から深さ1.5mm未満で存在し、手入れによって容易に除去できるレベルであったことを意味する。割れ指数2は、横ひび割れが表面から深さ1.5mm以上5mm未満で存在し、又は表皮下割れが深さ5mm未満で存在し、除去には重度の手入れが必要なレベルであったことを意味する。割れ指数3は、横ひび割れが表面から深さ5mm以上で存在し、又は表皮下割れが深さ5mm以上で存在し、除去には重度の手入れが必要であり、かつ歩留まりの大幅な悪化を招くレベルであったことを意味する。
[試験結果]
図3は、[Ti(%)]/([sol.Al(%)]×[N(ppm)])の値とT2/T1の値と割れ指数との関係を示す図である。表3には、試験条件と併せて、割れ指数を示した。図3は、表3に示した数値をプロットしたものである。図3及び表3から、本発明によれば横ひび割れと表皮下割れの発生を抑制できることがわかる。
比較例1及び2は、割れ指数が3であった。比較例1及び2では、鋳片表面の横ひび割れの発生は防止できた。しかし、表面から5〜10mmの深さで表皮下割れが発生した。表皮下割れは、表皮下の旧オーステナイト粒界に沿って発生していた。伝熱解析の結果、この粒界に沿った表皮下割れは、矯正時における表皮下の温度が脆化温度域に含まれ、矯正応力によって発生したことがわかった。比較例1及び2の結果から、復熱温度T2が低く、T2/T1の値が本発明の範囲外であると、表皮下割れが発生することが確認できた。
比較例3は、割れ指数が3であった。比較例3では、重度の横ひび割れが発生した。比較例3の結果から、急冷温度T1がAr3点よりも高い場合には、急冷後復熱させてから矯正しても、鋳片の表面に横ひび割れが発生することが確認できた。
比較例4及び5は、割れ指数が2であった。比較例4及び5では、鋳片のL面(連続鋳造機湾曲部内周側の鋳片表面)に重度の横ひび割れが発生した。
本発明例1〜6では、鋳片表面の横ひび割れ及び表皮下割れは皆無又は軽度であった。特に、T2/T1の値が1.9以上であった本発明例1〜3では、鋳片表面の横ひび割れ及び表皮下割れはいずれも皆無であった。
以上の結果からも、本発明の規定を満足する化学組成の鋳片を、本発明の規定を満足する条件で急冷及び復熱させ、矯正することによって、横ひび割れ及び表皮下割れの発生を抑制できることがわかった。
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

Claims (3)

  1. 質量%で、
    C:0.03〜0.15%、
    Mn:0.1〜3.0%、及び、
    Ti:0.005〜0.03%、並びに、
    Si:0〜0.5%、
    Ni:0〜2.0%、
    Cu:0〜2.0%、
    Nb:0〜0.01%、
    V:0〜0.05%、
    Cr:0〜0.1%、及び、
    Mo:0〜0.1%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有し、残部はFe及び不純物からなり、
    前記不純物中、
    P:0.04%以下、
    S:0.01%以下、
    N:0.01%以下、及び、
    sol.Al:0.005%未満である化学組成を備える鋼の鋳片を、湾曲型または垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて製造する方法であって、
    前記化学組成が式(1)を満足し、鋳型から引き抜かれた鋳片を、前記鋳片の表面温度がAr点以下かつ750℃未満の温度T(℃)となるまで3〜20℃/sの冷却速度で冷却するステップと、
    前記鋳片の表面温度をAr点以上かつ式(2)を満足する復熱温度T(℃)に上昇させるステップと、
    前記鋳片を復熱させた後、矯正を行うステップと、の一連のステップを含むことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
    [Ti(%)]/([sol.Al(%)]×[N(ppm)])≧0.1 (1)
    /T≧1.6 (2)
    ここで、[Ti(%)]:Ti含有量(質量%)、[sol.Al(%)]:sol.Al含有量(質量%)、[N(ppm)]:N含有量(質量ppm)である。
  2. 請求項1に記載の鋼の連続鋳造方法であって、
    前記鋳片を矯正するステップでは、式(2)に代えて式(3)を用いることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
    /T>≧1.9 (3)
  3. 請求項1又は請求項2に記載の鋼の連続鋳造方法であって、
    前記化学組成は、
    Ni:0.3〜2.0%、
    Cu:0.2〜2.0%、
    Nb:0.0050.01%、
    V:0.01〜0.05%、
    Cr:0.03〜0.1%、及び
    Mo:0.03〜0.1%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有する鋼の連続鋳造方法。
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