JP6402533B2

JP6402533B2 - Ｎｉ含有鋼の連続鋳造方法

Info

Publication number: JP6402533B2
Application number: JP2014165882A
Authority: JP
Inventors: 明人清▲瀬▼; 真之坂本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2034-08-18
Also published as: JP2016041436A

Description

本発明は、Ｎｉ含有鋼の連続鋳造方法に関し、特に、垂直曲げ型または湾曲型連続鋳造機を用いて製造されるＮｉ含有鋼において、表面割れの発生を抑制する連続鋳造方法に関する。

鋼の靭性向上のため、鋼中にＮｉを添加することが一般に行われている。しかしながら、Ｎｉ含有鋼を垂直曲げ型または湾曲型連続鋳造機で鋳造する場合、鋳片表面に割れ（以下、単に表面割れともいう。）が発生する場合があり、手入れ処理などの増工程の原因となる。このような表面割れは、連続鋳造の２次冷却時に鋳片の表面温度がオーステナイト相からフェライト相へ変態する温度（γ→α変態温度）近傍（７００℃〜９００℃）になって熱間延性が低下し、このような温度範囲内にて鋳片矯正による応力を受けることにより発生する。

したがって、Ｎｉ含有鋼の生産性向上のためには、このような鋳片表面割れを抑制することが課題となっている。

このような課題を解決する手段として、特許文献１には、鋳型内溶鋼のメニスカス部から鋳型下端までの鋳片の引き抜き所要時間を１分以内とし、鋳型から引き抜いた後、直ちに２次冷却を行い、１分以内に鋳片表面温度をＡ_３変態温度以下まで冷却することを特徴とする鋼の連続鋳造時における鋳片表面割れの抑制方法、さらに、鋳片表面温度をＡ_３変態温度以下まで冷却した後、復熱させ、曲げ点および矯正点における鋳片表面温度を８５０℃以上とし、鋳型内溶鋼のメニスカス通過後２０分以内に鋳片の矯正を終了することを特徴とする鋼の連続鋳造時における鋳片表面割れの抑制方法が開示されている。

特許文献２には、質量％で、Ｎｉ：５．５〜１０％を含有し、Ｃが０．１％以下、Ｓｉが０．５％以下、Ｍｎが１．０％以下であるＮｉ含有鋼を連続鋳造する方法であって、溶鋼中のＰを０．００１０％以下、Ｓを０．００１０％以下、Ａｌを０．００２〜０．０３０％、Ｎを０．００４０％以下とし、さらにＡｌとＮの％濃度積［Ａｌ］×［Ｎ］を６×１０^−５未満とし、かつ鋳片の２次冷却において下記（１）式で表される鋳片の寸法比Ｒと下記（２）式で表される冷却水量の総和の比Ｗ_Ｒとの関係が下記（３）式を満たす条件で鋳造することを特徴とするＮｉ含有鋼の連続鋳造方法が開示されている。
Ｒ＝Ｗ／Ｔ・・・（１）
Ｗ_Ｒ＝Ｗ_Ｗ／Ｗ_Ｎ・・・（２）
Ｒ＜Ｗ_Ｒ・・・（３）
ただし、Ｗ：鋳片の幅（ｍｍ）、Ｔ：鋳片の厚み（ｍｍ）、Ｗ_Ｗ：鋳片の長辺面の冷却水量の総和（リットル／ｍｉｎ）、Ｗ_Ｎ：鋳片の短辺面の冷却水量の総和（リットル／ｍｉｎ）

特開平９−４７８５４号公報特開平１０−１６６１２６号公報

しかし、上記の方法では、以下の問題点がある。

特許文献１記載の鋼の連続鋳造時における鋳片表面割れの抑制方法は、鋳型から引き抜いた後、直ちに２次冷却を行い、１分以内に鋳片表面温度をＡ_３変態温度以下に冷却するものであるが、通常よりも多量の冷却水を用いなければならず、鋳片幅方向、鋳造方向の冷却が不均一になり、表面割れが助長されるおそれがある。

特許文献２記載の連続鋳造方法では、Ｓだけでなく、Ｐ濃度も０．００１０％以下にしなければならず、精錬負荷が非常に高いという問題がある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、垂直曲げ型または湾曲型連続鋳造機を用いて製造されるＮｉ含有鋼において、表面割れの発生を抑制することが可能な連続鋳造方法を提供することを目的とする。

ここで、垂直曲げ型または湾曲型連続鋳造機を用いて製造されるＮｉ含有鋼の表面割れは、上述したように、鋳片表面温度が７００℃〜９００℃で矯正されるときに生じ、このとき、オーステナイト粒界（以下、γ粒界と記載する場合がある）に沿って割れることが知られている。そのため、γ粒界の脆化を防止することで、割れ深さを低減することができ、手入れの必要がない浅い割れに抑制することができると着想した。

そこで、本発明者らは、表面割れを抑制するべく、γ粒界を脆化させる鋼組成について鋭意検討した。その結果、鋼中のＣｒ濃度を制御することで、γ粒界の脆化を防止して表面割れを抑制できることを見出した。

本発明は、得られた知見を基に更に検討を加えてなされたもので、その要旨は以下の通りである。

Ｎｉ含有鋼を、垂直曲げ型連続鋳造機または湾曲型連続鋳造機を用いて連続鋳造する方法であって、質量％で、溶鋼中のＮｉ濃度を０．２〜３％、Ｃｒ濃度を０．２〜１％、Ｓ濃度を０．００２０％以下にし、鋳片の表面温度が８００℃以上、８４０℃以下で鋳片の矯正を行なうことを特徴とするＮｉ含有鋼の連続鋳造方法。

本発明によれば、垂直曲げ型または湾曲型連続鋳造機を用いて製造される高靭性のＮｉ含有鋼において、製造コストや製造工程を増加させることなく、鋼組成を制御することにより表面割れの発生を抑制できる。

本実施形態における、絞り値に及ぼす引張温度と鋼成分の影響を示すグラフである。

以下、本発明に係るＮｉ含有鋼の連続鋳造方法について説明する。

まず、表面割れを抑制すべくγ粒界の脆化に影響を及ぼす鋼組成について検討した結果を説明する。

上述したように、本発明者らは、垂直曲げ型または湾曲型連続鋳造機を用いて製造されるＮｉ含有鋼において、鋳片の表面に発生する表面割れを抑制するため、鋼組成について鋭意検討し、表面割れの要因となるγ粒界の脆化を防止することに着目した。その結果、鋼中のＣｒ濃度を０．２〜１％とすることで、Ｎｉ含有鋼の鋳片表面割れを抑制できることを見出した。以下に詳細に説明する。

γ粒界を脆化させる元素について検討を行った結果、Ｎｉ含有鋼においてはＣｒが大きな影響を及ぼすことが分かった。図１に、Ｎｉ含有鋼の絞り値に及ぼすＣｒ濃度と引張温度の影響を、熱間引張り試験機を用いて調査した結果を示す。この試験は、鋼成分を調整したＮｉ含有鋼から直径１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験片を採取し、２０℃／秒で１３５０℃まで加熱昇温して１０分間保定した後、５℃／秒で所定の温度まで降温して２分間保定し、その後、０．００５／秒のひずみ速度で引張り破断させ、絞り値を求めたものである。

図１に示すグラフより分かるように、０．１％のＣｒを含有する鋼では引張温度がγ→α変態温度域である７００℃〜９００℃の範囲で絞り値が４０％以下となった。なお、熱間引張り試験機で評価される絞り値が４０％以下の場合に、連続鋳造鋳片で表面割れが生じると言われている。一方、Ｃｒ濃度を０．２％とした場合、８００〜９００℃の絞り値は４０％超となり、鋳片の割れが生じにくい範囲まで延性が回復している。さらに、Ｃｒ濃度が１．０％にした場合も、８００〜９００℃における絞り値が４０％を超えている。

なお、Ｃｒによるγ粒界の脆化防止メカニズムについては十分明らかになっていないが、本発明者らは、Ｎｉ＞０．２％かつＣｒ＜０．２％の場合に、γ粒界が著しく脆化することを見出した。これは、γ粒界に偏析したＮｉとＳの相互作用による粒界脆化を、ＣｒがＳの粒界偏析を抑制することで防止していると考えられる。

以上の調査結果をふまえ、本発明のＮｉ含有鋼の連続鋳造方法について詳細に説明する。

本実施形態のＮｉ含有鋼の連続鋳造方法は、Ｎｉ含有鋼を、垂直曲げ型連続鋳造機または湾曲型連続鋳造機を用いて連続鋳造する方法であって、質量％で、溶鋼中のＮｉ濃度を０．２〜３％、Ｃｒ濃度を０．２〜１％にし、鋳片の表面温度が８００℃以上で、鋳片の矯正を行なうことを特徴とする。

以下、本実施形態の鋼の化学組成を限定した理由を説明する。以降、「％」との表記は「質量％」のことである。

［Ｎｉ：０．２〜３％］
鋼中のＮｉは、鋼材の強度、靭性を向上させるために添加される元素である。強度、靭性を向上させるために必要な添加量は０．２％以上である。一方、３％を超えて過剰に添加すると、オーステナイト粒界酸化が大きくなり過ぎ、粒界割れの起点が発生するため、Ｓ濃度を低減し、オーステナイト粒界の脆化を防止しても、割れ深さを低減することが困難となる。したがって、上限は３％とする。なお、Ｎｉ濃度が０．２％未満であれば、Ｃｒの添加を行なわずとも、通常の連続鋳造において表面割れが発生することはない。

ここで、ＮｉはＦｅよりも貴な元素で、酸化されにくいという性質を有している。一方、γ粒界には、Ｓｉなどの酸化されやすい元素が偏析している。粒内は酸化されにくく、粒界が酸化されやすい状態にあるため、一般的には、粒界が優先的に酸化される。従って、Ｎｉ添加量が多い場合は、酸化されにくいＮｉが多いということになり、酸化されやすい元素が偏析する傾向にあるγ粒界の酸化が大きくなる。そして、このようにγ粒界だけが大きく酸化されるので、鋼板表面にあたかもノッチ（切り欠き）が入ったようになり、鋳片表面に引張り応力がかかった際に、ノッチが起点となり割れやすくなる。

以上のように、本発明においては、Ｎｉ濃度を０．２〜３％とすることが重要である。

［Ｃｒ：０．２〜１％］
Ｃｒはオーステナイト粒界を脆化させるＳの粒界偏析を防止する元素であり、Ｎｉ含有鋼の表面割れ抑制に有効に作用する。０．２％以上含有することによりＳの粒界偏析防止が可能となる。１％を超えて添加しても効果は同等であるため、コスト削減の関連から上限を１％とする。

以上説明した組成は、鋳造を開始するまでの溶鋼段階で、常法により調整することで実施できる。例えば、Ｃｒは、転炉工程、二次精錬工程で、例えば金属Ｃｒやフェロクロムなどを添加することで０．２〜１％含有させることができる。

本発明に係る連続鋳造方法は、上述してきたような組成を有するＮｉ含有鋼を、垂直曲げ型連鋳機または湾曲型連鋳機を用いて鋳造する。

［鋳片の矯正を行う際の鋳片表面温度：８００℃以上］
上述したように、垂直曲げ型連鋳機または湾曲型連鋳機を用いて鋼を鋳造する場合、鋳片を矯正する際に鋳片上面に表面割れが生じるという問題がある。したがって、表面割れを抑制するためには、鋼が脆化する温度範囲を回避するよう２次冷却や鋳造速度を調整する。

図１に示すように、Ｃｒ濃度を本発明の範囲である０．２〜１％とすると、引張温度が８００℃以上のときに、４０％を超える絞り値を確保することができる。これより、鋳片の矯正を行う際の鋳片表面温度を８００℃以上とする。なお、表面温度の上限については特には制限しないが、温度が高すぎると内部割れや鋳片酸化量の増大が生じるため、９００℃以下が望ましい。

また、本発明において、鋳造速度や２次冷却の比水量（鋳片単位重量当たりの２次冷却水の量）については、鋳造速度は、０．８〜１．５ｍｐｍ、２次冷却の比水量は、０．７〜１．５リットル／ｋｇとすることが好ましい。

以下、実施例により本発明の効果を説明するが、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。

表１に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．７の化学成分を有する鋼を、それぞれ垂直曲げ型連続鋳造機または湾曲型連続鋳造機を用いて鋳造した。その際、２次冷却の冷却条件、鋳造速度を変更することで、矯正帯での鋳片表面温度を、表１に示すように変更した。

鋳造後の鋼において、鋳造方向に垂直な断面を観察し、断面内の最も深い割れの深さを測定し、指数付けをおこなった。割れ深さが０．２ｍｍ未満で手入れの必要のないものを鋳片表面割れ指数１、深さ０．２ｍｍ以上１ｍｍ未満で手入れの必要のあるものを２、深さ１ｍｍ以上で屑化しなければならないものを３とした。

Ｎｏ．１、３は化学成分、製造条件ともに本発明例、Ｎｏ．２は参考例である。いずれも、鋳片表面割れ指数は１であり、手入れが不要であった。

一方、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．７は比較例である。Ｎｏ．４はＣｒ濃度が低いために、手入れが必要な割れが発生した。Ｎｏ．５はＮｉ濃度が高すぎるため、１ｍｍ以上の深い割れが発生し、屑化せざるを得なかった。Ｎｏ．６は、矯正帯での鋳片表面温度が低すぎたため、１ｍｍ以上の深い割れが発生し、屑化せざるを得なかった。Ｎｏ．７は、割れは発生しなかったものの、Ｎｉ濃度が低すぎたため、鋼の強度・靭性が不足してしまった。

Claims

Ｎｉ含有鋼を、垂直曲げ型連続鋳造機または湾曲型連続鋳造機を用いて連続鋳造する方法であって、
質量％で、溶鋼中のＮｉ濃度を０．２〜３％、Ｃｒ濃度を０．２〜１％、Ｓ濃度を０．００２０％以下にし、鋳片の表面温度が８００℃以上、８４０℃以下で鋳片の矯正を行うことを特徴とするＮｉ含有鋼の連続鋳造方法。