JP6515278B2 - 炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、凝固する際に初晶としてγ相（γ−Ｆｅ）が晶出するγ凝固鋼からなり、微細な凝固組織を有する炭素鋼鋳片及びこの炭素鋼鋳片の製造方法に関するものである。

一般に、上述のγ凝固鋼からなる炭素鋼鋳片は、例えば機械部品、工具、刃物等の素材として広く使用されている。
上述の炭素鋼鋳片は、連続鋳造法あるいは造塊法によって製造されるが、鋳造時において最終凝固部に添加元素が濃化して中心偏析が生じることがある。中心偏析が生じると、粗大な炭化物や硫化物が発生し、炭素鋼鋳片の特性が劣化するおそれがあった。また、鋳造時において凝固過程の冷却や凝固収縮の不均一により、炭素鋼鋳片の表面割れが発生することがあった。

炭素鋼鋳片における中心偏析や表面割れを軽減するためには、炭素鋼鋳片の凝固組織を微細化して等軸晶とすることが効果的であることが知られている。
炭素鋼鋳片の凝固組織を微細化する手段としては、例えば特許文献１には、鋳造時における溶鋼温度を低下させて低温鋳造を行う方法が提案されている。
また、特許文献２には、鋳型内の溶鋼を電磁撹拌し、鋳型内での柱状晶の成長を抑制して等軸晶率を向上させる方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１のように低温鋳造を行った場合には、溶鋼が通過するノズルの閉塞等が生じやすく、操業が安定しないといった問題があった。また、鋳型内の介在物の浮上性が悪化し、炭素鋼鋳片の清浄性が低下するおそれがあった。さらに、凝固組織を安定して微細化することができないおそれがあった。
また、特許文献２のように鋳型内の溶鋼を電磁撹拌した場合には、炭素鋼鋳片の厚さ中央部の凝固組織を微細化することは可能であるが、鋳片の表層近傍の凝固組織を微細化することは困難であった。

そこで、特許文献３〜６には、凝固する際に初晶としてγ相（γ−Ｆｅ）が晶出するγ凝固鋼を対象として、溶鋼中に凝固核（接種核）となる硫化物、酸化物等の介在物を生成させて含有することにより、等軸晶を生成させる方法が提案されている。
ここで、特許文献３においては、凝固核（接種核）となる介在物として、ＭｇＳ、ＺｒＯ_２、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｃｅ_２Ｏ_３が示されている。
また、特許文献４〜６においては、凝固核（接種核）となる介在物として、ＺｒＯ_２が示されている。
これらの介在物は、γ相（γ―Ｆｅ）との格子整合性が高く、γ凝固鋼に対する接種効果が高い。

特公平０７−８４６１７号公報 特開昭５０−１６６１６号公報 特開２００１−３４７３４９号公報 特開２００２−３２１０４３号公報 特開２００２−３０２７３８号公報 特開２００２−３６３７０２号公報

ところで、鋳片の等軸晶率を高めるためには、接種核をできるだけ数多く、均一に分散することが重要である。一般に、酸化物は溶鋼との濡れ性が悪いため、溶鋼中で流動等により酸化物同士が衝突、接触すると、凝集合体し、個々の酸化物は粗大化する傾向にある。凝集合体による個数減少に加えて、粗大化した酸化物の溶鋼中の浮上速度は大きいので、湯面のスラグに吸収されるなどして溶鋼中から早期に除去され易く、溶鋼中の酸化物の個数はますます減少する。また、酸化物を溶鋼中に微細分散させても、鋳造までの時間がかかってしまうと、酸化物の浮上除去が進んで、個数は減少してしまう。このように、濡れ性の悪い酸化物を溶鋼中に、さらに鋳片中に多数を微細分散させることは困難である。この課題に対し、特許文献４は、接種核としてのＺｒＯ_２を生成させるためにＺｒを添加する際、複数回に分割して添加し、添加部位近傍でＺｒＯ_２の個数密度が高くなることを回避して、凝集合体の頻度を低減することを提案している。しかし、ＺｒＯ_２と溶鋼との濡れ性（凝集合体性）を改善するものではないため、ＺｒＯ_２の分散挙動を大きく改善するには至らなかった。

また、溶鋼温度におけるＺｒＯ_２の結晶構造は正方晶（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ）であり、底面ａ軸と側面ｃ軸の格子定数が異なる（格子定数ａ＝ｂ≠ｃ）。正方晶のＺｒＯ_２は、γ−Ｆｅの結晶構造の面心立方晶ｆｃｃ（ａ＝ｂ＝ｃ）よりも対称性が低いため、γ−Ｆｅに対する接種核としての効果に限界があった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、凝固する際に初晶としてγ相（γ−Ｆｅ）が晶出するγ凝固鋼からなり、凝固組織が十分に微細化し、中心偏析や表面割れが抑制された高品質な炭素鋼鋳片、及び、この炭素鋼鋳片の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る炭素鋼鋳片は、質量％で、Ｃ：０．５０％超え１．５０％以下、Ｓｉ：０．０１％以上１．２％以下、Ｍｎ：０．０１％以上３．０％以下、Ｐ：０．００１０％以上０．０５０％以下、Ｓ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｔ．Ａｌ：０．００１％以上０．３０％以下、Ｃａ：０．０００２％以上０．００４０％以下、Ｚｒ：０．００１０％以上０．２５％以下、Ｔ．Ｏ：０．０００５％以上０．００５０％以下、を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物とされるとともに、Ｔ．Ｏの含有量［％Ｔ．Ｏ］と、Ｃａの含有量［％Ｃａ］と、Ｚｒの含有量［％Ｚｒ］と、Ｔ．Ａｌの含有量［％Ｔ．Ａｌ］とが、下記の（１）式及び（２）式を満足しており、
０．２≦［％Ｃａ］／［％Ｔ．Ｏ］≦０．８ ・・・（１）
［％Ｚｒ］≧４×［％Ｃａ］×（３．４×［％Ｔ．Ａｌ］＋１．０） ・・・（２）
内部に、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物が分散されており、 前記介在物の平均組成が、下記の（３）式及び（４）式を満足しており、
０≦（％Ａｌ_２Ｏ_３）≦１８ ・・・（３）
０．０４≦（％ＣａＯ）／（％ＺｒＯ_２）≦０．２２ ・・・（４）
前記介在物のうち、ＣａＯ安定化ＺｒＯ _２ である領域の断面積率の平均値が６７％以上であり、長径１μｍ以上１０μｍ以下のサイズの前記介在物が個数密度で１０個／ｍｍ^２以上５００個／ｍｍ^２以下の範囲内で分散されていることを特徴としている。

この構成の炭素鋼鋳片によれば、内部に、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物が分散されており、この介在物の平均組成が、上述の（３）式及び（４）式を満足している。この組成のＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物は、後述するように、Ａｌ脱酸後にＣａを添加してＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を形成し、その後、Ｚｒを添加して、このＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を改質することによって形成されるものである。このＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物は、ＣａＯ濃度が１１％以下である領域の断面積率の平均値が６７％以上とされている。このＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物のうちＣａＯ安定化ＺｒＯ _２ である領域は立方晶となっていることから、介在物全体としてγ相（γ―Ｆｅ）との格子整合性が高くなっている。
そして、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる長径１μｍ以上１０μｍ以下のサイズの介在物が、個数密度で１０個／ｍｍ^２以上５００個／ｍｍ^２以下の範囲内で分散されているので、凝固組織を確実に微細化することができる。よって、中心偏析や表面割れの無い高品質な炭素鋼鋳片を得ることができる。

本発明に係る炭素鋼鋳片の製造方法は、上述の炭素鋼鋳片を製造する炭素鋼鋳片の製造方法であって、溶鋼にＡｌを添加して脱酸を行うＡｌ脱酸工程と、Ａｌ脱酸後にＣａを添加するＣａ添加工程と、Ｃａ添加後にＺｒを添加するＺｒ添加工程と、成分調整した溶鋼を鋳造する鋳造工程と、を有し、前記Ａｌ脱酸工程及び前記Ｃａ添加工程により、溶鋼中にＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を分散させるとともに、前記Ｚｒ添加工程により、前記ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物とＺｒとを反応させて、前記（３）式及び前記（４）式を満足する平均組成を有するＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる前記介在物を形成することを特徴とする。

この構成の炭素鋼鋳片の製造方法においては、溶鋼にＡｌを添加して脱酸を行うＡｌ脱酸工程と、Ａｌ脱酸後にＣａを添加するＣａ添加工程と、Ｃａ添加後にＺｒを添加するＺｒ添加工程と、を備えているので、Ａｌ脱酸後にＣａを添加することによって、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を形成している。このＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物は、固相酸化物と比べて溶鋼との濡れ性が良好であることから、溶鋼中に広く分散させることが可能となる。
そして、このＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物が分散している溶鋼に対してＣａを添加することにより、このＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を改質して、γ相（γ−Ｆｅ）との格子整合性の高い上述のＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物を溶鋼中に、多数、微細に分散させることができ、接種効果を確実に発揮させて、凝固組織を確実に微細化することができる。

上述のように、本発明によれば、凝固する際に初晶としてγ相（γ−Ｆｅ）が晶出するγ凝固鋼からなり、凝固組織が十分に微細化し、中心偏析や表面割れが抑制された高品質な炭素鋼鋳片、及び、この炭素鋼鋳片の製造方法を提供することが可能となる。

Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＺｒＯ_２三元系状態図である。（各成分濃度がｍｏｌ％表示であることに注意。一方、本明細書中では、質量％を用いて記載している。） 図１の部分拡大図である。 本発明の実施形態である炭素鋼鋳片の製造方法のフロー図である。

以下に、本発明の実施形態である炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

本実施形態である炭素鋼鋳片は、その組成が、質量％で、Ｃ：０．５０％超え１．５０％以下、Ｓｉ：０．０１％以上１．２％以下、Ｍｎ：０．０１％以上３．０％以下、Ｐ：０．００１０％以上０．０５０％以下、Ｓ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｔ．Ａｌ：０．００１％以上０．３０％以下、Ｃａ：０．０００２％以上０．００４０％以下、Ｚｒ：０．００１０％以上０．２５％以下、Ｔ．Ｏ：０．０００５％以上０．００５０％以下、を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物とされている。
さらに、Ｔ．Ｏの含有量［％Ｔ．Ｏ］と、Ｃａの含有量［％Ｃａ］と、Ｚｒの含有量［％Ｚｒ］と、Ｔ．Ａｌの含有量［％Ｔ．Ａｌ］とが、下記の（１）式及び（２）式を満足している。
０．２≦［％Ｃａ］／［％Ｔ．Ｏ］≦０．８ ・・・（１）
［％Ｚｒ］≧４×［％Ｃａ］×（３．４×［％Ｔ．Ａｌ］＋１．０） ・・・（２）

そして、本実施形態である炭素鋼鋳片においては、内部に、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物が分散されており、このＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物は、下記の（３）式及び（４）式を満足する平均組成とされている。
０≦（％Ａｌ_２Ｏ_３）≦１８ ・・・（３）
０．０４≦（％ＣａＯ）／（％ＺｒＯ_２）≦０．２２ ・・・（４）
また、本実施形態では。ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる長径１μｍ以上１０μｍ以下のサイズの介在物が、個数密度で１０個／ｍｍ^２以上５００個／ｍｍ^２以下の範囲内で分散されている。

ここで、本実施形態においては、上述のＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物が、溶鋼中に分散していることにより、凝固時にこれらの介在物が接種核として作用することで、炭素鋼鋳片の等軸晶化を図っている。すなわち、本実施形態の炭素鋼片においては、上述のように微細なＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物が分散していることから、凝固組織が十分に微細化されていることになる。
以下に、接種核となるＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物、及び、この介在物を分散させる方法について説明する。

本実施形態では、上述のＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物を溶鋼中に分散させるために、介在物を形成する中間段階において、液相酸化物（表面が液相に被覆された、液相率が高い酸化物）を生成させている。液相酸化物は、固相酸化物に比べて、溶鋼との濡れ性が良く、溶鋼中での凝集合体性が低いので、微細分散した状態を維持し易い。そして、十分に微細分散した状態の液相酸化物を改質して、接種核となる介在物を得ることにより、最終的に得られるＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物（接種核）は確実に微細分散されることになる。

本実施形態では、３種類の脱酸元素のＡｌ、Ｃａ、Ｚｒを用いて、最終的にＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物を微細分散させるために、その添加順序と添加量とを規定している。
添加順序は、まずＡｌ脱酸を行い、次にＣａ脱酸を、最後にＺｒ脱酸を行う。Ｃａ脱酸後に生成されるＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物を液相酸化物とすることで、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物の凝集合体を抑制して、微細分散させている。

ここで、Ｃａ脱酸後に、上述の液相酸化物を得るために、以下の式（１）によってＣａ量を規定している。
０．２≦［％Ｃａ］／［％Ｔ．Ｏ］≦０．８ ・・・（１）
式（１）下限を満たす量のＣａを添加して脱酸すれば、液相率が高い（５０％以上）ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物（ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物）が生成することになる。式（１）下限未満では、Ｃａ脱酸後に生成するＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物の液相率が低く、表面が液相で被覆されないで固相が表面に露出した酸化物になる。そのため、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物の凝集合体が容易に進行してしまい、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物を微細分散することができない。すると、このＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物を改質することで最終的に得られるＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物についても微細分散することができないおそれがある。
なお、式（１）上限は、Ｚｒ添加後に生ずる、γ相の接種効果の無いＣａＺｒＯ_３（ＣａＯとＺｒＯ_２がモル比１：１の複合酸化物）の生成を抑制して、接種核として有効なＺｒＯ_２の生成を促進するために規定している。すなわち、ＣａＺｒＯ_３中の（％Ｃａ）／（％Ｏ）＝０．８を超えた範囲では、ＺｒＯ_２の代わりにＣａＺｒＯ_３が生成して、接種効果を得られない。

また、γ−Ｆｅに対する接種核として、特許文献３〜６ではＺｒＯ_２が提案されている。溶鋼温度におけるＺｒＯ_２の結晶構造は正方晶（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ）であり、底面ａ軸と側面ｃ軸の格子定数が異なる（格子定数ａ＝ｂ≠ｃ）。γ−Ｆｅと格子整合性が良好であるのは、正方晶の底面であり、ＺｒＯ_２の底面の格子定数が、γ−Ｆｅの格子定数と近い。しかし、正方晶は、γ−Ｆｅの結晶構造の面心立方晶ｆｃｃ（ａ＝ｂ＝ｃ）よりも対称性が低いため、γ−Ｆｅに対する接種核としての効果に限界があった。
一方、ＺｒＯ_２に、ＣａＯを固溶させると、ＣａＯ安定化ＺｒＯ_２（ＣａＯ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ；以下、ＣＳＺと記載する）が１１４０℃以上で生成することが知られている。ＣＳＺの結晶構造は立方晶であるため、γ−Ｆｅに対する接種効果は正方晶であるＺｒＯ_２よりも高い。ＣａＯ固溶量は温度で変わるが、例えば、溶鋼温度として一般的な１６００℃の場合、質量％で５〜１１％のＣａＯを固溶させると、ＣＳＺが生成することがＣａＯ−ＺｒＯ_２二元系状態図から分かる。

本実施形態においては、γ−Ｆｅに対する接種効果が高い立方晶のＣＳＺを生成する。そのために、式（２）でＺｒ量を規定している。
４×［％Ｃａ］×（３．４×［％Ｔ．Ａｌ］＋１．０）≦［％Ｚｒ］ ・・・（２）
式（２）はＣａ量とＡｌ量が多いほど、Ｚｒ量を増やす必要があることを示す。この式（２）は、熱力学計算によるシミュレーションから求めた。
図１と、その一部を拡大した図２に、１６００℃におけるＡｌ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＺｒＯ_２三元系状態図（Ｔ．Ｍｕｒａｋａｍｉ，Ｈ．Ｆｕｋｕｙａｍａ，Ｔ．Ｋｉｓｈｉｄａ，Ｍ．Ｓｕｓａ ａｎｄ Ｋ．Ｎａｇａｔａ：Ｍｅｔａｌｌ． Ｍａｔｅｒ． Ｔｒａｎｓ． Ｂ，２０００，ｖｏｌ．３１Ｂ，ｐｐ．２５−３３を基に、説明のため一部加筆したもの）を示す。両図を参照して、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物が存在する溶鋼にＺｒを添加した場合における酸化物組成の代表的な変化の例を模式的に説明する。元の図では、ＣＳＺはＣｓｓ（ｓｓ＝ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ、固溶体の意味。この場合、ＣａＯが固溶しているＺｒＯ_２相を指す。）、ＣａＺｒＯ_３はＣＺ、正方晶のＺｒＯ_２はＴｓｓと表記されている。なお、図１、図２では各成分濃度がｍｏｌ％で表示されている。一方、本明細書中では、特に断りの無い限り、質量％表示を用いて記載している。

まず、Ｚｒ添加前にＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相介在物を生成させてから、Ｚｒを少量添加すると、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２系液相介在物が生成する（図１中の点ａ）。Ｚｒ量を増やすにしたがって、液相介在物が減少し続ける一方でＣａＯとＺｒＯ_２のモル比が１：１の複合酸化物ＣａＺｒＯ_３が生成し始める（点ｂ）。ＣａＺｒＯ_３は溶鋼温度では固相であり、また、γ−Ｆｅとの格子整合性も低いため、γ−Ｆｅに対する接種効果も無い。さらにＺｒ量を増やすにつれて、液相介在物は一層減少してＣａＺｒＯ_３が増加し、やがてＣＳＺが生成し始める（点ｃ）。Ｚｒ量が式（２）を満たすまでに増加すると、ＣＳＺが酸化物の２／３以上の体積を占めるまで増大する。さらにＺｒを追加すると、ＣＳＺとＣＺの二相領域（点ｄ）に達し、ＣＳＺ単相領域（点ｅ）、そして正方晶のＺｒＯ_２が生成する領域（点ｆ）まで変化する。
なお、図１によれば、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２系液相介在物とＣＳＺの二相が平衡する、狭い組成領域（点ｇを含む領域）も存在する。

式（２）を満たす量のＺｒを添加すれば、ＣＳＺが断面積の２／３以上を占めるＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物が生成することになり、γ−Ｆｅに対して高い接種効果が得られる。介在物全体として高い接種効果を得るためには、ＣＳＺが２／３以上を占める必要がある。
式（２）を満たさない量では、十分な量のＣＳＺが得られない。その場合、残りの部分が主に、（i）ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２系液相介在物である場合、（ii）ＣａＯとＺｒＯ_２がモル比１：１で形成された複合酸化物ＣａＺｒＯ_３である場合、（iii）液相とＣａＺｒＯ_３の混合の場合、（iv）正方晶のＺｒＯ_２である場合、の４通りがある。ここで、ＣａＺｒＯ_３は、上述のように、γ−Ｆｅと格子整合性が低いため、γ−Ｆｅに対する接種効果はほとんど無い。

このようにして得られた鋳片に分布する最終的な介在物は、以下の組成である。
０≦（％Ａｌ_２Ｏ_３）≦１８ ・・・（３）
０．０４＜（％ＣａＯ）／（％ＺｒＯ_２）≦０．２２ ・・・（４）
いずれも、ＣＳＺが２／３以上を占める場合の、介在物全体の平均組成の条件を示している。上述の介在物においては、Ｃａ量、その他条件により、最終的にＣＳＺのほかに、（i）ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２系液相介在物が残る場合と、（ii）ＣａＺｒＯ_３が残る場合、（iii）液相介在物とＣａＺｒＯ_３が混合して残る場合、（iv）正方晶のＺｒＯ_２が残る場合があるが、（i）から式（３）の上限、（ii）から式（４）の上限、（iv）から式（４）の下限が規定される。

まず、式（３）の上限から説明する。（i）ＣＳＺと液相介在物の二相共存領域（図１の点ｇを含む領域）における介在物の、Ａｌ_２Ｏ_３の平均濃度の最大値から規定した。ＣＳＺへのＡｌ_２Ｏ_３の固溶限は約１％である。また、ＣＳＺ以外の液相介在物中のＡｌ_２Ｏ_３濃度は最大５２％である。介在物全体に占めるＣＳＺの断面積率が低くなるほど、ＣＳＺと液相介在物を合わせた介在物全体に含まれるＡｌ_２Ｏ_３の平均濃度（％Ａｌ_２Ｏ_３）は上昇する。（％Ａｌ_２Ｏ_３）の値は、ＣＳＺの断面積率が最小の２／３の時に最大となり、２／３×１％＋１／３×５２％＝１８％と算出される。この値が、ＣＳＺの断面積率が最小の２／３を確保するために許容される、Ａｌ_２Ｏ_３の平均濃度（％Ａｌ_２Ｏ_３）の最大値である。下限については、Ａｌ_２Ｏ_３を含有しない場合があり得ることから０である。

次に、式（４）の上限を説明する。（ii）ＣＳＺとＣａＺｒＯ_３の二相共存領域（図１、２の点ｄを含む領域）において、ＣａＺｒＯ_３が１／３以上を占める場合から規定される。溶鋼中におけるＣＳＺへのＣａＯの固溶限は約１１％であり、また、ＣａＺｒＯ_３中のＣａＯの割合は３１．３％である。介在物全体としての平均ＣａＯ濃度（％ＣａＯ）と平均ＺｒＯ_２濃度（％ＺｒＯ_２）の比は、ＣＳＺの断面積率が最小の２／３である時に最大となり、（２／３×１１％＋１／３×３１．３％）／（２／３×８９％＋１／３×６８．７％）＝０．２２と算出される。この値が、ＣＳＺの断面積率が最小の２／３を確保するために許容される（％ＣａＯ）／（％ＺｒＯ_２）の最大値である。

また、式（４）の下限については、Ｚｒを多量に添加して、（iv）ＣＳＺと正方晶のＺｒＯ_２の二相共存領域（図１、２の点ｆを含む領域）において、正方晶のＺｒＯ_２が１／３を占めた場合から規定される。Ｔ．Ｍｕｒａｋａｍｉ ｅｔ ａｌ．の文献によると、ＣＳＺと正方晶のＺｒＯ_２の平衡組成には範囲（図２の太線Ｌａ、Ｌｂ）があるが、ＣＡ_６（ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３）−正方晶のＺｒＯ_２−ＣＳＺの三相平衡時の正方晶のＺｒＯ_２とＣＳＺの組成（図２の点ｈ）で算出した式（４）の値が最小値をとる。この時、正方晶のＺｒＯ_２へのＣａＯの固溶量は０．２２％であり、ＣＳＺへのＣａＯの固溶量は５．８％である。式（４）を計算すると、（１／３×０．２２＋２／３×５．８）／（１／３×９９．７８＋２／３×９４．２）＝０．０４である。

（介在物のサイズ）
炭素鋼鋳片中の介在物は、圧延等の加工が施されていないことから、ほぼ球形をなしており、大部分が長径／短径の比は３以下程度である。このため、介在物の長径によって介在物のサイズを規定することが可能である。
ここで、長径が１μｍ未満である場合には、接種核としての効果が低く、凝固組織を微細化させることができない。また、光学顕微鏡を用いて倍率１０００倍で観察することが困難となる。一方、長径が１０μｍを超えると、介在物の個数が確保することができなくなる。このため、本実施形態では、長径が１μｍ以上１０μｍ以下の介在物の個数密度を規定している。

（介在物の個数密度）
上述のサイズの介在物の個数密度が１０個／ｍｍ^２未満の場合には、鋳片内で広範囲にわたって等軸晶を生成させるには不十分であって、凝固組織を微細化できない。一方、上述のサイズの介在物の個数密度が５００個／ｍｍ^２を超える場合には、介在物の数が多すぎて、製品疵の原因となるおそれがある。また、加工性や靭性が劣化するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、長径１μｍ以上１０μｍ以下のサイズの介在物の個数密度を、１０個／ｍｍ^２以上５００個／ｍｍ^２以下の範囲内に規定している。なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、個数密度を２０個／ｍｍ^２以上２００個／ｍｍ^２以下の範囲内とすることが好ましい。

また、以下に、本実施形態において、炭素鋼鋳片の各元素量を規定した理由を示す。

（Ｃ：炭素）
Ｃは、炭素鋼鋳片の強度を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｃの含有量が０．５０％超えとすることにより、凝固する際に初晶としてγ相（γ−Ｆｅ）が晶出するγ凝固鋼となる。ここで、Ｃの含有量が１．５０％を超えると、加工性、溶接性が低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｃの含有量を０．５０％超え１．５０％以下の範囲内に規定している。

（Ｓｉ：ケイ素）
Ｓｉは、溶鋼の脱酸を促進するとともに、炭素鋼鋳片の強度を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｓｉの含有量が０．０１％未満では、上述の作用効果を奏功せしめることができない。一方、Ｓｉの含有量が１．２％を超えると、加工性、溶接性が低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｓｉの含有量を０．０１％以上１．２％以下の範囲内に規定している。

（Ｍｎ：マンガン）
Ｍｎは、炭素鋼鋳片の強度及び靭性を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｍｎの含有量が０．０１％未満では、上述の作用効果を奏功せしめることができない。一方、Ｍｎの含有量が３．０％を超えると、溶接性が低下してしまう。
以上のことから、本実施形態では、Ｍｎの含有量を０．０１％以上３．０％以下の範囲内に規定している。

（Ｐ：リン）
Ｐは、炭素鋼鋳片の靭性に影響を与える元素であるが、不可避的に０．００１０％は含有される。ここで、Ｐの含有量が０．０５０％を超えると、中心偏析が激しくなり、炭素鋼鋳片の靭性が劣化してしまう。
以上のことから、本実施形態では、Ｐの含有量を０．００１０％以上０．０５０％以下の範囲内に規定している。

（Ｓ：硫黄）
Ｓは、炭素鋼鋳片の靭性に影響を与える元素であるが、不可避的に０．０００１％は含有される。ここで、Ｓの含有量が０．０１００％を超えると、粗大な介在物が生成し、炭素鋼鋳片の靭性が顕著に劣化してしまう。
以上のことから、本実施形態では、Ｓの含有量を０．０００１％以上０．０１００％以下の範囲内に規定している。

（Ｔ．Ａｌ：アルミニウム）
Ａｌは、溶鋼を脱酸するために一般的に添加される元素である。ここで、Ｔ．Ａｌの含有量が０．００１％未満では、十分に脱酸をすることができない。一方、Ｔ．Ａｌの含有量が０．３０％を超えると、粗大な介在物（Ａｌ_２Ｏ_３クラスター、ＡｌＮ）が発生し、炭素鋼鋳片の品質が劣化するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｔ．Ａｌの含有量を０．００１％以上０．３０％以下の範囲内に規定している。なお、本発明において、Ｔ．Ａｌ（トータルアルミニウム）の含有量は、溶鋼中のアルミニウムに加え、化合物の状態で炭素鋼鋳片に含有されているアルミニウムを含む合計量である。

（Ｃａ：カルシウム）
Ｃａは、本発明では２点の重要な作用を有する。
（１）まず、接種核となるＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物、特に接種作用を担うＣＳＺの形成元素である。上述したように、ＣＳＺは立方晶であり、正方晶であるＺｒＯ_２よりもγ−Ｆｅに対する高い接種効果を有する。本実施形態で生成されるＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物は、観察断面積の２／３以上が正方晶のＣＳＺであるので、十分に高い接種効果を有する。
（２）最終的に生成されるＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物を、溶鋼中（鋳片内部）に、多数、微細に分散させるために重要な影響を与える元素である。すなわち、Ａｌ脱酸後にＣａ添加することにより、溶鋼中にＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を生成するので、その後にＺｒ添加すれば、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物を溶鋼中に確実に微細分散できる。液相酸化物は固相酸化物に比べて溶鋼との濡れ性が良好であるので凝集合体しにくいためである。このように、Ｚｒ添加前に凝集合体しにくいＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を生成し、これを改質することにより、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物を溶鋼中に、多数、微細に分散させることが可能となる。

ここで、Ｃａの含有量が０．０００２％未満では、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を生成することができない。そして、ＣＳＺを生成することができない。一方、０．００４０％を超えると、Ｚｒ添加後に生成する複合酸化物のＣａＯ含有率が高くなって、接種作用を有するＣＳＺの含有率が低下してしまい、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物全体として接種効果が不十分になる。
以上の理由から、本実施形態では、Ｃａの含有量を０．０００２％以上０．００４０％未満の範囲に規定している。

（Ｚｒ：ジルコニウム）
Ｚｒは、γ相（γ―Ｆｅ）の凝固核（接種核）となるＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物を生成するために必要な元素である。
ここで、Ｚｒの含有量が０．００１０％未満では、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物中のＣＳＺが十分に生成しないおそれがある。一方、Ｚｒの含有量が０．２５％を超えると、粗大な酸化物が生成して、炭素鋼鋳片の加工性や靭性が大幅に劣化してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｚｒの含有量を０．００１０％以上０．２５％以下の範囲内に規定している。

（Ｔ．Ｏ：酸素）
Ｏは、不可避的に０．０００５％は含有される。ここで、Ｔ．Ｏの含有量が０．００５０％を超えると、粗大な酸化物等が生成し、炭素鋼鋳片の品質が劣化してしまう。
以上のことから、本実施形態では、Ｔ．Ｏの含有量を０．０００５％以上０．００５０％以下の範囲内に限定している。なお、本発明において、Ｔ．Ｏ（トータル酸素）の含有量は、溶鋼中の溶存酸素（フリー酸素）に加え、酸化物の状態で炭素鋼鋳片に含有されているＯを含む合計量である。

次に、本実施形態である炭素鋼鋳片の製造方法について、図３のフロー図を参照して説明する。

（溶製工程Ｓ０１）
まず、転炉等で溶製した溶鋼を準備する。そして、Ｃａ、Ｚｒを除く鋼成分を調整する。この成分調整の際に成分値（歩留まり）を安定させるため、Ａｌ脱酸を複数回に分けて行っても良い。こうして、まず、Ｃａ、Ｚｒを除く成分調整と、Ａｌ脱酸を行う。この溶鋼中には、Ａｌ_２Ｏ_３を主体とする介在物が存在している。

（Ｃａ添加工程Ｓ０２）
次に、Ｃａを添加する。Ａｌ脱酸後に生成した粗大なＡｌ_２Ｏ_３を溶鋼から浮上除去させるために、Ａｌ添加してから１．５分以上経過した後に、Ｃａを添加することが好ましい。
Ｃａを添加することにより、溶鋼中に残存したＡｌ_２Ｏ_３を、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物に改質する。そのために、ＣａはＯ量に応じて式（１）を満たす量を含有させる。この際のＣａ量は添加量ではなく、歩留後の鋼中含有量である。このＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物は、溶鋼との濡れ性が良いため、溶鋼中に微細分散しやすい。ＣａとＡｌ_２Ｏ_３を十分に反応させてＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を生成させるために、Ｃａ添加終了後から１．５分以上、溶鋼を撹拌することが好ましい。しかし、長時間撹拌すると、液相酸化物といえども凝集合体が進行してしまうため、撹拌時間は長くても３分以内が好ましい。添加するＣａの形態や方法は、一般的に実施されている、ＣａＳｉ合金ワイヤー添加や、ＣａＳｉ合金粉末インジェクション等を用いることができ、特に限定するものではない。

（Ｚｒ添加工程Ｓ０３）
そして、溶鋼にＺｒを添加する。これにより、Ｃａ添加工程Ｓ０２で生成し、溶鋼中に微細分散したＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物をＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物に改質する。Ｚｒ量は、Ａｌ量とＣａ量に応じて式（２）を満たす量を含有させる。ＺｒとＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を十分に反応させるために、Ｚｒ添加終了後から１．５分以上、溶鋼を撹拌することが好ましい。しかし、長時間撹拌すると、凝集合体が進行してしまうため、撹拌時間は長くても３分以内が好ましい。

（鋳造工程Ｓ０４）
このようにして得た溶鋼を連続鋳造機によって鋳造する。その際、Ｚｒ添加から鋳造終了までのその際、Ｚｒ添加から鋳造終了までの時間は６時間以内とする。このようにすることで溶鋼中の、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる長径１μｍ以上１０μｍ以下のサイズの介在物を、個数密度で１０個／ｍｍ^２以上５００個／ｍｍ^２以下の範囲内とすることができる。
ここで、Ｚｒ添加から鋳造終了までの時間が６時間を超えると、Ｚｒ添加工程Ｓ０３で形成されたＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物が溶鋼表面に浮上してしまい、接種核としての機能を果たさなくなるおそれがある。

以上のような構成とされた本実施形態である炭素鋼鋳片によれば、内部に、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物が分散されており、この介在物の平均組成が、上述の（３）式及び（４）式を満足していることから、介在物の２／３以上が立方晶のＣＺＳで占められることになり、介在物全体としてγ相（γ―Ｆｅ）との格子整合性が高くなっている。よって、この介在物が凝固核となり、凝固組織を確実に微細化されることが可能となる。

また、本実施形態では、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる長径１μｍ以上１０μｍ以下のサイズの介在物が、個数密度で１０個／ｍｍ^２以上５００個／ｍｍ^２以下の範囲内で分散されているので、凝固組織を確実に微細化することができる。よって、中心偏析や表面割れの無い高品質な炭素鋼鋳片を得ることができる。

また、本実施形態においては、Ａｌ脱酸後にＣａを添加するＣａ添加工程Ｓ０２と、Ｃａ添加後にＺｒを添加するＺｒ添加工程Ｓ０３と、を備えているので、Ｃａ添加工程Ｓ０２によって、溶鋼中のＡｌ_２Ｏ_３を改質してＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を形成することができる。このＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物は、固相酸化物と比べて溶鋼との濡れ性が良好であることから、溶鋼中に広く分散させることが可能となる。
そして、Ｚｒ添加工程Ｓ０３において、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物が分散している溶鋼に対してＺｒを添加することにより、このＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を改質して、γ相（γ−Ｆｅ）との格子整合性の高い上述のＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物を溶鋼中に、多数、微細に分散させることができ、接種効果を確実に発揮させて、凝固組織を確実に微細化することができる。

以上、本発明の実施形態である炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

以下に、本発明の効果を確認すべく、実施した実験結果について説明する。
２５０ｔ転炉で溶製した溶鋼を、真空脱ガス装置においてＡｌを添加して脱酸するとともに溶鋼の成分調整を行った。
そして、本発明例１−１１、比較例２１−３１では、Ａｌ脱酸後の溶鋼に、ＣａＳｉ合金ワイヤー添加を行ってＣａを添加し、その後、Ｚｒを添加した。
比較例２１では、Ａｌ脱酸後にＣａ添加を行ったが、Ｚｒを添加しなかった。
比較例２２では、Ａｌ脱酸後の溶鋼へのＣａ添加を実施せずに、Ｚｒを添加した。
比較例３１では、Ａｌ脱酸後に、Ｚｒを添加し、その後Ｃａを添加した。

上述のようにして、表１に示す成分組成の溶鋼を得た。成分分析試料は、タンディッシュで採取した。この溶鋼を連続鋳造することにより、幅１２５０ｍｍ、厚さ２５０ｍｍの矩形断面を有する炭素鋼鋳片（スラブ）を製造した。

（凝固組織の観察）
得られた炭素鋼鋳片（スラブ）の鋳造方向に直交する断面において、ピクリン酸液で凝固組織（デンドライト組織）を検出し、１／４幅、１／２幅、３／４幅の各位置で等軸晶率（鋳片厚みに対する等軸晶帯厚みの比率）を測定した。鋳片表層から厚さ中央部に向かって、成長方向が揃った柱状晶組織が発達し、厚さ中央部には成長方向がランダムな等軸晶が生成する。柱状晶の成長方向が揃うのは、優先成長方位がマクロ的な熱流方向と一致又は近いデンドライトが優先的に成長するためである。このように、柱状晶帯と等軸晶帯は、組織（デンドライトの一次枝）の方向性によって区別することができる。なお、等軸晶帯には、形状がほとんど球状（長径／短径の比が１に近い）の粒状晶や、細長い形状の分岐状デンドライト（長径／短径の比が３以下のものが多いが、３を超えるものもある）が含まれる。等軸晶帯の比率を表２に示す。

（介在物の組成）
得られた炭素鋼鋳片（スラブ）の鋳造方向に直交する断面において、１／４幅の１／４厚の位置から観察試料を採取し、この観察試料をＳＥＭ観察し、長径１μｍ以上１０μｍ以下の介在物を任意に２０個選択した。ＳＥＭに付属したＥＤＳ（エネルギー分散測定）装置によって、それぞれの介在物全体を覆う範囲を測定範囲として、各介在物の全体組成を求めた。そして、測定した２０個の介在物の全体組成を平均して、（％Ａｌ_２Ｏ_３）、および、（％ＣａＯ）／（％ＺｒＯ_２）を求めた。なお、ここで、（ ）括弧で示した組成は、介在物組成であることを示す。

（介在物におけるＣＺＳ相の断面積率）
介在物内部でＣＳＺ相が占める断面積率は、反射電子像を画像処理して求めた。原子番号（化合物の場合は、構成原子の原子番号と質量濃度の積を、全元素について合計した、平均原子番号を用いれば良い）が大きくなるほど、反射電子像は明るく見えるため、ＣＳＺ相を判別できる。対象とする明るさの相がＣＳＺ相であることは、事前に、ＥＤＳにより定量分析を行って確認した。なお、反射電子像でなく、ＥＰＭＡにより介在物全体の元素濃度分布を測定（元素マッピング）して、ＣＳＺ相を特定して、その断面積率を求めても良い。

（介在物の個数密度／鋳片介在物の最大径）
上述の観察試料を、光学顕微鏡で、倍率１０００倍、６０視野で観察し、長径１μｍ以上１０μｍ以下の介在物の個数密度を算出した。また、観察された介在物の最大長径を求めた。介在物の最大長径及び個数密度を表２に示す。

（製品疵）
得られた炭素鋼鋳片（スラブ）を常法にしたがい、１０５０〜１２００℃に加熱後、熱間圧延して厚さ３ｍｍの熱延板を製造し、長さ１０ｍｍ以上の疵の有無を目視で検査した。１００ｍ当たりの疵の個数が１個未満のものを「○」、１個以上のものを「×」と判定した。評価結果を表２に示す。

比較例２１は、Ｚｒを添加しなかったため、鋳片にはＣＳＺ相は観察されず、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物が分布した。この酸化物はγ−Ｆｅと格子整合性が低く接種効果を有しないため、等軸晶率は５％と低かった。

比較例２２は、Ａｌ脱酸後のＣａ添加を実施せずに、Ｚｒ添加を行った。ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物が生成されない状態で、Ｚｒ添加を行ったので、ＣＳＺは生成せず、正方晶であるＺｒＯ_２が生成し、その鋳片内個数密度は１０個／ｍｍ^２に満たなかった。そのため、等軸晶率は１０％にとどまった。

比較例２３は、Ａｌ脱酸後のＣａ量が下限未満の０．０００１％であり、その結果、式（１）の値も下限未満であった。このため、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物は固相となり、凝集合体が進行して個数が減少した。そのため、Ｚｒ脱酸後に生成したＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物の個数は１０個／ｍｍ^２未満で少なく、等軸晶率は１０％であった。また、ＣＳＺ相は少なく、断面積率は６７％未満であった。

比較例２４は、Ａｌ脱酸後のＣａ量が上限を超えた０．００４５％であり、その結果、式（１）および式（４）の値が上限を超えたため、Ｚｒ脱酸後に生成したＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物中の（％ＣａＯ）が高く、ＣａＺｒＯ_３複合酸化物が多量に生成した。一方、γ−Ｆｅに対する接種効果が高いＣＳＺ相の断面積率が６７％未満であり、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物全体としての接種効果が低下したため、等軸晶率は２０％に届かなかった。

比較例２５は、Ａｌ量が上限を超えたため、Ａｌ脱酸後に粗大なＡｌ_２Ｏ_３が生成したほか、Ｃａ脱酸後のＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物は液相にならず、凝集合体が進行した。Ｚｒ脱酸後のＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物の個数は１０個／ｍｍ^２未満で少なく、ＣＳＺ相の断面積率は６７％未満であり、等軸晶率は５％であった。また、粗大なＡｌ_２Ｏ_３に起因して、粗大なＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物が鋳片内に分布したため製品疵が発生した。

比較例２６は、Ｚｒが下限値未満であったため、式（４）の値が上限を超え、式（２）を満たさなかった。そのため、γ−Ｆｅの接種核となるＣＳＺの生成量が不足して、ＣＳＺ相の断面積率は６７％未満であり、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物全体としての接種効果が低かったため、等軸晶率は１０％にとどまった。

比較例２７は、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物の個数は５０個／ｍｍ^２を超え、等軸晶率は３５％であった。しかし、Ｚｒが上限量を超えたため、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物が粗大になり、製品疵が発生した。

比較例２８は、式（１）の値が下限未満となったため、Ｃａ脱酸後のＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物が十分に液相化せず、凝集合体が進行し、Ｚｒ脱酸後のＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物の個数も少なかったため、等軸晶率が１０％にとどまった。

比較例２９は、式（１）の上限を超えており、Ｚｒ脱酸後のＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物の（％ＣａＯ）が増加した結果、式（４）の上限も超えた。そのため、Ｚｒ脱酸後に生成したＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物中の（％ＣａＯ）が高く、ＣａＺｒＯ_３が多量に生成する一方、γ−Ｆｅに対する接種効果が高いＣＳＺ相の断面積率が６７％未満となり、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系介在物全体としての接種効果が低下したために、等軸晶率は２０％に届かなかった。

比較例３０は、Ｚｒ量が式（２）を満たさなかったため、Ｚｒ脱酸後に生成したＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物中の（％ＣａＯ）が高く、ＣＳＺ相の断面積率が６７%未満となり、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物全体としての接種効果が低下したために、等軸晶率は２０％に届かなかった。

比較例３１は、Ａｌ脱酸後にＺｒ添加を実施し、最後にＣａ添加を行ったため、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を生成する段階を経なかった。そのため、Ａｌ脱酸後からＣａ脱酸に至るまで、酸化物は固相であり、溶鋼中で凝集が進行して個数が減少したため、等軸晶率が１０％であった。

これらに対して、本発明例１−１１においては、いずれも等軸晶率が高く、かつ、製品疵も少なかった。
以上のことから、本発明例によれば、溶鋼が凝固する際に晶出する初晶がγ相となるγ凝固鋼において、凝固組織を安定して微細化させることができ、各種特性に優れた炭素鋼鋳片を得ることが可能であることが確認された。

Ｓ０２ Ｃａ脱酸工程
Ｓ０３ Ｚｒ添加工程

Claims (2)

1. 質量％で、
   Ｃ：０．５０％超え１．５０％以下、
   Ｓｉ：０．０１％以上１．２％以下、
   Ｍｎ：０．０１％以上３．０％以下、
   Ｐ：０．００１０％以上０．０５０％以下、
   Ｓ：０．０００１％以上０．０１００％以下、
   Ｔ．Ａｌ：０．００１％以上０．３０％以下、
   Ｃａ：０．０００２％以上０．００４０％以下、
   Ｚｒ：０．００１０％以上０．２５％以下、
   Ｔ．Ｏ：０．０００５％以上０．００５０％以下、
   を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物とされるとともに、Ｔ．Ｏの含有量［％Ｔ．Ｏ］と、Ｃａの含有量［％Ｃａ］と、Ｚｒの含有量［％Ｚｒ］と、Ｔ．Ａｌの含有量［％Ｔ．Ａｌ］とが、下記の（１）式及び（２）式を満足しており、
   ０．２≦［％Ｃａ］／［％Ｔ．Ｏ］≦０．８ ・・・（１）
   ［％Ｚｒ］≧４×［％Ｃａ］×（３．４×［％Ｔ．Ａｌ］＋１．０） ・・・（２）
   内部に、ＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる介在物が分散されており、
   前記介在物の平均組成が、下記の（３）式及び（４）式を満足しており、
   ０≦（％Ａｌ_２Ｏ_３）≦１８ ・・・（３）
   ０．０４≦（％ＣａＯ）／（％ＺｒＯ_２）≦０．２２ ・・・（４）
   前記介在物のうち、ＣａＯ安定化ＺｒＯ _２ である領域の断面積率の平均値が６７％以上であり、
   長径１μｍ以上１０μｍ以下のサイズの前記介在物が個数密度で１０個／ｍｍ^２以上５００個／ｍｍ^２以下の範囲内で分散されていることを特徴とする炭素鋼鋳片。
2. 請求項１に記載の炭素鋼鋳片を製造する炭素鋼鋳片の製造方法であって、
   溶鋼にＡｌを添加して脱酸を行うＡｌ脱酸工程と、Ａｌ脱酸後にＣａを添加するＣａ添加工程と、Ｃａ添加後にＺｒを添加するＺｒ添加工程と、成分調整した溶鋼を鋳造する鋳造工程と、を有し、
   前記Ａｌ脱酸工程及び前記Ｃａ添加工程により、溶鋼中にＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物を分散させるとともに、
   前記Ｚｒ添加工程により、前記ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液相酸化物とＺｒとを反応させて、前記（３）式及び前記（４）式を満足する平均組成を有するＺｒＯ_２−ＣａＯ系複合酸化物からなる前記介在物を形成することを特徴とする炭素鋼鋳片の製造方法。

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