JP6819353B2 - 炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、主としてプレス加工されて使用される自動車等の足回り部品及び構造材料に好適な、穴拡げ性に優れた高強度鋼板等の素材として使用される炭素鋼鋳片、及び、その炭素鋼鋳片の製造方法に関するものである。
自動車の車体構造に使用される鋼板には、高いプレス加工性と強度とが要求され、多くの発明が為されてきている。しかしながら、今日の自動車のさらなる軽量化、部品の複雑形状化の要求に対応するためには、従来よりも優れた穴拡げ性を有する炭素鋼が要求されている。
従来、上述の炭素鋼においては、ＭｎＳ等の延伸した硫化系介在物によって、穴拡げ性が劣化することが知られている。
そこで、特許文献１においては、ＲＥＭ（希土類元素）の一種であるＣｅ，Ｌａから選択される少なくとも１種以上を添加することにより、ＭｎＳ系介在物を微細に析出させて穴拡げ性を改善する技術が提案されている。溶鋼を製造する際に脱酸剤としてＡｌを添加し、生成したＡｌ２Ｏ３が懸濁しているところへＣｅ，Ｌａを添加すると、若干のＡｌ２Ｏ３が残るが、溶鋼中のＡｌ２Ｏ３系介在物が還元分解されて、Ｃｅ，Ｌａによる脱酸によって微細で硬質なＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物、セリウムオキシサルファイド、及び、ランタンオキシサルファイドが生成すると考えられている。その結果、それらのオキシサルファイド等の上にＭｎＳを析出させることができ、圧延時に、析出したＭｎＳの変形が抑制されることから、鋼板中の延伸した粗大なＭｎＳを著しく減少させることができ、穴拡げ性を向上させることができるという技術である。
従来、上述の炭素鋼においては、ＭｎＳ等の延伸した硫化系介在物によって、穴拡げ性が劣化することが知られている。
そこで、特許文献１においては、ＲＥＭ（希土類元素）の一種であるＣｅ，Ｌａから選択される少なくとも１種以上を添加することにより、ＭｎＳ系介在物を微細に析出させて穴拡げ性を改善する技術が提案されている。溶鋼を製造する際に脱酸剤としてＡｌを添加し、生成したＡｌ２Ｏ３が懸濁しているところへＣｅ，Ｌａを添加すると、若干のＡｌ２Ｏ３が残るが、溶鋼中のＡｌ２Ｏ３系介在物が還元分解されて、Ｃｅ，Ｌａによる脱酸によって微細で硬質なＣｅ酸化物、Ｌａ酸化物、セリウムオキシサルファイド、及び、ランタンオキシサルファイドが生成すると考えられている。その結果、それらのオキシサルファイド等の上にＭｎＳを析出させることができ、圧延時に、析出したＭｎＳの変形が抑制されることから、鋼板中の延伸した粗大なＭｎＳを著しく減少させることができ、穴拡げ性を向上させることができるという技術である。
また、鋼中にＲＥＭを添加して、介在物の形態制御による延伸防止効果を維持しつつ、連続鋳造時の浸漬ノズル詰まりの発生を防止するために、Ｃａを併せて添加する手段も採られている。例えば、特許文献２においては、ＲＥＭ添加濃度を０．００６０％以下に抑えてＣａを適度に添加することにより、浸漬ノズル詰まりや粗大な低融点介在物が大量に発生することを防止している。また、特許文献３のように、ＲＥＭ、Ｃａ、Ｍｇのいずれか１種または２種以上を含む鋼材も提案されている。
ところで、特許文献１においては、溶鋼中にＲＥＭを添加して連続鋳造する際に、浸漬ノズルが閉塞しやすくなり、操業が安定しないといった問題があった。ＲＥＭ添加鋼を連続鋳造する際には、浸漬ノズル（以下、単に「ノズル」と記載する。）の耐火物とＲＥＭとが反応してノズル閉塞を起こす現象が知られており、ＲＥＭとＣａとを添加してノズル閉塞を防止する手段がしばしば採られている。
しかし、特許文献２，３のように、単に、ＲＥＭとＣａとを添加しただけでは、生成する介在物の組成が大きくばらつき、ＭｎＳ系介在物やＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系の形状を制御できず、安定して穴拡げ性を向上することができなかった。また、ノズルの閉塞を確実に抑制することはできなかった。
しかし、特許文献２，３のように、単に、ＲＥＭとＣａとを添加しただけでは、生成する介在物の組成が大きくばらつき、ＭｎＳ系介在物やＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系の形状を制御できず、安定して穴拡げ性を向上することができなかった。また、ノズルの閉塞を確実に抑制することはできなかった。
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、介在物の組成のばらつきを抑制し、確実に穴拡げ性を向上させることができ、さらにノズルの閉塞を抑制して、安定して鋳造を行うことが可能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、本発明者らが鋭意検討した結果、ＲＥＭとＣａを含むＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を微細に、かつ、安定して多数生成させることが有効と分かった。そして、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を微細に、かつ、安定して多数生成させるためには、微細なＡｌ２Ｏ３が懸濁している溶鋼にＲＥＭを添加して、Ａｌ２Ｏ３を含むＲＥＭ介在物（ＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）を微細に多数生成させ、それに対してＣａを添加することが有効であるとの知見を得た。
ここで、Ａｌ２Ｏ３は比重が軽く、かつ、容易にクラスター化されるため、浮上分離しやすい。このため、単にＡｌを添加後にＲＥＭを添加しても、溶鋼中にＡｌ２Ｏ３が十分に存在しておらず、ＲＥＭ介在物にＡｌ２Ｏ３が含まれておらず、その後にＣａを添加してもＲＥＭとＣａを含むＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が安定して形成されないと考えた。そこで、溶鋼をＡｌで脱酸した後に先ずＭｇを添加し、その後からＲＥＭを添加して溶鋼を十分に攪拌し、その後に適量のＣａを添加することで、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が安定して形成されるとの知見を得た。
ここで、Ａｌ２Ｏ３は比重が軽く、かつ、容易にクラスター化されるため、浮上分離しやすい。このため、単にＡｌを添加後にＲＥＭを添加しても、溶鋼中にＡｌ２Ｏ３が十分に存在しておらず、ＲＥＭ介在物にＡｌ２Ｏ３が含まれておらず、その後にＣａを添加してもＲＥＭとＣａを含むＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が安定して形成されないと考えた。そこで、溶鋼をＡｌで脱酸した後に先ずＭｇを添加し、その後からＲＥＭを添加して溶鋼を十分に攪拌し、その後に適量のＣａを添加することで、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が安定して形成されるとの知見を得た。
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明に係る炭素鋼鋳片は、質量％で、
Ｃ；０．０３％以上０．３０％以下、
Ｓｉ；０．０８％以上２．１％以下、
Ｍｎ；０．５％以上４．０％以下、
Ｐ；０．０５％以下、
Ｓ；０．０００１％以上０．０１％以下、
Ｎ；０．０１％以下、
ｔ．Ｏ；０．０００５％以上０．００５％以下、
Ａｌ；０．００４％以上２．０％以下、
Ｔｉ；０．０００１％以上０．２０％以下、
ＲＥＭ；０．００１％以上０．０２％以下、
Ｃａ；０．００１１％以上０．００５％以下、
Ｍｇ；０．０００３％以上０．００２％以下、
を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなり、 ＲＥＭ、Ｃａ、Ｍｇ、ｔ．Ｏの質量％をそれぞれ［ＲＥＭ］、［Ｃａ］、［Ｍｇ］、［ｔ．Ｏ］とした場合に、
０．２５≦［Ｃａ］／［ＲＥＭ］≦５ ・・・（１）
０．００１１≦［Ｃａ］−０．１５×［ｔ．Ｏ］≦０．００５５ ・・・（２）
０．５≦［ｔ．Ｏ］／［Ｍｇ］≦６．５ ・・・（３）
を満たし、さらに、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物の個数密度が２０個／ｍｍ２以上、かつ、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が０．２個／ｍｍ２未満であり、前記介在物中におけるＲＥＭ、Ｃａの質量％をそれぞれ（ＲＥＭ）、（Ｃａ）とした場合に、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物の存在比率が７０％以上であることを特徴としている。
Ｃ；０．０３％以上０．３０％以下、
Ｓｉ；０．０８％以上２．１％以下、
Ｍｎ；０．５％以上４．０％以下、
Ｐ；０．０５％以下、
Ｓ；０．０００１％以上０．０１％以下、
Ｎ；０．０１％以下、
ｔ．Ｏ；０．０００５％以上０．００５％以下、
Ａｌ；０．００４％以上２．０％以下、
Ｔｉ；０．０００１％以上０．２０％以下、
ＲＥＭ；０．００１％以上０．０２％以下、
Ｃａ；０．００１１％以上０．００５％以下、
Ｍｇ；０．０００３％以上０．００２％以下、
を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなり、 ＲＥＭ、Ｃａ、Ｍｇ、ｔ．Ｏの質量％をそれぞれ［ＲＥＭ］、［Ｃａ］、［Ｍｇ］、［ｔ．Ｏ］とした場合に、
０．２５≦［Ｃａ］／［ＲＥＭ］≦５ ・・・（１）
０．００１１≦［Ｃａ］−０．１５×［ｔ．Ｏ］≦０．００５５ ・・・（２）
０．５≦［ｔ．Ｏ］／［Ｍｇ］≦６．５ ・・・（３）
を満たし、さらに、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物の個数密度が２０個／ｍｍ２以上、かつ、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が０．２個／ｍｍ２未満であり、前記介在物中におけるＲＥＭ、Ｃａの質量％をそれぞれ（ＲＥＭ）、（Ｃａ）とした場合に、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物の存在比率が７０％以上であ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、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物の個数密度が２０個／ｍｍ２以上とされ、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の存在比率が７０％以上とされているので、微細なＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が十分に分散されており、このＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）にＭｎＳが付着することでＭｎＳの延伸を抑制することができる。また、このＲＥＭ複合介在物がＳを含んでいるので、粗大なＭｎＳ系介在物の生成を抑制することができる。よって、穴拡げ性を確実に向上させることが可能となる。
また、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が０．２個／ｍｍ２未満に抑えられているので、粗大な介在物の生成が抑制されており、この介在物に起因する欠陥の発生を抑制することができる。
さらに、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が安定して生成されているので、Ａｌ２Ｏ３系耐火物とＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の反応時に液相を生じさせるため、ノズルの閉塞を抑制することができる。よって、鋳造を安定して行うことが可能となる。
さらに、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が安定して生成されているので、Ａｌ２Ｏ３系耐火物とＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の反応時に液相を生じさせるため、ノズルの閉塞を抑制することができる。よって、鋳造を安定して行うことが可能となる。
本発明に係る炭素鋼鋳片の製造方法は、前述の炭素鋼鋳片を製造するための炭素鋼鋳片の製造方法であって、溶鋼に対してＡｌを添加して脱酸を行うＡｌ脱酸工程と、Ａｌ脱酸後にＭｇを添加するＭｇ添加工程と、Ｍｇを添加した溶鋼に、ＲＥＭを添加するＲＥＭ添加工程と、ＲＥＭを添加して５分以上撹拌する撹拌工程と、撹拌後の溶鋼にＣａを添加するＣａ添加工程と、Ｃａを添加した後に連続鋳造する連続鋳造工程と、を備えていることを特徴としている。
この構成の炭素鋼鋳片の製造方法によれば、溶鋼に対してＡｌを添加して脱酸を行うＡｌ脱酸工程と、Ａｌ脱酸後にＭｇを添加するＭｇ添加工程と、を備えているので、溶鋼中のＡｌ２Ｏ３がＭｇと反応してＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３を生成することで比重が増加し、かつ、Ａｌ２Ｏ３のクラスター化が抑制される。これにより、Ａｌ２Ｏ３の浮上分離が抑制され、溶鋼中にＡｌ２Ｏ３が十分に存在することになる。この状態でＲＥＭを添加することで、Ａｌ２Ｏ３を含む微細なＲＥＭ介在物（ＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）が多数生成される。なお、ＲＥＭを添加して５分以上撹拌する撹拌工程を備えているので、Ａｌ２Ｏ３を含むＲＥＭ介在物（ＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）を十分に生成することができる。
そして、Ａｌ２Ｏ３を含むＲＥＭ介在物（ＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）が十分に存在する状態でＣａを添加することで、ＲＥＭとＣａを含むＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を安定して生成させることができ、上述の炭素鋼鋳片を製造することが可能となる。
そして、Ａｌ２Ｏ３を含むＲＥＭ介在物（ＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）が十分に存在する状態でＣａを添加することで、ＲＥＭとＣａを含むＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を安定して生成させることができ、上述の炭素鋼鋳片を製造することが可能となる。
上述のように、本発明によれば、介在物の組成のばらつきを抑制し、確実に穴拡げ性を向上させることができ、さらにノズルの閉塞を抑制して、安定して鋳造を行うことが可能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。
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、質量％で、Ｃ；０．０３％以上０．３０％以下、Ｓｉ；０．０８％以上２．１％以下、Ｍｎ；０．５％以上４．０％以下、Ｐ；０．０５％以下、Ｓ；０．０００１％以上０．０１％以下、Ｎ；０．０１％以下、ｔ．Ｏ；０．０００５％以上０．００５％以下、Ａｌ；０．００４％以上２．０％以下、Ｔｉ；０．０００１％以上０．２０％以下、ＲＥＭ；０．００１％以上０．０２％以下、Ｃａ；０．００１１％以上０．００５％以下、Ｍｇ；０．０００３％以上０．００２％以下、を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなり、ＲＥＭ、Ｃａ、Ｍｇ、ｔ．Ｏの質量％をそれぞれ［ＲＥＭ］、［Ｃａ］、［Ｍｇ］、［ｔ．Ｏ］とした場合に、
０．２５≦［Ｃａ］／［ＲＥＭ］≦５ ・・・（１）
０．００１１≦［Ｃａ］−０．１５×［ｔ．Ｏ］≦０．００５ ・・・（２）
０．５≦［ｔ．Ｏ］／［Ｍｇ］≦６．５ ・・・（３）
を満たしている。
０．２５≦［Ｃａ］／［ＲＥＭ］≦５ ・・・（１）
０．００１１≦［Ｃａ］−０．１５×［ｔ．Ｏ］≦０．００５ ・・・（２）
０．５≦［ｔ．Ｏ］／［Ｍｇ］≦６．５ ・・・（３）
を満たしている。
さらに、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物の個数密度が２０個／ｍｍ２以上、かつ、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が０．２個／ｍｍ２未満とされている。
そして、介在物中におけるＲＥＭ、Ｃａの質量％をそれぞれ（ＲＥＭ）、（Ｃａ）とした場合に、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物の存在比率が７０％以上とされている。
そして、介在物中におけるＲＥＭ、Ｃａの質量％をそれぞれ（ＲＥＭ）、（Ｃａ）とした場合に、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物の存在比率が７０％以上とされている。
以下に、本実施形態である炭素鋼鋳片において、各成分及び介在物を上述のように規定した理由について説明する。
（Ｃ：炭素）
Ｃは、鋼の焼入れ性と強度を制御する最も基本的な元素であり、焼入れ硬化層を硬くかつ深く形成することで、疲労強度が向上する。
ここで、Ｃの含有量が０．０３％未満では、残留オーステナイト及び低温変態相を十分に生成できず、上述の作用効果を奏功せしめることができない。一方、Ｃの含有量が０．３０％を超えると、加工性及び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０．０３％以上０．３０％以下の範囲内に限定している。
Ｃは、鋼の焼入れ性と強度を制御する最も基本的な元素であり、焼入れ硬化層を硬くかつ深く形成することで、疲労強度が向上する。
ここで、Ｃの含有量が０．０３％未満では、残留オーステナイト及び低温変態相を十分に生成できず、上述の作用効果を奏功せしめることができない。一方、Ｃの含有量が０．３０％を超えると、加工性及び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０．０３％以上０．３０％以下の範囲内に限定している。
（Ｓｉ：ケイ素）
Ｓｉは、焼入れのための加熱時にオーステナイトの核生成サイト数を増加させ、オーステナイトの粒成長を抑制して、焼入れ硬化層の粒径を微細化させる。また、Ｓｉは、炭化物の生成を抑制し、炭化物による粒界強度の低下を抑制し、さらに、ベイナイト組織の生成に対しても有効であり、材料全体の強度を確保する。
ここで、Ｓｉの含有量が０．０８％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２．１％を超えると、介在物中のＳｉＯ２濃度が高くなり、介在物が粗大化し、靭性、延性、溶接性が低下するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｓｉの含有量を０．０８％以上２．１％以下の範囲内に限定している。
Ｓｉは、焼入れのための加熱時にオーステナイトの核生成サイト数を増加させ、オーステナイトの粒成長を抑制して、焼入れ硬化層の粒径を微細化させる。また、Ｓｉは、炭化物の生成を抑制し、炭化物による粒界強度の低下を抑制し、さらに、ベイナイト組織の生成に対しても有効であり、材料全体の強度を確保する。
ここで、Ｓｉの含有量が０．０８％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２．１％を超えると、介在物中のＳｉＯ２濃度が高くなり、介在物が粗大化し、靭性、延性、溶接性が低下するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｓｉの含有量を０．０８％以上２．１％以下の範囲内に限定している。
（Ｍｎ：マンガン）
Ｍｎは、鋼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、Ｍｎの含有量が０．５％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４．０％を超えると、Ｍｎの偏析及び固溶強化の増大により延性が低下する。また、溶接性及び母材の靭性が劣化する。
以上のことから、本実施形態では、Ｍｎの含有量を０．５％以上４．０％以下の範囲内に限定している。
Ｍｎは、鋼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、Ｍｎの含有量が０．５％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４．０％を超えると、Ｍｎの偏析及び固溶強化の増大により延性が低下する。また、溶接性及び母材の靭性が劣化する。
以上のことから、本実施形態では、Ｍｎの含有量を０．５％以上４．０％以下の範囲内に限定している。
（Ｐ：リン）
Ｐは、Ｆｅ原子よりも小さな置換型固溶強化元素として利用する場合において有効であるが、不可避的に０．００１０％は含有される。
ここで、Ｐの含有量が０．０５％を超えると、オーステナイトの粒界にＰが偏析し、粒界強度が低下して、加工性が劣化することがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｐの含有量を０．０５％以下に限定している。
Ｐは、Ｆｅ原子よりも小さな置換型固溶強化元素として利用する場合において有効であるが、不可避的に０．００１０％は含有される。
ここで、Ｐの含有量が０．０５％を超えると、オーステナイトの粒界にＰが偏析し、粒界強度が低下して、加工性が劣化することがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｐの含有量を０．０５％以下に限定している。
（Ｎ：窒素）
Ｎは、Ａｌ、Ｔｉ等の元素と窒化物を形成し、母材組織の微細化を促進する作用効果を有する。
ここで、Ｎの含有量が０．０１％を超えると、粗大な窒化物等が生成し、穴拡げ性が劣化してしまう。なお、Ｎの含有量を０．０００５％未満に低減するためには、多大なコストが掛かる。
以上のことから、本実施形態では、Ｎの含有量を０．０１％以下に限定している。
Ｎは、Ａｌ、Ｔｉ等の元素と窒化物を形成し、母材組織の微細化を促進する作用効果を有する。
ここで、Ｎの含有量が０．０１％を超えると、粗大な窒化物等が生成し、穴拡げ性が劣化してしまう。なお、Ｎの含有量を０．０００５％未満に低減するためには、多大なコストが掛かる。
以上のことから、本実施形態では、Ｎの含有量を０．０１％以下に限定している。
（Ｓ：硫黄）
Ｓは、鋼中に不純物として含まれて偏析しやすく、ＭｎＳ系の粗大な延伸介在物を形成して穴拡げ性を劣化させる。
ここで、Ｓの含有量を０．０００１％未満に低減するためには、多大なコストが掛かる。一方、Ｓの含有量が０．０１％を超えると、ＲＥＭのＳ固定効果を加味しても、残存するＳ濃度が高く、穴拡げ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、Ｓの含有量を０．０００１％以上０．０１％以下の範囲内に限定している。
Ｓは、鋼中に不純物として含まれて偏析しやすく、ＭｎＳ系の粗大な延伸介在物を形成して穴拡げ性を劣化させる。
ここで、Ｓの含有量を０．０００１％未満に低減するためには、多大なコストが掛かる。一方、Ｓの含有量が０．０１％を超えると、ＲＥＭのＳ固定効果を加味しても、残存するＳ濃度が高く、穴拡げ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、Ｓの含有量を０．０００１％以上０．０１％以下の範囲内に限定している。
（ｔ．Ｏ：全酸素）
ｔ．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０．００５％を超えると、粗大な酸化物等が生成し、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０．００５％以下の範囲内に限定している。なお、ｔ．Ｏ（トータル酸素）は、化合物の状態で鋳片に分散しているＯを含むものである。
ｔ．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０．００５％を超えると、粗大な酸化物等が生成し、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０．００５％以下の範囲内に限定している。なお、ｔ．Ｏ（トータル酸素）は、化合物の状態で鋳片に分散しているＯを含むものである。
（Ａｌ：アルミニウム）
Ａｌは、溶鋼の脱酸を促進するために添加される元素である。
ここで、Ａｌの含有量が０．００４％未満では、十分に脱酸をすることができない。一方、Ａｌの含有量が２．０％を超えると、粗大な介在物（Ａｌ２Ｏ３クラスター）が発生し、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、Ａｌの含有量を０．００４％以上２．０％以下の範囲内に限定している。
Ａｌは、溶鋼の脱酸を促進するために添加される元素である。
ここで、Ａｌの含有量が０．００４％未満では、十分に脱酸をすることができない。一方、Ａｌの含有量が２．０％を超えると、粗大な介在物（Ａｌ２Ｏ３クラスター）が発生し、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、Ａｌの含有量を０．００４％以上２．０％以下の範囲内に限定している。
（Ｔｉ：チタン）
Ｔｉは、炭化物、窒化物、炭窒化物を形成し、結晶粒の微細化及び鋼板の高強度化に寄与し、穴拡げ性を向上させる元素である。
ここで、Ｔｉの含有量が０．０００１％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、Ｔｉの含有量が０．２０％を超えると、粗大な炭窒化物が生成し、穴拡げ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、Ｔｉの含有量を０．０００１％以上０．２０％以下の範囲内に限定している。
Ｔｉは、炭化物、窒化物、炭窒化物を形成し、結晶粒の微細化及び鋼板の高強度化に寄与し、穴拡げ性を向上させる元素である。
ここで、Ｔｉの含有量が０．０００１％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、Ｔｉの含有量が０．２０％を超えると、粗大な炭窒化物が生成し、穴拡げ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、Ｔｉの含有量を０．０００１％以上０．２０％以下の範囲内に限定している。
（ＲＥＭ：希土類元素）
ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙ、およびＬａからＬｕまでのランタノイドを含む総称である。ＲＥＭは、Ｃａと共に添加することにより、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を形成し、特許文献１に記載されているのと同様に、このＲＥＭ複合介在物にＭｎＳが付着することにより、延伸するＭｎＳの生成を抑制し、穴拡げ性を改善する。
ここで、ＲＥＭの含有量が０．００１％未満では、上述の作用効果を奏することができないおそれがある。一方、ＲＥＭの含有量が０．０２％を超えると、粗大なＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が形成され、穴拡げ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、ＲＥＭの含有量を０．００１％以上０．０２％以下の範囲内に限定している。
なお、ＲＥＭは、ミッシュメタルと呼ばれるＣｅ、Ｌａを主とする混合物が入手しやすいため、ミッシュメタルを用いて添加することが多い。
ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙ、およびＬａからＬｕまでのランタノイドを含む総称である。ＲＥＭは、Ｃａと共に添加することにより、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を形成し、特許文献１に記載されているのと同様に、このＲＥＭ複合介在物にＭｎＳが付着することにより、延伸するＭｎＳの生成を抑制し、穴拡げ性を改善する。
ここで、ＲＥＭの含有量が０．００１％未満では、上述の作用効果を奏することができないおそれがある。一方、ＲＥＭの含有量が０．０２％を超えると、粗大なＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が形成され、穴拡げ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、ＲＥＭの含有量を０．００１％以上０．０２％以下の範囲内に限定している。
なお、ＲＥＭは、ミッシュメタルと呼ばれるＣｅ、Ｌａを主とする混合物が入手しやすいため、ミッシュメタルを用いて添加することが多い。
（Ｃａ：カルシウム）
Ｃａは、ＲＥＭと共に添加することにより、上述のようにＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を形成し、延伸するＭｎＳの生成を抑制し、穴拡げ性を改善する。また、浸漬ノズルを構成するＡｌ２Ｏ３系耐火物とＲＥＭ複合介在物の反応時に液相を生じさせるため、ノズルの閉塞が抑制される。
ここで、Ｃａの含有量が０．００１１％未満では、上述の作用効果を奏することができないおそれがある。一方、Ｃａの含有量が０．００５％を超えると、溶鋼中でＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系の液相介在物を形成し、介在物が粗大化して穴拡げ性を劣化させるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｃａの含有量を０．００１１％以上０．００５％以下の範囲内に限定している。
Ｃａは、ＲＥＭと共に添加することにより、上述のようにＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を形成し、延伸するＭｎＳの生成を抑制し、穴拡げ性を改善する。また、浸漬ノズルを構成するＡｌ２Ｏ３系耐火物とＲＥＭ複合介在物の反応時に液相を生じさせるため、ノズルの閉塞が抑制される。
ここで、Ｃａの含有量が０．００１１％未満では、上述の作用効果を奏することができないおそれがある。一方、Ｃａの含有量が０．００５％を超えると、溶鋼中でＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系の液相介在物を形成し、介在物が粗大化して穴拡げ性を劣化させるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｃａの含有量を０．００１１％以上０．００５％以下の範囲内に限定している。
（Ｍｇ：マグネシウム）
Ｍｇは、Ａｌ２Ｏ３のクラスター化を抑制する作用効果を有する。また、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３を生成し、Ａｌ２Ｏ３の比重を増加させ、ＲＥＭとの反応時にＲＥＭ介在物中へのＡｌ濃度を高めやすくするので、本発明に係る微細な介在物を多数生成させるのに重要な役割を担っている。さらに、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を安定して生成させるためにも重要である。
ここで、Ｍｇの含有量が０．０００３％未満では、上述の作用効果を奏することができないおそれがある。一方、Ｍｇの含有量が０．００２％を超えると、Ｍｇが耐火物を溶損し、操業の妨げとなる。
以上のことから、本実施形態では、Ｍｇの含有量を０．０００３％以上０．００２％以下の範囲内に限定している。
Ｍｇは、Ａｌ２Ｏ３のクラスター化を抑制する作用効果を有する。また、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３を生成し、Ａｌ２Ｏ３の比重を増加させ、ＲＥＭとの反応時にＲＥＭ介在物中へのＡｌ濃度を高めやすくするので、本発明に係る微細な介在物を多数生成させるのに重要な役割を担っている。さらに、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を安定して生成させるためにも重要である。
ここで、Ｍｇの含有量が０．０００３％未満では、上述の作用効果を奏することができないおそれがある。一方、Ｍｇの含有量が０．００２％を超えると、Ｍｇが耐火物を溶損し、操業の妨げとなる。
以上のことから、本実施形態では、Ｍｇの含有量を０．０００３％以上０．００２％以下の範囲内に限定している。
（［Ｃａ］／［ＲＥＭ］）
ラボ実験結果より、介在物におけるＣａの含有量（Ｃａ）とＲＥＭの含有量（ＲＥＭ）との比（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲であれば、浸漬ノズルを構成するＡｌ２Ｏ３との反応時に液相を生成し、ノズル閉塞を抑制できることがわかっている。このとき、溶鋼中の［Ｃａ］／［ＲＥＭ］が０．２５以上５以下の範囲内に調整することで、生成する介在物において（Ｃａ）／（ＲＥＭ）を０．２５以上２．５以下の範囲に制御することが可能となる。
よって、本実施形態では、下記の（１）式を満足するように、鋼中のＲＥＭの含有量及びＣａの含有量を規定した。
０．２５≦［Ｃａ］／［ＲＥＭ］≦５ ・・・（１）
ラボ実験結果より、介在物におけるＣａの含有量（Ｃａ）とＲＥＭの含有量（ＲＥＭ）との比（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲であれば、浸漬ノズルを構成するＡｌ２Ｏ３との反応時に液相を生成し、ノズル閉塞を抑制できることがわかっている。このとき、溶鋼中の［Ｃａ］／［ＲＥＭ］が０．２５以上５以下の範囲内に調整することで、生成する介在物において（Ｃａ）／（ＲＥＭ）を０．２５以上２．５以下の範囲に制御することが可能となる。
よって、本実施形態では、下記の（１）式を満足するように、鋼中のＲＥＭの含有量及びＣａの含有量を規定した。
０．２５≦［Ｃａ］／［ＲＥＭ］≦５ ・・・（１）
（［Ｃａ］−０．１５×［ｔ.Ｏ］）
ノズル閉塞を防止するためには、上述のように、介在物において（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内であることが重要となる。介在物の組成を上述の範囲に制御するためには、その条件の一つとして上記した（１）式を満たすことが重要であるが、それと同時に、生成する介在物がノズルとの反応時に液相を生成しノズル閉塞を防止し、かつ、溶鋼中で完全に液相となり粗大化してしまうことを防止するためにも、介在物中のＡｌ含有量を調整する必要があることがラボ実験よりわかった。なお、平衡時の介在物中の平均のＡｌ含有量は溶鋼中の酸素含有量とおおよそ比例の関係があることがわかった。このことから、Ｃａとｔ.Ｏの関係により介在物中の（Ｃａ）及び（Ａｌ）を定義した。
ここで、［Ｃａ］−０．１５×［ｔ.Ｏ］が０．００１１未満の場合、介在物組成のばらつきが大きく、ノズル閉塞の危険性が高い。一方、［Ｃａ］−０．１５×［ｔ.Ｏ］が０．００５超の場合、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が溶鋼中で液相となり、粗大化するおそれがある。
よって、本実施形態では、下記の（２）式を満足するように、鋼中のＣａの含有量及びｔ.Ｏの含有量を規定した。
０．００１１≦［Ｃａ］−０．１５×［ｔ.Ｏ］≦０．００５ ・・・（２）
ノズル閉塞を防止するためには、上述のように、介在物において（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内であることが重要となる。介在物の組成を上述の範囲に制御するためには、その条件の一つとして上記した（１）式を満たすことが重要であるが、それと同時に、生成する介在物がノズルとの反応時に液相を生成しノズル閉塞を防止し、かつ、溶鋼中で完全に液相となり粗大化してしまうことを防止するためにも、介在物中のＡｌ含有量を調整する必要があることがラボ実験よりわかった。なお、平衡時の介在物中の平均のＡｌ含有量は溶鋼中の酸素含有量とおおよそ比例の関係があることがわかった。このことから、Ｃａとｔ.Ｏの関係により介在物中の（Ｃａ）及び（Ａｌ）を定義した。
ここで、［Ｃａ］−０．１５×［ｔ.Ｏ］が０．００１１未満の場合、介在物組成のばらつきが大きく、ノズル閉塞の危険性が高い。一方、［Ｃａ］−０．１５×［ｔ.Ｏ］が０．００５超の場合、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が溶鋼中で液相となり、粗大化するおそれがある。
よって、本実施形態では、下記の（２）式を満足するように、鋼中のＣａの含有量及びｔ.Ｏの含有量を規定した。
０．００１１≦［Ｃａ］−０．１５×［ｔ.Ｏ］≦０．００５ ・・・（２）
（［ｔ.Ｏ］／［Ｍｇ］）
組成の安定したＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を生成するためには、溶鋼中のＭｇの含有量とＡｌの含有量との関係も重要となる。ＲＥＭ添加前にＭｇを添加することで、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）中へのＡｌ含有速度が速まり、介在物が平衡状態に達しやすくなり、組成が安定化する。なお、この（３）式においても、Ａｌの含有量を酸素含有量に置き換えて規定している。
ここで、［ｔ.Ｏ］／［Ｍｇ］が０．５未満の場合には、［ｔ.Ｏ］すなわち［Ａｌ］に対して［Ｍｇ］が多いので、溶鋼にＡｌを添加してからＭｇを添加し、その後でＲＥＭを添加する本発明の製造方法においては、ＲＥＭ添加前の平衡相はＭｇＯ＋ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３となる。この場合、Ｍｇが耐火物と反応し、耐火物が溶損するおそれがある。一方、［ｔ.Ｏ］／［Ｍｇ］が６．５を超える場合、ＲＥＭ添加前の平衡相はＡｌ２Ｏ３リッチ＋ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３であり、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３の量が少なく、介在物中へのＡｌ含有量確保が困難となる。このため、介在物の組成が大きくばらつくおそれがある。
よって、本実施形態では、下記の（３）式を満足するように、鋼中のＭｇの含有量及びｔ.Ｏの含有量を規定した。なお、下記の範囲内であれば、平衡相はＡｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３となる。
０．５≦［ｔ.Ｏ］／［Ｍｇ］≦６．５ ・・・（３）
組成の安定したＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を生成するためには、溶鋼中のＭｇの含有量とＡｌの含有量との関係も重要となる。ＲＥＭ添加前にＭｇを添加することで、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）中へのＡｌ含有速度が速まり、介在物が平衡状態に達しやすくなり、組成が安定化する。なお、この（３）式においても、Ａｌの含有量を酸素含有量に置き換えて規定している。
ここで、［ｔ.Ｏ］／［Ｍｇ］が０．５未満の場合には、［ｔ.Ｏ］すなわち［Ａｌ］に対して［Ｍｇ］が多いので、溶鋼にＡｌを添加してからＭｇを添加し、その後でＲＥＭを添加する本発明の製造方法においては、ＲＥＭ添加前の平衡相はＭｇＯ＋ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３となる。この場合、Ｍｇが耐火物と反応し、耐火物が溶損するおそれがある。一方、［ｔ.Ｏ］／［Ｍｇ］が６．５を超える場合、ＲＥＭ添加前の平衡相はＡｌ２Ｏ３リッチ＋ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３であり、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３の量が少なく、介在物中へのＡｌ含有量確保が困難となる。このため、介在物の組成が大きくばらつくおそれがある。
よって、本実施形態では、下記の（３）式を満足するように、鋼中のＭｇの含有量及びｔ.Ｏの含有量を規定した。なお、下記の範囲内であれば、平衡相はＡｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３となる。
０．５≦［ｔ.Ｏ］／［Ｍｇ］≦６．５ ・・・（３）
ここで、図１及び図２に示す１５００℃におけるＣａＯ−ＡｌＯ１．５−ＣｅＯ１．５三元状態図において、領域Ａ，Ｂは介在物がノズルのＡｌ２Ｏ３と反応し、ノズル閉塞を起こす組成範囲である。また、領域Ｃは、介在物が溶鋼中で液相となり、粗大化する組成範囲である。領域Ｄは、ＭｎＳ系介在物の延伸を抑制する作用を得ることができない組成範囲である。
そして、残っている領域Ｅが、介在物の粗大化を防止すると共にＭｎＳ系介在物の延伸を抑制でき、かつ、ノズルの閉塞を抑制することができる組成範囲となる。本実施形態では、上述の（１）式によってＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の主要成分である（ＲＥＭ）と（Ｃａ）の存在比を規定している。溶鋼中に存在するＲＥＭおよびＣａはほぼ全てＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）として存在するため、（１）式に調整することで、領域Ｅの（ＲＥＭ）と（Ｃａ）の存在比に制御可能となる。さらに、（２）式によって（Ａｌ２Ｏ３）濃度を規定し、さらに（３）式によって（Ａｌ２Ｏ３）濃度を必要量以上に確保できるように規定しておくことで、介在物組成が安定して領域Ｅの範囲内となるよう調整している。
そして、残っている領域Ｅが、介在物の粗大化を防止すると共にＭｎＳ系介在物の延伸を抑制でき、かつ、ノズルの閉塞を抑制することができる組成範囲となる。本実施形態では、上述の（１）式によってＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の主要成分である（ＲＥＭ）と（Ｃａ）の存在比を規定している。溶鋼中に存在するＲＥＭおよびＣａはほぼ全てＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）として存在するため、（１）式に調整することで、領域Ｅの（ＲＥＭ）と（Ｃａ）の存在比に制御可能となる。さらに、（２）式によって（Ａｌ２Ｏ３）濃度を規定し、さらに（３）式によって（Ａｌ２Ｏ３）濃度を必要量以上に確保できるように規定しておくことで、介在物組成が安定して領域Ｅの範囲内となるよう調整している。
（介在物の個数密度）
ＲＥＭ複合介在物の大部分は円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物として存在する。本実施形態である炭素鋼鋳片において、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物の個数密度が２０個／ｍｍ２未満の場合には、上述のＲＥＭ複合介在物の個数が少なく、ＭｎＳが十分にＲＥＭ複合介在物に付着できず、ＲＥＭ複合介在物によるＭｎＳの延伸を抑制する効果が発揮できなくなる。このため、穴拡げ性を十分に向上させることができないおそれがある。
また、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が０．２個／ｍｍ２以上である場合には、粗大な介在物によって穴拡げ性が劣化するとともに、粗大介在物に起因した欠陥が発生するおそれがある。
したがって、本実施形態では、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物の個数密度が２０個／ｍｍ２以上、かつ、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が０．２個／ｍｍ２未満とされている。
ＲＥＭ複合介在物の大部分は円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物として存在する。本実施形態である炭素鋼鋳片において、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物の個数密度が２０個／ｍｍ２未満の場合には、上述のＲＥＭ複合介在物の個数が少なく、ＭｎＳが十分にＲＥＭ複合介在物に付着できず、ＲＥＭ複合介在物によるＭｎＳの延伸を抑制する効果が発揮できなくなる。このため、穴拡げ性を十分に向上させることができないおそれがある。
また、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が０．２個／ｍｍ２以上である場合には、粗大な介在物によって穴拡げ性が劣化するとともに、粗大介在物に起因した欠陥が発生するおそれがある。
したがって、本実施形態では、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物の個数密度が２０個／ｍｍ２以上、かつ、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が０．２個／ｍｍ２未満とされている。
（介在物の組成）
また、本実施形態である炭素鋼鋳片において、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物の存在比率が７０％未満の場合には、介在物組成のばらつきが大きく、上述のＲＥＭ複合介在物の個数が不足することになる。このため、穴拡げ性を十分に向上させることができないおそれがある。
したがって、本実施形態では、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物の存在比率が７０％以上とされている。
また、本実施形態である炭素鋼鋳片において、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物の存在比率が７０％未満の場合には、介在物組成のばらつきが大きく、上述のＲＥＭ複合介在物の個数が不足することになる。このため、穴拡げ性を十分に向上させることができないおそれがある。
したがって、本実施形態では、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物の存在比率が７０％以上とされている。
（炭素鋼鋳片の製造方法）
ところで、上述のＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｓ−Ｏ）を生成するために、単にＲＥＭとＣａを添加しても、生成される介在物の組成が大きくばらつくことがあり、図１及び図２の領域Ｅの範囲内に制御できないことがある。これは、溶鋼にＡｌを添加すると、Ａｌ２Ｏ３は容易にクラスター化し、浮上分離してしまう。ここで、ＲＥＭを添加すると、ＲＥＭ−Ｏ−Ｓ介在物が生成し、このＲＥＭ−Ｏ−Ｓ介在物にはＡｌが含有されにくい。Ｃａを添加する前の介在物組成がＲＥＭ−Ｏ−Ｓであると、ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓを生成しにくく、介在物組成が大きくばらついてしまう。
ところで、上述のＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｓ−Ｏ）を生成するために、単にＲＥＭとＣａを添加しても、生成される介在物の組成が大きくばらつくことがあり、図１及び図２の領域Ｅの範囲内に制御できないことがある。これは、溶鋼にＡｌを添加すると、Ａｌ２Ｏ３は容易にクラスター化し、浮上分離してしまう。ここで、ＲＥＭを添加すると、ＲＥＭ−Ｏ−Ｓ介在物が生成し、このＲＥＭ−Ｏ−Ｓ介在物にはＡｌが含有されにくい。Ｃａを添加する前の介在物組成がＲＥＭ−Ｏ−Ｓであると、ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓを生成しにくく、介在物組成が大きくばらついてしまう。
ここで、Ａｌを添加した後にＭｇを添加すると、Ａｌ２Ｏ３のクラスター化が抑制され、さらにＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３が生成し、Ａｌ２Ｏ３の浮上分離が抑制されるため、溶鋼中におけるＡｌ２Ｏ３の含有量が増加する。この状態でＲＥＭを添加すると、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３がＲＥＭと反応し、ＲＥＭ−Ａｌ−Ｏ−Ｓ介在物を形成する。さらにＣａを添加すると、ＲＥＭ−Ａｌ−Ｏ−ＳはＲＥＭ−Ｏ−ＳよりもＣａと反応しやすく、介在物組成が安定することになる。
本実施形態である炭素鋼鋳片の製造方法においては、上述のことから、図３のフロー図に示すように、各元素の添加順序を規定している。
（溶製工程Ｓ０１）
まず、質量％で、Ｃ；０．０３％以上０．３０％以下、Ｓｉ；０．０８％以上２．１％以下、Ｍｎ；０．５％以上４．０％以下、Ｐ；０．０５％以下、Ｓ；０．０００１％以上０．０１％以下、Ｎ；０．０１％以下、Ｔｉ；０．０００１％以上０．２０％以下、を含む溶鋼を準備する。
まず、質量％で、Ｃ；０．０３％以上０．３０％以下、Ｓｉ；０．０８％以上２．１％以下、Ｍｎ；０．５％以上４．０％以下、Ｐ；０．０５％以下、Ｓ；０．０００１％以上０．０１％以下、Ｎ；０．０１％以下、Ｔｉ；０．０００１％以上０．２０％以下、を含む溶鋼を準備する。
（Ａｌ脱酸工程Ｓ０２）
次に、溶鋼にＡｌ等の脱酸剤を添加し、ｔ.Ｏの含有量が０．０００５％以上０．００５％以下になるように脱酸処理する。Ｏの含有量は溶存酸素と介在物中の酸素とを合わせた全酸素濃度であるから、Ａｌの含有量を０．００４％以上２．０％の範囲内とすることによって、この工程後の介在物の浮上除去の影響なども含めて、通常の操業技術の範囲で予測調整が可能である。なお、必要に応じて脱硫剤を添加して仕上げ脱硫処理を行っても良い。また、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ等の任意添加元素をこの工程で添加しても良い。
次に、溶鋼にＡｌ等の脱酸剤を添加し、ｔ.Ｏの含有量が０．０００５％以上０．００５％以下になるように脱酸処理する。Ｏの含有量は溶存酸素と介在物中の酸素とを合わせた全酸素濃度であるから、Ａｌの含有量を０．００４％以上２．０％の範囲内とすることによって、この工程後の介在物の浮上除去の影響なども含めて、通常の操業技術の範囲で予測調整が可能である。なお、必要に応じて脱硫剤を添加して仕上げ脱硫処理を行っても良い。また、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ等の任意添加元素をこの工程で添加しても良い。
（Ｍｇ添加工程Ｓ０３）
次に、（３）式を考慮しつつ、Ｍｇ添加歩留まりをも考慮して、溶鋼にＭｇを添加し、Ｍｇの含有量を鋳片内で０．０００３％以上０．００２％以下の範囲内になるように調整する。
ここで、Ａｌが添加された溶鋼中にＭｇを添加することにより、Ａｌ２Ｏ３のクラスター化が抑制される。また、上述のようにＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３が形成され、その比重が増加する。以上により、Ａｌ２Ｏ３のクラスター化や浮上分離が抑制され、溶鋼中にＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３を含めてＡｌ２Ｏ３介在物が多数存在することになる。
次に、（３）式を考慮しつつ、Ｍｇ添加歩留まりをも考慮して、溶鋼にＭｇを添加し、Ｍｇの含有量を鋳片内で０．０００３％以上０．００２％以下の範囲内になるように調整する。
ここで、Ａｌが添加された溶鋼中にＭｇを添加することにより、Ａｌ２Ｏ３のクラスター化が抑制される。また、上述のようにＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３が形成され、その比重が増加する。以上により、Ａｌ２Ｏ３のクラスター化や浮上分離が抑制され、溶鋼中にＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３を含めてＡｌ２Ｏ３介在物が多数存在することになる。
（ＲＥＭ添加工程Ｓ０４／撹拌工程Ｓ０５）
次に、溶鋼にＲＥＭを、鋳片内で０．００１％以上０．０２％以下になるように添加する。すると、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３とＲＥＭとが反応し、ついでにＳとも反応して、微細なＲＥＭ−Ａｌ−Ｏ−Ｓ介在物が多数形成される。
そして、ＲＥＭを添加後に５分以上撹拌を実施する。これにより、上述の微細なＲＥＭ−Ａｌ−Ｏ−Ｓ介在物を十分に形成する。
次に、溶鋼にＲＥＭを、鋳片内で０．００１％以上０．０２％以下になるように添加する。すると、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３とＲＥＭとが反応し、ついでにＳとも反応して、微細なＲＥＭ−Ａｌ−Ｏ−Ｓ介在物が多数形成される。
そして、ＲＥＭを添加後に５分以上撹拌を実施する。これにより、上述の微細なＲＥＭ−Ａｌ−Ｏ−Ｓ介在物を十分に形成する。
（Ｃａ添加工程Ｓ０６）
次に、（１）式および（２）式を考慮しつつ、Ｃａ添加歩留まりも考慮して、溶鋼にＣａを鋳片内で０．００１１％以上０．００５％以下になるように添加する。すると、ＲＥＭ−Ａｌ−Ｏ−Ｓ介在物とＣａとが反応し、微細なＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が多数形成される。
次に、（１）式および（２）式を考慮しつつ、Ｃａ添加歩留まりも考慮して、溶鋼にＣａを鋳片内で０．００１１％以上０．００５％以下になるように添加する。すると、ＲＥＭ−Ａｌ−Ｏ−Ｓ介在物とＣａとが反応し、微細なＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が多数形成される。
（連続鋳造工程Ｓ０７）
次に、上述の溶鋼を連続鋳造装置の鋳型へと出鋼して炭素鋼鋳片を連続的に鋳造する。
次に、上述の溶鋼を連続鋳造装置の鋳型へと出鋼して炭素鋼鋳片を連続的に鋳造する。
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、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物の個数密度が２０個／ｍｍ２以上とされ、この円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の存在比率が７０％以上とされているので、介在物の組成が安定している。
そして、微細なＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が十分に分散されていることから、このＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）にＭｎＳが付着することでＭｎＳの延伸を抑制することができる。よって、穴拡げ性を確実に向上させることが可能となる。
そして、微細なＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が十分に分散されていることから、このＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）にＭｎＳが付着することでＭｎＳの延伸を抑制することができる。よって、穴拡げ性を確実に向上させることが可能となる。
また、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が０．２個／ｍｍ２未満に抑えられているので、粗大な介在物の生成が抑制されており、穴拡げ性が劣化することを抑制できるとともに、粗大介在物に起因する欠陥の発生を抑制することができる。
さらに、Ａｌ２Ｏ３系耐火物とＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の反応時に液相を生じさせるため、ノズルの閉塞が抑制される。よって、鋳造を安定して行うことができる。
さらに、Ａｌ２Ｏ３系耐火物とＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の反応時に液相を生じさせるため、ノズルの閉塞が抑制される。よって、鋳造を安定して行うことができる。
また、本実施形態である炭素鋼鋳片の製造方法によれば、溶鋼に対してＡｌを添加して脱酸を行うＡｌ脱酸工程Ｓ０２と、Ａｌ脱酸後にＭｇを添加するＭｇ添加工程Ｓ０３と、を備えているので、溶鋼中のＡｌ２Ｏ３がＭｇと反応してＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３を生成することで比重が増加し、かつ、Ａｌ２Ｏ３のクラスター化が抑制される。これにより、Ａｌ２Ｏ３の浮上分離が抑制され、溶鋼中にＡｌ２Ｏ３が十分に存在することになる。
このＭｇ添加工程Ｓ０３の後にＲＥＭを添加するＲＥＭ添加工程Ｓ０４を有しているので、Ａｌ２Ｏ３を含むＲＥＭ介在物（ＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）が生成される。また、ＲＥＭを添加して５分以上撹拌する撹拌工程Ｓ０５を備えているので、Ａｌ２Ｏ３を含むＲＥＭ介在物（ＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）を確実に生成することができる。
そして、ＲＥＭ添加工程Ｓ０４及び撹拌工程Ｓ０５の後に、Ｃａを添加するＣａ添加工程Ｓ０６を有しているので、Ａｌ２Ｏ３を含むＲＥＭ介在物（ＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）が十分に存在する状態でＣａを添加することになり、ＲＥＭとＣａを含有するＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を安定して生成させることができ、上述の炭素鋼鋳片を製造することが可能となる。
このＭｇ添加工程Ｓ０３の後にＲＥＭを添加するＲＥＭ添加工程Ｓ０４を有しているので、Ａｌ２Ｏ３を含むＲＥＭ介在物（ＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）が生成される。また、ＲＥＭを添加して５分以上撹拌する撹拌工程Ｓ０５を備えているので、Ａｌ２Ｏ３を含むＲＥＭ介在物（ＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）を確実に生成することができる。
そして、ＲＥＭ添加工程Ｓ０４及び撹拌工程Ｓ０５の後に、Ｃａを添加するＣａ添加工程Ｓ０６を有しているので、Ａｌ２Ｏ３を含むＲＥＭ介在物（ＲＥＭ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）が十分に存在する状態でＣａを添加することになり、ＲＥＭとＣａを含有するＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を安定して生成させることができ、上述の炭素鋼鋳片を製造することが可能となる。
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。
例えば、Ａｌ等の脱酸剤および脱硫剤を添加することによってＯおよびＳ濃度を調整するものとして説明したが、これに限定されることはなく、その他の手段によってＯおよびＳ濃度を調整してもよい。
例えば、Ａｌ等の脱酸剤および脱硫剤を添加することによってＯおよびＳ濃度を調整するものとして説明したが、これに限定されることはなく、その他の手段によってＯおよびＳ濃度を調整してもよい。
また、本発明の炭素鋼鋳片は、添加元素として、さらに、質量％で、Ｃｒ；０．００１％以上２．０％以下、Ｎｉ；０．００１％以上２．０％以下、Ｃｕ；０．００１％以上２．０％以下、Ｎｂ；０．００１％以上０．２％以下、Ｖ；０．００１％以上１．０％以下、Ｗ；０．００１％以上１．０％以下、Ｚｒ；０．０００１％以上０．２％以下、Ａｓ；０．０００１％以上０．５％以下、Ｃｏ；０．０００１％以上１．０％以下、Ｓｎ；０．０００１％以上０．２％以下、Ｐｂ；０．０００１％以上０．２％以下、Ｈｆ；０．０００１％以上０．２％以下、からなる群から選択される一種又は二種以上を含んでいてもよい。
これらの元素は、いずれも鋼板の強度の向上や靭性の向上のために必要に応じて含有させるものであって、本発明の基本的な特徴であるＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を安定して微細に生成させ、もって穴拡げ性を確実に向上させるとともに、連続鋳造時のノズル閉塞を抑制するという作用効果に関して、影響を及ぼすものでは無い。
これらの元素は、いずれも鋼板の強度の向上や靭性の向上のために必要に応じて含有させるものであって、本発明の基本的な特徴であるＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を安定して微細に生成させ、もって穴拡げ性を確実に向上させるとともに、連続鋳造時のノズル閉塞を抑制するという作用効果に関して、影響を及ぼすものでは無い。
Ｃｒは、さらに鋼板の強度を確保するために、必要に応じて鋼中に含有させることができる。この効果を得るために、鋼中にＣｒを０．０１％以上添加することがある。しかし、Ｃｒを多量に含有させると強度と延性とのバランスが劣化するので、上限は２．０％である。なお、Ｃｒ濃度の下限は、スクラップ等からの混入の影響もあって０．００１％である。ＮｉおよびＣｕは、焼入れ性を向上させて鋼の強度を高める元素で、いずれも０．００１％〜２．０％の範囲で必要に応じて鋼中に含有させることができる。
Ｎｂ，Ｗ，Ｖは、Ｃ又はＮと、炭化物、窒化物、炭窒化物を形成して、母材組織の細粒化を促進し、靭性を向上させる元素である。そのために、鋼中にＮｂを０．０１％以上添加しても良い。しかし、多量のＮｂを添加してこのＮｂ濃度が０．２％を超えても、母材の組織細粒化の効果が飽和し、製造コストが高くなるだけなので、上限は０．２％である。なお、Ｎｂ濃度の下限は、スクラップ等からの混入の影響もあって０．００１％である。同様に、Ｗ，Ｖは、０．０１％〜１．０％の範囲で添加しても良い。これらの元素も、濃度の下限は０．００１％である。
Ｚｒは、硫化物を球状化して、母材の靭性を改善する元素であるので、鋼中に０．００１％以上添加しても良い。しかし、鋼中に多量に添加すると鋼の清浄性が損なわれ、延性が劣化するので、その上限は０．２％である。Ｚｒ濃度の下限は０．０００１％である。
さらに、原料としてスクラップ等を用いた場合には、不可避的にＡｓ，Ｃｏ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｈｆが混入することがある。これらの元素が、鋼板の機械的特性等に悪影響を及ぼさないためには、次のように各元素の濃度を制限することが好ましい。Ａｓ濃度の上限は０．５％であり、Ｃｏ濃度の上限は１．０％である。また、Ｓｎ，Ｐｂ，Ｈｆの濃度の上限は、いずれも０．２％である。なお、これらの元素の濃度下限は、いずれも０．０００１％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。
（実施例１）
表１に記載した溶鋼成分となるように、ＲＨでＡｌを添加後、Ｍｇ，ＲＥＭ，Ｃａを表２に示す順序で添加した。なお、Ｍｇ，ＲＥＭ（Ｃｅ），Ｃａの添加はワイヤー材を用いた。そして、得られた溶鋼を連続鋳造機によって鋳造した。この鋳造時におけるノズルの閉塞の有無を確認した。評価結果を表２に示す。
表１に記載した溶鋼成分となるように、ＲＨでＡｌを添加後、Ｍｇ，ＲＥＭ，Ｃａを表２に示す順序で添加した。なお、Ｍｇ，ＲＥＭ（Ｃｅ），Ｃａの添加はワイヤー材を用いた。そして、得られた溶鋼を連続鋳造機によって鋳造した。この鋳造時におけるノズルの閉塞の有無を確認した。評価結果を表２に示す。
鋳造後、得られた鋳片の１／２厚部から観察試料を採取し、円相当直径が粒径１０μｍを超える介在物の個数密度を算出した。また、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物（１５個以上）の組成をＳＥＭ−ＥＤＳによって調査し、０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の存在比率を算出した。なお、評価結果を表２に示す。
また、本発明例１−１の介在物の観察写真を図４に、比較例１−１の介在物の観察写真を図５に示す。
また、本発明例１−１の介在物の観察写真を図４に、比較例１−１の介在物の観察写真を図５に示す。
添加順序が「Ａｌ→ＲＥＭ→Ｃａ」とされた比較例１−１においては、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の存在比率が５４％と低く、介在物組成が安定していなかった。なお、図５に示すように、ＲＥＭリッチ相とＣａリッチ相が分離していることが確認された。また、ノズルの閉塞も発生した。ＲＥＭ添加時にＲＥＭ−Ｏ−Ｓが生成し、Ｃａとの反応が進まず、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が形成されなかったためと考えられる。
添加順序が「Ａｌ→ＲＥＭ→Ｍｇ→Ｃａ」とされた比較例１−２、添加順序が「Ａｌ→ＲＥＭ→Ｃａ→Ｍｇ」とされた比較例１−３においては、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の存在比率が低く、介在物組成が安定していなかった。また、ノズルの閉塞も発生した。比較例１−１と同様にＲＥＭ添加時にＲＥＭ−Ｏ−Ｓが生成し、Ｃａとの反応が進まず、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が形成されなかったためと推測される。
添加順序が「Ａｌ→Ｃａ→ＲＥＭ」とされた比較例１−４、添加順序が「Ａｌ→Ｍｇ→Ｃａ→ＲＥＭ」とされた比較例１−５、添加順序が「Ａｌ→Ｃａ→Ｍｇ→ＲＥＭ」とされた比較例１−６、添加順序が「Ａｌ→Ｃａ→ＲＥＭ→Ｍｇ」とされた比較例１−７においては、ノズルの閉塞は確認されなかったが、粗大な介在物の個数密度が高くなった。液相のカルシウムアルミネートが生成し、介在物が粗大化したと推測される。
これに対して、添加順序が「Ａｌ→Ｍｇ→ＲＥＭ→Ｃａ」とされた本発明例１−１においては、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の存在比率が８９％と高く、介在物組成のばらつきが小さかった。また、ノズルの閉塞も認められなかった。さらに、粗大な介在物の個数密度も０．１０個／ｍｍ２と低かった。
Ａｌ添加後にＭｇを添加したことにより、Ａｌ２Ｏ３のクラスター化が抑制され、浮上も抑制されたために、溶鋼中にＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３を含めてＡｌ２Ｏ３系在物が多数懸濁していたことと、その後ＲＥＭを添加した際にＡｌ２Ｏ３系在物が還元分解されて、ＲＥＭによる脱酸によって微細なＲＥＭ−Ａｌ−Ｏ−Ｓが生成し、Ｃａを添加した際にＣａとの反応が促進され、微細なＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓが安定して生成されたためと推測される。
Ａｌ添加後にＭｇを添加したことにより、Ａｌ２Ｏ３のクラスター化が抑制され、浮上も抑制されたために、溶鋼中にＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３を含めてＡｌ２Ｏ３系在物が多数懸濁していたことと、その後ＲＥＭを添加した際にＡｌ２Ｏ３系在物が還元分解されて、ＲＥＭによる脱酸によって微細なＲＥＭ−Ａｌ−Ｏ−Ｓが生成し、Ｃａを添加した際にＣａとの反応が促進され、微細なＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓが安定して生成されたためと推測される。
その結果、それらの微細なＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓの上にＭｎＳを析出させることができるので、特許文献１に記載の技術のように、圧延時に、析出したＭｎＳの変形を抑制することができる。その効果として鋼板中の延伸した粗大なＭｎＳを著しく減少させることができ、穴拡げ性を向上させることができる。
なお、図４に示すように、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の周囲にＭｎＳが付着していることが確認されている。
また、０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を８９％と、安定して多数生成させていたため、連続鋳造時にノズルが閉塞することも無かった。
なお、図４に示すように、ＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の周囲にＭｎＳが付着していることが確認されている。
また、０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）を８９％と、安定して多数生成させていたため、連続鋳造時にノズルが閉塞することも無かった。
（実施例２）
次に、実施例１の結果に基づいてＡｌ，Ｍｇ，ＲＥＭ，Ｃａの添加順序を定めて、炭素鋼鋳片の成分組成の影響について確認を行った。
表３に記載された溶鋼成分になるように、図３に示した手順で添加元素を添加した。すなわち、ＲＨでＡｌを添加した後に、Ｍｇをワイヤーで添加し、その後、ＲＥＭとしてミッシュメタルをワイヤーで添加した。ＲＥＭ添加後５分以上撹拌した後で、Ｃａ−Ｓｉをワイヤーで添加した。そして、得られた溶鋼を連続鋳造機によって鋳造した。この鋳造時におけるノズルの閉塞の有無を確認した。評価結果を表４に示す。
次に、実施例１の結果に基づいてＡｌ，Ｍｇ，ＲＥＭ，Ｃａの添加順序を定めて、炭素鋼鋳片の成分組成の影響について確認を行った。
表３に記載された溶鋼成分になるように、図３に示した手順で添加元素を添加した。すなわち、ＲＨでＡｌを添加した後に、Ｍｇをワイヤーで添加し、その後、ＲＥＭとしてミッシュメタルをワイヤーで添加した。ＲＥＭ添加後５分以上撹拌した後で、Ｃａ−Ｓｉをワイヤーで添加した。そして、得られた溶鋼を連続鋳造機によって鋳造した。この鋳造時におけるノズルの閉塞の有無を確認した。評価結果を表４に示す。
鋳造後、得られた鋳片の１／２厚部から観察試料を採取し、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物の個数密度、及び、円相当直径が粒径１０μｍを超える介在物の個数密度を算出した。また、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物（１５個以上）の組成をＳＥＭ−ＥＤＳによって調査し、０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の存在比率を算出した。なお、評価結果を表４に示す。
また、得られた鋳片に対し、加熱炉で１１５０℃以上の温度まで加熱し、約９００℃の仕上げ温度で熱間圧延し、平均冷却速度３０℃／秒で冷却後、約３００℃の巻取温度で巻き取り、板厚２．８ｍｍの熱延鋼板を得た。そして、ＪＩＳ Ｚ２２５６：２０１０に準拠して穴拡げ性を評価した。評価結果を表４に示す。
ＲＥＭの含有量が本発明の範囲よりも少ない比較例２−１においては、穴拡げ性の改善が不十分であった。円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物の個数が少なくもあったが、そもそもＲＥＭ複合介在物の生成が少なく、ＭｎＳの延伸化を抑制できなかったためと推測される。
ＲＥＭの含有量が本発明の範囲よりも多かった比較例２−２においては、（１）式の範囲を外れてもいたが、そもそもＲＥＭが多すぎたために粗大な介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が多く生成し、穴拡げ性の改善が不十分であった。
ＲＥＭの含有量が本発明の範囲よりも多かった比較例２−２においては、（１）式の範囲を外れてもいたが、そもそもＲＥＭが多すぎたために粗大な介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）が多く生成し、穴拡げ性の改善が不十分であった。
Ｃａの含有量が本発明の範囲よりも多かった比較例２−３においては、粗大な介在物（ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３）が多く生成し、穴拡げ性の改善が不十分であった。
Ｃａの含有量が本発明の範囲よりも少なく（２）式の範囲を外れた比較例２−４においては、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の存在比率が少なく、介在物組成のばらつきが大きかった。また、ノズルの閉塞が認められた。
Ｃａの含有量が本発明の範囲よりも少なく（２）式の範囲を外れた比較例２−４においては、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の存在比率が少なく、介在物組成のばらつきが大きかった。また、ノズルの閉塞が認められた。
（１）式の範囲を外れた比較例２−５、及び、（２）式の範囲を外れた比較例２−６においては、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の存在比率が少なく、介在物組成のばらつきが大きかった。また、ノズルの閉塞が認められた。
Ｍｇの含有量が本発明の範囲よりも少なく（３）式の範囲を外れた比較例２−７、及び、Ｍｇの含有量が本発明の範囲よりも多く（３）式の範囲を外れた比較例２−８においては、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物（ＲＥＭ−Ｃａ−Ｏ−Ｓ）の存在比率が少なく、介在物組成のばらつきが大きかった。また、ノズルの閉塞が認められた。なお、比較例２−８においては、Ｍｇが多いために、耐火物の溶損が認められた。
これに対して、本発明の範囲内とされた本発明例２−１〜２−２２においては、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物の個数密度が２０個／ｍｍ２以上とされ、この円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物の存在比率が７０％以上となった。また、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が０．２個／ｍｍ２未満であった。これにより、穴拡げ性が十分に改善されていた。また、ノズルの閉塞も認められなかった。
以上のことから、本発明によれば、介在物の組成のばらつきを抑制し、確実に穴拡げ性を向上させることができ、さらにノズルの閉塞を抑制して、安定して鋳造を行うことが可能であることが確認された。
Ｓ０２ Ａｌ脱酸工程
Ｓ０３ Ｍｇ添加工程
Ｓ０４ ＲＥＭ添加工程
Ｓ０５ 撹拌工程
Ｓ０６ Ｃａ添加工程
Ｓ０７ 連続鋳造工程
Ｓ０３ Ｍｇ添加工程
Ｓ０４ ＲＥＭ添加工程
Ｓ０５ 撹拌工程
Ｓ０６ Ｃａ添加工程
Ｓ０７ 連続鋳造工程
Claims (2)
- Ｃ；０．０３％以上０．３０％以下、
Ｓｉ；０．０８％以上２．１％以下、
Ｍｎ；０．５％以上４．０％以下、
Ｐ；０．０５％以下、
Ｓ；０．０００１％以上０．０１％以下、
Ｎ；０．０１％以下、
ｔ．Ｏ；０．０００５％以上０．００５％以下、
Ａｌ；０．００４％以上２．０％以下、
Ｔｉ；０．０００１％以上０．２０％以下、
ＲＥＭ；０．００１％以上０．０２％以下、
Ｃａ；０．００１１％以上０．００５％以下、
Ｍｇ；０．０００３％以上０．００２％以下、
を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなり、
ＲＥＭ、Ｃａ、Ｍｇ、ｔ．Ｏの質量％をそれぞれ［ＲＥＭ］、［Ｃａ］、［Ｍｇ］、［ｔ．Ｏ］とした場合に、
０．２５≦［Ｃａ］／［ＲＥＭ］≦５ ・・・（１）
０．００１１≦［Ｃａ］−０．１５×［ｔ．Ｏ］≦０．００５ ・・・（２）
０．５≦［ｔ．Ｏ］／［Ｍｇ］≦６．５ ・・・（３）を満たし、
さらに、円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物の個数密度が２０個／ｍｍ２以上、かつ、円相当直径が１０μｍを超える介在物の個数密度が０．２個／ｍｍ２未満であり、
前記介在物中におけるＲＥＭ、Ｃａの質量％をそれぞれ（ＲＥＭ）、（Ｃａ）とした場合に、
円相当直径が０．５μｍ以上５μｍ以下の介在物において、（Ｃａ）／（ＲＥＭ）が０．２５以上２．５以下の範囲内とされたＲＥＭ複合介在物の存在比率が７０％以上であることを特徴とする炭素鋼鋳片。 - 請求項１に記載の炭素鋼鋳片を製造するための炭素鋼鋳片の製造方法であって、
溶鋼に対してＡｌを添加して脱酸を行うＡｌ脱酸工程と、
Ａｌ脱酸後にＭｇを添加するＭｇ添加工程と、
Ｍｇを添加した溶鋼に、ＲＥＭを添加するＲＥＭ添加工程と、
ＲＥＭを添加して５分以上撹拌する撹拌工程と、
撹拌後の溶鋼にＣａを添加するＣａ添加工程と、
Ｃａを添加した後に連続鋳造する連続鋳造工程と、
を備えていることを特徴とする炭素鋼鋳片の製造方法。
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