JPH04309444A - 高Ｓ含有鋼中にＭｎＳを微細分散させる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼材の被削性付与のた
めＳを含有する鋼の連続鋳造において、同時にまた鋼材
の高靱性を確保できる鋼素材を安定して得るための連続
鋳造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に高級棒鋼材は鋼材の被削性付与の
ためＳを０．０１５ｗｔ％〜０．０７０ｗｔ％程度含有
させ、かつ鋼材の靱性確保を目的として鋼中溶存Ａｌ（
以降ｓｏｌ．Ａｌと略記する）を０．０２０ｗｔ％〜０
．０４０ｗｔ％程度含有させた鋼種が多い。

【０００３】ところで、ｓｏｌ．Ａｌを上記範囲に調整
するには鋼中に相当量のＡｌを添加する必要があり、こ
のためにＡｌ２Ｏ３　系酸化物が脱酸生成物として生成
する。

【０００４】このＡｌ２Ｏ３　系酸化物は連続鋳造にお
いて浸漬ノズルに付着し易く、特にニアネットシェイプ
を指向した小断面連鋳における小孔径ノズル使用時には
ノズル詰まりを来し鋳造不能になる等の問題点がある。

【０００５】この対策として溶鋼中にＣａを添加してＡ
ｌ２Ｏ３　を低融点のＣａＯ―Ａｌ２Ｏ３　系に形態制
御することが行われているが、このＣａ処理法はＳ含有
量が高い場合には高融点のＣａＳが生成し易く、逆にこ
のＣａＳがノズル詰まりの原因となる等問題点を抱えて
いる。

【０００６】ここでｓｏｌ．Ａｌの鋼材靱性向上効果は
成品の熱処理加工時に析出するＡｌＮの鋼結晶粒細粒化
作用によるとされている。

【０００７】従って、ＡｌＮに代わる何等かの鋼結晶粒
細粒化効果を付与することができればｓｏｌ．Ａｌ含有
が不要となり、結果としてＡｌ２Ｏ３　に起因するノズ
ル詰まりも回避できることになる。

【０００８】この様な鋼結晶粒細粒化効果を発現する機
構として最近注目されて来ているものに鋼中のＭｎＳ等
析出物を微細分散化して鋼結晶粒細粒化効果をもたらす
手法がある。この機構についてはいくつか知見が発表さ
れている。

【０００９】例えば、高村ら：材料とプロセス、ｖｏｌ
．３（１９９０）―２７６および溝口ら：材料とプロセ
ス、ｖｏｌ．３（１９９０）―２７７、特開平１―２２
８６４３がある。しかしながら、その活用は今後の研究
に俟つところが多い。

【００１０】また、一般にＭｎが相当量含有している上
にＳが０．０１５ｗｔ％〜０．０７０ｗｔ％程度含有す
る高Ｓ鋼では、容易にＭｎＳが晶析出し、しかもその粒
径は１０〜３０μｍ程度の比較的粗大なＭｎＳになる割
合が多いのが通常である。従って、このままでは実用に
耐え得るような鋼結晶粒細粒化効果発現は期待できない
。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術の問題
点を解消するために本発明が解決しようとする課題のポ
イントを要約すると次の通りとなる。■　　Ａｌ２Ｏ３
　系酸化物によるノズル詰まり防止のためにＡｌ脱酸（
Ａｌ添加）をしない。そのため、従来ｓｏｌ．Ａｌ含有
で発現していた鋼結晶粒細粒化効果の代替作用としてＭ
ｎＳの微細分散化による鋼結晶粒細粒化作用を活用する
。■　　Ｍｎを含む高Ｓ鋼におけるＭｎＳ微細分散化を
達成する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量％で、Ｓ
：０．０１５％以上０．０７０％未満含有し、Ｓｉ：０
．１０％〜１．５０％、Ｍｎ：０．２０％〜１．００％
、Ａｌ：＜０．００５％の範囲の高Ｓ含有鋼の連続鋳造
において、溶鋼中のＴｉ含有量を０．０１０％〜０．０
２０％になるようにＴｉを添加し、かつＣｅ、Ｚｒ、Ｙ
、Ｈｆの内一種または二種以上の合計で０．００５％〜
０．０１０％になるように添加した後、鋳型に鋳込むこ
とおよび該後者の脱酸元素を添加後１０分以内に鋳型に
鋳込むことによって前項の課題記■、■を解決するもの
である。

【００１３】

【作用】本発明では、鋼中のＳ、Ｓｉ、ＭｎおよびＡｌ
量について以下の理由でその範囲を規定する。

【００１４】Ｓは機械構造用鋼あるいは冷間鍛造用鋼な
どに用いられる棒鋼成品への被削性付与の面から最低０
．０１５ｗｔ％以上必要であるが、０．０７０ｗｔ％を
越えて含有されると機械的性質が劣化するので上限は０
．０７０ｗｔ％に規定される。

【００１５】Ｓｉ、Ｍｎは第１の理由として、まず本発
明ではＡｌ等の強脱酸元素で十分に脱酸しないので実用
的なＴ、Ｏレベルに維持する必要から所定量の含有を要
する。

【００１６】さらに第２の理由として、Ｓｉ、Ｍｎ脱酸
による脱酸生成物は、この他に添加するＴｉおよびＣｅ
、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ等の脱酸生成物と複合し易く、これら
複合酸化物はＭｎＳの析出核となり易い。

【００１７】この析出核となり易い性質は後述するよう
にＭｎＳ微細分散化に有効となる。また、さらにはＭｎ
はＭｎＳ析出のための化学量論的必要元素でもある。

【００１８】以上の諸理由から、Ｓｉ：０．１０ｗｔ％
〜１．５０ｗｔ％、Ｍｎ：０．２０ｗｔ％〜１．００ｗ
ｔ％含有することが必要である。各々下限は効果発現の
最低限であり、上限は必要十分量である。

【００１９】Ａｌは、従来の条鋼系実用鋼では鋼の結晶
粒度調整用に必要であるが、前述のごとくＡｌ２Ｏ３　
生成を防止するために大幅に低下させる。

【００２０】Ａｌは強脱酸元素であるため、極少量でも
Ａｌ２Ｏ３　になるため不可避的に混入する程度のレベ
ルに抑制する必要がある。その程度のレベルとしてＡｌ
＜０．００５ｗｔ％を規定する。

【００２１】次にＭｎＳを微細分散化する作用について
述べる。その基本的考え方は、溶鋼中および溶鋼が凝固
する過程でＭｎＳの析出核として機能する酸化物を微細
にかつ均一に分散させる。またこの酸化物は活性でＭｎ
Ｓの析出核となり易いことが基本的要件である。

【００２２】まずＴｉ添加効果であるが、溶存Ｏを含む
溶鋼へのＴｉ添加によって生成するＴｉＯまたはＴｉＯ
―ＴｉＯ２　（Ｔｉ２Ｏ３　）は極めて活性で、ＭｎＳ
析出の析出核として機能する。従って、ＭｎＳを微細分
散する上で十分条件ではないが酸化物の性質として極め
て好都合である。

【００２３】Ｔｉ含有量は本発明者らが種々実験を繰り
返した結果、０．０１０ｗｔ％〜０．０２０ｗｔ％の範
囲が適当であることを見いだした。Ｔｉ量が０．０１０
ｗｔ％未満ではＭｎＳ析出核となるＴｉ酸化物量が不足
し、ＭｎＳを十分に微細分散させることができない。

【００２４】また０．０２０ｗｔ％を越えて添加すると
Ｔｉによる脱酸が強過ぎ、溶鋼段階で粗大粒径のＴｉ脱
酸生成物、いわゆる一次脱酸生成物が生成してしまい、
ＭｎＳ微細分散効果発現に寄与しない。

【００２５】弱脱酸元素であるＴｉは溶鋼が凝固過程で
溶存Ｏと化合し、Ｔｉ酸化物を形成する。Ｔｉ含有量範
囲０．０１０ｗｔ％〜０．０２０ｗｔ％は丁度上記凝固
過程でのＴｉ酸化物形成に適するものである。

【００２６】しかしながら、これまで述べたＴｉ添加の
単独効果ではＭｎＳの析出核として機能する酸化物を微
細にかつ均一に分散させる上で十分条件でないことも明
らかである。すなわち、問題点は本発明の構成をなすＭ
ｎ、Ｓ量では通常ＭｎＳが凝固開始初期の液相状態から
晶出し出す範囲にある。

【００２７】しかし上記Ｔｉ含有量範囲でのＴｉ単独添
加ではＴｉ酸化物は凝固過程で主に形成されるため、こ
の液相状態から晶出するＭｎＳは析出核が十分に存在し
ないので凝固過程のデンドライト樹間に比較的粗大粒と
して偏在し易い。

【００２８】従って本発明では、この凝固開始初期の液
相状態でＭｎＳの析出核となり得る酸化物を形成するた
め、次のような強脱酸元素を併用する。

【００２９】すなわち、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆの内一種
または二種以上の脱酸元素を合計で０．００５ｗｔ％〜
０．０１０ｗｔ％になるように添加する。これらの元素
はいずれも強脱酸元素であり、凝固開始初期の液相状態
で酸化物（脱酸生成物）を形成する。

【００３０】Ｃｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ等の酸化物（以降Ｃ
ｅ等酸化物と略記する）それ自体はあまり活性ではなく
、単独では直接ＭｎＳの析出核となり難いが活性なＴｉ
酸化物とは複合酸化物を形成する。

【００３１】いわばここではＣｅ等酸化物をＴｉ酸化物
の晶析出核として機能させるのである。このように形成
されたＣｅ等酸化物とＴｉ酸化物の複合酸化物は活性で
あり、ＭｎＳの析出核として有効に機能する。

【００３２】また数多くの強脱酸元素の内でＣｅ、Ｚｒ
、Ｙ、Ｈｆに特定されるのは、これらはいずれも重い元
素であり、酸化物の比重が大きく溶鋼中で浮上消失し難
い特性を有しているからである。実際に本発明者らは多
くの実験でこれらＣｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆどうしの効果を
比較検討したが発現する効果に差異は認められなかった
。

【００３３】含有範囲が規定される理由は０．００５ｗ
ｔ％未満では生成される酸化物が不足し、ＭｎＳの微細
分散化作用を十分に発揮できない。また、上限の０．０
１０ｗｔ％を越えるとこれらの元素が強い脱酸作用を示
すため粗大粒の脱酸生成物が生成してしまうためＭｎＳ
の微細分散化作用に寄与しないばかりか次の様な決定的
な弊害をもたらす。

【００３４】すなわち、これらの強脱酸元素で過剰に脱
酸すると溶鋼中の溶存Ｏが奪われてしまい、活性なＴｉ
酸化物が生成できなくなってＣｅ等酸化物との複合酸化
物が形成されない。

【００３５】この様な裸のＣｅ等酸化物は前述の通りＭ
ｎＳの析出核として有効ではない。本発明の構成要件の
一つであるＴｉとＣｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ群の併用添加は
相互の特性を巧妙に組み合せたものとなっている。

【００３６】次いで考慮すべき点は脱酸元素添加後の保
持時間である。Ｔｉ添加の場合は前述のごとく脱酸力が
弱く、基本的に溶鋼が凝固する過程で脱酸生成物が形成
されるので保持時間を特に規定する必要はない。

【００３７】しかしながら、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆの場
合は強脱酸力をもち、Ａｌ等に代表される様に脱酸生成
物が溶鋼段階で生成し、保持時間延長とともに粒成長し
たり、合体してクラスター化する傾向を持つのでＭｎＳ
微細分散の前提としての酸化物微細分散にとっては好ま
しくないものとなる。

【００３８】図１は本発明者らが行った実験で、Ｔｉ：
０．０１４±０．００２ｗｔ％添加後、Ｃｅ：０．００
７±０．００２ｗｔ％添加した後、保持時間を種々変化
させた場合のＴｉ―Ｃｅ複合酸化物の粒径変化を調査し
た結果を示したものである。

【００３９】これから酸化物が微細分散状態で保持され
るのは、添加後１０分以内望ましくは５分以内であるこ
とが分かった。従って、本発明の更なる構成要件として
、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆの一種または二種以上を添加後
１０分以内に鋳型に鋳造して凝固を開始するものと規定
する。

【００４０】

【実施例】本発明の実施例を以下に示す。

【００４１】溶解量１０ｋｇ用の溶解炉を用いて高純度
電解鉄を１０ｋｇ溶解し、１５５０±５℃に温度保持し
て、まず表１に示す基本成分に成分調整した。

【００４２】

【表１】

【００４３】その後、表２に示す実施水準の脱酸元素を
添加し、同じく表２に示す所定の時間保持後内径６０ｍ
ｍφ、高さ７０ｍｍの鋳型に注入し、約２ｋｇのインゴ
ットを得た。冷却速度は、鋳型内中心部高さ方向３ヶ所
で事前に測定し、１５００〜１４００℃の範囲で６０±
５℃／ｍｉｎであることを確認している。

【００４４】この冷却速度は実機の連続鋳造における実
用鋳片の平均的な冷却速度にほぼ相当している。得られ
たインゴットの底部から１０ｍｍ高さの中心付近から顕
微鏡試料を採取した。この様な作業を表２に示す実施水
準ごとに繰り返した。

【００４５】実施水準としては、本発明例１および２は
それぞれＴｉ＋Ｃｅ、Ｔｉ＋Ｚｒ複合脱酸で保持時間５
および１０ｍｉｎである。比較例１は従来の鋼結晶粒細
粒化を目的にしたＡｌ脱酸の例である。一方、比較例２
はＴｉ単独脱酸（保持時間は５分）であり、比較例３は
Ｔｉ＋Ｃｅの複合脱酸ではあるが保持時間を２０ｍｉｎ
に延長した例である。

【００４６】

【表２】

【００４７】注１）２種類の脱酸元素添加例では左項を
添加後１ｍｉｎ　経過して右項を添加した。

【００４８】注２）ｓｏｌ．Ａｌ：酸可溶性Ａｌ（鋼中
溶存Ａｌに相当） 実施例で得られたサンプルの酸化物およびＭｎＳ粒径測
定結果を図２に示す。これから酸化物の粒径が小さい程
、概ねＭｎＳの粒径が細微になる傾向が認められる。

【００４９】また本発明例１および２においていずれの
比較例より酸化物粒径が小さくそれに伴ってＭｎＳが微
細であることが分かる。比較例１のＡｌ脱酸では元々Ｍ
ｎＳ微細分散化による鋼結晶粒細粒化効果を狙ったもの
ではなく、鋼中にｓｏｌ．Ａｌが含有されていることが
意味を持つ。

【００５０】しかしこの場合は実際の連続鋳造ではＡｌ
２Ｏ３　によるノズル詰まりが問題となる。一方、比較
例２ではＴｉ単独脱酸のためＭｎＳがデンドライト樹間
に偏在し、粒径も大きい。

【００５１】また、比較例３では本発明例１と同様Ｔｉ
＋Ｃｅの複合脱酸ではあるが、Ｃｅ添加後の保持時間が
２０ｍｉｎと長いため、Ｃｅ酸化物が粗大化してしまい
ＭｎＳの微細化は達成できていない。

【００５２】

【発明の効果】本発明は、脱酸元素としてＴｉおよびＣ
ｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆの一種または二種以上を溶鋼に適正
量添加して、さらには保持時間を所定時間以内の短時間
で鋳造することによって脱酸生成物であるこれら脱酸元
素の酸化物を微細に分散させ、この酸化物を析出核とし
て微細に分散されたＭｎＳを生成させるものである。

【００５３】この様に微細分散したＭｎＳは鋼材の熱処
理加工時に鋼結晶粒細粒化効果を発揮することは既知の
事実である。

【００５４】また、この様にして生成する酸化物は複合
化しているので酸化物の融点は低く保たれるので実機の
連続鋳造においてノズル詰りの原因になることはない。

【００５５】この結果、従来連続鋳造においてノズル詰
り等の問題があったＡｌ脱酸による条鋼系高靱性用鋼を
同等の品質を維持しながらノズル詰りの無い安定した鋳
造で製造可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｔｉ＋Ｃｅ複合脱酸後の酸化物粒系の経時変化
測定結果を示す図である。

【図２】本発明例および比較例で実施された鋼中の酸化
物およびＭｎＳ粒径測定結果を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量％で、Ｓ：０．０１５％以上０．
   ０７０％未満含有し、Ｓｉ：０．１０％〜１．５０％、
   Ｍｎ：０．２０％〜１．００％、Ａｌ：＜０．００５％
   の範囲の高Ｓ含有鋼の連続鋳造において、溶鋼中のＴｉ
   含有量を０．０１０％〜０．０２０％になるようにＴｉ
   を添加し、かつＣｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆの内一種または二
   種以上の合計で０．００５％〜０．０１０％になるよう
   に添加した後鋳型に鋳込むことを特徴とする高Ｓ含有鋼
   中にＭｎＳを微細分散させる方法。
2. 【請求項２】Ｃｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆの内一種または二種
   以上の合計で０．００５％〜０．０１０％になるように
   添加した後、該後者の脱酸元素を添加後１０分以内に鋳
   型に鋳込むことを特徴とする請求項１記載の方法。