JPH06299286A - 酸化物粒子を制御した鋼およびその製造方法 - Google Patents

酸化物粒子を制御した鋼およびその製造方法

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JPH06299286A
JPH06299286A JP8604893A JP8604893A JPH06299286A JP H06299286 A JPH06299286 A JP H06299286A JP 8604893 A JP8604893 A JP 8604893A JP 8604893 A JP8604893 A JP 8604893A JP H06299286 A JPH06299286 A JP H06299286A
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JP
Japan
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steel
oxide
molten steel
wire
toughness
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JP8604893A
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English (en)
Inventor
Masamitsu Wakao
昌光 若生
Akifumi Seze
昌文 瀬々
Hironori Goto
裕規 後藤
Toshiyuki Kajitani
敏之 梶谷
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶鋼における酸化物介在物を制御することに
よって、溶接熱影響部の靱性を改善した酸化物介在物粒
子を制御した鋼およびその製造方法を提供する。 【構成】 重量%として、Mn:0.3〜2.2%、S
i:0.02〜0.5%、Ti:0.005〜0.1
%、S:0.001〜0.02%、N:0.0005〜
0.01%、かつAl:0.008%以下として、Zr
およびTiを含む複合酸化物のサイズとその分布を制御
することによって、フェライトの核となるMnSやTi
Nを析出させて微細に分散させることを特徴とする。さ
らに選択元素として、Cu、Ni、Cr、Mo、Nb、
V、B、Caの一種または二種以上を含有するもので、
この製造としてZrを含有せしめることができる。この
製造法としてZrを含有するワイヤーを鋳造の際にモー
ルド内へ、タンデッシュストッパーの中を貫通して添加
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】溶鋼における酸化物介在物を制御
することによって溶接熱影響部の靱性を改善する技術に
関するもので、特に連続鋳造における二次脱酸生成物の
微小粒子を制御するものである。
【0002】
【従来の技術】従来構造用材料として使用される鋼材に
おいて、溶接時の溶接熱影響部における靱性の低下が問
題であり、この点について種々の改善がなされてきた。
一般的には鋼の製造過程において、母材と同等の特性を
この溶接熱影響部に付与することは困難と考えられてい
た。これは溶接熱によって熱影響部(以下HAZと称す
る)の結晶粒が粗大化することに起因して材質の脆化を
呈するものである。
【0003】その改善のためにHAZ組織を微細化する
技術が開発され実用化されて来た。例えば特開昭61─
79745号および61─238940号公報等におい
てTi酸化物を含む析出物を核として、溶接後の冷却時
において結晶粒内に微細なフェライトを生成させて、溶
接熱影響部の靱性を向上させる方法が、また二次脱酸生
成物の微細なTi酸化物を均一分散させることによって
HAZ靱性が改善できることが開示されている。
【0004】しかし、厚みが数100mmもある連続鋳
造材の厚み方向の介在物分布では、その中心部で酸化物
個数が減少し、微細なフェライト生成率が低下する現象
があり、このため期待される効果が十分に発揮されな
い。発明者の特許である特願昭2−91876号公報に
おいて、Ti脱酸鋼にZrを添加することによって、連
続鋳造材の厚み中心部での酸化物個数を増加させる方法
を提案した。これには、Zrを添加する場合の添加方法
の開示はなく、二次精錬工程で添加した場合に、凝固完
了までの時間が長いとZr酸化物が浮上して個数が減少
するため、その効果が低下することになる。従って、鋳
造の後半ではその効果が期待できない場合が多い。
【0005】従来の方法では、溶接熱影響部の靱性に大
きく影響する酸化物介在物の微小粒子の連続鋳造材にお
ける分布を改善することが不十分であり、この改善が望
まれていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の問題点
を解決することを目的に、Ti添加鋼の連続鋳造材の中
心部の酸化物個数が低下することを防止して、HAZ靱
性の改善と大入熱溶接における靱性確保をはかり、Zr
の効果を充分に発揮させるための鋼およびその製造方法
を提供する。すなわち、連続鋳造材の中心部から表層部
にわたって、溶接熱影響部におけるフェライトの核とし
てより有効に作用するMnSとTiNの析出核となるT
i─Mn─Si酸化物をZrを含む複合酸化物として均
一に分散されるために、大きさおよび個数を制御するこ
とを目的になされたものである。さらに、Zrの効果を
活かすためには、その添加時期を制御可能として出来る
だけ凝固直前での添加が有効であるとの知見によって、
その添加方法の改善を第二の目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するもので、その要旨は、 (1)重量%としてMn:0.3〜2.2%、Si:
0.02〜0.5%、Ti:0.005〜0.1%、
S:0.001〜0.02%、N:0.0005〜0.
01%、Zr:0.001〜0.05%、かつAlを
0.008%以下含み残部がC、Feおよび不可避不純
物からなる炭素鋼において、その中に含まれる微小粒子
が、少なくともTi酸化物およびZr酸化物を含む複合
体粒子であり、かつ大きさ0.1〜10μmであるもの
が、鋼材断面積1mm2 当たり30〜2000個該炭素
鋼中に分散していることを特徴とする酸化物粒子を制御
した鋼、
【0008】(2)重量%としてMn:0.3〜2.2
%、Si:0.02〜0.5%、Ti:0.005〜
0.1%、S:0.001〜0.02%、N:0.00
05〜0.01%、かつAlを0.008%以下含み残
部がC、Feおよび不可避不純物からなる炭素鋼の溶鋼
を連続鋳造する際に、Zrを含む合金を鉄製の被覆材で
覆ったワイヤーを、タンデッシュストッパーの軸に設け
られ、かつ軸上端部で空気シールされたチューブを通じ
て浸漬ノズル内の溶鋼に添加することにより、鋼中に少
なくともTi酸化物およびZr酸化物を含む微小粒子で
あり、かつ大きさ0.1〜10μmであるものが鋼材断
面積1mm2 当たり30〜2000個分散した鋼を得る
ことを特徴とする酸化物粒子を制御した鋼の製造方法、
【0009】(3)重量%としてMn:0.3〜2.2
%、Si:0.02〜0.5%、Ti:0.005〜
0.1%、S:0.001〜0.02%、N:0.00
05〜0.01%、かつAlを0.008%以下含みC
u:0.05〜1.00%、Ni:0.05〜4.0
%、Cr:0.05〜1.0%、Mo:0.05〜0.
4%、Nb:0.003〜0.06%、V:0.005
〜0.080%、B:0.0003〜0.002%、C
a:0.0005〜0.005%の内の一種または二種
以上を含有して、残部がC、Feおよび不可避不純物か
らなる溶鋼を連続鋳造する際に、Zrを含む合金を鉄製
の被覆材で覆ったワイヤーを、タンデッシュストッパー
の軸に設けられ、かつ軸上端部で空気シールされたチュ
ーブを通じて浸漬ノズル内の溶鋼に添加することによ
り、鋼中に少なくともTi酸化物およびZr酸化物を含
む微小粒子であり、かつ大きさ0.1〜10μmである
ものが鋼材断面積1mm2 当たり30〜2000個分散
した鋼を得ることを特徴とする酸化物粒子を制御した鋼
の製造方法である。
【0010】すなわち、本発明が対象とする鋼は通常の
厚板等に使用される構造用炭素鋼であって、溶接時に問
題となるHAZ靱性の低下を防止するために結晶粒の微
細化を成すものである。これら鋼においてはTi脱酸鋼
として、微細なフェライトを生成させ靱性を改善するこ
とは公知である。しかし連続鋳造材での中心部の酸化物
個数は、図1に示すごとく、表層から中心に向かって介
在物個数が減少することを本発明者等は知見して、これ
の改善に取り組み本発明を成したものである。すなわ
ち、図1では従来のTi脱酸鋼では鋳片の中心部で酸化
物個数が大きく減少するが、Zr脱酸鋼においては表層
より中心部まで均一な分布が得られ、その中間にTi─
Zr脱酸鋼が位置することがわかる。
【0011】しかしながら、図2に示すように、Zr添
加の効果は鋳造の初期には大きいが、鋳造末期ではその
効果が小さくなる。これは、Zr酸化物が浮上するため
であり、これを防止するには出来るだけ鋳造直前でのZ
r添加が望ましい。発明者らは、このために連続鋳造機
のタンデッシュのストッパーを介してZrワイヤー添加
法を採用した。
【0012】図2は鋳片の中心部における本発明と従来
のTi−Zr脱酸鋼との比較を示す図である。この図2
より鋳造の末期において、従来のTi−Zr脱酸鋼では
酸化物個数が減少していくが、本発明では一定の個数を
維持することがわかる。その結果、鋼中に分散させた微
小粒子の酸化物介在物を変態核として、オーステナイト
粒内から微細をフェライトを生成させることによって、
HAZの組織微細化が得られた。
【0013】
【作用】本発明の作用についてさらに説明する。本発明
では添加されたZrは浸漬ノズル内で溶解し、Zr酸化
物となって数秒の後にモールド内に供給されるので、生
成したZr酸化物が浮上する時間が短いため、浮上によ
る酸化物個数の減少が抑制される。また、ストッパー軸
を通して、ワイヤーを供給するので、連鋳パウダーとの
反応や空気酸化の影響がない。さらに、数tの溶鋼を含
むタンデッシュや数1000mmの幅と数100mmの
厚みの開口部を持つモールドとは異なり、数100mm
の直径の浸漬ノズル内部の狭い空間でZrを含むワイヤ
ーを溶鋼に添加するので、均一な混合が可能となる。
【0014】すなわち、本発明では凝固直前にZrを添
加するので、Zr酸化物の浮上による介在物個数の減少
が抑制される。また、ストッパー軸を通して、ワイヤー
を供給するので連鋳パウダーとの反応や空気酸化の影響
がなく、かつ浸漬ノズル内部の狭い空間で溶鋼に添加す
るので、均一な混合が可能となる。介在物については、
Ti酸化物にZr酸化物が複合化されると、冷却速度の
小さな鋳片厚み中心部でも、酸化物個数が減少しない。
【0015】さらに、本発明では常に凝固の直前でZr
を添加することになるので、上記効果は鋳造の後半でも
大きい。したがって、Ti─Zrを含む複合酸化物を核
として、MnSとTiNが析出し、これらが溶接時の冷
却時にオーステナイトから粒内フェライトが生成する時
の変態核として作用する。この結果、鋳片中心部でも、
微細な粒内フェライトの生成率が向上し、靱性が向上す
る。次に、本発明の構成要件の限定理由についてさらに
詳述する。本発明の含有成分についての限定理由は次の
とおりである。
【0016】C:Cは溶接用構造用鋼の一般的な成分領
域でよく、特に限定していない。通常では1%以下がそ
のレベルである。 Mn:Mnは母材の強度靱性を確保するために、0.3
%以上の添加が必要である。またSiとともに脱酸生成
物および硫化物を生成し、母材およびHAZ組織を微細
化し靱性を向上させる。しかし、多量に添加すると溶接
性、HAZ靱性を劣化させるので、2.2%以下とす
る。
【0017】Si:Siは母材強度を確保し、脱酸生成
物の形成に必要な元素である。本発明ではMnSの析出
核となりやすいMnO−SiO2 の複合酸化物を形成さ
せるために、0.02%以上含有させる。しかし、多量
に添加すると溶接性、HAZ靱性を劣化させるので、
0.5%以下とする。
【0018】Ti:TiはMnSの核となる二次脱酸生
成物の主体をなすものであって、MnO、SiO2 より
酸化能が大きく複合介在物を生成する必須元素であり、
この効果は0.005%以上の添加によって認められ、
これを下限値とした。しかし、Tiがあまり多いと大型
の介在物が生成して材質に悪影響を及ぼすので、上限を
0.1%とした。
【0019】S:SはMnS生成のために本発明におけ
る必須元素である。MnSは、粒内フェライト変態核と
なるTiNの析出核となり、またそれ自体が粒内フェラ
イト変態核となる。従って、MnSを生成させるため下
限を0.001%とした。また、Sがあまり多くなると
粗大硫化物系介在物ができ、母材靱性を低下させHAZ
靱性を劣化させる。このため、上限を0.02%とし
た。 N:Nは、TiN生成のために必須であり、従って下限
を0.0005%としたが、あまり多くすると窒化物が
増大して好ましくない。そのため下限を0.0005%
として上限を0.01%としている。
【0020】Zr:Zrについては本発明の必須元素で
あり、酸化物の組成、大きさおよび個数の制御にとっ
て、もっとも有効な成分である。Zrの含有量について
は、本発明者のこれまでの試験によって、その含有量が
0.001%未満では介在物制御に効果がなく、また
0.05%超では大型介在物を形成して母材の特性を劣
化することが判明している。このため本発明では0.0
01〜0.05%の範囲とした。
【0021】Al:Alは、一般的に脱酸剤として添加
するが、Alは酸素との親和力が強く、過剰に添加する
と他の酸化物、およびその生成に影響を及ぼす。すなわ
ち、溶鋼中のMnOやSiO2 を還元してしまい、Al
2 3 を形成する。Al2 3 が多量になるとクラスタ
ーを形成し、サイズが大きくなりTi、Zr添加による
微細効果が期待できない。そのため0.008%以下に
限定する。その他本発明鋼にはCu、Ni、Cr、M
o、Nb、V、BおよびCaの少なくとも一種を添加す
るが、これは通常厚板、鋼管等溶接構造用鋼に含有する
範囲である。 Cu:Cuは耐食性、耐水素誘起割れ性を付与し圧延時
の割れ発生を防止するために0.05〜1.00%とす
る。
【0022】Ni:Niは、耐食性と共に母材の強度靱
性を向上させるが多量添加は溶接性に好ましくないため
0.05〜4.0%とする。 Cr:CrもNiと同様の効果を期待でき、更に溶接強
度を高めるが、接合部靱性を低下させないため1.0%
以下とし、0.05%以下では効果が認められない。 Mo:Moは母材の強度、靱性を向上させる元素である
が多量添加は溶接部を劣化させるので0.05〜0.4
%とする。
【0023】Nb、V:Nb、Vは母材強度、HAZ靱
性の改善に有効であるが、多量添加はこれらの特性にか
えって有害となる。そのためにそれぞれ0.003〜
0.060%、0.005〜0.080%とする。 B:Bは、鋼の焼き入れ性を向上させ、母材強度を上昇
させる。接合部に固溶したBは、粒界フェライトの生成
を抑制し、HAZ靱性を向上する。過剰添加はかえって
HAZを硬化するため3〜20ppmとする。
【0024】Ca:Caは粗大な硫化物の形態を制御
し、低温靱性を向上させると共に耐水素誘起割れ性を改
善する。しかし、多量添加するとCaO、CaSが多く
なり大型介在物となり、またMnSの生成が阻害される
のでかえって溶接性に悪影響を及ぼす。そのため0.0
01〜0.005%の範囲とする。次に、酸化物介在物
の限定理由について説明する。
【0025】酸化物が微細に分散し易いものとしては、
Ti酸化物やZr酸化物が挙げられる。ここで、Ti酸
化物は凝固中に生成し易いので、Ti添加から鋳造まで
の時間が長くても減少することはない。しかし、冷却速
度によりその個数が変化するという欠点がある。すなわ
ち、冷却速度の速い鋳片表層ではTi酸化物の個数は非
常に多く、冷却速度の遅い鋳片中心部では個数が少な
い。一方、Zr酸化物はZr添加直後に多量に生成する
ので、冷却速度によって個数が変化することはない。た
だし、Zr添加から凝固までの時間が長いと減少してし
まう。本発明では、酸化物をTi─Zr複合酸化物とす
ることにより、それぞれの長所を生かし、欠点をお互い
に補うものである。
【0026】複合体酸化物の粒子が0.1μm未満のも
のは、その観察が困難であり、また10μm超の大きさ
の酸化物では材質特性を劣化させるために、少ない方が
好ましいので個数の条件からはずした。このため本発明
では個数を規定する条件として0.1〜10μmの範囲
に限定した。従って、0.1μm未満のものや10μm
以上のものが含まれていても問題はない。また鋼材断面
積1mm2 あたり分散粒子が30個未満では、フェライ
トの均一生成が困難となり、目標とする溶接熱影響部の
靱性を得ることができない。また2000個超の場合に
おいては、母材の特性値を劣化するので、このため本発
明では30〜2000個の範囲に限定している。
【0027】このような酸化物粒子の条件を得るため
に、本発明ではTi含有鋼にZrを凝固直前に、しかも
より有効に作用すべく狭い範囲に均一に添加する必要が
ある。これを実現する添加方法として本発明で限定して
いるごとく、Zrをワイヤーに加工してこれを連続鋳造
のタンデッシュストッパーに装填したチューブ(管)を
通して、モールド内の溶鋼に直接的に添加する方法によ
って実現される。
【0028】本発明のZr脱酸鋼のワイヤー添加方法に
ついて下記に説明する。図3は本実施例の添加方法につ
いて、連続鋳造機周辺の概要を示す図である。取鍋1の
溶鋼はロングノズル2によってタンデッシュ4に注入さ
れ、タンデッシュ4内の溶鋼3は浸漬ノズル6によって
モールド7に鋳造される。本発明のZrワイヤー9はタ
ンデッシュストッパー5の中心部に貫通して設けられた
チューブ12をとおり、浸漬ノズル6内の空間10に供
給され、ここで溶解し溶鋼に添加される。すなわち、タ
ンデッシュストッパー5の内部のチューブ12がワイヤ
ーのガイドの役割、および添加量の調整のためのワイヤ
ー供給速度の変更に容易に対応できる設計となってい
る。Zrを含有した溶鋼はモールド内のプール8におい
て拡散して均一になる。このように、本発明では浸漬ノ
ズル6の狭い空間10にZrワイヤー9を添加するた
め、従来の取鍋、タンデッシュもしくはモールド内への
従来方式での添加に比較して、より均一性が良好であ
る。
【0029】さらに、図4に本発明の空気シール機構を
示す。この図においては、タンデッシュストッパー5の
上部のワイヤー9の入口部は、ワイヤーはガイドパイプ
15の導通部14を通り、チューブの先端部17より供
給される。チューブの先端部にはガイドパイプ15のネ
ジ付きソケット16があり、これによって固定される。
内部チューブに供給されるアルゴンはアルゴン取り入れ
口13によって注入され、チューブ内は非酸化雰囲気と
される。この非酸化雰囲気用のガスはその他のガスの使
用も可能である。以上の添加装置については、いかなる
変更も可能であり、連続鋳造機とその操業より適宜選択
できるものである。
【0030】
【実施例】本発明の実施例について、図を参照して以下
に述べる。表1および表2に示した成分の鋼を転炉、R
H真空脱ガス炉で精錬した後、連続鋳造設備にて鋳片を
製造した結果を示す。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】その際に、Zr添加なし(A)、とZrの
濃度(G、L)および添加方法(B、C、D、E)を変
えた水準とした。特にF、H、I、およびJは本発明の
条件を満たす溶鋼成分およびZr添加方法である。図5
は本実施例の鋳片内厚み方向の酸化物の分布を示す図で
ある。この図よりB、C、F、H、I、およびJが良好
な結果を示している。すなわちZrが適正量入ると鋳片
中心部での酸化物個数が増加する。一方、タンデッシュ
添加やモールド添加ではZrを適正量入れることは難し
いことがわかる。図6は本実施例の鋳片中心部での酸化
物個数の鋳造時間での変化を示す図である。この図よ
り、ワイヤー添加の内、Zr添加量を意図的に変化させ
たもの以外は減少分が小さいことがわかる。
【0034】
【発明の効果】上記の実施例からも明らかなごとく、本
発明はZr添加の適正をはかり、鋳造条件、特に冷却速
度と鋳造時間に影響されない複合酸化物を生成せしめ、
この微小粒子が均一に分散した鋼を得ることを可能とし
て、かつ溶接加工時の熱影響部のミクロ組織の微細化を
図り、これまでにない靱性に富む鋼材を提供することを
可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るTi、Zr脱酸時の酸化物個数と
鋳片位置との関係を示す図である。
【図2】本発明に係るTi、Zr脱酸時の酸化物個数と
鋳片長さとの関係を示す図である。
【図3】本実施例のZrワイヤーの添加方法の概要図で
ある。
【図4】本実施例のZrワイヤーの添加に係る、タンデ
ッシュストッパーの上部の空気シール機構の詳細図であ
る。
【図5】本実施例に係る酸化物個数と鋳片位置との関係
を示す図である。
【図6】本実施例に係る酸化物個数と経過時間との関係
を示す図である。
【符号の説明】
1…取鍋 2…ロングノズル 3…溶鋼 4…タンデッシュ 5…タンデッシュストッパー 6…浸漬ノズル 7…モールド 8…溶鋼プール 9…Zrワイヤー 10…上部空間 11…メニスカス 12…チューブ 13…Ar取り入れ口 14…導通管 15…ガイドパイプ 16…ネジ付きソケット 17…チューブ先端部
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/14 (72)発明者 梶谷 敏之 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%としてMn:0.3〜2.2%、
    Si:0.02〜0.5%、Ti:0.005〜0.1
    %、S:0.001〜0.02%、N:0.0005〜
    0.01%、Zr:0.001〜0.05%、かつAl
    を0.008%以下含み残部がC、Feおよび不可避不
    純物からなる炭素鋼において、その中に含まれる微小粒
    子が、少なくともTi酸化物およびZr酸化物を含む複
    合体粒子であり、かつ大きさ0.1〜10μmであるも
    のが、鋼材断面積1mm2 当たり30〜2000個該炭
    素鋼中に分散していることを特徴とする酸化物粒子を制
    御した鋼。
  2. 【請求項2】 重量%としてMn:0.3〜2.2%、
    Si:0.02〜0.5%、Ti:0.005〜0.1
    %、S:0.001〜0.02%、N:0.0005〜
    0.01%、かつAlを0.008%以下含み残部が
    C、Feおよび不可避不純物からなる炭素鋼の溶鋼を連
    続鋳造する際に、Zrを含む合金を鉄製の被覆材で覆っ
    たワイヤーを、タンデッシュストッパーの軸に設けら
    れ、かつ軸上端部で空気シールされたチューブを通じて
    浸漬ノズル内の溶鋼に添加することにより、鋼中に少な
    くともTi酸化物およびZr酸化物を含む微小粒子であ
    り、かつ大きさ0.1〜10μmであるものが鋼材断面
    積1mm2 当たり30〜2000個分散した鋼を得るこ
    とを特徴とする酸化物粒子を制御した鋼の製造方法。
  3. 【請求項3】 重量%としてMn:0.3〜2.2%、
    Si:0.02〜0.5%、Ti:0.005〜0.1
    %、S:0.001〜0.02%、N:0.0005〜
    0.01%、かつAlを0.008%以下含みCu:
    0.05〜1.00%、Ni:0.05〜4.0%、C
    r:0.05〜1.0%、Mo:0.05〜0.4%、
    Nb:0.003〜0.06%、V:0.005〜0.
    080%、B:0.0003〜0.002%、Ca:
    0.0005〜0.005%の内の一種または二種以上
    を含有して、残部がC、Feおよび不可避不純物からな
    る溶鋼を連続鋳造する際に、Zrを含む合金を鉄製の被
    覆材で覆ったワイヤーを、タンデッシュストッパーの軸
    に設けられ、かつ軸上端部で空気シールされたチューブ
    を通じて浸漬ノズル内の溶鋼に添加することにより、鋼
    中に少なくともTi酸化物およびZr酸化物を含む微小
    粒子であり、かつ大きさ0.1〜10μmであるものが
    鋼材断面積1mm2 当たり30〜2000個分散した鋼
    を得ることを特徴とする酸化物粒子を制御した鋼の製造
    方法。
JP8604893A 1993-04-13 1993-04-13 酸化物粒子を制御した鋼およびその製造方法 Pending JPH06299286A (ja)

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