JPH0790504A - 低温用Ｎｉ含有鋼およびその連続鋳造鋳片の２次冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連続鋳造時に鋳片表面疵が発生しにくい低温
用Ｎｉ含有鋼およびその製造方法を提供する。 【構成】 この低温用Ｎｉ含有鋼は、重量で、Ｃ ０.１
％以下、Ｓｉ ０.５％以下、Ｍｎ １.０％以下、Ｎｉ
５.５〜１０％、Ｐ ０.００２０％以下、Ｓ ０.００２
０％以下、Ａｌ ０.００５〜０.０２０％、Ｎ ０.００
２０〜０.００４０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物
からなることを特徴とし、さらに必要に応じて、Ｔｉ
０.００５〜０.０２０％、Ｍｏ ０.２０％以下の１種ま
たは２種を含有する。この低温用Ｎｉ含有鋼の連続鋳造
にあたり、鋳片の表面温度が８５０〜６００℃となる範
囲を矯正応力がかからないように冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続鋳造時に鋳片に表面
疵が発生しにくい低温用Ｎｉ含有鋼およびその連続鋳造
鋳片の２次冷却方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より鋼にＮｉを添加すると低温靱性
が向上することが知られており、Ｎｉを２〜１０％程度
含有する鋼が低温用鋼として使用されている。なかでも
Ｎｉを９％程度含有する鋼は−１６０℃以下での使用に
耐えることから液化天然ガスなどのタンク材などに使用
されている。

【０００３】一方、鋼の製造工程において、図５に示す
ような連続鋳造は歩留まりの向上、省力化、高生産性化
などに大きな効果をあげ、現在では特殊な材質、寸法上
の制約がある場合などを除けばほぼ１００％が連続鋳造
されている。しかし、Ｎｉを５.５〜１０％含有する鋼
は、普通の炭素鋼、低合金鋼に比べて表面横割れ、表皮
下割れ、コーナー割れの発生が激しく、連続鋳造による
製造が困難という問題がある。

【０００４】これらの割れは、連続鋳造の２次冷却時に
鋳片表面温度が熱間延性の低下する６００〜８５０℃に
まで降下し、この時熱応力、矯正応力を受けることによ
り生じることが知られている。Ｎｉを５.５〜１０％含
有する鋼では、γ相が初晶として凝固するため、粒界へ
のＳ、Ｐ等の偏析が著しく、その結果普通の炭素鋼、低
合金鋼に比べて６００〜８５０℃における延性の低下が
顕著になり、連続鋳造時の割れも激しくなると考えられ
ている。

【０００５】そこで、これらの鋼を連続鋳造によって製
造するために冷却方法を改善した発明が幾つか提案され
ている。特開昭５７−３２８６２号公報の方法は、前述
の矯正応力を受ける点での表面温度が延性の低下する温
度域にまで低下しないように、小さい冷却速度で冷却
し、かつ鋳片表面温度の均一化を図り、鋳片表面に発生
する熱応力を緩和する方法である。

【０００６】その他にも、２次冷却水ノズルにオーバル
タイプノズルや気水ノズル（ミストノズル）を用いるこ
とにより鋳片表面温度を均一化し、鋳片表面に発生する
熱応力を低減し、その結果鋳片表面疵を防止することを
可能とする方法が報告されている。しかし、これらの対
策をとっても鋳片巾方向の端部（鋳片コーナー部分）で
は、冷却されやすく鋳片内部からの復熱の効果も少ない
ために、上記矯正応力を受ける点における表面温度を延
性の低下する温度以上に安定して維持することは困難で
あるという問題が内在していた。

【０００７】そこで、特公平５−４１６９号公報の方法
では、１１５０〜９５０℃の温度領域で冷却速度を２０
℃／分以下に制御すれば延性が向上することを見いだ
し、これをもとに連続鋳造時の冷却速度を１１５０〜９
５０℃の温度領域で冷却速度を２０℃／分以下に制御す
ることにより連続鋳造時の表面割れを防止する方法が提
案されている。

【０００８】これらの方法は表面割れの防止のために効
果的であるが、現実には実操業の連続鋳造機の冷却を安
定してコントロールすることが困難であるという問題を
有していた。

【０００９】また、Ｐ、Ｓが粒界偏析すると割れやすく
なるため、これらの含有量を低減すると良いことが報告
されており、上記特公平５−４１６９号公報では、上記
冷却速度の制御に加えてＮｉ鋼の組成を、Ｓ ０.００３
０％以下、Ｐ ０.０１％以下、Ｎ ０.００４％以下に高
純度化することにより安定な効果を得ることができるこ
とを報告している。

【００１０】このようにＮｉ含有低温用鋼について冷却
方法の改善、成分調整など多様な方法が試みられている
が、なお表面割れの発生を完全に防止することができ
ず、連続鋳造による製造は困難であるのが実状であっ
た。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題点
を解決し、連続鋳造による製造が可能な低温靱性に優れ
た低温用Ｎｉ含有鋼を提供しようというものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述のように、従来、Ｎ
ｉを５.５〜１０％程度含有する鋼の連続鋳造時に発生
する割れを防止するためにそのＰ含有量およびＳ含有量
を低減する方法が提案されていた。そして、例えば特公
平５−４１６９号公報に示されているように、延性を確
保し、割れを防止するには、Ｓ ０.００３０％以下、Ｐ
０.０１％以下程度であれば十分であると考えられてい
た。

【００１３】これに対して、本発明者らは、低温用Ｎｉ
含有鋼の連続鋳造による製造の研究の過程において、鋼
中のＰ、Ｓ濃度を従来要求されていたより一段と低いレ
ベルまで高純度化することに加えて、Ｎ量を低レベルに
規定し、さらにＡｌ量をも低レベルに規定量以下とする
ことにより、高温延性をさらに向上できることを知見し
た。本発明は、この知見を基に連続鋳造時の表面割れや
表皮下割れを防止する方法を開発したものであり、その
要旨とするところは次に記載するとおりである。

【００１４】１. 重量で、Ｃ ０.１％以下、Ｓｉ ０.５
％以下、Ｍｎ １.０％以下、Ｎｉ ５.５〜１０％、Ｐ
０.００２０％以下、Ｓ ０.００２０％以下、Ａｌ ０.
００５〜０.０２０％、Ｎ ０.００２０〜０.００４０
％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴
とする低温用Ｎｉ含有鋼。

【００１５】２. さらに重量で、Ｔｉ ０.００５〜０.
０２０％、Ｍｏ ０.２０％以下の一方または双方を含有
することを特徴とする上記１記載の低温用Ｎｉ含有鋼。

【００１６】３. 連続鋳造鋳片が矯正応力を受ける点に
おける鋳片の表面温度を８５０℃以上とし、鋳片の表面
温度が８５０〜６００℃となる範囲を矯正応力がかから
ないように冷却することを特徴とする上記１または２記
載の低温用Ｎｉ含有鋼の連続鋳造における鋳片の２次冷
却方法。

【００１７】

【作用】次に本発明の作用を図面に基づいて説明する。
連続鋳造における横ひび割れなどの表面割れの発生が６
００〜８５０℃における熱間延性の低下によるものであ
ることは前述のとおりであり、連続鋳造における割れ感
受性を評価するために成分を変更し高温引張試験を行っ
た。このような試験で連続鋳造における表面割れ発生を
模擬することはしばしば行われており、高温引張試験で
得られる断面収縮率が６０％以上であれば表面割れの発
生率が非常に低下し、表面手入れ率も低下することが一
般にいわれている。

【００１８】一方、連続鋳造では、表面温度が６００〜
８５０℃の高温脆化域において、矯正応力や熱応力を受
けないように、これらの応力を受ける温度域を８５０℃
以上或は６００℃以下となるようにし、６００〜８５０
℃の温度域は応力を受けることなく冷却している。特
に、Ｎｉ含有鋼のような冷却の制御が困難で割れやすい
鋼種では応力を受ける温度域を８５０℃以上としてい
る。

【００１９】しかし、鋳片のコーナー部分では冷却され
やすく、冷却水量を制限した場合にも８５０℃程度まで
表面温度が低下して脆化域に入ってしまい、この部分で
割れが発生しやすい。そこで、連続鋳造時の割れやすさ
を評価するためには、８５０℃における高温延性が重要
となり、おもに８５０℃における断面収縮率に着目して
高温引張試験を行った。

【００２０】高温引張試験に供した試料の成分を表１に
示す。試験片は真空溶解炉を使用して所定成分の試料を
溶製し、鍛伸の後切削加工した。試験条件は熱処理履歴
については図１に示したとおりであり、１３５０℃に加
熱、溶体化の後所定の温度まで降温し引張試験を行っ
た。歪速度は鋳片が矯正されるときのそれに相当する
１.０×１０^-4／秒とした。

【００２１】

【表１】

【００２２】この試験で得られた結果を図２に示す。Ｃ
鋼、Ｄ鋼は従来より使用されている９％Ｎｉ鋼組成での
試験結果であり、特にＤ鋼は特公平５−４１６９号公報
に記載の鋼組成レベルと同一のものである。しかし、Ｃ
鋼、Ｄ鋼のいずれも１０００℃以下の広い温度範囲にわ
たって延性が低下している。これに対して、Ｓ、Ｐを従
来の水準より一段と下げ、かつ低Ａｌ、低Ｎとした本発
明鋼であるＡ、Ｂ鋼では、５００〜８００℃の間で６０
０℃を底とする深い谷を形成し、断面収縮率の値が劣化
しているが、連続鋳造の横ひび割れで重要となる８００
〜９００℃付近でＣ鋼、Ｄ鋼と比べて著しく延性が改善
され、断面収縮率で６０％以上を確保している。

【００２３】一方、Ｅ鋼でもＣ鋼、Ｄ鋼と類似の傾向を
示し、Ｐ、ＳをそれぞれＰ ０.００２０％以下、Ｓ ０.
００２０％以下まで低減させているものの、１０００℃
以下ではあまり延性は改善されていない。前述のように
Ｓ、Ｐは粒界に偏析し、これが高温延性の低下の原因に
なると考えられるが、Ｓ、Ｐを低減するのみでは高温延
性の改善に限度があり、大きな効果が得られないことが
わかった。

【００２４】さらに、Ｆ鋼ではＳ、Ｐに加えてＮを０.
００４０％以下にまで低減しているが、８５０℃におけ
る断面収縮率は４５％程度であり、本発明鋼であるＡ、
Ｂ鋼の水準までの改善は認められない。従来より、Ｎは
Ａｌと結合してＡｌＮとなり、粒界を脆弱化するため、
この対策としてＮを低減することが言われているが、Ｎ
を低減しても大きな効果は得られないことがわかった。
この鋼ではＮ量に比してＡｌ量が多いために固溶Ａｌが
存在し、これが悪影響を及ぼしたものと推定される。

【００２５】Ｇ鋼では、Ｓ、Ｐは従来レベルとし、Ａ
ｌ、ＮをそれぞれＡｌ ０.０２０％以下、およびＮ ０.
００４０％以下に低減しているが、これも十分な高温延
性は得られておれず、Ａｌ、Ｎを低減してもＰ、Ｓの含
有量が多い場合には十分な効果が得られないことがわか
った。

【００２６】次に、成分的な限界を見極めるための試験
を行った。前述のように連続鋳造時の割れやすさを評価
するためには、８５０℃における高温延性が重要とな
り、図２の結果によれば、各成分の高温延性は測定した
全温度域でほぼ平行に変化しており、ある温度でその成
分の延性を代表させることが可能と考えられる。そこ
で、８５０℃で種々の表１に示した以外の組成の試料も
含めて高温引張試験を行った。

【００２７】実験結果を図３に示す。この図３は８５０
℃における断面収縮率に及ぼすＡｌの影響を示したもの
であり、この値が６０％以上となる組成範囲を求めた。
図３ではＰ、Ｓ、Ｎ量に着目し、Ｐ、ＳについてはＰ
０.００１％以下かつＳ ０.００１％以下の条件とＰ
０.００１〜０.００２％，Ｓ ０.００１〜０.００２％
の条件で分類し、ＮについてはＮ：２０〜４０ｐｐｍと
Ｎ：４０ｐｐｍ以上に分類して示している。なお、他の
元素の含有量は、Ｃ ０.０５〜０.０６％、Ｓｉ ０.２
７〜０.２９％、Ｍｎ ０.６８〜０.７１％およびＮｉ
９.１０〜９.２５％とした。

【００２８】この図３によれば、Ｎ：２０〜４０ｐｐｍ
の条件では、Ｐ、Ｓの量にかかわらずＡｌが０.０２％
あたりで延性が急に変化している。また、Ｎ：４０ｐｐ
ｍ以上ではＡｌ量の増大と共に延性が低下するもののそ
の変化は少なくなる。これは、Ｎが２０〜４０ppm の範
囲ではＡｌ含有量が０.０２％以上となると、固溶Ａｌ
量が増加し、その結果熱間延性が低下するのに対して
Ｎ：４０ｐｐｍ以上になると固溶Ａｌ量が増加しないた
め変化量が少なくなったものと考えられる。この結果に
より、Ｐ ０.００２％以下、Ｓ ０.００２％以下、Ｎ：
４０ｐｐｍ以下の条件でＡｌ ０.０２０％以下の時に断
面収縮率が６０％以上となり、表面割れを防止すること
が可能となる。

【００２９】また、この図３より、Ｐ、ＳについてはＰ
０.００２％以下かつＳ ０.００２％以下で良好な熱間
延性が得られているが、さらに含有量を低下させＰ ０.
００１％以下かつＳ ０.００１％以下とすると一層良好
な熱間延性が得られる。Ａｌについても低減すると延性
が向上するが、Ａｌについてはこれを低下すると脱酸不
足となる恐れがあり０.００５％以下とするのは好まし
くない。Ｎについてもその含有量を４０ppm以下に低減
すると熱間延性が向上するが、現状の転炉および連続鋳
造を使用したプロセスではある程度のＮの含有は避けら
れず２０ppm 以下とするのは困難である。

【００３０】以上の高温引張試験の結果により、Ｓ、
Ｐ、Ａｌ、Ｎを共に低減したとき高温延性が向上し、連
続鋳造時の表面割れの防止のためには、Ｓ、Ｐ、Ｎおよ
びＡｌ量を共に低減し、それぞれＰ ０.００２０％以
下、Ｓ ０.００２０％以下、Ｎ０.００２０〜０.００４
０％およびＡｌ ０.００５〜０.０２０％とすることが
重要であることがわかった。

【００３１】前述のように本発明の鋼では、８５０℃に
おける断面収縮率を６０％以上にすることが確保されて
おり、この鋼種を連続鋳造機の矯正点における鋳片表面
温度を８５０℃以下まで降下させないように、冷却水量
を抑える弱冷却の条件で連続鋳造すれば、表面割れを防
止することが可能となるというものであるだが、高温引
張試験結果では全温度域で延性が向上しており、他の冷
却条件であっても連続鋳造時の割れの発生が抑制される
ことになることはいうまでもない。

【００３２】次に、Ｔｉ、Ｍｏの効果について示す。表
２に試験材の組成を、図４に高温引張試験の結果を示
す。

【００３３】

【表２】

【００３４】比較のために前述のＢ鋼のデータを併せて
示した。Ｔｉを添加することにより、Ｂ鋼に比べて全温
度域にわたり延性が向上し、６００〜７００℃でより顕
著に改善される。一方、Ｍｏを添加すると６００から７
００℃での延性が主に改善される。さらに、両者を添加
することによっても良好な熱間延性が得られる。したが
って、これらの元素を添加することにより表面割れが抑
制されると共に、鋳片の冷却中に部分的な過冷却が生じ
た場合、あるいは連続鋳造機から後の工程への搬送中な
どの割れをも低減あるいは防止することが可能となる。

【００３５】Ｍｏを添加するとこのように熱間延性が向
上するが、同時に強度が向上するので、Ｃ添加量を減ら
すなどの対策を同時に実施する必要がある。一方、Ｍｏ
は０.２％以上の添加により低温靱性が悪化するので適
当ではない。

【００３６】Ｔｉについては０.００５％以下の添加で
は熱間延性の向上の効果が少なく、また０.０２％以上
の添加によりＴｉＣの析出が生じ低温靱性が悪化するの
で適当でない。

【００３７】さらに、これらの元素の他にも、Ｃａを
０.００２〜０.００５％添加することにより硫化物の形
態を変化させ高温延性が向上することができる。また、
Ｂを０.００３％以下添加すると粒界強度を向上させひ
いては高温延性を向上させる。しかし、０.００３％以
上ではその効果が飽和する。

【００３８】次に、その他の成分の含有量を限定した理
由を示す。Ｃは鋼の製造過程で不可避的に含まれ、ま
た、鋼の強度確保のため添加するのであるが０.１％を
超えると強度が強くなりすぎ、低温靱性に悪影響を及ぼ
すためＣ≦０.１％が適当な含有量である。

【００３９】Ｓｉは脱酸のために精錬過程で添加される
が、０.５％を超えて含有すると低温靱性に悪影響を与
える。

【００４０】Ｍｎは脱酸のために精錬過程で添加され、
かつ焼入性向上、強度確保の効果があるが１.０％を超
えて添加してもその効果は少ない。

【００４１】Ｎｉは前述のように低温靱性の改善に効果
がある元素であるが、５.５％未満では凝固時の晶出相
がδ相であるため、本発明の適用外であり、Ｎｉが１０
％を超えても低温靱性の改善効果は認められないのでや
はり適用外である。したがって、Ｎｉ含有量としては
５.５〜１０％の範囲とした。

【００４２】これらの成分の含有量が上に示した範囲に
ある時は本発明の内容が同様の効果を示し、熱間延性の
向上に効果があることはいうまでもない。

【００４３】

【実施例】本発明の低温用鋼の実施例および比較例を以
下に示す。供試材の溶製は溶銑予備処理→転炉→２次精
錬の手順で行い、その後連続鋳造を行った。本発明の組
成のうち要求レベルの高いＰ、Ｓを所定の組成まで低減
するためにＬＦ（Ladle Furnace）処理を行った。連続
鋳造には機長２３ｍで、３点矯正の湾曲型連続鋳造機を
使用した。鋳造条件は表３に示したとおりである。

【００４４】

【表３】

【００４５】矯正点における鋳片表面温度が確保できる
ように弱冷却を採用し、かつ表面が均一に冷却されるよ
うにミスト冷却とした。溶鋼過熱度は低い方が結晶粒が
微細化し、表面割れが抑制されると考えられるので低め
とした。実施例、比較例ともほぼ同一の引き抜き速度、
冷却条件で実験を実施した。連続鋳造時には鋳片の表面
温度を放射温度計で測定した。その結果、矯正点でコー
ナー近傍温度は約８５０〜９００℃であることを確認し
た。

【００４６】実施例、比較例の化学組成を表４に示す。
鋳片を冷却後、表面を研削し、割れの発生状況を調査し
た。割れの発生状況は、Ｏを全く割れが発生しなかった
場合、５を全面に深い割れが発生し手入れが不可能の場
合とした６段階の指数を用いて評価した。また、鋳片よ
り高温引張試験片を採取し、８５０℃で引張試験を行っ
た。試験条件は前述の高温引張試験と統一した。

【００４７】

【表４】

【００４８】鋳片表面の割れ発生状況の評価、引張試験
の結果得られた断面収縮率および表面性状の概略を表５
に示す。

【００４９】

【表５】

【００５０】従来鋼である比較例１では、鋳片の表裏と
もにほぼ全面にわたり割れが存在し、手入れ不可能な状
態であった。また比較例２ではＳ、Ｎの含有量を低減
し、比較例３では、Ｐ、Ｓ、Ｎの含有量を低減した結
果、割れは低減されているものの、深さ１０mm以上の割
れが存在しており十分とは言えない。これに対し、実施
例１〜５に示すとおり、本発明の鋼１〜５を使用するこ
とにより顕著に割れが抑制され、中でも実施例１、３〜
５では改善の度合が大きい。また、鋳片より得た高温引
張試験片の試験結果は鋳片の表面割れ発生状況、および
前述の高温引張試験結果と良い一致を示している。

【００５１】したがって、高温引張試験の結果により連
続鋳造時の割れ感受性を推定することが可能であること
が確認された。

【００５２】なお、実施例は連続鋳造には湾曲型連続鋳
造機を使用したが、本発明の鋼が垂直曲げ型連続鋳造機
など鋳造機の形式が変わっても、あるいは冷却条件、引
き抜き速度等の各種鋳造条件が変わっても表面割れ防止
に効果を示すことは明らかである。

【００５３】

【発明の効果】以上、詳述のように、低温用Ｎｉ含有鋼
の連続鋳造において、鋼中のＰ、Ｓ、Ｎ、Ａｌの含有量
を低減し、かつ矯正応力がかかる点における鋳片の表面
温度が、８５０〜６００℃の脆化温度域を回避するよう
に調整することによって、連続鋳造時に生ずる割れを低
減させることができ、品質の向上および歩留まりの向上
を達成することが可能となったもので、本発明の実用上
の効果は極めて大きいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】高温引張試験を行う供試材の熱処理履歴を示す
グラフである。

【図２】種々の組成の供試材の高温引張試験における断
面収縮率と試験温度との関係を示すグラフである。

【図３】種々の組成の供試材の８５０℃について行った
高温引張試験における断面収縮率とＡｌ含有量との関係
を示すグラフである。

【図４】Ｔｉ、Ｍｏを含む供試材の高温引張試験におけ
る断面収縮率と試験温度との関係を示すグラフである。

【図５】連続鋳造機の一例を示す模式図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量で、Ｃ ０.１％以下、Ｓｉ ０.５
   ％以下、Ｍｎ １.０％以下、Ｎｉ ５.５〜１０％、Ｐ
   ０.００２０％以下、Ｓ０.００２０％以下、Ａｌ ０.０
   ０５〜０.０２０％、Ｎ ０.００２０〜０.００４０％、
   残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
   る低温用Ｎｉ含有鋼。
2. 【請求項２】 さらに重量で、Ｔｉ ０.００５〜０.０
   ２０％、Ｍｏ ０.２０％以下の一方または双方を含有す
   ることを特徴とする請求項１記載の低温用Ｎｉ含有鋼。
3. 【請求項３】連続鋳造鋳片が矯正応力を受ける点におけ
   る鋳片の表面温度を８５０℃以上とし、鋳片の表面温度
   が８５０〜６００℃となる範囲を矯正応力がかからない
   ように冷却することを特徴とする請求項１または２記載
   の低温用Ｎｉ含有鋼の連続鋳造における鋳片の２次冷却
   方法。