JPH11246929A - 酸化物分散鋼とその製造方法 - Google Patents

酸化物分散鋼とその製造方法

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JPH11246929A
JPH11246929A JP5255698A JP5255698A JPH11246929A JP H11246929 A JPH11246929 A JP H11246929A JP 5255698 A JP5255698 A JP 5255698A JP 5255698 A JP5255698 A JP 5255698A JP H11246929 A JPH11246929 A JP H11246929A
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宏 中嶋
Shiro Toritsuka
史郎 鳥塚
Kaneaki Tsuzaki
兼彰 津崎
Hisashi Nagai
寿 長井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接熱影響部における結晶粒の粗大化を抑制
することができ、靱性向上を可能にする酸化物分散鋼を
提供する。 【解決手段】 粒子径1μm以下の酸化物を分散密度10
00〜100000個/mm2 で分散させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、酸化物分
散鋼とその製造方法に関するものである。さらに詳しく
は、この出願の発明は、溶接熱影響部における結晶粒の
粗大化を抑制することができ、靱性向上を可能にする酸
化物分散鋼とこれを製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】鋼を溶接した際、母材の溶接
熱影響部(HAZ) には、粗大で針状のウィドマンステッテ
ンフェライトが生成し、結晶粒が粗大化するという現象
が見られる。このような溶接熱影響部での結晶粒粗大化
を防止するための検討が、従来より加えられてきてい
る。
【0003】たとえば、鋼中に酸化物を分散させること
が考えられており、所定粒径の酸化物粉末を溶鋼内に直
接添加したり、又は金属粉末と混合し、ワイヤ状に加工
した後に溶鋼内に添加するなどの方法が採られている。
しかしながら、これらいずれの方法の場合にも、溶鋼が
凝固するまでに酸化物同士が合体、凝集し、2次粒子の
形で粗大化してしまい、酸化物粒子を微細化することが
できず、また均一に分散させることもできないという問
題があった。
【0004】この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑
みてなされたものであり、微細な酸化物を鋼中に均一に
分散させ、溶接熱影響部における結晶粒の粗大化を抑制
することができ、靱性向上を可能にする酸化物分散鋼と
これを製造するための方法を提供することを目的として
いる。
【0005】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、粒子径1μm以下の酸化
物が、分散密度1000〜100000個/mm2 で分散しているこ
とを特徴とする酸化物分散鋼を提供する。またこの出願
の発明は、酸化物あるいは弗化物の一方又は両方からな
るスラグ中に溶鋼を配置して過冷却し、過冷却状態とな
った溶鋼から酸化物を晶出させ、粒子径1μm以下の酸
化物が、分散密度1000〜100000個/mm2 で分散する酸化
物分散鋼を製造することを特徴とする酸化物分散鋼の製
造方法を提供する。
【0006】
【発明の実施の形態】この出願の発明の酸化物分散鋼で
は、粒子径1μm以下の酸化物が、分散密度1000〜1000
00個/mm2 で分散している。ここで、酸化物の粒子径が
1μm以下であるとの規定は、粒子が破壊の起点となら
ないことに基づいている。また、分散密度は、酸化物粒
子が、鋼組織の粒の大きさにまで対応した状態、すなわ
ち、およそ30μmに対応した状態で存在する1000個/
mm2 以上から、酸化物の粒子間距離が1μm以上におい
て凝集の可能性の低い場合の限界に対応する100000個/
mm2 までの範囲と規定されている。
【0007】この出願の発明の酸化物分散鋼は、SiO
2 、Al2 3 、Na2 O等の酸化物あるいはCaF2
等の弗化物の一方又は両方からなるスラグ中に溶鋼を配
置して過冷却し、過冷却状態となった溶鋼から酸化物を
晶出させることにより製造される。ここで言う過冷却状
態とは、融液が融点以下の温度に保持された状態を意味
し、過冷度は、材料の融点の1/5 を最大値とする。
【0008】溶鋼の過冷却は、具体的には、スラグで溶
鋼を包んで行ったり、又はスラグ内に溶鋼を流入しても
行うことができる。このようにして過冷却される溶鋼の
凝固速度は、急冷凝固よりも大きく、また、急冷凝固で
は達成できない凝固速度となる。その結果、溶鋼中には
存在せず、凝固時に固相より溶鋼中に排出される酸素に
より生じる2次脱酸生成物である酸化物の凝集を防止で
き、晶出する酸化物の粒径の増加が抑えられ、微細化す
る。同時に、酸化物の高密度分散を可能にする。分散密
度は、急冷凝固法により得られる酸化物の分散密度の2
倍以上にもなる。
【0009】実際に、溶鋼を複数の酸化物からなるスラ
グで包み、90Kの過冷度とすることにより、溶鋼表面
からの核生成が抑制され、凝固過程で発生する2次脱酸
生成物の1種であるTi酸化物が粒径1μm以下で、か
つ50000 個/mm2 以上の分散密度で分散する。鋼の化学
組成は特に限定的でなく、たとえば、質量%として、
C、Si、Mn、P、及びSが、それぞれ、C:0.8 %
以下、 Si:0.5 %以下、 Mn:3.0 %以下、P:
0.02%以下、 S:0.02%以下であり、Ti、Mg、
又はAlの1種又は2種以上が単独又は混合体として0.
3%以下含有する鋼が例示される。残部はFe及び不可
避的不純物とすることができる。この化学組成におい
て、Ti、Mg、及びAlの濃度は、粒子径1μm以
下、及び分散密度1000〜100000個/mm2 の分散状態に対
応した量である。すなわち、粒子径1μmの酸化物が5
μm間隔以内で分散することのできる量として具体的に
例示される。
【0010】もちろん、この化学組成には、各種特性を
発現させ、酸化物の粒径及び分散を悪化させない程度
に、他の成分を所定量添加配合することができる。この
ように微細な酸化物が均一に分散した酸化物分散鋼は、
これを母材とし、溶接する場合に、溶接熱影響部(HAZ)
において、分散した酸化物が核となってフェライトの生
成を促進し、結晶粒の粗大化を防止する。こうして、粗
大で針状のウィドマンステッテンフェライトの生成が抑
制され、母材の機械的特性が良好に保持されて靱性向上
が可能になる。溶接構造材として十分に使用にたえ得
る。
【0011】以下、実施例を示し、この出願の発明の酸
化物分散鋼とその製造方法についてさらに詳しく説明す
る。
【0012】
【実施例】表1に示す組成の元素種を含有する鋼を、S
iO2 、Al2 3 、及びNa2O(SiO2 :95
%、Al2 3 :4%、Na2 O:1%)からなる混合
酸化物粉末内に埋設した。
【0013】
【表1】
【0014】次いで、無酸化雰囲気中で誘導炉や抵抗加
熱によって溶解し、図1に示したように、ガラス状混合
酸化物のスラグ(1)で溶鋼(2)を包み込んだ。そし
て、液相線温度(50℃)以上に加熱して1次脱酸生成
物がスラグ(1)に吸着されるまで静置した。1次脱酸
生成物とは、溶鋼中の酸素により生成し、溶鋼中にすで
に存在する酸化物を言う。
【0015】なお、図1図中の符号3は熱電対、4は坩
堝、5は黒鉛ヒータを示している。このようにしてガラ
ス状混合酸化物のスラグ(1)に包まれた溶鋼(2)を
このままの状態で冷却し、過冷却状態とした。溶鋼
(2)の過冷度は90Kとした。図2は、温度履歴を示
したグラフである。なお、過冷度が十分とならない場合
には、凝固と溶解を繰り返し、凝固核となる1次脱酸生
成物をスラグ(1)に十分に吸着させ、過冷度の増大を
図ることができる。
【0016】このような過冷凝固を行った材料では、凝
固速度は、 R=0.1 *(ΔT)2(R:凝固速度(cm/s)、ΔT:過
冷度(K) ) と示される。したがって、過冷度が90Kの場合には、
810cm/s の凝固速度が得られる。この凝固速度では、厚
さ10mmの鋳片も0.0012s で凝固する。このため、2次
脱酸生成物である酸化物は、凝固晶出後凝集する時間が
著しく短くなり、図3の電子顕微鏡写真に示したよう
に、粒子径が1μm以下で、分散密度80000個/mm2
なった。微細な酸化物が高密度に分散した。この図3に
示した電子顕微鏡写真は、凝固した鋳片の断面を研磨
し、さらに表層の金属を2〜10μm電解研磨した後に
走査型電子顕微鏡により観察、撮影したものである。
【0017】過冷凝固した鋳片を次いで900 ℃に加熱
し、完全にγ化した後に、図4に示したように、鋳片
(6)を750 ℃において歪速度10/sで50%圧縮加工
し、10℃/sの速度で冷却した。加工領域(7)では、
フェライト粒径が10μm以下のフェライト−パーライ
ト鋼が得られた。図中の符号8はアンビルである。次い
で図5に示したように、このフェライト−パーライト鋼
から供試片(9)を切り出し、これを高周波コイル(1
0)を用いて1400℃に100 ℃/sの速度で加熱した後に、
900 ℃まで50℃/s、さらに300 ℃まで10〜30℃/s
の速度で冷却し、溶接時に生じる熱影響部を再現した。
【0018】供試片(9)の溶接再現組織は、図6の光
学顕微鏡写真に示したように、全体としてほぼ均一なフ
ェライト粒からなっていた。十分な靱性を有することが
確認される。この図6に示した光学顕微鏡写真は、供試
片(9)の断面を研磨した後に、ナイタール(硝酸+ア
ルコール、濃度:1〜3%)で腐食させて光学顕微鏡で
観察、撮影したものである。
【0019】以上の比較例として、表1に示した化学組
成と同一の化学組成を有する鋼を溶解し、ガラス状の混
合酸化物に包まずにそのまま冷却し、過冷却が生じない
状態で凝固させた。鋳片の電子顕微鏡写真を示したのが
図7である。この図7の電子顕微鏡写真から確認される
ように、酸化物粒子は微細でなく、しかも分散状態は均
一でなかった。
【0020】凝固した鋳片に、図4及び図5に例示した
のと同じ圧縮加工及び加熱処理を行った。供試片の溶接
再現組織は、図8に示したように、不均一で、粗大かつ
針状のフェライトからなっていた。このような組織で
は、材料の靱性は低く、溶接構造材料には不適当であ
る。もちろんこの出願の発明は、以上の実施例によって
限定されるものではない。鋼の化学組成、過冷却条件等
の細部については様々な態様が可能であることは言うま
でもない。
【0021】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この出願の発
明によって、微細な酸化物が高密度で均一に分散した酸
化物分散鋼が提供される。溶接熱影響部における結晶粒
の粗大化を抑制することができ、靱性向上を可能にす
る。この出願の発明の酸化物分散鋼は、溶接構造材とし
て十分に使用にたえ得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶鋼の生成及び過冷凝固について示した装置図
である。
【図2】溶鋼の生成及び過冷凝固の際の温度履歴を示し
た図である。
【図3】過冷凝固した鋳片の組織を示した図面に代わる
電子顕微鏡写真である。
【図4】圧縮加工の概念図である。
【図5】溶接熱影響部の再現について示した概念図であ
る。
【図6】供試片の溶接熱影響部の組織を示した図面に代
わる光学顕微鏡写真である。
【図7】比較例における凝固した鋳片の組織を示した図
面に代わる電子顕微鏡写真である。
【図8】比較例における供試片の溶接熱影響部の組織を
示した図面に代わる光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
1 スラグ 2 溶鋼 3 熱電対 4 坩堝 5 黒鉛ヒータ 6 鋳片 7 加工領域 8 供試片 9 アンビル 10 高周波コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津崎 兼彰 茨城県つくば市千現1丁目2番1号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 長井 寿 茨城県つくば市千現1丁目2番1号 科学 技術庁金属材料技術研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒子径1μm以下の酸化物が、分散密度
    1000〜100000個/mm 2 で分散していることを特徴とする
    酸化物分散鋼。
  2. 【請求項2】 化学組成(質量%)として、C、Si、
    Mn、P、及びSが、それぞれ、 C:0.8 %以下、 Si:0.5 %以下、 Mn:3.0 %
    以下、 P:0.02%以下、 S:0.02%以下であり、Ti、M
    g、又はAlの1種又は2種以上が単独又は混合体とし
    て0.3%以下含有する請求項1記載の酸化物分散鋼。
  3. 【請求項3】 酸化物あるいは弗化物の一方又は両方か
    らなるスラグ中に溶鋼を配置して過冷却し、過冷却状態
    となった溶鋼から酸化物を晶出させ、粒子径1μm以下
    の酸化物が、分散密度1000〜100000個/mm2 で分散する
    酸化物分散鋼を製造することを特徴とする酸化物分散鋼
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 スラグで溶鋼を包んで過冷却する請求項
    3記載の酸化物分散鋼の製造方法。
  5. 【請求項5】 スラグ内に溶鋼を流入して過冷却する請
    求項3記載の酸化物分散鋼の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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