(57)【要約】【課題】  強度が高く、耐食性に優れ、かつ表面性状に優れる、Ｐを０．０１５質量％以上含有する低炭素鋼板の製造に供する鋳片を、安定して製造するための連続鋳造方法を提供する。【解決手段】  強度と耐食性を高めるためにＰを０．０１５質量％以上添加した低炭素鋼板を加工した際に生じる筋状模様を防止して表面性状が優れた鋼板を製造するために、該溶鋼を連続鋳造する際のノズル内吹込みガスを、アルゴンと窒素の混合ガスとし、溶鋼のＰ濃度に応じてアルゴンの体積分率を規定し、鋳造時のスループットに応じてガス吹込み量を調整することにより、安定して鋳造を行うとともに、鋳片内に残存する気泡起因のＰ偏析を低減する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でＣ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．０４％以下、Ｍｎ：０．６％以下、Ｐ：０．０１５以上、０．１％以下、Ｓ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ａｌ：０．０７％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物となる溶鋼を、タンディシュに設けた浸漬ノズルを介して、該浸漬ノズル内に不活性ガスを吹き込みながら、鋳型に注入して鋳片を製造する連続鋳造方法において、該浸漬ノズル内に吹き込む不活性ガスをアルゴンと窒素の混合ガスとし、かつ該混合ガス内のアルゴンの比率が（１）式を満たすこと、および該混合ガスの吹込み量が（２）式で表される量であることを特徴とする低炭素鋼の連続鋳造方法。
（％Ａｒ）≦０．０１５／（％Ｐ）×１００                          （１）
ここに、（％Ａｒ）：浸漬ノズル内に吹き込むアルゴンと窒素の混合ガス中のアルゴ                        ンの体積分率（％）
（％Ｐ）：溶鋼中のＰ濃度（質量％）
Ｑ≦１０５／（Ｖ＋１．０）                                        （２）
ここに、Ｑ：浸漬ノズル内に吹き込むアルゴンと窒素の混合ガス量（Ｎｌ／ｍｉｎ）
Ｖ：溶鋼のスループット（ｔ／ｍｉｎ）
【請求項２】
質量％で、Ｎｂ：０．０２５以下を含有することを特徴とする、請求項１に記載の低炭素鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄鋼板の製造に用いられる低炭素鋼鋳片の連続鋳造方法に関する。特に、本発明により製造された鋳片を用いることにより、自動車用鋼板等に使用するのに適した、高強度と高耐食性および優れた表面性状を兼ね備えた冷延鋼板を製造することができる。
【背景技術】
【０００２】
自動車用冷延鋼板等に用いられる薄鋼板では、強度あるいは耐食性を向上するために、Ｐ、Ｃｕ等といった元素を添加することが一般的であり、このうちＰは安価であるために広く使われている重要な元素である。
しかしＰ含有鋼板では、鋼板内のＰ偏析に起因して、冷延鋼板をプレス加工すると表面に筋状模様の欠陥（ゴーストライン、フェライトバンドとも呼称される）を生じやすい。これは、Ｐ偏析部は周囲の正常部に比べ硬化して変形しにくいため、プレス加工などにより応力が加わった場合、偏析部の歪量は周囲よりも小さくなることにより、部分的な反り、あるいは微小凹凸を生じるからである。このため、特に外観品質が要求される自動車用外板へ適用する際は歩留が低くなることが課題である。
【０００３】
このＰ偏析起因の欠陥の防止策として、例えば特許文献１では、連続鋳造中に浸漬ノズル詰まり防止を目的としてノズル内に吹き込まれるＡｒガスの吹込み量を鋳造速度に応じて規制している。すなわち特許文献１では、Ｐ偏析の原因が鋳片内に残存した気泡であること、そして、Ａｒ気泡の鋳型内への持ち込み量は鋳造速度が速いほど多くなるため、鋳造速度が速いほど吹き込みＡｒ量を低減する方法を開示している。
また、特許文献２は、Ｐ偏析には言及していないが、気泡性欠陥の防止を目的として、溶鋼のスループットと取鍋内スラグの塩基度に応じて、浸漬ノズル内に吹き込むガス量の上限を規定している。
【特許文献１】特開２００３−７３７７１号公報
【特許文献２】特開平１１−３４７６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上の２件の特許文献の発明が開示している通り、鋳造速度やスループットが大きいほど、ノズル内への吹込みＡｒ量を低減することは、鋳片内の気泡の残存個数を低減するためには有効な方向である。
ところで、鋼板の強度や耐食性を上げるためにＰ濃度は用途に応じて調整され、０．０１５質量％から０．１質量％まで添加される場合がある。そして溶鋼中のＰ濃度が高くなるほど気泡周辺のＰ偏析濃度も高くなり、ひいては鋼板で筋状模様を生じ易くなる。しかし、上記２件の発明には、溶鋼のＰ濃度の影響については記載がない。すなわち、溶鋼のＰ濃度に応じて、鋳片内に残存する気泡周辺のＰ偏析濃度を低減する対策については記載されていない。相対的にＰ濃度が低い溶鋼を鋳造し鋼板を製造して優れた表面性状が得られた条件であっても、Ｐ濃度が高い溶鋼を鋳造し鋼板を製造した場合には、筋状模様が発生する懸念が高い。
【０００５】
そこで本発明では、ノズル内ガス吹込みによるノズル詰まり防止効果を確保しつつ、溶鋼のＰ濃度が増加しても鋳片内の残存気泡に起因するＰ偏析部の濃度を低減する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋳片内に残存した気泡とＰ偏析の関係を鋭意調査した。その結果、気泡周辺のＰ偏析は、気泡の鋳片内部側に存在すること、Ｐ偏析濃度は気泡径と相関があり、大きな気泡ほど高濃度であることを見出した。
この結果をもとに、Ｐ偏析の機構については、以下の様に推定した。すなわち、凝固界面に捕捉されたＡｒ気泡は、凝固が進行するにつれて温度が低下し、体積が低減する。凝固進行中は、気泡の鋳片内部側がまだ未凝固であるから、気泡の体積低減に伴って、未凝固部の溶鋼が気泡側に吸引されてくる。つまり凝固組織間に存在するＰほかの溶質が濃化したものが吸引される結果、気泡周辺にＰなどの溶質が濃化した領域が形成される。気泡径が大きいほど吸引する溶鋼量が多くなり、Ｐ偏析濃度も高くなる。逆に、捕捉された気泡径が小さければＰ偏析濃度は低くなり、筋状模様も軽微になる。この結果をもとに本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、
（１）質量％でＣ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．０４％以下、Ｍｎ：０．６％以下、Ｐ：０．０１５以上、０．１％以下、Ｓ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｎｂ：０．０２５以下、Ａｌ：０．０７％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物となる溶鋼を、タンディシュに設けた浸漬ノズルを介して、該浸漬ノズル内に不活性ガスを吹き込みながら、鋳型に注入して鋳片を製造する連続鋳造方法において、該浸漬ノズル内に吹き込む不活性ガスをアルゴンと窒素の混合ガスとし、かつ該混合ガス内のアルゴンの比率が（１）式を満たすこと、および該混合ガスの吹込み量を（２）式で表される量とすることを特徴とする低炭素鋼の連続鋳造方法である。
（％Ａｒ）≦０．０１５／（％Ｐ）×１００                          （１）
ここに、（％Ａｒ）：浸漬ノズル内に吹き込むアルゴンと窒素の混合ガス中のアルゴ                          ンの体積分率（％）
（％Ｐ）：溶鋼中のＰ濃度（質量％）
Ｑ≦１０５／（Ｖ＋１．０）                                        （２）
ここに、Ｑ：浸漬ノズル内に吹き込むアルゴンと窒素の混合ガス量（Ｎｌ／ｍｉｎ）
Ｖ：溶鋼のスループット（ｔ／ｍｉｎ）
（２）質量％で、Ｎｂ：０．０２５以下を含有することを特徴とする、上記（１）に記載の低炭素鋼の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、自動車用鋼板等に使用する高強度、高耐食性を有するＰ含有冷延鋼板を製造するための鋳片をノズル詰まり等を防止して安定して連続鋳造でき、該鋳片内に残存した気泡に起因するＰ偏析は低減されているので、筋状模様の無い表面性状が優れた鋼板を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の効果を発揮するための最良の実施形態、要件を述べる。
まず、鋳片の組成を限定した理由を述べる。Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎについては、添加量が多いほど鋼を強化する一方、成形性が劣化する。そのため、強度と成形性を両立するために上限を設けることが必要となる。そこで、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．０４％以下、Ｍｎ：０．６％以下とした。Ｐについては、鋼を強化するとともに、耐食を向上させるために必要量添加される。しかし過剰に添加すると脆化しやすくなる。そこで本発明ではＰ：０．０１５％以上、０．１％以下に限定する。Ｓは過剰に添加するとＭｎＳを生成し、成形時の割れの原因となる。そこで、Ｓ：０．０４％以下とする。Ｔｉは、炭化物や窒化物を形成して鋼中の固溶Ｃ、Ｎを低減し、鋼の成形性を向上させるために添加される。一方、過剰に添加しても炭窒化物形成効果は飽和する。そのため、０．１％以下に限定する。ＮｂもＴｉと同様の目的で添加し、過剰に添加しても炭窒化物形成効果は飽和するので、０．０２５％以下とする。Ａｌは鋼中酸素を脱酸するために添加されるが、過剰に添加しても一層の効果は期待できない。そこでＡｌ：０．０７％以下とした。上記以外は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
【００１０】
次に、ノズル内に吹き込むガスの組成の要件について述べる。ノズル詰まりを防止するために本発明ではアルゴンと窒素の混合ガスを用いる。アルゴンも窒素も不活性ガスであるので、ノズル内にアルゴンのみ吹き込んだ場合も、アルゴンと窒素の混合ガスを吹き込んだ場合も、ノズル内壁と溶鋼の間にガスカーテンを形成し、溶鋼中介在物がノズル内壁に付着することを防止する効果は同等である。
アルゴンは溶鋼に溶解しないが、窒素は溶鋼に溶解し吸収される。したがって、鋳片内に残存するのはアルゴンのみとなる。アルゴン単体をノズル内に吹き込む場合に比べ、同一量の混合ガスを吹き込む場合は、鋳片に残存するのは混合ガス中のアルゴンのみであるため、気泡径はアルゴンのみ吹き込んだ場合より小さくなる。凝固シェルに気泡が付着し凝固進行に伴い小径の気泡の体積が低減しても、未凝固部から吸引する溶鋼も少量となるため、Ｐ偏析濃度が低減する。
【００１１】
ここで、吹込みガスを窒素のみとすることは避ける。窒素のみ吹き込めば、鋳片内に気泡は残存せず、したがって気泡起因のＰ偏析も解消するが、一方で鋳片内介在物が増加するという課題が生じる。これは、鋳型内に持ち込まれたアルゴン気泡には、湯面に浮上する際に表面に介在物を付着し溶鋼中から除去する作用があるが、窒素のみ吹き込んだ場合、気泡が鋳型内に持ち込まれないため、この介在物除去作用がないためである。硬質の介在物が鋳片内に多く残存すると、スリバーなどの表面疵や、鋼板内部の介在物による加工割れを生じるため好ましくない。この理由から窒素のみ吹き込むことはしない。
【００１２】
次に、混合ガスのアルゴンと窒素の比率の要件について述べる。前述したように、鋳片内に残存した気泡は混合ガス中のアルゴン分であるため、同一量のアルゴン単体を吹き込んだ場合に比べ小径である。凝固進行に伴って未凝固部から吸引する溶鋼も少量となるため、Ｐ偏析濃度が低減する。したがって、溶鋼のＰ濃度が高いほど、混合ガス中のアルゴン体積分率を減らし、鋳片内のアルゴン気泡体積を低減すれば良い。
例えば、ある比較条件に比べ溶鋼のＰ濃度が２倍になれば、混合ガス中のアルゴンの体積分率を１／２にすれば良い。鋳片内気泡の体積が１／２となり、凝固進行に伴い未凝固部から吸引する溶鋼量も１／２となるので、Ｐ偏析濃度は比較条件の場合と同等にとどまることになる。この様に考えると、混合ガス中のアルゴン体積分率を、溶鋼のＰ濃度に反比例させれば良いことになる。
【００１３】
そこで本発明では、（１）式に示す通り、混合ガス中のアルゴンの体積分率を溶鋼のＰ濃度で規定する。
（％Ａｒ）≦０．０１５／（％Ｐ）×１００                          （１）
ここに、（％Ａｒ）：浸漬ノズル内に吹き込むアルゴンと窒素の混合ガス中のアルゴ                        ンの体積分率（％）
（％Ｐ）：溶鋼中のＰ濃度（質量％）
（１）式で、（％Ｐ）＝０．０１５とした時（％Ａｒ）＝１００％になることから分かるように、（１）式中の係数０．０１５は、アルゴン体積分率が１００％の時でも筋状模様が出ない限界のＰ濃度を示す。これは図１に示すように、アルゴン体積分率１００％を吹き込んだ場合に、筋状模様が発生し始める時の溶鋼のＰ濃度が０．０１５％であることから決定した。
この様に本発明では、溶鋼のＰ濃度に応じて、混合ガス中のアルゴン分率を制御することにより、鋳片内に残存する個別の気泡の径（体積）を低減して気泡周辺のＰ偏析濃度を低減する。
【００１４】
最後に、混合ガスの吹込み量の要件について述べる。鋳型内に持ち込まれる気泡量、すなわち合計体積はノズル内を単位時間に通過する溶鋼量を表すスループットと相関がある。スループットが大きいほど、ノズル内から鋳型内に持ち込まれ、ひいては湯面に浮上しきれずに鋳片内に残存する気泡個数は増加する。
そこで本発明者らは、鋳片内に残存する気泡個数に与える、スループットと浸漬ノズル内へ吹き込むガス流量の関係を調査した結果、図２に示す結果を得た。図２の調査結果では、（１）式に応じて溶鋼中のＰ濃度により吹き込みガス中のＡｒの体積分率を１５％から１００％まで変更した結果を記号を変えて表示している。鋳片内に残存した気泡個数は、鋳片をＸ線写真撮影し、気泡径０．３ｍｍ以上の気泡個数を測定した。試料は鋳片を鋳造方向に１０ｍｍに切断し表面をフライス研削したもので、全幅にわたりＸ線写真撮影した。鋳片表層から深さ８０ｍｍまでの気泡数を測定した。単位体積当たりの気泡個数が３０個以下の場合を基準とし、図２では、３０個／ｃｍ３以下の場合に白抜けの記号、３０個／ｃｍ３超の場合を黒塗りの記号とした。
【００１５】
図２より、鋳片内に残存する気泡数を基準値以下に保つための、溶鋼スループットと、浸漬ノズル内に吹き込むガス流量の境界条件の式を求めた。
この結果をもとに、本発明では、鋳型内へ持ち込まれる気泡数をスループットに対して一定に保つために、混合ガスのノズル内への吹込み量を（２）式で表す量で規定する。
Ｑ≦１０５／（Ｖ＋１．０）                                        （２）
ここに、Ｑ：浸漬ノズル内に吹き込むアルゴンと窒素の混合ガス量（Ｎｌ／ｍｉｎ）
Ｖ：溶鋼のスループット（ｔ／ｍｉｎ）
【００１６】
以上の様に、鋳造時のスループットに応じた混合ガスの吹込み量制御により、鋳型内に持ち込まれ鋳片内に残存する気泡数を、またＰ濃度に応じた混合ガス中アルゴン分率制御により、個別の気泡径を、低減する。その結果、鋼板内のＰ偏析の点数とＰ偏析濃度を低減し、表面性状の優れた冷延鋼板を製造することができる。
【実施例】
【００１７】
以下に、実施例を参照しながら本発明を説明する。
表１に示す組成の溶鋼３００ｔｏｎを転炉で溶製し、厚みが２５０ｍｍ、幅２０００ｍｍの鋳片を連続鋳造した。同表中には、鋳造時の溶鋼スループット、ノズル内に吹き込んだガスの組成、吹込み量、そして本発明で規定した（１）式と（２）式から算出される値を併せて示した。
ガスはタンディッシュと浸漬ノズルの間に溶鋼流量調節のために設けられたスライディングノズルに施行したガスチャネルから吹き込んだ。その後、鋳片を一般的な条件で熱間圧延、冷間圧延して板厚０．７ｍｍとした後、連続焼鈍処理を行った。
ノズル詰まり状況や、鋳片内に残存した気泡個数、製品板の筋状模様の評価は表２に示した。ノズル詰まり状況の評価は、○：詰まり傾向なし、×；詰まり傾向ありを意味する。
【００１８】
鋳片内に残存した気泡の個数とサイズをＸ線写真撮影により調査した。Ｘ線調査試料は、鋳造方向に１０ｍｍ厚さで切断したものである。Ｘ線写真調査では、全幅にわたり鋳片表層から８０ｍｍまでの範囲における気泡径０．３ｍｍ以上の個数をカウントし、単位体積あたりの平均値を算出した。また、気泡周辺のＰ偏析濃度を測定するために、気泡を含む領域を１０個所切出し、気泡断面を研磨し、Ｘ線マイクロアナライザーで、気泡周辺のＰ偏析分布を測定した。
また、筋状模様の検査は、冷延鋼板から採取したサンプル（サイズ：３００ｍｍ×３００ｍｍ）に、圧延と直角方向に５％引張りひずみを付与した後、表面を砥石掛けして行った。筋状模様の程度（○；３０ｃｍの距離から目視で観察できず問題なし、×；３０ｃｍ離して目視で確認できる）と本数（○；１ｃｍ長さ以上のものが１本以下、×；１ｃｍ長さ以上のものが２本以上）を評価し、最後に総合評価（○；良好、×；不良）を示した。
【００１９】
Ｎｏ．１から７は、鋳造時のスループットが３．６（ｔ／ｍｉｎ）の場合であり、このうち、Ｎｏ．１、５、６は比較例である。Ｎｏ．１は吹込みガス量が多すぎるため筋状模様の本数が基準より多いため、総合評価は×である。Ｎｏ．５は溶鋼のＰ濃度が高いにも関わらずアルゴン１００％のガスを吹き込んだため気泡起因のＰ偏析が激しく、筋状模様が顕著に目立ったため、総合評価は×であった。Ｎｏ．６は、ガス吹込み量を１０（Ｎｌ／ｍｉｎ）まで低減したが、アルゴン１００％のガスを吹き込んだため気泡起因のＰ偏析濃度を低減することが出来なかったほか、ノズル詰まり傾向が現れた。筋状模様の程度が顕著なため、総合評価は×であった。対して、本発明の条件を満たしたＮｏ．２、３、４、７は、筋状模様の程度は軽微であり、本数も少ないため、総合評価は○であった。溶鋼のＰ濃度に応じて、ノズル内に吹き込む混合ガスのアルゴン分率を制御したことで、鋳片内に残存した気泡径の平均値を適正化し、気泡起因のＰ偏析濃度を抑制することができた結果、筋状模様の程度は軽微であった。ガス吹込み量も本発明にしたがって適正化しているため、筋状模様の本数も少なかった。
【００２０】
Ｎｏ．８から１３は、スループットが５．４（ｔ／ｍｉｎ）と高い場合である。Ｎｏ．８と１２が比較例である。Ｎｏ．８はスループットに対してガス吹込み量が多く、筋状模様の本数が多かったため、総合評価は×であった。Ｎｏ．１２は、溶鋼のＰ濃度が０．１％であるにも関わらず、アルゴン１００％のガスを吹き込んだため気泡起因のＰ偏析が激しく、筋状模様の程度が激しかったため、総合評価は×であった。本発明の条件を満たしたＮｏ．９、１０、１１、１３は筋状模様の程度は軽微で、本数も少なかったため、総合評価は○であった。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】溶鋼のＰ濃度と筋状模様の発生本数の関係を示すグラフである。
【図２】鋳片内に残存する気泡個数に与える、溶鋼スループットと浸漬ノズル内吹込みガス流量の関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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