(57)【要約】【課題】  高抗張力鋼であっても中心偏析の鋼材質への影響を少なくすることができ、耐ＨＩＣ特性に優れる成分組成の鋳片を鋳造する方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る鋼の連続鋳造方法は、溶鋼のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔｉの濃度（質量％）から下記の（１）式で算出されるＰSEGが４．３以下の溶鋼をタンディッシュから鋳型内に連続的に注入して鋳片を製造することを特徴とする。  PSEG=4.46[%C]+3.32[%Si]+2.37[%Mn]+22.36[%P]+14.87[%S]+1.18[%Cr]+2.0[%Mo]+1.74[%V]+1.74[%Cu]+1.7[%Ni]+7.95[%Nb]+7.1[%Ti]…(1)【選択図】            図１
2011194421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔｉの濃度（質量％）から下記の（１）式で算出されるＰSEGが４．３以下の溶鋼をタンディッシュから鋳型内に連続的に注入して鋳片を製造することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
PSEG=4.46[%C]+3.32[%Si]+2.37[%Mn]+22.36[%P]+14.87[%S]+1.18[%Cr]+2.0[%Mo]+1.74[%V]+1.74[%Cu]+1.7[%Ni]+7.95[%Nb]+7.1[%Ti]…(1)
【請求項２】
連続鋳造用鋳型下端と鋳片の液相線クレータエンドとの間の凝固シェルに、意図的にバルジング力を作用させて、前記鋳片内部の未凝固層の厚みを５ｍｍ以内の範囲で増大させ、次いで、鋳片の厚み中心部の固相率が少なくとも０．４以下の時点から０．７以上になる時点まで、０．５〜１．５ｍｍ／分の圧下速度で鋳片を圧下することを特徴とする、請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の化学成分を規定することで、高抗張力鋼であっても中心偏析の鋼材々質特性への影響を少なくすることができ、耐水素誘起割れ特性に優れた鋳片を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造においては、取鍋からタンディッシュに注入された溶鋼は、タンディッシュの底部に設置された浸漬ノズルを介して水冷式の鋳型に注入され、その後、鋳型によって形成された凝固シェルを外殻とする鋳片が、鋳型下方に設けられた二次冷却帯でスプレーノズルから噴霧される冷却水によって冷却されながら鋳型下方に連続的に引き抜かれ、連続鋳造鋳片が製造されている。この場合、鋳型直下の二次冷却帯にはクーリンググリッドまたはサポートロールが配置され、更にこれらの下方にはガイドロールが配置されている。ガイドロールの一部は電動機と連結し、鋳片を引き抜くためのピンチロールの機能を有している。これらのクーリンググリッド、サポートロール及びガイドロールは、鋳片の支持・案内装置と呼ばれており、鋳片中の鋳片はこれらの支持・案内装置によって支持されることで、溶鋼静圧による鋳片凝固シェルの厚み方向への膨らみ（「バルジング」という）が抑制されている。
【０００３】
ところで、鋼の凝固過程では、炭素、燐、硫黄などの溶質元素は、凝固時の再分配により未凝固の液相側に濃化される。これがデンドライト樹間に形成されるミクロ偏析である。連続鋳造機により鋳造されつつある鋳片の凝固収縮やロール間での凝固シェルのバルジングなどによって、鋳片中心部に空隙が形成されたり負圧が生じたりすると、この部分に溶鋼が吸引されるが、凝固末期の未凝固層には十分な量の溶鋼が存在しないので、上記のミクロ偏析によって濃縮された溶鋼が流動し、鋳片中心部に集積して凝固する。このようにして形成された偏析スポットは、溶質元素の濃度が溶鋼の初期濃度に比べ格段に高濃度となっている。これを一般にマクロ偏析と呼び、その存在部位から、中心偏析と呼んでいる。
【０００４】
中心偏析は、鋼製品の品質を劣化させる。例えば、石油輸送用や天然ガス輸送用のラインパイプ材においては、サワーガスの作用により中心偏析を起点として水素誘起割れ（「ＨＩＣ」ともいう）が発生し、また、飲料用の缶製品に用いられる深絞り材においては、成分の偏析により加工性に異方性が出現する。そのため、連続鋳造工程から圧延工程に至るまで、鋳片の中心偏析を低減する対策が多数提案されている。尚、ラインパイプ材は、厚板ミルや熱延ミルにより製造された鋼板を、Ｕ加工、Ｏ加工、溶接、拡管（Expander）の各工程によって鋼管（「ＵＯＥ鋼管」という）に成形することで製造されている。
【０００５】
例えば、非特許文献１には、ＡＰＩ−Ｘ５６グレード以上の鋼管用スラブ鋳片において、耐ＨＩＣ特性を高めるためには、溶鋼のＣ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの濃度（質量％）から算出されるＰHIC（ＰHIC=C+Mn(α-0.22t)/6+2P(βe-0.21t+0.05)+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5、但し、ｔは鋳片の均質処理時間（Hr）、α及びβはインデックス）を０．６以下にすることが効果的であることを開示している。
【０００６】
また、特許文献１には、ＨＩＣを防止するためには、鋼板の化学成分を厳密に制御して中心偏析部の硬さを所定レベル以下（好ましくはＨｖ２５０以下）とする必要があるとして、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．０６％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．８〜１．６％、Ｐ：０．００８％以下、Ｓ：０．０００８％以下、Ａｌ：０．０８％以下、Ｎｂ：０．００５〜０．０３５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０２５％、Ｃａ：０．０００５〜０．００３５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、下式で表わされるＣＰ値が０．９５以下、Ｃeq値が０．３０以上であるラインパイプ用鋼板が開示されている。
CP=4.46C(%)+2.37Mn(%)/6+[1.18Cr(%)+1.95Mo(%)+1.74V(%)]/5+[1.74Cu(%)+1.7Ni(%)]/15+22.36P(%)
Ceq=C(%)+Mn(%)/6+[Cr(%)+Mo(%)+V(%)]/5+[Cu(%)+Ni(%)]/15
【０００７】
また更に、特許文献２には、鋼の連続鋳造鋳片の中心偏析を種々の条件を反映させて予測する方法として、連続鋳造機のロール配置及び鋳片の鋳造条件に基づいてバルジング及び凝固収縮によって形成される最終凝固部における空隙の大きさを推定し、次いで、前記空隙の形成位置での鋳片中心部の固相率から流動限界固相率までの範囲の固相率に該当する残溶鋼の平均溶質濃度を算出し、この平均溶質濃度の残溶鋼が前記空隙を充填したとして、充填した残溶鋼の凝固進行に伴うミクロ偏析を計算し、このミクロ偏析の計算値に基づいて鋳片の中心偏析を予測する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１３３００５号公報
【特許文献２】特開２００８−１８３６０６公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】STEELMAKING CONFERENCE PROCEEDINGS(1989),63
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、石油輸送用や天然ガス輸送用のラインパイプ材においては、高強度が求められており、これまで合金成分として添加されていなかったＴｉなどによる固溶強化を図ることも多くなっている。また、Ｃａによる介在物形態制御が不十分であったりすると、ＭｎＳなどが析出し、ＨＩＣの起点になることもあり、溶鋼中のＳの管理も重要である。また、高強度、高靱性を得る目的でＮｂの添加も行われているが、Ｎｂの析出物（ＮｂＣ）がＨＩＣの起点になることもある。
【００１１】
これに対して、非特許文献１及び特許文献１では、鋼中のＴｉ、Ｓ、Ｎｂの影響については考慮しておらず、鋼の耐ＨＩＣ特性を正確に把握できないという問題点がある。特許文献２は、Ｃ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉについては偏析の程度（係数）を開示するが、その他の成分については偏析の程度を開示せず、中心偏析を簡易的に判定することができないという問題点がある。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高抗張力鋼であっても中心偏析の鋼材質への影響を少なくすることができ、耐ＨＩＣ特性に優れる成分組成の鋳片を鋳造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための第１の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、溶鋼のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔｉの濃度（質量％）から下記の（１）式で算出されるＰSEGが４．３以下の溶鋼をタンディッシュから鋳型内に連続的に注入して鋳片を製造することを特徴とする。
PSEG=4.46[%C]+3.32[%Si]+2.37[%Mn]+22.36[%P]+14.87[%S]+1.18[%Cr]+2.0[%Mo]+1.74[%V]+1.74[%Cu]+1.7[%Ni]+7.95[%Nb]+7.1[%Ti]…(1)
【００１４】
第２の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、第１の発明において、連続鋳造用鋳型下端と鋳片の液相線クレータエンドとの間の凝固シェルに、意図的にバルジング力を作用させて、前記鋳片内部の未凝固層の厚みを５ｍｍ以内の範囲で増大させ、次いで、鋳片の厚み中心部の固相率が少なくとも０．４以下の時点から０．７以上になる時点まで、０．５〜１．５ｍｍ／分の圧下速度で鋳片を圧下することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、鋼の化学成分から耐ＨＩＣ特性を評価することが可能となり、事前に耐ＨＩＣ特性の良否を判定することができる。また、すでに鋳造した鋳片について、ＨＩＣの評価が予測と合致していない場合には、連続鋳造機の設備的な不具合や鋳造時の異常をチェックできるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＰSEGとＣＡＲとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１８】
本発明者らは、ＨＩＣ試験での割れの発生及びその伝播挙動を、割れの起点と中心偏析部の組成との観点から詳細に調査し、その結果、耐ＨＩＣ特性に優れた鋼を製造するためには、連続鋳造鋳片の中心偏析を予測することが重要であるとの知見を得た。
【００１９】
そこで、鋳片の中心偏析を特許文献２の方法を用いて予測した。即ち、鋼の連続鋳造鋳片の中心偏析を予測するにあたり、連続鋳造機のロール配置及び鋳片の鋳造条件に基づいてバルジング及び凝固収縮によって形成される最終凝固部における空隙の大きさを推定し、次いで、前記空隙の形成位置での鋳片中心部の固相率から流動限界固相率までの範囲の固相率に該当する残溶鋼の平均溶質濃度を算出し、この平均溶質濃度の残溶鋼が前記空隙を充填したとして、充填した残溶鋼の凝固進行に伴うミクロ偏析を計算し、このミクロ偏析の計算値に基づいて鋳片の中心偏析を予測した。
【００２０】
この中心偏析の予測に際しては、中心偏析部における溶質の濃化挙動を熱力学的に解析し、溶質毎（合金元素毎）の偏析係数を算出した。濃化した偏析スポットが凝固する過程では、熱力学的な平衡分配係数に基づいて凝固界面での溶質分配が生じるため、最終的に形成される偏析部の濃化を熱力学的に求めることが可能である。
【００２１】
このようにして、熱力学的な解析で各合金成分の偏析係数を求め、求めた偏析係数から、下記の（１）式に示す中心偏析部のパラメーターＰSEGを設定した。
PSEG=4.46[%C]+3.32[%Si]+2.37[%Mn]+22.36[%P]+14.87[%S]+1.18[%Cr]+2.0[%Mo]+1.74[%V]+1.74[%Cu]+1.7[%Ni]+7.95[%Nb]+7.1[%Ti]…(1)
種々の鋼種のＨＩＣ試験の結果から、ＰSEGと耐ＨＩＣ特性とは強い相関があり、ＰSEGを４．３以下とすることで、ＨＩＣが抑制されることを見出した。
【００２２】
本発明は、これらの検討結果に基づくものであり、溶鋼のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔｉの濃度（質量％）から上記の（１）式で算出されるＰSEGが４．３以下の溶鋼をタンディッシュから鋳型内に連続的に注入して鋳片を製造することを特徴とする。
【００２３】
本発明は、ラインパイプ材などの高抗張力鋼を対象とするものであり、従って、下記の（２）式で示す炭素当量Ｃeqが０．２５以上の鋼に適用する。但し、（２）式における各元素記号は、鋼中の濃度（質量％）を表している。
Ceq=[%C]+[%Mn]/6+([%Cr]+[%Mo]+[%V])/5+([%Cu]+[%Ni])/15…(2)
炭素当量Ｃeqが０．２５未満の場合は、強度が低く、高抗張力鋼にはなり得ない。
【００２４】
本発明を実施する連続鋳造機は、特に限定する必要はないが、鋳片の中心偏析が抑制されることから、連続鋳造機内において、未凝固層を有する凝固末期の鋳片をガイドロールなどの鋳片支持ロールによって凝固収縮量程度の圧下速度で徐々に圧下（「軽圧下」という）しながら鋳造することの可能な連続鋳造機で実施することが好ましい。これは、凝固収縮量程度の圧下速度で軽圧下することにより、凝固収縮による溶鋼の流動が防止され、中心偏析が抑制されるからである。尚、鋳片を軽圧下する範囲の鋳片支持ロールを「軽圧下帯」と呼んでいる。
【００２５】
この場合、更に、連続鋳造用鋳型下端と鋳片の液相線クレータエンドとの間で、鋳片の凝固シェルに、意図的にバルジング力を作用させて、鋳片内部の未凝固層の厚みを５ｍｍ以内の範囲で増大させることの可能な連続鋳造機であることが好ましい。ガイドロールなどの鋳片支持ロールのロール間隔を鋳造方向下流側に向かって徐々に増加させることで、意図的にバルジング力を作用させることができる。これは、鋳片の短辺部は鋳片中心部まで凝固完了しており変形抵抗が高く、鋳片支持ロールで圧下しても鋳片短辺部が抵抗となって圧下力が鋳片厚み中心部の未凝固部まで作用しない場合が発生するが、意図的にバルジングさせた後に軽圧下する場合には、鋳片の幅方向中央部が鋳片短辺と同じ厚みになるまでは鋳片短辺部は鋳片支持ロールと接触せず、鋳片厚み中心部の未凝固部まで圧下力が有効に作用し、軽圧下による中心偏析軽減効果をより一層享受できるからである。
【００２６】
鋳片を意図的にバルジングさせる場合、鋳片の内部の未凝固層が少ない時点でバルジングさせると、中心偏析は却って悪化するが、鋳片内部に未凝固層が潤沢に存在する時点、換言すれば、鋳片の液相線クレータエンド位置よりも鋳造方向上流側でバルジングさせても、この時点では、溶質元素の濃化されていない初期濃度の溶鋼が鋳片内部に潤沢に存在し、この溶鋼が容易に流動するので、この時点におけるバルジングは中心偏析の原因とはならない。
【００２７】
尚、鋳片の液相線とは、鋳片の化学成分によって決まる凝固開始温度であり、例えば、下記の（３）式から求めることができる。
TL=1536-(78×[%C]+7.6×[%Si]+4.9×[%Mn]+34.4×[%P]+38×[%S]+4.7×[%Cu]+3.1×[%Ni]+1.3×[%Cr]+3.6×[%Al])…(3)
但し、（３）式において、ＴＬは液相線温度（℃）、各元素記号は、鋼中の濃度（質量％）を表している。
【００２８】
鋳片の液相線クレータエンド位置は、二次元伝熱凝固計算により求められる鋳片内部の温度勾配と（１）式で定まる液相線温度とを照らし合わせることで求めることができる。また、鋳造中の鋳片の厚み中心部に金属製のピンを打ち込み、金属製ピンの溶融状態を調べることからも、液相線クレータエンド位置を求めることができる。
【００２９】
鋳片の軽圧下は、少なくとも、鋳片の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点から開始し、鋳片厚み中心部の固相率が０．７以上となる時点まで行う。これは、鋳片厚み中心部の固相率が０．４を越えてから軽圧下を開始しても、それ以前に濃化溶鋼の流動が発生する可能性があり、これにより中心偏析が発生し、軽圧下の効果を十分に発揮することができず、また、溶鋼の流動は、固相率が０．７を超えるまで発生する可能性があり、それよりも早期に軽圧下を停止してしまうと、濃化溶鋼の流動が発生し、これにより中心偏析が発生して、軽圧下の効果を十分に発揮することができないからである。
【００３０】
鋳片の厚み中心部の固相率は、液相線クレータエンド位置を求める場合と同様に、二次元伝熱凝固計算によって求めることができる。鋳片厚み中心部の固相率が１．０となる位置が凝固完了位置（固相線クレータエンド位置）であり、液相線クレータエンド位置は、鋳片厚み中心部の固相率がゼロとなる最も下流側の位置に該当する。
【００３１】
化学成分が、Ｃ：０．０５質量％（以下、「％」と記す）、Ｓｉ：０．３％、Ｍｎ：１．３％、Ｐ：０．００５％、Ｓ：０．００５％、Ｔｉ：０．０１％、sol.Ａｌ：０．０４％、Ｎｂ：０．０４％、Ｃｕ；０．１５％の溶鋼を、０．４〜１．６ｍｍ／分の範囲の圧下速度で、厚み２５０ｍｍ、幅１９５０ｍｍのスラブ鋳片に鋳造し、その後、スラブ鋳片を厚板ミルで厚鋼板に圧延し、更に厚鋼板をＵＯＥ鋼管に製管し、厚鋼板及びＵＯＥ鋼管でのＨＩＣ試験結果から、中心偏析を軽減するためには、鋳片の圧下速度は０．５〜１．５ｍｍ／分の範囲内とすることが好ましいことが分かった。
【００３２】
圧下速度が０．５ｍｍ／分未満の場合は、圧下速度が凝固収縮量に対して小さ過ぎて、濃化溶鋼の流動を抑えることができない恐れがあり、一方、圧下速度が１．５ｍｍ／分を超える場合は、圧下速度が凝固収縮量よりも大きくなり、濃化溶鋼を絞り出すことによって、鋳片中心部に負偏析を形成する恐れがあり、更に、鋳片支持ロールへの荷重が高くなり、鋳片支持ロールのベアリングの損傷が起きやすくなる観点からも望ましくない。また、中心偏析の改善のための鋳片の総圧下量は２〜６ｍｍ程度とすれば十分である。
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、鋼の化学成分から耐ＨＩＣ特性を評価することが可能となり、事前に耐ＨＩＣ特性の良否を判定することができ、耐ＨＩＣ特性に優れた鋳片を安定して得ることが実現される。
【実施例１】
【００３４】
長さ１４ｍの軽圧下帯を有する垂直曲げ型スラブ連続鋳造機を用い、二次冷却帯の上部で鋳片を意図的にバルジング（バルジング量：４．８ｍｍ）させた後、前記軽圧下帯で鋳片を軽圧下しつつ鋳造し、得られた鋳片を厚鋼板に圧延し、この厚鋼板からＵＯＥ鋼管を製造し、ＵＯＥ鋼管のＨＩＣ試験を実施した。
【００３５】
化学成分が、表１に示す２２種類の溶鋼を１．４ｍ／分の鋳造速度で、幅１９５０ｍｍ、厚み２５０ｍｍの鋳片に鋳造した。タンディッシュ内の溶鋼過熱度は３５〜４８℃、二次冷却水量は比水量で１．４８Ｌ／ｋｇとした。圧下速度は、０．４〜１．６ｍｍ／分の範囲で鋳造毎に変更した。ＵＯＥ鋼管におけるＨＩＣ試験は、試験溶液をＮＡＣＥ溶液（５％ＮａＣｌ＋０．５％ＣＨ3ＣＯＯＨの硫化水素飽和溶液、ｐＨ＝３．７）とし、浸漬時間を９６時間、試験溶液温度を２５℃として実施し、試験片に割れが発生した場合には、その試験片を超音波探傷法によって調べ、割れ部の面積率（ＣＡＲ：Crack Area Ratio、単位％）で評価した。ＣＡＲ値が高いほどＨＩＣが発生したことを意味している。尚、比水量とは、鋳造される鋳片１ｋｇあたりの冷却水量（リットル）を表す数値である。
【００３６】
表１に、鋼の化学成分、化学成分から算出されるＰSEG、軽圧下帯での鋳片の圧下速度、ＨＩＣ試験によるＣＡＲを示す。
【００３７】
【表１】
2011194421.tif 000003
【００３８】
図１に、ＰSEGとＣＡＲとの関係を示す。図１からも明らかなように、ＰSEGの増加に伴ってＣＡＲが増加する。最近の需要家の仕様では、ＣＡＲを５％以下とすることが一般的であり、ＰSEGが４．３以下であれば、ＣＡＲを５％以下に抑制できることが分かった。
【００３９】
これに対して、圧下速度は０．５〜１．５ｍｍ／分であるものの、ＰSEGが本発明の範囲を超えた試験Ｎo.１２〜１５、１８〜２０、及び、圧下速度が０．５〜１．５ｍｍ／分の範囲外であり且つＰSEGが本発明の範囲を超えた試験Ｎo１６、１７、２１、２２ではＣＡＲが５％を超えており、特に試験Ｎo１６、１７、２１、２２では１０％を超える高い値であった。
【図１】
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