(57)【要約】【課題】ＲＥＭを添加することによってＰによる特性の劣化を抑制することができるとともに、生成されるリン化物を微細化することにより、靭性を大幅に向上させることが可能な炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法を提供する。【解決手段】Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、ｔ．Ｏ、ｔ．ＲＥＭ、ｔ．Ｔｅを、それぞれ所定の範囲内で含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物とされるとともに、ｔ．ＲＥＭが、所定の式を満足する範囲内とされており、内部に、ＲＥＭとＰを含むＲＥＭリン化物が分散していることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ；０．０１％以上０．３０％以下、Ｓｉ；０．００１％以上１．５％以下、Ｍｎ；０．０１％以上３．０％以下、Ｐ；０．００３０％以上０．１００％以下、Ｓ；０．０００１％以上０．００２％以下、Ａｌ；０．０１％以上１．５０％以下、ｔ．Ｏ；０．０００１％以上０．００２％以下、ｔ．ＲＥＭ；０．００５０％以上０．１％以下、ｔ．Ｔｅ；０．０００５％以上０．０１００％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物とされるとともに、[t.O]、[t.S] 、[t.REM]、[t.P]を、各元素の含有量（質量％）とした場合に、[t.REM]が、下記の（１）式を満足する組成とされ、
6×[t.O]+4.5×[t.S] ＜［t.REM]≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]  ・・・（１）
内部に、ＲＥＭとＰを含むＲＥＭリン化物が分散されていることを特徴とする炭素鋼鋳片。
【請求項２】
さらに、下記の（２）式を満足する組成とされていることを特徴とする請求項１に記載の炭素鋼鋳片。
6×[t.O]+4.5×[t.S]+(4.5×0.2) ×[t.P] ≦［t.REM] ≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]・・・（２）
【請求項３】
質量％で、Ｃ；０．０１％以上０．３０％以下、Ｓｉ；０．００１％以上１．５％以下、Ｍｎ；０．０１％以上３．０％以下、Ｐ；０．００３０％以上０．１００％以下、Ａｌ；０．０１％以上１．５０％以下、を含む溶鉄に対して、
溶存酸素濃度が０．０００１％以上０．００２％以下になるように脱酸処理するとともに、Ｓ濃度が０．０００１％以上０．００２％以下になるまで脱硫処理し、
その後、ＲＥＭを、[t.O]、[t.S] 、[t.REM]、[t.P]を、各元素の含有量（質量％）とした場合に下記の（１）式を満足するように添加し、
6×[t.O]+4.5×[t.S] ＜［t.REM]≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]  ・・・（１）
ＲＥＭを添加後に、Ｔｅを０．０００５％以上０．０１００％以下の範囲内で添加し、
その後、鋳造することにより、内部に、ＲＥＭとＰを含むＲＥＭリン化物が分散された鋳片を製造することを特徴とする炭素鋼鋳片の製造方法。
【請求項４】
ＲＥＭを、下記の（２）式を満足するように添加することを特徴とする請求項３に記載の炭素鋼鋳片の製造方法。
6×[t.O]+4.5×[t.S]+(4.5×0.2) ×[t.P] ≦［t.REM] ≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]・・・（２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＥＭ（希土類元素）を含有する炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼中の介在物の形態を制御して、鋼材の特性を向上させる手段として、鋼中にＲＥＭを添加することが実施されている。
例えば、特許文献１には、ＣａとＲＥＭの一種であるＮｄを添加し、溶鉄中に溶解したＰを固定して除去することにより、清浄度の高い鋼片を製造する技術が提案されている。
また、特許文献２には、ＲＥＭの一種であるＮｄを添加してＰを固定することにより、Ｐのミクロ偏析を抑制し、鋳片の特性向上を図る技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３２７１２２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１００９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１では、スラグを用いており、ＲＥＭがスラグと反応し酸化されてしまう。この場合、ＲＥＭがＰの固定に使用されず、十分にＰを無害化できないおそれがあった。
また、特許文献２では、ＲＥＭを単独で添加しているため、粗大なリン化物が生成し、炭素鋼鋳片の靭性が劣化するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、ＲＥＭを添加することによってＰによる特性の劣化を抑制することができるとともに、生成されるリン化物を微細化することにより、靭性を大幅に向上させることが可能な炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る炭素鋼鋳片は、質量％で、Ｃ；０．０１％以上０．３０％以下、Ｓｉ；０．００１％以上１．５％以下、Ｍｎ；０．０１％以上３．０％以下、Ｐ；０．００３０％以上０．１００％以下、Ｓ；０．０００１％以上０．００２％以下、Ａｌ；０．０１％以上１．５０％以下、ｔ．Ｏ；０．０００１％以上０．００２％以下、ｔ．ＲＥＭ；０．００５０％以上０．１％以下、ｔ．Ｔｅ；０．０００５％以上０．０１００％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物とされるとともに、[t.O]、[t.S] 、[t.REM]、[t.P]を、各元素の含有量（質量％）とした場合に、[t.REM]が、下記の（１）式を満足する組成とされ、
6×[t.O]+4.5×[t.S] ＜［t.REM]≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]  ・・・（１）
内部に、ＲＥＭとＰを含むＲＥＭリン化物が分散されていることを特徴としている。
【０００７】
この構成の炭素鋼鋳片によれば、内部に、ＲＥＭリン化物が生成していることから、ＰがＲＥＭによって固定されており、Ｐによる特性の劣化を抑制することができる。なお、本発明において、上述のＲＥＭリン化物は、ＲＥＭ及びＰのほかに、酸素、硫黄等を含んでいても良い。
【０００８】
そして、本発明では、界面活性元素であるＴｅを含有していることから、上述の炭素鋼鋳片が凝固する過程において、固液界面エネルギーが低下し、成長するデンドライトアーム間隔が狭くなり凝固組織が微細化することになる。ここで、リン化物は、凝固が進行してデンドライトが成長した後にデンドライトアーム間の溶鋼中で生成することになるが、デンドライトアーム間隔が狭く凝固組織が微細な場合、一つのデンドライトアーム間に対して固相から供給されるＰ量が少なくなり、リン化物が成長することが抑制されることになり、炭素鋼鋳片中に分散するリン化物が微細化される。これにより、炭素鋼鋳片の靭性劣化を抑制することが可能となる。
【０００９】
また、ＲＥＭの含有量が、[t.O]、[t.S]、[t.REM]、[t.P]を、各元素の含有量（質量％）とした場合に、下記の（１）式、
6×[t.O]+4.5×[t.S] ＜［t.REM] ≦ 4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]  ・・・（１）
を満足する範囲内に設定されているので、添加されたＲＥＭのすべてが酸化物及び硫化物として消費されることがなく、ＲＥＭによってＰを固定することができ、Ｐによる特性の劣化を抑制できる。また、ＲＥＭが必要以上に添加されていないことから、ｓｏｌ．ＲＥＭによって靭性が劣化することを抑制できる。さらに、ＲＥＭが耐火物等と反応して、粗大な介在物が生成することを抑制でき、靭性の劣化を抑制することが可能となる。
【００１０】
ここで、本発明の炭素鋼鋳片においては、さらに下記の（２）式を満足する組成とされていることが好ましい。
6×[t.O]+4.5×[t.S]+(4.5×0.2) ×[t.P] ≦［t.REM] ≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]・・・（２）
この場合、リン化物を形成するためのＲＥＭ量が確実に確保されることになり、Ｐの偏析を確実に抑制することができ、Ｐの偏析による特性の劣化を確実に抑制することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る炭素鋼鋳片の製造方法は、質量％で、Ｃ；０．０１％以上０．３０％以下、Ｓｉ；０．００１％以上１．５％以下、Ｍｎ；０．０１％以上３．０％以下、Ｐ；０．００３０％以上０．１００％以下、Ａｌ；０．０１％以上１．５０％以下、を含む溶鉄に対して、溶存酸素濃度が０．０００１％以上０．００２％以下になるように脱酸処理するとともに、Ｓ濃度が０．０００１％以上０．００２％以下になるまで脱硫処理し、その後、ＲＥＭを、[t.O]、[t.S] 、[t.REM]、[t.P]を、各元素の含有量（質量％）とした場合に下記の（１）式を満足するように添加し、
6×[t.O]+4.5×[t.S] ＜［t.REM]≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]  ・・・（１）
ＲＥＭを添加後に、Ｔｅを０．０００５％以上０．０１００％以下の範囲内で添加し、  その後、鋳造することにより、内部に、ＲＥＭとＰを含むＲＥＭリン化物が分散された鋳片を製造することを特徴としている。
【００１２】
この構成の炭素鋼鋳片の製造方法においては、溶存酸素濃度が０．０００１％以上０．００２％以下になるように脱酸処理するとともに、Ｓ濃度が０．０００１％以上０．００２％以下になるまで脱硫処理した後に、ＲＥＭを添加しているので、溶鉄中のＯ、ＳによってＲＥＭが消費されることを抑制でき、ＲＥＭによってＰを固定することができる。
また、ＲＥＭを、[t.O]、[t.S] 、[t.REM]、[t.P]を、各元素の含有量（質量％）とした場合に上記の（１）式を満足するように添加しているので、必要なＲＥＭ量が確保され、ＲＥＭによってＰを確実に固定することができるとともに、過剰なＲＥＭが耐火物等と反応して粗大な介在物が発生することを抑制できる。
さらに、ＲＥＭを添加後に、Ｔｅを０．０００５％以上０．０１００％以下の範囲内で添加しているので、生成するリン化物を微細化させることができ、靭性の向上を図ることが可能となる。また、ＴｅがＲＥＭと反応して粗大な介在物を生成することを抑制でき、ＲＥＭによってＰを確実に固定することが可能となる。
【００１３】
ここで、本発明の炭素鋼鋳片の製造方法においては、ＲＥＭを、下記の（２）式を満足するように添加することが好ましい。
6×[t.O]+4.5×[t.S]+(4.5×0.2) ×[t.P] ≦［t.REM] ≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]・・・（２）
この場合、リン化物を形成するためのＲＥＭ量が確実に確保されることになり、Ｐの偏析を確実に抑制することができ、Ｐの偏析による特性の劣化を確実に抑制し、高品質な炭素鋼鋳片を製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
上述のように、本発明によれば、ＲＥＭを添加することによってＰによる特性の劣化を抑制することができるとともに、生成されるリン化物を微細化することにより、靭性を大幅に向上させることが可能な炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態である炭素鋼鋳片の製造方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態である炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
本実施形態である炭素鋼鋳片は、その組成が、質量％で、Ｃ；０．０１％以上０．３０％以下、Ｓｉ；０．００１％以上１．５％以下、Ｍｎ；０．０１％以上３．０％以下、Ｐ；０．００３０％以上０．１００％以下、Ｓ；０．０００１％以上０．００２％以下、Ａｌ；０．０１％以上１．５０％以下、ｔ．Ｏ；０．０００１％以上０．００２％以下、ｔ．ＲＥＭ；０．００５０％以上０．１％以下、ｔ．Ｔｅ；０．０００５％以上０．０１００％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物とされている。
以下に、各成分を規定した理由について説明する。
【００１８】
（Ｃ：炭素）
Ｃは、炭素鋼鋳片の強度を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｃの含有量が０．０１％未満では、上述の作用効果を奏功せしめることができない。一方、Ｃの含有量が０．３０％を超えると、ＨＡＺ靭性が劣化するとともに、溶接性も低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｃの含有量を０．０１％以上０．３０％以下の範囲内に限定している。
【００１９】
（Ｓｉ：ケイ素）
Ｓｉは、溶鋼の脱酸を促進するとともに、炭素鋼鋳片の強度を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｓｉの含有量が０．００１％未満では、上述の作用効果を奏功せしめることができない。一方、Ｓｉの含有量が１．５％を超えると、ＨＡＺ靭性が劣化するとともに、溶接性も低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｓｉの含有量を０．００１％以上１．５％以下の範囲内に限定している。
【００２０】
（Ｍｎ：マンガン）
Ｍｎは、炭素鋼鋳片の強度及び靭性を向上させる作用効果を有する元素である。ここで、Ｍｎの含有量が０．０１％未満では、上述の作用効果を奏功せしめることができない。一方、Ｍｎの含有量が３．０％を超えると、溶接性が低下してしまう。
以上のことから、本実施形態では、Ｍｎの含有量を０．０１％以上３．０％以下の範囲内に限定している。
【００２１】
（Ｐ：リン）
Ｐは、炭素鋼鋳片の靭性に影響を与える元素であるが、不可避的に０．００３０％は含有される。ここで、Ｐの含有量が０．１００％を超えると、粗大な介在物が生成し、炭素鋼鋳片の靭性が劣化してしまう。
以上のことから、本実施形態では、Ｐの含有量を０．００３０％以上０．１００％以下の範囲内に限定している。
【００２２】
（Ｓ：硫黄）
Ｓは、炭素鋼鋳片の靭性に影響を与える元素であるが、不可避的に０．０００１％は含有される。ここで、Ｓの含有量が０．００２％を超えると、粗大な介在物が生成し、炭素鋼鋳片の靭性が劣化してしまう。
以上のことから、本実施形態では、Ｓの含有量を０．０００１％以上０．００２％以下の範囲内に限定している。
【００２３】
（Ａｌ：アルミニウム）
Ａｌは、溶鋼の脱酸を促進するために添加される元素である。ここで、Ａｌの含有量が０．０１％未満では、十分に脱酸をすることができない。一方、Ａｌの含有量が１．５０％を超えると、粗大な介在物（Ａｌ２Ｏ３クラスター）が発生し、炭素鋼鋳片の品質が劣化するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ａｌの含有量を０．０１％以上１．５０％以下の範囲内に限定している。
【００２４】
（ｔ．Ｏ：酸素）
Ｏは、不可避的に０．０００１％は含有される。ここで、Ｏの含有量が０．００２％を超えると、粗大な酸化物等が生成し、炭素鋼鋳片の品質が劣化してしまう。
以上のことから、本実施形態では、Ｏの含有量を０．０００１％以上０．００２％以下の範囲内に限定している。なお、ｔ．Ｏ（トータル酸素量）は、化合物の状態で炭素鋼鋳片に分散しているＯを含む合計量である。
【００２５】
（ｔ．ＲＥＭ：希土類元素）
ＲＥＭは、溶鋼のＰと反応してリン化物を形成し、Ｐの影響を抑制する作用効果を有する元素である。ここで、ＲＥＭの含有量が０．００５０％未満では、リン化物を形成することができないおそれがある。一方、ＲＥＭの含有量が０．１％を超えると、粗大なＲＥＭ酸硫化物やＲＥＭリン化物が生成して靭性が劣化するとともに、溶鋼中にＲＥＭが残存し、炭素鋼鋳片の靭性が劣化するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、ＲＥＭの含有量を０．００５０％以上０．１％以下の範囲内に限定している。なお、ｔ．ＲＥＭ（トータルＲＥＭ量）は、化合物の状態で炭素鋼鋳片に分散しているＲＥＭを含む合計量である。
【００２６】
（ｔ．Ｔｅ：テルル）
Ｔｅは、界面活性元素であり、炭素鋼鋳片が凝固する過程において、固液界面エネルギーを低下させ、成長するデンドライトアーム間隔を狭くさせて凝固組織を微細化させる作用効果を有する。ここで、Ｔｅの含有量が０．０００５％未満では、上述の作用効果を奏することができないおそれがある。一方、Ｔｅの含有量が０．０１００％を超えると、ＲＥＭと反応して粗大な介在物が生成するおそれがある。また、ＲＥＭを消費することから、上述したＲＥＭ添加の効果を十分に得ることができなくなるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｔｅの含有量を０．０００５％以上０．０１００％以下の範囲内に限定している。なお、ｔ．Ｔｅ（トータルＴｅ量）は、化合物の状態で炭素鋼鋳片に分散しているＴｅを含む合計量である。
【００２７】
ここで、本実施形態においては、[t.O]、[t.S] 、[t.REM]、[t.P]を、各元素の含有量（質量％）とした場合に、[t.REM]が、下記の（１）式を満足するように、ＲＥＭ量が規定されている。
6×[t.O]+4.5×[t.S] ＜［t.REM]≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]  ・・・（１）
【００２８】
上述の（１）式において、［t.REM]＞6×[t.O]+4.5×[t.S]とした理由は、添加されたＲＥＭの全量が酸化物及び硫化物となることを防止し、ＲＥＭリン化物を確実に生成させるためである。
上述の（１）式において、［t.REM]≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]とした理由は、酸化物、硫化物及びリン化物を生成した後に余剰のＲＥＭが残存することを抑制するためである。なお、余剰のＲＥＭが存在すると、ｓｏｌ．ＲＥＭとして炭素鋼中に存在し、靭性を劣化させるおそれがある。また、ｓｏｌ．ＲＥＭが耐火物等の一部を還元してしまうため、耐火物の劣化してしまうおそれがある。以上のことから、上述の（１）式の範囲内にＲＥＭ量を規定することが必要となる。
【００２９】
本実施形態においては、さらに好ましくは、下記の（２）式
6×[t.O]+4.5×[t.S]+(4.5×0.2) ×[t.P] ≦［t.REM] ≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]・・・（２）
を満足するように、ＲＥＭ量が規定されている。
上述の（２）式において、［t.REM]≧6×[t.O]+4.5×[t.S]+(4.5×0.2) ×[t. P]とした理由は、一定量のＰと反応するＲＥＭ量を確保し、ＲＥＭリン化物を確実に生成させ、Ｐの濃化を抑制するためである。
【００３０】
そして、本実施形態である炭素鋼鋳片においては、内部に、ＲＥＭとＰを含むＲＥＭリン化物が分散されている。なお、このＲＥＭリン化物は、ＲＥＭ及びＰを含むものであればよく、酸素、硫黄等の他の元素を含んでいても良い。
本実施形態では、上述のＲＥＭリン化物は、球状介在物とされている。また、ＲＥＭリン化物の平均粒径が１μｍ以上４μｍ以下とされている。さらに、ＲＥＭリン化物の粒径の最大値が１０μｍ以下とされている。ここで、上述のＲＥＭリン化物の粒径は、ＲＥＭリン化物粒子における最大直径のことである。また、粒径の最大値は、観察されたそれぞれのＲＥＭリン化物粒子の最大直径のうち、最も大きいものの値である。
なお、本実施形態においては、ＲＥＭリン化物は、板厚１／４の領域において、ＥＰＭＡマッピングを１μｍピッチで行い、ＲＥＭとＰの濃度を５σで二値化・合成することによって評価した。
【００３１】
さらに、本実施形態である炭素鋼鋳片は、母材の平均Ｐ濃度に対して２倍以上のＰ濃度を有するＰ濃化領域の面積率が２０％以下とされている。
なお、本実施形態においては、Ｐ濃化領域の面積率は、板厚１／４の領域において、ＥＰＭＡマッピングを３μｍピッチで行うことによって評価した。
【００３２】
次に、本実施形態である炭素鋼鋳片の製造方法について、図１のフロー図を参照して説明する。
まず質量％で、Ｃ；０．０１％以上０．３０％以下、Ｓｉ；０．００１％以上１．５％以下、Ｍｎ；０．０１％以上３．０％以下、Ｐ；０．００３０％以上０．１００％以下、Ａｌ；０．０１％以上１．５０％以下、を含む溶鉄を準備する（溶製工程Ｓ０１）。
【００３３】
そして、Ａｌ、Ｃａ等の脱酸剤および脱硫剤を添加し、溶存酸素濃度が０．０００１％以上０．００２％以下になるように脱酸処理するとともに、Ｓ濃度が０．０００１％以上０．００２％以下になるまで脱硫処理を行う（脱酸処理及び脱硫処理工程Ｓ０２）。
【００３４】
次に、ＲＥＭを添加する（ＲＥＭ添加工程Ｓ０３）。
このとき、ＲＥＭは、[t.O]、[t.S]、［t.REM]、[t.P]を溶鉄中の各元素の含有量（質量％）とした場合に、下記の（１）式
6×[t.O]+4.5×[t.S] ＜［t.REM]≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]  ・・・（１）
を満足するように添加する。
さらに好ましくは、下記の（２）式
6×[t.O]+4.5×[t.S]+(4.5×0.2) ×[t.P] ≦［t.REM] ≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]・・・（２）
を満足するように、ＲＥＭを添加する。
【００３５】
そして、ＲＥＭを添加後に、Ｔｅを添加する（Ｔｅ添加工程Ｓ０４）。ここで、Ｔｅの添加量は、トータルＴｅ量が０．０００５％以上０．０１００％以下の範囲内となるように調整する。
このようにして得られた溶鋼を連続鋳造機によって鋳造する（鋳造工程Ｓ０５）。これにより、内部に、ＲＥＭとＰを含むＲＥＭリン化物が分散された炭素鋼鋳片が得られる。
【００３６】
以上のような構成とされた本実施形態である炭素鋼鋳片によれば、内部に、ＲＥＭリン化物が生成していることから、ＰがＲＥＭによって固定されており、Ｐによる特性の劣化を抑制することができる。
また、本実施形態では、界面活性元素であるＴｅを含有していることから、成長するデンドライトアーム間隔が狭くなり凝固組織が微細化する。よって、一つのデンドライトアーム間に固相から供給されるＰ量が少なくなるため、デンドライトアーム間の溶鋼中で生成するＲＥＭリン化物が大きく成長することがなく、炭素鋼鋳片中に分散するリン化物を微細化させることができる。
本実施形態では、具体的に、ＲＥＭリン化物の平均粒径が１μｍ以上４μｍ以下とされ、さらにＲＥＭリン化物の粒径の最大値が１０μｍ以下とされているので、粗大なＲＥＭリン化物の生成が抑制され、炭素鋼鋳片の靭性の劣化を抑制することが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態では、ＲＥＭの含有量が、[t.O]、[t.S] 、[t.REM]、[t.P]を、各元素の含有量（質量％）とした場合に、下記の（１）式、
6×[t.O]+4.5×[t.S] ＜［t.REM]≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]  ・・・（１）
を満足する範囲内に設定されているので、添加されたＲＥＭのすべてが酸化物及び硫化物として消費されることがなく、ＲＥＭリン化物を生成することができ、Ｐによる特性の劣化を抑制することができる。また、ＲＥＭが必要以上に添加されていないことから、ＲＥＭが耐火物等と反応して、粗大なＲＥＭ酸化物等が生成することを抑制でき、靭性の劣化を抑制することが可能となる。
【００３８】
さらに、本実施形態においては、ＲＥＭの含有量が下記の（２）式、
6×[t.O]+4.5×[t.S]+(4.5×0.2) ×[t.P] ≦［t.REM] ≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]・・・（２）
を満足する範囲内に設定されているので、リン化物を形成するためのＲＥＭ量が確実に確保されることになり、Ｐの偏析を確実に抑制することができ、Ｐの偏析による特性の劣化を確実に抑制することが可能となる。具体的には、本実施形態である炭素鋼鋳片においては、母材の平均Ｐ濃度に対して２倍以上のＰ濃度を有するＰ濃化領域の面積率が２０％以下とされている。
【００３９】
また、本実施形態である炭素鋼鋳片の製造方法によれば、溶存酸素濃度が０．０００１％以上０．００２％以下になるように脱酸処理を行うとともに、Ｓ濃度が０．０００１％以上０．００２％以下になるまで脱硫処理を行う脱酸処理及び脱硫処理工程Ｓ０２の後に、ＲＥＭを添加するＲＥＭ添加工程Ｓ０３を有しているので、溶鉄中のＯ、ＳによってＲＥＭが消費されることを抑制でき、ＲＥＭによってＰを固定することが可能となる。
【００４０】
さらに、ＲＥＭ添加工程Ｓ０３後に、Ｔｅを０．０００５％以上０．０１００％以下の範囲内で添加するＴｅ添加工程Ｓ０４を有ししているので、鋳造工程Ｓ０５において、成長するデンドライトアーム間隔を狭くし、生成するリン化物を微細化させることが可能となる。よって、製造される炭素鋼鋳片の靭性向上を図ることができる。また、ＲＥＭの後にＴｅを添加することで、ＲＥＭがＯ，Ｓと反応しＲＥＭの活量が低下するため、Ｔｅ添加時にＲＥＭとＴｅが反応することを防ぎ、ＲＥＭをＰの固定に効率よく利用できる。
その際、ＲＥＭが溶鋼中に均一混合されてＯ、Ｓと反応するまでの時間を考慮し、ＲＥＭの添加から３分以上経過してＴｅを添加するのが望ましい。
【００４１】
また、ＲＥＭ添加工程Ｓ０３において、ＲＥＭを、上述の（１）式を満足するように添加しているので、必要なＲＥＭ量が確保され、ＲＥＭによってＰを確実に固定することができるとともに、ｓｏｌ．ＲＥＭによる靭性の劣化を抑制できる。また、余剰なＲＥＭが耐火物等と反応して粗大な介在物が発生することを抑制できる。
さらに、ＲＥＭ添加工程Ｓ０３において、ＲＥＭを、上述の（１）式を満足するように添加しているので、リン化物を形成するためのＲＥＭ量が確実に確保されることになり、Ｐの偏析を確実に抑制することができる。よって、Ｐの偏析による特性の劣化を確実に抑制することができ、高品質な炭素鋼鋳片を製造することが可能となる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態である炭素鋼鋳片及び炭素鋼鋳片の製造方法について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、脱酸処理及び脱硫処理工程Ｓ０２において、Ａｌ、Ｃａ等の脱酸剤および脱硫剤を添加することによって溶存酸素濃度及びＳ濃度を調整するものとして説明したが、これに限定されることはなく、その他の手段によって溶存酸素濃度及びＳ濃度を調整してもよい。また、脱酸処理および脱硫処理工程Ｓ０２とＲＥＭ添加工程Ｓ０３の間にＺｒを添加することによって、活量制御による介在物微細化効果と組み合わせてもよい。
【実施例】
【００４３】
以下に、本発明の効果を確認すべく、実施した実験結果について説明する。
表１に記載した溶鋼成分となるように、各種元素を図１に示す手順で添加した。
【００４４】
また、ＲＥＭ量について、[t.O]、[t.S] 、[t.REM]、[t.P]を、各元素の含有量（質量％）とした場合に下記の（１）式、
6×[t.O]+4.5×[t.S] ＜［t.REM]≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]  ・・・（１）
を満足する組成のものを「○」とし、満足しない組成のものを「×」として、表１に示した。
同様に、ＲＥＭ量について、下記の（２）式、
6×[t.O]+4.5×[t.S]+(4.5×0.2) ×[t.P] ≦［t.REM] ≦4.5×[t.P]+6×[t.O]+4.5×[t.S]・・・（２）
を満足する組成のものを「○」とし、満足しない組成のものを「×」として、表１に示した。
【００４５】
上述の手順で得られた溶鋼２５ｋｇを鋳造し、幅１００ｍｍ、厚さ１００ｍｍ、高さ３００ｍｍの鋳片を製造した。得られた鋳片を１１５０℃にて、２５ｍｍまで圧延した。圧延後、９４０℃〜９５０℃で１時間熱処理を実施し、これを供試材とした。
【００４６】
得られた供試材に対して、ｖＴｒｓ（シャルピー破面遷移温度）、粒径２０μｍ以上の粗大介在物の有無、固溶ＲＥＭの有無、Ｐ濃化領域の面積率、リン化物の平均粒径、リン化物の最大径について評価した。評価結果を表２に示す。
【００４７】
ｖＴｒｓ（シャルピー破面遷移温度）は、板厚１／２厚部から採取した試験片を用いて試験を行い、その結果を各鋼板の代表値とした。試験は、２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２４２（２００５年）の「金属材料のシャルピー衝撃試験方法」に準拠し、１温度につき各３本を５温度で試験し、５０％脆性破面率のときの温度を測定した。
【００４８】
粗大介在物は、得られた炭素鋼鋳片から観察用サンプルを採取し、光学顕微鏡を用いて４００倍で観察し、視野数４０以上で確認した。
固溶ＲＥＭは、供試材１／４厚部から採取した分析用試料より、高周波誘導結合プラズマ分光分析法により分析し、分析結果が分析下限以下の場合、固溶ＲＥＭは「なし」とした。
【００４９】
Ｐ濃化領域の面積率（Ｐ濃化面積率）は、板厚１／４部において、ＰのＥＰＭＡによる二次元濃度マッピングにより評価した。二次元マッピングは、１．５ｍｍ×１．５ｍｍの分析領域に対して、加速電圧１５ｋＶ、照射電流４００〜６００ｎＡ、ビーム径３μｍ、移動ステップ距離３μｍの条件で行った。なお、Ｐ濃化面積率が高いとＰを十分に無害化できていないことを示す。
【００５０】
リン化物の観察は、次のように実施した。鋳片板厚１／４の領域において、ＥＰＭＡマッピングを１μｍピッチで行い、ＲＥＭとＰの濃度を５σで二値化・合成し、合成されたものをリン化物と規定した。０．５ｍｍ×０．５ｍｍの分析領域に対して、加速電圧１５ｋＶ、照射電流４００〜６００ｎＡ、ビーム径１μｍ、移動ステップ距離１μｍを９視野で、リン化物を特定し、全リン化物について長径を測定し、これをリン化物の粒径と定義した。また、全リン化物の長径を平均化したものを平均リン化物粒径とした。また、粒径の最大値は、観察されたそれぞれのＲＥＭリン化物粒子の最大直径のうち、最も大きいものの値とした。
【００５１】
【表１】
2015190058.tif 000002
【００５２】
【表２】
2015190058.tif 000003
【００５３】
Ｐ量が本発明の範囲よりも多い比較例１及びＳ量が本発明の範囲よりも多い比較例２においては、粗大介在物が確認されており、ｖＴｒｓが高く靭性が劣化していることが確認される。また、ＲＥＭによってＰを十分に固定することができず、Ｐ濃化面積率も高かった。
Ａｌ量が本発明の範囲よりも少ない比較例３及びＡｌ量が本発明の範囲よりも多い比較例４においては、いずれも粗大介在物が確認されており、ｖＴｒｓも高かった。比較例３では、脱酸が不十分であったため、粗大なＲＥＭ酸化物等が生成したと推測される。一方、比較例４においては、Ａｌ２Ｏ３クラスターが発生したためと推測される。
【００５４】
各元素は組成範囲内であるが、ＲＥＭ量が（１）式及び（２）式の上限を超えた比較例５においては、固溶ＲＥＭが認められ、ｖＴｒｓが高く靭性が著しく劣化していることが確認される。
各元素は組成範囲内であるが、ＲＥＭ量が（１）式及び（２）式の下限を下回った比較例６においては、Ｐ濃化面積率が高く、Ｐの偏析を十分に抑制できなかった。
【００５５】
ＲＥＭ量が本発明の範囲よりも少ない比較例７においては、ＲＥＭリン化物が生成しておらず、Ｐ濃化面積率が高く、Ｐの偏析を十分に抑制できなかった。
ＲＥＭ量が本発明の範囲よりも多い比較例８においては、固溶ＲＥＭが認められ、リン化物の最大径も大きかった。これにより、ｖＴｒｓが高く靭性が著しく劣化していた。
【００５６】
Ｔｅ量が本発明の範囲よりも少ない比較例９及びＴｅを添加しなかった比較例１０においては、リン化物が十分に微細化されておらず、ｖＴｒｓが高く靭性が劣化していることが確認される。
Ｔｅ量が本発明の範囲よりも多い比較例１１においては、Ｐ濃化面積率が高く、靭性が向上しなかった。ＴｅがＲＥＭと反応することで、Ｐを固定するためのＲＥＭ量が不足したためと推測される。
【００５７】
ｔ．Ｏ量が本発明の範囲よりも多い比較例１２においては、酸化物からなる粗大介在物が観察されており、ｖＴｒｓも不十分であった。
【００５８】
これに対して、本発明例１−１９においては、粗大介在物は観察されなかった。また、粗大なリン化物は観察されず、リン化物の平均粒径も１μｍ以上４μｍ以下の範囲内とされていた。また、リン化物の最大径も１０μｍ以下であった。
そして、ｖＴｒｓがすべて−４５℃以下であり、靭性が十分に向上していることが確認される。特に、Ｐ濃化面積率が低く抑えられたものでは、ｖＴｒｓがさらに低くなり、靭性がさらに向上していることが確認された。
【００５９】
次に、溶鉄を準備し、表３に示す手順でＲＥＭ及びＴｅを添加して、表３に示す組成の溶鋼を得た。この溶鋼２５ｋｇを鋳造し、幅１００ｍｍ、厚さ１００ｍｍ、高さ３００ｍｍの鋳片を製造した。得られた鋳片を１１５０℃にて、２５ｍｍまで圧延した。圧延後、９４０℃〜９５０℃で１時間熱処理を実施し、これを供試材とした。
得られた供試材に対して、Ｐ濃化領域の面積率について評価した。評価結果を表３に示す。
【００６０】
【表３】
2015190058.tif 000004
【００６１】
ＲＥＭを添加後にＴｅを添加した本発明例１０１においては、Ｐ濃化面積率が１１％と低くなっており、ＲＥＭによってＰを固定できていることが確認された。
一方、Ｔｅを添加後にＲＥＭを添加した比較例１０１においては、Ｐ濃化面積率が２３％と高くなっていた。Ｔｅが存在する溶鋼中にＲＥＭを添加した場合、ＲＥＭがＴｅと反応してしまい、Ｐを十分に固定できなかったためと推測される。
【００６２】
以上のことから、本発明例によれば、ＲＥＭを添加することによってＰによる特性の劣化を抑制することができるとともに、生成されるリン化物を微細化することができ、靭性を大幅に向上させることが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００６３】
Ｓ０２  脱酸処理及び脱硫処理工程
Ｓ０３  ＲＥＭ添加工程
Ｓ０４  Ｔｅ添加工程
【図１】
2015190058.tif 000005