(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量%で、C：0.40〜0.50%、
Si：0.10〜0.30%、
Mn：1.50〜1.70%、
P：0.08%以下、
S：0.01%以下、
Al：0.010〜0.030%
を含有し、さらにCaを、Ca：0.0015〜0.0035%で、しかも、Ca/Sが0.3〜0.6となるように含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成の
鋼素材を鋳造した後、
該鋼素材を、該鋼素材の表面温度が700℃〜450℃の範囲にて、該鋼素材の冷却速度が、前記鋼素材の表面温度で測定して時間的な平均が10℃/h以下となるように、450℃以下になるまで徐冷し、
しかる後、熱間圧延する
ことを特徴とする高炭素高Mn鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炭素高Mn鋼材の製造方法に関し、鋼板を曲げて溶接し、鋼管にする場合などに生ずる底割れや、溶接部に生ずるフッククラックを防止し、鋳造の際のスラブ等の割れを防止することができる、高炭素高Mn鋼材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐磨耗性が要求される鋼板、鋼管等の鋼材として、例えば、質量%で、炭素：0.40%以上、Mn：1.5%以上に、炭素やMnを高めた高炭素高Mn鋼材がある。このような高炭素高Mn鋼材では、特にMnが、鋼中に不可避的に混入するSと結びつき、MnSとして析出して、鋼中介在物となりやすい。このMnSは、圧延により延ばされると、同介在物の形状が先鋭化するため、鋼板に曲げの力が作用したときに、鋼板に割れが生じる問題を惹き起こす。
【０００３】
しかしながら、従来、高炭素高Mn鋼材を対象とした、割れを防止できる方法は知られておらず、対象が本発明と異なる特許文献１や、目的が本発明と異なる特許文献２などがわずかに知られているにすぎない。
特許文献１には、Mn含有率が0.20〜0.65%とさほど高くない高炭素鋼（炭素：0.25〜0.60%）を対象として、連続鋳造してスラブを製造するに際し、モールド注湯時の温度から鋳片断面の平均温度が1100℃までの平均冷却速度を5℃/min以上とし、引き続いて、1150℃以上の温度に加熱して熱間圧延することで、鋼中に残留する水素に起因する割れを防止し、靭性を確保する方法が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、低炭素鋼などを対象として、鋼中に残留する水素に起因する内質欠陥を防止することを目的に、溶鋼中の水素濃度のほか、加熱前（スラブ段階）の脱水素率や加熱終了時の脱水素率、さらに熱間圧延後の脱水素率などから、鋼板中に残留する水素濃度を計算により推定し、同水素濃度がある一定の値より大きければ、ピット式またはカバー式の徐冷炉にてスラブを徐冷する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2005−344195号公報
【特許文献２】特開2005−23413号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これら特許文献１や特許文献２に記載された方法は、本発明と対象や目的が異なるため、先述のような、鋼板に曲げの力が作用したときに、鋼板に割れが生じる問題を解決するのにはつながらない。鋼板を曲げることに加え、さらに溶接して、鋼管にする場合は、図５に示すように、曲げの底部に局部的に大きな力が作用し、底割れと呼ばれる割れが生じやすいという問題もある。この底割れを防止するためには、鋼中にCaを添加する方法が有効と考えられる。MnSのような圧延によって先鋭化する介在物ではなく、CaSのような丸みのある介在物を生成させることができるからである。
【０００７】
しかしながら、鋼中にCaを添加しすぎると、今度は、図６に示すように、鋼管の溶接部に割れが生じやすくなる。この溶接部の割れはCaOの析出に起因しており、溶接の際に鋼板両端を圧着させたときに近傍のメタルフローが急峻に立ち上がり、これに伴って偏析介在物が隆起して表面に割れとなって現れるものであるが、割れた破面の形状が鉤形をしていることから、フッククラックと呼ばれる。
【０００８】
また、鋼中にCaを添加しすぎると、CaOが析出して（CaO）Al２O３を生成させ、これがクラスター化して、結晶粒を粗大化させるため、鋳造後の鋳片（スラブ等）が割れて破断しやすくなるという問題もある。
よって、このような高炭素高Mn鋼材の製造にあたり、スラブ等の割れを防止するための適切な製造方法が望まれる。
【０００９】
本発明は、従来技術のこのような問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、鋼板を曲げて溶接し、鋼管にする場合などに生ずる底割れや、溶接部に生ずるフッククラックを防止し、鋳造の際のスラブ等の割れを防止することができる、高炭素高Mn鋼材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】
【００１０】
発明者らは、高炭素高Mn鋼材を対象に、鋼中のCaをSとの関係（Ca/S）で適切な範囲とした上、鋳造後の鋼素材を所定温度まで徐冷することにより、上記課題を解決した。
図１は、質量%で、C：0.40〜0.50%、Si：0.10〜0.30%、Mn：1.50〜1.70%、P：0.08%以下、S：0.01%以下、Al：0.010〜0.030%、Ca：0.0015〜0.0035%とし、Ca/Sが変動するよう各成分の含有比率を調整したものについて、フッククラックの発生率を調べたものである。Ca/Sを0.6以下とした領域にて、フッククラックの発生率が減少していることがわかる。
【００１１】
すなわち、本発明は、以下の通りである。
（１）  質量%で、C：0.40〜0.50%、
Si：0.10〜0.30%、
Mn：1.50〜1.70%、
P：0.08%以下、
S：0.01%以下、
Al：0.010〜0.030%
を含有し、さらにCaを、Ca：0.0015〜0.0035%で、しかも、Ca/Sが0.3〜0.6となるように含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成の
鋼素材を鋳造した後、
該鋼素材を、該鋼素材の表面温度が700℃〜450℃の範囲にて、該鋼素材の冷却速度が、前記鋼素材の表面温度で測定して時間的な平均が10℃/h以下となるように、450℃以下になるまで徐冷し、
しかる後、熱間圧延する
ことを特徴とする高炭素高Mn鋼材の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高炭素高Mn鋼材の製造にあたり、例えば鋼板を曲げて溶接し、鋼管にする場合などに生ずる底割れや、溶接部に生ずるフッククラックを防止し、鋳造の際のスラブ等の割れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の効果について説明するためのグラフである。
【図２】本発明の実施形態について説明するための説明図である。
【図３】本発明の実施形態について説明するための説明図である。
【図４】本発明の実施形態について説明するための説明図である。
【図５】従来技術の問題について説明するための説明図である。
【図６】従来技術の問題について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の各構成要件を規定した理由について説明する。成分における%表示は、質量%を意味する。
C：0.40〜0.50%
Cは、鋼の降伏強度、引張強さなどの強度を確保する目的で、0.40%以上に規定する。一方、0.50%を超える過剰な含有は靭性が低下するため、0.50%以下に規定する。
【００１５】
Si：0.10〜0.30%
Siは、鋼の固溶強化に有効な元素であり、鋼の降伏強度、引張強さなどの強度を確保する目的で、0.10%以上に規定する。一方、0.30%を超える過剰な含有は製品鋼板の表面品質を悪化させるため、0.30%以下に規定する。
Mn：1.50〜1.70%
Mnは、鋼の固溶強化、焼入性の向上、組織強化に有効な元素であり、鋼の降伏強度、引張強さなどの強度を確保し、耐摩耗性を確保する目的で、1.50%以上に規定する。焼入性が低下すると、組織強化に有効なマルテンサイトが得にくくなるとともに、パーライトの生成が助長される。一方、1.70%を超える過剰な含有は、鋳造する際に、スラブ等の鋼素材の表面やコーナー部に割れを生じやすくするとともに、偏析を助長するため、1.70%以下に規定する。
【００１６】
P：0.08%以下
Pは、鋼の固溶強化に有効な元素であり、このような効果を得るためには0.01%以上含有することが望ましいが、0.08%を超える過剰な含有は、偏析を助長するため、0.08%以下に規定する。好ましくは0.05%以下にする。
S：0.01%以下
Sは、鋼中では硫化物系介在物として存在し、鋼材の延性、曲げ性を低下させる。このような悪影響は、Sを0.01%以下に低減することにより、許容できる程度となる。このため、0.01%以下に規定する。
【００１７】
Al：0.010〜0.030%
Alは、鋼の溶製段階で脱酸剤として用いられることが多い。この脱酸剤としての効果を発揮するためには、0.010%以上含有するよう規定する。一方、0.030%を超える過剰な含有は、不要な介在物の形成、溶接性の低下などをもたらすため、0.030%以下に規定する。
Ca：0.0015〜0.0035%
Caは、鋼板を曲げて溶接し、鋼管にする場合などに生ずる底割れを防止するため、0.0015%以上含有するように規定する。一方、0.0035%を超える過剰な含有は、上記したCaOの析出を助長するため、フッククラックが生じやすくなるほか、CaOが析出して（CaO）Al２O３を生成させ、これがクラスター化して、結晶粒を粗大化させるため、スラブ等の鋼素材が割れて破断しやすくなる。このため、0.0035%以下に規定する。
【００１８】
Ca/S：0.3〜0.6
鋼中にCaを添加することで、MnSのような圧延によって先鋭化する介在物を、CaSのような丸みのある介在物とすることができる。このような効果を得るためには、Ca/Sを0.3以上にする必要がある。一方、Ca/Sが0.6を超えると、先述のように、フッククラックが生じやすくなるほか、スラブ等の鋼素材が割れて破断しやすくなる。このため、0.6以下に規定する。
【００１９】
鋳造
本発明では、上記した組成を有する溶鋼を鋳造してスラブ等の鋼素材とするが、鋳造は連続鋳造によるほか、造塊によってもよい。連続鋳造した場合は直接スラブに鋳造することができるが、造塊した場合は分塊圧延し、熱間圧延してスラブ等の鋼素材とする。なお、ここにいうスラブ等は、ビレットやブルーム等も含む意味とする。
【００２０】
徐冷
本発明では、上記成分範囲の溶鋼を鋳造してスラブ等の鋼素材とした後、鋼素材の表面温度が450℃以下になるまで、カバー式の徐冷炉にて徐冷する。これにより、スラブ等の鋼素材の割れを防止できる。
徐冷停止温度が450℃を超えると、スラブ等の鋼素材の割れが発生する場合があるため、スラブ等の表面温度が700℃〜450℃における冷却速度が、スラブ等の表面温度で測定して時間的な平均が10℃/h以下となるように、450℃以下になるまで徐冷する。例えば、図２に示すように、カバー式の徐冷炉にて徐冷する。
【００２１】
スラブ化した高炭素高Mn鋼材は、例えば、図３に示すような熱間圧延ラインや、図４に示す厚板圧延ラインにて所定の加熱温度1100℃〜1300℃に加熱した後、熱間圧延することで、所望の寸法形状の鋼板にすることができる。あるいは、ここには例を図示しないが、形鋼圧延ラインにて熱間圧延することで、形鋼にすることなどもでき、熱間圧延することで、所望の寸法形状の鋼材にすることができる。
【実施例】
【００２２】
表１に示す鋼を溶製し、連続鋳造にてスラブ（厚さ250mm）とした。鋳造後、表２に示す条件にて冷却した。得られたスラブ各100本について目視にて割れの有無を調査した。次いで、これらスラブ各100本を1100〜1300℃に加熱して熱間圧延し、厚さ20〜40mm、幅1450〜1800mmの鋼板とした。次に、これら鋼板の幅方向を円形に変形させ、結合部を電気溶接し、外径450〜550mmの鋼管とした。得られた鋼管について、超音波探傷によりフッククラック、底割れについて調査した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
なお、スラブ徐冷「有」の場合は、カバー式の徐冷炉にスラブを装入して冷却した。カバー式の徐冷炉内では、スラブの表面温度で測定して時間的な平均が10℃/h以下となるように徐冷した。
なお、スラブ割れ発生率は、鋳造後に目視によりスラブの破断が観察されたスラブの本数が、鋳造したスラブの本数に占める比率とした。底割れ発生率は、コイル状に巻かれた鋼板を、溶接管の製造ラインの入側に装入し供給していく際の目視確認により割れがないかを確認して、割れが発生した鋼管の本数が、鋳造したスラブから製造した鋼管の本数に占める比率とした。フッククラック発生率は、超音波探傷により、鋼管表面にて、一箇所でも観察された鋼管の本数が、鋳造したスラブから製造した鋼管の本数に占める比率とした。得られた結果を表２に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２から、本発明例はいずれも、スラブ割れの発生は認められず、鋼管に加工後の底割れ、フッククラックの発生は、従来例に比べて減少している。これに対し、本発明の範囲を外れる比較例は、スラブ割れが発生したり、底割れ、フッククラックが発生したりしている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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