(57)【要約】【課題】低コストで、且つより確実な方法によって極低炭素鋼の品質問題を抜本的に解決する技術を開発する。【解決手段】Ｃ≦０．００３  ％の溶鋼を連続鋳造するに際し、モールド内溶鋼の上にモールドパウダーを供給し、該モールドパウダーに含まれる炭素  （Ｃ）  とスループット量とが下記条件を満足する条件下で鋳込を行う。鋳造時のスループット量≦４．０ｔ／ｍｉｎのとき、モールドパウダー中の炭素  （Ｃ）  含有量：１．５  ％以上２．５  ％以下鋳造時のスループット量＞４．０ｔ／ｍｉｎのとき、モールドパウダー中の炭素  （Ｃ）  含有量：１．０  ％以上２．０  ％以下鋳片表面から３ｍｍ未満の深さまでＣ：０．０１％以上の浸炭層を有する連続鋳造スラブが得られる。【選択図】    図２
2004337922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ≦０．００３  ％の溶鋼をモールド内に鋳込みつつ該モールドの下方からスラブを引き抜く連続鋳造方法において、モールド内溶鋼の上に供給されるモールドパウダーに含まれる炭素  （Ｃ）  含有量とスループット量とが下記を満足する条件下で鋳込を行うことを特徴とする、連続鋳造スラブの製造方法。
鋳造時のスループット量≦４．０ｔ／ｍｉｎのとき、モールドパウダー中の炭素  （Ｃ）  含有量：１．５  ％以上２．５  ％以下
鋳造時のスループット量＞４．０ｔ／ｍｉｎのとき、モールドパウダー中の炭素  （Ｃ）  含有量：１．０  ％以上２．０  ％以下
【請求項２】
Ｃ≦０．００３  ％の極低炭素鋼からなる連続鋳造スラブであって、Ｃ≧０．０１％の浸炭層をスラブ表面から２ｍｍ以上３ｍｍ未満の深さまで有する連続鋳造スラブ。
【請求項３】
Ｃ≦０．００３  ％の極低炭素鋼からなる連続鋳造スラブであって、平均Ｃ含有量が０．０１〜０．０２％の浸炭層をスラブ表面から３ｍｍ未満の深さまで有する連続鋳造スラブ。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の連続鋳造スラブを熱間圧延するに際し、その浸炭層を圧延前に除去することを特徴とする、連続鋳造スラブのの熱間圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低炭素鋼のスラブと、それを溶鋼から連続鋳造により製造する方法と、得られたスラブを熱間圧延並びに冷間圧延を施して鋼板を製造する方法に関する。
【０００２】
さらに詳述すれば、本発明は、連続鋳造、熱間圧延、そして冷間圧延の一連のプロセスによって製造される鋼板の表面欠陥発生を減少させ、かつそれらが材料特性に悪影響を及ぼさないようにする、極低炭素鋼スラブ、それを製造するための連続鋳造方法、そしてそれを利用した鋼板の製造方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
極低炭素鋼は、溶鋼の精錬工程において炭素を数１０ｐｐｍ  まで減少させた鋼であり、深絞り性等の加工性に極めて優れていることから、自動車用をはじめとして、現在広く使用されている。具体的には自動車外装用途等がある。しかし、極低炭素鋼は連続鋳造工程、熱間圧延工程、さらには冷間圧延工程等の製造工程における表面欠陥感受性が高く、スラブ品質の安定化が大きな課題であった。
【０００４】
極低炭素鋼の表面欠陥感受性が高い理由としては、真空脱ガス時、炭素−酸素平衡上、酸素が高くなることから脱酸生成物の量が多いという精錬上の違いの他に、▲１▼凝固温度が低炭素鋼などに比較して高く、モールド（  以下、鋳型ということもある）  内メニスカスでの凝固シェル倒れこみ（爪）が大きいために、モールドパウダーの液滴や脱酸生成物などの介在物や気泡が捕捉されやすい、▲２▼凝固の進行が低炭素鋼に比較して不均一であり凝固シュルの凹凸面と溶鋼の界面に介在物や気泡が捕捉されやすい、など凝固時の挙動の違いがあげられる。
【０００５】
極低炭素鋼スラブの表面品質を改善するためには、連続鋳造条件の選定が特に重要であることは周知であり、連続鋳造時に使用する浸漬ノズルやモールドパウダーの適正化、鋳型内吹込みアルゴンガスの低流量化などが精力的に検討・実施されてきた。これらは、確かに品質向上に対して効果はあるが、低炭素鋼に比較して極低炭素鋼の場合、製品の表面欠陥発生率は依然として高位であり、抜本解決にはいたっていないのが実情である。
【０００６】
最近では、特許文献１に開示されるように、鋳型内の流動を最適化することによって極低炭素鋼の品質問題を解決しようという試みもみられる。すなわち、特許文献１には、極低炭素鋼を鋳造する際に、鋳型幅４分の１の鋳型短辺寄りの位置における流速を一定範囲内に制御することで表面欠陥発生率を低減する方法が開示されている。この方法によれば製品の表面欠陥発生率を顕著に減少させ得るが、溶鋼の流速を制御するにあたってはリニア移動磁場型電磁攪拌装置を導入する必要があり、導入コストや使用時のエネルギー、設備メンテナンスなどに要するランニングコストを考慮すると容易に実現できるものではない。
【０００７】
更には、特許文献２には、連続鋳造スラブの表層のＣを０．０１〜０．０８％とした極低炭素冷延鋼板に関する記載があるが、段落００３２に記載のようにこれは表面より深さ３ｍｍの位置での分析値であり、これより浸炭層はスラブ表面より３ｍｍ以上深く形成されていることが分かり、なお、実施例ではこの値は０．０２〜０．０２４  ％となっており、Ｃ≧０．０１％の浸炭層がスラブ表面より３ｍｍ以上の深さのところまで形成されていることが分かる。段落００３４参照。この方法によれば極低炭素鋼特有の表面欠陥は低減できるものの、成品鋼板にＣ濃度の高い層がより深い領域まで残存するため、成形性や表面処理性などの機械特性への影響を考慮すると、適用はごく一部の対象のみに限定されよう。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１９２８０２号公報
【特許文献２】特開平８−１２０４０９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した状況を鑑みて、これら従来技術の問題点を解消するばかりでなく、低コストで、且つより確実な方法によって極低炭素鋼の品質問題を抜本的に解決する技術を開発するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、低炭素鋼と極低炭素鋼の表面品質に対する感受性の差異について鋭意検討し、初期凝固挙動の違いが表面欠陥発生率に大きな影響を与えることを知見した。すなわち、鋳型内の初期凝固の過程において、極低炭素鋼を実質的に低炭素鋼として鋳造することができれば、表面品質に対する感受性を低炭素鋼なみにすることができ、その結果、熱間圧延あるいは冷間圧延後の鋼板の機械特性に悪影響を及ぼすことのないスラブおよびその製造方法が実現できることを知った。
【００１１】
ここに、本発明は、Ｃ≦０．００３  ％の溶鋼をモールド内に鋳込みつつ該モールドの下方からスラブを引き抜く連続鋳造方法において、モールド内溶鋼の上に供給されるモールドパウダーに含まれる炭素  （Ｃ）  含有量とスループット量とが下記を満足する条件下で鋳込を行うことを特徴とする、連続鋳造スラブの製造方法。
【００１２】
鋳造時のスループット量≦４．０ｔ／ｍｉｎのとき、モールドパウダー中の炭素  （Ｃ）  含有量：１．５  ％以上２．５  ％以下
鋳造時のスループット量＞４．０ｔ／ｍｉｎのとき、モールドパウダー中の炭素  （Ｃ）  含有量：１．０  ％以上２．０  ％以下
このとき得られるスラブはその表面より２ｍｍ以上３ｍｍ未満の深さまでＣ≧０．０１％の浸炭層を備えており、より好ましくは、スラブ表面より３ｍｍの深さまでの平均Ｃ濃度は０．０１〜０．０２％である。その使用に際しては、その浸炭層を除去してから熱間圧延を行うのである。
【００１３】
したがって、別の面からは、本発明は、そのようにして得られた、Ｃ≧０．０１％の浸炭層をスラブ表面より２ｍｍ以上３ｍｍ未満の深さまで、より好ましくは、平均Ｃ濃度が０．０１〜０．０２％である浸炭層をスラブ表面より３ｍｍの深さまでの有する連続鋳造スラブである。
【００１４】
さらに別の面からは、本発明は、このようにして得られた連続鋳造スラブの上記浸炭層を除去してから熱間圧延を行い、さらに必要により冷間圧延を行う極低炭素鋼板の製造方法である。
【００１５】
ここに、本発明において「極低炭素鋼」は、Ｃ含有量が０．００３  ％以下の鋼種を言い、その限りで特に制限はなく、その他の成分についても制限はないが、実用的観点からは、次の範囲が例示される。
【００１６】
Ｃ≦０．００３  ％、Ｓｉ≦０．１  ％、Ｍｎ≦０．５  ％、Ｐ≦０．１０％、Ｓ≦０．０３％
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の詳細を以下に説明する。なお、本明細書において鋼組成を示す「％」はとくにことわりがない限り、「質量％」である。
【００１８】
本発明にあっても、極低炭素鋼の溶製は従来技術と同様に行えばよく、本発明においてはそれらについては特に制限されない。
このようにして調製されたＣ≦０．００３  ％の極低炭素鋼の溶鋼は、次いで、モールド内に鋳込みつつ該モールドの下方からスラブを引き抜く連続鋳造方法によりスラブに鋳造される。
【００１９】
本発明においては、この連続鋳造に際して、その表面欠陥感受性を緩和するために、モールドパウダー中のＣ量と鋳造時のスループット量とに一定の関係を持たせるのである。
【００２０】
すなわち、モールドパウダー（  以下、単に「パウダー」と言うこともある）  は、燃焼によるパウダーの保温効果の強化およびパウダーの溶融速度の制御を目的として、通常、適量のＣを含有しているが、添加されたＣは溶融層上に濃化層として残留することが知られている。
【００２１】
本発明においては、この濃化層に溶鋼を効果的に接触させることで、溶鋼の表層に浸炭層を形成させるのである。すなわち、質量％でＣ≦０．００３  ％の極低炭素溶鋼を下記パウダーを用いて連続鋳造することで、スラブ表層に効果的な浸炭層を形成し、極低炭素鋼の初期凝固挙動を改善することができるのである。
【００２２】
鋳造時のスループット量≦４．０ｔ／ｍｉｎのとき、モールドパウダー中の炭素  （Ｃ）  含有量：１．５  ％以上２．５  ％以下
鋳造時のスループット量＞４．０ｔ／ｍｉｎのとき、モールドパウダー中の炭素  （Ｃ）  含有量：１．０  ％以上２．０  ％以下
ここで、連続鋳造時のモールド内におけるカーボンピックアップ挙動について、図を用いて説明する。
【００２３】
図１は、モールド内のカーボンピックアップの様子を説明する模式図である。図中、モールド１内に浸漬ノズル２から供給される溶鋼６は、矢印方向７に流れる。このとき、溶鋼６の表面にはモールドパウダー３が載せられており、パウダー３は、Ｃ濃化層５および溶融層４を経て溶鋼表面に接している。
【００２４】
このようにパウダー中のＣは粒子状態から焼結過程を経て溶融するが、この過程において全量溶融するのではなく、その半分以上は溶融層上に濃化・残留している。このＣ濃化層に湯面変動などにより溶鋼が接触するとカーボンピックアップが生じ、凝固後のスラブ表層には浸炭層が形成されることになる。
【００２５】
カーボンピックアップ量は鋳造条件によって異なり、モールドパウダーの溶融層厚みが薄いほど溶鋼とＣ濃化層との接触頻度が増し、カーボンピックアップ量は大きくなる。また、湯面変動量が大きくなればカーボンピックアップ量は大きくなる。
【００２６】
なお、使用するパウダーの初期含有Ｃ量が高いほどピックアップ量が高くなることは言うまでもない。
ここに、本発明によれば、モールドパウダ３内の炭素含有量を制限するとともに、連続鋳造時に上述の湯面変動を調整することで、浸炭層のＣ含有量を従来の低炭素鋼の領域に規定しようとするのである。
【００２７】
次に、鋳造時のスループットに応じてパウダー中のＣ量の適量値が異なる理由について説明する。ここでスループットとは単位時間当りの鋳型内への溶鋼供給量であり、次式により定義される。
【００２８】
鋳型厚さ（ｍ）  ×鋳型幅（ｍ）  ×鋳込速度  （ｍ／ｍｉｎ）×比重（７．８）
連続鋳造においては数ヒートを連続して鋳込むことが一般的で、１モールド当りにして５００  〜１０００ｔの溶鋼を連続して鋳片化する場合が多い。この間、鋳片幅は製品受注量に合わせて１６００〜７００ｍｍ  などの範囲で、断続的に変更される。また、鋳造速度は鋳造能率面からは速いほど好ましいが、製品条件は関連設備の操業条件などに応じた適正な範囲が存在する。
【００２９】
実操業においては、受注量を中心にこれらの要因を総合的に勘案して鋳込スケジュールを決めているため、スループットは７〜３ｔ／ｍｉｎ  などの範囲で計画的に変更される。但し、鋳造ノズルの詰まりや関連設備の稼働状況変化に応じて鋳造速度が変更されることによって、スループットが変化する場合もある。
【００３０】
本発明によれば、湯面の乱れ程度に合わせてパウダー中のＣ濃度を変えるので、特開平８−１２０４０９号公報に記載されるような浸炭層を形成させるために電磁ブレーキを使う必要は必ずしもない。
【００３１】
一般に、鋳造時のスループットが大きくなると鋳型内メニスカスの安定性が損なわれ、溶鋼の流速増加に伴って湯面変動量が増加していく。反対に、鋳造時のスループット量が小さいと鋳型内メニスカスの安定性が確保されることになるため、溶鋼とＣ濃化層との接触頻度が減少し、カーボンピックアップ量は減少する。
【００３２】
本発明は、これらの挙動に基づいて、鋳造時のスループット量が４．０ｔ／ｍｉｎを境として、同一パウダー使用時の浸炭量が変化するという現象を利用するのである。それによると、スループット量が４．０ｔ／ｍｉｎ以下で鋳造したスラブの表層での浸炭量を、４．０ｔ／ｍｉｎを越えるスループットで鋳造したスラブと同等に制御するためには、パウダー中のＣ含有量を増加させれば良いことが判明した。
【００３３】
すなわち、Ｃ含有量を増加させることによって、Ｃ濃化量が増加し、加えてパウダーの溶融速度が減少することで結果的にパウダーの溶融層厚みが小さくなるために鋳造中に効果的にカーボンピックアップ現象をおこすことができるのである。
【００３４】
極低炭素鋼板  （Ｃ≦０．００３  ％）  の表面欠陥発生率を小さくするためにはスラブ表層部に効果的な浸炭層を形成させることが有効であるが、そのために必要な浸炭量は、連続鋳造機の出側におけるスラブ表層部の浸炭層中において、Ｃが０．０１％以上の部分がスラブ表面から２ｍｍ以上３ｍｍ未満程度あるか、あるいはスラブ表層より３ｍｍ未満の深さまでの平均Ｃ濃度が０．０１〜０．０２％あれば十分である。かかる領域のＣが０．０１％未満では、初期凝固挙動を低炭素鋼並とするには十分でなく、従って表面欠陥の改善効果は乏しい。一方、余りＣが高くなると表面欠陥改善効果は安定するが、浸炭層厚みが増加する傾向となるため、極低炭素鋼板を製造するという本来の目的に不都合が生じることになる。このため、Ｃ量を増加させることには限界があり、その上限は浸炭層厚みを３ｍｍ未満とすることで管理することができる。３ｍｍ未満であれば、浸炭層はスカーファやグラインダー等により容易に除去することが可能であるし、鋼板製品において要求される材料特性のレベルによっては、加熱炉でのスケールオフによるだけでも、浸炭による悪影響が残ることを回避することができる。
【００３５】
このような浸炭層を形成させるためには、鋳造中のスループット量が４．０ｔ／ｍｉｎを越える場合には、パウダー中のＣ含有量は１．０  ％以上２．０  ％以下とした。低すぎるとパウダーの溶融層厚みが増大し必要な浸炭効果が得られにくく、逆に高すぎると浸炭効果が大きすぎて、スカーファやグラインダー等で容易に浸炭層を除去できずに、製品の特性に悪影響を及ぼす場合があるからである。
【００３６】
スループット量が４．０ｔ／ｍｉｎ以下の場合は、前述したように、４．０ｔ／ｍｉｎを越える場合に比べて浸炭量が少なくなるため、パウダー中のＣ含有量を増加させる必要があるが、この場合、パウダー中のＣ含有量を１．５  ％以上とすることで十分な効果を挙げることができる。この時、製品の特性に悪影響を及ぼさないＣ含有量の上限は２．５  ％である。
【００３７】
続いて、得られたスラブに熱間圧延を施して極低炭素鋼板を得るわけであるが、浸炭層を有するスラブをそのまま圧延し成品鋼板とすると、残存した浸炭層が鋼板の成形性や表面処理性などの機械特性に影響を与えることがある。このため、条件によっては、熱間圧延前にスラブの浸炭層を除去する必要がある。除去する方法は特に規定しないが、スカーファによるスラブ表面の溶削、スラブグラインダーによる表面研削が一般的である。この他、人手による表面溶削手入れでも良いし、加熱炉の在炉温度や時間を調節して浸炭層をスケールオフさせる方法でも構わない。この際に、除去する浸炭層厚は薄いほどコスト的に有利と言えるが、Ｃ含有量０．０１％以上の浸炭層を有しながら、その層厚が２ｍｍ未満という条件のスラブは、実際上製造困難であった。３ｍｍ未満であれば、必要に応じて浸炭層を除去することは容易であるため、実際上のコスト的影響を小さくすることができる。
【００３８】
【実施例】
本例では、鋼組成：  Ｓｉ：０．０１５  〜０．０２０  ％、Ｍｎ：０．１０〜０．１５％、Ｐ：０．０１５  〜０．０１８  ％、Ｓ：０．００５  〜０．００８  ％の極低炭素鋼板の製造方法に本発明を適用した例を示す。
【００３９】
Ｃ≦０．００３  ％を含有する上記組成の極低炭素溶鋼を、通常の手段でもって、転炉−ＲＨ脱ガス装置にて溶製し、続いて連続鋳造機にて鋳造し、スラブを得た。
表１にこのときの連続鋳造条件を示す。
【００４０】
連続鋳造では、厚み２７０ｍｍ  の鋳型を用い、使用するパウダーのＣ含有量と鋳造速度、鋳造幅を適宜変化させ、極低炭素鋼連続鋳造スラブを得た。
パウダーの組成は次の通りであった。
【００４１】
ＳｉＯ２：  ３０〜４０％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１０％、ＣａＯ：  ３５  〜４５％、Ｎａ２Ｏ：  ２〜７％、
Ｆ  ：  ５〜１０％、Ｃ：  ０．５  〜  ２．０％
得られたスラブは、デスケール後、深さ方向１〜５ｍｍ位置までと１／４  厚み位置よりサンプルを採取し、化学分析によりＣ濃度を調べた。
【００４２】
得られた鋳造スラブは、表面より深さ２ｍｍまでスカーフ溶削をして浸炭層を除去した後、加熱炉に挿入した。続いて、加熱炉にて１１００〜１１５０℃に加熱し、スケールを除去した後、熱間圧延を行い、板厚４．Ｏｍｍ  の熱延鋼板を得、さらに、酸洗を経て冷間圧延を施し、厚さ０．８ｍｍ  の冷延鋼板を得た。
【００４３】
冷間圧延後、検査ラインを通過させ、材料疵の発生個数をカウントした。
また、スラブ表層より３ｍｍ未満の深さまでの切粉  （ドリル）  サンプルを採取し、燃焼法によりＣ濃度を測定した。これは「スラブ表面３ｍｍ未満での平均Ｃ濃度」として、これと材料欠陥個数との関係を求めた。
【００４４】
結果を表２および図２に示す。
なお、表２中の評価は、同じ操作を行った場合の低炭素鋼  （Ｃ：０．０５  ％）  の材料欠陥発生レベルとの比較である。
【００４５】
【表１】
2004337922.tif 000003
【００４６】
【表２】
2004337922.tif 000004
【００４７】
表２および図２に示すように、本発明によるものは低炭素鋼の材料疵発生レベルと遜色なく、本発明によりスラブの表面から２ｍｍ以上３ｍｍ未満の深さまでＣ≧０．０１％の浸炭層を形成させることにより、好ましくはスラブ表面から３ｍｍ未満の深さまで平均Ｃ含有量が０．０１〜０．０２％の浸炭層を形成させることにより、極低炭素鋼の表面欠陥に対する感受性を改善できることがわかる。
【００４８】
なお、比較例１２および１３は、材料欠陥個数は低炭素鋼レベルであったが、表層の浸炭層厚が必要以上に大きく、スカーフ溶削またはグラインダー研削のような通常の手入れ方法では容易に浸炭層は除去できなかった。
【００４９】
【発明の効果】
本発明により、低コストで、且つより確実な方法によって極低炭素鋼の品質問題を抜本的に解決することができることから、例えば、自動車外装用途等に最適の材料が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋳型内のカーボンピックアップを示す模式図である。
【図２】実施例の結果を表すグラフである。
【符号の説明】
１  ：モールド
２  ：浸漬ノズル
３  ：モールドパウダー（粉末層）
４  ：モールドパウダー（溶融層）
５  ：Ｃ濃化層
６  ：溶鋼
７  ：溶鋼流
【図１】
2004337922.tif 000005
【図２】
2004337922.tif 000006