(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼中のＰｂの含有量が０．０１〜０．４０質量％である鉛含有鋼の連続鋳造用モールドパウダーとして、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｌｉの酸化物系化合物またはフッ化物系化合物からなり、モールドパウダーの原料としてＮａ2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＣａＣＯ3の炭酸塩の合計含有量が０．２質量％未満であることを特徴とする鉛含有鋼の連続鋳造用モールドパウダー。
【請求項２】
溶鋼中のＰｂの含有量が０．０１〜０．４０質量％である鉛含有鋼を連続鋳造する際のモールドパウダーとして、請求項１に記載のモールドパウダーを使用することを特徴とする鉛含有鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛含有鋼の連続鋳造における鋳片の初期凝固シェルを均一冷却するための連鋳用モールドパウダーに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、連続鋳造における連鋳片に生じる鋳片の凹みであるディプレッションや縦割れは種々の要因で発生する。この要因の中でモールドパウダーの特性は、縦割れに及ぼす影響がきわめて大きいことが知られている。特に、縦割れの芽が生成するモールド内のメニスカスで、不均一流入によるスラグストリークを作らないことや抜熱速度を低く抑えることが重要であるといわれている。
【０００３】
ところで、鉛含有鋼（以下、「Ｐｂ含有鋼」という。）の連続鋳造による鋳片は、表面疵の発生頻度が高いことが知られている。それらの表面疵は、溶鋼中のＰｂの濃度が高いほど発生しやすいことも知られている。しかし、これまでＰｂ含有鋼の表面疵の発生を抑制する対策としては、溶鋼中にＰｂを含有することによって引き起こされるＰｂ含有鋼の特有の現象として捉えて対策を講じるものではなく、単に一般的な構造用鋼における連続鋳造片の表面疵の発生に対する対策方法を強化したような方法であった。
【０００４】
連続鋳造においては、図１の（ａ）のモールド内の断面を示す模式図や、図１の（ｂ）に示すその拡大図に見られるように、モールド銅板１内は最上方にパウダー粉末層２があり、その下にパウダーの溶融状態のパウダープール４があり、モールド内に発生した気泡６はモールド銅板１の内側の溶鋼３とパウダープール４との界面５に存在している。この気泡６は、Ｐｂ含有鋼、例えばＪＩＳ規格のＳＣｒ４２０Ｌの鋳造時のパウダー滓化時にパウダー原料中の炭酸塩が分解して発生したＣＯ2の気泡６である。そして溶鋼３に含有されるＰｂ７が蒸発し、この蒸発したＰｂ７が上記の気泡６中に含有されることが、図１の（ｂ）の拡大図に示すように観察される。一方、Ｐｂを含有しない非Ｐｂ含有鋼、例えばＪＩＳ規格のるＳＣｒ４２０の鋳造時にも気泡６が観察される。したがって、これらの観察の結果から、気泡６はＰｂ含有鋼の連続鋳造時の特有の現象ではなく、連続鋳造においてモールドパウダーを使用する際に通常に発生している現象であると捉えられている。
【０００５】
ところで、Ｐｂ複合含有快削鋼では、連続鋳造における鋳片の縦割れ低減の適性範囲はモールドパウダーの塩基度に左右されることが報告されている（非特許文献１参照。）。また、連続鋳造における鋳片のモールド内の縦割れの発生原因は不均一凝固に起因し、モールドパウダーの凝固点の低下を防止すると、縦割れの発生が減少することが報告されている（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００６】
ところで、Ｐｂ含有鋼の連続鋳造におけるモールド内では、Ｐｂが含有されることによって凝固シェルの強度が低下し、割れ感受性が高くなることや、その他に、Ｐｂは蒸気圧が高いので溶鋼表面からの蒸発が起こりやすく、溶鋼温度の低下およびメニスカスの不均一冷却が引き起こされ易いと考えられる。
【０００７】
【非特許文献１】ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ  Ｖｏｌ．６（１９９９）−１１８６
【非特許文献２】ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ  Ｖｏｌ．１２（１９９９）−１５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、Ｐｂ含有鋼の連続鋳造において、鋳片における割れ疵やディプレッションの発生を低減するモールドパウダーおよびこのモールドパウダーを適用するＰｂ含有鋼の連続鋳造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者は、連続鋳造におけるＰｂ含有鋼の割れ疵の発生について鋭意研究し、以下の知見を得て、本発明の手段を得たものである。すなわち、Ｐｂ含有鋼の連続鋳造におけるモールド内の溶鋼の温度（１５００〜１６００℃）は、Ｐｂの沸点１７４４℃よりも低い。したがって、Ｐｂ含有鋼の溶鋼中のＰｂは、気体と接しない限り、蒸発することは出来ない。つまり、Ｐｂ含有鋼の連続鋳造では、連続鋳造の際のモールド内の溶鋼とパウダープールとの界面に気泡が存在しなければ、溶鋼からＰｂの蒸発は起こらず、抜熱による不均一凝固も惹き起こされないことを見出した。気泡中へのＰｂの蒸発は、溶鋼中へのＰｂの溶解度を０．２１質量％、気泡内の温度ＴにおけるＰｂの蒸気圧Ｐを、図２に示すように、Ｐ［ａｔｍ］とすると、気泡中のＰｂガスの分圧のＰPb［ａｔｍ］が、飽和蒸気圧Ｐ×（溶鋼中のＰｂ含有量［質量％］／０．２１［質量％］）となる量が上限となる。
【００１０】
ところで、通常の機械構造用鋼の連続鋳造用のモールドパウダーの成分としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｆなどの化合物がある。このうち、Ｃａ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｆの化合物は、以下に示す組成の化合物としてモールドパウダーに含まれている。例えば、ＣａはＣａＣＯ3、ＣａＦ2として、ＮａはＮａ2ＣＯ3、ＮａＦ、Ｎａ3ＡｌＦ6などの化合物として、ＬＩはＬｉ2ＣＯ3、ＬｉＦの化合物として含まれている。
【００１１】
これらのうち、例えば、Ｌｉ2ＣＯ3、Ｎａ2ＣＯ3の炭酸塩は、連続鋳造におけるモールド内での滓化時に、下記の（１）式〜（３）式の反応によって分解し、ＣＯ2ガスの気体を発生する。この発生したＣＯ2ガスは、図１の（ａ）に示したモールド銅板１内のパウダープール４内の下降流に乗って溶鋼３とパウダープール４との界面５まで到達し、溶鋼３とパウダープール４との界面５に気泡６を生成する。このとき図１の（ｂ）に示すように溶鋼３中のＰｂ７は界面５で気泡６に接すると、気泡６の中に蒸発してガス化する。この結果、モールド内で抜熱による不均一凝固が生じ、鋳片割れ疵発生の原因となることを見出した。
【００１２】
炭酸塩の例
Ｎａ2ＣＯ3→Ｎａ2Ｏ＋ＣＯ2……（１）
Ｌｉ2ＣＯ3→Ｌｉ2Ｏ＋ＣＯ2……（２）
ＣａＣＯ3→ＣａＯ＋ＣＯ2……（３）
【００１３】
以上のことから、上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、溶鋼中のＰｂの含有量が０．０１〜０．４０質量％である鉛含有鋼の連続鋳造用モールドパウダーとして、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｌｉの酸化物系化合物またはフッ化物系化合物からなり、モールドパウダーの原料としてＮａ2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＣａＣＯ3の炭酸塩の合計含有量が０．２質量％未満であることを特徴とする鉛含有鋼の連続鋳造用モールドパウダーである。
【００１４】
請求項２の発明では、溶鋼中のＰｂの含有量が０．０１〜０．４０質量％である鉛含有鋼を連続鋳造する際のモールドパウダーとして、請求項１の手段のモールドパウダーを使用することを特徴とする鉛含有鋼の連続鋳造方法である。
【００１５】
上記において、溶鋼中のＰｂ含有量を０．０１〜０．４０質量％に限定する理由を説明すると、溶鋼に対するＰｂの溶解度は０．２１質量％である。このことから溶鋼中のＰｂが０．０１質量％未満となると飽和蒸気圧も０．２１質量％の場合に比較して１／２０程度となるため、モールド内の抜熱に与えるＰｂの蒸発の影響が無くなるため、下限値を０．０１質量％とする。上限のＰｂの０．４０質量％は上記したＰｂの溶鋼への溶解度のほぼ２倍であり、鉛快削鋼として事実上これ以上のｐｂの含有を必要としない。そこで溶鋼中のＰｂ含有量を０．０１〜０．４０質量％とした。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、Ｐｂ含有鋼の連続鋳造において、モールド内の滓化時に分解反応による気体を発生する炭酸塩を実質的に含有しないモールドパウダーであり、このモールドパウダーを使用することで、非鉛含有鋼のＪＩＳ規格のＳＣｒ４２０と同等の表面性状を有して鋳片凹みであるディプレッションがなく、さらに割れ疵のない表面性状からなる連続鋳造片を得ることができるなど、本発明は従来にない優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態について表１を参照して説明する。
表１に示すそれぞれＰｂを含有する発明例１〜６および比較例１〜３の各鋼種を溶製し、これらの溶鋼を連続鋳造した。表１において、鉛含有のＪＩＳ規定の鋼種として、テスト条件に示すように、質量％で、発明例１は機械構造用炭素鋼（「ＳＣ鋼」という。）でＰｂ含有量が０．１５％、発明例２はクロム鋼（「ＳＣｒ鋼」という。）でＰｂ含有量が０．２％、発明例３はクロムモリブデン鋼（「ＳＣＭ鋼」という。）でＰｂ含有量が０．１％、発明例４はＳＣＭ鋼でＰｂ含有量が０．０５％、発明例５はＳＣｒ鋼でＰｂ含有量が０．５％、発明例６はＳＣｒ鋼でＰｂ含有量が０．１％である。一方、比較例１はＳＣｒ鋼でＰｂ含有量が０．３％、比較例２はＳＣ鋼でＰｂ含有量が０．１５％、比較例３は非鉛含有鋼であるＳＣＭ鋼でＰｂ含有量が０％である。
【００１８】
上記の連続鋳造では、表１に示す組成及び粘度のモールドパウダーを用いて上記の溶鋼を連続鋳造して鋳片を得た。この場合、鋳造後の鋳片外観を目視観察し、割れおよび凹みの発生頻度で鋳片表面品質を評価し、表１に、◎：割れ、凹みともになし、○：割れなし、凹みあり、△：割れあり、×：割れ多数ありとし、◎、○、△、×で示した。なお、表１は、モールドパウダーの炭酸塩としての含有量、全組成物の含有割合、塩基度および粘度を示し、テスト条件として溶鋼中のＰｂ％、鋼種、鋳造速度を示し、さらにテストの結果を示す。
【００１９】
【表１】
0004716326.tif 000002
【００２０】
表１から判るように、発明例１のＳＣ鋼では、炭酸塩含有率が０．０６％で鋳片表面品質が◎で割れ、凹みともになしである。一方、比較例２のＳＣ鋼は、炭酸塩含有率を増量して０．２％としたものである。その結果、比較例２の鋳片表面品質は△の割れありに低下した。
【００２１】
発明例３のＳＣＭ鋼では、炭酸塩含有率が０．０５％で鋳片表面品質が○で割れなし、凹みありである。一方、同様にＳＣＭ鋼である比較例３は、炭酸塩含有率が０．３０％と増量されて０．２％以上であるにもかかわらず、鋳片表面品質が◎で割れ、凹みともになしである。この理由は、この鋼が元々鉛を含有しない非鉛含有鋼のＳＣＭであることによる。
【００２２】
表１に見られるように、炭酸塩の含有量が０．０５〜０．１５％と０．２％未満であり、かつ、鉛含有量が０．０５〜０．３８％と０．０１〜０．４０％以内のものである発明例１〜６はいずれも鋳片表面品質は◎または○であった。これに対し、比較例１は、鉛含有量は０．３％で本発明の範囲を満足するが、炭酸塩の含有量が５．８％と本発明の上限の０．４０％を大幅に超えており、鋳片表面品質は×であった。その他の比較例２、３は上述した通りである。
【００２３】
本発明では、モールドパウダーとして炭酸塩は全く含まれないことが望ましいが、不純物レベルで含まれることを想定し、表１の結果を踏まえて、炭酸塩：Ｎａ2ＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、ＣａＣＯ3の合計含有量が０．２％未満とした。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は、連続鋳造におけるモールド内の断面を模式的に示す図で、（ｂ）はその部分拡大図である。
【図２】鉛の蒸気圧と温度の関係を示すグラフで、横軸に温度Ｔを（℃）で示し、縦軸に蒸気圧Ｐを（atm）で示す。
【符号の説明】
【００２５】
１  モールド銅板
２  パウダー粉末層
３  溶鋼
４  パウダープール
５  界面
６  気泡
７  Ｐｂ
【図１】
0004716326.tif 000003
【図２】
0004716326.tif 000004