(57)【要約】【課題】  高価でありかつスケール疵も生じさせやすいＮｉを添加することなく、Ｃｕ起因の高温脆化を防止することができ、表面性状の優れたＣｕ含有鋼材及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  Ｃｕ：０．０６質量％以上、Ｃ：０．００３質量％以下、Ｔ．Ｏ：０．０２質量％以上、残部鉄及び不可避不純物を含有するＣｕ含有鋼材。ただし、Ｔ．Ｏ；鋼中でＦｅＯ系介在物として存在する酸素と固体鉄中に溶解している酸素との和である。  また、上記Ｃｕ含有鋼材を連続鋳造により製造するに際し、少なくともタンディッシュにおけるＦ．Ｏ濃度を０．０２質量％以上に保持して鋳造することよりなるＣｕ含有鋼材の製造方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ：０．０６質量％以上、Ｃ：０．００３質量％以下、Ｔ．Ｏ：０．０２質量％以上、残部鉄及び不可避不純物を含有することを特徴とするＣｕ含有鋼材。
ただし、Ｔ．Ｏ；鋼中でＦｅＯ系介在物として存在する酸素と固体鉄中に溶解している酸素との和
【請求項２】
請求項１記載のＣｕ含有鋼材を連続鋳造により製造するに際し、少なくともタンディッシュにおけるＦ．Ｏ濃度を０．０２質量％以上に保持して鋳造することを特徴とするＣｕ含有鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｕを含有する鋼材（製品としての鋼材及び鋳片を含む。以下同じ）およびその製造方法に関し、特に、溶鋼の鋳造時並びに鋳片の加熱時に鋳片表面に発生する表面割れを防止することができる鋼材とその製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造により得られた鋳片を熱間圧延して適当な鋼板とする場合、用途によっては優れた加工性と共に表面性状の良好であることが要求される。しかし、製鉄用の原料として鉄スクラップが比較的多く用いられるようになった近年では、スクラップ中にトランプエレメントとして含有するＣｕが鋼中に残留してこれが高温脆化をもたらし、溶鋼の鋳造時並びに鋳片の加熱時に鋳片表面に表面割れを発生させる。
従来、トランプエレメントとしてＣｕを含有する鋼を対象とし、それに基づいて得られた熱延鋼板の表面性状を改善する技術として、（特許文献１）に開示するものが知られている。該（特許文献１）では、鋼中にＮｉを添加することで熱間加工時の割れを抑制し、Ｃｕ起因の表面割れを防止する方法を提示している。
【特許文献１】特開平７−２４２９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記（特許文献１）に開示される方法においては、次のような問題点がある。
（ａ）添加するＮｉは高価であるため、製造コストの上昇を招き好ましくない。
（ｂ）Ｎｉそれ自体もＣｕと同様に酸化されないため、トランプエレメントとなってしまい、鋼中に濃縮されていく。
（ｃ）鋼中に添加されたＮｉは、粒界酸化を助長し、スケール/地鉄間の界面の凹凸をより大きくすることから、スケールが地鉄に対し根を張った、食い込み状態となり、スケールの剥離性を阻害する。その結果、スケール疵が発生し易くなる。
本発明は、このような高価であるだけでなくスケール疵も生じさせやすいＮｉを添加することなく、かつ、Ｃｕによる高温脆化を防止することができるＣｕ含有鋼材及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するための本発明に係るＣｕ含有鋼材は、Ｃｕ：０．０６質量％以上、Ｃ：０．００３質量％以下、Ｔ．Ｏ：０．０２質量％以上、残部鉄及び不可避不純物を含有することを特徴とする。ただし、この場合のＴ．Ｏは、鋼中でＦｅＯ系介在物として存在する酸素と固体鉄中に溶解している酸素との和を意味する。Ｔ．Ｏの含有量を０．０２質量％以上とすることで、Ｃｕ含有が起因となる表面割れを防止することができる。
また、上記Ｃｕ含有鋼材を製造する本発明の製造方法は、該鋼材を連続鋳造により製造するに際し、少なくともタンディッシュにおけるＦ．Ｏ濃度が０．０２質量％以上になるように維持して鋳造することを特徴とする。少なくともタンディッシュにおけるＦ．Ｏ濃度を０．０２質量％以上になるようにすることで、鋼材中のＴ．Ｏを０．０２質量％以上に確保することが可能となる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係るＣｕ含有鋼材及び製造方法によれば、鋼中の酸素濃度を調整することで、高価なＮｉを添加することなく、Ｃｕによる弊害を少なくすることができるため、コスト面での有利性が大きい。また、可及的に脱酸元素を少なくして、粒界酸化を抑制するため、スケール剥離性が良好となり、スケール中に取り込まれたＣｕはデスケーリング工程にてスケールと共に容易に除去でき、この点からもスケール/地鉄界面のＣｕ融液量の低減を図ることが可能となる。その結果、鋳片表面の割れ発生を防止し、表面性状の優れた鋳片を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の詳細を説明する。なお、本発明において用いるＴ．Ｏ及びＦ．Ｏの意味するところは、次の通りである。
Ｔ．Ｏ：Ｔｏｔａｌ  Ｏｘｙｇｅｎの略であり、本発明では脱酸元素とほとんど結合することなく存在する酸素であって、鋼中でＦｅＯ系介在物として存在する酸素と固体鉄中に溶解している酸素との和を意味する。より具体的には、鋼中の介在物を電気分解して抽出しその中の酸素を分析して求めた酸素濃度を、ＪＩＳ燃焼法で求めた全酸素濃度から差し引くとともに、電解抽出により求めたＦｅＯ系介在物として存在する酸素濃度を足したものである。
Ｆ．Ｏ：Ｆｒｅｅ  Ｏｘｙｇｅｎの略であり、溶鋼中に溶解している酸素であって、製鉄分野で通常用いられている、固体電解質を利用した酸素プローブを使用して溶鋼から直接測定される酸素濃度である。
【０００７】
本発明に係るＣｕ含有鋼材は、Ｃｕ：０．０６質量％以上、Ｃ：０．００３質量％以下、Ｔ．Ｏ：０．０２質量％以上、残部鉄及び不可避不純物を含有するが、各元素の含有量の限定理由は次の通りである。
【０００８】
・Ｃｕ：０．０６質量％以上
製鉄原料の少なくとも一部として鉄スクラップを使用した場合、前述した如く、得られる熱間圧延鋼板中には必然的にトランプエレメントとしてＣｕが含有され、Ｃｕ起因の割れ疵発生という表面欠陥を招来する。しかし、このＣｕの含有量が０．０６質量％未満では、Ｃｕ起因による高温脆化はほとんど生じることなく、割れが発生しないので、本発明においては対象とする鋼材中のＣｕ含有量は０．０６質量％以上と規定した。
【０００９】
・Ｃ：０．００３質量％以下
Ｃは脱酸元素であり、［Ｃ］濃度を高い状態に維持すると、溶鋼中のＦ．Ｏ濃度を高くすることによる不都合が生じる。即ち、［Ｃ］濃度が０．００３質量％超でＦ．Ｏが０．０２質量％以上と高い場合には、鋳造時にモールド内でＣＯ気泡が発生し、表面欠陥を招くので好ましくない。また、鋼材中のＴ．Ｏを目標とする０．０２質量％以上にするためには、溶鋼中のＦ．Ｏ濃度を０．０２質量％以上に維持することが必要であることからも、［Ｃ］の濃度は０．００３質量％以下に抑える必要がある。また、［Ｃ］の下限は特に規定しないが、必要以上に低くすることはかえってコスト増につながるため、操業性及び経済性を考慮した場合、０．０００５質量％以上とすることが好ましい。
【００１０】
・Ｔ．Ｏ：０．０２質量％以上
鋼中の酸素濃度を高くすると、スケール中の空隙が多くなり、その空隙中にＣｕ融液を取り込むことで、スケール／地鉄界面でのＣｕ融液量が低減する。そして、このようなＣｕ融液を取り込んだスケールを剥離除去することで、スケール/地鉄界面のＣｕ融液量を減少し得ることになり、Ｃｕ起因の割れ発生を低減させることができる。このような効果を発現するためには、少なくともＴ．Ｏは鋼材中に０．０２質量％以上は必要である。Ｔ．Ｏ濃度の上限は特に規定しないが、０．２質量％を超えると、溶鋼中にＦｅＯが生成し、鉄の歩留りを低下させるので、０．２質量％以下に抑えることが望ましい。
【００１１】
本発明においては、Ｔ．Ｏ濃度を０．０２質量％以上にすることがＣｕ含有鋼材の表面性状の改善に有効であるが、このようなＴ．Ｏ濃度を確保するためには、このような鋼材の製造方法の段階で溶鋼内の酸素量をコントロールすることが必要である。即ち、連続鋳造時における少なくともタンディッシュ内の溶鋼でのＦ．Ｏ量を０．０２質量％以上に維持することが、結果として鋼材中のＴ．Ｏ濃度を０．０２質量％以上にすることになる。
製造方法としては、まず、転炉にて精錬した溶鋼（Ｃｕを０．０６質量％以上含有）を環流式真空脱ガス装置にて［Ｃ］を０．００３質量％以下にまで脱炭する。脱炭処理された溶鋼はタンディッシュを経て、ノズルを介してモールドに注入されて連続鋳造され、所望の鋳片が製造される。溶鋼中のＦ．Ｏ濃度を目標の０．０２質量％以上に保持するには、モールド前のタンディッシュ部位で調整することが必要である。例えば、Ｆ．Ｏ濃度が目標以下の場合には、鉄鉱石などの酸素源の添加や酸素吹き込みなどの手段で補足することになる。
なお、本発明では溶鋼中のＦ．Ｏ濃度を０．０２質量％以上にするのは、タンディッシュ内だけに限ることなく、場合によってはタンディッシュ前の適宜の工程で調整するようにしてもよい。
【００１２】
以上の如く、本発明においては、他の成分と結びつかない酸素を積極的に鋼中に残すことから、極力脱酸元素を添加しないようにすることが望ましい。脱酸元素を可及的に低減することで、粒界酸化が少なくなり、スケール／地鉄界面が食い込みの少ないフラットな形状になり、スケールの剥離性を良好にし、スケール疵を発生しない。また、可及的に脱酸元素を添加しないようにすることは、有害な介在物をつくらないという効果も期待できる。
なお、本発明では、必要に応じて通常用いられる脱酸方法により、最小限の脱酸を行ってもよいことは勿論である。
【実施例１】
【００１３】
溶解量５０ｋｇの真空溶解炉を用いてＴ．Ｏ濃度を種々変更した鋼のインゴットを製造し、該インゴットから試験片を切り出した。鋼インゴットは、Ｃｕ：０．３質量％、Ｃ：０．００２５質量％含有しており、Ｔ．Ｏ濃度はＦｅＯの添加量を調整することで変更した。得られた試験片について高温での引張実験を実施し、割れ発生とＴ．Ｏ濃度との関係を調査した。具体的な加熱条件としては、圧延前の加熱を模擬するために、温度１１００〜１２００℃、雰囲気は水蒸気濃度１２ｖｏｌ％、酸素濃度２ｖｏｌ％、残部窒素下において２時間加熱した後、同じ雰囲気で歪み速度５／ｓｅｃでサンプルを水平方向に５ｍｍ引張り、その後窒素雰囲気中で冷却した。次いで、各種サンプルの引張り変形が加えられた部位表面に見られる割れの最大深さを調査した。その結果を図１に示す。
図１に示すように、割れ最大深さは、Ｔ．Ｏ濃度の増加と共に減少し、Ｔ．Ｏ濃度が０．０２質量％以上の時に、割れの最大深さが０．０５ｍｍ以下となり、Ｃｕを含有しない鋼と同等の最大割れ深さとなった。この結果からＴ．Ｏ濃度を０．０２質量％以上に確保することが有効であることが分かる。
【実施例２】
【００１４】
［Ｃ］：０．００２５質量％（本発明例）と［Ｃ］：０．００３５質量％（比較例）含有の溶鋼を連続鋳造し、得られたそれぞれの鋳片の表面を目視にて観察し、１００×５００ｍｍ面積当りの１００μｍ以上の欠陥数を調査した。なお、いずれの鋳片のＣｕ含有量は０．３質量％、Ｔ．Ｏ含有量は０．０４質量％であった。
比較例である［Ｃ］：０．００３５質量％の場合には、ＣＯ気泡が起因の欠陥が５個認められたのに対し、本発明例の［Ｃ］：０．００２５質量％では、１００μｍ以上の欠陥は全く認められなかった。
【実施例３】
【００１５】
転炉で精錬した溶鋼をＲＨ環流式脱ガス装置で［Ｃ］濃度を０．００２５質量％以下まで脱炭し、種々の酸素濃度の溶鋼を溶製した。酸素濃度の調整は、転炉吹止及びＲＨ脱ガス装置の操業で、［Ｃ］濃度一定（０．００２５質量％）のもとで処理時間や吹き付け酸素量を変えることなどで行った。この溶鋼をタンディッシュを介してモールドに連続鋳造した。タンディッシュで溶鋼中のＦ．Ｏを固体電解質を利用した酸素プローブを用いて測定した。鋳造したスラブの厚みは２５０ｍｍ、幅は１８００ｍｍである。鋳造した鋳片は８５００ｍｍ長さに切断し、１コイル単位とした。更に、このスラブは、加熱温度１１００〜１２００℃×２時間加熱した後、熱間圧延を行い５ｍｍ厚みで幅１８００ｍｍコイルの熱延鋼板とした。加熱雰囲気は水蒸気濃度１０〜１５ｖｏｌ％、酸素は２〜５ｖｏｌ％、残部窒素であった。鋼板表面品質については、熱間圧延後の検査ラインで目視観察を行ない、１コイルあたりに発生する表面欠陥の発生状況を評価した。
表１に各成分の含有量及び酸素濃度を変えた場合の表面の品質上問題となる割れ発生状況を示したが、本発明例のＮｏ．１，２の如く、溶鋼中のＦ．Ｏを０．０２質量％以上に保持した場合には、割れ発生は認められなかったが、比較例のＮｏ．３の如く、Ｆ．Ｏを０．０２質量％未満の場合には、表面品質上問題となる割れが発生した。
【００１６】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１における割れ最大深さとＴ．Ｏ濃度との関係を示す図である。
【図１】
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