(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造によって得られた炭素鋼鋳片を幅圧下する際に、鋳片内の析出物の析出量が以下の式を満足するように幅圧下完了時の温度を規定することを特徴とする幅圧下による割れ欠陥が生じない鋼片の製造方法。
Ｗ≦１０００×ｄ−２．５
ここで、
Ｗ（ｐｐｍ）：鋳片内の析出物の構成元素の濃度と温度によって決まる析出量
ｄ（ｍｍ）：幅圧下前の鋳片内の平均γ粒径。
【請求項２】
鋼の成分が、
Ｃ：０．００１〜０．５質量％、
Ｍｎ：０．１〜３．０質量％、
Ｓｉ：０．００５〜２．０質量％、
Ｐ：０．００１〜０．１質量％、
Ｓ：０．００１〜０．０５質量％、
Ｎ：０．００２〜０．０１５質量％、
酸素：０．０００５〜０．００５０質量％含み、
さらにＡｌ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖの内、一種または二種以上含み、それぞれの成分範囲が、
Ａｌ：０．００１〜０．１質量％、
Ｎｂ：０．０１〜０．１質量％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１質量％、
Ｖ：０．０１〜０．１質量％、
であり、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼片であることを特徴とする請求項１記載の幅圧下による割れ欠陥が生じない鋼片の製造方法。
【請求項３】
鋼の成分がＣｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｂ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｃａの内、一種または二種以上含み、それぞれの成分が０．１質量％以下であることを特徴とする請求項２記載の幅圧下による割れ欠陥が生じない鋼片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造法で製造した鋳片を幅圧下して鋼片を製造する方法に関し、特に表面欠陥のない鋼片の製造方法に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の大量生産を図るために、連続鋳造機と幅圧下圧延機を組み合わせたプロセスが公知となっている。このプロセスは、連続鋳造では鋳片幅を一定にして鋳造し、その後の圧延機で幅圧下をすることにより鋼片幅を変えるものであり、連鋳機での鋳型幅変更に伴う時間ロスがないことによる生産性の向上や、幅変更部の歩留まり向上が期待できる。
【０００３】
しかしながら、鋳片内にＡｌやＮｂやＶ、Ｎ等を含有する場合には、幅圧下時に割れが発生し、表面欠陥につながるという問題がある。この脆化は、７００〜１０００℃近くの温度で起こるγ結晶粒界への析出物に起因する脆化であることが判っている。
これらの脆化を防止する手段として、変形歪みがかかる前の鋳片温度を脆化温度域より高温に保つこと、すなわち析出物の析出量を少なくすることが有効である事は公知である。
【０００４】
また、特開昭５５−１４１７３号公報に記載のように、鋳片表層部温度がＡｒ１以下、復熱温度がＡｒ３＋１００℃の範囲になるように二次冷却帯で冷却−復熱を２回以上繰り返すことにより、オーステナイト粒径を微細化し炭窒化物の粒界析出の抑制とフィルム状フェライトの析出を防止することにより割れ防止を図ることが開示されている。
更に、特開平５−１６１９４８号公報では、連鋳機内の最終矯正点を通過した後、速やかに鋳片表層部１０ｍｍ以内を特定の式で示す温度に一旦下げた後、８５０℃以上に復熱させて熱間圧延を行うことにより、幅圧下中に割れを防止する方法が示されている。
【０００５】
しかしながら、これらの脆化温度域を特定する為には、鋼の成分ごとに引張り試験を行う必要があり、すべての鋼種の脆化域を特定することは、実質的に不可能である。特に、鋼の炭素濃度が異なると、同じ析出物の量でも脆化したりしなかったりするといった現象がある。
また、上記２件の特許公開公報に示された、温度履歴を制御して結晶粒を微細にする方法は、特定の成分の鋼種でしか実現出来ない方法であり、実プロセスでは炭素濃度が０．１５％以上では難しい。
従って、どのような鋼種にも適用できる、析出物に起因する脆化温度を特定する為の一般的な法則が望まれていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、炭素や析出物構成元素の濃度が変わっても、脆化が生じない、すなわち割れが発生しない一般的な条件を提示することにより、脆化の原因となる元素を含有する鋼を幅圧下する場合にも、表面割れを防止することが可能な製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を特徴とする。
（１）連続鋳造によって得られた炭素鋼鋳片を幅圧下する際に、鋳片内の析出物の析出量が以下の式を満足するように幅圧下完了時の温度を規定することを特徴とする幅圧下による割れ欠陥が生じない鋼片の製造方法である。
Ｗ≦１０００×ｄ-2.5
ここで、
Ｗ（ｐｐｍ）：鋳片内の析出物の構成元素の濃度と温度によって決まる析出量
ｄ（ｍｍ）：幅圧下前の鋳片内の平均γ粒径
【０００８】
（２）鋼の成分が、
Ｃ：０．００１〜０．５質量％、
Ｍｎ：０．１〜３．０質量％、
Ｓｉ：０．００５〜２．０質量％、
Ｐ：０．００１〜０．１質量％、
Ｓ：０．００１〜０．０５質量％、
Ｎ：０．００２〜０．０１５質量％
酸素：０．０００５〜０．００５０質量％含み、
さらにＡｌ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖの内、一種または二種以上含み、それぞれの成分範囲が、
Ａｌ：０．００１〜０．１質量％、
Ｎｂ：０．０１〜０．１質量％
Ｔｉ：０．００５〜０．１質量％
Ｖ：０．０１〜０．１質量％、
であり、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼片であることを特徴とする前記（１）記載の幅圧下による割れ欠陥が生じない鋼片の製造方法である。
【０００９】
（３）鋼の成分が
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｂ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｃａの内、一種または二種以上含みそれぞれの成分が０．１質量％以下であることを特徴とする前記（２）記載の幅圧下による割れ欠陥が生じない鋼片の製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、まず、Ｎと共にＡｌ、Ｎｂ及びＶ等を含有する鋼の脆化が、いずれもオーステナイト（γ）結晶粒界の脆化であることに着目して、これらの脆化が生じる条件を検討した結果、脆化すなわち割れの発生有無を、γ粒径と析出物の析出量との関係式で決定することを着想するに至った。
【００１１】
以下に本発明の詳細を記す。
発明者らは、まず、鋳片の幅圧下時に得られた鋼片の割れが発生する条件を実機試験のデータをもとに検討した。種々の鋼種について、幅圧下時の温度を変え、割れ発生有無を調査した。特に鋳片内のγ粒径と析出物の析出量に着目して解析を行なった。その結果を図１に示す。
図１から、γ粒径が大きい場合には鋳片内の析出物の析出量を非常に小さくしないと割れが発生するが、γ粒径を小さくすると、鋳片内の析出物の析出量が多くても割れは発生しない。
【００１２】
この図１より、割れが発生する領域と発生しない領域は、以下の式で分けられることが判った。
Ｗ≦１０００×ｄ-2.5
ここで、Ｗ（ｐｐｍ）：析出物の構成元素の濃度（質量％）と温度によって決まる析出量
ｄ（ｍｍ）：幅圧下前の平均γ粒径
【００１３】
次に、本発明の条件を規定した理由と、本発明の具体的な適用法について説明する。
まず、式の規定であるが、上述したように、実際の製造条件と割れ発生有無のデータを解析した結果から得られたものである。
具体的な適用法としては、まず、幅圧下前の鋳片のγ粒径を求める必要がある。これは事前に、当該成分の鋳片の断面を腐食して顕出したγ結晶粒組織より求めておく。γ結晶粒径は、成分、特に炭素濃度と連続鋳造時の温度履歴、そして幅圧下前の加熱炉の温度条件でほぼ決定されるので、ある程度の代表鋼種、製造条件について調査しておけば、すべての鋼種について調査する必要はない。
γ粒径を測定する領域は、鋳片表層から約１０ｍｍの深さで、幅方向で１０点以上測定し、円相当径に換算してから平均値をとれば良い。
【００１４】
なお、積極的にγ粒径を小さくする方法として、連続鋳造機内で鋳片を強冷却し、一旦γからα変態させた後、連鋳機内または連鋳機内後に鋳片を加熱して再びγに逆変態させる方法が公知であるが、この場合には、逆変態させて微細になったγ粒径を本発明の式に代入すれば、割れが発生しない析出物の析出量が多くなっても良いので、成分や製造条件の自由度が大きくなる。
【００１５】
次に、鋳片内の析出量の見積もり方法であるが、これについては一般に、鋼中析出物の溶解度積の式が公知となっているので、これらの式を用いて計算する。
以下、ＡｌとＮで生成する析出物ＡｌＮに関して、具体例を挙げて説明する。ＡｌとＮに関しては、以下のような式が代表的なものとして公知になっている。（Ｄａｒｋｅｎの式）
ｌｏｇ｛（％Ａｌ）×（％Ｎ）｝＝−７４００／Ｔ＋１．９５
ここで、
（％Ａｌ）および（％Ｎ）：それぞれ鋼中のＡｌ濃度（質量％）、Ｎ濃度（質量％）、Ｔ：絶対温度（Ｋ）
【００１６】
ある温度におけるＡｌＮの析出物は以下の式で表される。
ｌｏｇ［｛（％Ａｌ）−α）｝×｛（％Ｎ）−β｝］＝−７４００／Ｔ＋１．９５
ここで、
αとβ：ＡｌＮ析出物となったＡｌおよびＮ量
また、ＡｌとＮの結合質量比の関係から
α：β＝２７：１４
この二つの方程式を連立させて解くと、当該温度における析出量が計算できる。
【００１７】
ＮｂとＮが関与する析出物ＮｂＮについては、以下のような式を用いた。（成田の式）
ｌｏｇ｛（％Ｎｂ）×（％Ｎ）｝＝−８５００／Ｔ＋２．８９
ここで、（％Ｎｂ）および（％Ｎ）：それぞれ鋼中のＮｂ濃度（質量％）、Ｎ濃度（質量％）、Ｔ：絶対温度（Ｋ）
また、ＶとＮが関与する析出物ＶＮに付いては、以下のような式を用いた。（成田の式）
ｌｏｇ｛（％Ｖ）×（％Ｎ）｝＝−８７００／Ｔ＋３．６３
ここで、（％Ｖ）および（％Ｎ）：それぞれ鋼中のＶ濃度（質量％）、Ｎ濃度（質量％）、Ｔ：絶対温度（Ｋ）
【００１８】
なお、ＮｂとＶが同時に所定量以上含まれる場合には、まずＮｂＮについて計算し、ＮｂＮに使用されたＮ分を除いて、今度はＶＮについて計算し、それぞれの析出量の和を用いればよい。
また、Ｔｉの影響については、以下のように考慮する必要がある。すなわち、ＴｉもＮと結合してＴｉＮを生成するが、ＴｉＮは粒界脆化に対してそれほど影響しない。ＴｉＮは比較的高い温度で析出するので、まず、当該温度でのＴｉＮの析出量を計算し、そこに含まれるＮ分を差し引いて、ＮｂＮやＶＮの析出量を計算する。
【００１９】
実際の製造プロセスへの適用としては、与えられ得たγ粒径から本発明の式を満たすように、析出量の上限値を決め、その値以下となるように、成分や幅圧下時の温度を変化させることで、割れが発生しない製造条件が求められる。
対象となる鋼種は、炭素鋼であればどんなものでも構わないが、特にＡｌとＮが含まれるもの、かつまたはＮｂとＮが含まれているもの、かつまたはＶとＮが含まれているもので本発明の効果が顕著である。実際に使用される鋼材の鋼成分範囲を考慮すると以下のような成分範囲となる。
【００２０】
Ｃは鋼の強度を持たす為に不可欠の元素であるため、下限を０．００１質量％とし、上限は板材で用いられる最大炭素量として０．５質量％とした。
また、Ｍｎも強度を得るために必要であり、その効果を出すために下限を０．１質量％とし、上限は特殊用途で使用される場合の最大値３．０質量％とした。
Ｓｉは用途によっては不要の場合もあるが、不可避的に混入するためその下限を０．００５質量％とし、上限は特殊用途で用いられる２．０質量％とした。
【００２１】
Ｐは鋼に有害な元素であるため、その上限を０．１質量％とし極力少ないほうが望ましいが、不可避的に混入するため下限値０．００１質量％が現実的である。
Ｓも同様に製品特性に害をなす場合が多く極力低位とすることが望ましいが、不可避的に混入するため下限値０．００１質量％が現実的である。また上限は連続鋳造時の割れを防ぐために０．０５質量％とした。
酸素は非金属介在物生成の原因となるため、極力低いほうが望ましいが、下限は不可避的に混入する０．００１質量％とし、上限は介在物があまり多くなると製品欠陥の原因となるので、０．０５０質量％とした。
【００２２】
Ｎは本発明に関係する元素である。材料の強度や靱性を上げるために用いられているが、本発明の効果を得るためには上限が制限される。また、下限は脆化の発生しない値で規定した。すなわち下限以下であれば、本発明を用いる必要はない。この観点から、Ｎ：０．００２〜０．０１５質量％となる。
Ａｌは必要に応じ、脱酸元素として一般的に使用されているが、Ｎと化合してＡｌＮを生成するため、材料の強度を上げる目的で用いられることもある。この観点から下限は不可避的に混入する０．００１質量％とし、上限は材料の強度を上げるために０．１質量％とした。
【００２３】
Ｎｂ，Ｖ、Ｔｉはは必要に応じ材料の強度や靱性を上げるために用いられているが、本発明の効果を得るためには上限が制限される。また、下限は脆化の発生しない値で規定した。すなわち下限以下であれば、本発明を用いる必要はない。この観点から、それぞれ、Ｎｂ：０．０１〜０．１質量％、Ｖ：０．０１〜０．１質量％Ｔｉ：０．００５〜０．１質量％となる。
その他、鋼の用途に応じてＣｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｚｒ，Ｂ，Ｍｇ，Ｃａの一種または二種以上を０．１質量％以下含んでも構わない。
【００２４】
【実施例】
表１に示す成分の炭素鋼を表２に示す製造条件で連続鋳造および得られた鋳片を幅圧下をし、得られた鋼片で割れを調査した。割れの評価方法としては、表３に示すように、鋼片上面と下面にスカーフ溶削を２ｍｍ〜１０ｍｍ行い、表面を目視観察した。更に鋼片からサンプルを切り出し、断面の割れの状態をカラーチェックで調査した。結果を表４に示す。
【００２５】
【表１】
0004593006.tif 000002
【００２６】
【表２】
0004593006.tif 000003
【００２７】
【表３】
0004593006.tif 000004
【００２８】
【表４】
0004593006.tif 000005
【００２９】
表より、本発明の場合（試験Ｎｏ．１，３、５，７，９，１１，１３，１５）の条件を満たす場合には、目視観察およびカラーチェックとも割れは検出されなかった。
一方、いずれの比較例（試験Ｎｏ．２，４，６，８，１０，１２，１４，１６）においても、実際の析出量が、本発明の式から計算される許容析出量を越えており、鋳片の目視やカラーチェック検査で割れが観察された。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明により、Ｎと共にＡｌ、ＮｂＶ及びＴｉを含む鋼においても幅圧下時の割れが発生しなくなり、表面疵のない良好な鋼片が得られることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】γ粒径と析出量から脆化発生領域を表した図
【図１】
0004593006.tif 000006