(57)【要約】【課題】横ヒビ割れや横割れ、コーナー割れ、縦割れ等の表面割れを抑制しつつ、表皮下内部割れをも抑制可能にする。【解決手段】湾曲型または垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて製造する鋳片４である。少なくとも鋳片幅方向の中央部において、表面から鋳片の厚み方向に１５mm入った深さ位置から、３０mm入った深さ位置までの領域における旧オーステナイトの平均粒径が０．５mm以下の微細粒径である。【効果】鋳片表皮下における所定の範囲で微細な旧オーステナイト粒が得られているので、表面割れ防止と表皮下内部割れ防止を両立することが可能である。したがって、手入れを行なうことなく、熱間圧延により表面割れのない鋼材を得ることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湾曲型または垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて製造する鋳片であって、
少なくとも鋳片幅方向の中央部において、表面から鋳片の厚み方向に１５mm入った深さ位置から、３０mm入った深さ位置までの領域における旧オーステナイトの平均粒径が０．５mm以下であることを特徴とする連続鋳造鋳片。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湾曲型または垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて製造する鋳片に係り、特に表面及び内部の性状に優れた連続鋳造鋳片に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、厚鋼板に代表される鉄鋼材料の特性を向上するために、Nb，Ni，Cu，Vなど種々の合金元素を含有させた低中炭素低合金鋼の生産量が増加している。しかしながら、これら合金元素の添加に伴い、鋳片表面に横割れや横ヒビ割れと呼ばれる表面割れの感受性が高くなることが分かっている。そして、この表面割れが連続鋳造から圧延への直行率向上や、それに伴う製造コスト削減の大きな阻害要因となっている。
【０００３】
前記表面割れは、粗大な旧オーステナイト粒界に沿って発生することが知られており、旧オーステナイト粒界の粒径を微細化すれば鋼の高温延性が向上し、割れ感受性の低いミクロ組織が生成すると考えられる。そこで、鋳片表面割れの抑制や鉄鋼材料の特性向上を目的として、鋳片表層や鋳片内部におけるミクロ組織の改善に着目した技術が提案されている。
【０００４】
例えば鋳片表層部におけるミクロ組織の改善を目的として、鋳型出側より直ちに二次冷却を行い、１分或いは２分以内に鋳片表面温度をＡ３変態温度未満まで冷却する方法が、特許文献１，２で提案されている。鋳片を鋳型から引き抜いた後二次冷却で強冷却を行い、数分以内に鋳片表面温度をＡ３変態点温度未満まで急冷すれば、旧オーステナイト粒界が表層部において不明瞭なミクロ組織となり、前記表面割れ感受性の低い鋳片表層部組織を得ることが可能となる。
【特許文献１】特開平９−４７８５４号公報
【特許文献２】特開平９−２２５６０７号公報
【０００５】
また、鋳型長を炭素当量と鋳造速度の関係で求め、早期に鋳型から鋳片を引き出し、直ちに二次冷却する方法が、特許文献３で提案されている。
【特許文献３】特開昭６１−１９５７４２号公報
【０００６】
一方、表面割れが発生した粒界部にはアルミナイトライド（AlN）の析出が確認されており、これに伴う応力集中によって表面割れを助長させることが知られている。
そこで、鋼中のAlNの析出を抑制するために、チタン（Ti）を添加してチタンナイトライド（TiN）を析出させる方法が提案されている。また、鋳片が９００℃に降下するまでは３０〜８０℃／分の冷却速度で、９００℃以降は２０℃／分以下の冷却速度で冷却することでAlNの析出を抑制する方法が、特許文献４で提案されている。
【特許文献４】特公昭５５−７１０６号公報
【０００７】
また、鋳片断面の長辺中央部におけるオーステナイト粒界のフェライトバンドが１cm当たり３個以下である、熱間加工割れ感受性の低い低炭素低合金鋼連続鋳造鋳片が、特許文献５で提案されている。
【特許文献５】特開平１０−２８７９４８号公報
【０００８】
また、５%以上の未凝固相率である未凝固溶鋼を有する鋳片を、望ましくは下部矯正帯を通過後に連続鋳造機内で表面温度を５００℃以下に低下させて１５秒間以上保持した後、表面を復熱させることで鋳片表層部の組織を微細化する手法が、特許文献６で提案されている。また、鋳片を厚み方向に圧下し表層付近に歪みを与えて動的再結晶によるオーステナイト粒微細化を施すことで耐表面割れ性に優れた連続鋳造鋳片を製造する方法が、特許文献７で提案されている。
【特許文献６】特開２００１−１３７９０１号公報
【特許文献７】特開２００４−２３７２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、連続鋳造鋳片に発生する割れは表面に発生する横割れや横ヒビ割れにとどまらず、表皮下内部に発生する内部割れなど多岐にわたるので、全ての欠陥をすべからく防止しなければ、連続鋳造から熱間圧延への直行率向上には繋がらない。
【００１０】
しかしながら、特許文献１，２で提案された手法の場合、強冷却後復熱する際の急激な熱歪みにより表皮下内部割れが発生する場合がある。
また、特許文献３で提案された手法の場合、鋳型の長さが短くなるので、操業上のトラブルを招きやすく、薄い凝固シェルを直ちに二次冷却した場合、不均一凝固部が開孔して未凝固溶鋼が漏れる懸念がある。
【００１１】
また、特許文献４で提案された手法の場合、材料特性上の要求からTiを添加できない鋼種もあり、また冷却条件によるAlN析出物の抑制方法は成分組成によっては安定性にかけるという問題がある。
【００１２】
また、特許文献５で提案された手法では、連続鋳造時の鋼の結晶粒が粗大化しやすい低炭素鋼（C当量Cpが０．１０〜０．１８質量%）を用いているにも拘らず、連続鋳造鋳片表層における結晶粒の粗大化防止についてはなんら配慮がなされていない。仮にフェライトパーライトが生成せずベイナイト変態をする鋼種でも、オーステナイト粒径が粗大であれば割れ感受性が高くなることは公知である。したがって、フェライトバンドの生成という規定のみで表面割れ感受性を抑制することは不十分である。
【００１３】
また、特許文献６，７で提案された手法の場合、冷却後或いは圧下後の結晶粒は微細化され、以降の直送圧延や高温鋳片装入圧延プロセスで製造される鋼板の表面割れ抑制効果は確認できる。しかしながら、冷却前或いは圧下前に、また冷却後の復熱歪み或いは圧下時の歪みによって、表面及び表皮下内部割れが発生し、拡大するので、抑制効果としては不完全である。
【００１４】
以上のように、鋳片の表面或いは内部割れを防止する方法は数多く提案されているが、適用条件が煩雑或いは困難であったり、安定性に欠ける等の問題があり、今なお完全防止には至っていない。
【００１５】
本発明が解決しようとする問題点は、従来は、横ヒビ割れや横割れ、コーナー割れ、縦割れ等の表面割れを抑制しつつ、表皮下内部割れをも抑制できる鋳片を得ることはできなかったと言う点である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
発明者らは、連続鋳造鋳片の表層部のミクロ組織と鋳片表面品質との関係を調査し、上記問題点を解決するために最適な連続鋳造鋳片の組織形態について検討した。その結果、鋳片表皮下における特定位置での旧オーステナイト粒径を一部微細化することで、表面及び内部欠陥を防止できることを見出した。
【００１７】
本発明の連続鋳造鋳片は、上記の知見に基づいてなされたものであり、
横ヒビ割れや横割れ、コーナー割れ、縦割れ等の表面割れを抑制しつつ、表皮下内部割れをも抑制可能なようにするために、
湾曲型または垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて製造する鋳片であって、
少なくとも鋳片幅方向の中央部において、表面から鋳片の厚み方向（以下、表皮下という）に１５mm入った深さ位置から、３０mm入った深さ位置までの領域における旧オーステナイトの平均粒径が０．５mm以下であることを最も主要な特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の連続鋳造鋳片は、鋳片表皮下における所定の範囲で微細な旧オーステナイト粒が得られているので、表面割れ防止と表皮下内部割れ防止を両立することが可能である。したがって、本発明の連続鋳造鋳片の場合は手入れを行なうことなく、熱間圧延により表面割れのない鋼材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の連続鋳造鋳片を、該連続鋳造鋳片を得るために行った実験結果に基づく知見と共に、図１〜図４を用いて説明する。
【００２０】
図１は本発明の連続鋳造鋳片を製造する連続鋳造装置の一例を示す断面図であり、実験は、この図１に示した、機長が３５mの垂直曲げ型で、厚みが２７０mm、幅が１６００mmの鋳片を製造する連続鋳造装置を用いて実施した。なお、図１において、１は鋳型、２は二次冷却帯、３はピンチロール、４は鋳片、５は曲げ部、６は矯正部を示している。
【００２１】
図１の連続鋳造装置を用い、下記表１に示すようなNb，Ni，Cuを含有させて粒界割れ感受性を高めた鋼を使用した鋳片を製造し、ミクロ組織と表面及び表皮下欠陥との関係を調査した。鋳片のミクロ組織は、鋳片の幅方向中央部における試料を表層部から採取し、光学顕微鏡及び１０%硝酸エッチングにより観察した。また、表面及び表皮下割れの検出は、鋳片の表皮下１mmの位置まで切削した面において、検査塗料（ダイチェック）により検出される割れを表面割れとした。また、同鋳片の表皮下５mmの位置まで切削した面に存在する割れを表皮下割れとした。また、割れ程度を示す指標として表面割れ及び表皮下割れ指標を下記表２に示すように定義した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
また、ミクロ組織については、表層及び表皮下の旧オーステナイト粒の存在形態から、図２に示す３種類に大別した。図２（ａ）は旧オーステナイト粒が微細となっていない組織、図２（ｂ）は表層の旧オーステナイト粒が微細となっている組織、図２（ｃ）は表皮下の特定範囲の旧オーステナイト粒が微細となっている組織の模式図である。
【００２５】
得られた連続鋳造鋳片のミクロ組織と表面割れ及び表皮下内部割れの発生頻度の関係を下記表３に示す。このミクロ組織形態と微細オーステナイト粒の表皮下存在範囲が表面割れ及び表皮下内部割れに及ぼす関係を図３に示す。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
図３より、旧オーステナイト粒を、表皮下１５〜３０mmの範囲で図２（ｃ）に示す形態で存在させれば、表面割れ及び内部割れ感受性のいずれも低下できることが判明した。この理由につき、発明者らは以下のように検討した。
【００２８】
鋳型（一次冷却）内や以降の二次冷却帯で生成される凝固シェルは、内部の未凝固溶鋼の静鉄圧によるバルジング歪み、鋳片が曲げ或いは矯正された際の曲げ或いは矯正歪み、また鋳片の熱歪みによって割れが生じる。そして、この割れの内部にPやSの濃化した溶鋼が侵入するのが原因で表皮下割れが発生するものと考えられる。
【００２９】
特に凝固シェルの厚さが３０mm以下と薄い領域における表皮下内部割れの発生頻度が高い。これは、連続鋳造の上流側ではバルジング歪や熱歪み、垂直曲げ型連続鋳造機においては曲げ歪み等の応力発生要因が多いことが主要因である。
【００３０】
よって、発明者らは表皮下１５〜３０mm位置における旧オーステナイトの粒径を微細化することで表皮下割れについて防止できることを見出した。また、発明者らは表皮下１５〜３０mm位置における旧オーステナイトの粒径を微細化することで、表面割れをも防止できることを見出した。
【００３１】
これは表皮下に発生する割れが伝播して表面割れを発生する現象を防止しているためであると考えられる。また、前記範囲における旧オーステナイトの粒径が微細化された層の存在により、万が一表面割れが発生しても割れが内部に進展することなく熱間圧延における加熱炉や圧延時での割れの拡大が防止できる。
【００３２】
本発明の連続鋳造鋳片は、以上の知見に基づいてなされたものであり、
湾曲型または垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて製造する鋳片であって、
少なくとも鋳片幅方向の中央部において、表皮下１５mmの位置から、３０mmの位置までの領域における旧オーステナイトの平均粒径が０．５mm以下であることを最も主要な特徴としている。
【００３３】
本発明の連続鋳造鋳片では、表皮から表皮下１５mmのミクロ組織境界部位近傍において存在する旧オーステナイト粒径は、急激に変化するのではなく段階的に粒径が減少していくことが望ましい。また、旧オーステナイト粒の存在形態は、針状であっても等軸状であってもよい。
【００３４】
本発明の連続鋳造鋳片において、表皮下１５mmの位置から、３０mmの位置までの領域における旧オーステナイトの平均粒径が０．５mm以下の微細粒径としたのは、以下の理由による。
【００３５】
先ず、表皮下３０mmを超える領域は、内部割れの発生を抑制するのに十分な凝固シェル厚さが確保されている領域であり、表皮下３０mmを超える深さ位置では、旧オーステナイト粒径は粗大であっても割れは生じないということが判明したからである。
【００３６】
また、表皮下１５mm未満の領域は、その凝固シェルが鋳型或いは鋳型直下で生成される。したがって、凝固シェルが薄くても鋳型内では鋳片がバルジングせず、また静鉄圧は非常に小さく、表面割れ或いは表皮下割れが発生する限界歪みを下回っていると考えられるので、旧オーステナイト粒を積極的に微細化する必要はないからである。
【００３７】
仮に表層から１５mmの範囲における旧オーステナイト粒を微細化する場合には、前記特許文献３のように生成した凝固シェルを直ちに二次冷却帯で強冷却するか、特許文献７のように圧下歪みを与えて転移させ、動的再結晶を狙う手法が存在する。しかしながら、これらの手法で表層から１５mmの範囲における旧オーステナイト粒を微細化する場合は、前記した理由により不具合が発生する。
【００３８】
また、表皮下３０mmを超える領域における旧オーステナイト粒の微細化を狙えば、強冷却を続行し続けるという手法が考えられる。しかしながら、この場合、鋳片表面温度の制御が困難となり、曲げ或いは矯正帯に至る際に脆化温度領域を回避できず、表面割れの発生が懸念される。
【００３９】
したがって、本発明では、表面割れ及び表皮下内部割れのいずれも防止できる旧オーステナイト粒の微細化最適範囲を、鋳片の表皮から１５〜３０mmの範囲と規定した。
【００４０】
次に、旧オーステナイトの粒径を規定する理由について説明する。
表皮下１５〜３０mmの位置における旧オーステナイトの平均粒径と割れ発生頻度の関係を図４に示す。
【００４１】
図４より、旧オーステナイトの微細粒径の存在範囲を１５〜３０mmとした上で、当該部位における旧オーステナイトの平均粒径が０．５mm以下となれば、表面割れ及び表皮下内部割れがともに発生しないことが判明した。
【００４２】
旧オーステナイトの微細粒の存在範囲及び粒径を上記のように制御するためには、連続鋳造において、メニスカスから鋳型直下の二次冷却帯までに少なくとも凝固シェルを１０mm生成させるための鋳型通過時間を確保する。そして、鋳型直下で一旦冷却速度５℃／秒以上の強い冷却を行い、少なくとも鋳片表面温度を７００〜８００℃の範囲まで低下させる。その後は、未凝固溶鋼の潜熱によって８００℃以上の範囲まで復熱させるような温度履歴とするか、電磁攪拌を利用して当該部位を攪拌する手法などをとればよい。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の効果を確認するために行った、実験結果について説明する。
実験は、図１に示した連続鋳造装置を用いて実施した。前記表１に示す鋼を使用し、二次冷却帯の冷却水量を種々変化させて鋳片を鋳造し、鋳片の表面割れ発生状況と鋳片表層及び表皮下のミクロ組織を調査した。
【００４４】
鋳片の表面及び表皮下割れの判断基準は前述通りとし、熱間圧延（圧下率は６０%）後の鋼板の表面割れ発生の有無も併記した。それらの結果を下記表４に示す。
【００４５】
【表４】
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【００４６】
比較例１では微細な旧オーステナイト粒が得られておらず、高い頻度で表面割れ及び表皮下割れが発生した。
比較例２では表層から２０mmの範囲では、微細な旧オーステナイト粒が得られているが、２０mmより深い位置の粗大な旧オーステナイト粒の生成領域で、表皮下内部割れが確認された。
【００４７】
比較例３では表層から１５〜３０mmの位置で、それ以外の領域における旧オーステナイト粒より細粒化した旧オーステナイト粒が生成されているが、旧オーステナイトの平均粒径が０．８mmと本発明範囲より大きいため、当該位置において表皮下内部割れが発生した。
【００４８】
比較例４では表皮下５０mmの範囲まで微細な旧オーステナイト粒が得られているが、表層から１５mmの範囲でミクロ組織がベイナイト化しており、粒の硬度が高いために表面割れが発生したものと推定される。
【００４９】
これらに対して、本発明例では表面割れ及び表皮下内部割れのいずれもが防止できている。
【００５０】
本発明は、上記の実施例に示したものに限られるものではなく、本発明に記載の内容を満足するものであれば、その他の要件は適宜変更しても良いことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の連続鋳造鋳片を製造する連続鋳造装置の一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は連続鋳造鋳片表皮下における旧オーステナイト粒の存在形態の模式図である。
【図３】鋳片のミクロ組織形態と微細旧オーステナイト粒の存在範囲が表面割れ及び表皮下内部割れの発生に及ぼす関係を示した図である。
【図４】表皮下１５〜３０mm範囲における旧オーステナイトの平均粒径と鋳片表面割れ及び表皮下内部割れの発生頻度の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    鋳型
２    二次冷却帯
４    鋳片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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