(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬炉によって溶製された溶鋼をタンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型に注湯し、冷却させる連続鋳造方法であって、前記溶鋼の総Ｃａを０．０００２質量％以上、０．００１０質量％以下に調整した場合において、該溶鋼にＭｇが０．００１０〜０．１０質量％となるように、金属Ｍｇ又はＭｇ合金を添加することを特徴とする連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鋼が凝固する際に凝固核の生成を促進させ、鋳片の凝固組織を微細にして、表面及び内部欠陥の防止と材質等の特性の向上を可能にする連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋳片は、溶鋼を造塊法や連続鋳造法により、スラブ、ブルーム、ビレット、薄肉鋳片等に鋳造し、これを所定のサイズに切断して製造される。しかし、従来の鋳片は、図５に示すように、表層部と内部に柱状晶（粗大な等軸晶の場合もある）が存在し、凝固組織に起因した表面割れやへこみ疵等の表面欠陥、内部割れやセンターポロシティー、中心偏析等の内部欠陥が発生し、表面の研削等の手入れや屑化により歩留りの低下等を招く。更に、粗大な凝固組織の鋳片に圧延等の加工を施した鋼材には、割れやヘゲ疵等の表面欠陥が生じ、同様に手入れや屑化により歩留りが低下したり、内部割れやセンターポロシティー、中心偏析等の内部欠陥により鋼材の品質が損なわれるといった問題がある。この対策として、溶鋼を低温鋳造して柱状晶の成長を抑制する方法や電磁攪拌装置を用いて凝固過程の溶鋼を攪拌することにより、凝固組織の微細化（等軸晶化）が行われている。また、金属や酸化物からなる接種剤を溶鋼に添加して凝固核を生成させ、凝固組織の微細化を図る方法も一般的に行われており、特に、特開平９−１９４９８６号公報や特開平９−１１１３９７号公報に記載されているように、ＭｇあるいはＭｇ合金を溶鋼に添加して微細Ｍｇ酸化物を分散させ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｂ等を微量含有させて、鋳片の凝固組織や鋼材の結晶組織を微細なものにして高強度、高靱性化を図ることが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低温鋳造の場合は、溶鋼の鋳造温度を低くするため、鋳型に注湯する浸漬ノズルの詰まりが生じて鋳造が中断したり、注湯量の減少に伴う鋳造速度が低下する等の事態を招き、鋳片が安定して微細化するまでの温度に下げることが困難である。更に、電磁攪拌装置を用いた場合は、溶鋼の凝固過程における局部に電磁攪拌を行っても表層部あるいは内部には柱状晶や粗大な等軸晶が一部に存在し、表面欠陥あるいは内部欠陥の原因となり、手入れや屑化により歩留りが低下したり、内部割れやセンターポロシティー、中心偏析等の内部欠陥により鋼材の品質が損なわれる欠点がある。一方、メニスカスを含めた下流側に、複数の電磁攪拌装置を設けて鋳片の全断面の凝固組織を微細にすることも考えられるが、攪拌する部位によって微細化の効果が異なるので、安定して微細な凝固組織を得ることができず、電磁攪拌装置の設置数も多くなり、設備費用の増大や連続鋳造装置の制約から設置そのものが困難になり、その結果、凝固組織の十分な微細化が図れない。また、特開平９−１９４９８６号公報や特開平９−１１１３９７号公報では、Ｍｇの酸化物を形成して溶鋼中に酸化物を分散させるので、この酸化物を凝固核として活用し、鋳片の凝固組織を微細にする効果が期待できる。しかし、溶鋼にＭｇあるいはＭｇ合金を添加しても凝固核を十分に形成することができない場合があり、鋳片の凝固組織を安定して微細にすることができず、酸化物により溶鋼の汚染を招くことになる。また、凝固組織を微細にするため、Ｍｇ等の添加量を多くしてＭｇ酸化物を増加させる場合、鋳片を加工した鋼材の酸化物に起因した欠陥が生じ、耐食性が低下する。更に、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｂ等を微量含有させて、制御圧延等の加工の際に結晶組織の微細化を図る場合では、鋼材等の特性から前記微量元素の添加量は、制約を受け、鋼材の結晶組織の微細化を十分に行えない等の問題がある。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、少量のＭｇやＭｇ合金を溶鋼に添加し、凝固核として有効な酸化物あるいは複合酸化物を効率良く形成させ、安定して微細な凝固組織にし、表面及び内部欠陥の少ない連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る連続鋳造方法は、精錬炉によって溶製された溶鋼をタンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型に注湯し、冷却させる連続鋳造方法であって、前記溶鋼の総Ｃａを０．０００２質量％以上、０．００１０質量％以下に調整した場合において、該溶鋼にＭｇが０．００１０〜０．１０質量％となるように、金属Ｍｇ又はＭｇ合金を添加している。この方法により、溶鋼中にカルシウム・アルミネート（例えば１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3）の生成が抑制され、これにＭｇの酸化物（ＭｇＯ）が加わって形成されるＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＭｇＯの３元複合酸化物の形成を防止でき、凝固核となるＭｇＯやＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3等の高融点酸化物を形成することができる。総Ｃａとは、溶鋼中に含有するＣａや酸化物であるＣａＯ等のＣａ分の合計である。
【０００６】
【０００７】
更に、前記溶鋼に添加するＭｇを０．００１０〜０．１０質量％とするので、溶鋼中にＭｇの酸化物を形成でき、凝固した鋳片の凝固組織を微細にすることができる。Ｍｇの添加量が０．００１０質量％未満になると、溶鋼中のＭｇの酸化物による凝固核の数が少なくなって、凝固組織を微細にすることができない。一方、Ｍｇの添加量が０．１０質量％を超えると、凝固組織の微細化の効果が飽和し、添加するＭｇやＭｇ合金が無駄になり、Ｍｇを含めた酸化物の増加による欠陥が生じる場合がある。
【０００８】
前記目的に沿う本発明においては、精錬炉により溶製され、０．００１０質量％以下のＣａを含有する溶鋼にＭｇを添加して、該溶鋼を鋳型に注湯し、冷却させて製造している。この鋳片は、微細なＭｇ酸化物により凝固組織を微細にして、鋳片の表面に発生する割れやへこみ疵等の表面欠陥や内部割れや空洞（ザク欠陥）、中心偏析等を抑制でき、この鋳片を圧延等の加工を施した際に、鋼材の表面及び内部欠陥を防止し、手入れや屑化を無くして良製品歩留りと材質の向上ができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る連続鋳造方法に適用されるＭｇ添加装置の断面図、図２は本発明の第２の実施の形態に係る連続鋳造方法に適用されるＭｇ添加装置の断面図、図３は鋳片を製造する連続鋳造装置の全体図、図４は鋳片の凝固組織の模式図である。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る連続鋳造方法に適用されるＭｇ添加装置１０は、取鍋１１とＭｇあるいはＭｇ合金の粉末を吹き込むランス１４を備えており、精錬炉により溶製され、クロムを１３質量％含有した１５０トンの溶鋼１２を取鍋１１に入れ、表面にスラグ１３が形成された溶鋼１２にランス１４を浸漬し、このランス１４からＭｇ量で０．００１〜０．１０質量％に相当する量のＭｇあるいはＭｇ合金の粉末を不活性ガスにより吹き込んでいる。
【００１０】
溶鋼１２は、溶鋼中に含有するＣａあるいはＣａＯ等を合計した総Ｃａ分が０．００１０質量％以下になるように調整され、しかも、Ａｌ2Ｏ3とＣａＯの低融点の化合物（複合酸化物）であるカルシウム・アルミネート（例えば１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3）が生成しないようにしている。溶鋼１２に含有される総Ｃａ量が０．００１０質量％を超えると、強脱酸剤であるＣａがＣａＯを形成し、以前から含有されるＣａＯが加わって、Ａｌ2Ｏ3と結合して低融点の化合物を形成する。更に、Ｍｇ、又はＭｇ合金の添加により生成したＭｇＯが、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3の複合酸化物と結合してより低融点のＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＭｇＯの３元系の複合酸化物を形成し、溶鋼の温度範囲で溶けるため、凝固核としての働きがなくなり、微細な凝固組織が得られない。この理由から総Ｃａ量は、０．０００５質量％以下にするとより好ましい結果が得られる。この総Ｃａ分やカルシウム・アルミネートの生成を調整するには、溶鋼１２を精錬炉や取鍋１１等で脱酸を行う際に、ＣａやＣａ合金による脱酸を行わないか、Ｃａ含有しないものやＣａ含有量の少ない合金鉄を用いて脱酸することにより行うことができる。一方、スラグ中のＣａＯ活量を低くして、スラグと溶鋼の間の平衡により溶鋼中にＣａが固溶しないようにすることも重要である。また、このＭｇ、又はＭｇ合金の添加量を、Ｍｇ相当で０．００１０〜０．１０質量％としているのは、添加量が０．００１０質量％未満では、生成する凝固核が不足するので、微細な組織が得られ難くなるからであり、また、０．１０質量％を超えると、等軸晶の生成効果が飽和し、合金コストの上昇や鋳片の内部の総酸化物量が増加して耐食性等が低下するからである。そして、溶鋼１２中に含有する総Ｃａ分を低くしているので、溶鋼１２中に含有される酸素（Ｏ）やＦｅＯ、ＳｉＯ2、ＭｎＯ等の酸化物から供給される酸素によって、酸化されたＭｇＯの単体やＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3等の複合の酸化物を形成し、細粒化して溶鋼１２中に均一に分散する。この溶鋼１２は、連続鋳造装置等によって凝固する際に、多数の凝固核を形成し、さらに、酸化物自体のピンニング（凝固直後の組織の粗大化を抑制）効果によって、鋳片の凝固組織の粗大化を抑制し、等軸晶の形成と等軸晶そのものを微細にして均質にすることができる。
【００１１】
また、図２に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る連続鋳造方法に適用されるＭｇ添加装置２０では、クロムを１３質量％含有し、表面にスラグ２３が形成された取鍋２１内の溶鋼２２中に、Ｍｇ合金ワイヤー２４を巻き取りドラム２６から送り出して、ガイドパイプ２５で案内しながら供給するようにしている。
【００１２】
Ｍｇの添加量や溶鋼中に含有する総Ｃａ分は、前記Ｍｇ添加装置１０の場合と同様に調整しており、カルシウム・アルミネート（例えば１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3）の生成も抑制している。そして、溶鋼２２中に含有される酸素（Ｏ）やＦｅＯ、ＳｉＯ2、ＭｎＯ等の酸化物から供給される酸素により酸化物であるＭｇＯの単体やＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3等の複合の酸化物を形成し、細粒化した酸化物を溶鋼２２中に均一に分散させることができる。
【００１３】
次に、前記Ｍｇ添加装置１０又はＭｇ添加装置２０を用いてＭｇが添加された溶鋼１２又は２２を連続鋳造装置３０を用いて鋳造した鋳片３６について説明する。図３に示すように、連続鋳造装置３０では、取鍋１１（又は２１）からタンディッシュ３１に貯湯された溶鋼１２（又は２２）を浸漬ノズル３３を介して鋳型３４に注湯し、鋳型３４の冷却により溶鋼１２に凝固殻を形成している。更に、凝固が進行しつつある鋳片３６を支持セグメント３５の冷却水ノズルから散水する冷却水によって抜熱し、順次凝固殻の厚みを増加させて圧下セグメント３７により圧下して完全に凝固させ、ピンチロール３８により引き抜きを行っている。凝固した鋳片３６は、図４に示すように、微細な等軸晶になり、均質な凝固組織にすることができる。
【００１４】
このようにして鋳造された鋳片３６は、所定のサイズに切断され、後工程に搬送されて図示しない加熱炉、均熱炉等で加熱されてから圧延等の加工が施され、鋼材に製造される。この鋳片３６に圧延等の加工を施した際には、加工性が大幅に改善され、絞り加工や靱性等の材質を向上することができる。また、鋳片３６は、振動鋳型による連続鋳造の他に、造塊法やベルトキャスター、双ロール等の鋳造法により鋳造することができ、例えば連続鋳造により鋳造されたもので、厚みを１００ｍｍ以上にすると、表層から内部にいたる組織中の等軸晶径を容易に調整でき、微細化による効果も大きいので好ましい結果が得られる。
【００１５】
【実施例】
次に、連続鋳造方法における実施例について説明する。タンディッシュ内の溶鋼に含有される総Ｃａの量が０．０００２質量％〜０．００１０質量％の場合において、それぞれの溶鋼に金属Ｍｇを０．００５質量％添加してから、サイズが幅１２００ｍｍ、厚み２５０ｍｍの内寸法の鋳型に注湯し、鋳型による冷却と支持セグメントからの散水による冷却で鋳片を凝固させ、圧下セグメントを用いて３〜７ｍｍの圧下を行ってからピンチロールにより引き抜きを行った。そして、Ｍｇ添加前の溶鋼中の酸化物の主成分、Ｍｇ添加後の溶鋼中の酸化物の主成分、鋳片組織の微細化状況を調査した。その結果を表１に示す。実施例１は、Ｃａを０．０００２質量％にした場合であり、Ｍｇ添加前の溶鋼中の介在物がＡｌ2Ｏ3を主成分にした酸化物、Ｍｇ添加後の溶鋼中の介在物がＡｌ2Ｏ3・ＭｇＯ及びＭｇＯを主成分にした凝固核として有効な酸化物にでき、鋳片組織の状況は極めて微細であり、総合評価は優れた（◎）結果が得られた。実施例２は、Ｃａを０．０００４質量％にした場合であり、Ｍｇ添加前の溶鋼中の介在物がＡｌ2Ｏ3を主成分にした酸化物、Ｍｇ添加後の溶鋼中の介在物がＡｌ2Ｏ3・ＭｇＯ及びＭｇＯを主成分にした凝固核として有効な酸化物であり、鋳片組織は極めて微細であり、総合評価は優れた（◎）結果が得られた。実施例３は、Ｃａを０．０００６質量％にした場合であり、Ｍｇ添加前の溶鋼中の介在物がＡｌ2Ｏ3・ＣａＯを主成分にした酸化物、Ｍｇ添加後の溶鋼中の介在物がＡｌ2Ｏ3・ＭｇＯ・ＣａＯ及びＭｇＯ・ＣａＯを主成分にした酸化物であるが、ＣａＯが数％以下であるので、鋳片組織は微細であり、総合評価は良い（○）結果が得られた。実施例４は、Ｃａを０．００１０質量％にした場合であり、Ｍｇ添加前の溶鋼中の介在物がＡｌ2Ｏ3・ＣａＯを主成分にした酸化物、Ｍｇ添加後の溶鋼中の介在物がＡｌ2Ｏ3・ＭｇＯ・ＣａＯ及びＭｇＯ・ＣａＯを主成分にした酸化物であるが、ＣａＯが数％以下であるので、鋳片組織は微細であり、総合評価は良い（○）結果が得られた。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
これに対して、比較例１は、溶鋼のＣａを０．００１２質量％にした場合であり、Ｍｇ添加前の溶鋼中の介在物がＡｌ2Ｏ3・ＣａＯ（カルシウム・アルミネート）を主成分にした酸化物であり、Ｍｇ添加後の溶鋼中の介在物は、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＭｇＯを主成分にした低融点の酸化物であったり、固体で存在してもＣａＯが多くなってδ鉄との格子整合度が悪化して凝固核として作用せず、鋳片組織が粗大になり、総合評価は悪い（×）結果となった。比較例２は、溶鋼のＣａを０．００１５質量％にした場合であり、Ｍｇ添加前の溶鋼中の介在物がＡｌ2Ｏ3・ＣａＯ（カルシウム・アルミネート）を主成分にした酸化物であり、Ｍｇ添加後の溶鋼中の介在物は、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＭｇＯを主成分にした比較例１と同様の酸化物であり、鋳片組織が粗大になり、総合評価は悪い（×）結果となった。比較例３は、溶鋼のＣａを０．００２３質量％にした場合であり、Ｍｇ添加前の溶鋼中の介在物がＡｌ2Ｏ3・ＣａＯ（カルシウム・アルミネート）を主成分にした酸化物であり、Ｍｇ添加後の溶鋼中の介在物は、ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＭｇＯを主成分にした比較例１と同様の酸化物であり、鋳片組織が粗大になり、総合評価は悪い（×）結果となった。
【００１８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。例えば、接種剤としては、Ｍｇ、Ｍｇ合金の他にＴｉＮ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｖ、あるいはこれ等を組み合わせて用いることができる。また、精錬炉は、転炉や電気炉等の大気圧で行う炉、あるいは二次精錬炉であるＶＯＤ、ＡＯＤ、ＲＨ−ＯＢ等の減圧下で行う炉を用いることができる。更に、Ｍｇの添加は、塊状や粒状の金属ＭｇやＭｇ合金を溶鋼に直接添加することもできる。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１記載の連続鋳造方法は、精錬炉によって溶製された溶鋼を鋳型に注湯し、冷却させて鋳片を製造する鋳片の製造方法において、溶鋼の総Ｃａを０．０００２質量％以上、０．００１０質量％以下とし、溶鋼にＭｇを添加するので、溶鋼中に低融点の酸化物が生じるのを抑制し、少量のＭｇの添加によって凝固核となるＭｇＯやＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3等の高融点酸化物を効率良く形成し、凝固核の生成やピンニング作用を高めて鋳片の凝固組織を微細にし、鋳片の表面及び内部欠陥等を防止することができる。
【００２０】
特に、溶鋼はカルシウム・アルミネートの複合酸化物を含まないようにした場合には、カルシウム・アルミネートやＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＭｇＯの３元複合酸化物の生成を抑制でき、ＭｇＯを含む凝固核の生成の効率をより高め、酸化物による溶鋼の汚染を防止し、凝固組織を確実に微細にすることができる。
【００２１】
また、溶鋼に添加するＭｇは、０．００１０〜０．１０質量％にしているので、有効な、且つ細かい凝固核を形成し、鋳片の凝固組織を微細にして、鋳片の割れやへこみ疵等の表面欠陥や内部割れやセンターポロシティ、中心偏析等の内部欠陥を抑制し、手入れや屑化等を防止して良鋳片歩留りを向上できる。
【００２２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る連続鋳造方法に適用されるＭｇ添加装置の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る連続鋳造方法に適用されるＭｇ添加装置の断面図である。
【図３】鋳片を製造する連続鋳造装置の全体図である。
【図４】鋳片の凝固組織の部分模式図である。
【図５】従来の鋳片の凝固組織の部分模式図である。
【符号の説明】
１０：Ｍｇ添加装置、１１：取鍋、１２：溶鋼、１３：スラグ、１４：ランス、２０：Ｍｇ添加装置、２１：取鍋、２２：溶鋼、２３：スラグ、２４：Ｍｇ合金ワイヤー、２５：ガイドパイプ、２６：巻き取りドラム、３０：連続鋳造装置、３１：タンディッシュ、３３：浸漬ノズル、３４：鋳型、３５：支持セグメント、３６：鋳片、３７：圧下セグメント、３８：ピンチロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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