(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造された鋳片を素材として得られる高強度鋼材であって、
質量％で、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．００５〜０．５％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．００３〜０．０３％、Ｎ：０．００２〜０．００８％、Ａｌ：０．００１〜０．０１％、Ｏ：０．００１〜０．００８％、Ｈ：０．００００１〜０．０００２％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、
非水溶媒液を用いた定電位電解抽出法により前記鋳片幅方向の１／２幅、３／４幅および１／４幅の各位置で測定した場合に、単位体積（１ｍｍ3）当たりに存在する粒径１μｍ以下のＭｇ酸化物の個数が１．０×１０7個／ｍｍ3を超え、
上記成分組成のうちＭｇを含有しない試験片のＪＩＳ Ｚ ２２４２に規定するシャルピー試験による衝撃吸収エネルギーを基準（１．０）とする、当該指数が１．３以上であること特徴とする高強度鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の連続鋳造過程において金属元素を添加することにより微細介在物を分散形成させた鋳片を素材として製造された高強度鋼材、およびその鋼材用鋳片を鋳造するための連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度鋼材は、主として建築、土木、建設機械、造船、パイプ、タンク、海洋構造物などの構造用鋼材として使用されている。これらの構造物は、鋼材同士をボルト締め、あるいは溶接により固定して組み合わされている。このうち、溶接による固定では、鋼材自体に熱を付与することから、母材の強度や靭性などの機械的特性を劣化させるおそれがあり、これらに関して従来から多くの研究が行われてきた。特に、最近では、鋼板の厚肉化や工程省略のため、大入熱溶接が行われるようになったことから、機械的特性の一つである溶接熱影響部（以下、「ＨＡＺ」とも記す）の靱性低下への対応策が大きな課題となっている。
【０００３】
大入熱溶接時の鋼材ＨＡＺの靱性に注目した技術については、従来から多くの提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ＴｉＮが固溶するように１２５０〜１４００℃の温度範囲に加熱した後、圧延または鍛造加工するか、または、前記圧延または鍛造加工に次いで１１５０℃以下の温度で再加熱することにより、固溶ＴｉＮを微細なＴｉＮとして分散再析出させ、ＨＡＺのオーステナイト粒を微細化して靱性を向上させる大入熱溶接用鋼材の製造方法が開示されている。しかしながら、Ｔｉ窒化物は、ＨＡＺの中で最高到達温度が１４００℃を超える溶接金属との境界近傍ではほとんどが固溶するので、靱性向上効果が低下するという問題があり、大入熱溶接において要求される靱性を確保することが困難である。
【０００５】
このような溶接部近傍の靱性を改善する技術として、例えば、特許文献２に開示されているように、ＴｉＯ、Ｔｉ2Ｏ3のいずれか一種または二種の複合した結晶相を含む酸化物系介在物を含有させる方法が、鋼の大入熱溶接時のＨＡＺの靱性向上に有効である。しかし、Ｔｉ酸化物は粗大化や凝集合体を生じやすいため、Ｔｉ酸化物系の粗大介在物が生成し、このような粗大な介在物が形成されると、逆にＨＡＺの靱性が低下するという問題が生じる。
【０００６】
この問題の解決技術として、例えば、特許文献３には、Ｔｉ−Ｍｇ系の酸化物を分散させる技術が開示されている。すなわち、０．５〜５μｍの大きさでＴｉとＭｇの含有量の和が１５重量％以上である酸化物が３０個／ｍｍ2以上存在し、同時に０．０５〜０．５μｍの大きさの酸化物が５０００個／ｍｍ2以上存在する溶接熱影響部靱性の優れた鋼板である。特許文献３によれば、Ｔｉ−Ｍｇ系の酸化物を分散させることができ、大入熱溶接時のＨＡＺの靱性向上を達成できたとされている。しかしながら、最近の超大入熱溶接においては、ＨＡＺの温度が一層高温となることから、鋼材組織を微細に維持することが困難であり、この技術を用いても靱性の改善を充分に行うことはできない。
【０００７】
上述した技術は、溶鋼中に金属元素を添加して再加熱された鋼材のオーステナイト粒の粗大化を抑制することによりＨＡＺの靭性改善を行うことを目的としている。そして、今後、入熱量のさらなる増大に対しても、オーステナイト粒径の粗大化を抑制することによりＨＡＺの靭性向上を図る方向にある。
【０００８】
ところで、鋼材の機械的特性を支配する因子として鋼中に存在する水素（Ｈ）の影響が考えられるが、機械的特性の一つであるＨＡＺの靭性向上に対する水素の影響について検討された例は見当たらない。鋼中に水素が過剰に存在すると、鋼中の炭素と水素とが反応してメタンガスが生成されることに起因してボイドが形成され、脱炭層の形成および割れが生じて、強度の低下と脆化が生じる。超大入熱溶接においては、このような反応が著しく進行するので水素の影響も考慮する必要がある。
【０００９】
連続鋳造プロセスにおいて合金元素を添加する場合に、合金元素の種類によっては、鋳片内に均一に分散するように前記元素を添加することが困難な場合が多い。溶鋼中に金属元素を添加する方法としては、塊状の金属元素を溶鋼表面に投入する方法、または金属元素単味で作製したワイヤー、それらの金属元素をアルミニウムや鋼などにより被覆したワイヤー、もしくはそれらの金属元素を含有する合金で作製したワイヤーにより添加する方法などが採用されている。しかしながら、これらの方法を用いて、Ｍｇのように蒸気圧が高く、また融点の低い金属元素を精度良く安定して添加することは困難である。これらの蒸気圧の高い金属元素が溶鋼中に添加されると、溶鋼の湯面近傍において、金属元素が気化して大気中に放散されるため、溶鋼中への添加量を制御することが難しく、添加歩留りも低下して、均一に添加することが困難なためである。
【００１０】
また、これらの金属元素は、気化する際の体積膨張が大きいことから、溶鋼の湯面近傍で気化した場合には、溶鋼の飛散が激しく、操業上の安全の確保が困難である。さらに、添加金属元素の融点が低い場合には、溶鋼に到達する以前に溶鋼の輻射熱により軟化または溶融するので、所定量を添加することが困難となる。溶鋼よりも密度の小さい金属元素を添加する場合には、添加された金属が溶鋼の表層部のみに偏在して、溶鋼の内部にまで侵入しない。一方、密度の大きな金属元素を添加する場合には、添加された金属は添加位置から溶鋼下部に沈降するのみで、溶鋼全体に均一に混合させることは困難である。また、これらの金属は、連続鋳造時に使用する耐火物に付着して浸漬ノズルを閉塞させるおそれが大きく、これらの元素を含む溶鋼を用いて連続鋳造の安定操業を行うことは難しい。
【００１１】
特許文献４には、取鍋を出てタンディッシュ内の溶鋼浴面へ移動中の溶鋼流にＢｉを添加するＢｉ添加方法が開示されている。ＢｉはＭｇと同様に沸点が低く、溶鋼流と接触すると爆発的に反応し、金属蒸気となって雰囲気中に飛散するため、添加歩留まりが低く、溶鋼中に均一に添加することが難しく、したがって、連続鋳造鋳片内に均一に分散させることが困難である。
【００１２】
【特許文献１】特公昭５５−２６１６４号公報（特許請求の範囲および８欄３行〜１４欄１２行）
【特許文献２】特開昭６１−７９７４５号公報（特許請求の範囲および４頁左上欄２行〜左下欄１７行）
【特許文献３】特開平１１−１２４６５２号公報（特許請求の範囲および段落［０００６］）
【特許文献４】特開２００１−１１１６号公報（特許請求の範囲、段落［００１３］および［００１４］）
【特許文献５】特開２００４−２４９３１５号公報（特許請求の範囲および段落［００１１］〜［００１５］）
【特許文献６】特開２００５−１６９４０４号公報（特許請求の範囲および段落［００１１］〜［００１５］）
【特許文献７】特開２００５−２１９０７２号公報（特許請求の範囲および段落［００１３］〜［００１７］）
【非特許文献１】萬谷志郎、不破祐：鉄と鋼、ｖｏｌ．６０（１９７４）、１２９９〜１３０９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その第一の課題は、鋼材中に微細な酸化物が分散し、その酸化物により鋼中の水素を固定することが可能な高強度鋼材を提供することにある。また、第二の課題は、上記の高強度鋼材を得るために必要なＭｇを溶鋼中に効率よく添加し、Ｍｇ酸化物を連続鋳造スラブ内に均一に分散させることのできる連続鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
鋼材中に過剰の水素が分散していると、鋼材中の炭素と水素とが反応してメタンガスを生成して体積膨張を伴いながらボイドを形成し、炭素の消費により脱炭層を形成するとともに、割れを生じて鋼板の強度および靭性を低下させる。特に、超大入熱溶接時の熱影響部は高温状態にあることから、鋼中の炭化物が分解して炭素がフリー状態となり水素との反応性が極めて高くなるので、上記の現象の発生が著しい。
【００１５】
従来、このような現象の発生を防止するために、鋼材を焼きなまし処理することにより炭化物を再形成させる方法がとられてきた。この方法は、焼きなまし処理が必要であり、工数および費用がかさむだけでなく、処理量および処理可能な対象物の大きさに限界があることから、巨大な構造物などの処理は困難となる場合もあった。さらに、水素原子は原子のサイズが小さいため、上記のような焼きなまし処理を施しても、鋼材の表面から内部に容易に侵入し、しかも、その拡散係数が極めて大きいことから、短時間のうちに鋼材全体の水素濃度が上昇してしまうという問題もあった。
【００１６】
鋼材中に水素が全く含まれていなければメタンガス起因の割れや靭性低下は起こらないが、鋼材は大気雰囲気下で使用されることから、雰囲気中の水素が鋼材中に侵入して鋼材内を拡散し、鋼材中に水素が分布することになる。また、鋼材中の水素濃度をゼロにすることは技術的に困難である。
【００１７】
連続鋳造プロセスにおいて、成分調整された溶鋼は転炉から取鍋へ、さらにタンディッシュを介して鋳型に注湯されるが、この間に大気中の水素または耐火物中の水分から水素が溶鋼中に吸収される。溶鋼中に吸収される水素の量は、溶鋼の成分により影響を受けることが非特許文献１により公知である。例えば、一般的に靭性の向上を目的としてＴｉを添加した場合には、溶鋼中においてＴｉと水素との化学的親和力が大きいために溶鋼中の水素の溶解度は増大する。このように、溶鋼中に添加される金属元素に依存して溶解する水素量が変化し、鋼材中に残存する水素量も変化することとなるため、水素濃度の必要低減量は鋼種により相違する。したがって、鋼種に対応させて水素濃度を管理する必要がある。この水素濃度の管理のためには、鋼種毎に脱水素量を絶えず把握する必要があり、管理に多大な工数を要することから、水素濃度の適正範囲を拡大することのできる鋳造操業方法が望まれる。
【００１８】
本発明者らは、鋼材中に微細なＭｇ酸化物を分散させると、この酸化物の周囲に水素が集積し固定化されて結果的に水素が分散されることを経験的に見出した。Ｍｇ酸化物を含む領域を二次イオン質量分析法により分析した結果、水素（Ｈ）が検出された。酸化物が微細な場合には、その周囲に集積する水素量も増大するのみならず、酸化物が鋼材中で均一に分散していれば、水素もそれに付随して分散することになる。これにより、鋼材中に含有することのできる水素量を高めることができ、しかも鋼材中の炭素との反応を抑制することができ、従来、課題となっていた水素に起因する靭性の低下を抑制することができる。また、鋼材中に含有することのできる水素量を高めることができるので、水素濃度の適正範囲を拡大することができ、鋳造操業の制約を緩和することが可能である。
【００１９】
ところで、Ｍｇのように蒸気圧の高い金属元素または融点が低い金属元素を溶鋼中に添加する場合、それらの添加金属は、溶鋼との接触または溶鋼からの輻射熱により、溶融または気化する。溶鋼中に添加する以前、あるいは添加した瞬間に金属元素が溶融または気化すると、これらの金属元素を溶鋼中に均一に歩留り良く添加することは困難である。したがい、連続鋳造鋳片内に金属元素を均一に添加するには、連続鋳造鋳型に近いタンディッシュ内、または連続鋳造鋳型内の溶鋼に添加する方法が最適である。
【００２０】
すでに、本発明者らは、特許文献５、特許文献６および特許文献７において、金属元素の蒸気あるいは金属元素の化合物をタンディッシュ内または連続鋳造鋳型内の溶鋼中に添加する方法を提案した。これらの方法により、金属元素あるいは金属元素の化合物を溶鋼中に均一に、しかも歩留り良く添加することが可能となった。
【００２１】
本発明者らは、さらに、高強度鋼板を製造するにあたり、Ｍｇを連続鋳造スラブ内に効率良く、しかも均一に添加するための連続鋳造方法を検討し、下記の（ａ）〜（ｃ）の知見を得て、本発明を完成させた。
【００２２】
（ａ）高強度鋼材の機械的特性を向上させるには、鋼材中に微細な酸化物を分散させ、この酸化物の周囲に水素を集積させて固定することにより水素起因の機械的特性の低下を抑制することが効果的である。
【００２３】
（ｂ）上記（ａ）の効果をさらに高めるには、鋼材中に微細なＭｇ酸化物を生成させ、その周囲に水素を集積させて固定することが有効である。
【００２４】
（ｃ）上記（ａ）および（ｂ）にて述べたように、蒸気圧が高く沸点の低いＭｇを溶鋼中に添加する場合には、Ｍｇは溶鋼と接触するかまたは溶鋼からの輻射熱を受けて溶融あるいは気化する。溶鋼中に添加される以前に、あるいは添加された瞬間にＭｇが溶融または気化すると、Ｍｇを溶鋼中に均一に、かつ歩留り良く添加することは困難である。このような問題を解決し、連続鋳造鋳片内にＭｇを均一に添加するには、連続鋳造鋳型に近いタンディッシュ内、または連続鋳造鋳型内の溶鋼に、Ｍｇの蒸気を添加する方法が最適である。
【００２５】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の示す高強度鋼材にある。
【００２６】
連続鋳造された鋳片を素材として得られる高強度鋼材であって、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：０．００５〜０．５％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．００３〜０．０３％、Ｎ：０．００２〜０．００８％、Ａｌ：０．００１〜０．０１％、Ｏ：０．００１〜０．００８％、Ｈ：０．００００１〜０．０００２％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、非水溶媒液を用いた定電位電解抽出法により前記鋳片幅方向の１／２幅、３／４幅および１／４幅の各位置で測定した場合に、単位体積（１ｍｍ3）当たりに存在する粒径１μｍ以下のＭｇ酸化物の個数が１．０×１０7個／ｍｍ3を超え、上記成分組成のうちＭｇを含有しない試験片のＪＩＳ Ｚ ２２４２に規定するシャルピー試験による衝撃吸収エネルギーを基準（１．０）とする、当該指数が１．３以上であること特徴とする高強度鋼材。
【００２９】
本発明において、「Ｍｇ酸化物が微細分散した」とは、熱延鋼板から採取した試料を用いて、下記に示す非水溶媒中での定電位電解抽出試験を行って、単位体積当たりに存在する一定粒径以下の微小Ｍｇ酸化物の個数を調査し、一定量以上の個数の微小Ｍｇ酸化物が存在する場合と定義した。
【００３０】
（抽出条件）
非水溶媒電解液：メタノール１０００ｍｌ、トリエタノールアミン２０ｍｌおよびテトラメチルアンモニウムクロリド１０ｇの混合液、
電解電位：−１５０ｍＶ、
電解電気量：１００クーロン、
試料サイズ：幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×厚み５ｍｍ、
抽出濾過用フィルター：孔径０．０５μｍ、
【００３１】
抽出実験により得られたフィルターに白金−パラジウム合金の蒸着を施し、電界放射型のＳＥＭを用いて、倍率が５００〜１００００倍で観察し、Ｍｇ酸化物の個数を計測した。電解抽出試験の前後での試料の質量差から、単位体積当たりの酸化物の粒径分布を算出した。そして、単位体積（１ｍｍ3）当たりに存在する粒径１μｍ以下のＭｇ酸化物の個数が１０4個以上の場合を、「Ｍｇ酸化物が微細分散した」状態と定義した。
【００３２】
また、「Ｍｇの蒸気および／または粒子」とは、Ｍｇの蒸気、および／または、蒸発が不十分なために液体または固体粒子として存在するＭｇの粒子、もしくはＭｇの蒸気が凝縮して形成される粒子を意味する。また、「Ｍｇ」とは、純金属のＭｇおよびＭｇ合金のいずれをも含む。
【００３３】
「高強度鋼材」とは、引張強度が５９０ＭＰａ以上の鋼材を意味する。  
なお、以下の説明では、鋼の成分組成についての「質量％」を、単に「％」とも表示する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の鋼材は、鋼材中にＭｇ酸化物が均一に微細に分散され、その周囲に水素が集積しているので、強度および靱性などの機械的強度に優れ、土木建築、建設機械、造船、ラインパイプ、海洋構造物などの構造用鋼材の素材として好適である。また、本発明の連続鋳造方法は、上記の高強度鋼材を得るために必要な金属Ｍｇの適正量を溶鋼中に効率良く添加し、連続鋳造鋳片内に均一に分散させることのできる最適の連続鋳造方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の高強度鋼材および該鋼材製造用鋳片の連続鋳造方法について、以下にさらに詳細に説明する。
【００３６】
（１）鋼材の成分組成の限定理由および好ましい範囲
Ｃ：０．０３〜０．２０％
Ｃは、鋼材の強度および靱性を確保するために有効な元素である。その含有率が０．０３％未満では、上記の効果が充分に得られず、一方、その含有率が０．２０％を超えて高くなると、母材およびＨＡＺの靭性が低下する。そこで、Ｃの含有率の適正範囲を０．０３〜０．２０％とした。
【００３７】
Ｓｉ：０．００５〜０．５％
Ｓｉは、強度を確保するために必要な元素である。その含有率が０．００５％未満では母材の強度を確保することができないので、０．００５％以上を含有させる必要がある。一方、Ｓｉ含有率が０．５％を超えて高くなると溶接性が低下するので、その含有率は０．５％以下とする必要がある。上記の理由から、Ｓｉ含有率の適正範囲を０．００５〜０．５％とした。
【００３８】
Ｍｎ：０．１〜３．０％
Ｍｎは、鋼材の高強度化と靱性の確保のために有効な元素である。これらの効果を得るためには、その含有率を０．１％以上とする必要がある。しかし、Ｍｎ含有率が３．０％を超えて高くなると、靱性が損なわれる。このため、Ｍｎ含有率の適正範囲を０．１〜３．０％とした。
【００３９】
Ｐ：０．０２％以下
Ｐは、本発明においては不純物元素であり、その含有率は低ければ低いほどよい。鋼材の延性および靱性ならびに加工性を劣化させる元素である。このため、その含有率を０．０２％以下に制限した。
【００４０】
Ｓ：０．００５％以下
Ｓは、不純物元素であり、その含有率は低いほどよい。鋼材中においてＭｎＳ介在物などを形成して鋼材の延性を低下させる。このため、その含有率を０．００５％以下とした。
【００４１】
Ｔｉ：０．００３〜０．０３％
Ｔｉは、主として炭窒化物を析出し、その析出強化作用により母材強度の向上に寄与する元素である。Ｔｉ含有率が０．００３％未満では、上記の効果は充分には得られない。一方、その含有率が０．０３％を超えて高くなると、鋼中に粗大な析出物や介在物を形成して、鋼の靱性を低下させる。上記の理由から、Ｔｉ含有率の適正範囲を０．００３〜０．０３％とした。
【００４２】
Ｎ：０．００２〜０．００８％
Ｎは、Ｔｉと反応してＴｉＮを析出させるために必要な元素である。ただし、その含有率が０．００８％を超えて高くなると、靭性が低下することから、含有率の上限を０．００８％とした。一方、鋼中にＴｉＮを析出させるためには、Ｎは０．００２％以上含有させる必要がある。
【００４３】
Ａｌ：０．００１〜０．０１％
Ａｌは、溶鋼の脱酸元素であり、Ｔｉ含有酸化物の生成を抑制するので、その含有率は低い方が好ましい。そして、その含有率が０．０１％を超えて高くなると、Ｔｉ含有酸化物やＭｇ含有酸化物の生成量が減少するため、含有率を０．０１％以下とした。一方、溶鋼中の溶存酸素をある程度残した状態で靭性を確保するためには、Ａｌ含有率を０．００１％以上とする必要がある。上記の理由から、Ａｌ含有率の適正範囲を０．００１〜０．０１％とした。
【００４４】
Ｏ（酸素）：０．００１〜０．００８％
Ｏは、酸化物系介在物中に含有される酸素、および溶鋼中の溶存酸素を含めた全酸素を意味し、全酸素含有率（Ｔ．［Ｏ］）は、主として介在物量の指標となる濃度である。その含有率が０．００８％を超えて高いと、介在物量が多くなりすぎて、高強度鋼の清浄度が低下し、靱性の向上を阻害する。一方、Ｏ含有率を０．００１％未満まで低下させるためには、鋼中介在物を除去するための清浄化処理を要し、精錬コストが上昇する。そこで、Ｏ含有率の適正範囲を０．００１〜０．００８％とした。
【００４５】
Ｈ：０．００００１〜０．０００２％
水素は、ＨＡＺの靭性を低下させる元素であることから極力低減させる必要がある。鋼中に水素が過剰に存在すると、鋼中の炭素と水素とが反応してメタンガスが生成されるためボイドが形成され、脱炭層が形成されるとともに割れが発生して、鋼材の強度低下および脆化が生じる。しかしながら、Ｈ含有率を低減するには精錬工程において多くの工数とコストを掛ける必要があり、経済性の面から制約がある。特に、Ｈ含有率を０．００００１％未満とするには多大な処理時間と費用が発生し、製造コストを著しく上昇させることとなる。
【００４６】
この点、鋼材中に微細なＭｇ酸化物を分散させた場合には、微細なＭｇ酸化物の周囲に水素を集積させ固定することが可能となるので、鋼材中のＨ含有率の必要低減量を緩和することができ、鋼材の強度低下を抑制し、また脆化の抑制に効果的である。
【００４７】
そこで、上記のＨ含有率の低減に要する処理時間および費用と、Ｍｇ酸化物による水素の固定効果を考慮し、Ｈ含有率の下限を０．００００１％とした。一方、鋼材中のＨ含有率が０．０００２％を超えて高くなると、鋼材の靭性が低下することから、Ｈ含有率の上限を０．０００２％とした。経済性を高め、鋼材の靱性をさらに一層向上させる観点からは、Ｈ含有率を０．００００５〜０．０００１５％の範囲とすることが好ましい。
【００４８】
Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％
Ｍｇは本発明において最も重要な成分元素である。溶鋼中の酸素とＭｇとが反応してＭｇ酸化物を生成する。Ｍｇ酸化物としては、ＭｇＯ単独の他にＭｇＯとＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｔｉ2Ｏ3などの１種以上を含有する酸化物が生成される。これらを生成させるためにはＭｇを０．０００１％以上含有させる必要がある。しかし、その含有率が０．００５％を超えて高くなると、鋼中の粗大な酸化物系介在物量が増大し鋼材の靭性が低下する。上記の理由から、Ｍｇ含有率の適正範囲を０．０００１〜０．００５％とした。精錬コストを低減し、鋼材の靱性をさらに一層向上させるには、Ｍｇ含有率の範囲を０．０００５〜０．００３％とすることが好ましい。
【００４９】
（２）連続鋳造方法
鋼材製造用鋳片の連続鋳造方法は、前記のとおり、タンディッシュ内の溶鋼に浸漬させた浸漬ランスまたは鋳型内の溶鋼に浸漬させた浸漬ランスを通して、添加金属であるＭｇの蒸気および／もしくは金属粒子、またはＭｇを含有するワイヤーもしくはロッドをキャリアガスとともに溶鋼中に供給することを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。
【００５０】
また、上記の連続鋳造方法を実施するための装置としては、例えば、後述する実施例にて説明するとおり、タンディッシュと、タンディッシュ下部に設けられタンディッシュ内の溶鋼を鋳型に供給するための浸漬ノズルと、タンディッシュの下方に位置する鋳型と、タンディッシュ内の溶鋼にワイヤーもしくはロッドを供給するための浸漬ランスまたは鋳型内の溶鋼にワイヤーもしくはロッドを供給するための浸漬ランスと、浸漬ランスの孔内にワイヤーまたはロッドを供給するためのワイヤーまたはロッド供給装置と、浸漬ランス内にキャリアガスを供給するガス供給装置とを有する連続鋳造装置が好適である。
【実施例】
【００５１】
本発明の鋼材および鋼材製造用鋳片の連続鋳造方法の効果を確認するため、以下に示す試験を実施して、その結果を評価した。
【００５２】
１．試験条件
溶    鋼：後述する表１に記載の成分組成を有する溶鋼
溶鋼温度：１５７０℃
鋳型サイズ：幅１２００ｍｍ×厚さ２５０ｍｍ
鋳造速度：１．０ｍ／分
添加金属：Ｍｇ
添加方法：直径３ｍｍφの純Ｍｇ金属ワイヤーを使用
ワイヤーの供給速度：１．５〜１３．０ｍ／分
添加位置：タンディッシュ内
浸漬ランスの浸漬深さ：２５０ｍｍ
キャリアガス：アルゴンガス１０Ｌ／分
ガス圧力：０．０３ＭＰａ
【００５３】
本試験においては、溶鋼中のＭｇ含有率を変化させた連続鋳造鋳片を製造するため、Ｍｇワイヤーの供給速度を変えることによりタンディッシュ内の溶鋼に添加するＭｇ蒸気の添加速度を変化させた。また、溶鋼中のＨ含有率は、ＲＨ真空脱ガス処理の処理時間を変えることにより変化させた。これらの操作を行って製造された連続鋳造鋳片を圧延することにより、試験溶接用の鋼材を作製し、シャルピー試験機を用いてその靭性の評価を行った。
【００５４】
図１に、Ｍｇの金属ワイヤーをタンディッシュ内の溶鋼に供給しながら連続鋳造する方法を示す。取鍋３からタンディッシュ２に供給された溶鋼１は、浸漬ノズル６を経由して鋳型８内に注入され、下方に引き抜かれながら凝固シェル７を形成して鋳片となる。添加金属元素Ｍｇを含有するＭｇ金属ワイヤー５０が、タンディッシュ２内の溶融金属１中に浸漬された浸漬ランス４の孔内に所定の速度で挿入され、添加金属元素のＭｇは最終的にＭｇの金属蒸気となってタンディッシュ２内の溶融金属１中に供給される。
【００５５】
浸漬ランス４の上端部はワイヤー供給機５に接続されている。金属ワイヤー供給機５にはワイヤーリール５１が装填されており、金属ワイヤー５０は、ワイヤー繰出し速度制御装置５３によりその繰出し速度を制御されたワイヤー繰出しロール５２により、浸漬ランス４内に挿入供給される。金属ワイヤー供給機５には、流量圧力制御装置５７の指令により作動する流量制御弁５６および圧力指示調節弁５５により流量および圧力を制御されたキャリアガス５４が導入され、Ｍｇ金属ワイヤー５０とともに浸漬ランス４内に供給される。
【００５６】
一方、比較例の試験として、Ｍｇの上記を添加しない条件で連続鋳造を行い、Ｍｇ蒸気を添加した場合と同様の試験および調査を行った。
【００５７】
連続鋳造により得られた連続鋳造鋳片（スラブ）を下記の条件で再加熱後熱間圧延し、熱延鋼板を得た。
連鋳スラブの再加熱温度：１２５０℃
再加熱時間：４時間
熱間圧延仕上げ温度：８５０〜９００℃
熱延鋼板の板厚：１０ｍｍ
巻き取り温度：４００〜５００℃
【００５８】
２．試験結果
表１に、試験に用いた鋼の成分組成および鋼材の靱性についての調査結果を示す。
【００５９】
【表１】
0005018436.tif 000002
【００６０】
表１において、靱性の調査はシャルピー試験の結果を評価することによりにより行った。シャルピー試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２に記載の方法にしたがい、Ｖノッチ試験片を用いて行った。また、試験温度は−４０℃とし、試験結果は、比較例の試験番号Ｃ１における衝撃吸収エネルギーを基準（１．０）として指数化し評価した。
【００６１】
また、表２には、本発明例の試験番号Ｈ１について調査したＭｇ酸化物の微細分散状況の調査結果を示す。
【００６２】
【表２】
0005018436.tif 000003
【００６３】
表２は、鋳片幅方向の１／２幅、３／４幅および１／４幅の位置から試料を採取し、前記したとおりの非水溶媒液を用いた定電位電解抽出法により測定した結果を示している。
【００６４】
試験番号Ｈ１〜Ｈ８は、本発明で規定する条件を満足する本発明例についての試験であり、試験番号Ｃ１〜Ｃ５は、Ｍｇ金属元素を含有しないか、またはその含有率が本発明で規定する範囲を超えて高い比較例についての試験である。
【００６５】
前記の表２に示された本発明例の試験番号Ｈ１におけるＭｇ酸化物個数の調査結果に見られるとおり、１０4個／ｍｍ3を遥かに超える１０7個／ｍｍ3の個数の粒径１μｍ以下の微細なＭｇ酸化物が、鋳片幅方向の各位置で良好に分散していることが確認された。
【００６６】
また、表１に示されたとおり、本発明例である試験番号Ｈ１〜Ｈ８では、比較例の試験番号Ｃ１〜Ｃ５に比して、シャルピー衝撃吸収エネルギー指数が大きい結果が得られている。これらの結果は、鋼中に水素が存在しても、Ｍｇ酸化物が微細分散していることにより、水素がそれらの微細なＭｇ酸化物の周囲の固定された結果、高い靱性が確保されたことを示すものである。
【００６７】
これらに対して、比較例である試験番号Ｃ１〜Ｃ５では、Ｍｇ酸化物の微細分散が生じていないことから、鋼中水素が微細酸化物の周囲に固定されず、したがって、シャルピー衝撃吸収エネルギー指数も劣った結果となっている。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の鋼材は、鋼材中にＭｇ酸化物が均一に微細に分散され、その周囲に水素が集積しているので、強度および靱性などの機械的強度に優れ、土木建築、建設機械、造船、ラインパイプ、海洋構造物などの構造用鋼材の素材として好適である。また、本発明の連続鋳造方法は、上記の高強度鋼材を得るために必要な金属Ｍｇの適正量を溶鋼中に効率良く添加し、連続鋳造鋳片内に均一に分散させることのできる最適の連続鋳造方法である。したがって、本発明の鋼材は、強度および靱性に優れた機械構造用鋼材として広く利用でき、また、本発明の鋳造方法は、上記鋼材製造用鋳片を製造するための連続鋳造方法として、鋳造分野において広範に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】金属ワイヤーを浸漬ランスを通してタンディッシュ内の溶鋼に供給しながら連続鋳造する方法を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１：溶鋼、  ２：タンディッシュ、  ３：取鍋、  ４：浸漬ランス、
５：金属ワイヤー供給機、  ５０：Ｍｇ金属ワイヤー、  ５１：ワイヤーリール、
５２：ワイヤー繰出しロール、  ５３：ワイヤー繰出し速度制御装置、
５４：キャリアガス、  ５５：圧力指示調節弁、５６：流量制御弁、
５７：流量圧力制御装置、  ６：浸漬ノズル、  ７：凝固シェル、  ８：連続鋳造鋳型
【図１】
0005018436.tif 000004