(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％において，Ｃ ：０.０１〜０.３０％，Ｓｉ：０.４０％以下，Ｍｎ：０.１〜１.２％，Ｐ：０.０２５％以下，Ｓ：０.０３０％以下，Ｍｇ：０.００５％以下，Ｔ.Ｏ：５０ｐｐｍ以下，Ａｌ：０.００５％以下，Ｎ ：８０ｐｐｍ以下，残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼板であって，脱酸を金属Ｍｇで行うことによって製造された浸炭用鋼板。
【請求項２】
重量％において，Ｃ ：０.０１〜０.３０％，Ｓｉ：０.４０％以下，Ｍｎ：０.１〜１.２％，Ｐ：０.０２５％以下，Ｓ：０.０３０％以下，Ｍｇ：０.００５％以下，Ｔ.Ｏ：５０ｐｐｍ以下，Ａｌ：０.００５％以下，Ｎ ：８０ｐｐｍ以下，残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼板であって，金属Ｍｇ５〜３０mass％と残部がＣａＯ系フラックスからなる脱酸剤を鉄シース内に封入した金属Ｍｇ含有ワイヤを，取鍋内の転炉溶製鋼に対して，Ｍｇ純分の供給速度が溶鋼トン当り０.０２〜０.２０kg/minとなるように供給する方法で脱酸処理して連続鋳造し，得られた連鋳スラブを熱間圧延する工程を経て製造された浸炭用鋼板。
【請求項３】
重量％において，Ｃ ：０.０１〜０.３０％，Ｓｉ：０.４０％以下，Ｍｎ：０.１〜１.２％，Ｐ：０.０２５％以下，Ｓ：０.０３０％以下，Ｍｇ：０.００５％以下，Ｔ.Ｏ：５０ｐｐｍ以下，Ａｌ：０.００５％以下，Ｎ ：８０ｐｐｍ以下，残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼板であって，金属Ｍｇ５〜３０mass％と残部がＣａＯ系フラックスからなる脱酸剤を鉄シース内に封入した金属Ｍｇ含有ワイヤを，取鍋内の転炉溶製鋼に対して，Ｍｇ純分の供給速度が溶鋼トン当り０.０２〜０.２０kg/minとなるように供給し，前記ワイヤの供給と同時におよび／または供給のあと，窒素ガスまたはＡｒガスを溶鋼中にバブリングさせる方法で脱酸処理して連続鋳造し，得られた連鋳スラブを熱間圧延する工程を経て製造された浸炭用鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，浸炭特性および焼入れ特性に優れたいわゆる肌焼用鋼板（浸炭用鋼板）に係り，特にリムド鋼とほぼ同等の特性を有する肌焼用鋼板を連鋳工程を経て製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や産業機械の部品用として製造されている熱延鋼板の一部には，成形加工後，浸炭−焼入れ処理（肌焼処理）を行なうことにより表面硬さや耐摩耗性を付与することが要求される場合がある。従来より，このような目的に使用される炭素鋼には，リムド鋼あるいは低窒素Ａｌ弱脱酸鋼を用いて対応している。
【０００３】
リムド鋼は，表層では不純物が少なくγ粒は大きくなり，内層では介在物が分散しγ粒は細粒になるため，浸炭−焼入れ性に優れている。しかし，造塊・分塊工程を経て製造されるリムド鋼は，生産性の向上，特に連々比の向上が求められている今日の状況にそぐわないので徐々にＡｌキルド鋼に代替されつつある。
【０００４】
しかし，通常のＡｌキルド鋼はＡｌを０．０２％以上含有しており，ＡｌＮの析出によるピンニング効果により一般にγ粒が微細化し，このため，焼入れ性が低下し，十分な浸炭深さが得られない。すなわち，リムド鋼と同様の熱処理を採用する限り，所要の表面硬さおよび耐摩耗性が得られない。
【０００５】
このようなことから，例えば特開昭５７−１４５９３４号公報に記載のように，Ａｌ：０．００１〜０．００５％，Ｎ：０．００４％以下とし，かつ仕上温度をＡｒ1 点以上Ａｒ3 点以下，巻取り温度を６５０℃以上とし，α＋γの２相領域での低温仕上げ圧延後，高温巻取りする方法が提案されている。この方法は，Ａｌ量とＮ量を低下させてＡｌＮの絶対量を少なくし，α粒の微細化を防止する一方，二相領域圧延を行ってα粒の生成・粗大化を図り，高温巻取りによってα粒の均一成長を促すというものである。
【０００６】
また，特公平５−５３８４５号公報には，Ａｌを０．０１〜０．０４％，Ｎを０．００６％以下の通常通りとし，連続鋳造より得られた熱鋳片を７５０℃以上Ａｒ3 点以下に降温して積極的にＡｌＮを粗大化させ，再び１０００〜１１５０℃に加熱し，析出したＡｌＮを粗大化させてからＡｒ3 点以上で仕上げ圧延を行い，２５０〜４８０℃で巻取という，ＡｌＮを粗大化させて無害化を図る方法が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように，リムド鋼から肌焼鋼を得る場合には，造塊・分塊工程を経て製造されるため，生産性の向上が求められている状況に適していない。そのため，連続鋳造において製造が可能なＡｌキルド鋼に代替されているが，上述のごとく通常のＡｌキルド鋼にはＡｌＮが存在しており，十分な硬化深さが得られない。このため，ＡｌＮの絶対量を低減するためにＡｌ量およびＮ量を可及的に低下させる方法が採られているが，Ａｌ脱酸鋼のＡｌ量を現状の手段で０．００５％以下に制御することは困難であり，また二次精錬炉における特別な処理を必要とするため製造コストの上昇を招くことは否めない。
【０００８】
特公平５−５３８４５号公報のようにＡｌＮを粗大化させる方法も，特別な条件での製造となり，他の鋼種との生産管理上の問題があるうえ，ＡｌとＮが存在する以上，浸炭特性および焼入れ特性が十分に改善される保証はない。
【０００９】
このようなことから，ＣｒやＢ等の焼入れ性向上元素を添加することにより，焼入れ性を補償する方法も考えられるが，合金コストの上昇を招くため好ましくない。
【００１０】
したがって，本発明は，Ａｌの添加を極力控え，しかも焼入れ性向上元素の無添加の状態で，リムド鋼と同等の特性を有する肌焼鋼板を通常の連続鋳造工程を経て製造する技術の確立を課題としたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば，重量％において，Ｃ：０.０１〜０.３０％，Ｓｉ：０.４０％以下，Ｍｎ：０.１〜１.２％，Ｐ：０.０２５％以下，Ｓ：０.０３０％以下，Ｍｇ：０.００５％以下，Ｔ.Ｏ：５０ｐｐｍ以下，Ａｌ：０.００５％以下，Ｎ：８０ｐｐｍ以下，残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼板であって，脱酸を金属Ｍｇで行うことによって製造された浸炭用鋼板を提供する。ここで，Ｔ.Ｏはトータル酸素量であり，鋼中に溶存しているもののほか，ＭｇやＡｌなどと反応して酸化物を形成している酸化物中の酸素量を含む。
【００１２】
本発明の前記の浸炭用鋼板は，転炉溶製鋼を脱酸処理して連続鋳造し，得られた連鋳スラブを熱間圧延して熱延鋼板とするさいに，該脱酸処理時に，金属Ｍｇを脱酸剤として行うことによって製造することができる。そのさいの脱酸処理としては，金属Ｍｇ５〜３０mass％と残部がＣａＯ系フラックスからなる脱酸剤を鉄シース内に封入した金属Ｍｇ含有ワイヤを，取鍋内溶鋼に対して，Ｍｇ純分の供給速度が溶鋼トン当り０.０２〜０.２０kg/minとなるように供給し，好ましくは，このワイヤの供給と同時におよび／または供給のあと，窒素ガスまたはＡｒガスを溶鋼中にバブリングさせる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は，前記のように，Ａｌの添加を極力控え且つ焼入れ性向上元素の無添加の状態で，リムド鋼と同等の特性を有する肌焼用鋼板を得ることを目的としたものであり，この目的が達成されるべく本発明は鋼中成分と組成を総合的にバランスさせ且つ相互に満足するように定めている。以下に，各成分ごとにその組成を規定する理由を個別に説明する。なお，各成分の含有量は重量％として表示する。
【００１４】
通常の焼入れ性は母材Ｃ％に支配されるが，浸炭−焼入れ性は低・中炭素鋼ではほとんど影響されない。Ｃ量が０．０１％より少ない鋼を得る場合には，真空脱炭等の精錬を要するため，溶鋼温度が低下する。他方，Ｍｇワイヤ投入時に所要の溶鋼温度を得るには出鋼温度を高くしなければならず，この場合には耐火物が短命になる。このような理由からＣ量の下限を０．０１％とする。一方，Ｃ量が０．３％を越えると加工性が劣化するので，各種の部品に加工される浸炭用鋼としては不向きとなるので，その上限を０．３％とする。
【００１５】
Ｓｉは浸炭−焼入れ性には影響のない元素であるが，Ｓｉ量が増加するとＢ系介在物が急激に増え，このために浸炭処理前の原板の機械的特性が不利となる。このため本発明鋼のＳｉ量の上限を０．４０％とする。
【００１６】
Ｍｎ量が低いと十分な浸炭深さが得られないので，Ｍｎ量の下限を０．１％とし，他方，加工性の観点からＭｎは１．２％を上限とした。
【００１７】
ＰとＳはいずれも鋼のじん性を低下させる。このため，Ｐの上限を０．０２５％，Ｓの上限を０．０３０％とした。
【００１８】
Ｍｇは本発明鋼では特徴的な元素である。前記目的のために，転炉溶製鋼の脱酸を金属Ｍｇを用いて行うために，ＭｇＯが脱酸生成物として生成する。本発明鋼のＭｇ含有量は，このＭｇＯ中のＭｇと，鋼中に固溶しているＭｇとの総和として検出される量を言うが，後者の固溶Ｍｇ濃度が高い場合，相対的にＭｇＯ濃度が高くなっている。この場合，ＭｇＯは鋼中に均一分散していることが多く，このＭｇＯはＡｌＮと同様の作用，すなわちピンニング効果によりγ粒を微細化し，浸炭−焼入れ性を低下させる。しかし，金属Ｍｇによる脱酸を行う関係上，Ｍｇの微量の残存は不可避である。したがって，本発明鋼は不可避にＭｇを含有するが，その上限を０．００５％とする。
【００１９】
トータル酸素（Ｔ．Ｏ）量は，前記のように酸化物を形成している酸素も含む量であるが，Ｍｇ量が上限の０．００５％であるとすると，そのすべてのＭｇがＭｇＯの形で存在しているものと仮定した場合，ＭｇＯ中の酸素は３３ｐｐｍとなる。他方，ＭｇＯ以外の酸化物例えばＡｌ2Ｏ3 などが存在すると鋼の清浄性が悪くなり，このような他の酸化物は可及的に少ない方が望ましい。したがってＭｇＯ以外の酸化物による清浄性の劣化を考慮し，トータル酸素量の上限を５０ｐｐｍとする。
【００２０】
ＡｌとＮはγ粒の成長を阻止し，過剰に存在すると浸炭−焼入れ性を劣化させる。したがって，本発明に従って金属Ｍｇによる脱酸を行う場合でも，ＡｌとＮのレベルは低いほうが好ましい。このため，Ａｌは０．００５％以下，Ｎは８０ｐｐｍ以下とする。
【００２１】
本発明鋼の製造にあたっては，造塊・分塊で製造したリムド鋼から肌焼鋼を得るのとは異なり，転炉溶製鋼を脱酸処理して連続鋳造し，得られた連鋳スラブを熱間圧延する。しかし，通常の連鋳操業のようにＡｌ脱酸を行うとＡｌＮの析出の問題が付随する。この問題は，金属Ｍｇをワイヤで供給する脱酸法を採用すると解決できることがわかった。すなわち，転炉溶製条件，連続鋳造条件および熱間圧延条件は従来のＡｌ脱酸鋼の場合と実質的に同様の条件で行ない，脱酸を金属Ｍｇで行うことに本発明法の特徴がある。したがって，以下に，この金属Ｍｇによる脱酸処理について具体的に説明する。
【００２２】
本発明法の脱酸処理では金属Ｍｇ含有ワイヤを使用する。このワイヤは，金属ＭｇとＣａＯ系フラックスの混合物を鉄シース材で被覆したものである。ここで言う金属Ｍｇは，いわゆるＭｇ金属そのものを言う。合金化したＭｇよりも，金属Ｍｇの方が反応性に富むので脱酸処理時間が短縮し，また合金化のための処理が不要であるから廉価でもある。したがって，本発明では金属Ｍｇを脱酸剤として使用するが，これをＣａＯ系フラックスと共に鉄シース材で被覆しワイヤ状としたものを，ワイヤの軸方向に沿って連続的に溶鋼中に供給する。
【００２３】
鉄シース内に金属Ｍｇと共にＣａＯを共存させると，金属Ｍｇを溶鋼中に安定して供給させることができ，且つ脱酸反応の効率を高めるとともに脱酸生成物であるＭｇＯを溶鋼中で結合・凝集させる作用を供し，その浮上分離を促進させることができる。
【００２４】
脱酸処理にあたっては，ワイヤ中に充填される金属Ｍｇの配合率を５〜３０％mass％とし，Ｍｇ純分の供給速度を溶鋼トンあたり０．０２〜０．２０kg/minとなるように設定することが望ましいことがわかった。ワイヤ中の金属Ｍｇが３０mass％を越えると残部のフラックス量が相対的に不足し，脱酸反応により生成したＭｇＯを溶鋼中で直ちに結合・凝集させる効果が充分でなく，５％未満では，充分な脱酸速度が得られないうえ，フラックス量が相対的に多くなりすぎ，スラグ量の無用な増大をまねくようになる。
【００２５】
図１は，本発明に従う脱酸処理を図解的に示したもので，前記の金属Ｍｇ含有ワイヤ１を，そのコイル４からワイヤフィーダ３によりガイドパイプ２を介して取鍋８内の溶鋼９に浴面上からワイヤ軸方向に連続的に供給する。このようにしてワイヤ１を連続供給する場合，そのワイヤ投入速度をＭｇ純分の供給速度に換算して，溶鋼トンあたり０．０２〜０．２kg/minにコントロールすると，最大の効果が得られることがわかった。
【００２６】
マグネシウムは非常に反応性が大きいので，或る供給速度以上では安全面から精錬プロセスに使用するのが困難であるが，マグネシウム純分の供給速度に換算して溶鋼１ｔあたり０．２kg/min以下にすることにより過度の発煙，攪拌，スプラッシュの発生を防止でき，安定して安全な操業が可能であることがわかった。しかし０．０２kg/min未満では，Ｍｇの供給不足となり，本発明の効果が薄れ，長期処理となり，温度低下が大きくなる。
【００２７】
金属Ｍｇの反応効率を考慮すると，ワイヤ１を取鍋８の炉底近傍で溶解するような速度で送り込むことが望ましい。このワイヤ１の送り込み速度はワイヤ１の溶解速度と浴深から求められる。上述したＭｇ純分の供給速度とこのワイヤ１の送り込み速度から，ワイヤ１中のＭｇ配合率が前記範囲内となるようにワイヤ１の太さや本数等（例えばワイヤ中の脱酸剤単重量ｇ／ｍ）を適正に決定すればよい。
【００２８】
溶鋼中にＭｇが投入されると，溶鋼中から直ちにＭｇガス７が発生するのでバブリングの役割も果たす。Ｍｇ供給速度が小さい場合はバブリング能力も小さくなる。この場合には，インジェクションランス５より，Ｎ2 ガスもしくはＡｒガス６を吹込むことが有効となる。ワイヤ１の投入中にバブリングを行えばＭｇガス７の攪拌が促進され，反応速度が向上する。また，ワイヤ１の投入処理が終える直前またはあとでＮ2 もしくはＡｒガス６を導入すれば，鋼中の脱酸生成物や懸濁物の浮上・分離が促進される。
【００２９】
【実施例】
〔実施例１〕
転炉溶製鋼９０トンを取鍋に受鋼し，取鍋で金属Ｍｇによる脱酸処理を行ったあと通常の方法で連続鋳造し，熱延仕上温度８４０℃，巻取温度６８０℃で熱間圧延して，表２に示す化学成分値の熱延鋼板（板厚６ｍｍ）を製造した。
【００３０】
取鍋で行った金属Ｍｇによる脱酸処理条件を表１に示した。使用した金属Ｍｇ含有ワイヤは，マグネシウム３０mass％と石灰７０mass％の混合物（表１でコア剤と表示）を鉄シース内に充填したものである。該ワイヤの初期供給本数は１本であり，ワイヤの供給速度については，マグネシウム純分の投入速度が溶鋼１ｔあたり０.０８kg/minとなるように決定した。この場合，ワイヤの供給速度は３００ｍ/minである。
【００３１】
得られた熱延鋼板（原板）の引張試験値と浸炭−焼入れ特性を表３に示した。浸炭処理は，カーボンポテンシャル０．９％のガス浸炭を９００℃×９０分の条件で行い，１６０℃の油中に焼入れた。得られた浸炭材の表面硬さＨｖと，Ｈｖ５５０以上の有効浸炭深さ（ＥＣＤ）を測定し，また金属間摩耗試験（大越式回転摩耗試験機）により回転金属に試験片を接触させて摩耗量（ｍｍ2/ｍ−ｋｇ×１０4 ）を測定した。この摩耗試験は，摩耗距離６００ｍ，最終荷重２.１ｋｇ，摩耗速度０.９４ｍ／ｓｅｃ，対金属ＳＵＪ２で行った。また，オーステナイト結晶粒を測定し，その結晶粒番号（ＡＧＳ）を表３に併記した。
【００３１】
〔実施例２〕
表１の脱酸処理条件で表２に示す化学成分値の熱延鋼板を実施例１と同様にして製造し，得られた熱延鋼板の原板の引張試験値，浸炭−焼入れ特性およびＡＧＳを実施例１と同様に測定し，その結果を表３に示した。本例では，脱酸処理時にワイヤを供給すると同時にＡｒガスをインジエクションランスから２Ｎｍ3/ｍｉｎの流量でバブリングさせた。
【００３２】
〔実施例３〕
表１の脱酸処理条件で表２に示す化学成分値の熱延鋼板を実施例１と同様にして製造し，得られた熱延鋼板の原板の引張試験値Ｐ浸炭−焼入れ特性およびＡＧＳを実施例１と同様に測定し，その結果を表３に示した。本例では，脱酸処理時にワイヤを供給し終えたあとにＡｒガスをインジエクションランスから２Ｎｍ3/ｍｉｎの流量で２分間バブリングさせた。
【００３３】
〔比較例１〕
造塊・分塊工程を経て熱間圧延することにより，表２に示す化学成分値のリムド鋼の熱延鋼板を製造し，該原板の引張試験値，浸炭−焼入れ特性およびＡＧＳを実施例１と同様に測定し，その結果を表３に示した。
【００３４】
〔比較例２〕
表１の脱酸処理条件で表２に示す化学成分値の熱延鋼板を実施例１と同様にして製造し，得られた熱延鋼板の原板の引張試験値，浸炭−焼入れ特性およびＡＧＳを実施例１と同様に測定し，その結果を表３に示した。本例では，ワイヤ内に充填したコア剤は金属Ｍｇが３mass％，ＣａＯが９７mass％であり，マグネシウム純分の供給速度は０.００８kg/t.minである。なお，脱酸処理時に２Ｎｍ3/ｍｉｎのＡｒガスをバブリングさせた。
【００３５】
【表１】
0003842864.tif 000002
【００３６】
【表２】
0003842864.tif 000003
【００３７】
【表３】
0003842864.tif 000004
【００３８】
表３の結果から，本発明実施例のものは，比較例１のリムド鋼のものと同等の浸炭−焼入れ特性を有することがわかる。またトータル酸素量の多い比較例２のものは浸炭−焼入れ特性が劣っていることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば，造塊・分塊工程を実施することなく，リムド鋼とほぼ同等の特性を有する浸炭焼入れ材を連鋳工程を経て製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従って溶鋼を脱酸処理する状態を図解した図である。
【符号の説明】
１  ワイヤ
２  ガイドパイプ
３  ワイヤフイーダ
４  ワイヤコイル
５  インジェクションランス
６  ＡｒもしくはＮ2 ガス
７  Ｍｇガス
８  取鍋
９  溶鋼
【図１】
0003842864.tif 000005