(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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％、酸素を０．０００５〜０．００５０質量％、Ｎを０．００２以上０．０１５質量％以下含み、かつ、Ａｌを０．００１〜０．１質量％含み、かつ、Ｎｂを０．００６〜０．１質量％含み、かつ、Ｔｉを０．００４〜０．１質量％含み、残部鉄および不可避的不純物からなり、成分を以下の［１］，［２］，［３］式を満足するように調整したことを特徴とする粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
Ｗ（Ｎ）−０．２９２×Ｗ（Ｔｉ）−０．１５２
×（Ｗ（Ｎｂ）−６０）≦５  ・・・・・［１］
Ｗ（Ｎｂ）×Ｗ（Ｎ）≦９０００                  ・・・・・［２］
Ｗ（Ｔｉ）／Ｗ（Ｎ）≦３．４２                  ・・・・・［３］
ここで、Ｗ（Ｎ）：Ｎ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｔｉ）：Ｔｉ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｎｂ）：Ｎｂ濃度（ｐｐｍ）
【請求項２】
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％、酸素を０．０００５〜０．００５０質量％、Ｎを０．００２以上０．０１５質量％以下含み、かつ、Ａｌを０．００１〜０．１質量％含み、かつ、Ｎｂを０．００６〜０．１質量％含み、かつ、Ｔｉを０．００４〜０．１質量％含み、かつ、Ｖを０．０１〜０．１質量％含み、残部鉄および不可避的不純物からなり、成分を以下の［１］，［２］，［３］式を満足するように調整したことを特徴とする粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
Ｗ（Ｎ）−０．２９２×Ｗ（Ｔｉ）−０．１５２
×（Ｗ（Ｎｂ）−６０）≦５  ・・・・・［１］
Ｗ（Ｎｂ）×Ｗ（Ｎ）≦９０００                  ・・・・・［２］
Ｗ（Ｔｉ）／Ｗ（Ｎ）≦３．４２                  ・・・・・［３］
ここで、Ｗ（Ｎ）：Ｎ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｔｉ）：Ｔｉ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｎｂ）：Ｎｂ濃度（ｐｐｍ）
【請求項３】
前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さらにＣｒ，Ｍｏのうち一種または二種以上を０．１質量％以下含み、残部鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１または２に記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
【請求項４】
前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さらにＣｕを０．５質量％以下含み、残部鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
【請求項５】
前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さらにＮｉを０．５質量％以下含み、残部鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
【請求項６】
前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さらにＢを０．１質量％以下含み、残部鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
【請求項７】
前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さらにＺｒ，Ｍｇ，Ｃａのうち一種または二種以上を０．１質量％以下含み、残部鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造法で鋳造された鋳片に関し、特に粒化割れ起因の表面欠陥のない連続鋳造鋳片に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の大量生産は、主として連続鋳造機を含むプロセスで行なわれているが、成分としてＴｉやＮｂ、Ｖ、Ｎ等を含有する場合には、連鋳機内で鋳片が曲げや矯正のために変形する際に、鋳片内のγ結晶粒界に沿って割れが生じるという問題がある。
この問題に対する対応策は従来から検討されており、主な技術を挙げれば、特公昭５６−４６５３０号公報、特公昭５９−２８４２４号公報、特公昭６１−１１７０４号公報、特開昭６０−５６４５７号公報がある。
【０００３】
特公昭５６−４６５３０号公報では、Ｎｂ＋Ｖ量を規定する式、Ｎ量とＴｉ量の関係を規定する式を用いて、連続鋳造時の鋳片表面割れを防止する技術を提示しているが、ＮｂとＮの関係を規定していないため、ＮｂとＮがともに多ければ、割れを生じる危険性がある。
特公昭５９−２８４２４号公報では、連鋳での凝固に続く冷却過程において特性条件の塑性歪を加えてオーステナイト結晶粒を微細化させることによって、割れを防止する技術を提示しているが、近年の垂直曲げ式連鋳機では、鋳型の直後に曲げ点があるため、その間に所定の歪みを与えることは難しい。また、特開昭６０−５６４５７号公報でも、加工歪みを与えて割れを防止する技術が提示されているが、同様な理由で問題がある。
【０００４】
更に、特公昭６１−１１７０４号公報では、垂直曲げ型連鋳機で、鋳片側面に注水する水の量を規程して割れを防止する技術を提示しているが、Ｎｂ，Ｎの量が多くなると効果がなくなり、また、水量を減少させすぎると、ブレークアウトが生じる危険性も大きくなる。また、同様に連鋳機内で鋳片の表面に注水する量を制限して鋳片温度を高く維持する技術も公知であるが、同様にブレークアウトの危険性や、Ｃ量によっては鋳片の内部割れ発生の危険性も増大するという問題がある。
従って、上記した方法では、いずれの場合も制約や問題があり、連続鋳造鋳片の粒界割れを完全に防止することを困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、連続鋳造の冷却条件や歪み付与の条件に関係なく割れを防止するための成分範囲を提示することにより、連続鋳造での製造条件を特に規定することなく、粒界割れ起因の連続鋳造鋳片の表面割れを防止することが可能な鋳片を提供するものである。
【０００６】
【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）  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％、酸素を０．０００５〜０．００５０質量％、Ｎを０．００２以上０．０１５質量％以下含み、かつ、Ａｌを０．００１〜０．１質量％含み、かつ、Ｎｂを０．００６〜０．１質量％含み、かつ、Ｔｉを０．００４〜０．１質量％含み、残部鉄および不可避的不純物からなり、成分を以下の［１］，［２］，［３］式を満足するように調整した粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
Ｗ（Ｎ）−０．２９２×Ｗ（Ｔｉ）−０．１５２
×（Ｗ（Ｎｂ）−６０）≦５  ・・・・・［１］
Ｗ（Ｎｂ）×Ｗ（Ｎ）≦９０００                  ・・・・・［２］
Ｗ（Ｔｉ）／Ｗ（Ｎ）≦３．４２                  ・・・・・［３］
ここで、Ｗ（Ｎ）：Ｎ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｔｉ）：Ｔｉ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｎｂ）：Ｎｂ濃度（ｐｐｍ）
（２）  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％、酸素を０．０００５〜０．００５０質量％、Ｎを０．００２以上０．０１５質量％以下含み、かつ、Ａｌを０．００１〜０．１質量％含み、かつ、Ｎｂを０．００６〜０．１質量％含み、かつ、Ｔｉを０．００４〜０．１質量％含み、かつ、Ｖを０．０１〜０．１質量％含み、残部鉄および不可避的不純物からなり、成分を以下の［１］，［２］，［３］式を満足するように調整したことを特徴とする粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
Ｗ（Ｎ）−０．２９２×Ｗ（Ｔｉ）−０．１５２
×（Ｗ（Ｎｂ）−６０）≦５  ・・・・・［１］
Ｗ（Ｎｂ）×Ｗ（Ｎ）≦９０００                  ・・・・・［２］
Ｗ（Ｔｉ）／Ｗ（Ｎ）≦３．４２                  ・・・・・［３］
ここで、Ｗ（Ｎ）：Ｎ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｔｉ）：Ｔｉ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｎｂ）：Ｎｂ濃度（ｐｐｍ）
【０００７】
（３）  前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さらにＣｒ，Ｍｏのうち一種または二種以上を０．１質量％以下含み、残部鉄および不可避的不純物からなる（１）または（２）に記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
（４）  前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さらにＣｕを０．５質量％以下含み、残部鉄および不可避的不純物からなる（１）ないし（３）のいずれかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
（５）  前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さらにＮｉを０．５質量％以下含み、残部鉄および不可避的不純物からなる（１）ないし（４）のいずれかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
【０００８】
（６）  前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さらにＢを０．１質量％以下含み、残部鉄および不可避的不純物からなる（１）ないし（５）のいずれかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
【０００９】
（７）  前記連続鋳造鋳片の組成に加えて、さらにＺｒ，Ｍｇ，Ｃａのうち一種または二種以上を０．１質量％以下含み、残部鉄および不可避的不純物からなる（１）ないし（６）のいずれかに記載の粒界割れ欠陥の生じない連続鋳造鋳片。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、ＴｉやＮｂやＮ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と鋼の成分組成および該鋼成分組成との関係式を着想するに至った。
【００１１】
以下、本発明の詳細について記述する。
本発明者らは、まず、ＴｉやＮｂやＮの含有量を変えた鋼を用いて、引っ張り試験を行なった。
表１に示す成分の鋼を用いて、１４００℃まで加熱してγ結晶粒を大きくし、その後冷却して、所定の温度に保持後、引っ張りを行ない、試料の絞り値を測定した。特に、連続鋳造機内で粒界割れが発生する温度領域のうち、上限にあたる９００℃での絞り値に着目し、成分との関係を検討した。
【００１２】
【表１】
0003756804.tif 000002
【００１３】
成分範囲を検討する際には、鋼に溶解しているＮ量、ＮｂＮの析出量に着目した。Ｎｂを含む析出物は一般にＮｂＣＮであるが、ここでは、簡易的にＮｂＮで代表させた。成分指標を表す横軸として、Ｗ（Ｎ）−０．２９２×Ｗ（Ｔｉ）−０．１５２×（Ｗ（Ｎｂ）−６０）とし、析出物の量を表す指標として、Ｗ（Ｎｂ）×Ｗ（Ｎ）を用いて層別して、縦軸となる絞り値との関係を表すと、図１のようになった。（ここで、Ｗ（Ｎ）：Ｎ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｔｉ）：Ｔｉ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｎｂ）：Ｎｂ濃度（ｐｐｍ））。
【００１４】
図より、横軸、すなわち、Ｗ（Ｎ）−０．２９２×Ｗ（Ｔｉ）−０．１５２×（Ｗ（Ｎｂ）−６０）の値が５以下で、かつＷ（Ｎｂ）×Ｗ（Ｎ）の値が９０００以下の場合に、絞り値６０％以上を確保できることが判る。絞り値６０％は、連続鋳造機内で粒化割れが発生しない下限の限界値であり、これ以上の値であれば、連続鋳造機内では、粒化割れは発生しにくい。
【００１５】
次に、本発明の条件を規定した理由と具体的な適用法について説明する。
先ず、実際の鋼材に適用される鋼の成分範囲についてであるが、成分組成としては以下のような成分範囲が好ましい。
Ｃは鋼の強度を持たすため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質量％とした。
【００１６】
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。
Ｖは材料の強度や靱性を上げるために用いられているが、その効果を得るための最低量として下限０．０１質量％、上限は材質に悪影響を与える０．１質量％とした。
【００１７】
Ｔｉ，Ｎｂ，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、それぞれ、Ｔｉ：０．００４〜０．１質量％、Ｎｂ：０．００６〜０．１質量％、Ｎ：０．００２〜０．０１５質量％となる。
Ａｌは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すぎること、および介在物量が増えすぎる問題から０．１質量％とした。
また、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。
【００１８】
その他、鋼の用途に応じてＣｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｂ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｃａの一種または二種以上を０．１質量％以下含ませることができる。
すなわち、Ｃｒ，Ｍｏは焼入れ性を向上させることにより、母材の強度および靱性を向上させるために有効な元素であるが、鋼材ＨＡＺ部においては過剰な添加は靱性を著しく低下させるため０．１質量％を上限とした。
Ｃｕは鋼材の強度を向上させるために有効であるが、ＨＡＺ靱性の低下やＣｕ脆化の問題があるために、０．５質量％を上限とした。
【００１９】
Ｎｉは鋼材の強度および靱性を向上させるために有効であるが、Ｎｉ量の増加は製造コストを上昇させるので０．５質量％を上限とした。
Ｂは鋼材の強度の向上に有効であるが、過剰な含有は靱性を著しく低下させるので上限を０．１質量％とした。
Ｚｒ，Ｍｇ，Ｃａは強力な脱酸元素として、微細酸化物の個数増大に有効な元素であるが、過剰な添加は併せて介在物の粗大化も促進するため０．１質量％を上限とした。
【００２０】
次に、関係式の規定であるが、上述したように、鋼に溶解しているＮ量とＮｂＮの析出量を表す指標であり、その限界値は、ラボ実験での成分条件と絞り値との関係を解析した結果から得られたものである。鋼に溶解している（固溶）Ｎ量の指標としては、以下の［１］式とした。
0003756804.tif 000003
ここで、Ｗ（Ｎ）：Ｎ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｔｉ）：Ｔｉ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｎｂ）：Ｎｂ濃度（ｐｐｍ）
ただし、Ｗ（Ｎｂ）−６０＜０の時は、［１］式中で、Ｗ（Ｎｂ）−６０＝０とおく
【００２１】
これは、全Ｎ量からＴｉと化合してＴｉＮとして析出する量を除き、更にＮｂと化合してＮｂＮとして析出する量を除いたものである。Ｎｂの場合には、Ｔｉより低温で析出物が生成するので、６０ｐｐｍ分を引いた場合に絞り値との関係がうまく整理できた。ここで、限界値５は、実験での実績値より求めた。また、係数０．２９２、および０．１５２はそれぞれ、ＴｉＮを形成するＮのＴｉに対する質量比、およびＮｂＮを形成するＮのＮｂ対する質量比である。
【００２２】
また、ＮｂＮ析出量を表す指標であるが、下記に示した［２］式とした。
Ｗ（Ｎｂ）×Ｗ（Ｎ）≦９０００                  ・・・・・［２］
ここで、Ｗ（Ｎ）：Ｎ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｔｉ）：Ｔｉ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｎｂ）：Ｎｂ濃度（ｐｐｍ）
これは、Ｎｂ濃度とＮ濃度の積が大きい場合にはＮｂＮが析出しやすいという熱力学的性質を利用したものである。
【００２３】
更に、厚板向けの材料では、材質の観点からは、高靭性を維持するために、以下の条件を加えたほうが良い。
Ｗ（Ｔｉ）／Ｗ（Ｎ）≦３．４２                  ・・・・・［３］
ここで、Ｗ（Ｎ）：Ｎ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｔｉ）：Ｔｉ濃度（ｐｐｍ）、Ｗ（Ｎｂ）：Ｎｂ濃度（ｐｐｍ）
これは、Ｔｉが対象となる鋼種は、ＴｉとＮｂとＮが含まれている炭素鋼であれば、どんなものでも構わない。
【００２４】
なお、結晶粒界脆化に起因する鋳片の割れは、鋼の組織がγからαに変態する温度（成分によって変化するが、一般には７５０〜８００℃）でも発生する場合がある。この温度領域での割れを防止するには、本発明に加えて連鋳機内での最低温度を８００℃以上に保つことが望ましい。
【００２５】
【実施例】
表２に示す成分の炭素鋼を表３に示す製造条件で連続鋳造し、得られた鋳片の割れを調査した。割れの調査方法としては、表４に示すように、鋳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。更に鋳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５に示す。
【００２６】
【表２】
0003756804.tif 000004
【００２７】
【表３】
0003756804.tif 000005
【００２８】
【表４】
0003756804.tif 000006
【００２９】
【表５】
0003756804.tif 000007
【００３０】
表５より、本発明の条件を満たす場合（Ａ〜Ｈ）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。更に、Ｗ（Ｔｉ）／Ｗ（Ｎ）≦３．４２（条件式（３））を満足したＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆでは、非常に良好な靭性も得られた。
【００３１】
一方、Ｉ〜Ｐのいずれの比較例においては、成分が本発明条件を満たさないために、割れが発生した。すなわち、Ｉ，Ｊ，Ｌ，Ｎでは、条件式［１］を満足しないために、また、Ｋ，Ｍ，Ｏでは、条件式［２］を満足しないために、更に、Ｐでは両方の条件式を満足しないために、鋳片の目視やカラーチェック検査で割れが観察された。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明により、ＮｂやＴｉ、Ｎを含む鋼においても連続鋳造時の粒化割れが発生しなくなり、表面疵のない良好な鋳片が得られることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】絞り値と固溶Ｎ指標とＮｂＮ析出指標の関係を表した図
【図１】
0003756804.tif 000008