JP2004149836A - 極低炭素鋼および連続鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Si,Al,Nb,Tiの1種以上の鋼中の濃度(質量%)が、下記関係式を満足することを特徴とする極低炭素鋼。
11.5×%Si+47×%Nb+49×%Ti+52×%Al≦4
また、上記極低炭素鋼において、熱間圧延前の加熱処理された鋼において、鋼表面の地鉄とスケール界面の平均粒界酸化深さが50μm以下であること。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板の表面欠陥、特に酸化スケールに起因した表面欠陥の発生が極めて少ない極低炭素鋼の連続鋳造方法ならびに鋼材に関する。
【0002】
【従来の技術】
鋼中の炭素、窒素濃度を真空脱ガス処理により極力除去し、これらをTi,Nb,Al、等で炭化物、窒化物として固定した極低炭素鋼は自動車用外板等、加工性に優れた鋼板として様々な用途に用いられている。しかしながら、様々な欠陥が発生しやすく製品歩留は低いのが現状である。その原因は溶鋼段階で生じる脱酸生成物、また連鋳鋳型内で不可避的に用いられている不活性ガスやパウダーが溶鋼中に懸濁し鋳片に捕捉されたものや、加熱炉等高温加熱雰囲気中で生じるスケールが完全に除去されず製品表面に局部的に残留したもの等が挙げられる。
【0003】
これらの中でスケール起因の欠陥が極低炭素鋼において特に発生しやすいことは例えば瀬々らの論文(鉄と鋼、vol.87(2001),No.2,P85〜92)で報告されている。極低炭素鋼では炭素濃度が30ppm程度以下と極めて低いため、鋼材加熱時に脱炭反応が生じにくく、かつ鉄よりも優先的に酸化されやすいAl、Ti等の元素を極低炭素鋼は含有するため、これらの酸化物が加熱時に形成され表層の加工性を悪化することで表面欠陥として顕在化しやすいことを報告している。
上記、スケール起因の欠陥対策としては、加熱炉における加熱温度や加熱雰囲気の適正化、高圧水によるデスケーリング条件の適正化等が挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、地鉄/スケール界面の地鉄側で一旦粒界酸化が生じると、その部分のスケールはデスケーリングによって除去されることは困難であるため、粒界酸化深さを低減できるスケール起因の欠陥対策技術が必要とされていた。
そこで、本発明は鋼板の表面欠陥、特に酸化スケールに起因した表面欠陥の発生が極めて少ない極低炭素鋼および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】
本発明は以下の通りである。
(1)Si,Al,Nb,Tiの1種以上の鋼中の濃度(質量%)が、下記関係式を満足することを特徴とする極低炭素鋼。
11.5×%Si+47×%Nb+49×%Ti+52×%Al≦4
(2)熱間圧延を実施する前の鋼表面の地鉄とスケール界面の平均粒界酸化深さが50μm以下であることを特徴とする前記(1)記載の極低炭素鋼。
(3)前記(1)の範囲を満足する成分組成の溶鋼を、鋳型内に水平断面内で旋回流を形成する移動磁場形成装置を備えた鋳型を用いて鋳造することを特徴とする極低炭素鋼の連続鋳造方法にある。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明者らは溶質元素の濃度を種々変化させた溶鋼を鋳造して得た極低炭素鋼の鋳片からサンプルを切り出し、これらのサンプルの加熱実験を行い、加熱によるサンプルの粒界酸化と、溶質元素および濃度との関係について調査解析した。
ここで極低炭素鋼とは、炭素濃度が30ppm(質量ベース)程度以下のものを意味しており、真空溶解炉を用いて電解鉄に種々の合金元素を添加し溶鋼を溶製後、鋳型内に注入、凝固させることによって、溶質元素の濃度が異なる鋳片を製造した。尚、加熱条件は加熱温度1200℃、加熱時間2時間、加熱雰囲気は3容量%O2 、8容量%CO2 、16容量%H2 O、73容量%N2 雰囲気とした。
【0007】
その結果、フェライト形成元素のSi,Al,Nb,Tiの溶質濃度(質量%)と、極低炭素鋼の平均粒界酸化深さとの間に明瞭な相関関係があることを見いだした。ここで、平均粒界酸化深さとは、図1に示すように加熱した後のスケール/地鉄界面の地鉄側に見られるノッチ状の切りかきのことで、スケール/地鉄界面からの深さを意味している。また、平均粒界酸化深さの測定方法は、加熱後のサンプルのスケール/地鉄界面を顕微鏡で観察することで測定した。
【0008】
フェライト形成元素のSi,Al,Nb,Tiの溶質濃度(質量%)のフェライト生成能(以降F値と記載)を総合的に評価する指標として、実験結果により下記(1)式を導いた。そこで、F値と平均粒界酸化深さとの関係を調査した結果を図2に示すが、F値が低くなるほど平均粒界酸化深さは小さくなっていること、また(1)式で表されるF値が4を越えると平均粒界酸化が顕著となることがわかる。
F値=11.5×%Si+47×%Nb+49×%Ti+52×%Al … (1)
従って、F値≦4とすることで、平均粒界酸化深さを小さくすることができる。
【0009】
ここで粒界酸化深さが低減する効果について説明する。スケールは地鉄上だけでなく、粒界酸化部にも形成される。その粒界酸化部に形成されたスケールは、粒界酸化の形態が複雑であるため、デスケーリングによって完全に除去することはできない。そのため、圧延時にこのスケールは酸化物として鋼板内部に取り残されることになる。言い換えれば、加熱中に鋼板表面近傍に新たに酸化物を導入することになるのである。また、酸化深さが深くなるほど、地鉄上のスケールもデスケーリングによって除去されにくくなる。そのため、この酸化深さはできるだけ浅い方が好ましいことになる。
【0010】
次に、極低炭素鋼のそれぞれのサンプルを上記と同じ条件で加熱し、その後デスケーリング実験を行い、これらのサンプル表面の地鉄とスケール界面の平均粒界酸化深さとスケール残存率との関係を調査した。尚、デスケーリング実験はデスケーリング温度1100℃、背圧15MPa、流量110リットル/分の条件で行った。また、スケール残存率とは、スケールが残存した領域の面積/サンプルの表面積×100であり、上記面積の測定方法は、デスケーリング後のサンプル表面にスケールが残存しているかどうかを目視で観察し、残存した領域ならびにサンプルの全表面積をそれぞれ測定することで評価した。
【0011】
結果を図3に示すが、平均粒界酸化深さが50μmを越えると、デスケーリング後のスケール残存率が顕著に増加することがわかる。デスケーリング後に残存したスケールは、熱間圧延時に図4に示すように鋼板内部に取り残されることになり、鋼板表面を酸洗しても残留するため欠陥として残存することになる。従って、熱間圧延の前に実施する加熱処理後の極低炭素鋼において、鋼表面の地鉄とスケール界面の平均粒界酸化深さが50μm以下であることが、鋼板表面ならびに鋼材内部に取り残されるスケールを極力低減する観点から好ましい。
【0012】
上記極低炭素鋼の製造方法としては、まず、転炉での精錬と還流式真空脱ガス装置での処理によりC濃度を0.003%以下とした溶鋼を溶製する。この溶鋼にF値≦4となる様に各種合金を添加した後、連続鋳造装置を用いて所定形状の鋳片を製造する。こうして得られた極低炭素鋼の鋼表面の地鉄とスケール界面の平均粒界酸化深さは50μm以下である。
【0013】
ところでこのような鋳片を連続鋳造にて製造しようとすると、F値≦4を達成するためにはSi,Al,Nb,Tiの成分濃度を低くすることになるため、結果として溶鋼中のフリー酸素濃度が増加することになる。CとOは反応してCOガスを発生するため、COの濃度積によってはCO気泡の発生が顕著となり鋳造することが困難となる。基本的には極低炭素鋼であるため、CO濃度積は低く、CO気泡の発生はほとんど問題ない。そのため、鋳片サイズおよび形状によらず、様々な鋳造方法において本発明で述べた鋳片を鋳造することはできる。
【0014】
しかしながら、鍋からタンディッシュへの注入時やタンディッシュ内等での再酸化により鋳型内に注入される溶鋼中のフリー酸素濃度が上昇する可能性もありうる。そのため、本願発明の成分の溶鋼を用いて連続鋳造にて鋳片を製造する場合、特に溶鋼静圧の低いメニスカス近傍で凝固シェル前面でのCO気泡発生を確実に防止するには、凝固シェル前面に流速を付与できる、移動磁場形成装置を搭載した鋳型を用いて、水平断面内で旋回流を付与しつつ鋳造すれば、F値の低い成分組成の極低炭素鋼まで安定して鋳造できるため、好ましい。
【0015】
【実施例】
以下に、実施例および比較例をあげて、本発明について具体的に説明する。
(実施例1)
転炉での精錬と還流式真空脱ガス装置での処理により、C濃度を0.0018質量%とした溶鋼300tを溶製した。この溶鋼に合金を添加し、0.01質量%Si、0.15質量%Mn、0.035質量%Nbとして、AlおよびTiは一切添加しなかった。この場合のF値は1.76である。この溶鋼を連続鋳造方法で厚み250mm、幅1800mmのスラブに鋳造した。鋳造した鋳片は8500mm長さに切断し、1コイル単位とした。また、一部の鋳片を熱間圧延を行う前に取り出し粒界酸化深さを測定した。
その結果、粒界酸化深さの平均値は20ミクロンであった。その他のスラブは、熱間圧延、冷間圧延し、最終的には0.7mm厚みで幅1800mmコイルの冷延鋼板とした。鋳片品質については、冷間圧延後の検査ラインで目視観察を行い、1コイルあたりに発生する表面欠陥の発生個数を評価した。その結果、表面欠陥は観察されなかった。
【0016】
(実施例2)
転炉での精錬と還流式真空脱ガス装置での処理により、C濃度を0.0015質量%とした溶鋼300tを溶製した。この溶鋼に合金を添加し、0.01質量%Si、0.15質量%Mn、0.035質量%Nb、0.035質量%Tiとして、Alは一切添加しなかった。この場合のF値は3.5である。この溶鋼を鋳型内電磁撹拌装置を有する連続鋳造機を用いて、メニスカスにおける溶鋼を平均流速40cm/sで電磁攪拌しながら鋳造し、厚み250mm、幅1800mmのスラブとした。鋳造した鋳片は8500mm長さに切断し、1コイル単位とした。また、一部の鋳片を熱間圧延を行う前に取り出し粒界酸化深さを測定した。その結果、粒界酸化深さの平均値は40ミクロンであった。その他のスラブは、熱間圧延、冷間圧延し、最終的には0.7mm厚みで幅1800mmコイルの冷延鋼板とした。鋳片品質については、冷間圧延後の検査ラインで目視観察を行い、1コイルあたりに発生する表面欠陥の発生個数を評価した。その結果、表面欠陥は観察されなかった。
【0017】
(比較例)
転炉での精錬と還流式真空脱ガス装置での処理により、C濃度を0.0015質量%とした溶鋼をAlで脱酸し、Al濃度0.04質量%とした。この溶鋼に合金を添加し、0.01質量%Si、0.15質量%Mn、0.05質量%Tiとした。この場合のF値は4.6である。この溶鋼を用いて厚み250mm、幅1800mmのスラブに鋳造した。鋳造した鋳片は8500mm長さに切断し、1コイル単位とした。また、一部の鋳片を熱間圧延を行う前に取り出し粒界酸化深さを測定した。
その結果、粒界酸化深さの平均値は70ミクロンであった。その他のスラブは、熱間圧延、冷間圧延し、最終的には0.7mm厚みで幅1800mmコイルの冷延鋼板とした。鋳片品質については、冷間圧延後の検査ラインで目視観察を行い、1コイルあたりに発生する表面欠陥の発生個数を評価した。その結果、表面欠陥はコイル1本あたり10〜20個の表面欠陥が観察された。
【0018】
【発明の効果】
本発明で述べた方法を用いることで鋳片加熱時に形成されるスケールに起因した表面欠陥を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】粒界酸化深さの測定方法を示した図である。
【図2】Si,Al,Nb,Tiで決まるF値と粒界酸化の平均深さとの関係を示した図である。
【図3】粒界酸化深さとデスケ実験後のスケール残存率との関係を示した図である。
【図4】粒界酸化部分のスケールが圧延時に鋼板内部に取り残される状況を模式的に示した図である。
Claims (3)
- Si,Al,Nb,Tiの1種以上の鋼中の濃度(質量%)が、下記関係式を満足することを特徴とする極低炭素鋼。
11.5×%Si+47×%Nb+49×%Ti+52×%Al≦4 - 熱間圧延前の加熱処理された鋼において、鋼表面の地鉄とスケール界面の平均粒界酸化深さが50μm以下であることを特徴とする請求項1記載の極低炭素鋼。
- 請求項1記載の範囲を満足する成分組成の溶鋼を、鋳型内に水平断面内で旋回流を形成する移動磁場形成装置を備えた鋳型を用いて鋳造することを特徴とする極低炭素鋼の連続鋳造方法。
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