JP2011218370A - 厚板用鋼材、および厚板用鋼材の素材となる鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(1)連続鋳造された鋳片を素材として製造された厚板用鋼材であって、質量%で、C:0.01-0.20%、Si:0.02-0.5%、Mn:0.6-3.0%、P:0.02%以下、S:0.002-0.008%、Ti:0.005-0.03%、N:0.002-0.008%、Al:0.0005-0.05%、O:0.0001-0.015%およびBi:0.0001-0.03%を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、偏析指数が1.0-2.2であり、結晶粒径指数が0.3-0.9であり、靭性指数が1.5-3.0であることを特徴とする厚板用鋼材。(2)溶鋼中に浸漬させた浸漬ランス内に、Biを含有する金属ワイヤーを挿入することにより、前記浸漬ランス内で金属蒸気を発生させ、キャリア・ガスとともに前記溶鋼中に供給することを特徴とする連続鋳造方法。
【選択図】図1
Description
λ∝(D×σ×ΔT)0.25 …(1)
ここで、λ:デンドライトの1次アーム間隔(μm)、D:拡散係数(m2/s)、σ:固液界面エネルギー(J/m2)、ΔT:凝固温度範囲(℃)である。
1−1.必須元素
C:0.01〜0.20%
Cは、鋼板の強度および靭性を確保するために有効な元素である。C含有率が0.01%未満では、強度および靭性を充分に確保することができず、一方、C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、本発明では、C含有率の適正範囲を0.01〜0.20%とした。
Si含有率は、0.02%未満では母材の強度を確保できないので下限を0.02%とした。また、Si含有率が0.5%を超えて高くなると溶接性が低下するため上限を0.5%とした。そこで、本発明では、Si含有率の適正範囲を0.02〜0.5%とした。
Mnは、鋼板の高強度化と靭性の確保のために有効な元素である。鋼板を高強度化し、靭性を確保するには、Mn含有率を0.6%以上とする必要がある。一方、Mn含有率が3.0%を超えて高くなると靭性が損なわれる。そこで、本発明ではMn含有率の適正範囲を0.6〜3.0%とした。
Pは、鋼板の延性、靭性および加工性を劣化させる元素である。そのため、P含有率を0.02%以下に制限した。
Sは、MnS介在物等を形成して結晶粒内にフェライトの生成を促進する効果がある。S含有率が0.0025%未満ではフェライトを生成する効果がほとんど無いため、0.002%を下限とした。ただし、S含有率が0.03%を超えて高くなると鋼板の延性を低下させるため、0.03%を上限とした。上記の理由から、S含有率の適正範囲を0.002〜0.03%とした。
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有効な元素である。Ti含有率が0.005%未満では、炭窒化物の析出強化作用により母材強度を向上させる効果が充分ではなく、一方、Ti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、鋼の靭性を低下させる。上記の理由から、Ti含有率の適正範囲を0.005〜0.03%とした。
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、N含有率が0.01%を超えて高くなると、鋼の靭性が低下することから、N含有率の上限を0.008%とした。しかしながら、工業的にNを完全に鋼から除去することは不可能であるため、実操業において低減可能な範囲を考慮し、N含有率の下限を0.002%とした。
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ため含有率は低い方が望ましい。しかし、Al含有率が0.05%を超えて高くなると、Ti含有酸化物やMg含有酸化物の生成が低下するため、0.05%以下とした。また、溶鋼中の酸素をある程度残して靭性を確保するために、Al含有率の下限を0.0005%とした。
Oは酸化物を生成させるために必要な元素である。O含有率が0.0001%未満では酸化物の個数が不足するため、O含有率の下限を0.0001%とした。また、O含有率が0.015%を超えて高くなると、酸化物が多くなり過ぎて鋼の靭性が低下するため、O含有率の上限を0.015%とした。
Biは、本発明において最も重要な元素である。Biは、鋼の凝固過程において界面活性元素として作用し、デンドライト状の凝固組織を微細化させる効果を有する元素である。Bi含有率が0.0001%未満では、この凝固組織の微細化効果がほとんど無いため、Bi含有率の下限を0.0001%とした。また、Bi含有率が0.05%を超えて高くなると、粗大なBi酸化物が生成し、鋼の靭性を低下させるため、Bi含有率の上限を0.03%とした。
Feの一部に代えて、以下の第1〜第4の任意元素を含有させてもよい。
Mg:0.0001〜0.005%
Mgは、Biに次いで重要な添加元素である。溶鋼中の酸素と添加されたMg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、Ti2O3等の1種以上を含有する酸化物が生成される。これらの酸化物を生成させるには、Mg含有率を0.0001%以上とすることが必要である。しかし、Mg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。
Ca:0.0001〜0.003%、Sr:0.0001〜0.003%およびBa:0.0001〜0.003%のうちの1種以上
Caは、溶鋼中の酸素と反応してCa酸化物を生成する。Ca酸化物としては、CaO単独の他に、CaOとAl2O3、Ti2O3等の1種以上を含有する酸化物が生成される。これらの酸化物は鋼中で微細分散する。この酸化物の微細分散化効果を得るには、Ca含有率を0.0001%以上とすることが必要である。しかし、Ca含有率が0.003%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、鋼の靭性が低下する。上記の理由から、Ca含有率の適正範囲を0.0001〜0.003%とした。
Srは、溶鋼中の酸素と反応してSr酸化物を生成する。Sr酸化物としては、SrO単独の他に、SrOとAl2O3、Ti2O3等の1種以上を含有する酸化物が生成される。これらの酸化物は鋼中で微細分散する。この酸化物の微細分散化効果を得るには、Sr含有率を0.0001%以上とすることが必要である。しかし、Sr含有率が0.003%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、鋼の靭性が低下する。上記の理由から、Sr含有率の適正範囲を0.0001〜0.003%とした。
Baは、溶鋼中の酸素と反応してBa酸化物を生成する。Ba酸化物としては、BaO単独の他に、BaOとAl2O3、Ti2O3等の1種以上を含有する酸化物が生成される。これらの酸化物は鋼中で微細分散する。この酸化物の微細分散化効果を得るには、Ba含有率を0.0001%以上とすることが必要である。しかし、Ba含有率が0.003%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、鋼の靭性が低下する。上記の理由から、Ba含有率の適正範囲を0.0001〜0.003%とした。
Cu:0.05〜1.5%、Ni:0.05〜5.0%、Cr:0.02〜1.0%、Mo:0.02〜1.0%、Nb:0.005〜0.05%、V:0.005〜0.1%およびB:0.0004〜0.004%のうちの1種以上
Cuは、含有させれば焼入れ性の向上および析出強化に有効な作用を有する元素である。しかし、Cu含有率が0.05%未満では、焼入れ性向上効果および析出強化効果が無い。一方、Cu含有率が1.5%を超えて高くなると、鋼の熱間加工性が低下する。上記の理由から、Cuを含有させる場合のCu含有率の範囲を0.05〜1.5%とした。
Niは、含有させれば母材の靭性を向上させる作用を有する元素である。しかし、Ni含有率が0.05%未満では、母材の靭性を向上させる効果が無い。一方、Ni含有率が5.0%を超えて高くなると、焼入れ性が過剰となり、鋼の靭性に悪影響を及ぼす。そこで、Niを含有させる場合のNi含有率の範囲を0.05〜5.0%とした。
Crは、含有させれば焼入れ性の向上、および析出強化による母材強度の向上に有効な作用を発揮する元素である。しかし、Cr含有率が0.02%未満では、焼入れ性向上効果および析出強化効果が無い。一方、Cr含有率が1.0%を超えて高くなると、鋼の靭性および溶接性が劣化する傾向が認められる。そこで、Crを含有させる場合のCr含有率の範囲を0.02〜1.0%とした。
Moは、含有させれば焼入れ性の向上および強度の向上に有効な作用を発揮する元素である。しかし、Mo含有率が0.02%未満では、焼入れ性向上効果および強度向上効果が明確ではない。一方、Mo含有率が1.0%を超えて高くなると、鋼の靭性および延性の低下ならびに溶接性の劣化が顕在化する。そこで、Moを含有させる場合のMo含有率の範囲を0.02〜1.0%とした。
Nbは、含有させれば炭化物や窒化物を生成して鋼の強度を向上させる作用を有する元素である。しかし、Nb含有率が0.005%未満では、炭化物や窒化物の生成による鋼の強度向上効果が明確ではない。一方、Nb含有率が0.05%を超えて高くなると、鋼中に粗大な炭化物や窒化物を形成するため、逆に靭性を低下させる。上記の理由から、Nbを含有させる場合のNb含有率の範囲を0.005〜0.05%とした。
Vは、含有させれば炭化物や窒化物を生成して鋼の強度を向上させる効果を有する元素である。しかし、V含有率が0.005%未満では、炭化物や窒化物の生成による鋼の強度向上効果が明確ではない。一方、V含有率が0.1%を超えて高くなると、鋼の靭性を低下させる。上記の理由から、Vを含有させる場合のV含有率の範囲を0.005〜0.1%とした。
Bは、含有させれば焼入れ性を増大させるとともに、BNを生成することで固溶Nの含有率を低下させ、HAZの靭性を向上させる効果がある。ただし、B含有率が0.0004%未満では、焼入れ性の増大効果およびHAZの靭性向上効果が明確では無い。しかしながら、B含有率が0.004%を超えて高くなると、鋼中に粗大な硼化物が析出し、これにより鋼の靭性が劣化する。上記の理由から、Bを含有させる場合のB含有率の範囲を0.0004〜0.004%とした。
本発明の連続鋳造方法は、前述の通り、タンディッシュ内の溶鋼または連続鋳造鋳型内の溶鋼中に浸漬させた浸漬ランス内に、Biを含有する金属ワイヤーもしくはロッド、またはBi、ならびにMg、Ca、SrおよびBaのうち1種以上を含有する金属ワイヤーもしくはロッドを挿入することにより、前記浸漬ランス内で金属蒸気および/または金属粒子を発生させ、前記金属蒸気および/または金属粒子をキャリア・ガスとともに前記溶鋼中に供給する方法である。
1−1.鋳造条件
溶鋼成分:C、Si、Mn、P、S、N、Al、Ti、Nb、V、Cr、Mo、Cu、Ni、REM、ZrおよびBの各成分が後述する表1に記載された組成に調製された溶鋼を使用し、Bi、Mg、Ca、SrおよびBaについては下記の添加方法により添加して表1に示される組成に調製
溶鋼温度:1570℃(タンディッシュ内溶鋼温度)
連続鋳造鋳型サイズ:幅1400mm×厚さ250mm
鋳造速度:1.0m/分
金属添加方法:直径3mmの添加金属からなる金属ワイヤーを浸漬ランス内に挿入
添加金属種類:Bi、Mg、Ca、SrおよびBa
添加位置:タンディッシュ内
キャリア・ガス:アルゴン・ガス10L/分
ランス前ガス圧力:0.05MPa
連続鋳造試験により得られた連続鋳造鋳片を素材として、制御圧延・制御冷却法、焼入れ・焼戻し法、および直接焼入れ・焼戻し法のいずれかの製造方法によって厚さが40〜100mmの鋼板を製造した。各実施例の製造方法および鋼板の厚さは、表2に示す通りとした。
上記いずれかの方法で得られた鋼板の表面から厚さ方向に厚さの1/4の位置から、表面と平行に試料を採取し、この試料についてEPMAを用いてMn含有率を線分析によって測定した。EPMAを用いた分析時のビーム径は1μmとし、線分析を行う長さは20mmとした。
また、上記鋼板の表面から厚さ方向に1/4の位置から直径10mm×長さ100mmの試料を採取し、この試料を用いて再現HAZ試験を行なった。
さらに、上記鋼板の表面から厚さ方向に1/4の位置から10mm角×100mm長さの試料(試験片)を採取し、この試料を用いて再現HAZ試験およびシャルピー試験を行なった。
上記条件で作製した鋼板について、上記3種類の項目(偏析指数、結晶粒径指数および靭性指数)について評価を行なった。評価結果は前記表2に製造条件と併せて示した。
5:金属ワイヤー供給機、 50: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:圧力計、56:流量制御弁、57:流量圧力制御器、
6:浸漬ノズル、 7:凝固シェル、 8:連続鋳造鋳型
Claims (6)
- 連続鋳造された鋳片を素材として製造された厚板用鋼材であって、質量%で、C:0.01〜0.20%、Si:0.02〜0.5%、Mn:0.6〜3.0%、P:0.02%以下、S:0.002〜0.008%、Ti:0.005〜0.03%、N:0.002〜0.008%、Al:0.0005〜0.05%、O:0.0001〜0.015%およびBi:0.0001〜0.03%を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
EPMAを用いた線分析で測定したMn含有率の最大値を、平均Mn含有率で除した値である偏析指数が1.0〜2.2であり、
平均結晶粒径の値を、Biを含有せずBi以外の成分組成は上記条件を満たす連続鋳造された鋳片を素材として製造された厚板用鋼材である基準鋼材の平均結晶粒径で除した値である結晶粒径指数が0.3〜0.9であり、
シャルピー試験で測定した吸収エネルギーを、前記基準鋼材の吸収エネルギーで除した値である靭性指数が1.5〜3.0であることを特徴とする厚板用鋼材。 - 前記Feの一部に代えて、質量%で、Mg:0.0001〜0.005%を含有することを特徴とする、請求項1に記載の厚板用鋼材。
- 前記Feの一部に代えて、質量%で、Ca:0.0001〜0.005%、Sr::0.0001〜0.005%およびBa:0.0001〜0.005%のうち1種以上を含有することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の厚板用鋼材。
- 前記Feの一部に代えて、質量%で、Cu:0.05〜1.5%、Ni:0.05〜5.0%、Cr:0.02〜1.0%、Mo:0.02〜1.0%、Nb:0.005〜0.05%、V:0.005〜0.1%およびB:0.0004〜0.004のうち1種以上を含有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の厚板用鋼材。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の厚板用鋼材の素材となる鋳片を製造するための連続鋳造方法であって、
タンディッシュ内の溶鋼または連続鋳造鋳型内の溶鋼中に浸漬させた浸漬ランス内に、Biを含有する金属ワイヤーもしくはロッド、またはBi、ならびにMg、Ca、SrおよびBaのうち1種以上を含有する金属ワイヤーもしくはロッドを挿入することにより、
前記浸漬ランス内で金属蒸気および/または金属粒子を発生させ、前記金属蒸気および/または金属粒子をキャリア・ガスとともに前記溶鋼中に供給することを特徴とする連続鋳造方法。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の厚板用鋼材の素材となる鋳片を製造するための連続鋳造方法であって、
タンディッシュ内の溶鋼または連続鋳造鋳型内の溶鋼中に、Biを含有する金属ワイヤーもしくはロッド、またはBi、ならびにMg、Ca、SrおよびBaのうち1種または2種以上を含有する金属ワイヤーもしくはロッドを供給することを特徴とする連続鋳造方法。
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